CN110629126B - 可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料 - Google Patents

可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料 Download PDF

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Abstract

可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料，它涉及制造汽轮机转子的材料。它提供了可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料。材料：组成C，Mn，Si，P，S，Cr，Ni，Mo，V，W，Cu，Al，Sn，Sb，As，H，O，N，余量为Fe。本发明可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料的延伸率、断面收缩率、冲击功、FATT50等性能优异，高压侧具有优异的高温强度，满足了高温转子的使用要求，而低压侧具有优异的室温强度和塑韧性，满足了低压转子的使用要求，解决了566℃等级中小汽轮机高低压联合转子用材问题。本发明适用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料。

Description

可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料
技术领域
本发明涉及制造汽轮机转子的材料。
背景技术
随着大型火电机组市场需求的持续萎缩，与垃圾发电、生物质发电、钢铁企业、石化煤化企业配套的中小汽轮机市场竞争越来越激烈。与生产传统的中小汽轮机相比，目前市场要求的汽轮机参数越来越高，蒸汽温度已经达到超临界的水平，即566℃；同时，与常规大型火电机组不同的是，中小汽轮机要求的转速非常高，接近6000r/m。另外，由于中小汽轮机结构紧凑，通产采用高低压合缸结构，因此，转子也采用高低压联合转子。对于联合转子还要求高压侧必须具有优异的高温强度，满足高温转子的使用要求，而低压侧必须具有优异的室温强度和塑韧性，满足低压转子的使用要求。这些要求都对高低压联合转子提出了巨大挑战。目前还没有能够满足566℃等级中小汽轮机高低联合转子的材料。
发明内容
本发明的目的是提供可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料。
可用于566℃高低压联合转子的材料，它按照重量百分比组成为C：0.18～0.25％，Mn：0.40～1.00％，Si：≤0.05％，P：≤0.005％，S：≤0.005％，Cr：1.50～2.50％，Ni：0.50～1.00％，Mo：0.50～1.00％，V：0.20～0.35％，W：0.50～1.00％，Cu：≤0.05％，Al：≤0.005％，Sn：≤0.008％，Sb：≤0.0020％，As：≤0.008％，H：≤1.5ppm，O：≤35ppm，N：≤100ppm，余量为Fe。
采用本发明中材料制成的可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的性能指标如下：
高压侧：
屈服强度：≥600MPa
抗拉强度：760～860MPa
延伸率：≥17％
断面收缩率：≥50％
冲击功Akv：≥50J
韧脆转变温度FATT50：≤40℃
低压侧：
屈服强度：760～860MPa
抗拉强度：≥860MPa
延伸率：≥15％
断面收缩率：≥50％
冲击功Akv：≥80J
韧脆转变温度FATT50：≤15℃。
本发明可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料的延伸率、断面收缩率、冲击功、FATT50等性能优异，高压侧具有优异的高温强度，满足了高温转子的使用要求，而低压侧具有优异的室温强度和塑韧性，满足了低压转子的使用要求，解决了566℃等级中小汽轮机高低压联合转子用材问题。
本发明适用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料，它按照重量百分比组成为C：0.18～0.25％，Mn：0.40～1.00％，Si：≤0.05％，P：≤0.005％，S：≤0.005％，Cr：1.50～2.50％，Ni：0.50～1.00％，Mo：0.50～1.00％，V：0.20～0.35％，W：0.50～1.00％，Cu：≤0.05％，Al：≤0.005％，Sn：≤0.008％，Sb：≤0.0020％，As：≤0.008％，H：≤1.5ppm，O：≤35ppm，N：≤100ppm，余量为Fe。
本实施方式中可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料的制造如下：
冶炼：电弧炉(EAF)+真空碳脱氧(VCD)工艺；
热处理：
高压侧：960±10℃，20h，强风冷或喷雾冷却，660±10℃，55h，炉冷；
低压侧：930±10℃，20h，喷水冷却，620±10℃，55h，炉冷。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，它按照重量百分比组成为C：0.22％，Mn：0.60％，Si：0.04％，P：0.005％，S：0.002％，Cr：2.10％，Ni：0.72％，Mo：0.85％，V：0.32％，W：0.67％，Cu：0.04％，Al：0.004％，Sn：0.005％，Sb：0.0008％，As：0.006％，H：≤1.5ppm，O：≤35ppm，N：≤100ppm，余量为Fe。其它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不同的是，它按照重量百分比组成为C：0.20％，Mn：0.58％，Si：0.03％，P：0.003％，S：0.002％，Cr：2.20％，Ni：0.70％，Mo：0.86％，V：0.31％，W：0.68％，Cu：0.04％，Al：0.004％，Sn：0.005％，Sb：0.0008％，As：0.006％，H：≤1.5ppm，O：≤35ppm，N：≤100ppm，余量为Fe。