X12CrMoWVNbN10-1-1轉(zhuǎn)子鋼室溫低周疲勞特性研究

轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)乃至整個(gè)機(jī)組設(shè)備中最關(guān)鍵的受壓部件和高速旋轉(zhuǎn)部件，機(jī)組啟動(dòng)、調(diào)峰及事故工況下各種瞬態(tài)熱應(yīng)力、膨脹受阻產(chǎn)生的附加應(yīng)力等與工作應(yīng)力相疊加，在轉(zhuǎn)子危險(xiǎn)點(diǎn)處，局部應(yīng)力可能超過(guò)材料的屈服極限，進(jìn)入彈塑性變形狀態(tài)，常成為轉(zhuǎn)子表面裂紋萌生的主要原因。為了轉(zhuǎn)子的安全運(yùn)行，對(duì)轉(zhuǎn)子材料進(jìn)行低周疲勞壽命分析和計(jì)算是十分必要的，低周疲勞應(yīng)成為汽輪機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中考慮的重點(diǎn)。

X12CrMoWVNbN10-1-1轉(zhuǎn)子鋼常應(yīng)用于超超臨界汽輪機(jī)機(jī)組，對(duì)該材料進(jìn)行低周疲勞特性試驗(yàn)，掌握其低周疲勞特性，可以為該材料的疲勞設(shè)計(jì)和壽命管理提供參考依據(jù)。上海電氣電站設(shè)備有限公司上海汽輪機(jī)廠的技術(shù)人員取德國(guó)進(jìn)口轉(zhuǎn)子端部進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，取樣方向?yàn)榍邢颍牧系幕瘜W(xué)成分和力學(xué)性能分別見(jiàn)下表。

表1材料的化學(xué)成分

表2材料的力學(xué)性能

疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明：

X12CrMoWVNbN10-1-1轉(zhuǎn)子鋼在常溫下的低周疲勞性能表現(xiàn)為循環(huán)軟化特性。

擬合了循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線和應(yīng)變-壽命曲線，得到該材料的室溫低周疲勞特性參數(shù)，推測(cè)出該材料的轉(zhuǎn)變壽命。

X12CrMoWVNbN10-1-1轉(zhuǎn)子鋼的轉(zhuǎn)變壽命NT約為1300次，壽命N低于1300周次時(shí)，塑性應(yīng)變占優(yōu)勢(shì)，屬于低周疲勞，壽命N高于1300周次時(shí)，彈性應(yīng)變占優(yōu)勢(shì)，屬于高周疲勞。

在低周疲勞過(guò)程中，拉應(yīng)力峰值的降幅大于壓應(yīng)力峰值，拉伸彈性模量下降幅度大于壓縮卸載彈性模量下降幅度，遲滯回線面積逐漸縮小。

隨著應(yīng)變幅值的增大，X12CrMoWVNbN10-1-1轉(zhuǎn)子鋼低周疲勞的循環(huán)軟化程度增加，應(yīng)力下降幅度增加，軟化速率提高。

X12CrMoWVNbN10-1-1轉(zhuǎn)子鋼在應(yīng)變量等幅增長(zhǎng)的條件下，應(yīng)變幅越高，穩(wěn)定循環(huán)階段的應(yīng)力增長(zhǎng)幅度越小。