автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Повышение эксплуатационных характеристик материалов роторно-бандажных узлов мощных турбогенераторов

НАЦИОНАЛЬНА АКАДЕМЫ НАУК УКРА1НИ

Ф13ИКО-МЕХАН1ЧНИЙ 1НСТИТУТ ím. Г. В. Карпенка

\ о

бАлицький

Олександр 1ванович

УДК 620.17: 621.313.322-81

п1двищення експлуатац1йних характеристик matepiajiib роторно-бандажних вузл1в потужних ту рб огенер atopib

05.02.01 - матер1алознавство

АВТОРЕФЕРАТ

дисертаци на здобуття наукового ступеня доктора техшчних наук

JlbBÍB - 2000

Дисертащсю е рукопис

Робота виконана у Ф1зико-мехашчному ¡нституп ¡м. Г. В. Карпенка НацюнальноТ

Академп наук Украши

Науковий консультант: доктор техшчних наук, професор, член-кореспондент HAH Украши Похмурський Василь 1ванович, Ф^зико-мсхашчпнп шститут iM. Г. В. Карпенка HAH Украши, заступник директора з НВП

Офщшш опоненти: доктор техшчних наук, професор Ткачов Володимир 1вано-вич, «Йзико-мехашчний шститут iM. Г. В. Карпенка HAH Укра'ши, завщувач вщщлом воднево! стшкосп метал1в

доктор техшчних наук Саенко Володимир Якович, 1нсти-тут електрозварювання ¡м. G. О. Патона HAH Украши, провщний науковий ствробтшк вщцшу ф1зико-металур-пйних основ електрошлакових технолопй

доктор техшчних наук Стухляк Петро Данилович, Тернопшьський техшчний ушверситет ¡м. I. Пулюя М1н1стерства освгти та науки Украши, завщувач кафедрою комп'ютерно ¡нтегрованих технолопй

ПровШш иргаиииц'ш: 1нститут проблем матер1алознавства ¡м. I. М. Францевича HAH Украши, вщдш ф1зики високомщних та метастабшь-них сплав1в

Захист вщбудетьсяСТ^Л^/'/СЙООО р. о/frгоднш на засщанш спещал1зованоТ вчено! ради Д 35.226.02 Ф1зико-мехашчного шституту ¡м. Г. В. Карпенка HAH Укра'ши за адресою: 79601, JlbBiB, вул. Наукова, 5, актовий зал.

3 дисертащею можна ознайомитись у öiönioTeqi Фпико-мехашчного ¡нституту ¡м. Г. В. Карпенка HAH Украши.

Автореферат розюланий 2000 р.

Вчений секретар спещал1зованоТ вченоУ ради

Никифорчин Г. М.

ЗАГАЛЬНЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Акшуалыпсть проблема. Бурхливий розвиток енергетики ставить перед матер1алознавством ряд важливих проблем, зокрема у зв'язку з ростом одинич-но1 потужносп електроагрегайв. Збшьшення одинично'1 потужносп турбогене-paTOpiB i турбодвнгушв дозволяе повЕнше використовувати паливш ресурси та з найменшими затратами вводити noßi геперуюч1 потужносп. Реашзувати ui завдання можна, використовуючи HOBi яюсшпп електротехшчш та конструк-щйн1 матср!али, бшьш ефективш система охолодження, а також впроваджуючи конструкцн, що базуються на нових фЬичних принципах.

Розвиток матер1алознавства та електротехшки в найбшып шдустр1ально розвинутих кра'шах дозволив досягнути одиничну потужнють генератор] в 1200 - 1500 МВт фермами "General Electric", "NE1 Parsons Ltd" (США), ABB Industrie "Brown Boveri Company Ltd" (Швейцарш, Швещя), "KWU Kraftwork Union", "Siemens" (НЫеччина), "Alstom", "Jeumont Industrie" (Франщя), ASEK (Бель-пя), "Электросила" (Pocin). Устшно працюють над збиьшенням единично! по-тужност! i розвитком мунщипально1 енергетики i ф5рми "Tokio Sibauii", "Hitachi" (Япошя), "Електроважмаш" (УкраТна), "Skoda" (4exi;i), "Elin" (Ав-стр1я). Проте кшьккть випадк'т руйнування бандаж1В та ротор'ш турбогенератор1в, що приводять до таких серйозних наслщюв, як загорания водшо, вих^д ¡з ладу на тривалий час або й повне руйнування агрегату, мае тенденцию до перюдичного зростання у зв'язку 3t збшьшенням потужностч енергобломв. Це вимагае лостшного вдосконалення електротехшчних засад та MaTepianie роторно - бандажного вузла з забезпеченням рекордних (на даний час) мщшсних та корозшно-мехашчних характеристик i тдвищення надшноси турбогенераторов.

Значний внесок у розвиток доынджень в цьому напрямку зробили Гаврнлюк В.Г., Глебов I.A., Глух1вський Л.Й., Гойхенберг Ю.М., Данилевич Я.Б., Дмитрах I.M., Кузьмш В.В., Медовар БД., Никифорчин Г.М., Осташ О.П., Панасюк В.В., Повишев I.A., Помарш Ю.М., Похмурський B.I., PoManiB О.М., Саенко В.Я., Сарагадзе В.В., Сшна О.П., Стухляк П.Д., Счастливий Г.Г., Tinco O.I., Ткачов B.I., Федоренко Г.М., Хуторецький Г.М., Шидловський А.К., Speidel М.О., Magdowski R.M., Uggowitzer P.J., Berns H., Diener M., Mascalzi G., Rinaldi C., Solenthaler C., Feichtinger H.K., Stein G., Hucklenbroich I., Atrens A., Viswanathan R., Scarlin R.B., Mclnture P., Lukas P., Yamamoto M., Hanninen H.

Пошук оптимальних шгтях1в шдвиицення екс п л у атан i йн их характеристик MaxepianiB роторно-бандажних вуз л in потужних турбогенератор1в е важливою науково-прикладною проблемою, на розв'язання яко'£ спрямована дана дисертацшна робота.

Зв'язок роботы з науковими програмами, планами, темами. Основш HayKOBi результати дисертацшно'1 робота одержано в ход1 виконання планових науково-досл1дних po6iT Ф1зико-мехашчного ¡нституту iM. Г. В. Карпенка HAH Укра'ши вщповщно до проблеми «Ф1зико-Улм1чна мехатка матер1ал1в» («Досл1дження мехашзму взаемодп деформованого металу з електрол1тами на початкопш cTafli'f його корозшно-мехашчного руйнування», № ДР 0197U00006)

(автор-сшввиконавець), державно! програми 5.2.1. «Протикорозшний захист металофонду Украши» на 1992-1995рр., завдання 05.52.01 «Розробка наукових основ 1 технолопчних процеив легування поверхневих шар!в деталей з метою значного шдвищення !х корозшно-мехашчно! ст!йкостЬ> (№ ДР 019411039373) (автор-сшввикоиавсць), Всесоюзно! цшьово! програми 0.1Д.002 «Створення нових видав обладнання для виробництва електрично! та теплово! енергн», шдпрограми 0.01.01.Ц «Створити та впровадити круши автоматизоваш енергоблоки для спорудження теплових електростанцш на органичному палив!» на 1985-87 рр. (автор-стввиконавець), державно! программ «Науково-техшчне забезпечення надшност1 машинобуд1вно! продукцп» на 1985-1990 рр., завдання 1.1.3.1. «Створення та впровадження матер1ал1в та конструкщй корсшйностшких бандажних юлець потужних турбогенератор1в 500-800 МВт, 1000 МВт та бшъше» (аптор-в'щповщалышй сшввиконавець), Всесоюзно! цшьово! програми 0-Ц.017 «Захнсг вщ короза, створення корозшностшких матертл!в, ефективних покрить метал!в» (завдання 073.01) (автор-сшввиконавець), догсшрно! тематики з ВНД1 Електромаш ( №№ ДР 4447, 4644, 4755 в науково-техшчному фонда Мшелектротехпрому) (автор-сшвкер!вник, вщповщальний виконавець), АО «Электросила», Лисьвенським турбогенераторним заводом, енергогенеруючими та енегоремонтними шдприемствами Украши, Лисьвенським металургшним заводом, 1нститутом електрозварювання »м. е.О.Патона НАНУ (№ ДР 019611001015) (автор -сшвкер1вник).

Об'ектом доопдження е високомщш бандажш [ роторш стал! та поверхнев1 шари на деталях роторно-бандажного вузла.

Предмет дослщження - вплив експлуатацшних та модельних середовищ на ф1зико-мехашчш характеристики сучасних та перспективних матер!ал!в роторно-бандажного вузла потужного турбогенератора.

Мета / завдання доаиджсння — розробка наукових 1 технолопчних метод! в пщвищення експлуатацшних характеристик конструкцшних та функц'юнальних матер!а!нв роторно-бандажних вузл1в потужних турбогенератор1В 1 турбодвигушв ¡з урахуванням впливу робочих охолоджуючих середовищ.

Ця мета визначила постановку та розв'язання таких задач:

1. Аиал1з руйнувань та пошкоджень роторно-бандажних вузл!в турбогеиератор'ш I створення на цш основ! методологи, обгрунтування п!дбору устаткування для дослщження впливу експлуатацшних ! модельних (що ¡китують екстремальн! ситуац!! в контур! охолодження) середовищ, високих напружень та температуря на мехашчш характеристики високомщних матср!ал!в.

2. Вивчення впливу водню високо! фуптивност! на статичну та циюпчну тр!щиностшкклъ, тривапу мщшсть матер!ап!в роторно-бандажного вузла з метою оцшки иаслщюв !х воднево! деградаца в процеа довготривало! експлуатацц турбогенератор1в, що охолоджуються воднем.

-33. З'ясування впливу водних середовищ з хлоридами, а також температуря на отр корозшно-мехатчному руйнуванню високомщних матер!ал1в бандаяав, як1 застосовуються в турбогенераторах ¡з водяним охолодженням.

4. Встановлення закономерностей впливу ашзотрош1, що виникае в процес! механотерм1чно1 обробки бандаж1В, на в'язмсть руйнування внсокоазотних хромомаргандевих сталей та и рол1 в докритичному поширенш трйцин иайб1льш небезпечних ор!енташй.

5. Вдосконалення рецептури аустештних нeмaгнiтниx бандажних сталей з метою шдвигцення \'х корозшно-мехашчних характеристик.

6. Розробка покрить разного функцюнального призначення на деталях роторно-бандажного вузла для забезпечення IX антикорозшного та д1електричного захисту.

7. Розробка рекомендаций щодо впровадження нових конструкцшних матер1ашв та функцюналышх иокрить на деталях роторно-бандажного вузла, вдосконалення охолоджуючих носив 1 режим1в експлуатаци потужних турбогенератор! в, спрямованих на шдшнцешш надшнослт, термпйв М1жремонтно\' експлуатацИ та продовження паркового ресурсу дЬочих енергоблоюв.

ОбСрунтоватсть / достов\ртстъ наукових положень, висновмв ; рекомендацш забезпечусгься корсктшстю застосування сучасних та адекватних взаемодоповнюючих методт експериментальних доогнджень, планувания дослав, точшстю вим1рювання та комп'ютерно! обробки результате, узгоджешстю результатов М1Ж собою, Тх вщтворенням у дослшженнях в шших наукових закладах. Отримаш результати можна трактувати разом ¡з тим як визначальш, контрольна кватфщацшш. Вони придатш I при розрахунках на надшшсть та при оцшщ паркового ресурсу потужних турбогенератор1в.

Наукова новизна одержаних результаты.

1. На шдстав! анал1зу причин аварш роторно-бандажних вузлш потужних турбогенераторш (що вщбулись протягом осташпх 50 роюв) встановлено, що основною е корозшно-мехашчне руйнування бандажних кшець (до 90% уЫх випадюв) та ротор1в. Показано, що причиною пошкоджень сталей 8Мп-8№-4Сг та 18Мп-4Сг, з яких в переважнш бьтыносп виготовлеш бандажш юльця на дночих енергоблоках, е корозшне роэтр1скуваппя у робочих водних, наводнюючих середовищах та висою статичш, иикл1чт напруження, що створюються в процеш експлуатаци бандаж1В потужних турбогенератор!в. Це шдтверджуе необхщшсть тдвищення довгов1чносп традицшних сталей та розробки перспективних високом1цних корозшнотривких матер1ал!в.

2. Вперше показано, що корозшне розтрккування ново1 високоазотноУ стал1 18Мп-18Сг (ав=1535 МПа, а-,^1503 МПа, А:|С=191 МПал/м) шд напруженням можливе за участю ¡ошв галодав та М1Д1. Тим не менше у вод! та 22%-му розчиш Т^аС1 за температур аж до 160°С проходить транскристалггне корозшне розтрккування з1 швидюстю шд 0,5 до 40-Ю"11 м/с.

-43. Вперше виявлено вплив параметров та складу хлоридних розчишв на корозшну тривккть CTani 18Мп-18Сг, встановлено критичт значения температура птнгоутворення та розкрито механизм и взаемодп з надзвичайно агресивним насиченим розчином дихлориду Mifli. HaBiTb короткочасний (протягом доби) контакт стал! при шмнатшй температур! з цим розчином приводить до штенсивного птнгоутворення, тривалий (понад 720 год) у д1апазош К\ = 25...70 МПаТм - до катастрофгшого лпжкристал1тного розтрт-кування 31 швидистю до l,56-10"v м/с, а на наступних етапах - до виб^ркового розчииения стал! та пронвт виразково1 корозй.

4. На основ! проведених дослщжень тривалоТ мщносп високоазотноТ хромомарганцевоТ стшп 18Mn-18Cr на базах до 50 тис. год, яю cniBMipm з Ы1жремонтними иерюдами турбогенераторгв, вперше встановлено довгов"1чтсть цього MaTepiany у водних та гало'щних середовищах.

5. Показано, що короткочасна статична трщиностшмсть в умовах активного навантаження е найбшып чутливою з yeix прискорених методш дослщження мехашчних характеристик до ашзотропи, яка виникае в процем виготовлення бандажного кшьця. Отримаш результата покладено в основу при BuGopi матер'уал1в, прогнозування ресурсу роботи та пщвищення живучоеп найбшьш високонавантажених деталей електрогенеруючого устаткувашш.

6. Для пвдвищення тр1щиностшко<Уп запропоновано вводите домишки лантану (до 0,05 мас.%), церпо (до 0,1 мас.%) у стал1 18Мл-4Сг ( A.c. № 1488356 ) та 18Mn-18Ci (A.c. № 1488352) шд час експериментальних плавок з метого )'х рафшування, модифжування та легування, яю позитивно впливають на юлыасть, форму та piBHOMipHicTb розподшу неметалевих включень, яюсно покращують стан металу, змшюють його дислокацшну будову. Застосування кальщю (до 0,05 мас.%) (A.c. № 1488352) для розкислення nie! стал1 суттево впливае на форму та склад немежшчних включень, що виявлеш при досл1джсшп поверхш руйнування зразк!в. Експерименталып стал! з високим bmictom хрому (16-24 %) у поеднанш з шшими легуючими елементами (A.c. №№ 1694683, 1752820, 1765241) демонструють шдвищення опору до корозшно-мехашчного руйнування в хлоридвмюних середовищах та шдвищення тривалоТ мщност! в середовипй водню (A.c. № 1668466).

