專利名稱：高韌性耐熱鋼、渦輪轉(zhuǎn)子及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于高韌性耐熱鋼、渦輪轉(zhuǎn)子及其制造方法，特別是關(guān)于適合于大容量和高效率的發(fā)電設(shè)備的高低壓一體型渦輪轉(zhuǎn)子使用的高韌性的耐熱鋼的材質(zhì)改善。
一般地說，將多個渦輪轉(zhuǎn)子機械結(jié)合的汽輪機是根據(jù)從高壓側(cè)到低壓側(cè)的使用蒸汽條件等來選擇轉(zhuǎn)子材料的。例如，在高溫高壓側(cè)(550-600℃等)使用的渦輪轉(zhuǎn)子材料采用CrMoV鋼(ASTM-A470(8級))或12Cr鋼(特公昭60-54385)等，而低溫低壓側(cè)(400℃以下)使用的渦輪轉(zhuǎn)子材料采用含有2.5％以上Ni的NiCrMoV鋼(ASTM-A471(2-7級))等。
另外，在最近的旨在實現(xiàn)大容量和高效率的發(fā)電設(shè)備中，從汽輪機的小型化和結(jié)構(gòu)簡單化的角度考慮，從高壓側(cè)到低壓側(cè)用同一種材料形成的所謂高低壓一體型渦輪轉(zhuǎn)子受到人們的關(guān)注。
但是，以往的渦輪轉(zhuǎn)子使用的上述鋼未必能全部滿足從高壓側(cè)到低壓側(cè)的全部使用條件，因此使用上述鋼構(gòu)成高低壓一體型渦輪轉(zhuǎn)子時存在下列問題。
1)在CrMoV鋼的場合，雖然在550℃的高溫區(qū)域的蠕變斷裂強度很好，但未必能滿足低溫區(qū)的抗拉強度和韌性要求，有可能發(fā)生廷性破壞或脆性破壞等，因此，為了防止發(fā)生上述破壞，必須減小渦輪轉(zhuǎn)子的低壓級的工作應(yīng)力，結(jié)果使得低壓級、特別是最后一級上安裝的葉片的大小受到限制，難以實現(xiàn)發(fā)電設(shè)備的大容量化。另外，關(guān)于高溫蠕變斷裂強度，未必能滿足最近為了提高發(fā)電設(shè)備的效率所需要的渦輪進口蒸汽的高溫(600℃)、高壓條件。
2)在12Cr鋼的場合，與CrMoV鋼相比，雖然高溫蠕變斷裂強度很好，能夠滿足上述渦輪進口蒸汽的條件，但韌性不足，作為解決這個問題的措施，與CrMoV鋼同樣需要限制低壓級上安裝的葉片的大小。
3)在NiCrMoV鋼的場合，雖然在低溫區(qū)的抗拉強度和韌性很好，但未必能滿足蠕變斷裂強度的要求，由于高壓部的強度不足，因此必須限制渦輪進口蒸汽的高溫化，難以提高發(fā)電設(shè)備的效率。
如上所述，使用以往的鋼構(gòu)成高低壓一體型渦輪轉(zhuǎn)子的場合，在使用高溫蒸汽、安裝尺寸較大的低壓最終級葉片以實現(xiàn)汽輪機的大型化和高效率化時受到很大的限制。
本發(fā)明就是為了解決上述問題而完成的，本發(fā)明的目的是，提供在低溫區(qū)的抗拉強度和韌性以及高溫區(qū)的蠕變斷裂強度俱佳的高韌性耐熱鋼。
本發(fā)明的另一目的是，提供適合于大容量、高效率發(fā)電設(shè)備的高低壓一體型渦輪轉(zhuǎn)子及其制造方法。
旨在實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的高韌性耐熱鋼，其特征是，含有(重量比)C:0.05％以上、0.30％以下、Si:0％以上、0.20％以下、Mn:0％以上、1.0％以下、Cr:8.0％以上、14.0％以下、Mo:0.5％以上、3.0％以下、V:0.10％以上、0.50％以下、Ni:1.5％以上、5.0％以下、Nb:0.01％以上、0.50％以下、N:0.01％以上、0.08％以下、B:0.001％以上、0.020％以下，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。優(yōu)選的是還含有Co:0.5％以上、6.0％以下。
本發(fā)明的另一實施方案的高韌性耐熱鋼，其特征是，含有(重量比)C:0.05％以上、0.30％以下、Si:0％以上、0.20％以下、Mn:0％以上、1.0％以下、Cr:8.0％以上、14.0％以下、Mo:0.1％以上、2.0％以下、W:0.3％以上、5.0％以下、V:0.10％以上、0.50％以下、Ni:1.5％以上、5.0％以下、Nb:0.01％以上、0.50％以下、N:0.01％以上、0.08％以下、B:0.001％以上、0.020％以下，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。優(yōu)選的是還含有Co:0.5％以上、6.0％以下。
下面說明本發(fā)明的高韌性耐熱鋼中各元素含量范圍的限定理由。如果沒有特別說明的話，表示各元素含量的百分?jǐn)?shù)％是指重量％。
C與Cr、Nb、V等元素結(jié)合形成碳化物，有助于沉淀強化，此外對于提高淬透性和抑制δ鐵素體生成是必不可少的元素。C的添加量不足0.05％時，不能確保所希望的蠕變斷裂強度，超過0.30％時，促進碳化物的粗大化，致使長時間的蠕變斷裂強度降低，因此其含量范圍在0.05％-0.30％為宜，優(yōu)選的是0.07％-0.25％，最好是0.09％-0.20％。
Si作為熔煉時的脫氧材料是必不可少的元素。Si添加過多時，其中的一部分形成氧化物殘留在鋼中，使韌性降低，因此其含量在0％以上、0.20％以下為宜。
Mn作為熔煉時的脫氧、脫硫劑是不可缺少的元素。Mn添加量過多時，鋼的蠕變斷裂強度降低，因此其含量在0％以上、1.0％以下為宜。
Cr可以提高抗氧化性和耐腐蝕性，此外作為有助于固溶強化和沉淀強化的M23C6型析出物的構(gòu)成元素是不可缺少的成分。但Cr添加量少于8.0％時，其效果較小，超過14.0％時，容易生成對韌性和蠕變斷裂強度有害的δ鐵素體，因此其含量在8.0％-14.0％為宜，優(yōu)選的是9.0％-13.0％，最好是9.5％-12.5％。
Mo作為固溶強化元素和碳化物形成元素是必不可少的成分。但Mo的添加量不足0.5％時，其效果較小，超過3.0％時，韌性大大降低，并且容易生成δ鐵素體，因此其含量在0.5％-3.0％為宜，優(yōu)選的是0.7％-2.5％，最好是0.9％-2.0％。
在添加與Mo作用大致相同的W(參見下文)的場合，Mo的添加量不足0.1％時，作為固溶強化元素和碳化物形成元素的作用較小，超過2.0％時，韌性大為降低，此外還容易生成δ鐵素體，因此，其含量在0.1％-2.0％為宜，優(yōu)選的是0.2％-1.5％，最好是0.5％-1.2％。
V是有助于固溶強化和形成V碳氮化物的元素。添加量在0.10％以上時，蠕變過程中在馬氏體板條的邊界上析出微細(xì)的沉淀物，抑制了回復(fù)，反之，含量超過0.50％時，容易生成δ鐵素體。另外，添加量少于0.10％時，固溶量和析出量都很少，不能得到上述效果，因此，其含量在0.10％-0.50％為宜，優(yōu)選的是0.10％-0.40％，最好是0.15％-0.30％。
Ni大大提高淬透性和韌性，此外可以抑制δ鐵素體的析出。但Ni添加量少于1.5％時，其效果較小，超過5.0％時，蠕變抗力降低，因此，其含量在1.5％-5.0％為宜，優(yōu)選的是1.5％-4.0％，最好是2.0％-3.0％。
Nb與C和N結(jié)合形成Nb(C、N)微細(xì)碳氮化物，有利于沉淀彌散強化。但Nb添加量不足0.01％時，析出的密度低，不能得到相應(yīng)的效果，反之超過0.50％時，容易生成未固溶的粗大Nb(C、N)，延性和韌性降低，因此，其含量在0.01％-0.50％為宜，優(yōu)選的是0.01％-0.30％，最好是0.03％-0.20％。
N形成氮化物或碳氮化物，有助于沉淀強化，此外還殘留在母相中，有助于固溶強化。但N含量低于0.01％時，不能得到相應(yīng)的效果，超過0.08％時，促進了氮化物或碳氮化物的粗大化，蠕變抗力降低，延性和韌性也降低，因此，其含量在0.01％-0.08％為宜，優(yōu)選的是0.01％-0.06％，最好是0.02％-0.04％。
B微量添加時促進在晶界處析出沉淀物，還可以提高碳氮化物的高溫長時間穩(wěn)定性。其添加量低于0.001％時，不能得到相應(yīng)的效果，超過0.020％時，韌性大幅度降低，此外還損害熱加工性，因此，其含量在0.001％-0.020％為宜，優(yōu)選的是0.003％-0.015％，最好是0.005％-0.012％。
W是固溶強化元素和碳化物形成元素，有助于形成由Fe、Cr、W等構(gòu)成的金屬間化合物，因此在需要更高的蠕變斷裂強度時添加，其添加量少于0.3％時，幾乎沒有效果，超過5.0％時，容易生成δ鐵素體，同時顯著降低韌性和加熱脆化特性，因此，其含量在0.3％-5.0％為宜，優(yōu)選的是0.5％-3.0％，最好是1.0％-2.5％。
Co有助于固溶強化，此外還抑制δ鐵素體生成，必要時添加。其添加量少于0.5％時，得不到相應(yīng)效果，超過6.0％時，損害加工性，因此其含量在0.5％-6.0％為宜。
在添加上述各元素和主要成分Fe時，應(yīng)盡可能減少帶入的雜質(zhì)。
本發(fā)明的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征是，使用上述本發(fā)明的高韌性耐熱鋼構(gòu)成。
本發(fā)明的渦輪轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征是，按照本發(fā)明的高韌性耐熱鋼的化學(xué)成分制備原材料，用該材料形成渦輪轉(zhuǎn)子坯體，在950-1120℃的加熱溫度條件下對該渦輪轉(zhuǎn)子坯體進行淬火，然后采用550-740℃的加熱溫度對上述渦輪轉(zhuǎn)子坯體至少進行1次回火。
上述淬火處理的加熱溫度條件，優(yōu)選的是，相當(dāng)于渦輪轉(zhuǎn)子坯體的高壓部或中壓部的部分為1030℃以上、1120℃以下，相當(dāng)于渦輪轉(zhuǎn)子坯體的低壓部的部分為950℃以上、1030℃以下。
上述回火處理的加熱溫度條件，優(yōu)選的是，相當(dāng)于渦輪轉(zhuǎn)子坯體的高壓部或中壓部的部分為550℃以上、630℃以下，相當(dāng)于渦輪轉(zhuǎn)子坯體的低壓部的部分為630℃以上、740℃以下。
下面說明本發(fā)明的熱處理條件的限定理由。
淬火處理是賦予渦輪轉(zhuǎn)子坯體以良好的強度所必不可少的熱處理。淬火加熱溫度低于950℃時，奧氏體化不充分，不可能淬火，超過1120℃時，奧氏體晶粒顯著粗大化，延性降低，因此加熱溫度在950-1120℃范圍內(nèi)為宜。
對于轉(zhuǎn)子坯體上相當(dāng)于高壓部或中壓部的部分來說，蠕變斷裂強度特別重要，因此通過在1030-1120℃的高加熱溫度下淬火，可以使各種沉淀物充分固溶，在隨后的回火時微細(xì)再析出。另外，對于轉(zhuǎn)子坯體上相當(dāng)于低壓部的部分來說，在較低溫度下的抗拉強度和韌性特別重要，通過在950-1030℃的較低加熱溫度下進行淬火，可以使晶粒細(xì)化。
回火處理是為了將渦輪轉(zhuǎn)子材料調(diào)整到所希望的強度而不可缺少的熱處理，通常進行1次以上?；鼗鸺訜釡囟鹊陀?50℃時，不能得到充分的回火效果，得不到良好的韌性，超過740℃時，不能得到所希望的強度，因此加熱溫度在550-740℃范圍內(nèi)為宜。
