CN106119731A

CN106119731A - 一种燃气轮机压气机叶片钢材料及其制备方法

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Publication number: CN106119731A
Application number: CN201610760876.5A
Authority: CN
Inventors: 李建; 雷德江; 刘永新; 丁勇
Original assignee: SICHUAN LIUHE FORGING Co Ltd
Current assignee: Sichuan Liuhe Special Metal Materials Co., Ltd.
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2036-08-30
Also published as: CN106119731B

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机压气机叶片钢材料及其制备方法，不锈钢材料以重量百分比计，C：0.17%~0.22%、Si：0.1%~0.50%、Mn：0.3%~0.8%、P：≤0.030%、S：≤0.020%、Cr：12.5%~14.0%、Ni：0.3%~0.8%、余量为Fe。其制备方法是：采用非真空感应炉熔炼、LF炉外精炼、VD精炼炉、电渣，获得纯净均匀的铸锭，并通过优化的加热、锻造和热处理获得燃气轮机压气机叶片钢材料，该材料具有较好的综合力学性，抗拉强度σb≥800MPa、屈服强度σ0.02≥650、延伸率≥15%、断面收缩率≥50%、纵向冲击功KV2≥60J、横向冲击功KV2≥45J、低的纵横向性能差异（≤20%）以及低的FATT50（≤30℃），满足燃气压气机叶片的性能需求。

Description

一种燃气轮机压气机叶片钢材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钢钢材料及其制备方法，具体为一种燃气轮机压气机叶片钢材料及其制备方法，属于合金材料应用技术领域。

背景技术

压气机作为燃气轮机中动能转换为热能的重要部件，其叶片不仅承受高载荷作用，还承受离心力、扭转力的循环作用，所以叶片材料既要有高的强度指标，还要有好的韧性指标，尤其对材料横向性能、纵横向力学性能差异要求很高，而且由于其作为为燃气涡轮机发动机提供高压气体，其进气口温度即环境温度的差异，要求材料具有低的韧脆转变温度及FATT50。目前国内叶片钢难以满足压气机叶片的要求，大多依靠进口，对燃气涡轮机的国产化生产产生不利影响，因此压气机叶片钢的研制国产化具有重大意义。

而目前的燃气轮机压气机叶片钢材料制备方法制取的材料强度低，没有良好的断裂韧性，并且材料的横向力学性能和耐应力腐蚀性能低，在使用过程中，材料的抗拉强度小于800Mpa；屈服强度也小于650N/mm2；伸长率小于15％；断面收缩率小于50％；纵向冲击功小于60J；横向冲击功小于45J，材料中的氮含量大于20ppm，使材料的使用寿命短，不能满足燃气压气机叶片的性能要求，叶片组织不均匀，强度低的情况下，其韧性也很低，纵向和横向性能不均匀。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种燃气轮机压气机叶片钢材料及其制备方法，满足在复杂工作环境下的使用要求。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种燃气轮机压气机叶片钢材料，以重量百分比计，包括C：0.17%~0.22%、Si：0.1%~0.50%、Mn：0.3%~0.8%、P：≤0.030%、S：≤0.020%、Cr：12.5%~14.0%、Ni：0.3%~0.8%、余量为Fe。

其制备方法步骤如下：

步骤A、按上述元素成分配比配制合金，通过非真空感应炉熔炼均匀化，熔炼温度为1500~1550℃，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，制成钢水；

步骤B、将步骤A的钢水兑入LF炉外精炼炉中进行精炼，制成精炼钢水；

步骤C、将步骤B的精炼钢水，放置于VD精炼炉真空去气以进一步精炼，破空后取样分析，调整成分，制成优质钢水；

步骤D、将步骤C的优质钢水，采用下注法浇注成电极棒；

步骤E、将步骤D的电极棒作为电极，放置于电渣炉中进行二次重熔净化，形成电渣锭；

步骤F、将步骤E制成的电渣锭，加热至1180℃~1200℃，保温30h，用压机经过二镦二拔，制成钢坯；

步骤G、将步骤F制成的钢坯进行退火处理，将钢坯加热至1140℃~1160℃，保温1~2h后锻造成材，并缓冷；

步骤H、将步骤G锻造后的型材进行锻后热处理：锻造后缓慢的冷却至表面温度150℃~180℃，入炉以≤100℃/h的速度加热至980℃，保温6h/100mm，炉冷至660~680℃，加热至720℃，保温24h/100mm，然后炉冷至500℃，出炉空冷，制得所需材料。

