本發(fā)明涉及合金材料，尤其涉及一種用作汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的高性能耐熱鋼材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：汽輪機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械設(shè)備。其中，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)中最為重要的部件之一。隨著汽輪機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，汽輪機(jī)的性能越來(lái)越好，相應(yīng)的，對(duì)于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的要求也越來(lái)越高。常見的用于制作汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的材料是12％Cr鋼，即Cr的質(zhì)量百分含量為12％，同時(shí)含有其他金屬元素。這種12％Cr鋼的力學(xué)性能已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的要求。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00510021381.2、
專利名稱：：用做汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的耐熱鋼材料，公開了一種汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的材料，雖然其在600℃/600℃，壓力24-28MPa的情況下，其力學(xué)性能較好，但是，其常溫力學(xué)性能較差，而且對(duì)于雜質(zhì)的控制要求較為嚴(yán)格，增加了工藝難度。專利申請(qǐng)?zhí)?01310735403.6、
專利名稱：：一種超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用耐熱鋼，也公開了一種用做汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的耐熱鋼，但是該耐熱鋼的力學(xué)性能仍然有提升空間，尤其是韌性較差，其沖擊功在20以下。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的之一，就在于提供一種用作汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的高性能耐熱鋼材料，以解決上述問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的：一種用作汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的高性能耐熱鋼材料，其化學(xué)組成，按重量百分比計(jì)為：C0.08～0.13；Cr10.75～11.75；Mo1.15～1.35；Ni0.40～0.70；Mn0.40～0.70；V：0.15～0.20；W：0.25～0.40；Nb0.04～0.07；N0.03～0.07，余量Fe。作為優(yōu)選的技術(shù)方案：所述材料中，所含的雜質(zhì)，按質(zhì)量百分比計(jì)：S≤0.010P≤0.015Si≤0.070Al≤0.010。本發(fā)明的目的之二，在于提供一種上述材料的制備方法，所采用的技術(shù)方案為：包括以下步驟：1)按組分比例稱量原料，進(jìn)行初煉，熔煉溫度1560～1580℃，精煉時(shí)間≥120min，調(diào)節(jié)上述主要元素的含量合格，然后進(jìn)行澆注成自耗電極；步驟中，精煉時(shí)間必須保證，同時(shí)要求加強(qiáng)攪拌，充分去氣；(2)將步驟(1)所得自耗電極于電渣爐中重熔精煉,電渣渣系按重量比：CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:25:10:5，進(jìn)一步降低雜質(zhì)元素的含量，使其符合設(shè)計(jì)要求，制成電渣鋼錠；(3)將步驟(2)所得電渣鋼錠加熱后鍛造成鍛件毛坯；(4)鍛件毛坯鍛后進(jìn)行退火熱處理；(5)鍛件毛坯表面處理，消除表面缺陷并使其尺寸、形狀、表面質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求；(6)調(diào)質(zhì)熱處理；(7)半精車+去應(yīng)力+光刀，便得到所需的轉(zhuǎn)子鍛件。作為優(yōu)選的技術(shù)方案：步驟(1)中，終脫氧采用J-Ca、Ni-Mg、Si-Ca-Al或Si-Ba-Al。作為優(yōu)選的技術(shù)方案：電渣重熔完成后取樣，氣體含量：H2≤1.5ppm；O2≤35ppm，氣體含量要求：H2≤1.5ppm；O2≤35ppm。氣體含量的嚴(yán)格控制是本發(fā)明的材料生產(chǎn)成功的一大重要因素。作為優(yōu)選的技術(shù)方案：步驟(3)中，鍛造加熱制度：1200℃保溫20h降溫至1140℃保溫2h開始鍛造。作為優(yōu)選的技術(shù)方案：步驟(4)中，步驟及工藝參數(shù)如下：將鋼棒加熱至690～710℃，保溫12～30小時(shí)后爐冷至500℃出爐空冷。作為優(yōu)選的技術(shù)方案：步驟(6)的方法為：淬火：1065℃～1085℃油冷；回火：565℃～575℃空冷；二次回火：695～705℃空冷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明對(duì)于材料的組分進(jìn)行了改進(jìn)，并采用了新的制備方法，得到的材料性能如下：縱向和橫向室溫拉伸試驗(yàn)：抗拉強(qiáng)度Rm≥830Mpa；屈服強(qiáng)度RP0.02≥655N/mm2；屈服強(qiáng)度RP0.2≥680N/mm2；縱向向室溫拉伸試驗(yàn)：伸長(zhǎng)率A≥17.0％；斷面收縮率Z≥40.0％；沖擊功KV2≥27J；橫向室溫拉伸試驗(yàn)：伸長(zhǎng)率A≥15.0％；斷面收縮率Z≥35.0％；沖擊功KV2≥27J；使得材料的性能得到明顯改善，滿足現(xiàn)有的高性能汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的性能需求。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1-5：采用不同含量的元素，制得高性能耐熱鋼材料，一共采用了5種不同的配方，各元素的組成見表1，表1中余量為Fe，總計(jì)為100％，表1中，均為質(zhì)量百分含量值；每個(gè)實(shí)施例中，雜質(zhì)的含量均為：S≤0.010、P≤0.015Si≤0.070、Al≤0.010；表1實(shí)施例1-5中各種元素的組成CCrMoNiMnVWNbN實(shí)施例10.0810.751.150.400.400.150.250.040.03實(shí)施例20.1311.751.350.700.700.200.400.070.07實(shí)施例30.0910.901.200.500.500.160.300.050.04實(shí)施例40.1011.001.250.600.550.180.350.060.05實(shí)施例50.1211.301.300.550.600.190.360.060.06制備方法為：(1)取所需元素于真空感應(yīng)爐中初煉，熔煉溫度1560～1580℃，初煉時(shí)間≥120min(初煉時(shí)間必須保證，同時(shí)要求加強(qiáng)攪拌，充分去氣)，終脫氧采用J-Ca、Ni-Mg、Si-Ca-Al或Si-Ba-Al，調(diào)節(jié)上述主要元素的含量合格及進(jìn)行澆注成自耗電極；體含量要求：H2≤1.5ppm；O2≤35ppm；(2)將自耗電極于電渣爐中重熔精煉,電渣渣系：CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:25:10:5(單位：重量百分?jǐn)?shù)Wt％)，進(jìn)一步降低雜質(zhì)元素的含量，使其符合設(shè)計(jì)要求，制成電渣鋼錠；(3)將電渣鋼錠加熱后運(yùn)用2000T壓機(jī)鍛造成鍛件毛坯；鍛造加熱制度：1200℃保溫20h降溫至1140℃保溫2h開始鍛造；(4)鍛件毛坯鍛后進(jìn)行退火熱處理，步驟及工藝參數(shù)如下：將鋼棒加熱至700±10℃，保溫12～30小時(shí)后爐冷至500℃出爐空冷；(5)鍛件毛坯表面處理(粗車)，消除表面缺陷并使其尺寸、形狀、表面質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求；(6)調(diào)質(zhì)熱處理；淬火：1075±10℃油冷；回火：570℃±5℃空冷；二次回火：700±5℃空冷；(7)半精車+去應(yīng)力+光刀，便得到所需的轉(zhuǎn)子鍛件。實(shí)施例6材料性能測(cè)試將轉(zhuǎn)子鍛件進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，室溫縱向拉伸和室溫橫向拉伸的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別見表2和表3表2室溫縱向拉伸：表3室溫橫向拉伸：結(jié)果表明其具有優(yōu)異的力學(xué)性能完全滿足汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的要求。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3