CN106939390A - 超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料 - Google Patents

超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料 Download PDF

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Abstract

超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料，它涉及一种超超临界汽轮机阀芯部件用不锈钢锻件材料。本发明的目的是要解决现有620℃等级超超临界汽轮机阀芯部件采用Ni基合金制造，成本很高的问题。超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料由C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、W、Nb、N和余量为Fe组成，或由C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、W、Nb、Ta、N和余量为Fe组成。本发明主要用于制备超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料。

Description

超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料
技术领域
本发明涉及一种超超临界汽轮机阀芯部件用不锈钢锻件材料。
背景技术
目前，国内外投入商业运行的超超临界汽轮机进汽温度已经达到620℃，正在研发630～650℃甚至更高参数的超超临界汽轮机。阀芯部件与蒸汽直接接触，要求用材具有极好的高温性能。620℃等级阀芯部件采用Ni基合金制造，成本很高。
发明内容
本发明的目的是要解决现有620℃等级超超临界汽轮机阀芯部件采用Ni基合金制造，成本很高的问题，而提供超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料。
一种超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料，它按重量百分比由0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.25％～19.75％Cr、11.50％～12.50％Ni、3.00％～3.60％W、0.85％～1.25％Nb、≤0.15％N和余量为Fe组成。
一种超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料，它按重量百分比由0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.25％～19.75％Cr、11.50％～12.50％Ni、3.00％～3.60％W、0.85％＜Nb＜1.25％、≤0.020％Ta、≤0.15％N和余量为Fe组成，且保证Nb+Ta为0.85％～1.25％。
本发明优点：一、本发明超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料中通过添加Cr、Ni和W，显著提高钢的抗蒸汽氧化腐蚀性能，同时通过固溶强化作用，提高钢的强度，以及形成(Cr、W)23C6碳化物，提高钢的强度；二、本发明的进行冶炼的具体设备不受特别限制，可以根据需要灵活选择。可以利用电炉进行冶炼，电炉冶炼的产物进行电渣重熔，得到所述钢材；因此，设备易得，操作简单，对技术人员没有特殊要求，且成本较低。电渣重熔过程中，钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收，且钢中有害元素通过钢-渣反应和高温气化可以比较有效地去除。三、本发明可以快速有效的制备获得前面所述的钢材，步骤简单，操作方便，且对操作人员和设备无特殊要求，易于实现工业化生产，且获得的钢材具有优异的机械性能和耐热性能，使钢的使用温度超过620℃，代替超超临界汽轮机阀芯部件用高温合金材料，降低汽轮机制造成本。四、通过形变热处理，显著提高奥氏体不锈钢材料的高温性能，使其使用温度超过620℃，代替超超临界汽轮机阀芯部件用高温合金材料，降低汽轮机制造成本。室温性能：屈服强度Rp0.2≥420MPa，抗拉强度Rm≥700MPa，断后延伸率A≥18％，断面收缩率Z≥35％；室温硬度：布氏硬度：220～270HB。蠕变持久强度：试验温度710℃，试验应力211MPa，蠕变持久断裂时间≥25MPa。
本发明主要用于制备超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是1、一种超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料，其特征在于超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.25％～19.75％Cr、11.50％～12.50％Ni、3.00％～3.60％W、0.85％～1.25％Nb、≤0.15％N和余量为Fe组成。
本实施方式所述的超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料是按以下步骤制备的：
一、准备原料：按重量百分比0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.25％～19.75％Cr、11.50％～12.50％Ni、3.00％～3.60％W、0.85％～1.25％Nb、≤0.15％N和余量为Fe准备原料，得到待熔炼原料；
二、熔炼：将待冶炼原料进行冶炼，得到冶炼产物，然后对冶炼产物进行电渣重熔，得到熔炼钢锭；
三、锻造：将熔炼钢锭采用燃气炉加热至1100～1200℃，进行保温锻造，在锻造过程中保证锻件温度在650℃以上，锻造完成后，采用电炉在温度为720℃～790℃下进行去应力处理，去应力处理时间为7h～8h，随炉冷却至室温，即得到超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料。
在锻造过程中采用足够吨位的压机进行锻造，保证材料有充分的锻比。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.79％Cr、12.13％Ni、3.46％W、0.85％～1.25％Nb、≤0.15％N和余量为Fe组成。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.79％Cr、12.13％Ni、3.46％W、1.10％Nb、0.14％N和余量为Fe组成。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.14％C、0.583％Si、0.562％Mn、0.020％P、0.006％S、18.79％Cr、12.13％Ni、3.46％W、1.10％Nb、0.14％N和余量为Fe组成。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式是一种超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料，其特征在于超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.25％～19.75％Cr、11.50％～12.50％Ni、3.00％～3.60％W、0.85％＜Nb＜1.25％、≤0.020％Ta、≤0.15％N和余量为Fe组成，且保证Nb+Ta为0.85％～1.25％。
