Наиболее нагруженной и ответственной деталью турбогенератора является ротор, несущий частью которого служит вал. В процессе работы в металле ротора вследствие большой вращающейся массы (40—200 т) и скорости вращения 3000 об/мин создаются большие напряжения от действия центробежных сил. В связи с этим наряду с высокими характеристиками прочности и пластичности материал вала ротора должен обладать достаточным сопротивлением хрупкому разрушению, малой чувствительностью к концентраторам напряжений, минимальными остаточными напряжениями, а также высокой магнитной индукцией. В качестве легирующих элементов в сталь для роторов турбогенераторов вводят никель, хром, марганец, молибден, т. е. элементы, увеличивающие устойчивость переохлажденного аустенита.
Вследствие уменьшения критической скорости охлаждения при повышении содержания никеля (особенно в комбинации с другими элементами: хромом. марганцем) оказалось возможным в значительной степени увеличить прокаливаемость, что особенно важно для изделий больших сечений.
Для валов роторов применяют стали 34ХМА, 35Х1МА, 35ХН1МА, 35ХН1МФА, З5НХ4МА, З5ХНЗМФА.
Для крупных роторов с диаметром бочки до 2000 мм разработана сталь 25ХНЗМФА, обладающая глубокой прокаливаемостью и низкой температурой перехода металла от вязкого характера разрушения в хрупкое.
Широко применяют сварные роторы турбин, обладающие целым рядом преимуществ. Сварной ротор состоит из элементов, меньших по размеру, что дало возможность использовать слитки меньшей массы, а следовательно, более качественный металл с точки зрения кристаллической и химической неоднородности для его изготовления. Кроме этого, появляется возможность использования металла, выплавленного новыми методами выплавки для сварного ротора. Изготовление роторов в том числе сварном варианте проводят по следующей технологической схеме: выплавка, ковка слитков, термическая обработка, ультразвуковой контроль заготовок элементов ротора, автоматическая сварка, ультразвуковой контроль, отпуск. Для производства сварных роторов используют стали 25Н2МФА и 20Х2НМФА.
Технология предварительной термической обработки
Термическая обработка крупных поковок для роторов турбогенераторов состоит из отжига и закалки с последующим высоким отпуском. Отжиг является важнейшей операцией предварительной термической обработки, во многом определяющей качество готовых изделий. Он обеспечивает подготовку структуры поковок под окончательную термическую обработку, уменьшение флокеночувствительности, снижение твердости для улучшения обрабатываемости.
При охлаждении поковки на воздухе скорость охлаждения по сечению поковки изменяется незначительно.В связи с этим представляется экономически целесообразной замена отжига нормализацией. На рис. 115 представлен рекомендуемый режим предварительной термической обработки поковок диаметром 800—1300 мм из стали 25ХНЗМФА и 35ХНЗМФА. Охлаждение поковок с температуры перекристаллизации следует проводить на воздухе в течение 20 ч (поковки массой от 50 до 100 т) и 12 ч (поковки до 50 т). Время предварительной термической обработки по рекомендуемому режиму сокращается на 40 %. Замена отжига нормализацией приводит к улучшению структуры поковок для роторов турбогенераторов за счет снижения температурного интервала превращения аустенита в промежуточной области и повышения характеристик пластичности и вязкости на 20—15 %.
Окончательная термическая обработка
На конечном этапе закалки в результате медленного охлажде ния и длительного пребывания поверхностных слоев в интервале 250—150 °С последние подвергаются отпуску, что в свою очередь приводит к уменьшению внутренних напряжений. При недоста точном переохлаждении в сталях типа ЗОХНЗМА, обладающихвысокой устойчивостью аустенита в перлитной области, значи тельное количество аустенита сохраняется нераспапшимся ц превращение его происходит при охлаждении после отпуска, что приводит к повышенным остаточном напряжениям.На рис. 119 представлен режим окончательной термической обработки валов роторов.
