Стали для крупных роторов паровых и газовых турбин

Начиная с 1954 г. отечественная промышленность приступила к исследованию и технологическому освоению легированных 12%-ных хромистых сталей для крупных роторов паровых и газовых турбин. Необходимость таких работ была связана с повышением параметров паровых турбин до 580—600 °С, для которых применение перлитных сталей (ЭИ415 и Р-2), успешно работающих в установках с температурой пара 510—565 °С (температура металла ротора 485—540 °С), уже невозможно.

Лучшая роторная сталь Р-2 при 550 °С имеет условный пре-дел длительной прочности за 100 000 час. не выше 15 кГ/мм2, при 575 °С—10 кГ/мм2, что недостаточно для роторов, так как соответствует рабочему напряжению в ободе диска I ступени. Жаропрочные свойства материалов для роторов должны удовлетворять значениям.

Применение аустенитных сталей для роторов, работающих при температурах выше 550 °С, связано с тремя основными затруднениями: 1) низким пределом текучести; 2) высокой стоимостью и 3) недостаточным освоением производства крупных роторных поковок (весом более 13 т). В процессе освоения встречаются большие трудности, что приводит к сложным и дорогим сварно-кованым конструкциям.

В связи с этим целесообразно было исследовать свойства металла крупных поковок из 12%-ной хромистой легированной стали, имеющей преимущества по сравнению с перлитной сталью — более высокую жаропрочность и коррозионную стой-кость при высоких температурах и отсутствие дефицитного легирующего элемента — никеля по сравнению с аустенитной.

Для изготовления поковок роторов использовали 12%-ные легированные хромистые стали ЭИ756, ЭИ802 и 12Х12В2НЗ.

Слитки из стали 12Х12В2НЗ при ковке дали большие трещины, являющиеся результатом фазовых превращений в этой ста-ли в процессе охлаждения. Дальнейшему исследованию сталь не подвергали.

Сталь ЭИ756 для изготовления модели ротора весом 4,5 т выплавили в 10-г электропечи с основной футеровкой. Размеры поковки: диаметр бочки 780 мм, длина ротора 3500 мм. После обдирки поковка ротора была подвергнута отжигу при 850— 870 °С, а затем термической обработке по режиму: а) нормали-зация при 1050—1070 °С, охлаждение на воздухе; б) закалка с 1020—1050 °С в масле; в) отпуск при 660—680 °С с последующим охлаждением вместе с печью примерно до 100 °С.

осмотр осевого канала ротора

с помощью перископа дефектов на поверхности канала не было обнаружено

При осмотре осевого канала ротора с помощью перископа дефектов на поверхности канала не было обнаружено. Также не было выявлено дефектов на периферии ротора (после травления поверхности) и в толщине металла при контроле ультра-звуковым методом шеек и дисков ротора. Для дополнительной проверки качества ротор был разрезан на диски. Исследование макроструктуры дисков подтвердило отсутствие дефектов внутри ротора. Измерение твердости по сечению показало полную однородность металла. Распределение серы в сечениях поковки также достаточно равномерно и соответствует 1—3-му баллу стандартной шкалы.

Неоднородность химического состава по длине и поперечному сечению ротора находится в пределах точности анализа и свидетельствует о хорошо проведенном металлургическом процессе изготовления слитка.

Исследование микроструктуры показало отсутствие заметной тенденции к росту величины и количества обособленных ферритных участков (по направлению от периферии к центру поковки).

Сталь ЭИ802 отличается от стали ЭИ75С меньшим содержанием вольфрама. Технология изготовления поковок из стали ЭИ802 аналогична технологии стали ЭИ756.

Механические свойства роторов из стали ЭИ756 исследовали на продольных, радиальных и тангенциальных образцах из различных частей роторов. Эти испытания показали, что прочностные свойства при комнатной и при рабочей температурах достаточно высокие и практически мало меняются по всему поперечному сечению.