一种汽轮机用耐热钢制造技术

本发明专利技术涉及金属材料领域，特别涉及一种汽轮机用耐热钢。所述耐热钢按质量百分含量包括如下化学元素：C 0.05％～0.15％，Mn≤0.15％，Cr 8.5％～10.0％，Co 2.5％～3.6％，W 2.5％～3.5％，V 0.10％～0.40％，Nb 0.01％～0.07％，N 0.002％‑0.030％，B 0.004％‑0.018％，Ni≤0.20％，Al≤0.02％，Ti≤0.02％，杂质≤0.185％，Fe 80％～88％；B的质量百分含量和N的质量百分含量比例为0.2～6.0。本发明专利技术的耐热钢可以满足工作温度为650℃及650℃以下的汽轮机部件的使用要求。

A Heat Resistant Steel for Steam Turbine

The invention relates to the field of metal materials, in particular to a heat-resistant steel for steam turbines. The heat resistant steel according to mass percentage content includes the following chemical elements: C 0.05%-0.15%, Mn <0.15%, Mn <0.15%, Cr 8.5%-10.0%, Cr 8.5%-10.0%, Co 2.5%-3.6%, W 2.5%-3.5%, Co 0.10%-0.10%-0.40%, Nb 0.01%-0.07%, N 0.002%8209 0.0 0 0.030%, B 0.004%8209 0.0.019 0.018%, Ni <0.20%, Al <0.02%, Al <0 0.02%, impurity Ti Fe <0.02% 0.02%, Ti Fe <0.185%, Fe Fe <0.185%, Fe Fe 88%; The ratio of B to N is 0.2-6.0. The heat-resistant steel of the invention can meet the service requirements of steam turbine components whose working temperature is 650 ~650 ~C.

