一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片及其生产工艺制造技术

本发明专利技术是一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其化学成分的质量百分比为：C：0.31-0.35%，Si：0.10-0.12%，Mn：0.75-0.77%，Ni：0.63-0.65%，Cr:11.2-11.7%，Mo:0.65-0.68%，V：0.16-0.18%，Sr：0.85-0.88%，Nb：0.15-0.17%，Cu:0.05-0.07%，Al:0.27-0.29%，Ti：0.13-0.15%，B：0.06-0.08%，S≤0.02%，稀土金属：0.21-0.35%，余量为Fe。本发明专利技术可大幅度提高叶片的冲击韧度，提高叶片的抗热裂性能，提高叶片的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片及其生产工艺
本专利技术涉及一种汽轮机叶片及其生产工艺，具体的说是一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片及其生产工艺。
技术介绍
汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。汽轮机主要应用于电力工业、船舶工业、水泥、化工、石油、冶金、重型机械等领域。汽轮机是一种旋转式的流体动力机械，它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机械能的作用，而叶片是汽轮机的“心脏”，是汽轮机中极为主要的零件。叶片一般都处在高温，高压和腐蚀的介质下工作，动叶片还以很高的速度转动。在大型汽轮机中，叶片顶端的线速度已超过600m/s，因此叶片还要承受很大的离心应力。具体为:(-)叶片是汽轮机中将汽流的动能转换为有用功的重要部件，其工作环境极其恶劣，且每一级叶片的工作条件均不相同。初始几级动叶片除在高温过热蒸汽中工作外同时还承受着最大的静应力、动应力及交变应力的作用，一般发生高温氧化腐蚀、磨蚀和高温蠕变破坏。随着过热蒸汽的膨胀作功，蒸汽温度逐渐降低，最后几级叶片虽然工作温度较低(60°C-11(TC)，但叶片却承受蒸汽中夹杂的水滴的冲刷，造成水冲蚀。另外，运行过程中沉积在叶片上可溶性盐垢(如钠盐)吸收蒸汽由于温度降低冷凝出来的水份形成腐蚀性电解液覆在叶片表面，造成电化学腐蚀与此同时，由于末级叶片尺寸较大，在高速旋转中(约3000r/min)产生很大的离心力，另外叶片还受蒸汽不稳定的周期性扰动力作用产生振动。末级叶片在离心力，叶片振动以及水冲刷的复杂应力状态下，加上工作于具有腐蚀性的环境下，往往产生应力腐蚀，腐蚀疲劳，疲劳等破坏。实际失效的叶片常常是上述多种破坏方式复合的结果。(二)每一级叶片的工作温度都不相同。并且工作在高温、高压、高转速或湿蒸汽区等恶劣环境中，经受着离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区高速水滴冲蚀的共同作用。曰按照叶片的工作条件可分为动叶和静叶两种。汽轮机叶片，特别是动叶片所处的工作条件是极其恶劣的。主要表现在每一级叶片的工作温度都不相同。第一级叶片所处的温度最高，接近于进口蒸汽温度，随后由于蒸汽逐级作功，温度逐级降低，直到末级叶片将降到100°C以下。另外叶片是在运动着的水蒸汽介质中工作，其中多数是在过热蒸汽中工作而末级叶片是在潮湿蒸汽中工作，过热蒸汽中含有氧会造成高温氧化腐蚀，使叶片的疲劳强度降低。在湿蒸汽区可溶性盐垢吸收水珠成为电解液造成电化学腐蚀，此外湿蒸汽区的游离水分子由于过 冷凝结成水滴，冲击动叶进汽侧背弧面造成水冲蚀。汽轮机工作过程中，动叶片还承受着最大的静应力、动应力及交变应力。主要表现在转子旋转时作用在叶片上的离心力所引起的拉应力，汽流的作用产生弯曲应力和扭力以及叶片受激振力的作用产生强迫振动的交变应力，所有这些恶劣的工作环境，都将促使叶片失效断裂，个别叶片断裂后，其碎片可将相邻或下一级的叶片打坏，使转子失去平衡而无法工作。叶片不仅数量多，而且形状复杂，加工要求严格。叶片的加工工作量很大，约占汽轮机、燃气轮机总加工量的四分之一到三分之一。叶片的加工质量直接影响到机组的运行效率和可靠行，而叶片的质量和寿命与叶片的加工方式有着密切的关系。所以，叶片的加工方式对汽轮机的工作质量及生产经济性有很大的影响。随着科学技术的发展，叶片的加工手段也是日新月异，先进的加工技术正在广泛采用。要满足不断提高的使用性能需求仅仅依靠新型叶片材料的应用仍然很难满足，必须将各种热处理技术应用到汽轮机叶片的制造当中才能达到对叶片具高效率、高精度和高寿命的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:如何使叶片硬度达到277~311HB，硬度不会过高或过低；如何使使叶片的合金元素偏析现象明显减弱，大幅度提高叶片的冲击韧度；如何使机械加工后叶片的内应力完全释放，避免后序高温调质热处理产生变形或裂纹，从而提闻其耐闻温和耐闻压性能；如何提闻叶片的抗水蚀能力及抗腐蚀性能，从而提闻叶片的使用寿命。