DE112021000275T5 - Hitzebeständiger Stahlguss und Verfahren zur Herstellung und deren Verwendung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen hitzebeständigen Stahlguss und ein Verfahren zur Herstellung und deren Verwendung bereit, umfassend die folgenden Elemente und Massenprozentsätze, bezogen auf die Gesamtmasse des hitzebeständigen Stahlgusses: C 0,08 Gew. -%-0,18 Gew. -%, Si 0,10 Gew. - %-0,40 Gew. -%, Mn 0,30 Gew. -%-0,70 Gew. -%, Cr 9,80 Gew. -%-10,70 Gew. -%, Co 3,00 Gew. -%-3,50 Gew. -%, W 1,60 Gew. -%-2,00 Gew. -%, Mo 0,45 Gew. -%-0,85 Gew. -%, V 0,10 Gew. -%-0,30 Gew. -%, Nb 0,02 Gew. -%-0,08 Gew. -%, N 0,010 Gew. -%-0,035 Gew. -%, B 0,001 Gew. -%-0,010 Gew. -%, Ni ≤ 0,20 Gew. -%, Fe 79 Gew. -%-85,5 Gew. -%, wodurch die Anforderungen für die Verwendung von Turbinenteilen bei 635 °C und darunter erfüllt werden können.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Metallmaterialien, insbesondere auf einen hitzebeständigen Stahlguss und ein Verfahren zur Herstellung und deren Verwendung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Eine Dampfturbine in einer Turbomaschine, auch Dampfturbinenmotor genannt, ist ein rotierendes Dampfkraftwerk. Der Hochtemperatur- und Hochdruckdampf wird durch die feste Düse als beschleunigter Luftstrom auf die Schaufeln geleitet, so dass der schaufeltragende Rotor umläuft und gleichzeitig Arbeit leistet. Dampfturbinen sind die Hauptausrüstung moderner Wärmekraftwerke.
  • Durch Erhöhen der Dampftemperaturparameter von Kohlekraftwerken kann der Wirkungsgrad der Anlage verbessert und der Verbrauch fossiler Brennstoffe gesenkt werden, wodurch Energieeinsparung und Emissionsreduzierung erzielt werden. Die Betriebstemperatur von Dampfturbinen ist durch die maximale Einsatztemperatur von Schlüsselkomponenten wie Zylindern, Ventilen, Rotoren und Schaufeln begrenzt.
  • Hochtemperaturgussteilmaterialien für Zylinder und Ventilgehäuse in Dampfturbinen haben sich von Cr-Mo-Stahl zu verschiedenen Arten von 9%-12% Cr-Ferritstahl entwickelt. In den bestehenden Hochtemperaturgussteilmaterialien sind derzeit ZG12Cr10Mo1W1VNbN und ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB verfügbar, wobei die maximale Betriebstemperatur von ZG12Cr10Mo1W1VNbN-Stahlsorten 610 °C nicht überschreiten kann und die maximale Betriebstemperatur von ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB-Stahlsorten 625 °C nicht überschreiten kann. Derzeit gibt es kein Material für hitzebeständigen Stahlguss für Dampfturbinengussteile, das eine Betriebstemperatur von 635 °C erfüllen kann.
  • INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Angesichts der Unzulänglichkeiten des oben beschriebenen Standes der Technik besteht der Zweck der vorliegenden Erfindung darin, einen hitzebeständigen Stahlguss und ein Verfahren zur Herstellung und deren Verwendung bereitzustellen, um Probleme im Stand der Technik zu lösen.
  • Um den obigen Zweck und andere damit zusammenhängende Zwecke zu erreichen, wird die vorliegende Erfindung durch die folgenden technischen Lösungen erhalten.
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen hitzebeständigen Stahlguss bereit, umfassend die folgenden Elemente und Massenprozentsätze, bezogen auf die Gesamtmasse des hitzebeständigen Stahlgusses:
    • C 0,08 Gew. -%-0,18 Gew. -%, Si 0,10 Gew. -%-0,40 Gew. -%, Mn 0,30 Gew. - %-0,70 Gew. -%, Cr 9,80 Gew. -%-10,70 Gew. -%, Co 3,00 Gew. -%-3,50 Gew. -%, W 1,60 Gew. -%-2,00 Gew. -%, Mo 0,45 Gew. -%-0,85 Gew. -%, V 0,10 Gew. -%-0,30 Gew. -%, Nb 0,02 Gew. -%-0,08 Gew. -%, N 0,010 Gew. -%-0,035 Gew. -%, B 0,001 Gew. -%-0,010 Gew. -%, Ni ≤ 0,20 Gew. -%, Fe 79 Gew. -%-85,5 Gew. -%.
