CN112342492B - 2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼的方法 - Google Patents

2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112342492B
CN112342492B CN201910726268.6A CN201910726268A CN112342492B CN 112342492 B CN112342492 B CN 112342492B CN 201910726268 A CN201910726268 A CN 201910726268A CN 112342492 B CN112342492 B CN 112342492B
Authority
CN
China
Prior art keywords
boronizing
nozzle group
agent
speed
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910726268.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112342492A (zh
Inventor
冀冰峰
杨存
陈永杰
马振全
赵丽华
薛飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Longwei Power Generation Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing Longwei Power Generation Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Longwei Power Generation Technology Co Ltd filed Critical Beijing Longwei Power Generation Technology Co Ltd
Priority to CN201910726268.6A priority Critical patent/CN112342492B/zh
Publication of CN112342492A publication Critical patent/CN112342492A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112342492B publication Critical patent/CN112342492B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/60—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C8/62—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes only one element being applied
    • C23C8/68—Boronising
    • C23C8/70—Boronising of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0062—Heat-treating apparatus with a cooling or quenching zone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明涉及一种2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼的方法，包括：S1：将喷嘴组安装在渗硼工装底板上，向喷嘴组汽道中装填渗硼剂；S2:将喷嘴组连同工装整体装入热处理炉，进行渗硼热处理，所述渗硼热处理中，包含如下操作：S21:将喷嘴组升温至600‑650℃后保温2‑6h进行第一次预热；S22:以180‑230℃/h的速度加热至750‑800℃，保温1‑4h，进行第二次预热；S23:以180‑230℃/h的速度加热至1000‑1040℃，保温1‑2h，随后炉冷至965‑980℃，再保温6‑10h，进行正式渗硼；S3：冷却：喷嘴组渗硼热处理结束后，出炉冷却；S4：回火：回火处理消除内应力，完成2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼。本发明在实现喷嘴组获得优质渗硼层的同时，解决了在高温条件下喷嘴基体的晶粒粗化的难题，达到了兼顾强化表面和改善基体的组织性能的目标。

