镍-铬-钼-钒合金和涡轮部件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了NiCrMoV合金和涡轮部件。所述NiCrMoV合金包括至少约0.06%锰、至少约3.40%镍、约0.22%-约0.30%碳、至多约0.60%钼、至多约0.15%钒、至多约2.00%铬、至多约0.012%磷、至多约0.007%硫、至多约0.10%硅、至多约0.002%锑、至多约0.008%砷、至多约0.012%锡和至多约0.015%铝，和/或在高于700℉的温度下耐脆化。
【专利说明】镍-铬-钼-钒合金和涡轮部件
发明领域
[0001]本发明涉及合金和包含合金的部件。更具体地，本发明涉及镍-铬-钥-钒(NiCrMoV)合金。
[0002]发明背景
总的来说，蒸汽涡轮设备可包括高压蒸汽涡轮、中压蒸汽涡轮和低压蒸汽涡轮。每一种蒸汽涡轮由适于承受该特定涡轮的操作条件、压力、温度、流速等的材料形成。每一种涡轮可包括转子和外壳夹套。转子包括含叶片的可旋转安装的涡轮轴。当加热的和加压的蒸汽流动通过外壳夹套和转子之间的流动空间时，在能量从蒸汽转移至转子时，涡轮轴开始旋转。
[0003]近来，已设计针对较大容量和较高效率的蒸汽涡轮设备设计，其包括在较高温度下和/或较长时间内操作的蒸汽涡轮。例如，低压蒸汽涡轮可包括在超过600 T的温度下在长时间段内操作的低压转子锻件。通过常规炼钢工艺形成并且在高于600 °F的温度下使用的NiCrMoV的合金不期望地需要专门的冷却，另外出现延性到脆性转变温度的不期望的提闻。
[0004]能应对这些高温的NiCrMoV合金需要大量的炼钢加工，以降低有害杂质的含量，例如，锰的浓度小于约0.06%，并且磷的浓度小于约0.005%。这些合金称为超净的。这些超净合金可招致高制造成本和/或不能通过常规炼钢工艺来生产。
[0005]本领域期望不遭受一个或多个以上缺点的合金和具有该合金的涡轮部件。
[0006]发明概述 在一个示例性实施方案中，NiCrMoV合金包括，按重量计，约0.06%-约0.12%锰、至少约3.40%镍、约0.24%-约0.30%碳、至多约0.60%钥、至多约0.15%钒、至多约2.00%铬、至多约0.012%磷、至多约0.007%硫、至多约0.10%硅、至多约0.002%锑、至多约0.008%砷、至多约0.012%锡和至多约0.015%铝。
[0007]在一个示例性实施方案中，NiCrMoV合金包括，按重量计，约0.06%-约0.12%锰、至少约3.40%镍、约0.22%-约0.30%碳、至多约0.60%钥、至多约0.15%钒、至多约2.00%铬、至多约0.012%磷、至多约0.007%硫、至多约0.10%硅、至多约0.002%锑、至多约0.008%砷、至多约0.012%锡和至多约0.015%铝。磷以至少约0.007%的浓度存在，硫以至少约0.006%的浓度存在，硅以至少约0.05%的浓度存在，或它们的组合。
[0008]在另一个示例性实施方案中，NiCrMoV合金包括镍、铬、钥、钒和锰，锰的浓度为至少约0.06%，按重量计。NiCrMoV合金在高于700 0F的温度下耐脆化。
[0009]本发明请求保护:
1.一种NiCrMoV合金,所述合金按重量计包含:
约0.06%-约0.12%锰、至少约3.40%镍、约0.24%-约0.30%碳、至多约0.60%钥、至多约0.15%钒、至多约2.00%铬、至多约0.012%磷、至多约0.007%硫、至多约0.10%硅、至多约0.002%锑、至多约0.008%砷、至多约0.012%锡和至多约0.015%铝。
[0010]2.项目I的NiCrMoV合金,所述合金还包含余量的铁和附带的杂质。[0011]3.项目I的NiCrMoV合金，其中所述磷以至少约0.007%的浓度存在，所述硫以至少约0.006%的浓度存在，所述硅以至少约0.05%的浓度存在，或它们的组合。
[0012]4.项目I的NiCrMoV合金，其中所述磷以至少约0.007%的浓度存在。
[0013]5.项目I的NiCrMoV合金，其中所述硫以至少约0.006%的浓度存在。
[0014]6.项目I的NiCrMoV合金，其中所述硅以至少约0.05%的浓度存在。
[0015]7.项目I的NiCrMoV合金，其中所述锰以按重量计至少约0.06%的浓度存在。
