[发明专利]用于离心压缩机叶轮的高强度低碳合金结构钢及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及离心压缩机叶轮材料领域，具体为一种用于离心压缩机叶轮的高强度低碳合金结构钢及制备方法。

背景技术

改革开放以来，申请人先后从意大利新比隆公司、日本日立制作所和德国德马格公司等引进离心压缩机专利制造技术，叶轮材料为KMN，14CrMoV69等合金结构钢，这些钢件只能保证达到σ_0.2≥833MPa，σ_b≥930MPa强度级综合力学性能要求。要求达到σ_0.2≥980MPa，σ_b≥1030MPa强度级综合力学性能要求的叶轮材料一般就采用FV520(B)、HUS100、SG100等马氏体沉淀硬化不锈钢，不锈钢锻件造价贵，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于离心压缩机叶轮的高强度低碳合金结构钢及制备方法，解决现有技术中存在的综合力学性能不够以及成本较高等问题。

本发明的技术方案是：

本发明通过研究该钢的化学成分、显微组织、力学性能和H₂S应力腐蚀(SSC)抗力的关系。确定其化学成分为：

C0.10～0.20％，Si0.17～0.37％，Mn0.5～1.3％，S≤0.025％，P≤0.03％，Cr1.8～2.5％，Mo0.5～1.2％，Nb0.01～0.15％，B0.0001～0.003％，V0.1～0.3％，Fe余量。

本发明钢种命名为SFC100，SFC100钢化学成分的确定及优化过程如下：

焊接叶轮以其强度高、可靠性高、能制造三元叶轮等优点，目前仍占据透平压缩机叶轮制造的主导地位。作为焊接叶轮材料就要考虑材料的可焊性，可焊性的好坏直接影响到叶轮制造、机器运转的稳定性和可靠性，所以要严格控制钢的含碳量、钢的冶金质量及杂质含量；考虑材料高强韧性及抗H₂及H₂S应力腐蚀的能力；考虑材料具有高的淬透性及低的回火脆性以及材料制造的经济性等因素来选择和硧定钢的化学成分。

碳：碳为强间隙固溶强化元素，提高钢的强度，但高的含碳量有损于钢的焊接性能和H₂及H₂S应力腐蚀抗力，又降低钢的韧性。故碳含量控制在0.10～0.20％之间。

锰：锰强压低贝氏体转变温度，也使马氏体转变温度有所降低，强烈推迟珠光体及贝氏体转变，而推迟贝氏体转变更为明显，大大提高贝氏体转变的淬透性，提高强度但对焊接性能恶化影响较小。但高的含锰量将导致钢的塑性及韧性降低以及钢的抗H₂及H₂S应力腐蚀能力的降低。故其含量控制在0.5～1.3％之间。

铬：铬强压低贝氏体转变温度，也使马氏体转变温度有所降低，强烈推迟珠光体及贝氏体转变，而推迟贝氏体转变更为明显，大大提高贝氏体转变的淬透性，提高强度，属碳化物形成元素对提高钢的H₂S应力腐蚀抗力起到良好作用。铬含量控制在1.8～2.5％之间。

钼：强烈推迟珠光体转变，推迟贝氏体转变较差，但强压低贝氏体转变温度，也使马氏体转变温度降低，属碳化物形成元素。该元素减小钢的回火脆性，提高钢的H₂S应力腐蚀抗力作用巨大，但价格较贵。其含量控制在0.5～1.2％之间。

钒：属碳化物形成元素，强烈推迟珠光体转变，推迟贝氏体转变较少。同时升高珠光体最大转变速度的温度，降低贝氏体最大转变速度的温度，提高钢的强度及回火稳定性以及提高钢的H₂S应力腐蚀抗力作用巨大，但对钢的焊接性能不利。其含量控制在0.1～0.3％。

铌：属强碳化物形成元素。强烈推迟珠光体转变，也推迟贝氏体转变。对细化钢的晶粒、提高钢的强度及抗H₂S应力腐蚀作用很大。其含量控制在0.01～0.15％之间。

硼：强烈抑制多边形铁素体转变而不抑制贝氏体转变，控制等温相变曲线。是提高钢的淬透性方面最强有力的元素，但其增加淬透性的有效作用随钢中合金元素总含量的增加而减小。且熔炼时其含量较难控制。其含量控制在0.0001～0.003％之间，主要是用微量的硼来提高钢的淬透性。

硫、磷等杂质含量对钢的力学性能、焊接性能和抗H₂及H₂S应力腐蚀破坏的能力都极其有害，故控制其最高含量硫、磷分别为0.025％和0.030％是完全必要的。