专利名称：大型汽轮机用不锈钢弹簧材料及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及不锈钢材料，尤其涉及不锈钢弹簧材料的改进。
背景技术：
不锈钢弹簧是广泛应用于石油、航天、环保、机械和电子电工设备中的重要零部 件，常利用弹簧的弹力及时、自动的有效驱动相关部件，自动实现相关功能，由于机械装置 设备应用面广、涉及各行各业，工作环境复杂，涉及高温、高压、腐蚀、工作频率等，因而对其 中的弹簧的具体要求各不相同，有的弹簧只需要具备某一方面的性能要求，有的弹簧却要 求同时具备多个方面的性能要求，而有的弹簧除了需要同时具备多种性能要求外，还要适 应复杂的工作环境，特别是国家重点攻关项目价格过亿元的大型汽轮上配套的关键弹簧， 不仅对弹簧的弹力、压缩长度、抗疲劳性能等指标有很高的要求，还对弹簧的耐腐蚀性能、 每分钟一万多次往复的高频工作性能，IOOO0C以上的耐高温性能以及在高频高温工作状态 下的抗疲劳性能、抗高频突变载荷性能、耐高温蒸汽腐蚀性能和长期连续工作几年不失效 等都有着近乎苛刻的特殊要求。从国外进口不仅要花费巨额费用，而且国外在高科技大型 设备的关键技术上对我国实行技术封锁，常以加工难度大、交货期长为借口故意拖延，甚至 拒绝订货，更重要的是在关键制造技术上依赖国外，受制于人，对我国的科技发展和经济发 展都十分不利，而目前我国的弹簧产品很少能达到这样的高要求，除了弹簧结构设计方面 的原因外，弹簧的材料更是难以解决的关键问题，目前尚未发现能适应上述苛刻要求的特 殊的弹簧材料。
发明内容
针对现有技术所存在的上述不足，本发明的目的是要提供一种大型汽轮机用不锈 钢弹簧材料及其应用，用它制造的弹簧具有良好的抗疲劳性能、抗突变载荷性能、耐高温和 耐腐蚀性能，可连续工作几年不失效。为了解决上述技术问题，本发明解决技术问题的技术方案是一种耐高温、高频和 抗疲劳的不锈钢弹簧的基体材料除允许量的微量杂质外，由下列质量百分比的成份组成 0. 047 ≤ C ≤ 0. 052,0. 53 ≤ Mn ≤ 0. 58,0. 0028 ≤ S ≤ 0. 0032,0. 0088 ≤ P ≤ 0. 0092、 0.49 ≤ Si ≤ 0. 53,4. 84 ≤ Fe ≤ 4. 89、15. 23 ≤ Cr ≤15. 29,0. 018 ≤ V ≤ 0.023、 4. 05 ≤ W ≤ 4. 09,15. 4 ≤ Mo ≤ 15. 8,0. 009 ≤ Co ≤ 0. 011,1. 05 ≤ Nb ≤1. 08, 2. 57 ≤ Ti ≤ 2. 60,0. 025 ≤ Cu ≤ 0. 035，其余为 Ni。上述大型汽轮机用不锈钢弹簧材料的应用该耐高温、高频和抗疲劳的不锈钢弹 簧材料应用于制造弹簧。采用上述大型汽轮机用不锈钢弹簧材料的配方组份后，不锈钢材料的弹性极限、 屈服点、抗拉强度、韧性、耐高温、耐高频、耐腐蚀性能等均有较大的提高，其中不锈钢中的 Si能提高不锈钢材料的弹性极限、屈服点和抗拉强度，材料中的Ti、Mo、Nb等化学元素有细 化分子晶粒的作用，提高材料的冲击韧性和强度；Ni、Mn等化学元素也使不锈钢材料具行良好的韧性和强度，这对弹簧在1万多次/分钟的高频状态下工作有着明显优势，而不锈钢 材料中的Mo、Ni、Cr、Si等化学元素能显著提高材料的耐高温性能，能使弹簧在1000°C以上 的高温下处于良好的工作状态，其中Mo还具有抗蠕变性能好的特点；不锈钢材料中Si和 W、Mo、Cr等元素结合以及Ni、Cr、Cu等化学元素还能显著提高不锈钢材料的抗氧化性和耐 腐蚀性能，Ti能够避免不锈钢材料的晶间腐蚀，进一步提高不锈钢材料的耐腐蚀性能，能够 使弹簧在高温蒸汽下长期连续工作，Si、Ti、Mo、Nb、Ni等化学元素也较好的提高了不锈钢 材料的抗疲劳性能。弹簧在高频、高温状态下具备良好的抗疲劳性能和抗突变载荷性能，除了可通过 在不锈钢材料中添加适量的化学元素提高材料的弹性极限、强度和冲击韧性外，弹簧丝尺 寸的均勻一致，也是弹簧工作时弹性区各处的应力基本相同、型变基本一致、避免应力不同 导致弹簧丝疲劳断裂的重要保证，这就要求不锈钢材料具有良好的机械加工性能，而不锈 钢材料中的M和较低的C含量都使不锈钢材料具有良好的塑性和机械加工性能，能够加工 出合乎要求的弹簧钢丝。大型汽轮机用不锈钢弹簧材料的基体材料除允许量的微量杂质外，更适宜的质量 百分比的成份组成c :0. 05、Mn :0. 56、S :0. 003、P :0. 009、Si :0. 51、Fe :4. 87、Cr :15. 26、 V :0. 02, W 4. 07,Mo :15. 6, Co :0. 01，Nb :1. 07, Ti :2. 58, Cu :0. 03，其余为 Ni。该配方的成
