FR2566429A1

FR2566429A1 - Heat resistant martensitic chromium steel

Info

Publication number: FR2566429A1
Application number: FR8509404A
Authority: FR
Inventors: Osamu Watanabe; Mitsuo Kawai; Kanzi Kawaguchi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-06-21
Filing date: 1985-06-20
Publication date: 1985-12-27
Anticipated expiration: 2005-06-20
Also published as: DE3522114A1; JPS616256A; FR2566429B1

Abstract

Heat resistant 12% chromium steel, with a tempered martensite structure, has the compsn. (by wt.) 0.05-0.25% C, more than 0.2-1.0% Si, up to 1.0% Mn, more than 1.0-2.0% Ni, 8.0-13.0% Cr, 0.5-2.0% Mo, 0.1-0.3% V, more than 0.3-0.5% total Nb and/or Ta, 0.01-0.2% N, more than 0.7-2.0% W, balance Fe. Also claimed is a turbine part made of the steel.

Description

La présente invention concerne un acier résistant à la chaleur Cr-12 amélioré du point de vue de la résistance à la rupture en fluage à haute température, une pièce de turbine, telle que des ailettes et des boulons de turbines à vapeur, réalisés à partir de l'acier résistant à la chaleur Cr-12. The present invention relates to an improved Cr-12 heat-resistant steel from the point of view of high temperature creep rupture strength, a turbine part, such as steam turbine blades and bolts, made from Cr-12 heat-resistant steel.

Les pressions et tenpératures maximales de la vapeur utilisées habituellement pour le fonctionnement des turbines à vapeur sont respectivement de 246 kg/cm2 et de 566"C. Les pressions et températures de vapeur adoptées peuvent être augmentées pour obtenir une efficacité thermique plus grande. Ces conditions sur la vapeur nécessiten-t de la part de La matière constituant les pièces d'une turbine d'être résistante à haute température. The maximum steam pressures and temperatures typically used for the operation of steam turbines are 246 kg / cm 2 and 566 ° C. The steam pressures and temperatures adopted can be increased to achieve greater thermal efficiency. on the steam required from the material constituting the parts of a turbine to be resistant to high temperature.

Pour améliorer les paramètres de la vapeur, des matériaux ayant une résistance à haute température accrue, ont été effectivement dévaloppés. Un tel développement est essentiel pour les ailettes et les boulons, aussi bien que pour des éléments fondamentaux de grande taille tels que le rotor et le carter.To improve the parameters of the steam, materials having increased high temperature resistance, have been effectively de-scaled. Such development is essential for fins and bolts, as well as for large fundamentals such as rotor and housing.

Les ailettes d'une-turbine à vapeur sont soumises de façon continuelle à une force centrifuge créée par la rotation à grande vitesse. Si la matière qui les constitue manque de résistance à haute température, les ailettes peuvent alors subir une déformation par fluage et se cintrer vers l'arrière contre le rotor, gênant les parties fixes à leurs bords Les boulons utilisés pour fermer les carters supérieur et inférieur sont initialement soumis à une pression de serrage fixée attribuée aux forces élastiques. Pressés normalement par une pression de vapeur qui agit sur le carter, les boulons subissent cependant une déformation par fluage telle que la pression de serrage est réduite de façon régulière.Si la pression-de serrage devient trop basse pour maintenir les conditions d'étanchéité du carter, causant ainsi des fuites de vapeur, ou si la déformation par fluage augmente, les boulons peuvent alors parfois se rompre. The fins of a steam turbine are continually subjected to a centrifugal force created by high speed rotation. If the material that constitutes them lacks resistance to high temperature, the fins can then undergo creep deformation and bend backwards against the rotor, hindering the fixed parts at their edges The bolts used to close the upper and lower housings are initially subjected to a fixed clamping pressure attributed to the elastic forces. Normally pressed by a vapor pressure acting on the housing, the bolts, however, undergo creep deformation such that the clamping pressure is reduced steadily.If the clamping pressure becomes too low to maintain the sealing conditions of the thus causing steam leakage, or if the creep deformation increases, the bolts can sometimes break.

Ainsi, il est nécessaire que le matériau des ailettes et des boulons utilisé dans les parties à haute température des turbines à vapeur, possède un excellent comportement au fluage, et l'acier résistant à la chaleur du type acier Cr-12 a été naturellement employé pour ce matériau en question. Généralement, l'acier résistant à la chaleur Cr-12 est moins cher et plus dur à température normale que n'importe quet autre acier résistant à la chaleur avec la même résistance à haute température De plus, ce dernier possède une plus grande aptitude à l'amortissement qui est une propriété essentielle d'un matériau pour ai lettes.Afin d'améliorer la résistance à haute température de L'acier résistant à la chaleur Cr-12 sans altérer ses propriétés fondamentales, divers alliages sont ajoutés au métal pour renforcer la structure martensitique et pour stabiliser les carbonitrures, permettant ainsi de maintenir une résistance à haute température et une stabilité de structure avant des emplois de-longue durée à haute température. Du point de vue de Igusinage, la ségrégation des alliages abaisse directement la résistance à haute température du métal et, en même temps, produit une ferrite indésirable autour des constituants de l'alliage. On introduit donc un procédé de refusion pour éviter une telle ségrégation dans l'homogénéisation de la structure. Thus, it is necessary that the material of the fins and bolts used in the high temperature parts of the steam turbines, has an excellent creep behavior, and the heat resistant steel of the Cr-12 type steel was naturally used for this material in question. Generally, Cr-12 heat-resistant steel is cheaper and harder at normal temperature than any other heat-resistant steel with the same high temperature resistance. Moreover, it has a greater ability to damping which is an essential property of a lettuce material.In order to improve the high temperature resistance of heat resistant steel Cr-12 without altering its basic properties, various alloys are added to the metal to reinforce the martensitic structure and to stabilize the carbonitrides, thus allowing to maintain high temperature resistance and structural stability before long-term use at high temperature. From the point of view of Igusinage, the segregation of the alloys directly lowers the high temperature resistance of the metal and, at the same time, produces an undesired ferrite around the constituents of the alloy. A remelting process is therefore introduced to avoid such segregation in the homogenization of the structure.

