專利名稱：用做耐620℃高溫的汽輪機轉子鋼材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及金屬材料領域，特別設計一種用做耐620°C高溫的汽輪機轉子鋼材料。
背景技術：
隨著國民經濟的快速增長，對電力的需求量也越來越大，發電量增長所帶來的一次能源消耗問題也越來越受到人們的關注。轉子作為汽輪機組的核心部件，其壽命與可靠性一直是人們關注的重要課題，為了滿足工程實際的要求，高溫部件的材料選擇及設計的研究有待繼續進行。現階段，汽輪機單機容量越來越大，性能越來越好，主要技術手段之一是提高蒸汽的壓力和溫度，亞臨界、超臨界汽輪機的蒸汽參數分別從溫度538°C、壓力17MPa提高到溫度600°C、壓力24_28MPa，隨著汽輪機工作環境中蒸汽溫度和壓力的提高，對汽輪機轉子材料的性能的要求也越來越高。在現有的轉子材料中，目前國內列入JB/T標準中滿足屈服強度等級為650MPa以上的汽輪機高溫轉子材料，可供選用的有12CrIONiMoWVNbN等。根據行業標準，作為620°C使用的汽輪機轉子材料的鋼種在620°C /10萬小時條件下持久強度極限應該在大于等于IOOMPa0 12CrlONiMoWVNbN鋼種雖有良好的屈服強度和塑性，但最高工作溫度不能超過600°C，作為長時高溫性能指標的 持久強度極限，在620°C /10萬小時條件下只有75MPa左右，已不能滿足工作溫度為620°C的汽輪機轉子的設計要求。耐熱材料的持久強度是指給定的溫度下和規定的時間內斷裂時的強度，持久強度試驗不僅反映材料在高溫長期應力作用下的斷裂應力，而且還表明斷裂時的塑性。在同樣溫度下，10萬小時的持久強度極限越高，表明材料的長時高溫性能越好。一般會對材料做一些應力較高而時間較短的試驗，然后根據這些試驗數據利用外推法，得出更長時間的持久強度值。為了保證汽輪機安全運行，汽輪機轉子應具備良好的長時高溫性能。由于12CrIONiMoffVNbN等鋼的高溫性能不能滿足工作溫度為620°C的汽輪機轉子的設計要求，因此它的使用范圍受到限制。

發明內容
鑒于以上現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種含鈷和硼的用做耐620°C高溫的汽輪機轉子鋼材料，用于提高現有技術中汽輪機高溫轉子鋼材料的長時高溫性能。為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種用做耐620°C高溫的汽輪機轉子鋼材料，所述的汽輪機高溫轉子材料為13Cr9Mo2CoINiVNbNB，所含的化學元素和質量百分含量為: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%，雜質的含量< 0.18%，余量為鐵。優選地，以汽輪機轉子鋼材料的總質量為基準計，所述的雜質包括的主要成分及對應的質量百分數為:Si ^ 0.15%,P ^ 0.015%,S <0.015%。優選地，以汽輪機轉子鋼材料的總質量為基準計，所述的汽輪機轉子鋼材料所含的各元素的質量百分含量為: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%，雜質元素的含量為:Si ^ 0.15%,P^ 0.015%,S<0.010%。余量為鐵。表I為本發明汽輪機轉子材料與現有鋼材料12CrIONiMoWVNbN的化學成分對比表。由表I可以看出，本發明與現有的高溫轉子材料12CrIONiMoWVNbN等鋼相比，本發明轉子材料的成分特點是不含W元素，降低了 Cr、Ni和N元素的含量，提高了 Mo元素含量，同時添加了合金兀素Co和B。用本發明的汽輪機高溫轉子鋼材料制備成轉子鍛件的制備方法，所述的制備方法包括以下步驟:I)堿性電爐冶煉:按配比稱取中間合金在堿性電爐冶煉成合金溶液；2)鋼包精煉:步驟I)中的合金溶液繼續經鋼包精煉，并進一步的調節化學元素的含量，使其重量比符合設計要求，經鋼包精煉過程后合金溶液澆注成電極棒；
3)電渣重熔:步驟(2)中經鋼包精煉的電極棒再通過電渣重熔處理；4)凝固:均勻后的合金溶液冷卻凝固，形成鋼錠；5)鍛造:將鋼錠鍛造成汽輪機轉子型坯，使其形狀和尺寸符合工藝設計要求，并消
除內部缺陷；6)熱 處理:對汽輪機轉子型坯進行熱處理并經測試檢驗使其性能符合設計要求，
最終形成轉子鍛件。步驟2)中的鋼包精煉過程是用現有技術中的鋼包精煉爐對合金溶液進行精煉。步驟3)中的電渣重熔為現有技術，主要原理是利用電流通過熔渣時產生的電阻熱
作為熱源進行熔煉的方法，通過電渣重熔可以調節合金溶液的均勻性和純凈度。步驟6)中熱處理的工藝及溫度參數具體為:先將轉子鍛件均勻加熱至1050°C
1150°C，充分保溫后進行油冷、水冷或風冷；在得到良好的相變組織以后，鍛件應在適當溫
度下回火兩次，第一次回火溫度為550°C 680°C，第二次回火溫度應不低于680°C。表I汽輪機轉子鋼材料13Cr9Mo2CoINiVNbNB的化學成分
權利要求
1.一種用做耐620°c高溫的汽輪機轉子鋼材料，其特征在于，所述的汽輪機轉子鋼材料所含的化學元素和質量百分含量為: 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%， 雜質 <0.18%， 余量為鐵。
2.根據權利要求1所述的汽輪機轉子鋼材料，其特征在于，以汽輪機轉子鋼材料的總質量為基準計， 所述的雜質包括的主要成分及對應的質量百分數為: Si ^ 0.15% P ^ 0.015% S 彡 0.015%。
3.如權力要求1-2所述的汽輪機轉子鋼材料，其特征在于，優選地，以汽輪機轉子鋼材料的總質量為基準計，所述的汽輪機轉子鋼材料所含的各元素的質量百分含量為: 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%， 雜質元素的含量為: Si ^ 0.15%, P ^ 0.015%, S 彡 0.010% ； 余量為鐵。
4.根據權利要求1-3所述的汽輪機高溫轉子鋼材料制備成轉子鍛件的制備方法，所述的制備方法包括以下步驟: (I)堿性電爐冶煉:按配比稱取中間合金放入堿性電爐冶煉成合金溶液；(2)鋼包精煉:步驟(I)中的合金溶液繼續經鋼包精煉，并進一步的調節化學元素的含量，使其重量比符合設計要求，鋼包精煉后澆注成電極棒； (3)電渣重熔:步驟(2)中經鋼包精煉的電極棒再通過電渣重熔處理； (4)凝固:電渣重熔后的合金溶液冷卻凝固，形成鋼錠； (5)鍛造:將鋼錠鍛造成汽輪機轉子型坯； (6)熱處理:對汽輪機轉子型坯進行熱處理。
5.根據權利要求1-3所述的汽`輪機高溫轉子鋼材料在汽輪機轉子鍛件領域的應用。
全文摘要
本發明的目的在于提供一種用做耐620℃高溫的汽輪機轉子鋼材料，其所含的化學元素和質量百分含量為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％；余量為鐵和雜質。用該汽輪機轉子鋼材料制成的轉子鍛件，620℃/10萬小時條件下持久強度極限達到100MPa以上，比傳統轉子材料高25MPa左右，符合設計需要，可以滿足620℃長期工作的需要。
文檔編號C22C38/54GK103074550SQ20131004835
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月6日 優先權日2013年2月6日
發明者梅林波, 沈紅衛, 賈國慶, 劉霞, 吳令萍 申請人:上海電氣電站設備有限公司