汽轮机叶片用金属材料选用导则.doc

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1、汽轮机叶片用金属材料选用导则1.1 汽轮机叶片金属材料应具有以下性能 a）较高的强度、塑性和热强性能。对于服役温度低于或等于400的叶片，主要考虑室温和中温力学性能；对于服役温度高于400的叶片，除室温力学性能外，还应具有较高的持久强度、蠕变强度及持久塑性，且组织性能稳定性高。 b）较高的冲击吸收能量、低的缺口敏感性。c）良好的减振性。 d）良好的抗腐蚀性。处于湿蒸汽区工作的叶片宜采用耐蚀性好的不锈钢制造，或采用非不锈钢而予以适当的表面保护处理。 e）良好的抗疲劳性能，特别是抗腐蚀疲劳性能。 f）高的耐磨性能。特别是承受水滴冲刷磨损的低压末几级叶片。g）良好的冷、热加工工艺性能。1.2 汽轮机

2、高中压区段的叶片用钢的选用原则上主要考虑材料应有高的高温强度、持久强度、抗热疲劳性能、冲击吸收能量、低的缺口敏感性及高的组织稳定性；低压区段的叶片用钢的选用原则上主要考虑材料应有高的室温强度、冲击吸收能量、低的缺口敏感性、良好的减振性、良好的抗腐蚀性。1.3 汽轮机叶片用金属材料的验收1.3.1汽轮机叶片用钢的技术要求和质量检验应符合GB/T 8732或订货合同要求。1.3.2 进口汽轮机叶片的技术要求和质量检验，应符合供货国标准或订货合同要求。1.4 汽轮机叶片常用材料牌号、特性及其主要及其主要应用范围见附录A中表A5。表A5 汽轮机叶片常用钢钢号、特性及其主要应用范围钢号与技术条件特性主

3、要 应 用 范 围类 似 钢 号20CrMoGB/T 3077-1999 是广泛应用的铬钼合金结构钢，具有良好的力学性能和工艺性能。在520以下具有良好的高温持久性能。焊接性能尚好，作为叶片使用时，表面采取适当的防护措施。 用作中压125MW以下汽轮机压力级叶片1Cr13GB 8732-200412Cr13GB/T 1221-2007 属马氏体型耐热钢。该钢碳含量较低，淬透性好，有较高的耐蚀性、热强性、韧性和冷变形性能。能在湿蒸汽及一些酸碱溶液中长期运行。该钢的减振性是已知钢中最好的。应严格控制该钢的热加工始锻温度和终锻温度，否则钢易过热而导致晶粒粗大，并析出大量的铁素体，使钢的韧性降低。该钢

4、要求避免在370560回火，高温回火在保证良好的耐蚀性的同时，可获得优良的综合力学性能。钢的焊接性能尚可。 用于工作温度450的汽轮机变速级叶片及其他几级动、静叶片 SUS410(JIS) 410(AISI，ASTM) 410S 21(BS) X10Cr13(DIN) Z12C13(NFA) 12X13( 5632)2Cr13GB 8732-200420Cr13GB/T 1221-2007 属马氏体耐热钢。该钢在700以下具有足够高的强度、热稳定性和很好的减振性能，并具有较高的韧性和冷变形能力。与1Cr13钢相比，含碳量稍高，故强度也稍高，但塑性和韧性稍低。该钢在淡水、海水、蒸汽及湿气等条件下

5、耐蚀性较好。该钢的抗磨蚀性能可通过表面强化方法来提高。 用于工作温度450的截面较大、要求强度较高的后几级叶片及低温段长叶片 SUS 420J1(JIS) 420 S42000(AISI，ASTM) 420 S37(BS) X20Cr13(DIN) Z20C13(NFA)1Cr12MoGB 8732-200412Cr12MoGB/T 1221-2007属马氏体型耐热钢。与2Cr13钢相比，含碳量稍低，但强度、塑性、韧性均高于2Cr13。Mo的加入有利于提高钢的抗点蚀能力。该钢在淡水、海水、蒸汽及湿气等条件下耐蚀性较好。 用于工作温度450的截面较大、要求强度较高的后几级叶片及低温段长叶片，例如

