【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及汽轮机转子制造，具体涉及一种超高温高强度汽轮机转子锻件及制备工艺。
技术介绍
1、随着能源压力和环境压力越来越严峻，国家对火力发电行业要求越来越高，追求更高参数、二次再热和清洁高效。当前汽轮机上使用的超超临界转子的最高工作温度630℃，后续将分阶段实现更高蒸汽温度、压力参数，以提高高温蒸汽的热效率，但是更高的设计使用温度对材料提出前所未有的挑战，尚无可靠材料可选。针对国内这块空缺，开发新型耐高温转子材料已经非常紧迫。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出一种超高温高强度汽轮机转子锻件及制备工艺，旨在提高汽轮机转子锻件的性能，从而更加适应其耐高温高压的使用要求。具体的技术方案如下：
2、一种超高温高强度汽轮机转子锻件，按照质量配比其锻件的成分含量为0.08-0.15％的c、≤1.0％的si、0.6-1.0％的mn、9.0-12.0％的cr、4-6％的ni、2.0-4.0％的mo、0.15-0.25％的nb、1.5-2.5％的co、2-5％的w、0.05-0.25％的ti、1.3-2.5％的v、≤0.25％的cu、≤0.004％的p、≤0.0008％的s、≤0.020％的al、≤0.8ppm的〔h〕、≤10ppm的〔o〕、≤150ppm的〔n〕、其余成分为fe和不可避免的杂质。
3、上述超高温高强度汽轮机转子锻件材料，主要通过在材料配比中添加w、mo和co来进行合金强化，w和mo是固溶强化元素，两者联合作用更佳，使其拥有极高的热强性和
4、一种超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，包括如下步骤：
5、(1)电弧炉粗炼钢水：钢料经配料后，采用电弧炉粗炼钢水；
6、(2)炉外精炼钢水：采用钢包精炼炉，将电弧炉粗炼后的钢水兑入钢包精炼炉内，精炼钢水；
7、(3)真空脱气处理：钢包吊入真空炉，对钢液进行真空脱气处理；
8、(4)自耗电极浇注：钢液经真空脱气处理后，吊包浇钢至自耗电极浇注工位的自耗电极模具中进行自耗电极的浇注，经冷却、脱模后得到自耗电极；其中，所述自耗电极模具采用ar气保护下的水冷电极模具以提高冷却速度，减小碳化物、夹杂物集聚长大，注意浇注时应进行冒口补缩控制，以避免冒口缩孔；
9、(5)自耗电极退火；自耗电极进行退火处理；退火处理后对电极表面进行清理；
10、(6)电渣重熔制备汽轮机转子钢锭：采用电渣重熔炉和专门设计的汽轮机转子钢锭结晶器，将自耗电极插入到ar气保护电渣重熔炉的汽轮机转子钢锭结晶器中进行二次精炼，在汽轮机转子钢锭结晶器中冷却，脱模后制得汽轮机转子钢锭；
11、(6)汽轮机转子钢锭退火：汽轮机转子钢锭进行退火处理；退火处理后对汽轮机转子钢锭表面进行清理；
12、(7)锻造：将汽轮机转子钢锭加热后进行锻造；
13、(8)锻后热处理：对锻造后的汽轮机转子钢锭进行正火+球化+回火处理；
14、(9)粗加工：锻后热处理后的汽轮机转子钢锭进行粗车加工；
15、(10)最终热处理：将粗车后的汽轮机转子钢锭先后进行固溶处理和两次回火处理，得到超高温高强度汽轮机转子锻件。
16、优选的，所述步骤(7)的锻造中，其始锻温度为1120-1200℃，终锻温度为900-950℃。
17、优选的，所述(10)最终热处理中，所述固溶处理是将汽轮机转子钢锭放置到加热炉中，室温下加热至1050-1100℃，保温，然后喷水雾冷却；第一次回火是将汽轮机转子钢锭放置加热炉中，室温下加热至720-820℃，保温后空冷；第二次回火是将汽轮机转子钢锭放置加热炉中，室温下加热至710-810℃，保温后空冷。
18、锻件经正回火完后，得到均匀的板条回火马氏体+细小弥散合金析出相，弥散分布的合金析出相是第二相强化粒子，起到弥散强化作用，在高温下起到钉扎位错、阻碍位错运动的作用，从而显著提高汽轮机转子锻件的高温强韧性。
19、本专利技术中，所述汽轮机转子钢锭结晶器包括水冷底盘和设置在所述水冷底盘上的环形结晶器，所述水冷底盘内置有水冷室，所述环形结晶器上设置有环形水冷腔，所述水冷室、环形水冷腔上分别设置有进水口和出水口，所述进水口上连接有进水管，所述出水口上连接有出水管。
20、作为本专利技术的进一步改进，所述汽轮机转子钢锭结晶器上设置有结晶器内部水温动态削峰装置，所述结晶器内部水温动态削峰装置包括连接在所述环形结晶器的外壁下部的环形接水槽、设置在所述环形接水槽上的排水口、连接在所述排水口上的排水管、设置在所述环形结晶器的外圆表面且按照间隔布置的方式分布的若干数量与所述环形结晶器的环形水冷腔相连通的双金属片式高温疏水阀；当所述环形结晶器的环形水冷腔内的局部节点区域的温度超过预先设定的阈值时，位于该局部节点区域处的所述双金属片式高温疏水阀自动打开，将位于所述局部节点区域处的超温水溢流至所述环形接水槽中并通过所述排水管排出，从而实现所述环形结晶器的环形水冷腔内各区域温度的均匀设置。
