Введение к работе
Актуальность проблемы. Для обеспечения прочности дисков современных турбин и компрессоров крупных энергетических ГТУ требуется применение высокопрочной стали. К числу требований, предъявляемых к материалу дисков, относятся высокий уровень кратковременной прочности и пластичности по всему сечению дисков при комнатной температуре и температурах до 300 С, а также низкие значения переходной температуры хрупкости материала по всему объему дисков, включая центральные зоны. Это обусловлено эксплуатацией дисков в условиях пусков турбины из холодного состояния, когда материал дисков может испытывать на себе влияние низких температур окружающего воздуха.
При проектировании ГТУ была выбрана сталь 26ХНЗМ2ФАА, которая относится к классу Ni-Cr-Mo-V конструкционных сталей.
При увеличении мощности турбин и повышении их коэффициента полезного действия кроме повышения прочности применяемых материалов необходимо увеличение габаритов основных деталей. Диски и роторы турбин являются одними из таких деталей, причем самыми ответственными из них. Однако чем больше размеры деталей, тем сложнее получить высокие значения свойств материалов этих деталей, тем более одновременно по всему их объему. Повышение прочности при повышении сопротивляемости хрупким разрушениям, в том числе в центральных зонах крупных заготовок, для Ni-Cr-Mo-V сталей труднодостижимо. Изготовление заготовок таких деталей возможно при решении ряда металлургических проблем. Ранее проведенные многочисленные исследования выявили наличие опасных закономерностей для сталей этого класса, которые заключаются в том, что повышение прочности приводит к увеличению опасности хрупких разрушений, а увеличение размеров поковок - к снижению сопротивляемости хрупким разрушениям в их центральных зонах, причем чем больше габариты деталей, тем значительнее ухудшение свойств материала в центре по сравнению с поверхностью поковок. Поэтому исследование первых уникально крупногабаритных заготовок дисков турбин с самым высоким уровнем прочности, полученным к настоящему времени в отечественном стационарном турбостроении для этого класса сталей, является
, < ос.национальная!
3 БИБЛИОТЕКА {
необходимым этапом усовершенствования наиболее перспективной Ni-Cr-Mo-V стали и повышения эксплуатационной надежности роторных деталей турбин, которые из нее изготовлены.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является определение возможности повышения прочностных характеристик Ni-Cr-Mo-V стали при обеспечении требований к материалу по пластичности и хрупкой прочности по всему сечению крупногабаритных высоконагруженных дисков ГТУ.
Для этого необходимо было исследовать изменения структуры и свойств металла по объему в первых крупногабаритных дисках из стали 26ХНЗМ2ФАА с самым высоким на сегодняшний день уровнем прочности, изготовленных по усовершенствованной металлургической технологии, и решить следующие задачи:
-определить фактически достигнутый уровень свойств материала турбинных дисков головного образца ГТУ и его соответствие техническим требованиям;
оценить преимущества принятой металлургической технологии изготовления дисков;
оценить степень стабильности технологического процесса завода-изготовителя поковок дисков;
выявить связь прочностных характеристик с другими характеристиками стали 26ХНЗМ2ФАА;
выявить закономерности изменений свойств и структуры по объему дисков;
определить влияние различных факторов на сопротивляемость хрупкому разрушению металла центральных зон дисков.
Научная новизна. Установлено, что при более высоком уровне прочности материала дисков турбины из стали 26ХНЗМ2ФАА соблюдаются действующие для сталей этого класса с более низкой категорией прочности закономерности и соотношения между отдельными характеристиками механических свойств.
Получена зависимость значений переходной температуры хрупкости высокопрочного бейнита стали 26ХНЗМ2ФАА от скорости охлаждения при закалке в интервале температур бейнитного превращения 400-300 С.
Исследован фазовый состав и морфология карбидной составляющей структуры стали 26ХНЗМ2ФАА в состоянии повышенной прочности в различных зонах диска, и установлена зависимость параметров карбидной фазы от скорости охлаждения в интервале бейнитно-го превращения.
Установлена взаимосвязь между максимальным размером карбидной фазы и склонностью стали к хрупкому разрушению.
Определена склонность стали 26ХНЗМ2ФАА к отпускной хрупкости.
Практическая ценность. Полученные результаты позволили расширить область надежного применения стали для изготовления дисков газовых и паровых турбин с повышенным уровнем прочности.
Результаты работы использованы при отработке технологии изготовления дисков турбин головного и последующих образцов установки ГТЭ-150, а также при освоении производства стали 26NiCrMoV115 для изготовления дисков ГТУ типа V94.2 фирмы «Сименс».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 5-й международной конференции "Materials for advanced Power Engineering 1994" (October 3-6, 1994, Liege, Belgium), на 8-м Всероссийском научно-практическом семинаре «Обеспечение работы энергооборудования ТЭС и АЭС после сверхдлительной эксплуатации» (С.-Петербург, 2002 г.), на Международной конференции "News Trends in Fatigue and Fracture П" (Hammamet, Tunisia, 12-13 May 2003), на 6-й международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы, технологии и их использование в технике» (С.-Петербург, 14-15 сентября 2004 г.).
Публикации. Основное содержание работы отражено в 8 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка использованной литературы, двух приложений. Работа изложена на 177 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков и 27 таблиц.
.5
