本发明专利技术公开的一种超超临界汽轮机用FB2阀门锻件的制备方法，其包括以下步骤：(1)熔炼步骤；(2)锻造步骤；(3)阀门锻件热处理步骤；(4)机加工步骤；(5)热处理步骤。本发明专利技术还公开了采用上述超超临界汽轮机用FB2阀门锻件的制备方法所制备的阀门锻件。本发明专利技术操作合理、含有效硼，锻件淬透性达标，最终锻件晶粒度≥3级，避免锻件中心出现Y型裂纹的625℃超超临界汽轮机用FB2阀门锻件的制备方法以及FB2阀门锻件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种耐热温度在625℃的百万千瓦级超超临界发电机组汽轮机用FB2阀门锻件(阀座、阀碟、阀杆、环)的制造方法及阀门锻件。
技术介绍
CO2排放引起的环境问题日益为全世界所关注，发展和采用超超临界技术是目前各国减少CO2排放的一个重要、行之有效的措施。我国一次能源以煤为主的格局在比较长的时间内不会改变，保护环境已成为我国发展和采用超临界机组的新的推动力。已经在运行或在设计建设阶段的超(超)临界机组温度参数大多在566～600℃，压力则分为25MPa、27MPa和30～31MPa三个级别。设计、制造再热蒸汽温度为625℃的超超临界汽轮机组，更高的蒸汽参数对电站用钢提出了更苛刻的要求。只有获得具有足够蠕变强度的合适的材料，才能实现效率增长。由于9％～10％Cr钢具有足够高的长时蠕变强度、良好的抗氧化性和工艺性能，其应用范围已覆盖600℃超超临界汽轮机组中的重要部件。随着再热蒸汽温度提高到625℃，必须在现有9％～10％Cr钢的基础上进一步优化材料成分、工艺、组织和性能。阀门锻件作为汽轮机组的核心部件，其材料开发和性能研究必然最受关注。欧洲关于600℃和625℃汽轮机转子材料的研发均是在COST(EuropeanCooperationinScienceandTechnology)框架内完成的。600℃铁素体钢开发成功后，欧洲实施了COST522项目(1998～2003)。经过＞35000h的高温持久试验，筛选出转子钢COST－FB2。COST－FB2钢的基础是COST501(1986～1997)的含B转子钢。COST522项目通过添加少量B来稳定高Cr耐热钢的回火马氏体组织。开发了成为9Cr-1.5Mo-1Co-0.01B的耐热钢材料，命名为FB2，国内称为13Cr9Mo2Co1NiVNbB。该材料通过降低Mn含量，增加Co含量，并控制B/N比，进一步提高了长期服役强度，满足625℃级别汽轮机组的要求。由于FB2高温合金锻件制造技术属于国际先进水平，要求极高、工艺复杂、材料性能特殊，包括：1.按一般熔炼方法EAF(电弧炉)+LF(炉外精炼)+VD(真空脱气)+ESR(电渣重熔)熔炼含B钢会产生以B/N形式存在的酸不溶硼(无效硼)而能够提高热处理淬透性主要是基体中的硼、偏聚硼(过饱和固溶硼，通常在晶界上)和M23[B2、C]6中的酸溶硼(有效硼)起作用，无效硼的存在不能提高含硼钢的淬透性(FB2要求公称厚度≤1.2米的锻件能淬透)；同时在锻件性能热处理升温过程中，B/N先溶解于奥氏体，如果在钢的熔炼过程中Al/N或Ti/N数量很少，锻件奥氏体晶粒长大将不受阻碍，锻件最终晶粒度最高只有2级，不符合采购标准和实际使用要求(晶粒度要求≥3级)。后经过大量试验发现FB2含硼钢的对熔炼方式有特殊要求，外方在我国采用COST标准时未提及此项特殊要求。2.为防止含9％-10％Cr钢锻造时产生中心Y型裂纹，需控制第一火次锻造变形量不超过10％；为保证锻件的最终晶粒度≥3级，需控制锻造时最后一火的始锻温度≤1100℃和终锻温度≥950℃，且FB2高温抗变形强度是普通马氏体不锈钢的3-4倍，所以需在锻造温度范围极小(100℃-150℃)的情况下保证最后一火变形量25％-30％。3.因FB2锻件力学性能、金相组织、探伤要求高，在热处理时为精确控制炉内温度，需在锻件表面选取2-3个点(温度最高和最低处)贴热电偶。锻后热处理，锻件冷至表面温度≤100℃方可进炉退火，锻件表面冷至≤250℃方可出炉空冷；性能热处理需采用二次回火，增加一道预回火工艺，锻件淬火后油冷冷至表面≤60℃，方可进炉进行第一道预回火。4.