Показано, що за р1внсм корозшно-мехашчних властивостей сталь 12Х18АГ18Ш, що продукуеться в Укра'пи методом електрошлакового переплаву, е паритетною японському (18Мп-18Сг) та шмецькому (Р 900) аналогам з рекордними значениями добутку мщносп (стт ) на в'язюсть (Кк-) 4,4' 105 (МПа)2 -Ум.

7. Вперше встановлено, що сум1сна Д1Я знакозмшних мехашчних напружень i кислих хлорндвмгашх середовнщ найбшыпе °штенсиф1кують у високоазотних хромомарганцевих сталях селективне розчинення марганцю, попм затза, хрому, що узгоджуеться з результатами елементного анал!зу продукта корозй на реальних бандажах та пасивних шп'шельних пл'ток, що утворюються на поверхнях руйнування в процес! автоклавних дослщжень.

Практичне значения одержапихрезультат1в.

В результат! проведених достджень запропоновано ряд ефективних заходт щодо попередження корозшного розтршкування бандажних кшець, виготовлених з високомщноУ стшп 8Мп-8№-4Сг (60ХЗГ8Н8В), що включають глибоке осушеиня охолоджуючого водню та застосування комплексных антикорозшних та зносостшких покрить. Розроблено технологию нанесения Д1електрнчних покрить на 4 комплекта по 400 роторних клишв, що значно пщвищило надштсть роботи та продовжило термш м1жремонтно1 експлуатащ1 електрично! машини СДГ 12-500 внаслщок зменшення перегр1ву ротора (А.с. №№ 1686030, 1461028, 1475979).

Виявлення катастрофичного впливу на корозшне розтр1скування високоазотних хромомарганцевих сталей дихлориду М1Д1, ушкальш даш високотемпературних автоклавних дослщжень, результата вивчення атзотропй' в'язкост1 руйнування та вплив частотного фактора на циюпчну тр'нциностшюсть бандажних та роторних сталей дозволили виробити практичн1 рекомендащУ щодо режимт експлуатацп та вдосконалення систем охолодження нових поколшь турбогенератор1в.

Обгрунтовано доцшынсть замени середньовугледевих сталей на корозшнотривку сталь типу 12Х18АГ18Ш (18Мл-18Сг), виготовлену за вггчизнянога технолопею, яка вкяючае електрошлаковий переплав. Це дозволить скоротити ¡мпортш поставки аналопчних сталей з Шмеччини та ЯпошТ.

Особистий внесок здобувача. Автору належать формулювання та обгрунтування завдань у галуз1 дослщжень впливу середовищ на корозшно-мехашчш властивост1 матер1ашв роторно-бандажного вузла, анализ та узагальнення одержаних результат1в. Ус1 основш результата дисертацшноГ роботи отримаш автором самостшно. В колективних публшащях ¡з астрантами та ствробггниками внесок здобувача у перерахованих в дисертацн результатах е переважаючим. Авторов! належать формулювання наукових висновюв та розробка принцишв технологий, що спрямоваш на тдвищення експлуатащйних характеристик дослщжуваних матер1ал1в.

АпробацЫ результат¡в дисертацн. Основш положения дисертацшноУ роботи доповщались та обговорговались на таких наукових коигресах, конференцмх, симпоз1умах та семшарах: 1У Всесоюзному семшар1 «Водень в металах» (Москва, 1984), УШ, X, XII конференщях молодих науковщв ФМ1 (Льв1в, 1977, 1981, 1985), конференцп молодих вчених та спещалш-пв «Проблеми тдвищення якост1 матер1ал1в, прилад1в та обладнання» (Льв!в,

1984), У-й Ресиублканськш конференцп «Фвика руйнування» (Чертвщ,

1985), Н-му Всесоюзному сиМпоз1ум1 «Мехашка руйнування» ( Житомир, 1985), конференцп МБНТП «Проблемн руйнування метал ¡о. М1кромехашзми процеав руйнування метал1чних матер ¡ал ¡в в умовах втоми та повзучост!» (Москва, 1987), Ш-й Науково-техшчнш конференщУ «ГПдвищення надшноеп та довгов1чност1 машин та споруд» (Запор1жжя, 1988), Об'еднаному засщанш трьох Всесоюзних семшарт «Дифракцшш методи дослщження спотворених

структур», «Актуалып проблеми MimiocTi», «СНзико-технолопчш проблеми поверхн1 метал1в» (Череповець, 1988), 4-й, 5-й Mi/кнародних конференщях «Hydrogen Effects on Material Behavior» (Jackson Lake Lodge, USA, 1989, 1994), Всесоюзнш школьсемшар'1 «Газотерм1чн'1 та вакуумш покриття в енергетищ та двигунобудуванш» (КиТв, 1989), Республжанських конференщях «Досягнення техшчних наук в pccnyojiiui та впровадження i'x результатов» (В1лынос, 1989, 1990), 4-му, 7-му М1жнародних конгресах "Fatigue-90", "Fatigue-99" ( Honolulu, USA, 1990; Beijing, P.R.China, 1999), XXII, XXHI-му семшарах з дифуз!йного насичення та захисних покриттш (Ворошиловград, 1988; 1вано-Франктськ, 1990), 2-му М1жнародному симпоз1ум! «Plasma-Technik-Symposium» (Lucerne, Switzerland, 1991), Науково-техшчнш конференци «Проблеми електромашинобудування» (Лешнград, 1991), Всесвтих конференщях «Stainless Steel'91» (Chiba, Japan, 1991), "Stainless Steel'99"(the Hague, the Netherlands, 1999), 2-й конференци «Високоазотш CTaiii» (Кшв,1992), 3-й, 4-й, 5-й Мшнародних конференщях «High Nitrogen Steels» (Kiev, 1993; Kyoto, Japan, 1995; Espoo, Finland - Stockholm, Sweden, 1998), М1жнародшй конференци' з терм1чного напилення (Sea Harbor Drive, USA,1992), 8-й Мгжыароднш конференци з мехашки руйнування (Кшв, 1993), ГуПжнародшй конференци «Nitrogen Steels'96» (Gliwice-Wisla, Poland, 1996), III-Й, 1У-Й Мшнародних конференщях «Проблеми корози i протикорозшного захисту MaTepiauiB» (JIbBiB, 1996, 1998), 14-й Всесвггнш конференщ!' «Non Destructive Testing» (New Delhi, India, 1996), Свропейському корозшному KOHrpeci (Trondheim, Norway, 1997), Польсько-японському симпозиум! «Environmental Effects on High Technology Materials» (Zakopane, Poland, 1997), 2-й М1жнародшй конференци «Конструкцшт та функцтнальш MaTepianH» (JlbBie,

1997), «Воднева обробка матер1ал1в» (Донецьк, 1995, 1998), 4-й М1жнароднш конференци «Electroceramics '98» (Montreux, Switzerland, 1998), 5-й Мгжнароднш конференци "Advances in Surface Engineering" (San-Paulo, Brazil,

1998), Мгжнародшй конференци "Зварювання га спорщнеш технолоп! - у XXI столптя" (Ки1'в, 1998), 4-му Мглснародному симгюз1ум1 укрангських шженер1в~ механЫв ( JlbBie, 1999), Мгжнародшй конференци "Environmental Degradation of Engineering Materials" (Gdansk-Jurata, Poland,1999), 2-й М1жнародшй конференци "Мехашка руйнування матер!ал1в i мщшсть конструкцш"(Льшв,

1999), 8-му ceMiHapi ESIS "Fracture Mechanics Approach to Corrosion Assisted Cracking" (Трускавець-Льшв, 1999).

Публжацн. Автором за темою дисертацшно! роботи опублжовано 80 праць, ¡з них 1 монограф1я, 23 статп у наукових журналах, 22 - у зб1рниках наукових праць, 23 - у зб1рниках тез та депонованих матер!алах означених наукових конференцш (не увшшли до списку праць, що додаеться), 11 авторських свщоцтв.

Структура та обсяг роботн. Дисерташя складасться 3i вступу, семи роздшв, висновк!в, викладена на 379 сторшках: мостить 141 рисунок, 24 таблицу список лтератури, який включае 349 найменувань, 17 додатюв на 32 сторшках.

-7-

ЗАГАЛЬНИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

У встут обгрунтовано актуальшсть проблема, сформульовано мету та завданпя роботи, показано наукову новизну, практичну цшшсть 1 достсшршсть результате роботи, особистий внесок здобувача, апробацно результатов та структуру дисертаци.

У першому роздш "Сучасний стан матер^алознавчих проблем у турбогенераторобудуванш" розглянуто будову сучасних турбогенераторш, що працюють на атомних та теплових електростанщях, з точки зору вимог до конструкцшних I функцшнальних матер1ал1в за умов високих мехашчних напружень, температур та середовищ (водню, води), яи застосовуються для охолодження. Вали роторш, довжина яких може сягати 11 м, а д1аметр -1,8 м ¡з загалыюю масою бщя 160 т, е складною шженерною системою з численними конструктивними концентраторами напружень як на бочщ ротора, так 1 на його хвостовиш. У найбтып напруженому сташ з ус!х деталей, що обертаються в турбогенераторах, е бандажн! кшыш ротора, яю утримують В1д розгону шд дь ею В1дцентрових сил лобов! частини мщноТ обмотки. Розм1ри бандаж!в у д!а-метр1 можуть сягати 2,0 м, по поздовжшй оы - понад 1 м з товщиною стшок до ОД м. Проведений автором анализ динамжи та причин руйнувашш ротор1в та кшець турбогснератор1в (упродовж останшх 50 ромв) свщчить, що перюдично вщбувасться стр1мке зростання кшькост! виведених ¡з ладу енергоблоюв (рис.1).

50 40 30 20 10

0 1

Рис.1. Випадки пошкодженъ роторно-бандажного «узла: I — ктъкгстъ пошкоджень роторов з/ сталг 1,5Сг-3,4Ш-0,5Мо-0, бV; 2— кигъюсть розрита бандажних кшець з/ сталей 8Мп-8Ш-4Сг; 5Сг-25Ш-2,5П; 18Мп-4Сг; 3-кьчъккть виведених 1з ладу умовтгх енергоблоюв потужшстю 200 МВт.

Рют единично! потужност! сучасних турбогенератор1в та чиспешп авар!!' на енергоблоках, спричинеш пошкодженнями роторно-бандажних вузлдв, вимагають постшного вдосконалення матер]'ал1в, що застосовуються для

13 □ 2 ни

1950 1960 1970 1980 1990 2000

виготовлення високонавантажених вузлхв електричноУ машини. ГКсля замши матер ¡алу бандажного юльця та впровадження комплексу проф1лактичних заход1в юльпсть аварш рхзко падае. За час експлуатацн потужних турбогенератор!в х1м1чний склад матер!апу ротора не зазнав сутгевих змш (удосконалювалась лише технологи його виплавки), а для виготовлення бандажних кшець у зв'язку 31 збшьшенням потужност1 турбогенератор1в та посиленням вимог до MaTepiany бандаж!в виявилась недостатньою замша 4-х поколшь високомщних сталей l,5Cr-3,4Ni-0,5Mo-0,6V, 8Mn-8Ni-4Cr, 5Cr-25Ni-2,5Ti, 18Mn-4Cr. Виходячи з анал1зу стану матер1алознавчих проблем сучасного турбогенераторобудування сформульовано основш завдання дослщжень.

У другому роздий "Метод нч ni особливост! експериментальних дослщжень матер1ал1в для потужних турбогенератор1в" описано вдосконалещ методи доошджень нових високомщних бандажних та роторних сталей, поверхневих impie та покрить р'вного функщонального призначення на MaTepiaiiax роторно-бандажного вузла.

Рентгеноструктурний анашз зразы в проводили методом порошку, поверхневих mapie - шляхом оиромшення цшф1в або спещально шдготовлених дротин i3 дослщжуваними покриттями. Для анашу розподшу елемент1В на поверхш та ïx яюсного та юльюсного сгпввщношення використовували мкрорентгеноспектральний анал1затор "СащсЬах", а також спектрометр з дисперсию по eHepriï та сучасною цифровою системою Voyager III, що оснащений 5-процесорною станщею Spark на 6a3i комп'ютера Sun i працюе разом 3Î скануючим мшроскопом Noran Instrument. Для дослщжепня яйсного складу поверхневих шар ¡в, що утворились в результат! натурних та автоклавних дослщжень, на зразках високомщних сталей вперще застосований катодолюмшесцентний метод досл!джсння, що е неруйтвним безконтактним методом м1кроанал1зу оптичних та електронних властивостей MaTepianie.

Для дослщжень корозшного розтрюкування (КР) застосовано два сучасш мстоди лш1Йно"1 мехашки руйнування, де як основний параметр використаний коефЩент штенсивносп напружень (KIH). 3 метою встановлення д1апазону потенщашв, у якому матер1али проявляють схильшсть до КР у хлоридних розчинах, застосовано методику розтягу материалу з постшною шиидюстю деформування при накладеному потенщал! та фшеованш температур!. Оригинальна установка конструкцп ФМ1 НАНУ, а також установки, що випускаються ф!рмами Alfred J.Amsler & Со, Roell Korthous та Rumul, використан! i для виведення втомних тр!щин за спещальною програмою у зразках при досл'щжекш КР.

В'язюсть руйнування (К{с) визначено на стандартних машинах ЦДМ-10 або Instron (100 кН, 10 т) з реестращею навантаження Р та видовження v по лпш навантаження. Запис вимордования здшенено секантним методом, причому секант зд!йснюеться з р!вня досягнення 95% лшшноУ частини д!аграми (тангенс кута цдел лпш на 5% менший кута нахилу вихщноУ).

У випадку в'язкого руйнування для кшьк1снс>1 оцшки опору металу застосовано енергетичний критерш Jic, а з допомогою р1внянь дшшно! MexaniKit руйнування визначено екв1валентну характеристику KJC. Фактично мова йде про матер1альну величину, яка вщповщае eiiepri'i (пружнш та пластичнш), що втрачаеться до початку росту трнцини. Вим1рювання проведен! на установщ Schenck Trebel з використанням для визначення довжини трщини методу часткового розвантаження. Зворотне перетворення у силовий критерш здшснено за ртнянням

Ки

■ш

О)

Де

V- коефщснт Пуассона; Е - модуль пружносп.

Дня вивчення впливу ашзотропп на в'язюсть руйнування застосовували компакта! зразки, виргзаш в уах можливих напрямках ¡з матер1алу реальних бандажей (рис.2).

