一种提高含Nb叶片钢冲击功的方法与流程

本发明属于特殊钢合金冶炼，涉及一种含nb叶片钢的冶炼技术，具体涉及一种提高含nb叶片钢冲击功的方法。

背景技术：

1、叶片是发动机的关键部件之一，叶片的表面质量、内部质量和力学性能的优劣，会直接影响其综合性能。叶片钢主要用于发电机组汽轮机高温叶片及螺栓部件。

2、汽轮机叶片分为静叶片和动叶片，其主要功能为将高温蒸汽的热能转换为机械能，工作条件非常复杂。运行中转子高速度旋转时，叶片的离心力会引起拉应力；蒸汽流动的压力会造成叶片的弯曲应力和扭转应力；传递至叶根的销钉孔或根齿时，还会产生剪切和压缩应力；机组的频繁启停等还会造成叶片承受交变载荷的作用等等。基于此，对于经常在高温、大交变应力等恶劣环境中工作的叶片钢，要求熔模精密铸造的钢片不仅表面完好，而且内部具有抗疲劳性好的细晶组织和耐高温蠕变的致密组织。因此，良好的强韧性配合，对叶片钢材料的综合力学性能至关重要。

3、nb在不锈钢中的重要性表现在物理冶金多样性，nb在不锈钢中的任何形式都是可利用的，并且表现出比任何别的元素都优异的性能。含nb叶片钢就是叶片钢中一种常用的钢种，其是一种马氏体不锈钢材料。

4、针对于不同化学元素组分的含nb叶片钢而言，其性能受元素含量和组成的影响较大。以往关于含nb叶片钢的研究大多注重于提升其室温拉伸性能和高温持久性能，以期实现高强度、高硬度的叶片钢，然而却忽视了如何有效提升含nb叶片钢的冲击功。

5、如专利文献cn 104213041 b公开了一种汽轮机叶片用耐磨损钢及其生产工艺，该钢种中nb含量为0.01-0.03％，并含有诸多用于冶炼的稀土元素如pm、lu、dy等，有效减弱了叶片钢中合金元素的偏析现象，大幅度提高了叶片的抗冲击磨损性能，但该钢种的成本高，稀土元素种类较多，控制不易，冶炼工艺复杂。

6、市面上一种常用的含nb叶片钢的化学成分如下：按重量百分比wt％为：c：0.16～0.23％、mn：0.30～0.80％、si：≤0.50％、ni：0.20～0.50％、cr：10.0～11.5％、mo：0.50～0.80％、v：0.10～0.30％、nb：0.30～0.55％、n：0.05～0.10％，余量是fe及杂质。目前该含nb叶片钢因为有较好的综合力学性能，被广泛用于叶片及螺栓材料。但是，采用目前的生产方法，使得该钢种的冲击功富裕不充分，难以达到很好的工程使用要求，因此有待于进一步提高该钢种的冲击功。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决上述技术问题，从而提供一种提高含nb叶片钢冲击功的方法。本发明的技术目的在于，对现有被广泛用于叶片及螺栓材料的含nb叶片钢的生产工艺进行改进，以期解决该钢种冲击功较低的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种提高含nb叶片钢冲击功的方法，所述含nb叶片钢的元素组成按重量百分比计为：c：0.16～0.23％、mn：0.30～0.80％、si：≤0.50％、ni：0.20～0.50％、cr：10.0～11.5％、mo：0.50～0.80％、v：0.10～0.30％、nb：0.30～0.55％、n：0.05～0.10％，余量为fe及不可避免的杂质；

4、所述方法是采用以下步骤进行冶炼：

5、(1)冶炼时加入钢液重量0.03～0.05％的稀土元素pr控制晶界净化；并采用si-ba-al代替al进行脱氧，控制脱氧后残余al含量≤0.005wt％；

6、(2)采用保护气氛电渣进行重熔精炼；

7、(3)锻造采用1200～1230℃高温均匀化处理。

8、本发明的发明人发现，通过采用上述改进方法处理的含nb叶片钢，能够显著提升其冲击功。

9、本发明的上述方法中，由于稀土元素只需要添加pr一种，使得其冶炼工艺容易控制，另外采用si-ba-al代替al进行脱氧，降低了al的含量，使得低al的si-mn脱氧产物对于该类叶片钢细化晶粒作用明显，从而显著提升了其冲击功。传统方法在高al脱氧的情况下，脱氧产物基本为al2o3，在al2o3周围nb(c\n)容易形成粗大晶粒，缺乏对晶粒的长大抑制，从而使得该含nb叶片钢的冲击功较低。本发明很好解决了这一问题。

10、另一方面，采用本发明的冶炼方法，在冶炼过程中mno-sio2也即是si-mn脱氧产物的周围能够形成细小的、大量的nb(c\n)，从而抑制了自身晶粒度的粗化，进一步提升了冲击性能。

11、同时，在保护电渣重熔冶炼过程中，对于铸态组织能够更加均匀；而由于含nb钢极易偏聚，采用高温均匀化处理能够改善该现象使钢锭更加均匀。经过上述方法处理，本发明最终获得的含nb叶片钢组织均匀，不会出现偏聚现象，其冲击功得到了显著提升。

12、进一步的是，所述含nb叶片钢的元素组成按重量百分比计为：c：0.18％、mn：0.37％、si：0.35％、ni：0.32％、cr：10.8％、mo：0.67％、v：0.21％、nb：0.44％、n：0.08％，余量为fe及不可避免的杂质。

13、进一步的是，所述不可避免的杂质包括：p≤0.015％，s≤0.015％。

14、进一步的是，步骤(1)中所述稀土元素pr的加入时间为待熔化成70％以上的钢液时加入。

15、进一步的是，步骤(1)中所述si-ba-al中各元素的重量占比为si：ba：al＝0.5：2：1。

16、进一步的是，步骤(2)中所述保护气氛电渣为氦气保护性电渣氛围。

17、进一步的是，步骤(2)中进行重熔精炼的重熔电渣系为：mgo：cao：sio2：al2o3＝52～56：6～9：30～35：6～8。

18、本发明的有益效果如下：

19、(1)本发明提供了一种能够显著提升含nb叶片钢冲击功的方法，通过本发明方法，能够在原先生产工艺上，将该含nb叶片钢的冲击功提升一倍以上；

20、(2)本发明的冶炼方法工艺简单，操作容易控制，冶炼过程中只需要添加一种稀土元素即可达到很好的效果。

技术特征：

1.一种提高含nb叶片钢冲击功的方法，其特征在于，所述含nb叶片钢的元素组成按重量百分比计为：c：0.16～0.23％、mn：0.30～0.80％、si：≤0.50％、ni：0.20～0.50％、cr：10.0～11.5％、mo：0.50～0.80％、v：0.10～0.30％、nb：0.30～0.55％、n：0.05～0.10％，余量为fe及不可避免的杂质；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含nb叶片钢的元素组成按重量百分比计为：c：0.18％、mn：0.37％、si：0.35％、ni：0.32％、cr：10.8％、mo：0.67％、v：0.21％、nb：0.44％、n：0.08％，余量为fe及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述不可避免的杂质包括：p≤0.015％，s≤0.015％。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述稀土元素pr的加入时间为待熔化成70％以上的钢液时加入。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述si-ba-al中各元素的重量占比为si：ba：al＝0.5：2：1。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述保护气氛电渣为氦气保护性电渣氛围。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中进行重熔精炼的重熔渣系为：mgo：cao：sio2：al2o3＝52～56：6～9：30～35：6～8。

技术总结
本发明提供了一种提高含Nb叶片钢冲击功的方法，属于特殊钢合金材料冶炼技术领域。本发明提供的方法是采用以下处理步骤：(1)冶炼时冶炼时加入钢液重量0.03～0.05％的稀土元素Pr控制晶界净化，且不使用Al作为脱氧剂，而是采用Si‑Ba‑Al的脱氧方式；(2)采用保护气氛电渣重熔精炼；(3)锻造采用1200～1230℃高温均匀化处理。采用本发明的处理方法，能够显著提高含Nb叶片钢的冲击功性能。

技术研发人员：廖云虎,李永善,韦家向
受保护的技术使用者：四川六合特种金属材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11