[发明专利]用做耐620℃高温的汽轮机转子钢材料

说明书

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℃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℃、压力17MPa提高到温度600℃、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12Cr10NiMoWVNbN等。根据行业标准，作为620℃使用的汽轮机转子材料的钢种在620℃/10万小时条件下持久强度极限应该在大于等于100MPa。12Cr10NiMoWVNbN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℃，作为长时高温性能指标的持久强度极限，在620℃/10万小时条件下只有75MPa左右，已不能满足工作温度为620℃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12Cr10NiMoWVNbN等钢的高温性能不能满足工作温度为620℃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℃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℃高温的汽轮机转子钢材料，所述的汽轮机高温转子材料为13Cr9Mo2Co1NiVNbNB，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％，

Mo    1.20％～1.80％，

Ni    0.10％～0.50％，

Co    0.70％～1.50％，

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％，

Mo    1.30％～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1为本发明汽轮机转子材料与现有钢材料12Cr10NiMoWVNbN的化学成分对比表。