专利名称：用于铬钢表面处理的方法
技术领域：
本发明涉及材料,领域。其涉及一种用于铁素術马氏体的9-12%1&^和 高合金化的奥氏体铬钢的表面处理的方法，这，材主要被用来生产在蒸汽发 电站中使用的构件。这些钢材被暴露在高温下(通常600'C至650'C),因iit^、 须防止由氧化和随之而来的剥落弓胞的退化，也即质量损失。
背景技术：
由现有技术公知，尤其是用铬髙合金化的奥氏体钢用于发电站的过，管 和中间过热器管。由奥氏体钢公知，通滤面的冷成型，例如舰用碳素钢小 颗粒对钢表面高速轰击(-喷丸处理)，材料可获得改善的氧化行为。其原因在 于经如此处理的表面的马氏,变，其中产生大量晶界，这使f0在于钢中的 铬能够到达表面，并在那形成氧化铬，其防止该材料进一步的氧化(见于D. C邵l叫Co订.Science 6(1966)， 509以及Y Minami, NKK Tech. Rev 75(1966), 1 )。此外，含约9-12%铬的铁素#/马氏体钢是公知的，其主要用于管、阀和壳 体。对此，可例举出如，P92钢(化学组成(S*%): 0.12 C, 0.5 8.9 Cr, 0.4 Mo, 1.85 W, 0.2 V,其余为铁和不可避免的杂质)和E911钢(化学组成(重:1%): 0.11 C, 0.35 0.2 Si, 9.1 Cr, 1.01 Mo, 1.00 W， 0.23 V，其余为铁和不可避免的杂 质)。由于其化学组成，这些铁素W马氏体钢一般比奥氏体钢更不抗氧化，但其 在现代发电站中同样常需承受高达62(TC的高温。因此，为防止对此类钢材的有 害氧化，发展了特种涂层(A. AgUero， R. Muelas, Mat. Sci. Foim巻461(1994), 957)。这种涂层的缺点一方面在于贵，另一方面为不总是可靠。鄉加涂层时， 总需要一次或者甚至多次的热处理，这又Ji^费和耗时的，尤其是因为在发电 站建设中，必须热处理很大的构件。因此，长久以来，人们期望^f戈的，特别 是简单的可能方法来防自中铁素術马氏体钢的氧化。与奥氏体钢不同，由于其不同的组织结构，公知的喷丸^bW铁素依马氏 体钢没有上述的积极效果。然而，如果在置于高温和蒸汽负载前，此种钢材经受纯铬颗粒的喷丸处理 和随后在70(TC的热处理的话，由H. Haruyama^ H. Kutsumi， S. Kuroda^ F. Abe，Proc. of EPRI Conf ， (2004)， 659^667报道了对jtfcf糊材在蒸汽中抗氧化形有小的 增强。但后者缺点在于非常成本密集和就在发电站建设中所期望的组织结构而言是不合意的。发明内容本发明的任务在于，发展一种方法，其用于铁素傲马氏体的9-12%铬钢和 用铬高合金化的奥氏体钢的表面处理，通过该方法肖滩改变所述钢材表面的结 构，使得此钢材相对于各未处理的钢材获得在蒸汽中，在〗顿驗高于500'C， 尤其是在650'C时，大幅改善的氧化行为和提髙的固体微粒腐Wt性。此方法应 当财有利且简单易用，不需对元件附加的热鹏而导舰的鄉。本发明的核心在于，为提高抗氧化性和固体颗粒腐蚀抗性，在该用于所述 钢材的表面处理方法中，用铝颗粒或铝合金颗丰m所述钢材表面进行喷丸处理。本发明的优点在于，如果这些表面处理过的铁素#/马氏体9-12%铬钢以及 用铬高合金化的奥氏体钢在高温下被用于蒸汽环境时，如在高温蒸汽轮机的叶 片中常规的那些，它们展示出相对于各未处理的参比钢样改善的抗氧化性。它 们在同样的负载时间(Auslagerungszeit)情况下具有显著更少的增重。