CN100357566C - 燃气轮机静叶片的再生方法、再生的燃气轮机静叶片和燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种再生燃气轮机静叶片的方法，所述方法包括下列步骤：研磨氧化层和在表面部分形成的裂纹2，使得留下部分裂纹2；将等效材料3和钎焊材料4填充入研磨部分，等效材料3与所述静叶片的基体材料1具有等同性，并且钎焊材料4的熔点低于等效材料3的熔点；在高压惰性气氛下对所述填充部分进行热处理，从而熔化所述钎焊材料；通过使熔化的钎焊材料扩散入裂纹部分来实施钎焊处理。根据上述方法，由于燃气轮机的运行而发生材料损坏和损伤等的静叶片可以被有效地再生，从而提供了高的质量而不需要完全研磨并除去包括在燃气轮机静叶片表面上形成的闭合裂纹的裂纹。

Description

燃气轮机静叶片的再生方法、再生的燃气轮机静叶片和燃气轮机

技术领域

本发明涉及一种再生构成材料已经损坏或损伤的燃气轮机静叶片(stator vane或nozzle)的方法，特别是一种再生遭受了各种损伤的燃气轮机静叶片的方法，例如热疲劳损伤、蠕变损伤、由于燃气轮机的起动或停止操作引起的疲劳破坏、热损坏、氧化、腐蚀、由于暴露于高温气氛中引起的腐蚀，或者由于与飞行物体碰撞引起的外来物体损伤(FOD)。本发明还涉及一种通过实施所述再生方法而再生的燃气轮机静叶片，以及装备了所述再生的静叶片的燃气轮机。

背景技术

构成燃气轮机的高温部分，特别是在相应于燃气轮机燃烧气体入口的第一级提供的静叶片暴露于具有最高温度的燃烧气体中并与之接触。因此，静叶片不可避免地容易引起裂纹。裂纹主要由于在燃气轮机起动和停止操作下发生的热应力改变所产生的热疲劳引起的。此外，燃气轮机静叶片会遭受各种损伤，例如蠕变裂纹、疲劳裂纹、热损坏、氧化、腐蚀、由于暴露于高温气氛中引起的腐蚀，或者由于与飞行物体碰撞引起的FOD。为了对付这种情况，多年来一直使用在耐热和修复性质方面都优异的Co-基合金作为构成燃气轮机的一级静叶片的材料。

通常，当引起上述损伤，例如裂纹、氮化、腐蚀、磨损等时，根据包括以下步骤的方法来再生损伤的燃气轮机静叶片：研磨或削平(刨平)在燃气轮机静叶片的操作部位形成的全部裂纹；并且对研磨部分进行TIG(钨-惰性气体)焊接等，从而形成焊接修复的静叶片。然后，所得焊接修复的静叶片被继续用于燃气轮机。

但是，当为了提高涡轮机的效率而升高操作温度时，对操作部分的修复量大大增加。在此情况下，修复处理期间焊接操作的热影响变得明显，并且静叶片中的残余应力大大增加，以至于很难消除这种热影响并去除残余应力。另外，变形量也极大增加，并且变形量不容易通过在修复处理后实施的标准变形校正处理来校正。

在这些情况下，通常已经建议了一种通过扩散钎焊的修复方法，举例来说所述方法在美国专利第5,320,690号中公开。所述方法包括以下步骤：制备组成与构成静叶片的基体材料相似的等效材料(equivalent material)；制备其中加有降低熔点的试剂(例如Si、B等)的钎焊材料；以预定的混合比混合所述等效材料和钎焊材料，制得混合材料；将所述混合材料填充入裂纹部位或者将混合材料放置在静叶片厚度降低的部位；以及在低于基体材料熔点的温度下进行热处理，以至于用固化的混合材料重新填充裂纹部分，或者将厚度降低的部位增厚(包覆)。

此外，举例来说，作为通过使用HIP(热等静压)处理来提高力学特性的一种方法，日本专利申请(特许公开)第SHO-57-207163号已经建议了一种提高合金部分的力学特性的方法。在上述方法中，打算通过进行HIP处理来消除燃气轮机操作引起的蠕变空隙(creep void)。

此外，举例来说，日本专利申请(特许公开)第HEI.11-335802号也建议了一种涉及修复燃气轮机的损坏或损伤部件的方法，并且涉及接受了上述修复处理的燃气轮机部件。在该方法中，被燃气轮机操作损坏的燃气轮机部件的结构基本上通过与在上述日本专利申请第SHO-57-207163号中相同的方法来修复。

再另外，举例来说，日本专利申请(特许公开)第SHO-57-62884号也已经建议了一种焊接处理技术，其中通过HIP(高温等静压)处理消除了在焊接处理轮子和植入轮子中的转子叶片的邻接部分期间所引起的焊接缺陷。