  • Gemäß der obigen technischen Lösung der vorliegenden Anmeldung ist vorgesehen, dass das Fe 80,5 Gew. -%-84,7 Gew. -% beträgt. Gemäß der obigen technischen Lösung der vorliegenden Anmeldung ist vorgesehen, dass das Fe 81 Gew. -%-83,8 Gew. -% beträgt.
  • Gemäß der obigen technischen Lösung des hitzebeständigen Stahlgusses der vorliegenden Anmeldung ist vorgesehen, dass der hitzebeständige Stahlguss auch Verunreinigungen enthält, wobei die Verunreinigungen eine oder mehrere von AI, P, S, Cu, Ti und Sn umfassen.
  • Gemäß der obigen technischen Lösung des hitzebeständigen Stahlgusses der vorliegenden Anmeldung ist vorgesehen, dass AI ≤ 0,030 Gew. -%, P ≤ 0,030 Gew. -%, S ≤ 0,020 Gew. -%, Cu ≤ 0,25 Gew. -%, Ti ≤ 0,030 Gew. -%, Sn ≤ 0,030 Gew. -%, weiter vorzugsweise AI ≤ 0,020 Gew. -%, P ≤ 0,020 Gew. -%, S ≤ 0,015 Gew. -%, Cu ≤ 0,15 Gew. -%, Ti ≤ 0,020 Gew. -%, Sn ≤ 0,020 Gew. -%, bezogen auf die Gesamtmasse des hitzebeständigen Stahlgusses.
  • Gemäß der obigen technischen Lösung des hitzebeständigen Stahlgusses der vorliegenden Anmeldung ist vorgesehen, dass der hitzebeständige Stahlguss die folgenden Elemente und Massenprozentsätze umfasst: C 0,10 Gew. -%-0,16 Gew. -%, Si 0,20 Gew. -%-0,30 Gew. -%, Mn 0,40 Gew. -%-0,60 Gew. -%, Cr 10,00 Gew. -%-10,50 Gew. -%, Co 3,10 Gew. -%-3,40 Gew. -%, W 1,65 Gew. - %-1,90 Gew. -%, Mo 0,55 Gew. -%-0,75 Gew. -%, V 0,15 Gew. -%-0,25 Gew. - %, Nb 0,03 Gew. -%-0,07 Gew. -%, N 0,015 Gew. -%-0,030 Gew. -%, B 0,002 Gew. -%-0,008 Gew. -%, Ni ≤ 0,10 Gew. -%, der Rest ist Fe und Verunreinigungen, bezogen auf die Gesamtmasse des hitzebeständigen Stahlgusses.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart auch die Verwendung von hitzebeständigem Stahlguss als Gussteilmaterial in Turbinenmaschinen, insbesondere auf dem Gebiet der Dampfturbinen.
  • Die Gründe für die Begrenzung des Massenprozentsatzes jedes Elements des hitzebeständigen Stahlgusses gemäß der vorliegenden Erfindung sind wie folgt:
    • Kohlenstoff (C): Das C-Element stellt die Härtbarkeit sicher. Während des Temperierungsvorgangs wird das C-Element mit Elementen wie Mo und W kombiniert, um M23C6-Carbide an der Korngrenze und der Martensitgrenze zu bilden, und das C-Element wird mit Elementen wie Nb und V kombiniert, um MX-Carbonitride in Martensit zu bilden. Nachdem das obige M23C6-Carbid und das obige MX-Carbonitrid ausgefällt und verstärkt wurden, kann die Hochtemperaturfestigkeit erhöht werden. Neben der Gewährleistung von Festigkeit und Zähigkeit ist das C-Element auch ein unverzichtbares Element, um die Bildung der schädlichen Phasen δ-Ferrit und BN zu unterdrücken. Damit der hitzebeständige Stahlguss gemäß der vorliegenden Erfindung die erforderliche Festigkeit und Zähigkeit aufweist, sollte der Gehalt an C-Element über 0,08% liegen. Wenn jedoch ein Überschuss zugegeben wird, wird die Zähigkeit verringert. Wenn M23C6-Carbide übermäßig ausgefällt werden, wird die Festigkeit der Legierung verringert und die Hochtemperaturfestigkeit für den Langzeitgebrauch wird beeinträchtigt. Daher sollte der Gehalt an C-Element auf 0,08-0,18% begrenzt sein. Darüber hinaus sollte der optimale Gehalt an C-Element auf 0,10-0,16% begrenzt sein;
    • Silizium (Si): Das Si-Element ist ein wirksames Element für die Desoxidation von geschmolzenem Stahl und kann in Kombination mit Cr die Oxidationsbeständigkeit von Stahl verbessern. Das Si-Element fördert jedoch die Ausfällung von der Laves-Phase, was die Zähigkeit des Stahls ungünstig beeinflusst und die Kriechfestigkeit beeinträchtigt. Daher sollte der Gehalt an Si-Element auf 0,10-0,40% begrenzt sein. Darüber hinaus sollte der optimale Gehalt an Si-Element auf 0,20-0,30% begrenzt sein;