De façon classique, on utilise comme matériau pour Les ailettes et les boulons des turbines à vapeur, l'acier Nb-V-Mo-Cr-12 appelé H46 (Jessop-Saville H46 de Jessop-Saville Lad ou Mel-Trol
H46 de Carpenter Steel Company) et l'acier W-V-Mo-Cr-12 appelé 422 (Crucible 422 de Crucible Steel Company of America). Tous ces matériaux, ont cependant un temps de rupture par fluage d'environ 200 à 300 h à 600 C et avec une charge de 30 kg/mm
Une telle résistance en fluage ne remplit pas la condition nécessaire à l'augmentation de la température et de La pression de vapeur afin d'améliorer l'efficacité thermique. Ainsi, a-t-on besoin de développer l'acier Cr-12 ayant un comportement au fluage à haute température amélioré.Conventionally, Steam turbines, Nb-V-Mo-Cr-12 steel called H46 (Jessop-Saville H46 from Jessop-Saville Lad or Mel-Trol) are used as the material for the fins and bolts.
H46 from Carpenter Steel Company) and WV-Mo-Cr-12 steel called 422 (Crucible 422 from Crucible Steel Company of America). All these materials, however, have a creep rupture time of about 200 to 300 h at 600 C and a load of 30 kg / mm
Such creep resistance does not fulfill the condition necessary to increase the temperature and vapor pressure in order to improve thermal efficiency. Thus, there is a need to develop Cr-12 steel having improved high temperature creep behavior.

Résumé de l'invention
L'objet de la présente invention est de procurer un acier résistant à la chaleur Cr-12 ayant une résistance à la rupture en fluage plus élevée que les aciers résistants à la chaleur
Cr-12 de l'art antérieur et adapté pour être utilisé comme matériau dans les pièces de turbines à vapeure notamment des ailettes et boulons, et une pièce de turbine formée à partir de ces derniers.Summary of the invention
The object of the present invention is to provide a Cr-12 heat-resistant steel having a higher creep rupture strength than heat-resistant steels.
Cr-12 of the prior art and adapted for use as a material in steam turbine parts including fins and bolts, and a turbine part formed therefrom.

Afin de réaliser l'objectif précédent, un acier résistant à la chaleur Cr-12 selon la présente invention possède essentiellement une teneur en carbone de 0,05 à 0,25 % en poids, une teneur en silicium de 0,2 à 1,0 % en poids, une teneur en manganèse de 1,0 % au moins en poids, une teneur en nickel de 0,1 à 2,0 % en poids,-une teneur en chrome de 8,0 à 13,0 % en poids, une teneur en molybdène de 0,5 à 2,0 % en poids, une teneur en vanadium de 0,1 à 0,3 % en poids, des teneurs en nobium et/ou tantale de 0,3 % à moins de 0,5 % en poids au total, une teneur d'azote de 0,01 à 0,2 % en poids, une teneur en tungstène de 0,7 à 2,0 % en poids et une teneur en fer constituant principalement la fraction restante, et cet acier possède pratiquement une structure martensitique revenue. In order to achieve the foregoing objective, a heat resistant steel Cr-12 according to the present invention essentially has a carbon content of 0.05 to 0.25% by weight, a silicon content of 0.2 to 1, 0% by weight, a manganese content of at least 1.0% by weight, a nickel content of 0.1 to 2.0% by weight, a chromium content of 8.0 to 13.0% by weight, weight, a molybdenum content of 0.5 to 2.0% by weight, a vanadium content of 0.1 to 0.3% by weight, contents of nobium and / or tantalum of 0.3% to less than 0.5% by weight in total, a nitrogen content of 0.01 to 0.2% by weight, a tungsten content of 0.7 to 2.0% by weight and an iron content constituting mainly the fraction remaining, and this steel has practically a martensitic structure returned.

Le temps de rupture au fluage de l'acier résistant à la chaleur Cr-12 selon la présente invention est plus long que ceux. The creep rupture time of heat-resistant steel Cr-12 according to the present invention is longer than that.

des aciers résitants à La chaleur Cr-12 de l'art antérieur. De plus, les propriétés mecaniques de l'acier résistant à la chaleur de la présente invention ne sont pas altérées même à température ambiante, de teLle-sorte qu'il peut servir comme matériau très efficace pour des éléments tels que des ailettes et des boulons de carter de turbines à vapeur qui doivent supporter des efforts à haute température (600 à 650 C). De plus, une pièce de turbine réalisée à partir de l'acier résistant à la chaleur Cr-12 de la présente invention peut être assez résistante pour supporter un emploi à haute température, de 6000C ou plus, en garantissant un service à haute température amélioré.heat-resisting steels Cr-12 of the prior art. In addition, the mechanical properties of the heat resistant steel of the present invention are not impaired even at room temperature, so that it can serve as a very effective material for elements such as vanes and bolts. steam turbine casings that have to withstand high temperature forces (600 to 650 C). In addition, a turbine part made from the heat resistant steel Cr-12 of the present invention may be strong enough to withstand high temperature use of 6000C or more, ensuring improved high temperature service. .

Description détaillée de L'inventiôn
Un acier résistant à la chaleur Cr-12 selon la présente invention est développe comme aboutissement d'une étude systématique de l'acier Nb-V-Mo-Cr-12 et de l'acier W-Nb-V-Mo-Cr-12 en tant qu'acier résistantsà la chaleur Cr-12 de l'art antérieur. Detailed description of Inventiôn
A Cr-12 heat-resistant steel according to the present invention is developed as a result of a systematic study of Nb-V-Mo-Cr-12 steel and W-Nb-V-Mo-Cr steel. 12 as heat-resistant steel Cr-12 of the prior art.

