用於超臨界汽輪機葉片的耐熱鋼材料及其製備方法
2023-11-10 05:07:32 1
專利名稱：用於超臨界汽輪機葉片的耐熱鋼材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種用於超臨界汽輪機葉片的耐熱鋼材料及其製備方法。
背景技術：
隨著汽輪機製造技術的發展，單機容量越來越大，汽輪機向超臨界、超超臨界機組發展，其蒸汽溫度和工作壓力分別由原來的520°C、15MI^提高到600°C (更高的到650°C)、 26 30MPa，現有的汽輪機葉片材料的高溫持久性能已不能滿足要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種能有效滿足汽輪機葉片材料的高溫持久性能的耐熱鋼材料及其製備方法。為達到本發明的目的，本發明採用的技術方案為用於超臨界汽輪機葉片的耐熱鋼材料，包括下列重量百分比的各組分
C 0. 09-0. 15% ；Cr 10. 0-10. 5% ；
Mo 0. 65-0. 75% ； Co :3. 0-3. 5% ； W 1. 7-1. 9% ；V 0. 15-0. 25% ；
Nb 0. 03-0. 07% ；N 0. 01-0. 035% ；
B 0. 003-0. 008% ； Ta 0. 03-0. 07% ； 餘量是狗及雜質。上述用於超臨界汽輪機葉片的耐熱鋼材料的製備方法，包括下列步驟
a、取所需元素於非真空感應爐中初煉，熔煉溫度1530-1600°C；在熔煉過程中調節各元素的含量，使其重量比符合設計要求，控制雜質元素的含量儘量低，溶液澆注成自耗電極；
b、將上述自耗電極於電渣爐中重熔精煉，進一步降低雜質元素的含量，使其符合設計要求，製成電渣錠。在上述方案中，在所述步驟b之後，還包括下列步驟 C、將步驟b所述的電渣錠加熱鍛造或軋製成鋼棒；
d.鋼棒鍛後進行退火熱處理，步驟及工藝參數如下
將鋼棒加熱至760°C，保溫3-8小時後，在退火爐中冷卻至650-680°C並保溫12 20 小時後，出爐空冷；
e.然後對成品鋼棒進行表面車光處理，消除表面缺陷並使鋼棒尺寸、形狀、表面質量滿足設計要求；
f.對成品鋼棒力學性能進行檢驗，在成品鋼棒上取樣，進行室溫拉伸試驗和高溫持久試驗。在上述方案中，在步驟f中，取樣後對試樣進行熱處理，其處理步驟為 淬火加熱溫度> 1100°C，時間為1小時，冷卻方式為油冷；
回火加熱溫度> 650°C，時間為2小時，冷卻方式為空冷。
3
從上述發明的各項技術特徵可以得出，本發明的優點為通過本發明的各組分配比以及製備方法後，通過室溫拉伸試驗和高溫持久試驗，其成品技術指標檢測結果為 室溫拉伸試驗技術效果如下
抗拉強度---------------Rm ^ 965N/mm2 ；
屈服強度---------------Rp0.2彡780N/mm2 ；
伸長率-----------------A4 ^ 14% ；
斷面收縮率--------------Z ^ 32% ；
衝擊功------------------AKv 彡 24. 5J/cm2 ；
硬度--------------------HB 277-331 ；
高溫持久試驗技術效果如下 斷裂時間T彡100小時； 斷裂後伸長率A5 > 10% ； 斷面收縮率Z ^ 60% ；
在本發明中，Ta的使用，克服了元素Nb過量帶來的缺點，可以起到細化晶粒，提高鋼的強度和韌性的作用；還可以克服元素B過量帶來的缺點，提高鋼的高溫持久性能，同時B降低，有利於鋼的熱加工，可以有效的避免B過高引起的熱加工脆性；另外Ta還能提高鋼在高溫下的耐蝕性和耐磨性。用本發明的耐熱鋼材料製造的汽輪機葉片，能夠滿足600°C -650°C、26 30MPa蒸汽參數工況下的使用要求。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明做進一步的描述 實施例1