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是，它按照重量百分比组成为C：0.21％，Mn：0.60％，Si：0.02％，P：0.004％，S：0.005％，Cr：1.95％，Ni：0.70％，Mo：0.65％，V：0.25％，W：0.60％，Cu：0.05％，Al：0.005％，Sn：0.008％，Sb：0.0010％，As：0.008％，H：≤1.5ppm，O：≤35ppm，N：≤100ppm，余量为Fe。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是，它按照重量百分比组成为C：0.25％，Mn：0.80％，Si：0.03％，P：0.002％，S：0.004％，Cr：2.50％，Ni：1.00％，Mo：0.50％，V：0.32％，W：0.70％，Cu：0.03％，Al：0.003％，Sn：0.007％，Sb：0.0009％，As：0.005％，H：≤1.5ppm，O：≤35ppm，N：≤100ppm，余量为Fe。其它与具体实施方式一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：
可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料，它按照重量百分比组成为C：0.18～0.25％，Mn：0.40～1.00％，Si：≤0.05％，P：≤0.005％，S：≤0.005％，Cr：1.50～2.50％，Ni：0.50～1.00％，Mo：0.50～1.00％，V：0.20～0.35％，W：0.50～1.00％，Cu：≤0.05％，Al：≤0.005％，Sn：≤0.008％，Sb：≤0.0020％，As：≤0.008％，H：≤1.5ppm，O：≤35ppm，N：≤100ppm，余量为Fe。
本实施方式中可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料的制造如下：
冶炼：电弧炉(EAF)+真空碳脱氧(VCD)工艺；
热处理：
高压侧：960±10℃，20h，强风冷或喷雾冷却，660±10℃，55h，炉冷；
低压侧：930±10℃，20h，喷水冷却，620±10℃，55h，炉冷。
高压侧：1300mm，低压侧：1800mm。
与专利号为ZL200610009844.8“用于制造汽轮机高低压联合转子的材料”的现有技术进行比较：
表1
Figure BDA0002244661250000031
Figure BDA0002244661250000041
两者化学成分上的差异如表1所示：
Ni：
Ni的主要作用是提高材料的塑韧性，对于工作温度较低的低压转子用材通常含有较高的Ni含量。但是，在高温下，Ni会促进碳化物偏聚，进而降低钢的高温蠕变持久强度。因此，对于高压侧工作温度达566℃的联合转子，本实施例中的材料降低了Ni元素的含量。
W、Mo：
W和Mo对于转子钢主要有两种强化方式，即固溶强化和M23C6碳化物沉淀强化。W和Mo的强化效果具有当量关系，通常采用Mo当量表征，即Moeq＝Mo+1/2W。研究表明，
i：W、Mo复合强化的效果优于W或Mo单独强化；
ii：W的强化效果优于Mo，同时W还可以提高材料的韧性；
与现有技术相比，本实施例中的材料降低了Mo含量，增加W元素，采用W、Mo复合强化，既提高了材料的蠕变持久强度，又提高了材料的韧性。
表2
Figure BDA0002244661250000042
两者性能上的差异如表2所示：
本实施例中材料的延伸率、断面收缩率、冲击功、FATT50等性能更加优异，高压侧具有优异的高温强度，满足了高温转子的使用要求，而低压侧具有优异的室温强度和塑韧性，满足了低压转子的使用要求，解决了566℃等级中小汽轮机高低压联合转子用材问题。
本实施例中材料的持久性能：
按照GB/T2039《金属材料单轴拉伸蠕变试验方法》进行蠕变持久试验，试验条件如表3所示，并采用L-M采用方法外推566℃、10万小时持久强度103MPa，外推525℃、10万小时持久强度＞207MPa，优于现有技术中的材料。
表3高温持久强度
Figure BDA0002244661250000051
实施例2：
可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料，它按照重量百分比组成为C：0.22％，Mn：0.60％，Si：0.04％，P：0.005％，S：0.002％，Cr：2.10％，Ni：0.72％，Mo：0.85％，V：0.32％，W：0.67％，Cu：0.04％，Al：0.004％，Sn：0.005％，Sb：0.0008％，As：0.006％，H：≤1.5ppm，O：≤35ppm，N：≤100ppm，余量为Fe。
采用本实施例中材料制成的可用于566℃高低压联合转子的性能指标如下：
高压侧：
屈服强度：650MPa
抗拉强度：780MPa
延伸率：20％
断面收缩率：70％
冲击功Akv：136J
韧脆转变温度FATT50：8℃
低压侧：
屈服强度：780MPa
抗拉强度：895MPa
延伸率：22％
断面收缩率：68％
冲击功Akv：160J
韧脆转变温度FATT50：-10℃。
实施例3：
可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料，它按照重量百分比组成为C：0.20％，Mn：0.58％，Si：0.03％，P：0.003％，S：0.002％，Cr：2.20％，Ni：0.70％，Mo：0.86％，V：0.31％，W：0.68％，Cu：0.04％，Al：0.004％，Sn：0.005％，Sb：0.0008％，As：0.006％，H：≤1.5ppm，O：≤35ppm，N：≤100ppm，余量为Fe。
采用本实施例中材料制成的可用于566℃高低压联合转子的性能指标如下：
高压侧：
屈服强度：655MPa
抗拉强度：790MPa
延伸率：20％
断面收缩率：67％
冲击功Akv：130J
韧脆转变温度FATT50：10℃
低压侧：
屈服强度：775MPa
抗拉强度：890MPa
延伸率：15％
断面收缩率：70％
冲击功Akv：165J
韧脆转变温度FATT50：-5℃。

