Спосіб обробки немагнітних аустенітних сталей для виготовлення бандажних кілець роторів турбогенераторів з водневим охолодженням

Спосіб обробки немагнітних аустенітних сталей для виготовлення бандажних кілець роторів 3 здатність до зміцнення при пластичній деформації. І вітчизняні і зарубіжні бандажні сталі відрізняються високим вмістом марганцю, який не тільки стабілізує немагнітну фазу, але також і підвищує її схильність до наклепу. Таким чином, найскладнішою у виробництві заготовок бандажних кілець є операція пластичної деформації (наклепу), яка визначає унікальність даного виробництва як за матеріалами, так і за обладнанням та технологією. Відомий спосіб обробки аустенітних немагнітних сталей для виготовлення бандажних кілець роторів, який включає аустенізацію (гартування або відпал) та холодну деформацію [1]. Пластична деформація проводиться при кімнатній або підвищеній до 200-500°С температурі, а ступінь деформації визначається за зміною товщини кільця. Але цей спосіб є загальним і не містить конкретних обмежень величини пластичної деформації, що залежить від вимог технічних умов по механічних властивостях, які матеріал кільця повинен мати після закінчення операції. Необхідний рівень зміцнення аустенітних бандажних сталей досягається вже при ступенях обтиснення 15...30% [2]. В цьому діапазоні спостерігається майже лінійна залежність величини границі текучості від ступеня обтиснення. При ступенях обтиснення 50% і більше можна досягнути рекордних значень границі текучості, але при цьому паралельно спостерігається значне зниження пластичності (рівень падіння пластичності з ростом ступеня обтиснення набагато вищий, ніж підвищення міцнісних характеристик). Практично, ступень обтиснення при деформаційному зміцненні аустенітних бандажних сталей обмежується мінімально допустимою згідно з вимогами ТУ величиною відносного видовження сталі. В сучасних турбогенераторах застосовується водневе та воднево-водяне охолодження. Водень циркулює в генераторі під дією вентиляторів, встановлених на валу ротора, та охолоджується газоохолоджувачами, вмонтованими в корпус генератора. Тиск водню в системі охолодження турбогенератора становить близько 0,5МПа [3]. На сьогоднішній день встановлено, що під дією газоподібного водню відбувається значне падіння стандартних механічних характеристик аустенітних бандажних сталей. При цьому вплив водню на високоазотні аустенітні Сr-Мn сталі має свої особливості. Вони полягають у тому, що міцнісні характеристики (в та 0,2) знижуються на 1020%, а максимально подають характеристики пластичності, особливо відносне видовження 5, яке характеризує здатність матеріалу до рівномірної деформації [4]. Випробування металу реальних бандажних кілець роторів турбогенераторів після довготривалої (68 тис. годин) експлуатації в технологічному водневому охолоджуючому середовищі тиском 0,5МПа також показали падіння характеристик за рахунок водневої деградації на 15-20% [4]. Таким 58195 4 чином, при визначенні оптимального рівня деформаційного зміцнення аустенітних сталей для виготовлення бандажних кілець роторів турбогенераторів необхідно враховувати негативний вплив технологічного водневого охолоджуючого середовища. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого є спосіб обробки немагнітних аустенітних сталей для виготовлення бандажних кілець роторів [5], який включає гартування та холодну деформацію, що відрізняється тим, що з метою покращення якості сталі шляхом підвищення опору корозійному розтріскуванню під напругою, деформацію проводять в інтервалі інтенсивного мікродвійникування при температурах, що перевищують на 20-60°С температуру початку утворення мартенситу деформації з ступенем обтиснення 20-30%. Але цей спосіб не дозволяє врахувати зниження механічних властивостей зміцненого металу бандажного кільця під впливом технологічного водневого охолоджуючого середовища. Приклад. Проводили холодне деформаційне зміцнення двох високоазотних немагнітних аустенітних сталей 12Х18АГ18Ш та 12Х19АГ10Н. Поступовій деформації піддавали прутки початковим діаметром 50мм. Перед деформаційним зміцненням прутки відпалювали при температурі 1100°С. Із прутків вирізали заготовки та виготовляли стандартні п'ятикратні зразки діаметром 5,0мм для випробувань на статичний розтяг. Випробування проводили на повітрі та в середовищі газоподібного водню під тиском 0,5МПа, що дорівнює тиску технологічного водневого охолоджуючого середовища бандажнороторного вузла турбогенератора. Для випробувань в газоподібному водні використовували спеціальну установку [6]. Згідно з вимогами ТУ [7] для сталі 12Х18АГ18Ш після максимального деформаційного зміцнення в>1148МПа, >20%. Результати випробувань наведені в табл. 1, 2 та на рис. 1, 2. Видно, що з врахуванням впливу водню для сталі 12Х19АГ10Н можливе деформаційне зміцнення з максимальним ступенем деформування 15%, тоді як без врахування впливу водню - 23,5%. Для сталі 12Х18АГ18Ш ці цифри складають відповідно 26,3 та 37,4%. Таким чином, максимально допустимий ступінь холодного деформаційного зміцнення з врахуванням впливу водню зменшується для сталі 12Х18АГ18Ш на 42%, а для сталі 12Х19АГ10Н на 56%. Застосування запропонованого способу деформаційного зміцнення немагнітних аустенітних сталей при виготовленні бандажних кілець роторів турбогенераторів з водневим охолодженням підвищить їх надійність та довговічність, дозволить знизити ризик виникнення аварійних ситуацій і збільшити терміни між періодичними профілактичними оглядами. 5 58195 6 Таблиця 1 Вплив ступеня холодного деформаційного зміцнення та водню на міцність та пластичність високоазотної аустенітної сталі 12X18АГ18Ш Ступінь холодного деформування, % 0 15 30 50 Вимоги ТУ 24.00.4821-89 Повітря в, МПа 920 1255 1530 1810 >1148 , % 66,0 39,0 23,0 15,4 >20,0 Водень, 0,5МПа в, МПа , % 850 45,0 1140 26,0 1400 18,6 1690 12,5 Таблиця 2 Вплив ступеня холодного деформаційного зміцнення та водню на міцність та пластичність високоазотної аустенітної сталі 12Х19АГ10Н Ступінь холодного деформування, % 0 15 30 50 Повітря в, МПа 910 1260 1490 1730 Використана література: 1. Силина Е.П. Бандажные кольца роторов турбогенераторов. - С.Петербург: ОАО "Електросила". 2003.-55 с. 2. Пахуридзе В.Н., Чекотило Л.В. Методы изготовления бандажных колец роторов турбогенераторов (краткий обзор) // Специальная металлургия. - 1975. - Вып. 27. - С.51-58. 3. Балицький О.І. Сучасні матеріали для потужних турбогенераторів. - Львів: "Простір-М". 1999p. - 284с. 4. Балицький О.І., Костюк І.Ф. Міцність зварних з'єднань Cr-Мn сталей з підвищеною концентрацією азоту у водневовмісних середовищах // Фіз.хім. механіка матеріалів. - 2009. №1. С.88-96. , % 50,0 26,0 16,0 11,0 Водень, в, МПа 850 1120 1360 1600 0,5МПа , % 34,0 20,0 13,0 8,0 5. А.С. СССР №1340172 от 02.07.1985. Способ обработки немагнитных аустенитных сталей для изготовления бандажних колец роторов. Гойхенберг Ю.Н., Мерзаев Д.А., Журавлев Л.Г., Мирмельштейн В.А, Силина Е.П., Внуков В.Ю. 6. Патент України на корисну модель №14905.Установка для випробування металів на розтяг в середовищі газів при високих температурах та тисках. Гребенюк C.O., Витвицький В.І., Бережницька М.П., Хруник Р.А. Опубл. 15.06.2006р. Бюл. №6. 7. ТУ 24.00.4821-89 "Заготовки бандажних колец из немагнитной корозионностойкой стали для турбогенераторов". 7 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 58195 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601