本发明专利技术提出了一种抗氧化低磨损汽轮机叶片用钢型材及其制备工艺，该汽轮机叶片包括叶片本体以及依次涂覆于叶片本体外层的多涂层，所述多涂层为耐磨强化层、修复防护层，或耐磨强化层、修复防护层、耐磨强化层，所述耐磨强化层为Ni‑Ti‑Co‑Si‑Al‑Cu涂层，所述修复防护层为含稀土的聚氨酯基涂层，本发明专利技术通过对叶片本体材料的优化选择和表层强化、防护处理，有效改善了叶片的抗疲劳性能和理化性能，提高了在湿蒸汽条件下的工作效率和寿命，抗拉强度、屈服强度、抗冲击性以及防腐抗锈蚀性显著提高。
A kind of steel profile for anti-oxidation and low wear turbine blade and its preparation process
【技术实现步骤摘要】
一种抗氧化低磨损汽轮机叶片用钢型材及其制备工艺
本专利技术涉及汽轮机叶片材料
，具体涉及一种抗氧化低磨损汽轮机叶片用钢型材及其制备工艺。
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。在火力发电厂的汽轮机末级叶片，通常位于汽轮机的低压缸，由于此处是湿蒸气区，叶片除了受到由于离心力引起的拉应力、由于蒸汽流动的压力造成的弯曲应力和扭转应力以及由于机组的频繁启停、气流的扰动、电网周波的改变等因素的影响而产生的交变载荷外，还经受着化学腐蚀和水滴的冲蚀。处于湿燕汽区的叶片，特别是末级，当湿蒸汽流至静叶片时，有一小部分水滴由于惯性力的作用集积在叶片表面，特别在静叶前缘的内弧面。静叶表面集积的水滴将形成水膜，不断从叶片表面流至出汽边，形成与出汽边厚度相当的大水滴，水滴随蒸汽流入动叶片之前被细化，细化的水滴被蒸汽加速到不同速度冲击动叶片，造成动叶片进汽边的水蚀。目前，汽轮发电机组经常需高峰运作，因此末级叶片经常处于低负荷、高背压下工作，与容积流量减少至某一值时，动叶根部产生脱流，使动叶根部出现水刷现象，加剧了动叶片的损伤。动叶片的破损不仅会使级效率下降，而且由于产生水蚀可能造成叶片的断裂，从而引起机组振动，动叶片还要承受很复杂的激振力，使机组的安全可靠性受到极大的影响。另外，汽轮机末级叶片还存在外来硬质异物击伤和固体粒子侵蚀，叶片断裂、结垢及其它损伤，因此，末级叶片材料的抗疲劳性能如何，特别是在湿蒸汽工作条件下的材料抗腐蚀能力，对末级叶片的可靠性非常关键。对汽轮机末级叶片采取防护措施所用的材料必须从两方面着手：一是寻找抗热疲劳性能和耐磨性好的合金材料，二是对叶片进行表面处理，以提高其抗热疲劳性能和耐磨性。因此，叶片用钢应满足以下要求：有足够的室温、高温力学性能和抗姗变性能；有高的抗振动衰减能力；高的组织稳定性；良好的耐腐蚀和抗冲蚀能力；良好的工艺性能。现有技术为了提高叶片的使用质量，大多采用表面加工处理，如中国授权的专利技术专利CN201110274738.3公开的一种汽轮机叶片材料表面多层抗点蚀涂层的制备方法，以纯Ti作为过渡层，TiN作为中间层，表面层由TiAlN层组成，制得的涂层的显微硬度为1800～2500HV0.1，涂层表面光滑致密、涂层均匀、大颗粒较少，涂层与基体结合力的临界载荷为15～20N，涂层与基体的结合力良好，涂层的厚度为2～3μm。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术提出了一种抗氧化低磨损汽轮机叶片用钢型材及其制备工艺，通过对叶片本体材料的优化选择和表层强化、防护处理，有效改善了叶片的抗疲劳性能和理化性能，提高了在湿蒸汽条件下的工作效率和寿命，抗拉强度、屈服强度、抗冲击性、抗氧化性、耐磨性以及防腐抗锈蚀性显著提高。