CN106086699A - 一种大型透平机械叶片及其制备方法 - Google Patents

一种大型透平机械叶片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型透平机械叶片及其制备方法;所述叶片的化学成分及其质量百分比为:C0.10%~0.16%,Si≤0.60%,Mn≤0.60%,S≤0.020%,P≤0.030%,Cr10.50%~12.00%,Ni2.00%~2.40%,W1.50%~2.00%,V0.18%~0.30%,Mo0.35%~0.50%,Nb0.15%~0.35%,其余为Fe;所述叶片的制备方法包括感应电磁炉冶炼、钢包炉精炼、叶片精密连铸等步骤。本发明使得叶片的力学性能大幅度提高,降低了叶片的维修费用,延长了使用寿命。

Description

一种大型透平机械叶片及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及透平机械设备技术领域,特别涉及一种大型透平机械叶片及其制备方法。
背景技术
[0002]大型透平机械是我国冶金、石化、建材等重能耗行业实现节能减排的关键装置,其中的叶片是核心部件。透平机械设备对于能源的充分利用具有十分重大的意义,一直是我国重点研制与改良的重大设备之一。该设备能充分地利用能源,不消耗煤气,也不需要任何燃料,投运后就可取得节能、经济和社会等多方面的效益。因此,在大力提倡节能减排的当今社会,透平机械设备具有非常广阔的市场前景。
[0003]但是,由于透平机械工作环境恶劣,特别是作为核心部件的叶片,其运行环境温度较高,运行过程中承受的应力极大,且长期受到工艺环境中粉尘颗粒的冲蚀以及高温水蒸气的浸蚀作用,使得叶片的使用寿命短、消耗量大、更换频繁,并已成为目前制约我国大型透平机械设备正常运行的瓶颈之一。
[0004]工作中,叶片直接与空气中的腐蚀性气体及粉尘颗粒接触,因此要求其工作面应具有良好的强度、耐蚀性、耐磨性等,以提高其使用寿命。目前在实际生产中,多应用2Crl3马氏体型不锈钢作为叶片材料,该钢在工作温度不太高时具有良好的强度、热稳定性和减震性,但是这种材料在耐蚀性和耐磨性方面明显不足,无法满足大型透平机械叶片苛刻的使用条件和恶劣的运行环境要求。
[0005]为此,成都成发科能动力工程有限公司所用叶片材料为总体性能均更优的lCrllNi2W2MoV,该材料具有良好的综合力学性能,在航空工业中已被广泛用于制造600度以下工作的盘、轴等重要零部件。但是,由于叶片长时间在腐蚀性介质下工作,该材质仍然会受到一定程度的腐蚀,其使用寿命仍需提高。
发明内容
[0006]本发明的发明目的在于:针对现有技术存在的问题,提供一种大型透平机械叶片及其制备方法,大幅度提高叶片的力学性能,可明显增加其使用寿命。
[0007]为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
[0008] —种大型透平机械叶片,所述叶片的化学成分及其质量百分比为:C0.10%〜
0.16%,Si 彡0.60%,Mn彡0.60%,S彡0.020 %,P彡0.030 %,Crl0.50% 〜12.00 %,Ni2.00%〜2.40%,W1.50%〜2.00%,V0.18%〜0.30%,Mo0.35%〜0.50%,Nb0.15%〜
0.35%,其余为Fe。
[0009] —种大型透平机械叶片的制备方法,包括以下步骤:
[0010] (I)感应电磁炉冶炼:在感应电磁炉中冶炼,进行组分初步调节,得到铁水的化学成分及其质量百分比为:C0.08%〜0.10%,Si彡0.60%,Mn彡0.80%,S彡0.045 %,P彡
0.045% ,Cr^l0%,Nil.40%〜2.30%,W1.20%〜I.70%,V0.08%〜0.20%,ΜοΟ.23%〜0.40%,其余为Fe;
[0011] (2)钢包炉精炼:将步骤(I)得到的铁水在钢包炉中脱S、脱0、脱P及加入合金元素,成分微调,得到铁水的化学成分及其质量百分比为:C0.10%〜0.16%,Si彡0.60%,Mn彡
0.60%,S<0.020%,P<0.030%,Crl0.50%〜12.00%,Ni2.00%〜2.40%,W1.50%〜2.00%,V0.18%〜0.30%,Mo0.35%〜0.50%,Nb0.15%〜0.35%,其余为Fe;
[0012] (3)叶片精密连铸:将步骤(2)得到的铁水倒入叶片模型型壳内进行浇注,铁水的出炉温度为1680〜1700 °C,浇注温度为1580〜1600°C,叶片模型型壳温度为500〜580 °C;浇注后,将制成的叶片自然冷却至室温,去除浇注系统后得到叶片。
[0013]所述叶片模型型壳的制作方法为:首先用低温蜡基模料制成叶片模型,然后在叶片模型上先涂抹2〜4层硅溶胶,再涂3〜5层水玻璃并蒸汽脱蜡后,得到叶片模型型壳,然后焙烧叶片模型型壳,焙烧温度为800〜1000 0C,保温时间为40分钟。