21、其中，所述双金属片式高温疏水阀的开度根据所述双金属片式高温疏水阀中接触到的水温自动调节。在超温情况下，水温越高双金属片式高温疏水阀的开度就越大，超温水溢流量也就越大。
22、优选的，所述环形结晶器的环形水冷腔的进水口上通过所述进水管连接有变频冷水泵，所述环形结晶器的环形水冷腔内设置有压力传感器；所述变频冷水泵和压力传感器分别连接控制器，所述控制器根据所述压力传感器所检测到的环形水冷腔的内部水压，实时动态调节所述变频冷水泵的转速，从而保持所述环形水冷腔的内部水压的恒定。
23、当环形结晶器的环形水冷腔内局部节点区域温度过高，高温水会从双金属片式高温疏水阀中溢流排出，从而导致环形水冷腔内水压下降，这时变频冷水泵会加大转速、增加流量以补充因高温水从双金属片式高温疏水阀中溢流所导致的压力损失，从而维持环形水冷腔内水压的动态平衡。当环形结晶器的环形水冷腔内局部节点区域温度过高处恢复正常温度后，该处的双金属片式高温疏水阀自动关闭，导致环形水冷腔内水压升高，这时变频冷水泵会降低转速、减少流量使得环形水冷腔内水压恢复正常，从而维持环形水冷腔内水压的动态平衡。
24、在电渣重熔时，通常会在结晶器内部靠近渣液及熔池部位形成高温区域，随着汽轮机转子钢锭结晶器内部渣液的液位逐渐上升，其结晶器内部高温区域也随着渣液液位的上升而上移。本专利技术通过将数量较多的双金属片式高温疏水阀间隔阵列布置在环形结晶器上，使得间隔阵列布置的双金属片式高温疏水阀总是能够在位置不断动态变化的最高温度处发挥作用，起到结晶器内部温度的动态削峰效果，从而提高结晶器内部冷却水温度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超高温高强度汽轮机转子锻件，其特征在于，按照质量配比其锻件的成分含量为0.08-0.15％的C、≤1.0％的Si、0.6-1.0％的Mn、9.0-12.0％的Cr、4-6％的Ni、2.0-4.0％的Mo、0.15-0.25％的Nb、1.5-2.5％的Co、2-5％的W、0.05-0.25％的Ti、1.3-2.5％的V、≤0.25％的Cu、≤0.004％的P、≤0.0008％的S、≤0.020％的Al、≤0.8PPm的〔H〕、≤10PPm的〔O〕、≤150PPm的〔N〕、其余成分为Fe和不可避免的杂质。
2.一种采用权利要求1所述的超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
3.一种采用权利要求2所述的超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，其特征在于，所述步骤(7)的锻造中，其始锻温度为1120-1200℃，终锻温度为900-950℃。
4.一种采用权利要求2所述的超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，其特征在于，所述(10)最终热处理中，所述固溶处理是将汽轮机转子钢锭放置到加热炉中，室温下加热至1050-1100℃
5.一种采用权利要求2所述的超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，其特征在于，所述汽轮机转子钢锭结晶器包括水冷底盘和设置在所述水冷底盘上的环形结晶器，所述水冷底盘内置有水冷室，所述环形结晶器上设置有环形水冷腔，所述水冷室、环形水冷腔上分别设置有进水口和出水口，所述进水口上连接有进水管，所述出水口上连接有出水管。
6.一种采用权利要求5所述的超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，其特征在于，所述汽轮机转子钢锭结晶器上设置有结晶器内部水温动态削峰装置，所述结晶器内部水温动态削峰装置包括连接在所述环形结晶器的外壁下部的环形接水槽、设置在所述环形接水槽上的排水口、连接在所述排水口上的排水管、设置在所述环形结晶器的外圆表面且按照间隔布置的方式分布的若干数量与所述环形结晶器的环形水冷腔相连通的双金属片式高温疏水阀；当所述环形结晶器的环形水冷腔内的局部节点区域的温度超过预先设定的阈值时，位于该局部节点区域处的所述双金属片式高温疏水阀自动打开，将位于所述局部节点区域处的超温水溢流至所述环形接水槽中并通过所述排水管排出，从而实现所述环形结晶器的环形水冷腔内各区域温度的均匀设置。
