CN88100065A - 耐热钢和用该耐热钢制成的燃气轮机 - Google Patents

耐热钢和用该耐热钢制成的燃气轮机 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种耐热钢，它含有(按重量计)0.05～0.2％的C，少于0.5％的Si，少于0.6％的Mn，8～13％的Cr，1.5～3％的Mo，2～3％的Ni，0.05～0.3％的V，0.02～0.2％的Nb和/或Ta，0.02～0.1％的N，余量基本上是铁。由于本发明的燃气轮机由用这类合金制成的各种部件如叶轮，叶片，轴等组成，因此这种燃气轮机结构有可能具有高的蠕变断裂强度和摆锤式冲击值。

Description

本发明涉及一种新颖的耐热钢;更具体地讲，本发明涉及一种新型的燃气轮机，其中使用所述的耐热钢。
目前，燃气轮机的叶轮是采用Cr-Mo-V钢制做的。
从节约能源的角度出发，近来一直存在着改进燃气轮机热效率的需求。改进燃气轮机热效率最可行的途径是提高所用气体的温度和压力。通过将所用气体的温度由1100℃提高到1300℃，将压缩比由10提高到15，热效率可望提高3%。
然而，由于常规的Cr-Mo-V钢在这样高的温度和压缩比下其强度不够，因此需要高强度的钢材。蠕变断裂强度对高温性能有最大的影响，所以对于强度来说，它是一个关键条件。已知奥氏体钢、Ni基合金、Co基合金和马氏体钢是比Cr-Mo-V钢蠕变断裂强度高的结构钢材。然而，Ni基合金和Co基合金的热加工性能、机械加工性能和减振性等是不合需要的。奥氏体钢也是不合需要的，这是由于在温度为400-450℃时，而且从整个燃气轮机系统的角度出发它的高温强度并不高。另一方面，马氏体钢很好地用于其它组成部件，且具有足够的高温强度。典型的马氏体钢在日本专利申请公开No58-110661和No60-135054以及日本专利公告No46-2739中有公开。然而，这些材料在400-450℃的温度下不能达到高的蠕变断裂强度，加之其长时间高温加热后的韧性变低，因此不能用作为涡轮机叶轮，结果不能实现对燃气轮机热效率的改进。由以上所述可以明显看出，如果使用仅仅具有高强度的材料来解决燃气轮机的高温高压问题，就不可能提高气体的温度。总之，随强度的增加，韧性下降。
因此，本发明的一个目的是提供一种耐热钢，所述耐热钢不仅具有高温强度，而且在长时间高温加热后仍具有高韧性。
本发明的另一个目的是提供一种具有高热效率的燃气轮机。
为实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种耐热钢，其中含有0.05-0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，8-13%（重量）的Cr，1.5-3%（重量）的Mo，2-3%（重量）的Ni，0.05-0.3%（重量）的V，总量为0.02-0.2%（重量）的Nb和/或Ta，0.02-0.1%（重量）的N，上述的Mn与Ni之比（Mn/Ni）小于0.11，余量基本上是铁。
根据本发明的第二个方面，提供了一种耐热钢，其中含有0.07-0.15%（重量）的C，0.01-0.1%（重量）的Si，0.1-0.4%（重量）的Mn，11-12.5%（重量）的Cr，2.2-3.0%（重量）的Ni，1.8-2.5%（重量）的Mo，总量为0.04-0.08%（重量）的Nb和/或Ta，0.15-0.25%（重量）的V，0.04-0.08%（重量）的N，上述的Mn与Ni之比（Mn/Ni）为0.04-0.10，余量基本上是铁，上述耐热钢具有完全的回火马氏体结构。
此外，本发明的钢还可含有至少一种选自下组的物质：少于1%（重量）的W，少于0.5%（重量）的Co，少于0.5%（重量）的Cu，少于0.01%（重量）的B，少于0.5%（重量）的Ti，少于0.3%（重量）的Al，少于0.1%（重量）的Zr，少于0.1%（重量）的Hf，少于0.01%（重量）的Ca，少于0.01%（重量）的Mg，少于0.01%（重量）的Y和少于0.01%（重量）的稀土元素。
本发明的钢的组成应这样调节，使得由下面方程式计算的Cr当量小于10，最好保证钢中实际上不含δ-铁素体相。
Cr当量＝-40C-2Nn-4Ni-30N
+6Si+Cr+4Mo+11V
+5Nb+2.5Ta
（在上述方程中，使用合金中相应元素的重量百分比含量计算。）
根据本发明的第三个方面，提供了一种燃气轮机叶轮，所述叶轮在其外圆周部分有多个使叶片嵌入的凹槽，其中心最厚，在其外圆周边有多个使螺栓穿过以连接多个叶轮的透孔，其特征在于该叶轮由具有下述性能的马氏体钢制成，即在500℃下加热103小时后，450℃，105-h蠕变断裂强度高于50kg/mm2，25℃，V型缺口摆锤式冲击强度值高于5kg-m/cm2，且具有全部的回火马氏体结构;或由具有本文上述组成的耐热钢制成。
多个涡轮机叶轮用螺栓在其外圆周边相连，叶轮之间装有定位片，这些定位片的特征在于是由具有上述性能的马氏体钢或具有上述组成的耐热钢制成的。
根据本发明的第四个方面，提供了下述部件（a）、（b）和（c），特征在于每种部件都是由具有上述组成的马氏体钢制成的：
（a）用螺栓将涡轮机叶轮和压缩机叶轮相连所通过的圆柱形隔离室;
（b）至少一套将多个涡轮机叶轮相连的螺栓和另一套连接多个压缩机叶轮的螺栓;
（c）压缩机叶轮，其外圆周部分有多个使叶片嵌入的凹槽，在其外圆周边有多个使螺栓穿过以连接多个叶轮的透孔，其中心和有透孔的部分最厚。
根据本发明的第五个方面，提供了一种燃气轮机，包括涡轮机端轴，多个用涡轮机组合螺栓连接于轴上，且中间有定位片的涡轮机叶轮，嵌入每个涡轮机叶轮的涡轮机叶片，用涡轮机组合螺栓连接于涡轮机叶轮的隔离室，用压缩机组合螺栓连接于隔离室的多个压缩机叶轮，嵌入每个压缩机叶轮的压缩机叶片和与压缩机叶轮的一级叶轮连为一体的压缩机端轴，其特征在于至少涡轮机叶轮是用下述性能的马氏体钢制成的，即在500℃下加热103小时后具有450℃，10
Figure 88100065_IMG1
-h蠕变断裂强度高于50kg/mm2和25℃，V型摆锤式缺口冲击强度值高于5kg-m/cm2，且具有全部回火马氏体结构。所述马氏体钢特别是由具有上述组成的耐热钢构成的。
当根据本发明采用上述马氏体钢制作燃气轮机的叶轮时，叶轮的中心部分的厚度（t）与其直径（D）的比（t/D）限于0.15～0.3，由此可降低叶轮的重量。特别是，通过将t/D之比限制在0.18-0.22，便可缩短各个叶轮间的距离，这可以提高热效率。
图1是表示本发明一个实施方案的燃气轮机的旋转部分的剖面图;
图2是表示脆化后冲击值与Mn/Ni比之间关系的曲线图;
图3的曲线图与图2相似，但表示的是脆化后冲击值与Mn含量之间的关系;
图4的曲线图与图2相似，但表示的是脆化后的冲击值与Ni含量之间的关系;
图5是表示蠕变断裂强度与Ni含量之间的关系的曲线图;
图6是本发明一个实施方案的涡轮机叶轮的剖面图;
图7是本发明又一较好的实施方案的示意图，部分地剖面表示了燃气轮机的旋转部分。
下面将讲述对本发明的材料的组分范围加以限制的原因。
为了得到高的抗拉强度和高的弹性极限应力，C的需要量最少为0.05%（重量）。然而，如果加入过量的C，当钢长时间暴露于高温时，金属结构会变得不稳定，以致降低105-h蠕变断裂强度，因此C含量必须少于0.20%（重量），较好的碳含量范围是0.07-0.15%（重量），最好是0.10-0.14%（重量）。