[0016]8.项目I的NiCrMoV合金，其中所述钥以按重量计至少约0.35%的浓度存在。
[0017]9.项目I的NiCrMoV合金，其中所述钒以按重量计至少约0.05%的浓度存在。
[0018]10.项目I的NiCrMoV合金，其中所述铬以按重量计至少约1.50%的浓度存在。
[0019]11.项目I的NiCrMoV合金，其中所述镍以按重量计至多约4.00%镍的浓度存在。
[0020]12.项目I的NiCrMoV合金，其中所述NiCrMoV合金在高于700 0F的温度下耐脆化。
[0021]13.项目I的NiCrMoV合金，其中所述NiCrMoV合金在高于725 0F的温度下耐脆化。
[0022]14.项目I的NiCrMoV合金，其中所述NiCrMoV合金在约750 0F的温度下耐脆化。
[0023]15.项目I的NiCrMoV合金，其中氧以按重量计至多约0.0075%的浓度存在。
[0024]16.一种涡轮部件，所述涡轮部件包括项目I的合金。
[0025]17.项目16的涡轮部件，其中所述涡轮部件在蒸汽涡轮中。
[0026]18.项目17的涡轮部件，其中所述涡轮部件为低压转子。
[0027]19.一种NiCrMoV合金,所述合金按重量计包含:
约0.06%-约0.12%锰、至少约3.40%镍、约0.22%-约0.30%碳、至多约0.60%钥、至多约0.15%钒、至多约2.00%铬、至多约0.012%磷、至多约0.007%硫、至多约0.10%硅、至多约0.002%锑、至多约0.008%砷、至多约0.012%锡和至多约0.015%铝；
其中所述磷以至少约0.007%的浓度存在，所述硫以至少约0.006%的浓度存在，所述硅以至少约0.05%的浓度存在，或它们的组合。
[0028]20.一种NiCrMoV合金，所述合金包含:
镍；
铬；
钥；
钒；和
锰，所述锰的浓度为按重量计至少约0.06% ；
其中所述NiCrMoV合金在高于700 0F的温度下耐脆化。
[0029]作为本发明原理的实例，由以下优选实施方案的更详细描述，本发明的其它特征和优点将显而易见。
[0030]发明详述
提供了一种示例性NiCrMoV合金和涡轮部件。本公开内容的实施方案提高耐脆化性，允许在较高温度下(例如，超过600°F，尤其是在700°F和更高温度下)使用NiCrMoV合金，扩展非超净NiCrMoV合金高于600 0F的操作使用，允许生产/制造不是超净合金的NiCrMoV合金而无需专门的冷却条件，将延性到脆性转变温度的提高限制在可比的常规合金将经历的转变温度提高的60%，降低生产/制造的成本(例如，降低约25%)，提高涡轮系统的操作效率，或它们的组合。
[0031]NiCrMoV合金为任何合适的部件的一部分或全部。在一个实施方案中，NiCrMoV合金在涡轮部件中，例如，在电力生产系统中，例如，蒸汽涡轮和/或蒸汽涡轮系统、气体涡轮和/或气体涡轮系统或任何其它合适的系统。在一个实施方案中，涡轮部件为在蒸汽涡轮系统中的蒸汽涡轮的低压转子。[0032]NiCrMoV合金和/或涡轮部件通过任何合适的制造过程形成。在一个实施方案中，制造过程为常规炼钢过程和/或不是超净过程，其中超净过程需要长得多的时间来精炼钢，从而除去杂质，例如，猛、硫和/或憐。
[0033]在一个实施方案中，涡轮部件包括NiCrMoV合金，并且NiCrMoV合金具有以下组成，按重量计，约0.06%-约0.12%锰、至少约3.40%镍、约0.24%-约0.30%碳、至多约0.60%钥、至多约0.15%钒、至多约2.00%铬、至多约0.012%磷、至多约0.007%硫、至多约0.10%硅、至多约0.002%锑、至多约0.008%砷、至多约0.012%锡和至多约0.015%铝。在一个实施方案中，磷以至少约0.007%的浓度存在，硫以至少约0.006%的浓度存在，硅以至少约0.05%的浓度存在，或它们的组合。在另一实施方案中，NiCrMoV合金包括余量的铁和附带的杂质。
[0034]此外或备选，在一个实施方案中，NiCrMoV合金包括，按重量计，至少约0.06%锰，例如在以下温度下，NiCrMoV合金耐脆化:约700 0F -约750 °F、约700 0F -约725 °F、约725 0F -约750 °F、高于约700 °F、高于约725 °F、约700 °F、约725 °F、约750 0F，或它们的任何合适的组合、子组合、范围或子范围。
