專利名稱：用做耐620℃高溫的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，特別設(shè)計(jì)一種用做耐620°C高溫的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，對電力的需求量也越來越大，發(fā)電量增長所帶來的一次能源消耗問題也越來越受到人們的關(guān)注。轉(zhuǎn)子作為汽輪機(jī)組的核心部件，其壽命與可靠性一直是人們關(guān)注的重要課題，為了滿足工程實(shí)際的要求，高溫部件的材料選擇及設(shè)計(jì)的研究有待繼續(xù)進(jìn)行。現(xiàn)階段，汽輪機(jī)單機(jī)容量越來越大，性能越來越好，主要技術(shù)手段之一是提高蒸汽的壓力和溫度，亞臨界、超臨界汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)分別從溫度538°C、壓力17MPa提高到溫度600°C、壓力24_28MPa，隨著汽輪機(jī)工作環(huán)境中蒸汽溫度和壓力的提高，對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料的性能的要求也越來越高。在現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子材料中，目前國內(nèi)列入JB/T標(biāo)準(zhǔn)中滿足屈服強(qiáng)度等級為650MPa以上的汽輪機(jī)高溫轉(zhuǎn)子材料，可供選用的有12CrIONiMoWVNbN等。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，作為620°C使用的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料的鋼種在620°C /10萬小時條件下持久強(qiáng)度極限應(yīng)該在大于等于IOOMPa0 12CrlONiMoWVNbN鋼種雖有良好的屈服強(qiáng)度和塑性，但最高工作溫度不能超過600°C，作為長時高溫性能指標(biāo)的 持久強(qiáng)度極限，在620°C /10萬小時條件下只有75MPa左右，已不能滿足工作溫度為620°C的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)要求。耐熱材料的持久強(qiáng)度是指給定的溫度下和規(guī)定的時間內(nèi)斷裂時的強(qiáng)度，持久強(qiáng)度試驗(yàn)不僅反映材料在高溫長期應(yīng)力作用下的斷裂應(yīng)力，而且還表明斷裂時的塑性。在同樣溫度下，10萬小時的持久強(qiáng)度極限越高，表明材料的長時高溫性能越好。一般會對材料做一些應(yīng)力較高而時間較短的試驗(yàn)，然后根據(jù)這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用外推法，得出更長時間的持久強(qiáng)度值。為了保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子應(yīng)具備良好的長時高溫性能。由于12CrIONiMoffVNbN等鋼的高溫性能不能滿足工作溫度為620°C的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)要求，因此它的使用范圍受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種含鈷和硼的用做耐620°C高溫的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料，用于提高現(xiàn)有技術(shù)中汽輪機(jī)高溫轉(zhuǎn)子鋼材料的長時高溫性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種用做耐620°C高溫的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料，所述的汽輪機(jī)高溫轉(zhuǎn)子材料為13Cr9Mo2CoINiVNbNB，所含的化學(xué)元素和質(zhì)量百分含量為:C 0.10 % 0.18%，Mn 0.20 % 0.90%，Cr 9.00 % 10.00%，Mo1.20% 1.80%，Ni 0.10% 0.50%，
Co 0.70% L 50%，V 0.10% 0.50%，N 0.010% 0.050%，Nb 0.02% 0.08%，B 0.006 % 0.015%，雜質(zhì)的含量< 0.18%，余量為鐵。優(yōu)選地，以汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料的總質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)，所述的雜質(zhì)包括的主要成分及對應(yīng)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:Si ^ 0.15%,P ^ 0.015%,S <0.015%。優(yōu)選地，以汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料的總質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)，所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料所含的各元素的質(zhì)量百分含量為:C 0.10 % 0.16%，Mn 0.25 % 0.90%，`Cr 9.00 % 9.80%，Mo1.30% 1.70%，Ni 0.10 % 0.45%，Co 0.80% 1.40%，V 0.15 % 0.45%，N 0.015 % 0.050%，Nb 0.03 % 0.07%，B 0.006 % 0.013%，雜質(zhì)元素的含量為:Si ^ 0.15%,P^ 0.015%,S<0.010%。余量為鐵。表I為本發(fā)明汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料與現(xiàn)有鋼材料12CrIONiMoWVNbN的化學(xué)成分對比表。由表I可以看出，本發(fā)明與現(xiàn)有的高溫轉(zhuǎn)子材料12CrIONiMoWVNbN等鋼相比，本發(fā)明轉(zhuǎn)子材料的成分特點(diǎn)是不含W元素，降低了 Cr、Ni和N元素的含量，提高了 Mo元素含量，同時添加了合金兀素Co和B。用本發(fā)明的汽輪機(jī)高溫轉(zhuǎn)子鋼材料制備成轉(zhuǎn)子鍛件的制備方法，所述的制備方法包括以下步驟:I)堿性電爐冶煉:按配比稱取中間合金在堿性電爐冶煉成合金溶液；2)鋼包精煉:步驟I)中的合金溶液繼續(xù)經(jīng)鋼包精煉，并進(jìn)一步的調(diào)節(jié)化學(xué)元素的含量，使其重量比符合設(shè)計(jì)要求，經(jīng)鋼包精煉過程后合金溶液澆注成電極棒；
