一种耐高温汽轮机叶片及其生产工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种耐高温汽轮机叶片，该汽轮叶片的重量百分比化学成分为：C：0.19-0.21%，Mn：0.55-0.57%，Si：0.20-0.22%，Al：0.38-0.40%，V：0.30-0.32%，Ti：0.40-0.42%，Ni：0.12-0.14%，Sn：0.06-0.08%，Zr：0.25-0.27%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，镧系稀土：0.20-0.22%，余量为Fe；本发明还设计了改汽轮机叶片的生产工艺，改生产工艺简单，成本的，大幅度提高叶片的冲击韧度，提高了叶片的耐高温性，氮化表面处理提高叶片的使用寿命。
【专利说明】一种耐高温汽轮机叶片及其生产工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种汽轮机叶片及其生产工艺，具体的说是一种耐高温汽轮机叶片及 其生产工艺。
【背景技术】
[0002] 汽轮机是火力发电厂的三大主机之一，它担负着把热能转化为机械能的主要任 务，它的运行情况直接影响着热机的效率和机组的安全。
[0003] 汽轮机是一种旋转式的流体动力机械，它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机 械能的作用，而叶片是汽轮机的关键零件，又是最精密、最重要的零件之一。汽轮机叶片的 工作环境复杂多变，它在极苛刻的条件下承受高温、高压、巨大的离心力、蒸汽力、蒸汽激振 力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的共同作用。在高温下金属的汽轮机叶片的机械性 能会有明显的下降，主要表现在材料的抗拉、抗扭、抗疲劳等强度的性能下降，然而当叶片 长时间处于在高温之下，叶片内部的组织结构会发生变化，造成晶间空洞的生长、聚合，产 生高温蠕变破坏。长时间高温条件下的蠕变失效是金属材料典型的高温强度问题。蠕变是 长时间持续高温下部件发生永久变形失去功能以至最终发生断裂。此外，汽轮机运行过程 中承受多次启停以及输出负荷的大幅度变化，蒸汽温度的周期性强烈变化，会造成金属材 料的低周疲劳，导致失效。蠕变和低周疲劳都影响部件寿命，而且两者存在非线性耦合。
[0004] 此外，叶片不仅数量多，而且形状复杂，加工要求严格。叶片的加工工作量很大，约 占汽轮机、燃气轮机总加工量的四分之一到三分之一。叶片的加工质量直接影响到机组的 运行效率和可靠行，而叶片的质量和寿命与叶片的加工方式有着密切的关系。所以，叶片的 加工方式对汽轮机的工作质量及生产经济性有很大的影响。随着科学技术的发展，叶片的 加工手段也是日新月异，先进的加工技术正在广泛采用。要满足不断提高的使用性能需求 仅仅依靠新型叶片材料的应用仍然很难满足，必须将各种热处理技术应用到汽轮机叶片的 制造当中才能达到对叶片具高效率、高精度和高寿命的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是如何使机械加工后叶片的内应力完全释放，避免后 序高温调质热处理产生变形或裂纹，从而提高其耐高温性能；如何使汽轮机叶片保证聚有 良好硬度、稳定性、延展性以及可加工性等优良性能；如何提高汽轮机叶片的使用寿命。
[0006] 本发明解决以上技术问题的技术方案是：
[0007] -种耐高温汽轮机叶片，该汽轮机叶片的重量百分比化学成分为：C: 0. 19-0. 21 %, Μη ：0. 55-0. 57 %, Si ：0. 2〇-〇. 22 %, A1 ：0. 38-0. 40 %, V ：0. 3〇-〇. 32 %, Ti ：0. 40-0. 42 %, Ni ：0. 12-0. 14 %, Sn ：0. 06-0. 08 %, Zr ：0. 25-0. 27 %, S ^ 0. 025 %, P 彡 0· 025%，Cu 彡 0· 20%，镧系稀土 ：0· 20-0. 22%，余量为 Fe ;
[0008] 镧系稀土组分质量百分比化学成分为：镧：15-17 %，铈：21-23 %，镨：20-22 %， 钕：18-20%，镝：13-15%，其余镧系元素：7-9%，以上镧系稀土各组分之和为100%。
[0009] 上述耐高温汽轮机叶片的生产工艺，按以下工序进行：制坯一锻造一热处理一叶 片机械加工一稳定化处理一调质热处理一冷却一表面氮化处理一后续检验入库，具体操作 如下：
[0010] (1)将所选的重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和冷却制成汽轮机叶片 坯料，用砂轮切割机对坯料进行切割，切割后在曲轴压力机上挤杆、锻头成形，得到汽轮机 叶片成形坯料；
[0011] 选择砂轮切割机效率高，避免出现热应力升高的危险，在再次加热锻造的时候不 会产生裂纹，在切割时采用水进行冷却，减少切割时摩擦热对坯料端面的影响，减少切割处 的热影响层的深度；
