專利名稱：高韌性13Cr5Ni系不銹鋼及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型的13Cr5Ni不銹鋼及使用該材料的發(fā)電專用、揚(yáng)水發(fā)電用水輪機(jī)等中組裝的水輪機(jī)葉輪、導(dǎo)向葉片及泵用葉輪等流體機(jī)，以及在根部遭受空蝕的部位上預(yù)先用具有耐侵蝕性及耐焊接裂紋性的焊接材料修補(bǔ)堆焊過的含Ni—13Cr馬氏體系不銹鋼制流體機(jī)。
如特公昭42—16870中所述，13Cr5Ni鋼是在馬氏體組織中殘留有約30％的奧氏體的鋼，因此它是一種作為馬氏體鋼的高強(qiáng)度上又兼?zhèn)鋳W氏體鋼的高韌性的鋼。與不含Ni的13Cr鋼相比較，其焊接性優(yōu)良得多，但是不施加退火的焊接原狀態(tài)，其受熱影響部位硬化，比起母材來，其延展性及韌性都不可避免地要降低。而且，流體機(jī)為了增加流量提高效率，流體機(jī)本體的斷面積受到限制，因而要求更高強(qiáng)度和高韌性的材料。作為韌性優(yōu)良的不銹鋼，已知有特開昭60—63357號公報(bào)，特開昭60—174859號公報(bào)等。
在河水和海水等流體中曝露于高速旋轉(zhuǎn)及高速流水中的水輪機(jī)中，在其局部區(qū)域產(chǎn)生引起成為振動(dòng)、噪音及效率降低原因的空蝕。進(jìn)而，在其部件表面受到因空蝕導(dǎo)致的損傷(侵蝕)。因此，特別是在大型設(shè)備的水輪機(jī)葉輪材料中，使用與以前的材料相比其耐侵蝕性及強(qiáng)度特性更優(yōu)良的含Ni—13Cr鑄鋼成為主流。然而，由于大型化或高速化等運(yùn)行條件，受到侵蝕損傷，而希望其修補(bǔ)技術(shù)。
一般說來，作為抑制這些損傷的耐侵蝕性焊接材料，已知有JISZ3251和AWSA5、13規(guī)格化的含Cr、Ni、Mo等稱之為司太立合金的Co基合金。然而，這些焊接材料含有大量的Co因而價(jià)格昂貴，而且，其堆焊層的C含量(0.90—3.00％)高而且具有高硬度(威氏硬度400—550)，尤其是當(dāng)堆焊領(lǐng)域?qū)挄r(shí)其焊接裂紋感受性變高的同時(shí)，堆焊層表面的加工性變難。因此，考慮焊接裂紋感受性，即使在母材表面上作為中間層設(shè)置奧氏體系焊接材料的堆焊層的情況下，也要施加高溫(550—650℃)的預(yù)熱及后熱處理。
因此，在實(shí)際設(shè)備中的狹小處進(jìn)行修補(bǔ)焊接作業(yè)時(shí)，妨礙作業(yè)者安全性的問題很多，作業(yè)性及經(jīng)濟(jì)性也存在問題。
因此，鑒于以上理由，在目前的水輪機(jī)部件等修補(bǔ)焊接時(shí)常常使用一些耐侵蝕性比Co基合金系焊接材料差得多，但是可降低預(yù)熱溫度、而且耐焊接裂紋性優(yōu)良和較價(jià)廉的JISZ3251和AWSA5.4規(guī)格化的D(E)—308、D(E)—309和D(E)—309Mo等奧氏體系焊接材料。
作為堆焊焊接材料，已知有特公昭42—24813號公報(bào)，特開昭58—37162號公報(bào)和特公昭62—54863號公報(bào)。
然而，在最近的大型化、高速化等流體機(jī)的嚴(yán)酷使用條件下，現(xiàn)用的修補(bǔ)用焊接材料，對由于空蝕及砂土導(dǎo)致的損傷，不能充分發(fā)揮其特性，這方面的問題很多，而且還希望在海水等腐蝕環(huán)境下使用，要求還具有耐腐蝕性的耐侵蝕性、耐磨損性材料的適用化。
如上所述，作為水輪機(jī)等流體機(jī)械構(gòu)成部件的能抑制空蝕及砂土損傷的修補(bǔ)等表面處理熔接堆焊材料，希望兼?zhèn)淠颓治g性、耐腐蝕性并且焊接施工性優(yōu)良的特性。
然而上述任何公知例中雖然能顯示高強(qiáng)度，然而作為高落差水力發(fā)電機(jī)的高應(yīng)力材料，沒有達(dá)到應(yīng)該具有的足夠高的韌性和高耐焊接裂紋性。
本發(fā)明的目的在于提供具有高強(qiáng)度高韌性的13Cr5Ni系馬氏體不銹鋼及使用它的流體機(jī)以及超高落差泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備。
本發(fā)明的另一目的在于提供用提高加工硬化性的同時(shí)，還進(jìn)一步謀求耐腐蝕性、組織穩(wěn)定化、細(xì)微化等耐侵蝕性、耐磨損性及耐焊接裂紋性優(yōu)良的奧氏體系焊接材料形成堆焊層的流體機(jī)及超高落差泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備。
本發(fā)明涉及13Cr5Ni系不銹鋼，其特征在于，按重量它含有C0.008—0.03％，Si 0.05—0.6％，Mn 0.1—2.0％，Cr 11.0—14.0％，Ni 4.0—7.0％及Mo 0.2—2.0％；(Cr/Ni)比為2.0—3.0或(C/Mo)比為0.015—0.1或Mo量為按下式(1)－(2)求得的值的范圍內(nèi)，或按(3)式求得的值在1.1以下，優(yōu)選0.70以下，或按(4)式求得的值在28—104，優(yōu)選30—60。
(1)0.54－4×C(重量％)(2)0.32－4×C(重量％)(3)20×C(重量％)＋Si(重量％)(4)1000×C(重量％)＋Cr(重量％)＋30×Mo(重量％)進(jìn)而，本發(fā)明還涉及不銹鋼鑄鋼，其特征在于它具有，室溫下的屈服強(qiáng)度為500N/mm2以上或抗拉強(qiáng)度為650N/mm2以上，優(yōu)選750N/mm2以上，延伸率為16％以上，優(yōu)選25％以上，深沖率為45％以上，優(yōu)選60％以上；0℃時(shí)的2mm U型切口沖擊值為100J以上，優(yōu)選140J以上以及破壞韌性為6000N/mm3/2以上的全回火馬氏體組織。
本發(fā)明中的不銹鋼是鑄鋼、鍛材、軋制材任何一種都行，特別是鑄鋼品最適宜。這些鑄鋼品，對水輪機(jī)用葉輪、導(dǎo)向葉片等是有效的，尤其是在具有500m以上、優(yōu)選600m以上的超高落差的揚(yáng)水泵水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備中是有效的。
本發(fā)明涉及13Cr5Ni系不銹鋼部件的制造方法，其特征在于，將含有(按重量)C 0.008—0.03％、Si 0.05—0.6％、Mn 0.1—2.0％、Cr 11.0—14.0％、Ni 4.0—7.0％及Mo 0.2—2.0％的不銹鋼的鋼水在大氣中熔融后，將該鋼水注入真空澆包精煉爐內(nèi)，在該精煉爐內(nèi)按規(guī)定時(shí)間減壓保持，當(dāng)上述鋼水的沸騰現(xiàn)象鎮(zhèn)靜化后，從爐底注入預(yù)先放置的鑄型內(nèi)。特別是，如水輪機(jī)用葉輪之類的超大型鑄鋼品，最好是至少從4處鑄口注鋼水，從鑄型的下側(cè)供給鋼水，順次充滿鑄型的上部。鑄入口可在制品的下部和正中邊的中間點(diǎn)注鋼水。