    • Mangan (Mn): Das Mn-Element kann Sauerstoff und Schwefel in dem geschmolzenen Stahl entfernen und die Härtbarkeit des Stahls verbessern. Mit zunehmendem Gehalt an Mn-Element nimmt jedoch die Kriechbruchfestigkeit ab. Daher sollte der Gehalt an Mn-Element auf 0,30-0,70% begrenzt sein. Darüber hinaus sollte der optimale Gehalt an Mn-Element auf 0,40-0,60% begrenzt sein;
    • Chrom (Cr): Die Hauptfunktion von Cr-Element in Stahl ist die Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Als konstituierendes Element von M23C6-Carbiden zur Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit durch Ausfällungsverstärkung ist Cr ein unverzichtbares Element. Um den obigen Effekt zu erhalten, beträgt der Gehalt an Cr-Element des hitzebeständigen Stahlgusses gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens 9,80%. Wenn es jedoch 10,70% überschreitet, wird leicht δ-Ferrit gebildet, wodurch die hohe Festigkeit und Zähigkeit verringert werden. Daher sollte der Gehalt an Cr-Element auf 9,80-10,70% begrenzt sein. Darüber hinaus sollte der optimale Gehalt an Cr-Element auf 10,00-10,50% begrenzt sein;
    • Molybdän (Mo): Die Zugabe des Mo-Elements dient hauptsächlich dazu, die Temperierstabilität des Stahls zu erhöhen und den sekundären Härtungseffekt zu verstärken. Und das Mo-Element erhöht die Korngrenzenbindungskraft während der Korngrenzensegmentierung, so dass die Festigkeit des Stahls erhöht wird, während der Zähigkeitsverlust verringert wird. Ein Überschuss an Mo-Element führt jedoch zur Bildung von δ-Ferrit und zur Ausfällung der intermetallischen Verbindung Laves-Phase, wodurch die Zähigkeit signifikant verringert wird. Daher sollte der Gehalt an Mo-Element auf 0,45-0,85% begrenzt sein. Darüber hinaus sollte der optimale Gehalt an Mo-Element auf 0,55-0,75% begrenzt sein;
    • Wolfram (W): Das W-Element ist wirksam, um die Vergröberung von M23C6-Carbiden zu unterdrücken, und seine Wirkung übersteigt das Mo-Element. Das W-Element wird zugegeben, um einen Teil des Mo-Elements zu ersetzen, wodurch sichergestellt wird, dass das Mo-Elementäquivalent (Mo + 1/2W) etwa 1,5% beträgt, die Kriechfestigkeit am besten ist und kein übermäßiger δ-Ferrit gebildet wird. Wenn die Zugabemenge an W-Element 2% übersteigt, ist es anfällig für Segregation im Gussteil. Daher sollte der Gehalt an W-Element auf 1,60-2,00% begrenzt sein. Darüber hinaus sollte der optimale Gehalt an W-Element auf 1,65-1,90% begrenzt sein;
    • Kobalt (Co): Co, Mo und W sind wichtige Elemente der vorliegenden Erfindung, um andere Elemente zu unterscheiden. Das Co-Element kann die Bildung von δ-Ferrit nach der Hochtemperaturnormalisierung oder der Hochtemperaturabschreckung von ferritischem Stahl mit hohem Chromgehalt unterdrücken, kann die Feststofflösungsverstärkung von Mo-Element und W-Element vollständig ausüben und die Zähigkeit des Stahls verbessern, was für den hitzebeständigen Stahlguss gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem hohen Gehalt an W-Element von entscheidender Bedeutung ist. Daher sollte der Gehalt an Co-Element auf 3,00-3,50% begrenzt sein. Darüber hinaus sollte der optimale Gehalt an Co-Element auf 3,10-3,40% begrenzt sein;