当钢熔化时加入Si是作为脱氧剂，加入Mn是作为脱氧剂和脱硫剂，这两种元素即使加入量很小也有作用。Si是δ铁素体形成物，加入大量的Si将导致δ铁素体形成，降低疲劳强度和韧性，因此Si含量必须少于0.5%（重量）。有时采用碳真空脱氧法，电渣熔炼法等，这时并不需要加入Si，因此最好不添加Si。
特别是，从脆化角度看，Si含量最好少于0.2%（重量），即使不添加Si，仍然含有0.01～0.1%（重量）的Si杂质。
由于Mn促进了加热后的脆化，其含量必须少于0.6%（重量）。特别是，Mn作为脱硫剂是有效的，因此Mn的含量较好范围是0.1-0.4%（重量）以便不会引起加热脆化。Mn的含量范围最好是0.1-0.25%（重量）。此外，Si+Mn的总量较好的是要少于0.3%（重量），以防止脆化。
Cr增强耐腐蚀性和高温强度，不过，如果加入超过13%（重量）的Cr，将导致形成δ铁素体结构。如果Cr含量少于8%（重量），将得不到足够的耐腐蚀性能和高温强度。因此，Cr的含量范围限于8-13%（重量），特别是，Cr的含量最好应为11-12.5%（重量）。
Mo由于其固溶强化作用和沉淀强化作用，可提高蠕变断裂强度，同时它还有防止脆化的作用。如果Mo含量少于1.5%（重量），得不到足够的蠕变断裂强度。超过3.0%（重量），Mo会导致形成δ铁素体。因此，Mo含量限制在1.5-3.0%（重量）的范围内，较好的是在1.8-2.5%（重量）的范围内。此外，当Ni含量超过2.1%（重量）时，Mo的作用还在于，其含量越高，蠕变断裂强度越高，特别是当Mo的含量高于2.0%（重量）时，这种作用尤为明显。
V和Nb使碳化物沉淀，因此带来了增强高温强度以及改进韧性的效果。如果V和Nb的含量分别低于0.1%（重量）和0.02%（重量），便不能得到充分的效果，然而，如果V和Nb的含量分别高于0.3%（重量）和0.2%（重量），将导致形成δ铁素体并有降低韧性的趋势。因此，V含量较好的范围是0.15-0.25%（重量），Nb含量较好的范围是0.04-0.08%（重量）。可以加入完全等量的Ta取代Nb，也可以将Nb和Ta组合加入。
Ni长时间在高温加热后可增强韧性，而且还具有防止δ铁素体形成的作用。如果Ni含量少于2.0%（重量），得不到充足的效果，但如果高于3%（重量），将降低长时间的蠕变断裂强度。较好的Ni含量范围是2.2%-3.0%（重量），最好超过2.5%（重量）。
Ni具有防止加热脆化的作用，相反，Mn却破坏这种作用。本发明人发现在这些元素间存在着密切的相互关系，即发现当Mn/Ni比小于0.11时，明显地防止了加热脆化。特别是，该比值应小于0.10，最好是0.04-0.10。
N在改善蠕变断裂强度和防止形成δ铁素体方面是有效的，但是如果N含量低于0.02%（重量），得不到足够的效果。如果N含量超过0.1%（重量），将降低韧性。N含量的范围在0.04-0.08%（重量）时可以取得优越的性能。
在本发明的耐热钢中，Co在增强钢的强度上是有效的，但它促进脆化，因此，Co的含量应少于0.5%（重量）。由于W在增加强度方面的贡献与Mo相似，它的含量可少于1%（重量）。此外，通过加入下述诸元素可提高高温强度：少于0.01%（重量）的B，少于0.3%（重量）的Al，少于0.5%（重量）的Ti，少于0.1%（重量）的Zr，少于0.1%（重量）的Hf，少于0.01%（重量）的Ca，少于0.01%（重量）的Mg，少于0.01%（重量）的Y，少于0.01%（重量）的稀土元素和少于0.5%（重量）的Cu。
关于本发明材料的热处理，是在足以将材料完全转变为奥氏体的温度（最低900℃，最高1150℃）下将其均匀加热，然后淬火以获得马氏体结构。马氏体结构的获得是通过在高于100℃/h的速率下将材料淬火或硬化得到的，将其加热并保持在450-600℃温度下（一次回火），然后将其加热并保持在550-650℃下进行二次回火。硬化时，最好在马氏体生成点稍上的温度停止淬火，以防止淬火裂纹。具体地讲，最好在温度高于150℃下停止淬火。硬化处理最好采用油硬化或水喷洒硬化。由停止淬火的温度开始一次回火。
一种以上的前述隔离室、涡轮机定位片、涡轮机组合螺栓、压缩机组合螺栓以及至少压缩机叶轮的终级叶轮可由下述组成的耐热钢制成，所述耐热钢含有0.05-0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.1%（重量）的Mn，8-13%（重量）的Cr，少于3%（重量）的Ni，1.5-3%（重量）的Mo，0.05-0.3%（重量）的V，0.02-0.2%（重量）的Nb，0.02-0.1%（重量）的N，余量基本上是铁，所述耐热钢具有全部回火马氏体结构。用这种耐热钢构成所有这些部件，可以进一步提高气体的温度以改进热效率。特别是当至少一种部件由下述组成的耐热钢制成时可以取得高的耐脆化效果，得到非常安全的燃气轮机，所述耐热钢含有0.05-0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，8-13%（重量）的Cr，2-3%（重量）的Ni，1.5-3%（重量）的Mo，0.05-0.3%（重量）的V，0.02-0.2%（重量）的Nb，0.02-0.1%（重量）的N，其中Mn/Ni比小于0.11，最好是为0.04-0.10，余量基本上是铁，所述耐热钢具有全部回火马氏体结构。
此外，虽然采用具有高于40kg/mm2的450℃，105-h蠕变断裂强度和高于5kg-m/cm2的20℃，V型缺口冲击强度值的马氏体钢作为这些部件的材料，但是在其特别优选的组成中，在500℃加热103小时之后，它具有高于50kg/mm2的450℃，105-h蠕变断裂强度和高于5kg-m/cm2的20℃，V型缺口摆锤式冲击强度值。
这种材料可进一步含有至少一种选自下组的元素：少于1%（重量）的W，少于0.5%（重量）的Co，少于0.5%（重量）的Cu，少于0.01%（重量）的B，少于0.5%（重量）的Ti，少于0.3%（重量）的Al，少于0.1%（重量）的Zr，少于0.1%（重量）的Hf，少于0.01%（重量）的Ca，少于0.01%（重量）的Mg，少于0.01%（重量）的Y和少于0.01%（重量）的稀土元素。
在压缩机叶轮中，可以采用上述的耐热钢至少制做其终级或全部的级，但是，由于在从第一级到中间级的区域内气体的温度低，可用另外的低合金钢制做该区域内的叶轮，用上述耐热钢制做从中间级到终级的叶轮。例如，可以使用具有下述组成和性质的Ni-Cr-Mo-V钢做由气流上游的第一级到中间级的叶轮，所述Ni-Cr-Mo-V钢含有0.15-0.30%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，1-2%（重量）的Cr，2.0-4.0%（重量）的Ni，0.5-1%（重量）的Mo，0.05-0.2%（重量）的V，余量基本上是铁，所述Ni-Cr-Mo-V钢室温下抗拉强度高于80kg/mm2，室温下V型缺口冲击值高于20kg-m/cm2;可以使用具有下述组成和性质的Cr-Mo-V钢做从中间级以后但除终级外的叶轮，所述Cr-Mo-V钢含有0.2-0.4%（重量）的C，0.1-0.5%（重量）的Si，0.5-1.5%（重量）的Mn，0.5-1.5%（重量）的Cr，少于0.5%（重量）的Ni，1.0-2.0%（重量）的Mo，0.1-0.3%（重量）的V，余量基本上是铁，所述Cr-Mo-V钢室温下抗拉强度高于80kg/mm2，延伸率高于18%，断面缩减率高于50%。
