CN102808136B

CN102808136B - 一种百万机组超超临界汽轮机滤网体材料的制造方法

Info

Publication number: CN102808136B
Application number: CN201210291017.8A
Authority: CN
Inventors: 祁进坤; 赵钢; 寇晓磊; 王颜臣; 齐国强; 任淑彬
Original assignee: Hebei Wuwei Aero & Power Technology Co ltd
Current assignee: Hebei Wuwei aviation electrical Polytron Technologies Inc
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2032-08-16
Also published as: CN102808136A

Abstract

本发明提供一种百万千瓦超超临界汽轮机旁路阀滤网体材料的制造方法，属于金属材料领域。本发明在1Cr13和10Cr9Mo1VNb合金的基础上对合金成分进行了进一步的设计与优化，添加了适量的W元素，并控制W和Mo的比例以及合金中C、V和Cr的含量，设计了一种新的合金成分，并确定了相应的冶炼、电渣、锻造以及热处理工艺等关键制造工序。按照本发明的工艺所制造的滤网体材料无论是室温性能还是高温性能均得到大幅度提升，均能满足百万机组超超临界汽轮机对滤网体材料的性能要求，有力地保障了汽轮机旁路阀以及整个汽轮机的安全性和可靠性。

Description

一种百万机组超超临界汽轮机滤网体材料的制造方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种制备百万机组超超临界汽轮机滤网体材料的制造方法。

背景技术

发电行业中，火力发电在今后以及很长时间内仍然在世界范围内占据主导地位，并且机组不断向着大容量、高参数、高效节能方向发展。我国“十一五”及以后也以发展600MW、1000MW以上超超临界汽轮机为重点。机组容量的不断加大对相关材料的性能提出了持续不断的高要求。阀作为汽轮机中最关键组成之一，随着工作温度和压力的不断提高，对内部组件材料的性能和组件的加工、装配精度也提出了更高的要求。因此，超超临界技术发展最重要的是高温高强新材料的研究与开发。能否提供在高温高压等苛刻环境下运行的特种金属材料，是超超临界火电机组推广应用的关键因素。发展超超临界机组在设计利制造中有许多关键技术问题，其中开发热强度高、抗高温烟气氧化腐蚀和高温汽水介质腐蚀、可焊性和工艺性良好、价格低廉的材料是最关键的问题。

超超临界汽轮机旁路阀(包括高压调节阀、控制阀，中压控制阀、调节阀等)的主要作用是动态调节和控制汽缸内气体的压力保持恒定，以保证发电机的输出功率稳定。因此为了确保汽轮机能够稳定工作，阀必须具有高的工作可靠性，这就要求阀的相关组件具有优异的性能。调节阀或控制阀通常是由阀杆、阀座、阀碟、蒸汽滤网等几大关键部分组成，其中蒸汽滤网主要起防止外部固体粒子等杂质从主汽管道中进入汽轮机内部的作用，它位于主汽阀腔的上部，包围着阀和阀座，在阀壳里安装时，它与上部和阀座为间隙配合。蒸汽滤网主要由三部分组成：精网，钻孔板及滤网体。其中滤网体的主要作用是支撑精网和钻孔板，要求在超超临界工作状态，即内部蒸汽压力超过30MPa、温度超过600℃，仍具有一定的强度和韧性，同时具有良好的耐蒸汽腐蚀性。在亚临界汽轮机中，滤网体的工况环境为蒸汽压力17MPa，蒸汽温度540℃，滤网体的材质广泛采用1Cr13钢，1Cr13具有较高的硬度，韧性，较好的耐腐性，热强性和冷变形性能，减震性也很好，其室温抗拉强度≥540MPa，屈服强度≥345MPa，冲击功≥78J。在超临界汽轮机中，滤网体的工作温度为567℃，蒸汽压力为25.5MPa，采用1Cr13钢不能满足要求，在1Cr13钢的基础上通过适当降低C含量，并添加V、Nb、Mo等元素，可以提高组织的稳定性和高温强度，即目前广泛采用的10Cr9Mo1VNb钢作为超临界汽轮机滤网体材料，其室温抗拉强度≥580MPa，屈服强度≥415MPa，冲击功≥68J。对于超超临界汽轮机，滤网体的工作温度达到600℃，压力达到30MPa，要求滤网体具有较高的持久强度，600℃、100h条件下持久强度应高于200MPa，同时具有优异的抗腐蚀性能。10Cr9Mo1VNb钢在600℃时持久强度为175MPa(100h)、95MPa(1000h)，因此采用10Cr9Mo1VNb钢不能满足超超临界汽轮机技术要求，必须开发具有更高性能的滤网体材料。

