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1Mn18Cr18N是一种无磁性奥氏体不锈钢,具备较高的强度和塑韧性、适宜的热膨胀率、低的磁导率和较高的抗腐蚀性,现已作为主选材料广泛应用于汽轮发电机护环。护环是汽轮发电机组的关键部件之一,是汽轮发电机组中承受应力载荷最高的部件,而且运行环境较为恶劣,长期处于强磁场和腐蚀性氛围中。为了保证护环能够在汽轮发电机组的长期运行过程中安全可靠,研究1Mn18Cr18N护环钢材料的疲劳性能具有十分重要的意义。1Mn18Cr18N材料作为一种单相组织的奥氏体不锈钢,为了达到护环高强度及塑韧性方面优良的综合力学性能,不能应用热处理采用相变的方式来实现,只能通过冷变形强化或增加氮含量形成过饱和固溶体引起晶格畸变的方式达到。本文通过对国内试制生产的600MW汽轮发电机护环进行全面测试,对其进行了化学成分、拉伸、冲击、金相组织、磁性能及应力腐蚀等试验,试验结果表明,国产600MW汽轮发电机护环具备了优良的综合性能。护环在截面厚度方向,从内环到外环强度指标呈现降低趋势,而塑韧性指标呈现升高的趋势。护环不同部位在力学性能上的差异,与护环在热锻和冷变形强化过程中变形程度不同有关,影响了护环不同部位的动态再结晶充分程度和变形强化效果,而产生了强度、塑韧性的差异。护环在正常的运行工况下,承受着离心力、电磁力、装配应力等复杂应力的作用,需要具备较高的疲劳强度。针对护环不同部位力学性能差异及护环运行过程中的受力状态,取样进行1Mn18Cr18N护环钢的高周疲劳试验,通过升降法和最小二乘法精确测试了该护环钢材料的疲劳极限和S-N曲线。试验选取了不同应力水平加载进行高周疲劳试验,测得了对应载荷下的疲劳寿命,通过拟合曲线得到了该护环钢不同载荷下的中值疲劳寿命曲线,在双对数坐标中,应力幅值与疲劳寿命呈线性关系。1Mn18Cr18N护环钢材料107条件疲劳极限约为655MPa,疲劳极限与抗拉强度关系近似为σ-1≈0.61Rm。针对护环在安装、拆卸及运行过程中经历的不同温度,本文研究了加热温度对1Mn18Cr18N护环钢性能的影响。结果表明,加热温度超过500℃以上会出现晶界析出物,而对材料的性能将有不同程度的影响。在汽轮发电机组频繁启、停机或在高峰负荷过程中,护环承受的应力水平将高于正常工况,长期运行会发生应变形式的低周疲劳。为此,本文研究了经过不同温度处理的材料的低周疲劳特性,测试了1Mn18Cr18N护环钢的稳定应力-应变曲线、应变-寿命关系曲线。试验结果表明,1Mn18Cr18N护环钢具有循环软化的特性,并且随着应力幅的增大,其循环软化的程度增加。机组在异常工况下运行存在受到瞬间高载荷冲击的可能,本文通过数值模拟和试验相结合的方法,对经历热套温度作用后的1Mn18Cr18N护环材料的动态断裂韧性进行了测试分析,得到了1Mn18Cr18N护环钢的动态断裂韧性特征值JId,可用于评价护环钢材料抵抗瞬时冲击载荷启裂的能力。