在本實施例中，我們採用下列重量百分比的各組分:C :0. 12% ；Cr 10. 30% ；Mo :0. 72% ； Co 3. 18% ；W 1. 75% ； V :0. 22% ；Nb :0. 06% ；N :0. 018% ；B :0. 0042% ；Ta :0. 04%，餘量是 Fe 及雜質。將上述元素按規定比例於非真空感應爐中初煉，熔煉溫度1530-1600°c ；在熔煉過程中調節各元素的含量，使其重量比符合設計要求，控制雜質元素的含量儘量低，溶液澆注成自耗電極；
將上述自耗電極於電渣爐中重熔精煉，進一步降低雜質元素的含量，使其符合設計要求，製成電渣錠。我們可以將上述電渣錠製作成鋼棒，然後進行室溫拉伸試驗和高溫持久試驗，以檢測產品的性能，通過下列步驟實現
將上述電渣錠加熱鍛造或軋製成鋼棒；
鋼棒鍛後進行退火熱處理，步驟及工藝參數如下將鋼棒加熱至760°C，保溫3-8小時後，在退火爐中冷卻至650-680°C並保溫12 20小時後，出爐空冷；
然後對成品鋼棒進行表面車光處理，消除表面缺陷並使鋼棒尺寸、形狀、表面質量滿足設計要求；
對成品鋼棒力學性能進行檢驗，在成品鋼棒上取樣，進行室溫拉伸試驗和高溫持久試驗。通過上述步驟，我們在鋼棒上取樣進行熱處理，然後進行性能檢測，熱處理步驟為
淬火加熱溫度> 1100°C，時間為1小時，冷卻方式為油冷； 回火加熱溫度> 650°C，時間為2小時，冷卻方式為空冷。通過上述步驟後，我們對試樣進行室溫拉伸試驗和高溫持久試驗，檢測得到其各項技術指標為
抗拉強度---------------Rm彡1050N/mm2 ；
屈服強度---------------Rp0.2彡875N/mm2 ；
伸長率-----------------A4 ^ 16% ；
斷面收縮率--------------Z ^ 55% ；
衝擊功------------------AKv彡68J/cm2 ；
硬度--------------------HB301 ；
高溫持久試驗技術效果如下 斷裂時間T彡120小時； 斷裂後伸長率A5 >20% ； 斷面收縮率Z > 63%。實施例2
在本實施例中，我們採用下列重量百分比的各組分=C 0. 11% ；Cr 10. 37% ；Mo :0. 71% ； Co 3. 12% ；W 1. 77% ； V :0. 21% ；Nb :0. 05% ；N :0. 027% ；B :0. 0045% ；Ta :0. 05%,餘量是Fe 及雜質。其餘操作步驟同實施例1，最後對試樣進行室溫拉伸試驗和高溫持久試驗，檢測得到其各項技術指標為
抗拉強度---------------Rm彡1030N/mm2 ；
屈服強度---------------Rp0.2彡870N/mm2 ；
伸長率-----------------A4 ^ 18% ；
斷面收縮率--------------Z ^ 56% ；
衝擊功------------------AKv彡75J/cm2 ；
硬度--------------------HB307 ；
高溫持久試驗技術效果如下 斷裂時間T彡127小時； 斷裂後伸長率A5；
斷面收縮率Z > 70%。實施例3
在本實施例中，我們採用下列重量百分比的各組分=C 0. 13% ；Cr 10. 33% ；Mo :0. 70% ； Co 3. 28% ；W 1. 71% ； V :0. 20% ；Nb :0. 05% ；N :0. 028% ；B :0. 0043% ；Ta :0. 04%,餘量是Fe 及雜質。其餘操作步驟同實施例1，最後對試樣進行室溫拉伸試驗和高溫持久試驗，檢測得到其各項技術指標為
5抗拉強度屈服強度伸長率一
Rm 彡 1060N/W ； -Rp0.2 彡 880N/W ； -A4 彡 17% ；
斷面收縮率
Z 彡 57% ；
衝擊功硬度一
-AKv 彡 37J/cm2 ； Β311 ；
高溫持久試驗技術效果如下 斷裂時間T彡119小時； 斷裂後伸長率A5 >22% ； 斷面收縮率Z > 68%。實施例4
在本實施例中，我們採用下列重量百分比的各組分=C 0. 12% ；Cr 10. 28% ；Mo :0. 72% ； Co 3. 21% ；W 1. 72% ； V :0. 21% ；Nb :0. 06% ；N :0. 026% ；B :0. 0039% ；Ta :0. 045%，餘量是 Fe