[0014]本发明的有益效果在于:
[0015]原叶片的使用材料为ICrl lNi2W2MoV,该材质的力学性能通常为抗拉强度885Mpa、屈服强度σο.2彡735Mpa、伸长率δ5>15%、断面收缩率Φ彡55%、冲击功ak彡70J。
[0016] 本发明在原叶片材料lCrllNi2W2MoV的基础上进行微合金化处理,通过添加质量百分比为0.15 %〜0.35 %的金属元素铌,添加质量百分比为0.4%〜0.8 %的金属元素镍,使得叶片的力学性能达到抗拉强度Ob彡1178Mpa、屈服强度σο.2多1033Mpa、伸长率δ5>16%、断面收缩率Φ多74%、冲击功ak多79J,其力学性能大幅度提高,使叶片的使用周期由以前的3年一换变成3.5年左右一换,降低了叶片的维修费用,延长了使用寿命。
具体实施方式
[0017]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0018]以下实施例中使用的叶片模型型壳的制作方法为:首先用低温蜡基模料制成叶片模型,然后在叶片模型上先涂抹2〜4层硅溶胶,再涂3〜5层水玻璃并蒸汽脱蜡后,得到叶片模型型壳,然后焙烧叶片模型型壳,焙烧温度为800〜1000 0C,保温时间为40分钟。
[0019] 实施例1
[0020] 一种大型透平机械叶片的制备方法,包括以下步骤:
[0021 ] (I)感应电磁炉冶炼:在感应电磁炉中冶炼,进行组分初步调节,得到铁水的化学成分及其质量百分比为:C0.09%,Si0.22%,Mn0.61%,S0.030%,P0.035%,Cr8.50%,Nil.70% ,ffl.50% ,V0.18%,Mo0.31%,其余为Fe;
[0022] (2)钢包炉精炼:将步骤(I)得到的铁水在钢包炉中脱S、脱O、脱P及加入合金元素,成分微调,得到铁水的化学成分及其质量百分比为:C0.13%,S1.22%,Mn0.52%,S0.010% ,P0.020%,Crll.60% ,Ni2.00% ,ffl.75% ,V0.23% ,Mo0.38% ,Nb0.15%,其余为
Fe;
[0023] (3)叶片精密连铸:将步骤(2)得到的铁水倒入叶片模型型壳内进行浇注,铁水的出炉温度为1680〜1700 °C,浇注温度为1580〜1600°C,叶片模型型壳温度为500〜580 °C;浇注后,将制成的叶片自然冷却至室温,去除浇注系统后得到叶片。
[0024]本实施例的叶片的化学成分相当于在原叶片材料lCrllNi2W2MoV的基础上添加质量百分比为0.15%的金属元素铌和0.4%的金属元素镍。
[0025] 经性能检验,本实施例的叶片的力学性能为Ob = 1200Mpa、oQ.2 = 1053Mpa、55 =16%、Φ = 75%、ak=83J,耐磨性提高35%。
[0026] 实施例2
[0027] —种大型透平机械叶片的制备方法,包括以下步骤:
[0028] (I)感应电磁炉冶炼:在感应电磁炉中冶炼,进行组分初步调节,得到铁水的化学成分及其质量百分比为:C0.08%,Si0.35%,Mn0.54%,S0.025%,P0.028%,Cr7.90%,Nil.60% ,ffl.54% ,V0.12% ,Mo0.33%,其余为Fe;
[0029] (2)钢包炉精炼:将步骤(I)得到的铁水在钢包炉中脱S、脱O、脱P及加入合金元素,成分微调,得到铁水的化学成分及其质量百分比为:C0.12%,S1.33%,Mn0.41%,S0.015% ,P0.019%,Crl0.50% ,Ni2.10% ,ffl.78% ,V0.19% ,Mo0.38% ,Nb0.25%,其余为
Fe;
[0030] (3)叶片精密连铸:将步骤(2)得到的铁水倒入叶片模型型壳内进行浇注,铁水的出炉温度为1680〜1700 °C,浇注温度为1580〜1600°C,叶片模型型壳温度为500〜580 °C;浇注后,将制成的叶片自然冷却至室温,去除浇注系统后得到叶片。
[0031]本实施例的叶片的化学成分相当于在原叶片材料ICrl lNi2W2MoV的基础上添加质量百分比为0.25%的金属元素铌和0.5%的金属元素镍。
[0032] 经性能检验,本实施例的叶片的力学性能为Ob = 1250Mpa、oQ.2 = 1068Mpa、55 =17%、Φ = 76%、ak=85J,耐磨性提高40%。
[0033] 实施例3
[0034] —种大型透平机械叶片的制备方法,包括以下步骤:
[0035] (I)感应电磁炉冶炼:在感应电磁炉中冶炼,进行组分初步调节,得到铁水的化学成分及其质量百分比为:C0.09%,S1.44% ,Mn0.45% ,S0.036% ,P0.035% ,Cr8.70% ,Nil.80% ,ffl.58% ,V0.15% ,Mo0.37%,其余为Fe;