【技术实现步骤摘要】
一种汽轮机用耐热钢
本专利技术涉及金属材料领域，特别涉及一种汽轮机用耐热钢。
技术介绍
目前，世界各国都在争相发展高参数的汽轮机机组。在过去几十年里，燃煤发电机组参数已由亚临界、超临界提升到620℃等级的超超临界参数，现在正在往更高等级汽轮机组发展。提高汽轮机蒸汽温度，高温零部件工作环境进一步恶化，对材料的高温性能提出更高的要求。目前，汽轮机的最高蒸汽温度为620℃，已有可用的成熟材料，诸如转子锻件选用的材料为13Cr9Mo2Co1NiVNbNB(专利CN103074550)，其620℃/10万小时条件下的持久强度可以满足100MPa的要求。但是对于更高温度等级的汽轮机，目前尚没有可用的材料。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种汽轮机用耐热钢及其制备方法，可以满足工作温度650℃及650℃以下的汽轮机部件的使用要求。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术的一方面提供一种汽轮机用耐热钢，所述耐热钢按质量百分含量包括如下化学元素：C0.05％～0.15％，Mn≤0.15％，Cr8.5％～10.0％，Co2.5％～3.6％，W2.5％～3.5％，V0.10％～0.40％，Nb0.01％～0.07％，N0.002％-0.030％，B0.004％-0.018％，Ni≤0.20％，Al≤0.02％，Ti≤0.02％，杂质≤0.185％，Fe80％～88％；B的质量百分含量和N的质量百分含量比例为0.2～6.0。在本专利技术的一些实施方式中，所述的杂质包括Si、P、S的一种或多种。在本专利技术的一些实施方式中，以汽轮机用耐热钢的总质量为基准计，所述Si、P、Si对应的质量百分数分别是：Si≤0.15％，P≤0.020％，S≤0.015％。在本专利技术的一些实施方式中，铬当量小于12.0％。在本专利技术的一些实施方式中，所述耐热钢按质量百分含量包括如下化学元素：C0.05％-0.12％，Mn≤0.10％，Cr8.5％-9.8％，Co2.6％-3.2％，W2.6％-3.2％，V0.10％-0.30％，Nb0.02％-0.07％，N0.004％-0.025％，B0.006％-0.016％，Ni≤0.10％，Al≤0.010％，Ti≤0.010％，杂质≤0.125％，Fe82％～88％；B的质量百分含量和N的质量百分含量比例为0.3～3.0，铬当量小于9.0％。在本专利技术的一些实施方式中，所述的杂质包括Si、P、S中的一种或多种，以汽轮机用耐热钢总质量为基准计，所述Si、P、S质量百分数分别是Si≤0.10％，P≤0.015％，S≤0.010％。在本专利技术的第二方面，提供前述汽轮机用耐热钢的制备方法，经过冶炼、浇注、锻造或轧制工序得到型坯，并进行热处理。在本专利技术的一些实施方式中，所述热处理采用一次淬火和两次回火工艺，淬火温度为1060℃～1160℃；第一次回火温度为540℃～660℃，第二次回火温度不低于660℃。在本专利技术的一些实施方式中，所述热处理采用一次淬火和一次回火工艺，淬火温度为1060℃～1160℃；回火温度不低于660℃。本专利技术的第三方面，所述汽轮机用耐热钢在汽轮机领域的用途。具体实施方式本专利技术专利技术人经过大量探索实验，提供了一种汽轮机用耐热钢，可以满足工作温度650℃及650℃以下的汽轮机部件的使用要求，在此基础上完成了本专利技术。下面详细说明根据本专利技术的汽轮机用耐热钢及其制备方法。首先说明根据本专利技术第一方面的汽轮机用耐热钢。本专利技术所提供的汽轮机用耐热钢按质量百分含量包括如下化学元素：C0.05％～0.15％，Mn≤0.15％，Cr8.5％～10.0％，Co2.5％～3.6％，W2.5％～3.5％，V0.10％～0.40％，Nb0.01％～0.07％，N0.002％-0.030％，B0.004％-0.018％，Ni≤0.20％，Al≤0.02％，Ti≤0.02％，杂质≤0.185％，Fe80％～88％；B的质量百分含量和N的质量百分含量比例为0.2～6.0。在汽轮机用耐热钢中添加微量B元素可以显著提高其高温蠕变温度；N元素在汽轮机用耐热钢中主要与添加的V、Nb元素形成弥散的MX型沉淀而起到沉淀强化的效果；当B和N元素含量过高时，极易在正火处理过程中在汽轮机用耐热钢内产生粗大的具有极高热稳定性的BN沉淀相，在1300℃时仍不发生溶解，恶化蠕变性能。所以B和N的质量百分含量很重要，本专利技术人在大量的实验基础上，发现本专利技术中当B的质量百分含量和N的质量百分含量比例为0.2～6.0时，配合前述质量百分含量的其他化学元素，得到的汽轮机材料的耐高温性能更好。本专利技术所提供的汽轮机用耐热钢中，所述的杂质包括Si、P、S的一种或多种。Si是钢中不可避免的常存杂质元素，过高的硅含量会促进脆性的σ相形成或富硅的G相在晶界析出。S是钢中一种有害杂质元素，主要是降低钢的热塑性，影响热加工性，降低耐腐蚀性，特别是对热塑性不利。因为硫偏聚晶界，降低晶界结合力，致使高温持久强度降低。P是钢中一种有害的杂质元素，特别高时会使钢产生一定的脆性。钢中有害杂质元素对耐热钢及合金的力学性能有不利影响，P和S作为杂质元素应尽量降低其含量。在本专利技术的一些实施方式中，以汽轮机用耐热钢的总质量为基准计，所述Si、P、S对应的质量百分数分别是：Si≤0.15％，P≤0.020％，S≤0.015％。本专利技术所提供的汽轮机用耐热钢中，铬当量小于12.0％。铬当量是指将不锈钢中铁素体形成元素，按其作用的程度折算成Cr元素(以Cr的作用系数为1)的总和，即称为铬当量。铬当量的计算公式：铬当量＝Cr+6Si+4Mo+1.5W+11V+5Nb+12Al+8Ti-40C-2Mn-4Ni-2Co-30N。通常认为δ铁素体是降低合金钢强韧性的重要原因，且对材料的高温长时性能有重要影响。另外，δ铁素体还将大幅降低钢合金的耐腐蚀性。在实际生产过程中，应尽量避免δ铁素体的生成。在本专利技术中，只有在铬当量低于12.0％时，才会消除δ-铁素体，可以通过调整钢的化学成分来调整铬当量。本专利技术所提供的汽轮机用耐热钢中，优选地，所述耐热钢按质量百分含量包括如下化学元素：C0.05％-0.12％，Mn≤0.10％，Cr8.5％-9.8％，Co2.6％-3.2％，W2.6％-3.2％，V0.10％-0.30％，Nb0.02％-0.07％，N0.004％-0.025％，B0.006％-0.016％，Ni≤0.10％，Al≤0.010％，Ti≤0.010％，杂质≤0.125，Fe82％～88％；B的质量百分含量和N的质量百分含量比例为0.3～3.0，铬当量小于9.0％。本专利技术所提供的汽轮机用耐热钢中，优选地，所述的杂质包括Si、P、S中的一种或多种，以汽轮机用耐热钢总质量为基准计，所述Si、P、S质量百分数分别是Si≤0.10％，P≤0.015％，S≤0.010％。表1为本专利技术汽轮机用耐热钢与13Cr9Mo2Co1NiVNbNB转子钢的化学成分对比。表1化学成分对比(wt.％)与现有的620℃汽轮机用锻件材料13Cr9Mo2Co1NiVNbNB钢对比，本专利技术汽轮机用耐热钢的成分特点是提高Co元素的含量，降低C、Mn、Mo、N和Ni元素的含量，添加合金元素W。通过增加组元W的含量，并加入Co组元来提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽轮机用耐热钢，所述耐热钢按质量百分含量包括如下化学元素：C 0.05％～0.15％，Mn≤0.15％，Cr 8.5％～10.0％，Co 2.5％～3.6％，W 2.5％～3.5％，V 0.10％～0.40％，Nb 0.01％～0.07％，N 0.002％‑0.030％，B 0.004％‑0.018％，Ni≤0.20％，Al≤0.02％，Ti≤0.02％，杂质≤0.185％，Fe 80％～88％；B的质量百分含量和N的质量百分含量比例为0.2～6.0。