Claims (2)

1.可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料，其特征在于它按照重量百分比组成为C：0.22％，Mn：0.60％，Si：0.04％，P：0.005％，S：0.002％，Cr：2.10％，Ni：0.72％，Mo：0.85％，V：0.32％，W：0.67％，Cu：0.04％，Al：0.004％，Sn：0.005％，Sb：0.0008％，As：0.006％，H：≤1.5ppm，O：≤35ppm，N：≤100ppm，余量为Fe；
可用于566℃高低压联合转子的性能指标如下：
高压侧：
屈服强度：650MPa；
抗拉强度：780MPa；
延伸率：20％；
断面收缩率：70％；
冲击功Akv：136J；
韧脆转变温度FATT50：8℃；
低压侧：
屈服强度：780MPa；
抗拉强度：895MPa；
延伸率：22％；
断面收缩率：68％；
冲击功Akv：160J；
韧脆转变温度FATT50：-10℃。
2.可用于566℃等级中小汽轮机高低压联合转子的材料，其特征在于它按照重量百分比组成为C：0.20％，Mn：0.58％，Si：0.03％，P：0.003％，S：0.002％，Cr：2.20％，Ni：0.70％，Mo：0.86％，V：0.31％，W：0.68％，Cu：0.04％，Al：0.004％，Sn：0.005％，Sb：0.0008％，As：0.006％，H：≤1.5ppm，O：≤35ppm，N：≤100ppm，余量为Fe；
采用本实施例中材料制成的可用于566℃高低压联合转子的性能指标如下：
高压侧：
屈服强度：655MPa；
抗拉强度：790MPa；
延伸率：20％；
断面收缩率：67％；
冲击功Akv：130J；
韧脆转变温度FATT50：10℃；
低压侧：
屈服强度：775MPa；
抗拉强度：890MPa；
延伸率：15％；
断面收缩率：70％；
冲击功Akv：165J；
韧脆转变温度FATT50：-5℃。
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