CN100497711C

CN100497711C - 汽轮机末级长叶片用钢材料及其热处理工艺

Info

Publication number: CN100497711C
Application number: CNB2007100499804A
Authority: CN
Inventors: 范华; 杨功显; 钟杰
Original assignee: DEC Dongfang Turbine Co Ltd
Current assignee: DEC Dongfang Turbine Co Ltd
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-09-06
Also published as: CN101117690A

Abstract

本发明公开了一种用于大功率汽轮机机组末级长叶片用钢材料及其热处理工艺。它是采用12%Cr-Ni-Mo-V-Nb-N钢合金材料代替现在的亚临界与超临界汽轮机机组末级叶片材料使用的1Cr12Ni2W1Mo1V不锈钢或1Cr12Ni3Mo2VN不锈钢材料，用于制造大功率汽轮机机组1200mm等级的末级钢叶片。满足了制造大功率汽轮机机组用1200mm等级的末级钢叶片用钢的需要。

Description

汽轮机末级长叶片用钢材料及其热处理工艺

技术领域

本发明涉及汽轮机末级叶片的设计制造，尤其是一种汽轮机末级1200mm等级叶片用钢材料及其热处理工艺，适合应用在大功率汽轮机机组的末级叶片上。

背景技术

以燃煤为主的新建火力发电汽轮机组采用高参数、大容量的机组越来越多(如：1000MW机组；660MW机组)，机组的末级叶片的长度也越来越长。因此，汽轮机末级叶片的开发成为各大汽轮机制造厂家关注的重点，也是设计制造的难点，末级长叶片的技术水平代表了开发者的综合实力。

目前国内投运的最长叶片为引进日立的40”(1016mm)钢叶片。显然，40”(1016mm)钢叶片用于600MW等级是合适的，若用于更高等级的机组就显得太短。因此，开发用于1000MW等级机组的、长度为1200mm等级的钢叶片具有重要意义。它不仅满足了大容量机组对末级长叶片的需要，而且对提高开发者的综合实力以及品牌效应都将产生积极影响，并提升其市场的竞争力。

对用于全转速汽轮机的1200mm等级的末级钢叶片，其离心载荷非常高，达到500吨左右，对叶片材料的要求非常高，其屈服强度设计要求σ0.2≥1050MPa，现在的亚临界与超临界汽轮机机组末级叶片材料使用1Cr12Ni2W1Mo1V不锈钢或1Cr12Ni3Mo2VN不锈钢的屈服强度均不能满足设计要求。因此，为完成1200mm等级的末级钢叶片的设计与制造，必须开发出使用强度性能(主要是拉伸强度、屈服强度性能)更高、综合性能更好的12％Cr钢材料代替上述材料用于制造大功率机组用1200mm等级的末级钢叶片，对于这种新的叶片钢材料，其热处理工艺对其使用的性能也显得非常重要。

由于末级动叶片工作在高速、湿蒸汽的恶劣环境，常发生应力腐蚀、疲劳和腐蚀疲劳断裂事故，以及动叶片的进汽边产生水蚀。从叶片的设计以及安全运行上考虑，叶片材料应有高的室温强度和塑、韧性，而且还应具有高的抗腐蚀能力，高的疲劳强度和良好的阻尼系数，以及良好的冷加工性能。因此，新开发的1200mm等级的末级钢叶片材料也必须满足上述性能要求。

发明内容

本发明的目的之一是开发出使用强度性能(主要是拉伸强度、屈服强度性能)更高、综合性能更好的12％Cr钢材料代替现在的亚临界与超临界汽轮机机组末级叶片材料使用的1Cr12Ni2W1Mo1V不锈钢或1Cr12Ni3Mo2VN不锈钢材料用于制造大功率机组用1200mm等级的末级钢叶片；本发明的另一目的是解决其有更好的使用性能的热处理工艺。

本发明的技术解决方案是：采用12％Cr钢材料制造大功率汽轮机机组1200mm等级的末级钢叶片，12％Cr钢材料为12％Cr-Ni-Mo-V-Nb-N钢基合金，其化学成分，以重量百分比计，Cr 11-12.50，Ni 3.20-3.70，Mo 2.80-3.30，V 0.20-0.35，Nb 0.10-0.17，N 0.04-0.10，C 0.15-0.20，Si≤0.15，Mn≤0.60，P≤0.020，S≤0.015；残余元素：Ti≤0.02％，Al≤0.02％，Cu≤0.10％，Sn≤0.015％，Sb≤0.002％，As≤0.020％；余量为Fe。