此外，本方法成本有利，因为其不需要在现有技术中必需的附加热处理步 骤也肖跑作用。本方法具有令人惊喜的效果，与在铁素体马氏体钢情况下无效的冷作硬化 工艺明显不同的工艺在材料表面起作用。 一种可能性为，铝颗粒被^A表面或 表面发生微合金化，因而产生抗氧化的防护作用。在根据本发明的方法处理的奥氏体铬钢中，由于表面的奥氏体结构向马氏 体结构转变，除刚才描述的作用外还有冷作硬化工艺的某种公知的效果，因铝 颗粒的5體较低，这种作用也只会较小。特别有利的是，此种用铝颗粒或铝合金颗粒喷丸鹏过的钢材随后在另外 的方法步骤中对表面精细地平整，其中表面粗糙度应调整至0.5nm，尤其 <0.3拜。由此得到的是，由所述钢材制成的蒸，机叶片會辦在高于50(TC的 总体运行温度期间保持高的抗氧化性和固体颗粒腐蚀抗性。
附图中示出了一个本发明的工作实施例。其中 图l:按照本发明处理(用铝合，粒喷丸处理)的铁素体的n.5^l&^在650'C/蒸汽中的氧化行为，与按照现有技术处理(用钢颗粒喷丸处理)的铁素体的11.5 %^的氧化行为进行对比；图2:按照本发明处理的奥氏体18.8-1^|钢在650'C/蒸汽中的氧化行为与喷丸 颗粒材料种类的关系。
具体实施方式
以下根据实施例和图1至2进一步阐明本发明。按照本发明处理了一种铁素体铬钢，其具有如下化学组成(重1%数据)0.2 C 0.5 Mn 0.28 Si 11.6 Cr 0.8 Mo 0.7 Ni 0.27 V其余为铁和不可避免的杂质。在此实施例中，上述钢材用铝合金颗粒(粒径 200 400nm)喷丸处理。铝合金的硬度为90至120HV0.2，其具有如下化学组 成5.5 7% Cu<l%Fe〉1.6Q/0Si《1.5%Zn《0.15 Ti 《0.2 Ni 《0.3 Mn 《0.15 Pb 幼.l Sn。钢表面用上ii^粒喷丸5併中，其中压力约为6 bar,喷嘴与表面角度为 80-85°。有利的是，随后的材料的热处理不是必需的。因此，按照本发明的方法成 本有利且简单易用。图1为一种按照本发明处理的，即用铝合金颗粒喷丸处理的，铁素体的11.5 X铬钢在650'C/蒸汽中的氧化行为，与用钢颗粒喷丸M的铁素体的11.5%备 钢的氧化行为对比。按照本发明MI的钢表现出显著改善的氧化行为。由图1清楚地看出，在 整个测量时间中，按照本发明处理的材料的增重显著小于参比钢材，后者由钢 颗粒喷丸处理。例如在负载时间约500小时后，参比钢材的增重比按照本发明 处理的具有同样组成的钢材的两倍还多。本方法具有令人惊喜的，，与在铁素体马氏体钢情况下无效的冷作硬化 工艺不同的机理明显地起效，所述冷作硬化工艺i!31用钢球对材料表面喷丸处 理。 一种可能性为，铝合金颗粒被^A钢表面或在表面发生微合金化，因而产 生抗氧化的防护作用。本方法的另一积极效果与蒸n^机的效率相关。为保证蒸m&机的高空气动力学效率，其叶片最初就被生产为具有非常精细的表面(最终粗糙度为0.3 拜)。这种低的粗糙度水平(Rauhigkeitsniveau)必须在叶片长期的工作寿命中 保持。然而，在工作时，材料表面或是因5顿(氧化物)颗粒的碰撞和冲击变 得粗糙，这些颗粒是从叶片上游的元件表面剥落，或是在高温蒸汽环境中叶片 表面的氧化自身致使氧化物从表面剥落，并因g成其表面极度的粗糙化。因 此，有利的是，根据权利要求1的战方法应当用用于平整表面的后续步骤， 尤其Jiil过抛光，补充。