低温压缩机用9Ni钢大锻件成分优化与组织性能研究

发布时间：2020-04-07 00:15

【摘要】：低碳9Ni钢是一种Ni含量为9%的铁镍合金,具有优良的低温韧性、良好的焊接性能及较低的成本等特点,目前主要应用于储存和运输液化天然气的储罐轧板等领域,随着9Ni钢的发展,虽然其逐渐从热轧板领域应用到锻件领域,如低温阀、叶片等,但目前国内还未有在大截面锻件方面的应用。在某些低温工程中对大型压缩机性能需求的不断提高,且压缩机在服役过程中工况复杂,需反复启停数十万次,受力情况复杂,因此,对压缩机关键部件主轴的性能指标提出了极高的要求。本文采用数值模拟与实验相结合的方法,展开了某低温工程用压缩机主轴9Ni钢大锻件前期材料设计研发工作。本文的主要研究内容如下:首先,对当前工业级9Ni钢在压缩机主轴大锻件上应用时的组织及性能进行系统性研究。通过有限元模拟的方法,研究了对9Ni钢主轴大锻件800℃水淬过程中的温度变化规律,获得主轴直径为1200mm时表面、1/2半径及中心处的温度变化曲线。随后通过采用热处理模拟炉进行模拟实验,并对其进行力学性测试,结果显示当前工业级9Ni材料不能满足压缩机主轴性能设计指标。其次,对9Ni钢主轴大锻件的成分进行了优化,分析了C和Mo元素含量对压缩机用9Ni钢主轴大锻件不同位置组织及力学性能的影响,得到了C和Mo元素对压缩机主轴性能的影响规律,通过扫描电镜、透射电镜、显微镜等设备研究了主轴在淬火和回火过程中组织演化规律,并得出了低温韧性及强度均能满足工程指标需求的9Ni钢成分范围。最后,对稀土含量不同的9Ni钢的组织、晶粒度、夹杂物进行了分析,研究了稀土不同加入量对9Ni钢低温韧性的影响。适当的稀土加入量可变质夹杂物、细化晶粒、提升9Ni钢的低温韧性。通过力学性能测试,并结合低温韧性、强度、断裂韧性、疲劳强度等实验数据,得出了压缩机9Ni钢主轴锻件合理的化学成分范围,为压缩机主轴用9Ni钢的制备提供了理论指导。
【图文】：

示意图,压缩机

键部件生产技术长期受到国外制约，因此对于大型等国家而言还有较大的差距，并且服役温度远远不利研究中心、艾姆斯中心等研究机构的条件而言，器研制日趋精细化、一体化要求下，例如大飞机、制超低温环境下使用的大型压缩机设备是大势所趋低温压缩机要求的不断提高，某低温工程中的大服役，设计寿命 50 年，反复启停数十万次，这对的要求，压缩机及主轴示意图 1-1 所示。主轴大锻件心部的低温韧性要求严格，，对强度的要求也非常0mm 的中心处性能要求如表 1-1 所示，这对现有的。具有优异的低温性能，工程在主轴设计上拟选用言，这是 9Ni 钢首次在大型铸锻件上应用，因此开i 钢成分设计以及纯净度的控制意义重大。

示意图,大锻件,主轴,压缩机

b) 主轴示意图图 1-1 压缩机与主轴大锻件示意图表 1-1 9Ni 钢初步性能指标要求服强度σs/MPa抗拉强度σb/MPa收缩率A%延伸率Z%疲劳强度/MPa冲击Akv/纵向 ≥540 ≥690 ≥60 ≥20 ≥300 ≥100 — — — — — ≥60 内外的发展及应用国外研究与应用，随着能源的开采的力度加大和清洁能源的发展，其中-fied natural gas)这种清洁逐渐被工业和日常所广泛应用[2NCO 公司为了降低储存及运输液化天然气所需成本，开
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH45

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