    • Vanadium (V), Niob (Nb): V und Nb können leicht mit C und N in Martensit zu MX-Carbonitriden kombiniert werden. Die Ausfällung der feinen Dispersion erhöht die Festigkeit stark und ist während des Langzeitkriechens stabil. Es ist die Hauptverstärkungsphase. Zu viel V und Nb wird jedoch den Kohlenstoffgehalt übermäßig fixieren, die Ausfällung von M23C6-Carbiden verringern und zu einer Abnahme der Hochtemperaturfestigkeit führen. Nb ist anfällig für Segregation im Gussteil. Daher sollte der Gehalt an V-Element auf 0,10-0,30% begrenzt sein und sollte der Gehalt an Nb-Element auf 0,02-0,08% begrenzt sein. Darüber hinaus sollte der optimale Gehalt an V-Element auf 0,15-0,25% begrenzt sein und sollte der optimale Gehalt an Nb-Element auf 0,03-0,07% begrenzt sein;
    • Nickel (Ni): Eine geeignete Menge Ni kann die Härtbarkeit des Stahls erhöhen, die Bildung von δ-Ferrit und BN unterdrücken und die Festigkeit und Zähigkeit bei Raumtemperatur verbessern. Eine übermäßige Zugabe ist jedoch nicht förderlich für die Hochtemperaturkriecheigenschaften des Stahls. Daher sollte die Zugabemenge an Ni-Element so niedrig wie möglich sein, und es wird erwartet, dass nicht mehr als 0,20% und nicht mehr als 0,10% am besten sind.
  • Bor (B): Das B-Element hat eine Korngrenzenverstärkungswirkung, kann in M23C6-Carbiden gelöst werden, hat die Wirkung, die Vergröberung von M23C6-Carbiden zu unterdrücken und die Hochtemperaturfestigkeit zu verbessern. Die Zugabemenge sollte mindestens 0,001 % betragen. Wenn es jedoch über 0,010% liegt, ist es schädlich für die Gießbarkeit und die Schweißbarkeit. Daher sollte der Gehalt an B-Element auf 0,001-0,010% begrenzt sein. Darüber hinaus sollte der optimale Gehalt an B-Element auf 0,002-0,008% begrenzt sein.
  • Stickstoff (N): Das N-Element kann VN-Nitrid mit dem V-Element ausfällen. Der Zustand der Feststofflösung wird mit dem Mo-Element und dem W-Element kombiniert, um die Hochtemperaturfestigkeit zu erhöhen, und der Mindestgehalt sollte 0,01 % betragen. Wenn jedoch mehr als 0,04% zugegeben werden, ist es leicht, sich mit dem B-Element zu kombinieren, um BN auszufällen, was die Kriecheigenschaften des Stahls beeinträchtigt. Daher sollte der Gehalt an N-Element auf 0,010-0,035% begrenzt sein. Darüber hinaus sollte der optimale Gehalt an N-Element auf 0,015-0,030% begrenzt sein.
  • In hitzebeständigem Stahlguss für Gussteile gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die Verunreinigungen P und/oder S und/oder AI und/oder Cu und/oder Ti und/oder Sn. S ist ein schädliches Verunreinigungselement in Stahl, das die Thermoplastizität von Stahl verringert, die Heißverarbeitbarkeit beeinträchtigt und die Korrosionsbeständigkeit verringert.
  • Das S-Element segmentiert die Korngrenze und verringert die Korngrenzenbindungskraft, was zu einer Abnahme der Hochtemperaturfestigkeit führt. P ist auch ein schädliches Verunreinigungselement in Stahl, das bei hohem Gehalt eine gewisse Sprödigkeit des Stahls verursacht. Das AI-Element bildet mit dem N-Element leicht die ausgefällte Phase AIN, was sich nachteilig auf die plastische Zähigkeit und die Langzeitkriecheigenschaften des Stahls auswirkt. Das Sn-Element ist leicht an den Korngrenzen zu segmentieren, was die Hochtemperaturfestigkeit der Legierung signifikant verringert. P, S, Al, Cu, Ti und Sn als Verunreinigungselemente wirken sich nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften des hitzebeständigen Stahlgusses und der Legierung aus, weshalb sein Gehalt so gering wie möglich gehalten werden sollte.
