專利名稱：：用于離心壓縮機葉輪的高強度低碳合金結(jié)構(gòu)鋼及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及離心壓縮機葉輪材料領(lǐng)域，具體為一種用于離心壓縮機葉輪的高強度低碳合金結(jié)構(gòu)鋼及制備方法。技術(shù)背景改革開放以來，申請人先后從意大利新比隆公司、日本日立制作所和德國德馬格公司等弓隨離心壓縮機專利制造技術(shù)，葉輪材料為KMN，14CrMoV69等合金結(jié)構(gòu)鋼，這些鋼件只能保證達(dá)到do2833MPa，cit^930MPa強度級綜合力學(xué)性能要求。要求達(dá)到<%^980MPa，c^l030MPa強度級綜合力爭鵬巨要求的葉輪材料一般就采用FV520(B)、HUS廳、SG勵等馬氏《椒淀硬化不銹鋼，不銹鋼鍛件造價貴，成本較高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于離心壓縮機葉輪的高強度低碳合金結(jié)構(gòu)鋼及制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的綜合力學(xué)性能不夠以及成本較高等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明通過研究該鋼的化學(xué)成分、顯微組織、力學(xué)性能和H2S應(yīng)力腐蝕(SSC)抗力的關(guān)系。確定其化學(xué)成分為C0.100.20%，Si0.170.37%，Mn0.51.3%，S，25%，P,03%，Cr1.82.5%，Mo0.51.2%，Nb0.010.15%，B0.00010.003%，V0.10.3%，F(xiàn)e余量。本發(fā)明鋼種命名為SFCIOO，SFC100鋼化學(xué)成分的確定及優(yōu)化過程如下焊接葉輪以其劍變高、可靠性高、能制逸三元葉輪等優(yōu)點，目前仍占據(jù)透平壓縮機葉輪制造的主導(dǎo)地位。作為焊接葉輪材料就要考慮材料的可焊性，可焊性的好壞直接影響至U葉織隨、機器運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性，所以要嚴(yán)l^空制鋼的含碳量、鋼的冶，量及雜質(zhì)含量；考慮材料高強韌性及抗H2及H2S應(yīng)力腐蝕的能力；考慮材料具有高的淬透[i&低的回火脆性以及材料制造的經(jīng)濟(jì)性等因素tt擇和確定鋼的化學(xué)成分。碳碳為強間隙固溶強化元素，提高鋼的強度，但高的含碳量有損于鋼的焊接性能和H2及H2S應(yīng)力腐蝕抗力，又?jǐn)嘭典摰捻g性。故齢量控審贓0.100.20%之間。錳錳強壓低貝氏條變M/皇，也使馬氏體轉(zhuǎn)變驗有所降低，強烈鵬珠光體及貝氏體轉(zhuǎn)變，而推遲貝氏#$#變更為明顯，大大提高貝氏體轉(zhuǎn)變的淬透性，提高3雖《跳焊接性能惡化影響較小。但高的含錳量將導(dǎo)致鋼的塑性及韌性降低以及鋼的抗H2及H2S應(yīng)力腐蝕能力的降低。故其含量控制在0.51.3%之間。鉻鉻強壓低貝氏條變離，也使馬氏條變^it有所降低，強烈推遲珠光體及貝氏{稀變，而推遲貝氏條變更為明顯，大大提高貝氏#^變的淬透性，提高強度，屬碳化物形成元素對提高鋼的H2S應(yīng)力腐蝕抗力起到良好作用。鉻含量控制在1.82.5%之間。鉬強烈艦珠光條變，推遲貝氏條變較差，但強壓低貝氏體轉(zhuǎn)變翻變，也使馬氏,變皿降低，屬碳化物形成元素。該元素減小鋼的回火脆性，提高鋼的H2S應(yīng)力腐t嫩力作用巨大，但價格較貴。其含量控制在0.51.2%之間。釩屬碳化物形成元素，強烈推遲珠光條變，推遲貝氏條變較少。同時升高珠光體最大轉(zhuǎn)變速度的溫度，降低貝氏體最大轉(zhuǎn)變速度的翻叟，提高鋼的強度及回火穩(wěn)定性以及提高鋼的H2S應(yīng)力腐紐航力作用巨大，但對鋼的焊接性能不利。其含量控制在0.10.3%。鈮屬強碳化物形成元素。強烈推遲珠光體轉(zhuǎn)變，也推遲貝氏體轉(zhuǎn)變。對細(xì)化鋼的晶粒、提高鋼的劍變及抗H2S應(yīng)力腐蝕作用很大。其含量控制在0.010.15%之間。硼強烈抑制多邊形鐵素條變而不抑制貝氏體轉(zhuǎn)變，控制織相變曲線。是提高鋼的淬透性方面最強有力的元素，但其增加淬透性的有效作用隨鋼中合金元素總含量的增加而減小。且熔煉時其含量較難控制。其含量控制在0.00010.003%之間，主要是用微量的硼來提高鋼的淬透性。硫、磷等雜質(zhì)含量對鋼的力學(xué)性能、焊接性能和抗H2及H2S應(yīng)力腐蝕破壞的能力都極其有害，古爐制其最高含量硫、磷分別為0.025%和0.030%是完全必要的。