联合循环机组高中压转子锻件的研制.pdf
NO.3 Mav 2011 《大型铸锻件》 HEAVY CASTING AND FORGING 联合循环机组高中压转子锻件的研制 滕毅赵丽 (天津重型装备工程研究有限公司,天津300457) 摘要:通过对传统30CrlMolV钢的化学成分进行超纯化设计,并采用鼓风冷却的热处理工艺形式,最终获 得低的 玎、高的抗拉强度及高温持久性能,满足了联合循环机组高中压转子锻件的技术要求。 关键词:30CrlMolV;超纯钢;高中压转子 中图分类号:TK263.6 1 文献标识码:B The development and manufacture of the HIP Rotor in combined cyclic turbines Teng Yi.Zhao Li Abstract:In this article we designed the chemical composition of the traditional 30Crl Mol V steel by means of SU— per—purification,and adopt the heat treatment process of blast cooling,finally we obtained low FATT value,high ten— sile strength and high temperature permanent property,which can completely satisly the technical requirement for the high—intermediate pressure rotor in combined cyclic turbines. Key words:30CrlMolV;super—purification steel;high—intermediate pressure rotor 燃气一蒸汽联合循环是将燃气轮机和蒸汽轮 机这两种按不同热力循环工作的热机联合在一起 的发电机组,也简称为联合循环。它能大幅度提 高机组热效率,是节约能源的一种新型发电形式, 其不仅具有降低CO 排放、减少耗水量、实现粉 尘零污染等环保优点,而且其供电效率能够达到 42%一46%,具有高效的综合利用率,这对于我国 实现绿色低碳经济发展模式具有战略意义。 联合循环发电机组中的核心部件是高中压转 子,由于机组进汽端温度高(566℃),对材料来说 就是超临界机组。因此对高中压转子的技术要求 比亚临界机组更加严格,即比常规高中压转子要 求具有更低的FATT、更高的抗拉强度及高温持久 性能。由于该转子主要依赖进口,因此我公司与 哈汽共同合作进行了联合循环高中压转子锻件的 研制。本文重点对联合循环高中压转子超纯 30Crl MolV钢进行热工艺研究,使其最终达到联 合循环机组高的性能要求。 1技术要求 超纯30CrlMolV钢的化学成分见表1,常温 力学性能见表2,高温性能见表3。 表1化学成分要求(质量分数,%) Table 1 The requirement of the chemical composition(mass fraction,%) I C Mn P S Si Ni Cr MO V A1 Sb As Sn }0。.2.。7。~ 0.65~ ≤ ≤ ≤ O.3O~ 1.O5— 1.1O~ O.21~ ≤ ≤ ≤ ≤ O.8 O.OD5 O.Ⅸ)5 O.05 O.6O 1.3O 】.35 O.29 O.OO5 O.oo1 5 O.o2 O.O1 注:O≤3O×10一 ,H≤1.0×10一 ,N≤100 X10一 表2常温力学性能要求 Table 2 The requirement of the normal temperature mechanical property 取样 Rro.2/ R / A4 Z AKv7 FA7 0/ 上平台/ 位置 MPa MPa (%) (%) J J 轴端 t>600 ≥760 ≥10 ≥25 ≥7 一 ≥55 轴身 ≥600 ≥760 14 38 8 ≤113 />55 收稿日期:201l—o4—01 26 表3高温性能要求 Table 3 The requirement of the high temperature mechanical property 温度/℃ 应力/MPa 试验要求 510 365 540 31O 断裂时间≥100 h 565 260 伸长率≥15% 断裂不得在V型缺口处 595 220 5l0 3l0 540 250 断裂时间≥5 000 h 《大型铸锻件》 HEAVY CASTING AND FORGING No.3 Mav 20l1 2制造难点 2.1 联合循环机组高中压转子的化学成分除Mn 元素外,其余均为超纯,致使冶炼浇注对残余元 素、成分偏析及气体更难于控制。 2.2超纯30Crl MolV钢转子的常温屈服强度比 普通30CrlMolV钢(i>590 MPa)高10 MPa,抗拉 强度比常规转子(i>720 MPa)高出40 MPa以上, F/tTT比常规转子(≤lI6c【=)低3~C。 2.3 超纯30CrlMolV钢转子要求的持久强度 r,5m3 ≥152 MPa,比普通30CrlMolV钢的中限138 MPa还要高出14 MPa。因此热处理实现超纯 30CrlMolV钢转子高的性能要求难度大。 3 制造过程 针对联合循环机组高中压转子力学性能的特 点,本着降低成本、发挥材料潜力的原则,开发了 超纯30CrlMolV钢,其生产流程为:冶炼一锻造 一预备热处理一超声波探伤一调质热处理一检验 一精加工。 3.1 冶炼浇注 采用真空碳脱氧(LVCD),利用真空状态下 [C]、[O]反应,提高钢水的纯净度,减少脱氧产 物进入钢水,降低钢水的[O]含量;采用VCD大 大降低P、S的偏聚。