一種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料及其制備方法。一種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料，其具有如下組成：C：0.0001wt％～0.05wt％；Si：0.1wt％～0.35wt％；Mn：0.3wt％～0.6wt％；P：0.0001wt％～0.025wt％；S：0.0001wt％～0.005wt％；Cr：15wt％～16wt％；Ni：4.2wt％～5wt％；Cu：3wt％～3.7wt％；Nb：0.2～0.35wt％；Fe:余量；以及不可避免的雜質元素，所述雜質用元素量限定及其含量為：Ag：0～0.005wt％；Pb：0～0.005wt％；Sn：0～0.10wt％。本發(fā)明燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料具有高的強度、高韌性、小的縱橫向力學性能差異(≤10％)以及足夠低的FATT50(低至?40℃)，較好的滿足燃氣輪機壓氣機葉片鋼的要求。本發(fā)明燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料制備方法易操作，適合工業(yè)化生產，本發(fā)明制備方法使燃氣輪機壓氣機葉片鋼國產化，極大降低燃氣輪機壓氣機葉片鋼成本，提升經濟效益。
【專利說明】
一種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料及其制備方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及合金材料，尤其涉及一種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 壓氣機作為燃氣輪機中動能轉換為熱能的重要部件，其葉片不僅承受高載荷作 用，還承受離心力、扭轉力的循環(huán)作用，所以對葉片材料既要求有高的強度指標，還要有好 的韌性指標，尤其對材料橫向性能、縱橫向力學性能差異及FATT5Q要求很高，目前國內葉片 鋼材料難以滿足壓氣機葉片的要求。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現有技術中所存在的上述不足，提供一種新的燃氣輪機壓 氣機葉片鋼材料及其制備方法。
[0004] 為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：
[0005] -種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料，其具有如下組成：
[0006] C:0.0001wt% ~~0.05wt%
[0007] Si:0.1wt%~0.35wt%
[0008] Mn:0.3wt%~0.6wt%
[0009] P:〇.〇〇〇lwt% ~0.025wt%
[0010] S:0.0001wt% ~0.005wt%
[0011] Cr: 15wt% ~16wt%
[0012] Ni :4.2wt%~5wt%
[0013] Cu:3wt%~3.7wt%
[0014] Nb:0.2~0.35wt%
[0015] Fe:余量；
[0016] 以及不可避免的雜質元素，所述雜質用元素量限定及其含量為：
[0017] Ag:0 ~0.005wt%
[0018] Pb:0 ~0.005wt%
[0019] Sn:0 ~O.lOwt%。
[0020] 作為優(yōu)選地，上述燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料，其具有如下組成：
[0021] C:0.001wt% ~~0.04wt%
[0022] Si :0.2wt%~0.3wt%
[0023] Mn:0.37wt%~0.51wt%
[0024] P:0.001wt%~0.020wt%
[0025] S:0.001wt%~0.004wt%
[0026] Cr:15.2wt% ~15.8wt%
[0027] Ni :4.4wt%~4.8wt%
[0028] Cu:3.3wt%~3.5wt%
[0029] Nb:0.29 ~0.31wt%
[0030] Fe:余量；
[0031 ]以及不可避免的雜質元素，所述雜質用元素量限定及其含量為：
[0032] Ag:0~0.005wt%
[0033] Pb:0~0.005wt%
[0034] Sn:0~0· 10wt%。
[0035] 上述燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料的制備方法，包括如下步驟：
[0036] (1)將元素 C、Nb以外的所有元素原料按要求配制，并配制C總量的0.6_1.2wt%C原 料，于非真空感應爐中熔煉，熔煉溫度1580 °C~1650 °C熔煉均勻化，制成鋼水；
[0037] (2)將步驟(1)的鋼水兌入A0D爐外精煉爐中進行精煉，還原后加入Nb，取樣分析全 元素，調整成分，制成優(yōu)質鋼水；
[0038] (3)將步驟(2)的優(yōu)質鋼水采用下注法澆注成電極棒；
[0039] (4)將步驟(3)的電極棒作為電極，放置于電渣爐中進行二次重熔凈化，形成電渣 錠；
[0040] (5)將步驟(4)制成的電渣錠，加熱至1180°C~1210 °C，保溫30~45h，用壓機經過 三鐓三拔，制成鋼坯；
[0041 ] (6)將步驟(5)制成的鋼坯，加熱至1130 °C~1160 °C，保溫1~2.5h后鍛造成材，并 空冷至室溫；
[0042] (7)將步驟(6)制成的棒材或型材，裝入臺車爐加熱至600 °C~660°C進行退火處 理，保溫20-30h后出爐空冷至室溫。
[0043]作為優(yōu)選地，上述步驟(2)具體優(yōu)選為:將步驟(1)的鋼水兌入A0D爐外精煉爐中進 行繼續(xù)精煉，精煉前期主槍吹氧氣，副槍吹氬氣;溫度達1700°C，停止吹氧氣，主槍及副槍均 吹氬氣，加入400kg~600kg Si-Fe及200~300kg鋁錠還原，還原后加入Nb，取樣分析全元 素，調整成分，制成優(yōu)質鋼水；
[0044] 作為優(yōu)選地，上述步驟(4)所述重熔凈化采用的渣系為0&?2:41 203<&0:1%0=(55- 65): (23-27): (8-13): (3-7) (wt% )。
[0045] 作為優(yōu)選地，上述步驟(5)所述加熱的溫度優(yōu)選為1190Γ~1200°C，保溫的時間為 30~40h。
[0046] 作為優(yōu)選地，上述步驟(6)所述加熱的溫度優(yōu)選為1140°C~1150°C，保溫的時間優(yōu) 選為1~2h。
[0047] 作為優(yōu)選地，上述步驟(7)所述加熱的溫度優(yōu)選為620°C~650°C進行退火處理，保 溫20~30h。
[0048] 與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料具有高 的強度、高韌性、小的縱橫向力學性能差異（< 10 % )以及足夠低的FATT5Q(低至-40°C)，較好 的滿足燃氣輪機壓氣機葉片鋼的要求。本發(fā)明燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料制備方法易操 作，適合工業(yè)化生產，本發(fā)明制備方法使燃氣輪機壓氣機葉片鋼國產化，極大降低燃氣輪機 壓氣機葉片鋼成本，提升經濟效益。
【具體實施方式】
[0049] 下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發(fā)明 上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
【發(fā)明內容】
所實現的技術均屬于本發(fā)明的范 圍。
[0050] 實施例1 一種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料及其制備方法 [0051 ] -種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料，其具有如下組成：
[0052] C：0.039wt%
[0053] Si：0.28wt%
[0054] Mn：0.47wt%
[0055] P：0.018wt%
[0056] S：0.003wt%
[0057] Cr ： 15.30wt%
[0058] Ni ：4.6wt%
[0059] Cu：3.4wt%
[0060] Nb ： 0.30wt %
[0061 ] Fe:余量以及不可避免的雜質元素，所述雜質用元素量限定及其含量為：
[0062] Ag：0.001wt%
[0063] Pb：0.001wt%
[0064] Sn:0.09wt%。
[0065] 本例燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料的制備方法，包括如下步驟：
[0066] (1)將元素 C、Nb以外的所有元素原料按要求配制，并配制C總量的0.6wt%C原料， 于非真空感應爐中熔煉，熔煉溫度1600 ± 3 °C熔煉均勻化，制成鋼水；
[0067] (2)將步驟(1)的鋼水兌入A0D爐外精煉爐中進行精煉，還原后加入Nb，取樣分析全 元素，調整成分，制成優(yōu)質鋼水；
[0068] (3)將步驟(2)的優(yōu)質鋼水采用下注法澆注成電極棒；
[0069] (4)將步驟(3)的電極棒作為電極，放置于電渣爐中進行二次重熔凈化，形成電渣 錠；
[0070] (5)將步驟(4)制成的電渣錠，加熱至1200 ± 3°C，保溫38h，用壓機經過三鐓三拔， 制成鋼坯；
[0071] (6)將步驟(5)制成的鋼坯，加熱至1150±3°C，保溫2h后鍛造成材，并空冷至室溫；
[0072] (7)將步驟(6)制成的棒材或型材，裝入臺車爐加熱至650±3°C進行退火處理，保 溫25h后出爐空冷至室溫。
[0073] 本例燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料具有優(yōu)秀的性能，詳情見表1。
[0074] 實施例2-種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料及其制備方法
[0075] -種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料，其具有如下組成：
[0076] C：0.038wt%
[0077] Si ：0.25wt%
[0078] Mn：0.50wt%
[0079] P：〇.〇19wt%
[0080] S：0.003wt%
[0081] Cr ： 15.34wt%
[0082] Ni ：4.64wt%
[0083] Cu：3.41wt%
[0084] Nb：0.29wt%
[0085] Fe:余量以及不可避免的雜質元素，所述雜質用元素量限定及其含量為：
[0086] Ag：0.002wt%
[0087] Pb：0.001wt%
[0088] Sn:0.07wt%。
[0089] 本例燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料的制備方法，包括如下步驟：
[0090] (1)將元素 C、Nb以外的所有元素原料按要求配制，并配制C總量的1.2wt%C原料， 于非真空感應爐中熔煉，熔煉溫度1580 ± 3 °C熔煉均勻化，制成鋼水；
[0091 ] (2)將步驟(1)的鋼水兌入A0D爐外精煉爐中進行繼續(xù)精煉，精煉前期主槍吹氧氣， 副槍吹氬氣；溫度達1700°C后，停止吹氧氣，主槍及副槍均吹氬氣，加入400kg Si-Fe及 200kg鋁錠還原，還原后加入Nb，取樣分析全元素，調整成分，制成優(yōu)質鋼水；
[0092] (3)將步驟(2)的優(yōu)質鋼水采用下注法澆注成電極棒；
[0093] (4)將步驟(3)的電極棒作為電極，放置于電渣爐中進行二次重熔凈化，形成電渣 錠;所述重熔凈化采用的渣系為CaF2: Al2〇3: CaO:Mg0 = 60:25:10:5(wt% );
[0094] (5)將步驟(4)制成的電渣錠，加熱至1180 ± 3°C，保溫45h，用壓機經過三鐓三拔， 制成鋼坯；
[0095] (6)將步驟(5)制成的鋼坯，加熱至1160±3°C，保溫lh后鍛造成材，并空冷至室溫；
[0096] (7)將步驟(6)制成的棒材或型材，裝入臺車爐加熱至600 ± 3 °C進行退火處理，保 溫30h后出爐空冷至室溫。
[0097] 本例燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料具有優(yōu)秀的性能，詳情見表1。
[0098] 實施例3-種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料及其制備方法
[0099] -種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料，其具有如下組成：
[0100] C：0.040wt%
[0101] Si：0.26wt%
[0102] Μη：0.44wt %
[0103] P：0.018wt%
[0104] S：0.004wt%
[0105] Cr： 15.40wt%
[0106] Ni ：4.68wt%
[0107] Cu：3.37wt%
[0108] Nb：0.295wt%
[0109] Fe:余量以及不可避免的雜質元素，所述雜質用元素量限定及其含量為：
[0110] Ag：0.003wt%
[0111] Pb：0.002wt%
[0112] Sn:0.05wt%。
[0113] 本例燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料的制備方法，包括如下步驟：
[0114] (1)將元素 C、Nb以外的所有元素原料按要求配制，并配制C總量的1.0wt%C原料， 于非真空感應爐中熔煉，熔煉溫度1650 ± 3 °C熔煉均勻化，制成鋼水；
[0115] (2)將步驟(1)的鋼水兌入A0D爐外精煉爐中進行繼續(xù)精煉，精煉前期主槍吹氧氣， 副槍吹氬氣；溫度達1700°C后，停止吹氧氣，主槍及副槍均吹氬氣，加入600kg Si-Fe及 300kg鋁錠還原，還原后加入Nb，取樣分析全元素，調整成分，制成優(yōu)質鋼水；
[0116] (3)將步驟(2)的優(yōu)質鋼水采用下注法澆注成電極棒；
[0117] (4)將步驟(3)的電極棒作為電極，放置于電渣爐中進行二次重熔凈化，形成電渣 錠;所述重熔凈化采用的渣系為CaF2:Al2〇3:CaO: Mg0 = 55:27:13:5(wt%);
[0118] (5)將步驟(4)制成的電渣錠，加熱至1210 ± 3°C，保溫40h，用壓機經過三鐓三拔， 制成鋼坯；
[0119] (6)將步驟(5)制成的鋼坯，加熱至1130±3°C，保溫1.2h后鍛造成材，并空冷至室 溫；
[0120] (7)將步驟(6)制成的棒材或型材，裝入臺車爐加熱至660 ±3°C進行退火處理，保 溫20h后出爐空冷至室溫。
[0121]實施例1-3燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料具有優(yōu)秀的性能，詳情如下表1:
[0122] 表1
[0123]
[0124]
[0125] 實施例4 一種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料
[0126] -種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料，其具有如下組成：
[0127] C：0.04wt%
[0128] Si:~0.3wt%
[0129] Mn：0.37wt%
[0130] P：0.020wt%
[0131] S：0.004wt%
[0132] Cr：15.8wt%
[0133] Ni ：4.4wt%
[0134] Cu ： 3.3wt %
[0135] Nb：0.29wt%
[0136] Fe:余量；
[0137] 以及不可避免的雜質元素，所述雜質用元素量限定及其含量為：
[0138] Ag：0.004wt%
[0139] Pb：0.002wt%
[0140] Sn:0.09wt%。
[0141 ]實施例5-種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料
[0142] -種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料，其具有如下組成：
[0143] C：0.0001wt%
[0144] Si：0.1wt%
[0145] Μη：0.3wt %
[0146] P：0.0001wt%wt%
[0147] S：0.0001wt%
[0148] Cr ： 16wt%
[0149] Ni：4.2wt%
[0150] Cu：3.7wt%
[0151] Nb：0.2wt %
[0152] Fe:余量；
[0153] 以及不可避免的雜質元素，所述雜質用元素量限定及其含量為：
[0154] Ag：0.001wt%
[0155] Pb：0.002wt%
[0156] Sn:0· 10wt% 〇
【主權項】
1. 一種燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料，其特征在于，其具有如下組成： C:0.0001wt%~~0.05wt% Si:0.lwt % ~0.35wt % Μη:0.3wt % ~0.6wt % P:0.0001wt% ~0.025wt% S:0.0001wt% ~0.005wt% Or:15wt%~16wt% Ni:4.2wt % ~5wt % Cu:3wt % ~3.7wt % Nb:0.2 ~0.35wt% Fe:余量； 以及不可避免的雜質元素，所述雜質用元素量限定及其含量為： Ag:0~0.005wt% Pb:0~0.005wt% Sn:0~0.10wt%。2. 根據權利要求1所述的燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料，其特征在于，其具有如下組成： C:0 .OOlwt % ~~0.04wt % Si:0.2wt % ~0.3wt % Μη:0.37wt % ~0.5lwt % P:0.001wt% ~0.020wt% S:0.OOlwt%~0.004wt% Cr: 15.2wt% ~15.8wt% Ni:4.4wt % ~4.8wt % Cu:3·3wt % ~3·5wt % Nb:0.29 ~0.31wt% Fe:余量； 以及不可避免的雜質元素，所述雜質用元素量限定及其含量為： Ag:0~0.005wt% Pb:0~0.005wt% Sn:0~0.10wt%。3. 根據權利要求1或2所述的燃氣輪機壓氣機葉片鋼材料的制備方法，其特征在于，包 括如下步驟： (1) 將元素 C、Nb以外的所有元素原料按要求配制，并配制C總量的0.6-1.2wt%C原料， 于非真空感應爐中熔煉，熔煉溫度1580 °C~1650 °C熔煉均勻化，制成鋼水； (2) 將步驟（1)的鋼水兌入A0D爐外精煉爐中進行精煉，還原后加入Nb，取樣分析全元 素，調整成分，制成優(yōu)質鋼水； (3) 將步驟(2)的優(yōu)質鋼水采用下注法澆注成電極棒； (4) 將步驟(3)的電極棒作為電極，放置于電渣爐中進行二次重熔凈化，形成電渣錠； (5) 將步驟(4)制成的電渣錠，加熱至1180 °C~1210 °C，保溫30~45h，用壓機經過三鐓 三拔，制成鋼坯； (6) 將步驟(5)制成的鋼坯，加熱至1130 °C~1160 °C，保溫1~2.5h后鍛造成材，并空冷 至室溫； (7) 將步驟(6)制成的棒材或型材，裝入臺車爐加熱至600 °C~660 °C進行退火處理，保 溫20-30h后出爐空冷至室溫。4. 根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)具體為:將步驟（1)的鋼水兌 入AOD爐外精煉爐中進行繼續(xù)精煉，精煉前期主槍吹氧氣，副槍吹氬氣;溫度達1700°C，停止 吹氧氣，主槍及副槍均吹氬氣，加入400kg~600kg Si-Fe及200~300kg鋁錠還原，還原后加 入Nb，取樣分析全元素，調整成分，制成優(yōu)質鋼水。5. 根據權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述重熔凈化采用的渣系 為CaF2: Ah〇3: CaO: MgO = (55-65): (23-27): (8-13): (3-7) (wt % )。6. 根據權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，步驟(5)所述加熱的溫度為1190Γ ~1200°C，保溫的時間為30~40h。7. 根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(5)所述加熱的溫度為1190°C~ 1200°C，保溫的時間為30~40h。8. 根據權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，步驟(6)所述加熱的溫度為1140°C ~1150°C，保溫的時間優(yōu)為1~2h。9. 根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟(6)所述加熱的溫度為1140°C~ 1150°C，保溫的時間優(yōu)為1~2h。10. 根據權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，步驟(7)所述加熱的溫度為620°C ~650 °C進行退火處理，保溫20~30h。
【文檔編號】C21D8/06GK105839026SQ201610345165
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月21日
【發(fā)明人】李建, 雷德江, 黃志永, 劉永新, 張華國, 丁勇, 高剛毅
【申請人】四川六合鍛造股份有限公司