Dans le procédé de développement de l'acier selon ta présente invention, des composants d'alliage, comprenant les carbone, silicium, manganèse, nickel, chrome, molybdène, vanadium, niobium, tantale, azote, et tungstène, sont examinés et analysés en détail pour leur influence sur la résistance à la rupture en fluage de l'acier. Aussi, des essais métalographiques et des études sont réalisés de crainte que sa ductilité et sa dureté soient inférieures à celLe des aciers résistants à la chaleur Cr-12 de l'art antérieur. In the process of developing the steel according to the present invention, alloying components, including carbon, silicon, manganese, nickel, chromium, molybdenum, vanadium, niobium, tantalum, nitrogen, and tungsten, are examined and analyzed. detail for their influence on the creep rupture strength of steel. Also, metal tests and studies are carried out lest its ductility and hardness be inferior to that of prior art Cr-12 heat-resistant steels.

Les résultats de l'étude sont donnés comme suit
(1) Carbone (C)
Le carbone sert à stabiliser la phase austénitique du métal au moment de ta trempe et à donner des carbures améliorant ainsi la résistance à la rupture en fluage de l'acier. Pour atteindre-cet objectif, la teneur en carbone doit être de 0,05 % ou plus. Si La teneur en carbone excède 0,25 %, tes carbures produits sont cependant si nombreux que la résistance à la rupture en fluage en est réduite. Ainsi, la teneur en carbone ira de 0,05 à 0,25 %, de préférence de 0,08 à 0,15-%. The results of the study are given as follows
(1) Carbon (C)
The carbon serves to stabilize the austenitic phase of the metal at the time of quenching and to give carbides thus improving the creep rupture strength of the steel. To achieve this goal, the carbon content must be 0.05% or more. If the carbon content exceeds 0.25%, however, the carbides produced are so numerous that the creep rupture strength is reduced. Thus, the carbon content will range from 0.05 to 0.25%, preferably from 0.08 to 0.15%.

(2) Silicium (Si)
Le silicium est un élément essentiel en tant que désoxydant du procédé de refusion. Si le silicium est présent en une quantité de 0,2 % ou moins, il ne pourra pas remplir sa fonctiqn. Si sa teneur excède 1,0 %, on créé cependant une phase à ferrite de faible résistance. Ainsi, la teneur en siticium ira de 0,2 à 1,0 %, de préférence de 0,21 à 0,6 %.(2) Silicon (Si)
Silicon is an essential element as a deoxidizer of the reflow process. If the silicon is present in an amount of 0.2% or less, it will not be able to perform its function. If its content exceeds 1.0%, however, a ferrite phase of low resistance is created. Thus, the content of siticium will range from 0.2 to 1.0%, preferably from 0.21 to 0.6%.

(3) Manganèse (Mn)
Le manganèse est un élément qui, comme le silicium, doit etre ajouté comme désoxydant et désulfurisant dans le procédé de refusion. En ajoutant trop de manganèse, on abaisse la résistance à la rupture en fluage du métal. Ainsi, la teneur en manganèse doit être limitée à 1,0 %, de préférence de 0,3 à 0,8 %.(3) Manganese (Mn)
Manganese is an element that, like silicon, must be added as a deoxidizer and desulphurizer in the remelting process. By adding too much manganese, the breaking strength of the metal is reduced. Thus, the manganese content should be limited to 1.0%, preferably 0.3 to 0.8%.

(4) Nickel (Ni)
Le nickel est un élément primordial de l'austénite qui sert à stabiliser la phase austénitique au moment de la trempe et à prévenir la production de la phase à ferrite. Si le nickel est présent en une quantité inférieure de 1,0 % ou moins, il ne pourra pas remplir sa fonction. Si sa teneur excède 2,0 %, la résistance à la rupture en fluage du métal sera cependant extrêmement réduite, et
La température Ac1 sera inévitablement abaissée. Ainsi, la teneur en nickel ira de 1,0 % à 2,0 %, de préférence jusqu'à 1,5 %.(4) Nickel (Ni)
Nickel is a key element of austenite that serves to stabilize the austenitic phase at the time of quenching and to prevent the production of the ferrite phase. If nickel is present in 1.0% or less, it will not be able to perform its function. If its content exceeds 2.0%, the creep rupture strength of the metal will however be extremely reduced, and
The temperature Ac1 will inevitably be lowered. Thus, the nickel content will range from 1.0% to 2.0%, preferably up to 1.5%.

(5) Chrome (Cr)
Le chrome est cn élément essentiel pour améliorer la résistance à La rupture en fluage de l'acier, en servant à prévenir l'oxydation à température élevée Pour obetnlr ces effets, La teneur en chrome doit être de 8,0 % ou plus. Si la teneur excède 13,0 %, on produira cependant la phase à ferrite. Ainsi, la teneur en chrome ira de 8,0 à 13,0 %, de préférence de 9,5 à 12,0 % et encore plus préférable jusqu 11 il
(6) Molybdène (Mo)
Le molybdène est un élément efficace pour l'amélioration de la résistance à ta rupture en fluage de l'acier et sa protection contre une fragilisation au revenu.Ces effets demandent une teneur en molybdène de 0,5 % ou plus. Si la teneur excède 2,0 %, on produit cependant La phase à ferrite, et la résistance à la rupture en fluage ainsi que la dureté du métal seront réduites. Ainsi, la teneur en molybdène ira de 0,5 à 2,0 %, de préférence de 0,7 à 1,5 %.(5) Chromium (Cr)
Chromium is an essential element in improving the creep rupture strength of steel, serving to prevent high temperature oxidation. To achieve these effects, the chromium content must be 8.0% or more. If the content exceeds 13.0%, however, the ferrite phase will be produced. Thus, the chromium content will range from 8.0 to 13.0%, preferably from 9.5 to 12.0%, and even more preferably up to 10%.
(6) Molybdenum (Mo)
Molybdenum is an effective element for improving the creep resistance of steel and its protection against embrittlement. These effects require a molybdenum content of 0.5% or more. If the content exceeds 2.0%, however, the ferrite phase is produced, and the creep rupture strength as well as the hardness of the metal will be reduced. Thus, the molybdenum content will range from 0.5 to 2.0%, preferably from 0.7 to 1.5%.

t7) Vanadium CV)
Le vanadium est un élément efficace pour l'amélioration de la résistance à la rupture en fluage de l'acier Cet effet pourra être obtenu seulement si on ajoute 0,1 Z ou plus de vanadium. Si la teneur en vanadium excède 0,3 %, la ferrite est cependant susceptible d'apparaître. Ainsi, la teneur en vanadium ira de 0,1 à 0,3 %, de préférence de 0,15 à 0,27 %.t7) Vanadium CV)
Vanadium is an effective element for improving the creep rupture strength of steel. This effect can be obtained only if 0.1 or more vanadium is added. If the vanadium content exceeds 0.3%, the ferrite is however likely to appear. Thus, the vanadium content will range from 0.1 to 0.3%, preferably from 0.15 to 0.27%.