3)電渣重熔:步驟(2)中經(jīng)鋼包精煉的電極棒再通過電渣重熔處理；4)凝固:均勻后的合金溶液冷卻凝固，形成鋼錠；5)鍛造:將鋼錠鍛造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子型坯，使其形狀和尺寸符合工藝設(shè)計(jì)要求，并消
除內(nèi)部缺陷；6)熱 處理:對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子型坯進(jìn)行熱處理并經(jīng)測試檢驗(yàn)使其性能符合設(shè)計(jì)要求，
最終形成轉(zhuǎn)子鍛件。步驟2)中的鋼包精煉過程是用現(xiàn)有技術(shù)中的鋼包精煉爐對合金溶液進(jìn)行精煉。步驟3)中的電渣重熔為現(xiàn)有技術(shù)，主要原理是利用電流通過熔渣時產(chǎn)生的電阻熱
作為熱源進(jìn)行熔煉的方法，通過電渣重熔可以調(diào)節(jié)合金溶液的均勻性和純凈度。步驟6)中熱處理的工藝及溫度參數(shù)具體為:先將轉(zhuǎn)子鍛件均勻加熱至1050°C
1150°C，充分保溫后進(jìn)行油冷、水冷或風(fēng)冷；在得到良好的相變組織以后，鍛件應(yīng)在適當(dāng)溫
度下回火兩次，第一次回火溫度為550°C 680°C，第二次回火溫度應(yīng)不低于680°C。表I汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料13Cr9Mo2CoINiVNbNB的化學(xué)成分
權(quán)利要求
1.一種用做耐620°c高溫的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料，其特征在于，所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料所含的化學(xué)元素和質(zhì)量百分含量為: C 0.10% 0.18%， Mn 0.20% 0.90%， Cr 9.00% 10.00%， Mo1.20% 1.80%， Ni 0.10% 0.50%， Co 0.70% 1.50%， V0.10% 0.50%， N 0.010% 0.050%， Nb 0.02% 0.08%， B 0.006% 0.015%， 雜質(zhì) <0.18%， 余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料，其特征在于，以汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料的總質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)， 所述的雜質(zhì)包括的主要成分及對應(yīng)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為: Si ^ 0.15% P ^ 0.015% S 彡 0.015%。
3.如權(quán)力要求1-2所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料，其特征在于，優(yōu)選地，以汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料的總質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)，所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料所含的各元素的質(zhì)量百分含量為: C 0.10% 0.16%， Mn 0.25% 0.90%， Cr 9.00% 9.80%， Mo1.30% 1.70%， Ni 0.10% 0.45%， Co 0.80% 1.40%， V0.15% 0.45%， N 0.015% 0.050%， Nb 0.03% 0.07%， B 0.006% 0.013%， 雜質(zhì)元素的含量為: Si ^ 0.15%, P ^ 0.015%, S 彡 0.010% ； 余量為鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的汽輪機(jī)高溫轉(zhuǎn)子鋼材料制備成轉(zhuǎn)子鍛件的制備方法，所述的制備方法包括以下步驟: (I)堿性電爐冶煉:按配比稱取中間合金放入堿性電爐冶煉成合金溶液；(2)鋼包精煉:步驟(I)中的合金溶液繼續(xù)經(jīng)鋼包精煉，并進(jìn)一步的調(diào)節(jié)化學(xué)元素的含量，使其重量比符合設(shè)計(jì)要求，鋼包精煉后澆注成電極棒； (3)電渣重熔:步驟(2)中經(jīng)鋼包精煉的電極棒再通過電渣重熔處理； (4)凝固:電渣重熔后的合金溶液冷卻凝固，形成鋼錠； (5)鍛造:將鋼錠鍛造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子型坯； (6)熱處理:對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子型坯進(jìn)行熱處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的汽`輪機(jī)高溫轉(zhuǎn)子鋼材料在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件領(lǐng)域的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種用做耐620℃高溫的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料，其所含的化學(xué)元素和質(zhì)量百分含量為C0.10％~0.18％，Mn0.20％~0.90％，Cr9.00％~10.00％，Mo1.20％~1.80％，Ni0.10％~0.50％，Co 0.70％~1.50％，V0.10％~0.50％，N0.010％~0.050％，Nb0.02％～0.08％，B0.006％～0.015％；余量為鐵和雜質(zhì)。用該汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料制成的轉(zhuǎn)子鍛件，620℃/10萬小時條件下持久強(qiáng)度極限達(dá)到100MPa以上，比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子材料高25MPa左右，符合設(shè)計(jì)需要，可以滿足620℃長期工作的需要。
文檔編號C22C38/54GK103074550SQ20131004835
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者梅林波, 沈紅衛(wèi), 賈國慶, 劉霞, 吳令萍 申請人:上海電氣電站設(shè)備有限公司