上述Cr-Mo-V钢也可用做压缩机端轴和涡轮机端轴。
本发明的压缩机叶轮是扁圆环的，在其外侧有多个插入组合螺栓的孔，最好是该叶轮的最低厚度（t）与直径（D）的比（t/D）限制在0.05-0.10。
本发明的隔离室是圆筒形的，两端装有法兰，分别与压缩机叶轮和涡轮机叶轮用螺栓相连，最好是，其最低厚度（t）与最大内径（D）之比限制在0.05-0.10。
对于本发明的燃气轮机，最好是涡轮机各个叶轮间的间隔（l）与涡轮机叶轮直径（D）之比（l/D）限制在0.15-0.25。
例如，在压缩机叶轮组件包括17级的情况下，第1至第12级叶轮可以用上述Ni-Cr-Mo-V钢制成，第13至第16级叶轮可以用上述Cr-Mo-V钢制成，第17级叶轮可以用上述马氏体钢制成。
在压缩机叶轮组件中，第一级叶轮比后面一级叶轮具有更高的刚性，最后一级叶轮比前一级叶轮具有更高的刚性。而且，这些叶轮在厚度上是从第一级到最后一级呈渐小形式的，由此降低高速旋转所产生的应力。
压缩机的每个叶片较好的是用下述组成的马氏体钢制成，所述马氏体钢含有0.05-0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于1%（重量）的Mn，10-13%（重量）的Cr，余量为铁;或是用除含有上述组分外，还含有少于0.5%（重量）的Mo和少于0.5%（重量）的Ni的马氏体钢制成。
对于环形的、与涡轮机叶片的外端滑动接触的护罩，可以在其相应于第一级的部分用Ni基铸造合金，所述合金含有0.05-0.2%（重量）的C，少于2%（重量）的Si，少于2%（重量）的Mn，17-27%（重量）的Cr，少于5%（重量）的Co，5-15%（重量）的Mo，10-30%（重量）的Fe，少于5%（重量）的W，少于0.02%（重量）的B，余量主要为Ni;在其相应于其它级的部分使用Fe基铸造合金，所述合金含有0.3-0.6%（重量）的C，少于2%（重量）的Si，少于2%（重量）的Mn，20-27%（重量）的Cr，20-30%（重量）的Ni，0.1-0.5%（重量）的Nb，0.1-0.5%（重量）的Ti，余量主要为Fe这些合金形成由许多单元部分构成的环形结构。
对于固定涡轮机喷嘴的隔板，相应于第一级涡轮机喷嘴的部分用Cr-Ni钢制成，所述Cr-Ni钢含有少于0.05%（重量）的C，少于1%（重量）的Si，少于2%（重量）的Mn，16-22%（重量）的Cr，8-15%（重量）的Ni，余量基本上是铁;相应于其它涡轮机喷嘴的部分用高C-Ni系合金制成。
每一个涡轮机叶片用Ni基铸造合金制成，所述合金含有0.07-0.25（重量）的C，少于1%（重量）的Si，少于1%（重量）的Mn，12-20%（重量）的Cr，5-15%（重量）的Co，1.0-5.0%（重量）的Mo，1.0-5.0%（重量）的W，0.005-0.03%（重量）的B，2.0-7.0%（重量）的Ti，3.0-7.0%（重量）的Al，以及至少一种造自下组的元素：少于1.5%（重量）的Nb，0.01-0.5（重量）的Zr，0.01-0.5%（重量）的Hf和0.01-0.5%（重量）的V，余量基本上是Ni，所述合金具有这样一种结构，其中r′相和r″相沉淀于奥氏体相基体中。涡轮机喷嘴用Co基铸造合金制成，所述合金含有0.20-0.60%（重量）的C，少于2%（重量）的Si，少于2%（重量）的Mn，25-35%（重量）的Cr，5-15%（重量）的Ni，3-10%（重量）的W，0.003-0.03%（重量）的B，余量基本上是Co，所述合金具有这样一种结构，其中共晶碳化物和次生碳化物包含在奥氏体相基体中;或用进一步含有除上述成分外至少一种选自下述元素的Co基铸造合金制成：0.1-0.3%（重量）的Ti，0.1-0.5%（重量）的Nb和0.1-0.3%（重量）的Zr，所述合金具有这样一种结构，其中共晶碳化物和次生碳化物包含在奥氏体相基体中。上述这两种合金在溶液热处理之后要进行老化处理，以形成上述沉淀物，由此增强合金的强度。
此外，为了防止涡轮机叶片被高温燃烧气体腐蚀，可将Al，Cr或Al+Cr扩散涂层涂复于涡轮机叶片上。涂层厚度较好的是30-150um，涂层涂复在暴露于气体的叶片上。
涡轮机周围安置有多个燃烧室，且每一个燃烧室都有由外圆筒和内圆筒构成的复式结构。内圆筒由溶液热处理的Ni基合金制成，所述合金含有0.05-0.2%（重量）的C，少于2%（重量）的Si，少于2%（重量）的Mn，20-25%（重量）的Cr，0.5-5%（重量）的Co，5-15%（重量）的Mo，10-30%（重量）的Fe，少于5%（重量）的W，少于0.02%（重量）的B，余量基本上是Ni，所述合金具有全部的奥氏体结构。上述Ni基合金板经过塑性加工使其具有2-5mm的厚度，通过焊接构成内圆筒，在圆筒的整个周边设置供应空气的月牙形气孔。
通过以下实施例的描述，本发明将会更加清楚。
实施例1
将具有表1所示组成（重量百分比）的样品分别取20公斤熔化，铸成锭后将其加热至1150℃，并在此温度下锻造，得到试验材料。将这些材料在1150℃加热2小时后，进行吹风冷却，至温度降至150℃，冷却停止，然后将其从此温度加热至580℃并保持这一温度2小时，进行第一次回火，接着进行空气冷却，然后将其加热至605℃并保持这一温度5小时，进行二次回火，接着进行炉冷。
从这些经过热处理的材料取得进行蠕变断裂试验、张力试验和V型缺口摆锤式冲击试验的试验件，然后进行实验。冲击试验是针对将上述热处理过的材料在500℃下加热1000小时后得到的脆化材料进行的。根据Larson-Miller参数，这种脆化材料具有与在450℃加热105小时脆化后的材料相同的条件。
Figure 88100065_IMG2
Figure 88100065_IMG3
参见表1，其中样品1和8是本发明的材料，样品2-7是对比材料（样品2相当于目前用做叶轮材料的M152钢）。
表2展示的是这些样品的机械性能。已经证实，本发明的材料（样品1和8）在脆化处理之后，满足了作为高温高压燃气轮机材料所需要的450℃，105-h蠕变断裂强度（＞50kg/mm2）和25℃，V型缺口冲击强度值〔高于4kg-m（5kg-m/cm2）〕。形成对比的是，相当于M152（样品2）、目前用做燃气体轮机的材料料，由于其450℃，105-h蠕变断裂强度为42kg/mm2，25℃，V型缺口摆锤式冲击强度值在脆化处理后为2.7kg-m（3.4kg-m/cm2），不能满足作为高温高压燃气体轮机材料所要求的机械性能。另外，在样品3-7中，Si+Mn的含量是0.4%至大约1%（重量），Mn/Ni比高于0.12，这些钢样品的机械性能分别满足了作为高温高压燃气体轮机材料所需要的蠕变断裂强度值，但是由于其脆化后V型缺口摆锤式冲击强度值低于3.5kg-m（4.3kg-m/cm2），这些钢样品不能满足此项要求。
图2是表示脆化后冲击值与Mn/Ni比之间关系的曲线图，如图所示，当该比（Mn/Ni）高于0.12时，没有出现明显的改进，但当该比低于0.11时，脆化性能显著改善至高于4kg-m（5kg-m/cm2），且当该比低于0.10时，改善至6kg-m（7.5kg-m/cm2）。Mn做为脱氧剂和脱硫剂是必不可少的，因此Mn的加入量要低于0.6%（重量）。
