CN104032236A - 一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其化学成分的质量百分比为：C：0.31-0.35%，Si：0.10-0.12%，Mn：0.75-0.77%，Ni：0.63-0.65%，Cr:11.2-11.7%，Mo:0.65-0.68%，V：0.16-0.18%，Sr：0.85-0.88%，Nb：0.15-0.17%，Cu:0.05-0.07%，Al:0.27-0.29%，Ti：0.13-0.15%，B：0.06-0.08%，S≤0.02%，稀土金属：0.21-0.35%，余量为Fe。本发明可大幅度提高叶片的冲击韧度，提高叶片的抗热裂性能，提高叶片的使用寿命。

Description

一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种汽轮机叶片及其生产工艺，具体的说是一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片及其生产工艺。

背景技术

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。汽轮机主要应用于电力工业、船舶工业、水泥、化工、石油、冶金、重型机械等领域。

汽轮机是一种旋转式的流体动力机械，它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机械能的作用，而叶片是汽轮机的“心脏”，是汽轮机中极为主要的零件。叶片一般都处在高温，高压和腐蚀的介质下工作，动叶片还以很高的速度转动。在大型汽轮机中，叶片顶端的线速度已超过600m/s，因此叶片还要承受很大的离心应力。具体为：㈠叶片是汽轮机中将汽流的动能转换为有用功的重要部件，其工作环境极其恶劣, 且每一级叶片的工作条件均不相同。初始几级动叶片除在高温过热蒸汽中工作外 同时还承受着最大的静应力、动应力及交变应力的作用,一般发生高温氧化腐蚀、磨蚀和高温蠕变破坏。随着过热蒸汽的膨胀作功,蒸汽温度逐渐降低,最后几级叶片虽然工作温度较低(60℃-110℃),但叶片却承受蒸汽中夹杂的水滴的冲刷,造成水冲蚀。另外,运行过程中沉积在叶片上可溶性盐垢(如钠盐)吸收蒸汽由于温度降低冷凝出来的水份形成腐蚀性电解液覆在叶片表面,造成电化学腐蚀与此同时,由于末级叶片尺寸较大,在高速旋转中(约3000r/min)产生很大的离心力,另外叶片还受蒸汽不稳定的周期性扰动力作用产生振动。末级叶片在离心力,叶片振动以及水冲刷的复杂应力状态下,加上工作于具有腐蚀性的环境下,往往产生应力腐蚀,腐蚀疲劳,疲劳等破坏。实际失效的叶片常常是上述多种破坏方式复合的结果。㈡每一级叶片的工作温度都不相同。并且工作在高温、高压、高转速或湿蒸汽区等恶劣环境中,经受着离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区高速水滴冲蚀的共同作用。㈢按照叶片的工作条件可分为动叶和静叶两种。汽轮机叶片,特别是动叶片所处的工作条件是极其恶劣的。主要表现在每一级叶片的工作温度都不相同。第一级叶片所处的温度最高,接近于进口蒸汽温度,随后由于蒸汽逐级作功,温度逐级降低,直到末级叶片将降到100℃以下。另外叶片是在运动着的水蒸汽介质中工作,其中多数是在过热蒸汽中工作而末级叶片是在潮湿蒸汽中工作,过热蒸汽中含有氧会造成高温氧化腐蚀,使叶片的疲劳强度降低。在湿蒸汽区可溶性盐垢吸收水珠成为电解液造成电化学腐蚀,此外湿蒸汽区的游离水分子由于过冷凝结成水滴,冲击动叶进汽侧背弧面造成水冲蚀。汽轮机工作过程中,动叶片还承受着最大的静应力、动应力及交变应力。主要表现在转子旋转时作用在叶片上的离心力所引起的拉应力,汽流的作用产生弯曲应力和扭力以及叶片受激振力的作用产生强迫振动的交变应力,所有这些恶劣的工作环境,都将促使叶片失效断裂,个别叶片断裂后,其碎片可将相邻或下一级的叶片打坏, 使转子失去平衡而无法工作。

叶片不仅数量多，而且形状复杂，加工要求严格。叶片的加工工作量很大，约占汽轮机、燃气轮机总加工量的四分之一到三分之一。叶片的加工质量直接影响到机组的运行效率和可靠行，而叶片的质量和寿命与叶片的加工方式有着密切的关系。所以，叶片的加工方式对汽轮机的工作质量及生产经济性有很大的影响。随着科学技术的发展，叶片的加工手段也是日新月异，先进的加工技术正在广泛采用。要满足不断提高的使用性能需求仅仅依靠新型叶片材料的应用仍然很难满足，必须将各种热处理技术应用到汽轮机叶片的制造当中才能达到对叶片具高效率、高精度和高寿命的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何使叶片硬度达到277～311HB，硬度不会过高或过低；如何使使叶片的合金元素偏析现象明显减弱，大幅度提高叶片的冲击韧度；如何使机械加工后叶片的内应力完全释放，避免后序高温调质热处理产生变形或裂纹，从而提高其耐高温和耐高压性能；如何提高叶片的抗水蚀能力及抗腐蚀性能，从而提高叶片的使用寿命。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其化学成分的质量百分比为：C：0.31-0.35%，Si：0.10-0.12%，Mn：0.75-0.77%，Ni：0.63-0.65%，Cr:11.2-11.7%，Mo:0.65-0.68%，V：0.16-0.18%，Sr：0.85-0.88%，Nb：0.15-0.17%，Cu:0.05-0.07%，Al:0.27-0.29%，Ti：0.13-0.15%，B：0.06-0.08%，S≤0.02%，稀土金属：0.21-0.35%，余量为Fe。

上述可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，按以下工序进行：热锻→退火→回火→叶片机械加工→去应力热处理→调质热处理→冷却→表面强化热处理→理化检验→超声波探伤→清洁包装；其中：

所述退火工序：热锻后，在790-795℃保温8-10分钟，然后炉冷至260-270℃后保温4-6分钟，最后冷却至室温；

所述回火工序：回火温度705-710℃，到温后保温12-15min，然后空冷至室温；

所述去应力热处理工序：采用分段加热，第一段加热温度为610-615℃，到温后保温38-40min，第二段加热温度为570-575℃，到温后保温12-14min，然后空冷至室温；

所述调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度730-735℃，到温后保温4-6min；第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为870-880℃，到温后保温5-8min，第二段加热温度为785-790℃，到温后保温10-13min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为760-765℃加热，到温后保温16-20min，第二段加热温度为590-600℃加热，到温后保温6-9min；

所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以7-9℃/s的冷却速率将叶片水冷至470-480℃，然后空冷至361-374℃，再采用水冷以1-3℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；

所述表面强化热处理工序：热处理温度965-968℃，到温后保温4-6分钟，然后采用水冷以1-3℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温。

前述叶片机械加工工艺按以下步骤加工：

步骤（1）：将毛坯方料通过普通铣床用端面立铣刀经过粗铣-精铣两个工序先加工两个侧面，然后以先加工好的两个侧面为基准面，加工另外两个侧面，再用端面立铣刀加工两端面，一端面为叶根端面，另一端面为叶冠端面；

步骤（2）：在一侧面上经过粗铣-精铣两个工序先加工出汽侧面并且在叶根端面上靠近出汽侧面做标记“C”，与出汽侧面相邻的且成锐角的面标记“N”为内径向面，然后通过粗铣-精铣加工其余三个侧面成平行四边形；

步骤（3）：在叶根端面和叶冠端面上钻中心孔，中心孔深度不大于8mm，然后在出汽侧面上靠近有标记的一端沿其长度方向依次用镶齿刀粗铣加工叶根槽和叶根倒角，并留有0.5mm的精加工余量，在叶根端面处加工装夹工艺头；

步骤（4）：用端面立铣刀先粗铣叶型，叶型包括：内弧、背弧进汽侧、背弧出汽侧、背弧平面、出汽边、进汽边、叶根内弧圆角、叶冠内弧圆角，保留0.2mm的精加工余量；再粗铣加工叶根进汽侧面、叶根出汽侧面、叶根内径向面和叶根背径向面，保留0.2mm的精加工余量；最后粗铣叶冠，叶冠包括：叶冠进汽侧面、叶冠出汽侧面、叶冠内径向面和叶冠背径向面，保留0.2mm的精加工余量；

