本发明涉及合金材料，尤其涉及一种用作汽轮机转子的高性能耐热钢材料及其制备方法。
背景技术：
：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设备。其中，汽轮机转子是汽轮机中最为重要的部件之一。随着汽轮机制造技术的发展，汽轮机的性能越来越好，相应的，对于汽轮机转子的要求也越来越高。常见的用于制作汽轮机转子的材料是12％Cr钢，即Cr的质量百分含量为12％，同时含有其他金属元素。这种12％Cr钢的力学性能已经不能满足现在的汽轮机转子的要求。专利申请号为200510021381.2、
专利名称：：用做汽轮机转子的耐热钢材料，公开了一种汽轮机转子的材料，虽然其在600℃/600℃，压力24-28MPa的情况下，其力学性能较好，但是，其常温力学性能较差，而且对于杂质的控制要求较为严格，增加了工艺难度。专利申请号201310735403.6、
专利名称：：一种超超临界汽轮机转子用耐热钢，也公开了一种用做汽轮机转子的耐热钢，但是该耐热钢的力学性能仍然有提升空间，尤其是韧性较差，其冲击功在20以下。技术实现要素：本发明的目的之一，就在于提供一种用作汽轮机转子的高性能耐热钢材料，以解决上述问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种用作汽轮机转子的高性能耐热钢材料，其化学组成，按重量百分比计为：C0.08～0.13；Cr10.75～11.75；Mo1.15～1.35；Ni0.40～0.70；Mn0.40～0.70；V：0.15～0.20；W：0.25～0.40；Nb0.04～0.07；N0.03～0.07，余量Fe。作为优选的技术方案：所述材料中，所含的杂质，按质量百分比计：S≤0.010P≤0.015Si≤0.070Al≤0.010。本发明的目的之二，在于提供一种上述材料的制备方法，所采用的技术方案为：包括以下步骤：1)按组分比例称量原料，进行初炼，熔炼温度1560～1580℃，精炼时间≥120min，调节上述主要元素的含量合格，然后进行浇注成自耗电极；步骤中，精炼时间必须保证，同时要求加强搅拌，充分去气；(2)将步骤(1)所得自耗电极于电渣炉中重熔精炼,电渣渣系按重量比：CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:25:10:5，进一步降低杂质元素的含量，使其符合设计要求，制成电渣钢锭；(3)将步骤(2)所得电渣钢锭加热后锻造成锻件毛坯；(4)锻件毛坯锻后进行退火热处理；(5)锻件毛坯表面处理，消除表面缺陷并使其尺寸、形状、表面质量满足设计要求；(6)调质热处理；(7)半精车+去应力+光刀，便得到所需的转子锻件。作为优选的技术方案：步骤(1)中，终脱氧采用J-Ca、Ni-Mg、Si-Ca-Al或Si-Ba-Al。作为优选的技术方案：电渣重熔完成后取样，气体含量：H2≤1.5ppm；O2≤35ppm，气体含量要求：H2≤1.5ppm；O2≤35ppm。气体含量的严格控制是本发明的材料生产成功的一大重要因素。作为优选的技术方案：步骤(3)中，锻造加热制度：1200℃保温20h降温至1140℃保温2h开始锻造。作为优选的技术方案：步骤(4)中，步骤及工艺参数如下：将钢棒加热至690～710℃，保温12～30小时后炉冷至500℃出炉空冷。作为优选的技术方案：步骤(6)的方法为：淬火：1065℃～1085℃油冷；回火：565℃～575℃空冷；二次回火：695～705℃空冷。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明对于材料的组分进行了改进，并采用了新的制备方法，得到的材料性能如下：纵向和横向室温拉伸试验：抗拉强度Rm≥830Mpa；屈服强度RP0.02≥655N/mm2；屈服强度RP0.2≥680N/mm2；纵向向室温拉伸试验：伸长率A≥17.0％；断面收缩率Z≥40.0％；冲击功KV2≥27J；横向室温拉伸试验：伸长率A≥15.0％；断面收缩率Z≥35.0％；冲击功KV2≥27J；使得材料的性能得到明显改善，满足现有的高性能汽轮机转子的性能需求。具体实施方式下面将结合实施例对本发明作进一步说明。实施例1-5：采用不同含量的元素，制得高性能耐热钢材料，一共采用了5种不同的配方，各元素的组成见表1，表1中余量为Fe，总计为100％，表1中，均为质量百分含量值；每个实施例中，杂质的含量均为：S≤0.010、P≤0.015Si≤0.070、Al≤0.010；表1实施例1-5中各种元素的组成CCrMoNiMnVWNbN实施例10.0810.751.150.400.400.150.250.040.03实施例20.1311.751.350.700.700.200.400.070.07实施例30.0910.901.200.500.500.160.300.050.04实施例40.1011.001.250.600.550.180.350.060.05实施例50.1211.301.300.550.600.190.360.060.06制备方法为：(1)取所需元素于真空感应炉中初炼，熔炼温度1560～1580℃，初炼时间≥120min(初炼时间必须保证，同时要求加强搅拌，充分去气)，终脱氧采用J-Ca、Ni-Mg、Si-Ca-Al或Si-Ba-Al，调节上述主要元素的含量合格及进行浇注成自耗电极；体含量要求：H2≤1.5ppm；O2≤35ppm；(2)将自耗电极于电渣炉中重熔精炼,电渣渣系：CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:25:10:5(单位：重量百分数Wt％)，进一步降低杂质元素的含量，使其符合设计要求，制成电渣钢锭；(3)将电渣钢锭加热后运用2000T压机锻造成锻件毛坯；锻造加热制度：1200℃保温20h降温至1140℃保温2h开始锻造；(4)锻件毛坯锻后进行退火热处理，步骤及工艺参数如下：将钢棒加热至700±10℃，保温12～30小时后炉冷至500℃出炉空冷；(5)锻件毛坯表面处理(粗车)，消除表面缺陷并使其尺寸、形状、表面质量满足设计要求；(6)调质热处理；淬火：1075±10℃油冷；回火：570℃±5℃空冷；二次回火：700±5℃空冷；(7)半精车+去应力+光刀，便得到所需的转子锻件。实施例6材料性能测试将转子锻件进行力学性能检验，室温纵向拉伸和室温横向拉伸的实验结果分别见表2和表3表2室温纵向拉伸：表3室温横向拉伸：结果表明其具有优异的力学性能完全满足汽轮机转子的要求。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3