Description

2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼的方法
技术领域
本发明涉及汽轮机制造领域，特别涉及2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼的方法。
背景技术
国内300MW、600MW级汽轮机组已逐渐成为国内的的主力机组，该部分喷嘴组一般采用2Cr12NiW1Mo1V材质(耐热不锈钢)，固体颗粒冲蚀是该型汽轮机面临的主要问题之一。由于该型机组蒸汽参数较高，热力系统产生固体颗粒较多，汽轮机的高温通流部分如高压调节级的喷嘴组易受到固体颗粒冲击而损伤，造成汽轮机通流效率降低，功率下降，缩短了汽轮机大修周期，增大了维护成本。国外大多采用表面渗硼来提高喷嘴的耐冲蚀能力，如美国的GE公司、日本的东芝公司等已在1000MW的超临界汽轮机喷嘴组上应用渗硼技术。近年来，国内在该型汽轮机喷嘴组的优化改造中，也普遍采用了表面渗硼来硬化汽道。从电厂运行的情况来看，改造后的喷嘴汽道抗冲蚀能力能够得到一定提升，但持久效率达不到设计要求，主要原因是喷嘴组渗硼技术不够成熟。
渗硼硬化技术在国内虽然应用较广，但一般主要是在中碳钢和低合金钢上应用。对于该型汽轮机喷嘴组用耐热不锈钢来说，表面渗硼还存在的诸多难点，主要包括：由于耐热不锈钢合金元素含量高，在常规渗硼温度(800℃-900℃)下，硼的扩散速度非常的缓慢，为了达到要求的渗硼层深度，往往不得不提高渗硼温度和延长渗硼时间，但长时间高温又将会引起叶片基体的晶粒发生粗化、导致其韧性和强度下降、以及渗硼层与基体的附着结合力减弱，运行中叶片过早发生疲劳损坏，如渗硼层脱落、型面麻坑、叶片出汽边缺损等问题，造成通流效率下降。可见，喷嘴组高温渗硼虽然强化了表层(缩短渗硼时间)但也恶化了基体组织。
此外，渗硼过程中生成的硼化铁易将硅元素向基体内侧挤压，形成介于渗硼层与基体之间的富硅铁素体软带、影响喷嘴的耐冲蚀性能。
业界也有尝试渗硼后用淬火来恢复基体的机械性能，但该工艺较复杂，又容易对渗硼层造成损害，效果也不太理想。而既能得到性能优异的渗硼层又不降低叶片基体的综合性能，是喷嘴用耐热不锈钢渗硼工艺所面临的难题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼的方法，通过设计适当的渗硼过程中的热处理过程，达到控制渗硼过程中基体奥氏体晶粒的粗化的目的，从而实现渗硼强化喷嘴表面、并解决高温渗硼过程中基体组织晶粒粗化带来的基体韧性和强度下降等问题。
所述热处理过程包括多级升温保温阶段、保温时间的控制、升温速率控制、降温保温时间控制等。
本发明的进一步目的是，对影响喷嘴耐冲蚀性能的其它相关因素，如对渗硼过程中易产生的富硅铁素体软带、渗硼层组织类型和或叶片出汽边渗硼层深度的控制等进行综合控制。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼的方法，其包括：
S1：将喷嘴组安装在渗硼工装底板上，向喷嘴组汽道中装填渗硼剂；
S2:将喷嘴组连同工装整体装入热处理炉，进行渗硼热处理，所述渗硼热处理中，包含如下操作：
S21:将喷嘴组升温至600-650℃后保温2-6小时进行第一次预热，在此过程中消除喷嘴组内应力和晶格畸变，弥合材料内部的缺陷；
S22:以180-230℃/h的速度加热至750-800℃，保温1-4小时，进行第二次预热，在此过程中促使喷嘴组内部组织的片状碳化物向球状碳化物转变，有利于延缓奥氏体在后续处理过程中的形成速度、抑制晶粒粗化；
S23:以180-230℃/h的速度加热至1000-1040℃，保温1-2小时，随后炉冷至965-980℃，再保温6-10小时，进行正式渗硼；此过程实现硼原子的渗透扩散形成渗硼层，并同时抑制渗硼过程中基体奥氏体晶粒的粗化；
S3：冷却：喷嘴组渗硼热处理结束后，出炉冷却；
