CN102154592B - 一种水轮机叶片用微合金化马氏体不锈钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种水轮机叶片用微合金化马氏体不锈钢，其主要化学成分（wt%）为：C≤0.03，Cr10-15，Ni2.0-6.0，Mo0.5-1.1，V0.04-0.20，N0.01-0.06，Si0.08-0.50，Mn0.2-0.8，其余主要为Fe及不可避免的微量杂质元素。本发明不锈钢的制造方法是向电弧炉中加入优质的废钢、铬铁、镍铁、钼铁、硅铁、锰铁、钒氮合金，熔炼温度1500～1700℃，随后VOD精炼，精炼温度1500～1700℃；将上述钢水在温度1500～1700℃浇注成铸件，并将该铸件在温度1100～1200℃，12～24h均匀化退火，在1000～1100℃保温后，空冷到室温；再将其加热到600～650℃，保温、空冷；再在550～600℃进行二次回火，保温，空冷。本发明能提高常规材料的A1温度，改善其去应力退火工艺，而且可以不会因为碳含量的降低及焊后退火温度的适当提高而降低马氏体不锈钢的强度。
Description
技术领域 本发明涉及一种不锈钢材料及其制造方法，特别是水轮机叶片用的马氏体不锈钢及其制造方法。
技术背景 马氏体不锈钢是钢铁工业中重要的铁碳合金。目前大型水轮机转轮及叶片普遍采用0Cr13Ni4～6Mo和0Cr16Ni5Mo马氏体不锈钢制造。近十几年在我国装机的外国公司生产的大型水轮机转轮，在运行中发生多起开裂事故，这些转轮用材均为上述马氏体不锈钢，而且这些开裂事故一般都是在焊接接头处产生疲劳裂纹，这主要与焊后应力消除不充分有关。主要原因是传统水轮机用大型马氏体不锈钢的A1点较低，焊后去应力退火的温度不能太高，以避免过多的奥氏体出现，影响其性能。因此，焊接应力消除不完全。
在马氏体不锈钢中，碳是除铬外的另一重要元素。随着钢中碳含量的提高，淬火后的硬度随之提高，同时钢的强度相应提高，而塑性相应降低，而且，碳对钢的耐蚀性不利。在超低碳马氏体不锈钢中，降低碳含量可以提高A1温度，扩大去应力退火的温度区间，使焊接应力能充分消除。但碳含量的降低会引起马氏体不锈钢强度下降。
发明内容 本发明的目的在于提供一种可以提高A1温度、充分消除焊接应力的水轮机叶片用微合金化马氏体不锈钢及其制造方法。本发明主要是在超低碳马氏体不锈钢基础上添加适量的钒和氮进行微合金化，通过均匀退火、空冷和回火工艺获得水轮机叶片用微合金化马氏体不锈钢。
本发明的水轮机叶片用微合金化马氏体不锈钢，其化学成分（wt%）是：C≤0.03，Cr 10-15，Ni 2.0-6.0，Mo 0.5-1.1，V 0.04-0.20，N 0.01-0.06，Si 0.08-0.50，Mn 0.2-0.8，其余主要为Fe及不可避免的微量杂质元素。
上述水轮机叶片用微合金化马氏体不锈钢的制造方法：
1、加料：用料罐把优质的工业废钢（P≤0.025%,S≤0.025%）、铬铁、镍铁、钼铁、硅铁、锰铁、钒氮合金等原料加入电弧炉；
2、冶炼：通电加热原料使其全部熔化，熔炼温度1500～1700℃。随后VOD精炼，精炼温度1500～1700℃；
3、浇注：将上述钢水在温度1500～1700℃浇注成铸件；
4、热处理：将上述钢件在温度1100～1200℃，12～24h均匀化退火；在1000～1100℃保温，保温时间按0.3～0.6min/mm×工件有效截面厚度进行，随后空冷到室温；再将其加热到600～650℃，保温时间按1.8～2.0min/mm×工件有效截面厚度进行回火处理、空冷；再在550～600℃进行二次回火，保温时间按1.8～2.0min/mm×工件有效截面厚度进行，空冷。
本发明与现有技术相比具有如下优点：能提高材料的A1温度，改善其去应力退火工艺，而且可以不会因为碳含量的降低及焊后退火温度的适当提高而降低马氏体不锈钢的强度。该材料可用作大型铸钢件材料，也是一种具有潜在应用价值的结构材料。
具体实施方式：
实施例1：
