國外超超臨界火電鍛件的先進制造技術主要集中在德國的SAAR和西門子、日本的JSW和JCFC、意大利的SDF。為探討我國現行的超超臨界火電鍛件制造技術與國外先進核鍛件制造技術的差別,以超超臨界火電高壓轉子為例,分別在進口高壓轉子鍛件和國產高壓轉子鍛件上切取試件,進行物理性能檢驗。 對比化學成分、組織和物理性能指標,結果表明:兩種鍛件的化學成分都在鋼的規定范圍內,非金屬夾雜物等級、強度指標及延伸率都符合技術要求,無損檢測未發現超標缺陷,但兩種鍛件的沖擊韌性和疲勞壽命相差較大。進口鍛件的沖擊值和應力循環次數除滿足規定的指標外還有較大的富余量。國產鍛件的測量值略高于規定的指標,且有個別值低于規定指標。從組織上看,當組織放大到2000~3000倍時,在進口鍛件和國產鍛件內部都能見到數微米到幾十微米的夾雜物,極個別處可達近百微米。由于這些夾雜物的尺寸與通常鍛件內部的非金屬夾雜物的尺寸相比要小得多,相差上千倍,此處稱其為微夾雜物。進口核鍛件內部的微夾雜物的形狀顯得比較圓滑,且都被金屬基體緊緊包裹著,微夾雜物與金屬基體是一個連續的整體。國產鍛件則不同,其內部的微夾雜物的形狀是尖角鋒利,在不少微夾雜物與金屬基體之間存在著裂紋,有的裂紋在微夾雜物的尖端,有的裂紋在微夾雜物的一側。由于裂紋的存在,不少微夾雜物不能與金屬基體形成連續的整體,此處稱這些尺度在微米到幾十微米的裂紋為微裂紋。研究表明,這些微夾雜物邊界處的微裂紋是導致沖擊韌性降低和應力循環次數減少的主要原因,它嚴重地影響著超超臨界火電設備的使用壽命。 由于超超臨界火電設備工作條件的特殊性以及對安全要求的絕對性,超超臨界火電鍛件是一種技術要求更高的大型鍛件。探索這些微裂紋的形成機理,尋找修復機理與修復方法,是提高超超臨界火電鍛件制造技術水平,延長超超臨界火電設備使用壽命的重要途徑。 在大型鍛件的制造過程中,內部夾雜物來源于鋼的冶煉與鑄錠的澆注及凝固過程。有的內部夾雜物是脫氧劑帶來的產物,有的則是鋼液冷卻或凝固過程中產生的氧化物、二次氧化產物,也有的內部夾雜物是澆注過程中耐火材料帶來的以及卷渣產生的。脫氧產物、鋼液冷卻或凝固過程產生的氧化物和二次氧化產物稱為內生夾雜物;耐火材料及卷渣形成的夾雜物稱為外來夾雜物。其中,加入脫氧劑后產生的夾雜物是不可避免的,而由二次氧化、耐火材料及卷渣等因素產生的夾雜物可通過優化冶煉工藝來減少或完全去除。 為研究應力條件對脆性夾雜物邊界處裂紋的影響,建立了平均球應力度的概念。數值模擬與試驗表明:脆性夾雜物周圍區域平均球應力度的代數值大小能夠反映邊界處裂紋的變化,可以作為鍛造過程中描述鍛件內部脆性夾雜物邊界處裂紋變化的物理量。脆性夾雜物周圍區域平均球應力度的代數值大于-1.74時,在脆性夾雜物邊界處產生裂紋;平均球應力度的代數值小于-1.74時,在脆性夾雜物邊界處不產生裂紋。 |
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