地热发电用涡轮转子材料及其制造方法技术

本发明专利技术是一种含有C：0.20～0.30质量％、Si：0.01～0.2质量％、Mn：0.5～1.5质量％、Cr：2.0～3.5质量％、V：大于0.15质量％且0.35质量％以下和规定量的Ni、Mo，余部由Fe及不可避的杂质构成的地热发电用涡轮转子材料，所述Ni为大于0且0.25质量％以下，所述Mo为1.05～1.5质量％。由此，可以提供机体的直径即使为1600mm以上也可淬火，即使在硫化氢环境下，也难以产生应力腐蚀裂纹的地热发电用的涡轮转子材料及其制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在硫化氢等腐蚀环境下使用的涡轮转子(タービンロータ)材料，特别是涉及1600mm以上的大直径的地热发电用涡轮转子材料及其制造方法。
技术介绍
作为地热发电用涡轮转子材料，如专利文献1～4所示，使用含有Cr、Mo的低合金钢(一般称为“1Cr-1Mo钢”)。该1Cr-1Mo钢即使直径至1500mm，也能充分进行淬火，且还具有需要的韧性。但是，近年来，伴随着设备的大型化，认为需要直径为1600mm以上的地热发电用涡轮转子材料。使用现有的1Cr-1Mo钢时，具有因直径大而冷却速度大幅降低，伴随着铁素体的析出，韧性降低这种问题。另一方面，作为火力发电用的涡轮转子材料，如专利文献5、6所示，使用使Cr量增加的通称2.25Cr-1Mo钢。使用该涡轮转子材料时，即使是具有1900mm的直径的涡轮转子材料，也可以充分淬火至内部。现有技术文献专利文献专利文献1:(日本)特开昭62-290849号公报专利文献2:(日本)特开昭63-35759号公报专利文献3:(日本)特开昭60-5853号公报专利文献4:(日本)特开昭52-30716号公报专利文献5:(日本)特开2001-221003号公报专利文献6:(日本)特开2002-339036号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题然而，地热发电用涡轮转子材料的使用温度最大为250℃左右，火力发电用的涡轮转子材料所要求的高温蠕变强度不是必须的必要条件。另一方面，因地热发电用涡轮转子材料在硫化氢环境下使用，所以应力腐蚀裂纹(SCC)成为问题。依据NACE(美国腐蚀技术者协会)的TM0177-Method B试验法，通过添加了0.5质量％醋酸的饱和H2S水溶液中的3点弯曲试验评价了上述的地热发电用涡轮转子材料的现有钢、即1Cr-1Mo钢、火力发电用涡轮转子材料的现有钢、即2.25Cr-1Mo钢的耐SCC性。在试验中，使用67.3×4.57×1.52mm的试验片，在0.33σ～0.70σ的范围负荷应力，在饱和H2S水溶液中浸渍720小时，评价断裂的有无。表1表示通过由1Cr-1Mo钢、2.25Cr-1Mo钢构成的试验片的试验结果。[表1]在此，σ是试验材料的0.2％屈服强度。另外，表中的○表示未断裂，×表示断裂。可知2.25Cr-1Mo钢与1Cr-1Mo钢相比，耐SCC性差。即，2.25Cr-1Mo钢的机体直径为1600mm以上也可以确保中心部的淬火性，但与1Cr-1Mo钢相比耐SCC性差。本专利技术是鉴于该情况而完成的，其目的在于，提供机体(胴部)的直径即使为1600mm以上也可以确保淬火性，在硫化氢环境下也难以产生应力腐蚀裂纹的地热发电用涡轮转子材及其制造方法。用于解决课题的方案遵照所述目的的第1专利技术的地热发电用涡轮转子材料含有C：0.20～0.30质量％、Si：0.01～0.2质量％、Mn：0.5～1.5质量％、Cr：2.0～3.5质量％、V：大于0.15质量％且0.35质量％以下和规定量的Ni、Mo，余部由Fe及不可避的杂质构成，其中，Ni为大于0且0.25质量％以下，Mo为1.05～1.5质量％。在第1专利技术的地热发电用涡轮转子材料中，优选在金属组织中无铁素体，为贝氏体均匀组织，由此可以确保需要的强度及韧性。在第1专利技术的地热发电用涡轮转子材料中，优选具备直径至少为1600mm，室温下的0.2％屈服强度为685MPa以上，室温下的夏氏冲击吸收能量为20J以上，且延性-脆性转变温度为80℃以下的机体。另外，地热发电用涡轮转子材料因需要形成贝氏体均匀组织，所以直径的上限可为2200mm(更优选为2000mm)。对于第1专利技术的地热发电用涡轮转子材料的合金组成进行说明。C：0.20～0.30质量％C具有提高热处理时的淬火性，并且与碳化物形成元素形成碳化物，提高材料强度的效果。为了得到足够的材料强度，至少需要添加0.20质量％。另一方面，C量超过0.30质量％时，延性-脆性转变温度上升，韧性降低。