對于轉(zhuǎn)子坯體上相當(dāng)于高壓部或中壓部的部分來說，蠕變斷裂強度特別重要，因此要在630-740℃的高溫下至少進行1次回火，使經(jīng)過淬火后固溶的沉淀物充分地再析出。另外，對于轉(zhuǎn)子坯體上相當(dāng)于低壓部的部分來說，在較低溫度下的抗拉強度和韌性特別重要，因此要在550-630℃的較低加熱溫度下至少進行1次回火，使之兼有所希望有抗拉強度和良好的韌性。
形成上述渦輪轉(zhuǎn)子坯體的工藝，最好是采用電渣重熔法制造上述渦輪轉(zhuǎn)子的鋼錠。
以汽輪機用轉(zhuǎn)子為代表的大型坯料，在凝固成鋼錠時，容易產(chǎn)生添加元素的偏析和凝固組織不均勻，特別是為了提高材料性能而添加各種元素時，鋼錠中心部位的偏析傾向增大，結(jié)果使得轉(zhuǎn)子坯體中心部分的延性和韌性降低。如果采用電渣重熔法制造構(gòu)成渦輪轉(zhuǎn)子坯體的鋼錠，可以得到更均勻、潔凈的鋼錠。除此之外，還可以采用真空碳脫氧等方法。
發(fā)明的實施方案下面說明本發(fā)明的高韌性耐熱鋼、渦輪轉(zhuǎn)子及其制造方法的具體實施方案。實施例1-44作為本發(fā)明鋼的實施例1-44，按表1所示的本發(fā)明范圍內(nèi)的化學(xué)成分(試料M1-M44)制備試料。其中，試料M1-M30不含W和Mo,M31-M40含有W,M41-M44含有W和Mo。表1<
>
使用真空高頻感應(yīng)電爐熔煉表1所示實施例1-44的各試料50kg，鑄造后加熱至1200℃進行鍛壓，延伸鍛造成直徑60mm的圓棒。然后按表2所示的熱處理條件HM1、即在1030℃下對該圓棒進行淬火，接著在630℃回火1次，進行調(diào)質(zhì)熱處理。
表2
由所得到的圓棒試料上切取試片，在室溫下進行拉伸試驗、夏氏沖擊試驗和蠕變斷裂試驗。通過拉伸試驗測定試料的抗拉強度、屈服強度、延伸率和斷面收縮率，抗拉強度和屈服強度越大，拉伸強度越好，延伸率和斷面收縮率越大，延性越好。
通過夏式?jīng)_擊試驗測定試料的沖擊值和FATT等，沖擊值越大或FATT值越小，說明韌性越好。沖擊值是表示在室溫(20℃)下對試樣施加沖擊力時斷裂的難易程度，即表示韌性的溫度變量，F(xiàn)ATT是根據(jù)沖擊試片的斷面比率求出的延性-脆性轉(zhuǎn)變溫度，即在沖擊值較大的高溫區(qū)觀察到的延性斷面和在沖擊值較小的低溫區(qū)觀察到的脆性斷面混合存在的中間溫度區(qū)域內(nèi)、兩種斷面的面積比例為50％-50％的溫度。
通過蠕變斷裂試驗求出試料的蠕變斷裂強度。蠕變斷裂強度是與蠕變斷裂時間對應(yīng)的特性，蠕變斷裂時間越長，說明蠕變斷裂強度越高。將用多個試片得到的蠕變斷裂試驗結(jié)果(試驗溫度、試驗應(yīng)力、試驗時間)用Larson-Miller參數(shù)進行處理，可以求出在任意溫度(580℃等)下的蠕變斷裂強度(105小時斷裂強度等)。
表3中示出上述各材料試驗所得到的抗拉強度、0.02％屈服強度、延伸率、斷面收縮率、FATT、580℃的105小時斷裂強度的測定結(jié)果。表3
為了進行比較，對以往在渦輪轉(zhuǎn)子中實際使用過的現(xiàn)有技術(shù)鋼也進行了同樣的材料試驗。作為現(xiàn)有技術(shù)鋼，制備表4所示化學(xué)成分(試料№S1-S3)為代表的3種試料，即高溫渦輪轉(zhuǎn)子用的CrMoV鋼(ASTM-A470)(以下簡稱“以往例1”)、低溫渦輪轉(zhuǎn)子用的NiCrMoV鋼(ASTM-A471)(以下簡稱“以往例2”)、高溫渦輪轉(zhuǎn)子用的12Cr鋼(特公昭60-54385)(以下簡稱“以往例3”)。