为了实现上述的目的，本专利技术采用以下的技术方案：一种抗氧化低磨损汽轮机叶片用钢型材，包括叶片本体以及依次涂覆于叶片本体外层的多涂层，多涂层为耐磨强化层、修复防护层，或耐磨强化层、修复防护层、耐磨强化层，耐磨强化层为Ni-Ti-Co-Si-Al-Cu涂层，修复防护层为含稀土的聚氨酯基涂层。优选的，叶片本体包括以下质量百分含量组份：C0.8-0.95％、Cr9.2-9.5％、Ni0.6-0.8％、Mn0.35-0.45％、Si0.4-0.6％、W0.8-1.0％、Co1.0-1.4％、V≤0.2％、P≤0.03％、S≤0.03％、Fe余量。优选的，耐磨强化层中各组分质量百分含量为：Ti3-8％、Co15-30％、Si5-10％、Al10-20％、Cu5-10％、Ni余量。优选的，耐磨强化层中各组分质量百分含量为：Ti5-8％、Co20-30％、Si6-8％、Al15-19％、Cu6-10％、Ni余量。优选的，修复防护层中各原料重量份数为：双组份聚氨酯涂料20-30份、二聚酸-3-氯-2-羟基丙单酯2-4份、海泡石纤维0.5-1份、稀土氧化物0.3-0.6份、添加剂2.5-7份。优选的，稀土氧化物包括质量比1：0.5的氧化镧和氧化钇；添加剂包括润滑剂、分散剂、活化剂，三者质量比为1:1-1.5:0.5-1。优选的，润滑剂为铜粉、硬脂酸锌、六方氮化硼的组合物，三者质量比为1:1-2:1-2；分散剂为疏水性纳米二氧化硅和陶瓷微粉的组合物，两者质量比为1:1-3；活性剂为聚三甲基硅氧烷、Y型氧化铝，两者质量比为1:0.5-1。优选的，耐磨强化层采用激光熔覆制备，耐磨强化层厚度为1-3mm；修复防护层采用浸渍制备，修复防护层厚度为2-5mm。优选的，抗氧化低磨损汽轮机叶片用钢型材，制备工艺如下：1)叶片本体的制备按重量百分含量取料，向中频熔炼炉中加入生铁、废铁，加热至800-850℃，然后将Mn、Si加入其中，继续升温加热至熔融，熔炼5-10min后再将其他元素加入其中，精炼、扒渣，调节元素含量，出包浇注得铸锭；将铸锭加热锻造或轧制得预制本体，对预制本体热处理，即得叶片本体；2)耐磨强化层得制备按重量百分含量取各单元素粉料或合金粉料，送入激光熔覆池内，启动激光器，对叶片本体进行熔覆操作，熔覆工作功率为3500-3600W，扫描速度为5-5.5m/min，得外覆耐磨强化层的叶片本体；3)修复防护液的制备按重量份取各组分原料，将海泡石纤维在惰性氛围下研磨30min备用，将二聚酸-3-氯-2-羟基丙单酯加入双组份聚氨酯涂料中，室温搅拌10-20min，然后将添加剂、研磨后的海泡石纤维加入其中，50℃恒温震荡10-60min，随后超声处理5min，得修复防护液；4)修复防护层的制备将外覆耐磨强化层的叶片本体浸渍于修复防护液中5-8s，取出，真空干燥后，二次浸渍3-5s，取出，真空干燥，得外覆耐磨强化层、修复防护层的叶片本体；或二次浸渍3-5s取出，真空干燥后，按步骤2)再进行一次耐磨强化层得熔覆，得外覆耐磨强化层、修复防护层、耐磨强化层得叶片本体。优选的，步骤1)中热处理具体为先加热至550-570℃，保温1-2h，然后继续升温至740-750℃，保温3-6h，随后以1℃/min的速率降温至680-690℃，保温8-10h，随炉冷却至650-660℃，出炉空冷。