步骤（5）：利用装夹工艺头安装在五轴数控加工中心上并找正，先用φ32mm的刀杆镶上R5mm的刀片精铣叶型，然后用球头合金刀粗铣叶型与叶冠连接处和叶根与叶型连接处，再用锥度合金刀精铣叶型与叶冠连接处和叶根与叶型连接处，再用端面合金立铣刀精铣叶根，最后用盘刀精铣加工叶根进汽侧面、叶根出汽侧面、叶根内径向面、叶根背径向面、叶冠进汽侧面、叶冠出汽侧面、叶冠内径向面和叶冠背径向面；

步骤（6）：通过锯床粗锯叶根端面装夹工艺头并留1mm的精加工余量，然后安装在三轴数控机床上精铣叶根端面，再上线切割机床粗割叶冠端面圆弧，留0.05mm的精加工余量，并保证总长尺寸在公差范围内，最后上抛光机精抛叶型，去毛刺；

步骤（7）：把步骤（6）中加工完成的汽轮机叶片按图纸要求进行检测，合格后进入下一工序。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：5-7%，镨：10-12%，钕：10-12%，钷：5-7%，镥：5-7%，铕：5-7%，铽：13-16%，钬：1-3%，铒：6-9%，余量为镧。

前述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其化学成分的质量百分比为：C：0.31%，Si：0.10%，Mn：0.75%，Ni：0.65%，Cr：11.2%，Mo：0.65%，V：0.16%，Sr：0.85%，Nb：0.17%，Cu: 0.07%，Al：0.27%，Ti：0.13%，B：0.06%，S：0.02%，稀土金属：0.21%，余量为Fe；其中稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：5%，镨：10%，钕：10%，钷：5%，镥：5%，铕：5%，铽：13%，钬：1%，铒：6%，余量为镧。

前述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其化学成分的质量百分比为：C：0.32%，Si：0.11%，Mn：0.76%，Ni：0.63%，Cr: 11.5%，Mo: 0.67%，V：0.18%，Sr：0.86%，Nb：0.15%，Cu：0.05%，Al：0.28%，Ti：0.15%，B：0.07%，S：0.02%，稀土金属：0.3%，余量为Fe；其中稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：6%，镨：11%，钕：11%，钷：6%，镥：6%， 铕：6%，铽：14%，钬：2%，铒：8%，余量为镧。

前述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其化学成分的质量百分比为：C：0.35%，Si：0.12%，Mn：0.77%，Ni：0.64%，Cr：11.7%，Mo：0.68%，V：0.17%，Sr：0.88%，Nb：0.16%，Cu：0.06%，Al：0.29%，Ti：0.14%，B：0.08%，S：0.01%，稀土金属：0.35%，余量为Fe；其中稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：7%，镨：12%，钕：12%，钷：7%，镥：7%， 铕：7%，铽：16%，钬：3%，铒：9%，余量为镧。

前述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，其中：

所述退火工序：热锻后，在790℃保温8分钟，然后炉冷至260℃后保温4分钟，最后冷却至室温；

所述回火工序：回火温度705℃，到温后保温12分钟，然后空冷至室温；

所述去应力热处理工序：采用分段加热，第一段加热温度为610℃，到温后保温38分钟，第二段加热温度为570℃，到温后保温12分钟，然后空冷至室温；

所述调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度730℃，到温后保温4分钟；第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为870℃，到温后保温5分钟，第二段加热温度为785℃，到温后保温10分钟，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为761℃加热，到温后保温16分钟，第二段加热温度为590℃加热，到温后保温6分钟；

所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以7℃/s的冷却速率将叶片水冷至470℃，然后空冷至361℃，再采用水冷以1℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；

所述表面强化热处理工序：热处理温度965℃，到温后保温4分钟，然后采用水冷以1℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温。

前述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，其中：

所述退火工序：热锻后，在792℃保温9分钟，然后炉冷至265℃后保温5分钟，最后冷却至室温；

所述回火工序：回火温度708℃，到温后保温13min，然后空冷至室温；

所述去应力热处理工序：采用分段加热，第一段加热温度为612℃，到温后保温39min，第二段加热温度为573℃，到温后保温13min，然后空冷至室温；

所述调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度733℃，到温后保温5min；第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为875℃，到温后保温6min，第二段加热温度为788℃，到温后保温12min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为762℃加热，到温后保温18min，第二段加热温度为595℃加热，到温后保温8min；