12％Cr钢材料的热处理工艺为：

1.一般工艺参数

淬火处理：950℃～1150℃×1～10小时，油冷或空冷；

一次回火处理：500℃～700℃×2～15小时，空冷；

两次回火处理：500℃～700℃×2～15小时，空冷。

2.较佳工艺参数

淬火处理：1000℃～1100℃×1～15小时，油冷或空冷；

一次回火处理：510℃～650℃×5～8小时，空冷；

两次回火处理：510℃～650℃×2～15小时，空冷。

3.最佳工艺参数

淬火处理：1060℃～1090℃×2～4小时，油冷或空冷；

一次回火处理：520℃～570℃×2～15小时，空冷；

两次回火处理：520℃～570℃×2～15小时，空冷。

本发明的效果是：满足了制造大功率汽轮机机组用1200mm等级末级叶片用钢的需要。

具体实施方式

采用新12％Cr-Ni-Mo-V-Nb-N钢基合金材料代替现在的亚临界与超临界汽轮机机组末级叶片材料使用的1Cr12Ni2W1Mo1V不锈钢或1Cr12Ni3Mo2VN不锈钢材料，用于制造大功率汽轮机机组1200mm等级的末级钢叶片。

新12％Cr钢末级叶片材料的化学成分与力学性能要求：

化学成分要求：

C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	V	N	Nb
C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	V	N	Nb	0.15～0.20	≤0.15	≤0.60	≤0.020	≤0.015	3.20～3.70	11.00～12.50	2.80～3.30	0.20～0.35	0.04～0.10	0.10～0.17

残余元素：Ti≤0.02％，Al≤0.02％，Cu≤0.10％，Sn≤0.015％，Sb≤0.002％，As≤0.020％；

室温拉伸试验：

σb σ δ5 Ψ Aκv

≥1350N/mm² ≥1050N/mm² ≥13％ ≥30％ ≥33.8J

硬度HRC

42～47

新12％Cr钢材料的冶炼为：电炉+电渣重熔。

成型采用：热轧或热锻。

实施例一：按照上述钢材料的化学成分及技术要求，即采用新12％Cr-Ni-Mo-V-Nb-N钢基合金材料代替现在的亚临界与超临界汽轮机机组末级叶片材料使用的1Cr12Ni2W1Mo1V不锈钢或1Cr12Ni3Mo2VN不锈钢材料，用于制造大功率汽轮机机组1200mm等级的末级钢叶片。新12％Cr钢材料的热处理工艺为：

淬火处理：950℃×1小时，油冷或空冷；

一次回火处理：500℃×2小时，空冷；

两次回火处理：500℃×2小时，空冷。

实施例二：新12％Cr钢材料的热处理工艺为：

淬火处理：1090℃×4小时，油冷或空冷；

回火处理：570℃×15小时，空冷。其余同实施例一。

实施例三：新12％Cr钢材料的热处理工艺为：

淬火处理：1100℃×5小时，油冷或空冷；

回火处理：650℃×8小时，空冷。其余同实施例一。

实施例四：新12％Cr钢材料的热处理工艺为：

淬火处理：1150℃×10小时，油冷或空冷；

回火处理：700℃×15小时，空冷。其余同实施例一。

Claims

1.一种汽轮机末级长叶片用钢材料，其特征在于：采用12％Cr-Ni-Mo-V-Nb-N钢基合金材料制造大功率汽轮机机组1200mm等级的末级钢叶片，其化学成分，以重量百分比计，Cr11-12.50，Ni3.20-3.70，Mo2.80-3.30，V0.20-0.35，Nb0.10-0.17，N0.04-0.10，C0.15-0.20，Si≤0.15，Mn≤0.60，P≤0.020，S≤0.015；残余元素：Ti≤0.02％，Al≤0.02％，Cu≤0.10％，Sn≤0.015％，Sb≤0.002％，As≤0.020％；余量为Fe。

2.一种如权利要求1所述的汽轮机末级长叶片用钢材料的热处理工艺为：

淬火处理：950℃～1150℃×1～10小时，油冷或空冷；

一次回火处理：500℃～700℃×2～15小时，空冷；

两次回火处理：500℃～700℃×2～15小时，空冷。

3.如权利要求2所述的汽轮机末级长叶片用钢材料的热处理工艺为：

淬火处理：1060℃～1090℃×2～4小时，油冷或空冷；

一次回火处理：520℃～570℃×2～15小时，空冷；

两次回火处理：520℃～570℃×2～15小时，空冷。

4.如权利要求2所述的汽轮机末级长叶片用钢材料的热处理工艺为：

淬火处理：1100℃×5小时，油冷或空冷；

一次回火处理：650℃×8小时，空冷；

两次回火处理：650℃×8小时，空冷。