S4：回火：回火处理消除内应力，完成2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼。
在本发明一个优选实施例中，S2中，在步骤S21之前还包括：S20:将热处理炉以50-100℃/h的速度加热至150-200℃，保温1-2小时，以烘干渗硼剂。
在本发明一个优选实施例中，S2中，步骤S21为：在烘干渗硼剂之后，以50-100℃/h的速度由加热至600-650℃，保温2-6小时，进行所述第一次预热。
在本发明一个优选实施例中，S1中，所述喷嘴组在其生产阶段，控制所述喷嘴组毛坯中硅含量满足≤0.35wt％。
喷嘴组基体材料中硅含量过高时，渗硼过程中生成的硼化铁易将硅元素向基体侧挤压，形成富硅的铁素体软带，该富硅的铁素体软带介于表面的渗硼层和基体之间，不能支撑硬而薄的渗硼层，导致喷嘴组在使用过程中叶片过早失效。
在本发明一个优选实施例中，S1中，所述渗硼剂为粒状渗硼剂，且包含供硼剂和活化剂，所述供硼剂为硼铁和或B4C，所述活化剂为KBF4。
上述渗硼剂具备强度高、渗速快、并能稳定地获得连续致密、高硬度、低脆性的Fe2B单相渗层，硬度可达HV0.11290-1680。渗速快可缩短渗硼时间，避免基体组织因过热而晶粒粗化，且单相Fe2B渗层比Fe2B+FeB双相渗层具有更高的致密性和低脆性，对冲击载荷较大的喷嘴组，Fe2B单相渗层组织优于Fe2B+FeB双相渗层组织。
粒状渗硼剂一般是由硼铁或B4C、KBF4、SiC等粉末靠粘结剂包聚成20～80目颗粒，具有使用操作简单、重复使用性能好，使用后渗剂松散，不粘结工件、不必清洗等特点。
在本发明一个优选实施例中，S1中，将喷嘴组安装在渗硼工装底板上后，由喷嘴组的汽道出汽口向汽道内装填渗硼剂，在装填渗硼剂的过程中，将喷嘴组的汽道分为三个区，即第一区、第二区和第三区；第一区对应汽道的进汽口部位，第三区对应汽道的出汽口部位，第二区介于第一区和第三区之间；其中，在第一区和第三区装填的渗硼剂的硼势低于第二区。
以上各区的渗硼剂装填好后，盖上工装盖板，用水玻璃调合耐火土密封接缝处，使喷嘴组和渗硼剂被密封在渗硼专用工装板内。
渗硼工装板，包括工装底板和工装盖板，底板可以封堵喷嘴组汽道的底部，使汽道内可以填装渗硼剂；盖板可以封住汽道，使渗硼剂密封在工装板内。
其中，第一区对应汽道进汽口一侧，该区总表面积较小，且汽轮机实际工作过程中受到的冲蚀作用较小，故可使用低硼势以节省渗硼剂成本，比如装填新旧混合渗硼剂等，也可满足该区的渗硼需求。优选地，所述新旧混合渗硼剂是将新渗硼剂和旧渗硼剂按照6～8:2～4质量比(更优为7:3)混合得到。
其中，第二区为汽道中受到冲蚀作用最严重的区域，该区对应于叶片的内弧区(汽轮机工作时高温高压蒸汽从喷嘴组汽道中喷出时主要冲击该内弧区)，对应该区域采用高硼势以适当增大渗硼层的厚度，提高耐冲蚀性能，故可装填新渗硼剂进行渗硼。
其中，第三区对应汽道出汽口一侧，该区包含一部分叶片的出汽边，该出汽边是叶片最为薄弱的部位，其脆性不能过大，否则易发生渗硼层剥落和叶片边缘崩裂的问题，因此在叶片的出汽边进行渗硼时应严格控制渗硼层的厚度。故在装填渗硼剂时，应适当降低硼势从而减小出汽边渗硼层的深度，从而降低出汽边的脆性、避免边缘渗层剥落。优选地，在第三区可装填硼势较低的新旧混合渗硼剂，该新旧混合渗硼剂是将新渗硼剂和旧渗硼剂按照6～8:2～4质量比(更优为7:3)混合得到。
其中，新渗硼剂是指新配制的渗硼剂，包含供硼剂和活化剂。旧渗硼剂是已至少被使用过一次的渗硼剂，同样包含供硼剂和活化剂。如前文所述，供硼剂可为硼铁和或B4C，活化剂可为KBF4。旧渗硼剂被重复使用，可节省渗硼剂的用量和成本，也可以用于替代一部分填充剂。
使用和调整旧渗硼剂所占比例，可以调节喷嘴汽道不同区域的渗硼剂硼势，通过调控硼势，适当增加汽道中间部位(对应叶片的内弧区)的渗硼层厚度、减小汽道出汽边及相邻背弧区的渗硼层厚度。不仅有利于提高叶片内弧区的耐冲蚀性能，降低出汽边的脆性避免渗硼层剥落和边缘崩裂，减少渗硼剂的消耗和成本。
进一步优选地，S2中，所述渗硼热处理过程包含依序连续的如下步骤：
S20:以100℃/h的速度加热至200℃，保温2小时，以烘干渗硼剂；
S21:以100℃/h的速度加热至650℃，保温5小时，进行第一次预热；
S22:以200℃/h的速度加热至800℃，保温3小时，进行第二次预热；
S23:以200℃/h的速度加热至1000℃，保温1.5小时，随后炉冷至970℃，再保温8小时进行正式渗硼。
进一步优选地，S3中，冷却方法为快速冷却，包括：
取出喷嘴组放置于空气中，并在工装盖板上加压冷铁，借以加快冷却的速度和防止喷嘴组发生轴向变形，冷却到600℃后，再整体移到通风散热的地方，继续快冷却至室温。
所述冷铁为圆环形，以与所述喷嘴组以及使用的环形渗硼工装板相匹配。加压环形冷铁目的之一是使中间呈通透状态，便于空气对流，内孔外圆均匀降温；目的之二是，环形冷铁对应的位置是喷嘴出汽侧汽道区域，通过环形冷铁的传导散热使该区域快速降温；目的之三，环形冷铁使压力均匀分布在喷嘴组上。
喷嘴组快速冷却目的是使基体中获得更多的马氏体组织并抑制铁素体的析出，以便于在下一步的回火处理后，能得到所期望的回火索氏体组织。
进一步优选地，S4中，回火按照如下步骤进行：将回火炉升温至不超过200℃，将喷嘴组入炉，先以150-200℃/h的速度加热至550℃以能够快速地通过350-550℃回火脆性区，降低发生回火脆性的危险；再以不大于55℃/h的速度加热至660-680℃，保温6-12小时，然后以不超过55℃/h的速度冷却至≤300℃后出炉，空冷至室温。
优选地，所述喷嘴组带工装板整体入炉，即在喷嘴组完成渗硼后，不拆卸渗硼工装板，也不倒出渗硼剂，整体入炉回火。目的是防止回火过程中喷嘴变形和喷嘴汽道氧化。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明的渗硼热处理过程，在对渗硼剂加热干燥后，依次经过第一次预热、第二次预热以及正式渗硼加热，在第一次预热过程中消除喷嘴组内应力和晶格畸变，弥合材料内部的缺陷，第二次预热过程中促使喷嘴组内部组织的片状碳化物向球状转变，有利于下一步延缓奥氏体的形成速度、抑制晶粒粗化。在正式渗硼过程中，965-1040℃温度区间是硼原子渗透扩散的最佳温度区，也是基体奥氏体化(2Cr12NiMo1W1V临界温度Ac1：840℃、Ac3:885℃)后晶粒易变粗化的温度区。在这个阶段，主要通过提高加热速度并适当降低渗硼温度的方法，实现渗硼强化基体表面的同时抑制晶粒粗化的问题。加热速度愈快，过热度愈大，奥氏体的形成温度愈高，随着奥氏体形成温度的升高，奥氏体形核速率高于晶粒长大的速率，使起始晶粒得到细化。在汽道表面达到较高的硼势后，将温度从高温区(1000-1040℃)降至低温区(965-980℃)，以降低奥氏体晶粒的长大速度。这样有效抑制了渗硼过程中基体奥氏体晶粒粗化的现象。
本发明在实现喷嘴组获得优质渗硼层的同时，解决了在高温条件下喷嘴基体的晶粒粗化的难题，同时对影响耐冲蚀性能的其它相关因素进行了有效控制(如对渗硼过渡区富硅铁素体软带的抑制、对渗硼层组织类型的控制、对叶片出汽边渗硼层厚度的控制等)，达到了兼顾强化表面和改善基体的组织性能的目标，提高了喷嘴组的耐冲蚀能力，完成了2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴组的高温固体渗硼工艺。
附图说明
图1A-图1B为对喷嘴组汽道进行分区装填渗硼剂的两个示意图。
图2为喷嘴组渗硼热处理工艺示意图。
图3为喷嘴组渗硼结束后的回火工艺示意图。
图4为实施例1渗硼热处理工艺曲线图。
图5为实施例1回火工艺曲线图。
图6为实施例2渗硼热处理工艺曲线图。
图7为实施例2回火工艺曲线图。
图8为实施例1喷嘴组的渗硼形态SEM图，由国家钢铁材料测试中心测试。
图9为实施例1喷嘴组基体晶粒形态SEM图，由国家钢铁材料测试中心测试。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明的较佳实施方式为：
一种汽轮机喷嘴组(材质2Cr12NiW1Mo1V)的高温固体渗硼方法，按下列步骤实行：
(1)在喷嘴毛坯生产阶段将硅的含量控制在≤0.35wt％。
(2)选用硼铁和碳化硼为供硼剂、氟硼酸钾为活化剂的粒状渗硼剂。在渗硼剂中，硼铁、碳化硼和氟硼酸钾质量比为4:1:2。
上述组成的渗硼剂强度高、渗速快，并能稳定获得连续致密的Fe2B单相渗层，该单相渗层的硬度可达HV0.11290-1680。渗速快可减少渗硼时间，避免基体组织过长时间处于过热条件下而导致晶粒粗大，单相Fe2B渗层比Fe2B+FeB双相渗层具有更高的致密性和低脆性。
(3)将喷嘴组安装在专用的渗硼工装底板上，从喷嘴组汽道出汽口向汽道内依次灌装新旧混合渗剂(新渗硼剂与旧渗硼剂按质量比7:3)+新渗剂+新旧混合渗剂(新渗硼剂与旧渗硼剂按质量比7:3)。
