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葉片是汽輪機的核心安全部件,在高溫高壓的工作狀態(tài)下承受較大的載荷,以及氧化、腐蝕等多種作用,因此要求材料組織均勻,具有高純凈度、高強度、抗沖擊、耐疲勞、耐高溫腐蝕,并具有良好的冷、熱加工.工藝性能。X5CrNiCuNb16-4用于加工制造100萬千萬汽輪機發(fā)電機組S345R型4級和6級動葉片,是葉片材料中的高等級材料,它是在17-4PH (OCr17NiA4Cu4Nb)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的超低碳沉淀硬化型馬氏體時效硬化不銹鋼。該鋼除具有高的強度外,其突出優(yōu)點是具有高的韌性,以及良好的鍛造加工性能和高溫耐蝕性。
化學(xué)成分要求見表1。
X5CrNiCuNb16-4鋼的力學(xué)性能要求見表2。表中力學(xué)性能試樣為1020 ~~ 1050℃固溶處理,820 ~850℃中間處理,530 ~ 560℃沉淀硬化處理狀態(tài)下的指標值。
低倍組織
按GB/T1979標準評級,一般疏松、中心疏松、偏析≤2.0級。
非金屬夾雜物
按ASTM E45中A法評級,A、B、C、D各類夾雜物級別粗系≤0.5級,細系≤1.0級。2.5à鐵素體按ASTM E45方法檢驗,平均鐵素體含量≤1 %。
晶粒度
按AMS E112方法檢驗,晶粒度細于4級。
超聲波探傷
按SEP 1923標準評級,質(zhì)量等級為2b(注:質(zhì)量等級略優(yōu)于GB/T 4162 )。
關(guān)鍵工藝控制
本鋼X5CrNiCuNbl6-4生產(chǎn)工藝流程為:原料一50 t電弧爐冶煉→LF爐精煉→澆注3.16 t鋼錠→800初軋機軋制230方坯→電渣重熔2 t電渣錠→保溫→退火一800/650×4軋機軋制開坯→保溫→退火→修磨—650軋機軋制o120圓鋼→保溫→退火→修磨→檢驗、包裝、入庫。
冶煉工藝
電爐冶煉應(yīng)用無碳爐殼冶煉超低碳葉片鋼技術(shù),采用返回吹氧化法冶煉。裝料配入自煉低磷原料及本鋼類返回鋼,合理配入鉻、碳、磷含量,并適當(dāng)配入脫磷劑及造渣材料,控制配料總量。為控制鋼水氣體含量,F(xiàn)e-Cr等合金及耐火材料等原輔料保證烘烤良好。采用Fe-Si粉造渣,保證渣的流動性良好。全熔及氧化后兩次扒渣。LF精煉采用鋼包底吹氬,控制氬氣壓力,終脫氧時依次喂入Al線,保證脫氧效果。鉻合金化在電爐完成,LF進行成分微調(diào)。電爐化學(xué)成分按鉻當(dāng)量目標進行控制,以保證6鐵素體含量和力學(xué)性能要求。冶煉后澆注3.16 t鋼錠,使用超低碳固體保護渣,采用氬氣保護澆注。
電渣重熔工藝
電渣重熔采用單支臂不交換電極重熔,按遞減功率恒熔速控制模型重熔。使用ANF-6 ( CaF -Al,0 )二元提純渣,按錠型及鋼質(zhì)純凈度要求控制渣量;重熔2 t電渣錠,電渣錠罩冷并退火。
熱加工工藝
該鋼為沉淀硬化型不銹鋼,對熱加工影響強烈的銅元素含量高,且合金含量高、組織應(yīng)力大、裂紋敏感性強,熱加工難度大,傳統(tǒng)熱加工都采用鍛造工藝。本鋼經(jīng)過深入研究,創(chuàng)新開發(fā)了以軋代鍛工藝:電爐鋼錠及電渣錠用均熱爐加熱,采用三段均溫兩段升溫的五段加熱制度,并合理控制各段升溫速度及保溫時間,出鋼前并給予適當(dāng)?shù)某鰻t溫降補償;軋制過程中控制軋制節(jié)奏及軋輾冷卻水流量,以防止角部裂紋的產(chǎn)生;嚴格控制終軋溫度及保溫入坑溫度。
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