第九章 汽轮机主要零部件用钢及事故分析P.ppt

1、第九章 汽轮机主要零部件用钢及事故分析,1、叶片的工作条件和对材料性能的要求 叶片的作用： 叶片的工作条件： 每一级叶片的工作温度都不相同； 是在运动着的水蒸汽介质中工作； 汽轮机在工作过程中，动叶片承受着最大的静应力、动应力和交变应力。,汽轮机叶片用钢及事故分析,对叶片材料性能的要求： 应具有足够的室温和高温机械性能； 良好的耐蚀性和抗冲蚀性； 良好的减振性； 高的断裂韧性； 优良的冷、热加工工艺性能。,汽轮机叶片,2、汽轮机叶片材料的选择 （1）铬不锈钢。1Cr13和2Cr13 热处理工艺：在调质状态下使用。 1Cr13：10001050油淬，700750回火；， 2Cr13：950100

2、0油淬，640720回火， 金相组织： 1Cr13：回火索氏体+少量铁素体； 2Cr13：回火索氏体。,优点：在室温和工作温度下具有足够的强度，还具有很好的耐腐蚀性能和减振性。 缺点：当温度超过500时，热强性明显下降，使用工作温度在450500以下。1Cr13钢若锻造或淬火温度过高，奥氏体晶粒粗大，有大量块状铁素体生成，振动衰减率和冲击韧性降低。铬不锈钢抗水冲蚀的能力较差。 两者区别：2Cr13的含碳量比1Cr13高，其室温强度比1Cr13高，但塑韧性略低，耐蚀性稍差。1Cr13在汽轮机中用于前几级动叶片，2Cr13多用于后几级动叶片。,（2）强化型铬不锈钢 牌号1：1Cr11MoV、 1C

3、r12WMoV 性能特点；与1Cr13和2Cr13相比，它既有与之相似的抗蚀性和减振性，又由于多种强化元素的复合作用，组织稳定性好，具有高得多的热强性。 工作温度： 1Cr11MoV：5005601Cr12WMoV：580,（3）奥氏体类钢由于奥氏体钢的再结晶温度在800900左右，所以工作温度在600以上的燃汽轮机叶片，应采用奥氏体类钢。,（4）低合金珠光体耐热钢 牌号：20CrMo、 24CrMoV 特点：该类钢合金元素含量较低，比较经济，工艺性能良好，经过调质处理后强度、塑韧性都比较满意，主要用于制造在450以下的中压汽轮机的压力级各级动叶片和隔板静叶片。,（5）铝合金和钛合金 特点：铝

4、合金和钛合金比重小，耐蚀性好，具有一定的强度，在国外已成功用于制造大功率汽轮机的长叶片。 钛合金：是以钛为基础，加入少量铝、锆、锡、钒和钼等，比重仅为4.5，比钢轻45%左右。室温机械性能很高，具有良好的抗蚀性能。 缺点：但是钛合金工艺性能很差，对应力集中比较敏感，减振性比马氏体钢低，成本比较高。,3、汽轮机叶片损坏事故及其预防措施 （1）应力腐蚀损坏 原因：由于在晶界析出碳化物，造成贫铬区，使晶界受到腐蚀，其次是存在应力。 位置：主要发生于2Crl3钢制造的汽轮机末级叶片上，即在开始进入湿蒸汽的各级叶片上。 防止应力腐蚀的措施：改善材质，消除应力，改善蒸汽品质，避免叶片产生共振。,（2）短期

5、超载疲劳损坏 定义：是指汽轮机叶片在运行过程中，受到外界较大应力或激振力，导致叶片经受振动次数低于 次就发生断裂的一种机械疲劳损坏。 应力：使叶片发生短期超载疲劳的扰动力有两种即水击和激振力的低频共振。 宏观特征：疲劳断口表面粗糙，断口周围可能发生宏观的塑性变形；或具有典型的贝壳纹。 防止措施和方法：设法消除低频共振和防止水冲击的发生。,（3）长期疲劳损坏 定义：指叶片在长期运行过程中，应力循环次数远大于 次所发生的一种机械疲劳损坏现象。 应力：存在高频振动；叶片表面有缺陷如夹杂、腐蚀点坑、划痕等，造成应力集中。 宏观特征：断面平整，贝壳纹络清楚，疲劳区面积一般大于静撕断区面积。 防止措施和方

6、法：消除共振，提高叶片制造质量和安装质量，改善运行条件，消除不合理的运行工况。,（4）高温疲劳损坏 疲劳特征： 叶片损坏是蠕变和疲劳共同作用造成 高温氧化促进了疲劳裂纹的产生和发展 断口特征：具有贝壳样，断口表面有较厚的氧化皮。 部位：由于受到挤压应力和振动，叶根齿面存在接触摩擦，发生塑性变形和氧化。 防止措施：防止叶片同叶轮之间的摩擦，降低介质蒸汽含氧量，提高叶片用钢使用温度。,（5）腐蚀疲劳损坏 定义：是叶片在腐蚀介质里受到交变应力作用而产生的疲劳损坏。 损坏特征：介于应力腐蚀和机械疲劳之间。 当裂纹发展较快时，以机械疲劳为主； 当裂纹发展较慢时，以应力腐蚀为主 预防叶片产生腐蚀疲劳损坏措

7、施：提高叶片材料的抗腐蚀性能，尽量减小交变应力水平，改善蒸汽的品质。,（6）接触疲劳损坏 定义：是指叶片由于某种振型的振动，使毗邻的叶片之间或者叶片与叶轮之间产生往复的微量位移，相互接触摩擦的一种机械疲劳损坏。 产生条件： 接触应力(压应力)； 接触面之间的微量的往返滑移。 从调节级至末级叶片的叶根均可能产生接触疲劳。,汽轮机转子用钢及事故分析,1、汽轮机转子的结构形式、工作条件和对材料性能的要求 结构形式： 转子的工作条件：转子在工作过程中，承受扭转应力、交变弯曲应力、离心力和热应力等等；蠕变、腐蚀、热疲劳等,对转子材料性能的要求： （1）材料必须具有规定的化学成分。（2）具有足够高的强度、塑性和韧性等。（3）具有较高的蠕变极限、疲劳强度、持久强度和较好的组织稳定性；并且断裂韧性要高，脆性转变温度FATT要低。（4）具有良好的抗高温氧化和抗高温蒸汽腐蚀的能力。（5）锻件冶金质量好 。（6）转于经最终热处理后，具有较低的残余应力 （7）具有良好的淬透性、焊接性等工艺性能。,2、汽轮机转子材料的选择 （1）34CrMo钢 （2）17CrMo1V钢 （3）27Cr2Mo1V（30Cr2MoV）钢 （4）34CrNi3Mo钢,