  • Tabelle 1 zeigt den Vergleich der Werte im Zusammensetzungsbereich von hitzebeständigem Stahlguss für Gussteile gemäß der vorliegenden Erfindung mit ZG12Cr10Mo1W1VNbN und ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB, wie in der Industrienorm JB/T11018-2010 spezifiziert. Tabelle 1 Vergleich der chemischen Zusammensetzung (Gew. -%)
    Ele me nt Hitzebeständiger Stahlguss CW2 gemäß der vorliegenden Erfindung ZG12Cr10Mo1W1V NbN ZG13Cr9Mo2Co1NiVN bNB
    C 0.08-0.18 0.12 0.13
    Si 0.10∼0.40 0.30 0.25
    Mn 0.30-0.70 1.00 0.90
    P ≤ 0.030 ≤ 0.020 ≤ 0.020
    S ≤ 0.020 ≤ 0.010 ≤ 0.010
    Cr 9.80∼10.70 9.70 9.25
    Co 3.00-3.50 - 1.10
    W 1.60∼2.00 1.00 -
    Mo 0.45∼0.85 1.00 1.60
    V 0.10∼0.30 0.20 0.20
    Nb 0.02∼0.08 0.06 0.06
    N 0.010-0.035 0.050 0.0225
    B 0.001∼0.010 - 0.0115
    Ni ≤ 0.20 0.70 0.35
    AI ≤ 0.030 ≤ 0.020 ≤ 0.020
  • Die vorliegende Erfindung offenbart auch ein obiges Verfahren zur Herstellung von Gussteilen aus hitzebeständigem Stahl, umfassend die folgenden Schritte:
    • das Rohmaterialverhältnis gemäß dem Verhältnis jeder Komponente in der Formulierung bestimmt wird und das Rohmaterial geschmolzen, raffiniert,
    • gegossen und geformt, dann abgeschreckt oder normalisiert und schließlich zur Wärmebehandlung temperiert wird.
  • Gemäß der technischen Lösung des obigen Verfahrens zur Herstellung ist vorgesehen, dass die Abschreckungstemperatur 1080-1180 °C beträgt und die Temperierungstemperatur 700-780 °C beträgt, wobei eine Temperierung oder mehrere Temperierungen vorhanden ist/sind.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart auch eine obige Verwendung von hitzebeständigem Stahlguss zur Herstellung von Turbinenmaschinen.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart auch eine obige Verwendung von hitzebeständigem Stahlguss als Gussteilmaterial auf dem Gebiet der Dampfturbinen.
  • Verglichen mit dem bestehenden Gussteilmaterial ZG12Cr10Mo1W1VNbN werden Co und B in die Zusammensetzung zugegeben, und das Verhältnis der Festlösungsverstärkungselemente Mo und W wird eingestellt, was den Gehalt an Mn-Element, N-Element und Ni-Element verringert und die Hochtemperaturkriechfestigkeit erhöht. Verglichen mit dem bestehenden Gussteilmaterial ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB wird das W-Element zugegeben, das Verhältnis von B und N wird eingestellt, der Gehalt an Cr-Element und Co-Element wird erhöht, der Gehalt an Mn-Element, Mo-Element und Ni-Element wird verringert und die Hochtemperaturkriechfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit werden verbessert, so dass die Betriebstemperatur des Gussteilmaterials erhöht wird, wodurch der thermische Wirkungsgrad des Generatorsatzes verbessert wird und der Kohleverbrauch und die Kohlendioxidemissionen reduziert werden. Die Materialsorte des neuen hitzebeständigen Stahlgusses wird als ZG12Cr10Co3W2MoVNbNB, kurz CW2, bestimmt.
  • Hitzebeständiger Stahlguss gemäß der vorliegenden Erfindung kann zur Herstellung von Turbinenmaschinen, insbesondere Dampfturbinengussteilen, verwendet werden. Die hergestellten Dampfturbinengussteile weisen eine gute Hochtemperaturfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit in Hochtemperaturumgebungen bei 635 °C und darunter auf, wodurch die Anforderungen für die Verwendung von Dampfturbinen mit Betriebstemperaturen bei 635 °C und darunter erfüllt werden können.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein Diagramm der Testergebnisse der oxidativen Gewichtszunahme eines Materials bei 635 °C gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend durch spezifische Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Der Fachmann kann die anderen Vorteile und Wirkungen der vorliegenden Erfindung leicht durch den in dieser Beschreibung offenbarten Inhalt verstehen.
