CN105734454A - 用作燃机叶片的高性能耐热钢材料及其冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用作燃机叶片的高性能耐热钢材料，包括如下重量百分比的组分：C：0.12～0.16；Cr：10.0～11.0；Mo：0.30～0.50；Mn：0.30～0.70；Ni：0.35～0.65；W：1.50～1.90；V：0.14～0.20；Nb：0.05～0.11；N：0.04～0.08；余量为Fe和杂质。本发明一种用作燃机叶片的高性能耐热钢材料具有较好的力学性能，且高温持久性能更佳，能够适应燃机中恶劣的工作环境，满足燃机中高温的使用条件的要求。

Description

用作燃机叶片的高性能耐热钢材料及其冶炼方法
技术领域
本发明涉及一种耐热钢材料，尤其涉及一种用作燃机叶片的高性能耐热钢材料。
背景技术
燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机的工作过程是，压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀做功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。
燃气轮机叶片是燃气轮机的重要部件。因为燃烧柴油或天然气的内燃机，是用燃料与空气混合燃烧后产生的气体靠推动叶片做功的。叶片作为燃机的核心部件，在燃机中起着极为主要的作用。叶片作为燃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。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用作燃机叶片的高性能耐热钢材料及其冶炼方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种用作燃机叶片的高性能耐热钢材料，包括如下重量百分比的组分：
具体地，所述杂质包括如下重量百分比的组分：
Si≤0.06S≤0.015P≤0.020
一种用作燃机叶片的高性能耐热钢材料的冶炼方法，包括以下步骤：
(1)取所需元素于非真空感应炉中进行熔炼温度为1580℃～1640℃的初炼，在熔炼过程中调节各组分的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素的含量，并将溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极在电渣炉中进行重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，并将其制成电渣锭；
(3)将电渣锭进行加热锻造或轧制成钢棒，并对钢棒进行试样热处理；
(4)对钢棒进行退火热处理；
(5)对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷，并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，获得成品钢棒；
(6)对成品钢棒进行室温拉伸试验，取样检验其力学性能。
具体地，上述步骤(3)中的试样热处理包括以下步骤：
(1)淬火：加热温度为1090℃～1130℃，时间为60～180min，冷却方式为油冷；
(2)回火：加热温度为650℃～720℃，时间为120～360min，冷却方式为空冷；
具体地，上述步骤(4)中的退火热处理包括以下步骤：
(1)将钢棒加热至760℃，并保温3～6小时；
(2)使其在退火炉中冷却至650℃～720℃，并保温8～35小时；
(3)炉冷至550℃后出炉空冷。
具体地，上述步骤(6)中室温拉伸试验的力学性能技术要求如下：
抗拉强度Rm≥930N/mm2
屈服强度RP0.2≥760N/mm2
伸长率A≥14％
断面收缩率Z≥32％
冲击功AKv≥20J
硬度HB＝277～331
本发明的有益效果在于：
本发明一种用作燃机叶片的高性能耐热钢材料具有较好的力学性能，且高温持久性能更佳，能够适应燃机中恶劣的工作环境，满足燃机中高温的使用条件的要求。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明：
根据上述钢材料的重量百分比的范围，本发明提出4个不同的实施例，各个实施例中各组分的重量百分比如下所示：
实施例 C Cr Mn Ni Mo W V Nb N
1 0.14 10.49 0.62 0.52 0.40 1.59 0.17 0.10 0.061
2 0.15 10.51 0.63 0.55 0.39 1.61 0.18 0.09 0.065
3 0.14 10.45 0.65 0.57 0.41 1.65 0.18 0.09 0.062
4 0.15 10.43 0.59 0.54 0.37 1.63 0.16 0.08 0.064
其余组分为Fe，将溶液浇注成为自耗电极；
但是现如今的技术无法达到不包含任何杂质(且杂质元素一般为Si、S、P)，因此为了降低杂质元素，将自耗电极置于电渣炉中进行重熔精炼，并使杂质元素的重量百分比满足下述要求：
Si≤0.06，S≤0.015，P≤0.020
然后将合格的钢材料制备成为电渣锭。
将电渣锭热处理后制成钢棒，热处理步骤及工艺参数如下：
淬火：加热温度为1090℃～1130℃，时间为60～180min，冷却方式为油冷；
回火：加热温度为650℃～720℃，时间为120～360min，冷却方式为空冷；
将热处理后的钢棒进行退火热处理，退火热处理步骤及工艺参数如下：
将钢棒加热至760℃，并保温3～6小时；使其在退火炉中冷却至650℃～720℃，并保温8～35小时；炉冷至550℃后出炉空冷。
对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷，并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，获得成品钢棒；
对成品钢棒进行室温拉伸试验，取样检验其力学性能，试验结构如下所示：
实施例 Rm Rp0.2 A Z AKv HB
N/mm2 N/mm2 ％ ％ J
1 992 857 19 64 32/32/34 309
2 994 858 20 65 32/34/32 313
3 988 843 21 65 34/38/38 313
4 990 845 22 65 34/34/32 309
若力学性能均在下述范围内，即为合格品。
抗拉强度Rm≥930N/mm2
屈服强度RP0.2≥760N/mm2
伸长率A≥14％
断面收缩率Z≥32％
冲击功AKv≥20J
硬度HB＝277～331
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用作燃机叶片的高性能耐热钢材料，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：
余量为Fe和杂质。
2.根据权利要求1所述的一种用作燃机叶片的高性能耐热钢材料，其特征在于，所述杂质包括如下重量百分比的组分：
Si≤0.06S≤0.015P≤0.020。
3.一种用作燃机叶片的高性能耐热钢材料的冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取所需元素于非真空感应炉中进行熔炼温度为1580℃～1640℃的初炼，在熔炼过程中调节各组分的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素的含量，并将溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极在电渣炉中进行重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，并将其制成电渣锭；
(3)将电渣锭进行加热锻造或轧制成钢棒，并对钢棒进行试样热处理；
(4)对钢棒进行退火热处理；
(5)对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷，并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，获得成品钢棒；
(6)对成品钢棒进行室温拉伸试验，取样检验其力学性能。
4.根据权利要求3所述的一种用作燃机叶片的高性能耐热钢材料的冶炼方法，其特征在于，上述步骤(3)中的试样热处理包括以下步骤：
(1)淬火：加热温度为1090℃～1130℃，时间为60～180min，冷却方式为油冷；
(2)回火：加热温度为650℃～720℃，时间为120～360min，冷却方式为空冷。
5.根据权利要求3所述的一种用作燃机叶片的高性能耐热钢材料的冶炼方法，其特征在于，上述步骤(4)中的退火热处理包括以下步骤：
(1)将钢棒加热至760℃，并保温3～6小时；
(2)使其在退火炉中冷却至650℃～720℃，并保温8～35小时；
(3)炉冷至550℃后出炉空冷。
6.根据权利要求3所述的一种用作燃机叶片的高性能耐热钢材料的冶炼方法，其特征在于，上述步骤(6)中室温拉伸试验的力学性能技术要求如下：
抗拉强度Rm≥930N/mm2
屈服强度RP0.2≥760N/mm2
伸长率A≥14％
断面收缩率Z≥32％
冲击功AKv≥20J
硬度HB＝277～331。
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