專利名稱：防固體微粒侵蝕的汽輪機(jī)噴嘴靜、動(dòng)葉片及其熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽輪機(jī)噴嘴，尤其是它的靜、動(dòng)葉片及其熱處理方法，葉片應(yīng)用在超臨界或超超臨界汽輪機(jī)機(jī)組的噴嘴上，可防固體微粒侵蝕。
背景技術(shù)：
固體顆粒沖蝕簡(jiǎn)稱SPE(Solid Partcie Erosion)。汽輪機(jī)材料的固體顆粒沖蝕主要產(chǎn)生在火電汽輪機(jī)組上，尤其是超臨界汽輪機(jī)。其破壞的對(duì)象是高壓調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴葉片與動(dòng)葉片。固體顆粒沖蝕損害調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴葉片與動(dòng)葉片的型線，使汽輪機(jī)熱效率下降，降低機(jī)組可用率，增加機(jī)組的維修費(fèi)用。對(duì)汽輪機(jī)組而言，引起機(jī)組沖蝕的固體顆粒是Fe3O4和Fe2O3。這種粒子質(zhì)地堅(jiān)硬，是由鍋爐管道中的氧化皮變成的，其尺寸極小，直徑通常不超過150μm。氧化皮是鍋爐材料在長期的運(yùn)行過程中與蒸汽中的氧反應(yīng)而生成的產(chǎn)物。由于其膨脹系數(shù)與管材不同，在機(jī)組反復(fù)啟動(dòng)停機(jī)過程中發(fā)生剝落，并以粒子形式隨蒸汽流進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸中。進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)的固體粒子的數(shù)量隨著機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)而改變，以啟動(dòng)時(shí)數(shù)量最多，可達(dá)數(shù)千PPb，正常運(yùn)行時(shí)則減少到不足10PPb。
現(xiàn)在國內(nèi)外汽輪機(jī)制造廠商固體顆粒沖蝕的防護(hù)方法大致可以分為三類改善噴嘴靜葉片的設(shè)計(jì)；去除或減少蒸汽中的固體粒子；改善材料的抗沖蝕性能。第一類是設(shè)法降低粒子的沖擊速度和盡可能避開最不利的沖擊角，但這必然會(huì)降低機(jī)組的熱效率。第二類可以使用抗氧化性能好的材料作為鍋爐過熱器和再熱器管，這無疑會(huì)大大提高機(jī)組成本。第三類改善材料的抗沖蝕性能并非是選用比12％Cr鋼更好的材料來制造高壓噴嘴葉片等零件，因?yàn)榧词故潜徽J(rèn)為抗沖蝕性最好的司太立合金，其抗固體顆粒沖蝕能力幾乎與12％Cr鋼相同。實(shí)際上，改善抗固體顆粒沖蝕能力的最有效方法是涂層，這一方法正顯示越來越明顯的優(yōu)勢(shì)。國外主要的汽輪機(jī)制造廠經(jīng)過長期的試驗(yàn)研究以及裝機(jī)實(shí)際使用驗(yàn)證后，在噴嘴葉片與動(dòng)葉片表面采用滲合金表面處理或采用等離子噴涂一層碳化鎢合金等。國內(nèi)機(jī)組防固體粒子沖蝕的方法現(xiàn)采用的是氮化熱處理。但該方法對(duì)于超臨界機(jī)組已不能滿足設(shè)計(jì)以及電廠用戶的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述汽輪機(jī)機(jī)組噴嘴葉片與動(dòng)葉片表面硬度不高，不能承受固體微粒侵蝕，提供一種表面硬度高、能防固體微粒侵蝕的超臨界或超超臨界汽輪機(jī)機(jī)組噴嘴靜葉片、動(dòng)葉片及其熱處理工藝方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是在由12％Cr馬氏體耐熱鋼加工而成的噴嘴靜葉片與動(dòng)葉片表面滲硼，滲硼層的深度為0.01-0.15mm，使其表面硬度達(dá)1200HV以上。
上述噴嘴靜、動(dòng)葉片的熱處理方法，包括滲硼處理和回火處理(1)滲硼處理滲硼處理的滲劑為粒狀單相滲硼劑，滲硼處理工藝參數(shù)為900℃-1100℃×3-20小時(shí)，空冷，滲硼處理后在葉片表面形成一層單相Fe2B組織，該滲硼層的深度為0.01-0.15mm。
(2)回火處理滲硼處理完成后，再進(jìn)行回火處理，回火處理工藝參數(shù)為600℃-750℃×2-15小時(shí)，空冷。
所述滲硼處理工藝參數(shù)為950℃-1050℃×4-13小時(shí)，空冷；滲硼層的深度為0.03-0.12mm。
所述滲硼處理工藝參數(shù)為1000℃-1030℃×8-12小時(shí)，空冷；滲硼層的深度為0.05-0.10mm。
本發(fā)明的積極效果是經(jīng)滲硼處理完成后的噴嘴靜葉片比經(jīng)氮化處理的噴嘴靜葉片的抗固體微粒侵蝕性能大大提高，氮化處理的滲氮層硬度約為700-1000HV，而滲硼層的的硬度可達(dá)1200-1600HV左右，比氮化處理的滲層硬度高得多，且在高溫(566℃、600℃)下使用，其硬度下降不多，該層組織與基體結(jié)合非常牢固、穩(wěn)定。完全能滿足超臨界與超超臨界汽輪機(jī)組噴嘴靜葉片防固體微粒侵蝕的需要。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一噴嘴靜葉片與動(dòng)葉片采用12％Cr馬氏體耐熱鋼材料(如2Cr12NiMo1W1V或2Cr12Mo1VNbN等)，在葉片表面進(jìn)行滲硼處理和回火處理滲硼處理的滲劑為粒狀單相滲硼劑，滲硼處理工藝參數(shù)為900℃×3小時(shí)，空冷，滲硼處理后在葉片表面形成一層單相Fe2B組織，該滲硼層的深度為0.01mm；回火處理，滲硼處理完成后，再進(jìn)行回火處理，回火處理工藝參數(shù)為600℃×2小時(shí)，空冷。