制作废品率高，因以上技术关键点未被我国企业完全掌握，导致FB2锻件产生含无效硼，晶粒粗大，锻件中心Y型裂纹，淬透性不达标，机械性能不合格等技术缺陷。此项制造技术一直被国外公司垄断，只能依靠国外进口，严重影响了我国高端汽轮机行业的发展和走国产化的进程，本专利技术针对625℃超超临界汽轮机阀门FB2锻件研究出一种制造方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作合理、含有效硼，锻件淬透性达标，最终锻件晶粒度≥3级，避免锻件中心出现Y型裂纹的625℃超超临界汽轮机用FB2阀门锻件的制备方法以及FB2阀门锻件。本专利技术目的可以通过以下技术方案来实现：一种超超临界汽轮机用FB2阀门锻件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)熔炼步骤：该步骤是将13Cr9Mo2Co1NiVNbB钢锭采用依次采用电弧炉熔炼步骤、炉外精炼步骤、电渣重熔步骤制成阀门锻件坯料；其中电弧炉熔炼步骤如下：1)配料：选料S、P≤0.030％优质废钢和纯净的Cr、Mo、Co、N、V、Nb、B合金料；2)熔化期：开炉前先加入1～2％FeO(铁矿石)、2％石灰作炉底铺底料；熔化末期和氧化初期：加入20～25％FeO(铁矿石)，钢液温度1540～1560℃，碱度在2～3，使P脱至≤0.0004％；3)氧化期：脱C量≥0.40％；4)还原期：P≤0.0005％，S≤0.0005％，C：0.80～1.0％，Si≤0.30，Mn：0.30～0.45；Cr：11.00～11.50；Mo：1.40～1.60；Ni：0.10～0.20；Co：1.10～1.30；V：0.15～0.25；Nb：0.040～0.060；B：80～110ppm；Cu≤0.15；As≤0.020；Sb≤0.0015；Sn≤0.015；A1≤0.010；所述炉外精炼步骤如下：1)VOD阶段：真空度80～120mbar，吹氧速度550m3/h，Ar流量5m3/h，抽真空时间1～2h，C：0.18～0.20％；2)VCD阶段：真空度≤2mbar，抽真空时间12～15min，Ar流量5m3/h，加入1～2Kg/tCa，使C：0.13～0.15％，并调整检测其它合金成分至规定要求(除N)；3)VD阶段：真空度≤1mbar，抽真空时间2～25min，出钢后在钢包内调整N至0.015～0.030％，0≤35ppm，H≤1.5ppm；所制成的FB2阀门锻件坯料中硼的氧化物或硼的氮化物含量应低于80ppm，Ti的含量为B含量的15倍或者Ti:N的质量比为3.4～4；(2)锻造步骤：将步骤(1)制备的阀门锻件坯料进行锻造制成阀门锻件，在锻造时控制第一火次锻造变形量不超过10％；最后一火的始锻温度≤1100℃和终锻温度≥950℃，并保证最后一火变形量25％-30％；(3)阀门锻件热处理步骤将步骤(2)的阀门锻件先埋砂冷却至表面温度≤100℃后，进炉退火，炉冷至≤250℃出炉空冷；(4)机加工步骤将步骤(3)回火后的阀门锻件加工至规定尺寸得阀门机加工坯料；(5)热处理步骤：将步骤(3)的阀门机加工坯料进行热处理，阀门机加工坯料热处理淬火温度为1100±10℃，淬火时对于大截面形状简单的阀门锻件采用水淬油冷来替代油淬，可提高淬透性；回火时，采用二次回火，阀门锻件淬火后油冷冷至表面≤60℃，方可进炉进行第一道预回火。在本专利技术的一个优选实施例中，在所述步骤(2)中，长度超过1500mm的阀杆锻件已成品部分用耐高温棉包扎进炉进行局部加热。在本专利技术的一个优选实施例中，所述步骤(本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超超临界汽轮机用FB2阀门锻件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)熔炼步骤：该步骤是将13Cr9Mo2Co1NiVNbB钢锭采用依次采用电弧炉熔炼步骤、炉外精炼步骤、电渣重熔步骤制成阀门锻件坯料；其中电弧炉熔炼步骤如下：1)配料：选料S、P≤0.030％优质废钢和纯净的Cr、Mo、Co、N、V、Nb、B合金料；2)熔化期：开炉前先加入1～2％Feo(铁矿石)、2％石灰作炉底铺底料；熔化末期和