CS267963B1

CS267963B1 - A method of heat treating a turbine blade

Info

Publication number: CS267963B1
Application number: CS883189A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Ing Csc Jandos; Josef Ing Csc Drahy; Jiri Ing Csc Kriz
Original assignee: Jandos Frantisek; Josef Ing Csc Drahy; Jiri Ing Csc Kriz
Priority date: 1988-05-12
Filing date: 1988-05-12
Publication date: 1990-02-12
Also published as: CS318988A1

Abstract

Řešení se týká způsobu tepelného zpracováni turbinové lopatky posledních řad nízkotlakého rotoru parní turbiny. Tyto lopatky Jsou vystaveny největším korozním účinkům a značnému mechanickému namáhání. Lopatka je zhotovena z martenzitické chromové nebo chromniklové oceli s případnou přísadou dalších legujících prvků a tepelně zpracována kalením a popuštěním pod teplotou maximální sekundární tvrdosti použité oceli. Nízká popouštěcí teplota zaručuje vysokou úroveň statické i únavové pevnosti a zvýšenou odolnost proti korozi tím, že zachovává vysoký obBah chrómu v kovová matrici. Užití nízké popouštěcí teploty je vázáno na výběr ocelí, u nichž je záruka, že při vysoká pevnosti budou vykazovat také potřebnou úroveň plasticity.The solution concerns a method of heat treatment of turbine blades of the last rows of a low-pressure rotor of a steam turbine. These blades are exposed to the greatest corrosion effects and significant mechanical stress. The blade is made of martensitic chromium or chromium-nickel steel with possible addition of other alloying elements and heat treated by quenching and tempering below the temperature of the maximum secondary hardness of the steel used. The low tempering temperature guarantees a high level of static and fatigue strength and increased corrosion resistance by maintaining a high chromium content in the metal matrix. The use of a low tempering temperature is linked to the selection of steels, which are guaranteed to have the necessary level of plasticity at high strength.

Description

Vynález se týká způsobu tepelného zpracování turbinové lopatky se zvýšenou únavovou pevností a odolností proti korozi, která je určena pro použití do teplot 20C °C. Vynález spadá do oboru konstrukce parních turbin.The present invention relates to a method of heat treating a turbine blade with increased fatigue strength and corrosion resistance, which is intended for use up to temperatures of 20 ° C. The invention belongs to the field of steam turbine construction.

Doposud se ocelové lopatky parních turbin vystavené teplotám do 200 °C vyrábějí z chromových nebo chromoniklových martenzitických ocelí, které se tepelně zpracovávají kalením a popouštěním, přičemž teplota popouštění se vždy volí nad teplotou maxima sekundární tvrdosti. Za účelem dosažení vyšších pevnostních vlastností se potom legují dalšími prvky, například molybdenem, wolframem, niobem, titanem, mědí, křemíkem, přičemž popouštění se odehrává v širší teplotní oblasti, ve která jsou vlastnosti těchto vysokopevných ocelí na teplotě neobyčejně citlivě závislé. Tím je dosahování předepsaných vlastností obtížně reprodukovatelné a ocel je náchylná k bodové korozi, protože ta se rozvíjí kolem silfidických vměstkú při základní kovové hmotě značně ochuzené o chrom. Při popouštění na obvyklé teploty totiž dochází k objemové precipitaci karbidů chrómu Cr^Cg na úkor chrómu v kovové matrici.Hitherto, steel steam turbine blades exposed to temperatures up to 200 ° C are made of chromium or chromonickel martensitic steels, which are heat-treated by hardening and tempering, the tempering temperature always being chosen above the maximum secondary hardness temperature. In order to achieve higher strength properties, other elements are then alloyed, for example molybdenum, tungsten, niobium, titanium, copper, silicon, the tempering taking place over a wider temperature range in which the properties of these high-strength steels are extremely temperature sensitive. As a result, the achievement of the prescribed properties is difficult to reproduce and the steel is prone to pitting corrosion, as it develops around silphidic inclusions with a base metal mass considerably depleted of chromium. When tempering to the usual temperatures, chromium carbides Cr 2 Cg precipitate by volume at the expense of chromium in the metal matrix.

Uvedené nevýhody doposud známých řešení se odstraní způsobem tepelného zpracování turbinové lopatky pro použití do teploty 200 °C se zvýšenou únavovou pevností a odolností proti korozi, která je zhotovena z kalené a popuštěné martenzitické oceli s obsahem 0,01 % až 0,1 % uhlíku; 0,05 % až 2 % manganu; 0 % až 4 % křemíku; 0,05 % až 0,025 % fosforu; 0,001 % až 0,025 % síry; 11 % až 15 % chrómu; 0 % až 8 % niklu; 0 % až 2 % molybdenu; 0 % až 4 % wolframu; 0 % až 2 % niobu; 0 % až 2 % titanu; 0 % až 4 % mědi podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se popuštění lopatky provádí po dobu 1 hod až 100 hod v teplotním rozmezí, jehož spodní hranice je definována skutečnou provozní teplotou lopatky plus 50 °C a horní hranice je definována teplotou, při které použitá ocel dosahuje maxima sekundární tvrdosti.Said disadvantages of the hitherto known solutions are eliminated by the method of heat treatment of a turbine blade for use up to a temperature of 200 ° C with increased fatigue strength and corrosion resistance, which is made of hardened and tempered martensitic steel containing 0.01% to 0.1% carbon; 0.05% to 2% manganese; 0% to 4% silicon; 0.05% to 0.025% phosphorus; 0.001% to 0.025% sulfur; 11% to 15% chromium; 0% to 8% nickel; 0% to 2% molybdenum; 0% to 4% tungsten; 0% to 2% niobium; 0% to 2% titanium; 0% to 4% of copper according to the invention, the essence of which consists in that the blade is tempered for 1 hour to 100 hours in a temperature range whose lower limit is defined by the actual operating temperature of the blade plus 50 ° C and the upper limit is defined by the temperature , in which the steel used reaches the maximum secondary hardness.