图3是相似于图2的曲线图，但表示的是脆化后冲击值与Mn含量之间的关系。如图所示，当Ni含量少于2.1%（重量）时，Mn含量的减少没有产生多大效果，但当Ni含量超过2.1%（重量）时，Mn含量的减少产生了明显的效果。特别是当Ni含量高于2.4%（重量）时，可取得更好的效果。
此外，当Mn含量接近0.7%（重量）时，不论Ni含量多少，也没有提高冲击值，但如果Mn含量低于0.6%（重量），Ni含量高于2.4%（重量），这时Mn含量越低，冲击值越高。
图4是相似于图2的曲线图，但表示的是脆化后冲击值与Ni含量之间的关系。如图所示，当Mn含量高于0.7%（重量）时，Ni含量的增加，脆化性能只有轻微的改进，但是很明显，当Mn含量少于0.7%（重量）时，Ni含量的增加明显把改善了脆化性能。特别是当Mn含量在0.15-0.4%（重量）时，若Ni含量高于2.2%（重量），脆化性能的改进尤为明显，即如果Ni含量高于2.4%（重量），冲击值可高于6kg-m（7.5kg-m/cm2），且如果Ni含量高于2.5%（重量），冲击值可高于7kg-m。
图5是表示450℃×105-h断裂强度和Ni含量之间关系的曲线。如图所示，Ni含量达到大约2.5%（重量）基本上不影响蠕变断裂强度，但当其超过3.0%（重量）时，强度降低至小于50kg/mm2，因此得不到所需要的强度。而且还注意到，Mn含量越低，所得到的强度越高，Mn含量在0.15-0.25%（重量）范围时，取得最显著的增加强度的效果，因而提供出高强度。
图6是表示本发明的燃气轮机叶轮的剖面示意图。表3展示了该叶轮的化学组分（重量百分比）。
表3
Figure 88100065_IMG4
钢材的熔炼是用加碳真空脱氧的方法进行的。锻造后，把锻造好的钢在1050℃加热两小时，并在150℃的油中淬火，接着把淬火后的钢从150℃加热至520℃并保持5小时以进行第一次回火，接着在空气中冷却，然后在590℃加热5小时以进行第二次回火，再在炉内冷却。当这些热处理完成后，把钢材机加工成图6所示的形状，由此所得的叶轮外径为1000mm，厚度为200mm。中心孔11的直径为65mm，12部分上有插入组合螺栓的孔，在13部分上嵌入涡轮叶片。
这种叶轮具有优越的性能，即在前述的脆化后其冲击值为8.0kg-m（10kg-m/cm2），450℃，105-h的蠕变断裂强度为55.2kg/mm2。
实施例2
图1是本发明的实施方案中的一种燃气轮机旋转部分的截面图，它使用了上述的叶轮。所示的旋转部分包括涡轮机端轴1，涡轮叶片2，涡轮机组合螺栓3，涡轮机定位片4，隔离室5，压缩机叶轮6，压缩机叶片7，压缩机组合螺栓8，压缩机端轴9，涡轮叶轮10和中心孔11。本发明的燃气轮机有十七级的压缩机叶轮6和两级的涡轮机叶片2。涡轮机叶片可以是三级的，两种结构都可采用本发明的钢。
将表4所示的材料用电渣重熔法制成与实际尺寸相等的大型铸件，接着通过锻造和热处理。锻造在850～1100℃的温度范围内进行，热处理在表4所示的条件下进行。表4是用重量百分比表示的试样化学组成。至于这些物料的微观结构，试样Nos6～9全部是回火马氏体结构，试样10～11则全部为回火马氏体结构，试样No.6用于隔离室和最终一级压缩机叶轮，前者的厚度为60mm，宽500mm，长1000mm，后者的直径为1000mm，厚180mm。No.7试样用于涡轮机叶轮，每个的直径1000mm，厚180mm。试样No，8用于定位片，其外径1000mm，内径400mm，厚100mm。试样No，9用于涡轮机和压缩机的组合螺栓，每个的直径40mm，长500mm。有时试样No，9也用于制造连接隔离室和压缩机叶轮的螺栓。试样Nos.10和11是分别锻造成涡轮机端轴和压缩机端轴，每个的直径250mm，长300mm。还有，钢试样No.10用于第十十三至十六级的压缩机叶轮6，钢试样No11用于第一至十二级的压缩机叶轮6，制造所有的压缩机叶轮6时要使涡轮机和压缩机的叶轮具有同样的尺寸。除了钢样No.9外，所有的试验部件都是采用样品的中央部分，其方向应与每件试样的轴线方向（纵向）相垂直。在本实施例中，试验部件是在样品的纵向采取的。
表5指出表4所示钢样品的室温抗拉强度试验，20℃下的V型缺口摆锤式冲击试验和蠕变断裂试验的结果。使用通常采用的Lar-son-Miller法测得450℃，105-h蠕变断裂强度。
按本发明6至9号钢（12Cr钢），450℃，105-h的蠕化断裂强度大于51kg/mm2，20℃的V型缺口摆锤式冲击值大于7kg-m/cm2。因此可以证实6～9号钢作为高温燃气轮机的材料具有足够的强度。
此外，供端轴用的低合金钢Nos，11和12的450℃蠕变断裂强度低，但抗拉强度超过86kg/mm2，20℃的V型缺口摆锤式冲击值大于7kg-m/cm2。这就证实了10和11号钢完全满足端轴所必需的强度（抗拉强度≥81kg/mm2，20℃的V型缺口摆锤式冲击值≥5kg-m/cm2）。
用上述材料共同组成的本发明的燃气轮机能使压缩比达到14.7，允许的温度高于350℃，压缩效率大于86%，第一级喷咀入口的气体温度约1200℃，因而使得热效率大于32%（LHV）。
在这些条件下，隔离室和最终一级压缩机叶轮的温度最高可达450℃。前者的厚度最好为25～30mm，后者的厚度最好为40～70mm。涡轮机和压缩机叶轮均各有中心透孔，沿着每个涡轮机叶轮的中心透孔留有残余压缩应力。
此外，表3所示的上述耐热钢用于涡轮机定位片4，隔离室5和最终一级的压缩机叶轮6，其他组成部件也可用上述的同类钢制造。所得的结构能使压缩比达14.7，容许的温度高于350℃，压缩效率大于86%，第一级喷咀入口的气体温度为1200℃，结果不但可获得大于32%的热效率，而且如上所述，在加热脆化后还可有高的蠕变断裂强度和冲击值，因此能得到更可靠的燃气轮机。
Figure 88100065_IMG5
实施例3
图7是表示另一种较好的方案，其中燃气轮机叶轮是用本发明的耐热钢制造的，还特别给出燃气轮机的旋转部分的横截面。在这一实施方案中，装有两级的涡轮机叶轮10，在流动气体进气侧的涡轮机叶轮10有中心孔11。在这一实施方案中所有的涡轮机叶轮都用表3所示的耐热钢制成。此外，在这一实施方案中，表3所示的耐热钢也用来做流动气体出口侧的最终一级压缩机叶轮6，隔离室5，涡轮机定位片4，涡轮机组合螺栓3和压缩机组合螺栓8。表6所示的合金用于其他部件，即涡轮机叶片2，涡轮机喷咀14，燃烧室15的衬里17，压缩机叶片7，压缩机喷咀16，隔板18和护罩19。特别是涡轮机喷咀14和涡轮机叶片2是铸造的。本实施方案的压缩机有十七级的压缩机叶轮，且和实施例2的配置方式相同。在本实施方案中涡轮机端轴1和压缩机端轴9的制造方式也和实施例2相同。
Figure 88100065_IMG7
表6所指出的涡轮机叶片，涡轮机喷咀，护罩（1）和隔板用在燃气轮机内气体流动上游的第一级，护罩（2）用在第二级。
在本实施方案中，最终的压缩机叶轮6的最小厚度（t）与外径（D）的比（t/D）为0.08，隔离室5的（t/D）比为0.04而每个涡轮机叶轮的中央部分的最大厚度（t）与它的直径（D）的比（t/D）在第一级为0.19，在第二级为0.205，叶轮间的间隙（l）与它的直径（D）之比（l/D）为0.21。各个涡轮机叶轮之间都有间隙。各个涡轮机叶轮在整个园周上有很多等间隔的孔，以便放入螺栓来联接叶轮。
