CN104439911A - 一种用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，选用铬镍钼合金结构钢为坯料，铬镍钼合金重量百分比成分为：碳:0.28%-0.38%、硅:0-0.35%、锰:0-0.90%、铬:0.80%-1.50%、镍:3.00%-4.00%、钼:0.40%-0.60%、磷:0-0.015%、硫:0-0.015%、氢:0-2.0ppm、钒:0.10%-0.20%、钛:0-0.025%、铜:0-0.20%、铝:0-0.05%、0-0.50%残余元素，其余为Fe，并选用正硅酸乙脂无机耐高温涂料进行涂覆处理；本发明所设计的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺能够大大提高金属膨胀节大的抗磨损、抗压力、耐高温及耐腐蚀的能力，且操作简便，能够提高金属膨胀节的生产效率。

Description

一种用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺
技术领域
本发明涉及燃气轮机进排气系统的制造领域，特别是一种用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺。 
背景技术
燃气轮机的高温排气会对烟道及排气系统内的金属膨胀节带来很大的影响，如果加上水洗频繁，普通金属膨胀节的寿命会大受影响，一旦膨胀节破裂就会引起高温烟气的泄漏，不仅影响机组效益而且还可能会引发其他的事故。 
在实际应用中，金属膨胀节为补偿因温度差与机械振动引起的附加应力，而设置在容器壳体或管道上的种挠性结构；它作为一种能自由伸缩的弹性补偿元件，具有工作可靠、性能良好、结构紧凑等优点；金属膨胀节可分为弯管式膨胀节、波纹管膨胀节和套管伸缩节；在选用金属膨胀节时要参考：状态、尺寸、压力、介质及温度，其中，金属膨胀节在高温时，须具有抗磨损、抗压力、耐高温及耐腐蚀的属性。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，该工艺能够大大提高金属膨胀节大的抗磨损、抗压力、耐高温及耐腐蚀的能力，且操作简便，能够提高金属膨胀节的生产效率。 
为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，包括如下步骤： 
步骤(1)：选用铬镍钼合金结构钢为坯料，铬镍钼合金重量百分比成分为：碳:0.28％-0.38％、硅:0-0.35％、锰:0-0.90％、铬:0.80％-1.50％、镍:3.00％-4.00％、钼:0.40％-0.60％、磷:0-0.015％、硫:0-0.015％、氢:0-2.0ppm、钒:0.10％-0.20％、钛:0-0.025％、铜:0-0.20％、铝:0-0.05％、0-0.50％残余元素，其余为Fe； 
步骤(2)：将铬镍钼合金坯料放入加热炉内加热到1360℃，出加热炉后采用水冷以23-25℃/s的冷却速率将钢筋水冷至930℃，在淬火装置内用水或淬火液进行淬火，然后在回火加热炉内加热到630℃进行回火，后冷却到常温； 
步骤(3)：将铬镍钼合金坯料进行初步热轧，初步热轧温度为1150℃，初步热轧完成后冷却至室温，然后回热至1050℃，对铬镍钼合金坯料进行热铸造，热铸造完成温度为850℃，后对金属膨胀节进行水冷/空冷二次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理； 
步骤(4)：将冷却后的金属膨胀节放入回火加热炉加热到560-580℃，保温0.1-0.2h； 
步骤(5)：对保温后的金属膨胀节使用高压喷射水或淬火液以13-15℃/s的速度冷却至150-200℃，然后在冷床上冷却至室温； 
步骤(6)：将耐高温涂料进行熟化处理，然后喷涂、刷涂或浸渍在金属膨胀节内外表面，沉积后形成涂层，实现表面耐高温及防腐处理； 
本发明以铬镍钼合金结构钢为坯料，可提高钢的韧性、弹性、耐磨性及抗击性能，并使钢质紧密，并且钢中的钒非常稳定，不易被盐酸、硫酸所分解，加入钒后的钢淬透性好，可使钢件整个截面获得均匀一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火剂，以减少变形和开裂； 
本发明中加入了镍元素，可以提高刚的强度和韧性，提高钢的淬透性，可以改变钢的一些物理性能，并且提高钢的抗腐蚀能力，从而可以提高C和N元素的原子活性，使各原子形成的气团能与位错形成强烈的相互作用，钉扎位错，产生屈服平台，使得需要外界提供较大的应力才能开动位错； 
本发明中利用所述水冷/空冷间歇淬火工艺进行调质热处理的过程中，开始时淬火的水温低于36℃，通过水冷/空冷三次循环间歇淬火，最大限度地防止了淬火开裂和内裂，同时也获得均匀细小淬火，降低淬火温度可有效地防止钢筋淬裂倾向； 
