[發(fā)明專利]一種高純凈度奧氏體無(wú)磁護(hù)環(huán)鋼及其生產(chǎn)工藝

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910656661.2
• 申請(qǐng)日: 2019-07-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110230010A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余佑祥;黃生權(quán);崔建強(qiáng);蘇雄杰;馮東林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川豐元機(jī)械制造有限公司
• 主分類號(hào): C22C38/60
• 分類號(hào): C22C38/60;C22C38/38;C22C38/22;C22C38/20;C22C38/06;C22C38/04;C22C38/02;C21C7/068;C21C7/06;C21C7/10;C21D8/00
• 代理公司: 成都聚蓉眾享知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51291
• 代理人: 張輝

本發(fā)明公開(kāi)了一種高純凈度奧氏體無(wú)磁護(hù)環(huán)鋼，其成份按重量百分比構(gòu)成C：0.52％?0.56％、Si：0.45％?0.65％、Mn：17.8％?18.8％、P：≤0.020％、S：≤0.010％、Cr：3.8％?4.5％、Cu：≤0.10％、As：≤0.020％、Sn≤0.010％；Pb+Sb+Bi≤0.020％、Al≤0.020％、N：0.080％?0.095％和W：0.80％?1.0％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明還公開(kāi)了一種高純凈度奧氏體無(wú)磁護(hù)環(huán)鋼的生產(chǎn)工藝。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高純凈度奧氏體無(wú)磁護(hù)環(huán)鋼及其生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)

護(hù)環(huán)是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要部件之一，它被熱裝在轉(zhuǎn)子上，它的作用是保護(hù)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的線圈在離心力的作用下不向外飛出，因此，護(hù)環(huán)除受線圈和自身的離心力作用外，還受熱應(yīng)力的作用，它是汽輪機(jī)組承受應(yīng)力最高的部件。為了保證機(jī)組的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，要求護(hù)環(huán)要有足夠高的強(qiáng)度、高的抗蠕變性能指標(biāo)、均勻的力學(xué)性能和最小的殘余應(yīng)力。護(hù)環(huán)是在強(qiáng)磁場(chǎng)、潮濕的腐蝕介質(zhì)中工作，工作溫度在100℃以下，為減少端部線圈電流損失和防止工作溫度過(guò)高，護(hù)環(huán)一般采用無(wú)磁奧氏體鋼進(jìn)行制造。

目前，國(guó)內(nèi)外200MW以下的各火電站、核電站的發(fā)電機(jī)組所使用的護(hù)環(huán)鍛件大多數(shù)采用50Mn18Cr5和50Mn18Cr4WN系列鋼進(jìn)行制造。為保證發(fā)電機(jī)組的安全使用，其復(fù)雜的受力要求及惡劣的工作環(huán)境對(duì)材料的強(qiáng)度、塑性等力學(xué)性能，還是對(duì)其導(dǎo)磁性、金相等物理性能，都提出了很高的要求；且該類護(hù)環(huán)一般均通過(guò)熱鍛成形—粗加工—冷擴(kuò)成型等工序進(jìn)行制作完成，對(duì)材料的內(nèi)在純凈度及夾雜物要求很高，近于要求材料內(nèi)部純凈度達(dá)到“零缺陷”狀態(tài)，否則在材料的各個(gè)成型階段都會(huì)導(dǎo)致材料報(bào)廢，也會(huì)對(duì)后續(xù)護(hù)環(huán)使用帶來(lái)危害極大的安全隱患。

50Mn18Cr4WN是在50Mn18Cr5的基礎(chǔ)上通過(guò)加鎢、氮等元素后得到的性能更優(yōu)化的錳鉻系無(wú)磁性?shī)W氏體護(hù)環(huán)鋼，鎢使鋼中碳化物沉淀較慢，能大幅提高鋼的強(qiáng)度。

該類汽輪發(fā)電機(jī)Mn18Cr5系及Mn18Cr18N系奧氏體無(wú)磁護(hù)環(huán)鋼的典型鋼種化學(xué)成份要求如下(％):

(JB/T1268-2014)

從該類鋼種的化學(xué)成份及材料的使用性能要求可以看出：

該類鋼種化學(xué)元素含量較高，Mn元素含量達(dá)18％以上，總合金元素含量達(dá)22-40％以上，屬比較典型的高合金鋼，冶煉過(guò)程中合金加入量大；

50Mn18Cr4WN加入了高達(dá)0.08％(800ppm)以上的氮，而氮的大量加入將會(huì)對(duì)該鋼種的冶煉控制和鍛制提出特殊要求；

材料內(nèi)部純凈度近于達(dá)到“零缺陷”的使用要求，對(duì)冶煉過(guò)程中的鋼液純凈度要求比一般特殊鋼提出了更嚴(yán)格的控制要求：除保證合適的化學(xué)成份主元素控制外，對(duì)鋼中的有害殘余元素要求盡可能低，同時(shí)對(duì)鋼中的氣體如H含量高將在材料的成型和后續(xù)的使用過(guò)程中產(chǎn)生內(nèi)部的氫致開(kāi)裂及氫脆等現(xiàn)象，同時(shí)還會(huì)嚴(yán)重影響護(hù)環(huán)后續(xù)使用環(huán)境中的抗蝕能力，嚴(yán)重影響其使用壽命；對(duì)鋼中的夾雜物的特殊要求也對(duì)鋼中全氧含量提出了更高要求。

該類鋼種的冶煉工藝方法以前一般采用電爐或中頻爐單獨(dú)冶煉調(diào)整成份合格后出鋼，隨著爐外精煉技術(shù)的發(fā)展，引入了電爐或中頻爐或轉(zhuǎn)爐提供初煉鋼水后再進(jìn)行LF爐外鋼包精煉的冶煉工藝。但上述兩種冶煉工藝雖都可以冶煉出化學(xué)成份合格的鋼種，但在材料的內(nèi)部純凈度控制方面如氣體含量及夾雜物含量控制等方面均存在有不穩(wěn)定及達(dá)不到更高內(nèi)部純凈度的鋼液要求。

雖然真空冶煉技術(shù)已廣泛使用于各種特殊鋼的冶煉，但因本類鋼種Mn含量較高，在真空冶煉過(guò)程中Mn將產(chǎn)生比較突出的蒸發(fā)和汽化現(xiàn)象，不但影響Mn元素的收得率及成份控制波動(dòng)，同時(shí)也會(huì)因真空下Mn的大量蒸發(fā)和汽化導(dǎo)致的鋼水嚴(yán)重沸騰、甚至噴濺而發(fā)生比較嚴(yán)重的設(shè)備和安全事故；另外，本鋼種中因要求加入含量較高的氮，而真空冶煉將大量去除鋼中的氮含量，對(duì)氮含量控制不利。