但是，因为源于燃气轮机起动和停止操作的热应力或热疲劳引起的裂纹不可避免地大量产生，所以当采用完全研磨裂纹部分，然后通过TIG方法修复焊接研磨部分的传统修复方法时，焊接所需的修复量大大增加。另外，修复处理期间焊接操作带来的热影响变得显著，并且残余应力大大增加，以至于很难消除这种热影响并去除残余应力。另外，变形量也大大增加，并且变形量不容易通过在修复处理后实施的标准变形校正处理来校正。

此外，如上所述，传统修复方法包括以下步骤：以预定的混合比混合组成基本上与基体材料相似的材料和包含例如Si、B等熔点降低剂(melting point lowering agent)的钎焊材料，从而制备出混合材料；将所述混合材料填充入裂纹部位或者将混合材料布置在厚度降低的部位；以及在低于基体材料熔点的温度下进行热处理，以至于用固化的混合材料重新填充裂纹部分，或者包覆厚度降低的部位。采用传统修复方法引起下面的几个问题：即，容易发生熔点降低剂的离析，以及混合材料与基体材料在没有完全熔化基体材料的情况下被粘接在一起，以至于在两种材料的界面不能获得足够的粘接强度。结果，不能获得与所述基体材料相应的疲劳强度或延展性。

此外，即便在任何其它的传统技术中，也不容易去除在燃气轮机的操作期间引起的裂纹上形成的氧化膜。因此，已经按照下面的方式实施去除操作：通过研磨或凿平而完全去除所有长度超过允许范围的裂纹(包括闭合裂纹(closed crack))，从而实施修复处理。因此，对于研磨或凿平裂纹部分需要更多的工作，因此导致成本增加。

发明内容

本发明着眼于解决上述问题，因此本发明的一个目标是提供一种再生燃气轮机静叶片的方法，所述方法可以实施再生处理，其中形成有损坏部分或者例如裂纹的损伤的燃气轮机静叶片可以被高效地再生，而不需要完全研磨并去除包括闭合裂纹的裂纹，并且由于热影响和残余应力低，变形可能性小，所以不需要额外的变形校正，从而提供了一种高质量的再生燃气轮机静叶片。

本发明的另一个目标是提供一种根据上述方法再生的燃气轮机静叶片，并且提供一种装备了上述再生静叶片的燃气轮机。

为了克服并解决随着燃气轮机静叶片操作温度升高修复处理量增加；热影响、残余应力和变形量增加；以及甚至在校正步骤中难于校正变形的问题，本发明的发明人已经进行了大量的实验和研究。

结果作为一个在需要修复处理的燃气轮机静叶片中增加热影响和残余应力的原因，本发明人已经注意到去除已经发生裂纹的静叶片的氧化部分所需要的研磨或凿平量这一点。

即，当进行定期检查等并且发现静叶片上形成的裂纹的总长度长于静叶片的弦长(chord length)时，这一时间点被看作修复燃气轮机静叶片的时间。然后，研磨以完全除去所有在具有不允许大小的裂纹上形成的氧化层以及所有的裂纹(包括端部闭合的闭合裂纹)。此后，实施修复焊接。因此，由于研磨量大，需要几个小时来实施研磨处理。另外，修复的焊接量也大大增加，因此在修复处理完成后导致大量的变形。

产生上述问题的原因如下。即，尽管在静叶片中的裂纹内表面上形成的氧化膜厚度并不大，但是为了完全修复静叶片往往需要通过研磨除去所有氧化膜和所有的裂纹。

相反，根据本发明的发明人的观察，下面的事实变得明显。即，在加压惰性气氛下实施用于扩散钎焊的热处理时，当加强钎焊材料的自清洁功能(即从基体材料中溶解并去除氧化物膜的功能)时，明显地可以有效地实施通过钎焊的修复处理而不用研磨在裂纹内表面上形成的氧化薄膜。

此外，下面的事实也变得明显。即，通常钎焊材料中包含的熔点降低组分(例如硅(Si)、硼(B)等)的残留成为降低修复部分强度的一个因素。但是，通过促进熔点降低组分向基体材料的扩散，保留在钎焊材料中的熔点降低组分的量可以降低，从而可以避免钎焊材料强度的降低。

此外，下面的事实也变得明显。即，当钎焊材料稳定地渗入在基体材料中形成的裂纹的尖端部分时，可以更确定地促进熔点降低剂扩散入基体材料中。

本发明的上述目标可以通过实现上述三个功能来实现，即(i)降低在使用扩散钎焊方法的修复焊接期间局部热输入引起的热变形，或者降低在焊接期间残余应力引起的变形的功能；(ii)通过加强自清洁功能，减少待研磨的基体材料量，从而节省人力的功能；(iii)根据下述方法提高修复部分强度的功能，其中通过加热熔点降低的材料层的热处理，密封修复部分，然后在密封条件下，升高密封部分的压力，从而使钎焊材料渗入并扩散入裂纹中。