[0012] (2)锻造时先对锻模进行预热至182-184°C并采用模具石墨型润滑剂对锻模 进行润滑，采用预热并润滑后的锻模对步骤（1)中的成形坯料进行锻造，预锻温度为 706-708°C，终锻温度为811-813°C，得到汽轮机叶片半成品；
[0013] 采用石墨型润滑剂相比于现有技术中采用二硫化钥型的润滑剂具有更好的效果， 二硫化钥型在温度过高时润滑性能变坏，易氧化，而石墨的氧化分解温度比二硫化钥高，利 用润滑剂将坯料和模具隔离开来，由润滑剂形成液体摩擦，使坯料避免和模具表面发生直 接摩擦，减少变形抗力，防止锻件粘模；
[0014] (3)对步骤（2)中锻造后的得到的汽轮机叶片半成品进行热处理并对热处理后的 汽轮机叶片半成品进行机械加工；
[0015] 热处理的具体操作如下：
[0016] a退火：锻造后，在汽轮机叶片半成品炉热至750-760°C时保温9-11分钟，然后炉 冷却至260-265°C，随后打开炉门继续缓冷至150-160°C出炉空冷至室温；
[0017] b淬火：将步骤a中退火后的汽轮机叶片半成品缓慢炉热至450-455?并保温 0. 5-lh，再次炉热至550-555°C后用水喷淋汽轮机叶片半成品快速降温；
[0018] c回火：将经淬火后的汽轮机叶片半成品在室温下再次入炉并炉热至240-245? 后保温11-13分钟后出炉空冷至室温；
[0019] 采用较高的温度回火比低温回火好，这样可以使组织稳定，防止使用过程中的应 力腐蚀，有利于长时间工作，并便于机械加工；
[0020] (4)对经机械加工后的汽轮机叶片半成品进行稳定化处理加热到850-860°C，保 温15-18分钟，随后进行空冷或炉冷至室温，稳定化处理能消除不锈钢的晶间腐蚀倾向；
[0021] (5)对步骤（4)中经稳定化处理后的汽轮机叶片半成品进行调质热处理：采用一 次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度745-747°C， 到温后保温9-llmin ;第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为876-878°C，到温后保 温12-14min，第二段加热温度为805-807°C，到温后保温9-llmin，然后空冷至室温后进行 第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为750-752°C加热，到温后保温 19-21min，第二段加热温度为720-722°C加热，到温后保温8-10min ;
[0022] (6)对步骤（5)中经第二次回火后的汽轮机叶片半成品冷却到室温，冷却采用水 冷与空冷结合，先采用水冷以5-7°C /s的冷却汽轮机叶片半成品水冷至395-397°C，然后空 冷至304-306°C，再采用水冷以3-5°C /s的冷却速率将钢棒水冷至255-257°C，最后空冷至 室温；
[0023] (7)对步骤￠)中冷却后的汽轮机叶片成品的表面进行气体氮化处理，将汽轮机 叶片半成品放置于气体氮化炉中并向炉中通入NH 3，将炉升温至525-527°C，保持20-22小 时得到最终的汽轮机叶片成品；
[0024] (8)将得到的汽轮机叶片成品经后续理化检验及超声波探伤最后经清洁包装入 库。
[0025] 本发明进一步限定的技术方案是：
[0026] 前述耐高温汽轮机叶片中，该汽轮机叶片的重量百分比化学成分为：C:0. 20%， Μη ：0. 55%, Si ：0. 20%, A1 ：0. 40%, V ：0. 30%, Ti ：0. 42%, Ni ：0. 13%, Sn ：0. 08%, Zr ： 0· 26%，S :0· 025%，P :0· 015%，Cu :0· 20%，镧系稀土 ：0· 21%，余量为 Fe ;
[0027] 綱系稀土组分质量百分比化学成分为：綱：15*%，铺：21 *%，谱：21 *%，钦：20*%，摘： 14%，其余镧系元素：9%，以上镧系稀土各组分之和为100%。
[0028] 前述耐高温汽轮机叶片中，该汽轮机叶片的重量百分比化学成分为：C:0. 21%， Μη ：0. 57%, Si ：0. 21%, A1 ：0. 38%, V ：0. 32%, Ti ：0. 40%, Ni ：0. 14%, Sn ：0. 06%, Zr ： 0· 25%，S :0· 010%，P :0· 009%，Cu :0· 10%，镧系稀土 ：0· 22%，余量为 Fe ;
[0029] 綱系稀土组分质量百分比化学成分为：綱：16*%，铺：22 *%，谱：22*%，钦：19*%，摘： 13%，其余镧系元素：8%，以上镧系稀土各组分之和为100%。
[0030] 前述耐高温汽轮机叶片中，该汽轮机叶片的重量百分比化学成分为：C:0. 19%， Μη ：0. 56%, Si ：0. 22%, A1 ：0. 39%, V ：0. 31%, Ti ：0. 41%, Ni ：0. 12%, Sn ：0. 07%, Zr ： 0· 27%，S :0· 012%，P :0· 020%，Cu :0· 15%，镧系稀土 ：0· 20%，余量为 Fe ;
