[发明专利]火电机组超临界蒸汽轮机耐热部件材料成份的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及高合金耐热钢材料技术领域，特别涉及一种用于火电机组超临界蒸汽轮机耐热部件材料成份的设计方法，使材料组织也避免含有不良组织δ-Fe，以提高材料高温的力学性能。

背景技术

新型高合金耐热钢ZG12Cr9Mo1CoNiVNbNB属于我国自主研发的高端耐热钢材料，其铸件产品主要用在火电机组超超临界蒸汽轮机设备方面。该材料的主要化学成分（质量百分比%）为：C0.10~0.14，Si0.20~0.30,Mn0.8~1.0，Cr9.00~9.60，Ni0.10~0.25，Mo1.40~1.60，Co0.90~1.10，V0.18~0.22，Nb0.050~0.071，B0.008~0.013，N0.015~0.030，余量为Fe。材料室温下的力学性能要求：抗拉强度630-750MPa，屈服强度≥500MPa，延伸率≥15%，断面收缩率≥40%，冲击功≥30J；高温持久力学性能要求极高，要求同时满足当温度保持620℃，应力为150MPa，持续时间≥100h；温度保持675℃，应力为100MPa，持续时间≥100h；温度保持695℃，应力为85MPa，持续时间≥100h。由此可见，具有较高的综合常温力学性能和非常严格的高温力学性能要求。

与该耐热钢相比，国内当前最先进的耐热钢其使用的最高温度为600℃、27MPa，而ZG12Cr9Mo1CoNiVNbNB的最高运行参数可达620℃、30MPa，为此不仅热效率相对提高8-10%，还能大大降低二氧化碳排放，而且使用寿命也大大增加，是当前国际能源行业发展的主要高效、清洁发电技术。

进行该材料火电机组铸钢件的研发，不仅成为装备制造行业进行技术创新、转型升级的重要举措，还能有效推动国家能源行业的跨越式发展，也符合《装备制造业调整和振兴规划》等各类国家产业规划和政策。该材料大型铸件的制造技术目前仅被国外个别公司掌握，形成了一定的技术垄断。由于合金元素多，冶炼难度大，焊接技术和热处理要求高等多方面技术壁垒的限制，我国目前还没有能够完全制造该类产品的企业。尤其是针对如何进行具体铸件的成分优化设计，目前还没有。为满足实际生产现场需要，急需要一个能够指导该铸件成分设计的简单而又实用的依据方法。如何确定各主要元素之间的相互匹配关系，微量元素的控制范围确定，残余杂质元素控制的最低水平控制等，最终获得该材料最佳成分配比，成为当前该材料广泛应用需要解决的关键技术之一。

发明内容

本发明的针对现有技术中ZG12Cr9Mo1CoNiVNbNB合金钢应用中存在的上述技术问题，提供一种火电机组超临界蒸汽轮机耐热部件材料成份的设计方法。

本发明的目的是这样实现的，一种火电机组超临界蒸汽轮机耐热部件材料成份的设计方法，所述材料由为牌号为ZG12Cr9Mo1CoNiVNbNB的高合金耐热钢改进设计成而，其各元素成分的质量百分含量为C0.10~0.14，Si0.20~0.30,Mn0.8~1.0，Cr9.00~9.60，Ni0.10~0.25，Mo1.40~1.60，Co0.90~1.10，V0.18~0.22，Nb0.050~0.071，B0.008~0.013，N0.015~0.030，余量为Fe；材料成分的设计方法包括如下过程：

(1)根据成分中各元素含量范围，用各元素的上限值和下限值按下述公式1和公式2分别计算合金材料的镍当量Nieq和铬当量Creq；

公式1：Nieq=30C+Ni+Co+0.5Mn+25N，

公式2：Creq=Cr+1.5Mo+2Si+5V+1.75Nb，公式中各元素值直接取质量百分含量值；

（2）以Creq为横作标，Nieq为纵作标，分别以元素含量的上限值计算得到的Creq和Nieq在作标系中描点一，再以元素含量的下限值计算得到的Creq和Nieq在作标系中描点二，以点一和点二为矩形的两个对角方向的顶点框一个框形；

（3）在材料成分范围内选取各成分的含量，并按公式1和公式2计算Nieq和Creq值，调整各元素的含量，使Nieq/Creq≥0.42，且Nieq≥5.1，Creq≥13.1，从而确定材料的成分范围。