本发明主要提供一种再生燃气轮机静叶片的方法，所述静叶片由基体材料构成，在所述基体材料中形成有裂纹且在基体材料的表面部分形成有氧化层，所述方法包括下列步骤：研磨所述氧化层和裂纹，使得留下部分裂纹，从而形成研磨部分；将等效材料和钎焊材料填充入所述研磨部分，从而形成填充部分，所述等效材料与所述静叶片的基体材料具有等同性，并且所述钎焊材料的熔点低于所述等效材料的熔点；在加压惰性气氛下对所述填充部分进行热处理，从而熔化所述钎焊材料；通过使熔化的钎焊材料扩散入裂纹部分来实施钎焊处理。

在此情况下，优选当所述裂纹的总长度长于静叶片的弦长时，研磨在静叶片整个表面上形成的氧化层，并且研磨裂纹部分，但不用完全研磨裂纹部分，使得留下部分裂纹，然后用等效材料和钎焊材料覆盖整个静叶片，从而完全修复裂纹。

此外，还优选通过在加压气氛下进行溶液热处理和老化热处理作为热处理实施修复处理而不引起变形。即，还优选通过使用钎焊材料和等效材料的混合物在加压惰性气氛下实施钎焊处理，在除去静叶片表面上形成的氧化层后，实施钎焊处理作为修复处理，然后使经过修复的静叶片接受溶液热处理和老化热处理。

此外，还优选控制惰性气氛具有95至200MPa的压力，同时在低于所述基体材料的部分熔化温度的温度下或者在低于由共晶碳化物形成的胞状结构(cell structure)崩塌(collapse)时的温度的温度下实施溶液热处理和老化热处理。具体地说，设置溶液热处理或老化热处理的温度在1100℃至1300℃的范围内。设置加压气氛下的热处理温度在1150℃至1260℃的范围内，并且最优选设置在1150℃至1210℃的范围内。

此外，还优选等效材料的组成中包含20-35重量％的Cr、5-60重量％的Ni、0.5-2重量％的Fe、5-10重量％的W、0.1-0.5重量％的C、0.005-2重量％的B和余量的Co；而所述钎焊材料的组成中包含10-40重量％的Cr、8.5-70重量％的Ni、0.5-2重量％的Fe、9重量％或更少(包括0％)的W、0.001-0.6重量％的C、0.01-3.5重量％的B、1.0-11重量％的Si、2重量％或更少(不包括0％)的Mn和余量的Co。

更进一步，还优选钎焊材料的组成中包含10-40重量％的Cr、8.5-70重量％的Ni、0.5-2重量％的Fe、9重量％或更少(包括0％)的W、0.001-0.6重量％的C、0.01-3.5重量％的B、1.0-11重量％的Si、2重量％或更少(不包括0％)的Mn和余量的Co。

此外，还优选等效材料的组成中包含5-35重量％的Cr、5-75重量％的Ni、2重量％或更少(包括0％)的Fe、12重量％或更少(不包括0％)的W、0.6重量％或更少(不包括0％)的C、1重量％或更少(包括0％)的B、2重量％或更少(包括0％)的Hf、6重量％或更少(不包括0％)的Ti、3重量％或更少(不包括0％)的Nb、5重量％或更少(包括0％)的Re、5重量％或更少(包括0％)的Mo、8重量％或更少(不包括0％)的Ta、65重量％或更少(不包括0％)的Al、0.7重量％或更少(包括0％)的Zr和余量的Co(5-65％)；而所述钎焊材料的组成中包含10-40重量％的Cr、8.5-70重量％的Ni、0.5-2重量％的Fe、9重量％或更少(包括0％)的W、0.001-0.6重量％的C、0.01-3.5重量％的B、1.0-11重量％的Si、2重量％或更少(不包括0％)的Mn和余量的Co。

此外，还优选将等效材料和钎焊材料填充入研磨部分，从而形成具有三层结构的粉末混合物层，其包括：在静叶片表面上形成的最外层、在静叶片基体材料表面上形成的基底侧层(base-side layer)和在最外层和基底侧层之间形成的中间层，其中最外层或基底侧层中的钎焊材料含量比大于所述中间层中的钎焊材料含量比，而所述中间层中的等效材料含量比大于所述最外层或基底侧层中的等效材料含量比，或者从中间层向最外层或基底侧层，钎焊材料含量比在一定范围内逐步或连续改变。

根据本发明的方法，可以提供一种具有与新的静叶片性能相当的再生燃气轮机静叶片，并且提供了一种具有所述燃气轮机静叶片的燃气轮机。

根据本发明，使用扩散钎焊处理可以完全修复裂纹部分，而不需要完全研磨并除去在燃气轮机静叶片表面上形成的包括闭合裂纹在内的裂纹。此时，当在加压惰性气氛下实施扩散钎焊处理的热处理时，可以加强溶解氧化膜从而降低其厚度的自清洁功能，以至于可以使用钎焊材料进行修复处理而不用研磨氧化薄膜。另外，可以促进熔点降低剂向基体材料的扩散，从而可以消除降低修复部分强度的因素。此外，钎焊材料可以渗入裂纹的尖端，从而牢固地将裂纹与钎焊材料粘合到一起，从而能够展现上述三种功能。

