CN102021490A - X12CrMoWVNbN10-1-1高温结构钢及其生产方法 - Google Patents

X12CrMoWVNbN10-1-1高温结构钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种X12CrMoWVNbN10-1-1高温结构钢及其生产方法，其化学成分按重量百分比：C≤0.13、Si≤0.25、Mn 0.40～0.60、S≤0.01、P≤0.015、Ni 0.60～0.85、Cr 10.00～11.00、Mo 1.00～1.10、W 0.90～1.00、V 0.15～0.25、Nb 0.045～0.060、N 0.045～0.060，余量为Fe。其生产工艺，包括冶炼浇注成钢锭、锻造钢锭成锻件和对锻件进行性能热处理。X12CrMoWVNbN10-1-1材料的力学性能明显优于1Cr12WMoV材料，能作为大型电机要求超超临界状态运行的材料。该研制开发的新材料X12CrMoWVNbN10-1-1高温结构钢，为国家电力行业的深层次发展，满足了国家现代工业高速发展的要求。

Description

X12CrMoWVNbN10-1-1高温结构钢及其生产方法
技术领域：
本发明系冶金技术领域，具体的说是涉及X12CrMoWVNbN10-1-1高温结构钢及其冶炼、热成型、热处理的工艺。
背景技术：
当前我国发电行业向高效、节能，大功率的方向发展，大型汽轮机、燃汽轮机等重要件、关键件的转轴、齿盘、连杆、紧固件、叶片等原来采用的1Cr12WMoV等材料仅适用于临界、超临界状态，而国家100万千瓦以上的大型电机要求超超临界状态运行的材料国内尚未问世。如何解决满足超超临界状态下运行的新材料是迫切需要解决的难题。
发明内容：
通过对原来采用的1Cr12WMoV等材料的化学成分的优化、冶炼、热加工、热处理的改进，研制出X12CrMoWVNbN10-1-1材料，其化学成分(Wt/％)：
  化学成分   C   Si   Mn   S   P   Ni
  含量(Wt/％)   ≤0.13   ≤0.25   0.40～0.60   ≤0.010   ≤0.015   0.60～0.85
  Cr   Mo   W   V   Nb   N   Fe
  10.0～11.0   1.00～1.10   0.90～1.10   0.15～0.25   0.045～0.060   0.045～0.060   余量
X12CrMoWVNbN10-1-1高温结构钢的生产工艺，包括冶炼浇注成钢锭、锻造钢锭成锻件和对锻件进行性能热处理。其中：
1、冶炼工艺：
EAF(电弧炉)冶炼：
氧化期：P脱至≤0.008％、C脱至≥0.40％；
还原期：P≤0.013％，S≤0.008％，C 0.6～1.2％，其它成分达到上表中化学成分规定的要求；
VODC真空精炼：
VOD阶段：真空度80～120mbr，吹氧速度550M3/h，Ar流量5M3/h；
VCD阶段：真空度≤5mbr，抽真空时间10～15分钟，Ar流量5M3/h；
VOH阶段：按钢水重量加入1％铝提高250℃计算，升温至1650～1670℃，吹氧速度500～600M3/h，真空度350～450mbr，Ar流量5M3/h；
VD阶段：，真空度≤1mbr，抽真空时间12～15分钟，出钢前N调整至0.045～0.060％，Ar流量5M3/h；
2、锻造工艺：
锻造温度范围1160～850℃；
总锻造比≥4；
每火次变形量≥30％；
锻后及时退火：退火工艺730℃～750℃×2.5分钟/毫米空冷。
3、性能热处理：
淬火温度：1000～1040℃，保温时间1.2～1.5分钟/毫米，油冷至≤70℃时，出油空冷。
回火温度：650～680℃，保温时间2.5～2.8分钟/毫米空冷。
具体实施方式
(一)化学成分优化
与原来采用的1Cr12WMoV材料相比较，该材料将C从原来的0.12～0.180％，优化至≤0.13％；Si从原来的≤0.5％，优化至≤0.25％；Mn从原来的0.50～0.90％，优化至0.40～0.60％；S从原来的≤0.03％优化至≤0.010％；P从原来的≤0.035％，优化至≤0.015％；Cr从原来的11.00～13.00％，优化至10.00～11.00％；W从原来的0.70～1.10％，优化至0.90～1.10％；Mo从原来的0.50～0.70％，优化至1.00～1.10％；V从原来的0.18～0.30％，优化至0.15～0.25％；Ni从原来的0.40～0.80％，优化至0.60～0.85％；新增加Nb 0.045～0.060％；新增加N0.045～0.060％。
X12CrMoWVNbN10-1-1材料的化学成分(Wt/％)：
  化学成分   C   Si   Mn   S   P   Ni
  含量(Wt/％)   ≤0.13   ≤0.25   0.40～0.60   ≤0.010   ≤0.015   0.60～0.85
  Cr   Mo   W   V   Nb   N   Fe
  10.0～11.0   1.00～1.10   0.90～1.10   0.15～0.25   0.045～0.060   0.045～0.060   余量
X12CrMoWVNbN10-1-1高温结构钢的生产工艺，包括冶炼浇注成钢锭、锻造钢锭成锻件和对锻件进行性能热处理。
(二)冶炼
1、原材料选用原生态新料或S、P均不大于0.30％的军工、核电、医疗用纯净优质废钢、合金材料选用国家标准规定的最高级别合金材料。
2、EAF电弧炉炼钢：
氧化初期：熔池温度1560℃，氧气压力0.3mpa，脱P至≤0.008％，并伴加0.5％矿石助脱P；
氧化期：熔池温度1600℃，氧气压力1.00～1.5mpa，C脱至≥0.40％；
还原期：当C 0.60～1.10％，熔池温度大于1650℃时，停止吹氧，调整Cr、Ni、Mo、W、V、Nb等合金成分，并加入4～6Kg/t砖钙还原。当炉渣呈褐色时，扒出渣量的50％后充分还原10分钟后搅拌，取样分析C 0.60～1.10％，P≤0.013％，S≤0.008％，其余成分控制在规定要求。当熔池温度大于1700℃时转入中间包，并在中间包内扒除全部炉渣，残余渣量≤1.5Kg/t。
3、VODC精炼
VOD阶段：真空度80～120mbr，吹氧速度550M3/h，Ar流量5M3/h；
VCD阶段：真空度≤5mbr，抽真空时间10～12分钟，Ar流量5M3/h；
VOH阶段：加铝升温按钢水重量的1％可提高250℃计算，升温至1650～1670℃，吹氧速度500～600M3/h，真空度350～450mbr，Ar流量5M3/h；
VD阶段：，真空度≤1mbr，抽真空时间12～15分钟，Ar流量5M3/h，出钢前N调整至0.045～0.060％。
4、出钢：当钢水温度1600℃转入钢包，并在钢包内加入1.5～2.5Kg/t砖钙脱氧剂终脱氧.
5、浇注：浇注前钢包镇静时间大于4分钟，浇注时氩气保护，浇注温度1580℃，浇注速度6～7mm/S。
6、模冷：模冷时间T(h)＝35R2(M)×1.2，再脱模。
7、退火：脱模后及时退火，退火工艺为750℃×1.8～2分钟/毫米并炉冷至≤150℃，出炉空冷。
8、钢锭精整：钢锭表面进行清理、精整。
(三)、锻造：
头部(冒口)切除量17％，尾部(水口)切除量8％。
锻造温度范围1160～850℃。
总锻造比≥4，每火次变形量≥30％。
锻后及时退火，退火工艺730～750℃×2.5分钟/毫米空冷。
(四)、性能热处理：
淬火温度1000～1040℃，保温时间1.2～1.5分钟/毫米，油冷至≤70℃时，出油空冷。
回火温度650～680℃，保温时间2.5～2.8分钟/毫米空冷。
测试结果
1、化学成分比较(Wt/％)
Figure BSA00000300890900041
2、力学性能比较
从测试结果看出，X12CrMoWVNbN10-1-1材料的力学性能明显优于1Cr12WMoV材料，能作为大型电机要求超超临界状态运行的材料。该研制开发的新材料X12CrMoWVNbN10-1-1高温结构钢，为国家电力行业的深层次发展，满足了国家现代工业高速发展的要求。