现已提出，有利的是，M在权利要求1中描述的表面M方法之后的， 将表面平整至粗f敏小于0.5拜，雌小于0.3 nm的鹏，钢的氧化行为被进 一步改善，其固体颗粒腐Wl性也可得以提升。图2显示了一种按照本发明处理的奥氏体^H钢在650'C/蒸汽中的氧化行 为与使用的喷 粒材料种类的关系。此处钢材是具有如下的化学组成(重量 的钢1.4571:最高为0.08 C 最高为1.00Si 最高为2.00 Mn 最髙为0.0045 P 最高为0.030 S16.5 18.5Cr2.(K2.5Mo10.5 13.5NiC的5倍Ti (即，Ti最髙为0.4) 其余为Fe。此种钢样经奥氏体18.8铬镍钢颗粒、未合金化的具有贝氏侬马氏体结构的 碳素钢(铸钢)颗粒、铝合金颗粒和陶瓷材料颗#锁行喷丸处理，随后在经过 约2700小时之后暴驗65(TC高温蒸汽中。对于钢颗粒或铝合金颗粒，压力约 为6 bar，对于陶娜粒，压力约为3 bar。喷嘴与表面的角度始终设置为8(K85°。喷 粒的化学组成如下(重量％数据)1.未合金化的碳素钢-0.14^0.18 C, 0.65~0.85 Si， 035~0.55 Mn^ O.015 S， <0.015 P,其余为Fe。2.18.8铬翻0.22C，〈.6Si^〈1.80Mn^约18Cr，约10Ni，其余为Fe。超A么5.50~7.50 Cu^《1.50 Zn^《1.60 Si,《1.00 Fe,《0.15 Ti，《0.20 Ni，《0.30 Mn， 《0.20 Mg，《0.15 Pb,《0.10 Sn^其余为Al。4.陶繊立67 ZtOz，31 Si02，2AI203。用碳素钢颗粒喷丸处理的钢材在^ 过程中表现出最大的增重，即最 差的氧化行为，而用铝合金颗粒喷丸处理的钢材具有最好的性能，即最少的增 重。用陶瓷材料颗粒或18.8铬镍钢颗纟^行喷丸处理的，具有差不多相同的 增重，并恰处于，两者之间。按照本发明的方法尤其适用于构件，例如由铁素#/马氏体9-12 ，制备的 叶片，或由奥氏体麟钢制备的叶片，这些叶片鄉气轮机和蒸汽轮机中暴露 在高于550'C的、温变之中。自然地，本发明不仅限于描述的实施例。既可改变材料也可顿加工参数。
权利要求
1.用于铁素体/马氏体9-12％铬钢以及高合金化的奥氏体铬钢的表面处理的方法，目的在于获得在蒸汽中在使用温度高于500℃，尤其是在650℃情况下改善的氧化行为和增强的固体微粒腐蚀抗性，其特征在于，钢表面用铝或铝合金颗粒喷丸处理。
2. 按照权利要求l的方法，其特征在于，随后表面被平整至粗糙度小于0.5 ,，^f^小于0.3pm。
3. 按照权利要求1或2的方法在涡轮机元件，尤其是涡轮机叶片中的用途。
全文摘要
本发明涉及用于铬钢表面处理的方法。具体地，本发明涉及一种方法，其用于铁素体/马氏体的9-12％铬钢以及奥氏体铬钢的表面处理，目的在于获得在蒸汽中，在使用温度高于500℃，尤其是大约650℃时，增强的抗氧化性和固体微粒腐蚀抗性。本方法的特征在于，钢表面使用铝颗粒或铝合金颗粒喷丸处理，其中可选择地在后续步骤中将钢表面平整至粗糙度＜0.5μm，优选＜0.3μm。随后的附加的热处理不是必需的，如此处理过的部件能够被用作为，例如，蒸汽轮机中的叶片。
文档编号B23P9/00GK101328532SQ20081014468
公开日2008年12月24日 申请日期2008年6月13日 优先权日2007年6月15日
发明者R·B·斯卡林, R·诺德勒, S·斯特劳布 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司