Вплив експлуатаційних середовищ на пошкоджуваність, зміну структури, механічних властивостей конструкційних матеріалів турбоагрегату ТЕС. Методичні підходи для оцінки їх роботоздатності під час експлуатації і визначення залишкового ресурсу турбоагрегату.
Аннотация к работе
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ім. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Робота виконана у Фізико-механічному інституті ім. Карпенка НАН України, провідний науковий співробітник відділу водневої стійкості металів, м.Переважна більшість устаткування теплових електричних станцій (ТЕС) України відпрацювала чи допрацьовує визначений термін, тому дедалі актуальнішим є питання прогнозування роботоздатності конструкційних матеріалів енергоблоків ТЕС загалом і їх ключової системи турбіна-турбогенератор, зокрема. Оцінюючи стан металу після тривалої експлуатації з урахуванням впливу технологічного середовища, змінних графіків навантажень (частих пусків-зупинок), можна підвищити надійність турбоагрегату та достовірніше визначити залишковий ресурс. Оскільки конструкційні матеріали турбоагрегату ТЕС контактують з охолоджувальними робочими середовищами, важливо вивчити їхній вплив на пошкоджуваність і характер руйнування матеріалів а також спрогнозувати залишковий ресурс, беручи до уваги такі закономірності. Карпенка НАН України, в яких здобувач був виконавцем: ”Дослідження механізму взаємодії деформованого металу з електролітами на початковій стадії його корозійно-механічного руйнування”, № ДР 0197U00006, ”Дослідження кінетики активації та репасивації поверхні металів при їх корозійно-механічному руйнуванні”, № ДР 0100U004852, ”Оцінка водневої тривкості хромомарганцевих аустенітних сталей, їх зварних зєднань та підвищення роботоздатності під час тривалої експлуатації”, № ДР 0105U004312, теми 1.3. Мета і завдання досліджень - встановити закономірності впливу експлуатаційних середовищ на пошкоджуваність, зміну структури, механічних властивостей конструкційних матеріалів турбоагрегату ТЕС та розробити методичні підходи для оцінки їх роботоздатності під час тривалої експлуатації і визначення залишкового ресурсу турбоагрегату.Концепція експериментальних досліджень полягала у наступному: вивчали структурно-фазовий склад, фізико-механічні властивості та тріщиностійкість матеріалів у вихідному стані (на зразках-свідках, що зберігаються на ТЕС з використанням сертифікаційних даних металу заводу-виробника), а також зміни їх властивостей під час тривалої (до 280 тис. год) експлуатації. Вплив часу експлуатації, температури на структуру, механічні властивості роторних сталей (25Х1М1ФА, 20Х3МВФ) досліджували методом реплік на полотнинах дисків перших (високотемпературних) ступенів і для порівняння - на останніх ступенів, а корпусного литва (20ХМФЛ, 15Х1М1ФЛ) - на вирізках-відколках з фланцевих розємів. Схильність сталі до корозійного розтріскування характеризували за зміною відносного звуження матеріалу ?Р у розчині відносно значення ?І в інертному середовищі (повітря), що описує коефіцієнт впливу середовища ?: . Час до руйнування за тривалого статичного навантаження гладких зразків залежить від типу середовища: для 22%-го розчину NACL він менший порівняно з випробуваннями у воді (рис.1). Дослідження кінетики росту втомних тріщин на повітрі виявили, що, змінюючи режими термічної обробки для досягнення різних рівнів міцності, можна суттєво змінити кінетику поширення тріщини тільки в низькоамплітудній області навантажень, причому тріщиностійкість менш міцної сталі КП-60 (відповідає міцності сталі ротора ТВВ-200) вища, ніж міцнішої КП-80 (рис.У дисертації узагальнено закономірності впливу експлуатаційних середовищ на пошкоджуваність, зміну структури і механічних властивостей, в тому числі тріщиностійкість, конструкційних матеріалів турбоагрегату ТЕС, а також розроблено матеріалознавчі засади щодо оцінки їх довговічності. На підставі аналізу експлуатаційної деградації конструкційних матеріалів системи турбіна-турбогенератор виявили визначальні конструктивні елементи, що обмежують його ресурс. Металографічними дослідженнями сталей роторів парових турбін після 5,0?104…2,0•105 год експлуатації виявлено мікроструктурні зміни, повязані з розпадом та сфероїдизацією цементиту бейнітної складової та зниженням твердості (на 10…12%) і міцності металу. Виявлено, що тривала експлуатація (до 2,8·105 год) литої сталі 20ХМФЛ парових турбін супроводжується утворенням складних карбідів та зниженням на 15% основних механічних характеристик, а зі збільшенням кількості пусків турбоагрегату ріст експлуатаційних тріщин пришвидшується. Експлуатована у водні азотиста сталь 12Х18АГ18Ш має вищий, ніж сталь 60Х3Г8Н8В, опір водневому окрихченню і втомному росту тріщини як на повітрі, так і під час електролітичного наводнювання та не виявляє низькоенергоємного міжкристалітного руйнування.