  • Bevor spezifische Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung weiter beschrieben werden, sollte verstanden werden, dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die unten beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist. Es sollte auch verstanden werden, dass die in Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Terminologie darin besteht, die bestimmten spezifischen Ausführungen zu beschreiben, anstatt den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu begrenzen. In den folgenden Ausführungsbeispielen entsprechen die Testverfahren ohne spezifische Bedingungen üblicherweise herkömmlichen Bedingungen oder den von verschiedenen Herstellern vorgeschlagenen Bedingungen.
  • Wenn der numerische Bereich in dem Ausführungsbeispiel angegeben ist, sollte verstanden werden, dass zwei Endpunkte jedes numerischen Bereichs und jeder Wert zwischen den zwei Endpunkten ausgewählt werden können, sofern in der vorliegenden Erfindung nichts anderes angegeben ist. Sofern nicht anders definiert, haben alle in der vorliegenden Erfindung verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung wie der Fachmann allgemein versteht. Zusätzlich zu den spezifischen Verfahren, Vorrichtungen und Materialien, die in den Ausführungsbeispielen verwendet werden, kann die vorliegende Erfindung gemäß der Beherrschung des Standes der Technik durch den Fachmann und der Aufzeichnung der vorliegenden Erfindung auch unter Verwendung eines Verfahrens, einer Vorrichtung und eines Materials implementiert werden, das dem in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen, Materialien ähnlich oder äquivalent ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung ist vorgesehen, dass das Rohmaterialverhältnis gemäß dem Verhältnis jeder Komponente in der Formulierung bestimmt wird und das Rohmaterial geschmolzen, raffiniert, gegossen und geformt, dann abgeschreckt oder normalisiert und schließlich zur Wärmebehandlung temperiert wird.
  • Dabei wird industrielles reines Eisen als Rohmaterial als Quelle von Fe verwendet, elementarer Kohlenstoff wird als Rohmaterial als Quelle von C verwendet, industrielles Silizium wird als Rohmaterial als Quelle von Si verwendet, elektrolytisches Mangan wird als Rohmaterial als Quelle von Mn verwendet, Metallchrom und Chromnitrid werden als Rohmaterialien als Quellen von Cr verwendet, elektrolytisches Kobalt wird als Rohmaterial als Quelle von Co verwendet, Wolframstreifen wird als Rohmaterial als Quelle von W verwendet, Metallvanadium wird als Rohmaterial als Quelle von V verwendet, Niobstreifen wird als Rohmaterial als Quelle von Nb verwendet, Chromnitrid wird als Rohmaterial als Quelle von N verwendet, elementares Bor wird als Rohmaterial als Quelle von B verwendet, und elektrolytisches Nickel wird als Rohmaterial als Quelle von Ni verwendet.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Gemäß der obigen theoretischen Berechnung wird eine bestimmte Menge an Rohmaterialien geschmolzen, raffiniert, gegossen und geformt, um einen Dampfturbinenzylinder zu bilden, der bei 1150 °C abgeschreckt und bei 730 °C zur Wärmebehandlung temperiert wird.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Gemäß der obigen theoretischen Berechnung wird eine bestimmte Menge an Rohmaterialien geschmolzen, raffiniert, gegossen und geformt, um ein Dampfturbinenventilgehäuse zu bilden, der bei 1120 °C abgeschreckt und bei 755 °C zur Wärmebehandlung temperiert wird.
