CN103133052A - 一种耐高温防氧化强化钢汽轮机叶片 - Google Patents

Abstract

一种耐高温防氧化强化钢汽轮机叶片，表面施以氧化钛涂层，利用氧化钛抗腐蚀的极稳定的化学性质用于工作强酸、强碱特殊环境下的汽轮机叶片表面处理涂层，以60％以上浓度的三氧化二铝作为叶片涂层，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，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

一种耐高温防氧化强化钢汽轮机叶片

技术领域

本发明及一种不锈钢叶片，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。

一种耐高温防氧化强化钢汽轮机叶片，其特征在于：由保护涂层、叶片结构和传导热单元组成，当入射的激光束功率密度超过某一值后，光束照射点出的材料内部开始蒸发，形成孔洞，一旦这种小孔形成，它将作为黑体吸收所有的入射激光束能量，小孔被熔化金属壁所包围，与光束同轴的辅助回吸把熔融材料带走，采用真空浸漆的方式在叶片表面施以氧化钛涂层，利用氧化钛抗腐蚀的极稳定的化学性质用于工作强酸、强碱特殊环境下的汽轮机叶片表面处理涂层，以60％以上浓度的二氧化钛作为叶片涂层，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。

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，氧化钛涂层可以抵抗不同程度的强酸强碱的侵蚀，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，熔化切割氧化钛涂层强化钢汽轮机叶片，主要成分含有ICr13、ZCrz3等，其特征在于熔化切割氧化钛涂层强化钢汽轮机叶片针对氧化钛类似材质采用高功率的激光束熔化切割的成型加工工艺，当入射的激光束功率密度超过某一值后，光束照射点出的材料内部开始蒸发，形成孔洞，一旦这种小孔形成，它将作为黑体吸收所有的入射激光束能量，小孔被熔化金属壁所包围，与光束同轴的辅助回吸把熔融材料带走，采用真空浸漆的方式在叶片表面施以氧化钛涂层，利用氧化钛抗腐蚀的极稳定的化学性质用于工作强酸、强碱特殊环境下的汽轮机叶片表面处理涂层，以60％以上浓度的二氧化钛作为叶片涂层，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。

熔融的物料被压缩机制造的强气流回吸，风道用以连接压缩机和风枪，风枪之间作用在汽化的物料，压缩机制造压缩气流，通过风管通道反应给风枪，风枪的运行和方位与激光在物料/被切割工件上的入射点保持同步，在激光汽化物料的下一瞬间回吸汽化废料阻止其因热传导造成的融化带给良品物料损失，风管通道用以连接压缩机和风枪。

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。

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 (5)

1.一种耐高温防氧化强化钢汽轮机叶片，其特征在于：一种耐高温防氧化强化钢汽轮机叶片针对氧化钛类似材质采用高功率的激光束熔化切割的成型加工工艺，当入射的激光束功率密度超过某一值后，光束照射点出的材料内部开始蒸发，形成孔洞，一旦这种小孔形成，它将作为黑体吸收所有的入射激光束能量，小孔被熔化金属壁所包围，与光束同轴的辅助回吸把熔融材料带走，采用真空浸漆的方式在叶片表面施以氧化钛涂层，利用氧化钛抗腐蚀的极稳定的化学性质用于工作强酸、强碱特殊环境下的汽轮机叶片表面处理涂层，以60％以上浓度的二氧化钛作为叶片涂层，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。

2.根据权利1要求所述的一种耐高温防氧化强化钢汽轮机叶片，其特征是：一种耐高温防氧化强化钢汽轮机叶片熔融的物料被压缩机制造的强气流回吸，风道用以连接压缩机和风枪，风枪之间作用在汽化的物料，压缩机制造压缩气流，通过风管通道反应给风枪，风枪的运行和方位与激光在物料/被切割工件上的入射点保持同步，在激光汽化物料的下一瞬间回吸汽化废料阻止其因热传导造成的融化带给良品物料损失，风管通道用以连接压缩机和风枪。

3.根据权利1要求所述的一种耐高温防氧化强化钢汽轮机叶片，其特征是：一种耐高温防氧化强化钢汽轮机叶片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1要求所述的一种耐高温防氧化强化钢汽轮机叶片，其特征是：一种耐高温防氧化强化钢汽轮机叶片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1要求所述的一种耐高温防氧化强化钢汽轮机叶片，其特征是：一种耐高温防氧化强化钢汽轮机叶片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。