氧化初期：加入20～25％Feo(铁矿石)，钢液温度1540～1560℃，碱度在2～3，使P脱至≤0.0004％；3)氧化期：脱C量≥0.40％；4)还原期：P≤0.0005％，S≤0.0005％，C：0.80～1.0％，Si≤0.30，Mn：0.30～0.45；Cr：11.00～11.50；Mo：1.40～1.60；Ni：0.10～0.20；Co：1.10～1.30；V：0.15～0.25；Nb：0.040～0.060；B：80～110ppm；Cu≤0.15；As≤0.020；Sb≤0.0015；Sn≤0.015；A1≤0.010；所述炉外精炼步骤如下：1)VOD阶段：真空度80～120mbar，吹氧速度550m3/h，Ar流量5m3/h，抽真空时间1～2h，C：0.18～0.20％；2)VCD阶段：真空度≤2mbar，抽真空时间12～15min，Ar流量5m3/h，加入1～2Kg/tCa，使C：0.13～0.15％，并调整检测其它合金成分至规定要求(除N)；3)VD阶段：真空度≤1mbar，抽真空时间2～25min，出钢后在钢包内调整N至0.015～0.030％，0≤35ppm，H≤1.5ppm；所制成的FB2阀门锻件坯料中硼的氧化物或硼的氮化物含量应低于80ppm，Ti的含量为B含量的15倍或者Ti:N的质量比为3.4～4；(2)锻造步骤：将步骤(1)制备的阀门锻件坯料进行锻造制成阀门锻件，在锻造时控制第一火次锻造变形量不超过10％；最后一火的始锻温度≤1100℃和终锻温度≥950℃，并保证最后一火变形量25％‑30％；(3)阀门锻件热处理步骤将步骤(2)的阀门锻件先埋砂冷却至表面温度≤100℃后，进炉退火，炉冷至≤250℃出炉空冷；(4)机加工步骤将步骤(3)回火后的阀门锻件加工至规定尺寸得阀门机加工坯料；(5)热处理步骤：将步骤(3)的阀门机加工坯料进行热处理，阀门机加工坯料热处理淬火温度为1100±10℃，淬火时对于大截面形状简单的阀门锻件采用水淬油冷来替代油淬，可提高淬透性；回火时，采用二次回火，阀门锻件淬火后油冷冷至表面≤60℃，方可进炉进行第一道预回火。...
【技术特征摘要】
1.一种超超临界汽轮机用FB2阀门锻件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)熔炼步骤：该步骤是将13Cr9Mo2Co1NiVNbB钢锭采用依次采用电弧炉熔炼步骤、炉外精炼步骤、电渣重熔步骤制成阀门锻件坯料；其中电弧炉熔炼步骤如下：1)配料：选料S、P≤0.030％优质废钢和纯净的Cr、Mo、Co、N、V、Nb、B合金料；2)熔化期：开炉前先加入1～2％Feo(铁矿石)、2％石灰作炉底铺底料；熔化末期和氧化初期：加入20～25％Feo(铁矿石)，钢液温度1540～1560℃，碱度在2～3，使P脱至≤0.0004％；3)氧化期：脱C量≥0.40％；4)还原期：P≤0.0005％，S≤0.0005％，C：0.80～1.0％，Si≤0.30，Mn：0.30～0.45；Cr：11.00～11.50；Mo：1.40～1.60；Ni：0.10～0.20；Co：1.10～1.30；V：0.15～0.25；Nb：0.040～0.060；B：80～110ppm；Cu≤0.15；As≤0.020；Sb≤0.0015；Sn≤0.015；A1≤0.010；所述炉外精炼步骤如下：1)VOD阶段：真空度80～120mbar，吹氧速度550m3/h，Ar流量5m3/h，抽真空时间1～2h，C：0.18～0.20％；2)VCD阶段：真空度≤2mbar，抽真空时间12～15min，Ar流量5m3/h，加入1～2Kg/tCa，使C：0.13～0.15％，并调整检测其它合金成分至规定要求(除N)；3)VD阶段：真空度≤1mbar，抽真空时间2～25min，出钢后在钢...
【专利技术属性】
技术研发人员：董之，
申请(专利权)人：上海腾辉锻造有限公司，上海腾辉有色铸造有限公司，上海腾辉电站配件有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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