一种650℃级超超临界汽轮机用转子及其制备方法技术

一种650℃级超超临界汽轮机用转子及其制备方法，属于火力发电技术领域，克服现有技术中的650℃超超临界汽轮转子成本高、制备困难的缺陷。本发明专利技术650℃级超超临界汽轮机用转子，包括依次设置的低温段、过渡段和高温段；所述低温段为马氏体耐热钢；所述过渡段为镍基固溶强化高温合金；所述高温段为铁基沉淀强化高温合金。本发明专利技术在低温段和高温段之间设置过渡段，从而解决低温段、高温段合金成分、微观组织、力学性能差异较大，异种焊接较为困难的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种650
℃
级超超临界汽轮机用转子及其制备方法


[0001]本专利技术属于火力发电
，具体涉及一种650℃级超超临界汽轮机用转子及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着650℃超超临界火力发电技术的发展，示范工程建设对汽轮机转子提出了更高的服役要求。传统600℃超超临界汽轮机转子用马氏体耐热钢无法满足服役工况的要求，需要选用高温合金材料，但国外进口的镍基高温合金材料成本高，且技术受到国外厂商的限制。
[0003]一种国内自主低成本的沉淀强化型铁基高温合金作为650℃超超临界火力发电候选材料，满足汽轮机中压转子的服役要求。目前，600℃超超临界汽轮机用马氏体耐热钢转子均为整锻转子，但650℃超超临界汽轮机中压转子无法采用传统整锻的制造方法。首先，由于中压转子尺寸较大，现有的高温合金冶炼设备无法满足整锻中压转子所需的容量(吨位)；其次，整根中压转子均采用该铁基高温合金材料，则会导致成本大幅增加，经济性较差。
[0004]因此，中压转子低温段(≤600℃)完全可以使用现有成熟的马氏体耐热钢，因此考虑使用高温合金与耐热钢的焊接转子，在不同的温度段使用不同的材料，以满足工况要求，并尽可能地发挥材料的性能，降低成本。
[0005]然而，由于该铁基高温合金与马氏体耐热钢的化学成分、微观组织、力学性能和物理性能差异较大，转子的焊后热处理制度难以兼顾两种材料的特性，即马氏体钢无法承受铁基高温合金的热处理温度。因而，650℃超超临界汽轮机的自主铁基高温合金与马氏体耐热钢的焊接转子仍面临亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的650℃超超临界汽轮转子成本高、制备困难的缺陷，从而提供一种650℃级超超临界汽轮机用转子及其制备方法。
[0007]为此，本专利技术提供了以下技术方案。
[0008]一种650℃级超超临界汽轮机用转子，包括依次设置的低温段、过渡段和高温段；
[0009]所述低温段为马氏体耐热钢；
[0010]所述过渡段为镍基固溶强化高温合金；
[0011]所述高温段为铁基沉淀强化高温合金。
[0012]进一步的，所述高温段工况温度为630～655℃，过渡段工况温度为600～630℃，低温段工况温度≤600℃。
[0013]进一步的，所述高温段的化学成分，以质量百分比计，包括：C 0.03～0.08％，Si≤0.3％，Mn≤0.3％，Cr 15～20％，Mo≤0.9％，W≤0.5％，Fe 36～45％，B≤0.005％，Al 1.2～2.0％，Ti 1.8～3.0％，余量为Ni；其中Ti/Al＝3/2，Fe/Ni＞1。
[0014]进一步的，满足以下条件中的至少一项：
[0015](1)所述过渡段为INCONEL617镍基合金；和/或
[0016](2)所述低温段为12％Cr马氏体钢；
[0017](3)所述转子为中压转子。
[0018]一种650℃级超超临界汽轮机用转子的制备方法，包括以下步骤：
[0019]步骤1、将高温段与过渡段一端进行焊接；
[0020]步骤2、在980～1020℃对步骤1制得的试件进行热处理；
[0021]步骤3、将热处理后的试件过渡段的另一端与低温段进行焊接；
[0022]步骤4、将步骤3制得的试件整体在680～700℃进行热处理，制得所述转子。
[0023]进一步的，满足以下条件中的至少一项：
[0024](1)所述步骤1中，所述高温段与过渡段焊接为对接焊，对接焊的对接坡口采用U形，坡口钝边≤1.5mm，无坡口间隙；
[0025](2)所述步骤2中，热处理时间为2～3h；
[0026](3)所述步骤3中，所述过渡段与低温段焊接为对接焊，对接焊的对接坡口采用U形，坡口钝边≤2.0mm，无坡口间隙；
[0027](4)所述步骤4中，热处理时间为4～8h。
[0028]进一步的，所述步骤1和/或步骤3中的焊接采用窄间隙自动钨极氩弧焊的焊接方法，填充金属采用的焊丝与过渡段合金相同。
