13.2. Стали для паровых турбин
Давление пара на ТЭС достигает 153 ат, а температура 515...530 С. Для элементов паровых турбин применяют котлотурбинные стали, которые по назначению подразделяют на следующие группы:
котельные стали;
стали для лопаток паровых турбин;
крепежные стали.
Котельные стали не должны содержать большого количества дефицитных легирующих элементов из-за большой металлоемкости поверхностей нагрева (трубы пароперенагревателя, паропровода).
Котлы
низкого и среднего давления (до 60 ат) с
температурой перегрева не выше 450 С
целиком изготовляют из низкоуглеродистой
стали - Ст2, Ст8, сталь 20. Для труб
пароперенагревателей, паропроводов,
работающих при более высоких температурах
(540...560 С),
используются низкоуглеродистые
легированные стали перлитного класса
(
,
и др.). Молибден, ванадий и вольфрам в
этих сталях повышают сопротивление
ползучести, а хром - жаростойкость.
Котельные низкоуглеродистые стали не закаливаются. Они применяются в нормализованном состоянии. После нормализации часто дается стабилизирующий отпуск при 650...700 С. При этом образуются пластинчатые продукты превращения аустенита (типа сорбита закалки), благоприятно влияющие на жаропрочность.
Для
котлов сверхвысокого давления с
температурой перегрева до 700 С
применяют аустенитные хромоникелевые
стали (
,
и др.). Аустенитные стали могут быть
подвергнуты закалке и старению, что
приводит к выделению избыточных фаз и
повышению жаропрочности.
К сталям для лопаток паровых турбин предъявляются жесткие требования по ползучести (допустимой считается 0,1 % деформации за 100 000 часов, т.е. на порядок меньше, чем для котельных сталей), поскольку даже малая деформация лопаток приведет к выводу турбины из строя. Лопатки паровых турбин необходимо изготовлять из коррозионностойких сталей. Для этого используют хромистые стали 12Х13, 15Х11МФ и 15Х12ВНМФ.
В качестве крепежных используются среднеуглеродистые и низколегированные стали (30ХМ, 35ХН3МА, 38ХМЮА, 25Х2МФА) и др.
13.3. Материалы для газовых турбин
Наиболее жесткие требования предъявляют к лопаткам газовых турбин, которые работают в области температур 650...800 С, и в них возникают большие напряжения от центробежных сил и давления газов. При небольших зазорах уже малые деформации их могут привести к выходу из строя всей турбины. Для длительных сроков службы лопаток газовой турбины при температурах 600...650 С рекомендуется аустенитная сталь 08Х16Н13М2Б. Для лопаток газовых турбин и других деталей, работающих длительное время в области температур 650...700 С, применяют стали аустенитного класса (45Х14Н14В2М и др.). Более сложная по своему составу аустенитная сталь 08Х15Н24В4ТР имеет рабочую температуру до 750 С.
Для изготовления деталей, работающих при температурах более высоких, чем 700 С, применяются сплавы на никелевой или кобальтовой основе, которые по сравнению со сплавами на железной основе более жаропрочны. Сплавы на кобальтовой основе несколько уступают никелевым в жаропрочности, но обладают лучшей жаростойкостью.
Никелевые сплавы могут быть разделены на гомогенные (инконели, нихромы), которые служат в основном как жаростойкие материалы, и стареющие (нимоники), имеющие высокую жаропрочность.