用于630℃超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明具体涉及一种用于630°C超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料及其制造方法。
【背景技术】
[0002]汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。
[0003]汽轮机叶片受高温高压蒸汽的作用，工作中承受着较大的弯矩，高速运转中的动叶片还要承受很高的离心力；处于湿燕汽区的叶片，特别是末级，要经受电化学腐蚀及水滴冲蚀.动叶片还要承受很复杂的激振力。因此，叶片用钢应满足以下要求:有足够的室温、尚温力学性能和抗娜变性能；有尚的抗振动发减能力；尚的组织稳定性；良好的耐腐蚀和抗冲蚀能力；良好的工艺性能。汽轮机叶片种类多样，其中630°C超超临界汽轮机叶片需要要求使用高温性能优质的材料制成。目前国内外多采用高温合金制造该种叶片。采用高温合金不仅大大增加了机组的原材料成本，而且给叶片的加工带来很大困难。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种用于630°C超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料及其制造方法，以解决现有材料制成的汽轮机叶片存在成本高且加工难度大，易出现热疲劳损伤的问题。
[0005]本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:
[0006]一种用于630°C超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料，它按重量百分比化学组成为:
[0007]C+N:0.20 % 以下；Si:0.20 % 以下；Mn:0.60 % 以下；N1:0.7 % 以下；Mo+W:2.20 ?3.20% 以下；V+Nb 或 Ta:0.15 ?0.40%；Co:0.5 ?2.00%；Re 彡 0.30% ；B:0.015以下；余量是杂质，所述杂质为:
[0008]P 彡 0.015% ；S 彡 0.005% ；Cu 彡 0.15%。
[0009]如【具体实施方式】一所述的用于630°C超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料的制造方法，它包括如下步骤:
[0010]步骤一:取制备含Re钢材料的所需元素于电炉或真空感应炉中初炼；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素的含量；
[0011]步骤二:在电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，使其符合设计要求，制成电渣锭；
[0012]步骤三:将电渣锭加热锻造或轧制成含Re钢材料实体；
[0013]步骤四:将Re钢材料实体进行退火热处理:步骤及工艺参数如下:
[0014]将含Re钢材料实体加热至760°C，保温4小时后，在退火炉中冷却至680°C并保温12?20小时后，出炉空冷；
[0015]步骤五:含Re钢材料实体表面处理:对含Re钢材料实体进行表面磨光或车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得含Re钢材料的成品；
[0016]步骤六:在含Re钢材料的成品上取样检验力学性能，进行室温拉伸试验和高温持久试验；
[0017]试样热处理，步骤及工艺参数如下:
[0018]淬火:加热温度1100?1140°C ;冷却方式:油冷或吹风冷
[0019]回火:加热温度660?700°C，时间2?4小时；冷却方式:空冷
[0020]力学性能指标应达到如下:
[0021]抗拉强度:σb ^ 930N/mm2
[0022]屈服强度:σ0.2 彡 750N/mm2
[0023]伸长率:δ^ 15%
[0024]断面收缩率:Φ彡45%
[0025]高温持久试验:
[0026]实验条件:温度650 °C ;应力245N/mm2
[0027]断裂时间T彡300小时。
[0028]本发明与现有技术相比的有益效果:
[0029]1、本发明通过调整部分化学成分，优化设计热处理工艺参数，提高了含Re钢材料的常温力学性能，并在此工艺下进行了一万小时的长时持久性能试验，通过L-M曲线得到的材料高温性能可达630°C，10万小时的持久强度大于lOOMPa，完全满足630°C超超临界汽轮机叶片的使用要求。并且通过本发明制备的含Re钢材料能够保证热膨胀系数与转子钢相当，室温到650°C的平均线膨胀系数在12.0X10_6/°C?12.5X 10_6/°C之间，通过本发明制备的含Re钢材料抵抗热疲劳效果好，不会出现热疲劳损伤现象。