[0035]在一个实施方案中，NiCrMoV合金限制锰的量以允许NiCrMoV合金耐脆化，并且保留足够的锰以与有害的硫杂质组合。锰的合适的量包括，按重量计，约0.06%-约0.09%锰、约 0.09%-约 0.12%、约 0.08%-约 0.10%、约 0.06%、约 0.08%、约 0.10%、约 0.12% 或它们的任
何合适的组合、子组合、范围或子范围。
[0036]在一个实施方案中，磷以以下浓度存在于NiCrMoV合金中:按重量计，约0.010%-约 0.012%、约 0.007%-约 0.010%、约 0.008%-约 0.011%、约 0.007%、约 0.008%、约0.009%、约0.010%、约0.011%、约0.012%或它们的任何合适的组合、子组合、范围或子范围。
[0037]在一个实施方案中，硫以以下浓度存在于NiCrMoV合金中:按重量计，约0.006%、约0.007%或它们的任何合适的组合、子组合、范围或子范围。
[0038]在一个实施方案中，硅以以下浓度存在于NiCrMoV合金中:按重量计，约0.05%-约0.08%、约 0.08%-约 0.10%、约 0.07%-约 0.08%、约 0.05%、约 0.07%、约 0.08%、约 0.10%,或它们的任何合适的组合、子组合、范围或子范围。
[0039]在一个实施方案中，碳以以下浓度存在于NiCrMoV合金中:按重量计，约0.22%-约0.30%、约 0.24%-约 0.26%、约 0.22%-约 0.26%、约 0.22%-约 0.24%、约 0.24%-约 0.26%、约0.26%-约 0.30%、约 0.28%-约 0.30%、至多约 0.30%、约 0.22%、约 0.24%、约 0.26%、约 0.28%、约0.30%或它们的任何合适的组合、子组合、范围或子范围。
[0040]在一个实施方案中，钥以以下浓度存在于NiCrMoV合金中:按重量计，约0.35%-约0.50%、约 0.35%-约 0.40%、约 0.45%-约 0.50%、约 0.45%-约 0.60%、约 0.50%-约 0.60%、约
0.55%-约 0.60%、约 0.35%、约 0.40%、约 0.45%、约 0.50%、约 0.55%、约 0.60% 或它们的任何
合适的组合、子组合、范围或子范围。[0041]在一个实施方案中，钒以以下浓度存在于NiCrMoV合金中:按重量计，约0.10%-约0.15%、约 0.05%-约 0.10%、约 0.09%-约 0.13%、约 0.10%-约 0.12%、约 0.05%、约 0.07%、约
0.08%、约 0.09%、约 0.10%、约 0.11%、约 0.12%、约 0.13%、约 0.14%、约 0.15% 或它们的任何
合适的组合、子组合、范围或子范围。
[0042]在一个实施方案中，铬以以下浓度存在于NiCrMoV合金中:按重量计，约1.70%-约
2.00%、约 1.50%-约 1.80%,约 1.80%-约 2.00%、约 1.70%-约 1.80%、约 1.50%-约 1.70%、约
1.50%-约1.60%、约1.50%、约1.70%、约1.80%、约2.00%或它们的任何合适的组合、子组合、
范围或子范围。
[0043]在一个实施方案中，镍以以下浓度存在于NiCrMoV合金中:按重量计，约3.40%-约
3.80%、约 3.40%-约 3.70%、约 3.40%-约 3.60%、约 3.70%-约 4.00%、约 3.80%-约 4.00%、约
3.90%-约4.00%、约3.70%-约3.80%或它们的任何合适的组合、子组合、范围或子范围。
[0044]在一个实施方案中，NiCrMoV合金包括以下浓度:按重量计，至多约0.012%锡、至多约0.010%锡、至多约0.005%锡、约0.001%-约0.012%锡、约0.008%-约0.012%锡、约0.001%-约 0.010% 锡、约 0.008%-约 0.010% 锡、约 0.001% 锡、约 0.005% 锡、约 0.010% 锡、约0.012%锡或它们的任何合适的组合、子组合、范围或子范围。