  • Die Analyse der chemischen Zusammensetzung von hitzebeständigem Stahlguss in Ausführungsbeispiel 1 und Ausführungsbeispiel 2 wurde durchgeführt. Die Analyseergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt, in Gew. -%, die alle die Indexanforderungen der chemischen Zusammensetzung erfüllen. Tabelle 2 Analyseergebnisse der chemischen Zusammensetzung von hitzebeständigem Stahlguss für Dampfturbinengussteile in Ausführungsbeispiel 1 und Ausführungsbeispiel 2 (Gew. -%)
    Hitzebeständiger Stahlguss gemäß der vorliegenden Erfindung CW2 Ausführung sbeispiel 1 Ausführun gsbeispiel 2
    C 0.08-0.18 0.15 0.11
    Si 0.10-0.40 0.32 0.21
    Mn 0.30-0.70 0.40 0.55
    P ≤ 0.030 0.006 0.005
    S ≤ 0.020 0.005 0.003
    Cr 9.80-10.70 10.10 10.35
    Co 3.00-3.50 3.15 3.35
    Mo 0.45-0.85 0.58 0.69
    W 1.60-2.00 1.85 1.70
    V 0.10-0.30 0.15 0.21
    Nb 0.02∼0.08 0.04 0.06
    N 0.010-0.035 0.015 0.025
    B 0.001∼0.010 0.0026 0.0060
    Ni ≤ 0.20 0.10 0.05
    AI ≤ 0.030 0.015 0.010
  • Gemäß der Industrienorm JB/T 11018-2010 sind die mechanischen Eigenschaften und Indizes der bestehenden Gussteilmaterialien ZG12Cr10Mo1W1VNbN und ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB aufgeführt, die spezifischen Daten sind in Tabelle 3 dargestellt. Gleichzeitig wurde das in Ausführungsbeispiel 1 und Ausführungsbeispiel 2 erhaltene hitzebeständige Stahlgussmaterial einem Raumtemperaturzugversuch gemäß der Norm GB/T 228.1 unterzogen und einem Kriechbruchfestigkeitstest gemäß der Norm GB/T 2039 unterzogen. Dann wurde die Kriechbruchfestigkeitsgrenze Ru100000h/635 °C bei 635 °C/100.000 Stunden gemäß dem in der Norm GB/T 2039 spezifizierten Extrapolationsverfahren abgeleitet und mit der Kriechbruchfestigkeit von ZG12Cr10Mo1W1VNbN bzw. ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB bei 635 °C/100.000 Stunden verglichen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. In Tabelle 2 ist Rp0,2 die Streckgrenze, Rm ist die Zugfestigkeit. Es kann festgestellt werden, dass die in Ausführungsbeispiel 1 und Ausführungsbeispiel 2 gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen Festigkeiten (einschließlich Rp0,2 Streckgrenze und Rm Zugfestigkeit) die Indexanforderungen von ZG12Cr10Mo1W1VNbN und ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB erfüllen. Gleichzeitig ist der Extrapolationswert der Kriechbruchfestigkeit des Materials gemäß der vorliegenden Erfindung höher als 80 MPa, und der Extrapolationswert der Kriechbruchfestigkeit des Gussteilmaterials ZG12Cr10Mo1W1VNbN ist um mehr als 30% erhöht, und der Extrapolationswert der Kriechbruchfestigkeit von ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB ist um mehr als 20% erhöht, und der Verstärkungseffekt ist offensichtlich, wodurch die Anforderungen für die Verwendung von Dampfturbinenzylindern und Ventilgehäusen bei 635 °C erfüllt werden können. Tabelle 3 Mechanische Eigenschaften von hitzebeständigem Stahlguss für Dampfturbinengussteile in Ausführungsbeispiel 1 und Ausführungsbeispiel 2
    Rp0.2/M Pa Rm/MP a A/% Z/ % KV2/ J 635 °C/ 100.000 Stunden Kriechbruc hfestigkeit MPa
    Ausführung sbeispiel 1 595 746 17 47 35 85
    Ausführung sbeispiel 2 560 724 17.5 51 37 88
    ZG12Cr10 Mo1W1VN bN ≥520 680-8 50 ≥15 ≥40 ≥35 65
    ZG13Cr9M o2Co1 NiVN bNB ≥500 630-7 50 ≥15 ≥40 ≥30 71
  • Ausführungsbeispiel 1 und Ausführungsbeispiel 2 sowie ZG12Cr10Mo1W1VNbN und ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB wurden einem oxidativen Gewichtszunahmetest bei 635 °C unterzogen. Die Proben der vier Materialien wurden in eine Wasserdampfumgebung von 635 °C und 27 MPa fließend für bis zu 2.000 Stunden gegeben, um die Gewichtszunahmeänderungen jeder Probe während dieses Zeitraums zu testen. Je geringer die oxidative Gewichtszunahme ist, desto besser ist die Oxidationsbeständigkeit des Materials. Die Testergebnisse sind in 1 dargestellt. Aus 1 ist ersichtlich, dass die Oxidationsbeständigkeit des Ausführungsbeispiels 1 und Ausführungsbeispiels 2 signifikant besser als die von ZG12Cr10Mo1W1VNbN und ZG13Cr9Mo2Co1 NiVNbNB ist.
  • Das obige Ausführungsbeispiel veranschaulicht nur das Prinzip und die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung, anstatt die vorliegende Erfindung zu begrenzen. Jeder Fachmann kann die obigen Ausführungsbeispiele modifizieren oder ändern, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher sollten alle äquivalenten Modifikationen oder Änderungen, die von einer Person mit dem üblichen Wissen auf dem technischen Gebiet vorgenommen werden, ohne von dem Geist und der technischen Idee abzuweichen, die durch die vorliegende Erfindung offenbart werden, immer noch von den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung abgedeckt werden.

