專利名稱：高溫汽輪機(jī)的構(gòu)件以及高溫汽輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽輪機(jī)(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(jī)的構(gòu)件以及高溫汽輪機(jī)。
背景技術(shù)：
為了改進(jìn)效率，現(xiàn)代的汽輪機(jī)是在很高的溫度下工作的。為了達(dá)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(shí)，這樣的高溫
渦輪機(jī)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(guò)熱蒸汽(heiss Dampf)，在高的運(yùn)行溫度下，這些材料
(也即鎳基合金)會(huì)發(fā)生氧化。在渦輪機(jī)葉片(Turbinenschaufel)的場(chǎng)合，尤其是這種情
況，其中，氧化將導(dǎo)致。
可負(fù)荷面積的損失將會(huì)提高由運(yùn)行引起的負(fù)荷； 氧化將沿著晶界產(chǎn)生微小缺口 (Mikrokerbung)，該微小缺口將會(huì)提高形成疲勞裂紋的危險(xiǎn)； 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(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)效率)。
由US-B2-7238005可知運(yùn)行溫度超過(guò)650°C的汽輪機(jī)發(fā)電站，為了降低負(fù)荷變換時(shí)的熱應(yīng)力，該汽輪機(jī)發(fā)電站的特點(diǎn)在于針對(duì)渦輪機(jī)的特定構(gòu)件例如殼體或葉片使用所選擇的鎳基合金來(lái)代替耐熱的奧氏體鋼。此時(shí)所考慮的合金具有不同份額的Cr， Co和Mo，具體說(shuō)來(lái)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(wèn)題和與此相關(guān)的疲勞裂紋形成的問(wèn)題，以及氧化引起的表面粗糙度問(wèn)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(jìn)暴露于過(guò)熱蒸汽的可高負(fù)荷的過(guò)熱蒸汽輪機(jī)的構(gòu)件，以及給出相應(yīng)的過(guò)熱蒸汽輪機(jī)。 該任務(wù)通過(guò)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(yùn)行溫度下的高強(qiáng)度與對(duì)晶界氧化，對(duì)一般性表面氧化和抗表面氧化剝離的高抗性組合起來(lái)。
根據(jù)本發(fā)明所用的合金具有下列的組成(按重量％計(jì))
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(shí)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(jī)的葉片。 根據(jù)本發(fā)明的高溫汽輪機(jī)的特點(diǎn)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(jì))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(gè)實(shí)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(jī)的葉片。


下面將根據(jù)圖更詳細(xì)地說(shuō)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(shí)后平均抗蠕變斷裂強(qiáng)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(qiáng)度隨溫度變化的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于具有60(TC和更高的高蒸汽溫度負(fù)荷的高溫汽輪機(jī)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(diǎn)在于相對(duì)高的鉻和鈷的含量，并具有下列組成(按重量％計(jì)) 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(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的構(gòu)件，該構(gòu)件的特點(diǎn)在于在運(yùn)行溫度下具有高強(qiáng)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(lái)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(jī)的構(gòu)件。 通過(guò)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(guò)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(diǎn)。 因此圖l表明，在超過(guò)600 650。C的感興趣的溫度范圍內(nèi)，在Nimonic101⑧(直 角(Rechtecke)) 1000小時(shí)(Rm， 1000h)時(shí)的平均抗蠕變斷裂強(qiáng)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(qiáng)度(Rm)稍微高 于Waspaloy⑧(菱形)的平均抗拉強(qiáng)度。
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)具有下列的優(yōu)點(diǎn) 排除了發(fā)生葉片的機(jī)械失效(使用壽命長(zhǎng))； 避免由于表面粗糙度提到而引起的空氣動(dòng)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(jī)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(jì))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(jī)的葉片。
4. 在高于600°C ，特別是高于700°C的溫度下運(yùn)行的高溫汽輪機(jī)，該高溫汽輪機(jī)包括暴 露于過(guò)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(jì))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(jī)，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(jī)，特征在于，所述構(gòu)件是高溫汽輪機(jī)的葉片。
全文摘要
本發(fā)明涉及高溫汽輪機(jī)的構(gòu)件以及高溫汽輪機(jī)。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(jī)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(jì))而阻止了由過(guò)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(hào)C22C30/00GK101724767SQ200910211679
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)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(qǐng)人:阿爾斯托姆科技有限公司