通过这种方式来构筑，可以提供一种再生燃气轮机静叶片的方法，所述方法可以实施再生处理，其中形成有损坏部分或者例如裂纹的损伤的燃气轮机静叶片可以被高效地再生，而不需要完全研磨并去除包括闭合裂纹的裂纹，并且由于热影响和残余应力低，变形可能性小，所以不需要额外的变形校正，从而提供一种高质量的再生燃气轮机静叶片。另外，还提供一种根据上述方法再生的燃气轮机静叶片，以及一种装备有上述再生静叶片的燃气轮机。

当结合在下面简要描述的附图阅读时，本发明的特性、用途和进一步的特征将从下面对于本发明优选实施方案的详细描述中变得十分明显。

附图说明

图1是表示作为本发明实施方案的再生过程的示意图；

图2是表示本发明实施方案中再生处理程序的流程图；

图3是表示本发明实施方案中压力和自清洁功能之间关系的图；

图4是表示本发明实施方案中修复部分结构的显微照片；

图5是表示本发明实施方案中修复部分结构的显微照片；

图6是表示本发明实施方案中修复部分结构的显微照片；

图7是表示本发明实施方案中修复部分结构的显微照片；

具体实施方式

参考附图，现在将解释本发明的实施方案。

图1是表示作为本发明的一个实施方案，再生燃气轮机静叶片过程的示意图；并且图2是表示所述再生处理程序的流程图。

如图1和2所示，在本发明的实施方案中，通过研磨机等(S101)研磨燃气轮机静叶片中由Ni-基合金组成的基体材料1的修复部分。在此情况下，研磨在产生裂纹2的燃气轮机静叶片的表面部分形成的氧化层，从而剩下部分裂纹。即，尽管研磨了在燃气轮机静叶片表面部分形成的氧化层，但是没有完全研磨裂纹，而是在研磨部分1a中剩下部分裂纹。

即，对于闭合的裂纹而言，均匀地研磨包括裂纹的表面层部分，而保留裂纹的深处部分。在留下部分裂纹的状态下，在加压惰性气氛下进行热处理。结果，可以加强自清洁功能，并且将钎焊材料填充入裂纹的尖端部分。注意当进行定期检查等并且发现静叶片上形成的裂纹的总长度长于静叶片的弦长时，确定这种静叶片为要接受本发明再生处理的物体。

接下来，如图1和2所示，制备与静叶片的基体材料等同的等效材料(粉末)3和熔点低于所述等效材料(粉末)3的钎焊材料(粉末)4，作为修复材料。然后，将修复材料填充入研磨部分1a中(S102)。

在本实施方案中，使用Co-基超合金(商品名：FSX414)作为构成静叶片的基体材料。另一方面，使用组成中包含20-35重量％的Cr、5-60重量％的Ni、0.5-2重量％的Fe、5-10重量％的W、0.1-0.5重量％的C、0.005-2重量％的B和余量的Co的等效材料3作为所述等效材料3。在下面所示的表1中给出了基体材料1、等效材料3和钎焊材料4的组成实例。

表1

材料		Cr	Ni	Fe	C	W	B	Ta	Si	Co
											基体材料：FSX-414		29.5	10.6	0.62	0.26	7.04	0.01	-	-	余量
修复材料	等效材料	23.3	10.2	0.6	0.6	7.1		3.6	3.6	余量
											钎焊材料	13.1	余量	-	0.002	-	2.6	-	4.0	20.0

顺便提及，还可以采用表1中所示材料之外的与基体材料相应的等效材料，举例来说如In939(商品名)、GTD222(商品名)等作为构成静叶片的材料。举例来说，这些材料的组成中包含5-35重量％的Cr、5-75重量％的Ni、2重量％或更少(包括0％)的Fe、12重量％或更少(不包括0％)的W、0.6重量％或更少(不包括0％)的C、1重量％或更少(包括0％)的B、2重量％或更少(包括0％)的Hf、6重量％或更少(不包括0％)的Ti、3重量％或更少(不包括0％)的Nb、5重量％或更少(包括0％)的Re、5重量％或更少(包括0％)的Mo、8重量％或更少(不包括0％)的Ta、65重量％或更少(不包括0％)的Al、0.7重量％或更少(包括0％)的Zr和余量的Co(5-65％)。

此外，作为钎焊材料，采用组成中包含10-40重量％的Cr、8.5-70重量％的Ni、0.5-2重量％的Fe、9重量％或更少(包括0％)的W、0.001-0.6重量％的C、0.01-3.5重量％的B、1.0-11重量％的Si、2重量％或更少(不包括0％)的Mn和余量的Co的钎焊材料。在上面的表1中表示了钎焊材料组成的一个实例。即，在钎焊材料4的粉末中添加了百分之几的硼(B)和硅(Si)，从而降低了材料熔点。

在一个实施方案中，将等效材料3和钎焊材料4的混合物填充入研磨部分1a中，从而形成三层结构，其包含：最外层(图1所示基体材料的上面)、基底侧层(图1所示基体材料的下面)和安插在最外层和基底面面层之间的中间层。在所述三层结构中，最外层或基底侧层中包含的钎焊材料4的比例大于其在中间层中的比例，并且设置中间层中包含的等效材料的比例大于在其它两层中的比例。

在另一种结构中，优选从中间层向最外层或基底侧层，钎焊材料的含量比例在一定范围内逐步或连续增加。

在修复材料被填充入修复部分后，在由例如Ar气等惰性气体组成的加压气氛下进行热处理，以至于钎焊材料4熔化，并且实施向裂纹2部分中的扩散钎焊。举例来说，如图1和2所示，用修复材料填充的基体材料1被放在HIP炉(S103)中。然后，在加压气氛下进行热处理(S104)。设置加热温度至熔点较低的粉末钎焊材料3可以熔化而等效材料4的粉末不会熔化的温度。

具体地说，当在加压气氛下完成热处理后，进行溶液热处理和老化热处理时，可以有效地修复要修复的部分，而不会在修复处理期间引起变形。就此而言，设置加压处理的压力条件为100-200Mpa。此外，在低于基体材料部分熔化温度的温度下，或者在低于由共晶碳化物组成的胞状结构崩塌时的温度的温度下，实施溶液热处理和老化热处理。具体地说，设置溶液热处理或老化热处理的温度在1100℃至1300℃的范围内。

在修复部分于上述条件下在炉中保持约30分钟至几小时后，冷却修复部分至室温，从而固化熔化的修复材料(S105)，然后从HIP炉中取出静叶片(S106)。随后，静叶片在真空炉中接受溶液热处理(S107)和老化热处理(S108)，从而完成修复处理。

接下来，将在下面解释本发明的具体实施例。

下面给出的表2表示了当在本实施方案中实施加压处理时，压力和自清洁功能之间的关系。

表2

样品号	处理温度	压力(Mpa)	氧化膜厚度(毫米)	备注
					比较实施例1	-	-	0.8	未加工状态
比较实施例2	1150	90	0.75
					实施例1	1150	95	0.02
实施例2	1150	100	0.001
					实施例3	1150	115	0.002
比较实施例3	900	115	0.8
					实施例4	1100	115	0.072
实施例5	1200	115	0.01

从上面表2的结果明显可见：在1100℃或更高温度和95Mpa或更加压下接受热处理的实施例1至5的修复部分中，每种氧化膜的厚度为0.072毫米或更低，但是没有接受任何处理的比较实施例1的静叶片样品则表现出0.8毫米较大厚度的氧化层。

相比而言，在未处理的比较实施例1、在90Mpa压力下处理的比较实施例2，以及在900℃温度下处理的比较实施例3的样品情况中，每种氧化膜的厚度为0.75毫米或更大。因此，证实了在这些比较实施方案中不能获得自清洁功能。

从上述方面考虑，当在1100℃或更高的温度及95Mpa或更高的压力下修复样品时，显著看到自清洁的功能。

接下来，下面的表3给出了在根据本发明的实施例6-8和比较实施例4及5的样品经过加工后，进行的拉伸试验的结果。

表3

样品号	修复方法	定子叶片厚度(纳米)	研磨量(毫米)	处理温度(℃)	处理压力(Mpa)	拉伸强度(Mpa)	拉伸延性(％)
								实施例6	-	4	0.5	1150	1000	600	50
实施例7	-	4	1.0	1150	100	560	59
								实施例8	-	4	1.5	1150	100	570	48
	基体材料	4	-	-	-	580	55
								比较实施例4比较实	传统的TIG修复方法	4	-	-	-	600	46
施例5	4	-	-	-	550	10

上面的表3表示了对于根据包含下面步骤的方法加工的实施例6-8的样品，在正常温度下进行的拉伸试验的结果：从装配在实际燃气轮机上的静叶片中切出具有裂纹的样品；在0.5-1.5毫米的研磨量下研磨裂纹部分的表面；通过钎焊修复研磨部分；在1150℃的温度和1000 Mpa的压力下实施HIP处理；在1150℃的温度下，作为常规热处理进行溶液热处理2小时；以及在950℃的温度下进行老化热处理4小时。

