专利名称：用做耐620℃高温的汽轮机转子钢材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属材料领域，特别设计一种用做耐620°C高温的汽轮机转子钢材料。
背景技术：
随着国民经济的快速增长，对电力的需求量也越来越大，发电量增长所带来的一次能源消耗问题也越来越受到人们的关注。转子作为汽轮机组的核心部件，其寿命与可靠性一直是人们关注的重要课题，为了满足工程实际的要求，高温部件的材料选择及设计的研究有待继续进行。现阶段，汽轮机单机容量越来越大，性能越来越好，主要技术手段之一是提高蒸汽的压力和温度，亚临界、超临界汽轮机的蒸汽参数分别从温度538°C、压力17MPa提高到温度600°C、压力24_28MPa，随着汽轮机工作环境中蒸汽温度和压力的提高，对汽轮机转子材料的性能的要求也越来越高。在现有的转子材料中，目前国内列入JB/T标准中满足屈服强度等级为650MPa以上的汽轮机高温转子材料，可供选用的有12CrIONiMoWVNbN等。根据行业标准，作为620°C使用的汽轮机转子材料的钢种在620°C /10万小时条件下持久强度极限应该在大于等于IOOMPa0 12CrlONiMoWVNbN钢种虽有良好的屈服强度和塑性，但最高工作温度不能超过600°C，作为长时高温性能指标的 持久强度极限，在620°C /10万小时条件下只有75MPa左右，已不能满足工作温度为620°C的汽轮机转子的设计要求。耐热材料的持久强度是指给定的温度下和规定的时间内断裂时的强度，持久强度试验不仅反映材料在高温长期应力作用下的断裂应力，而且还表明断裂时的塑性。在同样温度下，10万小时的持久强度极限越高，表明材料的长时高温性能越好。一般会对材料做一些应力较高而时间较短的试验，然后根据这些试验数据利用外推法，得出更长时间的持久强度值。为了保证汽轮机安全运行，汽轮机转子应具备良好的长时高温性能。由于12CrIONiMoffVNbN等钢的高温性能不能满足工作温度为620°C的汽轮机转子的设计要求，因此它的使用范围受到限制。
发明内容
鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种含钴和硼的用做耐620°C高温的汽轮机转子钢材料，用于提高现有技术中汽轮机高温转子钢材料的长时高温性能。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用做耐620°C高温的汽轮机转子钢材料，所述的汽轮机高温转子材料为13Cr9Mo2CoINiVNbNB，所含的化学元素和质量百分含量为:C 0.10 % 0.18%，Mn 0.20 % 0.90%，Cr 9.00 % 10.00%，Mo1.20% 1.80%，Ni 0.10% 0.50%，
Co 0.70% L 50%，V 0.10% 0.50%，N 0.010% 0.050%，Nb 0.02% 0.08%，B 0.006 % 0.015%，杂质的含量< 0.18%，余量为铁。优选地，以汽轮机转子钢材料的总质量为基准计，所述的杂质包括的主要成分及对应的质量百分数为:Si ^ 0.15%,P ^ 0.015%,S <0.015%。优选地，以汽轮机转子钢材料的总质量为基准计，所述的汽轮机转子钢材料所含的各元素的质量百分含量为:C 0.10 % 0.16%，Mn 0.25 % 0.90%，`Cr 9.00 % 9.80%，Mo1.30% 1.70%，Ni 0.10 % 0.45%，Co 0.80% 1.40%，V 0.15 % 0.45%，N 0.015 % 0.050%，Nb 0.03 % 0.07%，B 0.006 % 0.013%，杂质元素的含量为:Si ^ 0.15%,P^ 0.015%,S<0.010%。余量为铁。表I为本发明汽轮机转子材料与现有钢材料12CrIONiMoWVNbN的化学成分对比表。由表I可以看出，本发明与现有的高温转子材料12CrIONiMoWVNbN等钢相比，本发明转子材料的成分特点是不含W元素，降低了 Cr、Ni和N元素的含量，提高了 Mo元素含量，同时添加了合金兀素Co和B。用本发明的汽轮机高温转子钢材料制备成转子锻件的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤:I)碱性电炉冶炼:按配比称取中间合金在碱性电炉冶炼成合金溶液；2)钢包精炼:步骤I)中的合金溶液继续经钢包精炼，并进一步的调节化学元素的含量，使其重量比符合设计要求，经钢包精炼过程后合金溶液浇注成电极棒；
3)电渣重熔:步骤(2)中经钢包精炼的电极棒再通过电渣重熔处理；4)凝固:均匀后的合金溶液冷却凝固，形成钢锭；5)锻造:将钢锭锻造成汽轮机转子型坯，使其形状和尺寸符合工艺设计要求，并消
除内部缺陷；6)热 处理:对汽轮机转子型坯进行热处理并经测试检验使其性能符合设计要求，
最终形成转子锻件。步骤2)中的钢包精炼过程是用现有技术中的钢包精炼炉对合金溶液进行精炼。步骤3)中的电渣重熔为现有技术，主要原理是利用电流通过熔渣时产生的电阻热
作为热源进行熔炼的方法，通过电渣重熔可以调节合金溶液的均匀性和纯净度。步骤6)中热处理的工艺及温度参数具体为:先将转子锻件均匀加热至1050°C
1150°C，充分保温后进行油冷、水冷或风冷；在得到良好的相变组织以后，锻件应在适当温
度下回火两次，第一次回火温度为550°C 680°C，第二次回火温度应不低于680°C。表I汽轮机转子钢材料13Cr9Mo2CoINiVNbNB的化学成分
权利要求
1.一种用做耐620°c高温的汽轮机转子钢材料，其特征在于，所述的汽轮机转子钢材料所含的化学元素和质量百分含量为: C 0.10% 0.18%， Mn 0.20% 0.90%， Cr 9.00% 10.00%， Mo1.20% 1.80%， Ni 0.10% 0.50%， Co 0.70% 1.50%， V0.10% 0.50%， N 0.010% 0.050%， Nb 0.02% 0.08%， B 0.006% 0.015%， 杂质 <0.18%， 余量为铁。
2.根据权利要求1所述的汽轮机转子钢材料，其特征在于，以汽轮机转子钢材料的总质量为基准计， 所述的杂质包括的主要成分及对应的质量百分数为: Si ^ 0.15% P ^ 0.015% S 彡 0.015%。
3.如权力要求1-2所述的汽轮机转子钢材料，其特征在于，优选地，以汽轮机转子钢材料的总质量为基准计，所述的汽轮机转子钢材料所含的各元素的质量百分含量为: C 0.10% 0.16%， Mn 0.25% 0.90%， Cr 9.00% 9.80%， Mo1.30% 1.70%， Ni 0.10% 0.45%， Co 0.80% 1.40%， V0.15% 0.45%， N 0.015% 0.050%， Nb 0.03% 0.07%， B 0.006% 0.013%， 杂质元素的含量为: Si ^ 0.15%, P ^ 0.015%, S 彡 0.010% ； 余量为铁。
4.根据权利要求1-3所述的汽轮机高温转子钢材料制备成转子锻件的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤: (I)碱性电炉冶炼:按配比称取中间合金放入碱性电炉冶炼成合金溶液；(2)钢包精炼:步骤(I)中的合金溶液继续经钢包精炼，并进一步的调节化学元素的含量，使其重量比符合设计要求，钢包精炼后浇注成电极棒； (3)电渣重熔:步骤(2)中经钢包精炼的电极棒再通过电渣重熔处理； (4)凝固:电渣重熔后的合金溶液冷却凝固，形成钢锭； (5)锻造:将钢锭锻造成汽轮机转子型坯； (6)热处理:对汽轮机转子型坯进行热处理。
5.根据权利要求1-3所述的汽`轮机高温转子钢材料在汽轮机转子锻件领域的应用。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种用做耐620℃高温的汽轮机转子钢材料，其所含的化学元素和质量百分含量为C0.10％~0.18％，Mn0.20％~0.90％，Cr9.00％~10.00％，Mo1.20％~1.80％，Ni0.10％~0.50％，Co 0.70％~1.50％，V0.10％~0.50％，N0.010％~0.050％，Nb0.02％～0.08％，B0.006％～0.015％；余量为铁和杂质。用该汽轮机转子钢材料制成的转子锻件，620℃/10万小时条件下持久强度极限达到100MPa以上，比传统转子材料高25MPa左右，符合设计需要，可以满足620℃长期工作的需要。
文档编号C22C38/54GK103074550SQ20131004835
公开日2013年5月1日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日
发明者梅林波, 沈红卫, 贾国庆, 刘霞, 吴令萍 申请人:上海电气电站设备有限公司