一種鉬鈰復合合金化的汽輪機葉片鋼及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及馬氏體汽輪機葉片鋼，特指一種鉬鈰復合合金化的汽輪機葉片鋼及其制備方法，屬于鋼鐵材料領域。本發明在1Cr13鋼中同時添加鉬和鈰，鈰的添加提高了鉬在鋼中的活度，增強了鉬的作用，鈰本身也可以提高鋼的高溫力學性能和耐蝕性，鈰還可以同時提高鋼的抗高溫氧化性能，起到了復合合金化的作用。與只添加Mo元素的鋼種相比，添加的鈰元素量不大，成本增加不多，但增強了鉬的作用并提高了抗高溫氧化性能。與單獨添加稀土元素的鋼種相比，其高溫力學性能、耐蝕性和高溫力學性能更加優秀。
【專利說明】
一種鉬鈰復合合金化的汽輪機葉片鋼及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及馬氏體汽輪機葉片鋼，特指一種鉬鈰復合合金化的汽輪機葉片鋼及其制備方法，屬于鋼鐵材料領域。
【背景技術】
[0002]lCrl3鋼是具有代表性的馬氏體汽輪機葉片鋼，滿足450 °C以下蒸汽輪機葉片的使用要求，隨著蒸汽參數的提高，lCrl3鋼組織穩定性差，不能適應更高的服役溫度，因此科技人員在lCrl3的基礎上添加了Mo、Nb、V、N、W等合金元素來提高材料在高溫下的使用性能。這些合金元素在鋼中能起到固溶強化的作用，提高鋼的高溫強度，同時可提高材料的耐蝕性能，但是以上的合金元素對不銹鋼的抗高溫氧化性能無顯著的提高作用。
[0003]根據以往的研究成果，稀土元素在鋼中可起到深度凈化鋼液、變質鋼中的夾雜物、控制鋼的凝固組織和微合金化的作用，被成為鋼的“維生素”，但是，在2010年前，由于稀土價格昂貴，很難大量應用到冶金工業中去。稀土鈰是輕稀土元素中含量較為豐富的金屬，價格相對比較低廉，近年來，中國加入到WTO后，稀土的出□不再采用配額制，價格下跌至歷史低點，但同時，稀土礦是不可再生資源，低廉、大量地出口只會損害本國的稀土工業和相關產業，怎樣在國內高效利用稀土元素成為亟待解決的問題。有研究表明:在不銹鋼中添加稀土兀素，同樣可以提尚鋼的尚溫力學性能和耐蝕性能，并可同時提尚鋼的抗尚溫氧化性能。但是根據研究成果，由于稀土元素原子半徑太大，在鋼中的溶解度有限，所以單獨使用稀土兀素，對鋼耐蝕性能和尚溫力學性能提尚有限。
[0004]本發明基于以上兩方面考慮，在同時添加鉬和鈰，鈰的添加，提高了鉬在鋼中的活度，從而增強了鉬的作用，鈰本身也可以提高鋼的高溫力學性能和耐蝕性能，此外還可以提高鋼的抗高溫氧化性能，兩種元素的復合作用，對鋼的高溫力學性能、耐蝕性能和抗高溫氧化性能都起到了較大的提高作用。
【發明內容】
[0005]本發明目的在于提供一種鉬鈰復合合金化的汽輪機葉片鋼。lCrl3鋼是最常見的中低溫度下使用的汽輪機葉片鋼，其它汽輪機葉片鋼大部分是以lCrl3鋼為基礎添加Mo、Nb、V、N、W等合金元素發展起來的，這些元素可提高鋼的耐蝕性但不能夠提高鋼的抗高溫氧化性能。本發明同時將稀土元素鈰和鉬添加到lCrl3鋼中，起到了復合合金化的作用，同時提尚了鋼尚溫力學性能、耐蝕性和抗尚溫氧化性能。