本专利技术解决以上技术问题的技术方案是: 一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其化学成分的质量百分比为:c:0.31-0.35%，Si:0.10-0.12%, Mn:0.75-0.77%, N1:0.63-0.65%, Cr: 11.2-11.7%, Mo:0.65-0.68%, V:0.16-0.18%, Sr:0.85-0.88%, Nb:0.15-0.17%, Cu: 0.05-0.07%, Al: 0.27-0.29%, Ti:0.13-0.15%, B:0.06-0.08%, S ≤ 0.02%，稀土金属:0.21-0.35%，余量为 Fe。上述可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，按以下工序进行:热锻一退火—回火一叶片机械加工一去应力热处理一调质热处理一冷却一表面强化热处理一理化检验一超声波探伤一清洁包装；其中: 所述退火工序:热锻后，在790-795°C保温8-10分钟，然后炉冷至260_27(TC后保温4-6分钟，最后冷却至室温； 所述回火工序:回火温度705-710°C，到温后保温12-15min，然后空冷至室温； 所述去应力热处理工序:采用分段加热，第一段加热温度为610-615°C，到温后保温38-40min，第二段加热温度为570_575°C，到温后保温12_14min，然后空冷至室温； 所述调质热处理工序:采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火:正式火温度730-735°C，到温后保温4-6min ;第一次回火:采用分段加热，第一段加热温度为870-880°C，到温后保温5-8min，第二段加热温度为785_790°C，到温后保温10-13min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火:采用分段加热，第一段加热温度为760-765°C加热，到温后保温16-20min，第二段加热温度为590-600°C加热，到温后保温 6-9min ； 所述冷却工序:采用水冷与空冷结合，先采用水冷以7-9°C /s的冷却速率将叶片水冷至470-480°C，然后空冷至361-374°C，再采用水冷以1_3°C /s的冷却速率将叶片水冷至室温； 所述表面强化热处理工序:热处理温度965-968°C，到温后保温4-6分钟，然后采用水冷以1-3°C /s的冷却速率将叶片水冷至室温。前述叶片机械加工工艺按以下步骤加工:步骤(1):将毛坯方料通过普通铣床用端面立铣刀经过粗铣-精铣两个工序先加工两个侧面，然后以先加工好的两个侧面为基准面，加工另外两个侧面，再用端面立铣刀加工两端面，一端面为叶根端面，另一端面为叶冠端面； 步骤(2):在一侧面上经过粗铣-精铣两个工序先加工出汽侧面并且在叶根端面上靠近出汽侧面做标记“C”，与出汽侧面相邻的且成锐角的面标记“N”为内径向面，然后通过粗铣-精铣加工其余三个侧面成平行四边形； 步骤(3):在叶根端面和叶冠端面上钻中心孔，中心孔深度不大于8mm，然后在出汽侧面上靠近有标记的一端沿其长度方向依次用镶齿刀粗铣加工叶根槽和叶根倒角，并留有0.5mm的精加工余量，在叶根端面处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.31‑0.35%，Si：0.10‑0.12%，Mn：0.75‑0.77%，Ni：0.63‑0.65%，Cr:11.2‑11.7%，Mo:0.65‑0.68%，V：0.16‑0.18%，Sr：0.85‑0.88%，Nb：0.15‑0.17%，Cu:0.05‑0.07%，Al:0.27‑0.29%，Ti：0.13‑0.15%，B：0.06‑0.08%，S≤0.02%，稀土金属：0.21‑0.35%，余量为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其特征在于:其化学成分的质量百分比为:C:0.31-0.35%, Si:0.10-0.12%, Mn:0.75-0.77%, N1:0.63-0.65%, Cr:11.2-11.7%,Mo:0.65-0.68%, V:0.16-0.18%, Sr:0.85-0.88%, Nb:0.15-0.17%, Cu:0.05-0.07%,Al: 0.27-0.29%, T1:0.13-0.15%, B:0.06-0.08%, S^0.02%，稀土金属:0.21-0.35%，余量为Fe。2.如权利要求1所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其特征在于:所述稀土金属的化学成分质量百分比为:铈:5-7%，镨:10-12%，钕:10-12%，钷:5_7%，镥:5_7%，铕:5_7%，铽:13-16%，钦:1-3%，铒:6-9%，余量为镧。3.