<p>使用表4所示的3種以往的鋼，按表2所示的熱處理條件HS1-HS3制備試料，進行與上述同樣的材料試驗，結(jié)果示于表5中。
表5
將3種以往鋼的性能進行比較可以看出，以往例1的抗拉強度和韌性最差，以往例2的韌性最好，以往例3的抗拉強度和蠕變斷裂強度最好。
將本發(fā)明鋼的性能與上述以往鋼進行比較，結(jié)果，實施例1-44的抗拉強度和0.02％屈服強度均比以往例1-3高，本發(fā)明鋼的抗拉強度和蠕變斷裂強度優(yōu)于3種以往的鋼。至于延伸率和斷面收縮率，實施例1-44顯示出與以往例1-3大體相同的值，證實具有足夠的延性。
關(guān)于FATT，實施例1-44全都顯示出與以往鋼中韌性最好的以往例2同等或稍低的值，證實本發(fā)明鋼具有非常好的韌性。
關(guān)于蠕變斷裂強度，實施例1-44全都比以往例1高，其中一部分顯示出與以往鋼中蠕變斷裂強度最好的以往例3大致相同的水平，證實本發(fā)明鋼具有非常好的蠕變斷裂強度。
由以上所述表明，本發(fā)明鋼的抗拉強度和韌性比以往汽輪機中使用的鋼要好，此外蠕變斷裂強度與以往鋼中性能最好的12Cr鋼大致相同或接近，是兩種性能俱佳的高韌性耐熱鋼。
比較例1-20作為比較鋼，按上面表4所示，按照各種元素中有1種超出本發(fā)明范圍的上限或下限(試料S4-S23)和上述熱處理條件HM1制備比較例1-20，進行與上述同樣的試驗。
結(jié)果如表5所示，與上述本發(fā)明鋼相比，比較鋼的抗拉強度、韌性和蠕變斷裂強度全都不如本發(fā)明鋼，有些蠕變斷裂強度低(比較例1-5、7、10、11、13-15、17、19)，有些韌性較低(比較例6、8、9、12、14、16、18、20)，有些抗拉強度較低(比較例1、13)。
作為其它的比較鋼，在含Co的場合也得到了與上述相同的結(jié)果，即抗拉強度、韌性和蠕變斷裂強度全都沒有顯示出良好的性能。本實施方案是關(guān)于使用高韌性耐熱鋼的渦輪轉(zhuǎn)子等的制造方法，主要是通過試驗具體地調(diào)查熱處理條件的影響。
實施例45采用熱處理條件HM1對不含W和Co的試料M1進行與上述相同的試驗。結(jié)果如表6所示，抗拉強度、韌性、蠕變斷裂強度全都很好。
因此，按照本實施例可以得到具有適合于高低壓一體型渦輪轉(zhuǎn)子用坯料的性能、即低壓部具有良好的抗拉強度和韌性、高壓部具有良好的蠕變斷裂強度的高韌性耐熱鋼。表6
<p>實施例46實施例46采用熱處理條件HM2，即在上述HM1基礎(chǔ)上、在475℃進行第2次回火，其它與上述相同。結(jié)果如表6所示，與采用HM1的實施例45相比，0.02％屈服強度大為提高，F(xiàn)ATT和蠕變斷裂強度基本上沒有改變。
因此，按照本實施例，通過進行第2次回火，可以進一步提高抗拉強度，例如用于制造轉(zhuǎn)子材料時，可以更有效地發(fā)揮作用。
實施例47采用熱處理條件HM3，即淬火溫度為1000℃，其它與HM1相同。結(jié)果如表6所示，與采用HM1的實施例45相比，雖然蠕變斷裂強度有些降低，但抗拉強度和0.02％屈服強度基本不變，F(xiàn)ATT大大降低。
因此，按照本實施例，通過在950℃-1030℃的較低加熱溫度下進行淬火，可以得到具有適合于高低壓一體型汽輪機轉(zhuǎn)子坯體的低壓部的性能、即具有更好的韌性的高韌性耐熱鋼。
實施例48采用熱處理條件HM4，即淬火溫度為1070℃，其它與HM1相同。結(jié)果如表6所示，與采用HM1的實施例45相比，雖然FATT升高，但抗拉強度和0.02％屈服強度基本不變，蠕變斷裂強度提高。
因此，按照本實施例，通過在1030℃-1120℃的較高加熱溫度下進行淬火，可以得到具有適合于高低壓一體型汽輪機轉(zhuǎn)子坯體的高壓部或中壓部的性能、即具有更好的蠕變斷裂性能的的高韌性耐熱鋼。
實施例49采用熱處理條件HM5，即回火溫度為600℃，其它與HM1相同。結(jié)果如表6所示，與采用HM1的實施例45相比，蠕變斷裂強度稍微降低，F(xiàn)ATT略有提高，抗拉強度和0.02％屈服強度大大提高。
因此，按照本實施例，通過在550℃-630℃的較低加熱溫度下進行回火，可以得到具有適合于高低壓一體型汽輪機轉(zhuǎn)子坯體的低壓部的性能、即具有更好的抗拉強度的的高韌性耐熱鋼。
實施例50采用熱處理條件HM6，即回火溫度為680℃，其它與HM1相同。結(jié)果如表6所示，與采用HM1的實施例45相比，抗拉強度和0.02％屈服強度降低，F(xiàn)ATT略有降低，蠕變斷裂強度提高。
因此，按照本實施例，通過在630℃-740℃的較高加熱溫度下進行回火，可以得到具有適合于高低壓一體型汽輪機轉(zhuǎn)子坯體的高壓部或中壓部的性能、即具有良好蠕變斷裂強度的的高韌性耐熱鋼。
實施例51采用熱處理條件HM7，即淬火溫度為1000℃，回火溫度為600℃，其它與HM1相同。結(jié)果如表6所示，與采用HM1的實施例45相比，雖然蠕變斷裂強度降低，但FATT大大降低，抗拉強度和0.02％屈服強度大大提高。
因此，按照本實施例，通過在950℃-1030℃的較低溫度下進行淬火，再在550℃-630℃的較低加熱溫度下進行回火，可以得到具有適合于高低壓一體型汽輪機轉(zhuǎn)子坯體的低壓部的性能、即具有更好的抗拉強度和韌性的高韌性耐熱鋼。
實施例52采用熱處理條件HM8，即淬火溫度為1070℃，回火溫度為680℃，其它與HM1相同。結(jié)果如表6所示，與采用HM1的實施例45相比，雖然抗拉強度和0.02％屈服強度降低，F(xiàn)ATT有所上升，但蠕變斷裂強度大大提高。
因此，按照本實施例，通過在1030℃-1120℃的較高溫度下進行淬火，再在630℃-740℃的較高加熱溫度下進行回火，可以得到具有適合于高低壓一體型汽輪機轉(zhuǎn)子坯體的低壓部的性能、即具有更好的的蠕變斷裂強度的高韌性耐熱鋼。
實施例53采用熱處理條件HM9，即在上述HM7的基礎(chǔ)上、在475℃下進行第2次回火。結(jié)果如表6所示，與采用HM7的實施例51相比，0.02％屈服強度大大提高，F(xiàn)ATT和蠕變斷裂強度基本不變。
因此，按照本實施例，通過在950℃-1030℃的較低溫度下進行淬火，在550℃-630℃的較低加熱溫度下進行回火，并且回火進行2次，可以得到具有適合于高低壓一體型汽輪機轉(zhuǎn)子坯體的低壓部的性能、即同時具有更好的抗拉強度和韌性的高韌性耐熱鋼。
實施例54采用熱處理條件HM10，即在上述HM8的基礎(chǔ)上、在475℃下進行第2次回火。結(jié)果如表6所示，與采用HM8的實施例52相比，0.02％屈服強度提高，F(xiàn)ATT和蠕變斷裂強度基本不變。
因此，按照本實施例，在1030℃-1120℃的較高溫度下進行淬火，在630℃-740℃的較高加熱溫度下進行回火的場合，進行第2次回火，可以得到具有適合于高低壓一體型汽輪機轉(zhuǎn)子坯體的高壓部的性能、即具有更好的蠕變斷裂強度的高韌性耐熱鋼。
實施例55采用熱處理條件HS4，即淬火溫度為930℃，其它與HM1相同。結(jié)果如表6所示，與采用HM1的實施例45相比，抗拉強度、韌性和蠕變斷裂強度都降低了。
實施例56采用熱處理條件HS5，即淬火溫度為1140℃，其它與HM1相同。結(jié)果如表6所示，與采用HM1的實施例45相比，韌性和延性降低。
實施例57采用熱處理條件HS6，即回火溫度為530℃，其它與HM1相同。結(jié)果如表6所示，與采用HM1的實施例45相比，特別是韌性和延性降低。
實施例58采用熱處理條件HS7，即回火溫度為760℃，其它與HM1相同。結(jié)果如表6所示，與采用HM1的實施例45相比，特別是抗拉強度和蠕變斷裂強度降低。