所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以8℃/s的冷却速率将叶片水冷至475℃，然后空冷至365℃，再采用水冷以2℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；

所述表面强化热处理工序：热处理温度967℃，到温后保温5分钟，然后采用水冷以2℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温。

前述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，其中：

所述退火工序：热锻后，在795℃保温10分钟，然后炉冷至270℃后保温6分钟，最后冷却至室温；

所述回火工序：回火温度710℃，到温后保温15min，然后空冷至室温；

所述去应力热处理工序：采用分段加热，第一段加热温度为615℃，到温后保温40min，第二段加热温度为575℃，到温后保温14min，然后空冷至室温；

所述调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度735℃，到温后保温6min；第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为880℃，到温后保温8min，第二段加热温度为790℃，到温后保温13min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为765℃加热，到温后保温20min，第二段加热温度为600℃加热，到温后保温9min；

所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以9℃/s的冷却速率将叶片水冷至480℃，然后空冷至374℃，再采用水冷以3℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；

所述表面强化热处理工序：热处理温度968℃，到温后保温6分钟，然后采用水冷以3℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温。

以上工序中：锻造、理化检验、超声波探伤和清洁包装都使用现有常用工艺。

本发明的优点是：

本发明的成分中由于Cr的含量较高，铬元素会导致碳及合金元素的严重偏析，叶片会出现共晶碳化物，从而降低叶片的冲击韧度；本发明通过加入稀土金属，可有效减弱叶片的合金元素偏析现象，可大幅度提高叶片的冲击韧度。

本发明的退火工序在热锻后不立即冷却，而是在790-795℃保温8-10分钟，然后炉冷至260-270℃后保温4-6分钟，最后冷却至室温；这样使奥氏体在这个温度下进行等温转变，形成珠光体，奥氏体能在较短时间内完成球光体转变，避免形成马氏体，导致钢变硬，从而使叶片硬度达到277～311HB，不至于硬度过高或过低；另外，通过两次保温后冷却，等浊转变形成的球光体组织比较均匀，避免形成不完全相同的组织，可防止叶片早期脆性开裂，起到了意想不到的技术效果。

本发明的叶片由于合金元素（比如铬元素）的作用，碳及合金元素的严重偏析，叶片会出现共晶碳化物，从而降低叶片的冲击韧度；本发明通过加入稀土金属，并通过二次回火（第一次回火和第二次回火）及温度控制，从而使叶片的合金元素偏析现象明显减弱，可大幅度提高叶片的冲击韧度。

本发明的叶片由于在机械加工过程中，由于刀具挤压、切削热等影响，使其内部组织发生不均匀的体积变化，产生内应力，内应力的存在，使内部组织处于一种极不稳定的状态，有着强烈恢复到无应力状态的倾向，在内应力不断释放的过程中，汽轮机叶片的形状发生改变，原有的加工精度逐渐丧失，对机械加工后内应力没有完全释放的汽轮机叶片在随后的淬火处理时会发生更大的变形或淬火裂纹；本发明在机械加工过程后进行去应力退火处理，从而使机械加工后叶片的内应力完全释放，避免后序高温调质热处理产生变形或裂纹。

由于叶片工作区为湿蒸汽区,且含有大量水滴，在很高的轮周速度及离心力下冲蚀叶片,使叶片顶部进气边产生点蚀而失效，叶片抗水蚀能力的高低直接影响到汽轮机的工作效率及安全运行；本发明通过调质热处理工序配合冷却工序，可使叶片表面产生2-6 mm厚回火马氏体组织，有效提高的其抗水蚀能力；另外，第二次回火温度小于第一次回火温度可以减小表面和心部的温度之差，使叶片厚度方向组织细小均匀；正火后回火进一步减小表面和心部的温度之差，从而使表面至心部性能趋于一致；回火后冷却，通过水冷与空冷结合的方法，先以较快的冷却速度水冷，然后进行空冷，最后再通过较慢的水冷冷却至室温，不仅可提高叶片的抗水蚀能力，而且可以使组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙眼，保证了叶片的抗腐蚀性能，起到了意想不到的技术效果。

本发明通过表面强化热处理可以细化晶粒，同时提高叶片的韧性，可以减轻或消除带状组织等缺陷，提高叶片整体冲击性能，且通过冷却速度的快慢控制，而且使叶片组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙眼，且获得较好的综合力学性能和抗腐蚀性能。

本发明汽轮机叶片的主要性能如下表所示：

表1：

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其化学成分的质量百分比为：C：0.31%，Si：0.10%，Mn：0.75%，Ni：0.65%，Cr：11.2%，Mo：0.65%，V：0.16%，Sr：0.85%，Nb：0.17%，Cu: 0.07%，Al：0.27%，Ti：0.13%，B：0.06%，S：0.02%，稀土金属：0.21%，余量为Fe；其中稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：5%，镨：10%，钕：10%，钷：5%，镥：5%，铕：5%，铽：13%，钬：1%，铒：6%，余量为镧。

本实施例的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，按以下工序进行：热锻→退火→回火→叶片机械加工→去应力热处理→调质热处理→冷却→表面强化热处理→理化检验→超声波探伤→清洁包装；其中：

所述退火工序：热锻后，在790℃保温8分钟，然后炉冷至260℃后保温4分钟，最后冷却至室温；

所述回火工序：回火温度705℃，到温后保温12分钟，然后空冷至室温；

所述去应力热处理工序：采用分段加热，第一段加热温度为610℃，到温后保温38分钟，第二段加热温度为570℃，到温后保温12分钟，然后空冷至室温；

所述调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度730℃，到温后保温4分钟；第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为870℃，到温后保温5分钟，第二段加热温度为785℃，到温后保温10分钟，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为761℃加热，到温后保温16分钟，第二段加热温度为590℃加热，到温后保温6分钟；

所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以7℃/s的冷却速率将叶片水冷至470℃，然后空冷至361℃，再采用水冷以1℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；

所述表面强化热处理工序：热处理温度965℃，到温后保温4分钟，然后采用水冷以1℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温。

本发明汽轮机叶片的主要性能如下表所示：

表2：

以上工序中：锻造、理化检验、超声波探伤和清洁包装都使用现有常用工艺。

实施例2

本实施例提供一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其化学成分的质量百分比为：C：0.32%，Si：0.11%，Mn：0.76%，Ni：0.63%，Cr: 11.5%，Mo: 0.67%，V：0.18%，Sr：0.86%，Nb：0.15%，Cu：0.05%，Al：0.28%，Ti：0.15%，B：0.07%，S：0.02%，稀土金属：0.3%，余量为Fe；其中稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：6%，镨：11%，钕：11%，钷：6%，镥：6%， 铕：6%，铽：14%，钬：2%，铒：8%，余量为镧。

本实施例的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，按以下工序进行：热锻→退火→回火→叶片机械加工→去应力热处理→调质热处理→冷却→表面强化热处理→理化检验→超声波探伤→清洁包装；其中：

前述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，其中：

所述退火工序：热锻后，在792℃保温9分钟，然后炉冷至265℃后保温5分钟，最后冷却至室温；

所述回火工序：回火温度708℃，到温后保温13min，然后空冷至室温；

所述去应力热处理工序：采用分段加热，第一段加热温度为612℃，到温后保温39min，第二段加热温度为573℃，到温后保温13min，然后空冷至室温；

所述调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度733℃，到温后保温5min；第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为875℃，到温后保温6min，第二段加热温度为788℃，到温后保温12min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为762℃加热，到温后保温18min，第二段加热温度为595℃加热，到温后保温8min；

所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以8℃/s的冷却速率将叶片水冷至475℃，然后空冷至365℃，再采用水冷以2℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；

所述表面强化热处理工序：热处理温度967℃，到温后保温5分钟，然后采用水冷以2℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温。

本发明汽轮机叶片的主要性能如下表所示：

表3：

以上工序中：锻造、理化检验、超声波探伤和清洁包装都使用现有常用工艺。

实施例3

本实施例提供一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其化学成分的质量百分比为：C：0.35%，Si：0.12%，Mn：0.77%，Ni：0.64%，Cr：11.7%，Mo：0.68%，V：0.17%，Sr：0.88%，Nb：0.16%，Cu：0.06%，Al：0.29%，Ti：0.14%，B：0.08%，S：0.01%，稀土金属：0.35%，余量为Fe；其中稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：7%，镨：12%，钕：12%，钷：7%，镥：7%， 铕：7%，铽：16%，钬：3%，铒：9%，余量为镧。