结合图1A、图1B所示，依据喷嘴汽道的结构将汽道分成三个渗硼区，1区对应汽道的进汽口部位，使用70％新渗剂+30％旧渗剂，因该区总表面积相对较小，且该区在使用过程中受到的冲蚀作用也较弱，故使用新旧混合渗硼剂也可满足渗硼需求。
如图1A、图1B所示，2区对应于汽道的中间区域，也对应叶片的内弧区(符号C所指叶片弧线轮廓处于汽道内部)侧受冲蚀最严重，故该区域采用新渗硼剂，形成高硼势以适当增厚渗硼层，提高耐冲蚀能力。
如图1A、图1B所示，3区对应汽道出汽口部位，而出汽口紧邻着叶片的出汽边(符号D所指)是叶片最薄弱的部位，该部位不能脆性过大否则容易出现边缘剥落、出汽边缺损等问题,而渗硼层均相对耐热不锈钢基体脆性会变大，因此需要严格控制出汽边部位的渗硼层厚度。因而，在该出汽边区域使用70％新渗剂+30％旧渗剂，适当降低硼势从而减小出汽边的渗硼层深度，降低出汽边的脆性。渗硼剂装好后，加盖工装盖板，用水玻璃调合耐火土密封接缝处。
(4)将喷嘴组连同渗硼用工装整体装入台车式热处理炉，接着按照图4所示的渗硼热处理的工艺温度曲线图进行控制操作，即:
①先以100℃/h的速度加热至200℃，保温2小时，以烘干渗硼剂。
②继续以100℃/h的速度加热至650℃，保温5小时，进行第一次预热，消除喷嘴组内应力和晶格畸变，弥合材料内部的缺陷。
③再以200℃/h的速度加热至800℃，保温3小时，进行第二次预热，促使喷嘴组内部组织的片状碳化物向球状碳化物转变，有利于延缓奥氏体的形成速度、抑制晶粒粗化。
④接着以200℃/h的速度加热至1000℃，保温1.5小时，随后炉冷至970℃，再保温8小时。本阶段的两个关键点是提高加热的速度并适当降低渗硼保温的温度。在汽道表面达到较高的硼势后，将温度从1000℃降至970℃并保温(渗硼主要在这个保温过程中完成)，以降低奥氏体晶粒的长大速度，如此便可有效控制渗硼过程中基体奥氏体晶粒的粗化。
(5)渗硼保温结束后，出炉、冷却，具体过程为：
先在台车上冷却，并在工装盖板上加压圆环形冷铁，这样可加快冷却速度和防止喷嘴组发生轴向变形。冷却到600℃后，再整体平移到散热通风的地方，继续快冷却至室温。喷嘴组快速冷却目的是使基体获得更多的马氏体组织并控制铁素体的析出，以便于在后续的回火过程中得到所期望的回火索氏体组织。
(6)进行回火处理，按照图5所示的回火温度曲线图进行操作，即：
将电热炉升温至约200℃，将喷嘴组连同渗硼工装板整体入炉，以200℃/h的速度加热至550℃，再以约55℃/h的速度加热至670℃，保温10小时，然后以约55℃/h的速度冷却至300℃后，出炉空冷。
经过上述步骤，完成了2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴组的高温固体渗硼工艺。
实施例1
一个汽轮机喷嘴组，材料为2Cr12NiMo1W1V不锈钢，调质状态，材料中硅的含量≤0.35wt％，外形尺寸为Φ1375XΦ810X175。按图4、图5工艺要求对其进行渗硼处理和回火处理。
实施例2
一组2Cr12NiMo1W1V试块(10*cm10cm*50cm)，调质状态，材料中硅的含量≤0.35wt％，试块装入渗硼箱里进行渗硼处理，渗硼基本过程参见上述过程，只是具体工艺参数按图6和图7的要求。
实施例1、实施例2完成渗硼后，检测情况如下：
1)基体机械性能数据见表1。
2)渗硼层深度、硬度、组织类型见表2。
3)渗硼层质量：实施例1、实施例2渗层均无疏松和孔洞；渗层与基体间未出现铁素体软带。实施例1的渗硼层用硝酸酒精腐蚀，渗层深度0.06mm，测试结果如图8所示。
4)基体晶粒度：实施例1渗后为4级，与渗前晶粒度相同。渗后晶粒形态见图9。实施例2渗后为4.5级，渗前为4级，渗后晶粒略有细化。
5)喷嘴组轴向、径向变形量均低于要求值。
表1机械性能检测
Figure BDA0002159043950000101
注：表1中，Rm为抗拉强度，Rp0.2为屈服强度，Z％为断面收缩率，A％为延伸率，KU2冲击吸收能量，HBW为金属布氏硬度。
表2渗硼层检查
Figure BDA0002159043950000111
根据上表可知，汽道内试块的渗硼层厚度和硬度都高于出汽边。
