用于制造涡轮机部件的方法、通过此方法可获得的部件以及包括所述部件的涡轮机技术

本申请公开一种用于生产和处理包括例如碳氢化合物及硫化氢、二氧化碳的并且具有或不具有其他污染物的油气的涡轮机及其部件。所述部件由高耐腐蚀、耐高温合金制成，所述合金在高温下比现有马氏体不锈钢具有更高的耐腐蚀性和/或耐应力性并且表现出类似于优质镍基超合金的性能，同时呈现大幅改进的硬度值。

Method for manufacturing turbine components, components available by this method, and turbines including the components

This application discloses a turbine and its components for the production and treatment of oil and gas including, for example, hydrocarbons and hydrogen sulfide, carbon dioxide, and with or without other pollutants. The components are made of high corrosion resistant and high temperature resistant alloys, which have higher corrosion resistance and/or stress resistance than existing martensitic stainless steel at high temperature and exhibit similar properties to high quality nickel-based superalloys, while exhibiting substantially improved hardness values.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造涡轮机部件的方法、通过此方法可获得的部件以及包括所述部件的涡轮机
本说明书中公开的实施例总体上涉及用于“油气”应用的涡轮机部件以及涡轮机。一些实施例涉及用于生产和处理包括例如碳氢化合物及硫化氢、二氧化碳等的、具有或不具有其他污染物的油气的(旋转式)离心压缩机或泵以及其部件。这些材料称为“酸气”。所述设备具有由高度耐腐蚀合金制成、耐腐蚀能力优于现有马氏体不锈钢并且性能类似于优质镍基超合金的至少一个部件。一些实施例涉及(旋转式)燃气涡轮或蒸汽涡轮及其部件。所述设备具有由高机械耐性合金制成、耐疲劳性和/或耐蠕变性优于现有材料的至少一个部件。
技术介绍
压缩机是能够通过使用机械能提高可压缩流体(气体)的压力的机器。在离心压缩机中，所述流体的压缩通过组装在轴上的一个或多个叶轮以及在通过螺栓堆叠在一起的一个或多个定子零件(隔膜)内的旋转运动来实现。所述组件通常称为管束。待压缩的流体经由一个或多个进入管抽吸到所述管束内，而已压缩流体从所述管束向一个或多个输送管排出。通常，所述离心压缩机由电动机或者由内燃机通过用于传递运动的联轴节驱动。在酸气领域中操作的离心压缩机需要承受与环境(腐蚀)的各种类型的交互，所述交互可能导致压缩机部件的性能下降和过早损坏。酸运行的特征在于含有湿硫化氢(H2S)的碳氢化合物，其中pH2S高于0.0030巴。该值对于碳钢和低合金钢有效。NACEMR0175/ISO15156-1和NACEMR0175/ISO15156-3未限定耐腐蚀合金(CRA)的pH2S下限，因为该限制也是溶液酸度(pH)的函数，并且这些值还可能低于针对碳钢和低合金钢限定的值。存在若干种腐蚀现象，其中以下类型是最相关的：-全面腐蚀–材料表面的均匀腐蚀-点状腐蚀–不均匀的局部腐蚀-应力腐蚀开裂(SCC和CSCC)需要指出的是，上列腐蚀现象只能在冷凝水(湿气)存在时发生，所述冷凝水(湿气)用作电化学过程的电解质。包括碳氢化合物、CO2、H2S和氯化物(或者其他卤化物)的湿气最终在存在元素硫的情况下，表示上列所有现象可能发生的环境。因此，材料对单一或组合损坏机理的耐性是确保产品可靠性的基本因素。在上列腐蚀机理中，最重要的是由湿H2S或氯化物(或者一般来说，卤化物)引起的应力腐蚀开裂，因为这样会导致所在单元无法使用。通常，所述机理包括由腐蚀产生的氢原子在金属中的扩散。SSC只能在以下三个条件得到核实时发生：·拉伸应力(残余和/或施加)·H2S+冷凝水·易于发生SSC损坏的材料诸如卤化物、砷(As)、锑(Sb)和氰化物(CN-)等污染物用作催化剂，从而提高表面上的氢原子浓度，并且避免这些氢原子在氢分子进行重组而造成SSC进一步恶化。通常，离心压缩机部件(叶轮、轴、隔膜和螺栓)暴露于拉伸应力和湿气条件中。基于经验，现已发现，叶轮和螺栓构成最易于SSC和CSCC的部件。这是因为应力水平高于其他部件，并且在湿气处于高分压下的压缩机停机(加压)期间，应力一直保持施加。因此对于酸运行环境，必须选择能够承受恶劣环境条件的材料。因此，基于由H2S的分压(p(H2S))、pH(主要为CO2的函数)和氯化物(和/或其他卤化物)含量所支配的三维空间为该运行选择材料，如图1中示意性地表示。迄今为止，已经使用不同材料，以便针对指定环境选择成本效率最高的解决方案。为简化用于选择适合目标方法的材料所遵循的复杂规则，应考虑以下原则：-对于低p(H2S)、任何pH和高氯化物含量，首选的材料类别是二相合金和超二相合金；-对于低到中p(H2S)、任何pH和低氯化物含量，首选的材料类别是不同类别的马氏体不锈钢；-对于任何p(H2S)、任何pH和高氯化物含量，首选的材料类别是镍基合金；在3D空间中表示这些原则可清楚地看出，成本高效的合金(即，二相合金、超二相合金和马氏体不锈钢)与优质镍基合金之间存在巨大空间，新合金可能覆盖该空间。