现代汽轮机重要部件材料详解

jetluo

现代汽轮机重要部件材料详解

现代火力发电机组多采用超临界或超超临界机组，其发展的关键是如何研制出满足恶劣工况条件下的重要部件（高、低压转子、气缸和动叶片）材料。近三十年来，国内外许多研究机构做了大量的研究工作，并取得了不错的成绩。主要是：

1、高压转子



汽轮机转子通常在3000-3600r/min的高转速下运行。汽轮机的高、中压转子同时还承受400-600℃的高温，还要传递扭矩，承受自重带来的弯矩、旋转震动带来的附加应力。

传统上，高温转子常采用30Cr1Mo1V材料，但这类材料最大工作极限是565℃左右。现在在更高温的600℃以下，人们就得采用9-12%Cr钢作为使用的高温转子材料。如瑞士的ABB公司利用改进10%铬转子钢提高性能，日本科研人员发现当耐热铁素体钢中Cr含量达到8.5%，仍能在650℃正常工作。

jetluo

2、低压转子



低压转子钢的一项重要指标是回火脆性。

低压转子一般广泛采用3.5NiCrMoV钢制备。现在主要通过冶炼技术提高材料纯度，如采用电弧炉冶炼、钢包精炼、电渣重熔、真空浇注等对不纯净元素进行控制。

jetluo

3、缸体和静止部件



汽轮机缸体和静止部件一般为铸铁钢件，应具有良好的浇注性能、较高的持久强度、塑性、冲击韧性、抗氧化性、可焊性、热稳定性。

一般的材料是碳素铸钢及铬钼合金铸钢。现在日本东芝公司采用12%CrMoVNbN代替过去的CrMoV类材料。

jetluo

4、动叶片



动叶片所处的工况极为恶劣，主要表现在应力状态、工作温度等。

叶片常应用1Crl3、ZCrz3等及以此为基含有 Mo、W、Nb、B、Ni等强化元素的12%一13%Cr钢等。现在更先进的方法是采用比重小和强度高的材料，如钛合金材料TIA16V4和 TIA17Mo4等以及正在研究采用的碳化物或玻璃纤维增强塑料作为末级长叶片材料，后者比重仅为钢的四分之一。

汽轮机工作质量和技术水平影响到火力发电厂发电机组的效率和寿命，今后对汽轮机材料势必将提出更高的要求。虽然目前现代临界或超超临界汽轮机组主要结构材料大多数为成本低且生产工艺成熟的铁素体钢，但今后将会是大量的高铬含量的马氏体钢，甚至是其他非钢质材料。