CN104630648B - 一种汽轮机叶片用耐热钢材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种汽轮机叶片用耐热钢材及其制备方法。该钢材包括如下重量百分比的组分:0.15~0.20%的C;11.0~12.5%的Cr;2.8~3.3%的Mo;3.20~3.70%的Ni;0.10~0.60%的Mn;0.25~0.35%的V;0.10~0.17%的Nb;0.04~0.10的N,其余为铁和不可避免的杂质。本发明通过对钢材性能的改进,能够提高叶片的性能,延长叶片的使用寿命,降低其生产成本。本发明能够满足汽轮机叶片的力学性能要求,其具有较好的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、冲击功、硬度。基于该钢材的力学性能,本发明能够有效延长制备叶片的使用寿命,具有较好的应用前景。

Description

一种汽轮机叶片用耐热钢材及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域,尤其是汽轮机材料领域,具体为一种汽轮机叶片用耐热钢材及其制备方法。
背景技术
汽轮机是将蒸汽的能量转换成机械功的旋转式动力机械,其主要用作发电用的原动机,也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等,能够满足电力工业、船舶工业、水泥、化工、石油、冶金、重型机械等领域生产和生活的需要。
其中,叶片作为汽轮机的核心部件,在汽轮机中起着极为主要的作用。叶片作为汽轮机中将汽流的动能转换为有用功的重要部件,其工作环境极其恶劣。由于叶片工作环境极其恶劣,叶片自身的性能对其使用寿命有着重要影响。
材料学核心作为合金化基本原理,也是材料强韧化矛盾的主要因素。为此,本发明提供一种汽轮机叶片用耐热钢材及其制备方法,通过对钢材性能的改进,提高叶片的性能,延长叶片的使用寿命,降低其生产成本。
发明内容
本发明的发明目的在于,提供一种汽轮机叶片用耐热钢材及其制备方法。本发明通过对钢材性能的改进,能够提高叶片的性能,延长叶片的使用寿命,降低其生产成本。本发明能够满足汽轮机叶片的力学性能要求,其具有较好的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、冲击功、硬度。基于该钢材的力学性能,本发明能够有效延长制备叶片的使用寿命,具有较好的应用前景。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种汽轮机叶片用耐热钢材,包括如下重量百分比的组分:
其余为铁和不可避免的杂质。
所述杂质包括如下重量百分比的组分:Si≤0.15;S≤0.015%;P≤0.020%。
前述汽轮机叶片用耐热钢材的制备方法,包括如下步骤:
(1)按钢材配比,称取各组分,得原料,将原料置于非真空感应炉内熔炼,熔炼温度为1550~1620℃,并将熔炼得到的溶液浇注成自耗电极;
(2)将步骤1得到的自耗电极置于电渣炉中进行重熔精炼,得电渣锭,即可。
将得到的电渣锭制成钢棒;再将制备的钢棒加热至760℃,保温3~10h,然后在680~720℃,保温12~30h后,空冷至室温,即得预备热处理钢棒。
将得到的电渣锭加热锻造或轧制成钢棒,加热至1050~1080℃,保温40~180min后,进行油冷冷却至室温;油冷后,再加热至530℃以上,保温2~6h后,空气冷却至室温,完成回火处理;重复回火处理1~2次,完成钢棒的制备。
对得到的预备热处理钢棒进行表面处理:将其进行表面车光处理,消除表面缺陷,并使钢棒满足设计要求,制得成品钢棒。
如前所述,本发明提供一种汽轮机叶片用耐热钢材及其制备方法。对本发明的钢材进行室温拉伸实验和高温持久试验,其测定结果如下:抗拉强度Rm≥1350N/mm2;屈服强度RP0.2≥1050N/mm2;伸长率A≥13%;断面收缩率Z≥30%;冲击功AKv≥33.8J/cm2;硬度HB392~455。
同时,实施例中给出了相应的室温拉伸实验测定和高温持久试验结果,实验结果也进一步表明:本发明的钢材能够用于汽轮机叶片的制造,具有较高的性能,能够有效延长制备叶片的使用寿命,具有较好的应用前景。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征,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。
本发明实施例的制备过程如下。
按所需化学元素,称取各组分,得原料,将原料置于非真空感应炉中冶炼,熔炼温度为1550~1620℃。其中,各组分的重量百分比如下表1所示。
表1各组分的重量百分比
同时,控制杂质元素的含量尽量低,将熔炼得到的溶液浇注成自耗电极。
将得到的自耗电极置于电渣炉中进行重熔精炼,进一步降低杂质元素的含量,得电渣锭。其中,电渣锭中,Si(wt%)≤0.15,S(wt%)≤0.015,P(wt%)≤0.020。
将得到的电渣锭加热锻造或轧制成钢棒,加热至1050~1080℃,保温40~180min后,进行油冷冷却至室温;油冷后,再加热至530℃以上,保温2~6h后,空气冷却至室温,完成第一次回火处理;待第一次回火处理后,再加热至530℃以上,保温2~6h后,空气冷却至室温,完成钢棒的制备。
将制备的钢棒加热至760℃,保温3~10h,然后在680~720℃,保温12~30h后,空冷至室温,即得预备热处理钢棒。
对预备热处理钢棒进行表面车光处理,消除表面缺陷,并使钢棒满足尺寸、形状、表面质量设计要求,制得成品钢棒。
对制备的成品钢棒取样,并进行室温拉伸试验和高温持久试验。实施例1-4制备的钢材的测定结果如下表2所示。
表2测定结果
实验结果表明:本发明的汽轮机叶片材料具有较好的性能,完全满足汽轮机叶片的需要,能够有效延长制备叶片的使用寿命,具有较好的应用前景。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (2)