因此需要离心压缩机的部件，特别但不排他地，用于生产和处理包括碳氢化合物及硫化氢、具有或不具有其他污染物的油气的压缩机的部件，能够提高可靠性、增加速度(假定较高的具体材料强度)并且通过减少昂贵的合金元素，主要是镍来提供成本高效的合金。在泵设计中和运行条件下或者在某个蒸汽涡轮应用(即，地热领域)中，需要解决类似问题。燃气涡轮是一种内燃机。它具有连接到下游涡轮的上游旋转压缩机以及介于两者之间的燃烧室。通过压缩机的空气流在燃烧室中达到较高压力，在所述燃烧室中，所述大气空气与燃料(即，液体或气体)混合并且燃烧，以增加其热函。该高温高压的流进入膨胀涡轮中，从而在此过程中产生轴功输出。所述涡轮轴功用于驱动可连接到所述轴的压缩机和其他装置，例如发电机。此环境的特征在于，同时存在处于稳定和循环条件中的高温、高应力组合。所述应用的材料应设计成能承受蠕变、高低循环疲劳、氧化和腐蚀。这通常通过高强度钢或镍基合金来实现。在蒸汽涡轮设计和运行条件下，需要解决类似问题。本专利技术的专利技术人已尝试实现一部分或所有上述目标。
技术实现思路
根据第一示例性实施例，提供一种用于制造涡轮机的部件的方法，所述方法包括以下步骤：a)通过真空感应熔化(VIM)或者电弧炉熔化合金化学组合物，基于所述组合物的重量，所述合金化学组合物由以下项构成：剩余的是Fe和杂质，所述杂质包括0.0-0.01wt％的S和0.0-0.025wt％的P，b)通过氩氧脱碳(A.O.D.)、真空感应除气和浇注(V.I.D.P)或真空氧脱碳(V.O.D.)精炼，c)通过电渣重熔(E.S.R.)或真空电弧重熔(VAR)重新熔化，d)在1020-1150℃的温度下对步骤c)得到的合金进行热处理，以通过至少一个热循环引起增溶，然后在液体或气体介质中快速冷却，以及e)通过加热到600-770℃的温度进行2-20小时老化，然后在室温下冷却。根据第二示例性实施例，提供一种可通过上述方法获取的涡轮机的部件，所述部件由合金制成，基于所述合金的重量，所述合金具有由以下项构成的化学成分：剩余的是Fe和杂质，所述杂质包括0.0-0.01wt％的S和0.0-0.025wt％的P，并且具有硬度值29-33HRC。根据第三示例性实施例，提供一种涡轮机，所述涡轮机包括以上总体定义的至少一个部件。附图说明从以下结合附图进行的示例性实施例的说明中，可更加显而易见地了解本专利技术，在附图中：图1示出了由H2S的分压(p(H2S))、pH(主要为CO2的函数)和氯化物(和/或其他卤化物)含量所支配的三维空间；图2示出了离心压缩机的典型截面图；图3示出了离心泵的典型截面图；图4示出了蒸汽涡轮的典型截面图；图5示出了燃气涡轮的典型截面图；图6A示出了实例1中的合金的相平衡和温度曲线图，并且图6B示出了比较例UNSN07718的相平衡和温度曲线图；图7A示出了实例1中的合金的时间温度转换曲线图，并且图7B示出了比较例UNSN07718的时间温度转换曲线图；以及图8示出了实例1中的合金的硬度加工能力，其中“ST”是指短期标准偏差，“LT”是指长期标准偏差，并且“USL”是指规格上限。具体实施方式下文将参考附图对示例性实施例进行说明。不同附图中的相同参考数字是指相同或类似的元件。以下具体说明并非限制本专利技术。相反，本专利技术的范围由附属权利要求限定。整个说明书中提到的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造涡轮机的部件的方法，所述方法包括以下步骤：a)通过真空感应熔化(VIM)或者电弧炉熔化合金化学组合物，基于组合物的重量，所述合金化学组合物由以下项构成：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.30 IT 1020160000558241.一种用于制造涡轮机的部件的方法，所述方法包括以下步骤：a)通过真空感应熔化(VIM)或者电弧炉熔化合金化学组合物，基于组合物的重量，所述合金化学组合物由以下项构成：剩余的是Fe和杂质，所述杂质包括0.0-0.01wt％的S和0.0-0.025wt％的P，b)通过氩氧脱碳(A.O.D.)、真空感应除气和浇注(V.I.D.P)或真空氧脱碳(V.O.D.)精炼，c)通过电渣重熔(E.S.R.)或真空电弧重熔(VAR)重新熔化，d)在1020-1150℃的温度下对步骤c)得到的所述合金进行热处理，以通过至少一个热循环引起增溶，然后在液体或气体介质中快速冷却，以及e)通过加热到600-770℃的温度2-20小时进行老化，然后在室温下冷却。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述老化步骤e)通过加热到720-760℃的温度5-10小时，然后在室温下冷却来执行。3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括，在步骤d)之前，在高于1100℃的温度下至少6小时，对步骤c)得到的所述合金执行均化步骤d')。4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括，在所述步骤d)之前并且在所述步骤d')之后，通过至少一个塑性变形循环执行热塑性变形或冷塑性变形步骤d”)。5.根据权利要求1-4中的任一权利要求所述的方法，其中所得合金进一步雾化以产生粉末，然后通过选自以下项的粉末冶金进行处理：...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·卡布奇尼，M·吉亚诺齐，M·布乔尼，D·迪彼得罗，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT