12％Cr超超临界转子钢热处理基础研究与工艺模拟

论文摘要

高压转子是超超临界发电机组的一个重要零件，工作环境的恶劣要求它应具有优良的高温蠕变性能、热疲劳性能以及低周疲劳性能等。12%Cr钢是近年来常用于制作高压转子的一种耐热钢，但是由于该钢合金成分高，加之高压转子尺寸大，导致其在热加工过程中产生粗晶、混晶及组织异常等问题较多，机械性能变差，零件质量很难控制。因此，研究12%Cr超超临界高压转子在锻造及锻后热处理过程中组织、性能变化，对改善热加工工艺，提高锻件产品质量，具有重要的理论价值与现实意义。本文综合锻造及锻后热处理两大工艺，通过测定12%Cr钢的CCT曲线、研究奥氏体晶粒长大、高温铁素体析出与消除规律、测试热处理温度场传热系数、模拟锻造过程、进行锻后热处理物理实验等，系统研究了12%Cr钢在锻造及锻后热处理共同作用下的组织性能变化，并最终优化了锻后热处理工艺。主要结论有：使用膨胀法在Gleeble-1500D热模拟试验机测定12%Cr钢的CCT曲线，并得出该钢的Ac1温度、Ac3温度及Ms点温度，由此可推断锻造及锻后热处理加热与冷却工艺。根据CCT曲线提供的温度参考，确定热处理温度区间，研究了此区间内奥氏体长大规律，为锻后热处理过程晶粒变化提供参考依据。研究了高温铁素体析出与消除的规律，结果显示加热温度超过1160℃时会导致高温铁素体的大量析出，并验证高温铁素体存在使钢的力学性能下降；只有通过锻造产生大变形的方法下才能很好的消除高温铁素体，且钢的力学性能提升较大。使用热电偶测12%Cr钢模拟件在空冷、炉冷下各测点温度，并据此计算在空冷、炉冷条件下的换热系数，经验证准确性后，利用其模拟超超临界转子在锻造及热处理过程中温度场的变化，为制定加热及冷却工艺提供依据。使用DEFORM-3D软件模拟12%Cr超超临界高压转子整体自由锻工艺，并预测锻后晶粒度范围，制备小型试样使其经锻后符合此晶粒度范围，分别进行不同时长的锻后热处理工艺，模拟超超临界高压转子在锻后热处理工艺中组织、力学性能的变化，并根据试验结果最终优化锻后热处理工艺。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 12%Cr 超超临界转子钢的研究
• 1.2.1 超超临界机组特点
• 1.2.2 超超临界转子材料研究
• 1.2.3 12%Cr 钢强化方式
• 1.3 大型锻件锻造及模拟
• 1.3.1 大型轴类锻件的拔长方法
• 1.3.2 大型锻造工艺数值模拟
• 1.4 大型锻件锻后热处理
• 1.4.1 锻后热处理目的
• 1.4.2 大型锻件混晶缺陷
• 1.4.3 组织遗传的切断与控制
• 1.4.4 12%Cr 超超临界转子钢热处理研究现状
• 1.5 本文研究内容及方法
• 第二章 12%Cr 钢基础与微观组织研究
• 2.1 引言
• 2.2 CCT 曲线测定
• 2.2.1 实验设备及原理介绍
• 2.2.2 测试方法及结果
• 2.3 奥氏体晶粒长大规律
• 2.3.1 奥氏体晶粒长大动力学
• 2.3.2 试验过程
• 2.3.3 试验结果及分析
• 2.4 δ铁素体析出与消除实验与测试
• 2.4.1 δ铁素体析出的试验
• 2.4.2 δ铁素体消除实验
• 2.5 本章结论
• 第三章 热处理温度场模拟与试验
• 3.1 引言
• 3.2 温度场数值模拟理论
• 3.2.1 换热系数定义
• 3.2.2 换热系数求解方法
• 3.3 换热系数测定
• 3.3.1 试验方法
• 3.3.2 试验结果及数据分析
• 3.4 本章结论
• 第四章 超超临界转子锻造及锻后热处理模拟与工艺试验
• 4.1 引言
• 4.2 锻造工艺简述
• 4.3 锻造工艺有限元数值模拟
• 4.4 超超临界高压转子锻后热处理
• 4.4.1 德国 SAAR 钢厂的高 Cr 超超临界汽轮机转子的锻后热处理工艺简介
• 4.4.2 12%Cr 超超临界高压转子锻后热处理工艺模拟
• 4.5 本章结论
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文