本發(fā)明涉及超高落差泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備，其特征在于，在具備具有借助于通過高落差導(dǎo)水管運(yùn)來的流水而旋轉(zhuǎn)的葉輪的水輪機(jī)和通過上述葉輪旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的泵水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備中，上述落差為400m以上，優(yōu)選500m以上，以及上述葉輪的直徑為5m以上。
本發(fā)明涉及具有屈服強(qiáng)度為600N/mm2以上或抗拉強(qiáng)度為650N/mm2以上，延伸率為20％以上，深沖率為50％以上，0℃時(shí)的2mm U形切口沖擊值為100J以上以及破壞韌性為6000N/mm3/2以上的全回火馬氏體組織的不銹鋼。特別優(yōu)選抗拉強(qiáng)度為750N/mm2以上，2mm U形切口沖擊值為150J以上的。
相對于上述落差為400—600m，上述葉輪在室溫下的屈服強(qiáng)度為500N/mm2以上或抗拉強(qiáng)度為650N/mm2以上，延伸率為16％以上，優(yōu)選20％以上及深沖率為45％以上；0℃下的2mm U形切口沖擊值100J以上，破壞韌性為5800N/mm3/2以上的13Cr5Ni不銹鋼是有利的。
相對于上述落差超過600m在800m以下，上述葉輪最好使用室溫下的屈服強(qiáng)度為530N/mm2以上，抗拉強(qiáng)度為700N/mm2以上，延伸率為20％以上及深沖率為50％以上；0℃時(shí)的2mm U形切口沖擊值為100J以上，以及破壞韌性為6600N/mm3/2以上的13Cr5Ni系不銹鋼。
另外，對于上述落差超過800m的情況來說，上述葉輪最好使用室溫下屈服強(qiáng)度為560N/mm2以上或抗拉強(qiáng)度為750N/mm2以上，延伸率為20％以上及深沖率為50％以上；0℃時(shí)的2mm U形切口沖擊值為100J以上，優(yōu)選170J以上及破壞韌性為6000，優(yōu)選7400N/mm3/2以上的13Cr5Ni系不銹鋼。
本發(fā)明中的發(fā)電設(shè)備是將葉輪作為泵使用的揚(yáng)水發(fā)電設(shè)備。
本發(fā)明是在河水和海水的流體中或高速旋轉(zhuǎn)或高速流動(dòng)的液體中遭受因空蝕導(dǎo)致的侵蝕的流體機(jī)中，該流體機(jī)是由含有(按重量)C0.01—0.06％、Ni6.0％以下及Cr10—14％的13Cr馬氏體系不銹鋼構(gòu)成，該流體機(jī)部件的表面部分上，形成含有(按重量)C0.10—0.30％、Si1％以下、Mn2％以下、Cr16.00—23.00％、Ni1.00—8.00％、Co2.00—9.00％，而且Ni＋Co為6.00—12.00％，將上述Ni量規(guī)定為由〔10－40×C(重量％)求得的值以上的奧氏體鋼的焊接堆焊層。
還要求耐腐蝕性的情況下，上述焊接堆焊層中還可進(jìn)一步含有Mo0.50—5.00％，N0.05—0.20％中至少一種，尤其優(yōu)選是含有Mo。
為了能提高焊接金屬的延展性和使組織細(xì)微化，上述焊接堆焊層還可含有V0.50％以下、Ti0.50％以下，Nb0.50％以下、W0.50％以下中的至少一種，其總量為0.10—0.50％。
另一方面，本發(fā)明的焊接堆焊層的形成，可以用棒狀、粉體形成。
本發(fā)明涉及一種流體機(jī)，其特征在于，在液體中或高速旋轉(zhuǎn)或高速流動(dòng)的液體中遭受因空蝕導(dǎo)致的侵蝕的流體機(jī)中，該流體機(jī)是由含有(按重量)C0.008—0.03％、Si1.0％以下，Mn2.0％以下，Cr11.0—14.0％，Ni4.0—7.0％及Mo 0.2—2.0％的高韌性13Cr5Ni系不銹鋼構(gòu)成，在該流體機(jī)部件的表面部分上，形成含有(按重量)C0.10—0.30％、Si1％以下、Mn2％以下、Cr16.00—23.00％、Ni1.00—8.00％、Co2.00—9.00％，而且Ni＋Co為6.00—12.00％的奧氏體鋼的焊接堆焊層。
本發(fā)明涉及一種超高落差泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備，其特征在于，在具備具有借助于通過高落差導(dǎo)水管運(yùn)來的流水而旋轉(zhuǎn)的葉輪的水輪機(jī)和通過上述葉輪旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備中，上述落差為400m以上及上述葉輪直徑為5m以上，上述葉輪由含有(按重量)C0.008—0.03％、Si1.0％以下、Mn2.0％以下、Cr11.0—14.0％、Ni4.0—7.0％及Mo0.2—2.0％的不銹鑄鋼構(gòu)成，在上述葉輪的遭受侵蝕的部件表面部分上，形成含有(按重量)C0.1—0.30％、Si1％以下、Mn2％以下、Cr16.00—23.00％、Ni1.00—8.00％、Co2.00—9.00％，而且Ni＋Co為6.00—12.00％的奧氏體鋼的焊接堆焊層。
本發(fā)明中對母材的組成進(jìn)行限定的理由敘述如下將碳量減少成0.03％以下，因此鉻不消耗，耐腐蝕性不會(huì)降低。而且晶粒邊界清潔，因而可提高延展性、沖擊特性、破壞韌性、疲勞強(qiáng)度。
高合金鋼中為了降低碳量，必需用真空澆包精煉，用真空澆包精煉，能很容易地使碳量降低到0.03％以下。直至鑄入鑄型或鋼錠一直與鋼水接觸的澆包的襯里等必須使用低碳材料。氧化精煉后添加的合金也必須是低碳材料。為了盡可能地不暴露于大氣中，在鑄鋼品的制造中，不將鋼水從澆包精煉爐移到澆鑄用澆包中，而是從澆包精煉爐直接澆注入鑄型中的做法是可行的。因此，必須按照澆鑄時(shí)所需用的澆包數(shù)，從精煉前就將鋼水分成許多份，在各澆包中精煉，再直接澆注。
C是提高熱處理的可淬性的同時(shí)并提高馬氏體化的強(qiáng)韌性所必須的元素，因而合金中含有0.008—0.03％。不足0.008％時(shí)，上述效果不明顯，一旦超過0.03％則韌性降低，不能改善修補(bǔ)時(shí)的焊接性，特別優(yōu)選0.010—0.020％。
Si的添加是為了減少焊接時(shí)的氣孔缺陷，添加量超過1.0％時(shí)成為δ鐵素體的生成原因，不利于韌性。不足0.05％時(shí)，焊接時(shí)不能充分進(jìn)行脫氧，因而不能降低氣孔缺陷。特別優(yōu)選0.25—0.60％。
Mn在本發(fā)明中尤其重要，不僅與Si一起作為脫氧劑起作用，還能與S結(jié)合成為MnS以使鋼水中含的S穩(wěn)定化，從而防止S的偏析。進(jìn)而，與后述的Ni同樣，是能提高熱處理后因馬氏體而具強(qiáng)韌性的元素，不足0.1％時(shí)，上述效果不明顯，一旦超過2％則導(dǎo)致殘余的奧氏體量增加，使強(qiáng)度下降。以0.25％以上為好，優(yōu)選0.5—0.8％。
Ni是使奧低體在馬氏體中穩(wěn)定存在的必要元素。而且是提高可淬性，提高熱處理后的強(qiáng)度及韌性所必需的元素。同時(shí)還可提高焊接性。添加量不足4.0％時(shí)上述效果不明顯，一旦超過7％則容易產(chǎn)生高溫裂紋，而且由于殘留奧氏體的增加而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。優(yōu)選4.8—5.8％。