通过LVCD+VCD的方式实 现锻件除Mn外,其余元素均为超纯的目的。 3.2锻造 采用大砧宽比(1 500 mm宽V砧)压实砧压 实,两次镦粗拔长,使心部有效压实。保证转子组 织均匀,满足超声波探伤要求。 3.3热处理 \ 憾 赠 3.3.1 预备热处理 转子含有较多的Cr、Mo、V等合金元素,尤其 是钒碳化物是难溶的碳化物。超纯30CrlMolV 钢在锻造后采用退火工艺,即一次高温两次过冷 的工艺方式能使钒碳化物充分溶解,弥散析出细 小均匀的钒碳化物,为后序热处理做组织准备。 3.3.2调质热处理 对超纯30CrlMolV钢而言,由于材料的设计 除Mn外,其余有害元素Si、P、s、As、Sn、Sb的含 量达到超纯,可以充分抑制P、S回火脆性;材料 的超纯设计有利于降低回火脆化敏感性,改善断 裂韧性、淬透性;为了使转子获得更高的持久强度 及常温力学性能,对超纯30Crl Mol V钢的转子进 行了鼓风冷却热处理工艺实验,即奥氏体化温度 不变,采用大风量旋转鼓风冷却,最终获得的组织 为上贝氏体。常规冷却采用油冷,油冷的组织为下 贝氏体。这两种冷却方式都可以满足常温力学性 能要求,但油冷的 一般在110oC左右,且油冷 的高温持久在130 MPa左右,不能满足要求。而采 用大风量旋转鼓风冷却的 可以降低到90℃ 左右,高温持久强度 5。 3—156 MPa,工艺见图1。 4检验结果 通过对超纯30Crl Mol V钢进行热工艺研制, 其化学成分、常温力学性能、金相、高温持久等检 验结果详见表4一表6和图2一图3。 以上检验结果表明,化学成分和常温力学性 能均达到目标值的要求,并且组织均匀,转子超声 波探伤合格,高温持久强度r,5 器3 176 MPa,远高 于日本生产的转子( 5 幕3 156 MPa)。 时间/h 图1 高中压转子锻件调质热处理工艺曲线 Figure 1 The quenching and tempering proce88 curve of HIP rotor 表4化学成分检验结果(质量分数,%) C Mn P S Si Ni Cr No V AI Cu Sb As Sn 轴身X2 0.29 0.67 0.(】(】5 0.004 0.O5 0.40 1.20 1.15 0.25 ≤0.O07 O.06 O.o00 7 0.006 0.008 轴端L1 0.30 0.70 0.005 0.004 O.06 0.41 1.19 1.17 0.25 ≤0.0O7 0.O5 0.0o0 7 O.oo6 0.005 注:轴身x2中O=20×10~,H=0.7×10_。。,N=38×10_¨;轴端1.1中O=24×10~,H=0.5×10-。‘,N:40×10 。 27 《大型铸锻件》 HEAVY CASTING AND F0RGING NO.3 Mav 2011 日 \ ‘R 毯 L_M参数 图3高温持久强度曲线 Figure 3 The curve of high temperature permanent strength 5 结论 通过对联合循环高中压转子材料进行优化设 计,冶炼时除Mn外,其余元素按超纯冶炼工艺操 作,并采用鼓风冷却热处理工艺实现了超纯转子 具有较低的 、较高的抗拉强度及高温持久性 能的要求。通过试制,证明该材料及工艺的优化 是可行的,既降低了成本,延长了转子使用寿命, 又实现了联合循环机组的可靠运行。 编辑龙礼建 预防35CrMo半齿圈热处理变形的措施 张崇辉 (中国一重轧辊电站事业部,黑龙江161042) 我公司生产的挖掘机用旋转齿轮直径为5.5 m,由于没有如此大的热处理设备,只能加工成两 个半齿圈进行热处理。半齿圈采用ZG35CrMo钢 制作,热处理技术要求为调质硬度241~ 286HBW。该工件为大尺寸薄壁复杂件,热处理 时极易产生变形:开口方向圆度变形,水平方向瓢 曲变形。工件铸造余量单面为15 mm,变形后不 能满足加工要求,并且变形后矫正十分困难,因 此,热处理时必须要解决变形的问题。 为了防止半齿圈圆度方向变形,我们用200 mm的槽钢将半齿圈开口处焊在一起。加热时, 开口扩大的趋势被槽钢拉住;冷却时,开口缩小的 趋势被槽钢顶住。这样使开口处不能扩大和缩 ,J、。 为了使半齿圈水平方向不能变形,我们将 5 500 mm×2 800 mm×350 mm的料盘表面刨平, 把两个半齿圈摞在一起平放在料盘上,并用1 000 mm×80 mm×50 mm隔条立在料盘上。将料盘 和两个半齿圈焊在一起成为一体。在工件加热和 淬火时,工件释放的应力被传导到料盘上。由于 料盘的尺寸较大,厚度方向尺寸也很大,防止变形 的能力较强,这样使得工件在水平方向不能变形。 调质后,工件开口方向变形小于10 mm,水平 方向变形小于12 mm,保证了加工尺寸要求。调 质硬度为255HBW,满足技术要求。 编辑邓 玉 邵宁:国资委将继续推进央企董事会试点 国务院国资委副主任邵宁5月7日出席第七 届中国上市公司董事会金圆桌论坛时表示,央企 董事会试点工作取得了一定成效,国资委将继续 推进这一项工作。 邵宁认为,董事会试点开展以后,取得了四方 面的成效:一是央企制衡机制初步形成,决策科学 化程度明显提高,企业出现重大决策失误的可能 性大大降低;二是央企个性化管理开始形成;三是 央企改革和结构调整的力度进一步加大;四是央 企决策组织的优化比较容易。但同时,央企董事 会试点过程中也发现一些问题。例如,有些董事 会还没有找到一个较符合企业特点的运行模式; 二是有些企业董事长、总经理的关系还有矛盾;三 是集团与股份公司双层董事会如何协调运行,仍 然需要继续探索;四是国资委和董事会之间的互 动不够;五是高素质的外部董事资源不够。 邵宁认为,上述问题主要是基础性的,而董事 会试点取得的成效则是根本性的。所以国资委对 这套制度还是很有信心的,要把它继续推广、不断 完善。 (摘自中国二重纪检监察网2011—05—09) 29