上述装置能使压缩比达14.7，允许的温度高于350℃，压缩效率大于86%，位于涡轮机第一级的喷咀入口的气体温度为1200℃，因而提供的热效率要大于32%。再者，上述具有高蠕变断裂强度和加热后脆化较少的耐热钢可用作涡轮机叶轮，隔离室，定位片，最终级的压缩机叶轮和组合螺栓。此外，由于使用具有高的高温强度合金来做各个涡轮机叶片，使用具有高的温度和高的高温韧性的合金来做涡轮机喷咀，和用具有高的高温度和高的抗疲劳性能的合金来做燃烧室衬里，这就有可能获得均衡和完全可靠的燃气轮机。
按照本发明，可以获得在加热脆化后其蠕变断裂强度和冲击值符合高温高压燃气轮机叶轮要求的耐热钢（气体温度：高于1200℃，压缩比∶15），因此使用上述钢种制成的燃气轮机能带来极好的效果，例如能达到极高的热效率。

Claims (39)

1、一种耐热钢，其中含有0.05至0.2%(重量)的C，少于0.5%(重量)的Si，少于0.6%(重量)的Mn，8-13%(重量)的Cr，1.5～3%(重量)的Mo，2～3%(重量)的Ni，0.05～0.3%(重量)的V，总量为0.02～0.2%(重量)的Nb和/或Ta，0.02～0.1%(重量)的N，上述的Mn与Ni之比(Mn/Ni)少于0.11，余量基本上是铁。
2、一种耐热钢，其中含有0.07～0.15%（重量）的C，0.01～0.1%（重量）的Si，0.1～0.4%（重量）的Mn，11～12.5%（重量）的Cr，2.2～3.0%（重量）的Ni，1.8～2.5%（重量）的Mo，总量为0.4～0.08%（重量）的Nb和/或Ta，0.15～0.25%（重量）的V，0.04～0.08%（重量）的N，上述的Mn与Ni之比（Mn/Ni）为0.04至0.10，余量基本上是铁，具有完全的回火马氏体结构。
3、一种耐热钢，其中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3%（重量）的Mo，2～3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，总量为0.02～0.2%（重量）的Nb和/或Ta，0.02～0.1%（重量）的N，上述的Mn和Ni之比（Mn/Ni）少于0.11，余量基本上是铁，并且有450℃，105-h的蠕变断裂强度大于50kg/mm2，和500℃之下加热103小时后的25℃V型缺口摆锤式冲击冲击值大于5kg-m/cm2。
4、一种耐热钢，其中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3%（重量）的Mo，2～3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，总量为0.02～0.2%（重量）的Nb和/或Ta，0.02～0.1%（重量）的N，以及至少一种选自下组的元素：少于1%（重量）的W，少于0.5%（重量）的Co，少于0.5%（重量）的Cu，少于0.01%（重量）的B，少于0.5%（重量）的Ti，少于0.3%（重量）的Al，少于0.1%（重量）的Zr，少于0.1%（重量）的Hf，少于0.01%（重量）的Ca，少于0.01%（重量）的Mg，少于0.01%（重量）的Y和少于0.01%（重量）的稀土元素，余量基本上是铁。
5、使用耐热钢制做燃气轮机叶轮的方法，叶轮外园周部分有多个凹槽，其中嵌入叶片，叶轮中央最厚，在其外园周边缘有多个透孔，透孔中插入螺栓连接所述的多个叶轮;
其特征在于所述耐热钢是一种马氏体钢，它的450℃，105-h蠕变断裂强度大于50kg/mm2，在500℃之下加热103小时后25℃的V型缺口摆锤式冲击值大于5kg-m/cm2。
6、使用耐热钢制做燃气轮机叶轮的方法，叶轮的外园周部分有多个凹槽，其中嵌入叶片，叶轮中央最厚，在其外园周边缘有多个透孔，透孔中插入螺栓连接所述的多个叶轮;
其特征在于所述耐热钢含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3%（重量）的Mo，2～3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，总量为0.02～0.2%（重量）的Nb和/或Ta，0.02至0.1%（重量）的N，上述的Mn和Ni之比（Mn/Ni）少于0.11，余量基本上是铁，具完全的回火马氏体结构。
7、使用耐热钢制做燃气轮机叶轮的方法，叶轮的外园周部分有多个凹槽，其中嵌入叶片，叶轮中央最厚，在其外园周边缘有多个透孔，透孔中插入螺栓连接所述的多个叶轮;
且特征在于所述耐热钢含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3%（重量）的Mo，2～3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，总量为0.02～0.2%（重量）的Nb和/或Ta，0.02～0.1%（重量）的N，以及至少一种选自下组的元素：少于1%（重量）的W，少于0.5%（重量）的Co，少于0.5%（重量）的Cu，少于0.01%（重量）的B，少于0.5%（重量）的Ti，少于0.3%（重量）的Al，少于0.1%（重量）的Zr，少于0.1%（重量）的Hf，少于0.01%（重量）的Ca，少于0.01%（重量）的Mg，少于0.01%（重量）的Y，和少于0.01%（重量）的稀土元素，上述的Mn和Ni之比（Mn/Ni）少于0.11，余量基本上是铁，具有完全的回火马氏体结构。
8、使用耐热钢制做燃气轮机环形定位片的方法，多个涡轮机叶轮在其外园周边用螺栓相连，所述定位片位于叶轮之间，其特征在于所述耐热钢是马氏体，具有高于50kg/mm2的450℃，105-h蠕变断裂强度和高于5kg-m/cm2的V型缺口冲击值，且具有完全的马氏体结构。
9、一种使用耐热钢制做燃气轮机的园筒形隔离室的方法，所述园筒形隔离室的使用方式是用螺栓通过所述的隔离室把多个涡轮机叶轮和多个压缩机叶轮连接在一起，其特征在于所述的耐热钢是一种马氏体钢，它的450℃，105-h蠕变断裂强度大于50kg/mm2，在500℃之下加热103小时后的25℃，V型缺口摆锤式冲击值大于5kg-m/cm2。
10、一种使用耐热钢制做燃气轮机的园筒形隔离室的方法，所述园筒形隔离室的使用方式是用螺栓通过所述的隔离室把多个涡轮机叶轮和多个压缩机叶轮连接在一起，其特征在于所述的耐热钢含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，8至13%（重量）的Cr，1.5～3%（重量）的Mo，2～3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，总量为0.02～0.2%（重量）的Nb和/或Ta，0.02～0.1%（重量）的N，上述的Mn和Ni之比（Mn/Ni）少于0.11，余量基本上是铁，具有完全的马氏体结构。
11、一种使用耐热钢制做燃气轮机的园筒形隔离室的方法，所述园筒形隔离室的用方式是用螺栓通过所述的隔离室把多个涡轮机叶轮和多个压缩机叶轮连接在一起，其特征在于所述的耐热钢内含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3%（重量）的Mo，2～3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，总量为0.02～0.2%（重量）的Nb和/或Ta，0.02～0.1%（重量）的N，以及至少一种选自下组的元素：少于1%（重量）的W，少于0.5%（重量）的Co，少于0.5%（重量）的Cu，少于0.01%（重量）的B，少于0.5%（重量）的Ti，少于0.3%（重量）的Al，少于0.1%（重量）的Zr，少于0.1%（重量）的Hf，少于0.01%（重量）的Ca，少于0.01%（重量）的Mg，少于0.01%（重量）的Y和少于0.01%（重量）的稀土元素，所述的Mn和Ni的比（Mn/Ni）少于0.11，余量基本上是铁，具有完全的马氏体结构。
