X12CrMoWVNbN1011鋼超超臨界轉(zhuǎn)子熱處理工藝的研究.pdf

1、百萬千瓦超超臨界汽輪機(jī)的工作蒸汽溫度達(dá)到600℃、蒸汽壓力達(dá)到30MPa,這種工作環(huán)境對(duì)材料性能的要求極高,已處于現(xiàn)有各種汽輪機(jī)轉(zhuǎn)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(zhì)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(duì)發(fā)掘材料強(qiáng)度潛力、改善零件的使用性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命具有極其重要的意義。
　　 由于超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在高溫高壓的蒸氣環(huán)境中工作,因此要求轉(zhuǎn)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(yàn)測(cè)定了X12CrMoWVNbN1011鋼的奧氏體晶粒長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)曲線,并準(zhǔn)確劃分了晶粒的正常長(zhǎng)大與異常長(zhǎng)大區(qū)域,為超超臨界轉(zhuǎn)子熱處理工藝的制定提供重要依據(jù)。
　　 鋼的相變動(dòng)力學(xué)曲線是制訂熱處理工藝的重要依據(jù),也是熱處理工藝國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)模擬必要的輸入?yún)?shù)。本文利用膨脹法在Gleeble-3500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上測(cè)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(guān)系:τ(X,T)=(()T(x)/()V)x,通過轉(zhuǎn)換CHT曲線獲得了IHT曲線；采用定量金相法測(cè)定了符合生產(chǎn)實(shí)際的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)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(shí)間12小時(shí)。
　　 臨界冷卻速度是超超臨界轉(zhuǎn)子淬火冷卻工藝制定的重要參數(shù)。試驗(yàn)證明轉(zhuǎn)子中化學(xué)成分偏析和奧氏體化條件都會(huì)顯著影響X12CrMoV/VNbN1011

4、鋼的臨界冷卻速度。在化學(xué)成分相同,上述與生產(chǎn)實(shí)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(shí)間為12小時(shí)),對(duì)應(yīng)的臨界冷卻速度小于36℃/h,而將奧氏體化保溫時(shí)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(zhuǎn)子偏析導(dǎo)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(zhuǎn)變是X12CrMoWVNbN1011鋼淬火過程中主要的相變過

5、程,馬氏體轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)Ms和馬氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)直接影響淬火過程計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測(cè)的相變量的準(zhǔn)確性,進(jìn)一步影響轉(zhuǎn)子的應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果。本文采用膨脹法研究了奧氏體化條件對(duì)Ms和馬氏體轉(zhuǎn)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(shí)的保溫時(shí)間。
　　 材料參數(shù)的缺乏是熱處理計(jì)算機(jī)模擬中主要的問題之一。本文利用JMatPro軟件計(jì)

6、算了X12CrMoWVNbN1011鋼的熱物性參數(shù),包括比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和密度。利用G1eeble-3500熱模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行膨脹試驗(yàn)和高溫拉伸試樣確定了X12CrMoWVNbN1011鋼不同組織的力學(xué)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(qiáng)度。
　　 本文建立了淬火過程的溫度場(chǎng)-組織場(chǎng)-應(yīng)力場(chǎng)三場(chǎng)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(yīng)力計(jì)算的子程序。通過分析淬

7、火過程的溫度、組織和應(yīng)力分布,確定了φ1440mm超超臨界高中壓轉(zhuǎn)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(shí)間大于28小時(shí)；綜合考慮了應(yīng)力、組織以及轉(zhuǎn)子出油時(shí)表面溫度這三方面要求,給出的淬火冷卻工藝為3小時(shí)空氣預(yù)冷,隨后3小時(shí)油冷。通過物理模擬對(duì)經(jīng)該工藝處理的試樣進(jìn)行組織和性能的評(píng)定。
　　 本文通過試驗(yàn)與數(shù)值模擬制定了切斷組織遺傳,達(dá)到超聲探傷要求的φ1440mm超超臨界高中壓轉(zhuǎn)子的鍛后熱處理工藝。遵循“