[0031] 綱系稀土组分质量百分比化学成分为：綱：17*%，铺：23 *%，谱：20*%，钦：18*%，摘： 15%，其余镧系元素：7%，以上镧系稀土各组分之和为100%。
[0032] 前述耐高温汽轮机叶片的生产工艺，其按以下工序进行，具体操作如下：
[0033] (1)将所选的重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和冷却制成汽轮机叶片 坯料，用砂轮切割机对坯料进行切割，切割后在曲轴压力机上挤杆、锻头成形，得到汽轮机 叶片成形坯料；
[0034] (2)锻造时先对锻模进行预热至182°C并采用模具润滑剂对锻模进行润滑，采用 预热并润滑后的锻模对步骤（1)中的成形坯料进行锻造，预锻温度为708°C，终锻温度为 812°C，得到汽轮机叶片半成品；
[0035] (3)对步骤⑵中锻造后的得到的汽轮机叶片半成品进行热处理并对热处理后的 汽轮机叶片半成品进行机械加工；热处理的具体操作如下：
[0036] a退火：锻造后，在汽轮机叶片半成品炉热至760°C时保温10分钟，然后炉冷却至 263°C，随后打开炉门继续缓冷至150°C出炉空冷至室温；
[0037] b淬火：将步骤a中退火后的汽轮机叶片半成品缓慢炉热至450°C并保温0. 8h，再 次炉热至553°C后用水喷淋汽轮机叶片半成品快速降温；
[0038] c回火：将经淬火后的汽轮机叶片半成品在室温下再次入炉并炉热至245°C后保 温12分钟后出炉空冷至室温；
[0039] (4)对经机械加工后的汽轮机叶片半成品进行稳定化处理加热到855°C，保温18 分钟，随后进行空冷或炉冷至室温；
[0040] (5)对步骤（4)中经稳定化处理后的汽轮机叶片半成品进行调质热处理：采用一 次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度746°C，到温后 保温lOmin ;第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为877°C，到温后保温12min，第二 段加热温度为805°C，到温后保温9min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火： 采用分段加热，第一段加热温度为751°C加热，到温后保温20min，第二段加热温度为721°C 加热，到温后保温9min ;
[0041] (6)对步骤（5)中经第二次回火后的汽轮机叶片半成品冷却到室温，冷却采用水 冷与空冷结合，先采用水冷以6°C /s的冷却汽轮机叶片半成品水冷至396°C，然后空冷至 304°C，再采用水冷以4°C /s的冷却速率将钢棒水冷至256°C，最后空冷至室温；
[0042] (7)对步骤￠)中冷却后的汽轮机叶片成品的表面进行气体氮化处理，将汽轮机 叶片半成品放置于气体氮化炉中并向炉中通入NH 3，将炉升温至527°C，保持21小时得到最 终的汽轮机叶片成品；
[0043] (8)将得到的汽轮机叶片成品经后续理化检验及超声波探伤最后经清洁包装入 库。
[0044] 前述耐高温汽轮机叶片的生产工艺，其按以下工序进行，具体操作如下：
[0045] (1)将所选的重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和冷却制成汽轮机叶片 坯料，用砂轮切割机对坯料进行切割，切割后在曲轴压力机上挤杆、锻头成形，得到汽轮机 叶片成形坯料；
[0046] (2)锻造时先对锻模进行预热至184°C并采用模具润滑剂对锻模进行润滑，采用 预热并润滑后的锻模对步骤（1)中的成形坯料进行锻造，预锻温度为706°C，终锻温度为 811°C，得到汽轮机叶片半成品；
[0047] (3)对步骤（2)中锻造后的得到的汽轮机叶片半成品进行热处理并对热处理后的 汽轮机叶片半成品进行机械加工；热处理的具体操作如下：
[0048] a退火：锻造后，在汽轮机叶片半成品炉热至750°C时保温9分钟，然后炉冷却至 260°C，随后打开炉门继续缓冷至160°C出炉空冷至室温；
[0049] b淬火：将步骤a中退火后的汽轮机叶片半成品缓慢炉热至455°C并保温0. 5h，再 次炉热至550°C后用水喷淋汽轮机叶片半成品快速降温；
[0050] c回火：将经淬火后的汽轮机叶片半成品在室温下再次入炉并炉热至240°C后保 温11分钟后出炉空冷至室温；
[0051] (4)对经机械加工后的汽轮机叶片半成品进行稳定化处理加热到850°C，保温15 分钟，随后进行空冷或炉冷至室温；
[0052] (5)对步骤⑷中经稳定化处理后的汽轮机叶片半成品进行调质热处理：采用一 次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度747°C，到温后 保温1 lmin ;第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为876°C，到温后保温14min，第二 段加热温度为807°C，到温后保温llmin，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火： 采用分段加热，第一段加热温度为750°C加热，到温后保温19min，第二段加热温度为720°C 加热，到温后保温8min ;
[0053] (6)对步骤（5)中经第二次回火后的汽轮机叶片半成品冷却到室温，冷却采用水 冷与空冷结合，先采用水冷以5°C /s的冷却汽轮机叶片半成品水冷至397°C，然后空冷至 305°C，再采用水冷以3°C /s的冷却速率将钢棒水冷至255°C，最后空冷至室温；
[0054] (7)对步骤￠)中冷却后的汽轮机叶片成品的表面进行气体氮化处理，将汽轮机 叶片半成品放置于气体氮化炉中并向炉中通入NH 3，将炉升温至526°C，保持20小时得到最 终的汽轮机叶片成品；
[0055] (8)将得到的汽轮机叶片成品经后续理化检验及超声波探伤最后经清洁包装入 库。
[0056] 前述耐高温汽轮机叶片的生产工艺，其按以下工序进行，具体操作如下：
[0057] (1)将所选的重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和冷却制成汽轮机叶片 坯料，用砂轮切割机对坯料进行切割，切割后在曲轴压力机上挤杆、锻头成形，得到汽轮机 叶片成形坯料；
[0058] (2)锻造时先对锻模进行预热至183°C并采用模具润滑剂对锻模进行润滑，采用 预热并润滑后的锻模对步骤（1)中的成形坯料进行锻造，预锻温度为707°C，终锻温度为 813°C，得到汽轮机叶片半成品；
[0059] (3)对步骤⑵中锻造后的得到的汽轮机叶片半成品进行热处理并对热处理后的 汽轮机叶片半成品进行机械加工；热处理的具体操作如下：
[0060] a退火：锻造后，在汽轮机叶片半成品炉热至755°C时保温11分钟，然后炉冷却至 265°C，随后打开炉门继续缓冷至155°C出炉空冷至室温；
[0061] b淬火：将步骤a中退火后的汽轮机叶片半成品缓慢炉热至452°C并保温lh，再次 炉热至555°C后用水喷淋汽轮机叶片半成品快速降温；
[0062] c回火：将经淬火后的汽轮机叶片半成品在室温下再次入炉并炉热至243°C后保 温13分钟后出炉空冷至室温；
[0063] (4)对经机械加工后的汽轮机叶片半成品进行稳定化处理加热到860°C，保温16 分钟，随后进行空冷或炉冷至室温；
[0064] (5)对步骤（4)中经稳定化处理后的汽轮机叶片半成品进行调质热处理：采用一 次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度745°C，到温后 保温9min ;第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为878°C，到温后保温13min，第二 段加热温度为806°C，到温后保温lOmin，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火： 采用分段加热，第一段加热温度为752°C加热，到温后保温21min，第二段加热温度为722°C 加热，到温后保温lOmin ;
[0065] (6)对步骤（5)中经第二次回火后的汽轮机叶片半成品冷却到室温，冷却采用水 冷与空冷结合，先采用水冷以7°C /s的冷却汽轮机叶片半成品水冷至395°C，然后空冷至 306°C，再采用水冷以5°C /s的冷却速率将钢棒水冷至257°C，最后空冷至室温；
[0066] (7)对步骤￠)中冷却后的汽轮机叶片成品的表面进行气体氮化处理，将汽轮机 叶片半成品放置于气体氮化炉中并向炉中通入NH3，将炉升温至525°C，保持22小时得到最 终的汽轮机叶片成品；
[0067] (8)将得到的汽轮机叶片成品经后续理化检验及超声波探伤最后经清洁包装入 库。
[0068] 前述耐高温汽轮机叶片的生产工艺中，步骤（1)中采用砂轮切割机对汽轮机叶片 坯料进行切割时采用水冷却；步骤（2)锻造时先对锻模进行润滑，润滑时采用石墨型润滑 剂进行润滑。
[0069] 本发明的有益效果是：
[0070] 本发明中添加了镧系稀土 ：0.20-0. 22%，镧系稀土组分质量百分比化学成分为： 镧：15-17%，铈：21-23%，镨：20-22%，钕：18-20%，镝：13-15%，其余镧系元素：7-9%， 以上镧系稀土各组分之和为100%。由于以上稀土元素的金属原子半径比铁的原子半径大， 很容易填补在其晶粒及缺陷中，并生成能阻碍晶粒继续生长的膜，从而使晶粒细化而提高 钢的性能，同时，稀土元素易和氧、硫、铅等元素化合生成熔点高的化合物，可以起到净化钢 的效果，通过加入稀土金属，可有效减弱叶片的合金元素偏析现象，可大幅度提高叶片的冲 击韧度。