[0029]进一步的，所述高温段和过渡段在焊接前均为固溶处理态；
[0030]优选的，焊接过程中对焊缝层间进行清理，去除表面氧化层。
[0031]进一步的，所述步骤1和/或步骤3中焊接的焊接位置采用双焊枪平焊位(1G)间隔180
°
对称施焊，或四焊枪横焊位(2G)间隔90
°
对称施焊。
[0032]进一步的，焊缝层间温度≤80℃。
[0033]所述高温段和过渡段在焊接前均为固溶处理态。具体的，焊接前将高温段合金在1000～1150℃固溶处理后水冷，过渡段合金在1150～1200℃固溶处理后水冷。
[0034]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0035]1.本专利技术提供的650℃级超超临界汽轮机用转子，包括依次设置的低温段、过渡段和高温段；所述低温段为马氏体耐热钢；所述过渡段为镍基固溶强化高温合金；所述高温段为铁基沉淀强化高温合金。
[0036]本专利技术在不同的工况温度段采用不同的材料，既可满足适用需求，又可降低成本。本专利技术在低温段和高温段之间设置过渡段，从而解决低温段、高温段合金成分、微观组织、力学性能差异较大，异种焊接较为困难的问题。
[0037]2.本专利技术提供的650℃级超超临界汽轮机用转子，过渡段为INCONEL617镍基合金，无强化相析出相变，亦无焊接再热裂纹倾向，其焊后热处理无特殊要求，可按照对焊侧母材的特性开展。
[0038]3.本专利技术提供的650℃级超超临界汽轮机用转子的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将高温段与过渡段一端进行焊接；步骤2、在980～1020℃对步骤1制得的试件进行热处理；步骤3、将热处理后的试件过渡段的另一端与低温段进行焊接；步骤4、将步骤3制得的试件整体在680～700℃进行热处理，制得所述转子。
[0039]本专利技术先将高温段与过渡段进行焊接，然后基于高温段合金的焊接冶金学特性对试件进行热处理；在与低温段进行焊接，再将整体转子基于高温段和低温段的焊接冶金学特性进行热处理(低温段马氏体高温回火温度，高温段铁基沉淀强化高温合金时效处理温度)。从而有效地避免了铁基高温合金与马氏体耐热钢热处理温度不兼容的问题。
[0040]本专利技术选材合理、组焊顺序优化，可制得成本低的异种焊中压转子。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]图1是实施例1转子的结构示意图；
[0043]图2为实施例1转子的材料示意图。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种650℃级超超临界汽轮机用转子，其特征在于，包括依次设置的低温段、过渡段和高温段；所述低温段为马氏体耐热钢；所述过渡段为镍基固溶强化高温合金；所述高温段为铁基沉淀强化高温合金。2.根据权利要求1所述的650℃级超超临界汽轮机用转子，其特征在于，所述高温段工况温度为630～655℃，过渡段工况温度为600～630℃，低温段工况温度≤600℃。3.根据权利要求1所述的650℃级超超临界汽轮机用转子，其特征在于，所述高温段的化学成分，以质量百分比计，包括：C 0.03～0.08％，Si≤0.3％，Mn≤0.3％，Cr 15～20％，Mo≤0.9％，W≤0.5％，Fe 36～45％，B≤0.005％，Al1.2～2.0％，Ti 1.8～3.0％，余量为Ni；其中Ti/Al＝3/2，Fe/Ni＞1。4.根据权利要求1所述的650℃级超超临界汽轮机用转子，其特征在于，满足以下条件中的至少一项：(1)所述过渡段为INCONEL617镍基合金；和/或(2)所述低温段为12％Cr马氏体钢；(3)所述转子为中压转子。5.一种权利要求1
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4任一项所述的650℃级超超临界汽轮机用转子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将高温段与过渡段一端进行焊接；步骤2、在980～1020℃对步骤1制得的试件进行热处理；步骤3、将热处理后的试件过渡段的另一端与低温段进行焊接；步骤4、将步骤3制得的试件整体在680～70...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹宏飞，袁勇，鲁金涛，黄锦阳，党莹樱，严靖博，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：