Рис.2. Можлив1 оргентаци зразтв для визначення в'язкост/ руйнування, циклгчноИ та апатичноХ трщипостшкостг, тривало!

мщностг, втомноИ мщност1.

Встановления взаемозв'язку М1Ж роботою деформацп (пружно! +пластично!) та кин.мстю теплово! енергп, що при цьому видшясться, е новим перспективним напрямком дослщжень, який реалпусться шляхом ушкального комплексу калориметричних експеримен™.

На вщмшу В1Д роботи руйнування Ас ослаблених тршданою зразюв, яка характеризуе лише сумарну енерпю, що затрачена на деформацию та руйнування зразка та визначаеться плашметруванням криво! Р-у, калориметрування в динампн цього процесу дозволяе деталыпше вивчити перебк пружно! та пластично! деформацп високомщних сталей.

Електричш параметри вихщних порошкових матср!ал!в та одержаних плазмових та комплексних покрить визначено вим1рюванням частотних залежностей емност1 спещально сконструйованих цилшдричних конденсатор1в, заповнених цими /иелсктрикамн, за допомогою вим1рювача добротност1 Е9-4 та подальшим обчисленням вщносно! д1електрично! проникносп

С,1п|

2 nsj ' ^

де I - довжина конденсатора; б-внутршнш; а- зовннпшй д!аметр конденсатора, а тангенс кута д1електричних втрат встановлено на основ! вим1рювання добротност! Qx за формулою

Отримано уточнену формулу для визначення добротносп вим1рювано1

ем носи

д ___И| 'Мг^-х_

& =

(4)

де Qc - добротшсть змшно! емност!; Сь С2 , , 02 - покази приладу до та пкля шдключення вим1рювано1 емность

Третш роздш "Оптим1зац1я х1м1чного складу матсртлт для виготовлення бандажных кчлець турбогенераторш" включае В1Домост1 про вдосконалення х1р.пчного складу високомщних аустенггних немагштних сталей. Оптимозащя рецептури, поверхнево! обробки (в т.ч. застосування захисних покрить) немагштних сталей типу 8Мп-8]Ч!-4Сг гаратувало необх!д-т р!вш експлуатацшних параметров протягом десятир!ч. Проте пщвищеш ви-моги до м1цносп бандаж)в у зв'язку з ростом одинично'1 потужност! генерато-р1в, збшынення числа аварш, пов'язаних з розривами бандаж!в, а також деф!-цитшеть шкелю привели до иовноТ замши шкелю марганцем у сплавах типу 18Мп-4Сг, як! виявились стшкими до наводнювання з газопод1бно1 фази. Експериментальн! стал! з вищим вмютом хрому (16-24 %) у поеднанш з такими легуючими елементами, як крш, циркошй, нюбш, магшй, молибден, титан, алюмшш, демонструють шдшпцення опору до локальних вид!в корозн в хлоридвм!сних середовищах, тривало! мщност! в середовииц водню (при мшролегуваннях сурмою) та релаксацшно! стшкосп (при мнеролегуваннях бершпем).

Проведен! нами досл!дження показали, що р'щкоземельш домшки (РЗМ), введен! у стшн 18Мп-4Сг та 18Мп-18Сг, позитивно впливають на кшькють, форму та ршномиршеть розподшу неметалевих включень, яисно покращують стан металу, зм!нюють його дислокацШну будову. Рафшуюча д!я РЗМ (зокрема, лантану та цер1ю) проявляеться у здатносп РЗМ, завдяки !х високш активност! по в!дношенню до таких елемеютв, як кисень та арка, утворювати оксиди Се203, Ьа203, Се02, сульфщи Ьа283, Се2Бз, Се384, СеБ та гексагональний оксисульфщ Се2028 з високою температурою плавления, поглинати значш кшькосп водню з утворенням гранецентрованих пдрид1в ЬаН2, СеН2 та очищати метал в'щ шк!дливих дом!шок та газ!в, коли створюються умови для видалення продуктов взаемодп РЗМ. Вплив РЗМ як модификатора виражаеться у подр!бненш структури литого металу, в зменшенш величини зерна та збшьшенш ступеня дисперсност! закристал!зованих фаз, що позитивно впливае на кшьмсть, форму та р1вном!рний рознодш неметалевих включень. Церш та лантан змщнюють твердий розчин та утворюють нов! фази з елементами основи (Ьа,Се)(Ре,Сг,Мп)2, (Ьа,Се)6(Ре,Сг,Мп)2з, (ЬаСе)(Ре,Сг,Мп)12, (Ьа,Се)(Ре,Сг,Мп)3, (Ьа,Се)2(Р,Сг,Мп)п, яысно впливають на структурний стан металу.

Сучасш технологи уможливили для холоднодеформованих аустештних сталей 18Мп-18Сгдосягаути"сВ1товий рекорд" добутку Минюст! (ат) нав'язюсть (*1С) (4,4' 105 (МПа)2 /м ), який р1зко перевищуе показник стал! 18Мп-4Сг (1,6105 (МПа)2 7м). Границя текучосп холоднодеформовшшх стабшьних високоазотних аустештних сталей може сягати 3400 МПа.

Азот як легуючий елемент збшьщуе металгагай компонент м1жатомних зв'язк^в, шдвищус концентрацию вшьних електротв (густину сташв на поверхш Ферм!), а вуглець - гпдсилюс ковалентт зв'язки м1ж атомами в ГЦК-гратщ аустешту за рахунок шдвшцено1 концентрату ¿-електрошв, що зумовлюе висом значения в'язкосп руйнування високоазотних сталей. Збшылення параметра гратки аустешту зростанням концентраци азоту (до 0,713 мас.%) вказуе на послабления сил м1жатомного зв'язку, утворення в цьому концентрацшному штерваш твердого розчину втшення, що приводить до появи в кристал1ЧН1Й гратц! аустешту м1кронапружень 1 до змши фпико-х1м1чних властивостей. Шдвищений вмкт азоту впливае на еволюц!ю мк-роструктури сталей: планарне ковзання при низьких швидкостях деформацн, деформации дв1йники при середшх та формування зон скол1В при де-формащях руйнування. Холодна деформац1Я сталей 18Мп-18Сг супроводжуеться як мкродвшникуванням, так 1 звичайним дислокацишим ков-занням, формуючи паралельш смути в одному чи кшькох напрямах. Основною небезпекою при порушенш балансу азоту е утворення крихких ¡нтерметалщних тетрагональних фаз о-типу ((Сг,Мо),(Рс,Ы1,Мп)>,) (при концентращях азоту менше 0,51 мас.%) чи Е-штриду Сг2Ы (при концентращях азоту бшьше 0,713 мас.%). Анал1з кшькюного та яюсного впливу р1зних елеменпв сплаву на утворення а-фази виявляе суттевий вплив заповнення ¿/-електронноУ оболонки. 1нтерметатпди а-типу утворюються при тдвищених температурах та у системах, в яких е бшя 6,5-7,4 електротв на ЗоМ.? оболонках.

Змщнення азотистого аустешту вщбуваеться за рахунок гальмування дисло-кашй атомами азоту, що впливае на формування високих значень границ! мщност! та границ! текучосп матер1алу. 3 ¡ншого боку, досягнення таких М1Ц-тсних характеристик пояснюють сиецифкою електронноУ структури леговано-го азотом аустешту, особливо при низьких температурах, коли теплов1 коли-вання затухають 1 вир'ннальну роль В1Д1грають форма та висота бар'ер!в Пайер-лса на вщмшу вщ легування електрично активними домшками, яке викликас збшьшення швидкост! дислокащй (та знемщнення матер ¡алу) в потенщальному рельеф! кристала з дефектами. Азот суттево знижус енерпю дефекту упаковки (розщеплюе дислокащУ) та ефективно змщнюе границ! зерен. Важливим прак-тичним наыпдком впливу азоту на ширину дислокащУ е висом значения коефь щента деформац! иного змщнення, опору зношуванню, релаксацшноТ стшкост!. ФЬичною основою технолог!!' змщнення азотистого аустешту з використанням ефекту деформацшного старщня е розщеплення дислокацш та Ух сильна взае-мод1я з атомами азоту.

Таким чином, висока термодинамична стабшьшсть, ушкапьш мщшеш властивост1 нового класу високоазотних хромомарганцевих сталей забезпечуються збглыненням густили сташв на поверхш Ферм! атомами азоту, що сприяе ближньому впорядкуванню легуючих елемент'ш.

М1дь у бандажних сталях 18Мп-18Сг (до 0,3%) та 18Мп-4Сг (до 0,4%) стабшзуе аустешт та магштну проникшеть (на р1вш 1,003...1,01) при значних ступенях холодно! деформацп, а також шдвищуе стшкють до водневого окрихчення, загальпо!' корозп (П швидюсть не перевищуе 0,001 мм/рк) та корозшного розтр1скування. Стабильно висои показники цикшчноТ в'язкост1 руйнування зразюв теля електролгшчного наводнювания (К/с — 95... 105 МПаТм) поеднуються 31 значним запасом пластичнот (07= 950...1050 МПа). Застосування кальц'но (до 0,05 мас.%) для розкислення ц1е'1 стат суттево впливае на склад неметалевих включень (локальний вмкт кальщю може досягати кшькох мас.%), що виявлеш при дослщженш поверхш руйнування зразгав за спектрами (з дисперсгао по енерги) характеристичного рентгешвського випроминовання елемештв, збуджених електронним зондом.

Технолога виготовлення бандажних илець передбачае електрошлаковий переплав, свердлшня загствки 1 кування на сердечнику. Бшышсть юлець розтягу-ють гщравл1Чно або мехашчно, хоча можливо й вибухом. На кшцевш стадн ви-робництва кшьця проходять стабшзацшну терм1чну обробку при 350°С. Загалом технолопчна схема виготовлення бандажного кшьця нараховуе 24 операцн.

В промислових умовах виливки стал! 60ХЗГ8Н8В (8Мп.-8М-4Сг), 55Х5Г19 (18Мп-4Сг) виплавляють на флюсах АНФ-1П, АНФ-6, АНФ-29. Флюс розплавляготь окремо в графитовому тигель-ковни \ в перегретому сташ сифоном заливають у кристагшатор («рщкий старт»), Азотування стаЛ1 12Х18АГ18 (18Мп-18Сг) штридом 31зЫ4 (з розчиншетю за нормальних умов 0,26%) дае змогу довести концентращю азоту в нш до 1,5% (при надлишковому тиску до 3,3 МПа). Низька температура плавления сташ 12Х18АГ18, схильшсть и до Л1квацн, ви-сокий вмкт азоту, розчиншеть якого знижуеться з ростом температури перегр!-ву метану, вимагають застосування при ЕШП флюсу з низькою температурою плавления 1 малим тепловим к.к.д. Х1м1чиий склад та основщ мехашчш характеристики аустештних немагштних бандажних сталей строго регламентоваш (табл. 1,2).

Таблиця 1

Х1мсклад (мас.%, Бе-решта) сталей 8Мп-8№-4Сг, 18Мп-4Сг та 18Мп-18Сг

№ юльця С 81 Мп Сг № Р N V Мо Виробник

1768 0,63 0,29 7,68 3,05 8,12 0,018 0,010 УЗТМ

икл 0,54 0,36 18,2 5,1 1,01 0,045 0,001 0,097 0,14

2719 0,08 0,55 21,0 17,11 0,1 0,025 0,009 0,64 ОД УЗТМ

2842 0,08 0,11 19,4 18,56 0,2 0,026 0,001 0,56 0,05 0,56 УЗТМ

2917 0,07 0,40 20,0 18,7 0,26 0,02 0,002 0,65 0,05 УЗТМ

2919 0,12 0,42 2032 19,35 0,07 0,026 0,002 0,67 УЗТМ

2920 0,12 0,36 18,7 19,19 0,16 0,025 0,004 0,64 0,03 0,01 УЗТМ

2741 0,055 0,37 19,92 19,96 0,036 0,001 0,713 JSW

KJS 0,071 0,6 20,3 19,4 0,22 0,026 0,684 0,04 0,05 JSW

2935 0,028 0,3 18,7 18,11 0,6 0,024 0,002 0,55 VSG

2936 0,045 0,17 18,4 17,92 0,026 0,002 0,6 VSG

2384 0,061 0,62 19,5 18,0 0,74 0,035 0,001 0,61 0,11 VSG

24015 0,054 0,42 19,09 18,31 0,031 0,001 0,58 VSG

24023 0,05 0,62 19,1 18,29 0,033 0,001 0,62 VSG

82063 0,072 0,34 18,85 17,62 0,028 0,001 0,56 VSG

83038 0,078 0,3 18,48 17,86 0,033 0,001 0,51 VSG

Електрогилаковий переплав здшспено на ЗАТ "Новокраматорсыаш машинобудкний завод" (Украша). Матергап млецъ 1768 м1стить крш зазначеного у таблищ 0,73%W, UKR - 0,06%Си, KJS - 0,01%А1; 0,1%Си; 0,01%Ti; 0,01%Nb. УЗТМ — "Уральський завод важкого машинобудування" (Росш), VSG - "VSG Energie- und Schmiedetechnik GmbH"("Krupp Stahl") (Ншеч-чина), JSW - "The Japan Steel Works Ltd" (Япотя).

Таблица 2

Властивост) зразивсталей 8Mn-8Ni-4Cr, 18Мп-4Сгта 18Mn-18Cr

№ <тт, ств, 5, KCU, Е, ЯКю Äv,

ккпьця МПа МПа % % МДж/м2 МПа-л/м ГПа Дж

1768 807 1009 30 60 1,96 201,5 189,3 192 187

UKR 862 1076 23 24 180 203 351

2719 1029 1125 27,5 64 295.„394 200 408 186

2842 995 1067 32,5 66,5 260...353 336

2917 1040 1118 2,0 305 350

2919 1079 1147 2,01 363

2920 1147 1206 58 2,2 380

2741 1192 1238 25 63 2,3 250...302 200 420 212

KJS 1220 1253 27,5 392

2935 843 902 66 280

2936 853 912 35 67 284

2384 1503 1535 15 44 191 428 216

24015 1223 1197 25,4 65 182

24023 1172 1210 23 64 200 382 188

83038 1185 1210 23 65 200 382 211

82063 1191 1210 21 63 200 382 210

У четвертому роздт "Вплив водню на експлуатацшш характеристики бандажпнх та роторннх сталей" представлено

експериментальш результати дослщження мщшсних параметр1в, статичноТ та циюнчнсн тршщностшкост), BTOMHOi мщносп цих сталей в умовах да вологих газопод1бних середовшц та електролггичного наводнювання. Швидмсть росту трщини в аустенггнш стат 60ХЗГ8Н8В (зразки TR-opieHTauiY) при статичному навантаженш при KIH ввд 40 до 150 МПа-л/мв лабораторному noBirpi i газопод!бному водш волопстю ф=90% збшыпуеться пор1вняно з такими ж випробуваннями в лабораторному noBiTpi волопстю менше 15% в 2-5 раз1в. При тривалому статичному навантаженш вода приводить до значного збшынення (до 10 раз! в) швидкост! росту трщини, а жорсткий режим електрол1тичного наводнювання (густина струму до 3 А/дм2) це збшьшення порхвняно з випробуваннями на noBiTpi (Kf= 60 МПа-Тм) може довести до 100 раз'т. ГПд д!ею водню в зразках аустеттно! немагштноТ стал1 60ХЗГ8Н8В збшьшуються частка гладких скольких дшянок та кшьк'ють м^жзеренних тршин. При елекгрол1Тичному наводнюванш стал1 60ХЗГ8Н8В гал ужения ма-пстральноУ тр1щини проявлясться шд час докритичного пщростання, яке проходить кшька класичних еташв: мкрогалуження, коли б ¡ля вершини тр^щини утворюються деюлька локалышх трццин на В1ддалях порядку диаметра зерна; макрогалуження, при якому трщини роздпшоться на два чи бшьше макроско-тчних компоненти, що намагаються роздшитись або продовжують розвиватись паралельно.