[0006]上述汽輪機葉片鋼，其化學成分按照質量百分數計算為:C0.10%?0.17%，Mn0.35%?0.55%，Si 0.30%?0.60%，Ni 0.30 % ?0.60 %，Cr 11.50 % ?13.00 %，Ce0.02%?0.07% ,Mo 0.35%?0.55% ,P^0.030% ,S^0.025%，余量為Fe。
[0007]上述汽輪機葉片鋼的制備方法，其特征在于:
[0008]將稱好的工業純鐵、金屬鎳、金屬鉬、廢石墨電極、金屬鉻裝入真空感應爐的坩禍內，抽真空，通電冶煉，熔清20min后加入硅鐵、金屬錳，然后加入鋁脫氧，提高爐溫至出鋼溫度，添加稀土金屬鋪后出鋼，在真空室內完成鋼Ii饒注，饒注完后破真空。
[0009]進一步地，為了防止真空下C-O反應劇烈導致的噴濺，一開始裝爐至熔清后5min，真空度保持在200Pa。
[0010]進一步地，為了保證脫氧需求，爐料熔清5min后，將真空度提高至30Pa以下，并保持該真空度15min，然后充氬氣使爐內壓力增至0.04MPa，添加硅鐵、金屬錳，2min后添加鋁脫氧。
[0011 ] 進一步地，提高爐溫至出鋼溫度至1570 0C，添加稀土金屬鈰，Imin后出鋼，在真空室內完成鋼饒注，饒注完5min后破真空，開觸將鋼lit旲吊出，脫I旲取出鋼。
[0012]所用冶煉設備真空感應爐，坩禍材質為MgO，可在真空室內進行鋼錠澆注，具備真空狀態下三次加合金的功能。為了保證不受坩禍殘余冷鋼的影響，冶煉前采用工業純鐵洗爐兩次。
[0013]發明的該鋼種，同時將鉬和鈰一起加入復合合金化，其優勢是顯而易見的。鉬元素可以提尚鋼的尚溫力學性能和耐蝕性能，但不能鋼的抗尚溫氧化性能；鋪可以提尚鋼的尚溫力學性能、耐蝕性能和抗高溫氧化性能，但由于其在鋼中的溶解度較低，對高溫力學性能和耐蝕性能提高作用有限。同時加入上述兩種元素后，鈰是活性元素，可以提高鉬在鋼中的活度，增強鉬的有益作用，鈰本身也有提高高溫力學性能和耐蝕性能的作用，此外還能夠提尚鋼的抗尚溫氧化性能。
[0014]以往，科技工作者也對稀土鋼做了較多的研究，但是由于對稀土鋼的冶煉研究不夠深入，稀土元素的收得率和在鋼中的均勻性均得不到保證，開發成功的例子較少。以往在冶煉前期加入稀土，稀土與耐火材料反應，收得率極低，難以獲得目標含量稀土的鋼;在鋼錠模內加入稀土，稀土在鋼錠中的均勻性差。本發明所述的制備方法在冶煉后期加入稀土，稀土熔清后立即澆注，既保證了稀土金屬收得率又保證了其在鋼錠中的均勻性。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明鋼與lCrl2Mo鋼在700°C下的氧化增重實驗結果對比，由圖1看到，發明鋼比I Cr 12Mo鋼的氧化速度降低了近50 %。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
[0017]采用25kg真空感應爐冶煉，感應爐坩禍由粉狀MgO燒結而成，在真空室內可進行鋼錠澆注，感應爐具備真空狀態下三次加合金料裝置。冶煉的原料有工業純鐵、金屬錳、金屬鉬、金屬鎳、金屬鈰、鋁、硅鐵和廢石墨電極(用作C的成分調整)等。為了防止前期冶煉的不同鋼種殘留在坩禍內的冷鋼對本試驗鋼成分帶來干擾，冶煉前用工業純鐵“洗爐”兩次。冶煉前，按照鋼錠21kg精確稱取合金，精確配料，確保冶煉成分在控制范圍內。
