超临界与超超临界转子材料发展情况综述

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1、《大型铸锻件》No.5HEAVYCASTINGANDFORGINGSeptember2008综述超临界与超超临界转子材料发展情况综述121,2傅万堂张百忠王宝忠(1.燕山大学材料科学与工程学院亚稳材料制备技术国家重点实验室,河北066004;2.中国第一重型机械集团公司,黑龙江161042)摘要:介绍了国内外超临界及超超临界转子材料的发展状况和趋势,分析了我国目前在发展超超临界转子材料制造技术方面的优势与不足。关键词:超临界机组;超超临界机组;转子材料+中图分类号:TK263.61文献标识码:AMaterialDevelopin

2、gHistoryOverviewofSupercriticalandUltra2SupercriticalRotorsFuWangtang,ZhangBaizhong,WangBaozhongAbstract:Thematerialdevelopingstatusandtrendofsupercriticalandultra2supercriticalrotorsathomeanda2broadhavebeendescribed.Theadvantagesanddisadvantagesintheaspectofdevelopi

3、ngthemanufacturetechnologyofsupercriticalandultra2supercriticalrotorsnowadayshavebeenanalyzed.Keywords:supercriticalunitset;ultra2supercriticalunitset;rotormaterial电力工业的快速发展成为国民经济持续、健参数为(24～31)MPa/593℃/593℃,其发电效率[1]康发展的有力保障。根据我国能源资源的特点,约为45%。国内电力生产以燃煤电站为主的局面将长期存与亚临界、

4、超临界汽轮机组相比,超超临界机在。因此,提高火电机组的容量与热效率、降低煤组的工作压力更大,温度更高,这就要求发电机组耗、减少发电用煤量是一项十分重要和紧迫的任的高温部件能够承受更为恶劣、严酷的工作(运务。然而,火力发电机组的效率主要取决于机组行)环境。因此,发展高温性能优异的耐热材料的参数,即蒸汽的压力和温度。机组参数越高,发来制造机组的高温部件是超超临界机组技术的关电效率也越高。因此国内的新增火电机组将以超键。其中,转子作为汽轮发电机组的最关键的部临界或超超临界机组为主。机组关键部件高、中、件之一,其材料的研究与发展对超超临

5、界机组的低压转子的制造就成为目前我国发电设备制造业服役性能有着至关重要的影响。的重要课题。大型超超临界汽轮发电机转子通常重约几十吨甚至几百吨,并以(1500～3600)r/min的速度1超临界及超超临界转子的技术特性在超超临界状态的高温、高压及过热蒸汽环境中通常的热力发电循环,按蒸汽参数大小不同高速旋转。其高中压转子承受高应力、高温度的可将汽轮机组划分为亚临界型、超临界型(SC)和双重作用,而低压转子与发电机转子则主要承受超超临界型(USC)三种。常规亚临界循环汽轮机高速旋转产生的巨大离心力、传递扭矩和自重产组的典型蒸汽参数为1

6、6.7MPa/538℃/538℃,其生的弯曲应力作用。由此可见,超超临界汽轮机发电效率约为38%;超临界循环汽轮机组的典型组转子的运行条件非常苛刻,在所有电站设备部蒸汽参数为24.1MPa/566℃/566℃,与亚临界机件中其安全可靠性最为重要。一旦转子失效,将组相比,热效率提高约6%,从而使发电效率提高会引起整台巨额机组的报废和电站瘫痪。一般情[2]到41%左右;超超临界循环汽轮机组的典型蒸汽况下,转子的失效方式主要有:脆性断裂、弯曲[3,4]变形、表面局部产生裂纹(低周疲劳损伤)以收稿日期:2008—08—11作者简介:傅万

7、堂(1966-)男,教授,主要从事大型铸锻件材料与及转子轴颈损伤等。制造技术、先进钢铁材料等领域的研究与教学工作。33No.5《大型铸锻件》September2008HEAVYCASTINGANDFORGING[6,7]有向不锈钢材质过渡的趋势。2超临界与超超临界转子材料的典型成分表1给出了近30多年来各国所研制的12%自上世纪50年代世界上第一台超临界机组Cr型超临界及超超临界高中压转子材料的成分[8～10]问世以来,许多国家(主要是美国、欧洲和日本等汇总情况。有关超临界与超超临界汽轮机发达国家)围绕超临界转子材料作了大量工作

8、。转子用材料(含铁基耐热合金)的其它研究与发[11～18]一般认为,奥氏体钢具有较为优良的高温性能。展状况详见文献。从表1可以看出,随着汽因此,在上世纪50和60年代超临界机组的早期轮发电机组运行参数的不断提高,所用转子锻件开发中,首先采用奥氏体钢制作转子材料。