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日本三菱重工公司燃气涡轮压气机圆盘用高强度10Cr1.5MoVNb耐热钢10.3Cr1.5Mo0.75NiVNbN耐高温钢
为了更加有效利用能源资源,火力发电厂正在积极进行提高发电效率和节能技术的开发等。为了开发出强度和韧性比以往的2.25CrMoV钢更高的大型锻造件用耐热钢,日本三菱重工公司以10Cr钢为基础进行了新型圆盘用耐热钢的开发
关于圆盘材的蠕变断裂特性,要求确保蠕变断裂强度能比2.25CrMoVbN材提高耐热温度20℃。关于圆盘材的合金组成,为改善材料的高温强度和韧性,以10Cr钢为基础,优化C和Ni等合金元素的添加量。当Ni的添加量增大时,会导致高温强度的下降,但另一方面它有助于提高韧性,因此对于燃气涡轮机圆盘的材料特性,为确保大型圆盘中心部的韧性,决定将Ni的添加量从0.6%提高到0.75%。
使用本开发钢10.3Cr1.5Mo0.75NiVNbN钢试制了φ1950mm×240tmm、调质重量大约6t的实际圆盘材。10.3Cr1.5Mo0.75NiVNbN钢的生产方法采用炉外精炼和电渣重熔法。先制成9t的钢锭,然后对钢锭进行镦锻、粗镦和精整锻造,再进行调质形状加工,最后制作成调质重量为6t左右、最大直径为1950mm的大型圆盘材。
淬火条件为在1080℃保持14h后进行油淬火。为使屈服强度达到780MPa,因此在675℃下进行回火,保持26h后进行炉内冷却。1080℃~400℃间的平均冷却速度分别为,表层部:22.6℃/min;中心部:9.0℃/min。
关于生产的圆盘质量和材料特性,对具有代表性的部位进行了化学成分分析和光学显微镜组织观察。关于机械特性,进行了抗拉试验、冲击试验、断裂韧性试验、低循环疲劳试验和蠕变断裂试验。另外,在进行机械特性调查之前,对圆盘进行了磁粉探伤检查和超声波探伤检查。
根据10.3Cr1.5Mo0.75NiVNbN钢的化学组成,采用炉外精炼和电渣重熔法试制了最大直径1950mm、调质重量为6t左右的实际圆盘材,对圆盘表层部和中心部这些不同位置中的冶金性能和机械性能进行了调查。结果可知,虽然圆盘为大型钢锭,但看不到圆盘各位置中的化学成分有变化,成分非常均匀,表层部和中心部的机械性能也没有大的差别,材质均匀。另外,试制的开发钢圆盘的韧性好,其断裂韧性值是以往的2.25CrMoVbN钢圆盘材的1.2倍。480℃-105的蠕变断裂强度比较表明,开发钢的应力比2.25CrMoVbN钢圆盘材的提高1.3倍,耐热温度提高20℃。
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