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本钢超临界、超超临界叶片钢的研发

作　者: 燕际军
导　师: 赵宪明
学　校: 东北大学
专　业: 材料工程
关键词: 超临界超超临界叶片钢汽轮机
分类号: TG335
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

超临界、超超临界汽轮机组具有热效率高、煤耗低、耗水指标低等优点。与亚临界机组相比,超临界机组的发电效率约提高2-4%,超超临界机组的发电效率可提高约6%-7%。发展超超临界机组在设计和制造中有许多关键技术问题有待解决,超超临界今后发展重点偏重在材料研发与温度提高上。本钢从上世纪五十年代在国内最早开始了汽轮机叶片和螺栓用钢的生产,逐渐成为我国叶片钢生产和开发的基地,是汽轮机叶片钢生产的传统优势企业,叶片钢的市场占有率始终稳定在80%以上。本钢研发的超临界和超超临界叶片钢等效采用西门子、GE、日立和东芝公司的先进标准,化学成分设计与控制合理,化学成分均匀,成分偏差小,夹杂物和铁素体含量低,晶粒度细小,低倍质量水平好,综合力学性能优良,各项指标符合技术标准,钢材整体质量达到国际先进水平,实现了此类钢的国产化,顶替了进口,保证了“863”计划项目、国家“利用市场换技术”重点建设项目、出口叶片合同对新型国产叶片材料的要求。本文从研究叶片钢恶劣的工况环境入手,品种成分设计时综合考虑成分对各种性能的影响,根据冶炼及性能要求合理控制Cr/C比,Nb/C比,制定出合理的标准成分范围,结合各品种的不同技术质量、力学性能、铁素体含量的要求,制定出实际执行的化学成分控制范围,实现了成分的二次设计。通过研究用返回吹氧法冶炼超低碳叶片钢、电渣重溶生产3.0吨电渣锭,经实验确定了热加工工艺,优化设计了800/650×4轧机孔型系统,开发了3.0t大锭型电渣锭生产超临界、超超临界叶片钢的新工艺；研制成功了一火成材和开坯工艺,实现了高合金叶片钢以轧代锻；研究了典型叶片钢的内部质量、微观组织和力学性能,探讨了铁素体含量与化学成分及热经历的关系；分析了叶片钢的三种典型缺陷,制定了相应的工艺措施。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-26
  1.1 叶片钢开发的背景  11
  1.2 叶片钢的工况环境及工艺要求  11-12
  1.3 叶片钢钢种简介及主要技术指标  12-19
    1.3.1 钢种简介  13-14
    1.3.2 主要技术指标  14-18
    1.3.3 亚临界与超临界、超超临界叶片钢技术标准要求及工作参数对比  18-19
  1.4 叶片钢的生产工艺现状  19-20
    1.4.1 原材料  19
    1.4.2 冶炼工艺  19
    1.4.3 电渣重熔工艺  19
    1.4.4 轧制工艺  19-20
    1.4.5 后部精整  20
  1.5 叶片钢的生产设备  20-22
    1.5.1 叶片钢的工艺设备  20-21
    1.5.2 检验设备  21-22
  1.6 生产实效质量控制  22-23
    1.6.1 成分控制  22
    1.6.2 力学性能、组织控制  22
    1.6.3 缺陷控制  22-23
  1.7 质量保证分析  23
    1.7.1 工艺保证  23
    1.7.2 设备保证  23
    1.7.3 体系完整  23
  1.8 叶片钢研究的目的和意义  23-25
    1.8.1 提高发电机组效率、降低消耗、节约成本  23-24
    1.8.2 实现国产化转换,替代进口,打破国外对中国市场的垄断  24-25
  1.9 本文研究的主要内容  25-26
第2章叶片钢技术研究  26-54
  2.1 工艺路线  26
  2.2 化学成分的设计与控制  26-29
  2.3 冶炼工艺研究  29-33
    2.3.1 氧化法电炉冶炼工艺  29-30
    2.3.2 返回吹氧法电炉冶炼工艺  30-32
    2.3.3 浇注工艺  32-33
  2.4 电渣重熔(ESR)工艺研究  33-39
    2.4.1 电渣重熔的任务和控制目标  34-35
    2.4.2 渣制度  35-36
    2.4.3 供电制度  36-39
  2.5 热加工工艺研究  39-44
    2.5.1 电渣锭预热工艺  39-40
    2.5.2 均热工艺的制定  40-42
    2.5.3 终轧温度的制定  42
    2.5.4 轧后冷却及保温工艺的制定  42-43
    2.5.5 800/650×4轧机孔型系统的优化设计  43-44
  2.6 实物质量水平分析  44-52
    2.6.1 Cr-Ni钢(X20Cr13)  44-46
    2.6.2 Cr-Ni-Mo-Nb(B50A947A4)钢  46-47
    2.6.3 Cr-Ni-Mo-V-N钢(KT5931ASO)  47-49
    2.6.4 Cr-Ni-Mo-Nb-V-N钢(X19CrMoVNbN11-1)  49-50
    2.6.5 Cr-Ni-Cu-Nb钢(X5CrNiCuNb16-4)  50-52
  2.7 第三方认证检验  52-54
    2.7.1 综合评价  52-54
第3章性能研究与测定试验  54-74
  3.1 力学性能测试及相关影响因素研究  54-67
    3.1.1 X20Cr13钢  54-56
    3.1.2 B50A947A4(1Cr12MoNb)钢  56-58
    3.1.3 KT5931ASO钢  58-61
    3.1.4 X5CrNiCuNb16-4钢  61-67
  3.2 高温持久试验  67-68
  3.3 叶片钢的热处理后组织和拉伸、冲击断口  68-70
  3.5 Δ铁素体含量与化学成分和加热温度的关系  70-73
  3.7 小结  73-74
第4章叶片钢缺陷分析  74-78
  4.1 探伤缺陷  74
  4.2 检验分析  74-77
    4.2.1 钢材横截面低倍检验  74-75
    4.2.2 第二类探伤缺陷分析  75-76
    4.2.3 第三类探伤缺陷分析  76-77
  4.4 分析及改进措施  77-78
第5章叶片性能测试  78-84
  5.1 本钢叶片钢实物质量情况  78
  5.2 叶片要求  78
  5.3 叶片加工工艺  78-79
  5.4 叶片力学性能测试  79-83
    5.4.1 上汽100千瓦超超临界燃汽轮机组叶片  79-81
    5.4.2 哈汽燃气—蒸汽联合循环超临界机用H219R型叶片  81-82
    5.4.3 出口日立和东芝公司叶片  82-83
  5.5 晶粒度和铁素体  83
  5.6 叶片力学性能测试分析  83-84
第6章结论  84-85
参考文献  85-87
致谢  87

本钢超临界、超超临界叶片钢的研发

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