[0071] 本发明在热锻后不立即冷却，而是在汽轮机叶片半成品炉热至750-760°C时保温 9-11分钟，然后炉冷却至260-265°C，随后打开炉门继续缓冷至150-160°C出炉空冷至室 温；这样使奥氏体在这个温度下进行等温转变，形成珠光体，奥氏体能在较短时间内完成球 光体转变，避免形成马氏体，导致钢变硬，从而使叶片不至于硬度过高或过低；另外，通过两 次保温后冷却，等浊转变形成的球光体组织比较均匀，避免形成不完全相同的组织，可防止 叶片早期脆性开裂，起到了意想不到的技术效果。
[0072] 本发明的叶片由于合金元素（比如钛元素）的作用，碳及合金元素的严重偏析，叶 片会出现共晶碳化物，从而降低叶片的冲击韧度；本发明通过加入镧系稀土金属及温度控 制，从而使叶片的合金元素偏析现象明显减弱，可大幅度提高叶片的冲击韧度。
[0073] 由于叶片工作区为湿蒸汽区，且含有大量水滴，在很高的轮周速度及离心力下 冲蚀叶片，使叶片顶部进气边产生点蚀而失效，叶片抗水蚀能力的高低直接影响到汽轮 机的工作效率及安全运行；本发明通过调质热处理工序配合冷却工序，可使叶片表面产生 3-5mm厚回火马氏体组织，有效提高的其抗水蚀能力；另外，第二次回火温度小于第一次回 火温度可以减小表面和心部的温度之差，使叶片厚度方向组织细小均匀；正火后回火进一 步减小表面和心部的温度之差，从而使表面至心部性能趋于一致；回火后冷却，通过水冷 与空冷结合的方法，先以较快的冷却速度水冷，然后进行空冷，最后再通过较慢的水冷冷却 至室温，不仅可提高叶片的抗水蚀能力，而且可以使组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙 目艮，保证了叶片的抗腐蚀性能，起到了意想不到的技术效果。
[0074] 本发明通过表面氮化处理从而提高汽轮机叶片表面的硬度和耐磨性能也提高了 叶片的使用寿面，获得较好的综合力学性能和抗腐蚀性能，能在高温下使用的叶片。
【具体实施方式】
[0075] 实施例1
[0076] 本实施例提供一种耐高温汽轮机叶片，该汽轮机叶片的重量百分比化学成分为： C ：0. 20 %, Μη ：0. 55 %, Si ：0. 20 %, A1 ：0. 40 %, V ：0. 30 %, Ti ：0. 42 %, Ni ：0. 13 %, Sn ： 0· 08%，Zr :0· 26%，S :0· 025%，P :0· 015%，Cu :0· 20%，镧系稀土 ：0· 21%，余量为 Fe ;
[0077] 綱系稀土组分质量百分比化学成分为：綱：15*%，铺：21 *%，谱：21 *%，钦：20*%，摘： 14%，其余镧系元素：9%，以上镧系稀土各组分之和为100%。
[0078] 本实施例的耐高温汽轮机叶片的生产工艺，按以下工序进行，具体操作如下：
[0079] (1)将所选的重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和冷却制成汽轮机叶片 坯料，用砂轮切割机对坯料进行切割，切割后在曲轴压力机上挤杆、锻头成形，得到汽轮机 叶片成形坯料，切割是采用水进行冷却；
[0080] (2)锻造时先对锻模进行预热至182°C并采用模具润滑剂石墨型润滑剂对锻模进 行润滑，采用预热并润滑后的锻模对步骤（1)中的成形坯料进行锻造，预锻温度为708°C， 终锻温度为812°C，得到汽轮机叶片半成品；
[0081] (3)对步骤（2)中锻造后的得到的汽轮机叶片半成品进行热处理并对热处理后的 汽轮机叶片半成品进行机械加工；热处理的具体操作如下：
[0082] a退火：锻造后，在汽轮机叶片半成品炉热至760°C时保温10分钟，然后炉冷却至 263°C，随后打开炉门继续缓冷至150°C出炉空冷至室温；
[0083] b淬火：将步骤a中退火后的汽轮机叶片半成品缓慢炉热至450°C并保温0. 8h，再 次炉热至553°C后用水喷淋汽轮机叶片半成品快速降温；
[0084] c回火：将经淬火后的汽轮机叶片半成品在室温下再次入炉并炉热至245°C后保 温12分钟后出炉空冷至室温；
[0085] (4)对经机械加工后的汽轮机叶片半成品进行稳定化处理加热到855°C，保温18 分钟，随后进行空冷或炉冷至室温；
[0086] (5)对步骤⑷中经稳定化处理后的汽轮机叶片半成品进行调质热处理：采用一 次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度746°C，到温后 保温lOmin ;第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为877°C，到温后保温12min，第二 段加热温度为805°C，到温后保温9min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火： 采用分段加热，第一段加热温度为751°C加热，到温后保温20min，第二段加热温度为721°C 加热，到温后保温9min ;
[0087] (6)对步骤（5)中经第二次回火后的汽轮机叶片半成品冷却到室温，冷却采用水 冷与空冷结合，先采用水冷以6°C /s的冷却汽轮机叶片半成品水冷至396°C，然后空冷至 304°C，再采用水冷以4°C /s的冷却速率将钢棒水冷至256°C，最后空冷至室温；
