[发明专利]一种大型燃汽轮机透平盘用不锈耐热钢及其锻件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金材料的马氏体耐热不锈钢领域。具体地讲是关于一种成分性能要求非常高的大型燃汽轮机透平盘用不锈耐热钢及其锻件的制造方法。

背景技术

目前我国电力来源主要依赖燃煤发电，尽管逐步应用超超临界燃煤发电机组提高火电行业的能效和环保水平，从源头上降低烟气污染物和二氧化碳排放，努力做到节能减排，但随着全球范围内的能源与动力需求以及环境保护等要求的变化，我国装机容量达到12亿KW的今天，寻求新的发电方式，采用燃气轮机发电技术来解决能源、经济和环保之间矛盾已是势在必行。燃气轮机发电站具有以下特点：(1)高效率低能耗。当前燃气—-蒸汽联合循环燃气机电站的热效率一般在45％左右，最高可达到50％以上，不久的将来有可能达到或超过60％，这是任何蒸汽轮机发电站难以达到的。(2)优越的高峰性能。燃气轮机的启动与停机方便、迅速、接载负荷时间短，它不仅能灵活承担基本负荷，且具有优越的调峰性能。(3)适应环境保护要求，对环境污染少。燃气轮机发电站的燃料为燃料油(柴油、重油)、天然气或工业伴生气(焦炉煤气等)，由于燃烧完全，其燃烧生成排放物对环境影响较少。(4)相对燃煤的蒸汽轮机发电站，在相同容量下，燃气轮机电厂的建设周期短、占地面积小、用水量少、单位投资少、发挥效益快。除了发电领域以外，燃气轮机在航空、航海、陆用动力方面也发挥着重要作用。

燃气轮机所涉及材料主要集中在压气机、燃烧室和透平三大部件上，透平的作用是把燃烧室中产生的高温高压气体的能量转换为机械能，一般透平的进口气体温度都在1000℃以上。透平轮盘是大型燃气机中最关键的零件之一，它不仅要承受高温且应具有一定的强度和韧性，与航空发动机不同，这些轮盘的直径和截面厚度都很大，不可能选用合金含量高、成本高的镍基高温合金，如A-286等铁镍基高温合金及Wasplloy738等镍基高温合金。基于这些原因，大型燃气机轮盘一般选用能耐较高温度的不锈耐热钢，并辅以结构上的外加冷却条件设计，来制成透平轮盘。

用于制作燃气轮机透平轮盘的不锈耐热钢期望耐热温度越高越好，一般选用能耐600℃使用温度的12Cr-Mo-V、12Cr-W-Mo-V-Nb-N类的马氏体不锈钢。根据小型燃气轮机透平盘(<Φ1000mm)和镍基高温合金燃机轮盘的开发基础上，结合大型燃汽轮机用透平盘的结构设计和使用要求，本发明选用12Cr-W-Mo-V-Nb-N类的马氏体不锈耐热钢来制作大型燃汽轮机用透平盘锻件。采用W、Mo、V、Nb、N元素强化的12％Cr马氏体钢具有良好的强韧性、疲劳性能、高温性能以及加工性能等，已广泛用作蒸汽温度为593℃及以上温度的高温转动零部件，如汽轮机转子、叶片等，并在此基础上不断的改进、试验，开发可以用到620℃的马氏体耐热钢，这些材料具有良好的高温性能和使用性能，其主要合金成分可以作为本发明材料的技术基础。表1为国内外与本发明相近的12％Cr马氏体耐热钢的专利、最新研究成果及产品牌号化学成分，表2为现有合金热处理后的性能。

表1.12Cr-W-Mo-V-Nb-N类的马氏体不锈耐热钢的专利、最新研究成果及产品牌号

备注：元素有≤的成分要求，是指这些元素是残余有害元素，是原料和冶炼过程中不可避免的，希望越低越好。

表2.12Cr-W-Mo-V-Nb-N类的马氏体不锈耐热钢热处理后的性能