[0030]2、本发明制造过程简单，操作方便，制备成本低廉，与现有技术相比成本降低了50%，制备效率与现有技术相比提高30%。
【具体实施方式】
[0031]【具体实施方式】一:本【具体实施方式】中用于630°C超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料按重量百分比化学组成为:
[0032]C+N:0.20 % 以下；S1:0.20 % 以下；Mn:0.60 % 以下；N1:0.7 % 以下；Mo+W:2.20 ?3.20% 以下；V+Nb 或 Ta:0.15 ?0.40%；Co:0.5 ?2.00%；Re 彡 0.30% ；B:0.015以下；余量是杂质，所述杂质为:P彡0.015% ；S^ 0.005% ;Cu<0.15%。本发明中含Re钢材料的性能和指标为:在630°C、105h持久强度大于10MPa ;室温到650°C的平均线膨胀系数在 12.0X 10-6/。。?12.5X1(T6/°C之间。
[0033]【具体实施方式】二:本【具体实施方式】中用于630°C超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料按重量百分比化学组成为:c:0.14%以下，N:0.05%以下或满足C+N:0.20%以下要求，Si:0.20% 以下，Mn:0.60% 以下，Ni:0.7% 以下，Mo+ff:2.20 ?3.20% 以下，V+Nb 或 Ta:0.15?0.40%, Co:0.5?2.00%, Re..( 0.30%, B:0.015以下。本实施方式中未提及的与【具体实施方式】一相同。
[0034]【具体实施方式】三:本【具体实施方式】中用于630°C超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料按重量百分比化学组成为:c:0.14%以下，S1:0.20%以下，Mn:0.60%以下，N1:0.7%以下，W:2.8%以下，Mo:0.30%以下，或满足Mo+W:2.20?3.20%以下的要求，V+Nb或Ta:0.15?0.40%, Co:0.5?2.00%, Re:彡0.30%, B:0.015以下。本实施方式中未提及的与【具体实施方式】一相同。
[0035]【具体实施方式】四:本【具体实施方式】中用于630°C超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料按重量百分比化学组成为:C+N:0.20%以下，S1:0.20%以下，Mn:0.60%以下，N1:0.7%以下，Mo+W:2.20?3.20%以下，V:0.22%以下，Nb或Ta:0.15%以下，或满足V+Nb或Ta:0.15?0.40%的条件，Co:0.5?2.00%, Re..( 0.30%, B:0.015以下。本实施方式中未提及的与【具体实施方式】一相同。
[0036]【具体实施方式】五:本实施方式中的制造方法包括如下步骤:
[0037]步骤一:取制备含Re钢材料的所需元素于电炉或真空感应炉中初炼；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素的含量；
[0038]步骤二:在电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，使其符合设计要求，制成电渣锭；
[0039]步骤三:将电渣锭加热锻造或轧制成含Re钢材料实体；
[0040]步骤四:将Re钢材料实体进行退火热处理:步骤及工艺参数如下:
[0041]将含Re钢材料实体加热至760V，保温4小时后，在退火炉中冷却至680°C并保温12?20小时后，出炉空冷；
[0042]步骤五:含Re钢材料实体表面处理:对含Re钢材料实体进行表面磨光或车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得含Re钢材料的成品；
[0043]步骤六:在含Re钢材料的成品上取样检验力学性能，进行室温拉伸试验和高温持久试验；
[0044]试样热处理，步骤及工艺参数如下:
[0045]淬火:加热温度1100?1140°C ;冷却方式:油冷或吹风冷
[0046]回火:加热温度660?700°C，时间2?4小时；冷却方式:空冷
[0047]力学性能指标应达到如下:
[0048]抗拉强度:σb 多 930N/mm2
[0049]屈服强度:σ0.2 彡 750N/mm2
[0050]伸长率:δ^ 15%
[0051]断面收缩率:Φ彡45%
[0052]高温持久试验:
[0053]实验条件:温度650 °C ;应力245N/mm2
[0054]断裂时间T彡300小时。
[0055]本实施方式中步骤一中制备含Re钢材料的所需元素为C+N:0.20%以下；Si:0.20 % 以下；Mn:0.60 % 以下；N1:0.7 % 以下；Mo