[0088] (7)对步骤￠)中冷却后的汽轮机叶片成品的表面进行气体氮化处理，将汽轮机 叶片半成品放置于气体氮化炉中并向炉中通入NH 3，将炉升温至527°C，保持21小时得到最 终的汽轮机叶片成品；
[0089] (8)将得到的汽轮机叶片成品经后续理化检验及超声波探伤最后经清洁包装入 库。
[0090] 本发明汽轮机叶片的主要性能如下表所示：
[0091] 表1:
[0092]
【权利要求】
1. 一种耐高温汽轮机叶片，其特征在于，该汽轮机叶片的重量百分比化学成分为： C：0. 19-0. 21%, Μη ：0. 55-0. 57%, Si ：0. 20 -〇. 22%, A1 ：0. 38-0. 40%, V：0. 3〇-〇. 32%, Ti ： 0. 40-0. 42%, Ni ：0. 12-0. 14%, Sn ：0. 06-0. 08%, Zr ：0. 25-0. 27%, S ^ 0. 025%, P ^ 0. 025%, Cu 彡 0· 20%，镧系稀土 ：0· 20-0. 22%，余量为 Fe ; 所述的镧系稀土组分质量百分比化学成分为：镧：15-17%，铈：21-23%，镨：20-22%，钕： 18-20%，镝：13-15%，其余镧系元素：7-9%，以上镧系稀土各组分之和为100%。
2. 根据权利要求1所述的耐高温汽轮机叶片，其特征在于：该汽轮机叶片的重量百分 比化学成分为：C :0· 20%，Μη :0· 55%，Si :0· 20%，A1 :0· 40%，V :0· 30%，Ti :0· 42%，Ni :0· 13%， Sn :0· 08%，Zr :0· 26%，S :0· 025%，P :0· 015%，Cu :0· 20%，镧系稀土 ：0· 21%，余量为 Fe ; 所述的镧系稀土组分质量百分比化学成分为：镧：15%，铈：21%，镨：21%，钕：20%，镝： 14%，其余镧系元素：9%，以上镧系稀土各组分之和为100%。
3. 根据权利要求1所述的耐高温汽轮机叶片，其特征在于：该汽轮机叶片的重量百分 比化学成分为：C :0· 21%，Μη :0· 57%，Si :0· 21%，A1 :0· 38%，V :0· 32%，Ti :0· 40%，Ni :0· 14%， Sn :0· 06%，Zr :0· 25%，S :0· 010%，P :0· 009%，Cu :0· 10%，镧系稀土 ：0· 22%，余量为 Fe ; 所述的镧系稀土组分质量百分比化学成分为：镧：16%，铈：22%，镨：22%，钕：19%，镝： 13%，其余镧系元素：8%，以上镧系稀土各组分之和为100%。
4. 根据权利要求1所述的耐高温汽轮机叶片，其特征在于：该汽轮机叶片的重量百分 比化学成分为：C :0· 19%，Μη :0· 56%，Si :0· 22%，A1 :0· 39%，V :0· 31%，Ti :0· 41%，Ni :0· 12%， Sn :0· 07%，Zr :0· 27%，S :0· 012%，P :0· 020%，Cu :0· 15%，镧系稀土 ：0· 20%，余量为 Fe ; 所述的镧系稀土组分质量百分比化学成分为：镧：17%，铈：23%，镨：20%，钕：18%，镝： 15%，其余镧系元素：7%，以上镧系稀土各组分之和为100%。
5. 如权利要求1所述的耐高温汽轮机叶片的生产工艺，其特征在于，按以下工序进行： 制述一锻造一热处理一叶片机械加工一稳定化处理一调质热处理一冷却一表面氣化处理 -后续检验入库，具体操作如下： (1) 将所选的重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和冷却制成汽轮机叶片坯料， 用砂轮切割机对坯料进行切割，切割后在曲轴压力机上挤杆、锻头成形，得到汽轮机叶片成 形坯料； (2) 锻造时先对锻模进行预热至182-184°C并采用模具润滑剂对锻模进行润滑，采用预 热并润滑后的锻模对步骤（1)中的成形坯料进行锻造，预锻温度为706-708°C，终锻温度为 811-813°C，得到汽轮机叶片半成品； (3) 对步骤（2)中锻造后的得到的汽轮机叶片半成品进行热处理并对热处理后的汽轮 机叶片半成品进行机械加工； 热处理的具体操作如下： a退火：锻造后，在汽轮机叶片半成品炉热至750-760°C时保温9-11分钟，然后炉冷却 至260-265°C，随后打开炉门继续缓冷至150-160°C出炉空冷至室温； b淬火：将步骤a中退火后的汽轮机叶片半成品缓慢炉热至450-455°C并保温0. 5-lh， 再次炉热至550-555°C后用水喷淋汽轮机叶片半成品快速降温； c回火：将经淬火后的汽轮机叶片半成品在室温下再次入炉并炉热至240-245?