如权利要求2所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其特征在于:其化学成分的质量百分比为:C:0.31%, Si:0.10%, Mn:0.75%, N1:0.65%, Cr:11.2%, Mo:0.65%, V:0.16%,Sr:0.85%, Nb:0.17%, Cu: 0.07%, Al:0.27%, T1:0.13%, B:0.06%, S:0.02%,稀土金属:0.21%，余量为Fe ； 所述稀土金属的化学成分质量百分比为:铈:5%，镨:10%，钕:10%，钷:5%，镥:5%，铕:5%，铽:13%，钦:1%，铒:6%，余量为镧。4.如权利要求2所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其特征在于:其化学成分的质量百分比为:C:0.32%, Si:0.11%, Mn:0.76%, N1:0.63%，Cr: 11.5%, Mo: 0.67%，V:0.18%,Sr:0.86%, Nb:0.15%, Cu:0.05%, Al:0.28%, T1:0.15%, B:0.07%, S:0.02%,稀土金属:0.3%,余量为Fe ； 所述稀土金属 的化学成分质量百分比为:铺:6%，镨:11%，钕:11%，钷:6%，镥:6%，铕:6%，铽:14%，钦:2%，铒:8%，余量为镧。5.如权利要求2所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其特征在于:其化学成分的质量百分比为:C:0.35%, Si:0.12%, Mn:0.77%, N1:0.64%, Cr:11.7%, Mo:0.68%, V:0.17%,Sr:0.88%, Nb:0.16%, Cu:0.06%, Al:0.29%, T1:0.14%, B:0.08%, S:0.01%,稀土金属:0.35%，余量为Fe ； 所述稀土金属的化学成分质量百分比为:铈:7%，镨:12%，钕:12%，钷:7%，镥:7%，铕:7%，铽:16%，钦:3%，铒:9%，余量为镧。6.如权利要求1或2所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，按以下工序进行:热锻一退火一回火一叶片机械加工一去应力热处理一调质热处理一冷却一表面强化热处理一理化检验一超声波探伤一清洁包装；其特征在于: 所述退火工序:热锻后，在790-795°C保温8-10分钟，然后炉冷至260_27(TC后保温4-6分钟，最后冷却至室温； 所述回火工序:回火温度705-710°C，到温后保温12-15min，然后空冷至室温； 所述去应力热处理工序:采用分段加热，第一段加热温度为610-615°C，到温后保温38-40min，第二段加热温度为570_575°C，到温后保温12_14min，然后空冷至室温； 所述调质热处理工序:采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火:正式火温度730-735°C，到温后保温4-6min ;第一次回火:采用分段加热，第一段加热温度为870-880°C，到温后保温5-8min，第二段加热温度为785_790°C，到温后保温10-13min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火:采用分段加热，第一段加热温度为760-765°C加热，到温后保温16-20min，第二段加热温度为590-600°C加热，到温后保温 6-9min ； 所述冷却工序:采用水冷与空冷结合，先采用水冷以7-9°C /s的冷却速率将叶片水冷至470-480°C，然后空冷至361-374°C，再采用水冷以1_3°C /s的冷却速率将叶片水冷至室温； 所述表面强化热处理工序:热处理温度965-968°C，到温后保温4-6分钟，然后采用水冷以1-3°C /s的冷却速率将叶片水冷至室温。7.如权利要求6所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，其特征在于: 所述退火工序:热锻后，在790°C保温8分钟，然后炉冷至260°C后保温4分钟，最后冷却至室温； 所述回火工序:回火温度705°C，到温后保温12分钟，然后空冷至室温； 所述去应力热处理工序:采用分段加热，第一段加热温度为610°C，到温后保温38分钟，第二段加热温度为570°C，到温后保温12分钟，然后空冷至室温； 所述调质热处理工序:采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火:正式火温度730°C，到温后保温4分钟；第一次回火:采用分段加热，第一段加热温度为870°C，到温后保温5分钟，第二段加热温度为785V，到温后保温10分钟，然后空冷至室...

【专利技术属性】
技术研发人员：王河平，孙彦颖，李志伟，周启东，刘达，宗国翼，
申请(专利权)人：南京赛达机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32