專利名稱：高溫汽輪機的構(gòu)件以及高溫汽輪機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽輪機(Dampfturbine)領(lǐng)域。本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的高溫汽輪機的構(gòu)件以及高溫汽輪機。
背景技術(shù)：
為了改進效率，現(xiàn)代的汽輪機是在很高的溫度下工作的。為了達到所需要的耐高
溫性(抗蠕變性，抗疲勞性等等)，在溫度高于60(TC，特別是溫度高于70(TC時，這樣的高溫
渦輪機的許多構(gòu)件都是由鎳基合金(Nickelbasislegierung)制造的。 如果所用的材料暴露于過熱蒸汽(heiss Dampf)，在高的運行溫度下，這些材料
(也即鎳基合金)會發(fā)生氧化。在渦輪機葉片(Turbinenschaufel)的場合，尤其是這種情
況，其中，氧化將導(dǎo)致。
可負荷面積的損失將會提高由運行引起的負荷； 氧化將沿著晶界產(chǎn)生微小缺口 (Mikrokerbung)，該微小缺口將會提高形成疲勞裂紋的危險； 由于不規(guī)則氧化層的產(chǎn)生將形成表面粗糙度，接著發(fā)生了表面氧化物的剝離(這兩種效應(yīng)引起了表面粗糙化，而表面粗糙化降低了渦輪機的空氣動力學(xué)效率)。
由US-B2-7238005可知運行溫度超過650°C的汽輪機發(fā)電站，為了降低負荷變換時的熱應(yīng)力，該汽輪機發(fā)電站的特點在于針對渦輪機的特定構(gòu)件例如殼體或葉片使用所選擇的鎳基合金來代替耐熱的奧氏體鋼。此時所考慮的合金具有不同份額的Cr， Co和Mo，具體說來要么具有《21重量X的Cr份額，例如11.0-20.0或者17. 0_21.0重量％，要么19. 0-24. 0重量％的Cr份額，而為此具有《15重量％的Co份額，要么19. 0-25. 0重量％的Cr份額，而為此沒有Co份額且具有《2. 0重量％的Mo份額。 晶界氧化問題和與此相關(guān)的疲勞裂紋形成的問題，以及氧化引起的表面粗糙度問題在US-B2-7238005的解決方案中沒有起作用。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)是，在可能的氧化和氧化的有害后果方面改進暴露于過熱蒸汽的可高負荷的過熱蒸汽輪機的構(gòu)件，以及給出相應(yīng)的過熱蒸汽輪機。 該任務(wù)通過權(quán)利要求1和權(quán)利要求4的特征的總和而得到解決。本發(fā)明的基本特征在于，所述構(gòu)件是由特種合金制造的，該特種合金基于合金元素的選擇，特別是鉻份額的選擇，將鎳基合金在高運行溫度下的高強度與對晶界氧化，對一般性表面氧化和抗表面氧化剝離的高抗性組合起來。
根據(jù)本發(fā)明所用的合金具有下列的組成(按重量％計)
C:《0.2
Si :《1. 0
Mn :《1. 0
3
Cr22. 0-25. 0Co15. 0_25. 0Mo《3. 0Nb《2. 0Al1. 0-3. 0Ti2. 0-4. 0Fe《2. 0Zr《0. 2B :《0. 05
Ni余量。 根據(jù)本發(fā)明的實施方案，鉻的份額限制在23.0_25.0(重量％ )的范圍。
所述構(gòu)件優(yōu)選是汽輪機的葉片。 根據(jù)本發(fā)明的高溫汽輪機的特點在于，所述構(gòu)件由鎳基合金組成，該鎳基合金具有下列的組成(以重量％計)C :《0. 2
SiCOMnCOCr22. 0-25Co15. 0-25Mo《3. 0Nb《2. 0Al1. 0-3. 0Ti2. 0-4. 0Fe《2. 0Zr《0. 2B :《0. 05
Ni余量。 根據(jù)一個實施方案，其中鉻的份額限制在23.0_25.0(重量％)的范圍。所述構(gòu)件特別是高溫汽輪機的葉片。


下面將根據(jù)圖更詳細地說明本發(fā)明。其中 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的商業(yè)上可得到的合金(NimoniclOr)與迄今所使用的商業(yè)上可得到的合金(\￥35 01(^@)相比較的在1000小時后平均抗蠕變斷裂強度隨溫度變化的曲線圖，和 圖2示出圖1的兩種合金相比較的平均抗拉強度隨溫度變化的曲線圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明，對于具有60(TC和更高的高蒸汽溫度負荷的高溫汽輪機的構(gòu)件，特別是葉片(工作葉片(Laufschaufel)和/或?qū)蛉~片(Leitschaufel))，使用了鎳基合金，該