綜上所述，根據(jù)鉻、鉬對降低貝氏條變驗的強烈效果，錳、硼對抑制珠光體轉(zhuǎn)變的有效作用，鉬對減小回火脆性的有利作用，及IW提高鋼的回火穩(wěn)定性有利作用以及鉻、鉬、釩、鈮等元素對鋼的力學(xué)性能及提高鋼的H2S應(yīng)力腐蝕抗力的有利作用，并考慮葉輪用鋼的傳統(tǒng)習(xí)慣以及資源的循環(huán)應(yīng)用，確定本發(fā)明SFC100鋼的化學(xué)成分。上述的用于離心壓縮機葉輪的高強度低碳合金結(jié)構(gòu)鋼的制備方法，包括熔煉、熱處理工藝，所述熱處理工藝包括如下步驟(1)在980。C士1(TC下，按工件有效厚度每100111111保溫2.02.5小時，油冷或風(fēng)冷；(2)根據(jù)葉輪力學(xué)性能要求在570730。C范圍內(nèi)選取回火溫變，按工件有效厚度每lOOmm保溫3.03.5小時，空冷。所述步驟(2)之后，根據(jù)技術(shù)要求還可以包括如下步驟在705t:士l(TC下，保溫68小時，爐冷或空冷。所述步驟(1)之后，可以采用臨界區(qū)熱處理皿到技術(shù)要求。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明鋼鍛件造價還不到不糊鍛件價格的一半，這將大大降低葉輪的制造成本，同時本發(fā)明鋼種加工性能也遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼。2、本發(fā)明鋼種經(jīng)熱處理后具有高的綜合力學(xué)性能及高的硫化氫應(yīng)力腐蝕抗力，完全可以代替原有的FV520(B)、HUSIOO、SG100不銹鋼作為空氣、氮氣、高壓氫及含硫化氫等介質(zhì)下服役的葉輪材料。具體實施方式本發(fā)明對SFC100鋼的工藝性能(包括鋼的冶煉、鍛軋、熱處理、表面處理及焊接等)進(jìn)行了研究，并著重進(jìn)行了熱處理工藝對SFC勵鋼的力學(xué)性能及H2S應(yīng)力腐Wt力的影響，確定了SFC100鋼作為透平壓縮機葉輪材料的選材規(guī)范(表1)。表1推薦的SFCIOO鋼的選材規(guī)范<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表中，除標(biāo)明Akv值外，其余為Aku值。本發(fā)明通艦SFC100鋼的力學(xué)性能、SSC抗力及工藝性能，其中包括鋼的冶煉、鍛軋、熱處TO表面處理、焊接及切削加工等工藝進(jìn)行了研究。結(jié)果說明SFC100鋼具有高的綜合力學(xué)性能，高的SSC抗力，良好的焊接性，高的淬透性及低的回火脆性以及良好的切肖咖工性能。本發(fā)明鋼種的熔煉采用電爐冶煉加電渣重熔，經(jīng)過常規(guī)的冶煉以及鍛軋后，鋼經(jīng)不同的熱處理后可滿足葉輪在不同工況下服役的要求。根據(jù)葉輪服役^j牛按表1選定材料規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝。在空氣和氮氣介質(zhì)中運行，葉輪按受力情況在SFC100-l/SFC100-5各強度級中選定。其熱處理采用調(diào)質(zhì)處理，98(TC油淬后按強度等級要求在58(TC66(TC之間選定回火溫度；在高壓氫和含少量硫化氫的介質(zhì)中運行，葉輪選用SFC100-S1或SFC100-S2，熱處理采用87(TC油淬加70(TC回火；在200300"C溫度下服役，葉輪選用SFC100-4H，熱處理采用98(TC油淬加580。C回火；在-20-50。C溫度下月艮役，葉輪選用SFC100-5L，熱處理釆用98(TC油淬加66(TC回火。按表1選用弓販級為SFC100-1、SFC100^S1、SFC100-S2鋼葉輪鍛件的應(yīng)用實例，如表2所示。其相應(yīng)的化學(xué)成分及熱處理工藝分別如表3和表4所示。表2本發(fā)明SFC100鋼應(yīng)用實例，葉輪本體試樣的力學(xué)性能(切向)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表3本發(fā)明SFC-100鋼葉輪鍛件的化學(xué)成分實例(％wt)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>06-2950.180.850.300.0150.0122.360.910.210働50.02余06掘0.190.930.260條0.0142.260.930.230細(xì)50.02余06-2980.170.920.210.0160.0132.381.010.200扁50.01余05-285同05-l05-7同05-105-79同05-730543同05-3705"44同05-3705"01同05-l表4本發(fā)明SFC100鋼的熱處理規(guī)范編號熱處理05-mi97(TC，保溫lh，油淬+570。