(8) Niobium (Nb) et Tantale (Ta)
Le niobium et le tantale servent tous les deux à produire une structure à grains fins, augmentant ainsi la ductilité et la dureté de -l'acier. Le niobium et le tantale servent également à former des carbures et des carbonitrures, qui sont précipités de façon dispersée comme des particules fines dans une matrice, améliorant grandement par là le comportement au fluage de l'acier.(8) Niobium (Nb) and Tantalum (Ta)
Both niobium and tantalum serve to produce a fine grain structure, thus increasing the ductility and hardness of the steel. Niobium and tantalum are also used to form carbides and carbonitrides, which are dispersively precipitated as fine particles in a matrix, thereby greatly improving the creep behavior of the steel.

Pour obtenir ces effets, il est nécessaire que la ou les quantités de niobium et/ou tantale soient supérieures à 0,3 % au total. Si la quantité ou les quantités dépassent 0,5 % au total, on produira cependant la ferrite6 et les carbures et carbonitrures grossiers indésirables seront précipités. Ainsi, La ou les teneur(s) en niobium et/ou tantale iront de 0,3 à C;5 X au total, de préférence jusqu'à ou45 %. To achieve these effects, the amount (s) of niobium and / or tantalum must be greater than 0.3% in total. If the amount or quantities exceed 0.5% in total, however, ferrite6 will be produced and unwanted coarse carbides and carbonitrides will be precipitated. Thus, the content (s) of niobium and / or tantalum will range from 0.3 to 5% in total, preferably up to 45%.

(9) Azote (N)
L'azote est un élément qui peut effectivement restreindre la production de la phase de ferrite, et qui est essentiel pour la formation de carbonitruresde niobium et de tantale. Ces fonctions nécessitent l'addition de 0,01 % ou plus d'azote. Si la teneur d'azote excède 0,2 %, des pores peuvent cependant se former dans le métal. Ainsi, la teneur d'azote ira de 0,01 à 0,2 %, de préférence de 0,03 à 0,08 %. (9) Nitrogen (N)
Nitrogen is an element that can effectively restrict the production of the ferrite phase, which is essential for the formation of niobium and tantalum carbonitrides. These functions require the addition of 0.01% or more of nitrogen. If the nitrogen content exceeds 0.2%, however, pores may form in the metal. Thus, the nitrogen content will range from 0.01 to 0.2%, preferably from 0.03 to 0.08%.

(10) Tungstène (W)
Le tungstène sert à améliorer la résistance à la rupture en fluage de l'acier. Cet effet nécessite une teneur en tungstène supérieure à 0,7%. Si la teneur excède 2,0 %, on produira inévitablement la ferrite. Ainsi, la teneur en tungstène ira de 0,7 à 2,0 %, de préférence de 0,8 à 1,5 v et mieux encore jusqu'à 1,3 %.(10) Tungsten (W)
Tungsten is used to improve the creep rupture strength of steel. This effect requires a tungsten content greater than 0.7%. If the content exceeds 2.0%, ferrite will inevitably be produced. Thus, the tungsten content will range from 0.7 to 2.0%, preferably from 0.8 to 1.5% and more preferably up to 1.3%.

L'acier résistant à la chaleur Cr-12 selon la présente invention et ayant la composition chimique décrite ci-dessus, présente un comportement au fluage- satisfaisant à une température allant jusqu'à environ 6500C, et n'est en aucun cas inférieur aux aciers classiques en ce qui concerne les autres propriétés mécaniques. The heat-resistant steel Cr-12 according to the present invention and having the chemical composition described above exhibits satisfactory creep behavior at a temperature up to about 6500C, and is in no way inferior to conventional steels with regard to other mechanical properties.

En conséquence, l'acier résistant à la chaleur Cr-12 de la présente invention est un matériau convenable pour des éléments de turbines à vapeur et des éléments similaires. Une telle application nécessite cependant, de la part du métal, une bonne résistance à la fatigue et une dureté, aussi bien qu'une résistance au fluage satisfaisante.Accordingly, the heat resistant steel Cr-12 of the present invention is a suitable material for steam turbine elements and the like. Such an application however requires, on the part of the metal, a good resistance to fatigue and a hardness, as well as satisfactory creep resistance.

Afin de remplir ces conditions, l'acier résistant à la chaleur
Cr-12 de la- présente invention est constitué pratiquement d'une structure martensitique revenue ne contenant pas de ferrite. En ce qui concerne le comportement au fluage, il est préférable que le métal ne contienne pas de ferrite, bien qu'une teneur en ferrite de 5 % ou moins soit négligeable.In order to fulfill these conditions, heat-resistant steel
Cr-12 of the present invention is substantially a restored martensitic structure not containing ferrite. With respect to the creep behavior, it is preferred that the metal not contain ferrite, although a ferrite content of 5% or less is negligible.

