[发明专利]超超临界机组马氏体耐热钢及其真空感应炉冶炼工艺

说明书

本发明公开了一种超超临界机组马氏体耐热钢及其真空感应炉冶炼工艺，超超临界机组马氏体耐热钢，其化学分子式为13Cr9Mo2Co1VNbNB，用于600℃/620℃/30Mpa第二代超超临界机组燃气轮机高温部件的制造。其制备工艺采用真空感应炉冶炼，选取包含工业纯铁、金属铬、金属锰、金属钼、钒铁、金属钴、铌铁、硼铁、工业纯硅、电极块、氮化铬铁和镍板的炉料，经过熔化期、精炼期后出钢，惰性气体保护浇注，得到合格的马氏体耐热钢钢锭。本发明在准确控制Cr、Mo、Co、V、Nb等合金元素的同时，采用氩氮混合气体保证气压，稳定保证了易挥发、易烧损元素的成分精确控制，大大提高了耐热钢冶炼成分的稳定性，满足第二代超超临界机组发展的需求。

技术领域

本发明涉及耐热钢冶金技术领域，具体来的说是一种超超临界机组马氏体耐热钢及其真空感应炉冶炼工艺。

背景技术

为降低燃料消耗和减少CO₂排放，超超临界机组（26MPa/600℃）技术正在向更高的参数方向发展。但由于耐热钢使用温度和高温耐腐蚀性制约，参数的进一步发展受到了一定限制。13Cr9Mo2Co1VNbNB耐热钢属于改进型9～12% Cr耐热钢，是一种新型的马氏体型耐热钢，具有优良的导热性、低的热膨胀系数、良好的抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀性能，是第二代超超临界机组（600℃/620℃/30MPa）高温部件优良选材。同时，13Cr9Mo2Co1VNbNB材料性能指标要求极高，质量要求严格。该材料不仅钢种成分复杂，合金元素众多，而且要求范围窄，气体及夹杂物含量要求高，化学成分控制非常困难，冶炼难度很大。因此，冶炼出高品质的超级耐热钢，可以成功的解决超超临界机组耐热钢的材料问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超超临界机组马氏体耐热钢及其真空感应炉冶炼工艺，该耐热钢用于600℃/620℃/30Mpa第二代超超临界机组燃气轮机高温部件的制备。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种超超临界机组马氏体耐热钢，其化学分子式为13Cr9Mo2Co1VNbNB，用于600℃/620℃/30Mpa第二代超超临界机组燃气轮机高温部件的制造，以重量百分比计，它包括如下组分：C:0.11~0.13，Si:0.22~0.27，Mn:0.82~0.95，P≤0.015，S≤0.008，Cr:9.2~9.5，Mo:1.45~1.58，Co:0.95~1.05，V:0.18~0.21，Ni:0.12~0.18，Nb:0.05~0.065，N:0.015~0.020，B:0.008~0.011，残余元素Cu≤0.10；Al≤0.020， As≤0.025；Sn≤0.015；Sb≤0.001；气体元素[H]≤0.0007；[O]≤0.0090；余量为Fe及不可避免的杂质。

一种超超临界机组马氏体耐热钢的真空感应炉冶炼工艺，本工艺用于冶炼如上所述的超超临界机组马氏体耐热钢，它包括以下内容：

（1）炉料：包含工业纯铁、金属铬、金属锰、金属钼、钒铁、金属钴、铌铁、硼铁、工业纯硅、电极块、氮化铬铁和镍板；冶金过程中加入的合金及辅料及砂箱使用前必须烘烤干燥；

（2）布料：坩埚外圈布放长度为750mm工业纯铁棒料，中间底部布放长度为100mm工业纯铁棒料，在下部布放金属钴、镍板，中部布放金属钼和全部电极块，中上部布放铌铁、钒铁、金属铬，上部布放长度为100mm工业纯铁棒料；装料要下紧上松，精心布料，便于自动塌料，防止架桥；

（3）熔化期：合炉逐级启动机械泵和罗茨泵，将炉内抽真空至10Pa以下；通水后通电，逐级升功率调整升温，升温速度为600℃/h，控制融化速度，较慢熔化，保证炉料充分预热而不使局部过热，炉料能充分去气而不产生喷溅，钢液面无气泡上浮；炉料全熔后测温1560~1570℃，保温3min，待炉料熔清，取样检测分析，钢液面平静，进入精炼期；

（4）精炼期：