本实施方式所述的超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料是按以下步骤制备的：
一、准备原料：按重量百分比0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.25％～19.75％Cr、11.50％～12.50％Ni、3.00％～3.60％W、0.85％＜Nb＜1.25％、≤0.020％Ta、≤0.15％N和余量为Fe准备原料，且保证Nb+Ta为0.85％～1.25％，得到待熔炼原料；
二、熔炼：将待冶炼原料进行冶炼，得到冶炼产物，然后对冶炼产物进行电渣重熔，得到熔炼钢锭；
三、锻造：将熔炼钢锭采用燃气炉加热至1100～1200℃，进行保温锻造，在锻造过程中保证锻件温度在650℃以上，锻造完成后，采用电炉在温度为720℃～790℃下进行去应力处理，去应力处理时间为7h～8h，随炉冷却至室温，即得到超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料。
在锻造过程中采用足够吨位的压机进行锻造，保证材料有充分的锻比。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.79％Cr、12.13％Ni、3.46％W、0.85％～1.25％Nb、≤0.020％Ta、≤0.15％N和余量为Fe组成，且保证Nb+Ta为0.85％～1.25％。其他与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六之一不同点是：超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.79％Cr、12.13％Ni、3.46％W、1.10％Nb、0.017％Ta、0.14％N和余量为Fe组成。其他与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七之一不同点是：超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.138％C、0.585％Si、0.562％Mn、0.019％P、0.005％S、18.82％Cr、11.99％Ni、3.42％W、1.10％Nb、0.017％Ta、0.14％N和余量为Fe组成。其他与具体实施方式五至七相同。
采用下述试验验证本发明效果
实施例1：超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.14％C、0.583％Si、0.562％Mn、0.020％P、0.006％S、18.79％Cr、12.13％Ni、3.46％W、1.10％Nb、0.14％N和余量为Fe组成。
所述超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料是按以下步骤制备的：
一、准备原料：按重量百分比0.14％C、0.583％Si、0.562％Mn、0.020％P、0.006％S、18.79％Cr、12.13％Ni、3.46％W、1.10％Nb、0.14％N和余量为Fe组成准备原料，得到待熔炼原料；
二、熔炼：将待冶炼原料进行冶炼，得到冶炼产物，然后对冶炼产物进行电渣重熔，得到熔炼钢锭；
三、锻造：将熔炼钢锭采用燃气炉加热至1200℃，进行保温锻造，在锻造过程中保证锻件温度在650℃以上，锻造完成后，采用电炉在温度为750℃±10℃下进行去应力处理，去应力处理时间为7.5h，随炉冷却至室温，即得到超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料。
通过添加Cr，18.79wt％，Ni，12.13wt％，W，3.46wt％，显著提高钢的抗蒸汽氧化腐蚀性能，同时通过固溶强化作用，提高钢的强度，以及形成(Cr、W)23C6碳化物，提高钢的强度，通过添加Nb，1.10wt％，N，0.14wt％，形成Nb(C,N)碳化物，提高钢的强度。
与常规的含12％Cr、1％Mo和1％W的不锈钢2Cr12NiMo1W1V相比，在相同的持久断裂时间要求下，试验温度和试验应力均大幅提高，温度提高60℃，应力提高31MPa，具体数据如表1所示。
表1
材料 温度，℃ 应力，MPa 持久断裂时间，h
实施例1钢种 710 211 ≥25
对比钢种 650 180 ≥25
实施例2：超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.138％C、0.585％Si、0.562％Mn、0.019％P、0.005％S、18.82％Cr、11.99％Ni、3.42％W、1.10％Nb、0.017％Ta、0.14％N和余量为Fe组成。
所述超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料是按以下步骤制备的：
一、准备原料：按重量百分比0.138％C、0.585％Si、0.562％Mn、0.019％P、0.005％S、18.82％Cr、11.99％Ni、3.42％W、1.10％Nb、0.017％Ta、0.14％N和余量为Fe组成准备原料，得到待熔炼原料；
二、熔炼：将待冶炼原料进行冶炼，得到冶炼产物，然后对冶炼产物进行电渣重熔，得到熔炼钢锭；
三、锻造：将熔炼钢锭采用燃气炉加热至1200℃，进行保温锻造，在锻造过程中保证锻件温度在650℃以上，锻造完成后，采用电炉在温度为750℃±10℃下进行去应力处理，去应力处理时间为7.5h，随炉冷却至室温，即得到超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料。
通过添加Cr，18.82wt％，Ni，11.99wt％，W，3.42wt％，显著提高钢的抗蒸汽氧化腐蚀性能，同时通过固溶强化作用，提高钢的强度，以及形成(Cr、W)23C6碳化物，提高钢的强度，通过添加Nb，1.10wt％，Ta，0.017wt％，N，0.14wt％，形成(Nb，Ta)(C,N)碳化物，提高钢的强度。
与常规的含12％Cr、1％Mo和1％W的不锈钢2Cr12NiMo1W1V相比，在相同的持久断裂时间要求下，试验温度和试验应力均大幅提高，温度提高60℃，应力提高35MPa，具体数据如表2所示。
表2
材料 温度，℃ 应力，MPA 持久断裂时间，h
实施例2钢种 710 215 ≥25
对比钢种 650 180 ≥25

Claims (8)

1.一种超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料，其特征在于超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.25％～19.75％Cr、11.50％～12.50％Ni、3.00％～3.60％W、0.85％～1.25％Nb、≤0.15％N和余量为Fe组成。
2.根据权利要求1所述的一种超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料，其特征在于超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.79％Cr、12.13％Ni、3.46％W、0.85％～1.25％Nb、≤0.15％N和余量为Fe组成。
3.根据权利要求2所述的一种超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料，其特征在于超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.79％Cr、12.13％Ni、3.46％W、1.10％Nb、0.14％N和余量为Fe组成。
4.根据权利要求3所述的一种超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料，其特征在于超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.14％C、0.583％Si、0.562％Mn、0.020％P、0.006％S、18.79％Cr、12.13％Ni、3.46％W、1.10％Nb、0.14％N和余量为Fe组成。
5.一种超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料，其特征在于超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.25％～19.75％Cr、11.50％～12.50％Ni、3.00％～3.60％W、0.85％＜Nb＜1.25％、≤0.020％Ta、≤0.15％N和余量为Fe组成，且保证Nb+Ta为0.85％～1.25％。
6.根据权利要求5所述的一种超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料，其特征在于超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.79％Cr、12.13％Ni、3.46％W、0.85％～1.25％Nb、≤0.020％Ta、≤0.15％N和余量为Fe组成，且保证Nb+Ta为0.85％～1.25％。
7.根据权利要求6所述的一种超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料，其特征在于超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.12％～0.17％C、≤0.60％Si、≤0.60％Mn、≤0.030％P、≤0.020％S、18.79％Cr、12.13％Ni、3.46％W、1.10％Nb、0.017％Ta、0.14％N和余量为Fe组成。
8.根据权利要求7所述的一种超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料，其特征在于超超临界汽轮机阀芯部件用变形强化奥氏体不锈钢锻件材料按重量百分比由0.138％C、0.585％Si、0.562％Mn、0.019％P、0.005％S、18.82％Cr、11.99％Ni、3.42％W、1.10％Nb、0.017％Ta、0.14％N和余量为Fe组成。
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