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國外超超臨界火電鍛件的先進制造技術(shù)主要集中在德國的SAAR和西門子、日本的JSW和JCFC、意大利的SDF。為探討我國現(xiàn)行的超超臨界火電鍛件制造技術(shù)與國外先進核鍛件制造技術(shù)的差別,以超超臨界火電高壓轉(zhuǎn)子為例,分別在進口高壓轉(zhuǎn)子鍛件和國產(chǎn)高壓轉(zhuǎn)子鍛件上切取試件,進行物理性能檢驗。 對比化學(xué)成分、組織和物理性能指標(biāo),結(jié)果表明:兩種鍛件的化學(xué)成分都在鋼的規(guī)定范圍內(nèi),非金屬夾雜物等級、強度指標(biāo)及延伸率都符合技術(shù)要求,無損檢測未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷,但兩種鍛件的沖擊韌性和疲勞壽命相差較大。進口鍛件的沖擊值和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)除滿足規(guī)定的指標(biāo)外還有較大的富余量。國產(chǎn)鍛件的測量值略高于規(guī)定的指標(biāo),且有個別值低于規(guī)定指標(biāo)。從組織上看,當(dāng)組織放大到2000~3000倍時,在進口鍛件和國產(chǎn)鍛件內(nèi)部都能見到數(shù)微米到幾十微米的夾雜物,極個別處可達(dá)近百微米。由于這些夾雜物的尺寸與通常鍛件內(nèi)部的非金屬夾雜物的尺寸相比要小得多,相差上千倍,此處稱其為微夾雜物。進口核鍛件內(nèi)部的微夾雜物的形狀顯得比較圓滑,且都被金屬基體緊緊包裹著,微夾雜物與金屬基體是一個連續(xù)的整體。國產(chǎn)鍛件則不同,其內(nèi)部的微夾雜物的形狀是尖角鋒利,在不少微夾雜物與金屬基體之間存在著裂紋,有的裂紋在微夾雜物的尖端,有的裂紋在微夾雜物的一側(cè)。由于裂紋的存在,不少微夾雜物不能與金屬基體形成連續(xù)的整體,此處稱這些尺度在微米到幾十微米的裂紋為微裂紋。研究表明,這些微夾雜物邊界處的微裂紋是導(dǎo)致沖擊韌性降低和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)減少的主要原因,它嚴(yán)重地影響著超超臨界火電設(shè)備的使用壽命。 由于超超臨界火電設(shè)備工作條件的特殊性以及對安全要求的絕對性,超超臨界火電鍛件是一種技術(shù)要求更高的大型鍛件。探索這些微裂紋的形成機理,尋找修復(fù)機理與修復(fù)方法,是提高超超臨界火電鍛件制造技術(shù)水平,延長超超臨界火電設(shè)備使用壽命的重要途徑。 在大型鍛件的制造過程中,內(nèi)部夾雜物來源于鋼的冶煉與鑄錠的澆注及凝固過程。有的內(nèi)部夾雜物是脫氧劑帶來的產(chǎn)物,有的則是鋼液冷卻或凝固過程中產(chǎn)生的氧化物、二次氧化產(chǎn)物,也有的內(nèi)部夾雜物是澆注過程中耐火材料帶來的以及卷渣產(chǎn)生的。脫氧產(chǎn)物、鋼液冷卻或凝固過程產(chǎn)生的氧化物和二次氧化產(chǎn)物稱為內(nèi)生夾雜物;耐火材料及卷渣形成的夾雜物稱為外來夾雜物。其中,加入脫氧劑后產(chǎn)生的夾雜物是不可避免的,而由二次氧化、耐火材料及卷渣等因素產(chǎn)生的夾雜物可通過優(yōu)化冶煉工藝來減少或完全去除。 為研究應(yīng)力條件對脆性夾雜物邊界處裂紋的影響,建立了平均球應(yīng)力度的概念。數(shù)值模擬與試驗表明:脆性夾雜物周圍區(qū)域平均球應(yīng)力度的代數(shù)值大小能夠反映邊界處裂紋的變化,可以作為鍛造過程中描述鍛件內(nèi)部脆性夾雜物邊界處裂紋變化的物理量。脆性夾雜物周圍區(qū)域平均球應(yīng)力度的代數(shù)值大于-1.74時,在脆性夾雜物邊界處產(chǎn)生裂紋;平均球應(yīng)力度的代數(shù)值小于-1.74時,在脆性夾雜物邊界處不產(chǎn)生裂紋。 |
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