高韧性耐热钢和涡轮转子制造技术

本发明专利技术提供了在较低温区的抗拉强度和韧性以及在高温区的蠕变断裂强度俱佳的高韧性耐热钢。该高韧性耐热钢含有（重量比）Ｃ：０．０５％以上、０．３０％以下、Ｓｉ：０％以上、０．２０％以下、Ｍｎ：０％以上、１．０％以下、Ｃｒ：８．０％以上、１４．０％以下、Ｍｏ：０．５％以上、３．０％以下、Ｖ：０．１０％以上、０．５０％以下、Ｎｉ：１．５％以上、５．０％以下、Ｎｂ：０．０１％以上、０．５０％以下、Ｎ：０．０１％以上、０．０８％以下、Ｂ：０．００１％以上、０．０２０％以下，余量由Ｆｅ和不可避免的杂质构成。优选的是还含有Ｃｏ：０．５％以上、６．０％以下。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是关于，特别是关于适合于大容量和高效率的发电设备的高低压一体型涡轮转子使用的高韧性的耐热钢的材质改善。一般地说，将多个涡轮转子机械结合的汽轮机是根据从高压侧到低压侧的使用蒸汽条件等来选择转子材料的。例如，在高温高压侧(550-600℃等)使用的涡轮转子材料采用CrMoV钢(ASTM-A470(8级))或12Cr钢(特公昭60-54385)等，而低温低压侧(400℃以下)使用的涡轮转子材料采用含有2.5％以上Ni的NiCrMoV钢(ASTM-A471(2-7级))等。另外，在最近的旨在实现大容量和高效率的发电设备中，从汽轮机的小型化和结构简单化的角度考虑，从高压侧到低压侧用同一种材料形成的所谓高低压一体型涡轮转子受到人们的关注。但是，以往的涡轮转子使用的上述钢未必能全部满足从高压侧到低压侧的全部使用条件，因此使用上述钢构成高低压一体型涡轮转子时存在下列问题。1)在CrMoV钢的场合，虽然在550℃的高温区域的蠕变断裂强度很好，但未必能满足低温区的抗拉强度和韧性要求，有可能发生廷性破坏或脆性破坏等，因此，为了防止发生上述破坏，必须减小涡轮转子的低压级的工作应力，结果使得低压级、特别是最后一级上安装的叶片的大小受到限制，难以实现发电设备的大容量化。另外，关于高温蠕变断裂强度，未必能满足最近为了提高发电设备的效率所需要的涡轮进口蒸汽的高温(600℃)、高压条件。2)在12Cr钢的场合，与CrMoV钢相比，虽然高温蠕变断裂强度很好，能够满足上述涡轮进口蒸汽的条件，但韧性不足，作为解决这个问题的措施，与CrMoV钢同样需要限制低压级上安装的叶片的大小。3)在NiCrMoV钢的场合，虽然在低温区的抗拉强度和韧性很好，但未必能满足蠕变断裂强度的要求，由于高压部的强度不足，因此必须限制涡轮进口蒸汽的高温化，难以提高发电设备的效率。如上所述，使用以往的钢构成高低压一体型涡轮转子的场合，在使用高温蒸汽、安装尺寸较大的低压最终级叶片以实现汽轮机的大型化和高效率化时受到很大的限制。本专利技术就是为了解决上述问题而完成的，本专利技术的目的是，提供在低温区的抗拉强度和韧性以及高温区的蠕变断裂强度俱佳的高韧性耐热钢。本专利技术的另一目的是，提供适合于大容量、高效率发电设备的高低压一体型涡轮转子及其制造方法。旨在实现上述目的的本专利技术的高韧性耐热钢，其特征是，含有(重量比)C:0.05％以上、0.30％以下、Si:0％以上、0.20％以下、Mn:0％以上、1.0％以下、Cr:8.0％以上、14.0％以下、Mo:0.5％以上、3.0％以下、V:0.10％以上、0.50％以下、Ni:1.5％以上、5.0％以下、Nb:0.01％以上、0.50％以下、N:0.01％以上、0.08％以下、B:0.001％以上、0.020％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。优选的是还含有Co:0.5％以上、6.0％以下。本专利技术的另一实施方案的高韧性耐热钢，其特征是，含有(重量比)C:0.05％以上、0.30％以下、Si:0％以上、0.20％以下、Mn:0％以上、1.0％以下、Cr:8.0％以上、14.0％以下、Mo:0.1％以上、2.0％以下、W:0.3％以上、5.0％以下、V:0.10％以上、0.50％以下、Ni:1.5％以上、5.0％以下、Nb:0.01％以上、0.50％以下、N:0.01％以上、0.08％以下、B:0.001％以上、0.020％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。优选的是还含有Co:0.5％以上、6.0％以下。下面说明本专利技术的高韧性耐热钢中各元素含量范围的限定理由。如果没有特别说明的话，表示各元素含量的百分数％是指重量％。C与Cr、Nb、V等元素结合形成碳化物，有助于沉淀强化，此外对于提高淬透性和抑制δ铁素体生成是必不可少的元素。C的添加量不足0.05％时，不能确保所希望的蠕变断裂强度，超过0.30％时，促进碳化物的粗大化，致使长时间的蠕变断裂强度降低，因此其含量范围在0.05％-0.30％为宜，优选的是0.07％-0.25％，最好是0.09％-0.20％。Si作为熔炼时的脱氧材料是必不可少的元素。Si添加过多时，其中的一部分形成氧化物残留在钢中，使韧性降低，因此其含量在0％以上、0.20％以下为宜。Mn作为熔炼时的脱氧、脱硫剂是不可缺少的元素。Mn添加量过多时，钢的蠕变断裂强度降低，因此其含量在0％以上、1.0％以下为宜。Cr可以提高抗氧化性和耐腐蚀性，此外作为有助于固溶强化和沉淀强化的M23C6型析出物的构成元素是不可缺少的成分。但Cr添加量少于8.0％时，其效果较小，超过14.0％时，容易生成对韧性和蠕变断裂强度有害的δ铁素体，因此其含量在8.0％-14.0％为宜，优选的是9.0％-13.0％，最好是9.5％-12.5％。Mo作为固溶强化元素和碳化物形成元素是必不可少的成分。但Mo的添加量不足0.5％时，其效果较小，超过3.0％时，韧性大大降低，并且容易生成δ铁素体，因此其含量在0.5％-3.0％为宜，优选的是0.7％-2.5％，最好是0.9％-2.0％。在添加与Mo作用大致相同的W(参见下文)的场合，Mo的添加量不足0.1％时，作为固溶强化元素和碳化物形成元素的作用较小，超过2.0％时，韧性大为降低，此外还容易生成δ铁素体，因此，其含量在0.1％-2.0％为宜，优选的是0.2％-1.5％，最好是0.5％-1.2％。V是有助于固溶强化和形成V碳氮化物的元素。添加量在0.10％以上时，蠕变过程中在马氏体板条的边界上析出微细的沉淀物，抑制了回复，反之，含量超过0.50％时，容易生成δ铁素体。另外，添加量少于0.10％时，固溶量和析出量都很少，不能得到上述效果，因此，其含量在0.10％-0.50％为宜，优选的是0.10％-0.40％，最好是0.15％-0.30％。Ni大大提高淬透性和韧性，此外可以抑制δ铁素体的析出。但Ni添加量少于1.5％时，其效果较小，超过5.0％时，蠕变抗力降低，因此，其含量在1.5％-5.0％为宜，优选的是1.5％-4.0％，最好是2.0％-3.0％。Nb与C和N结合形成Nb(C、N)微细碳氮化物，有利于沉淀弥散强化。但Nb添加量不足0.01％时，析出的密度低，不能得到相应的效果，反之超过0.50％时，容易生成未固溶的粗大Nb(C、N)，延性和韧性降低，因此，其含量在0.01％-0.50％为宜，优选的是0.01％-0.30％，最好是0.03％-0.20％。N形成氮化物或碳氮化物，有助于沉淀强化，此外还残留在母相中，有助于固溶强化。但N含量低于0.01％时，不能得到相应的效果，超过0.08％时，促进了氮化物或碳氮化物的粗大化，蠕变抗力降低，延性和韧性也降低，因此，其含量在0.01％-0.08％为宜，优选的是0.01％-0.06％，最好是0.02％-0.04％。B微量添加时促进在晶界处析出沉淀物，还可以提高碳氮化物的高温长时间稳定性。其添加量低于0.001％时，不能得到相应的效果，超过0.020％时，韧性大幅度降低，此外还损害热加工性，因此，其含量在0.001％-0.020％为宜，优选的是0.003％-0.015％，最好是0.005％-0.012％。W是固溶强化元素和碳化物形成元素，有助于形成由Fe本文档来自技高网...

【技术保护点】
高韧性耐热钢，其特征是，含有（重量比）Ｃ：０．０５％以上、０．３０％以下、Ｓｉ：０％以上、０．２０％以下、Ｍｎ：０％以上、１．０％以下、Ｃｒ：８．０％以上、１４．０％以下、Ｍｏ：０．５％以上、３．０％以下、Ｖ：０．１０％以上、０．５０％以下、Ｎｉ：１．５％以上、５．０％以下、Ｎｂ：０．０１％以上、０．５０％以下、Ｎ：０．０１％以上、０．０８％以下、Ｂ：０．００１％以上、０．０２０％以下，余量为Ｆｅ和不可避免的杂质构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：津田阳一，石井龙一，山田政之，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]