RU2404281C1 - Heat-resistant steel for power equipment - Google Patents
Heat-resistant steel for power equipment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2404281C1 RU2404281C1 RU2009116108/02A RU2009116108A RU2404281C1 RU 2404281 C1 RU2404281 C1 RU 2404281C1 RU 2009116108/02 A RU2009116108/02 A RU 2009116108/02A RU 2009116108 A RU2009116108 A RU 2009116108A RU 2404281 C1 RU2404281 C1 RU 2404281C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- molybdenum
- heat
- nickel
- tungsten
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 42
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 6
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 15
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 abstract 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 abstract 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 6
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- -1 Nickel Molybdenum Vanadium Niobium Chemical compound 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 2
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 229910001068 laves phase Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910018509 Al—N Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- OENKNKMCEFDEBS-UHFFFAOYSA-N [C].[Si].[Mn].[Cr] Chemical compound [C].[Si].[Mn].[Cr] OENKNKMCEFDEBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O thiamine pyrophosphate Chemical compound CC1=C(CCOP(O)(=O)OP(O)(O)=O)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к выбору состава жаропрочной стали, которая может быть использована для изготовления рабочих лопаток, роторов и других деталей паровых турбин, работающих при суперсверхкритических параметрах пара.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the selection of the composition of heat-resistant steel, which can be used for the manufacture of rotor blades, rotors and other parts of steam turbines operating at super supercritical parameters of steam.
Известны стали, применяемые в указанной области техники в России и за рубежом 15Х1М1Ф, ЭП 450, 12Cr-WCo-NiVNb; 12Cr-WCo-VNb [1, 2]. Следует отметить, что известные материалы обладают комплексом достаточно высоких механических и эксплуатационных свойств.Known steels used in the specified field of technology in Russia and abroad 15X1M1F, EP 450, 12Cr-WCo-NiVNb; 12Cr-WCo-VNb [1, 2]. It should be noted that the known materials have a complex of sufficiently high mechanical and operational properties.
Однако известные стали не обеспечивают требуемого уровня длительной прочности и стабильности основных физико-механических и служебных характеристик, что снижает работоспособность и промышленную безопасность теплообменного оборудования, работающего в условиях длительной эксплуатации и воздействия пара высоких параметров.However, the known steels do not provide the required level of long-term strength and stability of the basic physical, mechanical and service characteristics, which reduces the operability and industrial safety of heat-exchange equipment operating under conditions of long-term operation and exposure to steam of high parameters.
Наиболее близкой по химическому составу и техническим характеристикам к предлагаемой стали является сталь по патенту RU 2272852 С1 [3], в которой содержатся легирующие элементы в следующем соотношении, мас.%:Closest to the chemical composition and technical characteristics of the proposed steel is steel according to the patent RU 2272852 C1 [3], which contains alloying elements in the following ratio, wt.%:
при этом должны соблюдаться следующие соотношения:the following ratios must be observed:
0,12≤C+N≤0.22;0.12≤C + N≤0.22;
0.9≤Mo+0.5W≤2.0;0.9≤Mo + 0.5W≤2.0;
0.15≤V+Nb≤0.3;0.15≤V + Nb≤0.3;
Crэкв=Cr+6Si+4Mo+1.5W+llV+5Nb-40C-2Mn-4Ni-30N≥6.5;Cr eq = Cr + 6Si + 4Mo + 1.5W + llV + 5Nb-40C-2Mn-4Ni-30N≥6.5;
P≤[0.12-5(Sb+Sn)-As]/10;P≤ [0.12-5 (Sb + Sn) -As] / 10;
10S≤Mn≤20S.10S≤Mn≤20S.
Недостатками известной стали являются низкий уровень и недостаточная стабильность характеристик жаропрочности в условиях длительной высокотемпературной эксплуатации 105 часов (σ600 10 5=100 МПа).The disadvantages of the known steel are the low level and insufficient stability of the characteristics of heat resistance in conditions of long-term high-temperature operation of 10 5 hours (σ 600 10 5 = 100 MPa).
Техническим результатом настоящего изобретения является создание жаропрочной стали, обладающей высоким уровнем и стабильностью характеристик жаропрочности при суперсверхкритических параметрах пара, что обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и общего ресурса работы современного паросилового оборудования тепловых энергоблоков и электростанций.The technical result of the present invention is the creation of heat-resistant steel with a high level and stability of the characteristics of heat resistance at super supercritical steam parameters, which improves the operational reliability and overall service life of modern steam-powered equipment of thermal power units and power plants.