12、一种使用耐热钢做燃气轮机压缩机叶轮的方法，叶轮的外园周部分有多个凹槽，其中嵌入叶片，叶轮外园周侧有多透孔以便装上螺栓来连接所述的多个叶轮，叶轮的中部和所述透孔的部分最厚，其特征在于至少是处于高温气体侧的最终级压缩机叶轮是用马氏耐热钢制做的，它的450℃，105-h蠕变断裂强度大于50kg/mm2，在500℃加热103小时后25℃的V型缺口摆锤式冲击值大于5kg-m/cm2，具有完全的回火马氏体结构。
13、一种使用耐热钢做燃气轮机压缩机叶轮的方法，叶轮的外园周部分有多个凹槽，其中嵌入叶片，在其外园周侧有多个透孔以便装上螺栓来连接所述的多个叶轮，叶轮的中部和有所述透孔的部分最厚，其特征在于至少处于高温气体侧的最终级的压缩机叶轮是用所述耐热钢制做的，钢中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3%（重量）的Mo，2～3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，总量为0.02至0.2%（重量）的Nb和/或Ta，0.02～0.1%（重量）的N，上述的Mn和Ni之比（Mn/Ni）少于0.11，余量基本上是铁，具有完全的马氏体结构。
14、一种使用耐热钢做燃气轮机压缩机叶轮的方法，叶轮的外园周部分有多个的凹槽，其中嵌入叶片，叶轮的外园周部分有多个透孔，以便装上螺栓来连接所述的多个叶轮，叶轮的中部和有所述孔的部分最厚，其特征在于至少处于高温气体侧的最终级的压缩机叶轮是用所述耐热钢制造的，钢中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3%（重量）的Mo，2～3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，总量为0.02～0.2%（重量）的Nb和/或Ta，0.02～0.1%（重量）的N，以及至少一种选自下组的元素：少于1%（重量）的W，少于0.5%（重量）的Co，少于0.5%（重量）的Cu，少于0.01%（重量）的B，少于0.5%（重量）的Ti，少于0.3%（重量）的Al，少于0.1%（重量）的Zr，少于0.1%（重量）的Hf，少于0.01%（重量）的Ca，少于0.01%（重量）的Mg，少于0.01%（重量）的Y和少于0.01%（重量）的稀土元素，上述的Mn和Ni之比（Mn/Ni）少于0.11，余量基本上是铁，具有完全的回火马氏体结构。
15、一种用耐热钢做燃气轮机组合螺栓的方法，所述螺栓是分别用来连接多个涡轮机叶轮和压缩机叶轮的，其特征在于所述的组合螺栓组中最少有一个是用马氏体耐热钢制造的，钢的450℃，105-h蠕变断裂强度大于50kg/mm2，25℃的V型缺口摆锤式冲击值大于5kg-m/cm2，具有全部回火马氏体结构。
16、一种用耐热钢制做燃气轮机的方法，所述燃气轮机包括：
一个涡轮机端轴;
多个涡轮机叶轮，这些叶轮是用涡轮机组合螺栓连接到所述的涡轮机端轴上，叶轮之间有一个或几个定位片;
嵌入各个所述的涡轮机叶轮上的涡轮机叶片;
用所述的涡轮机组合螺栓连接到所述的涡轮机叶轮上的一个隔离室;
用压缩机组合螺栓连接到所述的隔离室的多个压缩机叶轮;
嵌入各个所述的压缩机叶轮上的压缩机叶片;和
与所述的压缩机的第一级叶轮相组合的一个压缩机端轴;
其特征在于至少所述的涡轮机叶轮都各是用马氏体耐热钢制成的，钢的450℃，105-h蠕变断裂强度大于50kg/mm2，在500℃加热103小时后的V型缺口摆锤式冲击值大于5kg-m/cm2，并且具有完全的回火马氏体结构。
17、一种燃气轮机，它包括以下部分：
一个涡轮机端轴;
多个涡轮机叶轮，它们是用涡轮机组合螺栓和所述的涡轮机端轴相连接，叶轮之间有一个或几个定位片;
嵌入每个所述的涡轮机叶轮上的涡轮机叶片;
用所述的涡轮机组合螺栓连接到所述的涡轮机叶轮上的一个隔离室;
用压缩机组合螺栓连接到所述的隔离室的多个压缩机叶轮;
嵌入每个所述的压缩机叶轮上的压缩机叶片;和
和所述的压缩机的第一级叶轮相组合的一个压缩机端轴;
其特征在于至少所述的涡轮机叶轮都各是用马氏体钢制造的，钢的450℃，105-h蠕变断裂强度大于50kg/mm2，在500℃加热103小时后的V型缺口摆锤式冲击值大于5kg-m/cm2，并且全部具有回火马氏体的结构，所说的各个涡轮机叶轮间的空隙（1）和叶轮外径（D）之比（1/D）是0.15至0.25。
18、按照权利要求17的燃气轮机，其中所述压缩机叶轮的最终一级的刚性比前级叶轮大。
19、按照权利要求17的燃气轮机，其中所述的涡轮机组合螺栓，所述的隔离室，所述的涡轮机定位片中的至少一种，以及至少从最终级到中间级的压缩机叶轮和压缩机组合螺栓用马氏体钢制造的。
20、一种按照权利要求19的燃气轮机，其中所述的马氏体钢含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于1.5%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3.5%（重量）的Mo，少于3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，总量为0.02～0.2%（重量）的Nb和/或Ta，0.02～0.1%（重量）的N，余量基本上是铁和不可避免的杂质。
21、按照权利要求20的燃气轮机，其中所述马氏体钢的450℃，105-h蠕变断裂强度大于50kg/mm2和V型缺口摆锤式冲击值大于5kg-m/cm2。
22、按照权利要求17至21中的任一种燃气轮机，其中所述的涡轮机端轴是用Cr-Mo-V钢制成，钢中含有0.2～0.4%（重量）的C，0.5～1.5%（重量）的Mn，0.1～0.5%（重量）的Si，0.5～1.5%（重量）的Cr，少于0.5%（重量）的Ni，1.0～2.0%（重量）的Mo，0.1～0.3%（重量）的V，余量基本上是铁和不可避免的杂质。
23、按照权利要求17至21中的任一种燃气轮机，其中所述的涡轮机定位片是用耐热钢组成，钢中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于1%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3%（重量）的Mo，少于3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，0.02～0.2%（重量）的Nb，0.02～0.1%（重量）的N，余量基本上是铁和不可避免的杂质。
24、按照权利要求17至21中的任一种燃气轮机，其中所述的涡轮机组合螺栓分别用耐热钢制造，钢中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于1%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3.0%（重量）的Mo，少于3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，0.02～0.2%（重量）的Nb，0.02～0.1%（重量）的N，余量基本上是铁和不可避免的杂质。