本实施例的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，按以下工序进行：热锻→退火→回火→叶片机械加工→去应力热处理→调质热处理→冷却→表面强化热处理→理化检验→超声波探伤→清洁包装；其中：

所述退火工序：热锻后，在795℃保温10分钟，然后炉冷至270℃后保温6分钟，最后冷却至室温；

所述回火工序：回火温度710℃，到温后保温15min，然后空冷至室温；

所述去应力热处理工序：采用分段加热，第一段加热温度为615℃，到温后保温40min，第二段加热温度为575℃，到温后保温14min，然后空冷至室温；

所述调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度735℃，到温后保温6min；第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为880℃，到温后保温8min，第二段加热温度为790℃，到温后保温13min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为765℃加热，到温后保温20min，第二段加热温度为600℃加热，到温后保温9min；

所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以9℃/s的冷却速率将叶片水冷至480℃，然后空冷至374℃，再采用水冷以3℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；

所述表面强化热处理工序：热处理温度968℃，到温后保温6分钟，然后采用水冷以3℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温。

本发明汽轮机叶片的主要性能如下表所示：

表4：

以上实施例中所采用的叶片机械加工工艺按以下步骤加工：

步骤（1）：将毛坯方料通过普通铣床用端面立铣刀经过粗铣-精铣两个工序先加工两个侧面，然后以先加工好的两个侧面为基准面，加工另外两个侧面，再用端面立铣刀加工两端面，一端面为叶根端面，另一端面为叶冠端面；

步骤（2）：在一侧面上经过粗铣-精铣两个工序先加工出汽侧面并且在叶根端面上靠近出汽侧面做标记“C”，与出汽侧面相邻的且成锐角的面标记“N”为内径向面，然后通过粗铣-精铣加工其余三个侧面成平行四边形；

步骤（3）：在叶根端面和叶冠端面上钻中心孔，中心孔深度不大于8mm，然后在出汽侧面上靠近有标记的一端沿其长度方向依次用镶齿刀粗铣加工叶根槽和叶根倒角，并留有0.5mm的精加工余量，在叶根端面处加工装夹工艺头；

步骤（4）：用端面立铣刀先粗铣叶型，叶型包括：内弧、背弧进汽侧、背弧出汽侧、背弧平面、出汽边、进汽边、叶根内弧圆角、叶冠内弧圆角，保留0.2mm的精加工余量；再粗铣加工叶根进汽侧面、叶根出汽侧面、叶根内径向面和叶根背径向面，保留0.2mm的精加工余量；最后粗铣叶冠，叶冠包括：叶冠进汽侧面、叶冠出汽侧面、叶冠内径向面和叶冠背径向面，保留0.2mm的精加工余量；

步骤（5）：利用装夹工艺头安装在五轴数控加工中心上并找正，先用φ32mm的刀杆镶上R5mm的刀片精铣叶型，然后用球头合金刀粗铣叶型与叶冠连接处和叶根与叶型连接处，再用锥度合金刀精铣叶型与叶冠连接处和叶根与叶型连接处，再用端面合金立铣刀精铣叶根，最后用盘刀精铣加工叶根进汽侧面、叶根出汽侧面、叶根内径向面、叶根背径向面、叶冠进汽侧面、叶冠出汽侧面、叶冠内径向面和叶冠背径向面；

步骤（6）：通过锯床粗锯叶根端面装夹工艺头并留1mm的精加工余量，然后安装在三轴数控机床上精铣叶根端面，再上线切割机床粗割叶冠端面圆弧，留0.05mm的精加工余量，并保证总长尺寸在公差范围内，最后上抛光机精抛叶型，去毛刺；

步骤（7）：把步骤（6）中加工完成的汽轮机叶片按图纸要求进行检测，合格后进入下一工序。

以上工序中：锻造、理化检验、超声波探伤和清洁包装都使用现有常用工艺。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.31-0.35%，Si：0.10-0.12%，Mn：0.75-0.77%，Ni：0.63-0.65%，Cr:11.2-11.7%，Mo:0.65-0.68%，V：0.16-0.18%，Sr：0.85-0.88%，Nb：0.15-0.17%，Cu:0.05-0.07%，Al:0.27-0.29%，Ti：0.13-0.15%，B：0.06-0.08%，S≤0.02%，稀土金属：0.21-0.35%，余量为Fe。