Для цього необхщш три умови:

а) швидысть росту тршцши мусить бути майже незалежна в!д штенсивносп напружень у вершиш трнцини, тобто крива залежност! швидкост! тр1щини вщ KIH повинна матн плато;

б) ЮН у вершиш трнцини Кц (вище якого можливе макрогалуження) повинен в 1,4 або бшьше раз ¡в перевершувати штенсишпсть напружень Кр (вище якого крива залежное^ швидкост! трщнни в1д штенсивност1 напружень мае плато);

в) шлях руйнування повинен бути вщносно ¡зотропним (ця умова легко задовольняеться для м1жзеренних трпцин) у загартованих i вхдпущених сталях з екв1валентними аустештними зернами.

Протягом повного ресурсу роботи ротор з бандажем здшсиюс близько 10п обертових циюнв. Очевидно, що там бази циюпчного навантаження не можуть бути решпзоваш на лабораторних зразках. Тому для дослщження впли-ву експлуатащйних середовищ на циюнчну трщиностшкють сталей роторно-бандажного вузла поряд ]з традицншими водними середовищами був вибраций жорсткий режим електролггичного наводнювання. U,i середовища за порш-няно короткий час випробувань дозволяють визначити вплив експлуатацшних факторов, причому експерименти з катодним насиченням воднем забезпечують його екстремальний BMicT.

У TR-opieHTOBaHHx зразках 3i стал! 60ХЗГ8Н8В (бандажне кшьце №1768) вода штеисифкуе picT втомних трщин (ВТ) в широкому д!апазош розмаху Kill. В результат! дослщження впливу електрол1тичного наводнювання в 26%-му розчиш H2SO4 (густина струму - до 3 А/дм2) на циюнчну трвдиностшисть

аустештноУ стшн 60ХЗГ8Н8В встановлено, що в д1апазон! швидкоеп поширення трнцин вщ Ю'|0до 10"5 м/цикл I часкт 10 Гц сугтеве збшынення швидкост! спостерааеться в припороговш обласи, хоча насичення воднем й пришвидшуе рют втомноУ трщини в межах псн:Г кшетичноУ диаграмм. При густи н! струму 3 А/дм2 у низькоамшнтуднш облает! (~4 МПа-л/м) швидюсть росту трщини збшьшусться у 30 раз1в пор1вняно з а значениями на пов1тр1. Пер!с1вська дшянка кшетичноУ д^аграми при дослщженнях у лабораторному пов!тр! описусться формулою

Да , (АКУ5

а при електрол!тичному насиченш з густиною струму 1 А/дм2 стввщношенням

Да /ДЛГУ''

При вибраних амплпудах К1Н (19 та 47 МПал/м) 13 зменшенням частота цикл1в навантаження вплив водню на иикл!чну тр!щиностшюсть посшноеться. Водень сприяе м!крокрихкому руйнуваншо металу. Для зразюв зруйнованих при втомпому навантаженш в лабораторному пов1тр1 волопстю ф=40% (Кгаах= 47 МПа- 4м) характерна др1бнодисперсна структура _ втомних бор1здок. Щшьейсть бор!здок довол1 висока. Вони розм1щет на р1зних р1внях, як! з'еднан! мЬк собою сходинками. Втомш сходинки в локальних областях 1м!тутоть двганикову структуру аустешту. Для даноУ стал! в зош стабильного росту трнцини в присутносп води характер!» також д!лянки розвинутого гребшчастого рельефу. Напрям гребен!в частпие всього сшвпадае з напрямом поширення втомних тр!щин. При цьому ж значенш К1Н електрол!тичне насичення воднем ¡3 густиною 1 А/дм2 приводить до акселераца швидкоеп поширення трвдин до 4 раз у середнш дшянц) диаграмм та б1льш як у 20 раз1в в припороговш область Присутшсть водню приводить до пригшчення добре

рОЗВИНуТИХ ВТОМНиХ бор13ДОК 1 ДО ПОЯВИ КВаз!сКОЛЬНИХ ДШЯНОК, ЩО СВЩЧИТЬ

про крихке руйнування стал!. Бшьша частина поверхш руйнування покрита бульбашками р1зноУ величини, що е специф1чною особливютю руйнування металу у водш. Др!бн1 бульбашки зливаються ! утворюють велик! пори, вздовж яких виникають "вторинт" воднев! трщини.

Вирази, що описують пер1с!вську д'шянку кшетичноУ Д1аграми високоазотноУ стал! 18Мп-18Сг вщповщно на повпр! (7) та при електролггичному наводнюванш (8), вщр1зняються як постшним коефщентом С, так! степеневим показником п :

Вплив водню на характер тршвшостшкост! високоазотноУ хромомарганцевоУ стал1 можна помггити, викорисговуючи лише водень високоУ фултивносп, оскшьки вона не чутлива до газопод!бного водню ргзноУ вологосп, а в деяких випадках

демонструе (завдяки йоге охолоджуючому ефекгу) 1 шдвшцення тр1щи1юстшкосп пор1вняно з вииробуваннями на поварг.

1стотний вплив водню та частота навантаження на швидюсть поширення втомноГ тр'ицини спостернаеться у хромошкельмолШденованадквоТ намагш-чуваноТ роторно!' (Э8ХНЗМФА) стал!. Зразки шддавали гартуванню в!д 860°С з наступним выпуском при 640°С. Отримано структуру сорбпу та забезпечено таю мехашчш властивосп: Ов= 955 МПа, оо,2=807 МПа, 5=17, \(/=51 %, Л*1г=184 МПа-Тм . Встановлено, що як на повгтр1, так ! у водш отр росту втомно!" трь щини стал! знижуеться з! зменшенням частоти навантаження. Вплив частота навантаження суттевший в електрол!тично насичених воднем зразках. Наприк-лад, у раз! змши частоти навантаження вщ 2 до 50 Гц пороговий коефвдент ш-тенсивност! напружень зб!льшуеться у пов!тр1 з 4,2 до 7,0 МПа- -Ум, у випадку електрол!тичного наводнювання — з 1,1 до 6,0 МПа^м. Зниження опору втом-ному руйнуваншо в!д водневого окрихчення при низьких частотах навантаження проявляеться силыпше, шж при високих. Наприклад, при частот! навантаження близько 50 Гц у водневому середовищ! К,к знижуеться пор1вняно з повп-рям на 1 МПал/м, а при частот! 2 Гц — на 3,1 МПа-л/м .

Виявлено також значне шдвищення довгов!чност! намагшчувано! стал! 31 збшь-шенням частоти ! за малоциклового навантаження. Змша частоти навантаження вщ 0,1 до 50 цикл!в/хв сприяе тдвищенню довгов!чност! зразюв удв!ч!-втрич! п!д час випробувань на иовггр! незалежно вщ ампл!туди деформащ!. Приблиз-

Рис.З. Д'шграми конструкцшног мщностг (запежностг К/с - От (О -К& • - К/с) (а) (на повЫрГ), К/с-ат (б), Кл - <УТ (в) (електроттичне наводнювання з густиною струму 1 А/дм2)) сталейроторно-бандажного вузла: 1 - 3,4Ш1,5СгО,5МоО,бУ; 2 -8Мп8М4Сг, 3 -18Мп 4Сг; 4 - 18Мп18Сг.

Як свщчать експериментальш результата, водень високоТ фуптивност! впливае як на границю мщносп, так ! на пластнчт ноказники та на характер тепловидшення пщ час деформування та руйнування круглих гладких зразкш бан-дажних сталей 18Мп-18Сг (12Х18АГ18Ш) р!зних виробник!в, але стосовно традицшно! бандажно! стал'1 8Мп-8№-4Сг (60ХЗГ8Н8В) цей вплив набагато суттев!ший.

Даграми конструкцшноУ мщност! матер1ап1в роторно-бандажного вузла (традицжних та перспективних) (рис.3) демонструють переваги стал1 18Мп-18Сг перед високомщними сталями 18Мп-4Сг, 8Мп-8№-4Сгта 3,4НИ,5Сг-0,5Мо-0,6У. 3 уах вщомих дотепер ншшв шдвищення трщиностшкосп бандажшх сталей найбшьш ефективними виявились оптташащя х'иуичного складу та структурне змщнення при механотерм!чшй обробщ, хоча застосування слекфох1м1чиого, ¡ппб1торного захисту, поверхневого пластичного деформувания, керування експлуатацшними режимами наваптаження можуть дата позитивний ефект.

У п 'ятому роздш/ "Корозишо-мехатчпе рунпування бандажних сталей у розчинах гало'йцв пщвшцених температур" представлено результата дослщження итидкосп докритичного шдростання трпцини у зразках бандажних сталей в температурному д1апазош 20-160°С. Дослщження КР стал! 60ХЗГ8Н8В у 22%-му розчиш КаС1 показало, що для ТА та ТЯ ор1ентащй швидюсть докритичного шдростання тр^щини при юмнатнш температур! становить 1,7 - 1,8 ' 10'9м/с, а при температур! 65°С 6,3 - 8,4'10"'м/с для д]'апазону К) = 90-150 МПа-7м. Дослщження КР стал! 18Мп-4Сг у вод!, барботовашй повггрям при 100°С, барботовашй аргоном при 160°С та у 22%-му розчиш №С1 при 105°С показали: для ТЯ ор!ентац!У зразюв швидюсть докритичного п!дростання тр!щини становить вщповщно 4,2 - 2,4 - 3,5' 10'9м/с (для д!апазону А/"|=51-53 МПа-л/м). Це величини того ж порядку, що й для стал! 8Мп-81Ч!-4Сг, але при юмнатнш температур!. Отже, сталь 50Х4Г18 (18Мп-4Сг-0,5С), як I 60ХЗГ8Н8В, недостатньо ст!йка проти КР навпъ у слабоагресивних середовищах (у вод1 при температур! експлуатаци бандажних ылець). У зв'язку з цим КР було основною причиною пошкодження бандаж!в, що вимагало Ух зампш, а ¡нколи приводило й до серйозних аварш генератор!в.Таким чином, обидв! стал! 8Мп-8№-4Сг та 18Мп-4Сг е чутливими до короз!йного розтрюкування у водних середовищах та розчинах хлоршцв, починаючи з юмнатноУ температури , тому вони не змогли створити конкуренц!У високом!цним аустештним немагштним сталям !з надр!вноважним вм!стом азоту, як1 й стали запорукою розвитку тур-богенераторобудування на сучасному еташ. Впровадження в експлуатащю бшьш як 12 ООО бандаж!в на турбогенераторах велико! потужност!, виготовлених ¡з аустештноУ немагштноУ корозшностшкоУ (за нормальних умов експлуаташУ бандажних юлець) стал! 18Мп-18Сг (12Х18АГ18Ш) вимагае тим не менше ретельного досл!дження короз!йно-механ!чних властивостей щеУ стал! в екстремальних умовах, що можуть виникати в процеа довготривалоУ робота енергоблоюв з повним водяним охолодженням. ГНсля 5-ти роюв експлуатащУ бандаж!в з ново! стал! в продеа профьчактичних огляд!в виявлено тшьки 9 випадмв п!т!нго- та трщиноутворення на бандажах з! стал! 18Мп-18Сг (12Х18АГ18Ш). Зокрема, транскристалтп тр!щини довжиною до 0,9 мм були виявлен! в матер1ал! 18Мп-18Сг на шльщ генератора потужшстю 660 МВт у Лорто-Толле та понад 8 мм - на юльщ генератора потужшстю 800 МВт у Перм!. Характерною особливютю тр!щиноутворення с наявн!сть на поверхнях руйнування та штшпв (попри основн! складов!) слдав м!д'1, цинку, кальцио, с!рки, хлору, брому. Тьтьки кальшй та с!рка в конкретних випадках мають

металурпйне походження, решта елементш виникають в результат! взаемодн стал! з експлуатацшним середовищем. Враховуючи наявшсть м1дно1 обмотки ротора та сегментов короткозамикального кшьця, на якому лежить бандаж, слиш м 1 /;! на мльщ внаслщок КЗ м1ж статором та ротором, електромагштних потоков, води (можливо, з хлором) в контур! охолодження всередин1 турбогенератора, найбшын в^ропдш реакци катодна -

02+2Н20+4е"<=-40Н, (9)

анодна -

СиоСи++е (10)

з наступним формуванням м)дних комплекав

Си++2СГоСиС12" (11)

та оксид1В

2СиСЬ-+20Н'«Си20+Н20+4СГ, (12)

яю в подальшому перетворюються в менш стшю сполуки

Си2°+1/202+СГ+2Н20оСи2(0Н)3С1+0Н-. (13)

1нтенсиф1кащя трансиортування СГ до поверхш та СиС12~ в зворотному напрямку прискорюе анодну реакщю

Си+2СГ<=>СиС12"+е . (14)

Слщ також зазначити, що з вологим хлором мщь реагуе вже при юмнатнш температурь Незважаючи на те, що соляна та низькоконцентрована сфчана кислота на мщь не д1ють, у присутносп кисню м1дь розчинясться, утворюючи с1ль - дихлорид мил:

2Си + 4НС1 + 02 = 2СиС12 + 2Н20. (15)

Таким чином, короз1я мщних деталей ротора контролюеться процесами перетворень, що включають 02, СГ, ОН", Си+, СиС12, Си2(ОН)зС1.

Враховуючи наведет вище передумови, модельними розчинами для проведения випробувань на корозшне розтрюкування, тривалу мщшсть матер1ашв бандахших юлець були вибраш насичен'1 розчини хлорид'т - 22% №С1, 22% СиС12. Р1вном1рна короз1я м'щних провщниив приводить до утворення продукпв корозн, циркулювання яких у контур1 охолодження турбогенератора е потенцшно небезпечною 1 може спричинятись до тр1щиноутворення. Локальна концентращя дихлориду мда може досягти р'шня насиченосп, тобто 22% внасл1док ди високих робочих температур турбогенератора при затруднешй аерацп розчину в локальних мшцях. Тому правом1рним та обгрунтованим е використання для прискорених лабораторних досл1джень насичених розчишв хлорид1в.