Claims (10)

  1. Hitzebeständiger Stahlguss, dadurch gekennzeichnet, dass der hitzebeständige Stahlguss die folgenden Elemente und Massenprozentsätze umfasst, bezogen auf die Gesamtmasse des hitzebeständigen Stahlgusses: C 0,08 Gew. -%-0,18 Gew. -%, Si 0,10 Gew. -%-0,40 Gew. -%, Mn 0,30 Gew. -%-0,70 Gew. -%, Cr 9,80 Gew. -%-10,70 Gew. -%, Co 3,00 Gew. - %-3,50 Gew. -%, W 1,60 Gew. -%-2,00 Gew. -%, Mo 0,45 Gew. -%-0,85 Gew. -%, V 0,10 Gew. -%-0,30 Gew. -%, Nb 0,02 Gew. -%-0,08 Gew. -%, N 0,010 Gew. -%-0,035 Gew. -%, B 0,001 Gew. -%-0,010 Gew. -%, Ni ≤ 0,20 Gew. -%, Fe 79 Gew. -%-85,5 Gew. -%.
  2. Hitzebeständiger Stahlguss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hitzebeständige Stahlguss auch Verunreinigungen enthält, wobei die Verunreinigungen eine oder mehrere von AI, P, S, Cu, Ti und Sn umfassen.
  3. Hitzebeständiger Stahlguss nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechenden Massenprozentsätze von AI, P, S, Cu, Ti und Sn sind: AI ≤ 0,030 Gew. -%, P ≤ 0,030 Gew. -%, S ≤ 0,020 Gew. -%, Cu ≤ 0,25 Gew. -%, Ti ≤ 0,030 Gew. -%, Sn ≤ 0,030 Gew. -%, bezogen auf die Gesamtmasse des hitzebeständigen Stahlgusses.
  4. Hitzebeständiger Stahlguss nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der hitzebeständige Stahlguss die folgenden Elemente und Massenprozentsätze umfasst: C 0,10 Gew. -%-0,16 Gew. - %, Si 0,20 Gew. -%-0,30 Gew. -%, Mn 0,40 Gew. -%-0,60 Gew. -%, Cr 10,00 Gew. -%-10,50 Gew. -%, Co 3,10 Gew. -%-3,40 Gew. -%, W 1,65 Gew. -%-1,90 Gew. -%, Mo 0,55 Gew. -%-0,75 Gew. -%, V0,15 Gew. - %-0,25 Gew. -%, Nb 0,03 Gew. -%-0,07 Gew. -%, N 0,015 Gew. -%-0,030 Gew. -%, B 0,002 Gew. -%-0,008 Gew. -%, Ni ≤ 0,10 Gew. -%, Fe 81 Gew. -%-83,8 Gew. -%, bezogen auf die Gesamtmasse des hitzebeständigen Stahlgusses.
  5. Hitzebeständiger Stahlguss nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der hitzebeständige Stahlguss auch Verunreinigungen enthält, wobei die Verunreinigungen eine oder mehrere von AI, P, S, Cu, Ti und Sn umfassen.
  6. Hitzebeständiger Stahlguss nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechenden Massenprozentsätze von AI, P, S, Cu, Ti und Sn sind: AI ≤ 0,020 Gew. -%, P ≤ 0,020 Gew. -%, S ≤ 0,015 Gew. -%, Cu ≤ 0,15 Gew. -%, Ti ≤ 0,020 Gew. -%, Sn ≤ 0,020 Gew. -%, bezogen auf die Gesamtmasse des hitzebeständigen Stahlgusses.
  7. Verfahren zur Herstellung von hitzebeständigem Stahlguss nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterialverhältnis gemäß dem Verhältnis jeder Komponente in der Formulierung bestimmt wird und das Rohmaterial geschmolzen, raffiniert, gegossen und geformt, dann abgeschreckt oder normalisiert und schließlich temperiert wird.
  8. Verfahren zur Herstellung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckungs- oder Normalisierungstemperatur 1080-1180 °C beträgt und die Temperierungstemperatur 700-780 °C beträgt, wobei eine Temperierung oder mehrere Temperierungen vorhanden ist/sind.
  9. Verwendung von hitzebeständigem Stahlguss nach einem der Ansprüche 1-6 zur Herstellung von Turbinenmaschinen.
  10. Verwendung von hitzebeständigem Stahlguss nach einem der Ansprüche 1-6 als Gussteilmaterial auf dem Gebiet der Dampfturbinen.
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