鎳基合金的特點在于相對高的鉻和鈷的含量，并具有下列組成(按重量％計) C:《0.2 Si :《1. 0 Mn :《1. 0 Cr :22. 0-25. 0 Co:15. 0-25. 0 Mo:《3.0 Nb:《2.0 Al :1.0-3.0 Ti :2. 0-4. 0 Fe:《2.0 Zr:《0.2 B:《0.05 Ni :余量。 由此實現(xiàn)了本發(fā)明的構(gòu)件，該構(gòu)件的特點在于在運行溫度下具有高強度，總體上 具有在晶界以及表面上大的抗氧化性，不易于使氧化層從表面剝落。 能夠有利地使用縮小范圍的23. 0-25. 0重量％的鉻含量來代替22. 0_25. 0重量％ 的鉻含量。 商業(yè)上可得到的位于根據(jù)本發(fā)明的組成范圍中的鎳基合金在商標(biāo)名稱 Nimonicl01②下是已知的。這種已知的鎳基合金含有24. 2重量％ Cr，19. 7重量％ Co， 1. 5 重量％ Mo， 3. 0重量％ Ti， 1. 4重量％ Al， 1. 0重量％ Nb和48. 0重量％ Ni，迄今還未用于汽 輪機的構(gòu)件。 通過與其它的商業(yè)上可得到的只含有18. 0-21. 0重量％ Cr和12. 0_15. 0重量％ Co的鎳基合金，即\￥38 31(^@的比較，清楚地表明，在超過60(TC的高溫下，根據(jù)本發(fā)明的合 金恰恰存在著明顯的優(yōu)點。 因此圖l表明，在超過600 650。C的感興趣的溫度范圍內(nèi)，在Nimonic101⑧(直 角(Rechtecke)) 1000小時(Rm， 1000h)時的平均抗蠕變斷裂強度比Waspaloy (菱形 (Rauten))的相應(yīng)值高至多16%。 同樣根據(jù)圖2，高于650°C的Nimonic 101 (直角)的平均抗拉強度(Rm)稍微高 于Waspaloy⑧(菱形)的平均抗拉強度。
本發(fā)明總的來說具有下列的優(yōu)點 排除了發(fā)生葉片的機械失效(使用壽命長)； 避免由于表面粗糙度提到而引起的空氣動力學(xué)效率的損失。
權(quán)利要求
在高于600℃，特別高于700℃的溫度下工作的高溫汽輪機的構(gòu)件，該構(gòu)件由鎳基合金組成，特征在于，所用的合金具有下列組成(按重量％計)C≤0.2Si≤1.0Mn≤1.0Cr22.0-25.0Co15.0-25.0Mo≤3.0Nb≤2.0Al1.0-3.0Ti2.0-4.0Fe≤2.0Zr≤0.2B≤0.05Ni余量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的構(gòu)件，特征在于，Cr的份額限制在23. 0-25. 0重量％的范圍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的構(gòu)件，特征在于，所述構(gòu)件是高溫汽輪機的葉片。
4. 在高于600°C ，特別是高于700°C的溫度下運行的高溫汽輪機，該高溫汽輪機包括暴 露于過熱蒸汽的構(gòu)件，特征在于，該構(gòu)件由鎳基合金組成，該鎳基合金具有下列組成(按重 量％計)C :《0. 2SiCOMnCOCr22. 0-25Co15. 0-25Mo《3. 0Nb《20Al1. 0-3. 0Ti2. 0-4. 0Fe《2. 0Zr《0. 2B :《0. 05Ni :余量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的高溫汽輪機，特征在于，鉻的份額限制在23. 0-25. 0重量％的范圍。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5的高溫汽輪機，特征在于，所述構(gòu)件是高溫汽輪機的葉片。
全文摘要
本發(fā)明涉及高溫汽輪機的構(gòu)件以及高溫汽輪機。具體地，在高于600℃，特別是在于700℃的溫度下工作的高溫汽輪機的構(gòu)件由鎳基合金組成。由于所用的合金具有下列的組成(按重量％計)而阻止了由過熱蒸汽引起的構(gòu)件的氧化，其組成如下C≤0.2Si≤1.0Mn≤1.0Cr22.0-25.0Co15.0-25.0Mo≤3.0Nb≤2.0Al1.0-3.0Ti2.0-4.0Fe≤2.0Zr≤0.2B≤0.05Ni余量。
文檔編號C22C30/00GK101724767SQ200910211679
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者R·B·斯卡林 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司