Cr是提高耐腐蝕性的同時(shí)還獲得馬氏體基質(zhì)所必需的成分，添加10—40％。不足10％時(shí)耐腐蝕性差，一旦超過14％則在基質(zhì)中生成多量的6鐵素體，使韌性降低。以11％以上為好，優(yōu)選12—14％。
Mo是為提高耐腐蝕性及馬氏體強(qiáng)度、并防止熱處理時(shí)脆化的有效成分。在海水等腐蝕環(huán)境中應(yīng)含有2％以下。為防止厚壁鑄鋼品的脆化應(yīng)含有2.0％以下。添加量在0.2％以下時(shí)上述效果有若干降低，因此應(yīng)規(guī)定在0.2％以上。一旦超過2.0％則會(huì)導(dǎo)致韌性降低，因此規(guī)定為2.0％以下。以0.35—0.6％為好，優(yōu)選0.4—0.5％。
最好添加Mg、Ca、Ce等強(qiáng)脫氧劑，其中任何一種都具有同樣的作用，具有強(qiáng)脫氧劑的效果。特別期待作為脫氧劑的效果，這些成分中可1種單獨(dú)添加，也可2種以上復(fù)合添加，此時(shí)的總計(jì)添加量最好為0.005—0.03％。P在0.025％以下，S在0.015％以下為宜。
本發(fā)明材料中還可含有Nb、V、W、Ti、Hf、Zr的強(qiáng)力碳化物形成元素1種或2種以上，合計(jì)量為0.2％以下。下限最好規(guī)定為0.02％。
本發(fā)明的13Cr5Ni系不銹鋼，可以使用鍛鋼、鑄鋼、軋制材料中任何一種形式，而鑄鋼尤其能發(fā)揮效果。
作為本發(fā)明中的特定合金組成，將按(4)式求得的強(qiáng)化指數(shù)規(guī)定為28—104，以30—60為宜，較好為28—60，更好為35—50。更優(yōu)選40—45。
(4)式1000×C(重量％)＋Cr(重量％)＋30×Mo(重量％)按照這種規(guī)定值，則可獲得低C時(shí)強(qiáng)度和韌性同時(shí)提高的材料。
此外，本發(fā)明中規(guī)定(Cr/Ni)比為2.0—3.0或(C/Mo)的含量(重量)之比為0.015—0.1是適宜的。由于這種含量規(guī)定，則可獲得高強(qiáng)度下韌性也高的材料。尤其優(yōu)選0.025—0.045。
本發(fā)明規(guī)定Mo量是按(1)式和(2)式求得的值的范圍內(nèi)的會(huì)量(重量％)，因而可獲得高強(qiáng)度和高韌性。
(1)式0.55－4×C(重量％)(2)式0.32－4×C(重量％)本發(fā)明將按(3)式求得的值規(guī)定為1.1以下，較好為0.70以下、更好為0.25—1.1，優(yōu)選0.45—1.0，更優(yōu)選0.3—0.6，因而可獲得高強(qiáng)度高韌性的13Cr5Ni系不銹鋼。
(3)式20×C(重量％)＋Si(重量％)本發(fā)明對400m以上的超落差的揚(yáng)水發(fā)電用泵葉輪尤其有效，但也能適用于佩爾頓沖擊式水輪機(jī)、豎軸或橫軸的法蘭西式水輪機(jī)、斜流泵水輪機(jī)、卡普蘭式水輪機(jī)。用于這些水輪機(jī)的葉輪、導(dǎo)向葉片等是有效的。特別適用于那些直徑在5m以上的葉輪。
使用本發(fā)明不銹鋼的流體機(jī)用構(gòu)件，在遭受空蝕的部位的表面上，可形成由耐侵蝕性比母材更高的材料組成的堆焊焊接層，因而可提高流體機(jī)的壽命。作為該堆焊焊接層，可采用上述組成的鋼，因此是最有利的。
以下敘述對構(gòu)成本發(fā)明中使用的焊接堆焊層的成分進(jìn)行限定的理由。
C是奧氏體的生成元素，但它又是增加材料的強(qiáng)度和硬度并提高耐侵蝕性的有效元素。然而，其量在0.10％以下時(shí)，盡管能提高焊接性，但在本發(fā)明組成范圍內(nèi)，在奧氏體相中生成馬氏體相，對改善耐侵蝕性有效的誘發(fā)馬氏體相的生成所導(dǎo)致的硬化區(qū)域成為局部，因而效果小。另一方面，一旦超過0.30％，與Ni、Co、Cr量平衡，雖然提高了耐侵蝕性，但延展性卻顯著降低，明顯產(chǎn)生焊接高溫裂紋。因此，如果考慮耐腐蝕性及焊接性，以0.10—0.30％為宜，優(yōu)選0.15—0.26％。
Si是鐵素體生成元素，但通常為了合金的溶解及焊接時(shí)的脫氧，要添加1％以下。過量添加會(huì)降低材料的韌性，因此，本發(fā)明中的Si量限定為通常的奧氏體系合金中含有的1％以下。優(yōu)選0.2—0.6％。
Mn，通常為了奧氏系鋼材的脫氧、脫硫、添加2％以下。如果過量添加則鋼水的流動(dòng)性降低，降低焊接操作性。因此，本發(fā)明的Mn量限定在2％以下。優(yōu)選0.3—1.5％。
Ni和Co是提供本發(fā)明之耐侵蝕性優(yōu)良的焊接材料的關(guān)鍵元素。Ni是奧氏體生成元素，由于與Cr共存以致基體成為奧氏體相，使強(qiáng)度、延展性及韌性提高。本發(fā)明的特征在于，通過空蝕破壞時(shí)的沖擊壓，使過度不穩(wěn)定的奧氏體組織變化成加工誘起馬氏體，尤其使耐侵蝕性提高。因此，盡管Ni的添加量與C及Co的添加量有密切的關(guān)系，但對耐侵蝕性來說也有重要意義。因此，希望壓低Ni量，但為了保持奧氏體組織，必需增加Co的添加量。其合計(jì)量(Ni＋Co)最好規(guī)定為(按重量)6—12％。優(yōu)選8—11％。
也就是，Ni的添加量直到1—8％都是適宜的，其余用Co代用則可提高耐侵蝕性。然而，在Ni和Co的復(fù)合比率中，Ni量多的情況下，如果考慮耐侵蝕性使C量在0.15以下則得不到良好的特性。Co是比較弱的奧氏體生成元素，其生成能力為Ni的1/3。因此，在Ni和Co的復(fù)合比率中，Ni量少的情況，必然需要增加Co和C量。該Co和C量的添加，對提高耐侵蝕性起有效作用。然而，從焊接裂紋觀點(diǎn)來看，C量應(yīng)規(guī)定在0.30％以下。因此，Co量必需在2％以上，但添加量為9％時(shí)，耐侵蝕性的提高效果小。Ni為2.0—6.0％，Co為5—8.0％是適宜的。
Cr是鐵素體生成元素，但對提高河水及海水中的耐腐蝕性是有效的，同時(shí)，與Ni共存形成含少量鐵素體的奧氏體組織。在16％以下時(shí)在奧氏體相中生成馬氏體，在23％以上時(shí)鐵素體量增加，使延展性、耐侵蝕性及焊接性惡化。以17—21％為宜，但流體是海水等腐蝕性強(qiáng)的情況下考慮其耐腐蝕性，希望規(guī)定為19—22％。
Mo除改善耐腐蝕性外，還具有強(qiáng)化堆焊層的質(zhì)地改善耐侵蝕性的效果。本發(fā)明中的主要的Mo添加，在于使之包含在尤其將腐蝕性高的海水作為流水使用時(shí)需為流水機(jī)構(gòu)件提供耐侵蝕性的情況下的修補(bǔ)材料中。然而，在0.5％以下時(shí)效果小，但添加量在5％以上時(shí)則會(huì)大量生成鐵素體，影響焊接性。因此，本發(fā)明中考慮耐腐蝕性，限定為0.50—5.00％。優(yōu)選2.0—3.0％。
N是使奧氏體相穩(wěn)定，同時(shí)提高強(qiáng)度和耐腐蝕性的有效元素。然而，本發(fā)明中的添加主要是Cr和Mo的總量為21—25％以上，為了抑制影響焊接性的鐵素體生成。如果過量添加則會(huì)形成氮化物，對韌性和耐腐蝕性有影響，因而限定在0.05—0.20％的范圍內(nèi)。