同时可以使碳化物进一步充分溶解，均匀扩散，避免了碳化物在晶间的析出造成晶间腐蚀和点蚀超标，保证了材料的铁素体含量在35％左右，可以进一步使材料固溶充分，避免了热处理方式加热不均，固溶不均带来的腐蚀速率超标和硬度超标，巩固了前面冶炼后热处理工艺产生的技术效果； 
本发明进一步限定的技术方案是： 
进一步的，前述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，耐高温涂料为正硅酸乙脂无机耐高温涂料，其各组分质量百分比为：正硅酸乙脂28-35％；耐热颜填料：35-50％；助剂：2％-4％，二甲基甲酰胺：13-18％，其中： 
耐热颜填料包括： 
二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉且纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉的质量比为1.5:1:1； 
阻隔型功能填料按质量份数计包括以下组分： 
空心玻璃微珠：2-6份，石墨：10-15份，黑碳化硅：20-35份，细晶氧化铝：25-30份，二硫化钼：5-10份，氧化锌：1-5份，滑石粉：3-6份； 
助剂为按质量份数计包括以下组分： 
分散剂：10-15份，润湿剂：2-6份，固化剂20-50份，消光剂：2-6份，成膜助剂：5-10份，增稠剂：5-10份，羟乙基纤维素：5-10份，pH调节剂：1－5份，助剂中还包括硅烷偶联剂，其质量与正硅酸乙脂的质量比为1:15； 
正硅酸乙酯与硅烷偶联剂按照质量比15:1进行混合水解，能够大大降低涂层开裂倾向；二甲基甲酰胺的使用使得干燥时间大大加快，在正硅酸乙酯中加入二甲基甲酰胺后，一方面，溶胶在向凝胶转变过程中，二甲基甲酰胺通过氢键与水解中间体结合，抑制了水解中间体Si(OC2H5)4-x(OH)x和产物SixOy(OH)z的化学活性，降低溶胶水解、缩聚的反应速率，促进了粒子之间的这种相互交联，形成有序的网络结构，改善了凝胶结构，同时又使凝胶质点增大，介孔孔径和孔体积增大，导致干燥后凝胶收缩量变小，获得孔径大小分布均匀的凝胶，从而溶剂蒸发时，凝胶内部应力均匀； 
阻隔型功能填料中采用二硫化钼、石墨、滑石粉，石墨材料由于特有的晶体结构使其易产生滑移，同时石墨干摩擦润滑剂具有吸附性，可以形成一层润滑膜(石墨晶体膜)，起到减少摩擦磨损的作用，具有良好的散热性和导热性，由于碳的熔点很高，故不会产生碳和金属材料的咬焊现象；滑石粉作为填料，可起到骨架作用，降低制造成本同时提高涂料的漆膜硬度，增加产品形状的稳定，增加张力强度，剪切强度，绕曲强度，压力强度，降低变形，伸张率，热膨胀系数，白度高、粒度均匀分散性强等特点，使涂料的延展性以及可加工性等优良得到优化； 
将石墨与二硫化钼混合在一起使用，石墨与二硫化钼具有良好的协同效应，两者以一定的比例混合使用能有效地提高涂料的耐磨性能，减小磨损失重及摩擦系数，同时在涂料中加入一定量的三氧化二锑，可有效增强涂料涂层的硬度，并提高涂层的耐磨性。
前述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，二氧化硅颗粒的粒径为50-100纳米。 
前述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，熟化处理是将正硅酸乙脂无机耐高温涂料在常温下静置50－60小时。 
前述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，在沉积过程中对金属膨胀节进行加热，加热温度为50℃到150℃，加热时间1小时。 
前述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，涂层厚度是8微米。 
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，选用铬镍钼合金结构钢为坯料，铬镍钼合金重量百分比成分为：碳:0.38%、硅:.35%、锰:0.90%、铬:1.50%、镍:4.00%、钼:0.40%-0.60%、磷:0.015%、硫:0.015%、氢:2.0ppm、钒:0.20%、钛:0.025%、铜:0.20%、铝:0.05%、0.50%残余元素，其余为Fe；
步骤（1）：将铬镍钼合金坯料放入加热炉内加热到1360℃，出加热炉后采用水冷以25℃/s的冷却速率将钢筋水冷至930℃，在淬火装置内用水或淬火液进行淬火，然后在回火加热炉内加热到630℃进行回火，后冷却到常温；