份组成更能提高不锈钢材料的抗疲劳性能、耐高温、高频、耐腐蚀性能和机械加工性能。
具体实施例方式本发明的非限定性实施例实施例1 基体材料中除允许量的P、S微量杂质外，由下列质量百分比的成份组成 0. 047 ^ C ^ 0. 052,0. 53 ^ Mn ^ 0. 58,0. 0028 彡 S 彡 0. 0032,0. 0088 彡 P 彡 0. 0092、 0.49 ^ Si ^ 0. 53,4. 84 ^ Fe ^ 4. 89,15. 23 ^ Cr ^ 15. 29,0. 018 彡 V 彡 0.023、 4. 05 ^ W ^ 4. 09,15. 4 ^ Mo ^ 15. 8,0. 009 ^ Co ^ 0. 011,1. 05 ^ Nb ^ 1.08、 2. 57 ^ Ti ^ 2. 60,0. 025 彡 Cu 彡 0. 035，其余为 Ni。该配方冶炼的不锈钢制成的弹簧，具有较好的抗疲劳性能、韧性、耐高温、耐高频、 耐腐蚀性能，能够适应1万多次/分钟的高频率和1000°c以上的高温和高温蒸汽的腐蚀，并 具有良好的机械加工性能。实施例2:基体材料中除允许量的P、S微量杂质外，由下列质量百分比的成份组成C :0. 05、 Mn :0. 56, S :0. 003,P :0. 009, Si :0. 51、Fe :4. 87, Cr :15. 26, V :0. 02, W :4. 07,Mo :15. 6, Co 0. 01，Nb :1. 07、Ti :2. 58、Cu :0. 03，其余为 Ni。该配方冶炼的不锈钢制成的弹簧，具有较好的抗疲劳性能、韧性、耐高温、耐高频、 耐腐蚀性能，能够更好的适应1万多次/分钟的高频率和1000°c以上的高温和高温蒸汽的 腐蚀，并具有良好的机械加工性能。
权利要求
1.一种大型汽轮机用不锈钢弹簧材料，其特征为基体材料中除允许量的P、S微 量杂质外，由下列质量百分比的成份组成0. 047 ^ C ^ 0. 052,0. 53 ^ Mn ^ 0. 58、 0. 0028 彡 S 彡 0. 0032,0. 0088 彡 P 彡 0. 0092,0. 49 ^ Si ^ 0. 53,4. 84 ^ Fe ^ 4. 89、 15.23 ^ Cr ^ 15. 29,0. 018 彡 V 彡 0. 023,4. 05 ^ W ^ 4. 09,15. 4 ^ Mo ^ 15.8、 0. 009 彡 Co 彡 0. 011,1. 05 ^ Nb ^ 1. 08,2. 57 ^ Ti ^ 2. 60,0. 025 彡 Cu 彡 0. 035，其余为 Ni。
2.一种大型汽轮机用不锈钢弹簧材料，其特征为用于制造大型汽轮机用弹簧。
3.根据权利要求1所述的大型汽轮机用不锈钢弹簧材料其特征为基体材料中除允 许量的P、S微量杂质外，由下列质量百分比的成份组成:C :0. 05、Mn :0. 56、S :0. 003、P 0. 009、Si 0. 51、Fe :4. 87、Cr :15. 26、V :0. 02、W :4. 07、Mo :15. 6、Co :0. 01，Nb :1. 07、Ti 2. 58、Cu 0. 03，其余为 Ni。
全文摘要
本发明涉及不锈钢材料，尤其涉及不锈钢弹簧材料的改进。本发明大型汽轮机用不锈钢弹簧材料的基体材料中除允许量的P、S微量杂质外，由下列质量百分比的成份组成0.047≤C≤0.052、0.53≤Mn≤0.58、0.0028≤S≤0.0032、0.0088≤P≤0.0092、0.49≤Si≤0.53、4.84≤Fe≤4.89、15.23≤Cr≤15.29、0.018≤V≤0.023、4.05≤W≤4.09、15.4≤Mo≤15.8、0.009≤Co≤0.011、1.05≤Nb≤1.08、2.57≤Ti≤2.60、0.025≤Cu≤0.035，其余为Ni。用它制造的弹簧具有良好的抗疲劳性能、抗突变载荷性能、耐高温和耐腐蚀性能，可连续工作几年不失效。
文档编号C22C19/05GK102094139SQ200910262898
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者赵国华 申请人:赵国华