根据以上两实施例渗硼检查结果分析可知，渗硼层硬度、渗层深度均达要求值，且渗硼成的组织为优质致密、低脆性的Fe2B单相组织。在高温渗硼过程中，对基体晶粒的粗化抑制的成效非常显著，基体机械性能完全达到了渗硼前的调质标准；渗硼层与基体间没有富硅铁素体软带出现；喷嘴组汽道内叶片的内弧区、出汽边获得所期望的渗层深度。
总之，本发明方法处理的喷嘴组的各项指标均达到了喷嘴组渗硼的要求，实现了汽道表层坚硬、心部强韧的预期目标，有效提升了喷嘴组的耐冲蚀能力。与此同时，本发明对影响喷嘴组渗层质量、基体组织性能的因素(比如：如对渗硼过渡区富硅铁素体软带、对渗硼层组织类型、对叶片出汽边渗硼层深度等)进行了有效的综合控制，全面改善了喷嘴组的耐冲蚀性能。

Claims (9)

1.一种2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼的方法，其特征在于，其包括：
S1：将喷嘴组安装在渗硼工装底板上，向喷嘴组汽道中装填渗硼剂；
S2:将喷嘴组连同工装整体装入热处理炉，进行渗硼热处理，所述渗硼热处理中，包含如下操作：
S21: 将喷嘴组升温至600-650℃后保温2-6小时进行第一次预热，在此过程中消除喷嘴组内应力和晶格畸变，弥合材料内部的缺陷；
S22: 以180-230℃/h的速度加热至750-800℃，保温1-4小时，进行第二次预热，在此过程中促使喷嘴组内部组织的片状碳化物向球状碳化物转变，有利于延缓奥氏体在后续处理过程中的形成速度、抑制晶粒粗化；
S23: 以180-230℃/h的速度加热至1000-1040℃，保温1-2小时，随后炉冷至965-980℃，再保温6-10小时，进行正式渗硼；此过程实现硼原子的渗透扩散形成渗硼层，并同时抑制渗硼过程中基体奥氏体晶粒的粗化；
S3：冷却：喷嘴组渗硼热处理结束后，出炉冷却；
S4：回火：回火处理消除内应力，完成2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼；回火按照如下步骤进行：将回火炉升温至不超过200℃，将喷嘴组入炉，先以150-200℃/h的速度加热至550℃以能够快速地通过350-550℃回火脆性区，降低发生回火脆性的危险；再以不大于55℃/h的速度加热至660-680℃，保温6-12小时，然后以不超过55℃/h的速度冷却至≤300℃后出炉，空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2中，在步骤S21之前还包括：S20: 将热处理炉以50-100℃/h的速度加热至150-200℃，保温1-2小时，以烘干渗硼剂。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S2中，步骤S21为：在烘干渗硼剂之后，以50-100℃/h的速度由加热至600-650℃，保温2-6小时，进行所述第一次预热。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，S1中，所述喷嘴组在其生产阶段，控制所述喷嘴组毛坯中硅含量满足≤0.35wt%。
5.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，S1中，所述渗硼剂为粒状渗硼剂，其包含供硼剂和活化剂，所述供硼剂为硼铁和或B4C，所述活化剂为KBF4。
6.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，S1中，将喷嘴组安装在渗硼工装底板上后，由喷嘴组的汽道出汽口向汽道内装填渗硼剂，在装填渗硼剂的过程中，将喷嘴组的汽道分为三个区，即第一区、第二区和第三区；第一区对应汽道的进汽口部位，第三区对应汽道的出汽口部位，第二区介于第一区和第三区之间；其中，在第一区和第三区装填的渗硼剂的硼势低于第二区；
渗硼剂装填好后，盖上工装盖板，用水玻璃调合耐火土密封接缝处，使喷嘴组和渗硼剂被密封在渗硼专用工装内。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，第一区装填新旧混合渗硼剂，所述新旧混合渗硼剂是将新渗硼剂和旧渗硼剂按照6~8:2~4质量比混合得到；
第二区装填新渗硼剂进行渗硼；
第三区装填新旧混合渗硼剂，所述新旧混合渗硼剂是将新渗硼剂和旧渗硼剂按照6~8:2~4质量比混合得到。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，S2中，所述渗硼热处理过程包含依序连续的以下步骤：
