[发明专利]用于630℃超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种用于630℃超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料及其制造方法。

背景技术

汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。

汽轮机叶片受高温高压蒸汽的作用，工作中承受着较大的弯矩，高速运转中的动叶片还要承受很高的离心力；处于湿燕汽区的叶片，特别是末级，要经受电化学腐蚀及水滴冲蚀.动叶片还要承受很复杂的激振力。因此，叶片用钢应满足以下要求:有足够的室温、高温力学性能和抗姗变性能；有高的抗振动衰减能力；高的组织稳定性；良好的耐腐蚀和抗冲蚀能力；良好的工艺性能。汽轮机叶片种类多样，其中630℃超超临界汽轮机叶片需要要求使用高温性能优质的材料制成。目前国内外多采用高温合金制造该种叶片。采用高温合金不仅大大增加了机组的原材料成本，而且给叶片的加工带来很大困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于630℃超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料及其制造方法，以解决现有材料制成的汽轮机叶片存在成本高且加工难度大，易出现热疲劳损伤的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种用于630℃超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料，它按重量百分比化学组成为：

C+N：0.20％以下；Si：0.20％以下；Mn：0.60％以下；Ni：0.7％以下；Mo+W：2.20～3.20％以下；V+Nb或Ta：0.15～0.40％；Co：0.5～2.00％；Re≤0.30％；B：0.015以下；余量是杂质，所述杂质为：

P≤0.015％；S≤0.005％；Cu≤0.15％。

如具体实施方式一所述的用于630℃超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料的制造方法，它包括如下步骤：

步骤一：取制备含Re钢材料的所需元素于电炉或真空感应炉中初炼；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素的含量；

步骤二：在电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，使其符合设计要求，制成电渣锭；

步骤三：将电渣锭加热锻造或轧制成含Re钢材料实体；

步骤四：将Re钢材料实体进行退火热处理：步骤及工艺参数如下：

将含Re钢材料实体加热至760℃，保温4小时后，在退火炉中冷却至680℃并保温12～20小时后，出炉空冷；

步骤五：含Re钢材料实体表面处理：对含Re钢材料实体进行表面磨光或车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得含Re钢材料的成品；

步骤六：在含Re钢材料的成品上取样检验力学性能，进行室温拉伸试验和高温持久试验；

试样热处理，步骤及工艺参数如下：

淬火：加热温度1100～1140℃；冷却方式：油冷或吹风冷

回火：加热温度660～700℃，时间2～4小时；冷却方式：空冷

力学性能指标应达到如下：

抗拉强度：σb≥930N/mm²

屈服强度：σ0.2≥750N/mm²

伸长率：δ≥15％

断面收缩率：ψ≥45％

高温持久试验：

实验条件：温度650℃；应力245N/mm²

断裂时间T≥300小时。

本发明与现有技术相比的有益效果：

1、本发明通过调整部分化学成分，优化设计热处理工艺参数，提高了含Re钢材料的常温力学性能，并在此工艺下进行了一万小时的长时持久性能试验，通过L-M曲线得到的材料高温性能可达630℃，10万小时的持久强度大于100MPa，完全满足630℃超超临界汽轮机叶片的使用要求。并且通过本发明制备的含Re钢材料能够保证热膨胀系数与转子钢相当，室温到650℃的平均线膨胀系数在12.0×10^-6/℃～12.5×10^-6/℃之间，通过本发明制备的含Re钢材料抵抗热疲劳效果好，不会出现热疲劳损伤现象。

2、本发明制造过程简单，操作方便，制备成本低廉，与现有技术相比成本降低了50％，制备效率与现有技术相比提高30％。

具体实施方式

具体实施方式一：本具体实施方式中用于630℃超超临界汽轮机叶片的含Re钢材料按重量百分比化学组成为：