发明内容

本发明目的是提供一种性能可靠、成本较低的滤网体材料及其制备方法。主要是以合金10Cr9Mo1VNb为基础，通过提高C含量，添加适量的W元素，并调整W和Mo的比例值，形成W-Mo复合固溶强化和WC沉淀强化，并消除单一Mo元素带来的热脆性，增加合金的高温抗蠕变强度和持久强度；此外对Cr和V的含量进行了调整，并制定了合理的热处理工艺，可以综合利用板条马氏体强化、晶界强化、颗粒弥散沉淀强化与固溶强化等强化机制来大幅度提高合金的高温性能，尤其是在不影响抗腐蚀性能的前提条件下，提高合金的高温持久性能，满足超超临界汽轮机的工作要求。

一种百万于瓦超超临界汽轮机旁路阀滤网体材料的制造方法，其特征在于在1Cr13和10Cr9Mo1VNb合金的基础上添加了适量的W元素，并控制W和Mo的比例以及合金中C、V和Cr的含量，并匹配相应的冶炼、电渣、锻造以及热处理工艺，内容包括：

1)滤网体材料的成分重量百分比为：

C：0.2～0.25％、Si：0.25～0.5％、Mn：0.25～0.7％、Cr：11～13％、Ni：0.3～0.7％、Mo：0.8～1.6％、V：0.2～0.35％、W：0.4～0.8％、Nb：0.02～0.05％，P和S都小于0.02％、余量为Fe，其中Mo与W含量的比值为2∶1；

2)合金冶炼：按照上述合金成分要求，选取原材料，然后进行熔炼；该合金的熔炼采用真空冶炼，然后进行电渣重熔精炼。电渣重熔精炼的渣系配方为(重量百分比)：Al₂O₃为35-45％；CaO为40-55％；MgO为5-10％；SiO₂为10-15％；

3)合金锻造：合金锻造时，工件入炉保温温度为1180～1200℃，保温时间按照0.2h/cm的标准并结合锻件的实际厚度确定；第一火锻造时合金的变形量控制在15～20％范围；第二火开始每次的锻造变形量控制范围为40～60％，反复墩拔锻坯2～3次，使锻造比达到4以上，最后一火合金的终锻温度为870℃，变形量控制为30％；

4)锻后热处理制度：锻造成形结束后，将锻件入炉于950～970℃保温进行退火再结晶，同时消除锻造应力，保温时间按照0.5h/cm的标准并结合锻件的实际厚度确定；保温结束后，将工件随炉冷至300℃以下出炉空冷；

5)锻件性能热处理：将锻造退火的工件表面粗车后，进行超声波探伤，清除表面存在的所有缺陷，合格后进行性能热处理，即淬火+回火处理，淬火温度为950～970℃并进行油冷，升温速率控制为7～10℃/min，保温时间依据标准为1h/cm；回火温度700～720℃空冷，升温速率控制为7～10℃/min，保温时间依据标准为1.5h/cm。

总之，采用本发明的制造工艺制造的滤网体材料，由于添加了适量的W元素，并对W和Mo的比例进行控制，同时对合金的电渣渣系、锻造过程的锻造比和热处理工艺等进行重点控制，进一步提高了合金的高温持久强度和冲击性能，满足了百万超超临界汽轮机机组对滤网体材料的性能要求，保证了汽轮机旁路阀工作的安全性和可靠性。

具体实施方式：

(1)制造规格为Φ581(外径)/Φ479(内径)×522mm(长度)的滤网体，重量约为100kg

首先按照尺寸要求，设计毛坯尺寸规格，为Φ585(外径)/Φ475(内径)×528mm，毛坯重量约为110kg。按照毛坯重量，并结合具体合金元素的成分要求进行配料，采用真空中频感应炉进行熔炼，然后进行电渣重熔，电渣重熔锭的规格为Φ300×200mm，渣系配方为Al₂O₃为35％；CaO为50％；MgO为5％；SiO₂为10％。表1为电渣后合金的实测成分，并与本发明设计的成分进行了对比，可以看出所有合金元素均在本发明的范围之内。

表1化学成分(重量百分比％)

重熔锭锻造时，首先入炉进行加热，加热温度为1190℃，保温时间为4h，使钢坯充分热透，并实现内部合金元素的进一步扩散，使得内部成分更均匀。保温完毕后进行第一火锻造，第一火变形量控制在15％，使粗大晶粒及析出物得到初步的破碎；第二火开始增大锻坯的变形量，反复墩拔合金3次，并控制每火变形量达到40％，最终锻造比达到4以上，最后一火合金的终锻温度为900℃，变形量控制为40％。锻造结束后将工件放入970℃电炉中进行保温3h(工件厚度为55mm)，并随炉冷却至300℃以下出炉空冷。工件冷却至室温后进行粗加工，并进行表面超声波探伤，超声探伤合格后，进行性能热处理。性能热处理过程为：首先将探伤合格的工件入炉(炉温小于300℃)并随炉按10℃/min的速率升温至950℃，然后保温5h，出炉油冷，淬火后再次将工件入炉(炉温小于300℃)随炉按10℃/min的速率升温至720℃进行回火，回火保温时间8.25h，然后随炉冷至室温。

按上述工艺制造的材料，进行室温和高温力学性能测试，达到的力学性能指标以如下表2所示，表2同时列出了标准要求值以及1Cr13和10Cr9Mo1VNb所能达到的性能。可见，采用本发明设计的材料成分及制造工艺，所制备材料的性能均超过标准要求的性能。

表2实测性能值与要求性能指标

Claims

1.一种百万千瓦超超临界汽轮机旁路阀滤网体材料的制造方法，其特征在于在1Cr13和10Cr9MolVNb合金的基础上添加了适量的W元素，并控制W和Mo的比例以及合金中C、V和Cr的含量，并匹配相应的冶炼、电渣、锻造以及热处理工艺，内容包括：

1)滤网体材料的成分重量百分比为：

C：0.2～0.25％、Si：0.25～0.5％、Mn：0.25～0.7％、Cr：11～13％、Ni：0.3～0.7％、Mo：0.8～1.6％、V：0.2～0.35％、W：0.4～0.8％、Nb：0.02～0.05％，P小于0.02％、S小于0.02％、余量为Fe，其中Mo与W含量的比值为2：1；

2)合金冶炼：按照上述合金成分要求，选取原材料，然后进行熔炼；该合金的熔炼采用真空冶炼，然后进行电渣重熔精炼；电渣重熔精炼的渣系配方为(重量百分比)：Al₂O₃为35-45％；CaO为40-55％；MgO为5-10％；SiO₂为10-15％；渣系中各原料之和等于100％；

3)合金锻造：合金锻造时，工件入炉保温温度为1180～1200℃，保温时间按照0.2h／cm的标准并结合锻件的实际厚度确定；第一火锻造时合金的变形量控制在15～20％范围；第二火开始每次的锻造变形量控制范围为40～60％，反复墩拔锻坯2～3次，使锻造比达到4以上，最后一火合金的终锻温度为870℃，变形量控制为30％；

4)锻后热处理制度：锻造成形结束后，将锻件入炉于950～970℃保温进行退火再结晶，同时消除锻造应力，保温时间按照0.5h／cm的标准并结合锻件的实际厚度确定；保温结束后，将工件随炉冷至300℃以下出炉空冷；

5)锻件性能热处理：将锻造退火的工件表面粗车后，进行超声波探伤，清除表面存在的所有缺陷，合格后进行性能热处理，即淬火+回火处理，淬火温度为950～970℃并进行油冷，升温速率控制为7～10℃／min，保温时间依据标准为1h／cm；回火温度700～720℃空冷，升温速率控制为7～10℃／min，保温时间依据标准为1.5h／cm。