On peut éviter que la ferrite soit produite dans la structure du métal en ajustant les quantités d'éléments d'alliage ajoutées parmi les gammes de teneur précitées. Pour éviter la production de ferrite, même avec des températures de trempe plus élevées, comme mentionné précédemment, il est préférable que l'équivalent de chrome donné par la relation suivante aille de 6 à 11, de préférence de 8 à Il et encore plus préférable de 9 à 10 : équivalent de chrome = -40 x [%C] - 30 x [%N] - 2 x [%Mn] - 4 x [%Ni] + [%Cr] + 4 x + 6 x (%Si] + 11 x [%V] + 5 x [%Nb] + 2,5 x %Ta] + 1,5 x [%W]. Ferrite can be prevented from being produced in the metal structure by adjusting the amounts of alloying elements added among the aforementioned content ranges. To avoid the production of ferrite, even with higher quenching temperatures, as mentioned above, it is preferable that the chromium equivalent given by the following relationship is from 6 to 11, preferably from 8 to 11, and still more preferable. from 9 to 10: chromium equivalent = -40 x [% C] - 30 x [% N] - 2 x [% Mn] - 4 x [% Ni] + [% Cr] + 4 x + 6 x (% If] + 11 x [% V] + 5 x [% Nb] + 2.5 x% Ta] + 1.5 x [% W].

L'acier résistant à la chaleur Cr-12 de la présente invention composé de cette manière est chauffé à une température de 1050 à 1150 C pour être austénisé, refroidi rapidement pour la trempe, puis revenu à une température de 600 à 7-000C. Ainsi, l'acier a pratiquement une structure martensitique revenue. Avant le revenu à La température allant de 600 à 700 C, le metal peut être revenu à l'avance entre 500 et 6000C pour dissoudre l'austè- nite retenu. Aussi, le revenu peut donc être effectué deux fois à des températures différentes dans la gamme de 600 à 700 C. The heat resistant steel Cr-12 of the present invention composed in this manner is heated to a temperature of 1050 to 1150 ° C to be austenized, quenched rapidly for quenching, and then returned to a temperature of 600 to 7000 ° C. Thus, the steel has a substantially restored martensitic structure. Before the tempera- ture rises from 600 to 700 C, the metal can be brought back in advance between 500 and 6000C to dissolve the retained austenite. Also, the income can be made twice at different temperatures in the range of 600 to 700 C.

Si le métal est austénisé et trempé à une haute température allant de 1050 à 1150 C, comme décrit précédemment, des carbures, des nitrures ou carbonitrures de niobium, tantaleet des produits similaires peuvent être précipités sous forme de particules fines, homogènes et dans de plus grandes quantités. Si la température d'austénisation adoptée va de 1050 à 11500C, les grains du cristal résultant d'austénite ne seront jamais gros. Si l'équivalent de chrome est compris dans la gamme précitée, on évitera aussi la production de ferrite. If the metal is austenized and quenched at a high temperature ranging from 1050 to 1150 C, as previously described, carbides, nitrides or carbonitrides of niobium, tantalum and similar products can be precipitated in the form of fine particles, homogeneous and in more large quantities. If the austenization temperature adopted goes from 1050 to 11500C, the crystal grains resulting from austenite will never be large. If the equivalent of chromium is included in the aforementioned range, the production of ferrite will also be avoided.

La fabrication de l'acier résistant à la chaleur Cr-12 selon la présente invention et des ailettes, boulons et autres éléments de turbine réalisés à partir de ces derniers va maintenant être décrite brièvement. The manufacture of heat resistant steel Cr-12 according to the present invention and fins, bolts and other turbine elements made therefrom will now be briefly described.

Premièrement, des matériaux mélangés suivant les gammes de teneur-définies selon la présente invention sont fondus à l'atmosphère ambiante ou sous vide en utilisant un fourneau convenable, tel qu'un fourneau électrique. Après la fusion, le métal en fusion résultant est moulé en un lingot ayant une taille et une forme convenable. L'homogénéisation des composants et la réduction des impuretés peuvent effectivement être réalisées par une refusion supplémentaire à l'arc ou une refusion sous laitier électroconducteur du lingot. First, materials mixed according to the content-defined ranges of the present invention are melted in the ambient atmosphere or under vacuum using a suitable furnace, such as an electric furnace. After melting, the resulting molten metal is molded into an ingot having a suitable size and shape. The homogenization of the components and the reduction of the impurities can actually be achieved by an additional arc reflow or electroslag remelting of the ingot.

Par la suite, le lingot est chauffé à une température d'environ 1150 à 12.00CC dans un four de chauffage, tel qu'un four à mazout, un four électrique, ou un four à gaz, puis est forgé par une technique classique, par exemple, estampage à chaud ou martelage. Subsequently, the ingot is heated to a temperature of about 1150 to 12.00cc in a heating furnace, such as an oil furnace, an electric furnace, or a gas oven, and then forged by a conventional technique, for example, hot stamping or hammering.

L'acier résistant à la chaleur Cr-12 forgé de cette manière est chauffé jusqu'à une température de 1050 à 1150 C dans le four de chauffage. Une fois que toute la structure est uniformément austénisée à la tempéraure maintenue dans cette gamme, elle est refroidît rapidement pour la tremper en étant immergée dans de l'huile ou de l'eau ou par soufflage. Cr-12 heat resistant steel forged in this way is heated to a temperature of 1050 to 1150 ° C in the heating furnace. Once the entire structure is uniformly austenized at the temperature maintained in this range, it is rapidly cooled to soak by being immersed in oil or water or by blowing.

Ensuite, l'acier résistant à la chaleur Cr-12 est chauffé et maintenu â une-température-de 600 à 7000C dans le four de chauffage pour être revenu, et acquérir ainsi une structure martensitique revenue. Afin de dissoudre la phase austénitique retenue existant au moment de la trempe, le métal peut être revenu à la température de 600 à 7000C après avoir été préalablement chauffé et maintenu à une température de 500 à 6000C qui est inférieure à la température de revenu. D'une autre façon, le revenu peut s'éffectuer deux fois à des températures differentes comprises dans L'intervalle de 600 à 700 C. Thereafter, the heat-resistant steel Cr-12 is heated and maintained at a temperature of 600 to 7000 ° C in the heating furnace to be returned, thereby acquiring a restored martensitic structure. In order to dissolve the retained austenitic phase existing at the time of quenching, the metal can be returned to the temperature of 600 to 7000C after being preheated and maintained at a temperature of 500 to 6000C which is lower than the tempering temperature. Alternatively, the income can be doubled at different temperatures in the range 600-700C.