及雜質。其餘操作步驟同實施例1，最後對試樣進行室溫拉伸試驗和高溫持久試驗，檢測得到其各項技術指標為
抗拉強度---------------Rm彡1070N/mm2 ；
屈服強度---------------Rp0.2彡845N/mm2 ；
伸長率-----------------A4 ^ 17% ；
斷面收縮率--------------Z ^ 54% ；
衝擊功------------------AKv彡43J/cm2 ；
硬度--------------------HB310 ；
高溫持久試驗技術效果如下 斷裂時間T彡124小時； 斷裂後伸長率A5；
斷面收縮率Z > 72%。實施例5
在本實施例中，我們採用下列重量百分比的各組分=C 0. 13% ；Cr 10. 32% ；Mo :0. 71% ； Co 3. 16% ；W 1. 73% ； V :0. 20% ；Nb :0. 06% ；N :0. 025% ；B :0. 0047% ；Ta :0. 05%，餘量是 Fe 及雜質。其餘操作步驟同實施例1，最後對試樣進行室溫拉伸試驗和高溫持久試驗，檢測得到其各項技術指標為
抗拉強度---------------Rm ^ 1040N/mm2 ；
屈服強度---------------Rp0.2彡865N/mm2 ；
伸長率-----------------A4 ^ 17% ；
斷面收縮率--------------Z ^ 52% ；
衝擊功------------------AKv彡51J/cm2 ；
硬度--------------------HB300 ；
高溫持久試驗技術效果如下斷裂時間T彡115小時； 斷裂後伸長率A5 >20% ； 斷面收縮率Z > 68%。實施例6
在本實施例中，我們採用下列重量百分比的各組分=C 0. 09% ；Cr 10. 0% ；Mo :0. 65% ； Co 3. 0% ；W 1. 7% ； V 0. 15% ；Nb :0. 03% ；N :0. 01% ；B :0. 003% ；Ta :0. 03%,餘量是 Fe 及雜質。其餘操作步驟同實施例1，最後對試樣進行室溫拉伸試驗和高溫持久試驗，檢測得到其各項技術指標為
抗拉強度---------------Rm ^ 972N/mm2 ；
屈服強度---------------Rp0.2彡800N/mm2 ；
伸長率-----------------A4 ^ 15% ；
斷面收縮率--------------Z ^ 38% ；
衝擊功------------------AKv彡32J/cm2 ；
硬度--------------------HB278 ；
高溫持久試驗技術效果如下 斷裂時間T彡106小時； 斷裂後伸長率A5 > 11% ； 斷面收縮率Z > 62%。實施例7
在本實施例中，我們採用下列重量百分比的各組分=C 0. 15% ；Cr 10. 5% ；Mo :0. 75% ； Co 3. 5% ；W 1. 9% ； V 0. 25% ；Nb :0. 07% ；N :0. 035% ；B :0. 008% ；Ta :0. 07%,餘量是 Fe 及雜質。其餘操作步驟同實施例1，最後對試樣進行室溫拉伸試驗和高溫持久試驗，檢測得到其各項技術指標為
抗拉強度---------------Rm ^ 990N/mm2 ；
屈服強度---------------Rp0.2彡790N/mm2 ；
伸長率-----------------A4 ^ 16% ；
斷面收縮率--------------Z ^ 43% ；
衝擊功------------------AKv彡48J/cm2 ；
硬度--------------------HB301 ；
高溫持久試驗技術效果如下 斷裂時間T彡109小時； 斷裂後伸長率A5 > 14% ； 斷面收縮率Z > 68%。
實施例8