1.一种汽轮机叶片用耐热钢材的制备方法,其特征在于,该钢材采用包括如下重量百分比的组分制备而成:
C 0.18%;
Cr 11.65%;
Mn 0.55%;
Ni 3.5%;
Mo 2.93%;
V 0.26%;
Nb 0.15%;
N 0.073%;其余为铁和不可避免的杂质;
C 0.175%;
Cr 11.55%;
Mn 0.48%;
Ni 3.45%;
Mo 2.9%;
V 0.28%;
Nb 0.148%;
N 0.072%;其余为铁和不可避免的杂质;
C 0.182%;
Cr 11.53%;
Mn 0.54%;
Ni 3.48%;
Mo 2.87%;
V 0.3%;
Nb 0.142%;
N 0.065%;其余为铁和不可避免的杂质;
C 0.185%;
Cr 11.68%;
Mn 0.49%;
Ni 3.52%;
Mo 2.89%;
V 0.29%;
Nb 0.146%;
N 0.068%;其余为铁和不可避免的杂质;
C 0.19%;
Cr 11.57%;
Mn 0.52%;
Ni 3.55%;
Mo 2.94%;
V 0.28%;
Nb 0.149%;
N 0.069%;其余为铁和不可避免的杂质;
所述杂质包括如下重量百分比的组分:Si≤0.15;S≤0.015%;P≤0.020%;
该方法包括如下步骤:
(1)按钢材配比,称取各组分,得原料,将原料置于非真空感应炉内熔炼,熔炼温度为1550~1620℃,并将熔炼得到的溶液浇注成自耗电极;
(2)将步骤1得到的自耗电极置于电渣炉中进行重熔精炼,得电渣锭;
将得到的电渣锭加热锻造或轧制成钢棒,加热至1050~1080℃,保温40~180min后,进行油冷冷却至室温;油冷后,再加热至530℃以上,保温2~6h后,空气冷却至室温,完成回火处理;重复回火处理1~2次,完成钢棒的制备;
再将制备的钢棒加热至760℃,保温3~10h,然后在680~720℃,保温12~30h后,空冷至室温,即得预备热处理钢棒。
2.根据权利要求1所述汽轮机叶片用耐热钢材的制备方法,其特征在于,对得到的预备热处理钢棒进行表面处理:将其进行表面车光处理,消除表面缺陷,并使钢棒满足设计要求,制得成品钢棒。
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