專利名稱：一種水輪機葉片用微合金化馬氏體不銹鋼及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種不銹鋼材料及其制造方法，特別是水輪機葉片用的馬氏體不銹鋼及其制造方法。技術背景馬氏體不銹鋼是鋼鐵工業中重要的鐵碳合金。目前大型水輪機轉輪及葉片普遍采用0Crl3Ni4 6Mo和0Crl6Ni5Mo馬氏體不銹鋼制造。近十幾年在我國裝機的外國公司生產的大型水輪機轉輪，在運行中發生多起開裂事故，這些轉輪用材均為上述馬氏體不銹鋼，而且這些開裂事故一般都是在焊接接頭處產生疲勞裂紋，這主要與焊后應力消除不充分有關。主要原因是傳統水輪機用大型馬氏體不銹鋼的A1點較低，焊后去應力退火的溫度不能太高，以避免過多的奧氏體出現，影響其性能。因此，焊接應力消除不完全。在馬氏體不銹鋼中，碳是除鉻外的另一重要元素。隨著鋼中碳含量的提高，淬火后的硬度隨之提高，同時鋼的強度相應提高，而塑性相應降低，而且，碳對鋼的耐蝕性不利。在超低碳馬氏體不銹鋼中，降低碳含量可以提高A1溫度，擴大去應力退火的溫度區間，使焊接應力能充分消除。但碳含量的降低會引起馬氏體不銹鋼強度下降。發明內容本發明的目的在于提供一種可以提高A1溫度、充分消除焊接應力的水輪機葉片用微合金化馬氏體不銹鋼及其制造方法。本發明主要是在超低碳馬氏體不銹鋼基礎上添加適量的釩和氮進行微合金化，通過均勻退火、空冷和回火工藝獲得水輪機葉片用微合金化馬氏體不銹鋼。本發明的水輪機葉片用微合金化馬氏體不銹鋼，其化學成分(wt%)是C < 0. 03， Cr 10-15，Ni 2. 0-6. 0, Mo 0. 5—1. 1，V 0. 04-0.20, N 0. 01-0.06, Si 0. 08-0.50, Mn 0. 2-0. 8，其余主要為Fe及不可避免的微量雜質元素。上述水輪機葉片用微合金化馬氏體不銹鋼的制造方法
1、加料用料罐把優質的工業廢鋼(P^ 0. 025%, S^O. 025%)、鉻鐵、鎳鐵、鉬鐵、硅鐵、 錳鐵、釩氮合金等原料加入電弧爐；
2、冶煉通電加熱原料使其全部熔化，熔煉溫度1500 1700°C。隨后VOD精煉，精煉溫度 1500 1700 0C ；
3、澆注將上述鋼水在溫度1500 1700°C澆注成鑄件；
4、熱處理將上述鋼件在溫度1100 1200°C，12 24h均勻化退火；在1000 1100°C 保溫，保溫時間按0. 3 0. 6min/mmX工件有效截面厚度進行，隨后空冷到室溫；再將其加熱到600 650°C，保溫時間按1. 8 2. Omin/mmX工件有效截面厚度進行回火處理、空冷； 再在550 600°C進行二次回火，保溫時間按1. 8 2. Omin/mmX工件有效截面厚度進行，空冷。本發明與現有技術相比具有如下優點能提高材料的A1溫度，改善其去應力退火工藝，而且可以不會因為碳含量的降低及焊后退火溫度的適當提高而降低馬氏體不銹鋼的強度。該材料可用作大型鑄鋼件材料，也是一種具有潛在應用價值的結構材料。
具體實施例方式
實施例1
向電弧爐中加入優質的廢鋼、鉻鐵、鎳鐵、鉬鐵、硅鐵、錳鐵、釩氮合金等，加熱使其全部熔化，熔煉溫度1550°C左右；隨后VOD精煉，精煉溫度1550°C左右；將上述鋼水在溫度 1550°C澆注成鑄件；然后在溫度1100°C，24h均勻化退火；在1100°C保溫，保溫30min，隨后空冷到室溫；再將其加熱到610°C，保溫IOOmin進行回火處理、空冷；再在570°C進行二次回火，保溫lOOmin，空冷。上述水輪機葉片用微合金化馬氏體不銹鋼的化學成分(wt%)為C 0. 02,Cr 10. 70,Ni 2. 81、Mo 0. 67,V 0. 05,N 0. 016,Si 0. 49,Mn 0. 20,P 0. 025,S 0.018、 其余為狗。產品取樣測試結果通過膨脹法得到該合金的A1溫度為575 °C，比傳統超低碳馬氏體不銹鋼高約25°C。通過DSC測試，得到該合金的A1溫度為585°C，比傳統超低碳馬氏體不銹鋼高約35 °C。
二次回火后的力學性能
權利要求
1.一種水輪機葉片用微合金化馬氏體不銹鋼，其特征在于其化學成分為 C^O. 03, Cr 10-15，Ni 2.0-6.0，Mo 0. 5-1. 1,V 0. 04-0. 20, N 0. 01-0. 06, Si 0. 08-0. 50,Mn 0. 2-0. 8，其余為！^及不可避免的微量雜質元素。
2.上述權利要求1所述的一種水輪機葉片用微合金化馬氏體不銹鋼制造方法，其特征在于(1)向電弧爐中加入優質的廢鋼、鉻鐵、鎳鐵、鉬鐵、硅鐵、錳鐵、釩氮合金，加熱使其全部溶化，熔煉溫度1500 1700°C，隨后VOD精煉，精煉溫度1500 1700°C ；(2)將上述鋼水在溫度1500 1700°C澆注成鑄件；(3)將上述鑄件在溫度1100 1200°C，12 24h均勻化退火；在1000 1100°C保溫， 保溫時間按0. 3 0. 6min/mmX工件有效截面厚度進行，隨后空冷到室溫；再將其加熱到 600 650°C，保溫時間按1. 8 2. Omin/mmX工件有效截面厚度進行回火處理、空冷；再在 550 600°C進行二次回火，保溫時間按1. 8 2. Omin/mmX工件有效截面厚度進行，空冷。
全文摘要
一種水輪機葉片用微合金化馬氏體不銹鋼，其主要化學成分(wt%)為C≤0.03，Cr10-15，Ni2.0-6.0，Mo0.5-1.1，V0.04-0.20，N0.01-0.06，Si0.08-0.50，Mn0.2-0.8，其余主要為Fe及不可避免的微量雜質元素。本發明不銹鋼的制造方法是向電弧爐中加入優質的廢鋼、鉻鐵、鎳鐵、鉬鐵、硅鐵、錳鐵、釩氮合金，熔煉溫度1500～1700℃，隨后VOD精煉，精煉溫度1500～1700℃；將上述鋼水在溫度1500～1700℃澆注成鑄件，并將該鑄件在溫度1100～1200℃，12～24h均勻化退火，在1000～1100℃保溫后，空冷到室溫；再將其加熱到600～650℃，保溫、空冷；再在550～600℃進行二次回火，保溫，空冷。本發明能提高常規材料的A1溫度，改善其去應力退火工藝，而且可以不會因為碳含量的降低及焊后退火溫度的適當提高而降低馬氏體不銹鋼的強度。
文檔編號C22C38/46GK102154592SQ20111005196
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年3月4日
發明者傅萬堂, 呂知清, 孫淑華, 張亞才, 王振華, 鄭煬曾 申請人:燕山大學