X12CrMoWVNbN1011鋼超超臨界轉子熱處理工藝的研究.pdf

1、百萬千瓦超超臨界汽輪機的工作蒸汽溫度達到600℃、蒸汽壓力達到30MPa,這種工作環(huán)境對材料性能的要求極高,已處于現(xiàn)有各種汽輪機轉子材料性能的極限。除了材料成分外,零件的內(nèi)在性能和質量主要在熱加工過程中形成,而熱處理則是熱加工過程的最后一道工序,對發(fā)掘材料強度潛力、改善零件的使用性能、提高產(chǎn)品質量、延長使用壽命具有極其重要的意義。
　　 由于超超臨界汽輪機轉子在高溫高壓的蒸氣環(huán)境中工作,因此要求轉子通過熱處理獲得需要的合理的奧氏

2、體晶粒尺寸。本文通過試驗測定了X12CrMoWVNbN1011鋼的奧氏體晶粒長大動力學曲線,并準確劃分了晶粒的正常長大與異常長大區(qū)域,為超超臨界轉子熱處理工藝的制定提供重要依據(jù)。
　　 鋼的相變動力學曲線是制訂熱處理工藝的重要依據(jù),也是熱處理工藝國產(chǎn)計算機模擬必要的輸入?yún)?shù)。本文利用膨脹法在Gleeble-3500熱模擬試驗機上測試了X12CrMoWVNbN1011鐵素體耐熱鋼的連續(xù)加熱相變曲線(CHT)和奧氏體連續(xù)冷卻相變曲線

3、(CCT):利用CHT與IHT之間存在的定量關系:τ(X,T)=(()T(x)/()V)x,通過轉換CHT曲線獲得了IHT曲線；采用定量金相法測定了符合生產(chǎn)實際的過冷奧氏體等溫轉變動力學曲線(TTT),其中奧氏體化條件為:升溫速度30℃/h,奧氏體化溫度1070℃,保溫時間12小時。
　　 臨界冷卻速度是超超臨界轉子淬火冷卻工藝制定的重要參數(shù)。試驗證明轉子中化學成分偏析和奧氏體化條件都會顯著影響X12CrMoV/VNbN1011

4、鋼的臨界冷卻速度。在化學成分相同,上述與生產(chǎn)實際吻合的奧氏體化條件下(加熱速度均為30℃/h,奧氏體化溫度均為1070℃,奧氏體化溫度保溫時間為12小時),對應的臨界冷卻速度小于36℃/h,而將奧氏體化保溫時間縮短為30分鐘,其它條件不變,則臨界冷速大于72℃/h；奧氏體化條件不變,由于大型轉子偏析導致的碳、鈮含量高的試樣的臨界冷卻速度則大于50℃/h。
　　 馬氏體轉變是X12CrMoWVNbN1011鋼淬火過程中主要的相變過

5、程,馬氏體轉變開始點Ms和馬氏體轉變動力學直接影響淬火過程計算機模擬預測的相變量的準確性,進一步影響轉子的應力場模擬結果。本文采用膨脹法研究了奧氏體化條件對Ms和馬氏體轉變過程的影響,并擬合得到修正的K-M方程fm=1-exp(-k(460-T)2),k=10-5×(6.76331+0.4018tA),其中tA是1070℃奧氏體化時的保溫時間。
　　 材料參數(shù)的缺乏是熱處理計算機模擬中主要的問題之一。本文利用JMatPro軟件計

6、算了X12CrMoWVNbN1011鋼的熱物性參數(shù),包括比熱容、導熱系數(shù)和密度。利用G1eeble-3500熱模擬試驗機進行膨脹試驗和高溫拉伸試樣確定了X12CrMoWVNbN1011鋼不同組織的力學性能參數(shù),包括熱膨脹系數(shù)、彈性模量、塑性模量和屈服強度。
　　 本文建立了淬火過程的溫度場-組織場-應力場三場耦合的數(shù)值模擬模型,并采用Fortran語言開發(fā)了基于有限元軟件MSC.Marc的溫度、相變和應力計算的子程序。通過分析淬

7、火過程的溫度、組織和應力分布,確定了φ1440mm超超臨界高中壓轉子淬火工藝。合適的淬火加熱工藝為:奧氏體化溫度1080℃,保溫時間大于28小時；綜合考慮了應力、組織以及轉子出油時表面溫度這三方面要求,給出的淬火冷卻工藝為3小時空氣預冷,隨后3小時油冷。通過物理模擬對經(jīng)該工藝處理的試樣進行組織和性能的評定。
　　 本文通過試驗與數(shù)值模擬制定了切斷組織遺傳,達到超聲探傷要求的φ1440mm超超臨界高中壓轉子的鍛后熱處理工藝。遵循“