Требования, предъявляемые к материалам наиболее ответственных деталей турбин АЭС — лопаток, роторов и корпусов, определяются условиями их работы. Широкий диапазон изменения давлений, температур, влажности, напряжений, нестационарные режимы работы, длительность срока эксплуатации — все это обусловливает необходимость использования высококачественных сталей и сплавов.
Условия работы ТЭС и АЭС во многом сходны, но имеются и некоторые важные отличия, касающиеся главным образом особенностей пароводяного тракта турбин с кипящими реакторами. Радиоактивный пар на выходе из такого в результате радиолиза воды может содержать до 40 мг/кг свободного кислорода. Вместе с тем коррозия конструкционных материалов здесь наиболее опасна из-за возможности появления долгоживущих радиоактивных изотопов при попадании продуктов коррозии в активную зону реактора. Особенно строго в металле всех деталей пароводяного тракта этих турбин ограничивается содержание кобальта, которого должно быть не более 0,05%. Совершенно необходимо строгое соблюдение водно-химического режима.
Для борьбы с коррозией в турбинах АЭС широко применяются нержавеющие хромистые и хромоникелевые стали с содержанием хрома 12% и выше. Хром образует па поверхности стали устойчивую тонкую пленку тугоплавких и прочных окислов, защищающую зерна стали от окисления. Прибавка никеля к стали также повышает ее коррозионную стойкость, а углерод, напротив, снижает. Для борьбы с межкристаллитной коррозией хромоникелевые стали стабилизируются присадкой титана. Большое значение для повышения коррозионной стойкости сталей имеет режим термообработки. Повреждение поверхности детали из хромистой стали глубокими царапинами, рисками, трещинами может привести к местным коррозионным повреждениям.
Во влажно-паровых турбинах АЭС металлы выбираются также из условия максимального противостояния действию эрозии.
Механические свойства сталей и сплавов определяются характеристиками прочности и пластичности, среди которых важнейшими являются:
- предел текучести — напряжение в растягиваемом образце, вызывающее остаточную деформацию, равную 0,2%;
- временное сопротивление (предел прочности) —напряжение в образце, вызывающее разрушение образца при однократном приложении нагрузки;
- относительное удлинение при кратковременном разрыве — среднее значение остаточного удлинения на длине образца после разрушения его однократным нагружением;
- поперечное сужение при разрыве — относительное уменьшение площади поперечного сечения образца в шейке после его разрушения однократным нагружением;
- ударная вязкость — удельная работа разрушения при изгибном ударе образца стан-дар гной формы с концентратором;
- угол холодного изгиба — угол, на который изгибают специальный образец до появления первой трещины на растягиваемой стороне;
- твердость по Бринеллю НВ.
Важными характеристиками лопаточных сталей являются также:
- предел усталости — амплитуда циклического напряжения при симметричном нагружении, вызывающего усталостное разрушение образца через определенное число циклов Nv, называемое долговечностью при усталости;
- логарифмический декремент колебаний — относительное рассеяние энергии в материале за один полный цикл изменения напряжений.
Для металлов, работающих в условиях высоких температур, например деталей газовых турбин АЭС с высокотемпературными реакторами, существенны характеристики ползучести — предел ползучести и предел длительной прочности.
Все механические характеристики существенно зависят от термообработки, режим которой оговаривается для каждого материала.
Рабочие лопатки всех ступеней, за исключением двух последних, изготавливаются из коррозионно-стойкой, жаростойкой и жаропрочной хромистой нержавеющей стали 12X13. Сталь обладает высоким декрементом колебаний во всем диапазоне рабочих температур. Из этой же стали изготавливаются замки и замковые лопатки, бандажи всех видов: ленточные, трубчатые и проволочные.
Для высоконагруженных рабочих лопаток последних и предпоследних ступеней мощных турбин прочность стали 12X13, имеющей нижнюю границу предела текучести 440 МПа, оказывается недостаточной и вместо нее применяется коррозионно-стойкая сталь 15X11МФ.
Цельнокованые роторы с рабочей температурой ниже 300 °С изготавливаются из перлитной хромоникелемолибденовой стали 34XH3MA. Для роторов, работающих в области умеренных и высоких температур (выше 350 °С), применяются жаропрочные стали 20ХЗМВФА и 25X1М2Ф.
Сварные роторы быстроходных турбин АЭС изготавливаются из перлитной слаболегированной стали 32ХМ1А, получаемой с помощью вакуумно-дугового или электрошлакового переплава. Поковки элементов сварных роторов тихоходной турбины К-500-60/1500 выполнены из хромомолибденоникелеванадиевой стали 24Х2НМФА.
Для лопаточных и роторных сталей устанавливается не только нижняя, но и верхняя граница предела текучести. Превышение последней недопустимо, так как при этом происходит резкое смещение критической температуры хрупкости в область положительных температур, а для металлов поковок дисков и хвостовиков сварных роторов — из-за повышения склонности к трещинообразованию при сварке.
Корпуса цилиндров высокого давления и клапанов парораспределения выполняются литыми из углеродистой стали 25Л (в турбине К-220-44, наружный корпус ЦВД турбины К-500-65/3000) или хромомолибденованадиевой стали 15Х1М1ФЛ (внутренний корпус ЦВД турбин К-500-65/3000, К-500-60/1500).
Корпуса и обоймы ЦНД турбин также выполняются сварными из проката углеродистой стали спокойной выплавки — СтЗсп.
Для ответственных сварных деталей, работающих под давлением (линзы компенсаторов, обечайки ресиверов и др.), применяется углеродистая качественная конструкционная сталь марки 20 или хромоникелевая аустенитпая сталь 12Х18Н9Т (детали ресивера турбины К-500-65/3000 от ЦВД к СПП).
Тела и ободья сварных диафрагм ЦВД изготавливаются из хромистых нержавеющих сталей 08X13 или 12X13, а в ЦНД — из углеродистой стали марки СтЗсп. Сопловые лопатки, бандажные ленты и сегменты уплотнений сварных диафрагм выполняются из хромистой стали 12X13.
Если Вам нужен качественный и профессиональный ремонт ваших электродвигателей, то советуем зайти по ссылке. Команда профессионалов обеспечит вашему электродвигателю вторую жизнь.