专利名称：防固体微粒侵蚀的汽轮机喷嘴静、动叶片及其热处理方法
技术领域：
本发明涉及一种汽轮机喷嘴，尤其是它的静、动叶片及其热处理方法，叶片应用在超临界或超超临界汽轮机机组的喷嘴上，可防固体微粒侵蚀。
背景技术：
固体颗粒冲蚀简称SPE(Solid Partcie Erosion)。汽轮机材料的固体颗粒冲蚀主要产生在火电汽轮机组上，尤其是超临界汽轮机。其破坏的对象是高压调节级喷嘴叶片与动叶片。固体颗粒冲蚀损害调节级喷嘴叶片与动叶片的型线，使汽轮机热效率下降，降低机组可用率，增加机组的维修费用。对汽轮机组而言，引起机组冲蚀的固体颗粒是Fe3O4和Fe2O3。这种粒子质地坚硬，是由锅炉管道中的氧化皮变成的，其尺寸极小，直径通常不超过150μm。氧化皮是锅炉材料在长期的运行过程中与蒸汽中的氧反应而生成的产物。由于其膨胀系数与管材不同，在机组反复启动停机过程中发生剥落，并以粒子形式随蒸汽流进入汽轮机高压缸中。进入汽轮机内的固体粒子的数量随着机组运行状态而改变，以启动时数量最多，可达数千PPb，正常运行时则减少到不足10PPb。
现在国内外汽轮机制造厂商固体颗粒冲蚀的防护方法大致可以分为三类改善喷嘴静叶片的设计；去除或减少蒸汽中的固体粒子；改善材料的抗冲蚀性能。第一类是设法降低粒子的冲击速度和尽可能避开最不利的冲击角，但这必然会降低机组的热效率。第二类可以使用抗氧化性能好的材料作为锅炉过热器和再热器管，这无疑会大大提高机组成本。第三类改善材料的抗冲蚀性能并非是选用比12％Cr钢更好的材料来制造高压喷嘴叶片等零件，因为即使是被认为抗冲蚀性最好的司太立合金，其抗固体颗粒冲蚀能力几乎与12％Cr钢相同。实际上，改善抗固体颗粒冲蚀能力的最有效方法是涂层，这一方法正显示越来越明显的优势。国外主要的汽轮机制造厂经过长期的试验研究以及装机实际使用验证后，在喷嘴叶片与动叶片表面采用渗合金表面处理或采用等离子喷涂一层碳化钨合金等。国内机组防固体粒子冲蚀的方法现采用的是氮化热处理。但该方法对于超临界机组已不能满足设计以及电厂用户的要求。
发明内容
本发明的目的是针对上述汽轮机机组喷嘴叶片与动叶片表面硬度不高，不能承受固体微粒侵蚀，提供一种表面硬度高、能防固体微粒侵蚀的超临界或超超临界汽轮机机组喷嘴静叶片、动叶片及其热处理工艺方法。
本发明的技术解决方案是在由12％Cr马氏体耐热钢加工而成的喷嘴静叶片与动叶片表面渗硼，渗硼层的深度为0.01-0.15mm，使其表面硬度达1200HV以上。
上述喷嘴静、动叶片的热处理方法，包括渗硼处理和回火处理(1)渗硼处理渗硼处理的渗剂为粒状单相渗硼剂，渗硼处理工艺参数为900℃-1100℃×3-20小时，空冷，渗硼处理后在叶片表面形成一层单相Fe2B组织，该渗硼层的深度为0.01-0.15mm。
(2)回火处理渗硼处理完成后，再进行回火处理，回火处理工艺参数为600℃-750℃×2-15小时，空冷。
所述渗硼处理工艺参数为950℃-1050℃×4-13小时，空冷；渗硼层的深度为0.03-0.12mm。
所述渗硼处理工艺参数为1000℃-1030℃×8-12小时，空冷；渗硼层的深度为0.05-0.10mm。
本发明的积极效果是经渗硼处理完成后的喷嘴静叶片比经氮化处理的喷嘴静叶片的抗固体微粒侵蚀性能大大提高，氮化处理的渗氮层硬度约为700-1000HV，而渗硼层的的硬度可达1200-1600HV左右，比氮化处理的渗层硬度高得多，且在高温(566℃、600℃)下使用，其硬度下降不多，该层组织与基体结合非常牢固、稳定。完全能满足超临界与超超临界汽轮机组喷嘴静叶片防固体微粒侵蚀的需要。
具体实施例方式
实施例一喷嘴静叶片与动叶片采用12％Cr马氏体耐热钢材料(如2Cr12NiMo1W1V或2Cr12Mo1VNbN等)，在叶片表面进行渗硼处理和回火处理渗硼处理的渗剂为粒状单相渗硼剂，渗硼处理工艺参数为900℃×3小时，空冷，渗硼处理后在叶片表面形成一层单相Fe2B组织，该渗硼层的深度为0.01mm；回火处理，渗硼处理完成后，再进行回火处理，回火处理工艺参数为600℃×2小时，空冷。