2.如权利要求1所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其特征在于：所述稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：5-7%，镨：10-12%，钕：10-12%，钷：5-7%，镥：5-7%，铕：5-7%，铽：13-16%，钬：1-3%，铒：6-9%，余量为镧。

3.如权利要求2所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.31%，Si：0.10%，Mn：0.75%，Ni：0.65%，Cr：11.2%，Mo：0.65%，V：0.16%，Sr：0.85%，Nb：0.17%，Cu: 0.07%，Al：0.27%，Ti：0.13%，B：0.06%，S：0.02%，稀土金属：0.21%，余量为Fe；

所述稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：5%，镨：10%，钕：10%，钷：5%，镥：5%，铕：5%，铽：13%，钬：1%，铒：6%，余量为镧。

4.如权利要求2所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.32%，Si：0.11%，Mn：0.76%，Ni：0.63%，Cr: 11.5%，Mo: 0.67%，V：0.18%，Sr：0.86%，Nb：0.15%，Cu：0.05%，Al：0.28%，Ti：0.15%，B：0.07%，S：0.02%，稀土金属：0.3%，余量为Fe；

所述稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：6%，镨：11%，钕：11%，钷：6%，镥：6%， 铕：6%，铽：14%，钬：2%，铒：8%，余量为镧。

5.如权利要求2所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.35%，Si：0.12%，Mn：0.77%，Ni：0.64%，Cr：11.7%，Mo：0.68%，V：0.17%，Sr：0.88%，Nb：0.16%，Cu：0.06%，Al：0.29%，Ti：0.14%，B：0.08%，S：0.01%，稀土金属：0.35%，余量为Fe；

所述稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：7%，镨：12%，钕：12%，钷：7%，镥：7%， 铕：7%，铽：16%，钬：3%，铒：9%，余量为镧。

6.如权利要求1或2所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，按以下工序进行：热锻→退火→回火→叶片机械加工→去应力热处理→调质热处理→冷却→表面强化热处理→理化检验→超声波探伤→清洁包装；其特征在于：

所述退火工序：热锻后，在790-795℃保温8-10分钟，然后炉冷至260-270℃后保温4-6分钟，最后冷却至室温；

所述回火工序：回火温度705-710℃，到温后保温12-15min，然后空冷至室温；

所述去应力热处理工序：采用分段加热，第一段加热温度为610-615℃，到温后保温38-40min，第二段加热温度为570-575℃，到温后保温12-14min，然后空冷至室温；

所述调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度730-735℃，到温后保温4-6min；第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为870-880℃，到温后保温5-8min，第二段加热温度为785-790℃，到温后保温10-13min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为760-765℃加热，到温后保温16-20min，第二段加热温度为590-600℃加热，到温后保温6-9min；

所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以7-9℃/s的冷却速率将叶片水冷至470-480℃，然后空冷至361-374℃，再采用水冷以1-3℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；

所述表面强化热处理工序：热处理温度965-968℃，到温后保温4-6分钟，然后采用水冷以1-3℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温。

7.如权利要求6所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，其特征在于：

所述退火工序：热锻后，在790℃保温8分钟，然后炉冷至260℃后保温4分钟，最后冷却至室温；

所述回火工序：回火温度705℃，到温后保温12分钟，然后空冷至室温；

所述去应力热处理工序：采用分段加热，第一段加热温度为610℃，到温后保温38分钟，第二段加热温度为570℃，到温后保温12分钟，然后空冷至室温；

所述调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度730℃，到温后保温4分钟；第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为870℃，到温后保温5分钟，第二段加热温度为785℃，到温后保温10分钟，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为761℃加热，到温后保温16分钟，第二段加热温度为590℃加热，到温后保温6分钟；

所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以7℃/s的冷却速率将叶片水冷至470℃，然后空冷至361℃，再采用水冷以1℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；

所述表面强化热处理工序：热处理温度965℃，到温后保温4分钟，然后采用水冷以1℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温。