V、Ti、Nb、W都是碳化物形成元素，但0.8％以下的添加能提高延展性。因此，本發(fā)明中，由于以不影響堆焊材料的耐侵蝕性和熔接性程度的少量添加，因而可謀求堆焊材料的延展性提高。
然而，各元素全部能顯示顯著效果的量是在0.2％—0.5％范圍內(nèi)；在1.0％以上時(shí)，會(huì)影響延展性及焊接性。因此本發(fā)明中，將各元素的單獨(dú)添加量限定在0.50％以下。然而，即使是元素單獨(dú)添加也能充分發(fā)揮其功能，但由于各元素全部具有大致相同的作用，也考慮復(fù)合添加，V＋Ti＋Nb＋W的合計(jì)量也限定在0.20—0.50％范圍內(nèi)。
其余由Fe及伴隨產(chǎn)生的雜質(zhì)組成，作為雜質(zhì)，有P、S、As及Sb等，而這些元素對延展性和韌性不利，而且會(huì)降低焊接性，因此希望盡量地少。
進(jìn)而，本發(fā)明中，為了提高堆焊的延展性，還可添加Ca、Mg、稀土元素、Y等氧化劑，它們中的1種或2種的含量最好在0.5以下。
本發(fā)明中，C與Ni量有著密切的關(guān)系，有必要在C量中添加Ni量，含有量為按下式求出的值以上。
Ni＝10－40×C(重量％)尤其適宜將按{70×C(重量)％)+Ni(重量％)}式求出的值規(guī)定在15—25。Co量在2—4％時(shí)最好規(guī)定為20—25。Ni量的上限值最好是按上述式求出的值上再加4的值。
此外，Ni與Cr有著密切的關(guān)系，規(guī)定為按下式求出的值以上，作為其上限，在該值上再加3.5是適宜的。
Cr＝20.5－0.55Ni(重量％)而且，C與(Cr也有密切的關(guān)系，規(guī)定為按下式求出的值以上，作為其上限，在該值上再加0.11是適宜的。
C＝0.0282Cr(重量％)－0.364其次，最好將堆焊層厚度規(guī)定在3—20mm的范圍內(nèi)。
與母材的稀釋率，用焊條的涂藥電焊法和用焊條的TIG焊接法大約為30—35％，使用粉體的等離子弧焰焊接法大約為5—7％。因此，使用粉體的等離子弧焰焊接法的情況下即使是1層厚為3mm的堆焊層也可獲得其堆焊材料的特性。然而，涂藥電焊法和TIG焊接法的情況下由于與母材料的稀釋率高，因而在1層厚為3mm的堆焊層時(shí)則不能滿足其特性，必需有其以上的堆焊厚度。
然而，一旦堆焊層在20mm以上，超過6層的重疊堆焊時(shí)，要重復(fù)對母材和堆焊層進(jìn)行加熱、冷卻的熱過程，這成為帶給堆焊部位強(qiáng)度特性等壞影響的因素?；谶@種原因，還根據(jù)損傷部位的深度，堆焊層限定在1—6層時(shí)為3—20mm。最好是，粉體等粒子弧焰焊接法時(shí)，包括表面精加工的切削量，為3—8mm(1—3層堆焊)，涂藥電焊和TIG焊接法時(shí)為6—15mm(2—5層堆焊)。
作為本發(fā)明中的流體機(jī)用構(gòu)件，最好是由含有C0.01—0.06％、Si1％以下、Mn2％以下、Ni6％以下、Cr10—14％、Mo0.05—0.5％的13Cr5Ni鑄鋼或鍛鋼構(gòu)成。Ni量最好為4—6％。熱處理是正火回火的材料中含鐵素體為10％以下的馬氏體組織為適宜。
實(shí)施例1表1示出作為以前的13Cr5Ni鋼和本發(fā)明的低碳鋼試樣的化學(xué)成分(重量％)。以前的13Cr5Ni鋼及本發(fā)明的低碳原材的試樣都實(shí)施真空澆包精煉，將其鋼水直接澆注入鑄型中。將所得鑄件，作為熱處理進(jìn)行980℃×18h的正火、600℃×18h的回火。破壞韌性是使試驗(yàn)片中進(jìn)入裂紋，根據(jù)荷重和裂紋進(jìn)展長度而求得。焊接性是使用容易產(chǎn)生拘束裂紋的里海(リ-ハィ)型拘束試驗(yàn)片焊接，測定斷面的裂紋長度而求得。水中疲勞強(qiáng)度是由水道水中的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)求得。
表1
觀察以前的材料和本發(fā)明的低碳原材料的金屬組織，結(jié)果確認(rèn)以前的材料中在晶粒邊界析出線狀的鉻碳化物，而本發(fā)明的低碳原材中卻沒有發(fā)現(xiàn)，是回火馬氏體組織。


圖1是表示焊接狀態(tài)硬度分布的曲線圖。以前的材料中，HB(布氏硬度)最高為375，300以上的熱影響部位的硬化范圍，為6.3mm。即使與母材境界相鄰近的熔敷金屬中，也由于焊接材料和母材的碳的稀釋而硬化。另一方面，本發(fā)明的低碳原材料中，最高硬度低，為333，HB300以上的范圍也較狹窄，為2.2mm，因而對焊接接縫性能的影響小。
圖2是表示拘束裂紋(里海抗裂)試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。以前的材料中，預(yù)熱溫度為10℃的焊接，產(chǎn)生長度為斷面的11％的裂紋；而本發(fā)明的低碳原材料，即使在0℃時(shí)焊接也不會(huì)產(chǎn)生裂紋。
圖3是表示水中疲勞試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。與以前的材料相比較，本發(fā)明的低碳原材料示出大約為30N/mm2高的疲勞極限。本發(fā)明的材料，對反復(fù)108次應(yīng)力的疲勞強(qiáng)度，達(dá)到291N/mm2這樣高的值。
圖4及圖5是表示碳量和機(jī)械性質(zhì)之間關(guān)系的曲線。在實(shí)驗(yàn)室中是大氣熔化，與真空澆包精煉的材料相比較，其延展性及韌性的絕對值低。如圖4所示，抗拉強(qiáng)度在碳量為0.03％以下時(shí)隨著其含量的減少而降低，但在屈服強(qiáng)度方面沒有大的變化。硬度隨著碳量的減少而降低。如圖5所示，拉伸及吸收能量因碳量在0.03％以下更得以提高。深沖性能沒有大的變化。因此，由于碳量規(guī)定在0.03％以下，則無損于屈服強(qiáng)度，卻能提高韌性。此外，需要將韌性保持在某種程度的抗拉強(qiáng)度的情況下，將碳量的下限規(guī)定為0.01％是有利的。
表2示出實(shí)施真空澆包精煉的以前材料和本發(fā)明材料的各種特性。按照本實(shí)施例即可獲得以下特性。
(1)沖擊特性約40％，破壞韌性約60％的增加，就可以既無損于可靠性卻使流體機(jī)薄壁化，從而提高效率。即使萬一在應(yīng)力集中的部位發(fā)生裂紋時(shí)，由于破壞韌性值良好，則可止住裂紋的進(jìn)展，從而避免直至不可修理狀態(tài)的脆性破壞。
(2)流體機(jī)由于長年使用導(dǎo)致發(fā)生空蝕，需要焊接修補(bǔ)，但由于可改善焊接性，因而可使流體機(jī)的壽命是半永久性的。
(3)不銹鋼中容易析出鉻碳化物，使耐腐蝕性降低，但由于將碳量降低到0.03％以下，故可防止碳化物的生成及在晶粒邊界的析出。
本發(fā)明鋼的(Cr/Ni)比為2.71，(C/Mo)比為0.03，按(20C＋Si)求得的值為0.51，按(1000C＋Cr＋35Mo)求得的值為41.86。
表2
圖6是用真空澆包精煉法熔煉具有上述合金組成的鋼材所制得的泵水輪機(jī)用葉輪的斷面圖。本葉輪由翼片1、冠頂2及箍環(huán)3構(gòu)成。直徑約5.5m，總重量約50t。鑄造、噴砂后，進(jìn)行上述熱處理。正火后吹風(fēng)冷卻，進(jìn)行回火，變成回火馬氏體組織。通過磁粉、浸透及超聲波探傷進(jìn)行檢查，其結(jié)果，除去有缺陷的情況，用同質(zhì)合金的涂藥電焊條進(jìn)行焊接修補(bǔ)。本發(fā)明中的焊接修補(bǔ)由于是低碳材料故可不經(jīng)預(yù)熱進(jìn)行。焊接修補(bǔ)后，進(jìn)行正火。施以同樣的熱處理，成為全回火馬氏體組織。正火通過強(qiáng)制空冷進(jìn)行。澆鑄是在箍環(huán)部4個(gè)地方設(shè)堰、流道進(jìn)行。
本實(shí)施例中葉輪的翼片1的入口寬度，相對于葉輪直徑為0.11，優(yōu)選的該寬度是相對于葉輪直徑為0.095—0.12。此外，翼片1的出口寬度為入口寬度的2.1倍，最好是1.85—2.3倍。而且，翼片1的出口寬度是用直徑的長度表示的。
翼片1的長度，最好是相對于葉輪的直徑，在翼片的上部為0.37倍，優(yōu)選0.3—0.4倍，在翼片的下部為0.21倍，優(yōu)選1.8—2.3倍。
本實(shí)施例中的真空澆包精煉按以下步驟進(jìn)行。
圖7是本實(shí)施例中所用的真空澆包精煉裝置斷面圖。
澆包21在底部具有吹入惰性氣體的入口20及作為滑動(dòng)噴嘴的鋼水注出口33a、33b。惰性氣體的入口也可設(shè)在澆包的側(cè)壁，但為了提高鋼水的攪拌效果，還是設(shè)在澆包的底部為好。
25是供給惰性氣體的配管。
澆包蓋22在澆包21的側(cè)面通過密封機(jī)構(gòu)(圖中未示出)保持氣密，并且裝有與真空排氣手段相連接的配管23。還進(jìn)一步設(shè)有通過石墨制非消耗電極24的孔。
為了防止在澆包內(nèi)混入大氣，在石墨制電極的上部連接有由金屬組成的輔助電極6。使用銅作為輔助電極的材料。輔助電極要加熱至數(shù)百度的溫度，因而作成水冷結(jié)構(gòu)。符號27表示用于冷卻輔助電極的給水管，35是排水管，28是鋼水，29是熔渣。
覆蓋在突出于澆包蓋上的石墨制非消耗電極周圍的密封機(jī)構(gòu)，設(shè)置在輔助電極26和澆包蓋22之間。密封機(jī)構(gòu)具有固定在輔助電極上的上部筒30和固定在澆包蓋上的下部筒31。上部筒30的構(gòu)成應(yīng)能隨著非消耗電極的升降而移動(dòng)。石墨電極是多孔質(zhì)的，因此用金屬將整體覆蓋就可完全不暴露于大氣中，從而能使裝置整體保持高的氣密性。
在上部筒30與下部筒31的外筒相接以致滑動(dòng)的部位上，設(shè)置填料密封用于防止從該部位混入大氣。
首先，通過大氣熔化，熔融接近目標(biāo)成分的金屬熔液，用本實(shí)施例中示出的澆包進(jìn)行精煉。
移到精煉用澆包中時(shí)的金屬熔液的溫度為1750℃。為使金屬熔液中含有過剩的氧，所以使用氧氣吹管吹入約2Nm3/t的氧氣。然后開始真空排氣，使金屬熔液連續(xù)沸騰約15—20分鐘。其間真空度達(dá)1mmHg。金屬熔液鎮(zhèn)靜化后還繼續(xù)真空脫氣，在1mmHg以下保持10分鐘。此時(shí)金屬熔液的碳量降低至0.005％、氧量降低至154ppm，氮量降低至103ppm。其后，作為助熔劑添加CaO、CaF，作為還原劑添加Al、Fe、Si。然后，通過電弧加熱調(diào)整溫度，并通過添加合金來調(diào)整化學(xué)成分。
精煉終了后的鋼水的成分組成如表1所示。
將經(jīng)過上述步驟進(jìn)行了精煉的鋼水按裝在澆包里的狀態(tài)用吊車吊起放置在葉輪鑄型的上部，從鋼水澆注口33a、33b同時(shí)注入鑄型內(nèi)。本實(shí)施例中，使用2臺真空澆包精煉裝置從各自2處的鋼水澆注口沿著箍環(huán)3的上部和下部外周上相互的直徑延長線上注入鑄型。鑄型是砂型。
圖8是使用本實(shí)施例中制得的葉輪12的400—1000m級高落差泵用水輪發(fā)電機(jī)的整體圖。葉輪12通過主軸8吊起，由上部軸承4及主軸承9支撐著。借助葉輪12的旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)5旋轉(zhuǎn)并發(fā)電。發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子6及定子7構(gòu)成。進(jìn)入葉輪12的水由蝸殼導(dǎo)入，由于高落差以高流速流動(dòng)的水進(jìn)入葉輪12，使之旋轉(zhuǎn)。使用夜間的電力抽水的情況下，發(fā)電機(jī)5可作為泵的動(dòng)力使用。由葉輪12出來的水通過排水管道送至貯水池。
圖9是圖8所示水輪機(jī)葉輪一部分的詳細(xì)部分?jǐn)嗝鎴D。如圖所示，為了高效地將水送入葉輪12中，設(shè)置了導(dǎo)向葉片13。導(dǎo)向葉片13，在本申請實(shí)施例中可以采用與葉輪所用材料相同的材料，與上述同樣，通過澆包精煉，與旋轉(zhuǎn)軸19一起整體制造。熱處理，與葉輪相同施以熱處理，成為全回火馬氏體組織。導(dǎo)向葉片13是通過導(dǎo)向葉片桿14、導(dǎo)向葉片環(huán)18及導(dǎo)向環(huán)16驅(qū)動(dòng)。殼11是用鋼板通過焊接組裝在本體上。襯套15中可采用不給油軸承材料。導(dǎo)向葉片桿14用鑄鋼。
實(shí)施例2表3示出No.10的5Ni—13Cr鑄鋼母材上堆焊本發(fā)明中所用的涂藥電焊熔敷金屬，和比較材料的化學(xué)組成(重量％)，以及用磁致伸縮振動(dòng)式試驗(yàn)裝置獲得的侵蝕量和威氏硬度。No.1—No.7是本發(fā)明中所用的堆焊材料，焊條為4φ，焊藥是鈦鈣型。熔敷金屬的成分中，C、Si、Mn、Ni及Cr的一部分是從焊條芯棒中添加，其它是從焊藥中添加。No.8—No.10是比較材料，No.8和No.9是焊條直徑為4φ的市售焊接材料D—308和D—309Mo，No.10是用作現(xiàn)用水輪機(jī)葉輪材料的5Ni—13Cr鑄鋼。而且，堆焊焊接的預(yù)熱及層間溫度為150℃、焊接電流140—150A、電壓23V、焊接速度約1kg/h，堆焊3層(堆焊層約10mm)。侵蝕試驗(yàn)及硬度試驗(yàn)是在將堆焊表面層切削2mm后的面上進(jìn)行。
表3
Ni當(dāng)量(30×C＋Ni＋1/2Mn＋1/3Co)
從表3可清楚地看出，本發(fā)明中所用的堆焊材料，與以前作為修補(bǔ)焊接材料所用的比較材料(No.8和No.9)相比較，其硬度高，而且侵蝕量也少。即，耐侵蝕性提高了，大約為比較材料(No.8和No.9)的7—10倍。而且從表3可得知，即使與為了謀求本發(fā)明中耐侵蝕性強(qiáng)化的代表鋼種(5Ni—13Cr鑄鋼；比較材料No.10)相比較，也具有約6—10倍的耐侵蝕性。
表4示出根據(jù)有關(guān)本發(fā)明鋼組成的各種公式求得的值。
本發(fā)明中所用的堆焊材料及比較材料，在試驗(yàn)前后的堆焊表面層上都沒有發(fā)現(xiàn)焊接裂紋等異?，F(xiàn)象。用TIG焊條及用粉體的堆焊層也顯示出同樣的傾向。
表5中示出根據(jù)侵蝕試驗(yàn)前后的表面硬度求出的加工硬化指數(shù)(試驗(yàn)后的硬度/試驗(yàn)前的硬度)。本發(fā)明中用的堆焊材料與比較材料相比較，具有大的加工硬化指數(shù)。
表5
圖10示出本發(fā)明焊接堆焊層所適用的流體機(jī)，特別是法蘭西斯式水輪機(jī)斷面圖。水輪機(jī)的主要部分是由作為動(dòng)翼的葉輪構(gòu)成。葉輪本體在冠頂1和殼體2之間形成許多葉片3、在葉片3上有引導(dǎo)流水的葉輪錐體(ラフナフ-ン)104。在葉片的外側(cè)設(shè)有導(dǎo)向葉片105和固定導(dǎo)葉106，在葉輪上安裝有葉輪襯里107以及在導(dǎo)向葉片105上安裝有覆面板108。
圖11示出對圖10中所示葉片3的流水部位的施工斷面。這種葉片3是由通過熔煉、鑄造制得的表3中所示No.10馬氏體不銹鋼的5Ni—13Cr鑄鋼母材1 09所構(gòu)成。該葉片表面的流水面中受損傷的部分上，通過涂藥電弧焊接，形成具有奧氏體組織，特別是含有(按重量)C0.10—0.30％、Si1％以下、Mn2％以下、Cr16.00—23.00％、Ni1.00％—8.00％、Co2.00—9.00％、Mo0.50—5.00％及N0.05—0.20％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的焊接堆焊層100，特別是關(guān)于No.4的組成，以與上述同樣的厚度，在流水的反作用面一側(cè)上形成堆焊焊接層。
具有本發(fā)明組成的堆焊層，除用涂藥電焊條的方法外，也可用TIG焊接法及粉體焊接法等表面處理技術(shù)形成，為了獲得同樣優(yōu)良的特性，可以用各種各樣的表面處理方法形成。圖11示出在母材表面上直接形成堆焊層的情況，但根據(jù)條件，還可在母材和堆焊層之間形成中間層。
實(shí)施例3圖12表示使用本發(fā)明的合金粉在葉片3的出口一例的反作用面上形成堆焊層的施工位置和斷面概要圖，圖13示出圖12的A—A斷面圖。該葉片3的母材109，是由按實(shí)施例1方法熔煉。鑄造而得到的含有殘留奧氏體相的表1所示低碳材料的馬氏體系不銹鋼的5Ni—13Cr鑄鋼所構(gòu)成。在作為該葉片流水面的出口側(cè)及作用面上，在圖13所示領(lǐng)域(約600mm×650mm的面積)中，象用等離子體焊接法形成堆焊層10那樣形成1層(3mm)堆焊層，該堆焊層用表3的No.3示出的合金組成鋼通過噴霧法制成粒徑為100—150μm范圍的粉體，即由含(按重量)C0.29％、Si0.31％、Mn1.25％、Ni2.25％、Cr22.44％、Co6.12％及Mo0.51％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)組成的粉體形成的。焊接后，進(jìn)行切削除去堆焊層表面約1mm的平滑精加工。本焊接中，將母材預(yù)熱溫度規(guī)定為常溫(50℃以下)，焊接后于570—590℃進(jìn)行后熱處理。
該水輪機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，本發(fā)明的堆焊層具有優(yōu)良的耐空蝕性(耐侵蝕性)，與以前的材料相比較，可延長其修補(bǔ)期間，在經(jīng)濟(jì)上是有效的。
此處，對用本發(fā)明的粉體等離子堆焊法在葉片上形成焊接堆焊層的工序進(jìn)行說明。
圖14示出提供本發(fā)明的合金粉體，在葉片流水面上形成堆焊焊接層時(shí)所用的粉體等離子焊接裝置的概要斷面圖。該裝置是由粉體供給裝置插入合金粉體111，使之熔融將其堆焊層100層疊在母材109表面上。也就是，焊接施工開始時(shí)流過等離子體氣體(Ar)112，在電極113和母材109之間通電流，使之產(chǎn)生導(dǎo)引電弧，然后通保護(hù)性氣體(Ar)116，在電極113和母材109之間施加電壓，產(chǎn)生等離子弧焰，在該電弧中由載體氣體115供給來自粉體供給裝置的合金粉末111，用該等離子體使合金粉體111熔融，熔敷在母材109的表面上并形成堆焊層100。葉片出口側(cè)反作用面上的焊接條件規(guī)定為電弧電流220—240A，電弧電壓30—35V，焊槍擺動(dòng)(ト-チラィビンゲ)幅15mm(次數(shù)15—16循環(huán)/min)、Ar氣供給量(l/min)，等離子體為3、載體為5、擴(kuò)罩(シ-ルド)為15。
本實(shí)施例中，也具有與實(shí)施例1同樣優(yōu)良的母材特性，并獲得優(yōu)良的耐侵蝕性。
本發(fā)明適用于具有400m以上，優(yōu)選500m以上超高落差的揚(yáng)水發(fā)電，在葉輪、導(dǎo)向葉片方面可提供高強(qiáng)度高韌性，不需預(yù)熱也可焊接的高品質(zhì)制品，能獲得優(yōu)良效果。
本發(fā)明是在河水和海水等流體中使用的流體機(jī)中，特別是遭受空蝕引起的侵蝕的含Ni13Cr鋼制構(gòu)件表面部分，預(yù)先在該區(qū)域，或損傷后的區(qū)域中，通過使用含(重量％)C0.10—0.30％、Si1％以下、Mn2％以下，Cr16.00—23.00％、Ni1.00—8.00％、Co2.00—9.00％，而且Ni＋Co6.00—12.00％或還進(jìn)一步含有Mo0.50—5.00％、N0.05—0.20％、V0.50％以下、Ti0.50％以下、Nb0.5％cgh、W0.50％以下中的至少一種，成為奧氏體組織的焊條和粉體等焊接材料的焊接法，形成厚為3—20mm范圍的堆焊層，就可以強(qiáng)化構(gòu)件的耐損傷性。因此，可減輕構(gòu)件因空蝕而導(dǎo)致的侵蝕損傷，可提高構(gòu)件的壽命及作業(yè)效率并延長構(gòu)件更換周期，在降低成本方面也發(fā)揮大的效果。
以下簡單說明附圖。
圖1是表示硬度和焊接位置之間關(guān)系的曲線圖。
圖2是表示焊接裂紋率與預(yù)熱溫度之間關(guān)系的曲線圖。
圖3是表示應(yīng)力振幅和破斷反復(fù)次數(shù)之間關(guān)系的曲線圖。
圖4是表示拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度和C量之間關(guān)系的曲線圖。
圖5是表示深沖、拉伸、吸收能量和C量之間關(guān)系的曲線圖。
圖6是泵水輪機(jī)用葉輪的斷面圖。
圖7是真空澆包精煉裝置斷面圖。
圖8是泵用水輪機(jī)發(fā)電裝置的構(gòu)成圖。
圖9是泵用水輪機(jī)發(fā)電中葉輪部的斷面詳細(xì)圖。
圖10是本發(fā)明焊接堆焊層所適用的法蘭西斯式水輪機(jī)斷面圖。
圖11是說明葉片表面流水面施工狀態(tài)的斷面圖。
圖12是設(shè)置有本發(fā)明焊接堆焊層的水輪機(jī)葉輪的平面圖。
圖13是圖12的A—A斷面圖。
圖14是用等離子焊接形成堆焊層的焊槍斷面圖。
圖中符號說明1……翼片，2……冠頂，3……箍環(huán)，4……上部軸承，5……發(fā)電機(jī)，6……轉(zhuǎn)子，7……定子，8……主軸，9……主軸承，10……主軸水封裝置，11……殼罩，12……葉輪，13……導(dǎo)向葉片，14……導(dǎo)向葉片桿，15……襯套，16……導(dǎo)向環(huán)，17……轉(zhuǎn)向手輪、18……導(dǎo)向葉片環(huán)、19……旋轉(zhuǎn)軸，20……惰性氣體入口，21……澆包，22……澆包蓋，23……配管，24……通過非消耗電極的孔，25……供給惰性氣體的配管，26……輔助電極，27……給水管，28……鋼水，29……熔渣，30……上部筒，31……下部筒，33a、33b……鋼水注出口、35……排水管，100……焊接堆焊層，104……葉輪錐體，105……導(dǎo)向葉片，106……固定導(dǎo)葉，107……葉輪襯里，108……覆面板，109……母材。
權(quán)利要求
1.高韌性13Cr5Ni系不銹鋼，其特征在于，它(按重量)含有C0.008—0.03％，Si1.0％以下，Mn2.0％以下，Cr10.0—14.0％，Ni4.0—7.0％及Mo0.2—2.0％，而且(Cr/Ni)比為2.0—3.0或(C/Mo)比為0.015—0.1。
2.高韌性13Cr5Ni系不銹鋼，其特征在于，它(按重量)含有C0.008—0.03％，Si1.0以下，Mn2.0％以下，Cr11.0—14.0％，Ni4.0—7.0％以及Mo0.2—0.5％，而且Mo是按(1)式求出的值以下及按(2)式求出的值以上(1)0.54—4×C(重量％)(2)0.32—4×C(重量％)。
3.高韌性13Cr5Ni系不銹鋼，其特征在于，它(按重量)含有C0.008—0.03％，Si1.0以下，Mn2.0％以下，Cr11.0—14.0％，Ni4.0—7.0％及Mo0.2—2.0％，而且按下式求出的值為1.1以下〔20×C(重量％)＋Si(重量％)〕。
4.高韌性13Cr5Ni系不銹鋼，其特征在于，它(按重量)含有C0.008—0.03％，Si1.0以下，Mn2.0％以下，Cr11.0—14.0％，Ni4.0—7.0％及Mo0.2—2.0％，并且按下式求出的值為28—1041000×C(重量％)＋Cr(重量％)＋35×Mo(重量％)。
5.不銹鋼鑄鋼，其特征在于，它具有室溫下的屈服強(qiáng)度為600N/mm2以上或抗拉強(qiáng)度為650N/mm2以上，延展率為20％、深沖率為50％以上，0℃時(shí)的2mm U切口沖擊值為100J以上以及破壞韌性為6000MPa/mm3/2以上的全回火馬氏體組織。
6.高韌性13Cr5Ni系不銹鋼，它是由權(quán)利要求1所述的不銹鋼制成的鑄鋼品、鍛造品或軋制材料中的任何一種。
7.水輪機(jī)用葉輪，它是由權(quán)利要求1所述的不銹鋼制成的鑄件構(gòu)成。
8.水輪機(jī)用葉輪，其特征在于，它由權(quán)利要求7所述的鑄件構(gòu)成，它備有翼片和，設(shè)置在其上部的冠頂和，設(shè)置在上述翼片下部的箍環(huán)。
9.13Cr5Ni系不銹鋼構(gòu)件的制造方法，其特征在于，將(按重量)含有C0.008—0.03％，Si1.0以下，Mn2.0％以下，Cr11.0—14.0％，Ni4.0—7.0％及Mo0.2—2.0％的不銹鋼的鋼水在大氣中熔融后，將該鋼水注入真空澆包精煉爐中，在該精煉爐中按規(guī)定時(shí)間減壓保持，當(dāng)上述鋼水的沸騰現(xiàn)象鎮(zhèn)靜化后，從爐底部將鋼水澆注入預(yù)先放置的鑄型內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水輪機(jī)用鑄鋼品的制造方法，其中，上述鑄型內(nèi)的制品是水輪機(jī)用鑄鋼品，在鑄型的多處澆注上述鋼水。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造方法，其中，上述鑄鋼品是水輪機(jī)用葉輪。
12.超高落差泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備，其特征在于，具備借助于由高落差導(dǎo)水管運(yùn)來的流水而旋轉(zhuǎn)的葉輪的水輪機(jī)，和通過上述葉輪的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備中，上述落差為400m以上并且上述葉輪的直徑為5m以上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超高落差泵用水輪發(fā)電設(shè)備，其中，上述落差為400—600m，上述葉輪在室溫下的屈服強(qiáng)度為500N/mm2以上或抗拉強(qiáng)度為650N/mm2以上，延展率為16％以上以及深沖率為45％以上，0℃時(shí)的2mm U切口沖擊值為100J以上，破壞韌性為6000N/mm3/2以上。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超高落差泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備，其中，上述落差超過600m但在800m以下，上述葉輪在室溫下的屈服強(qiáng)度為530N/mm2以上或抗拉強(qiáng)度為700N/mm2以上，延展率為16％以上及深沖率為50％以上，0℃時(shí)的2mm U切口沖擊值為100J以上以及破壞韌性為6000N/mm3/2以上。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超高落差泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備，其中，上述落差超過800m但在1000m以下，上述葉輪在室溫下的屈服強(qiáng)度為560N/mm2以上或抗拉強(qiáng)度為750N/mm2以上，延展率為20％以上及深沖率為50％以上，0℃時(shí)的2mm U切口沖擊值為100J以上以及破壞韌性為6000MPa/mm3/2以上。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超高落差泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備，其中，上述水輪機(jī)是借助上述葉輪通過上述導(dǎo)水管將水抽上來的泵，通過上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)使上述葉輪旋轉(zhuǎn)。
17.流體機(jī)，其特征在于，在液體中高速放轉(zhuǎn)或高流速的液體中遭受空蝕導(dǎo)致的侵蝕的流體機(jī)中，該流體機(jī)是由含有(按重量)C0.008—0.06％、Ni7.0％以下及Cr10—14％的13Cr馬氏體系不銹鋼構(gòu)成，在該流體機(jī)構(gòu)件的表面部分上，形成含有(按重量)C0.10—0.30％，Si1％以下、Mn2％以下、Cr16.00—23.00％、Ni1.00—8.00％、Co2.00—9.00％，而且Ni＋Co為6.00—12.00％，并將上述Ni量規(guī)定為按〔10－40×C(重量％)〕求出的值以上的奧氏體鋼的焊接堆焊層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的流體機(jī)，其特征在于，上述焊接堆焊層，含有Mo0.50—5.00％、N0.05—0.20％中的至少一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的流體機(jī)，其特征在于，上述焊接堆焊層，含有V0.50％以下，Ti0.50％以下，Nb0.50％以下，W0.50％以下中至少一種，其合計(jì)量為0.10—0.50％。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的流體機(jī)，其特征在于，上述焊接堆焊層，是通過使用粉體和棒狀材料的焊接法而形成的。
21.流體機(jī)，其特征在于，在液體中高速旋轉(zhuǎn)或高流速的液體中遭受因空蝕導(dǎo)致的侵蝕的流體機(jī)中，該流體機(jī)是由含有(按重量)C0.008—0.03％、Si1.0％以下，Mn2.0％以下，Cr10.0—14.0％，Ni4.0—7.0％以及Mo0.2—2.0％，并且(Cr/Ni)比為2.0—3.0或(C/Mo)比為0.015—0.1的高韌性13Cr5Ni系不銹鋼構(gòu)成；在該流體機(jī)構(gòu)件的表面部分上，形成含有(按重量)C0.10—0.30％、Si1％以下，Mn2％以下，Cr16.00—23.00％、Ni1.00—8.00％、Co2.00—9.00％，而且Ni＋Co為6.00—12.00的奧氏體鋼的焊接堆焊層。
22.流體機(jī)，其特征在于，在液體中高速旋轉(zhuǎn)或高流速的液體中遭受因空蝕導(dǎo)致的侵蝕的流體機(jī)中，該流體機(jī)是由含有(按重量)C0.008—0.03％、Si1.0％以下、Mn2.0％以下、Cr11.0—14.0％、Ni4.0—7.0％、Mo0.2—0.5％，并且Mo在按式0.54－4×C(重量％)求出的值以下以及按式0.32－4×C(重量％)求出的值以上的高韌性13Cr5Ni系不銹鋼構(gòu)成；在該流體機(jī)構(gòu)件的表面部分上，形成含有(按重量)C0.10—0.30％，Si1％以下，Mn2％以下、Cr16.00—23.00％、Ni1.00—8.00％、Co2.00—9.00％，而且Ni＋Co為6.00—12.00的奧氏體鋼的焊接堆焊層。
23.流體機(jī)，其特征在于，在液體中高速旋轉(zhuǎn)或高流速的液體中遭受因空蝕導(dǎo)致的侵蝕的流體機(jī)中，該流體機(jī)是由含有(按重量)C0.008—0.03％、Si1.0％以下，Mn2.0％以下、Cr11.0—14.0％、Ni4.0—7.0％及Mo0.2—2.0％，而且按下式〔20×C(重量％)＋Si(重量％)〕求出的值在1.1以下的高韌性13Cr5Ni系不銹鋼構(gòu)成；在該流體機(jī)構(gòu)件的表面部分上，形成含有(按重量)C0.10—0.30％，Si1％以下，Mn2％以下，Cr16.00—23.00％、Ni1.00—8.00％，Co2.00—9.00％、并且Ni＋Co為6.00—12.00的奧氏體鋼的焊接堆焊層。
24.流體機(jī)，其特征在于，在液體中高速旋轉(zhuǎn)或高流速的液體中遭受因空蝕導(dǎo)致的侵蝕的流體機(jī)中，該流體機(jī)是由含有(按重量)C0.008—0.03、Si1.0％以下、Mn2.0％以下，Cr11.0—14.0％，Ni4.0—7.0％及Mo0.2—2.0％，而且按式〔1000×C(重量％)＋Cr(重量％)＋35×Mo(重量％)〕求出的值為28—104的高韌性13Cr5Ni系不銹鋼構(gòu)成；在該流體機(jī)構(gòu)件的表面部分上，形成含有(按重量)C0.10—0.30％，Si1％以下，Mn2％以下，Cr16.00—23.00、Ni1.00—8.00％，Co2.00—9.00％而且Ni＋Co為6.00—12.00％的奧氏體鋼的焊接堆焊層。
25.超高落差泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備，其特征在于，具備借助于由高落差導(dǎo)水管運(yùn)來的流水而旋轉(zhuǎn)的葉輪的水輪機(jī)，和通過上述葉輪的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備中，上述落差為400m以上并且上述葉輪的直徑為5m以上，上述葉輪是由含有(按重量)C0.008—0.03％、Si1.0％以下、Mn2.0％以下、Cr11.0—14.0％、Ni4.0—7.0％及Mo0.2—2.0％的不銹鋼鑄鋼構(gòu)成，在上述葉輪的受侵蝕的構(gòu)件表面部分上，形成含有(按重量)C0.10—0.30％、Si1％以下、Mn2％以下、Cr16.00—23.00％、Ni1.00—8.00％、Co2.00—9.00％，而且Ni＋Co為6.00—12.00％的奧氏體鋼的焊接堆焊層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的超高落差泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備，其中，上述落差為400—600m，上述葉輪在室溫下的屈服強(qiáng)度為500N/mm2以上或抗拉強(qiáng)度為650N/mm2以上，延展率為1 6％以上以及深沖率為45％以上，0℃時(shí)的2mm U切口沖擊值為100J以上，破壞韌性為6000N/mm3/2以上。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的超高落差泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備，其中，上述落差超過600m但在800m以下，上述葉輪在室溫下的屈服強(qiáng)度為530N/mm2以上或抗拉強(qiáng)度為700N/mm2以上，延展率為16％以上及深沖率為50％以上，0℃時(shí)的2mm U切口沖擊值為100J以上以及破壞韌性為6000N/mm3/2以上。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的超高落差泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備，其中，上述落差超過800m但在1000m以下，上述葉輪在室溫下的屈服強(qiáng)度為560N/mm2以上或抗拉強(qiáng)度為750N/mm2以上，延展率為20％以上及深沖率為50％以上，0℃時(shí)的2mm U切口沖擊值為100J以上以及破壞韌性為6000MPa/mm3/2以上。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的超高落差泵用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備，其中，上述水輪機(jī)是借助上述葉輪通過上述導(dǎo)水管將水抽上來的泵，通過上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)使上述葉輪旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及新型的13Cr5Ni不銹鋼及使用該材料的發(fā)電專用、揚(yáng)水發(fā)電用水輪機(jī)等中組裝的水輪機(jī)葉輪、導(dǎo)向葉片及泵用葉輪等流體機(jī)，以及在根部遭受空蝕的部位上預(yù)先用具有耐侵蝕性及耐焊接裂紋性的焊接材料修補(bǔ)堆焊過的含Ni-13Cr馬氏體系不銹鋼制流體機(jī)。
文檔編號F03B3/12GK1120599SQ9510704
公開日1996年4月17日 申請日期1995年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月17日
發(fā)明者宇佐美賢一, 高安博, 小沼勉, 苅田誠, 川上正夫, 坂本史緒, 伏見次男, 吉川次雄 申請人:株式會(huì)社日立制作所