一种630℃以上超超临界汽轮机锻件用耐热钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种630℃以上超超临界汽轮机锻件用耐热钢及其制备方法，属于金属材料技术领域，用于解决现有的耐热钢综合性能较差的问题。上述耐热钢按质量百分比计，其成分包括：C：0.05％

【技术实现步骤摘要】
一种630
℃
以上超超临界汽轮机锻件用耐热钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种630℃以上超超临界汽轮机锻件用耐热钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]我国作为世界上最大的煤炭消耗国，燃煤火力发电是我国最主要的能源供应方式，在未来相当长的一段时间内，燃煤发电技术仍然是我国电力工业的重要发展方向。对于火力发电机组来说，提高蒸汽参数可以显著提高机组的热效率，降低煤耗及温室气体排放。在热力系统不变的情况下，由目前的机组初参数由31MPa/600℃/620℃/620℃提高到35MPa/615℃/630℃/630℃，发电煤耗可降低约3g/kWh；机组初参数进一步提高到35MPa/630℃/650℃/650℃，发电煤耗可再降低约2g/kWh。目前，已经投入商业运行的机组的最高进汽温度已经达到620℃，国内也已经不再批准620℃以下火电项目，未来发展方向将是630℃、650℃及700℃以上火电机组项目。
[0003]然而，我国在清洁、高效的超超临界火力发电机组关键部件制备上仍受制于人，相应的关键耐热材料需要进口，为攻克关键核心技术，高性能、高可靠性的耐热钢材料与产品的国产化迫在眉睫。机组参数的提高对材料性能要求也进一步提高，尤其对高应力高温度条件下的强韧性及持久性能要求更加苛刻。析出强化是9％Cr系耐热钢重要强化方式，主要强化相为M
23
C6和MX型粒子，而随着服役时间增加，M
23
C6型碳化物尺寸会长大，导致强化效果大幅降低。现有高温锻件材料中13Cr9Mo2Co1NiVNbNB用于转子锻件，工作温度可以达到620℃，但更高使用温度的汽轮机用大型锻件材料目前尚无可靠材料可选。

