Файл: Сичиков, М. Ф. Металлы в турбостроении.pdf

новых металлов, а следовательно, и освоение их выплавки, ковки, термической обработки. Для сварки деталей и узлов турбин были разработаны электроды, специальные обмазки, режимы сварки и последующей термообработки.

Значительным этапом в области изысканий и исследований металлов для деталей паровых и газовых турбин явились работы, связанные с созданием в начале 50-х годов турбин мощностью 150 тыс. кВт типа CBK-150-I с параметрами пара 170 ат и 550—580° С. Для деталей этих турбин были широко использованы аустенитные стали, так как разработанные ранее и применявшиеся стали пер­ литного, мартенситного, ферритного и мартенсито-ферритного классов не обладали необходимой жаропрочностью.

Освоение производства и опыт эксплуатации аустенитной стали как металла для деталей паровых турбин, работающих при вы­ соких температурах, показали, что эти стали имеют хорошие по­ казатели, характеризующие жаропрочность и жаростойкость, но при этом относительно дороги и содержат дефицитные легирую­ щие элементы. Свойственные аустенитным сталям малая тепло­ проводность и высокий коэффициент линейного расширения обусловливают склонность к трещинообразованию при измене­ ниях температуры. При горячей механической обработке, сварке, а также при необходимости осуществления сварных или механи­ ческих соединений аустенитных сталей со сталями перлитного класса возникают трудности. Поэтому были осуществлены иссле­ дования, направленные на повышение допустимой температуры эксплуатации сталей ферритного, мартенситного и мартенсито­ ферритного классов.

Успехи отечественной металлургии и металловедения в этой области позволили перейти в 1958 г. к производству турбин мощ­ ностью 150 и 200 тыс. кВт с начальными параметрами пара 130 ат (абсолютное давление) и 565° С без применения аустенитных ста­ лей. С 1960 г. в нашей стране начат выпуск мощных турбин с на­ чальными параметрами пара 240 ат и 560° С и температурой про­ межуточного перегрева 565° С. В эксплуатации находится уже значительное количество энергетических блоков с такими турби­ нами, имеющими мощность 300 тыс. кВт. Работают первые агре­ гаты мощностью 500 и 800 тыс. кВт. Детали этих турбин изго­ товляют в основном из низколегированных экономичных сталей.

Аустенитные стали были применены при изготовлении деталей турбин СВК-150 и предвключенных турбин сверхвысоких пара­ метров: СВР-50-1 II мощностью 50 тыс. кВт с начальным давлением пара 200 ат и температурой 550—570° С; Р-100-300 мощностью 100 тыс. кВт с параметрами пара 300 ат (абсолютное давление) и 650° С. Широко применяют аустенитные стали и сплавы также в производстве газовых турбин различной мощности и назначения.

Переход к производству крупных турбин сверхкритического давления мощностью 300—800 тыс. кВт и более в одном агрегате, доля которых в выработке электроэнергии тепловыми электро­

9

Глава /

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛОВ

Металлы, применяемые в турбостроении, подвергают различ­ ным анализам, испытаниям и исследованиям с целью определения их пригодности для работы в турбине. На турбостроительных за­ водах металлы подвергают стандартным анализам и испытаниям: химическому анализу, испытаниям на растяжение, ударную вязкость, микроанализу и т. д. Кроме этого, выполняют специаль­ ные исследования: тепловые испытания валов и роторов; опреде­ ление остаточных напряжений в дисках и др. Важным условием эффективности испытаний металлов основных деталей турбин, осуществляемых как в процессе изысканий новых или модифи­ кации существующих, так и в ходе текущего производственного контроля, должен быть комплексный их характер, позволяющий широко и разносторонне изучить свойства металла и правильно оценить его пригодность для надежной работы.

Комплекс необходимых испытаний и исследований надо раз­ рабатывать конкретно для каждого вида металлических деталей с учетом условий их последующей работы. Применительно к те­ кущему контролю качества комплекс испытаний предусматри­ вается Государственными стандартами и межведомственными, отраслевыми или заводскими техническими условиями. Особенно широким и разнообразным испытаниям подвергают металлы ответ­ ственных деталей роторной группы — рабочих лопаток, дисков и др.

ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Втурбостроении применяют большое количество углеродистых

илегированных сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов. Свойства металла в значительной степени предопределены его химическим составом. Содержание в стали таких элементов, как углерод, марганец, хром, кремний, никель, молибден, ванадий, вольфрам, титан, ниобий и др., решающим образом сказывается на прочности, пластичности, твердости, жаропрочности, корро­ зионной стойкости и на других важнейших свойствах сталей.

Определение химического состава стали позволяет правильно выбрать режим ее термической обработки. Равным образом необ­ ходим химический анализ для оценки свойств чугунов и цветных металлов. Знание химического состава отливок, поковок, штам-

11

повок и проката, применяемых в производстве турбин, необхо­ димо для оценки надежности их работы.

Чтобы определить химический состав заготовки, берут пробу в виде стружки. При отборе проб необходимо иметь в виду, что химический состав поковки, отливки, прокатанной полосы не бывает вполне однородным. Если проба металла для анализа будет взята без учета особенностей химического состава различных зон заготовки или изделия, то можно получить ошибочное представ­ ление о составе металла, из которого они изготовлены.

Существенное значение имеет техника отбора пробы. Поверх­ ность металла перед снятием стружки следует, тщательно очистив от окалины, шлака, песка, краски, масла и пр., довести при по­ мощи наждачного камня или наждачной бумаги до металличе­ ского блеска. Пробу отбирают в виде мелкой стружки при помощи сверления, точения, строгания или фрезерования.

Существуют различные методы определения элементов хими­ ческого состава в металлах. Исследуемый элемент переводят в определенное химическое соединение, воздействуя на стружку теми или иными реактивами. Последующее выделение полу­ ченного химического соединения позволяет найти процентное содержание элемента в сплаве. Способы количественного хими­ ческого анализа установлены Государственными стандартами.

Точность определения элементов химического состава сталей и чугунов (табл. 1) необходимо учитывать при рассмотрении ре­ зультатов анализов, особенно в случаях, когда содержание того или иного элемента незначительно отклоняется от установленного техническими условиями или стандартами.

В практике работы турбинного завода иногда возникает необ­ ходимость в короткие сроки установить, содержится ли в данном металле тот или иной легирующий элемент. Разработаны методы быстрого качественного определения содержания в стали или чугуне хрома, никеля, молибдена и других элементов.

Широкое применение на турбинных заводах получил спек­ тральный (спектрохимический) метод анализа, достоинством ко­ торого является быстрота исполнения. Анализ выполняют непо­ средственно на готовом изделии, его заготовке или образце. Ана­ лизу подвергают светящиеся пары металла. Для перевода иссле­ дуемого металла из твердого в парообразное состояние между этим металлом и электродом из чистого материала (железо, уголь, медь) возбуждают электрическую дугу. Излучение каждого эле­ мента характеризуется определенными значениями длин волн лучей. Интенсивность излучения зависит от концентрации дан­ ного элемента в исследуемом металле. Свет, излучаемый парами металла при горении дуги, направляют через узкую щель в спек­ тральный аппарат, представляющий собой набор призм и линз. Здесь свет разлагается с образованием линейчатого спектра.

12

1. Точность определения элементов химического состава сталей и чугунов

Б. Стали и чугуны легированные

13