[0018]將稱好的工業純鐵、金屬鎳、金屬鉬、廢石墨電極、金屬鉻裝入坩禍內，抽真空，通電冶煉，為了防止真空下C-O反應劇烈導致的噴濺，一開始裝爐至熔清后5min，真空度控制在200Pa;爐料熔清5min后，將真空度提高至30Pa以下，在該真空度保持15min進行精煉;然后充氬氣至0.04MPa，添加硅鐵、金屬錳，2min后添加鋁脫氧；提高爐溫至出鋼溫度1570 °C，添加稀土金屬鈰，Imin后出鋼，在真空室內完成鋼錠澆注，澆鑄成2Ikg的鋼錠，澆注完5min后破真空，開觸將鋼Ii申吳吊出，脫申吳取出鋼Ι?。
[0019]根據后期測試結果，本發明的葉片鋼，鈰和鉬同時加入，鈰提高了鉬在鋼中的活度，起到了復合合金化的作用，較未添加鉬和鈰的ICr 13鋼和單獨添加鉬的lCrl2Mo鋼，其高溫力學性能、耐蝕性能和抗高溫氧化能力均得到了提高。
【主權項】
1.一種鉬鈰復合合金化的汽輪機葉片鋼，其特征在于:在lCrl3鋼中同時添加鉬和鈰，鈰的添加提高了鉬在鋼中的活度，增強了鉬的作用，鈰本身也可以提高鋼的高溫力學性能和耐蝕性，鈰還可以同時提高鋼的抗高溫氧化性能，起到了復合合金化的作用。2.如權利要求1所述的一種鉬鈰復合合金化的汽輪機葉片鋼，其特征在于:其化學成分按照質量百分數計算為:C 0.10%?0.17%，Mn 0.35%?0.55%，Si 0.30%?0.60%，Ni0.30%?0.60%，Cr 11.50 % ?13.00 %，Ce 0.02% ?0.07 %，Mo 0.35 % ?0.55 %，P彡0.030% ,S^0.025%，余量為Fe。3.如權利要求1所述的一種鉬鈰復合合金化的汽輪機葉片鋼的制備方法，其特征在于:將稱好的工業純鐵、金屬鎳、金屬鉬、廢石墨電極、金屬鉻裝入真空感應爐的坩禍內，抽真空，通電冶煉，熔清20min后加入硅鐵、金屬錳，然后加入鋁脫氧，提高爐溫至出鋼溫度，添加稀土金屬鈰后出鋼，在真空室內完成鋼錠澆注，澆注完后破真空。4.如權利要求3所述的一種鉬鈰復合合金化的汽輪機葉片鋼的制備方法，其特征在于:為了防止真空下C-O反應劇烈導致的噴濺，一開始裝爐至熔清后5min，真空度保持在200Pa。5.如權利要求3所述的一種鉬鈰復合合金化的汽輪機葉片鋼的制備方法，其特征在于:為了保證脫氧需求，爐料恪清5min后，將真空度提高至30Pa以下，并保持該真空度15min，然后充氬氣使爐內壓力增至0.04MPa，添加硅鐵、金屬錳，2min后添加鋁脫氧。6.如權利要求3所述的一種鉬鈰復合合金化的汽輪機葉片鋼的制備方法，其特征在于:提高爐溫至出鋼溫度至1570°C，添加稀土金屬鈰，Imin后出鋼，在真空室內完成鋼錠澆注，饒注完5min后破真空，開觸將鋼lit旲吊出，脫I旲取出鋼。7.如權利要求3所述的一種鉬鈰復合合金化的汽輪機葉片鋼的制備方法，其特征在于:所用冶煉設備真空感應爐，坩禍材質為MgO，可在真空室內進行鋼錠澆注，具備真空狀態下三次加合金的功能。為了保證不受坩禍殘余冷鋼的影響，冶煉前采用工業純鐵洗爐兩次。
【文檔編號】C22C38/04GK106011683SQ201610544152
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月11日
【發明人】李亞波, 馬鳴遠, 趙繼朋, 張慶, 徐佩鋒, 吳建忠, 陳新剛
【申請人】江蘇大學