6、 1000MW汽轮机低压动叶片。1Cr11MoVGB/T 8732-200414Cr11MoVGB/T 1221-2007 属马氏体耐热钢，是改型的12%铬钢的典型钢种之一。由于钢中加入了钼和钒，其热强性和组织稳定性均比13%铬钢高。该钢具有良好的减振性和小的线膨胀系数，工艺性能较好，焊接性能尚可。可通过氮化提高钢表面的耐磨性。该钢对回火脆性不敏感。 用于工作温度540的汽轮机变速级及高温区动、静叶片 15X11M( 5632)2Cr12MoVGB 8732-2004属马氏体耐热钢。与1Cr11MoV钢相比，C、Mn、Cr、Mo含量均有所提高，强度明显高于1Cr11MoV，但塑性、韧性相对稍低

7、。钢的热强性和组织稳定性均比13%铬钢高。该钢具有良好的减振性和小的线膨胀系数，工艺性能较好，焊接性能尚可。 用于工作温度540的汽轮机变速级及高温区动、静叶片表A5(续)钢号与技术条件特性主 要 应 用 范 围类 似 钢 号1Cr12W1MoVGB/T 8732-200415Cr12WMoVGB/T 1221-2007 是12%铬钢的改型钢种之一。由于钢中加入了钨、钼、钒等元素，提高了钢的热强性。在580具有较高的持久强度、持久塑性和组织稳定性，减振性能良好。由于钢的屈服强度较高，耐蚀性能较好。钢中因加入了相当数量的铁素体形成元素钨、钼和钒，故组织中含有一定数量的铁素体，其工艺性能尚好，可以

8、锻轧和模锻加工。为提高钢的表面耐磨性，可进行氮化. 用于工作温度580的汽轮机变速级及高温区动、静叶片 15X12BHM(802)(前苏联)2Cr11NiMoNbVNGB/T 8732-200418Cr11NiMoNbVNGB/T 1221-2007 是12%铬型马氏体耐热钢。由于钢中加入了铌、钒、氮等元素，增强了钢的沉淀强化效应，具有较高的强度，一定量的镍增加了钢的韧性。580左右持久强度、持久塑性和组织稳定性，减振性能良好。由于钢的屈服强度较高，耐蚀性能较好。钢的工艺性能尚好，可以锻轧和模锻加工。为提高钢的表面耐磨性，可进行氮化. 用于工作温度580的汽轮机变速级及高温区动、静叶片1Cr1

9、1NiMo1WVNbN（东汽）2Cr11Mo1VNbN（H46）（东汽）1Cr9Mo1VNbN（哈汽） 是12%铬型马氏体耐热钢。由于钢中加入了铌、钒、氮等元素，增强了钢的沉淀强化效应，具有较高的强度。600左右持久强度、持久塑性和组织稳定性，减振性能良好。1Cr9Mo1VNbN由于铬含量较低，所以强度和抗氧化性能稍低。 用于工作温度600的汽轮机变速级及高温区动、静叶片2Cr12NiMo1W1VGB/T 8732-200422Cr12NiWMoVGB/T 1221-2007 两个钢成份几近相同，22Cr12NiWMoV的S、P含量低于2Cr12NiMo1W1V，Cr、Mo、W、V的上限略有差

10、异。是12%铬型马氏体耐热钢。与1Cr12W1MoV钢相比，由于钢中碳、钼和钨含量均有所增加，并加入少量镍元素，因此使钢的热强性能得到提高。此外，钢的缺口敏感性小，并具有良好的减振性、抗松弛性能和工艺性能 用于工作温度550的汽轮机动叶片和围带 C-422(美国) SUH 616(JIS) 616(ASTM)2Cr12Ni2W1Mo1V1Cr12Ni2W1Mo1V 是在12%铬钢基础上加入较多量的镍、钨、钼、钒等强化元素改进而成的高强度马氏体耐热钢，与GB/T1221-2007中的13Cr11Ni2W2MoV成分相近。该钢具有高的强度及良好的韧性，屈服强度大于735MPa，硬度为293HB33

11、1HB，冲击值大于59J/cm2，且抗蚀性和冷热加工性能良好。该钢高温形变处理工艺简单，成品率高。与调质处理叶片相比，形变处理叶片晶粒细化且分布较为均匀，其力学性能和断裂韧度均较高。该钢抗回火能力强，因此，使叶片进汽边硬质合金片的焊后热影响区性能不受影响 用作1000MW汽轮机低压末级和次末级动叶片1Cr12Ni3Mo2VNbN 是在12%铬钢基础上加入较多量的镍、钼、钒等强化元素改进而成的高强度马氏体耐热钢。该钢具有高的强度及良好的韧性，抗蚀性和冷热加工性能良好。该钢抗回火能力强，因此，使叶片进汽边硬质合金片的焊后热影响区性能不受影响 用作1000MW汽轮机低压末级和次末级动叶片14Cr17