C，保溫2h，空冷05-198(TC，保溫1.5h，油淬+580。C，保溫3h,空冷05-3798(TC，保溫lh，油淬+58(TC，保溫3h，空冷05-73980°C,保溫lh，油淬+580。C，保溫3h，空冷05^01980°C，保溫2.5h，風(fēng)冷+580。C，保溫4.5h，空冷05-297(TC，保溫3h，油淬+580。C,保溫4.5h，空冷05-36980°C，保溫l,5h，風(fēng)冷+580。C，保溫3h，空冷06-297980°C，保溫lh，油淬+58(TC，保溫3h，空冷06-29598(TC，保溫lh，油淬+580。C，保溫3h，空冷06-30198(TC，保溫lh，油淬+58(TC，保溫3h，空冷06-298鄰0。C，保溫lh，油淬+580。C，保溫3h,空冷05-285980°C，保溫lh，空冷+870。C，保溫lh，油淬+700。C，保溫3h，空冷05-7980°C,保溫lh，油淬+720。C，保溫3h，空冷05-79980°C，保溫lh，油淬+720。C，保溫3h，空冷0543980°C，保溫lh，油淬+72(TC，保溫3h，空冷05^4498(TC，保溫lh，油淬+72(TC，保溫3h，空冷+705。C，保溫8h,爐冷本發(fā)明SFC100鋼鍛4牛造價還不到不銹鋼^i牛價格的一半，這將大大P射氐葉輪的制造成本，同時本發(fā)明鋼種加工性能也遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼。SFC100鋼經(jīng)熱處理后具有高的綜合力學(xué)性能及高的硫化氫應(yīng)力腐蝕抗力，完全可以代替原有的FV520(B)、HUS100、SG100不銹鋼作為空氣、氮氣、高壓氫及含硫化氫等介質(zhì)下服役的葉輪材料。新舊鋼種的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見表5。表5新舊鋼種的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1.一種用于離心壓縮機葉輪的高強度低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于，按重量百分比計，其化學(xué)成分為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％，F(xiàn)e余量。2、按照權(quán)利要求1所述的用于離心壓縮機葉輪的高強度低碳合金結(jié)構(gòu)鋼的制備方法，包括熔煉、熱處理工藝，其特征在于所述熱處理工藝包括如下步驟(1)在98(TC士10。C下，按工件有效厚度每100mm保溫2.02.5小時，油冷或風(fēng)冷；(2)根據(jù)葉輪力學(xué)性能要求在570730。C范圍內(nèi)選取回火溫度，按工件有效厚度每IOO誰保溫3.03.5小時，空冷。3、按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述步驟(2)之后，根據(jù)技術(shù)要求還包括如下步驟在705t:土l(rC下，保溫68小時，爐冷或空冷。4、按照權(quán)利要求2戶誠的制備方法，其特征在于所述步驟(1)之后，采用臨界區(qū)熱處理來達(dá)到技術(shù)要求。全文摘要本發(fā)明涉及離心壓縮機葉輪材料領(lǐng)域，具體為一種用于離心壓縮機葉輪的高強度低碳合金結(jié)構(gòu)鋼及制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的綜合力學(xué)性能不夠以及成本較高等問題。按重量百分比計，其化學(xué)成分為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％，F(xiàn)e余量；經(jīng)熔煉后，進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，經(jīng)熱處理后具有高的綜合力學(xué)性能及高的硫化氫應(yīng)力腐蝕抗力，完全可以代替原有的FV520(B)、HUS100、SG100不銹鋼作為空氣、氮氣、高壓氫及含硫化氫等介質(zhì)下服役的葉輪材料。本發(fā)明鋼鍛件造價還不到不銹鋼鍛件價格的一半，這將大大降低葉輪的制造成本，同時本發(fā)明鋼種加工性能也遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼。文檔編號C22C38/26GK101210301SQ20061013508公開日2008年7月2日申請日期2006年12月27日優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日發(fā)明者李榮朋,譚朝鑫申請人:沈陽鼓風(fēng)機(集團(tuán))有限公司