L'acier résistant à La chaleur Cr-12 obtenu ainsi est découpé en une forme désirée, par exemple, celle d'une pièce de turbine. Si ta pièce de turbine est une ailette, un larget forgé peut être découpé dans une taille convenable, chauffé jusqu'à une température d'environ 1100 à 1200 C, puis estampé en forme d'ailette. Par la suite, la structure sous forme d'ailette peut être trempée, revenue, et usinée pour obtenir la taille finale. The Cr-12 heat resistant steel thus obtained is cut into a desired shape, for example, that of a turbine part. If your turbine part is a fin, a forged wire may be cut into a suitable size, heated to a temperature of about 1100 to 1200 C, and then stamped in the form of a fin. Subsequently, the fin structure can be quenched, tempered, and machined to the final size.

Des exemples selon la présente invention vont être décrits comparés à des références. les exemples 1 à 4 sont des éprouvettes préparées conformément aux gammes de teneur. definies selon l'invention, tandis quelles témoins I et 2 sont des éprouvettes dont
les compositions ne sont pas conformes. aux gammes de teneur. les témoins 1 et 2 correspondent respectivement aux aciers classiques
H46 et 422. Examples according to the present invention will be described compared to references. Examples 1 to 4 are test pieces prepared according to the content ranges. defined according to the invention, while which I and 2 controls are test tubes of which
the compositions are not in conformity. to the content ranges. the witnesses 1 and 2 respectively correspond to conventional steels
H46 and 422.

Tableau 1

Table 1

<SEP> Eléments <SEP> d'alliages <SEP> (% <SEP> en <SEP> poids), <SEP> fer <SEP> (reste)
<tb> <SEP> No. <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> V <SEP> Ni <SEP> Nb <SEP> Ta <SEP> W <SEP> N
<tb> <SEP> 1 <SEP> 0,13 <SEP> 0,28 <SEP> 0,60 <SEP> 10,7 <SEP> 1,20 <SEP> 0,23 <SEP> 1,18 <SEP> 0,33 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 0,06
<tb> <SEP> 2 <SEP> 0,12 <SEP> 0,29 <SEP> 0,64 <SEP> 10,6 <SEP> 1,17 <SEP> 0,22 <SEP> 1,25 <SEP> 0,40 <SEP> - <SEP> 0,91 <SEP> 0,06
<tb> Exemples
<tb> <SEP> 3 <SEP> 0,12 <SEP> 0,28 <SEP> 0,58 <SEP> 10,8 <SEP> 1,19 <SEP> 0,24 <SEP> 1,31 <SEP> 0,20 <SEP> 0,15 <SEP> 0,90 <SEP> 0,60
<tb> <SEP> 4 <SEP> 0,12 <SEP> 0,31 <SEP> 0,61 <SEP> 11,0 <SEP> 1,20 <SEP> 0,22 <SEP> 1,25 <SEP> - <SEP> 0,38 <SEP> 0,88 <SEP> 0,07
<tb> <SEP> 1 <SEP> 0,17 <SEP> 0,38 <SEP> 0,61 <SEP> 11,0 <SEP> 1,08 <SEP> 0,22 <SEP> 0,54 <SEP> 0,45 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,05
<tb> Témoins
<tb> <SEP> 2 <SEP> 0,25 <SEP> 0,38 <SEP> 0,66 <SEP> 11,7 <SEP> 1,05 <SEP> 0,24 <SEP> 0,68 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,92 <SEP> 0,02
<tb> Tableau 2

<SEP><SEP> elements of <SEP> alloys (% <SEP> in <SEP> weight), <SEP> iron <SEP> (remainder)
<tb><SEP> No. <SEP> C <SEP> If <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> MB <SEP> V <SEP> N <SEP> Nb <SEP> Ta <SEP> W <SEP > N
<tb><SEP> 1 <SEP> 0.13 <SEP> 0.28 <SEP> 0.60 <SEP> 10.7 <SEP> 1.20 <SEP> 0.23 <SEP> 1.18 <MS> 0.33 <SEP> - <SEP> 0.95 <SEP> 0.06
<tb><SEP> 2 <SEP> 0.12 <SEP> 0.29 <SEP> 0.64 <SEP> 10.6 <SEP> 1.17 <SEP> 0.22 <SEP> 1.25 <SEP> 0.40 <SEP> - <SEP> 0.91 <SEP> 0.06
<tb> Examples
<tb><SEP> 3 <SEP> 0.12 <SEP> 0.28 <SEP> 0.58 <SEP> 10.8 <SEP> 1.19 <SEP> 0.24 <SEP> 1.31 <MS> 0.20 <SEP> 0.15 <SEP> 0.90 <SEP> 0.60
<tb><SEP> 4 <SEP> 0.12 <SEP> 0.31 <SEP> 0.61 <SEP> 11.0 <SEP> 1.20 <SEP> 0.22 <SEP> 1.25 <MS> - <SEP> 0.38 <SEP> 0.88 <SEP> 0.07
<tb><SEP> 1 <SEP> 0.17 <SEP> 0.38 <SEP> 0.61 <SEP> 11.0 <SEP> 1.08 <SEP> 0.22 <SEP> 0.54 <SEP> 0.45 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0.05
<tb> Witnesses
<tb><SEP> 2 <SEP> 0.25 <SEP> 0.38 <SEP> 0.66 <SEP> 11.7 <SEP> 1.05 <SEP> 0.24 <SEP> 0.68 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0.92 <SEP> 0.02
<tb> Table 2

