专利名称：用于超临界汽轮机叶片的耐热钢材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于超临界汽轮机叶片的耐热钢材料及其制备方法。
背景技术：
随着汽轮机制造技术的发展，单机容量越来越大，汽轮机向超临界、超超临界机组发展，其蒸汽温度和工作压力分别由原来的520°C、15MI^提高到600°C (更高的到650°C)、 26 30MPa，现有的汽轮机叶片材料的高温持久性能已不能满足要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种能有效满足汽轮机叶片材料的高温持久性能的耐热钢材料及其制备方法。为达到本发明的目的，本发明采用的技术方案为用于超临界汽轮机叶片的耐热钢材料，包括下列重量百分比的各组分
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% ； 余量是狗及杂质。上述用于超临界汽轮机叶片的耐热钢材料的制备方法，包括下列步骤
a、取所需元素于非真空感应炉中初炼，熔炼温度1530-1600°C；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尽量低，溶液浇注成自耗电极；
b、将上述自耗电极于电渣炉中重熔精炼，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。在上述方案中，在所述步骤b之后，还包括下列步骤 C、将步骤b所述的电渣锭加热锻造或轧制成钢棒；
d.钢棒锻后进行退火热处理，步骤及工艺参数如下
将钢棒加热至760°C，保温3-8小时后，在退火炉中冷却至650-680°C并保温12 20 小时后，出炉空冷；
e.然后对成品钢棒进行表面车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求；
f.对成品钢棒力学性能进行检验，在成品钢棒上取样，进行室温拉伸试验和高温持久试验。在上述方案中，在步骤f中，取样后对试样进行热处理，其处理步骤为 淬火加热温度> 1100°C，时间为1小时，冷却方式为油冷；
回火加热温度> 650°C，时间为2小时，冷却方式为空冷。
3
从上述发明的各项技术特征可以得出，本发明的优点为通过本发明的各组分配比以及制备方法后，通过室温拉伸试验和高温持久试验，其成品技术指标检测结果为 室温拉伸试验技术效果如下
抗拉强度---------------Rm ^ 965N/mm2 ；
屈服强度---------------Rp0.2彡780N/mm2 ；
伸长率-----------------A4 ^ 14% ；
断面收缩率--------------Z ^ 32% ；
冲击功------------------AKv 彡 24. 5J/cm2 ；
硬度--------------------HB 277-331 ；
高温持久试验技术效果如下 断裂时间T彡100小时； 断裂后伸长率A5 > 10% ； 断面收缩率Z ^ 60% ；
在本发明中，Ta的使用，克服了元素Nb过量带来的缺点，可以起到细化晶粒，提高钢的强度和韧性的作用；还可以克服元素B过量带来的缺点，提高钢的高温持久性能，同时B降低，有利于钢的热加工，可以有效的避免B过高引起的热加工脆性；另外Ta还能提高钢在高温下的耐蚀性和耐磨性。用本发明的耐热钢材料制造的汽轮机叶片，能够满足600°C -650°C、26 30MPa蒸汽参数工况下的使用要求。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述 实施例1
在本实施例中，我们采用下列重量百分比的各组分: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%，余量是 Fe 及杂质。将上述元素按规定比例于非真空感应炉中初炼，熔炼温度1530-1600°c ；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尽量低，溶液浇注成自耗电极；
将上述自耗电极于电渣炉中重熔精炼，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。我们可以将上述电渣锭制作成钢棒，然后进行室温拉伸试验和高温持久试验，以检测产品的性能，通过下列步骤实现
将上述电渣锭加热锻造或轧制成钢棒；
钢棒锻后进行退火热处理，步骤及工艺参数如下将钢棒加热至760°C，保温3-8小时后，在退火炉中冷却至650-680°C并保温12 20小时后，出炉空冷；
然后对成品钢棒进行表面车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求；
对成品钢棒力学性能进行检验，在成品钢棒上取样，进行室温拉伸试验和高温持久试验。通过上述步骤，我们在钢棒上取样进行热处理，然后进行性能检测，热处理步骤为
淬火加热温度> 1100°C，时间为1小时，冷却方式为油冷； 回火加热温度> 650°C，时间为2小时，冷却方式为空冷。通过上述步骤后，我们对试样进行室温拉伸试验和高温持久试验，检测得到其各项技术指标为
抗拉强度---------------Rm彡1050N/mm2 ；
屈服强度---------------Rp0.2彡875N/mm2 ；
伸长率-----------------A4 ^ 16% ；
断面收缩率--------------Z ^ 55% ；
冲击功------------------AKv彡68J/cm2 ；
硬度--------------------HB301 ；
高温持久试验技术效果如下 断裂时间T彡120小时； 断裂后伸长率A5 >20% ； 断面收缩率Z > 63%。实施例2
在本实施例中，我们采用下列重量百分比的各组分=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%,余量是Fe 及杂质。其余操作步骤同实施例1，最后对试样进行室温拉伸试验和高温持久试验，检测得到其各项技术指标为
抗拉强度---------------Rm彡1030N/mm2 ；
屈服强度---------------Rp0.2彡870N/mm2 ；
伸长率-----------------A4 ^ 18% ；
断面收缩率--------------Z ^ 56% ；
冲击功------------------AKv彡75J/cm2 ；
硬度--------------------HB307 ；
高温持久试验技术效果如下 断裂时间T彡127小时； 断裂后伸长率A5；
断面收缩率Z > 70%。实施例3
在本实施例中，我们采用下列重量百分比的各组分=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%,余量是Fe 及杂质。其余操作步骤同实施例1，最后对试样进行室温拉伸试验和高温持久试验，检测得到其各项技术指标为
5抗拉强度屈服强度伸长率一
Rm 彡 1060N/W ； -Rp0.2 彡 880N/W ； -A4 彡 17% ；
断面收缩率
Z 彡 57% ；
冲击功硬度一
-AKv 彡 37J/cm2 ； Β311 ；
高温持久试验技术效果如下 断裂时间T彡119小时； 断裂后伸长率A5 >22% ； 断面收缩率Z > 68%。实施例4
