CN109001106B - 一种水轮发电机高强度热轧磁轭钢板冲击吸收能量有效考核方法 - Google Patents

一种水轮发电机高强度热轧磁轭钢板冲击吸收能量有效考核方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水轮发电机高强度热轧磁轭钢板冲击吸收能量KV2（K2.5）考核方法。所述方法为磁轭钢合格标准为：取磁轭钢试样尺寸为55mm×2.5mm×10mm测试，冲击吸收能量KV2（‑20℃）横≥9J；KV2（‑20℃）纵≥13J。该考核方法能够有效解决磁性薄钢板小规格试样试验结果判定问题，完全能够避免误判、错判，确保检测结果的真实性和判定结果的合理性、科学性，确保乌东德、白鹤滩等巨型水电机组转子磁轭制造质量。

Description

一种水轮发电机高强度热轧磁轭钢板冲击吸收能量有效考核 方法
技术领域
本发明涉及一种水轮发电机高强度热轧磁轭钢板冲击吸收能量考核方法。
背景技术
转子磁轭是水轮发电机组的磁路和重要转动受力部件(外圆T形槽挂磁极)，大型水轮发电机组磁轭一般采用高强度热轧磁性薄钢板叠压组成见图，1磁轭钢板叠片(某机组磁轭成品：叠片>26000张，外径>17m，高>3m，重量>900t)。
目前，正在制造的世界上单机容量最大的乌东德机组、白鹤滩机组(1000MW)转子磁轭均采用近年来武汉钢铁集团公司(以下简称武钢)、太原钢铁集团有限公司(以下简称太钢)等钢厂新研发的SXRE750高强度热轧磁轭钢板，三峡公司设备采购合同规定磁轭钢板按Q/CTG 26标准制造和验收，力学性能见表1，其中55mm×10mm×10mm(简称K10)试样冲击吸收能量KV2横≥40J、KV2纵≥54J是参考常用结构钢板制定的，对于其它规格试样，换算按GB/T 229执行。
表1力学性能
Figure BDA0001685504380000011
GB/T 229标准规定，可采用55mm×7.5mm×10mm(简称K7.5)、55mm×5mm×10mm(简称K5)等试样，缺口开在窄面上，不同类型和尺寸试样的试验结果不能直接对比和换算。
但GB/T 1591、GB/T 16270标准规定，K7.5试样试验结果不小于K10试样值的75％，K5试样试验结果不小于K10试样值的50％，厚度小于6mm的钢板不做冲击试验。
而乌东德、白鹤滩机组SXRE750磁轭钢板须考核KV2，且磁轭钢板设计厚度仅为3.5mm～4.0mm，只能采用55mm×2.5mm×10mm(简称K2.5)试样，如按比例关系推算其试验结果应不小于K10试样值(KV2横≥40J、KV2纵≥54J)的25％，即按K2.5试样KV2横≥10J、KV2纵≥13.5J考核，则武钢、太钢制造的首批乌东德、白鹤滩机组SXRE750磁轭钢板试验结果处于合格与不合格边缘。是磁轭钢板质量有问题或是考核指标过高或是还是换算比例关系有问题还需要进一步研究。
目前，尚未见到国内外常用钢板考核KV2采用K2.5试样，对于SXRE750牌号(板形精度、强度及塑性、磁性能要求都很高)的功能性薄钢板，考核KV2采用K2.5试样更是空白。
发明内容
本发明提供一种水轮发电机高强度热轧磁轭钢板冲击吸收能量考核方法，该考核方法能够有效解决磁性薄钢板小规格试样试验结果判定问题，完全能够避免误判、错判，确保检测结果的真实性和判定结果的合理性、科学性，确保乌东德、白鹤滩等巨型水电机组转子磁轭制造质量。
本发明采用以下技术方案：
一种水轮发电机高强度热轧磁轭钢板冲击吸收能量考核方法，所述方法为磁轭钢合格标准为：
取磁轭钢试样尺寸为55mm×2.5mm×10mm测试，冲击吸收能量KV2(-20℃)横≥9J；KV2(-20℃)纵≥13J。
优选地，所述KV2为三个试样试验结果的平均值，其中KV2横：允许一个试样试验结果低于9J、但不应低于6J，KV2纵：允许一个试样试验结果低于13J、但不应低于9J。这样限定的理由：防止材料单个冲击吸收能量值差异过大，因为材料单个冲击吸收能量值集中度越高，表明材料性能均匀性、一致性、稳定性越好。
优选地，所述磁轭钢型号为SXRE750。SXRE750的特殊点：1)使用的实际厚度为3.5mm～4mm，只能加工成55mm×2.5mm×10mm尺寸规格的试样；2)目前冶金行业、国内外尚无55mm×2.5mm×10mm尺寸规格试样的考核值，并且试验证明也不能按4倍关系折算成55mm×10mm×10mm标准试样考核值；3)为了便于校形(低应力)，SXRE750必须是铁素体基体材料，并且采用的是析出强化提高力学性能，故与珠光体、贝氏体、马氏体等常用钢板材料有显著区别，主要表现在该材料只具有中高冲击吸收能量，即不能按考核常用钢板材料的办法来考核SXRE750冲击吸收能量。
优选地，所述方法还包括磁轭钢原料厚度：3.0～6.0mm；加工取样方法：激光切割；横向屈服强度Rp0.2≥750MPa、纵向屈服强度Rp0.2≥750MPa；横向抗拉强度Rm≥800MPa、纵向抗拉强度Rm≥800MPa；横向断后伸长率A≥12％、纵向断后伸长率A≥12％；冷弯横向：无裂纹。
本发明有益效果：
该考核方法经实践应用证明，完全能够避免误判、错判，确保检测结果的真实性和判定结果的合理性、科学性，确保乌东德、白鹤滩等巨型机组转子磁轭制造质量，同时也促进钢厂提升磁轭钢板综合质量水平和提高经济效益。该考核方法具有较高的实用价值和经济价值。
附图说明：
图1磁轭钢板叠片(某机组磁轭成品：叠片>26000张，外径>17m，高>3m，重量>900t)；
图2太钢磁轭钢板组织：形变铁素体+析出相；晶粒度：细于9级；
图3太钢磁轭钢板析出相能谱分析；
图4武钢4mm磁轭钢板KV2横(K2.5)；
图5武钢4mm磁轭钢板KV2纵(K2.5)；
图6武钢3.5mm磁轭钢板KV2横(K2.5)；
图7武钢3.5mm磁轭钢板KV2纵(K2.5)；
图8太钢4mm磁轭钢板KV2横(K2.5)；
图9太钢4mm磁轭钢板KV2纵(K2.5)。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施
因SXRE750磁轭钢板厚度太薄，无法做K10、K7.5、K5试样的KV2试验结果对比，故选择上海宝钢集团公司(以下简称宝钢)产乌东德、白鹤滩机组用SX780CF牌号3张蜗壳钢板(与SXRE750磁轭钢板强度、塑性接近)，加工成4种规格尺寸的试样，在3种温度条件下进行了38组冲击试验，试验结果平均值及比例关系见表2。
表2 SX780CF(厚64mm～66mm)不同试样试验结果KV2平均值、比例关系
Figure BDA0001685504380000031
Figure BDA0001685504380000041
表2 SX780CF(厚64mm～66mm)不同试样试验结果KV2平均值、比例关系(续)
Figure BDA0001685504380000042
SX780CF蜗壳钢板组织为“贝氏体+少量马氏体，晶粒度9级”，材料强度高，且塑性好，所以KV2值高且十分稳定，故试验结果具有典型意义。经分析表2数据，发现：
a)K5、K4、K2.5试样的试验值KV2与K1O试样的试验KV2值之间不存在50％、40％、25％的线性比例关系，如-20℃时K2.5试样与K10试样KV2横试验值推算比例为25％，但实测比例为12％，相差一倍多，原因在于KV2代表材料在破断前单位体积内所能吸收的能量的大小；
b)GB/T 1591、GB/T 16270标准规定的线性比例关系属加严考核，如-20℃时K10试样KV2纵考核100J，实测287J，考核值仅为实际值的35％，还有65％的裕度；而K2.5试样KV2纵考核25J，实测31J，考核值已达实测值的81％，仅有19％的裕度；
c)即使是优质材料，当K10试样考核指标定得越高，而生产中又不得不采用K5、K2.5等小规格试样进行试验、且又按线性比例关系换算并进行考核时，误判材料不合格的概率急剧增大。
创建磁轭钢板KV2(K2.5)考核方法
SXRE750磁轭钢板KV2不能按线性比例换算关系考核，故重新创建K2.5试样试验考核方法，具体原理如下：
1金相组织分析
SXRE750磁轭钢板的金相组织为“形变铁素体+析出相，晶粒度细于9级”，见图2；析出相能谱见图3。
对图2、图3进行分析：
a)铁素体基体，有利于获得优良的磁性能，见表3；
b)铁素体基体，应力低，便于精整校形，有利于获得高精度(不平度)板形(见表4)，有利于钢板叠压，防止机组运行时产生振动和噪声；
c)铁素体基体形变强化、析出相强化、细晶强化，有利于获得高强度和良好塑性；
d)形变铁素体+析出相，注定材料KV2值不会太高，这与SX780CF贝氏体+马氏体高强度中厚蜗壳钢板有显著区别，故在制定磁轭钢板KV2考核指标时应予以注意。
表3磁性能
Figure BDA0001685504380000051
表4板形及尺寸精度
Figure BDA0001685504380000052
2力学性能试验
对武钢制造的5张、太钢制造的3张SXRE750磁轭钢板进行了共8个冷弯试验(全部合格)、44个拉伸试验，并在不同温度条件下对不同规格试样进行了94组冲击试验，试验结果平均值见表5。
表5磁轭钢板力学性能试验平均值
Figure BDA0001685504380000061
通过对表5数据进行分析可知，两钢厂磁轭钢板强度高、塑性较好，故材料质量是较优良的，且强度与塑性匹配结果其KV2值较好并已达到稳定区域，即K2.5试样、K3.8mm试样试验值真实反映了SXRE750磁轭钢板的质量水平。
3磁轭钢板KV2(K2.5)考核方法
考虑到SXRE750磁轭钢板精整校形难易、激光切割效率、便于叠片及叠片效率等，SXRE750磁轭钢板厚度一般选定为3.5mm、4mm两种，故将冲击试样规格统一规定为K2.5。
经上述试验和综合分析，再考虑到考核指标应既要有先进性、又要留有合理裕度，还要考虑制造成本、效率等因素，故创建SXRE750磁轭钢板K2试样试验考核指标如表6。
表6 SXRE750磁轭钢板KV2(K2.5)考核方法
Figure BDA0001685504380000062
4 KV2(K2.5)考核方法的应用
按KV2(K2.5)方法考核，武钢4mm厚SXRE750磁轭钢板3张、3.5mm厚SXRE750磁轭钢板2张全部合格(见图4～图7)，太钢4mm厚SXRE750磁轭钢板3张全部合格(见图8～图9)。
分析图4～图9可知，虽武钢、太钢制造的首批SXRE750磁轭钢板KV2(K2.5)全部合格，但裕度还略偏小。两钢厂经采取优化强度与塑性的匹配关系等措施，使KV2(K2.5)裕度更为合理。
该考核方法经实践应用证明，完全能够避免误判、错判，确保检测结果的真实性和判定结果的合理性、科学性，确保乌东德、白鹤滩等巨型机组转子磁轭制造质量，同时也促进钢厂提升磁轭钢板综合质量水平和提高经济效益。该考核方法具有较高的实用价值和经济价值。
以上内容是结合具体的实施例对本发明的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的专业技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的替换，都应当视为属于本发明的专利保护范围。

Claims (1)

1.一种水轮发电机高强度热轧磁轭钢板冲击吸收能量考核方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、磁轭钢板SXRE750的特殊点：
乌东德、白鹤滩机组磁轭钢板型号为SXRE750，要求考核冲击吸收能量，SXRE750使用的实际厚度为3.5mm～4mm，只能加工成55mm×2.5mm×10mm尺寸规格的试样；目前冶金行业、国内外尚无55mm×2.5mm×10mm尺寸规格试样的考核值，并且试验证明不能按4倍关系折算成55mm×10mm×10mm标准试样考核值，且不能按考核常用钢板材料的办法来考核SXRE750冲击吸收能量；
步骤二、SXRE750磁轭钢板力学性能试验：
B1，抽取武钢SXRE750磁轭钢板，其中板厚为4mm和3.5mm；抽取太钢SXRE750磁轭钢板板厚4.0mm；
B2，检测SXRE750磁轭钢板1/4横位置拉伸性能，得到其拉伸性能平均值；
B3，检测SXRE750磁轭钢板1/4纵位置拉伸性能，得到其拉伸性能平均值；
B4，检测SXRE750磁轭钢板边/纵位置拉伸性能，得到其拉伸性能平均值；
B5，检测武钢SXRE750磁轭钢板板厚4mm的1/4宽度位置-20℃时K2.5试样冲击吸收能量，得到其冲击吸收能量平均值；
B6，试验武钢SXRE750磁轭钢板板厚3.5mm的1/4宽度位置-20℃时K2.5试样冲击吸收能量，得到其冲击吸收能量平均值；
B7，试验太钢SXRE750磁轭钢板板厚4mm的1/4宽度位置-40℃时K2.5试样冲击吸收能量，得到其冲击吸收能量平均值；
B8，试验太钢SXRE750磁轭钢板板厚4mm的1/4宽度位置-40℃时K3.8试样冲击吸收能量，得到其冲击吸收能量平均值；
B9，试验太钢SXRE750磁轭钢板板厚4mm的1/4宽度位置-20℃时K2.5试样冲击吸收能量，得到其冲击吸收能量平均值；
B10，试验太钢SXRE750磁轭钢板板厚4mm的1/4宽度位置-20℃时K3.8试样冲击吸收能量，得到其冲击吸收能量平均值；
B11，试验太钢SXRE750磁轭钢板板厚4mm的1/4宽度位置0℃时K2.5试样冲击吸收能量，得到其冲击吸收能量平均值；
B12，试验太钢SXRE750磁轭钢板板厚4mm的1/4宽度位置0℃时K3.8试样冲击吸收能量，得到其冲击吸收能量平均值；
B13，整理B1～B12步骤试验结果见表1：
表1 SXRE750磁轭钢板力学性能试验平均值
Figure FDA0003528839080000021
步骤三、SX780CF蜗壳钢板力学性能试验
C1，SX780CF蜗壳钢板，厚度为64-66mm；
C2，检测SX780CF蜗壳钢板拉伸性能，得到其拉伸性能平均值；
C3，检测SX780CF蜗壳钢板-40℃时K10横冲击吸收能量，得到其-40℃时K10横冲击吸收能量平均值；
C4，检测SX780CF蜗壳钢板-40℃时K5横冲击吸收能量平均值，得到其-40℃时K5横冲击吸收能量平均值；
C5，检测SX780CF蜗壳钢板-40℃时K4横冲冲击吸收能量平均值，得到其-40℃时K4横冲冲击吸收能量平均值；
C6，检测SX780CF蜗壳钢板-40℃时K2.5横冲击吸收能量平均值，得到其-40℃时K2.5横冲击吸收能量平均值；
C7，检测SX780CF蜗壳钢板-40℃时K10纵冲击吸收能量平均值，得到其-40℃时K10纵冲击吸收能量平均值；
C8，检测SX780CF蜗壳钢板-40℃时K5纵冲击吸收能量平均值，得到其-40℃时K5纵冲击吸收能量平均值；
C9，检测SX780CF蜗壳钢板-40℃时K4纵冲击吸收能量平均值，得到其-40℃时K4纵冲击吸收能量平均值；
C10，检测SX780CF蜗壳钢板-40℃时K2.5纵冲击吸收能量平均值，得到其-40℃时K2.5纵冲击吸收能量平均值；
C11，整理C1～C10步骤试验结果见表2：
表2 SX780CF蜗壳钢板力学性能试验平均值
Figure FDA0003528839080000031
步骤四、分析试验结果数据、创建考核方法和考核技术指标
E1，分析表2发现：SX780CF蜗壳钢板K10试样与K2.5试样实际试验值的关系是大于等于8倍的关系，而不是4倍线性比例关系，故SXRE750磁轭钢板K2.5试样试验结果不能按4倍线性比例关系换算成K10标准试样值进行考核；
E2，分析表1发现：因SXRE750磁轭钢板厚度为3.5mm～4mm，不能加工K10试样，无法知道K10试样与K2.5试样试验值的实际比例关系；
E3，整理E1～E2结果，最终形成SXRE750磁轭钢板K2.5试样冲击吸收能量考核方法和考核技术指标，见表3：
表3 SXRE750磁轭钢板
Figure FDA0003528839080000032
即所述方法为磁轭钢合格标准为：
取磁轭钢试样尺寸为55mm×2.5mm×10mm测试，-20℃冲击吸收能量KV2横≥9J；-20℃冲击吸收能量KV2纵≥13J，所述磁轭钢型号为SXRE750；所述KV2为三个试样试验结果的平均值，其中KV2横：允许一个试样试验结果低于9J、但不应低于6J，KV2纵：允许一个试样试验结果低于13J、但不应低于9J；磁轭钢原料厚度：3.0～6.0mm；加工取样方法：激光切割；横向屈服强度Rp0.2≥750MPa、纵向屈服强度Rp0.2≥750MPa；横向抗拉强度Rm≥800MPa、纵向抗拉强度Rm≥800MPa；横向断后伸长率A≥12％、纵向断后伸长率A≥12％；冷弯横向：无裂纹。
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