CN103133049A

CN103133049A - 一种高抗热强化钢汽轮机叶片

Info

Publication number: CN103133049A
Application number: CN 201110399231
Authority: CN
Inventors: 梁勇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2013-06-05

Abstract

一种高抗热强化钢汽轮机叶片，针对类似铌合金高硬度、高热抗的合金材料采用激光束汽化切割加工工艺，利用铌金属的高热抗抵抗汽轮机气缸内的高温环境，以16％的无机高硬度屈服金属钨和35％的抗腐蚀金属铬为基，辅以5％Mo、2％W、3％Nb、2％B、2％Ni等强化元素，利用钨高硬度的物理特性强化材质的硬度，金属铬的作用在于利用其不易被氧化、耐腐蚀稳定的化学性质加强材质的使用寿命，金属钨和铬的结合一方面可以提高材质强度、抗腐蚀性，一方面又可以加强这两点各自的强度系数，有益效果是，针对一些对叶片强度要求较高的汽轮机所专门设计，适用于应用于各个领域的汽轮机，以及相关有高强度和高耐热要求的叶片。

Description

一种高抗热强化钢汽轮机叶片

技术领域

本发明涉及一种不锈钢叶片，尤其是一种汽轮机叶片。

背景技术

汽轮机换叶片(steel for turbin。blade)汽轮机中动静叶片用钢的总称。汽轮机叶片受高温高压蒸汽的作用，工作中承受着较大的弯矩，高速运转中的动叶片还要承受很高的离心力；处于湿燕汽区的叶片，特别是末级，要经受电化学腐蚀及水滴冲蚀动叶片还要承受很复杂的激振力。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。

叶片材料应用ICr13、ZCrz3等及以此为基含有Mo、W、Nb、B、Ni等强化元素的12％一13％Cr钢，有良好的抗振性能和抗腐蚀性能，成为汽轮机叶片的主要材料，但在某些工作温度簇400℃和要求抗腐蚀性不高的过热燕汽区工作的叶片，可用一些低合金钢制作叶片以降低造价，如ZoerMo、ZsMnZv及15MnMoVCu等。在湿蒸汽区工作的叶片需用抗腐蚀性高的不锈钢，并随着使用温度的提高及叶片尺寸的加大要使用有更高高温强度或强度的叶片用钢材料。Icr13、2Cr13等可用于工作温度簇45。‘C叶片。温度超过500℃，需在ICr13型的基础上，加入多元合金元素Mo、W、Nb、B、Ni等强化的钢。

发明内容

为了克服传统高功率汽轮机叶片质脆、易被腐蚀等缺点和弊端，本发明的目的在于提供一种高硬度、耐腐蚀的汽轮机叶片。

一种高抗热强化钢汽轮机叶片，其特征在于：由保护涂层、叶片结构和传导热单元组成，在高功率密度激光束的加热下，材料表面温度升至沸点温度的速度快足以避免热传导造成的融化，部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气流回吸收，采用真空浸漆的方式在叶片的表面施以铌合金涂层，利用铌金属的高热抗抵抗汽轮机气缸内的高温环境，以16％的无机高硬度屈服金属钨和35％的抗腐蚀金属铬为基，辅以5％Mo、2％W、3％Nb、2％B、2％Ni等强化元素。

本发明的有益效果是，针对一些对叶片耐高温要求较高的汽轮机所专门设计，氧化铝涂层可以保证在至少3250K的温度下不被蒸发，金属钨和铬的结合一方面提高了材质强度、抗腐蚀性，一方面又加强了这两点各自的强度系数，适用于应用于各个领域的汽轮机，以及相关有高强度和高耐热要求的叶片。

具体实施方式

下面结合实施案例对本发明进一步说明。

针对一些对叶片强度要求较高的汽轮机所专门设计，在一些高功率的大型汽轮机的叶片消耗过程当中，对叶片的抗腐蚀和抗打击程度的考验，之所以叶片成为汽轮机主要的消耗部件的原因就在于传统的汽轮机叶片的抗打击和抗腐蚀强度不够高，本发明针对传统的汽轮机叶片存在的种种缺点和弊端进行了改进，激光成型铌合金涂层强化钢汽轮机叶片，主要成分含有ICr13、ZCrz3等，其特征在于激光成型铌合金涂层强化钢汽轮机叶片针对类似铌合金高硬度、高热抗的合金材料采用激光束汽化切割加工工艺，在高功率密度激光束的加热下，材料表面温度升至沸点温度的速度快足以避免热传导造成的融化，部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气流回吸收，采用真空浸漆的方式在叶片的表面施以铌合金涂层，利用铌金属的高热抗抵抗汽轮机气缸内的高温环境，以16％的无机高硬度屈服金属钨和35％的抗腐蚀金属铬为基，辅以5％Mo、2％W、3％Nb、2％B、2％Ni等强化元素，金属钨的作用在于利用其高硬度的物理特性强化材质的硬度，金属铬的作用在于利用其不易被氧化、耐腐蚀稳定的化学性质加强材质的使用寿命，针对一些对叶片强度要求较高的汽轮机所专门设计，金属钨和铬的结合一方面可以提高材质强度、抗腐蚀性，一方面又可以加强这两点各自的强度系数。