實(shí)施例二滲硼處理工藝參數(shù)為950℃×4小時(shí)，空冷，滲硼處理后在葉片表面形成一層單相Fe2B組織，該滲硼層的深度為0.03mm；回火處理，滲硼處理完成后，再進(jìn)行回火處理，回火處理工藝參數(shù)為650℃×5小時(shí)，空冷。
實(shí)施例三滲硼處理工藝參數(shù)為1000℃×10小時(shí)，空冷，滲硼處理后在葉片表面形成一層單相Fe2B組織，該滲硼層的深度為0.04mm；回火處理，滲硼處理完成后，再進(jìn)行回火處理，回火處理工藝參數(shù)為680℃×8小時(shí)，空冷。
實(shí)施例四滲硼處理工藝參數(shù)為1030℃×12小時(shí)，空冷，滲硼處理后在葉片表面形成一層單相Fe2B組織，該滲硼層的深度為0.05mm；回火處理，滲硼處理完成后，再進(jìn)行回火處理，回火處理工藝參數(shù)為680℃×10小時(shí)，空冷。
實(shí)施例五滲硼處理工藝參數(shù)為1050℃×13小時(shí)，空冷，滲硼處理后在葉片表面形成一層單相Fe2B組織，該滲硼層的深度為0.06mm；回火處理，滲硼處理完成后，再進(jìn)行回火處理，回火處理工藝參數(shù)為700℃×12小時(shí)，空冷。
實(shí)施例六滲硼處理工藝參數(shù)為1070℃×16小時(shí)，空冷，滲硼處理后在葉片表面形成一層單相Fe2B組織，該滲硼層的深度為0.08mm；回火處理，滲硼處理完成后，再進(jìn)行回火處理，回火處理工藝參數(shù)為730℃×14小時(shí)，空冷。
實(shí)施例七滲硼處理工藝參數(shù)為1080℃×18小時(shí)，空冷，滲硼處理后在葉片表面形成一層單相Fe2B組織，該滲硼層的深度為0.10mm；回火處理，滲硼處理完成后，再進(jìn)行回火處理，回火處理工藝參數(shù)為740℃×14小時(shí)，空冷。
實(shí)施例八滲硼處理工藝參數(shù)為1100℃×20小時(shí)，空冷，滲硼處理后在葉片表面形成一層單相Fe2B組織，該滲硼層的深度為0.15mm；回火處理，滲硼處理完成后，再進(jìn)行回火處理，回火處理工藝參數(shù)為750℃×15小時(shí)，空冷。
綜上所述滲硼處理工藝優(yōu)選參數(shù)為950℃-1050℃×4-13小時(shí)，空冷；滲硼層的優(yōu)選深度為0.03-0.12mm；回火處理工藝參數(shù)為650℃-720℃×5-10小時(shí)。滲硼處理工藝最佳參數(shù)為1000℃-1030℃×8-12小時(shí)，空冷；回火處理工藝參數(shù)為680℃-700℃×6-8小時(shí)。滲硼層的最佳深度為0.05-0.10mm。
權(quán)利要求
1.一種防固體微粒侵蝕汽輪機(jī)噴嘴靜、動(dòng)葉片，用12％Cr馬氏體耐熱鋼加工而成，其特征在于所述靜、動(dòng)葉片的表面具有滲硼層。
2.權(quán)利要求1所述噴嘴靜、動(dòng)葉片的熱處理方法，包括步驟(1)滲硼處理滲硼處理的滲劑為粒狀單相滲硼劑，滲硼處理工藝參數(shù)為溫度900℃-1100℃，時(shí)間3-20小時(shí)，滲硼層的深度0.01-0.15mm，然后空冷至常溫；(2)回火處理滲硼處理完成后，再進(jìn)行回火處理，回火處理工藝參數(shù)為溫度600℃-750℃，時(shí)間2-15小時(shí)，然后空冷至常溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述噴嘴靜、動(dòng)葉片的熱處理方法，其特征在于所述滲硼處理工藝參數(shù)為950℃-1050℃×4-13小時(shí)，空冷；滲硼層的深度為0.03-0.12mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述噴嘴靜、動(dòng)葉片的熱處理方法，其特征在于所述滲硼處理工藝參數(shù)為1000℃-1030℃×8-12小時(shí)，空冷；滲硼層的深度為0.05-0.10mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防固體微粒侵蝕的汽輪機(jī)噴嘴靜、動(dòng)葉片及其熱處理方法，應(yīng)用在超臨界或超超臨界汽輪機(jī)噴嘴上。該噴嘴靜、動(dòng)葉片用12％Cr馬氏體耐熱鋼加工而成，表面進(jìn)行滲硼處理和回火處理滲硼處理的滲劑為粒狀單相滲硼劑，滲硼處理后在葉片表面形成一層單相Fe
文檔編號(hào)F01D9/02GK1554856SQ20031010412
公開日2004年12月15日 申請(qǐng)日期2003年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月26日
發(fā)明者范華, 楊功顯, 胡維成, 楊仕樹, 張波, 范 華 申請(qǐng)人:東方汽輪機(jī)廠