實施例59-72對于含有W的試料M31，分別采用與上述相同的熱處理條件HM1-HM10、HS4-HS7。結(jié)果如表6所示，得到與試料M1的場合大致相同的結(jié)果。
實施例73-86對于含有W和Co的試料M41，分別采用與上述相同的熱處理條件HM1-HM10、HS4-HS7。結(jié)果如表6所示，得到與試料M1的場合大致相同的結(jié)果。本實施方案是改變構(gòu)成渦輪轉(zhuǎn)子坯體的鋼錠的制造方法的實施方案。
實施例87采用表7中所示的本發(fā)明范圍內(nèi)的化學(xué)成分條件(試料E1)制備試料，用電爐熔化后，澆鑄到電渣重熔的電極用鑄模中，以該鑄錠作為消耗電極，使用電渣重熔法制成鋼錠，將其加熱到1200℃進行鍛壓，得到相當(dāng)于轉(zhuǎn)子部分的模型(φ1000mm×800mm)。在1030℃下對該模型進行淬火，然后在630℃的加熱溫度下回火。表7
從所得到的試料的表層部和中心部切取試片，與上述同樣進行室溫拉伸試驗、夏式?jīng)_擊試驗和蠕變斷裂試驗，測定抗拉強度、0.02％屈服強度、延伸率、斷面收縮率、FATT、580℃的105小時斷裂強度。
結(jié)果如表8中所示，就抗拉強度、0.02％屈服強度、延伸率、斷面收縮率、FATT、蠕變斷裂強度而言，表層部位與中心部位顯示出大體相同的值。表8<
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因此，按照本發(fā)明，采用電渣重熔法制造使用高韌性耐熱鋼的渦輪轉(zhuǎn)子坯體的鋼錠，可以得到表層部位與中心部位的抗拉強度、延性、韌性、蠕變斷裂強度基本上沒的差別的、均質(zhì)轉(zhuǎn)子坯體。
實施例88如表7所示，采用含有W和Co的化學(xué)成分條件(試料E2)，其它與實施例87相同。按照本實施例，如表8所示可以得到與上述相同的結(jié)果，在含有較多合金元素的情況下，其效果特別顯著。
實施例89如表7所示，按照與實施例87中使用的試料E1大致相同的成分條件(試料V1)制備試料，用電爐熔化，然后用真空碳脫氧法制造鋼錠，加熱至1200℃進行鍛壓，制造相當(dāng)于轉(zhuǎn)子部分的模型(φ1000mm×800mm)，與上述同樣進行熱處理，對所得試料進行與述相同的試驗。
結(jié)果如表8所示，抗拉強度、0.02％屈服強度和蠕變斷裂強度在表層部位和中心部位大致相同，延伸率和斷面收縮率在中心部位偏低，F(xiàn)ATT在中心部位偏高。
實施例90如表7所示，采用與實施例88中使用的試料E2大體相同的成分條件(試料V2)，其它與實施例89相同，按照本實施例可以得到與上述同樣的結(jié)果，特別是在添加更多金多元素的情況下，這種傾向特別明顯。
如上所述，采用本發(fā)明可以提供在高溫蒸汽條件下具有高的蠕變斷裂強度、同時在較低溫蒸汽條件下具有高的抗拉強度和韌性的高韌性耐熱鋼。使用該高韌性耐熱鋼構(gòu)成渦輪轉(zhuǎn)子、特別是高低壓一體型渦輪轉(zhuǎn)子，可以在高溫蒸汽環(huán)境下使用，同時可以安裝大尺寸的低壓最終極葉片，可以制成以往不能實現(xiàn)的、使用高低壓一體型渦輪的大容量·高效率發(fā)電設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)上獲得有益的效果。
權(quán)利要求
1．高韌性耐熱鋼，其特征是，含有(重量比)C:0.05％以上、0.30％以下、Si:0％以上、0.20％以下、Mn:0％以上、1.0％以下、Cr:8.0％以上、14.0％以下、Mo:0.5％以上、3.0％以下、V:0.10％以上、0.50％以下、Ni:1.5％以上、5.0％以下、Nb:0.01％以上、0.50％以下、N:0.01％以上、0.08％以下、B:0.001％以上、0.020％以下，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
