Оптимизация структуры и свойств Ni-Cr-Mo-V стали для крупногабаритных высоконагруженных дисков ГТУ

• Автор: Леонтьев, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 191 с. : ил.

Глава 1. Применение ГЧГСг-Мо-У сталей для изготовления крупногабаритных роторов и дисков энергетических турбин.

1.1. Современное состояние вопроса

1.2. Комплекс требований, предъявляемых к свойствам материала дисков турбины современных ГТУ из ТЛ-Сг-Мо-У
стали

1.3. Выводы и задачи исследования

Глава 2. Материал и методика исследования.

2.1. Материал дисков турбины и технологические особенности

их изготовления

2.2. Методика исследования

Глава 3. Исследование влияния повышенной прочности и

особенностей технологии изготовления на механические свойства материала дисков из стали 26ХНЗМ2ФАА.
3.1. Исследование свойств материала поверхностных зон заготовок первых партий дисков из стали 26ХНЗМ2ФАА различной категории прочности
3.2. Оценка влияния технологии изготовления и уровня прочности на свойства материала поверхностных зон
Глава 4. Исследование фактического уровня свойств центральных зон первых натурных дисков из стали 26ХНЗМ2ФАА повышенной прочности.
4.1. Диск 4 ступени турбины
4.2. Диск 1 ступени турбины

4.3. Диск 3 ступени турбины
4.4. Обобщение результатов и выводы
Глава 5. Исследование структуры материала дисков из стали 26ХНЗМ2ФАА повышенной прочности.
5.1 Особенности макро- и микроструктуры материала дисков
5.2 Исследование характера металлургических дефектов и оценка точности ультразвукового контроля натурных дисков
5.3 Фазовый состав материала дисков
Глава 6. Влияние карбидной составляющей микроструктуры стали 26ХНЗМ2ФАА повышенной прочности на свойства материала дисков.
6.1 Состояние карбидной фазы в структуре материала дисков
6.2 Оценка параметров карбидной фазы
( Глава 7. Отпускная хрупкость стали 26ХНЗМ2ФАА
Основные выводы
Список литературы
Приложения:
Приложение 1: Таблицы 1-3 результатов испытаний материала
дисков из стали 26ХНЗМ2ФАА и 27ХНЗМ2ФА-Ш
Приложение 2: Результаты дополнительного исследования
материала компрессорных дисков из стали 27ХНЗМ2ФА-Ш

Создание паровых и газовых турбин большой мощности, а также их компоновка в парогазовые комплексы является в настоящее время основным средством повышения к.п.д. стационарных турбоагрегатов, используемых для производства электрической энергии. Повышение мощности требует увеличения некоторых параметров турбин, в частности, прочности и габаритов основных деталей. Одними из таких деталей являются ротора и диски турбины. Увеличение габаритов при одновременном повышении прочности материала заготовок этих деталей сопряжено с решением ряда металлургических задач, связанных с обеспечением комплекса конструкторских требований, предъявляемых к материалу.
Настоящая работа посвящена оптимизации свойств 3,5 №-Сг-Мо-У-стали, использованной для изготовления крупногабаритных дисков (толщина ступицы - 620 мм, диаметр - 2000 мм) мощной газотурбинной стационарной энергетической установки ГТЭ-150 с начальной температурой газа перед турбиной равной 950-1100°С. Сталь 26ХНЗМ2ФАА является модификацией широко применяемой для изготовления крупногабаритных роторов паровых турбин стали 26ХНЗМ2ФА, но в отличие от последней, вследствие особенностей конструкции ГТУ, должна иметь более высокие значения прочности в сочетании с низкими значениями переходной температуры хрупкости по всему объему дисков. Задача, заключающаяся в достижении такого сочетания свойств в дисках таких габаритов, для этого класса сталей ставилась впервые. Для ее решения был использован ряд технологических приемов, не использованных ранее при производстве роторов турбин.
Все это обусловило актуальность темы и необходимость проведения исследований материала первых дисков ГТУ с целью оценки оптимальности структуры и свойств материала дисков, полученных при изготовлении.

от 90 МПа до 150 МПа. Величина отношения этих значений в среднем равна
0.90 и изменяется от 0,86 до 0.91.
Для дисков с пределом текучести больше 900 МПа среднее значение относительного удлинения равно 18%. Характеристики выборки: п = 68; бср = 18,021; Sn-i = 1,481; S2n.i = 2,195. С вероятностью 99,7% это значение находится в пределе 13,5% и 22%. Устойчивой разницы между величиной относительного удлинения для обода и ступицы практически не наблюдается. В среднем она составляет около 1 %.
Значения относительного сужения металла обода и ступицы дисков, представленные на рис.3.1 свидетельствуют о практически постоянном для всех дисков турбины более высоком уровне средних значений относительного сужения металла обода по сравнению с металлом ступицы. Разность этих значений по результатам испытаний на ИЗ и ЛМЗ в среднем составляет 5% и колеблется от 0 до 10%. В результате чего среднее значение относительного сужения для металла обода, определенное как на ЛМЗ, так и на ИЗ составляет 67%, в то время как для ступицы - 62%.
На рисунке 3.2 представлены значения характеристик пластичности материала дисков с разным пределом текучести. Также как и для относительного удлинения значительного снижения относительного сужения в рассматриваемом интервале значений предела текучести нет. Наблюдается слабая обратная зависимость этих характеристик от предела текучести.
Рассмотрение результатов испытаний на ударную вязкость при 20°С (KCV) материала обода и ступицы дисков показывает, что для большинства дисков средние значения KCV для обода больше, чем для ступицы на 10...40 Дж/см2 (в среднем на 20 Дж/см2) и, как следствие этого, средняя величина KCV для обода дисков равна 140... 150 Дж/см2, а для ступицы этих дисков -120... 130 Дж/см2.
На рис.3.3 представлен график значений ударной вязкости металла дисков с различным уровнем предела текучести. Можно отметить явную