后保 温11-13分钟后出炉空冷至室温； (4) 对经机械加工后的汽轮机叶片半成品进行稳定化处理加热到850-860°C，保温 15-18分钟，随后进行空冷或炉冷至室温； (5) 对步骤（4)中经稳定化处理后的汽轮机叶片半成品进行调质热处理：采用一次 正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度745-747°C，到 温后保温9-llmin ;第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为876-878°C，到温后保 温12-14min，第二段加热温度为805-807°C，到温后保温9-llmin，然后空冷至室温后进行 第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为750-752°C加热，到温后保温 19-21min，第二段加热温度为720-722°C加热，到温后保温8-10min ; (6) 对步骤（5)中经第二次回火后的汽轮机叶片半成品冷却到室温，冷却采用水冷与 空冷结合，先采用水冷以5-7°C /s的冷却汽轮机叶片半成品水冷至395-397°C，然后空冷 至304-306°C，再采用水冷以3-5°C /s的冷却速率将钢棒水冷至255-257°C，最后空冷至室 温； (7) 对步骤（6)中冷却后的汽轮机叶片成品的表面进行气体氮化处理，将汽轮机叶片半 成品放置于气体氮化炉中并向炉中通入NH3，将炉升温至525-527°C，保持20-22小时得到 最终的汽轮机叶片成品； (8) 将得到的汽轮机叶片成品经后续理化检验及超声波探伤最后经清洁包装入库。
6.如权利要求5所述的耐高温汽轮机叶片的生产工艺，其特征在于，按以下工序进行， 具体操作如下： (1) 将所选的重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和冷却制成汽轮机叶片坯料， 用砂轮切割机对坯料进行切割，切割后在曲轴压力机上挤杆、锻头成形，得到汽轮机叶片成 形坯料； (2) 锻造时先对锻模进行预热至182°C并采用模具润滑剂对锻模进行润滑，采用预热并 润滑后的锻模对步骤（1)中的成形坯料进行锻造，预锻温度为708°C，终锻温度为812°C，得 到汽轮机叶片半成品； (3) 对步骤（2)中锻造后的得到的汽轮机叶片半成品进行热处理并对热处理后的汽轮 机叶片半成品进行机械加工；热处理的具体操作如下： a退火：锻造后，在汽轮机叶片半成品炉热至760°C时保温10分钟，然后炉冷却至 263°C，随后打开炉门继续缓冷至150°C出炉空冷至室温； b淬火：将步骤a中退火后的汽轮机叶片半成品缓慢炉热至450°C并保温0. 8h，再次炉 热至553°C后用水喷淋汽轮机叶片半成品快速降温； c回火：将经淬火后的汽轮机叶片半成品在室温下再次入炉并炉热至245°C后保温12 分钟后出炉空冷至室温； (4) 对经机械加工后的汽轮机叶片半成品进行稳定化处理加热到855°C，保温18分钟， 随后进行空冷或炉冷至室温； (5) 对步骤（4)中经稳定化处理后的汽轮机叶片半成品进行调质热处理：采用一次正 火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度746°C，到温后保 温lOmin ;第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为877°C，到温后保温12min，第二段 加热温度为805°C，到温后保温9min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采 用分段加热，第一段加热温度为751°C加热，到温后保温20min，第二段加热温度为721°C加 热，到温后保温9min ; (6) 对步骤（5)中经第二次回火后的汽轮机叶片半成品冷却到室温，冷却采用水冷与空 冷结合，先采用水冷以6°C /s的冷却汽轮机叶片半成品水冷至396°C，然后空冷至304°C，再 采用水冷以4°C /s的冷却速率将钢棒水冷至256°C，最后空冷至室温； (7) 对步骤（6)中冷却后的汽轮机叶片成品的表面进行气体氮化处理，将汽轮机叶片半 成品放置于气体氮化炉中并向炉中通入NH3，将炉升温至527°C，保持21小时得到最终的汽 轮机叶片成品； (8) 将得到的汽轮机叶片成品经后续理化检验及超声波探伤最后经清洁包装入库。
7.如权利要求5所述的耐高温汽轮机叶片的生产工艺，其特征在于，按以下工序进行， 具体操作如下： (1) 将所选的重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和冷却制成汽轮机叶片坯料， 用砂轮切割机对坯料进行切割，切割后在曲轴压力机上挤杆、锻头成形，得到汽轮机叶片成 形坯料； (2) 锻造时先对锻模进行预热至184°C并采用模具润滑剂对锻模进行润滑，采用预热并 润滑后的锻模对步骤（1)中的成形坯料进行锻造，预锻温度为706°C，终锻温度为811°C，得 到汽轮机叶片半成品； (3) 对步骤（2)中锻造后的得到的汽轮机叶片半成品进行热处理并对热处理后的汽轮 机叶片半成品进行机械加工；热处理的具体操作如下： a退火：锻造后，在汽轮机叶片半成品炉热至750°C时保温9分钟，然后炉冷却至 260°C，随后打开炉门继续缓冷至160°C出炉空冷至室温； b淬火：将步骤a中退火后的汽轮机叶片半成品缓慢炉热至455°C并保温0. 