专利名称：高温汽轮机的构件以及高温汽轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽轮机(Dampfturbine)领域。本发明涉及根据权利要求1前序部分的高温汽轮机的构件以及高温汽轮机。
背景技术：
为了改进效率，现代的汽轮机是在很高的温度下工作的。为了达到所需要的耐高
温性(抗蠕变性，抗疲劳性等等)，在温度高于60(TC，特别是温度高于70(TC时，这样的高温
涡轮机的许多构件都是由镍基合金(Nickelbasislegierung)制造的。 如果所用的材料暴露于过热蒸汽(heiss Dampf)，在高的运行温度下，这些材料
(也即镍基合金)会发生氧化。在涡轮机叶片(Turbinenschaufel)的场合，尤其是这种情
况，其中，氧化将导致。
可负荷面积的损失将会提高由运行引起的负荷； 氧化将沿着晶界产生微小缺口 (Mikrokerbung)，该微小缺口将会提高形成疲劳裂纹的危险； 由于不规则氧化层的产生将形成表面粗糙度，接着发生了表面氧化物的剥离(这两种效应引起了表面粗糙化，而表面粗糙化降低了涡轮机的空气动力学效率)。
由US-B2-7238005可知运行温度超过650°C的汽轮机发电站，为了降低负荷变换时的热应力，该汽轮机发电站的特点在于针对涡轮机的特定构件例如壳体或叶片使用所选择的镍基合金来代替耐热的奥氏体钢。此时所考虑的合金具有不同份额的Cr， Co和Mo，具体说来要么具有《21重量X的Cr份额，例如11.0-20.0或者17. 0_21.0重量％，要么19. 0-24. 0重量％的Cr份额，而为此具有《15重量％的Co份额，要么19. 0-25. 0重量％的Cr份额，而为此没有Co份额且具有《2. 0重量％的Mo份额。 晶界氧化问题和与此相关的疲劳裂纹形成的问题，以及氧化引起的表面粗糙度问题在US-B2-7238005的解决方案中没有起作用。
发明内容
因此本发明的任务是，在可能的氧化和氧化的有害后果方面改进暴露于过热蒸汽的可高负荷的过热蒸汽轮机的构件，以及给出相应的过热蒸汽轮机。 该任务通过权利要求1和权利要求4的特征的总和而得到解决。本发明的基本特征在于，所述构件是由特种合金制造的，该特种合金基于合金元素的选择，特别是铬份额的选择，将镍基合金在高运行温度下的高强度与对晶界氧化，对一般性表面氧化和抗表面氧化剥离的高抗性组合起来。
根据本发明所用的合金具有下列的组成(按重量％计)
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。 根据本发明的实施方案，铬的份额限制在23.0_25.0(重量％ )的范围。
所述构件优选是汽轮机的叶片。 根据本发明的高温汽轮机的特点在于，所述构件由镍基合金组成，该镍基合金具有下列的组成(以重量％计)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。 根据一个实施方案，其中铬的份额限制在23.0_25.0(重量％)的范围。所述构件特别是高温汽轮机的叶片。
下面将根据图更详细地说明本发明。其中 图1示出根据本发明的商业上可得到的合金(NimoniclOr)与迄今所使用的商业上可得到的合金(\￥35 01(^@)相比较的在1000小时后平均抗蠕变断裂强度随温度变化的曲线图，和 图2示出图1的两种合金相比较的平均抗拉强度随温度变化的曲线图。
具体实施例方式
根据本发明，对于具有60(TC和更高的高蒸汽温度负荷的高温汽轮机的构件，特别是叶片(工作叶片(Laufschaufel)和/或导向叶片(Leitschaufel))，使用了镍基合金，该
镍基合金的特点在于相对高的铬和钴的含量，并具有下列组成(按重量％计) 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。 由此实现了本发明的构件，该构件的特点在于在运行温度下具有高强度，总体上 具有在晶界以及表面上大的抗氧化性，不易于使氧化层从表面剥落。 能够有利地使用縮小范围的23. 0-25. 0重量％的铬含量来代替22. 0_25. 0重量％ 的铬含量。 商业上可得到的位于根据本发明的组成范围中的镍基合金在商标名称 Nimonicl01②下是已知的。这种已知的镍基合金含有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，迄今还未用于汽 轮机的构件。 通过与其它的商业上可得到的只含有18. 0-21. 0重量％ Cr和12. 0_15. 0重量％ Co的镍基合金，即\￥38 31(^@的比较，清楚地表明，在超过60(TC的高温下，根据本发明的合 金恰恰存在着明显的优点。 因此图l表明，在超过600 650。C的感兴趣的温度范围内，在Nimonic101⑧(直 角(Rechtecke)) 1000小时(Rm， 1000h)时的平均抗蠕变断裂强度比Waspaloy (菱形 (Rauten))的相应值高至多16%。 同样根据图2，高于650°C的Nimonic 101 (直角)的平均抗拉强度(Rm)稍微高 于Waspaloy⑧(菱形)的平均抗拉强度。
本发明总的来说具有下列的优点 排除了发生叶片的机械失效(使用寿命长)； 避免由于表面粗糙度提到而引起的空气动力学效率的损失。
权利要求
在高于600℃，特别高于700℃的温度下工作的高温汽轮机的构件，该构件由镍基合金组成，特征在于，所用的合金具有下列组成(按重量％计)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. 根据权利要求1的构件，特征在于，Cr的份额限制在23. 0-25. 0重量％的范围。
3. 根据权利要求1或2的构件，特征在于，所述构件是高温汽轮机的叶片。
4. 在高于600°C ，特别是高于700°C的温度下运行的高温汽轮机，该高温汽轮机包括暴 露于过热蒸汽的构件，特征在于，该构件由镍基合金组成，该镍基合金具有下列组成(按重 量％计)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. 根据权利要求4的高温汽轮机，特征在于，铬的份额限制在23. 0-25. 0重量％的范围。
6. 根据权利要求4或5的高温汽轮机，特征在于，所述构件是高温汽轮机的叶片。
全文摘要
本发明涉及高温汽轮机的构件以及高温汽轮机。具体地，在高于600℃，特别是在于700℃的温度下工作的高温汽轮机的构件由镍基合金组成。由于所用的合金具有下列的组成(按重量％计)而阻止了由过热蒸汽引起的构件的氧化，其组成如下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。
文档编号C22C30/00GK101724767SQ200910211679
公开日2010年6月9日 申请日期2009年10月13日 优先权日2008年10月13日
发明者R·B·斯卡林 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司