8.如权利要求6所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，其特征在于：

所述退火工序：热锻后，在792℃保温9分钟，然后炉冷至265℃后保温5分钟，最后冷却至室温；

所述回火工序：回火温度708℃，到温后保温13min，然后空冷至室温；

所述去应力热处理工序：采用分段加热，第一段加热温度为612℃，到温后保温39min，第二段加热温度为573℃，到温后保温13min，然后空冷至室温；

所述调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度733℃，到温后保温5min；第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为875℃，到温后保温6min，第二段加热温度为788℃，到温后保温12min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为762℃加热，到温后保温18min，第二段加热温度为595℃加热，到温后保温8min；

所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以8℃/s的冷却速率将叶片水冷至475℃，然后空冷至365℃，再采用水冷以2℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；

所述表面强化热处理工序：热处理温度967℃，到温后保温5分钟，然后采用水冷以2℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温。

9.如权利要求6所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，其特征在于：

所述退火工序：热锻后，在795℃保温10分钟，然后炉冷至270℃后保温6分钟，最后冷却至室温；

所述回火工序：回火温度710℃，到温后保温15min，然后空冷至室温；

所述去应力热处理工序：采用分段加热，第一段加热温度为615℃，到温后保温40min，第二段加热温度为575℃，到温后保温14min，然后空冷至室温；

所述调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度735℃，到温后保温6min；第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为880℃，到温后保温8min，第二段加热温度为790℃，到温后保温13min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为765℃加热，到温后保温20min，第二段加热温度为600℃加热，到温后保温9min；

所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以9℃/s的冷却速率将叶片水冷至480℃，然后空冷至374℃，再采用水冷以3℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；

所述表面强化热处理工序：热处理温度968℃，到温后保温6分钟，然后采用水冷以3℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温。

10. 如权利要求6所述的可提高抗热裂性能的汽轮机叶片的生产工艺，其特征在于：所述叶片机械加工工艺按以下步骤加工：

步骤（1）：将毛坯方料通过普通铣床用端面立铣刀经过粗铣-精铣两个工序先加工两个侧面，然后以先加工好的两个侧面为基准面，加工另外两个侧面，再用端面立铣刀加工两端面，一端面为叶根端面，另一端面为叶冠端面；

步骤（2）：在一侧面上经过粗铣-精铣两个工序先加工出汽侧面并且在叶根端面上靠近出汽侧面做标记“C”，与出汽侧面相邻的且成锐角的面标记“N”为内径向面，然后通过粗铣-精铣加工其余三个侧面成平行四边形；

步骤（3）：在叶根端面和叶冠端面上钻中心孔，中心孔深度不大于8mm，然后在出汽侧面上靠近有标记的一端沿其长度方向依次用镶齿刀粗铣加工叶根槽和叶根倒角，并留有0.5mm的精加工余量，在叶根端面处加工装夹工艺头；

步骤（4）：用端面立铣刀先粗铣叶型，叶型包括：内弧、背弧进汽侧、背弧出汽侧、背弧平面、出汽边、进汽边、叶根内弧圆角、叶冠内弧圆角，保留0.2mm的精加工余量；再粗铣加工叶根进汽侧面、叶根出汽侧面、叶根内径向面和叶根背径向面，保留0.2mm的精加工余量；最后粗铣叶冠，叶冠包括：叶冠进汽侧面、叶冠出汽侧面、叶冠内径向面和叶冠背径向面，保留0.2mm的精加工余量；

步骤（5）：利用装夹工艺头安装在五轴数控加工中心上并找正，先用φ32mm的刀杆镶上R5mm的刀片精铣叶型，然后用球头合金刀粗铣叶型与叶冠连接处和叶根与叶型连接处，再用锥度合金刀精铣叶型与叶冠连接处和叶根与叶型连接处，再用端面合金立铣刀精铣叶根，最后用盘刀精铣加工叶根进汽侧面、叶根出汽侧面、叶根内径向面、叶根背径向面、叶冠进汽侧面、叶冠出汽侧面、叶冠内径向面和叶冠背径向面；

步骤（6）：通过锯床粗锯叶根端面装夹工艺头并留1mm的精加工余量，然后安装在三轴数控机床上精铣叶根端面，再上线切割机床粗割叶冠端面圆弧，留0.05mm的精加工余量，并保证总长尺寸在公差范围内，最后上抛光机精抛叶型，去毛刺；

步骤（7）：把步骤（6）中加工完成的汽轮机叶片按图纸要求进行检测，合格后进入下一工序。