Технический результат достигается за счет дополнительного введения в состав известной стали (содержащей углерод, азот, марганец, хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, бор, кремний, олово, сурьму, мышьяк, серу, фосфор и железо) титана, кобальта, алюминия, а также значительного снижения содержания углерода, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The technical result is achieved due to the additional introduction of the known steel (containing carbon, nitrogen, manganese, chromium, nickel, molybdenum, tungsten, vanadium, niobium, boron, silicon, tin, antimony, arsenic, sulfur, phosphorus and iron) titanium, cobalt , aluminum, as well as a significant reduction in carbon content, in the following ratio of components, wt.%:
при этом должны соблюдаться следующие соотношения:the following ratios must be observed:
молибденовый эквивалент: Моэкв=(Мо+0.5W)≤0.85%Molybdenum equivalent: Mo equiv = (Mo + 0.5W) ≤0.85%
суммарное соотношение примесных элементов (P+Sn+Sb+As) не должно превышать 0.025%.the total ratio of impurity elements (P + Sn + Sb + As) should not exceed 0.025%.
Соотношение указанных легирующих элементов и принятые ограничения суммарного содержания некоторых из них выбраны таким образом, чтобы сталь после соответствующей термической обработки обеспечивала требуемый уровень физико-механических свойств и длительной прочности. Термическая обработка заявляемой стали представляет собой аустенитизацию при температуре 1100-1150°С и отпуск при температуре 750-780°С длительностью 10 ч. После аустенитизации и отпуска структура стали представляет собой отпущенный мартенсит с высокой плотностью дислокаций. В заявляемой стали реализован механизм наноразмерного саморегулирования структуры в условиях длительной эксплуатации, заключающийся в закреплении дислокаций наноразмерными выделениями (размером не более 20-30 нм), обладающими и высокой стабильностью при воздействии повышенных температур и высоких напряжений.The ratio of these alloying elements and the accepted limitations of the total content of some of them are selected so that the steel after appropriate heat treatment provides the required level of physical and mechanical properties and long-term strength. The heat treatment of the inventive steel is austenitization at a temperature of 1100-1150 ° C and tempering at a temperature of 750-780 ° C for 10 hours. After austenitization and tempering, the steel structure is tempered martensite with a high dislocation density. The inventive steel implements the mechanism of nanoscale self-regulation of the structure under long-term operation, which consists in fixing dislocations with nanoscale precipitates (no more than 20-30 nm in size), which are also highly stable when exposed to elevated temperatures and high voltages.
Минимальное содержание углерода (до 0.02%) при выплавке в вакуумно-индукционной печи позволяет подавить выделение неустойчивых карбидов и активизировать действие азота, образующего нитриды и карбонитриды, более термодинамически устойчивые и потому более благоприятно действующие на длительную прочность, чем карбиды.The minimum carbon content (up to 0.02%) during smelting in a vacuum induction furnace allows one to suppress the release of unstable carbides and activate the action of nitrogen, forming nitrides and carbonitrides, which are more thermodynamically stable and therefore have a more favorable effect on long-term strength than carbides.
Повышение содержания углерода и хрома выше указанного в формуле изобретения способствует выделению карбидов типа М23С6 и ускоренной их коагуляции по границам зерен, уменьшению дисперсности выделяющихся фаз, обеднению твердого раствора, что ведет к снижению характеристик кратковременной и длительной прочности.An increase in the content of carbon and chromium above that indicated in the claims contributes to the precipitation of carbides of the type M 23 C 6 and their accelerated coagulation along grain boundaries, a decrease in the dispersion of the precipitated phases, and depletion of the solid solution, which leads to a decrease in the characteristics of short-term and long-term strength.
Содержание азота выбрано таким образом, чтобы оно было достаточным для образования мелкодисперсных нитридов и, в то же время, не приводило к образованию Z-фазы, быстро коагулирующей при высоких температурах и приводящей при длительной работе к снижению жаропрочности.The nitrogen content was chosen so that it was sufficient for the formation of finely divided nitrides and, at the same time, did not lead to the formation of the Z phase, which quickly coagulates at high temperatures and leads to a decrease in heat resistance during long-term operation.
Для повышения теплостойкости и улучшения длительной прочности, а также для подавления образования δ-феррита в заявляемую сталь было введено 2.5-3.0% кобальта, также с этой целью было увеличено содержание марганца по сравнению с известной сталью.To increase heat resistance and improve long-term strength, as well as to suppress the formation of δ-ferrite, 2.5-3.0% cobalt was introduced into the inventive steel, and the manganese content was increased for this purpose in comparison with the known steel.
Сталь имеет пониженное содержание молибдена по сравнению с известной сталью для подавления выделения фаз Лавеса, которые так же, как и Z-фаза, быстро коагулируют при высоких температурах, что приводит к снижению характеристик жаропрочности.Steel has a lower molybdenum content compared with the known steel to suppress the release of Laves phases, which, like the Z phase, quickly coagulate at high temperatures, which leads to a decrease in heat resistance characteristics.
В связи с тем, что современное оборудование должно эксплуатироваться при температурах до 620°С, для повышения жаропрочности заявляемого материала в его составе обеспечивается следующее соотношение молибдена и вольфрама: Moэкв=(%Mo+0,5%W)≤0.85%, при данном соотношении подавляется интенсивное выделение и коагуляция фаз Лавеса и сохраняется упрочнение твердого раствора матрицы вольфрамом и молибденом в течение длительного срока эксплуатации.Due to the fact that modern equipment should be operated at temperatures up to 620 ° С, the following ratio of molybdenum and tungsten is provided in its composition to increase the heat resistance of the claimed material: Mo equiv = (% Mo + 0.5% W) ≤0.85%, This ratio suppresses the intense isolation and coagulation of the Laves phases and the hardening of the matrix solid solution by tungsten and molybdenum is maintained for a long period of operation.
Пределы содержания никеля в заявляемой композиции сужены до 0.05-0.15% для повышения отпускоустойчивости и уменьшения чувствительности стали к отпускной хрупкости. Увеличение содержания никеля сверх установленного предела приведет к увеличению чувствительности к отпускной и тепловой хрупкости, в результате чего может значительно снизиться эксплуатационная надежность. Критическая температура хрупкости, низкие значения которой являются критерием высокого сопротивления хрупкому разрушению, при значительных содержаниях никеля может повыситься не только в результате длительной работы при повышенной температуре, но и при медленном охлаждении с температуры отпуска [4].The limits of nickel content in the inventive composition are narrowed to 0.05-0.15% to increase the tempering resistance and reduce the sensitivity of steel to temper brittleness. An increase in the nickel content over the set limit will lead to an increase in sensitivity to tempering and thermal brittleness, as a result of which operational reliability can be significantly reduced. The critical temperature of brittleness, low values of which are a criterion of high resistance to brittle fracture, at significant nickel contents can increase not only as a result of prolonged operation at elevated temperature, but also during slow cooling from tempering temperature [4].
Для повышения длительной прочности при эксплуатации в условиях сверхкритических температур и возможности реализации упрочнения мелкодисперсными частицами в заявленную марку стали был введен титан в количестве 0.03-0.05%, который является чрезвычайно сильным карбидообразователем. Карбид титана (размер выделения 20-30 нм) отличается высокой стабильностью и переходит в твердый раствор только при очень высоких температурах. Повышение содержания титана выше указанного предела нецелесообразно, т.к. может привести к ухудшению технологичности стали, затрудняя проведение горячей пластической обработки, и усложнению выплавки сложнолегированных сплавов.To increase the long-term strength during operation at supercritical temperatures and the possibility of realizing hardening with fine particles, titanium in the amount of 0.03-0.05%, which is an extremely strong carbide former, was introduced into the declared steel grade. Titanium carbide (release size 20-30 nm) is highly stable and passes into the solid solution only at very high temperatures. Increasing the titanium content above the specified limit is impractical, because can lead to a deterioration in the manufacturability of steel, making it difficult to conduct hot plastic processing, and complicating the smelting of complex alloys.
Для повышения окалиностойкости, измельчения зерна в заявляемую марку стали был дополнительно введен алюминий в количестве 0.010-0.015%, который также является хорошим раскислителем и десульфуратором. Содержание алюминия выше заданных пределов может привести к снижению жаропрочности, т.к. на границах зерен образуются грубые частицы Al-N. На границах этих частиц, в свою очередь, инициируются пустоты при ползучести, а также снижается содержание азота, способного образовывать карбонитриды ванадия и других элементов, которые более термодинамически стойкие, чем карбиды, и обеспечивают высокое сопротивление ползучести [7].To increase the scale resistance, grinding grain in the inventive steel grade, aluminum was additionally introduced in an amount of 0.010-0.015%, which is also a good deoxidizer and desulfurizer. The aluminum content above the specified limits can lead to a decrease in heat resistance, because coarse Al-N particles are formed at the grain boundaries. At the boundaries of these particles, in turn, voids during creep are initiated, and the nitrogen content is also reduced, which can form vanadium carbonitrides and other elements that are more thermodynamically stable than carbides and provide high creep resistance [7].
Для достижения максимальной прочности сталь должна быть целиком мартенситной после охлаждения на воздухе, любое содержание δ-феррита снижает ее прочность: с увеличением количества δ-феррита увеличивается охрупчивание стали при длительном воздействии повышенной температуры [5]. Чтобы предсказать количество сформировавшегося δ-феррита в высокохромистых сталях было введено понятие хромового эквивалента, который точно согласуется с эквивалентным количеством Cr в Fe-Cr бинарной системе. Формула выражает хромовый эквивалент как линейную зависимость различных легирующих элементов посредствам регрессионного анализа. Коэффициенты перед элементами являются оценкой их влияния на γ-область, которая связана с образованием δ-феррита. Критерием отсутствия δ-феррита является значение хромового эквивалента, не превышающее 10%: Crэкв=Cr+6Si+4Mo+1.5W+11V+5Nb-40C-2Mn-4Ni-2Co-30N≤10% [6].To achieve maximum strength, the steel must be completely martensitic after cooling in air, any δ-ferrite content reduces its strength: with an increase in the amount of δ-ferrite, the embrittlement of steel increases with prolonged exposure to elevated temperature [5]. In order to predict the amount of δ-ferrite formed in high-chromium steels, the concept of the chromium equivalent was introduced, which is exactly consistent with the equivalent amount of Cr in the Fe-Cr binary system. The formula expresses the chromium equivalent as a linear relationship of various alloying elements through regression analysis. The coefficients for the elements are an estimate of their influence on the γ-region, which is associated with the formation of δ-ferrite. The criterion for the absence of δ-ferrite is the value of the chromium equivalent not exceeding 10%: Cr equiv = Cr + 6Si + 4Mo + 1.5W + 11V + 5Nb-40C-2Mn-4Ni-2Co-30N≤10% [6].
При длительном воздействии повышенных рабочих температур до 620°С возможна сегрегация примесных элементов, таких как Sb, Р, Sn, и As на границах зерен, что приводит к появлению участков межзеренного разрушения в изломах образцов. При этом наблюдается снижение сопротивления хрупкому разрушению, повышение критической температуры хрупкости стали. В связи с этим было введено ограничение на содержание примесных элементов: Σ(Р+Sn+Sb+As)≤0.025%.With prolonged exposure to elevated operating temperatures up to 620 ° C, segregation of impurity elements such as Sb, P, Sn, and As at grain boundaries is possible, which leads to the appearance of areas of intergranular fracture in fractures of samples. In this case, there is a decrease in resistance to brittle fracture, an increase in the critical temperature of brittleness of steel. In this regard, a restriction was introduced on the content of impurity elements: Σ (P + Sn + Sb + As) ≤0.025%.
На ООО «Ласмет» при участии ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» были выполнены 3 опытно-промышленных плавки весом по 100 кг. Металл выплавлялся в вакуумно-индукционных печах. Разливка в слитки производилась в вакууме. Полученный металл подвергался обработке давлением на промышленном кузнечно-прессовом и прокатном оборудовании.At Lasmet LLC, with the participation of FSUE Central Research Institute KM Prometey, 3 pilot melts weighing 100 kg each were performed. Metal was smelted in vacuum induction furnaces. The ingots were cast in a vacuum. The resulting metal was subjected to pressure treatment on industrial forging and rolling equipment.
Из термически обработанного материала были изготовлены образцы на статическое растяжение, удар и длительную прочность.Static tensile, impact, and long-term strength samples were made from heat-treated material.
Химический состав исследованных материалов и результаты определения механических и служебных свойств приведены в таблицах 1-3.The chemical composition of the investigated materials and the results of determining the mechanical and service properties are given in tables 1-3.
