nicrmov钢超纯化低压转子零件制造工艺研究

nicrmov钢超纯化低压转子零件制造工艺研究

1超纯钢低压转子材料由于能够显著提高发电效率，越来越多的家庭能够获得广泛应用。超临界机组汽轮机低压端的进气温度高达400～500℃,而传统的NiCrMoV材料在350～500℃长期使用会出现回火脆化现象。所以,必须研制超纯净钢低压转子锻件。为替代进口,我们开展了3.5%NiCrMoV超纯净钢低压转子锻件制造工艺技术研究。2j型超干净钢压裂的设计与压力损失的系数设计2.1mtn/si重质亚投料-q-msn脆化敏感性的测定回火脆化敏感性是由断裂形貌转变温度(FATT)的变化来证实的。将钢于回火脆化敏感性温度范围(350～500℃)内保持一段时间后,由测定FATT的变化(△FATT)来确定回火脆化敏感性,参见表1。Watanabe曾指出,Mn、Si同偏析于晶界的P和Sn共同存在时促进了NiCrMoV钢的回火脆化敏感性,将这些成分的影响结合在一起的J系数被定义为:J=(Mn+Si)×(P+Sn)×104Watanabe发现,当J≥10时NiCrMoV钢就可能脆化。而超纯净钢转子由于严格控制了Mn、Si、P和Sn等杂质元素,J<10,使转子能在350～500℃温度范围内工作而不产生回火脆化敏感性,参见表1、图1。2.2超纯化钢参考欧美、日本超纯净钢低压转子和我国低压转子锻件用材料,选择3.5%NiCrMoV钢作为我厂超纯净钢低压转子锻件用钢。参照美国电力研究所(EPRI)制订的NiCrMoV超纯净钢的成分标准,结合我国具体情况,对3.5%NiCrMoV钢种进行成分设计,通过一系列超纯钢的冶炼工艺试验,力争使钢水纯净度达到EPRI标准要求,详见表2。360工艺难点分析超纯净钢低压转子锻件生产流程为冶炼→锻造→锻后热处理→粗加工、超探→性能热处理→性能取试、超探→半精加工→消应处理→残余应力测试、精加工→包装发货。超纯净钢低压转子生产的核心是炼钢,相比于普通低压转子存在很多工艺难点,如:残余元素Cu、As、Sn、Sb要求难以达到;电炉初炼深度脱P、脱Mn难度大;防止回P、回Mn难度大;钢包炉脱O、脱S难度大;控Si难度大。我们所用的钢锭是149t,工艺为EF→LF(IV.VCD)→MSD.VCD。4标准曲线及方差分析为了评定超纯净钢低压转子的质量状况,选取一件相同规格的600MW普通低压转子作为对比件,分别在两件转子的轴端、轴身和吊头芯部切取试样(见图2),并进行化学成分、气体、夹杂、拉伸性能、冲击性能、断裂韧性、步冷试验等项目分析评定。4.1内压板范围炼钢工艺执行良好,各项技术参数均达到工艺要求,除As外,其余成分均控制在“内控”范围,各个部位的J系数<4.2,达到了EPRI标准超纯净钢的要求指标。从表3结果可以证实,超纯净钢低压转子各个部位具有均匀的化学成分分布,Si、Mn、P、S、As、Sn、Sb被控制在较低水平,可见成分控制是很成功的。4.2晶粒度及氢含量分析对于超纯净NiCrMoV钢,有人担心钢中很低的非金属夹杂物含量可能减少奥氏体晶粒形核数量,从而粗化晶粒尺寸,或者在奥氏体化温度期间由于没有非金属夹杂物这个障碍而加速晶粒的长大。从表4晶粒度数据分析可见,超纯净转子各个部位的晶粒度与普通低压转子的晶粒度基本相当,均在5.5级以上,说明超纯净NiCrMoV钢不会造成晶粒粗化。对于超纯净NiCrMoV钢,也有人担心对氢脆敏感。对钢中分解的氢来讲,MnS夹杂是良好的吸收剂,这种夹杂物的减少可能导致低硫钢对氢脆敏感。从表4中超纯净钢低压转子氢含量数据分析可见,各个部位的氢含量均小于1.0×10-6,完全低于氢脆极限。因此完全可以解除超纯净钢低压转子对氢脆敏感的担心。4.3超纯mn材料的加工和环境分析在普通转子锻件中,固溶于铁素体中的Mn有提高淬透性的作用,超纯净钢中十分低的Mn含量,是否会使大型转子锻件心部不能被淬成均匀一致的贝氏体组织而出现铁素体组织呢?常规钢的Mn含量为0.20%～0.40%,能增加一定的淬透性,但NiCrMoV钢的淬透性主要是由大量的Ni和Cr、Mo合金元素决定的,Mn含量的减少对淬透性有一定影响,但影响程度不大。从表5超纯净转子的强韧性数据可见,转子表面和心部同样被淬成均匀一致的贝氏体组织。国外早期的超纯净钢转子锻件曾存在沿径向强度不均匀的问题。从表5中试验数据分析可见,表面性能(纵向、径向、切向)与中心性能十分相近,沿转子轴向(从顶部到底端)和切向(锻件圆周)的强度数据都比较均匀,说明超纯净钢低压转子与普通低压转子同样具有很好的强度均匀性。同时超纯净钢低压转子具有更优的韧性指标,尤其是FATT50和上平台功指标明显好于普通低压转子。4.4断裂带的特性从表5中断裂韧性数据可知,超纯净钢低压转子室温下的断裂韧性达到了较高的水平,这进一步增加了转子锻件的使用可靠性。4.5步冷脆化试验为了检验脆化倾向,我们分别对超纯净钢低压转子和普通低压转子的径向部位进行了步冷脆化试验。从图3、图4可见,超纯净钢低压转子在经过脆化试验后,冲击功无明显下降,而普通低压转子在经过脆化试验后,冲击功下降显著。从这方面可以充分证明超纯净钢低压转子具备很好的抗脆化倾向。4.6超声清洗机该转子的最终超声波探伤结果达到标准要求,未发现Ø1.6mm以上记录缺陷。说明超纯净钢低压转子具备良好的组织均匀性、坚实