实施例二渗硼处理工艺参数为950℃×4小时，空冷，渗硼处理后在叶片表面形成一层单相Fe2B组织，该渗硼层的深度为0.03mm；回火处理，渗硼处理完成后，再进行回火处理，回火处理工艺参数为650℃×5小时，空冷。
实施例三渗硼处理工艺参数为1000℃×10小时，空冷，渗硼处理后在叶片表面形成一层单相Fe2B组织，该渗硼层的深度为0.04mm；回火处理，渗硼处理完成后，再进行回火处理，回火处理工艺参数为680℃×8小时，空冷。
实施例四渗硼处理工艺参数为1030℃×12小时，空冷，渗硼处理后在叶片表面形成一层单相Fe2B组织，该渗硼层的深度为0.05mm；回火处理，渗硼处理完成后，再进行回火处理，回火处理工艺参数为680℃×10小时，空冷。
实施例五渗硼处理工艺参数为1050℃×13小时，空冷，渗硼处理后在叶片表面形成一层单相Fe2B组织，该渗硼层的深度为0.06mm；回火处理，渗硼处理完成后，再进行回火处理，回火处理工艺参数为700℃×12小时，空冷。
实施例六渗硼处理工艺参数为1070℃×16小时，空冷，渗硼处理后在叶片表面形成一层单相Fe2B组织，该渗硼层的深度为0.08mm；回火处理，渗硼处理完成后，再进行回火处理，回火处理工艺参数为730℃×14小时，空冷。
实施例七渗硼处理工艺参数为1080℃×18小时，空冷，渗硼处理后在叶片表面形成一层单相Fe2B组织，该渗硼层的深度为0.10mm；回火处理，渗硼处理完成后，再进行回火处理，回火处理工艺参数为740℃×14小时，空冷。
实施例八渗硼处理工艺参数为1100℃×20小时，空冷，渗硼处理后在叶片表面形成一层单相Fe2B组织，该渗硼层的深度为0.15mm；回火处理，渗硼处理完成后，再进行回火处理，回火处理工艺参数为750℃×15小时，空冷。
综上所述渗硼处理工艺优选参数为950℃-1050℃×4-13小时，空冷；渗硼层的优选深度为0.03-0.12mm；回火处理工艺参数为650℃-720℃×5-10小时。渗硼处理工艺最佳参数为1000℃-1030℃×8-12小时，空冷；回火处理工艺参数为680℃-700℃×6-8小时。渗硼层的最佳深度为0.05-0.10mm。
权利要求
1.一种防固体微粒侵蚀汽轮机喷嘴静、动叶片，用12％Cr马氏体耐热钢加工而成，其特征在于所述静、动叶片的表面具有渗硼层。
2.权利要求1所述喷嘴静、动叶片的热处理方法，包括步骤(1)渗硼处理渗硼处理的渗剂为粒状单相渗硼剂，渗硼处理工艺参数为温度900℃-1100℃，时间3-20小时，渗硼层的深度0.01-0.15mm，然后空冷至常温；(2)回火处理渗硼处理完成后，再进行回火处理，回火处理工艺参数为温度600℃-750℃，时间2-15小时，然后空冷至常温。
3.根据权利要求2所述喷嘴静、动叶片的热处理方法，其特征在于所述渗硼处理工艺参数为950℃-1050℃×4-13小时，空冷；渗硼层的深度为0.03-0.12mm。
4.根据权利要求2所述喷嘴静、动叶片的热处理方法，其特征在于所述渗硼处理工艺参数为1000℃-1030℃×8-12小时，空冷；渗硼层的深度为0.05-0.10mm。
全文摘要
本发明公开了一种防固体微粒侵蚀的汽轮机喷嘴静、动叶片及其热处理方法，应用在超临界或超超临界汽轮机喷嘴上。该喷嘴静、动叶片用12％Cr马氏体耐热钢加工而成，表面进行渗硼处理和回火处理渗硼处理的渗剂为粒状单相渗硼剂，渗硼处理后在叶片表面形成一层单相Fe
文档编号F01D9/02GK1554856SQ20031010412
公开日2004年12月15日 申请日期2003年12月26日 优先权日2003年12月26日
发明者范华, 杨功显, 胡维成, 杨仕树, 张波, 范 华 申请人:东方汽轮机厂