高效超超临界汽轮机转子钢FB2的低周疲劳特性研究

丁玲玲， 杨百勋， 田 晓， 李益民

(西安热工研究院有限公司，西安 710054)

汽轮机在启停或变负荷等非稳定工况时，由于温度的变化，转子中会产生热应力，尤其是在调节级附近区段。在机组启动过程中，转子表面温度较高，而心部温度低，此时表面受压应力，心部受拉应力，停机时则相反。这种交变的热应力会引起转子的低周疲劳损伤，进而导致转子开裂，甚至出现严重事故，对参与调峰运行的机组来说更为严重。

从能量角度分析，材料的低周疲劳损伤过程实质上是不可逆塑性应变能的消耗过程。因此，除了用传统的Manson-Coffin模型分析材料的应变-寿命关系外，还可建立塑性应变能与寿命间的关系[1]。

FB2是欧洲COST522项目中研发的一种新型(9%～12%)Cr马氏体钢(数字表示Cr的质量分数)，研发阶段和中试阶段的试验表明其具有优异的高温力学性能以及良好的韧性[2]。目前，再热温度为620 ℃的高效超超临界机组的中压转子均采用FB2。研究FB2的低周疲劳性能可为转子的疲劳寿命设计、安全性评价提供技术依据，具有重要的理论意义和工程应用价值。笔者重点研究了FB2转子钢的低周疲劳特性，建立了FB2的塑性应变能与其对应的总应变幅和疲劳寿命的关系。

1 试验材料

试验用材料采用日本铸锻钢株式会社(JCFC)生产的转子锻件。试验用钢的化学成分见表1。

表1 试验用钢的化学成分

转子锻件的性能热处理工艺为：奥氏体化，1 100 ℃×18 h/油冷；第一次回火，570 ℃×36 h/炉冷；第二次回火，680 ℃×12 h/炉冷。

FB2的金相组织如图1所示，横纵截面均为回火马氏体组织，组织均匀，晶粒度2级，在马氏体板条边界及板条内弥散分布着大量析出相。……