Результаты сравнительных испытаний показывают преимущество стали заявленного состава по механическим свойствам и существенное преимущество заявленного состава по служебным характеристикам, что обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и общего ресурса работы современного и перспективного паросилового оборудования тепловых энергоблоков и электростанций, в частности для оборудования, работающего при суперсверхкритических параметрах пара.The results of comparative tests show the advantage of steel of the claimed composition in terms of mechanical properties and a significant advantage of the claimed composition in terms of performance, which provides increased operational reliability and overall service life of modern and promising steam-powered equipment of thermal power units and power plants, in particular for equipment operating at super supercritical steam parameters.
Примечание:Note:
1) результаты механических испытаний усреднены по трем образцам на точку;1) the results of mechanical tests are averaged over three samples per point;
2) механические свойства представлены после отпуска;2) mechanical properties are presented after tempering;
3) предел длительной прочности определен на основании результатов ускоренных испытаний при более высоких температурах.3) the long-term strength is determined on the basis of the results of accelerated tests at higher temperatures.
Источники информацииInformation sources
1. В.Ю.Скульский, А.К.Царюк. Проблемы выбора свариваемой стали для высокотемпературных компонентов энергоблоков ТЭС (обзор). // Автоматическая сварка. - 2004. - №3.1. V.Yu. Skulsky, A.K. Tsaryuk. Problems of choosing weldable steel for high-temperature components of TPP power units (review). // Automatic welding. - 2004. - No. 3.
2. В.Ю.Скульский, А.К.Царюк. Новые теплоустойчивые стали для изготовления сварных узлов энергоблоков (обзор). // Автоматическая сварка. - 2004. - №4.2. V.Yu. Skulsky, A.K. Tsaryuk. New heat-resistant steels for the manufacture of welded units of power units (review). // Automatic welding. - 2004. - No. 4.
3. Патент RU 2272852 С1.3. Patent RU 2272852 C1.
4. К.А.Ланская. Жаропрочные стали. - "Металлургия" - Москва, 1969. - 246 с.4. K.A. Lanskaya. Heat resistant steel. - "Metallurgy" - Moscow, 1969. - 246 p.
5. Ф.Б.Пикеринг. Физическое металловедение и разработка сталей. Перевод с английского. Под редакцией д.ф-м.н. Г.В. Щебердинского // Москва "Металлургия". - 1982. - 182 с.5. F.B. Pickering. Physical metallurgy and steel development. Translation from English. Edited by Ph.D. G.V. Shcheberdinsky // Moscow "Metallurgy". - 1982. - 182 p.
6. S.H.Ryu and Jin Yu. A New Equation for the Cr Equivalent in 9 to 12 Pct Cr Steels. // Metallurgical and Materials Transactions A. - vol. 29A, June 1998, p.1573 - 1578.6. S.H. Ryu and Jin Yu. A New Equation for the Cr Equivalent in 9 to 12 Pct Cr Steels. // Metallurgical and Materials Transactions A. - vol. 29A, June 1998, p. 1573 - 1578.
7. R.L.Bodnar and R.F. Capellini. Effects of residual elements in heavy forgings: past, present and future.// ASTM STP 979. - Philadelphia. - 1988. - p.47-82.7. R.L. Bodnar and R.F. Capellini. Effects of residual elements in heavy forgings: past, present and future.// ASTM STP 979. - Philadelphia. - 1988. - p. 47-82.
Claims (1)
при соблюдении следующих соотношений:
молибденовый эквивалент: MoЭKB=(Mo+0,5)≤0,85%,
суммарное соотношение примесных элементов (P+Sn+Sb+As)≤0,025%. Heat-resistant steel for power equipment containing carbon, nitrogen, manganese, chromium, nickel, molybdenum, tungsten, vanadium, niobium, boron, silicon, tin, antimony, arsenic, sulfur, phosphorus, characterized in that it additionally contains titanium, cobalt, aluminum with a limited content of carbon, nickel, tungsten and molybdenum in the following ratio of components, wt.%:
subject to the following ratios:
molybdenum equivalent: Mo EKB = (Mo + 0.5) ≤0.85%,
total ratio of impurity elements (P + Sn + Sb + As) ≤0.025%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009116108/02A RU2404281C1 (en) | 2009-04-27 | 2009-04-27 | Heat-resistant steel for power equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009116108/02A RU2404281C1 (en) | 2009-04-27 | 2009-04-27 | Heat-resistant steel for power equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2404281C1 true RU2404281C1 (en) | 2010-11-20 |
Family
ID=44058458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009116108/02A RU2404281C1 (en) | 2009-04-27 | 2009-04-27 | Heat-resistant steel for power equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2404281C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655496C1 (en) * | 2017-05-18 | 2018-05-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Heat-resistant steel of martensitic class |
| CN111394638A (en) * | 2020-05-08 | 2020-07-10 | 华能国际电力股份有限公司 | A kind of high-strength superalloy for thermal power unit and its processing technology |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4436874A1 (en) * | 1994-10-15 | 1996-04-18 | Abb Management Ag | Heat- and creep-resistant steel |
| RU2270269C1 (en) * | 2005-02-01 | 2006-02-20 | Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" | Steel, product made out of the steel and the method of its manufacture |
| JP2007162112A (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Martensitic iron-base heat-resistant alloy |
| JP2007162114A (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Martensitic iron-base heat-resistant alloy |
| EP1988182A1 (en) * | 2006-02-06 | 2008-11-05 | Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha | Ferritic heat-resistant steel |
| RU2346074C2 (en) * | 2006-09-04 | 2009-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Каури" | Stainless high-strength steel |
-
2009
- 2009-04-27 RU RU2009116108/02A patent/RU2404281C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4436874A1 (en) * | 1994-10-15 | 1996-04-18 | Abb Management Ag | Heat- and creep-resistant steel |
| RU2270269C1 (en) * | 2005-02-01 | 2006-02-20 | Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" | Steel, product made out of the steel and the method of its manufacture |
| JP2007162112A (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Martensitic iron-base heat-resistant alloy |
| JP2007162114A (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Martensitic iron-base heat-resistant alloy |
| EP1988182A1 (en) * | 2006-02-06 | 2008-11-05 | Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha | Ferritic heat-resistant steel |
| RU2346074C2 (en) * | 2006-09-04 | 2009-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Каури" | Stainless high-strength steel |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655496C1 (en) * | 2017-05-18 | 2018-05-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Heat-resistant steel of martensitic class |
| CN111394638A (en) * | 2020-05-08 | 2020-07-10 | 华能国际电力股份有限公司 | A kind of high-strength superalloy for thermal power unit and its processing technology |
| CN111394638B (en) * | 2020-05-08 | 2021-11-16 | 华能国际电力股份有限公司 | High-strength high-temperature alloy for thermal power generating unit and processing technology thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5574953B2 (en) | Heat-resistant steel for forging, method for producing heat-resistant steel for forging, forged parts, and method for producing forged parts | |
| US11198930B2 (en) | Austenitic stainless steel plate | |
| JP6144417B2 (en) | High chromium heat resistant steel | |
| EP1867745B1 (en) | Ferritic heat-resistant steel | |
| KR20190046729A (en) | Low alloy steel for geothermal power generation turbine rotor, and low alloy material for geothermal power generation turbine rotor and method for manufacturing the same | |
| CZ289032B6 (en) | Steel for manufacture of castings and use thereof | |
| JP3508667B2 (en) | High Cr ferritic heat resistant steel excellent in high temperature strength and method for producing the same | |
| CN109112424A (en) | A kind of steam turbine heat resisting steel | |
| RU2404281C1 (en) | Heat-resistant steel for power equipment | |
| JP5981357B2 (en) | Heat resistant steel and steam turbine components | |
| JPH11209851A (en) | Gas turbine disk material | |
| JPH0885850A (en) | High Cr ferritic heat resistant steel | |
| JP4952708B2 (en) | Martensitic stainless steel and method for producing the same | |
| JP2016065265A (en) | Heat resistant steel for steam turbine rotor blade and steam turbine rotor blade | |
| CN109295396A (en) | A kind of steam turbine forging heat resisting steel | |
| JP3969279B2 (en) | Martensitic iron-base heat-resistant alloy and method for producing the same | |
| JP2001152293A (en) | High Cr ferritic heat resistant steel | |
| KR20240064053A (en) | Ferritic heatresistant steel | |
| JP2021031771A (en) | Low alloy heat-resistant steel and steel pipe | |
| RU2757923C1 (en) | Heat-resistant steel of the martensitic class | |
| RU2425901C1 (en) | Heat resistant alloy on nickel base | |
| RU2426814C2 (en) | Heat resistant steel for power engineering | |
| JP2002004008A (en) | High Cr ferritic heat resistant steel | |
| CN117642520A (en) | Ferritic heat-resistant steel | |
| WO2022255927A1 (en) | Alumina forming austenite-ferrite stainless steel alloy |