[0045]在一个实施方案中，NiCrMoV合金包括以下浓度:按重量计，至多约0.015%铝、至多约0.010%铝、至多约0.005%铝、约0.001%-约0.015%铝、约0.008%-约0.015%铝、约0.012%-约 0.015% 铝、约 0.001%-约 0.010% 铝、约 0.008%-约 0.010% 铝、约 0.001% 铝、约
0.005%铝、约0.010%铝、约0.015%铝或它们的任何合适的组合、子组合、范围或子范围。
[0046]在一个实施方案中，NiCrMoV合金包括以下浓度:按重量计，至多约0.002%锑、至多约0.001%锑、约0.002%锑或约0.001%锑，或它们的任何合适的组合、子组合、范围或子范围。
[0047]在一个实施方案中，NiCrMoV合金包括至多约0.008%砷、至多约0.006%砷、至多约0.004%砷、至多约0.002%砷、约0.001%-约0.008%砷、约0.003%-约0.008%砷、约
0.005%-约 0.008% 砷、约 0.007%-约 0.008% 砷、约 0.003%-约 0.006% 砷、约 0.002%-约
0.007%砷或它们的任何合适的组合、子组合、范围或子范围。
[0048]在一个实施方案中，NiCrMoV合金包括以下浓度的作为溶解氧或在氧化物中的氧:按重量计，至多约0.0075%、至多约0.0050%、至多约0.0030%、至多约0.0010%、约
0.0010%-约 0.0075%、约 0.0030%-约 0.0075%、约 0.0010%-约 0.0030%、约 0.0010%、约
0.0030%、约0.0075%或它们的任何合适的组合、子组合、范围或子范围。
[0049]在一个实施方案中，NiCrMoV合金基本上没有特定杂质和/或痕量元素。例如，在一个实施方案中，NiCrMoV合金基本上没有或完全没有钨、钴和/或铌。备选，在一个实施方案中，NiCrMoV合金包括痕量或更多的钨、钴和/或铌。
[0050]虽然已参考优选的实施方案描述了本发明，本领域技术人员将理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可进行各种变化，并且等价物可替代其要素。此外，可进行许多修改，使得在不偏离其实质范围的情况下，使特定的情况或材料适应本发明的教导。因此，旨在本发明不局限于作预期实施本发明的最佳方式而公开的特定实施方案，而是本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施方案。
【权利要求】
1.一种NiCrMoV合金,所述合金按重量计包含: 约0.06%-约0.12%锰、至少约3.40%镍、约0.24%-约0.30%碳、至多约0.60%钥、至多约0.15%钒、至多约2.00%铬、至多约0.012%磷、至多约0.007%硫、至多约0.10%硅、至多约0.002%锑、至多约0.008%砷、至多约0.012%锡和至多约0.015%铝。
2.权利要求1的NiCrMoV合金,所述合金还包含余量的铁和附带的杂质。
3.权利要求1的NiCrMoV合金，其中所述磷以至少约0.007%的浓度存在，所述硫以至少约0.006%的浓度存在，所述硅以至少约0.05%的浓度存在，或它们的组合。
4.权利要求1的NiCrMoV合金，其中所述磷以至少约0.007%的浓度存在。
5.权利要求1的NiCrMoV合金，其中所述硫以至少约0.006%的浓度存在。
6.权利要求1的NiCrMoV合金，其中所述硅以至少约0.05%的浓度存在。
7.权利要求1的NiCrMoV合金，其中所述锰以按重量计至少约0.06%的浓度存在。
8.权利要求 1的NiCrMoV合金，其中所述钥以按重量计至少约0.35%的浓度存在。
9.权利要求1的NiCrMoV合金，其中所述钒以按重量计至少约0.05%的浓度存在。
10.权利要求1的NiCrMoV合金，其中所述铬以按重量计至少约1.50%的浓度存在。
【文档编号】C22C38/46GK103451571SQ201310218402
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年6月4日 优先权日:2012年6月4日
【发明者】D.B.克诺尔 申请人:通用电气公司