彭建強(qiáng) 閆紅博 孫福民

(1.哈爾濱汽輪廠有限責(zé)任公司，黑龍江150046；2.黑龍江科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，黑龍江150027)

目前，火力發(fā)電行業(yè)主要面臨兩方面的壓力：一是市場競爭的加劇需要降低發(fā)電成本，二是人們對全球環(huán)境問題日益關(guān)注，要求電廠降低溫室氣體的排放，滿足嚴(yán)格的環(huán)保要求。發(fā)展高效低成本火電技術(shù)是解決這些問題的關(guān)鍵。

我公司采用2Cr10MoVNbN鋼制造1 000 MW超超臨界汽輪機(jī)組高溫、高壓部件，如高中壓葉片等。為了掌握材料的熱處理工藝特性，對2Cr10MoVNbN鋼的熱處理工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究，以確定合適的熱處理工藝參數(shù)，保證汽輪機(jī)重要的高溫高壓零部件滿足各項(xiàng)性能要求，確保超超臨界汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為本溪鋼鐵公司按本公司的技術(shù)條件生產(chǎn)的扁鋼，爐號為D04085。試驗(yàn)用材料采用電爐冶煉+電渣重熔工藝冶煉，然后熱軋成符合要求的扁鋼，并進(jìn)行高溫回火處理。原材料的化學(xué)成分檢驗(yàn)結(jié)果見表1，符合技術(shù)條件要求。低倍組織、非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果也符合技術(shù)條件要求。

1.2 試驗(yàn)方法

由于2Cr10MoVNbN鋼為改良型12%Cr馬氏體不銹耐熱鋼，復(fù)合加入Mo、V、Nb、N等合金強(qiáng)化元素，其強(qiáng)化過程是依靠調(diào)質(zhì)(淬火+回火)熱處理后的固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化，所以正確地選擇熱處理工藝對有效地發(fā)揮鋼的潛力非常重要。另外，考慮到熱處理爐的實(shí)際控溫情況及批量生產(chǎn)情況，鋼的實(shí)際熱處理工藝均有一定的溫度偏差，通常為±10℃，有的廠家規(guī)定為±15℃。

為選擇該鋼的批量生產(chǎn)熱處理工藝，首先用小爐進(jìn)行了熱處理工藝試驗(yàn)，然后采用實(shí)際產(chǎn)品進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。結(jié)合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)給出的推薦熱處理工藝，選定小爐熱處理工藝方案，如表2所示。

表1 試驗(yàn)材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition of tested material (mass fraction,%)

表2 熱處理工藝試驗(yàn)方案Table 2 Test scheme of heat treatment process

表3 試樣經(jīng)熱處理后的室溫力學(xué)性能測試結(jié)果Table 3 The test results of mechanical properties at room temperature after heat treatment of specimens

表4 試樣經(jīng)熱處理后的高溫短時(shí)持久性能測試結(jié)果Table 4 The test results of endurance properties at high temperature for short time after heat treatment of specimens

圖1 試樣經(jīng)熱處理后的顯微組織照片F(xiàn)igure 1 Microstructures of specimens after heat treatment

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試樣經(jīng)熱處理后的室溫力學(xué)性能、高溫短時(shí)持久性能和顯微組織分別見表3、表4和圖1。

從試樣的性能測定結(jié)果可以看出，試驗(yàn)結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，金相組織均為保持馬氏體位向的回火索氏體。但是，鋼經(jīng)650℃回火后，強(qiáng)度偏高，硬度非常接近要求值的下限，而經(jīng)665℃回火后，強(qiáng)度偏低，尤其是抗拉強(qiáng)度非常接近要求值的下限?？梢?，鋼的熱處理溫度范圍較窄，尤其是回火溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在650～665℃之間。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，2Cr10MoVNbN鋼合適的批量生產(chǎn)熱處理工藝為1 110±10℃油冷+657±7℃空冷，并應(yīng)嚴(yán)格控制熱處理溫度。

3 產(chǎn)品驗(yàn)證試驗(yàn)

采用控溫較好的箱式電阻爐對不同規(guī)格的扁鋼進(jìn)行了產(chǎn)品驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果如表5和表6所示?？梢姡趪?yán)格控制爐溫的條件下，按工藝1 110±10℃油冷+657±7℃空冷熱處理后，產(chǎn)品完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5 產(chǎn)品經(jīng)熱處理后的室溫力學(xué)性能Table 5 The mechanical properties at room temperature after heat treatment of products

表6 產(chǎn)品經(jīng)熱處理后的短時(shí)持久性能Table 6 The endurance properties for short time after heat treatment of products

4 總結(jié)

產(chǎn)品驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明，1 000 MW超超臨界汽輪機(jī)用2Cr10MoVNbN鋼適合批量生產(chǎn)的熱處理工藝為1 110±10℃油冷+657±7℃空冷。

從鋼的小爐熱處理試驗(yàn)和產(chǎn)品驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果可以看出，鋼的熱處理溫度范圍很窄，尤其是回火溫度范圍。因此，在對鋼進(jìn)行批量熱處理時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制溫度，建議采用控溫較好的箱式電阻爐。

[1] 周榮燦.超超臨界火電廠材料技術(shù)研究綜述.中國科協(xié)2004年學(xué)術(shù)年會電力分會場暨中國電機(jī)工程學(xué)會2004年學(xué)術(shù)年會論文集.19-25.

[2] 黃蓉.我國超臨界汽輪機(jī)選材及國產(chǎn)化分析.汽輪機(jī)技術(shù).第43卷，第1期：2001(2).