汽轮机叶片的服役条件

汽轮机叶片的服役条件

1. 汽轮机叶片的服役条件及技术要求

叶片的服役条件:

a) 每一级叶片的工作温度都不相同；

b) 工作在高温、高压、高转速或湿蒸汽区等恶劣环境中,经受着离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区高速水滴冲蚀的共同作用；

c) 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。

对叶片材料性能的要求：

a) 应具有足够的室温和高温机械性能；

b) 良好的耐蚀性和抗冲蚀性；

c) 良好的减振性；

d) 高的断裂韧性；

e) 优良的冷、热加工工艺性能。

2. 汽轮机叶片选材分析

（1）铬不锈钢，1Cr13和2Cr13：热处理工艺：在调质状态下使用。

1Cr13：1000~1050℃油淬，700~750℃回火；

2Cr13：950~1000℃油淬，640~720℃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450~500℃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。

（2）强化型铬不锈钢

牌号

1：2Cr12NiMo1W1V 2Cr12NiMolWlV钢作为GB8732—88《汽轮机叶片用钢》标准的一个专用钢种和GB1221标准中的2Cr12NiMolWlV钢种相比，其Cr.Mo.W.V和P.S的含量控制范围要求更严格一些，从而中和力学性能也更好一些，两种钢的化学成分。

热处理规范及力学性能指标的比较见表

1和表2

（3）低合金珠光体耐热钢

牌号：20CrMo、24CrMoV

该类钢特点是合金元素含量较低，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。

（4）铝合金和钛合金

这类合金的特点是铝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。

综合以上论述，2Cr12NiMolWlV钢是最佳的选择。

3. 2Cr12NiMolWlV的工艺规范

2Cr12NiMolWlV

钢是一种高温马氏体不锈钢，作为叶片专用钢，要获得较满意的综合力学性能，受到诸多因素制约。热处理过程无疑是最关键的因素之一。

常规做法是：叶片胚料锻后先做等温退火，然后调节。

2Cr12NiMolWlV钢基本采用GB8732—88标准推荐的热处理规范，见表3。

表3 2Cr12NiMolWlV钢热处理规范

等温退火与完全退火和不完全退火的区别在于，奥氏体化后不是随炉冷却而是冷至适当温度保温，使奥氏体在这个温度下进行等温转变，形成珠光体。这些钢采用完全退火或不完全退火来获得珠光体组织是十分困难的，因为奥氏体化后必须非常缓慢地冷却才能在连续冷却过程中完成珠光体转变，否则便于工作会形成马氏体，使钢变硬，

无法进行切削加工。而这样低的冷却速度在实际生产条件下却是很难实现的。而且即使能够设法实现，生产周期也显得过长，极不经济。

采用等温退火，使奥氏体在既能转变为硬度不太高的珠光体，完成转变所需时间又不太长的温度下进行等温转变，不但方便易行，而且可以缩短生产周期。

等温退火还有一个优点，那就是等浊转变形成的组织比较均匀，不象连续冷却转变那

样，在较高温度下与低较温度下形成不完全相同的组织。

等温退火的加热规范和完全退火或不完全退火相同。使奥氏体发生等温转变的温度和保温时间应根据钢的TTT图选定。选择的原则是在保证钢的硬度合乎要求的前提下，奥氏体能在较短时间内完成球光体转变。由加热温度冷至等温转变温度的冷却速度无关紧要。在不考虑内应力问题时，等温转变结束后即可出空冷。

其等温退火工艺曲线图1。高温回火后得到回火索氏体组织。

工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质后，汽轮机叶片具有优良的综合力学性能。因汽轮机叶片承受着最大的静应力、动应力和交变应力，对其所要求的性能也就很高，大都在比较大的动载荷作用下工作，它们承受着拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切的作用，有的表面还具有摩擦，要求有一定的耐磨性等等。因此汽轮机叶片应具有优良的综合力学性能，即高强度和高韧性的适当配合，以保证其长期顺利工作。所以对汽轮机叶片进行调质处理很重要，其调质工艺图见图2和图3。