步骤（3）：将铬镍钼合金坯料进行初步热轧，初步热轧温度为1150℃，初步热轧完成后冷却至室温，然后回热至1050℃，对铬镍钼合金坯料进行热铸造，热铸造完成温度为850℃，后对金属膨胀节进行水冷/ 空冷二次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理；
步骤（4）：将冷却后的金属膨胀节放入回火加热炉加热到560℃，保温0.1-0.2h；
步骤（5）：对保温后的金属膨胀节使用高压喷射水或淬火液以13℃/s的速度冷却至150℃，然后在冷床上冷却至室温；
步骤（6）：将耐高温涂料进行熟化处理，然后喷涂、刷涂或浸渍在金属膨胀节内外表面，沉积后形成涂层，实现表面耐高温及防腐处理；
耐高温涂料为正硅酸乙脂无机耐高温涂料，其各组分质量百分比为：正硅酸乙脂30%；耐热颜填料：40%；助剂：2%，二甲基甲酰胺：14%，其中
耐热颜填料包括：
二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉且纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉的质量比为1.5:1:1；
阻隔型功能填料按质量份数计包括以下组分：
空心玻璃微珠：3份， 石墨：12份，黑碳化硅：21份，细晶氧化铝：26份，二硫化钼：8份，氧化锌：4份，滑石粉：4份；
助剂为按质量份数计包括以下组分：
分散剂：12份，润湿剂：4份，固化剂25份，消光剂：3份，成膜助剂：6份，增稠剂：6份，羟乙基纤维素：6份，pH调节剂：3份，助剂中还包括硅烷偶联剂，其质量与正硅酸乙脂的质量比为1:15；
二氧化硅颗粒的粒径为60纳米。
前述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，熟化处理是将正硅酸乙脂无机耐高温涂料在常温下静置50小时。 
前述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，在沉积过程中对金属膨胀节进行加热，加热温度为50℃到150℃，加热时间1小时。 
前述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，涂层厚度是8微米。 
实施例2
本实施例提供的一种用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，选用铬镍钼合金结构钢为坯料，铬镍钼合金重量百分比成分为：碳:0.30%、硅:0.30%、锰:0.60%、铬:1.00%、镍:3.50%、钼:0.5%、磷:0.010%、硫:0.010%、氢:1.5ppm、钒:0.15%、钛:0.020%、铜:0.15%、铝:0.04%、0.40%残余元素，其余为Fe；
步骤（1）：将铬镍钼合金坯料放入加热炉内加热到1360℃，出加热炉后采用水冷以23-25℃/s的冷却速率将钢筋水冷至930℃，在淬火装置内用水或淬火液进行淬火，然后在回火加热炉内加热到630℃进行回火，后冷却到常温；
步骤（3）：将铬镍钼合金坯料进行初步热轧，初步热轧温度为1150℃，初步热轧完成后冷却至室温，然后回热至1050℃，对铬镍钼合金坯料进行热铸造，热铸造完成温度为850℃，后对金属膨胀节进行水冷/ 空冷二次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理；
步骤（4）：将冷却后的金属膨胀节放入回火加热炉加热到570℃，保温0.1-0.2h；
步骤（5）：对保温后的金属膨胀节使用高压喷射水或淬火液以14℃/s的速度冷却至180℃，然后在冷床上冷却至室温；
步骤（6）：将耐高温涂料进行熟化处理，然后喷涂、刷涂或浸渍在金属膨胀节内外表面，沉积后形成涂层，实现表面耐高温及防腐处理。
本发明进一步限定的技术方案是： 
进一步的，前述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，耐高温涂料为正硅酸乙脂无机耐高温涂料，其各组分质量百分比为：正硅酸乙脂30%；耐热颜填料：40%；助剂：3%，二甲基甲酰胺：16%，其中
耐热颜填料包括：
二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉且纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉的质量比为1.5:1:1；
阻隔型功能填料按质量份数计包括以下组分：
空心玻璃微珠：4份， 石墨：11份，黑碳化硅：30份，细晶氧化铝：28份，二硫化钼：6份，氧化锌：4份，滑石粉：4份；
助剂为按质量份数计包括以下组分：
分散剂：11份，润湿剂：4份，固化剂30份，消光剂：4份，成膜助剂：6份，增稠剂：8份，羟乙基纤维素：8份，pH调节剂：3份，助剂中还包括硅烷偶联剂，其质量与正硅酸乙脂的质量比为1:15。