25、按照权利要求17至21中的任一种燃气轮机，其中所述的涡轮机隔离室用耐热钢制造，其中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于1%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3.0%（重量）的Mo，少于3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，0.02～0.2%（重量）的Nb，0.02～0.1%（重量）的N，余量基本上是铁和不可避免的杂质。
26、一种按照权利要求17至21中的任何一种的燃气轮机，其中的压缩机组合螺栓分别用耐热钢制造，钢中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于1%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3.0%（重量）的Mo，少于3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，0.02～0.2%（重量）的Nb，0.02～0.1%（重量）的N，余量基本上是铁和不可避免的杂质。
27、按照权利要求17至21中的任何一种燃气轮机，其中所说的压缩机叶片分别用马氏体钢制造;钢中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于1%（重量）的Mn，10～13%（重量）的Cr，余量基本上是铁和不可避免的杂质。
28、按照权利要求17至21中的任何一种燃气轮机，其中所说的从流动气体进口侧的第一级至中间各级的压缩机叶轮是用Ni-Cr-Mo-V钢制造，钢中含有0.15～0.30%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，1～2%（重量）的铬，2.0～4.0%（重量）的Ni，0.5～1.0%（重量）的Mo，0.05～0.2%（重量）的V，余量基本上是铁，其中所说的从中间级到出口侧的各级压缩机叶轮，至少除最后一级以外，分别用Cr-Mo-V钢制造，钢中含有0.2～0.4%（重量）的C，0.1～0.5%（重量）的Si，0.5～1.5%（重量）的Mn，0.5～1.5%（重量）的Cr，小于0.5%（重量）的Ni，1.2～2.0%（重量）的No，0.1～0.3%（重量）的V，余量基本上是铁。
29、一种按照权利要求17至21中的任何一种燃气轮机，其中所述的压缩机端轴用Cr-Mo-V钢制造，钢中含有0.15～0.3%（重量）的C，少于0.6%（重量）的Mn，少于0.5%（重量）的Si，2.0～4.0%（重量）的Ni，1～2%（重量）的Cr，0.5～1%（重量）的Mo，0.05～0.2%（重量）的V，余量基本上是铁和不可避免的杂质。
30、一种燃气轮机，包括下列部分：
一个涡轮机端轴;
多个涡轮机叶轮，用涡轮机组合螺栓连接到所述涡轮机的端轴上，它们之间有一个或几个定位片;
嵌入所述的各个涡轮机叶轮上的涡轮机叶片;
用涡轮机螺栓连接到所述的涡轮机叶轮上的一个隔离室;
用压缩机螺栓连接到所述的隔离室的多个压缩机叶轮;
嵌入各个所述的压缩机叶轮上的压缩机叶片;和
与所述的压缩机的第一级叶轮组合的压缩机端轴;
其特征在于至少所述涡轮机叶轮是分别由耐热钢制造的，钢中含有0.05至0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3%（重量）的Mo，2～3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，总量为0.02～0.2%（重量）的Nb和/或Ta，0.02～0.1%（重量）的N，上述的Mn和Ni之比（Mn/Ni）少于0.11，余量基本上是铁，具有完全的回火马氏体结构。
31、一种燃气轮机，包括以下部分：
一个涡轮机端轴;
多个涡轮机叶轮，它们用涡轮机组合螺栓连接到所述涡轮机的端轴上，它们之间有一个或几个定位片;
嵌入所述的涡轮机叶轮上的涡轮机叶片;
一个隔离室，它用所述的涡轮机组合螺栓连接到所述的涡轮机叶轮上;
多个的压缩机叶轮，它们用压缩机组合螺栓连接到所述的隔离室;
嵌入各个所述的压缩机叶轮上的压缩机叶片;
与所述压缩机的第一级叶轮组合的压缩机端轴;
其特征在于至少所述涡轮机叶轮是分别由耐热钢制造的，钢中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3%（重量）的Mo，2～3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，总量为0.02～0.2%（重量）的Nb和/或Ta，0.02～0.1%（重量）的N，以及至少一种选自下列种类的元素：少于1%（重量）的W，少于0.5%（重量）的Co，少于0.5%（重量）的Cu，少于0.01%（重量）的B，少于0.5%（重量）的Ti，少于0.3%（重量）的Al，少于0.1%（重量）的Zr，少于0.1%（重量）的Hf，少于0.01%（重量）的Ca，少于0.01%（重量）的Mg，少于0.01%（重量）的Y，和少于0.01%（重量）的稀土元素，上述的Mn与Ni之比（Mn/Ni）少于0.11，余量基本上是铁，具有完全的回火马氏体结构。
32、按照权利要求17至21中的任何一种燃气轮机，其中所述的涡轮机叶轮，隔离室，和至少所述用作最终一级的在高温侧的压缩机叶轮都分别是用马氏钢制造的，这种钢在450℃，105-h的蠕变断裂强度大于50kg/mm2，在500℃加热103小时后的V型缺口摆锤式冲击值大于5kg-m/cm2，并且具有完全的回火马氏体结构。
33、按照权利要求32的燃气轮机，其中所述的涡轮机叶轮，隔离室和至少用作最终一级的在高温侧的压缩机叶轮都分别是用耐热钢制造，钢中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5～3%的Mo，2～3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，总量为0.02～0.2%（重量）的Nb和/或Ta，0.02～0.1%（重量）的N，上述的Mn和Ni之比（Mn/Ni）少于0.11，余量基本上是铁，并且具有完全的回火马氏体结构。
34、按照权利要求32的燃气轮机，其中所述的涡轮机叶轮，隔离室，和至少用作所述最后一级叶轮的在高温侧的压缩机叶轮都分别是用耐热钢制造，钢中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，8～13%（重量）的Cr，1.5至3%（重量）的Mo，2～3%（重量）的Ni，0.05～0.3%（重量）的V，总量为0.02～0.2%（重量）的Nb和/或Ta，0.02至0.1%（重量）的N，以及至少一种选自下列种类的元素：少于1%（重量）的W，少于0.5%（重量）的Co，少于0.5%（重量）的Cu，少于0.01%（重量）的B，少于0.5%（重量）的Ti，少于0.3%（重量）的Al，少于0.1%（重量）的Zr，少于0.1%（重量）的Hf，少于0.01%（重量）的Ca，少于0.01%（重量）的Mg，少于0.01%（重量）的Y和少于0.01%（重量）的稀土元素，上述的Mn与Ni之比（Mn/Ni）少于0.11，余量基本上是铁，具有完全的回火马氏体结构。