Si：0.01～0.2质量％Si作为脱酸材料而添加，低于0.01质量％时其效果不充分。另一方面，大量添加时脱酸产生的生成物即SiO2残留于钢液中，钢的洁净度降低，韧性降低。因此，Si的含量限定在0.01～0.2质量％的范围。Mn：0.5～1.5质量％Mn作为钢液的脱酸材料也是有效的。另外，对于提高淬火性，抑制淬火冷却时铁素体析出是有效的。因此，至少需要添加0.5质量％。另一方面，Mn超过1.5质量％时，具有促进回火脆化的作用，降低韧性。因此，Mn的含量为0.5～1.5质量％的范围。Ni：大于0且0.25质量％以下Ni是对抑制淬火冷却时的铁素体析出有效的元素，一般公知的是过剩含有Ni时，易产生硫化物应力腐蚀裂纹。因此，专利技术人等对作为地热发电用涡轮转子材料的硫化物应力腐蚀裂纹性进行了种种研究，结果认识到，尽可能减少Ni的含量，使其为0.25质量％以下的范围，可以降少硫化物应力腐蚀裂纹性。另外，即使减少Ni量，通过含有2.0质量％以上Cr，含有1.05质量％以上Mo，也能够防止铁素体的析出，可以得到贝氏体均匀组织。Cr：2.0～3.5质量％Cr是对改善淬火性，抑制淬火冷却时的铁素体析出有效的元素。另外，对形成碳化物提高材料强度是有效的，还是对提高耐腐蚀性有效的元素。为了得到充分的淬火性、材料强度、耐腐蚀性，至少需要添加2.0质量％。另一方面，Cr超过3.5质量％时，韧性降低。因此，Cr的含量为2.0～3.5质量％的范围。Mo：1.05～1.5质量％Mo与Cr同样地改善淬火性，另外，对改善回火脆化、形成碳化物提高材料强度是有效的。因此，至少需要添加1.05质量％，但大量添加时，其效果饱和，降低韧性。因此，Mo的含量为1.05～1.5质量％的范围。V：大于0.15质量％且0.35质量％以下V是对与C使微细的碳化物在晶粒内大量析出提高材料强度有效的元素。为了得到上述的效果，V需要大于0.15质量％。另一方面，V超过0.35质量％时，韧性降低。因此，V的含量为大于0.15质量％且为0.35质量％以下的范围。接着，对作为地热发电用涡轮转子材料的机械性质进行说明。作为目标，对于调质后的地热发电用涡轮转子材料的中心部而言，使室温的0.2％屈服强度为685MPa以上。地热发电中，蒸气温度为250℃以下，需要延性-脆性(断面)转变温度足够低。作为目标，使延性-脆性转变温度为80℃以下，使室温的夏氏冲击吸收能量为20J以上。另外，第2专利技术的地热发电用涡轮转子材料的制造方法是用于抑制具有第1专利技术的地热发电用涡轮转子材料的成分的钢锭的淬火冷却时的铁素体析出，形成贝氏体均匀组织，得到目标的机械特性的适宜的制造方法。以下，对该地热发电用涡轮转子材料(低合金钢)的制造方法进行说明。就本低合金钢的制造方法而言，首先，从将成为锻钢部件的合金原料经过电炉、真空感应熔化炉等熔化炉或进一步的真空碳脱氧法或电渣再溶解法等精炼成目标的成分组成的钢液制作适于自由锻造用等的形状的钢锭。对于凝固后的钢锭，通过高温度的热和苛刻的锻造压力(热锻)压接钢锭内部的空隙，并且改善粗大化的钢组织，实施成型加工而制成锻钢部件。接着，进行将该部件加热至900～950℃、在800～500℃间以1.0℃/分钟以上的冷却速度冷却的淬火处理，接着进行再加热而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地热发电用涡轮转子材料，其特征在于，含有C：0.20～0.30质量％、Si：0.01～0.2质量％、Mn：0.5～1.5质量％、Cr：2.0～3.5质量％、V：大于0.15质量％且0.35质量％以下和规定量的Ni、Mo，余部由Fe及不可避的杂质构成，所述Ni为大于0且0.25质量％以下，所述Mo为1.05～1.5质量％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.23 JP 2014-0892191.一种地热发电用涡轮转子材料，其特征在于，含有C：0.20～0.30质量％、Si：0.01～0.2质量％、Mn：0.5～1.5质量％、Cr：2.0～3.5质量％、V：大于0.15质量％且0.35质量％以下和规定量的Ni、Mo，余部由Fe及不可避的杂质构成，所述Ni为大于0且0.25质量％以下，所述Mo为1.05～1.5质量％。2.根据权利要求1所述的地热发电用涡轮转子材料，其特征在于，在金属组织中无铁素体，是...

【专利技术属性】
技术研发人员：八寻由典，分岛泰，
申请(专利权)人：日本铸锻钢株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP