某燃气轮机底盘材料的国产化研究

2019-08-30张健月俞胤杰马思亮白东方陈泓波张春梅杭州汽轮动力集团有限公司浙江006杭州汽轮铸锻有限公司浙江06

大型铸锻件 2019年5期

何成张健月俞胤杰马思亮白东方陈泓波张春梅(. 杭州汽轮动力集团有限公司，浙江006；. 杭州汽轮铸锻有限公司，浙江06；

3. 杭州汽轮机股份有限公司，浙江310003)

我公司与某国外企业合作生产某型号燃气轮机，为保证该型号燃气轮机在低温环境中能安全稳定服役，底盘材料选用了耐低温的S355J2。

S355J2为欧洲标准热轧结构钢里的耐候钢，适合在低温环境下使用。公司在国产化过程中初定采用Q345D，但在实际生产时发现由于Q345D使用量较少导致采购费用过高，而公司库存有大量的Q345R钢板，因此研究分析了采用Q345R替代S355J2的可行性。

1 材料国产化可行性分析

1.1 材料标准比较

S355J2来自EN 10025-2:2004《结构钢热轧产品第2部分：非合金结构钢交货技术条件》，而在需方相关标准中做出了更详细的要求，主要强调了该类钢材在验收时必须满足-20℃时的冲击吸收能量值要求。

以上几种材料的化学成分和力学性能要求见表1与表2。

1.2 低温冲击试验

表1 化学成分要求(质量分数，%)Table 1 Chemical composition requirements (mass fraction,%)

为保证Q345R在-20℃时的性能，我们针对Q345R、Q345D和Q345B三种材料各取了六根试样进行低温冲击试验，来验证其低温性能，试验结果如表3所示。

表2 力学性能要求Table 2 Mechanical properties requirements

表3 低温冲击试验Table 3 Impact tests at low temperature

需方选用的S355J2要求在-20℃时冲击吸收能量值应>27 J，而通过一系列的低温冲击试验可以看出，用于参照的Q345B在低温环境下的冲击吸收能量值已明显低于要求，而Q345R和Q345D则远高于标准值。也就是说，当环境温度为-20℃时，使用Q345B无法满足要求，而选用Q345R或Q345D均可满足要求。

1.3 杂质元素的影响

Q345是使用非常广泛的低合金钢，而区分Q345B、Q345D和Q345R的最主要因素就在于钢中杂质元素含量的差异。从标准的要求上可以看出，Q345B的P和S含量均要求≤0.035%，Q345D则是要求P≤0.025%和S≤0.020%，而Q345R则要求P≤0.025%和S≤0.010%。

在钢的冶炼过程中，P会形成共晶偏析于晶界，从而降低钢的塑性和韧性，提高钢的脆性转变温度并增加低温脆性；而S则会形成熔点较低的FeS等硫化物，降低钢中晶界的结合力，从而降低钢的塑性和韧性并增加低温脆性[1]。因此，在冶炼过程中提高钢水的纯净度，严格控制P和S的含量，是提高钢的韧塑性的关键因素，可有效提高其在低温环境服役时的性能[2]。

欧洲标准中对S355J2的规定比较松，P和S含量均仅要求≤0.035%，但其对低温冲击性能有着严格规定，因此厂家在生产时会自发控制好P和S等杂质元素的含量，以满足力学性能要求。