Výhody způsobu tepelného zpracování turbinové lopatky podle vynálezu spočívají v dosažení vysoké pevnosti při vysoké lomové houževnatosti, a tím vysoké únavové pevnosti, přičemž pevnostní vlastnosti i při použití pouze prostých chromniklových ocelí, které mají výhodné technologické vlastnosti, jsou na úrovní obtížněji zpracovatelných komplexně legovaných ocelí. Další výhodou je zvýšená odolnost lopatky proti korozi, která podstatně předčí všechny turbinové lopatky z dosud vyráběných ocelí a tepelně zpracovávaných obvyklým způsobem. Zvýšený obsah chrómu v základní kovové hmotě zpomaluje proces koroze a prodlužuje dobu vzniku korozního pittingu, který se rozvíjí kolem sulfidických vměstků. Protože korozní pitting je zárodečným místem rozvoje trhlin účinkem napěťové koroze nebo únavy, dosahuje se tak zvýšení životnosti lopatky.The advantages of the heat treatment method of the turbine blade according to the invention lie in achieving high strength at high fracture toughness and thus high fatigue strength, the strength properties even at the level of more difficult to process complex alloy steels. Another advantage is the increased corrosion resistance of the blade, which significantly exceeds all turbine blades made of steels produced so far and heat-treated in the usual way. The increased chromium content in the base metal slows down the corrosion process and prolongs the time of corrosion pitting, which develops around sulfide inclusions. Because corrosion pitting is the germinal site of crack development due to stress corrosion or fatigue, blade life is increased.

Příklad 1Example 1

Řešení podle vynálezu bylo použito na turbinové lopatce předposlední řady nízkotlakého rotoru parní turbiny 200 MW, zhotovené z oceli o chemickém složení: 0,04 % uhlíku; 12,3 % chrómu; 6,5 % niklu; 0,10 % manganu; 0,007 % fosforu; 0,002 % síry tepelně zpracované kalením z teploty 980 °C na vzduch a popuštěné na teplotu 300 °C po dobu 16 hodin s ochlazením na vzduchu.The solution according to the invention was applied to the turbine blade of the penultimate series of the low-pressure rotor of a 200 MW steam turbine, made of steel with the chemical composition: 0.04% carbon; 12.3% chromium; 6.5% nickel; 0.10% manganese; 0.007% phosphorus; 0.002% of sulfur heat treated by quenching from 980 ° C to air and tempered at 300 ° C for 16 hours with air cooling.

Uvedeným zpracováním nabyla ocel meze pevnosti.—1 200 MPa, meze kluzu Rp0,2~l 000 MPa, tažnosti Ax^l5 %, kontrakce Z/v^55 % a vrubové hoževnatosti KCU 2z\-z80 Jem a více než dvojnásobné odolnosti proti bodové korozi ve srovnání s lopatkami současného provedení.By this treatment, the steel acquired yield strengths of 1,200 MPa, yield strength Rp0.2-1,000 MPa, ductility Ax ^ 15%, contraction Z / v ^ 55% and notched toughness KCU 2z \ -z80 Jem and more than twice the resistance to pitting corrosion compared to the blades of the current design.

CS 267 963 BlCS 267 963 Bl

Příklad 2Example 2

Řešení podle vynálezu bylo použito na turbinové lopatce z oceli o chemickém složení uvedeném v příkladu 1, která byla tepelně zpracována kalením z 9Θ0 °C na vzduch a popuštěním na teplotu 200 °C po dobu 96 hodin. Tímto zpracováním ocel lopatky nabývá meze pevnosti ^1 220 MPa, meze kluzu Rp0,2/vl 050 MPa, tažnosti Az»14 %, kon-2 · trakce Z /^55 % a vrubové houževnatosti KCU2/vz80 Jcm , přičemž lopatka má více než dvojnásobnou odolnost proti bodové korozi ve srovnání s lopatkami současného provedení .The solution according to the invention was applied to a steel turbine blade of the chemical composition given in Example 1, which was heat-treated by hardening from 9-0 ° C to air and tempering at 200 ° C for 96 hours. By this treatment, the blade steel acquires a strength limit of 1 1,220 MPa, a yield strength Rp0.2 / vl 050 MPa, an elongation Az 14 14%, a contraction Z ^ 55 55% and a notched toughness KCU2 / vz80 Jcm, the blade having more than twice the resistance to pitting corrosion compared to the blades of the current design.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Method of heat treatment of a turbine blade for use up to a temperature of 200 ° C with increased fatigue strength and corrosion resistance, which is made of hardened and tempered martensitic steel containing 0.01% to 0.1% carbon, 0.05% to 2% manganese;

0% to 4% silicon; 0.05% to 0.025% phosphorus; 0.001% to 0.025% sulfur; 11% to 15% chromium; 0% to 8% nickel; 0% to 2% molybdenum; 0% to 4% tungsten; 0% to 2% niobium; 0 Ϊ to? % titanium; 0% to 4% copper, characterized in that the tempering is carried out for 1 hour to 100 hours in a temperature range whose lower limit is defined by the actual operating temperature of the blade plus 50 ° C and the upper limit is defined by the temperature at which the steel used reaches maximum secondary hardness.