X12CrMoWVNbN10-1-1轮盘锻件的试制及研究

  燃气轮机技术及其联合循环的飞速发展,完全改变了燃气轮机最初只能作为紧急备用电源和调峰机组适用的功能。目前,燃气轮机除具上述功能外,还可以携带基本负荷和中间负荷,其调峰性能好,大有取代常规燃煤蒸汽轮机电站的趋势。近年来,燃煤的整体煤气化联合循环和流化床燃煤联合循环等洁净煤发电技术的蓬勃进展,都与燃气轮机的发展密切相关。

  X12CrMoWVNbN10-1-1钢具有良好的锻造性、淬透性、抗氧化性、焊接性和持久韧性,是重型燃气轮机的主要部件—涡轮盘的选用材料,其国产化对我国打破国外的技术封锁具有重大的意义。中国第一重型机械股份公司自2008年就开始采用双真空方式制造12%Cr超超临界转子,但采用此种方式生产的钢锭冷却时间长,铸态组织晶粒粗大,偏析严重,很难保证锻件的均质性,而电渣重熔钢锭冷却速度快,钢锭成分均匀、组织致密、夹杂物少,因此采用电渣重熔方式制造12%Cr钢锭成为必然趋势。一重将12%Cr废转子锻件改锻成自耗电极,采用2010年新上的120t电渣炉进行电渣重熔冶炼,并经过锻造得到了轮盘试制锻件,粗加工后锻件规格为Φ1900mm×500mm。研究人员主要研究了此轮盘试制锻件的径向不同位置的微观组织差异,并探讨了其对力学性能的影响。

  试验材料取自于经过锻后热处理的X12CrMoWVNbN10-1-1燃气轮机涡轮盘试制锻件,锻后在700℃长时等温退火处理。分别于锻件冒口侧端面最外边缘、1/2R、心部三个位置取料进行实验分析。

  性能热处理工艺参数:淬火温度为1070℃,第一次回火温度为585℃,第二次回火温度为695℃。用Axiovert200MAT型光学显微镜和Quanta400型扫描电镜观察分析夹杂物、锻后热处理态组织及性能等;将热处理后的材料加工成标准拉伸试样和冲击试样,用CSS-44300型电子万能试验机测试其室温和600℃的拉伸性能,用CBD-500型电子式摆锤冲击试验机测试其室温冲击性能。试验结果表明:

 ?。?)采用120t电渣炉电渣重熔冶炼并锻造得到的规格为Φ1900mm×500mm的X12CrMoWVNbN10-1-1轮盘试制件,其成分、组织及力学性能比较均匀。

 ?。?)轮盘试制件冒口端O含量较高,体现在锻件中Mn、Cr的氧化物夹杂较多,且锻件边缘较多,心部略少。氧化物夹杂在拉伸尤其是高温拉伸变形过程中容易形成孔洞和裂纹,成为主要的裂纹源之一,影响了材料的拉伸性能,而冲击性能主要与δ-铁素体有关。

 ?。?)经过长时的等温锻后热处理能够实现完全的扩散型相变,得到铁素体+碳化物的组织,切断了组织遗传,为后续的粗加工和热处理等做好了准备,性能热处理组织为回火马氏体+碳化物+少量铁素体。