在本实施例中，我们采用下列重量百分比的各组分=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%，余量是 Fe
及杂质。其余操作步骤同实施例1，最后对试样进行室温拉伸试验和高温持久试验，检测得到其各项技术指标为
抗拉强度---------------Rm彡1070N/mm2 ；
屈服强度---------------Rp0.2彡845N/mm2 ；
伸长率-----------------A4 ^ 17% ；
断面收缩率--------------Z ^ 54% ；
冲击功------------------AKv彡43J/cm2 ；
硬度--------------------HB310 ；
高温持久试验技术效果如下 断裂时间T彡124小时； 断裂后伸长率A5；
断面收缩率Z > 72%。实施例5
在本实施例中，我们采用下列重量百分比的各组分=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%，余量是 Fe 及杂质。其余操作步骤同实施例1，最后对试样进行室温拉伸试验和高温持久试验，检测得到其各项技术指标为
抗拉强度---------------Rm ^ 1040N/mm2 ；
屈服强度---------------Rp0.2彡865N/mm2 ；
伸长率-----------------A4 ^ 17% ；
断面收缩率--------------Z ^ 52% ；
冲击功------------------AKv彡51J/cm2 ；
硬度--------------------HB300 ；
高温持久试验技术效果如下断裂时间T彡115小时； 断裂后伸长率A5 >20% ； 断面收缩率Z > 68%。实施例6
在本实施例中，我们采用下列重量百分比的各组分=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%,余量是 Fe 及杂质。其余操作步骤同实施例1，最后对试样进行室温拉伸试验和高温持久试验，检测得到其各项技术指标为
抗拉强度---------------Rm ^ 972N/mm2 ；
屈服强度---------------Rp0.2彡800N/mm2 ；
伸长率-----------------A4 ^ 15% ；
断面收缩率--------------Z ^ 38% ；
冲击功------------------AKv彡32J/cm2 ；
硬度--------------------HB278 ；
高温持久试验技术效果如下 断裂时间T彡106小时； 断裂后伸长率A5 > 11% ； 断面收缩率Z > 62%。实施例7
在本实施例中，我们采用下列重量百分比的各组分=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%,余量是 Fe 及杂质。其余操作步骤同实施例1，最后对试样进行室温拉伸试验和高温持久试验，检测得到其各项技术指标为
抗拉强度---------------Rm ^ 990N/mm2 ；
屈服强度---------------Rp0.2彡790N/mm2 ；
伸长率-----------------A4 ^ 16% ；
断面收缩率--------------Z ^ 43% ；
冲击功------------------AKv彡48J/cm2 ；
硬度--------------------HB301 ；
高温持久试验技术效果如下 断裂时间T彡109小时； 断裂后伸长率A5 > 14% ； 断面收缩率Z > 68%。
实施例8
在本实施例中，我们采用下列重量百分比的各组分=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%,余量是 Fe 及杂质。
其余操作步骤同实施例1，最后对试样进行室温拉伸试验和高温持久试验，检测得到其各项技术指标为
抗拉强度---------------Rm ^ 978N/mm2 ；
屈服强度---------------Rp0.2彡860N/mm2 ；
伸长率-----------------A4 ^ 19% ；
断面收缩率--------------Z ^ 44% ；
冲击功------------------AKv彡57J/cm2 ；
硬度--------------------HB308 ；
高温持久试验技术效果如下 断裂时间T彡119小时； 断裂后伸长率A5 > 19% ； 断面收缩率Z > 71%。本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
权利要求
1.用于超临界汽轮机叶片的耐热钢材料，其特征在于包括下列重量百分比的各组分 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% ； 余量是狗及杂质。
2.根据权利要求1所述的用于超临界汽轮机叶片的耐热钢材料的制备方法，其特征在于包括下列步骤a、取所需元素于非真空感应炉中初炼，熔炼温度1530-1600°C；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尽量低，溶液浇注成自耗电极；b、将上述自耗电极于电渣炉中重熔精炼，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。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于在所述步骤b之后，还包括下列步骤 C、将步骤b所述的电渣锭加热锻造或轧制成钢棒；d.钢棒锻后进行退火热处理，步骤及工艺参数如下将钢棒加热至760°C，保温3-8小时后，在退火炉中冷却至650-680°C并保温12 20 小时后，出炉空冷；e.然后对成品钢棒进行表面车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求；f.对成品钢棒力学性能进行检验，在成品钢棒上取样，进行室温拉伸试验和高温持久试验。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于在步骤f中，取样后对试样进行热处理，其处理步骤为淬火加热温度> 1100°C，时间为1小时，冷却方式为油冷； 回火加热温度> 650°C，时间为2小时，冷却方式为空冷。
全文摘要
本发明为用于超临界汽轮机叶片的耐热钢材料及其制备方法。各组分重量百分比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%，余量是Fe及杂质。取所需元素于非真空感应炉中初炼，熔炼温度1530-1600℃；熔炼过程中调节各元素含量，控制杂质含量尽量低，溶液浇注成自耗电极；自耗电极在电渣炉中重熔精炼，尽量降低杂质元素含量并制成电渣锭。本发明能满足汽轮机叶片材料高温持久性能技术要求。
文档编号F01D5/28GK102181789SQ20111010607
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月27日 优先权日2011年4月27日
发明者张华国, 罗明, 雷德江, 黄志永 申请人:四川六合锻造股份有限公司