Die Forschung zu Verbindungsnähten von NiCrMoV-unähnlichen Stahleigenschaften und Mikrostruktur

Der Rotor ist eine der Kernkomponenten großer Dampfturbinenanlagen. Derzeit gibt es hauptsächlich drei Herstellungsverfahren: Set, ganzer Abschnitt und Schweißen. Im Vergleich zu den beiden vorherigen Methoden hat der geschweißte Rotor ein flexibles Design, eine kompakte Struktur, ein geringes Gewicht, eine gute Steifigkeit und eine gute Betriebsspannung. Die Vorteile von niedrigen, segmentierten Schmiedestücken mit geringer Größe, einfacher Qualitätssicherung und kurzem Produktionszyklus wurden von vielen Dampfturbinenherstellern weltweit gewählt. Für integrierte Hoch-, Mittel- und Niederdruckrotoren können verschiedene Materialqualitäten für verschiedene Teile verwendet werden, um die Eigenschaften der Materialien zu maximieren, die ideale Kombination zu erzielen, wertvolle Elemente zu sparen und die Produktionskosten weiter zu senken.

Bei der Herstellung von Einzylinder-Dampfturbinen, Gasturbinen/Kombidampfturbinen und Hoch-/Mitteldruck-Rotoren von super-überkritischen Dampfturbinen wurde nach und nach unterschiedliche Stahlschweißtechnologie angewendet. NiCrMoV-Stahl ist ein niedriglegierter hochfester Stahl, der häufig in großen Dampfturbinen verwendet wird. Es hat eine hohe Festigkeit und eine gute Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen. Entsprechend den unterschiedlichen Anteilen mehrerer Grundelemente wie Ni, Cr, Mo, V kann er sich aus unterschiedlichen Festigkeitsstufen, Gefüge und Eigenschaften von Stahl zusammensetzen.

Diese Art von Material weist eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Anlassversprödung auf und kann bei längerem Gebrauch bei 350～500℃ leicht Sprödigkeit erzeugen. Es gibt keinen Forschungsbericht darüber, ob bei geschweißten Rotoren aus NiCrMoV-Stahl unähnlich nach Alterung Sprödigkeit auftritt. In der Literatur wird darauf hingewiesen, dass die Alterungssprödigkeit von NiCrMoV-Stahl im Bereich von 250～400℃ und die beim Altern entlang der Korngrenze und Unterkorngrenze ausgeschiedenen flockigen Karbide, die Zersetzung von Restaustenit und die Seigerung von gelösten Atomen auf die ursprüngliche Austenitkorngrenze bezogen.

In diesem Artikel wird die Schweißverbindung des geschweißten Rotorsimulationsteils aus unähnlichem NiCrMoV-Stahl ausgewählt, um 3500 Stunden in der simulierten Betriebsumgebung zu altern, und dann werden Proben aus jedem Bereich des Simulationsteils für den Aufpralltest entnommen und die chemische Zusammensetzung ermittelt und Metallographie der beaufschlagten Probe durchgeführt. Mikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Elektronenrückstreuung und andere experimentelle Analysen zur Untersuchung der inneren Beziehung zwischen der Zähigkeit und der Mikrostruktur der Schweißverbindung nach der Alterung. Die Forschungsergebnisse liefern eine Grundlage für die Analyse von Materialschäden und Versprödung von geschweißten Rotoren von Dampfturbinen im Einsatz und schlagen Regelstrategien vor.

Die Testmaterialien sind 22Cr2NiMoWV- und 30Cr2Ni4MoV-Stahlschmiedestücke. Beide Materialien sind hochreine Stähle, die den Gehalt an Verunreinigungen wie S, P, As, Sn, Mn etc. auf ein Minimum reduzieren. Die mechanischen Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Die unähnlichen Stahlschweißsimulationsteile dieser beiden Stahlsorten werden durch enge Spaltnut, Argon-Lichtbogenschweißunterlage und tiefes Unterpulverschweißen mit engem Spalt, Mehrschicht- und Mehrlagenschweißen gebildet, und das Schweißmaterial ist ein spezieller Schweißdraht, der 2% Ni. Nach dem Schweißen werden die simulierten Teile einer lokalen Entspannungswärmebehandlung und einer 350 × 1000 h Alterungsbehandlung unterzogen. Anschließend werden die simulierten Teile im gealterten und nicht alternden Zustand mechanisch geschnitten, um Proben für den Schlagtest, die metallographische Analyse, die Rasterelektronenmikroskopie-Analyse und die EBSD-Analyse vorzubereiten.

Der Restaustenit im Schweißgut des unähnlichen NiCrMoV-Stahls unterliegt während des Alterungsprozesses einer thermischen Instabilitätszersetzung, und Karbide werden zwischen den Martensitstäben entlang der Latte ausgeschieden. Die Beobachtung und Analyse des Gefüges durch Metallographie und Rasterelektronenmikroskop zeigt, dass die ungleichen Verbindungen von NiCrMoV-Stahl alterungsbehandelt sind und Karbide an der Korngrenze und Unterkorngrenze ausgeschieden werden, was die Korngrenze schwächt.

Nach dem Altern des unähnlichen NiCrMoV-Stahlschweißgutes tragen die Zersetzung von Restaustenit, die Seigerung von N-Korngrenzen und die Ausscheidung von Karbiden entlang der Korngrenzen zusammen zur Abnahme seiner Zähigkeit bei.

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