表3还表示了采用传统的TIG(钨惰性气体)焊接修复方法修复的比较实施例4-5样品的拉伸试验的结果。

从表3表示的结果中明显可见在实施例6-8的样品情况中，证实不管研磨量和裂纹的残留量多大，都能获得与基体材料相等的强度性质。

表4给出了对于采用包含以下步骤的方法加工的实施例9-10的静叶片样品，测得的研磨量和变形量的结果：从实际使用了60000小时的燃气轮机中取出带有裂纹的静叶片样品；在1-1.5毫米的研磨量下，研磨裂纹部分的表面；以及通过在加压气氛下的钎焊方法，均匀地修复研磨部分。

表4还给出了根据传统方法修复的比较实施例6的结果，其中完全研磨并去除了所述静叶片的裂纹部分，然后对研磨部分实施TIG焊接修复处理。通过下落检查法(drop-checking)测量样品的变形量(变形量试验)。

表4

样品号	研磨量(毫米)	变形量(毫米)
			实施例9	1	+0.2
实施例10	1.5	-0.3
			比较实施例6	-	+4.2

从表4所示的结果中明显地证实了比较实施例6的变形量大至4.2毫米，而实施例9、10的变形量非常小，仅为+0.2至-0.3毫米。在这些实施例9、10中，修复了渗透的裂纹，以至于仅通过实施钎焊处理就堵塞了裂纹。因此，根本无需为静叶片的基体材料提供局部的热输入，从而甚至在静叶片加工前后几乎不会观察到静叶片的变形。

表5给出了对于每个实施例11-15和比较实施例7-11的如下测量结果：中间层的致密度，其中变化等效材料和钎焊材料混合比；以及修复材料填充入裂纹部分的程度。

表5还给出了对于主要从各个静叶片的中间层中抽样出的试样的拉伸试验的结果。

表5

样品号	HIP处理条件		修复材料组成(混合比/等效材料∶钎焊材料)					HIP的作用(中间层致密度)	裂纹内修复材料的填充度	拉伸强度(MPa)	拉伸伸长率(％)
												温度(℃)	压力(MPa)	最外层	中间层1	中间层2	中间层3	基底侧层
	实施例11	1170	100	5∶5	8∶2														5.5	◎	◎	600	27
实施例12								1170	100	5∶5	7∶3	8∶2	60∶40	5.5	◎	◎	610	24
	实施例13	1170	100	5∶5	连续改变	8∶2	连续改变												5.5	◎	◎	590	23
实施例14								1170	100	5∶5	逐步改变6∶4→7∶3	8∶2	逐步改变7∶3→6∶4	5.5	◎	◎	620	26
	◎	◎
			实施例15	1170	100	5∶5	8∶2								5.5	◎			○	630	28
比较实施例7	1170	100								5∶5	8∶2						×(孔)	×(空隙)				510	15
			比较实施例8	1170	100	5∶5	5∶5	8∶2							◎	×(空隙)			610	23
5∶5
							比较实施例9	1170	100	5∶5							◎	◎			540	8
比较实施例10	1170	100	5∶5	6∶4											6∶4	◎			○	580			21
							比较实施例11	1150	98	5∶5	6∶4			6∶4			◎	△			560	19

根据包括下述步骤的方法再生实施例11-15和比较实施例7-11的静叶片：研磨氧化层和裂纹，使得留下部分裂纹，从而形成研磨部分；向研磨部分填充由等效材料和钎焊材料组成，并且具有表5所示混合比例的修复材料，从而形成包含最外层、至少一层中间层和基底侧层的填充部分；在1210℃的温度下对所述填充部分进行热处理10分钟，以至于熔化钎焊材料，并且通过固化钎焊材料密封修复部分，从而使最外层可以接受HIP处理的挤压作用；在表5所示的条件下进行HIP处理，从而通过熔化的钎焊材料向裂纹部分的扩散来实施钎焊处理；在1150℃的温度下进行溶液热处理4小时；以及在980℃的温度下进行老化热处理4小时。然后，设置包括修复部分的各个样品，从而实施结构观察和力学测试。

结果，与其中钎焊材料的混合比在最外层和基底侧层中没有增加，而中间层中组成等同于基体材料的粉末的含量比也没有增加的比较实施例7-11相比，证实其中钎焊材料的混合比在最外层和基底侧层中增加，而组成等价于基体材料的粉末的含量比在中间层增加的实施例11-15的致密度、填充度、强度、延展性(拉伸伸长率)都是优异的。

接下来，下面给出的表6表示了实施例16-23和比较实施例12-13中修复部分的结构观察和拉伸试验的结果。即，表6给出了当HIP的温度和压力条件如表6所示改变时，包含基体材料和钎焊部分的各种结构的评价结果，并且给出了填充入裂纹中的修复材料状态的评价结果。