2．高韌性耐熱鋼，其特征是，含有(重量比)C:0.05％以上、0.30％以下、Si:0％以上、0.20％以下、Mn:0％以上、1.0％以下、Cr:8.0％以上、14.0％以下、Mo:0.1％以上、2.0％以下、W:0.3％以上、5.0％以下、V:0.10％以上、0.50％以下、Ni:1.5％以上、5.0％以下、Nb:0.01％以上、0.50％以下、N:0.01％以上、0.08％以下、B:0.001％以上、0.020％以下，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
3．權(quán)利要求1或2所述的高韌性耐熱鋼，其特征是，還含有Co:0.5％以上、6.0％以下。
4．渦輪轉(zhuǎn)子，其特征是，它是用權(quán)利要求1-3中任一項所述的高韌性耐熱鋼構(gòu)成。
5．渦輪轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征是，按照權(quán)利要求1-3中任一項所述的化學(xué)成分制備原材料，用該材料形成渦輪轉(zhuǎn)子坯體，在950℃-1120℃的加熱溫度條件下對該渦輪轉(zhuǎn)子坯體進行淬火，然后采用550℃-740℃的加熱溫度條件對上述渦輪轉(zhuǎn)子坯體至少進行1次回火。
6．權(quán)利要求5所述的渦輪轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征是，淬火處理的加熱溫度條件是，相當(dāng)于上述渦輪轉(zhuǎn)子坯體的高壓部或中壓部的部分為1030℃以上、1120℃以下，相當(dāng)于上述渦輪轉(zhuǎn)子坯體的低壓部的部分為950℃以上、1030℃以下。
7．權(quán)利要求5或6所述的渦輪轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征是，回火處理的加熱條件是，相當(dāng)于上述渦輪轉(zhuǎn)子坯體的高壓部或中壓部的部分為550℃以上、630℃以下，相當(dāng)于上述渦輪轉(zhuǎn)子坯體的低壓部的部分為630℃以上、740℃以下。
8．權(quán)利要求5-7中任一項所述的渦輪轉(zhuǎn)子制造方法，其特征是，形成上述渦輪轉(zhuǎn)子坯體的工序是，采用電渣重熔法制造上述渦輪轉(zhuǎn)子坯體的鋼錠。
全文摘要
本發(fā)明提供了在較低溫區(qū)的抗拉強度和韌性以及在高溫區(qū)的蠕變斷裂強度俱佳的高韌性耐熱鋼。該高韌性耐熱鋼含有(重量比)C:0.05%以上、0.30%以下、Si:0%以上、0.20%以下、Mn:0%以上、1.0%以下、Cr:8.0%以上、14.0%以下、Mo:0.5%以上、3.0%以下、V:0.10%以上、0.50%以下、Ni:1.5%以上、5.0%以下、Nb:0.01%以上、0.50%以下、N:0.01%以上、0.08%以下、B:0.001%以上、0.020%以下,余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。優(yōu)選的是還含有Co:0.5%以上、6.0%以下。
文檔編號C22C38/48GK1209464SQ9810820
公開日1999年3月3日 申請日期1998年3月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月25日
發(fā)明者津田陽一, 石井龍一, 山田政之 申請人:株式會社東芝