Claims (5)

1.X12CrMoWVNbN10-1-1高温结构钢，其特征在于化学成分按重量百分比：C≤0.13、Si≤0.25、Mn 0.40～0.60、S≤0.01、P≤0.015、Ni 0.60～0.85、Cr 10.00～11.00、Mo  1.00～1.10、W 0.90～1.00、V 0.15～0.25、Nb 0.045～0.060、N 0.045～0.060，余量为Fe。
2.如权利1要求所述X12CrMoWVNbN10-1-1高温结构钢的生产工艺，其特征在于包括冶炼浇注成钢锭、锻造钢锭成锻件和对锻件进行性能热处理。
3.根据权利2要求所述X12CrMoWVNbN10-1-1高温结构钢的生产工艺，其特征在于冶炼浇注成钢锭的方法：
在EAF电弧炉冶炼：
氧化期：P脱至≤0.008％、C脱至≥0.40％；
还原期：P≤0.013％，S≤0.008％，C0.6～1.2％，其它成分达到规定要求；
VODC真空精炼：
VOD阶段：真空度80～120mbr，吹氧速度550M3/h，Ar流量5M3/h；
VCD阶段：真空度≤5mbr，抽真空时间10～15分钟，Ar流量5M3/h；
VOH阶段：按钢水重量加入1％铝提高250℃计算，升温至1650～1670℃，吹氧速度500～600M3/h，真空度350～450mbr，Ar流量5M3/h；
VD阶段：，真空度≤1mbr，抽真空时间12～15分钟，出钢前N调整至0.045～0.060％，Ar流量5M3/h。
4.根据权利2要求所述X12CrMoWVNbN10-1-1高温结构钢的生产工艺，其特征在于锻造钢锭成锻件的方法：
钢锭锻造的温度范围为1160～850℃，总锻造比≥4，每火次变形量≥30％，锻后退火工艺为730～750℃×2.5分钟/毫米空冷。
5.根据权利2要求所述X12CrMoWVNbN10-1-1高温结构钢的生产工艺，其特征在于对锻件进行性能热处理的方法：淬火温度1000～1040℃，保温时间1.2～1.5分钟/毫米，油冷到≤70℃时，出油空冷；回火温度：650～680℃，保温时间2.5～2.8分钟/毫米空冷。
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