35、按照权利要求17至21中的任何一种燃气轮机，其中所述的涡轮机组合螺栓，所述的定位片，所述的涡轮机叶轮，所述的隔离室，所述的压缩机组合螺栓和所述的用作最终一级的在高温一侧的压缩机叶轮都分别是用马氏体钢制造，钢的450℃，105-h蠕变断裂强度大于50kg/mm2，在500℃加热103小时后的25℃，V型缺口摆锤式冲击值大于5kg-m/cm2，具有完全的回火马氏体结构。
36、按照权利要求17至35中的任何一种的燃气轮机，它包括下列部分：
所述的涡轮机端轴;
所述的多个涡轮机叶轮，它们用涡轮机组合螺栓连接到所述涡轮机端轴上，叶轮间有所述的一个或几个定位片;
嵌入每个所述的涡轮机叶轮上的所述的涡轮机叶片;
一个环形护罩，它与所述涡轮机叶片的外周端形成滑动接触;
多个燃烧室，每室有一个涡轮机喷嘴以便把高温气体引向所述的涡轮机片，使它旋转，每室还有一个园筒体以便产生所述的高温气体;
用所述的涡轮机组合螺栓与所述涡轮机叶轮相连接的所述隔离室;
用所述压缩机组合螺栓与所述隔离室相连接的所述多个压缩机叶轮;
嵌入各个所述的压缩机叶轮上的所述压缩机叶片;和
与所述的第一级压缩机叶轮相组合的所述压缩机端轴;
其特征在于与所述第一级涡轮机叶片相应位置的所述护罩用镍基合金制造，其中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于2%（重量）的Si，少于2%（重量）的Mn，17至27%（重量）的Cr，少于5%（重量）的Co，5至15%（重量）的Mo，10至30%（重量）的Fe，少于5%（重量）的钨，少于0.02%（重量）的B，余量基本上是Ni，并且是完全的奥氏体结构，与其他各级的涡轮机叶片相应位置的护罩用铁基铸造合金制造，其中含有0.3～0.6%（重量）的碳，少于2%（重量）的Si，少于2%（重量）的Mn，20～27%（重量）的Cr，20～30%（重量）的Ni，0.1～0.5%（重量）的Nb，0.1～0.5%（重量）的Ti，余量基本上是铁。
37、按照权利要求17至36中的任何一种燃气轮机，它包括下列部分：
所述的涡轮机端轴;
所述的多个涡轮机叶轮，它们是用涡轮机组合螺栓连接到所述涡轮机端轴上，叶轮间有一个或几个定位片;
嵌入每个所述涡轮机叶轮上的所述的涡轮机叶片;
所述的多个燃烧室，每室有一个所述的涡轮机喷嘴，以便把高温气体引向涡轮机叶片使它旋转，每室还有一个用于固定所述涡轮机喷嘴的隔板和一个产生所述高温气体的所述的园筒体;
用所述涡轮机组合螺栓和所述涡轮机叶轮机叶轮相连接的所述隔离室;
用所述的压缩机组合螺栓和所述的隔离室相连接的所述多个压缩机叶轮;
嵌入每个所述的压缩机叶轮上的所述的压缩机叶片;和
与所述压缩机的第一级叶轮相组合的所述的压缩机端轴;
其特征在于位于第一级涡轮机叶片部分的把高温气体引向所述第一级涡轮机叶片的隔板是用镍铬钢制造，其中含有少于0.05%（重量）的C，少于1%（重量）的Si，少于2%（重量）的Mn，16～22%（重量）的Cr，8～15%（重量）的Ni，余量基本上是铁。
38、按照权利要求17至37中的任何一种燃气轮机，包括下列部分：
所述的涡轮机端轴;
所述的多个涡轮机叶轮，它们用所述的涡轮机组合螺栓连接到所述涡轮机端轴上，其间有一个或几个所述的定位片;
嵌入每个所述的涡轮机叶轮上的所述的涡轮机叶片;
所述的多个燃烧室，每室有所述的涡轮机喷嘴，以便把高温气体引向所述涡轮机叶片并使它旋转，还有一个所述的园筒体以产生所述的高温气体;
用所述的涡轮机组合螺栓和所述的涡轮机叶轮相连接的所述的隔室;
用所述压缩机组合螺栓和所述隔离室相连接的所述的多个压缩机叶轮;
嵌入每个所述的压缩机叶轮上的所述的压缩机叶片;
一个压缩机喷嘴，以便把空气引向所述的压缩机叶片上;和
与所述的压缩机的第一级叶轮相组合的所述的压缩机端轴;
其特征在于所述的压缩机喷嘴用马氏体钢制造，其中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于1%（重量）的Mn，10～30%（重量）的Cr，或还有少于0.5%（重量）的Ni，和少于0.5%（重量）的Mo，余量基本上是铁;
所述的位于低温区的压缩机叶轮包括所述第一级在内是分别用Ni-Cr-Mo-V钢制造的，其中含有0.15～0.3%（重量）的C，少于0.5%（重量）的Si，少于0.6%（重量）的Mn，1～2%（重量）的Cr，2～4%（重量）的Ni，0.5～1%（重量）的Mo，0.05～0.2%（重量）的V，余量基本上是铁;和
所述的位于高温侧的其余的压缩机叶轮分别用Cr-Mo-V钢制造，其中含有0.2～0.4%（重量）的C，0.1～0.5%（重量）的Si，0.5至1.5%（重量）的Mn，0.5～1.5%（重量）的Cr，少于0.5%（重量）的Ni，1～2%（重量）的Mo，0.1～0.3%（重量）的V，余量基本上是铁。
39、按照权利要求17至38中的任何一种燃气轮机，包括下列部分：
所述的涡轮机端轴;
所述的多个涡轮机叶轮，用所述的涡轮机组合螺栓连接到所述涡轮机端轴上，其间有一个或几个定位片;
嵌入每个所述的涡轮机叶轮上的所述的涡轮机叶片;
所述的多个燃烧室，每室有所述的涡轮机喷嘴，以便把高温气体引向所述涡轮机叶片使它旋转，还有一个所述的园筒体以产生所述的高温气体;
所述的隔离室，用所述涡轮机的组合螺栓连接到所述涡轮机叶轮上;
所述的多个压缩机叶轮，用所述的压缩机组合螺栓连接到所述的隔离室上;
嵌入每个所述的压缩机叶轮上的所述的压缩机叶片;和
所述的压缩机端轴，和压缩机叶轮的第一级叶轮相组合;
其特征是所述涡轮机叶片分别用镍基铸造合金制造，其中含有0.07～0.25%（重量）的C，少于1%（重量）的Si，少于1%（重量）的Mn，12～20%（重量）的Cr，5～15%（重量）的Co，1～5%（重量）的Mo，1～5%（重量）的W，0.005～0.03%（重量）的B，2～7%（重量）的Ti，3～7%（重量）的Al，至少有一种选自以下种类的元素;少于1.5%（重量）的Nb，0.01～0.5%（重量）的Zr，0.01～0.5%（重量）的Hf，和0.01～0.5%（重量）的V，余量基本上是镍，并且有r′和r″相;
所述的涡轮机喷嘴用下述两种钴基铸造合金中的一种制造：一种含有0.20～0.6%（重量）的C，少于2%（重量）的Si，少于2%（重量）的Mn，25～35%（重量）的Cr，5～15%（重量）的Ni，3～10%（重量）的W，0.003～0.03%（重量）的B，余量基本上是铁，具有包含共晶碳化物和次生碳化物的奥氏体基体;另一种的钴基铸造合金除上述组成外，还含有至少一种选自下述种类的元素：0.1～0.3%（重量）的Ti，0.1～0.5%（重量）的Nb，和0.1～0.3%（重量）的Zr，并且具有包含共晶碳化物和次生碳化物的奥氏体基体;和
所述燃烧室是分别用镍基合金制造，其中含有0.05～0.2%（重量）的C，少于2%（重量）的Si，少于2%（重量）的Mn，20～25%（重量）的Cr，0.5～5%（重量）的Co，5～15%（重量）的Mo，10～30%（重量）的Fe，少于5%（重量）的W，少于0.02%（重量）的B，余量基本上是Ni，具有完全的奥氏体结构。
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