由于采用上述的技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过对叶片本体材料的优化选择和表层强化、防护处理，有效改善了叶片的抗疲劳性能和理化性能，提高了在湿蒸汽条件下的工作效率和寿命，抗拉强度、屈服强度、抗冲击性、抗氧化性、耐磨性以及防腐抗锈蚀性显著提高。本专利技术叶片本体适量降低铬含量，辅以钨、钴、镍，形成相应的中间合金，有效提高了石墨化的效率，晶粒细化性更强，弥散相更细更均匀，一方面保证强化硬度，另一方面与外侧的耐磨强化层具有良好的相容效果，熔覆层金相结构转变连接性好，性能稳定度高。另外，耐磨强化层中的钛、铝、铜的适量选本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗氧化低磨损汽轮机叶片用钢型材，其特征在于，包括叶片本体以及依次涂覆于叶片本体外层的多涂层，所述多涂层为耐磨强化层、修复防护层，或耐磨强化层、修复防护层、耐磨强化层，所述耐磨强化层为Ni-Ti-Co-Si-Al-Cu涂层，所述修复防护层为含稀土的聚氨酯基涂层。/n
【技术特征摘要】
1.一种抗氧化低磨损汽轮机叶片用钢型材，其特征在于，包括叶片本体以及依次涂覆于叶片本体外层的多涂层，所述多涂层为耐磨强化层、修复防护层，或耐磨强化层、修复防护层、耐磨强化层，所述耐磨强化层为Ni-Ti-Co-Si-Al-Cu涂层，所述修复防护层为含稀土的聚氨酯基涂层。
2.根据权利要求1所述的抗氧化低磨损汽轮机叶片用钢型材，其特征在于，所述叶片本体包括以下质量百分含量组份：C0.8-0.95％、Cr9.2-9.5％、Ni0.6-0.8％、Mn0.35-0.45％、Si0.4-0.6％、W0.8-1.0％、Co1.0-1.4％、V≤0.2％、P≤0.03％、S≤0.03％、Fe余量。
3.根据权利要求1所述的抗氧化低磨损汽轮机叶片用钢型材，其特征在于，所述耐磨强化层中各组分质量百分含量为：Ti3-8％、Co15-30％、Si5-10％、Al10-20％、Cu5-10％、Ni余量。
4.根据权利要求3所述的抗氧化低磨损汽轮机叶片用钢型材，其特征在于，所述耐磨强化层中各组分质量百分含量为：Ti5-8％、Co20-30％、Si6-8％、Al15-19％、Cu6-10％、Ni余量。
5.根据权利要求1所述的抗氧化低磨损汽轮机叶片用钢型材，其特征在于，所述修复防护层中各原料重量份数为：双组份聚氨酯涂料20-30份、二聚酸-3-氯-2-羟基丙单酯2-4份、海泡石纤维0.5-1份、稀土氧化物0.3-0.6份、添加剂2.5-7份。
6.根据权利要求5所述的抗氧化低磨损汽轮机叶片用钢型材，其特征在于：所述稀土氧化物包括质量比1：0.5的氧化镧和氧化钇；所述添加剂包括润滑剂、分散剂、活化剂，三者质量比为1:1-1.5:0.5-1。
7.根据权利要求6所述的抗氧化低磨损汽轮机叶片用钢型材，其特征在于：所述润滑剂为铜粉、硬脂酸锌、六方氮化硼的组合物，三者质量比为1:1-2:1-2；所述分散剂为疏水性纳米二氧化硅和陶瓷微粉的组合物，两者质量比为1:1-3；所述活性剂为聚三甲...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴王兵，
申请(专利权)人：安徽嘀通网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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