一种超临界及以上汽轮机环形喷嘴的渗硼工艺的制作方法

本发明涉及一种渗硼工艺。

背景技术：

超临界及以上汽轮机喷嘴进汽温度一般达566℃以上，超超临界可达600℃以上，喷嘴部分承受高温高压蒸汽环境，选用的材质为耐高温强度较高的改进型12％cr马氏体不锈钢1cr9mo1vnbn材料，合金成分复杂，组织转变机理需深入研究。市面上渗硼剂供货厂家参差不齐，渗硼剂质量难以保证使用要求，加之国内以前未有过多的对超临界及以上汽轮机喷嘴渗硼的深入试验研究及相关报道，现有工艺难以满足目前的渗硼要求，而且喷嘴内外环属于薄壁件，经高温后变形不易控制，诸多难点导致喷嘴渗硼后常出现渗层厚度不足、由内向外垂直于基体的细微裂纹及高温渗硼导致的喷嘴较大变形等质量问题，影响汽轮机的安装和后期安全运行的需要。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有超临界及以上汽轮机环形喷嘴渗硼后渗层不足及出现裂纹和变形的问题，而提供一种超临界及以上汽轮机环形喷嘴的渗硼工艺。

一种超临界及以上汽轮机环形喷嘴的渗硼工艺，是按以下步骤完成的：

一、预处理：

①、检查超临界及以上汽轮机环形喷嘴渗硼区域表面的粗糙度，确保粗糙度不高于ra6.3；

②、超临界及以上汽轮机环形喷嘴在渗硼前自然时效时间不低于48h；

二、装炉：

首先将渗硼剂置于渗硼罐中，然后将超临界及以上汽轮机环形喷嘴埋在渗硼剂中，最后将渗硼罐放入炉中；

三、渗硼：

首先将炉从室温升温至735℃～755℃，在735℃～755℃下保温2h～4h，然后将炉从735℃～755℃升温至990℃～1010℃，在990℃～1010℃下保温8h～12h，最后随炉冷却至750℃～800℃，出炉空冷至室温，得到渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴；

四、渗后回火：

首先将渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴再次装入炉中，然后将炉从室温升温至690℃～710℃，再在690℃～710℃下保温4h～6h，最后出炉空冷至室温，得到回火后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴；

五、清理渗硼剂：

清理回火后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴上的渗硼剂，再对渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴的本体进行变形检查，即完成一种超临界及以上汽轮机环形喷嘴的渗硼工艺。

本发明的原理及优点：

一、本发明的超临界及以上汽轮机环形喷嘴的渗硼工艺以最大限度降低热膨胀系数较大的feb相出现(其膨胀系数8.4×10^-8k^-1大于钢的膨胀系数5.7×10^-8k^-1)，减少环形喷嘴渗硼后出现较大变形；

二、本发明的超临界及以上汽轮机环形喷嘴渗硼区域表面的粗糙度不高于ra6.3，渗层厚度可满足标准要求；对于粗糙度大于ra6.3的情况下，即使增加渗硼时间，也较难达到标准要求的渗层深度，且增加渗硼时间，将易导致本体基材粗晶及力学性能降低的风险；

三、本发明的超临界及以上汽轮机环形喷嘴的渗硼工艺可得到满足厚度要求的无裂纹渗硼渗层，且本体基材的力学性能仍然满足标准要求；

四、本发明采取自然时效的方式，即超临界及以上汽轮机环形喷嘴在渗硼前自然时效时间不低于48h，以释放机加残余应力(但不足以全部消除)，并于加热过程中增加预热过程735℃～755℃下保温2h～4h)，以消除剩余加工应力和降低热应力的作用；采用990℃～1010℃保温8h～12h后炉冷到750℃～800℃再出炉空冷的方式，得到相变组织变化较小的马氏体和贝氏体，可有效的降低由组织应力引起的工件变形；

五、本发明的一种超临界及以上汽轮机环形喷嘴的渗硼工艺可以成功的使基体材质为1cr9mo1vnbn材料实现满足标准要求的渗硼渗层和变形控制，其渗硼喷嘴表面渗硼剂无明显粘结、无裂纹和剥落等缺陷；渗硼层深度(包括扩散区)≥0.06mm，渗硼层硬度≥hv1000，渗层无微观裂纹；变形控制在0.10mm以内。

附图说明

图1为实施例一步骤五得到的渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴表面放大500倍的sem图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种超临界及以上汽轮机环形喷嘴的渗硼工艺是按以下步骤完成的：

一、预处理：

①、检查超临界及以上汽轮机环形喷嘴渗硼区域表面的粗糙度，确保粗糙度不高于ra6.3；

②、超临界及以上汽轮机环形喷嘴在渗硼前自然时效时间不低于48h；

二、装炉：

首先将渗硼剂置于渗硼罐中，然后将超临界及以上汽轮机环形喷嘴埋在渗硼剂中，最后将渗硼罐放入炉中；

三、渗硼：

首先将炉从室温升温至735℃～755℃，在735℃～755℃下保温2h～4h，然后将炉从735℃～755℃升温至990℃～1010℃，在990℃～1010℃下保温8h～12h，最后随炉冷却至750℃～800℃，出炉空冷至室温，得到渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴；

四、渗后回火：

首先将渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴再次装入炉中，然后将炉从室温升温至690℃～710℃，再在690℃～710℃下保温4h～6h，最后出炉空冷至室温，得到回火后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴；

五、清理渗硼剂：

清理回火后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴上的渗硼剂，再对渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴的本体进行变形检查，即完成一种超临界及以上汽轮机环形喷嘴的渗硼工艺。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二中所述的渗硼剂为hx104b渗硼剂或kmb101粒状渗硼剂。其它步骤与具体实施方式一相同。

本实施方式中hx104b渗硼剂购买自安丘市华新热处理材料厂，kmb101粒状渗硼剂购买自山东省科学院。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤三中首先将炉从室温升温至735℃～745℃，在735℃～745℃下保温2h～3h，然后将炉从735℃～745℃升温至990℃～1000℃，在990℃～1000℃下保温8h～10h，最后随炉冷却至750℃～780℃，出炉空冷至室温，得到渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴。其它步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤三中首先将炉从室温升温至745℃～755℃，在745℃～755℃下保温3h～4h，然后将炉从745℃～755℃升温至1000℃～1010℃，在1000℃～1010℃下保温10h～12h，最后随炉冷却至780℃～800℃，出炉空冷至室温，得到渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴。其它步骤与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤三中首先将炉从室温升温至745℃，在745℃下保温3h，然后将炉从745℃升温至1000℃，在1000℃下保温10h，最后随炉冷却至800℃，出炉空冷至室温，得到渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴。其它步骤与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤四中首先将渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴再次装入炉中，然后将炉升温至690℃～700℃，再在690℃～700℃下保温4h～5h，最后出炉空冷至室温，得到回火后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴。其它步骤与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤四中首先将渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴再次装入炉中，然后将炉升温至700℃～710℃，再在700℃～710℃下保温5h～6h，最后出炉空冷至室温，得到回火后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴。其它步骤与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤四中首先将渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴再次装入炉中，然后将炉升温至700℃，再在700℃下保温5h，最后出炉空冷至室温，得到回火后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴。其它步骤与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤一①中所述的超临界及以上汽轮机环形喷嘴的材质为1cr9mo1vnbn，cr的质量分数为12％。其它步骤与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤三和步骤四中所述的升温速率均≤120℃/h。其它步骤与具体实施方式一至九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：一种超临界及以上汽轮机环形喷嘴的渗硼工艺，是按以下步骤完成的：

一、预处理：

①、检查超临界及以上汽轮机环形喷嘴渗硼区域表面的粗糙度，确保粗糙度不高于ra6.3；

步骤一①中所述的超临界及以上汽轮机环形喷嘴的材质为1cr9mo1vnbn，cr的质量分数为12％；

②、超临界及以上汽轮机环形喷嘴在渗硼前自然时效时间不低于48h；

二、装炉：

首先将渗硼剂置于渗硼罐中，然后将超临界及以上汽轮机环形喷嘴埋在渗硼剂中，最后将渗硼罐放入炉中；

步骤二中所述的渗硼剂为hx104b渗硼剂，购买自安丘市华新热处理材料厂生产的型号为hx104b渗硼剂；

三、渗硼：

首先将炉从室温升温至745℃，在745℃下保温3h，然后将炉从745℃升温至1000℃，在1000℃下保温10h，最后随炉冷却至800℃，出炉空冷至室温，得到渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴；

步骤三所述的升温速率均为60℃/h；

四、渗后回火：

首先将渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴再次装入炉中，然后将炉从室温升温至700℃，再在700℃下保温5h，最后出炉空冷至室温，得到回火后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴；

五、清理渗硼剂：

清理回火后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴上的渗硼剂，再对渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴的本体进行变形检查，即完成一种超临界及以上汽轮机环形喷嘴的渗硼工艺。

实施例一步骤五得到的渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴的表面渗硼剂无明显粘结、无裂纹和剥落等缺陷；渗硼层深度(包括扩散区)为0.06mm～0.09mm，渗硼层硬度为hv1150～hv1250，渗层无微观裂纹；变形为0.07mm～0.09mm。

图1为实施例一步骤五得到的渗硼后的超临界及以上汽轮机环形喷嘴表面放大500倍的sem图。