S20: 以100℃/h的速度加热至200℃，保温2小时，以烘干渗硼剂；
S21: 以100℃/h的速度加热至650℃，保温5小时，进行第一次预热；
S22: 以200℃/h的速度加热至800℃，保温3小时，进行第二次预热；
S23: 以200℃/h的速度加热至1000℃，保温1.5小时，随后炉冷至970℃，再保温8小时进行正式渗硼。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3中，冷却方法为快速冷却，包括：取出喷嘴组置于空气中，并在工装盖板上加压冷铁，以加快冷却的速度和防止喷嘴组发生轴向变形，冷却到600℃后，再整体移到通风散热的地方，继续快冷却至室温。
CN201910726268.6A 2019-08-07 2019-08-07 2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼的方法 Active CN112342492B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910726268.6A CN112342492B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910726268.6A CN112342492B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112342492A CN112342492A (zh) 2021-02-09
CN112342492B true CN112342492B (zh) 2022-08-09

Family

ID=74367230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910726268.6A Active CN112342492B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112342492B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9929174D0 (en) * 1998-12-16 2000-02-02 Smith International Boronized wear-resistant materials and methods thereof
CN1554856A (zh) * 2003-12-26 2004-12-15 东方汽轮机厂 防固体微粒侵蚀的汽轮机喷嘴静、动叶片及其热处理方法
CN1772944A (zh) * 2005-10-08 2006-05-17 上海汽轮机有限公司 汽轮机喷嘴组用马氏体不锈钢渗硼处理和性能热处理工艺
JP2006176866A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Toshiba Corp 基材の表面処理方法
CN104805398A (zh) * 2015-03-23 2015-07-29 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种减小汽轮机喷嘴组渗硼变形的方法
CN106939403A (zh) * 2017-02-14 2017-07-11 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 1Cr9Mo1VNbN材质汽轮机喷嘴渗硼的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9929174D0 (en) * 1998-12-16 2000-02-02 Smith International Boronized wear-resistant materials and methods thereof
CN1554856A (zh) * 2003-12-26 2004-12-15 东方汽轮机厂 防固体微粒侵蚀的汽轮机喷嘴静、动叶片及其热处理方法
JP2006176866A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Toshiba Corp 基材の表面処理方法