Автоклавы! дослщження при 105°С. у насиченому розчиш хлористого натр1Ю показали, що корозшне розтрккування стагц 18Мп-18Сг вщбуваеться 31 швидкштю 1...40x10'" м/с (рис.4) залежно вщ оркнтацп зразка та технологи виготовлення стал1. Проте характер руйнування в процеи КР в розчинах хлоридов мае ряд особливостей, як1 виявляються при прицшьно-статистичному анал1з! результат фрактограф1чних дослщжень, макробудови та

рентгенофазових дослцркень злам1в. Поверхня руйнування утворюеться при роздшеш металу по тшу зерна шляхом квазюколу, в злам! спостеркаються фасетки квазюколу з характерним паралельним гребшчастим рельефом. На плоских дшянках спостерн-аються зародки куб!чних монокристал1в ЫаС1, що утворюються ¡з насиченого розчину тд час охолодження. Цей факт пщтверджують результата рентгенофазового аналпу поверхт руйнування зраз юн. Зароджуючись у мшротршинах та пустотах ( на неоднорщностях, що стають центрами кристагпзацн), скелетт кристали ЫаС1 зазнають стиску 1 перебувають у напруженому стат. Поява прогину в кут1 грат кристала у випадку пересиченого розчину веде до попршення живлення щеУ дшянки та великого вщставання вщ швидкосп росту шших вершин. Стрша прогину спричиняе локальш нахили та втрату стчйкостт При наступному контакт! з молекулою води, як показують розрахунки, в1дбуваються суттев1 змши параметр ¡в адсорбщУ: навггь незначно'Г кшькоеп вологи в охолоджуючому газовому середовищ'| буде достатньо для актив'оащУ процеав КР бандажноУ стат в присутност1 хлорид!в, не кажучи вже про повторний контакт ¡з охолоджуючою водою. Цим фактом можна пояснити неспод1ване збшыыенпя швидкост1 поширення трпцин вже при юмнатшй температур! саме у тих зразках стал! 18Мп-18Сг ( 12Х18АГ18Ш, кшьце № 2719, КТ ор!ентащя зразка), поверхня руйнування яких вкрита суцшьним шаром закристал1зованого ЫаС1 з помп ним ушкодженям пасивноУ шшнельноУ шнвки. У зразк!в стал! 18Мп-18Сг, поверхня руйнування яких тд шаром ЫаС1 була вкрита пасивною шпшельною шнвкою {•ез04+(Ге,Сг)203+(Мп,17е)20з (з частковим виходом на поверхню складних карб!д!в Ме21Сл) спостеркаеться пор^вняно невисока швидк!сть докритичного пщростання трпцини навить при 105ГС.

У насиченому розчиш дихлориду м!д! швидюсть докритичного п!дростання тр!щини при ммнатнш температур! збшьшуеться до 1,56-10 9 м/с (майже на три порядки пор!вняно з зафксованою у вод!). Короткочасний контакт стали при юмнатшй температур! з цим розчином приводить до штенсивного п!т!нгоутворення, тривалий - до катастроф!чного м!жкристал!тного розтршкування з високою швидюстю, а на наступних етапах - до виб!ркового розчинення стал! та прояв!в виразковоУ короз!У. Сл!д в!дм!тити, що нашнтенсившше взаемод!е сталь з насиченим розчином дихлориду М1Д1 у св1жеприготовленому реактивь В замкнутш систем! в М1ру виснаження розчину процес птнгоутворення сповшьнюсться. Обстеження поверхн! руйнування за допомогою скатвного м!кроскопа з високоенергетичною приставкою дозволило виявити численн! дшянки металу, вкрии продуктами короз!У. Як ! в хлорид! натр!ю, в процес! досгйджень короз!йного розтр!скування та тривалоТ мщност! в дихлорид! мцц виникають умови для зародження та росту на поверхн! руйнування колонш ромбоедричних монокристал!в СиС12. При . тривалих досл1дженнях створюються умови для процес! н обкину зал!зо-м!дь та утворення гранецентрованих кристал!в мш на поверхн!. Водночас х!м1чний склад продукт!в короз!У теля досл!джень на короз!йне розтр^скування в насиченому

розчиш хлориду натр1Ю цю ж стал) суттево вщриняеться вщ сполук, що утворюються при тривалих дослцркеннях у дихлорид! М1Д1.

О 21

» 20

V 19 ♦ 18 е 17 «> 16 ' О 15

О 14

• 13

* 12 А 11

п

Т 8

Ш 7

А 6

Д 5

В 4

V 3 О 2 ■» /

I , , I_1_

Рис.4. Вплив температуры, середовища, х'шЫного складу високоазотно2' сталг 18Мп-18Сг та оркнтацй зразка, виргзаного з бандажного юльця у визначеному напрямку, на швидшстъ поширення трщин:

20 30 40 50 60 70 К,. ШаШ

Крива Кшьце Ор1ентацЫ Середовище Температура

1 2842 ТЯ н2о 20° С

2 киз тя Н20 100°С

3 2719 ЯТ Н20 20" С

4 1из тя 22%ШС1 105° С

5 2842 АТ Н20 100°С

6 2842 АТ 22%ЫаС1 105° С

7 Ш ТЯ н2о 160°С

8 2842 ЯТ н2о 160°С

9 2384 АТ н2о 160°С

10 2384 АТ н2о 100" С

11 2842 АТ Н20 шс

12 2719 ЯТ 22%ШС1 20°С

13 2917 АТ Н20 160"С

14 2917 КГ 22%К'аС1 105° С

15 2917 АТ Н20 100° С

16 2917 АТ 22%ЫаС1 10 5° С

17 2917 КГ н2о 100°С

18 2384 АТ 22%МаС1 10 5° С

19 2842 ЯТ 22%ЫаС1 105° С

20 2842 ТА 22%СиС12 20°С

21 24015 ТА 34%КВг 20" С

Збшьшення в них вмюту кисню та хлору спричиняеться до зменшення концентрацп затза та марганцю при практично незмшному вм1сп хрому. Цей факт СЕидчить про селектившсть розчинення стал! та стадшшсть п окисления I взаем одп з хлором при значних мехашчних навантаженнях.

Аншнз впливу юшв м1д1 на процес корозп стал1 в зм1шаних хлоридних середовищах свщчить, що кшыисть штшпв на одиницю плошд зростае 31 зб1льшенням вмюту СиСЬ- При незмшнш концентращУ ¡он1в хлору швидысть корозн суггево зростае 31 збшьшенням концентращ1 юшв мщ'ь

На оснош результате потенцюдинам1чних поляризацшнлх вим1рювань можна зробити висновок про вагомий вплив на схилыпсть матер1алу до птнгово!" короз11 температурного фактора, що проявляеться при концентращях хлорид-юшв як 136 ['-¡он/л, так 1 18,6 г-10н/л. При нижних концентращях хлорид1в дана сталь волод1е достатньою птнгостшюстю навггь при шдвищених температурах. В1дчутний вплив концентрацшного фактора проявляеться лише при шдвищених температурах. Подальше шдвищення концентрацИ хлорид1в та температури не мають в'щчутного впливу на корозшну агресившсть даного розчину по вщношенню до досл1джуваноГ сталь Тому для випробувань на КР (при розтягу з постшною швидюстю деформацн 10'6с"' та прикладенням потенц1алу) був вибраний 22%-й розчин №С1 при температур! 65°С. Встановлено також, що концентрац!я хлоридов мало впливае на електрох!м1чш властивоеп зварних з'еднань цкУ стал1. Однак вони мають високу схильшсть до птнгу при 65°С I потенщалах, близьких до потенщалу втыки короз!!'. Зменшения вм!сту азоту призводить до зниження гранищ мщносп та ударно!" в'язкост1 в зонах зварних Ш1»в. У випадку дослщжень в насиченому розчиш дихлориду М1д! або Си804+Н28 04 внаслщок формування гальванопари вщбуваеться !нтенсивне в!дкладення м!д1 з одночасним утворенням глибоких птнпв та виразок в навколошовнш зош 1 зош терм1чного впливу.

Концентрован! розчини хлорид!в попршують 1 цикл1чну трнциностошсть цих сталей. Вирази, що описують пер^авську дшянку юнетичноТ дааграми високоазотно! стат 18Мп-18Сг в 22%-му розчиш ИаС1 (16) та в 22%-му розчиш СиСЬ (17) пор^вняно з досшдженнями на пов!тр1 (7), мають тенденций до зменшення постшного коефщента С та степеневого показника п:

Розчини, що м!стять галоГди, значно штенсиф1кують поширення трпцини в хромомарганцевих високоазотних сталях поргвняно з пов!трям волопспо 40%. Вщбуваеться сутгеве пришвидшення росту тр!щию! в насиченому розчиш СиС12 з глибоким птнгоутворенням та ураженкям щшинною короз1оо у мюцях ущшьнення зразшв. Мкротрициви бшя вершини мапстрально! тркцини зароджуютъся по границях зерен, локалышх пошкодженнях зерен, спричинених анодним розчиненням. Висока швидюсть корозн мш в розчинах галодов може призвести до накопичення в локальних об'емах деполяризуючих юшв Си2+ внаслщок окисления киснем комплекав СиС132. Термодиналпчна ймов1рн1стъ окисления метагично! мда до двовалентного стану в пщкислених розчинах вшца,

(17)

(16)

шж до одновалентного, 1 тому швидость корозн визначаеться кисневою деполяризащоо. Розчин СиС12 iнтeнcифiкye розчинення границь зерен у першу чергу за рахунок ¡ошв Си21", що виступають як катодно диоч! окислювач!. В результат! цих нроцесщ можна спостериати М1жкристалгене пощирення мапстрально! тршцши високоазотноГ стал!, чого важко досягти в менш агресивних розчинах.

Для выяснения нричин появи на поверхнях руйнування реальних бандаж!в неоч1куваних концентрац!й Мп, Ре, Сг, С1, О актуальними е експерименти 31 селективного розчинення бандажних сталей в моделышх середовищах пщ цик-Л1чним навантаженням. Тому дослщжено юшзацно рпних компонентов сталей у розчиш 3% ЫаСНТЫ НС1, а також вплив цикл!чних навантажень на коефвдент селективност! розчинення цих сталей. Встановлено, що збшыпення часу експозицн приводить до р!вном1рного зростання концентрацп юшв замза, марганцю ! хрому. Циюпчш напруження до 300 МПа штенсиф!кують розчинення цих елеменйв в!дпов1дно в 3,6 (кшьце № 2741)-4,0 (ыльце № 2719); 4,2 (2741И.8 (2741); 2,0 (2741)-3,7 (2719) раза, що свщчить про бшьш штенсивне розчинення стал! уральськоТ виплавки пор'шняно з! сталлю японськоТ виилавки. Значения коефицатв селективност! розчине!Шя хрому при деформацц зменшуються в!д 0,125-0,3 до 0,11-0,26, а марганцю збшьшуються в!д 1,22-1,47 до 1,42-1,79. Отже, деформац!я, пришвидшуючи передус!м юшзащю зал!за, мае сприяти накопиченню на поверхш хрому. Марганець при цьому переходить у розчин з найвищою швид-юстю. Особливо активний цей процес у 22%-му розчин! СиС12. Тому слщ профшактичними заходами не допускати корози м!дннх деталей роторгв турбогенератор!в у присутност! ¡ошв галодав.

У шестому роздШ "Тривала мщшсть бандажних сталей у водиих, водневих та гало'щних середовищах" представлено експериментальш результати, отриман! в умовах лшшного напруженого стану. Оскшьки тривал!сть експлуатацп роторно-бандажних вузл1в турбогенератор!в становить 40 рок!в (понад 350 тис. год), а в лкератур! шдсутш дан! про тривалу мщшсть зразк!в бандажних сталей при максимально допустимих напруженнях протягом термшу м!жремонтно1 експлуатацн, вперше було поставлено експерименти по дослщженню тривалоТ мщносп високоазотних хромомарганцевих сталей у водогшшй та дистильован!й вод! на баз! 50 тис. год (близько 6 рок1в). Встановлено, що у водогшнш вод1 час до руйнування зразк!в стал! 8Мп-8№-4Сг при р!внях напружень вищих ст=0,8 о- ( зменшуеться до 2,5 раза, а при електролггичному наводнюванн! (з густиною струму до 1 А/дм2) - до 35-50 раз1в пор!вняно з випробуваннями у бщистилят!.

Експерименти, проведен! при напруженнях, що вщповщають 0,55 - 1,1 (для зралыв з кшьця № 2741) та 0,8 - 0,99 (для зразив з кшьця № 2719) вщ умовноУ границ! текучост!, на зразках Т-ор!ентацн (див. рис.2) з реальних бандажних кшець (рис.5,6), св!дчать, що при екстраполяцп даних тривалох м!цност! не можна використати результати випробувань на повзучкть при малих напруженнях, тобто при тих наруженнях, на як! й виконуеться екстраполящя. Саме тому практично цшними для конструктор'ш

перспективних турбогенератор ¡в е результата вивчення тривалоУ мщност1 при середшх та малих напруженнях. Зразки стат 18Мп-18Сг уральськоУ та японськоУ виплавок при р1вш напружень сг=0,8егт у дистильованш та водогшшй вод1 при юмнатнш температур! не зруйнувались теля 50 тис. год.

ст.МПа

а. МПа

сг, 1200 о,

1100

юоо

1 100 10000 т. ГОЛ

Рис.5.Триеста лицтетъ стал! 18Мп-18Сг (японськог виплавки, кшьце №2741, Т-пр1енгпац1я зразюв) у дистильованш вод1 (1), в 22%-му розчиш МаС1 (2), в 22%-му розчит СиС12 (3), в 34%-му розчит КВг (4).

1 10 100 1000 10000 т,год Рис.б.Тршала мгцшеть стал! 12Х18АГ18Ш (уральсько! виплавки, ктъце № 2719, Т-ор1снтацЫ зразтв) у дистильованш водЦ1),у водогшшй водг (2), в 22%-му розчит ЫаС1 (3), в 22%-му розчит СиС12 (4).

