摘要使用热处理风冷炉模拟研究了大型汽轮机转子内外径处的冷却速率对转子材料30CrMoNiV511 钢的组织转变及强韧性的影响。结果表明, 淬火冷却速率对转子材料的强度影响不明显, 而对冲击韧性的影响显著。随着淬火冷却速率从50 ℃/min 逐渐降低至7 ℃/min, 淬火组织由下贝氏体逐渐向上贝氏体、粒状贝氏体及其混合组织转变, 冲击韧性由66 J 急剧降低到16 J; 当冷却速率降低到5 ℃/min 以下时, 组织中出现先共析铁素体, 且上贝氏体铁素体粗大, 碳化物分布极不均匀,冲击韧性极差。不同冷却速率转子钢的微观组织及碳化物析出形态和分布是决定其冲击韧性的主要原因之一。
30CrMoNiV511 钢是一种可用于制造60 万千瓦、超临界汽轮机机组高中压转子的Cr-Mo-V钢, 与国内的30Cr1Mo1V钢类似。这种高中压转子通常在3000—3600 r/min 高转速、400—600 oC 高温下运行, 因此要求转子截面上力学性能的均一性, 又要有极好的组织稳定性, 以保证其具有高热强韧性和良好的综合性能[1-3]。但是, 随着现代汽轮机单机容量不断增大, 汽轮机转子的大型锻件用钢的尺寸越来越大(直径可达1 m 左右), 厂家标准要求也越来越严格(国外厂家要求转子的冲击韧性CVN ≥ 24 J), 常常出现冲击韧性不合格问题[4-6]。目前采取的措施主要有: 一是严格控制P 等杂质元素的含量[4, 5], 二是适当降低淬火温度, 调整回火参数[5, 6]。P 含量可控在0.007%以下, 有效地降低了P 在晶界的偏聚, 控制了回火脆性。适当降低淬火温度和调整回火参数是在牺牲强度的情况下提高冲击韧性, 且对大直径的大型锻件的冲击韧性提高很有限。本文模拟大型转子用30CrMoNiV511 钢在不同半径部位冷却速率, 研究冷却速率对其组织转变和强韧性的影响。
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