5h，再次炉 热至550°C后用水喷淋汽轮机叶片半成品快速降温； c回火：将经淬火后的汽轮机叶片半成品在室温下再次入炉并炉热至240°C后保温11 分钟后出炉空冷至室温； (4) 对经机械加工后的汽轮机叶片半成品进行稳定化处理加热到850°C，保温15分钟， 随后进行空冷或炉冷至室温； (5) 对步骤（4)中经稳定化处理后的汽轮机叶片半成品进行调质热处理：采用一次正 火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度747°C，到温后保 温1 lmin ;第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为876°C，到温后保温14min，第二段 加热温度为807°C，到温后保温llmin，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采 用分段加热，第一段加热温度为750°C加热，到温后保温19min，第二段加热温度为720°C加 热，到温后保温8min ; (6) 对步骤（5)中经第二次回火后的汽轮机叶片半成品冷却到室温，冷却采用水冷与空 冷结合，先采用水冷以5°C /s的冷却汽轮机叶片半成品水冷至397°C，然后空冷至305°C，再 采用水冷以3°C /s的冷却速率将钢棒水冷至255°C，最后空冷至室温； (7) 对步骤（6)中冷却后的汽轮机叶片成品的表面进行气体氮化处理，将汽轮机叶片半 成品放置于气体氮化炉中并向炉中通入NH3，将炉升温至526°C，保持20小时得到最终的汽 轮机叶片成品； (8) 将得到的汽轮机叶片成品经后续理化检验及超声波探伤最后经清洁包装入库。
8. 如权利要求5所述的耐高温汽轮机叶片的生产工艺，其特征在于，按以下工序进行， 具体操作如下： (1) 将所选的重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和冷却制成汽轮机叶片坯料， 用砂轮切割机对坯料进行切割，切割后在曲轴压力机上挤杆、锻头成形，得到汽轮机叶片成 形坯料； (2) 锻造时先对锻模进行预热至183°C并采用模具润滑剂对锻模进行润滑，采用预热并 润滑后的锻模对步骤（1)中的成形坯料进行锻造，预锻温度为707°C，终锻温度为813°C，得 到汽轮机叶片半成品； (3) 对步骤（2)中锻造后的得到的汽轮机叶片半成品进行热处理并对热处理后的汽轮 机叶片半成品进行机械加工；热处理的具体操作如下： a退火：锻造后，在汽轮机叶片半成品炉热至755°C时保温11分钟，然后炉冷却至 265°C，随后打开炉门继续缓冷至155°C出炉空冷至室温； b淬火：将步骤a中退火后的汽轮机叶片半成品缓慢炉热至452°C并保温lh，再次炉热 至555°C后用水喷淋汽轮机叶片半成品快速降温； c回火：将经淬火后的汽轮机叶片半成品在室温下再次入炉并炉热至243°C后保温13 分钟后出炉空冷至室温； (4) 对经机械加工后的汽轮机叶片半成品进行稳定化处理加热到860°C，保温16分钟， 随后进行空冷或炉冷至室温； (5) 对步骤（4)中经稳定化处理后的汽轮机叶片半成品进行调质热处理：采用一次正 火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度745°C，到温后保 温9min ;第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为878°C，到温后保温13min，第二段 加热温度为806°C，到温后保温lOmin，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采 用分段加热，第一段加热温度为752°C加热，到温后保温21min，第二段加热温度为722°C加 热，到温后保温lOmin ; (6) 对步骤（5)中经第二次回火后的汽轮机叶片半成品冷却到室温，冷却采用水冷与空 冷结合，先采用水冷以7°C /s的冷却汽轮机叶片半成品水冷至395°C，然后空冷至306°C，再 采用水冷以5°C /s的冷却速率将钢棒水冷至257°C，最后空冷至室温； (7) 对步骤（6)中冷却后的汽轮机叶片成品的表面进行气体氮化处理，将汽轮机叶片半 成品放置于气体氮化炉中并向炉中通入NH3，将炉升温至525°C，保持22小时得到最终的汽 轮机叶片成品； (8) 将得到的汽轮机叶片成品经后续理化检验及超声波探伤最后经清洁包装入库。
9. 根据权利要求5-8中任一权利要求所述的耐高温汽轮机叶片的生产工艺，其特征在 于：步骤（1)中采用砂轮切割机对汽轮机叶片坯料进行切割时采用水冷却；步骤（2)锻造时 先对锻模进行润滑，润滑时采用石墨型润滑剂进行润滑。
【文档编号】C22C38/16GK104099516SQ201410303092
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】王河平, 孙彦颖, 李志伟, 周启东, 刘达, 宗国翼 申请人:南京赛达机械制造有限公司