向电弧炉中加入优质的废钢、铬铁、镍铁、钼铁、硅铁、锰铁、钒氮合金等，加热使其全部熔化，熔炼温度1550℃左右；随后VOD精炼，精炼温度1550℃左右；将上述钢水在温度1550℃浇注成铸件；然后在温度1100℃，24h均匀化退火；在1100℃保温，保温30min，随后空冷到室温；再将其加热到610℃，保温100min进行回火处理、空冷；再在570℃进行二次回火，保温100min，空冷。上述水轮机叶片用微合金化马氏体不锈钢的化学成分（wt%）为：C 0.02、Cr 10.70、Ni 2.81、Mo 0.67、V 0.05、N 0.016、Si 0.49、Mn 0.20、P 0.025、S 0.018、其余为Fe。产品取样测试结果：通过膨胀法得到该合金的A1温度为575 ℃，比传统超低碳马氏体不锈钢高约25℃。通过DSC测试，得到该合金的A1温度为585℃，比传统超低碳马氏体不锈钢高约35℃。
二次回火后的力学性能：
| 平均屈服强度，MPa | 平均抗拉强度，MPa | 平均延伸率，% | 平均断面收缩率，% |
| 624 | 821 | 20.2 | 57.3 |
实施例2：
向电弧炉中加入优质的废钢、铬铁、镍铁、钼铁、硅铁、锰铁、钒氮合金等，加热使其全部溶化，熔炼温度1600℃；随后VOD精炼，精炼温度1600℃；将上述钢水在温度1600℃浇注成铸件；在温度1150℃，19h均匀化退火；在1050℃保温，保温30min，随后空冷到室温；再将其加热到620℃，保温100min进行回火处理、空冷；再在580℃进行二次回火，保温100min，空冷。上述水轮机叶片用微合金化马氏体不锈钢的化学成分（wt%）为：C 0.025、Cr 12.60、Ni 4.59、Mo 0.87、V 0.12、N 0.035、Si 0.08、Mn 0.36、P 0.024、S 0.018、其余为Fe。产品取样测试结果：通过膨胀法得到该合金的A1温度为570℃，比传统超低碳马氏体不锈钢高约20℃。通过DSC测试，得到该合金的A1温度为580℃，比传统超低碳马氏体不锈钢高约30℃。
二次回火后的力学性能：
| 平均屈服强度，MPa | 平均抗拉强度，MPa | 平均延伸率，% | 平均断面收缩率，% |
| 640 | 839 | 18.6 | 51.1 |
实施例3：
向电弧炉中加入优质的废钢、铬铁、镍铁、钼铁、硅铁、锰铁、钒氮合金等，加热使其全部溶化，熔炼温度1650℃；随后VOD精炼，精炼温度1650℃；将上述钢水在温度1650℃浇注成铸件；在温度1200℃，13h均匀化退火；在1000℃保温，保温30min，随后空冷到室温；再将其加热到630℃，保温100min进行回火处理、空冷；再在590℃进行二次回火，保温100min，空冷。上述水轮机叶片用微合金化马氏体不锈钢的化学成分（wt%）为： C 0.026、Cr 14.70、Ni 5.54、Mo 1.06、V 0.18、N 0.056、Si 0.15、Mn 0.78、P 0.023、S 0.018、其余为Fe。产品取样测试结果：通过膨胀法得到该合金的A1温度为565℃，比传统超低碳马氏体不锈钢高约15℃。通过DSC测试，得到该合金的A1温度为575℃，比传统超低碳马氏体不锈钢高约25℃。
二次回火后的力学性能：
| 平均屈服强度，MPa | 平均抗拉强度，MPa | 平均延伸率，% | 平均断面收缩率，% |
| 645 | 853 | 17.7 | 45.8 |
Claims (1)
1.一种水轮机叶片用微合金化马氏体不锈钢制造方法，其化学成分wt％为：C≤0.03，Cr 10-15，Ni 2.0-6.0，Mo 0.5-1.1，V 0.04-0.20，N 0.01-0.06，Si 0.08-0.50，Mn 0.2-0.8，其余为Fe及不可避免的微量杂质元素，其特征在于：
（1）向电弧炉中加入优质的废钢、铬铁、镍铁、钼铁、硅铁、锰铁、钒氮合金，加热使其全部熔化，熔炼温度1500～1700℃，随后VOD精炼，精炼温度1500～1700℃；
（2）将上述钢水在温度1500～1700℃浇注成铸件；
（3）将上述铸件在温度1100～1200℃，12～24h均匀化退火；在1000～1100℃保温，保温时间按0.3～0.6min/mm×工件有效截面厚度进行，随后空冷到室温；再将其加热到600～650℃，保温时间按1.8～2.0min/mm×工件有效截面厚度进行回火处理、空冷；再在550～600℃进行二次回火，保温时间按1.8～2.0min/mm×工件有效截面厚度进行，空冷。
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