[发明专利]抗蠕变钢

说明书

技术领域

本发明涉及9-12％铬基钢，此钢用于发电站领域的转子。转子与特种合金 元素的选择和数量份额上的调整有关，该特种合金元素使在温度550℃及以上在 材料中调节非常好的抗蠕变强度成为可能。根据本发明的钢在长期时效处理后， 也应该具有很高的韧性，因此它既可用于燃气轮机也可用于蒸汽涡轮机。

背景技术

9-12％铬基马氏淬硬钢是发电站技术的普遍材料。为了提高发电站效率，该 种钢是为在工作温度高于600℃和蒸汽压力高于250巴时蒸汽发电站的应用而 发展的。在这些工作条件下，材料的抗蠕变强度和抗氧化性起着特别的作用。

众所周知，比方说正如在燃气轮机和蒸汽涡轮机中作整体转子或者作为转 子盘而得到应用那样，上述范围铬的加入不仅使良好的抗大气腐蚀的耐久性成 为可能，而且也使厚壁锻件的完全淬透性成为可能。这种有效的合金通常含有 约0.08-0.2％的碳，溶体中的碳使硬化的马氏结构的调节成为可能。退火处理使 得马氏钢的耐热性和延展性的良好组合成为可能，其中，在位错亚结构同时恢 复的情况下，通过碳以碳化物形式的析出形成了微粒稳定化的亚晶粒结构。通 过特种的碳化物形成组分例如Mo、W、V、Nb和Ta的选择和数量份额的调 整能够有效影响退火特性和由此而得到的性质。

典型的代表物是德国工业标准(DIN)名下著名的德国钢X20CrMoV12.1， 该代表物在蒸汽发电站，特别是作为转子钢得到了广泛应用。

此外还知道，镍作为合金元素的加入能够显著地改进在强度水平850MPa 上的延展性。因此这样的合金在既对强度又对延展性提出明显更高要求的地方 得到了广泛的应用，典型地是用作燃气轮机转子盘材料。这样合金的典型的代 表物是德国工业标准(DIN)名下著名的德国钢X12CrNiMo12，该代表物在燃 气轮机技术中，特别是作为转子盘材料得到了广泛应用。但按照发展趋势镍会 有害地降低高温下的耐热性。这与含镍钢中碳化物稳定性的降低有关。

为了改进已知9-12％Cr-钢的特性，过去曾做了各种努力。例如在Kern等 人的出版物，即J.Lecomte Becker等人编辑的Materials for Advanced Power Engineering 1998，Proceedings of 6^th Liège Conference(1998年第六次联盟会议 录，用于高级动力工程的材料)中的High Temperature Forged Components for Advanced Steam Power Plants(用于高级蒸汽发电厂的高温锻造部件)中描述了 用于蒸汽涡轮机的新式转子钢的发展。

为了改进600℃应用时的抗蠕变强度和抗疲劳强度，在这样的合金中在考虑 到N、Nb和/或B的前提下对Cr、Nb、W的含量进行最优化。由于硼的加入， 碳化物，例如M₂₃C₆，应该会得到稳定。由于镍对耐久性的有害作用，在这种钢 的场合下，镍含量将限于小于0.25％的值。在这种合金的场合下，很低的断裂 韧性值是有害的，而在应用蒸汽涡轮机时，低的断裂韧性并不起很大的作用且 因此是可以忽略的，但是在应用燃气轮机时必须要避免。

在稍后的出版物中(F.Kauffmann等人：“Microstructural Investigation of Boron containing TAF Steel and the Correlation to the Creep Strength(含硼的TAF 钢的微观结构研究及与抗蠕变强度的关联)”，第31届MAP讨论会及“Werkstoff- und Bauteiverhalten in der Energie-und Anlagentechnik(能量技术和设备技术方面 材料性能和构件性能)”专业会议，13./14.10.2005，斯图加特)，由于这种原因， 在向10.5％Cr-钢中添加0.03％B的情况下，镍含量值甚至限制在＜0.002％。