Швидмсть повзучосп, що встановилась при цьому, для першоУ стал! не перевищувала 3,4 10~5 мм/год, а для другоУ 4,1 10'5 мм/год. При цих же напруженнях у 22% розчит Ь'аСЛ зразки не руйнуються протягом 7 ООО год, у 34% розчиш КВг зразки не руйнуються упродовж 1 ООО год, а от у 22% розчит СиС12 катастроф!чне м!жзеренне руйнування наступае через 70 год (рис.5). При високих р1внях напружень вщносне звуження зразк!в п!сдя випробувань у вод"1 становить 64%, у 22%-му розчиш ИаС1- 46%, а у 22%>-му розчин! СиС12 пластичн!сть стшп стр!мко падае до 6-10%. Вищий р!вень попередньоУ пластичноУ деформашУ приводить до зниження границ! тривалоУ мщноси (напруження, при якому п!сля певного часу сталь руйнуеться) в хлоридних середовищах. Якщо сталь уральськоУ виплавки на р!вш а =0,97 о-т у 22%-му розчин! ЫаС1 руйнуеться через 1256 год, то сталь японськоУ виплавки вже за 980 год. У 22%-му розчин! СиС12 ця р!зниця ще бшын в!дчутна. Швидюсть иовзучосп, що встановилась при цьому, для першоУ стал! не перевищувала 9 10"2 мм/год, а для другоУ 10"' мм/год. В!дбуваеться сутгева втрата иластичност!. Коеф!ц!ент впливу середовища, обчислений за формулою

V« - Ксо.

В=-

Го

(18)

для 22%-го розчину ЫаС1 становить 28%, для 34%-го розчину КВг -43%, а для 22%-го розчину СиС12-92%. У хлоридних розчинах стал1 винятково чутлив! до розтягугочих напружень при значениях, як! близью до границ! текучоеп змщнено! стал!. В цьому ж д1апазош виявлясгься р!зниця впливу дистиляту та водогшно\" води. Слщ зауважити, що зразки стал! руйнуються титьки через суттевий пром^жок часу (залежно в!д середовища) ! теля досягнення або й перевищення умовно! границ! текучосп, що свщчить про значний запас пластичност! матер!алу. Руйнування зразк!в у дистильован!й та водогшнш вод! при юмнатнш температур! та напруженнях, близьких до границ-! текучсгст!, в!дбуваеться за в'язким механизмом через зародження, р!ст та злиття М1кропор. Окрем! детал! рельефу свщчать про те, що р^зн! за розм1рами М1кропори штенсивно зароджуються I скупчуються навколо поверхонь розд!лу М1Ж матрицею та частниками, що представляють собою карб!ди, штриди, штерметшпдш фази а-типу (встановлен! за спектрами характеристичного рентгешвського випром!нювання елемент!в з локальних д!лянок поверхн! руйнування), дисперст видшення або й м!кротр!щини. Зразок стал! 12Х18АГ18111 зазнав часткового розчинення у 22%-му розчиш СиСЬ тд час випробувань на р!вш 0,55 От 1 зруйнувався теля 1660 год (чого не можна було досягнути за такий короткий терм1н ш в одному з дослщжуваних розчинш на жодн!й високоазотн!й аустештнш бандажнш стагп). Для пор!вняння зазначимо, що при цьому р!вш напружень руйнування зразка такого ступеня змщнення в насиченому розчиш КВг вщбуваеться не рашше, н!ж через 5736 год, а на спшмршй баз! випробувань у насиченому розчиш ЫаС1, як уже згадувалось вище, не спостеркаеться ! при сг =0,8 а т .

Таким чином, гатдмони (брому, хлору) € сфективними прискорювачами корозшних процеав п!д напруженням завдяки адсорбци На1-шшв на високоазотних хромомарганцевих сталях та повн!шого заповнення поверхн! (при замни СГ=>Вг") пдроксигалщнимн ¡нтермедттами (РеНаЮН)2" та (РеНаЮН)'. Але по активносп обм!нних реакц!й з юнами затпза та марганцю матричного материалу найнебезпечн!шими для високом!цних аустештних немагштних сталей 18Мп-18Сг е ¡они ида в хлоридному середовищ!, ймов^ршсть появи яких в м!крооб'емах, щшинах дуже висока внаслщок корозп мщних провщниыв турбогенератора. Руйнування в насиченому рознит КВг також вшбувасться шляхом утворення та злиття м!кропор. Фрактограф!чн! обстеження поверхн! руйнування сталей 18Мп-18Сг, 12Х18АГ18Ш, Р900 теля довготривалих випробувань у насиченому розчиш СиС12 дають принципово вщмшну картину. Б!льша частина поверхн! руйнування вкрита продуктами корозп, шша - великими порами, по дну яких хаотично розмщет мжропори, включения. Тобто процес зародження та злиття мжропор не встигае вщбутись у повному об'ем! I руйнування розвиваеться в динам1чно прискореному вар!ант! за участю обм!нних процес!в розчинення матричного матер!алу в насиченому рознит дихлориду мщи

У сьомому роздш "Розробка рекомендацш то до матер1алознавчих засад шдвищсння живучост! роторно-бандажних вуз.'нв та продовження

паркоиого ресурсу потужних турбогенератор1в" вперше розглянуто ор1ентащйну залежшсть в'язкосп руйнування зразюв, вир1заних п реальних бандаЖ1в, з метою визначення найнебезпечшшо1 (з точки зору живучост1 бандажного кшьця) ор1ентацп трщини. Саме висока пластичшсть стаи 18Мп-18Сг вимагае застосування методу ./-штеграла, який в1дображас середню енерпю деформащ!' матер1алу в окол1 вершини тршщни. Як видно з експериментальних результат!« (рис.7), короткочасна статична тродиностшисть в умовах активного навантаження виявилась найбшып чутливою та вщтворюваною з ус'1х прискорених метод!в дослщження мехашчних характеристик до ашзотропи, яка виникае в процес1 виготовлення бандажного К1льця з високомщноТ азотноТ немагштноТ стал1. Р1зним ор1ентац1ям в1дпов1дае р1зпий нахил Л-кривих (р^зний параметр <ИМа). Енергетичш затрати на квазютатичне пщростання тр'шпши рхзко збшыыуються для ор1ентацп ТЯ (зародження трицшш на зовншшш поверхш кшьця) 1 спадають при змМ ор1ентацн зразюв ТН=>ТЛ=> АТ=> ЛЯ=> КА=ЖТ (рис.7).

Рис.7. Вплив оргентаци зразюв на в'язтеть руйнування стал: 18Мп-18Сг (71Г , кДж/м2; , МПа-^л). Величина коефщента атзотропи коливаеться в межах 1,12-1,77.

ТВ ТА АТ АН КЛ Р.Т

Таким чином, мехашзм старту та квазштатичного шдростання трццини мае ч1тку оркитацшну залежшсть 1 узгоджуеться з характером макроструктур» та пол1в залишкових напружень, що виникають внаслщок механотерм1чно1 обробки. Для ТЛ ор!ентацп як при квазктатичному, так \ докритичкому шдростанш трщини спостерпаеться транскристалггне в'язке руйнування. Фасетки квазюколу мають розвинутий рельеф, який при бшып детальному розгляд! виявляе ч[тку гребшчасту структуру. Ямки та м1кропори утворюються на розривах перемичок М1Ж гребенями, регулярно повторюються М1Ж фасетками, що належать до р1зних. кристалографгчних площин. Як правило, мшролори зароджуються та зливаються попереду фронту трщини, пщготовляючи формування дьпянок вщриву. При оркнтаци ЮГ з'являються ознаки фрагменте руйнування по границях зерен на ввдмшу вщ повшетю в'язкого механизму для ТЛ ор1ентацп. Це евщчить про те, що напрям прикладення навантаження е надзвичайно небезпечний з точки зору швидкост1 докритичного шдростання трщини, осюльки ревень локально» штепсивност! напружень, що виникають в ослаблених м1кронеодно-рщностями областях матер1алу попереду фронту тродини, значно перевищують запас пластичносп матершлу. Границ! крупних зерен ор'гаггуються по концентричних колах, 1 сегрегащя ст-фази та нприд1в уздовж

700 «ю 51Ю 4~ 4П0 ¡~ ?00 200 100

них буде шдвшцувати ймов1ртсть утворення м1кропустот та ослаблювати вказаний напрямок з можливютю вщшарування сегмешлв. Виходячи з енергетичних затрат, необхщних на старт, розповсюдження трвдини та долом зразка, вир1заного з реального бандажного гальця у строго визначеному напрямку, констатовано, що найнебезпечшшою е ситуащя, коли трщина розповсюджуеться в кодовому напрямку RT м1ж волокнами, що утворились в npoueci механотерм1чно\' обробки бандажа за умови порушення суцшьноеп волокон в кодовому напрямку.

Практика експлуатацн" бандажш шдтверджуе, що тр1щини можуть ор1ентуватися в тангенциальному напрямк Спостережуваш трщини, що зароджуються на птнгах з BHyrpiiHHboï поверхш кшьця i мають рад1альний напрямок поширення TR, хоч i мають тенденцию до розриву юльця по лит найбшьших мехашчних навантажень, вимагають найвищих енергетичних затрат на стадн зародження та росповсюдження трвдини. Отримаш результата покладено в основу при вибор1 матер1ал1в, прогнозування ресурсу роботи та гидвищення живучост! найбшып високонавантажених деталей електрогенеруючого устаткування.

Для попередження КР в водних i вологих газопод1бних середовищах традицшних корозШнонестшких MaTepiariÏB накидних гайок, бандажних кшець (60ХЗГ8Н8В), центрувальних юлець, шдвищення зносостшкосп деталей роторно-бандажного вузла перспективним е застосування комплексних захисних покрить. Дослщжували корозшностши, Д1електричш та струмопров1Д1п плазмов1 покритгя i покритгя з теплостшко! кремншоргатчно1 емал! КО 855, а також перспективно) для застосування на корозШнонестшких бандажах Duapox Primer - двохкомпонентну грунтову фарбу. Найкращий ефект у збереженш пластичних характеристик стал! (i вщпов1дно збшьшення часу до руйнування) виявило застосування комбшованого плазмового покритгя A1+V205 з наступним просоченням епоксидним компаундом, при цьому тривала мщтсть шдвищуеться у 1,5-2 рази.

При обертанш ротора внаслщок дисбалансу мае, що обертаються, i магнппо! асиметри шд впливом власноГ ваги в ньому виникають знакозмшш напруження згину. Biôpauiï його частин викликають незначш вщносш зм1щення пазових клишв ротора, юнуе небезпека ïx виходу з паз ¡в в результат! po3irpiBy бочки ротора через концентращю паразитних струм1в, я и прот1кають по роторних клинах та поверхн1 ротора в аваршних ситуащях. Тому для шдвшцення термос™ йкост1 роторно-бандажного вузла в аваршних режимах роботи турбогенераторов та турбодвигушв створено д^електричш шари на noeepxHi роторних клишв.

Результата мжроструктурних дослщжень зразк!в стат 60ХЗГ8Н8В з комплексними покриттями шюструють проникнення пол1мерних речовин, якими просочуються покриття, у вщкрит1 пори та ïx заповнення, що значно знижуе пористють. Серед ефективних мстод1в усунення пористосп плазмових покрить застосована лазерна обробка.

Наявшсть у конструкцп роторно-бандажного вузла р!зьбових з'еднань, шпонок, накидних та спещальних гайок вимагае застосування зносостшких покрить, як! одночасно були б стшю до схоплювання та задироутворення в умовах дп робочого охолоджуючого середовища. Таким жорстким вимогам вщпов1дають конденсата на основ! багатокомпонентних систем штрид1в перехщних метал ¡в IV-VI груп, сформован! на поверхн! бандажноУ стал! методом комплексного юнного бомбардування. При вм^ст! ТМЪ^СгЫ менше 40 мол.% конденсат представляе собою однофазний твердий розчин (ТУМЪ^Сг^Ы. Однофазн! конденсати мають ультрадр!бний розм!р зерна, високу твердють ! низьку пористость. Не виявлено вщшарувань при скрайбуванн! шдентором з навантаженням 10 Н. Ошр ударним навантаженням персвищуе 800 МПа, а вщносна площа вщшарувань на р1зьб! п!сля багатократних скручувань з моментом №=30 Н'м - у межах 1-10%. Оскшьки покриття мають високу корозшну стшкють та збшьшують час до руйнування зразк!в з\ сталей 60ХЗГ8Н8В та 12Х18АГ18Ш в робочих середовищах турбогенератора, Ух сл!д використовувати як зносостшк!, корозшностшк! покриття на рпьбових поверхнях конструкщУ роторно-бандажного вузла.

Таким чином, комплекс проведених дослщжень (гцо дозволив акумулювати дат про поведшку роторних та бандажних сталей в реальних та екстремалышх умовах) св^дчить про те, що вибф матер!ал!в для роторно-бандажного вузла, розробка засад шдвищення Ух експлуатацшних характеристик мають виршальне значения 1 для потужних турбогенератор!в, що вже знаходяться в експлуатацй", й для перспективних електричних машин, що перебувають на стад!У ф!зичного та математичного моделювання конструкцн. 3 огляду на те, що вс! недолги та прорахунки виявляються лише в прочее! тривало'У експлуатац!У, результата дослщжень корозшно-мехашчних характеристик матер1ал!в роторно-бандажного вузла протягом часу, ствм!рного з1 строками м1жремонтноУ експлуатац!У, набувають усе бшыноУ вагомостЬ Вони використовуються при розрахунках ресурсу роторно-бандажних вузл!в, оскшьки задовольняють критер'и статично'! та цишичноУ тр!щиност!йкост!. Серед практичних висновк!в, що стосуються експлуатац!У турбогенератор!в з водо-водневим охолодженням, слщ видшити необх!дн!сть скорочення кшькос'п проф!лактичних пуск!в ! зупинок протягом терм!ну м1жремонтно! експлуатац!У, ефективний захист традицшних корозшнонестшких бандаж!в вщ конденсащУ вологи та Д11 водню й широке впровадження бандаж!в 13 високоазотноУ стал! на нових генераторах.

ЗАГАЛЬШ ВИСНОВКИ

1. Обгрунтовано виб1р нових методичних пщход!в до, вивчення впливу насичених галоУдних середовищ та водню на швидшеть поширення тр!щин при циюпчному та статичному навантаженн!, тривалу та втомну м!цн!сть, характер руйнування сталей роторно-бандажного вузла. Встановлено, що найбшып адекватним методом експрес-оц!нки впливу конструкцшноУ

ашзотропн на мехашчш властивост! сталей реальних бандаж!в е встановлення характеристик трщиностшкосп матер1алу (зразктв, вир1заних у рЬних напрямках прикладення навантаження та поширення тршщни). Розроблено орипнальну методику дослщження тепловид!лення при деформацп та руйнувашп зразюв з використанням м1крокалориметричних пристроУв.

2. На основ! комплексного анал1зу корозШно-мехашчних властивостей сталей 8Мп-8№-4Сг встановлено, що вони схилып до КР нав1ть у слабоагре-сивних водних розчинах, у тому чисгп вологих робочих середовищ за темпера-тури 80°С. Тому основною умовою запоб1гання КР бандажних кшець е тд-тримання сухого стану робочого середовища як у процссл виробництва, так 1 п)д час збертання, транспортування, експлуатацп та простоГв.