在本實施例中，我們採用下列重量百分比的各組分=C 0. 12% ；Cr 10. 2% ；Mo :0. 71% ； Co 3. 25% ；W 1. 8% ； V 0. 20% ；Nb :0. 05% ；N :0. 02% ；B :0. 006% ；Ta :0. 06%,餘量是 Fe 及雜質。
其餘操作步驟同實施例1，最後對試樣進行室溫拉伸試驗和高溫持久試驗，檢測得到其各項技術指標為
抗拉強度---------------Rm ^ 978N/mm2 ；
屈服強度---------------Rp0.2彡860N/mm2 ；
伸長率-----------------A4 ^ 19% ；
斷面收縮率--------------Z ^ 44% ；
衝擊功------------------AKv彡57J/cm2 ；
硬度--------------------HB308 ；
高溫持久試驗技術效果如下 斷裂時間T彡119小時； 斷裂後伸長率A5 > 19% ； 斷面收縮率Z > 71%。本說明書中公開的所有特徵，除了互相排斥的特徵以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要)中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。
權利要求
1.用於超臨界汽輪機葉片的耐熱鋼材料，其特徵在於包括下列重量百分比的各組分 C 0. 09-0. 15% ；Cr :10. 0-10. 5% ；Mo 0. 65-0. 75% ； Co :3. 0-3. 5% ； W 1. 7-1. 9% ；V 0. 15-0. 25% ；Nb 0. 03-0. 07% ；N 0. 01-0. 035% ；B 0. 003-0. 008% ； Ta 0. 03-0. 07% ； 餘量是狗及雜質。
2.根據權利要求1所述的用於超臨界汽輪機葉片的耐熱鋼材料的製備方法，其特徵在於包括下列步驟a、取所需元素於非真空感應爐中初煉，熔煉溫度1530-1600°C；在熔煉過程中調節各元素的含量，使其重量比符合設計要求，控制雜質元素的含量儘量低，溶液澆注成自耗電極；b、將上述自耗電極於電渣爐中重熔精煉，進一步降低雜質元素的含量，使其符合設計要求，製成電渣錠。
3.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於在所述步驟b之後，還包括下列步驟 C、將步驟b所述的電渣錠加熱鍛造或軋製成鋼棒；d.鋼棒鍛後進行退火熱處理，步驟及工藝參數如下將鋼棒加熱至760°C，保溫3-8小時後，在退火爐中冷卻至650-680°C並保溫12 20 小時後，出爐空冷；e.然後對成品鋼棒進行表面車光處理，消除表面缺陷並使鋼棒尺寸、形狀、表面質量滿足設計要求；f.對成品鋼棒力學性能進行檢驗，在成品鋼棒上取樣，進行室溫拉伸試驗和高溫持久試驗。
4.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於在步驟f中，取樣後對試樣進行熱處理，其處理步驟為淬火加熱溫度> 1100°C，時間為1小時，冷卻方式為油冷； 回火加熱溫度> 650°C，時間為2小時，冷卻方式為空冷。
全文摘要
本發明為用於超臨界汽輪機葉片的耐熱鋼材料及其製備方法。各組分重量百分比C0.09-0.15%；Cr10.0-10.5%；Mo0.65-0.75%；Co3.0-3.5%；W1.7-1.9%；V0.15-0.25%；Nb0.03-0.07%；N0.01-0.035%；B0.003-0.008%；Ta0.03-0.07%，餘量是Fe及雜質。取所需元素於非真空感應爐中初煉，熔煉溫度1530-1600℃；熔煉過程中調節各元素含量，控制雜質含量儘量低，溶液澆注成自耗電極；自耗電極在電渣爐中重熔精煉，儘量降低雜質元素含量並製成電渣錠。本發明能滿足汽輪機葉片材料高溫持久性能技術要求。
文檔編號F01D5/28GK102181789SQ20111010607
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月27日 優先權日2011年4月27日
發明者張華國, 羅明, 雷德江, 黃志永 申請人:四川六合鍛造股份有限公司