12、Ni2GB/T 1221-2007 属马氏体钢。在GB/T1221-92中为1Cr17Ni2。经淬火加低温回火后，具有高的强度、韧性和耐蚀性。为避免钢中因相增多而引起力学性能降低，钢中的镍控制在1.5%2.5%，铬控制在16%18%。热加工时，停锻温度应高一些，以改善塑性和表面质量，还应控制较大的加工比，以得到均匀的组织 用于工作温度450、要求高耐蚀性和高强度的叶片 SUS431(JIS) 431，S43100(AISI，ASTM) X22 CrNi17(DIN) Z15CN1602(NFA) 14X17H2( 5632)0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)GB/T 8732-2004

13、05Cr17Ni4Cu4NbGB/T 1221-2007 属典型的马氏体沉淀硬化不锈钢。既保持不锈钢的耐蚀性，又通过马氏体中金属间化合物的沉淀强化提高了强度。该钢的衰减性能好，抗腐蚀疲劳性能及抗水滴冲蚀的能力优于12%Cr钢。固溶后，可根据不同的强度要求选用不同的回火温度。经过热处理的锻件，应具有均匀的回火马氏体组织，晶粒度为ASTM 6号或更细，纤维状或块状铁素体平均量不超过5%，以保证锻件性能 用作既要求耐蚀性、又要求较高强度的汽轮机低压末级动叶片 SUS630(JIS) 630，S17400(AISI、ASTM) Z6CNU 17.04(NFA)Refractoloy-26(R-26)R

14、-26是美国钢号，是18%Cr-36Ni-20%Co型叶片材料，属于Ni-Cr-Co-Fe混合基沉淀硬化型高温合金，具有高的持久强度和抗松弛性能，使用温度高达650。R26通常在102413下进行固溶处理，保温时间多于30min，油或水冷却。沉淀硬化处理8168，保温20h，待冷却到7328时保温20h，空冷。 用于工作温度660、要求高抗氧化性和高强度的1000MW机组的叶片15106FE（日本三菱公司）1Cr11Co3W3NiMoVNbNB是在12%铬钢基础上加入较多量的、钨、钴元素。试验表明，在高温下，钨的强化效应是钼的2倍，复合添加钨/钼可获得更加的强化效应；钴可抑制钢中铁素体的形成，

15、650时，3%的钴具有最高的持久强度；铌、钒、氮、硼增加了陈沉淀强化。所以，该钢具有高的持久强度和抗氧化性。 用于工作温度650、要求高抗氧化性和高强度的的1000MW机组动/静叶片NiCr20TiAl（上汽）该钢较高的铬含量大大提高了其抗氧化性能，钛的添加可提高钢的强度，细化晶粒，同时可提高钢的抗氧化、抗腐蚀性能。用于制造600左右的超超临界汽轮机高中压1-3级叶片NiCr20TiAl（西门子公司）X12CrMoWVNbN10-1-1（上汽）性能特点见转子 用于制造600左右的超超临界汽轮机高中压3-5级叶片12CrMoWVNbN10-1-1（西门子公司）X19CrMoNbVN11-1（上汽

16、）马氏体型热强钢。高的Cr量提高了钢的抗氧化、抗腐蚀性，Cr、Mo元素的加入保证了钢的基体强度，少量的N与V、Nb在钢中可形成氮化物或复合碳/氮化物Nb（C、N）产生沉淀强化效应。低的含C量增强了钢的组织稳定性，Mo可提高钢的再结晶温度，延缓高温运行下马氏体的分解。该钢具有良好的高温强度和抗氧化。 用于制造600左右的超超临界汽轮机高中压6-13级叶片X19CrMoNbVN11-1（西门子公司）X5CrNiCuNb16-4属15%Cr型沉淀硬化马氏体耐热钢，含4.5%Ni、3.5%Cu。经1020-1050固溶处理、820-850中间回火、530-560沉淀硬化处理。屈服强度可达950MPa。通常采用激光硬化。用于1000MW机组低压动叶片X5CrNiCuNb16-4（西门子公司）