某燃气轮机底盘材料的国产化研究

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。

2 结论

通过对Q345R和Q345D分别取样试验，发现虽然Q345R的标准仅要求在0℃时满足冲击吸收能量要求，但由于Q345R在冶炼时对杂质元素的控制更为严格，使其在-20℃时的冲击吸收能量值相比Q345D更为优秀。在-20℃的低温环境服役时，使用Q345R和Q345D来替代S355J2都是可行的。