CN1257303C - 高韧性汽轮机高温转子材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽轮机高温转子材料。一种高韧性汽轮机高温转子材料，其所含的化学元素和含量为：C 0.20～0.30，Mn 0.70～1.00，P≤0.012，S≤0.012，Mo 1.00～1.30，V 0.21～0.29，Si≤0.10，Ni 0.5～1.00，Cr 2.00～2.50，余量为Fe。本发明的高温转子材料具有与现有转子材料相同的屈服强度和相同的高温强度，但韧性显著提高，作为韧性指标的冲击功和FATT显著改善。

Description

高韧性汽轮机高温转子材料
技术领域
本发明涉及汽轮机高温转子材料。
背景技术
屈服强度等级为590Mpa的汽轮机高温转子材料，目前国内列入JB/T标准中可供选用的只有30Cr1Mo1V。该钢种虽有良好的高温强度，但韧性较差，作为韧性指标的冲击功只有8J，而FATT上限更是高达116℃，其中FATT是断口形貌转变温度。温度低于FATT时，材料将由韧性向脆性转变。FATT越高表明材料的韧性越差。为了保证汽轮机安全运行，汽轮机转子应在韧性状态下工作，即在FATT以上的温度条件下工作。由于30Cr1Mo1V钢的FATT较高，采用这种转子的汽轮机的起动条件相当苛刻，因此它的使用范围受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高韧性汽轮机高温转子材料，该汽轮机高温转子材料克服了现有的转子材料韧性较差的缺陷，具有与现有材料相同的屈服强度和相同的高温强度，但韧性显著提高，作为韧性指标的冲击功和FATT显著改善。
本发明是这样实现的：一种高韧性汽轮机高温转子材料，其所含的化学元素和含量为：C 0.20～0.30，Mn 0.70～1.00，P≤0.012，S≤0.012，Mo 1.00～1.30，V 0.21～0.29，Si≤0.10，Ni 0.5～1.00，Cr 2.00～2.50，余量为Fe。
本发明与现有的高温转子材料30Cr1Mo1V钢相比，转子材料的成分特点是降低了C和Si两个元素的含量，提高了Cr元素含量，同时添加了合金元素Ni。因此，本发明的高温转子材料具有与现有转子材料相同的屈服强度和相同的高温强度，但韧性显著提高，作为韧性指标的冲击功和FATT显著改善。
附图说明
图1为汽轮机转子锻件的取样部位。
图中：X-1和X-2部位为外园径向取样，L-1和L-2部位为端部纵向取样。
表1为本发明汽轮机转子与现有转子的化学成分，表2为汽轮机转子实施例的化学成分，表3为实施例1汽轮机转子锻件成品分析结果，表4为实施例汽轮机转子锻件的力学性能。
具体实施方式
实施例1，采用新材料25Cr2NiMo1V制造了一根转子锻件，锻件用钢采用碱性电炉冶炼，并经钢包精炼和真空除气。用一根重量为53吨的钢锭锻制成转子锻件，锻件粗加工后的重量为14.4吨，最大直径为1.18米，长度为6.3米，各项指标完全满足研制开发要求。
参见表2，表2中列出了转子的化学成分分析结果。
         表1转子的化学成分
   25Cr2NiMo1V    30Cr1Mo1V
  C   0.20-0.30   0.27-0.34
  Mn   0.70-1.00   0.70-1.00
  P   ≤0.012   ≤0.012
  S   ≤0.012   ≤0.012
  Si   ≤0.10   0.20-0.35
  Ni   0.50-1.00   ≤0.50
  Cr   2.00-2.50   1.05-1.35
  Mo   1.00-1.30   1.00-1.30
  V   0.21-0.29   0.21-0.29
                      表2  转子的化学成分
   25Cr2NiMo1V    25Cr2NiMo1V (实施例1)    25Cr2NiMo1V (实施例2)    25Cr2NiMo1V (实施例3)
  C   0.20-0.30   0.25   0.27   0.23
  Mn   0.70-1.00   0.78   0.79   0.77
  P   ≤0.012   0.007   0.007   0.007
  S   ≤0.012   0.001   0.001   0.001
  Si   ≤0.10   0.05   0.03   0.04
  Ni   0.50-1.00   0.83   0.87   0.82
  Cr   2.00-2.50   2.21   2.23   2.22
  Mo   1.00-1.30   1.10   1.11   1.12
  V   0.21-0.29   0.23   0.23   0.24
                               表3 实施例1汽轮机转子锻件成品分析结果
  C   Mn   P   S   Si   Ni   Cr   Mo   V
  X-1   0.25   0.76   0.007   0.001   0.06   0.83   2.24   1.09   0.23
  X-2   0.25   0.75   0.007   0.001   0.06   0.82   2.24   1.09   0.23
                           表4 实施例汽轮机转子锻件的力学性能
牌号 部位   YS(MPa)   TS(MPa) EL(％)   RA(％)   Akv(J)   FATT(℃)
   25Cr2NiMo1V (实施例1)   X-1   640   764   23.2   72.1    -   -
  X-2   648   768   23.8   73.0   145   4
  L-1   681   817   21.4   68.6    -   -
  L-2   656   776   23.6   73.8    -   -
   25Cr2NiMo1V (实施例2)   X-1   636   757   24.8   74.2    -   -
  X-2   642   762   23.5   73.9   149   3
   25Cr2NiMo1V (实施例3)   X-1   643   769   21.8   70.8    -   -
  X-2   652   778   21.3   70.1   137   6
   30Cr1Mo1V   -   590～690   ≥720   ≥15   ≥40   ≥8   ≤116
为考查转子锻件化学成分的均匀性，从实施例1转子锻件的X-1和X-2两个部位取样进行了成品分析，参见图1，表3、表4。由表3所列数据可以看出，转子锻件的化学成分相当均匀。
表4给出了实施例1转子锻件经性能热处理后不同部位的力学性能。为进行对照，表4中最下面一行列出了传统转子材料30Cr1Mo1V的力学性能指标(按JB/T 7027)。由表4中数据可见，转子材料25Cr2NiMo1V的强度(屈服强度YS及抗拉强度TS)和塑性(延伸率EL及断面收缩率RA)满足传统转子材料30Cr1Mo1V的指标要求，而韧性(冲击功Akv和断口形貌转变温度FATT)则明显优于后者。用25Cr2NiMo1V制成的转子锻件，冲击功Akv达到145J，是传统转子材料指标的18倍，FATT更是低至4℃，比传统转子材料指标低112℃。
汽轮机转子材料25Cr2NiMo1V的高温性能，和高温性能优良的30Cr1Mo1V钢有相同的指标。
实施例2，其化学成分数据见表2，其力学性能见表4。
实施例3，其化学成分数据见表2，其力学性能见表4。
在某新型号汽轮机转子设计中，为保证技术指标的先进性，要求高温转子材料的FATT低于70℃。若选用传统转子材料30Cr1Mo1V，由于FATT上限为116℃，显然不能满足设计要求。采用本发明的高韧性转子材料后，由于其FATT只有4℃左右，完全能满足设计要求。

Claims (1)

1.一种高韧性汽轮机高温转子材料，其所含的化学元素和含量为：C 0.20～0.30，Mn 0.70～1.00，P≤0.012，S≤0.012，Mo 1.00～1.30，V0.21～0.29，Si≤0.10，Ni 0.5～1.00，Cr 2.00～2.50，余量为Fe。
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