3. Зростаюч! вимоги до корозшно-мщшсних характеристик аустештних немагншшх сталей, що використовуються для виготовлення нового поколшня бандаж1В, забезпечують конструкцшш матер1али з вмютом не менш як 18% Мп, 18% Сг, 0,6% N. Зм!на параметра гратки аустешту (а= 3,613-3,621 А) стал! 18Мп-18Сг в д1апазош 0,51-0,713 мас.% N носить монотонний характер. При збшьшенш вмкту азоту понад 0,713 мас.% зростас кшыасть е-штриду Сг2М, а при концетрашях менше 0,51 мас.% сплави схилып до утворення с-фази. Холодна пластична деформация сталей 18Мп-18Сг протшас за механизмом мкродвшникування та звичайного дислокацшного ковзання.

4. Вперше встановлено, що 22%-й розчин дихлориду мда е агресивним середовищем для високоазотних хромомарганцевих сталей. Нав1ть короткочасний (протягом доби) контакт ненапруженого металу при юмнатнш температур! з цим розчином приводить до ¡нтенсивного птнгоутворення, тривалий (протягом 720 год) у дтпазош К^-25...70 МПа%/м - до катастроф1чного М1Жкристал!тного розтрюкування 31 швидюстю 1,56-10~9 м/с, а далг — до виб1ркового розчинення стал1 та прояв!в виразково!' корозп. На поверхн! зразшв у розчинах хлорид!в спостер!гшоться зародки монокристал1В ЫаС1 та СиС12, як! при наступному контакт! з водою напруженого металу будуть актив ¡зувати процеси КР. На зразках стал! 18Мп-18Сг, поверхня руйнування яких тд шаром ШС1 вкрита неушкодженою пасивною шпшельною пл"1вкою Рез04+(Ее,Сг)2Оз+(Мп,Ре)2Оз, швидк!сть докритичного пщростання тр!щини пор!вняно невисока навпъ при 105°С. В зразках стал! 18Мп-18Сг, на поверхн! руйнування яких виявлено майже суцшьний шар закристалЬованих хлорид!в, а рефлекси ушкодженоУ пасивноУ шпшельноУ пд!вки проявляються слабо, швидюсть КР суттева вже при юмнатних температурах.

5. Циюичш навантаження (±сг=300 МПа) в кислих хлоридвмкних середовищах прискорюють селективтсть розчинення сталей 18Мп-18Сг (12Х18АГ18Ш). Нашнтенсившше розчиняеться марганець, пот!м зал!зо, хром, що шдтверджуеться результатами елементного аналЬу продукив короз11 на реальних бандажах.

6. Сталь 8Мп-8№-4Сг е схильною до впливу охолоджуючих середовищ при сг=(0,68-0,98)стт у водопннш водь Час до руйнування зразюв зменшуеться у 2,5 раза, а при електролггичному наводнюванш — в1д 35 до 50 раз'т пор1вняно з випробуваннями у дистильовашй водь Вперше проведет досшджения тривалоУ мщност! високоазотноУ стаи 18Мп-18Сг на базах до 50 тис. год, як1 дозволили одержати уточнен! даш, необхццп для прогнозування русурсу бандаж1в, показали, що гатд-юни та ¡они МЩ1 е ефективними прискорювачами короз!йних нроцеав шд напруженням завдяки адсорбци та пщвищенню ступеня заповнення поверхш гщроксигалщними штермед!атами (РеНаЮН)2", (РеНаЮН)", Си2(ОН)3С1.

7. Енергетичш затрата на квазштатичне тдростання трщини найбшыш для ор1снтацп ТЕ (зародження трщини на зовшшшй поверхш кшьця) ! спадають 31 змшою ор1ентацн зразюв ТК=>ТА=>АТ=>АЯ=>ЯА=>ЯТ. Потужшсть тепловидшення (до 12,5 мВт) при деформащУ та руйнуванш гладких круглих зразюв також виявляе чутливкть до ашзотрошУ матер1алу 1 и абсолютш величини зменшуються в посл1довност1 тангенщальний =>акс1альний=^рад!альний напрямки. Констатовано, що найнебезпечшшою е ситуащя, коли тр'нцина розповсюджуеться в кодовому напрямку ЯТ м1ж волокнами, що утворились в процесл механотерм1ЧноТ обробки бандажа за умови порушення сущльносп волокон. В1дриви сегментов теля розповсюдження таких тршщн приводять до наибольших катастроф роторно-бандажних вузл1в.

8. Ефективними методами зниження чутливоси стал1 8Мп-8Ы1-4Сг до КР е нанесения плазмових покрить на основ1 алюмшю та оксид1в ванадйо або М1д1, а також поверхнева пластична деформащя. ГГросочування покрить пол1мерними смолами забезпечуе додатковий захист бандаж1в в експлуагацшних умовах. Сшввщношення легуючих елемен-пв в композищУ плазмових керамгчних покрить на роторних клинах вибране таким чином, що структура, мехатчт (ств= 21..35 МПа, ст5ч= 17..25 МПа) 1 Д1електричш (£пр= 3,2...6,5 кВ/мм) властивост! отриманих поверхневих шар1в забезпечують шдвищення службових характеристик ротора. Лазерна обробка плазмових покрить (¡з енерпею ¡мпульсу до 30 Дж) зумовлюе затковування в них пустот, утворення литоУ структури з низькою пористютю, шдвищення адгез1У та м1кротвердост1.

9. Для зменшення негативного впливу води та водшо на циклону тршцшостшкосп аустештноУ ста,*н 8Мп-8№-4Сг (60ХЗГ8Н8В) необх1дно скорочувати к!льк1сть профшактичних пусюв та зупинок протягом термшу м1жремонтноУ експлуатащУ та забезпечити ефективний захист вщ конденсащУ вологи та д'п водню високоУ фуптивносп. Стосовно високоазотних хромомарганцевих сталей 18Мп-18Сг необхщно забезпечити надшний захист М1дних деталей ротора з метою запоб1гання утворенню агресивного дихлориду мда. Отримаш даш про поведшку роторних та бандажних сталей в реальних та екстремальних умовах, методи шдвищення Ух експлуатацшних характеристик використаш на Новокраматорському машинобуд1вному завод!,

ВНД1 електромашинобудування, Лисьвенському турбогенераторному завода об'еднанш «Электросила», електрогенеруючих шдприемствах УкраТни, Вщцшенш електроенергетичних проблем РАН, головним конструктором турбо- та пдрогенератор!в, а також шшими фах!вцями - розробниками матер1ал1в та експлуатацшниками турбогенератор'т.

Список опубликования наукових праць за темою диссртацп:

1. Балщький O.I. Сучасш матер^али для потужних турбогенератор1в. - Льв1в: Фв.-мех. ¡н-т НАН У кражи, 1999 - 284 с.

2. Циклическая трещиностойкость роторной стали в зависимости от условий нагружения / А.И. Балицкий, Ю.А. Бойченко, А.В. Соснин, Н.А. Шоков // Металловед, и терм, обраб. металлов,- 1987.- №4.- С.19-21.

3. Балицкий А.И., Макаренко В.Г. Циклическая трещиностойкость аустенитной немагнитной бандажной стали // Физ.-хим. механика материалов.- 1988.- № 6.-С.101-102.

4. Балицкий А.И., Макаренко В.Г., Повышев И А. Исследование трещиностойкости бандажной стали в условиях наводороживания // Повышение надежности и долговечности машин и сооружений.-Киев, 1988.-Ч.1.- С.14-15.

5. Балицкий А.И. Применение покрытий для повышения эксплуатационных характеристик электрических машин // Физ.-хим. механика материалов,-1989.- № 3. - С.122.

6. Влияние микролегирующих добавок РЗМ на структуру и свойства нержавеющих хромоникелевых сталей и сплавов / Балицкий А.И., Беркеяис Р.А., Макаренко В.Г., Повышев И.А., Чалов А.А. // Medziagy atspakumas=ConpoTHBneHHe материалов.- Vilnius, 1989.- S.69-70.

7. Pokhmurskii V.I. and Balitskii A.I. Hydrogen influence upon cracking resistance and fracture character of austenitic non-magnetic steel // Hydrogen Effects on Material Behavior.-Warrendale, Pennsylvania (USA): A publication of the Mineral, Metals, Materials Soc.- 1990,- P.985-990.

8. Фазовый состав и свойства износостойких покрытий на основе Ti-Nb-Cr-N / А.И. Балицкий, А.Г. Гаврилов, Г.В. Галицкая, В.Н. Житомирский // Пути повышения эффективности производства и применения инструмента с износостойким покрытием.-М.: ВНИИТЭМР, 1990. -С.151-156.

9. Balitskii A.I., Pokhmurskii V.I. Effect of environments on the cracking resistance and fracture character of austenitic non-magnetic steels under fatigue loading // Fatigue-90.- Birmingham (UK): Materials and Component Engineering Publications Ltd.-1990.- Vol.III.- P.1839-1844.

10.Балщький O.I., Похмурський B.I., Тихан M.O. Лазерна обробка плазмових покрить // Физ.-хим. механика материалов.-1991.- №1,- С.51-55.

11. Копылец В.И., Похмурский В.И., Балицкий А.И. Квантово-химический расчет адсорбции лития на поверхности молибдена // Поверхность: Физика, химия, механика.-! 991.-№ 10.-С.157-158.

12. Balitskii A. I., Pokhmurskii V. /., Tychan M. A. Laser treatment of plasma sprayed powder ceramic coatings // Proc. 2nd Plasma-Technik Symposium.-Wettingen (Switzerland): Hafliger Druck AG.- 1991. - Vol. 1. - P. 345-351.

13. Balitsky A.I., Pokhmursky V.J., Dzioba Y.V. Heat irradiation of mono- and polycristalline materials during deformation and destruction process // Fracture Mechanics: Successes and Problems.- Lviv, 1993.- Part II.- P.619-620.

14. Hydrogen effects on the physico-mechanical properties of protective coatings and oxygen films on austenitic steels / A.I. Balitskii, V.I. Pokhmurskii, V.V. Fedorov, L.I. Voloshyn // Fifth International Conf. on "Hydrogen Effect on Material Behavior".- Jackson Lake Lodge, Wyoming (USA).-1994.- P. 14.

15. Квантово- хапчш дошндження кшетики адсорбци води на монокристал1 хлориду натрио / B.I. Похмурський, B.I. Копилець, O.I. Балицький, С.А. Корнш //Доповда НАН УкраТни.-1995.- №11.- С.104-106.

16. Балицький 0.1. Довготривала мщшсть високоазотистих сталей у водних середовищах // Проблеми корози та протикорозшного захисту конструкцшних MarepianiB.- JlbBis, 1996.- С. 104-105.

17. Balitskii A.I. Anisotropy of mechanical properties of high nitrogen steel for retaining ring // Proc. of the Conf. "Nitrogen Steels".- Gliwice-Wisla (Poland).-1996,- P.205-208.

18. Цослхджения впливу деформацп металу на взаемодпо з середовищем на атомному piBHi / B.I. Похмурський, B.I. Копилець, O.I. Балицький, С.А. Корнш // <I>i3.-xiM. мехашка MaTepiarrie.- 1996. - №1.-С.16-19.

19. Pokhmurskii V.I., Balitskii A.I., Melekhov R.K. Initiation and defectoscopy of stress corrosion cracks in the stainless steels in chloride, caustic solutions and water // Trends in NDE Science and Technology.- New Delhi, Calcutta (India): Oxford & IBH Publishing Co.PVT.Ltd..- 1996.-Vol.2.-P.1005-1006.

20. Stress corrosion of austenitic chromium - manganese steel / Balitskii A.I., Pokhmurskii V.I., Speidel M.O., Magdowski R.M., Uggowitzer P.J. // Проблеми корози та протикорозшного захисту конструкцшних MarepianiB.- Льв1в, 1996.-С.345-347.

21. Балицкий А.И., Мелехов Р.К., Поляков С.Г. Карбонатная стресс-коррозия магистральных трубопроводов // <Pi3.-xiM. мехашка MaxepiajiiB,- 1997.- №2.-С.115-122.

22. Pokhmurskii V.I., Balitskii A.I., Khoma M.S. Acceleration of selective dissolution by cyclic deformation in stainless steel // EUROCORR-97.- Trondheim (Norway): European federation of corrosion.- 1997,- Vol.11.- P.681-685.

23. Balitskii A.I. Metallurgical aspects of the fracture of high nitrogen austenitic steel // Environmental effects on high technology materials.- Zakopane (Poland): Institute of physical chemistry of the Polish academy of sciences, Kawasaki steel corporation,-1997.- P.211 -216.

24. Балицький O.I. Корозшно-мехатчш властивосп матер1ал1в для немагштних бандажних юлець турбогенератор!» : 1. Стал! 8Mn-8Ni-4Cr та 18Мп-4Сг // Oi3.-xiM. мехашка MaTepianiB.- 1997.- №4.- С.127-138.

25. Балицький О.1. Корозшно-мехашчш властивосп матер! ал ¡в для немагштних бандажних кшець турбогенератор1в : 2. Високоазотн! стал! 18Мп-18Сг/У Ф'п.-х1м. мехашка матер1ал1в - 1998.- № 1,- С.89-100.

26. Балицький О.1. Корозшно-мехашчш властивост! матер!ал!в для немагштних бандажних илець турбогенератор!в: 3. Випадки трвдиноутворення в процес1 експлуатацп // Ф!з.-Х1М. мехашка матер!ал!в.-1998,- №2,-С. 115-122.

27. Балицький О.1. Корозшно-мехашчш властивост! матер!ал!в для магштних бандаж!в та ротор1в турбогенератор!в: Сг-М-Мо-У сталь // Пращ НТШ.-1998.- Т.2.- С.73-82.

28. Особенности электрошлакового переплава и свойства высокопрочной бандажной стали / Балицкий А.И., Похмурский В.И., Волков А.С., Свиридов О.В., Силина Е.П. // Проблеми корозп I протикорозшного захисту матер!ал!в.-Льв)в, 1998,- С.151-154.

29. Балицький О.1. Два методи вивчення впливу водню на швидюсть поширення тр!щини та характер руйнування високом!цних сталей // Ф!з.-х!м. мехашка матер!ал!в- 1998.- № 4.-С. 113-120.

30. Балицький 0.1. Корозшш пошкодження бандаж1в потужних електрогснератор1В з високоазотно! немагштно! хромомарганцевоТ стал! // Проблеми корозп 1 протикорозшного захисту матер!ашв.- Льв!в, 1998.- С..155-158.

31. Медв1дь А. Г., Федоров В. В., Балицький О.1. Вплив залишкового аустешту на ф1зичш властивост! сплав)в системи Ре - N1 в мартепситно-аустен!тному сташ // Ф'1з.-Х1м. механика матер!ал1в.- 1998.- №6.-С.77-84.