<SEP> Con@ortement <SEP> à <SEP> la <SEP> tension <SEP> TA <SEP> Te@@s <SEP> de <SEP> rupture <SEP> au <SEP> fluage
<tb> <SEP> (heures)
<tb> <SEP> Résistance <SEP> Elon- <SEP> Striction <SEP> Pression <SEP> appli- <SEP> Pression <SEP> appli
<SEP> à <SEP> la <SEP> tension <SEP> gation <SEP> quée <SEP> à <SEP> 600 C <SEP> quée <SEP> à <SEP> 650 C
<tb> <SEP> kg/mm <SEP> % <SEP> % <SEP> 30 <SEP> kg/mm <SEP> 20 <SEP> kg/mm
<tb> <SEP> 1 <SEP> 103,9 <SEP> 21,2 <SEP> 62,4 <SEP> 1103,0 <SEP> 590,4
<tb> <SEP> 2 <SEP> 102,7 <SEP> 21,2 <SEP> 62,0 <SEP> 1005,4 <SEP> 529,8
<tb> Exemples
<tb> <SEP> 3 <SEP> 104,3 <SEP> 20,6 <SEP> 61,6 <SEP> 980,7 <SEP> 572,0
<tb> <SEP> 4 <SEP> 102,5 <SEP> 22,0 <SEP> 62,0 <SEP> 908,5 <SEP> 485,5
<tb> <SEP> 1 <SEP> 107,5 <SEP> 14,7 <SEP> 53,0 <SEP> 314,5 <SEP> 158,6
<tb> Témoins
<tb> <SEP> 2 <SEP> 160,0 <SEP> 13,3 <SEP> 45,2 <SEP> 197,8 <SEP> 110,1
<tb>
Des matériaux mélangés suivant les compositions d'alliage
représentées dans les colonnes, par ex-emple 1 à 4 et les témoins
1 et 2 du tableau 1, sont fondus- dans un four de fusion sous vide
à haute fréquence. Des alliages fondus des compositions particulières
sont moulés sous pression en matrices à fondre en lingots.En
mélangeant les métaux, on ajoute de l'ajoute en mélangeant un alliage
de base du type N-Cr-Fe. puis, après avoir arasées leur surface
par usinage, les lingots sont introduits dans un four à mazout,
chauffés jusqu'à 1200"C, et martelés en ronds de 30 mm de diamètre.<SEP> Con ~ ortment <SEP> to <SEP><SEP> tension <SEP> TA <SEP> Te @@ s <SEP> from <SEP> rupture <SEP> to <SEP> creep
<tb><SEP> (hours)
<tb><SEP> Resistance <SEP> Elon- <SEP> Striction <SEP> Pressure <SEP> Application <SEP> Pressure <SEP> App
<SEP> to <SEP><SEP><SEP> voltage <SEP><SEP> to <SEP> 600 C <SEP><SEP> to <SEP> 650 C
<tb><SEP> kg / mm <SEP>% <SEP>% <SEP> 30 <SEP> kg / mm <SEP> 20 <SEP> kg / mm
<tb><SEP> 1 <SEP> 103.9 <SEP> 21.2 <SEP> 62.4 <SEP> 1103.0 <SEP> 590.4
<tb><SEP> 2 <SEP> 102.7 <SEP> 21.2 <SEP> 62.0 <SEP> 1005.4 <SEP> 529.8
<tb> Examples
<tb><SEP> 3 <SEP> 104.3 <SEP> 20.6 <SEP> 61.6 <SEP> 980.7 <SE> 572.0
<tb><SEP> 4 <SEP> 102.5 <SEP> 22.0 <SEP> 62.0 <SEP> 908.5 <SEQ> 485.5
<tb><SEP> 1 <SEP> 107.5 <SEP> 14.7 <SEP> 53.0 <SEP> 314.5 <SEP> 158.6
<tb> Witnesses
<tb><SEP> 2 <SEP> 160.0 <SEP> 13.3 <SEP> 45.2 <SEP> 197.8 <SEP> 110.1
<Tb>
Mixed materials according to the alloy compositions
represented in the columns, eg 1 to 4 and the controls
1 and 2 of Table 1 are melted in a vacuum melting furnace
at high frequency. Molten alloys of particular compositions
are die-cast into ingots.
mixing the metals, add some by mixing an alloy
basic type N-Cr-Fe. then, after having leveled their surface
by machining, the ingots are introduced into an oil furnace,
heated up to 1200 ° C, and hammered into circles of 30 mm diameter.

Les ronds obtenus de cette manière sont découpés individuel
lement en une certaine longueur pour constituer des éprouvettes
utilisées dans chacun des essais mentionnés par La suite, et chauffés
et maintenus à une température de 11000C dans un four électrique pendant 2 h. Ensuite, les ronds sont immergés dans de l'huile à la température ambiante pour être trempés, puis chauffés et maintenus à 6500C dans le four électrique pendant 3 h pour être revenus.Rounds obtained in this way are cut individually
in a certain length to form test pieces
used in each of the tests mentioned later, and heated
and maintained at a temperature of 11000C in an electric oven for 2 hours. Then, the rounds are immersed in oil at room temperature to be soaked, then heated and kept at 6500C in the electric oven for 3 hours to be returned.

Après le traitement thermique, les matériaux sont usinés en éprouvette, qui sont utilisés pour des essais de tension et des tests de rupture au fluage. Les résultats de ces essais sont représentés sur le tableau 2. Les essais de tension sont effectués à température ambiante. Le tableau 2 présente la résistance à la traction, l'élongation et ta striction. Les tests de rupture au fluage sont réalisés sous deux conditions'différentes de température et de charge. le tableau 2 représente les temps de rupture (heures) sous les diverses conditions. After the heat treatment, the materials are machined into specimens, which are used for stress tests and creep rupture tests. The results of these tests are shown in Table 2. Voltage tests are carried out at room temperature. Table 2 shows tensile strength, elongation and necking. The creep rupture tests are performed under two different conditions of temperature and load. Table 2 shows the break times (hours) under the various conditions.

Comme on peut le voir à partir des résultats de l'essai présenté sur le tableau 2, les exemples 1 à 4 de l'acier résistant à la chaleur Cr-12 selon la présente invention présentent un meilleur comportement à la rupture au fluage pour l'une et l'autre des températures 6000C et 650 C, que Le témoin 1 et 2. De plus,
les essais de tension effectués à température ambiante (TA)
indiquent que les exemples 1 à 4 sont pratiquement équivalents aux
témoins 1 et 2 du point de vue de la résistance à la tension et légè 'rement meilleurs en ce qui concerne l'élongation et la striction. As can be seen from the results of the test shown in Table 2, Examples 1 to 4 of the heat resistant steel Cr-12 according to the present invention exhibit better creep rupture behavior for the both temperatures 6000C and 650 C, that the control 1 and 2. In addition,
voltage tests performed at room temperature (RT)
indicate that Examples 1 to 4 are practically equivalent to
witnesses 1 and 2 from the point of view of the tensile strength and slightly better with respect to elongation and necking.

