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30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子鋼高中壓轉(zhuǎn)子殘余應(yīng)力分析與討論
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司bt990.com.cn
更新時間：2015-06-02
超臨界汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子的制造多采用30Cr1Mo1V材質(zhì)，該材質(zhì)屬于典型的耐熱合金鋼，具有高溫強度高和淬透性強等顯著特點。
???高中壓轉(zhuǎn)子是超臨界汽輪機組的核心部件，通常在高溫、高壓環(huán)境下服役，轉(zhuǎn)速高達3000r/min～3600r/min，在運行過程中承受著極高的工作載荷。目前，超臨界汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子的制造多采用30Cr1Mo1V材質(zhì)，該材質(zhì)屬于典型的耐熱合金鋼，具有高溫強度高和淬透性強等顯著特點。近年來，隨著大型超臨界機組的設(shè)計、制造及運行水平的日益成熟，發(fā)生轉(zhuǎn)子彎曲的概率已經(jīng)很小，但是為了保證轉(zhuǎn)子的正常運行，盡可能降低其工作時發(fā)生彎曲的概率，某些用戶仍對產(chǎn)品的性能提出更高的要求。尤其是轉(zhuǎn)子的殘余應(yīng)力不能超過某一閾值，這對轉(zhuǎn)子的制造廠家來說，又是一大挑戰(zhàn)。
通常來說，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在運行過程中發(fā)生彎曲的因素是很多的，其中較為主要的就包括轉(zhuǎn)子在制造過程中自身的殘余應(yīng)力。一般，僅有殘余應(yīng)力并不會直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生塑性變形，但是當其與某些正常工況下的外應(yīng)力疊加時，將極大可能導(dǎo)致材料局部區(qū)域綜合應(yīng)力大于或等于當時溫度下的屈服極限，從而發(fā)生塑性變形。因此，為了最大程度地減少轉(zhuǎn)子塑性變形事件發(fā)生的概率，可從控制其殘余應(yīng)力方面著手。同時，了解高中壓轉(zhuǎn)子殘余應(yīng)力的分布對于確保工件的安全性和可靠性也有著非常重要的意義。
30Cr1Mo1V高中壓轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)流程大致為：煉鋼→鑄錠→鍛造→鍛后熱處理→粗加工→調(diào)質(zhì)熱處理→精加工→去應(yīng)力退火。殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因：高中壓轉(zhuǎn)子在生產(chǎn)過程中，經(jīng)過多次熱加工及冷加工，極易產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。在熱加工過程中，特別是最終熱處理時，主要包括三種典型應(yīng)力：由工件內(nèi)外溫度差產(chǎn)生的熱應(yīng)力；在冷卻時發(fā)生相變導(dǎo)致的組織應(yīng)力；各組織相間的應(yīng)力等。這三類應(yīng)力在加工制造過程中是極難完全消除的。另外，在冷加工過程中，若加工工藝不當，也容易產(chǎn)生附加應(yīng)力。
通過對30Cr1Mo1V高中壓轉(zhuǎn)子的現(xiàn)場檢測分析，可以得出以下結(jié)論：
（1）制定合理的最終熱處理工藝，可以有效控制轉(zhuǎn)子的殘余應(yīng)力保持在+/-30MPa范圍內(nèi)，能夠較好地滿足多數(shù)使用廠家的技術(shù)要求。
（2）30Cr1Mo1V高中壓轉(zhuǎn)子軸身的殘余應(yīng)力分布呈“中間高、兩頭低”的特點，即近軸身中部的殘余應(yīng)力值大，且波動幅度也較小，而軸身兩端靠近肩部位置的應(yīng)力值較小。
????（3）整體上來看，除個別點外，環(huán)芯法和盲孔法所測得轉(zhuǎn)子各處殘余應(yīng)力之差別不大，應(yīng)力值的變化趨勢相似。但從測試結(jié)果的穩(wěn)定性來考慮，還是環(huán)芯法更穩(wěn)定，進行現(xiàn)場測量比較好，而盲孔法測量更適用于實驗室檢測分析。
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