表6

样品号	HIP处理条件		结构观察结果			修复部分的拉伸试验结果
								温度(℃)	压力(MPa)	基体材料结构	修复部分结构	填充入裂纹的修复材料的状态	拉伸强度(MPa)	拉伸伸长率(％)
	比较实施例12	1080	100	◎	×(明显留下钎焊材料结构)	△	400								8
实施例16								1110	100	◎	△(留下一些钎焊材料结构)	○	600	17
	实施例17	1145	100	◎	○(留下一些钎焊材料结构)	○	630								18
实施例18								1150	100	◎	◎	◎	640	20
	实施例19	1205	100	◎	◎	◎	660								25
实施例20								1215	100	○(胞状结构部分崩塌的迹象)	◎	◎	630	28
	实施例21	1260	100	○(胞状结构部分崩塌的迹象)	◎	◎	640								15
实施例22								1265	100	△(胞状结构部分崩塌)	◎	◎	580	10
	实施例23	1290	100	△(胞状结构部分崩塌)	○(部分熔化和流动的迹象)	◎	560								11
比较实施例13								1305	100	×(胞状结构崩塌)	×(部分熔化和流动)	△	490	9

根据包括下述步骤的方法处理实施例16-23和比较实施例12-13的修复部分：制备组成中包含50％等效材料和50％钎焊材料的第一片状构件(sheet member)；制备组成中包含80％等效材料和20％钎焊材料的第二片状构件；布置第一片状构件作为修复部分上的最外层和基底侧层(底层)；布置第二片状构件作为最外层和基底侧层之间的中间层；在1210℃的温度下热处理所述三层结构10分钟，以至于熔化钎焊材料；在表6所示的条件下进行HIP处理，从而通过熔化的钎焊材料向裂纹部分的扩散来实施钎焊处理。然后，每个样品在1150℃的温度下接受溶液热处理4小时；以及在980℃的温度下老化热处理4小时。然后，设置包括修复部分的各个样品，从而实施结构观察和力学测试。

结果，如表6所示，根据在1100℃或更低温度下实施HIP处理的比较实施例12，不能充分地实现修复材料向裂纹内的填充。另外，修复部分的结构没有表现出钎焊材料与等效材料完全合金化的均匀结构，从而不能获得足够的强度和延展性(拉伸强度)。

相反，根据在1100℃或更高温度下实施HIP处理的实施例16和17，修复部分的结构和修复材料在裂纹内的填充都可以得到充分地改善，以至于可以获得强度和延展性都与基体材料相当的良好特性。此外，在1150℃或更高温度下实施HIP处理的实施例18、19的情况中，所述改善进一步增加，以至于可以获得几乎与基体材料相同的所述特性。

在HIP处理前的实施例20的修复部分中，形成了由在基体材料浇铸操作期间形成的碳化物组成的胞状结构。但是，在已经于1210℃或更高温度下实施了HIP处理的实施例20的情况中，部分碳化物溶解形成固体溶液，以至于出现胞状结构开始崩塌的迹象。

此外，在已经于1260℃或更高温度下实施了HIP处理的实施例21-23的情况中，出现胞状结构开始部分崩塌的迹象以及降低修复部分特性的迹象。在已经于1300℃或更高温度下实施了HIP处理的比较实施例13的情况中，明显观察到胞状结构的崩塌，从而认为特性显著降低。

图3给出在经过本发明方法的加压处理的样品中界面元素分析结果。

在图3中，横轴表示从修复材料侧到基体材料侧间的距离(毫米)，而纵轴表示修复材料中包含的元素(例如Cr、B、Si)的浓度，元素B和Si具有降低钎焊材料熔点的作用。实线表示根据现有技术方法处理的样品的结果，虚线表示根据本发明方法处理的样品的结果。

从图3所示的结果中明显可见下面的事实。即，与现有技术方法相比，在根据本发明的方法中，当实施再生处理时，元素B和Si的含量在钎焊部分和基体材料之间的界面区降低很大。

也就是说，具有降低钎焊材料熔点作用的元素B和Si在实施了再生处理后分散并渗透入基体材料中。结果，钎焊部分和基体材料之间界面区的熔点升高。因此，在重新使用修复的静叶片的情况中，钎焊部分的耐热作用提高了，并且静叶片在高温下操作的强度增加了，从而表现出足够的耐用性。

即，根据本实施方案，证实了钎焊材料中包含的元素，特别是例如具有降低钎焊材料熔点作用的B、Si等的离析得到很大地改善。此外，按照与B、Si含量相同的方式，修复面上的Cr含量也降低了。

图4至7是表示本发明实施方案中修复部分结构的显微照片，其表明了例如B、Si等的元素的离析得到改善的状态。

图4至7表示了分别在1190℃、1210℃、1250℃、1300℃下实施了热处理(HIP)的实施方案中修复部分的各种结构。在每个图片中，明显证实了由阴影部分表示的例如B、Si等的元素的离析随着热处理温度的升高而减少。

