[发明专利]一种超超临界汽轮机用马氏体耐热铸钢材料及制备方法

说明书

一种超超临界汽轮机用含B和N的马氏体耐热铸钢材料及制备方法，涉及一种耐热铸钢材料及制备方法。耐热铸钢材料中Cr为8.5～9.5wt％，W为2.50～3.50％，Co为2.80～3.30％，不含RE；制备方法：首先称取原料和初炼，然后进行一级精炼和二级钢包精炼，浇注后继续热处理和性能热处理。Cr元素含量作用是提高材料高温强度，不产生δ‑铁素体相；采用电弧炉初炼和两步精炼有利于成分调整及优化，并去除夹杂物；退火、性能热处理能够改善原有的铸造组织和避免有害的δ‑铁素体相产生，提高材料的性能。本发明适用于制备超超临界汽轮机用含B和N的马氏体耐热铸钢材料。

技术领域

本发明涉及一种耐热铸钢材料及制备方法。

背景技术

随着电厂对汽轮发电机组效率和CO₂排放的要求越来越高，机组的参数也越来越高。目前，国内外正在研发蒸汽温度高达650℃的汽轮机技术。这就对汽轮机高温材料提出了很高的要求。美国在上世纪50年代就采用Ni基合金和奥氏体钢制造了主蒸汽温度为650℃的超超临界汽轮机，但是，由于Ni基合金和奥氏体钢固有的物理特性，即线膨胀系数大，导热性差，导致机组部件频繁出现热应力造成的失效问题。现有的含有Cr元素的铁素体耐热钢既具有优异的高温性能，又具有合适的物理特性；

电渣重熔方法是将冶炼好的钢铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺，也称ESR。电渣重熔的热源来自熔渣电阻热，重熔时自耗电极浸入熔渣中，电流通过电离后的熔渣，使熔渣升温达到比被熔自耗电极熔点高得多的温度。插入熔渣中的自耗电极端头熔化后形成熔滴，并靠自重穿越渣池，得到渣洗精炼而后在减少空气污染的情况下进入金属熔池。钢锭与结晶器壁之间形成薄的渣皮，既减缓了径向冷却，也改善了成品钢锭表面质量，借助结晶器底部水冷，凝固成轴向结晶倾向和偏析少的重熔钢锭，改善了热加工塑性，由上述可知，电渣重熔工艺适合于制造钢锭，而不适合结构复杂的汽轮机部件的浇筑。并且现有采用电渣重熔方法制备的铁素体耐热钢中N元素和B元素主要以BN夹杂物的形式存在，会降低铁素体耐热钢的高温蠕变强度，因此，铁素体耐热钢的高温蠕变持久性能差。

发明内容

本发明为了解决现有电渣重熔方法制备的铁素体耐热钢的高温蠕变持久性能差和不适合结构复杂的汽轮机部件的浇筑的问题，提出一种超超临界汽轮机用含B和N的马氏体耐热铸钢材料及制备方法。

本发明超超临界汽轮机用含B和N的马氏体耐热铸钢材料中元素及重量百分比为：元素及重量百分比为：碳：0.10～0.15％，硅：0.20～0.50％，锰：0.60～1.00％，铬：8.5～9.5％，钨：2.50～3.50％，钴：2.80～3.30％，铌：0.03～0.07％，钒：0.15～0.25％，氮：0.004～0.020％，硼：0.010～0.016％，镍：≤0.20％，铝：≤0.020％，铁为余量；其中不可避免杂质元素及重量百分比为：磷：≤0.015％，硫：≤0.010％，铜≤0.10，砷≤0.025％，锡≤0.015％，锑≤0.0015。

上述超超临界汽轮机用含B和N的马氏体耐热铸钢材料的制备方法按以下步骤进行：

步骤一、称取原料和初炼：

按耐热铸钢材料中元素及重量百分比为：碳：0.10～0.15％、硅：0.20～0.50％、锰：0.60～1.00％、磷：≤0.015％、硫：≤0.010％、铬：8.5～9.5％、钨：2.50～3.50％、钴：2.80～3.30％、铌：0.03～0.07％、钒：0.15～0.25％、氮：0.004～0.020％、硼：0.010～0.016％、镍：≤0.20％、铝：≤0.020％和余量为铁称取硅铁合金、锰铁合金、铬铁合金、钨铁合金、电解钴铁合金、铌铁合金、钒铁合金、氮化铬铁合金、硼铁合金、电解镍铁合金、铝锭和生铁作为原料，将称取的原料置于电弧炉内进行初炼得到熔体；

所述初炼温度为1570～1680℃；

步骤二、对步骤一得到的熔体进行一级精炼：