Ainsi, L'acier résistant à La chaleur Cr-12 de la présente invention possède un meilleur comportement au fluage sans que sa ductilité et sa dureté ne soient altérées à température ambiante, et peut rendre de grands services comme matériau pour des pièces de turbines, tels que des ailettes et des boulons de turbines à vapeur. Thus, the Cr-12 heat resistant steel of the present invention has a better creep behavior without its ductility and hardness being altered at room temperature, and can be of great service as a material for turbine parts, such as vanes and steam turbine bolts.

Claims

1. Heat resistant steel Cr-12, characterized in that it comprises essentially

a carbon content of 0.05 to 0.25% by weight;

a silicon content of 0.2 to 1.0% by weight;

a magnesium content of 1.0% or less by weight;

a nickel content of 1.0 to 2.0% by weight;

a chromium content of 8.0 to 13.0% by weight;

a molybdenum content of 0.5 to 2.0% by weight;

a vanadium content of 0.1 to 0.3% by weight;

niobium and / or tantalum contents of 0.3% to 0.5% by weight in total;

a nitrogen content of 0.01 to 0.2% by weight;

a tungsten content of 0.7 to 2.0% by weight; and

an iron content mainly constituting the rest;

said heat resistant steel Cr-12 having substantially a restored martensitic structure.

2. Cr-12 heat-resistant steel according to claim 1, characterized in that said carbon content ranges from 0.08 to 0.15% by weight, said silicon content ranges from 0.21 to 0.6% said content in manganese of 0.3 to 0.8%, said nickel content of 1.0 to 1.5%, said chromium content of 9.5 to 12.0%, said molybdenum content of 0.7 to 1 , 5%, said vanadium content of 0.15 to 0.27%, said niobium and / or tantalum contents of 0.3 to 0.45% in total, said nitrogen content of 0.03 to 0.08 %, and said tungsten content of 0.8 to 1.5%.

Cr-12 heat resistant steel according to claim 2, characterized in that said chromium content is from 9.5 to 11.0% by weight, and said tungsten content from 0.8 to 1.3% .

Cr-12 heat-resistant steel according to claim 1, characterized in that the chromium equivalent given by the following equation ranges from 6 to 11 chromium equivalents = -40 x [% C] - 30 x - 2 x [% Mn] - 4 x [% Ni] + [% Cr] + 4 x [% Mo] + 6 x [% Si] + 11 x [% V] + 5 x [% Nb] + 2.5 x [% Ta] + 1.5 x [% W].

Cr-12 heat resistant steel according to claim 2, characterized in that the chromium equivalent given by the following relationship is from 8 to 11: chromium equivalent = -40 x [% C] - 30 x [ % N] - 2 x [% Mn] - 4 x E% Ni] + [% Cr] t 4 x [% Mo] + 6 x C% Si3 + 11 x [% V] + 5 x [% Nb] + 2.5 x [% Ta] + 1.5 x

6.Cr-12 heat resistant steel according to claim 3, characterized in that the chromium equivalent given by the following relationship is from 9 to 10: chromium equivalent = -40 x [% C] - 30 x - 2 x [% Mn] - 4 x [% Ni] + [% Cr] + 4 x [% Mo] + 6 x [% Si] + 11 x CZV] + 5 x [% Nb] + 2.5 x [ % Ta] + 1.5 x

7. turbine part which is formed of a heat-resistant steel Cr-12, characterized in that said steel essentially comprises a carbon content of 0.05 to 0.25% by weight, a silicon content of 0 , 2 to 1.0% by weight, a manganese content of 1.0% or less by weight, a nickel content of 1.0 to 2.0% by weight, a chromium content of 8.0 to 13.0% by weight, a molybdenum content of 0.5 to 2.0% by weight, a vanadium content of 0.1 to 0.3% by weight, contents of niobium and / or tantalum of 0, 3 to 0.5% by weight in total, a nitrogen content of 0.01 to 0.2% by weight, a tungsten content of 0.7 to 2.0% by weight, and an iron content constituting mainly the remains, and having practically a martensitic structure returned.

8. turbine part according to claim 7, characterized in that said turbine part is a turbine blade, wherein said carbon content ranges from 0.08 to 0.15% by weight, said silicon content of 0, 21 to 0.6%, said manganese content of 0.3 to 0.8%, said nickel content of 1.0 to 1.5%, said chromium content of 9.5 to 12.0%, said content in molybdenum of 0.7 to 1.5%, said vanadium content of 0.15 to 0.27%, said contents of niobium and / or tantalum of 0.3 to 0.45% in total, said nitrogen content from 0.03 to 0.08%, and said tungsten content from 0.8 to 1.5%.

9. turbine part according to claim 7, characterized in that said turbine part is a bolt used in a turbine, and wherein said carbon content is from 0.08 to 0.15% by weight, said silicon content from 0.21 to 0.6%, said manganese content from 0.3 to 0.8%, said nickel content from 1.0 to 1.5%, said chromium content from 9.5 to 12.0 %, said molybdenum content of 0.7 to 1.5%, said vanadium content of 0.15 to 0.27%, said niobium and / or tantalum contents of 0.3 to 0.45% in total, said nitrogen content of 0.03 to 0.08%, and said tungsten content of 0.8 to 1.5%.

10. Turbine part according to claim 8, characterized in that said chromium content ranges from 9.5 to 11.0% by weight, and said tungsten content from 0.8 to 1.3%.

11. turbine part according to claim 9, characterized in that said chromium content ranges from 9.5 to 11.0% by weight, and said tungsten content of 0.3 to 1.3%.