基于电化学阻抗谱的汽轮机转子钢热脆化检测方法研究

发布时间：2017-08-15 05:21

  本文关键词：基于电化学阻抗谱的汽轮机转子钢热脆化检测方法研究

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【摘要】：全世界发电总量的80%左右是由汽轮发电机组发出的,汽轮机是现代化国家中极为重要的动力机械设备,按照国际通用标准,运行超过30年即属于老旧机组,如何对老旧机组的安全性进行合理评判,预测甚至延长在役汽轮发电机组的残余寿命具有重要的理论价值和现实意义。转子是汽轮机的关键部件,长期在高温下高速运行,所受应力复杂,在运行一段时间后不可避免地会出现热脆化破坏,若不能及时检测并修改工艺参数,将严重影响机组运行的安全性。本文采用韧脆转变温度FATT50作为表征转子钢热脆化程度的指标。利用实验室制备的磷含量不同的试样进行研究,分析其化学成分、机械性能等参数认为影响材料FATT50的元素包括碳、硫、磷、锰、钼、硅、铌、钛等,其中影响最大的是磷元素；材料的化学成分、组织和热处理状态的影响是相互关联的；能否发生韧性-脆性转变在很大程度上决定于金属的晶格类型,体心立方晶格的金属的热脆性倾向最大,而面心立方晶格的金属则不具有热脆性；粗晶粒的材料其韧脆转变温度较细晶粒的为高；分析表明步冷热处理对FATT50的提高是有影响的。在研究汽轮机转子热脆化形成机理及特点的基础上,本文提出了用交流阻抗谱方法来评判转子钢材料劣化程度的非破坏性检测方法。交流阻抗谱方法测量的前提是必须满足因果性、线性和稳定性三个基本条件。本文在测量过程中采取屏蔽箱等有效措施排除外界噪音等干扰,使测量尽量满足因果性条件；施加扰动信号幅值为5 mV,满足线性条件：施加的扰动电压很小,在扰动消失后体系恢复到热力学平衡的状态,未过多考虑稳定性问题。本文用钼酸钠溶液做电解液,采用正交实验法确定最佳实验条件为温度25℃、电解液浓度0.01 mol/L、酸碱值pH=5.5。在此条件下对工作电极施加不同的极化电压,研究其界面结构的变化,结果表明随着电极电位的正移,材料在前活化区、过渡区、活化区、钝化区和过钝化区等区域具有不同的电极／溶液界面结构特点。在一系列温度下对试样进行阻抗测量,结果表明在极化电压不变的前提下,温度的变化不会从根本上改变电极/溶液界面结构和性质。在开路电压下极化,研究各试样的阻抗谱,结果表明只要测量频率足够高,界面阻抗就会与材料的FATT50呈现出较强的相关性,该阻抗的变化基本可以反映材料热脆化程度。本文采用SPSS软件进行全回归分析,取测量频率为103Hz时测得的界面阻抗、元素P、S、Cr的百分含量、脆化指数J、相关系数R、晶粒度N、硬度Hv为自变量,FATT50值为因变量,建立转子钢FATT50预测模型,结果表明预测误差在15℃之内,误差较小,该模型合理有效,证实这一技术具有一定的实用性和可靠性。
【关键词】：转子钢 30Cr2MoV 热脆化 交流阻抗 无损检测
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK263.61;O657.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 物理量名称及符号表13-15
• 第1章 绪论15-22
• 1.1 研究的背景与意义15-20
• 1.2 国内外的研究现状20
• 1.3 论文的主要研究内容和研究方案20-22
• 第2章 转子钢热脆化机理分析22-34
• 2.1 热脆化定义22
• 2.2 热脆化形成机理22-23
• 2.3 韧脆转变温度影响因素分析23-25
• 2.3.1 影响钢材韧脆转变温度的化学元素23-24
• 2.3.2 影响韧脆转变温度的组织及热处理状态24-25
• 2.4 韧脆转变温度检测方法25-32
• 2.4.1 有损检测方法26-27
• 2.4.2 无损检测方法27-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 电化学阻抗谱方法及应用34-46
• 3.1 阻抗谱测试技术基本原理34
• 3.2 阻抗谱表示方式及其分析34-43
• 3.2.1 阻抗谱表示方式34-38
• 3.2.2 直观分析阻抗谱38-42
• 3.2.3 等效电路分析阻抗谱42-43
• 3.3 电化学阻抗谱测试优缺点43
• 3.4 电化学阻抗谱测试方法应用现状43-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 实验材料、装置及测试方法46-60
• 4.1 实验材料制备46-49
• 4.2 试样制备49-50
• 4.3 实验方案确定50-53
• 4.4 实验装置设计53-54
• 4.5 极化曲线测定54-58
• 4.6 电化学阻抗谱测量58-59
• 4.7 本章小结59-60
• 第5章 实验过程及结果分析60-90
• 5.1 界面结构分析60-75
• 5.1.1 阻抗谱测量60
• 5.1.2 阻抗谱分析60-75
• 5.2 开路电压下极化阻抗规律75-82
• 5.2.1 阻抗谱测量75-76
• 5.2.2 阻抗谱分析76-82
• 5.3 温度对界面性质的影响82-88
• 5.3.1 阻抗谱测量82-83
• 5.3.2 阻抗谱分析83-88
• 5.4 本章小结88-90
• 第6章 预测模型建立90-103
• 6.1 实验数据回归分析90-99
• 6.1.1 模型中自变量和因变量的确定90-96
• 6.1.2 电化学阻抗谱方法预测FATT_(50)数学模型的建立96-99
• 6.2 模型精度检验99-101
• 6.3 本章小结101-103
• 第7章 结论与建议103-106
• 7.1 主要结论103-104
• 7.2 主要创新点104
• 7.3 对未来研究工作的展望104-106
• 参考文献106-117
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果117-118
• 攻读博士学位期间参加的科研工作118-119
• 致谢119-120
• 作者简介120

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