结果，根据本实施方案，可以表现出下面的优异作用。即，在使用扩散钎焊方法完全修复缺陷的静叶片时，当在加压惰性气氛下进行扩散钎焊方法的热处理时，加强了自清洁作用。

此外，可以对有缺陷的静叶片实施钎焊修复而不用研磨在裂纹表面上形成的薄氧化膜。另外，促进了熔点降低剂向基体材料内的扩散，并且可以消除降低强度的因素。此外，钎焊材料可以渗入裂纹的尖端。

本发明可以以其它具体的形式实现而不会背离其精神和基本特征。因此，本发明的实施方案在各个方面被认为仅是举例说明性的而不是限制性的，本发明的范围由附加的权利要求而不是由前面的描述来表示，并因此所有落在权利要求等价体的意义及范围内的变化都打算包括在内。

2004年8月3日递交的日本专利申请第2004-226940号的全部公开内容，包括说明书、权利要求、图表和摘要都被全部引入本文作为参考。

Claims (7)

1.一种再生燃气轮机静叶片的方法，所述静叶片由基体材料构成，在所述基体材料中形成有裂纹且在基体材料的表面部分形成有氧化层，所述方法包括下列步骤：

研磨所述氧化层和裂纹，使得留下部分裂纹，从而形成研磨部分；

将等效材料和钎焊材料填充入所述研磨部分，从而形成填充部分，所述等效材料与所述静叶片的基体材料具有等同性，并且所述钎焊材料的熔点低于所述等效材料的熔点；

在加压惰性气氛下对所述填充部分进行热处理，从而熔化所述钎焊材料；

在低于所述基体材料的部分熔化温度的温度下或者在低于由共晶碳化物形成的胞状结构崩塌时的温度的温度下，通过使用所述钎焊材料和所述等效材料的混合物，在加压惰性气氛下实施所述钎焊处理；

其中控制所述惰性气氛使其具有95至200MPa的压力并且温度设在1100至1300℃的范围内，然后使经过修复的静叶片接受溶液热处理和老化热处理。

2.根据权利要求1的再生燃气轮机静叶片的方法，其中当所述裂纹的总长度长于静叶片的弦长时，研磨在静叶片整个表面上形成的氧化层，并且研磨裂纹部分，但不完全研磨裂纹部分，使得留下部分裂纹，然后用等效材料和钎焊材料覆盖整个静叶片，从而完全修复裂纹。

3.根据权利要求1的再生燃气轮机静叶片的方法，其中所述等效材料的组成中包含20-35重量％的Cr、5-60重量％的Ni、0.5-2重量％的Fe、5-10重量％的W、0.1-0.5重量％的C、0.005-2重量％的B和余量的Co；而所述钎焊材料的组成中包含10-40重量％的Cr、8.5-70重量％的Ni、0.5-2重量％的Fe、0重量％≤W≤9重量％的W、0.001-0.6重量％的C、0.01-3.5重量％的B、1.0-11重量％的Si、0重量％＜Mn≤2重量％的Mn和余量的Co。

4.根据权利要求1的再生燃气轮机静叶片的方法，其中所述等效材料的组成中包含5-35重量％的Cr、5-75重量％的Ni、0重量％≤Fe≤2重量％的Fe、0重量％＜W≤12重量％的W、0重量％＜C≤0.6重量％的C、0重量％≤B≤1重量％的B、0重量％≤Hf≤2重量％的Hf、0重量％＜Ti≤6重量％的Ti、0重量％＜Nb≤3重量％的Nb、0重量％≤Re≤5重量％的Re、0重量％≤Mo≤5重量％的Mo、0重量％＜Ta≤8重量％的Ta、0重量％＜Al≤65重量％的Al、0重量％≤Zr≤0.7重量％的Zr和5重量％≤Co≤65重量％的余量的Co；而所述钎焊材料的组成中包含10-40重量％的Cr、8.5-70重量％的Ni、0.5-2重量％的Fe、0重量％≤W≤9重量％的W、0.001-0.6重量％的C、0.01-3.5重量％的B、1.0-11重量％的Si、0重量％＜Mn≤2重量％的Mn和余量的Co。

5.根据权利要求1的再生燃气轮机静叶片的方法，其中将所述等效材料和所述钎焊材料填充入研磨部分，从而形成具有三层结构的粉末混合物层，其包括：在静叶片表面上形成的最外层、在静叶片基体材料表面上形成的基底侧层和在最外层和基底侧层之间形成的中间层，

其中所述最外层或基底侧层中的钎焊材料含量比大于所述中间层中的钎焊材料含量比，而所述中间层中的等效材料含量比大于所述最外层或基底侧层中的等效材料含量比，

或者从所述中间层向所述最外层或基底侧层，钎焊材料的含量比在一定范围内逐步或连续增加。

6.根据权利要求1至5任何一项的再生方法再生的燃气轮机静叶片。

7.一种装备有根据权利要求6的静叶片的燃气轮机。

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