技术实现思路

[0004]鉴于上述分析，本专利技术旨在提供一种630℃以上超超临界汽轮机锻件用耐热钢及其制备方法，其高温强度、抗冲击性、高温持久性、耐腐蚀、高温抗氧化性等综合性能良好，适用于工作温度为630℃及以上汽轮机锻件。
[0005]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术提供了一种630℃以上超超临界汽轮机锻件用耐热钢，按质量百分比计，其成分包括：C：0.05％
‑
0.08％；Mn：0.25％
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0.5％；Si：0.6％
‑
1.0％；Cr：8.5％
‑
9.2％；V：0.18％
‑
0.35％；W：2.0％
‑
2.45％；Co：3％
‑
3.4％；Cu：0.01％
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0.5％，Nb：0.01％
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0.15％，Ta：0.01％
‑
0.15％，Nb+Ta：0.09％
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0.3％，B：0.012％
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0.02％；N：0.004％
‑
0.008％；Al≤0.01％，Ti≤0.01％，稀土：0.01％
‑
0.3％；P≤0.008％；S≤0.005％；其余为Fe和不可避免的杂质，稀土为由Ce、Y、Nd、La、Pr组成的两种以上混合稀土。
[0007]进一步的，其成分包括：C：0.07％
‑
0.08％；Mn：0.4％
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0.5％；Si：0.7％
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1.0％；Cr：8.92％
‑
9.2％；V：0.21％
‑
0.26％；W：2.35％
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2.45％；Co：3％
‑
3.21％；Cu：0.3％
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0.4％，Nb：0.02％
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0.06％，Ta：0.07％
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0.15％，Nb+Ta：0.09％
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0.25％，B：0.014％
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0.017％；N：0.005％
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0.008％，Al：0.005％
‑
0.007％，Ti≤0.01％，稀土：0.01％
‑
0.3％；P≤0.008％；S
≤0.005％；其余为Fe和不可避免的杂质。
[0008]进一步的，所述耐热钢的显微组织为回火马氏体+细小弥散分布的析出强化相或回火马氏体+细小弥散分布的析出强化相+极少量弥散球状M3B2，析出强化相包括M
23
C6型碳化物和MX粒子。
[0009]本专利技术还提供了一种上述630℃以上超超临界汽轮机锻件用耐热钢的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1：按照上述成分配比中的各组分含量确定原料的配比并将原料进行熔炼、精炼、浇注、锻造得到锻坯；
[0011]步骤2：将锻坯进行淬火及两次回火热处理；其中，第一次回火温度低于第二次回火温度。
[0012]进一步的，所述步骤1中，锻造前需要对铸锭进行均质化处理，均质化温度为1140
‑
1170℃，保温后随炉冷却至室温。
[0013]进一步的，所述步骤1中，锻造时始锻温度为1150
‑
1200℃，终锻温度为900
‑
950℃。
[0014]进一步的，所述步骤2中，淬火温度为1050
‑
1180℃。
[0015]进一步的，所述步骤2中，淬火加热过程中，在800～950℃区间的加热速度为50～80℃/h。
[0016]进一步的，所述步骤2中，淬火的冷却方式为风冷，风冷的冷速为30
‑
50℃/h。
[0017]进一步的，所述步骤2中，两次回火热处理包括：
[0018]步骤201：第一次回火，第一次回火工艺为将锻件加热至540
‑
650℃并保温，然后随炉冷却至室温；
[0019]步骤202：第二次回火，第二次回火工艺为将锻件加热至650
‑
770℃并保温，然后随炉冷却至室温。
[0020]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
[0021]a)本专利技术提供的630℃以上超超临界汽轮机锻件用耐热钢通过控制碳含量在一个较低水平，不含Mo和Ni元素，控制W、V和Nb元素含量，可以促进MX型碳氮化物纳米强化相的足量形成，又避免了粗大碳氮化物、高温δ铁素体形成，保证组织均匀及性能满足使用要求。
[0022]b)通过添加一定量的Cu元素来抑制高温δ铁素体形成，同时避免Cu含量过高降低蠕变断裂强度；还添加了Ce、Y、Nd、La、Pr中的两种以上混合稀土，用以净化钢液，细化铸态组织，多种稀土元素可发挥协同作用，改善加工性能，进而提高耐热钢的高温力学性能及抗氧化性和耐蚀性。
[0023]c)本专利技术提供的630℃以上超超临界汽轮机锻件用耐热钢的制备过程中通过精确控制高温均质化处理的时间和温度、淬火温度和时间以及回火温度和时间等工艺参数保证获得的显微组织为回火马氏体+细小弥散分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种630℃以上超超临界汽轮机锻件用耐热钢，其特征在于，按质量百分比计，其成分包括：C：0.05％
‑
0.08％；Mn：0.25％
‑
0.5％；Si：0.6％
‑
1.0％；Cr：8.5％
‑
9.2％；V：0.18％
‑
0.35％；W：2.0％
‑
2.45％；Co：3％
‑
3.4％；Cu：0.01％
‑
0.5％，Nb：0.01％
‑
0.15％，Ta：0.01％
‑
0.15％，Nb+Ta：0.09％
‑
0.3％，B：0.012％
‑
0.02％；N：0.004％
‑
0.008％；Al≤0.01％，Ti≤0.01％，稀土：0.01％
‑
0.3％；P≤0.008％；S≤0.005％；其余为Fe和不可避免的杂质，稀土为由Ce、Y、Nd、La、Pr组成的两种以上混合稀土。2.根据权利要求1所述的630℃以上超超临界汽轮机锻件用耐热钢，其特征在于，其成分包括：C：0.07％
‑
0.08％；Mn：0.4％
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0.5％；Si：0.7％
‑
1.0％；Cr：8.92％
‑
9.2％；V：0.21％
‑
0.26％；W：2.35％
‑
2.45％；Co：3％
‑
3.21％；Cu：0.3％
‑
0.4％，Nb：0.02％
‑
0.06％，Ta：0.07％
‑
0.15％，Nb+Ta：0.09％
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0.25％，B：0.014％
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0.017％；N：0.005％
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0.008％，Al：0.005％

【专利技术属性】
技术研发人员：朱琳，李晓，霍洁，陈楚，郭秀斌，
申请(专利权)人：中国第一重型机械股份公司，
类型：发明
国别省市：