32. Балицький О.1. Оцшка схильност! до короз!йного розтр!скування Д1Лянок зварювання та р'вання високоазотних хромомарганцевих сталей, отриманих електрошлаковим переплавом // Сварка и родственные технологии - в XXI век,- Киев, 1998.- С Л 95.

33. Похмурський В.1., Балицький 0.1., Зшь 1.М. Старшня енергоблоюв та прогнозування довпшчносп кородовних конструкцш // Ф!з.-х!м. мехашка матер!ал1В,- 1999. - №1.- С.124-125.

34. Балицький О.1. Вплив азоту на структуру та властивост! аустешту // Журн. фгз. дослщжень,-1999.-№ 2.-С. 184-186.

35. Медвгдь А. Г., Федоров В. В., Балицький 0.1. Залежшсть ф!зичних властивостей Ре - К! сплав'ш вщ вм!сту реверсивного та викликаного наводнениям аустенозу // Ф!з.-х!м. мехашка матер!ал!в.- 1999,- №2.- С.60-66.

36. Балицький О.1., Крохмальний О.О. Птнгова корозш стал") 12Х18АГ18Ш в хлоридах // Ф1з.-х!м. мехашка матер!ал!в.- 1999.- № 3,- С.81-85.

37. Балицький О.1. Водневий фактор у довготривалш мщност! бандажних сталей // Ф13.-Х1М. мехашка матер1ал1в.- 1999.- № 4 .- С.37-42.

38. Крохмальний О.О., Балицький О.1. Пщвищення експлуатацшно) надшносп бандажних кшець турбогенератор!в ТВВ-1000.2.УЗ шляхом оптим!зац!'1 технолог)! нанесения захисних покрить // Машинознавство.-1999.- № 6 (24).-С.27-30.

39. Балицъкий O.I. ГЫвкоутворення на поверхнях руйнування в хлоридних середовищах високомщних хромомарганцевих сталей // Металлофизика и новейшие технологии.-1999.- № 12,- С.-50-55.

40. Balitskii A.I. Long term strength of high nitrogen steels in water and chloride solution// Materials Science Forum.- 1999,- Vol.318-320,- P.539-544.

41. Balitskii A.I. Nitrogen influence on structure and corrosion-mechanical properties of Cr-Mn stainless steel // Stainless Steel World. - Zuphen ( the Netherlands): KCl Publishing BV.- 1999,- Book 2. - P. 689-692.

42. Балицъкий O.I., Крохмалышй О.О., Pineù IB. Трщиностшюсть хромомарганцевих сталей тд цикл1чним та статичним навантаженням i живучесть бандаж!В потужних турбогенератор1в // Мехашка руйнування MaTepianÏB i мщшсть конструкцш- Льв1в: Каменяр, 1999.- Вип.2, т.З.- С. 105109.

43. Anisotropy of fracture toughness of austenitic high nitrogen chromium-manganece steel / Balitskii A.I., Diener M., Magdowski R.M., Pokhmurski V.I., Speidel M.O. // Materials Science Forum.-1999.- Vol.318-320,- P.401-406.

44. Balitskii A.I. Corrosion fatigue of high nitrogen steels in chloride solutions // Fatigue-99.- Beijing (P.R. Chine): Higher Education Press - EMAS.- 1999.- Vol.4 P. 2359-2363.

45. Balitskii A.I., Krohmalny O.O. Stress corrosion cracking and environmental failure of retaining rings in power generation industry // Environmental degradation of engineering materials.- Gdansk (Poland): Technical University of Gdansk, University Bordeaux (France) .- 1999.- Vol.1.- P.145-150.

46. Бапицький O.I. Роль середовища y xapaicrepi сповшьненого руйнування високоазотних сталей // ФЬ.-хш. мехашка матер1&л1в,- 2000.- № 1.- С. 102-104.

47. Balitski A., Krohmalny О., Ripey I. Hydrogen cooling of turbogenerators and the problem of rotor retaining ring materials degradation // International Journal of Hydrogen Energy.- 2000,- Vol.25.-№2.- P. 167-171.

48. A. c. 1488352 СССР, МКИ C22C 38/38. Коррозионностойкая немагнитная сталь / А.И. Балицкий, В.И.Похмурский, В.Г.Макаренко, И.А.Повышев (СССР).-№ 4313845/31-02; Заявлено 06.10.87; Опубл. 23.06.89, Бюл. №23,- 4 с.

49. А.с. 1488356 СССР, МКИ С22С38/38. Немагнитная сталь / А.И. Балицкий, В.И. Похмурский, И.А. Повышев, В.Г. Макаренко (СССР).- № 4371563/31-02; Заявлено 02.12.87; Опубл. 23.06.89, Бюл. №23.- 4 с.

50. А.с. 1686030 СССР, МКИ С23С 4/00. Состав для получения диэлектрических покрытий / А.И. Балицкий, Я.Б. Данилевич, В.И. Похмурский, Е.А. Брынский, В.Г. Макаренко, А.С. Панов, М.А.Тыхан (СССР).- № 4736114/02; Заявлено 07.09.89; Опубл.23.10.91. Бюл. № 39.-2 с.

51. Л. с. 1461028 СССР, МКИ С23С 14/00. Покрытие на стальных изделиях / А.И. Балицкий, В.И. Похмурский, В.М. Быков, В.Н. Житомирский, К.Б. Кацов, В.Г. Макаренко (СССР).- № 4228811/31-02; Заявлено 18.03.87; Зарегистрировано 22.10.1988.- 4 с.

52. А. с. 1475979 СССР, МКИ С23С 10/56. Состав для комплексного диффузионного насыщения изделий / В.Г. Макаренко, Ф.Д. Виноградов, И.А.

Повышев, А.И. Балицкий, C.B. Грудин, В.И. Рощин (СССР).- № 4245739/2302; Заявлено 18.05.87; Опубл.З0.04.89, Бюл. №16.-6 с.

53. A.c. 1668466 СССР, МКИ С22С 38/60. Водородостойкая сталь / А.И. Балицкий, В.И. Похмурский, И.А. Повышев, В.Н. Павлов, В.Г. Макаренко, В.В. Лебедев (СССР).-№4730390/02; Заявлено 14.08.89; Опубл. 07.08.1991, Бюл.Л»29.- 6 с.

54.A.c. 1694683 СССР, МКИ С22С 38/28. Нержавеющая сталь / А.И. Балицкий, В.И. Похмурский, М.М. Балан, И.А. Повышев, В.В. Колдомов, В.Г. Макаренко (СССР).-№4763739/02; Заявлено 28.11.89; Опубл.ЗОЛ 1.91, Бюл. №44,- 4 с.

55. A.c. 1698310 СССР, МКИ С22С 38/48. Сталь / А.И. Балицкий, В.В. Колдомов, В.Г. Макаренко (СССР).-№4803621/02; Заявлено 31.01.90; . Опубл.15.12.1991, Бюл. №46.-8 с.

56.A.c. 1743234 СССР, С22С 38/60. Сталь /А.И.Балицкий, В.В.Колдомов, В.Г.Макаренко (СССР).- №4871909/02; Заявлено 09.10.90; Зарегистрировано 22.02.92.-6 с.

57. A.c. 1752820 СССР, МКИ С22С 38/38. Коррозионностойкая сталь / А.И. Балицкий, В.И. Похмурский, И.А. Повышев, В.Г. Макаренко (СССР).- № 4800396/02; Заявлено 15.01.90; Опубл. 07.08.92, Бюл. №29,- 6 с.

58. A.c. 1765241 СССР, МКИ С22С 38/28. Коррозионностойкая сталь / А.И. Балицкий, В.И. Похмурский, И.А. Повышев (СССР).-№ 4913270/02; Заявлено 06.12.90; Опубл. 30.09.92, Бюл. №36,- 4 с.

Анотацп

Балицький O.I. Пщвищення експлуатацшних характеристик матер1ал1в роторно-бандажних вузл!в потужних турбогенератор1в.- Рукопис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня доктора техшчних наук за спещалыпстю 05.02.01 - материалознавство. - Фпико-мехашчний шститут ¡м.Г.В.Карпенка HAH Украши, Льшв, 2000.

Проанал13овано причини аварш роторпо-бандажних вузл5в потужних турбогенератор!в та розроблено науково-технолопчш основи пщвищення експлуатацшних характеристик матер1ал1в цих найбшьш навантажених деталей в сучаснш енергетиць На шдставг результат1в лабораторних досл1ДОкень та дослщно-промислових nepeBipox запропоновано hobï захисш покриття на короз1 йнонеепйм бандаж!, накидш гайки та д!електричш покриття на роторш клини. Дослщжено вплив композиций легування, ашзотропп, середовищ, температури та штенсивносп циюпчних i статичних напружень на характеристики нових корозшностшких бандажних сталей та запропоновано комплекс профшактичних заход1в попередження трщиноутворення шд час експлуатаци.

Ключов! слова: бандажне кшьце, ротор, комплекс!» плазмов! покриття, корозшне розтркжування, тривала мщшсть, корозшна втома, в'язкють руйнування, ашзотротя.

Балицкий А.И. Повышение эксплуатационных характеристик материалов роторно-бандажных узлов мощных турбогенераторов,- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.01 - материаловедение. - Физико-механический институт им. Г.В.Карпенко HAH Украины, Львов, 2000.

Проанализированы причины аварий роторно-бандажных узлов мощных турбогенераторов и разработаны научно-технологические основы повышения эксплуатационных характеристик материалов этих наиболее нагруженных деталей в современной энергетике. Представлены методы исследования влияния водорода и растворов галоидов на скорость распространения трещины и характер разрушения высокопрочных сталей, которые имеют важное значение для проведения сравнительных экспериментов при оценке влияния активных сред и конструкционной анизотропии образцов высокопрочных сталей ограниченных размеров на их коррозионную трещиностойкость. Разработана оригинальная методика исследования тепловыделения при деформировании и разрушении образцов, которая состоит в привлечении микрокалориметрических устройств для изучения влияния наводороживания на особенности кинетики упругой и пластической деформации высокопрочных сталей.

На основании всестороннего анализа коррозионно-механических характеристик аустенитаых немагнитных сталей типа 8Mn-8Ni-4Cr установлено, что стали данного класса склонны к коррозионному растрескиванию даже в слабоагрессивных водных растворах, в том числе во влажных рабочих средах при температуре 80 °С. Нанесение комплексных алюминиевых покрытий, а также поверхностная механическая обработка образцов увеличивают время до разрушения. Сталь 18Мп-4Сг в отсутствие воды не обнаруживает склонности к KP. Поэтому основным условием предотвращения KP и коррозионной усталости бандажных колец из традиционных материалов является поддержание сухого состояния рабочей среды как в процессе производства, так и во время хранения, транспортирования, эксплуатации и простоев. Оптимальная композиция, которая обеспечивает необходимые эксплуатационные характеристики новых аустенитных немагнитных сталей для бандажных колец мощных турбогенераторов, предусматривает содержание не менее 18%Мп, 18%Сг, 0,6%N. Технология азотирования под давлением в процессе ЭШП позволяет достичь такого содержания азота, которое намного выше растворимости азота в стали при нормальных условиях.

Выдержка образцов новой стали 18Мп-18Сг под напряжением в высокотемпературной воде и 22%-м растворе NaCl приводит к транскристаллигаому коррозионному растрескиванию со скоростью 0,5...40-10"" м/с. Установлено, что наиболее агрессивной средой для высокоазотистых хромомарганцевых сталей является насыщенный раствор дихлорида меди. Даже кратковременный контакт стали при комнатной температуре с этим раствором приводит к интенсивному гаптинго-образованию, длительный — к катастрофическому межкристаллитному растрескиванию со скоростью 1,56-Ю-9 м/с, а на следующих этапах - к выборочному

растворению стали и проявлениям язвенной коррозии. При растворении вьгсокоазо-тистых хромомартанцевых сталей в электрохимически активном состоянии скорость их коррозии составляет /^=0,1 —4 мА/см2. Знакопеременные механические напряжения в кислых хлоридсодержащих средах сильнее всего интенсифицируют селективное растворение марганца, потом железа, хрома, что согласуется с результатами элементного анализа продуктов коррозии на реальных бандажах.

Экспериментально исследована длительная прочность высокоазотистых хромомарганцевых сталей 18Мп-18Сг на базах 50 ООО часов, которые соизмеримы с межремонтными периодами эксплуатации бандажных колец, и получены данные, необходимые для физического, математического моделирования и конструирования перспективных мощных

турбогенераторов. Выявлены существенные особенности влияния водных сред и насыщенных растворов NaCl, КВг, СиСЬ на предел длительной прочности високоазотистых хромомарганцевых сталей, ее зависимость от уровня деформационного упрочнения материала и характера взаимодействия со средой. Разрушение образцов сталей 18Мп-18Сг в воде при комнатной температуре в процессе испытаний на длительную прочность происходит по вязкому механизму через зарождение, рост и слияние микропор. Разрушение в насыщенных растворах NaCl, КВг несущественно влияет на механизм образования и слияния микропор. Механизм разрушения в насыщенном растворе СиСЬ иной: часть поверхности разрушения покрыта продуктами коррозии, другая - большими порами, дно которых декорировано хаотически ориентированными микропорами и включениями. Процесс зарождения и слияния микропор не успевает осуществиться в полном объеме, и разрушение совершается в динамически ускоренном варианте.

Balitskii A.I. Increasing of exploitation characteristic of materials for rotor-retaining ring unit of powerful turbogenerators.- Manuscript.

Thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences in speciality 05.02.01-Material Sciences.-Karpenko Physico-Mechanical Institute National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv, 2000.

There have been analysed the causes of rotor retaining rings failures on powerful turbogenerators and created scientific-technological bases of increasing of characteristics of this the high stressed details in the modern energetic.

On the bases of the laboratory testing an and the manufactured improvement the new protective coatings on non corrosion resistant retaining rings and the dielectric coatings on rotor wedges have been introduced. The influence of alloy composition, anisotropy, environments, temperature and static or cyclic stress intensity on characteristics of new developed retaining ring steels has been discovered. There have been proposed the complex of prophylactic actions for the prevention of crack initiation during service.

' Keywords: retaining ring, rotor, complex plasma coatings, stress corrosion cracking, long term strength, corrosion fatigue, fracture toughness, anisotropy.

Наукове видання

Олександр 1ванович Балицький

ШДВИЩЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦШНИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕР1АШВ РОТОРНО-БАНДАЖНИХ ВУЗЛ1В ПОТУЖНИХ ТУРБОГЕНЕРАТОР1В

Автореферат дисертаци на здобуття паукового ступени доктора техшчннх наук

Пшписано до друку 20.06.2000. Формат 60x90/16. Пашр офс. Друк офсетний. Ум. др. арк. 2,09. Обл.-вид. арк. 2,8. Тираж 100 прим. Зам. 00/06-32

Друкарпя ТзОВ «Прост1р-М». Адреса: 79000, м. Льв1в, вул. Чайковського,27