一種鉬鈰復(fù)合合金化的汽輪機(jī)葉片鋼及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及馬氏體汽輪機(jī)葉片鋼,特指一種鉬鈰復(fù)合合金化的汽輪機(jī)葉片鋼及其制備方法,屬于鋼鐵材料領(lǐng)域。本發(fā)明在1Cr13鋼中同時(shí)添加鉬和鈰,鈰的添加提高了鉬在鋼中的活度,增強(qiáng)了鉬的作用,鈰本身也可以提高鋼的高溫力學(xué)性能和耐蝕性,鈰還可以同時(shí)提高鋼的抗高溫氧化性能,起到了復(fù)合合金化的作用。與只添加Mo元素的鋼種相比,添加的鈰元素量不大,成本增加不多,但增強(qiáng)了鉬的作用并提高了抗高溫氧化性能。與單獨(dú)添加稀土元素的鋼種相比,其高溫力學(xué)性能、耐蝕性和高溫力學(xué)性能更加優(yōu)秀。
【專利說(shuō)明】
一種鉬鈰復(fù)合合金化的汽輪機(jī)葉片鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及馬氏體汽輪機(jī)葉片鋼,特指一種鉬鈰復(fù)合合金化的汽輪機(jī)葉片鋼及其制備方法,屬于鋼鐵材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]lCrl3鋼是具有代表性的馬氏體汽輪機(jī)葉片鋼,滿足450 °C以下蒸汽輪機(jī)葉片的使用要求,隨著蒸汽參數(shù)的提高,lCrl3鋼組織穩(wěn)定性差,不能適應(yīng)更高的服役溫度,因此科技人員在lCrl3的基礎(chǔ)上添加了Mo、Nb、V、N、W等合金元素來(lái)提高材料在高溫下的使用性能。這些合金元素在鋼中能起到固溶強(qiáng)化的作用,提高鋼的高溫強(qiáng)度,同時(shí)可提高材料的耐蝕性能,但是以上的合金元素對(duì)不銹鋼的抗高溫氧化性能無(wú)顯著的提高作用。
[0003]根據(jù)以往的研究成果,稀土元素在鋼中可起到深度凈化鋼液、變質(zhì)鋼中的夾雜物、控制鋼的凝固組織和微合金化的作用,被成為鋼的“維生素”,但是,在2010年前,由于稀土價(jià)格昂貴,很難大量應(yīng)用到冶金工業(yè)中去。稀土鈰是輕稀土元素中含量較為豐富的金屬,價(jià)格相對(duì)比較低廉,近年來(lái),中國(guó)加入到WTO后,稀土的出□不再采用配額制,價(jià)格下跌至歷史低點(diǎn),但同時(shí),稀土礦是不可再生資源,低廉、大量地出口只會(huì)損害本國(guó)的稀土工業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè),怎樣在國(guó)內(nèi)高效利用稀土元素成為亟待解決的問(wèn)題。有研究表明:在不銹鋼中添加稀土兀素,同樣可以提尚鋼的尚溫力學(xué)性能和耐蝕性能,并可同時(shí)提尚鋼的抗尚溫氧化性能。但是根據(jù)研究成果,由于稀土元素原子半徑太大,在鋼中的溶解度有限,所以單獨(dú)使用稀土兀素,對(duì)鋼耐蝕性能和尚溫力學(xué)性能提尚有限。
[0004]本發(fā)明基于以上兩方面考慮,在同時(shí)添加鉬和鈰,鈰的添加,提高了鉬在鋼中的活度,從而增強(qiáng)了鉬的作用,鈰本身也可以提高鋼的高溫力學(xué)性能和耐蝕性能,此外還可以提高鋼的抗高溫氧化性能,兩種元素的復(fù)合作用,對(duì)鋼的高溫力學(xué)性能、耐蝕性能和抗高溫氧化性能都起到了較大的提高作用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明目的在于提供一種鉬鈰復(fù)合合金化的汽輪機(jī)葉片鋼。lCrl3鋼是最常見(jiàn)的中低溫度下使用的汽輪機(jī)葉片鋼,其它汽輪機(jī)葉片鋼大部分是以lCrl3鋼為基礎(chǔ)添加Mo、Nb、V、N、W等合金元素發(fā)展起來(lái)的,這些元素可提高鋼的耐蝕性但不能夠提高鋼的抗高溫氧化性能。本發(fā)明同時(shí)將稀土元素鈰和鉬添加到lCrl3鋼中,起到了復(fù)合合金化的作用,同時(shí)提尚了鋼尚溫力學(xué)性能、耐蝕性和抗尚溫氧化性能。
[0006]上述汽輪機(jī)葉片鋼,其化學(xué)成分按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)算為:C0.10%?0.17%,Mn0.35%?0.55%,Si 0.30%?0.60%,Ni 0.30 % ?0.60 %,Cr 11.50 % ?13.00 %,Ce0.02%?0.07% ,Mo 0.35%?0.55% ,P^0.030% ,S^0.025%,余量為Fe。
[0007]上述汽輪機(jī)葉片鋼的制備方法,其特征在于:
[0008]將稱好的工業(yè)純鐵、金屬鎳、金屬鉬、廢石墨電極、金屬鉻裝入真空感應(yīng)爐的坩禍內(nèi),抽真空,通電冶煉,熔清20min后加入硅鐵、金屬錳,然后加入鋁脫氧,提高爐溫至出鋼溫度,添加稀土金屬鋪后出鋼,在真空室內(nèi)完成鋼Ii饒注,饒注完后破真空。
[0009]進(jìn)一步地,為了防止真空下C-O反應(yīng)劇烈導(dǎo)致的噴濺,一開(kāi)始裝爐至熔清后5min,真空度保持在200Pa。
[0010]進(jìn)一步地,為了保證脫氧需求,爐料熔清5min后,將真空度提高至30Pa以下,并保持該真空度15min,然后充氬氣使?fàn)t內(nèi)壓力增至0.04MPa,添加硅鐵、金屬錳,2min后添加鋁脫氧。
[0011 ] 進(jìn)一步地,提高爐溫至出鋼溫度至1570 0C,添加稀土金屬鈰,Imin后出鋼,在真空室內(nèi)完成鋼饒注,饒注完5min后破真空,開(kāi)觸將鋼lit旲吊出,脫I旲取出鋼。
[0012]所用冶煉設(shè)備真空感應(yīng)爐,坩禍材質(zhì)為MgO,可在真空室內(nèi)進(jìn)行鋼錠澆注,具備真空狀態(tài)下三次加合金的功能。為了保證不受坩禍殘余冷鋼的影響,冶煉前采用工業(yè)純鐵洗爐兩次。
[0013]發(fā)明的該鋼種,同時(shí)將鉬和鈰一起加入復(fù)合合金化,其優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。鉬元素可以提尚鋼的尚溫力學(xué)性能和耐蝕性能,但不能鋼的抗尚溫氧化性能;鋪可以提尚鋼的尚溫力學(xué)性能、耐蝕性能和抗高溫氧化性能,但由于其在鋼中的溶解度較低,對(duì)高溫力學(xué)性能和耐蝕性能提高作用有限。同時(shí)加入上述兩種元素后,鈰是活性元素,可以提高鉬在鋼中的活度,增強(qiáng)鉬的有益作用,鈰本身也有提高高溫力學(xué)性能和耐蝕性能的作用,此外還能夠提尚鋼的抗尚溫氧化性能。
[0014]以往,科技工作者也對(duì)稀土鋼做了較多的研究,但是由于對(duì)稀土鋼的冶煉研究不夠深入,稀土元素的收得率和在鋼中的均勻性均得不到保證,開(kāi)發(fā)成功的例子較少。以往在冶煉前期加入稀土,稀土與耐火材料反應(yīng),收得率極低,難以獲得目標(biāo)含量稀土的鋼;在鋼錠模內(nèi)加入稀土,稀土在鋼錠中的均勻性差。本發(fā)明所述的制備方法在冶煉后期加入稀土,稀土熔清后立即澆注,既保證了稀土金屬收得率又保證了其在鋼錠中的均勻性。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明鋼與lCrl2Mo鋼在700°C下的氧化增重實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,由圖1看到,發(fā)明鋼比I Cr 12Mo鋼的氧化速度降低了近50 %。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
[0017]采用25kg真空感應(yīng)爐冶煉,感應(yīng)爐坩禍由粉狀MgO燒結(jié)而成,在真空室內(nèi)可進(jìn)行鋼錠澆注,感應(yīng)爐具備真空狀態(tài)下三次加合金料裝置。冶煉的原料有工業(yè)純鐵、金屬錳、金屬鉬、金屬鎳、金屬鈰、鋁、硅鐵和廢石墨電極(用作C的成分調(diào)整)等。為了防止前期冶煉的不同鋼種殘留在坩禍內(nèi)的冷鋼對(duì)本試驗(yàn)鋼成分帶來(lái)干擾,冶煉前用工業(yè)純鐵“洗爐”兩次。冶煉前,按照鋼錠21kg精確稱取合金,精確配料,確保冶煉成分在控制范圍內(nèi)。
[0018]將稱好的工業(yè)純鐵、金屬鎳、金屬鉬、廢石墨電極、金屬鉻裝入坩禍內(nèi),抽真空,通電冶煉,為了防止真空下C-O反應(yīng)劇烈導(dǎo)致的噴濺,一開(kāi)始裝爐至熔清后5min,真空度控制在200Pa;爐料熔清5min后,將真空度提高至30Pa以下,在該真空度保持15min進(jìn)行精煉;然后充氬氣至0.04MPa,添加硅鐵、金屬錳,2min后添加鋁脫氧;提高爐溫至出鋼溫度1570 °C,添加稀土金屬鈰,Imin后出鋼,在真空室內(nèi)完成鋼錠澆注,澆鑄成2Ikg的鋼錠,澆注完5min后破真空,開(kāi)觸將鋼Ii申吳吊出,脫申吳取出鋼Ι?。
[0019]根據(jù)后期測(cè)試結(jié)果,本發(fā)明的葉片鋼,鈰和鉬同時(shí)加入,鈰提高了鉬在鋼中的活度,起到了復(fù)合合金化的作用,較未添加鉬和鈰的ICr 13鋼和單獨(dú)添加鉬的lCrl2Mo鋼,其高溫力學(xué)性能、耐蝕性能和抗高溫氧化能力均得到了提高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鉬鈰復(fù)合合金化的汽輪機(jī)葉片鋼,其特征在于:在lCrl3鋼中同時(shí)添加鉬和鈰,鈰的添加提高了鉬在鋼中的活度,增強(qiáng)了鉬的作用,鈰本身也可以提高鋼的高溫力學(xué)性能和耐蝕性,鈰還可以同時(shí)提高鋼的抗高溫氧化性能,起到了復(fù)合合金化的作用。2.如權(quán)利要求1所述的一種鉬鈰復(fù)合合金化的汽輪機(jī)葉片鋼,其特征在于:其化學(xué)成分按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)算為:C 0.10%?0.17%,Mn 0.35%?0.55%,Si 0.30%?0.60%,Ni0.30%?0.60%,Cr 11.50 % ?13.00 %,Ce 0.02% ?0.07 %,Mo 0.35 % ?0.55 %,P彡0.030% ,S^0.025%,余量為Fe。3.如權(quán)利要求1所述的一種鉬鈰復(fù)合合金化的汽輪機(jī)葉片鋼的制備方法,其特征在于:將稱好的工業(yè)純鐵、金屬鎳、金屬鉬、廢石墨電極、金屬鉻裝入真空感應(yīng)爐的坩禍內(nèi),抽真空,通電冶煉,熔清20min后加入硅鐵、金屬錳,然后加入鋁脫氧,提高爐溫至出鋼溫度,添加稀土金屬鈰后出鋼,在真空室內(nèi)完成鋼錠澆注,澆注完后破真空。4.如權(quán)利要求3所述的一種鉬鈰復(fù)合合金化的汽輪機(jī)葉片鋼的制備方法,其特征在于:為了防止真空下C-O反應(yīng)劇烈導(dǎo)致的噴濺,一開(kāi)始裝爐至熔清后5min,真空度保持在200Pa。5.如權(quán)利要求3所述的一種鉬鈰復(fù)合合金化的汽輪機(jī)葉片鋼的制備方法,其特征在于:為了保證脫氧需求,爐料恪清5min后,將真空度提高至30Pa以下,并保持該真空度15min,然后充氬氣使?fàn)t內(nèi)壓力增至0.04MPa,添加硅鐵、金屬錳,2min后添加鋁脫氧。6.如權(quán)利要求3所述的一種鉬鈰復(fù)合合金化的汽輪機(jī)葉片鋼的制備方法,其特征在于:提高爐溫至出鋼溫度至1570°C,添加稀土金屬鈰,Imin后出鋼,在真空室內(nèi)完成鋼錠澆注,饒注完5min后破真空,開(kāi)觸將鋼lit旲吊出,脫I旲取出鋼。7.如權(quán)利要求3所述的一種鉬鈰復(fù)合合金化的汽輪機(jī)葉片鋼的制備方法,其特征在于:所用冶煉設(shè)備真空感應(yīng)爐,坩禍材質(zhì)為MgO,可在真空室內(nèi)進(jìn)行鋼錠澆注,具備真空狀態(tài)下三次加合金的功能。為了保證不受坩禍殘余冷鋼的影響,冶煉前采用工業(yè)純鐵洗爐兩次。
【文檔編號(hào)】C22C38/04GK106011683SQ201610544152
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月11日
【發(fā)明人】李亞波, 馬鳴遠(yuǎn), 趙繼朋, 張慶, 徐佩鋒, 吳建忠, 陳新剛
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)