7.一种采用权利要求6所述的超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，其特征在于，所述环形结晶器的环形水冷腔的进水口上通过所述进水管连接有变频冷水泵，所述环形结晶器的环形水冷腔内设置有压力传感器；所述变频冷水泵和压力传感器分别连接控制器，所述控制器根据所述压力传感器所检测到的环形水冷腔的内部水压，实时动态调节所述变频冷水泵的转速，从而保持所述环形水冷腔的内部水压的恒定。
8.一种采用权利要求2所述的超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，其特征在于，所述汽轮机转子钢锭结晶器的上部设置有电渣重熔Ar气体保护装置，所述电渣重熔Ar气体保护装置包括设置在所述汽轮机转子钢锭结晶器上端的保护罩盖、设置在所述保护罩盖的上部中心部位用于穿越自耗电极的通孔、沿周向设置在所述保护罩盖上的环形保护气体供气室，所述环形保护气体供气室通过管路外接Ar气供气源，所述环形保护气体供气室上沿周向设置有若干数量延伸至所述汽轮机转子钢锭结晶器内部上方处的送气管，所述送气管的前端向下竖立连接有与所述送气管相连通的吹气管。
9.一种采用权利要求8所述的超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，其特征在于，所述吹气管为采用电渣重熔渣系粉末材料通过管体成型专用模具压制成型的渣系粉末管。
10.一种采用权利要求9所述的超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，其特征在于，所述管体成型专用模具包括上下对合的上模和下模、设置在所述上模与下模之间的导向柱、设置在所述上模上端的加料口、设置在所述上模加料口上的加料压盖、设置在所述上模和下模之间带有脱模斜度的锥型芯棒，所述上模与下模对合形成模腔，所述锥型芯棒穿入所述上模与下模所形成模腔的之间。
...【技术特征摘要】
1.一种超高温高强度汽轮机转子锻件，其特征在于，按照质量配比其锻件的成分含量为0.08-0.15％的c、≤1.0％的si、0.6-1.0％的mn、9.0-12.0％的cr、4-6％的ni、2.0-4.0％的mo、0.15-0.25％的nb、1.5-2.5％的co、2-5％的w、0.05-0.25％的ti、1.3-2.5％的v、≤0.25％的cu、≤0.004％的p、≤0.0008％的s、≤0.020％的al、≤0.8ppm的〔h〕、≤10ppm的〔o〕、≤150ppm的〔n〕、其余成分为fe和不可避免的杂质。
2.一种采用权利要求1所述的超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
3.一种采用权利要求2所述的超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，其特征在于，所述步骤(7)的锻造中，其始锻温度为1120-1200℃，终锻温度为900-950℃。
4.一种采用权利要求2所述的超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，其特征在于，所述(10)最终热处理中，所述固溶处理是将汽轮机转子钢锭放置到加热炉中，室温下加热至1050-1100℃，保温，然后喷水雾冷却；第一次回火是将汽轮机转子钢锭放置加热炉中，室温下加热至720-820℃，保温后空冷；第二次回火是将汽轮机转子钢锭放置加热炉中，室温下加热至710-810℃，保温后空冷。
5.一种采用权利要求2所述的超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，其特征在于，所述汽轮机转子钢锭结晶器包括水冷底盘和设置在所述水冷底盘上的环形结晶器，所述水冷底盘内置有水冷室，所述环形结晶器上设置有环形水冷腔，所述水冷室、环形水冷腔上分别设置有进水口和出水口，所述进水口上连接有进水管，所述出水口上连接有出水管。
6.一种采用权利要求5所述的超高温高强度汽轮机转子锻件的制备工艺，其特征在于，所述汽轮机转子钢锭结晶器上设置有结晶器内部水温动态削峰装置，所述结晶器内部水温动态削峰装置包括连接在所述环形结晶器的外壁下部的环形接水槽、设置在所述环形接水槽上的排水口、连接在所述排水口上的排水管、设置在所述环形结...
【专利技术属性】
技术研发人员：高欣，付前进，薛松，李悦，王文武，汪鹏，李文，戈冬裕，
申请(专利权)人：江阴南工锻造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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