CN1772944A (zh) * 2005-10-08 2006-05-17 上海汽轮机有限公司 汽轮机喷嘴组用马氏体不锈钢渗硼处理和性能热处理工艺
CN104805398A (zh) * 2015-03-23 2015-07-29 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种减小汽轮机喷嘴组渗硼变形的方法
CN106939403A (zh) * 2017-02-14 2017-07-11 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 1Cr9Mo1VNbN材质汽轮机喷嘴渗硼的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112342492A (zh) 2021-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111455146B (zh) 一种低合金马氏体钢强韧化处理方法及马氏体钢
CN108149183B (zh) 一种表层硬度梯度分布的硬质合金及其制备方法
CN109082628B (zh) 一种齿轮渗碳工艺及其应用
CN110565048B (zh) 一种提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺
CN108866439A (zh) 一种Nb、Ti复合微合金化高温真空渗碳重载齿轮用钢
CN106498298A (zh) 一种回转阀门用活塞杆的加工工艺
CN110964898A (zh) 一种使用压缩空气淬硬合金铸铁凸轮轴的感应淬火工艺
CN114481011A (zh) 一种热模钢低变形量表面强化的固体渗氮工艺
CN112342492B (zh) 2Cr12NiW1Mo1V材质汽轮机喷嘴渗硼的方法
CN107760973B (zh) 一种建筑用奥氏体不锈钢的加工方法
CN109112412A (zh) 一种耐高温高强度螺栓及其生产方法
CN105695931A (zh) 小轴零件镀铬工艺
CN115074492B (zh) 一种提升热作模具钢热疲劳性能的热处理工艺
CN111850458A (zh) 一种超临界及以上汽轮机环形喷嘴的渗硼工艺
CN101397601A (zh) 奥铁体球墨铸铁的一种热处理工艺
CN107904506A (zh) 一种耐磨衬板合金钢
CN107541618A (zh) 一种热压烧结模具用合金材料
TW202221148A (zh) 雙相鋼線材及其製造方法
CN111996454A (zh) 机械密封用不锈钢及其制成的机械密封铸件及其制备方法
CN112280960A (zh) 一种改进b50a789g叶片钢晶粒度的热处理工艺
CN110144514A (zh) 一种不锈钢1.4740材质改进及热处理工艺
JPH01201459A (ja) 高靭性耐摩耗部品
CN113564518B (zh) 一种提高h13钢综合力学性能的化学热处理方法
CN112853048B (zh) 一种适合冷挤压高温渗碳件预备热处理的方法
CN108220756A (zh) 一种高铬铸铁合金护板

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 100044 18th floor, Fangyuan building, No.56, Zhongguancun South Street, Haidian District, Beijing

Applicant after: Beijing Guoneng Longwei Power Generation Technology Co.,Ltd.

Address before: 100044 18th floor, Fangyuan building, No.56, Zhongguancun South Street, Haidian District, Beijing

Applicant before: BEIJING LONGWEI POWER GENERATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant