CN109943783A

CN109943783A - 一种汽轮机高温铸件材料

Info

Publication number: CN109943783A
Application number: CN201711386345.5A
Authority: CN
Inventors: 于文龙; 沈红卫; 刘霞; 梅林波; 许存官
Original assignee: Shanghai Electric Power Generation Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Electric Power Generation Equipment Co Ltd
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-06-28
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: CN109943783B

Abstract

本发明提供一种汽轮机高温铸件材料，由以下质量百分比的元素组成：C0.05～0.30%，Si0.05～0.80%，Mn0.10～1.60%，P≤0.050%，S≤0.020%，Cr8.00～12.00%，Co2.50～5.00%，W1.20～2.80%，Mo0.20～1.50%，V0.10～0.30%，Nb0.01～0.15%，Ni0.01～0.50%，Al≤0.040%，Ti≤0.040%，N0.010～0.060%，B0.001～0.030%，余量为Fe。本发明提供的一种汽轮机高温铸件材料，具有与现有铸件材料相同的室温强度、塑性和韧性，还提高了现有铸件材料的蠕变断裂强度。

Description

一种汽轮机高温铸件材料

技术领域

本发明属于机械工程领域，涉及一种汽轮机高温铸件材料。

背景技术

铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件，即把冶炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其它浇铸方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经打磨等后续加工手段后，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。铸件的用途非常广泛，已运用到五金及整个机械电子行业等，而且其用途正在成不断扩大的趋势。具体用到，建筑，五金，设备，工程机械等大型机械，机床，船舶，航空航天，汽车，机车，电子，计算机，电器，灯具等行业，很多都是普通老百姓整天接触，但不了解的金属物件。

高温铸件是指能在高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件。

目前，在现有的高温铸件材料中，国内列入JB/T 11018-2010标准中可供选用的有ZG12Cr10Mo1W1VNbN及ZG12Cr9Mo1VNbN等钢种。其中，例如ZG12Cr10Mo1W1VNbN钢种虽有良好的屈服强度和塑性，但最高工作温度不能超过610℃，作为长时高温性能指标的蠕变断裂强度，在635℃/10万小时条件下只有65MPa左右，已不能满足工作温度为635℃的汽轮机铸件的设计要求。因此，有必要对现有高温铸件材料进行进一步的研究与改进。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种汽轮机高温铸件材料，用于解决现有技术中缺乏在保持室温强度、塑性及韧性的同时又能够提高蠕变断裂强度和高温持久强度的汽轮机高温铸件材料的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种汽轮机高温铸件材料，由以下质量百分比的元素组成：

C(碳)：0.05～0.30％，Si(硅)：0.05～0.80％，Mn(锰)：0.10～1.60％，P(磷)：≤0.050％，S(硫)：≤0.020％，Cr(铬)：8.00～12.00％，Co(钴)：2.50～5.00％，W(钨)：1.20～2.80％，Mo(钼)：0.20～1.50％，V(钒)：0.10～0.30％，Nb(铌)：0.01～0.15％，Ni(镍)：0.01～0.50％，Al(铝)：≤0.040％，Ti(钛)：≤0.040％，N(氮)：0.010～0.060％，B(硼)：0.001～0.030％，余量为Fe(铁)。

优选地，所述一种汽轮机高温铸件材料，由以下质量百分比的元素组成：

C(碳)：0.08～0.20％，Si(硅)：0.10～0.60％，Mn(锰)：0.20～1.20％，P(磷)：≤0.020％，S(硫)：≤0.010％，Cr(铬)：9.00～11.00％，Co(钴)：3.00～4.00％，W(钨)：1.50～2.50％，Mo(钼)：0.30～1.00％，V(钒)：0.15～0.25％，Nb(铌)：0.01～0.10％，Ni(镍)：0.01～0.50％，Al(铝)：≤0.020％，Ti(钛)：≤0.020％，N(氮)：0.010～0.050％，B(硼)：0.001～0.020％，余量为Fe(铁)。

本发明第二方面提供一种汽轮机高温铸件材料的制造方法，包括以下步骤：

1)按配比取各元素组分混合后熔炼，再经精炼、浇注获得铸件；

2)将铸件进行正火后，再进行回火，即得所需高温铸件材料。

优选地，步骤1)中，所述熔炼为常规的熔炼过程，即是将金属材料及其它辅助材料投入加热炉溶化并调质，炉料在高温炉内物料发生一定的物理、化学变化，产出粗金属或金属富集物和炉渣的火法冶金过程。

优选地，步骤1)中，所述精炼为常规的精炼过程，即是指将钢水通过物理或化学手段，达到去气、合金化、脱氧、脱硫、祛夹杂物等目的，提高钢液的冶金质量。

优选地，步骤1)中，所述浇注为常规的浇注过程，即是指将熔炼好的钢液浇注到铸型中，使钢液完成充型并在砂型中冷却，形成铸件的过程。

优选地，步骤2)中，所述正火为常规的正火热处理过程，即是将铸件加热到适宜的温度后冷却，改变钢的组织和结构以获得铸件所要求性能的热加工工艺。

优选地，步骤2)中，所述正火的温度为1000-1200℃。

优选地，步骤2)中，所述正火的冷却方式为风冷或水冷。

优选地，步骤2)中，所述回火为常规的回火热处理过程，即是将正火后的铸件在某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，从而降低铸件的脆性的热加工工艺。

优选地，步骤2)中，所述回火的温度为700-800℃。

优选地，步骤2)中，所述回火的保温时间根据铸件壁厚确定。

优选地，步骤2)中，所述回火的冷却方式为炉冷。

如上所述，本发明提供的一种汽轮机高温铸件材料，能够应用于汽轮机的最热端部件如汽缸和阀壳等，与现有的铸件材料如ZG12Cr10Mo1W1VNbN或ZG12Cr9Mo1VNbN相比，其不仅具有与现有铸件材料相同的室温强度、塑性和韧性，而且还提高了现有铸件材料的蠕变断裂强度，提高铸件材料的使用温度，从而提高发电机组的热效率，减少单位发电量的煤耗，减少有害气体的排放。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

以下实施例使用的含碳、硅、锰、磷、硫、铬、钴、钨、钼、钒、铌、镍、铝、钛、氮、硼、铁等元素的原料均可从市场上购买，实现熔炼、精炼、浇注、正火、回火等工艺的设备也可从市场上购买获得。

实施例1

按配比取含各元素组分的原料进行混合后熔炼，再经精炼、浇注、正火、回火处理后，即得所需高温铸件材料样品1#。高温铸件材料样品1#中各元素组分含量见表1。

实施例2

同理，按配比取含各元素组分的原料进行混合后熔炼，再经精炼、浇注、正火、回火处理后，即得所需高温铸件材料样品2#。高温铸件材料样品2#中各元素组分含量见表1。

表1实施例1、2中汽轮机铸件材料的化学成分

实施例3

将实施例1中的高温铸件材料样品1#和实施例2中的高温铸件材料样品2#，分别进行力学性能测试，力学性能测试结果数据见表2。同时，根据行业标准JB/T 11018-2010中规定，将现有铸件材料ZG12Cr10Mo1W1VNbN及ZG12Cr9Mo1VNbN的力学性能指标列出，具体数据见表2。

表2汽轮机铸件材料的力学性能

由表2可见，铸件材料样品1#和2#的强度(屈服强度R_p0.2及抗拉强度R_m)和塑性(延伸率A及断面收缩率Z)、韧性KV₂均满足对比材料ZG12Cr10Mo1W1VNbN及ZG12Cr9Mo1VNbN的指标要求。

同时，将实施例1中的高温铸件材料样品1#和实施例2中的高温铸件材料样品2#，分别按照标准GB/T 2039进行蠕变断裂强度试验，并推导计算出635℃/10万小时条件下的蠕变断裂强度极限R_u100 _000/635，并与ZG12Cr10Mo1W1VNbN及ZG12Cr9Mo1VNbN在635℃/10万小时条件下的的蠕变断裂强度进行比较，具体数据见表2。由表2可知，铸件材料样品1#和2#的蠕变断裂强度外推值均高于80MPa，相比铸件材料ZG12Cr10Mo1W1VNbN的蠕变断裂强度外推值提高了26％以上，相比铸件材料ZG12Cr9Mo1VNbN的蠕变断裂强度外推值高提高了34％以上，其材料的强化效果明显，从而使铸件材料的高温蠕变断裂强度明显改善，铸件材料的使用温度提高。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims

1.一种汽轮机高温铸件材料，由以下质量百分比的元素组成：

C：0.05～0.30％，Si：0.05～0.80％，Mn：0.10～1.60％，P：≤0.050％，S：≤0.020％，Cr：8.00～12.00％，Co：2.50～5.00％，W：1.20～2.80％，Mo：0.20～1.50％，V：0.10～0.30％，Nb：0.01～0.15％，Ni：0.01～0.50％，Al：≤0.040％，Ti：≤0.040％，N：0.010～0.060％，B：0.001～0.030％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种汽轮机高温铸件材料，其特征在于，由以下质量百分比的元素组成：

C：0.08～0.20％，Si：0.10～0.60％，Mn：0.20～1.20％，P：≤0.020％，S：≤0.010％，Cr：9.00～11.00％，Co：3.00～4.00％，W：1.50～2.50％，Mo：0.30～1.00％，V：0.15～0.25％，Nb：0.01～0.10％，Ni：0.01～0.50％，Al：≤0.020％，Ti：≤0.020％，N：0.010～0.050％，B：0.001～0.020％，余量为Fe。

3.根据权利要求1-2任一所述的一种汽轮机高温铸件材料的制造方法，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种汽轮机高温铸件材料的制造方法，其特征在于，步骤2)中，所述正火的温度为1000-1200℃。

5.根据权利要求3所述的一种汽轮机高温铸件材料的制造方法，其特征在于，步骤2)中，所述正火的冷却方式为风冷或水冷。

6.根据权利要求3所述的一种汽轮机高温铸件材料的制造方法，其特征在于，步骤2)中，所述回火的温度为700-800℃。

7.根据权利要求3所述的一种汽轮机高温铸件材料的制造方法，其特征在于，步骤2)中，所述回火的冷却方式为炉冷。