1 000 MW超超临界汽轮机叶片用2Cr10MoVNbN钢热处理工艺研究

2013-09-23彭建强闫红博孙福民

大型铸锻件 2013年4期

彭建强闫红博孙福民

(1.哈尔滨汽轮厂有限责任公司，黑龙江150046；2.黑龙江科技大学经济管理学院，黑龙江150027)

目前，火力发电行业主要面临两方面的压力：一是市场竞争的加剧需要降低发电成本，二是人们对全球环境问题日益关注，要求电厂降低温室气体的排放，满足严格的环保要求。发展高效低成本火电技术是解决这些问题的关键。

我公司采用2Cr10MoVNbN钢制造1 000 MW超超临界汽轮机组高温、高压部件，如高中压叶片等。为了掌握材料的热处理工艺特性，对2Cr10MoVNbN钢的热处理工艺进行了试验研究，以确定合适的热处理工艺参数，保证汽轮机重要的高温高压零部件满足各项性能要求，确保超超临界汽轮机组的安全运行。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为本溪钢铁公司按本公司的技术条件生产的扁钢，炉号为D04085。试验用材料采用电炉冶炼+电渣重熔工艺冶炼，然后热轧成符合要求的扁钢，并进行高温回火处理。原材料的化学成分检验结果见表1，符合技术条件要求。低倍组织、非金属夹杂物检验结果也符合技术条件要求。

1.2 试验方法

由于2Cr10MoVNbN钢为改良型12%Cr马氏体不锈耐热钢，复合加入Mo、V、Nb、N等合金强化元素，其强化过程是依靠调质(淬火+回火)热处理后的固溶强化和沉淀强化，所以正确地选择热处理工艺对有效地发挥钢的潜力非常重要。另外，考虑到热处理炉的实际控温情况及批量生产情况，钢的实际热处理工艺均有一定的温度偏差，通常为±10℃，有的厂家规定为±15℃。

为选择该钢的批量生产热处理工艺，首先用小炉进行了热处理工艺试验，然后采用实际产品进行了验证试验。结合有关标准给出的推荐热处理工艺，选定小炉热处理工艺方案，如表2所示。

表1 试验材料的化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical composition of tested material (mass fraction,%)

表2 热处理工艺试验方案Table 2 Test scheme of heat treatment process

表3 试样经热处理后的室温力学性能测试结果Table 3 The test results of mechanical properties at room temperature after heat treatment of specimens

表4 试样经热处理后的高温短时持久性能测试结果Table 4 The test results of endurance properties at high temperature for short time after heat treatment of specimens

图1 试样经热处理后的显微组织照片Figure 1 Microstructures of specimens after heat treatment

2 试验结果与分析

试样经热处理后的室温力学性能、高温短时持久性能和显微组织分别见表3、表4和图1。

从试样的性能测定结果可以看出，试验结果均满足标准要求，金相组织均为保持马氏体位向的回火索氏体。但是，钢经650℃回火后，强度偏高，硬度非常接近要求值的下限，而经665℃回火后，强度偏低，尤其是抗拉强度非常接近要求值的下限。可见，钢的热处理温度范围较窄，尤其是回火温度应严格控制在650～665℃之间。根据试验结果可以看出，2Cr10MoVNbN钢合适的批量生产热处理工艺为1 110±10℃油冷+657±7℃空冷，并应严格控制热处理温度。