真空涂层处理采用密闭式浸烘漆缸，浸漆在真空状态下进行，真空泵提供浸漆缸的真空环境，缓冲器用来缓释机体内部流动的强气流的冲击，加热器提供烘干浸漆缸内的温度，风机用以联通换热器和加热器，热泵机组维持机组所需的热量，PLC控制单元实现浸漆工艺的自动化。

金属汽化切割时，高密度质地金属材料在室温对红外能量有很高的反射率，但发射处于远红外弊端10.6um激光束的其实吸收率只有0.5％～10％，但是，当具有功率密度超过106w/cm2的聚焦激光束照射到金属表面时，能在微秒级的时间内很快使表面开始熔化，处于熔融状态的大多数金属的吸收率急剧上升，一般可提高66％～80％。

16％金属铬的作用在于加强材质的抗腐蚀性，铬能显著提高强度、硬度耐磨性，但同时降低塑性和韧性，铬能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，铬是一种多价金属元素，原子序数24，通常制得的铬，质硬且脆，抗腐蚀，只以化合状态存在，在本发明中的铬含量以在ICr13、ZCrz3等化合物中的铬含量计算。

35％的金属钨的作用在于加强材质的屈服强度和硬度，金属钨的熔点3410±20℃，沸点5927℃，莫氏硬度7.5，扭力模量大于36000Mpa，金属钨和铬的组合在于加强各自的物力强度，形成互补条件。

Claims

1.一种高抗热强化钢汽轮机叶片，其特征在于一种高抗热强化钢汽轮机叶片针对类似铌合金高硬度、高热抗的合金材料采用激光束汽化切割加工工艺，由保护涂层、叶片结构和传导热单元组成，在高功率密度激光束的加热下，材料表面温度升至沸点温度的速度快足以避免热传导造成的融化，部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气流回吸收，采用真空浸漆的方式在叶片的表面施以铌合金涂层，利用铌金属的高热抗抵抗汽轮机气缸内的高温环境，以16％的无机高硬度屈服金属钨和35％的抗腐蚀金属铬为基，辅以5％Mo、2％W、3％Nb、2％B、2％Ni等强化元素。

2.根据权利要求1所述的一种高抗热强化钢汽轮机叶片，其特征是：一种高抗热强化钢汽轮机叶片金属汽化切割时，高密度质地金属材料在室温对红外能量有很高的反射率，但发射处于远红外弊端10.6um激光束的其实吸收率只有0.5％～10％，但是，当具有功率密度超过106w/cm2的聚焦激光束照射到金属表面时，能在微秒级的时间内很快使表面开始熔化，处于熔融状态的大多数金属的吸收率急剧上升，一般可提高66％～80％。

3.根据权利要求1所述的一种高抗热强化钢汽轮机叶片，其特征是：一种高抗热强化钢汽轮机叶片的真空涂层处理采用密闭式浸烘漆缸，浸漆在真空状态下进行，真空泵提供浸漆缸的真空环境，缓冲器用来缓释机体内部流动的强气流的冲击，加热器提供烘干浸漆缸内的温度，风机用以联通换热器和加热器，热泵机组维持机组所需的热量，PLC控制单元实现浸漆工艺的自动化。

4.根据权利要求1所述的一种高抗热强化钢汽轮机叶片，其特征是：一种高抗热强化钢汽轮机叶片16％金属铬的作用在于加强材质的抗腐蚀性，铬能显著提高强度、硬度耐磨性，但同时降低塑性和韧性，铬能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，铬是一种多价金属元素，原子序数24，通常制得的铬，质硬且脆，抗腐蚀，只以化合状态存在，在本发明中的铬含量以在ICr13、ZCrz3等化合物中的铬含量计算。

5.根据权利要求1所述的一种高抗热强化钢汽轮机叶片，其特征是：一种高抗热强化钢汽轮机叶片35％的金属钨的作用在于加强材质的屈服强度和硬度，金属钨的熔点3410±20℃，沸点5927℃，莫氏硬度7.5，扭力模量大于36000Mpa，金属钨和铬的组合在于加强各自的物力强度，形成互补条件。