[0036] (2)钢包炉精炼:将步骤(I)得到的铁水在钢包炉中脱S、脱O、脱P及加入合金元素,成分微调,得到铁水的化学成分及其质量百分比为:C0.13%,S1.41%,Mn0.35%,S0.005% ,P0.015%,Crll.l0% ,Ni2.20% ,ffl.87% ,V0.19% ,Mo0.44% ,Nb0.25%,其余为
Fe;
[0037] (3)叶片精密连铸:将步骤(2)得到的铁水倒入叶片模型型壳内进行浇注,铁水的出炉温度为1680〜1700 °C,浇注温度为1580〜1600°C,叶片模型型壳温度为500〜580 °C;浇注后,将制成的叶片自然冷却至室温,去除浇注系统后得到叶片。
[0038]本实施例的叶片的化学成分相当于在原叶片材料lCrllNi2W2MoV的基础上添加质量百分比为0.25%的金属元素铌和0.6%的金属元素镍。
[0039] 经性能检验,本实施例的叶片的力学性能为Ob = 1260Mpa、oQ.2 = 1070Mpa、55 =17%、Φ = 76%、ak=85J,耐磨性提高45%。
[0040] 实施例4
[0041] —种大型透平机械叶片的制备方法,包括以下步骤:
[0042] (I)感应电磁炉冶炼:在感应电磁炉中冶炼,进行组分初步调节,得到铁水的化学成分及其质量百分比为:C0.10%,S1.34% ,Mn0.61% ,S0.031% ,P0.028% ,Cr9.50% ,Nil.50% ,ffl.37% ,V0.11% ,Mo0.26%,其余为Fe;
[0043] (2)钢包炉精炼:将步骤(I)得到的铁水在钢包炉中脱S、脱O、脱P及加入合金元素,成分微调,得到铁水的化学成分及其质量百分比为:C0.16%,S1.25%,Mn0.58%,S0.012% ,P0.015%,Crl0.80% ,Ni2.40% ,ffl.57% ,V0.28% ,Mo0.49% ,Nb0.35%,其余为
Fe;
[0044] (3)叶片精密连铸:将步骤(2)得到的铁水倒入叶片模型型壳内进行浇注,铁水的出炉温度为1680〜1700 °C,浇注温度为1580〜1600°C,叶片模型型壳温度为500〜580 °C;浇注后,将制成的叶片自然冷却至室温,去除浇注系统后得到叶片。
[0045]本实施例的叶片的化学成分相当于在原叶片材料lCrllNi2W2MoV的基础上添加质量百分比为0.35%的金属元素铌和0.8%的金属元素镍。
[0046] 经性能检验,本实施例的叶片的力学性能为Ob = 1300Mpa、oQ.2 = 1150Mpa、55 =19%、Φ = 78%、ak=90J,耐磨性提高55 %。
[0047]最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述,但本领域的普通技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (3)

1.一种大型透平机械叶片,其特征在于:所述叶片的化学成分及其质量百分比为:C0.10% 〜0.16%,Si 彡0.60%,Mn彡0.60%,S彡0.020 %,P彡0.030 %,Crl0.50% 〜12.00%,Ni2.00%〜2.40%,W1.50%〜2.00%,V0.18%〜0.30%,Mo0.35 % 〜0.50 %,Nb0.15%〜0.35%,其余为Fe。
2.权利要求1所述的大型透平机械叶片的制备方法,其特征在于:包括以下步骤: (1)感应电磁炉冶炼:在感应电磁炉中冶炼,进行组分初步调节,得到铁水的化学成分及其质量百分比为:C0.08%〜0.10%,Si彡0.60% ,Mn^0.80% ,S^0.045% ,P^0.045%,Cr^l0%,Nil.40%〜2.30%,W1.20%〜I.70%,V0.08%〜0.20%,]\100.23%〜0.40%,其余为Fe; (2)钢包炉精炼:将步骤(I)得到的铁水在钢包炉中脱S、脱O、脱P及加入合金元素,成分微调,得到铁水的化学成分及其质量百分比为:C0.10%〜0.16%,Si彡0.60%,Mn彡0.60%,S<0.020%,P<0.030%,Crl0.50%〜12.00%,Ni2.00%〜2.40%,W1.50%〜2.00%,V0.18%〜0.30%,Mo0.35%〜0.50%,Nb0.15%〜0.35%,其余为Fe; (3)叶片精密连铸:将步骤(2)得到的铁水倒入叶片模型型壳内进行浇注,铁水的出炉温度为1680〜1700°C,浇注温度为1580〜1600°C,叶片模型型壳温度为500〜580°C;浇注后,将制成的叶片自然冷却至室温,去除浇注系统后得到叶片。
3.根据权利要求2所述的大型透平机械叶片的制备方法,其特征在于:所述叶片模型型壳的制作方法为:首先用低温蜡基模料制成叶片模型,然后在叶片模型上先涂抹2〜4层硅溶胶,再涂3〜5层水玻璃并蒸汽脱蜡后,得到叶片模型型壳,然后焙烧叶片模型型壳,焙烧温度为800〜1000 0C,保温时间为40分钟。
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