优选的，步骤A中，熔炼钢水在非真空感应炉内进行。

优选的，步骤B中，炉外精炼在LF炉中进行。

优选的，步骤C中，炉外精炼在VD炉中进行，出钢前加入0.5kg/吨稀土元素Ce。

优选的，步骤F中, 采用2000T快锻机进行锻造。

优选的，步骤G中, 退火处理在台车炉内进行。

优选的，所述杂质为：以重量百分比％计，N≤0.01%，制备过程中N含量控制在≤18ppm。

本发明的有益效果是：该种燃气轮机压气机叶片钢材料及其制备方法制备的不锈钢材料组织均匀，炉外精炼在VD炉中进行，出钢前加入0.5kg/吨稀土元素Ce，提高材料的纯净度，使燃气轮机压气机叶片钢材料在低温、室温和高温情况下塑性和冲击韧性增强，采用2000T快锻机进行锻造且通过二镦二拔，使叶片组织均均匀，具有优良的断裂韧性，良好的横向力学性能；通过本发明生产所述高强高韧不锈钢材料，其具有除高的强度外，抗拉强度σb≥800MPa、屈服强度σ0.02≥650、延伸率≥15%、断面收缩率≥50%、纵向冲击功KV2≥60J、横向冲击功KV2≥45J、低的纵横向性能差异（≤20%）以及低的FATT50（≤30℃），满足燃气压气机叶片的性能需求使材料具有优良的冲击韧性，有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种燃气轮机压气机叶片钢材料，以重量百分比计，包括C：0.17%~0.22%、Si：0.1%~0.50%、Mn：0.3%~0.8%、P：≤0.030%、S：≤0.020%、Cr：12.5%~14.0%、Ni：0.3%~0.8%、余量为Fe；

其制备方法步骤如下：

其中，炉外精炼在VD炉中进行，出钢前加入0.5kg/吨稀土元素Ce；

步骤D、将步骤C的优质钢水，采用下注法浇注成电极棒；

其中，采用2000T快锻机进行锻造；

所述杂质为：以重量百分比％计，N≤0.01%，制备过程中N含量控制在≤18ppm。

实施例一：

选取C：0.18%、Si：0.15%、Mn：0.45%、P：0.025%、S：0.008%、Cr：12.6%、Ni：0.65%和余量Fe；按上述元素成分配比配制合金，通过非真空感应炉熔炼均匀化，熔炼温度为1500~1550℃，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，制成钢水；将钢水兑入LF炉外精炼炉中进行精炼，制成精炼钢水；将精炼钢水，放置于VD精炼炉真空去气以进一步精炼，破空后取样分析，调整成分，制成优质钢水；其中，炉外精炼在VD炉中进行，出钢前加入0.5kg/吨稀土元素Ce；将优质钢水，采用下注法浇注成电极棒；将电极棒作为电极，放置于电渣炉中进行二次重熔净化，形成电渣锭；将制成的电渣锭，加热至1180℃~1200℃，保温30h，用压机经过二镦二拔，制成钢坯；其中，采用2000T快锻机进行锻造；将制成的钢坯进行退火处理，将钢坯加热至1140℃~1160℃，保温1~2h后锻造成材，并缓冷；将锻造后的型材进行锻后热处理：锻造后缓慢的冷却至表面温度150℃~180℃，入炉以100℃/h的速度加热至980℃，保温6h/100mm，炉冷至660~680℃，加热至720℃，保温24h/100mm，然后炉冷至500℃，出炉空冷，制得所需材料。

所述杂质为：以重量百分比％计，N≤0.01%，制备过程中N含量控制在18ppm。

实施例二：

选取C：0.20%、Si：0.30%、Mn：0.55%、P：0.025%、S：0.008%、Cr：13.0%、Ni：0.75%和余量Fe；按上述元素成分配比配制合金，通过非真空感应炉熔炼均匀化，熔炼温度为1500~1550℃，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，制成钢水；将钢水兑入LF炉外精炼炉中进行精炼，制成精炼钢水；将精炼钢水，放置于VD精炼炉真空去气以进一步精炼，破空后取样分析，调整成分，制成优质钢水；其中，炉外精炼在VD炉中进行，出钢前加入0.5kg/吨稀土元素Ce；将优质钢水，采用下注法浇注成电极棒；将电极棒作为电极，放置于电渣炉中进行二次重熔净化，形成电渣锭；将制成的电渣锭，加热至1180℃~1200℃，保温30h，用压机经过二镦二拔，制成钢坯；其中，采用2000T快锻机进行锻造；将制成的钢坯进行退火处理，将钢坯加热至1140℃~1160℃，保温1~2h后锻造成材，并缓冷；将锻造后的型材进行锻后热处理：锻造后缓慢的冷却至表面温度150℃~180℃，入炉以90℃/h的速度加热至980℃，保温6h/100mm，炉冷至660~680℃，加热至720℃，保温24h/100mm，然后炉冷至500℃，出炉空冷，制得所需材料。

