[发明专利]一种通过稀土处理提高水轮机转轮抗点状空蚀性能的方法在审
申请号: | 201910846513.7 | 申请日: | 2019-09-09 |
公开(公告)号: | CN110453036A | 公开(公告)日: | 2019-11-15 |
发明(设计)人: | 王培;张成平;刘功梅;王长罡;李殿中;董俊华;李文学;刘洁 | 申请(专利权)人: | 中国科学院金属研究所;三峡机电工程技术有限公司 |
主分类号: | C21C7/00 | 分类号: | C21C7/00;C21C7/06;C21C7/064 |
代理公司: | 21234 沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙) | 代理人: | 张志伟<国际申请>=<国际公布>=<进入 |
地址: | 110016辽*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 点状 水轮机转轮 锻件 空蚀 夹杂物 点蚀 钢液 铸件 水轮机 改变材料 钢铁材料 高速水流 空蚀现象 稀土处理 制品领域 镧铈合金 钢水 传统的 纯金属 点位 固溶 全氧 软吹 上冠 下环 冲刷 叶片 精炼 稀土 冶炼 诱发 变质 | ||
本发明属于钢铁材料及其制品领域,特别是一种通过稀土处理提高水轮机转轮抗点状空蚀性能的方法,适应于通过改变材料中夹杂物数量和类型提高水轮机转轮铸件/锻件抗点状空蚀性能的问题。在传统的VD、VOD、AOD等方法冶炼水轮机转轮铸件/锻件(包括上冠、下环、叶片)钢液时,在控制精炼后钢水中全氧含量不高于40ppm,S含量不高于80ppm的基础上,在VD、VOD或AOD后期按照吨钢100~500g的加入量,向钢液中添加氧含量不高于150ppm的镧、铈纯金属或镧铈合金,而后进行软吹处理20min。上述处理的变质夹杂物作用,将会减轻水轮机铸/锻件服役时在高速水流冲刷下诱发局部点状空蚀的问题;固溶稀土将会提高材料的点蚀点位,从而避免因点蚀引发的局部点状空蚀现象。
技术领域
本发明属于钢铁材料及其制品领域,特别是一种通过稀土处理提高水轮机转轮抗点状空蚀性能的方法。
背景技术
水电作为目前最成熟的可再生能源发电技术在世界范围内得到广泛应用,满足目前全世界20%以上的电力需求,有超过55个国家一半以上的电力由水电提供。在水电站中,水轮机转轮是水能-动能转换的核心部件,其在水流的高速冲击下带动发电机中动子转动,进而实现发电的目标。在高速水流的冲击下,空泡腐蚀(简称空蚀)是水轮机转轮部件最为常见、危害性最大的失效形式。空蚀的发生和转轮部件表面的水流状态密切相关。因此,水力流体力学领域专家学者从控制水流状态角度优化水轮机转轮结构和流线,大幅减轻水轮机转轮部件发生大面积空蚀的可能性,显著提升水轮机转轮部件的服役安全性和服役寿命。
但随着水轮机转轮的功率不断增加,使役条件越来越苛刻,在水轮机转轮部件中常出现分散的点状空蚀现象,该现象的发生对于水轮机转轮部件的安全服役造成不利影响。
因此,如何在不改变水轮机转轮运行条件、水轮机转轮材料及其宏观力学性能的基础上,提升水轮机转轮抗局部点蚀能力,对于水轮机转轮的长期安全服役具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过稀土处理提升水轮机转轮铸/锻件抗点状空蚀能力的方法,在不改变水轮机转轮铸/锻件合金成分以及铸锻造工艺,尽量不增加或者少量增加生产成本的情况下,仅通过稀土处理,来改变水轮机转轮铸/锻件中夹杂物的形貌、尺寸和性质,同时提高材料的点蚀电位,从而避免水轮机转轮部件在服役过程中出现因夹杂物或点蚀引发的局部水流状态变化而导致的点状空蚀问题。
为了达到上述目的,本发明主要技术方案包括如下内容:
一种通过稀土处理提高水轮机转轮抗点状空蚀性能的方法,该方法包括以下步骤:
(1)在钢水经过VD、VOD或AOD处理后期,钢水中氧含量低于40ppm,硫含量低于80ppm时,添加符合要求的纯稀土或稀土合金,添加稀土后进行软吹处理,促进稀土反应产物的上浮去除;
(2)按照吨钢添加100~500g氧含量不超过150ppm的纯La、Ce或La+Ce稀土合金,进行稀土处理;
(3)稀土处理后的钢液在随后的浇注过程中需要加强保护,避免二次氧化;
(4)稀土处理后的钢液浇注形成铸件或钢锭后,后续热加工工艺与常规工艺相同。
所述的通过稀土处理提高水轮机转轮抗点状空蚀性能的方法,添加稀土后进行10~30min的软吹处理,使钢液中大尺寸Al2O3、MnS夹杂物变质为弥散分布的球状稀土氧硫化物;同时,有一部分稀土将以固溶态形式存在于钢中。
所述的通过稀土处理提高水轮机转轮抗点状空蚀性能的方法,稀土通过压入方式使所述稀土材料透过冶炼渣层直接进入钢水中。
所述的通过稀土处理提高水轮机转轮抗点状空蚀性能的方法,经过稀土处理后的钢液,在随后的转运、倒包和浇注过程中通过控制添加保护渣或型腔内充填氩气方式加强保护,避免二次氧化。
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