前述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，二氧化硅颗粒的粒径为50-100纳米。 
前述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，熟化处理是将正硅酸乙脂无机耐高温涂料在常温下静置55小时。 
前述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，在沉积过程中对金属膨胀节进行加热，加热温度为50℃到150℃，加热时间1小时。 
    前述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，涂层厚度是8微米。 
    以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤： 
步骤(1)：选用铬镍钼合金结构钢为坯料，所述铬镍钼合金重量百分比成分为：碳:0.28％-0.38％、硅:0-0.35％、锰:0-0.90％、铬:0.80％-1.50％、镍:3.00％-4.00％、钼:0.40％-0.60％、磷:0-0.015％、硫:0-0.015％、氢:0-2.0ppm、钒:0.10％-0.20％、钛:0-0.025％、铜:0-0.20％、铝:0-0.05％、0-0.50％残余元素，其余为Fe； 
步骤(2)：将铬镍钼合金坯料放入加热炉内加热到1360℃，出加热炉后采用水冷以23-25℃/s的冷却速率将钢筋水冷至930℃，在淬火装置内用水或淬火液进行淬火，然后在回火加热炉内加热到630℃进行回火，后冷却到常温； 
步骤(3)：将铬镍钼合金坯料进行初步热轧，所述初步热轧温度为1150℃，所述初步热轧完成后冷却至室温，然后回热至1050℃，对铬镍钼合金坯料进行热铸造，热铸造完成温度为850℃，后对金属膨胀节进行水冷/空冷二次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理； 
步骤(4)：将冷却后的金属膨胀节放入回火加热炉加热到560-580℃，保温0.1-0.2h； 
步骤(5)：对保温后的金属膨胀节使用高压喷射水或淬火液以13-15℃/s的速度冷却至150-200℃，然后在冷床上冷却至室温； 
步骤(6)：将耐高温涂料进行熟化处理，然后喷涂、刷涂或浸渍在金属膨胀节内外表面，沉积后形成涂层，实现表面耐高温及防腐处理。 
2.根据权利要求1所述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，其特征在于，所述耐高温涂料为正硅酸乙脂无机耐高温涂料，其各组分质量百分比为：正硅酸乙脂28-35%；耐热颜填料：35-50%；助剂：2%-4%，二甲基甲酰胺：13-18%，其中
所述耐热颜填料包括：
二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉且所述纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉的质量比为1.5:1:1；
所述阻隔型功能填料按质量份数计包括以下组分：
空心玻璃微珠：2-6份， 石墨：10-15份，黑碳化硅：20-35份，细晶氧化铝：25-30份，二硫化钼：5-10份，氧化锌：1-5份，滑石粉：3-6份；
所述助剂为按质量份数计包括以下组分：
分散剂：10-15份，润湿剂：2-6份，固化剂20-50份，消光剂：2-6份，成膜助剂：5-10份，增稠剂：5-10份，羟乙基纤维素：5-10份，pH调节剂：1－5份，助剂中还包括硅烷偶联剂，其质量与正硅酸乙脂的质量比为1:15。
3.根据权利要求1所述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，其特征在于，所述二氧化硅颗粒的粒径为50-100纳米。
4.根据权利要求2所述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，其特征在于，所述熟化处理是将正硅酸乙脂无机耐高温涂料在常温下静置50－60小时。
5.根据权利要求4所述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，其特征在于，在沉积过程中对金属膨胀节进行加热，加热温度为50℃到150℃，加热时间1小时。
6.根据权利要求5所述的用于燃气轮机排气系统的金属膨胀节的制造工艺，其特征在于，所述涂层厚度是8微米。
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