汽轮机转子热脆化的非破坏性检测法研究

论文摘要

本文对当前汽轮机转子钢热脆性非破坏性检测方法的原理及其特点进行了概述,提出了采用改进的电化学法无损检测转子钢热脆性的方案。利用实验室冶炼的30Cr2MoV转子钢材料,通过进行力学试验、金相分析试验和电化学试验,根据得到的试验数据建立了精度较高的预测转子钢热脆性的模型。经过模拟老化材料验证和现场实机验证,证明这一技术具有一定的实用性和可靠性。通过对实验室冶炼的转子材料进行化学成分测定试验、金相组织分析试验、力学性能试验。得出,材料中P元素含量的增加使转子钢韧脆转变温度增加,另外,P元素对转子钢有固溶强化作用的同时降低了材料的塑性和韧性。通过采用模拟高温时效的步冷热处理工艺,使转子材料的韧脆转变温度升高13-57℃,加剧了材料的热脆化程度,证明步冷热处理能够加速转子的钢热脆化,模拟转子钢发生热脆化的工况环境。采用动电位阳极极化法、单环动电位再活化法和双环动电位再活化法分别对材料进行电化学测试,得到材料在不同温度电解液中的电化学参数。电化学试验中,首次采用了钼酸钠溶液作为电解液对30Cr2MoV转子钢材料进行极化测试,所得的极化曲线极化特征明显,反映材料热脆性的电化学参数可测;研究了电解液温度对电化学参数的影响规律,结果表明将电解液温度作为材料热脆性的预测参数是十分必要的。采用多元线性回归法、人工神经网络法和遗传规划法建立了材料韧脆转变温度（FATT50）的预测模型,通过比较得出,多元线性回归法建立的预测模型,拟合误差和预测误差均在±20℃以内,达到了国际上同类方法的精度。建模时首次将电解液温度作为预测参数,使在现场进行电化学测试时不必控制电解液温度。研制了适用于电化学现场测试的电解槽装置,制定了针对实际转子现场检验的步骤和方法,对实际转子进行了现场的金相分析、硬度检测和电化学检测,利用得到的预测模型进行了材料热脆性的评估,结果表明本检测方法能够应用在实际转子的现场检验中。本论文的研究工作得到了精度较高的适合无损检测在役转子材料FATT50的方法和技术,为汽轮机的冷启动和报废决策提供科学的决策依据,保证机组安全经济运行,具有非常重要的意义。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容和预期目标
• 1.3.1 总体研究方案
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.3.3 预期目标
• 1.4 本章小结
• 第二章 转子钢热脆化机理及其电化学测试原理
• 2.1 钢的热脆化性能研究概况
• 2.1.1 钢热脆性的定义
• 2.1.2 钢热脆性的评定方法
• 2.1.3 化学成分对钢韧脆转变温度的影响
• 2.1.4 组织及热处理状态对钢韧脆转变温度的影响
• 2.2 30CR2MOV 转子钢及其热脆化的研究现状
• 2.3 电化学法检测30CR2MOV 钢热脆化性能的原理
• 2.3.1 电化学法测试技术基本原理
• 2.3.2 动电位阳极极化法测量原理
• 2.3.2 单环、双环动电位再活化（EPR）法测量原理及应用
• 2.4 本章小结
• 第三章 试验材料、装置及测试方法
• 3.1 试验材料的制备
• 3.1.1 试验材料的冶炼
• 3.1.2 试验材料的锻造
• 3.1.3 试验材料的锻后热处理
• 3.1.4 试验材料的调质热处理
• 3.1.5 步冷热处理
• 3.2 材料化学成分、机械性能和金相组织的测试
• 3.2.1 试验材料化学成分的测定
• 3.2.2 试验材料维氏硬度的测定
• 3.2.3 试验材料金相组织和晶粒度的测定
• 3.2.4 试验材料强、塑性的测定
• 50)的测定'>3.2.5 试验材料韧脆转变温度(FATT₅₀)的测定
• 3.3 动电位阳极极化试验
• 3.3.1 试验装置
• 3.3.2 工作电极的制备
• 3.3.3 电解质溶液的配置和终扫电位的确定
• 3.3.4 最佳试验条件的确定
• 3.3.5 极化曲线的测定
• 3.4 单环动电位再活化试验
• 3.4.1 最佳试验条件的确定
• 3.4.2 极化曲线的测定
• 3.4.3 极化特征值的测定
• 3.5 双环动电位再活化试验
• 3.5.1 最佳试验条件的确定
• 3.5.2 极化曲线的测定
• 3.5.3 极化特征值的测定
• 3.6 本章小节
• 第四章 试验结果与分析
• 4.1 试验材料化学成分的测试结果
• 4.2 试验材料金相组织和晶粒度的测定
• 4.3 试验材料强、塑性的测定
• 4.4 试验材料维氏硬度测定结果
• 4.5 试验材料韧脆转变温度测试结果
• 4.6 动电位阳极极化法测二次活化电流密度的结果
• 4.7 单环动电位再活化法测再活化电流密度的结果
• 4.8 双环动电位再活化法测再活化电流密度与活化电流密度之比的结果
• 4.9 本章小节
• 50预测模型的建立'>第五章 FATT₅₀预测模型的建立
• 5.1 多元线性回归法建模
• 5.1.1 模型中自变量和因变量的确定
• 50 数学模型的建立'>5.1.2 动电位阳极极化法预测FATT₅₀数学模型的建立
• 50 数学模型的建立'>5.1.3 单环动电位再活化法预测FATT₅₀数学模型的建立
• 50 数学模型的建立'>5.1.4 双环动电位再活化法预测FATT₅₀数学模型的建立
• 5.2 BP 人工神经网络法建模
• 5.2.1 BP 人工神经网络的基本原理
• 5.2.2 BP 网络结构和样本数据的确定
• 5.2.3 BP 网络参数的选择
• 5.2.4 网络训练前数据的预处理
• 5.2.5 BP 网络训练与预测
• 50 数学模型的建立'>5.2.6 动电位阳极极化法预测FATT₅₀数学模型的建立
• 50 数学模型的建立'>5.2.7 单环动电位再活化法预测FATT₅₀数学模型的建立
• 50 数学模型的建立'>5.2.8 双环动电位再活化法预测FATT₅₀数学模型的建立
• 5.3 遗传规划法建模
• 5.3.1 遗传规划的基本原理
• 5.3.2 进化参数的确定
• 50 数学模型的建立'>5.3.3 动电位阳极极化法预测FATT₅₀数学模型的建立
• 50 数学模型的建立'>5.3.4 单环动电位再活化法预测FATT₅₀数学模型的建立
• 50 数学模型的建立'>5.3.5 双环动电位再活化法预测FATT₅₀数学模型的建立
• 5.4 本章小结
• 第六章 实机验证
• 6.1 现场测量用仪器
• 6.1.1 电化学测量
• 6.1.2 晶粒度测量
• 6.1.3 维氏硬度的测量
• 6.2 现场实机验证的实施
• 6.2.1 小型试验
• 6.2.2 应用测量
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果