所述杂质为：以重量百分比％计，N≤0.01%，制备过程中N含量控制在≤15ppm。

实施例三：

选取C：0.19%、Si：0.20%、Mn：0.50%、P：0.020%、S：0.005%、Cr：12.6%、Ni：0.65%和余量Fe；按上述元素成分配比配制合金，通过非真空感应炉熔炼均匀化，熔炼温度为1500~1550℃，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，制成钢水；将钢水兑入LF炉外精炼炉中进行精炼，制成精炼钢水；将精炼钢水，放置于VD精炼炉真空去气以进一步精炼，破空后取样分析，调整成分，制成优质钢水；其中，炉外精炼在VD炉中进行，出钢前加入0.5kg/吨稀土元素Ce；将优质钢水，采用下注法浇注成电极棒；将电极棒作为电极，放置于电渣炉中进行二次重熔净化，形成电渣锭；将制成的电渣锭，加热至1180℃~1200℃，保温30h，用压机经过二镦二拔，制成钢坯；其中，采用2000T快锻机进行锻造；将制成的钢坯进行退火处理，将钢坯加热至1140℃~1160℃，保温1~2h后锻造成材，并缓冷；将锻造后的型材进行锻后热处理：锻造后缓慢的冷却至表面温度150℃~180℃，入炉以95℃/h的速度加热至980℃，保温6h/100mm，炉冷至660~680℃，加热至720℃，保温24h/100mm，然后炉冷至500℃，出炉空冷，制得所需材料。

所述杂质为：以重量百分比％计，N≤0.01%，制备过程中N含量控制在≤16ppm。

根据实施例一、实施例二和实施例三制备的合金材料，通过燃气轮机压气机叶片钢材料及其制备方法制备的不锈钢材料组织均匀，炉外精炼在VD炉中进行，出钢前加入0.5kg/吨稀土元素Ce，提高材料的纯净度，使燃气轮机压气机叶片钢材料在低温、室温和高温情况下塑性和冲击韧性增强，采用2000T快锻机进行锻造且通过二镦二拔，使叶片组织均均匀，具有优良的断裂韧性，良好的横向力学性能；通过本发明生产所述高强高韧不锈钢材料，其具有除高的强度外，抗拉强度σb≥800MPa、屈服强度σ0.02≥650、延伸率≥15%、断面收缩率≥50%、纵向冲击功KV2≥60J、横向冲击功KV2≥45J、低的纵横向性能差异（≤20%）以及低的FATT50（≤30℃），满足燃气压气机叶片的性能需求使材料具有优良的冲击韧性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种燃气轮机压气机叶片钢材料，其特征在于，以重量百分比％计，包括C：0.17%~0.22%、Si：0.1%~0.50%、Mn：0.3%~0.8%、P：≤0.030%、S：≤0.020%、Cr：12.5%~14.0%、Ni：0.3%~0.8%、余量为Fe。

2.一种燃气轮机压气机叶片钢材料的制备方法，其特征在于，其制备方法步骤如下：

步骤A、将元素成分配比配制合金，通过非真空感应炉熔炼均匀化，熔炼温度为1500~1550℃，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，制成钢水；

步骤D、将步骤C的优质钢水，采用下注法浇注成电极棒；

3.根据权利要求2所述的一种燃气轮机压气机叶片钢材料的制备方法，其特征在于：步骤A中，熔炼钢水在非真空感应炉内进行。

4.根据权利要求2所述的一种燃气轮机压气机叶片钢材料的制备方法，其特征在于：步骤B中，炉外精炼在LF炉中进行。

5.根据权利要求2所述的一种燃气轮机压气机叶片钢材料的制备方法，其特征在于：步骤C中，炉外精炼在VD炉中进行，出钢前加入0.5kg/吨稀土元素Ce。

6.根据权利要求2所述的一种燃气轮机压气机叶片钢材料的制备方法，其特征在于：步骤F中, 采用2000T快锻机进行锻造。

7.根据权利要求2所述的一种燃气轮机压气机叶片钢材料的制备方法，其特征在于：步骤G中, 退火处理在台车炉内进行。

8.根据权利要求2所述的一种燃气轮机压气机叶片钢材料的制备方法，其特征在于：所述杂质为：以重量百分比％计，N≤0.01%，制备过程中N含量控制在≤18ppm。