【技术特征摘要】
1.一种汽轮机用耐热钢，所述耐热钢按质量百分含量包括如下化学元素：C0.05％～0.15％，Mn≤0.15％，Cr8.5％～10.0％，Co2.5％～3.6％，W2.5％～3.5％，V0.10％～0.40％，Nb0.01％～0.07％，N0.002％-0.030％，B0.004％-0.018％，Ni≤0.20％，Al≤0.02％，Ti≤0.02％，杂质≤0.185％，Fe80％～88％；B的质量百分含量和N的质量百分含量比例为0.2～6.0。2.根据权利要求1所述的汽轮机用耐热钢，其特征在于，所述的杂质包括Si、P、S的一种或多种。3.根据权利要求2所述的汽轮机用耐热钢，其特征在于，以汽轮机用耐热钢的总质量为基准计，所述Si、P、S对应的质量百分数分别是：Si≤0.15％，P≤0.020％，S≤0.015％。4.根据权利要求1所述的汽轮机用耐热钢，其特征在于，铬当量小于12.0％。5.根据权利要求1-4所述的汽轮机用耐热钢，其特征在于，所述耐热钢按质量百分含量包括如下化学元素：C0.05％-0.12％，Mn≤0.10％，Cr8.5％-9.8％，Co2.6％-3.2％，W2.6％-3.2％，V0.10％-0.30％...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙林根，王煜，梅林波，吴令萍，于文龙，沈红卫，刘霞，
申请(专利权)人：上海电气电站设备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31