專利名稱：用于汽輪機(jī)鑄造部件的鎳基合金、汽輪機(jī)殼體、閥殼體、噴嘴箱和管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備汽輪機(jī)的鑄造部件的材料，其中高溫蒸汽在所述汽輪機(jī)中作為工 作流體流動(dòng)。具體地，本發(fā)明涉及具有優(yōu)良高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性的用于汽輪機(jī)鑄造部 件的鎳基合金、汽輪機(jī)的汽輪機(jī)殼體、汽輪機(jī)的閥殼體、汽輪機(jī)的噴嘴箱和汽輪機(jī)的管，它 們是由用于汽輪機(jī)鑄造部件的鎳基合金制造的。2.相關(guān)技術(shù)描沭在包括汽輪機(jī)的熱電設(shè)備中，從全球環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)出發(fā)，注意力集中在抑制二 氧化碳排放的技術(shù)，并且對(duì)提高發(fā)電效率的需求增大。為了開發(fā)汽輪機(jī)的發(fā)電效率，提高汽輪機(jī)中所用蒸汽溫度是有效的。在近期使用 汽輪機(jī)的熱電設(shè)備中，蒸汽溫度增加到600°C或更高。在將來的使用汽輪機(jī)的熱電設(shè)備中， 蒸汽溫度看起來將增加到650°C或700°C。隨著圍繞汽輪機(jī)的汽輪機(jī)殼體、閥殼體、噴嘴箱、管等流動(dòng)的蒸汽的溫度增加，暴 露于高溫蒸汽的汽輪機(jī)的汽輪機(jī)殼體、閥殼體、噴嘴箱、管等可導(dǎo)致其中大的應(yīng)力?？紤]到 這點(diǎn)，汽輪機(jī)的這些部件必須耐受這樣的高溫條件和這樣的高應(yīng)力條件，因此，需要由在室 溫到高溫的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良強(qiáng)度、延展性及韌性的各種材料。特別地，當(dāng)蒸汽溫度超過700°C時(shí)，考慮使用鎳基合金，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的鐵基材料還不 具有足夠的高溫強(qiáng)度(參見文獻(xiàn)1)。因?yàn)殒嚮辖鹁哂衅涓邷貜?qiáng)度和高耐腐蝕性，鎳基合金將被主要用于噴氣發(fā) 動(dòng)機(jī)和氣輪機(jī)。作為鎳基合金的典型實(shí)例為Inconel Alloy 617(由Special Metals Corporation 制造)禾口 Inconel Alloy 706 (由 Special MetalsCorporation 制造)。對(duì)于加強(qiáng)鎳基合金的高溫強(qiáng)度的機(jī)制，是通過加入Al或Ti至鎳基合金中，在鎳基 合金母相材料形成諸如Y ‘相(Ni3(Al, Ti))或γ “相的沉淀相。在Inconel Alloy 706 中沉淀、’相和、“相而發(fā)展高溫強(qiáng)度。另一方面，在Inconel Alloy 617或類似物中，Co和Mo在鎳基合金的母相中固溶 (即使用溶解強(qiáng)化)，從而發(fā)展其高溫強(qiáng)度。[文獻(xiàn) 1]JP-A 07-150277 (KOKAI)如上所述，雖然鎳基合金被考慮在超過700°C的溫度范圍內(nèi)作為汽輪機(jī)的渦輪轉(zhuǎn) 子的材料而應(yīng)用，但對(duì)于鎳基合金來講，高溫強(qiáng)度不足以在這樣的高溫條件下應(yīng)用。另外， 要求通過組成等的改進(jìn)來提高鎳基合金的高溫強(qiáng)度，同時(shí)保持鎳基合金的可鑄性和可焊性等.

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供具有優(yōu)良高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性的用于汽輪機(jī)鑄 造部件的鎳基合金、汽輪機(jī)的汽輪機(jī)殼體、汽輪機(jī)的閥殼體、汽輪機(jī)的噴嘴箱和汽輪機(jī)的 管，它們是由用于汽輪機(jī)鑄造部件的鎳基合金制造的。為了達(dá)成本發(fā)明的目的，本發(fā)明的一方面涉及具有優(yōu)良高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊 性的用于汽輪機(jī)鑄造部件的鎳基合金，以重量％計(jì)，其含有c :0.01到0. 15 ；Cr 18到28 ； Co 10 至IJ 15 ；Mo 8 至IJ 12 ；A1 1. 5 至lj 2 ；Ti 0. 1 至lj 3 ；B 0. 001 至lj 0. 006 ；Ta 0. 1 至lj 0. 7，及
余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的另一方面涉及具有優(yōu)良高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性的用于汽輪機(jī)鑄造部 件的鎳基合金，以重量％計(jì)，其包括c :0. 01到0. 15 ；Cr 18到28 ；Co 10到15 ；Mo 8到12 ； A1 1. 5到2 ；Ti 0. 1到3 ；B 0. 001到0. 006 ；Nb 0. 1到0. 4，及余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的另一方面涉及具有優(yōu)良高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性的用于汽輪機(jī)鑄造 部件的鎳基合金，以重量％計(jì)，其包括C 0. 01到0. 15 ；Cr 18到28 ；Co 10到15 ；Mo 8到 12 ；A1 1. 5 到 2 ；Ti 0. 1 到 3 ；B 0. 001 到 0. 006 ；Ta+2Nb 0. 1 到 0. 7 (Ta Nb 的摩爾比為 1 2)，及余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的再另一方面涉及汽輪機(jī)的汽輪機(jī)殼體，其至少包括由上述任何鎳基合金 通過鑄造制備的部分。本發(fā)明的再另一方面涉及汽輪機(jī)的閥殼體，其至少包括由上述任何鎳基合金通過 鑄造制備的部分。本發(fā)明的再另一方面涉及汽輪機(jī)的噴嘴箱，其至少包括由上述任何鎳基合金通過 鑄造制備的部分。本發(fā)明的再另一方面涉及汽輪機(jī)的管，其至少包括由上述任何鎳基合金通過鑄造 制備的部分。根據(jù)本發(fā)明所提出的具有優(yōu)良高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性的用于汽輪機(jī)鑄造部件 的鎳基合金、汽輪機(jī)的汽輪機(jī)殼體、汽輪機(jī)的閥殼體、汽輪機(jī)的噴嘴箱和汽輪機(jī)的管(它們 是由用于汽輪機(jī)鑄造部件的鎳基合金制造的)，相對(duì)于常規(guī)的那些，本發(fā)明的鎳基合金和這 些部件中的高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性可被增強(qiáng)。
具體實(shí)施例方式下面將詳細(xì)描述本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有優(yōu)良高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性的汽輪機(jī)鑄造部件的 鎳基合金具有以下組成。這里符號(hào)"%丨'指“重量％ ”，除非特別指出。(M1)C 0. 01%至IJ 0. 15%, Cr 至lj 28%, Co 至lj 15%, Mo 至lj 12%, A1 1. 5%到 2%、Ti :0. 到 3%、B 0. 001%到 0. 006%, Ta 0. 到 0. 7%，且其剩余部分為 Ni和不可避免的雜質(zhì)。(M2)C 0. 01%至IJ 0. 15%, Cr 至lj 28%, Co 至lj 15%, Mo 至lj 12%, A1 1. 5%到 2%,Ti 0. 到 3%,B 0. 001%到 0. 006%, Nb 0. 到 0. 4%，且其剩余部分為
Ni和不可避免的雜質(zhì)。
(M3)C :0. 01%至Ij 0. 15%, Cr 至Ij 28%, Co 至Ij 15%, Mo 至Ij 12%, Al 1. 5%|lj 2%, Ti :0. 1%|IJ 3%, B :0. 001%到 0. 006%,Ta+2Nb :0. 到 0. 7%，且其剩余部 分為Ni和不可避免的雜質(zhì)。這里，術(shù)語“Ta :2Nb”意味著Ta Nb的摩爾比為1 2。關(guān)于編號(hào)為(Ml)至(M3)的鎳基合金的不可避免的雜質(zhì)，期望Si的含量設(shè)置為 0. 或更少，Mn的含量設(shè)置為0. 或更少。作為不可避免的雜質(zhì)，除了 Si和Mn之外，可 以舉例為Cu、Fe和S。具有上述組成的鎳基合金優(yōu)選用于制造在680°C到750°C溫度范圍 操作的汽輪機(jī)的鑄造部件的材料。作為汽輪機(jī)的鑄造部件，可以舉例為汽輪機(jī)的汽輪機(jī)殼 體、汽輪機(jī)的閥殼體、汽輪機(jī)的噴嘴箱和汽輪機(jī)的管。 汽輪機(jī)殼體應(yīng)理解為，其使得其中植入有汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子經(jīng)由汽輪 機(jī)殼體滲透，用于將蒸汽引入汽輪機(jī)殼體的噴嘴布置在汽輪機(jī)殼體的內(nèi)表面，從而構(gòu)成汽 輪機(jī)汽缸。閥殼體是閥的殼體，所述閥起控制高溫高壓蒸汽流速以供應(yīng)給汽輪機(jī)和/或關(guān) 閉蒸汽流動(dòng)的蒸汽閥的作用。作為殼體閥，可舉例為在680-750°C的蒸汽流動(dòng)的條件下采用 的閥的殼體。噴嘴箱是環(huán)形的蒸餾流動(dòng)通道，其位于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的周圍，用于將在汽輪機(jī)中 供應(yīng)的高溫高壓蒸汽使用第一噴嘴和第一汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片引入汽輪機(jī)的第一段中。所述管 為用于將蒸汽由鍋爐引入高壓汽輪機(jī)的主蒸汽管或高溫再熱蒸汽管。汽輪機(jī)殼體、閥殼體、 噴嘴箱和管配置在這些部件暴露于高溫高壓蒸汽的環(huán)境下。鎳基合金可以應(yīng)用于汽輪機(jī)鑄造部件的每個(gè)部分或者鑄造部件的一部分，布置在 高壓汽輪機(jī)上的汽輪機(jī)的鑄造部件可能被配置在高溫高壓氣氛下。可選地，布置在從高壓 汽輪機(jī)橋連至中壓汽輪機(jī)部分的汽輪機(jī)鑄造部件也可能配置在高溫高壓氣氛下。配置在高 溫高壓氣氛下的汽輪機(jī)鑄造部件不限于上述舉例的哪些。在本申請(qǐng)說明書中，表述“配置在 高溫高壓氣氛下汽輪機(jī)的鑄造部件”意味著汽輪機(jī)的鑄造部件配置并暴露于680-750°C溫 度范圍內(nèi)的溫度氣氛下。上述鎳基合金具有優(yōu)于常規(guī)鎳基合金的高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性。因此，如果汽 輪機(jī)鑄造部件如汽輪機(jī)殼體、閥殼體、噴嘴箱和管可由根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的鎳基合金制 造，那么鑄造部件在高溫氣氛下具有較高的可靠性。即，可以制造在高溫氣氛下各自具有高 可靠性的汽輪機(jī)殼體、閥殼體、噴嘴箱和管。下面，將描述限定根據(jù)本發(fā)明的上述鎳基合金中的各個(gè)組成組分范圍的原因。(I)C(碳)C作為加固相M23C6型碳化物的組成元素是有用的。特別是，在汽輪機(jī)的操作期間， M23C6型碳化物的沉淀是在650°C或更高的高溫氣氛下保持合金(即鎳基合金)的蠕變強(qiáng)度 的主要因素之一?？蛇x地，碳具有確保熔融金屬在澆鑄時(shí)的流動(dòng)性的作用。當(dāng)C的含量設(shè) 置為小于0.01%時(shí)，鎳基合金的機(jī)械強(qiáng)度(下文通常意味著高溫強(qiáng)度)可被降低，因?yàn)樘蓟?物不能足夠的沉淀，且鑄造期間鎳基合金熔融物的流動(dòng)性顯著降低。另一方面，當(dāng)C的含量 設(shè)置為超過0.15%時(shí)，制造較大的鎳基合金錠塊時(shí)鎳基合金熱熔物的組分分離趨勢(shì)增大， 且脆變相M6C型碳化物的產(chǎn)生加速。因此，C的含量設(shè)置為0. 01%到0. 15%。(2) Cr (鉻)鉻(Cr)是增強(qiáng)鎳基合金的抗氧化性、耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度的重要元素，并且作為 M23C6型碳化物的基本組成元素它是必要的。特別地，在650°C或更高的高溫環(huán)境下，在汽輪 機(jī)的操作期間M23C6型碳化物的沉淀是保持合金(即鎳基合金)蠕變強(qiáng)度的主要元素之一?；蛘?，Cr具有在高溫蒸汽環(huán)境下增強(qiáng)鎳基合金抗氧化性的作用。當(dāng)Cr含量設(shè)置為小于18% 時(shí)，鎳基合金的抗氧化性可降低。另一方面，當(dāng)Cr含量設(shè)置為超過28%時(shí)，M23C6型碳化物 的沉淀顯著加速，從而增大了沉淀的M23C6型碳化物的粗大化趨勢(shì)。因此，Cr的含量設(shè)置在 18%到 28%。(3) Co (鈷)鈷(Co)被固溶(solid-solving)進(jìn)鎳基合金的母相中來增強(qiáng)其母相的機(jī)械強(qiáng) 度。然而，當(dāng)鈷含量設(shè)置為超過15%時(shí)，產(chǎn)生降低鎳基合金機(jī)械強(qiáng)度的金屬間化合物相 (intermetallic compound phase)，從而，鎳基合金的機(jī)械強(qiáng)度降低。另一方面，當(dāng)鈷含量 小于10%時(shí)，鎳基合金的可加工性(可鑄性)降低，并且鎳基合金的機(jī)械強(qiáng)度也降低。因 此，碳含量設(shè)置在10%到15%。(4) Mo(鉬)鉬(Mo)被固溶進(jìn)鎳基合金的母相中來增強(qiáng)其母相的機(jī)械強(qiáng)度。此外，M23C6型碳化 物的組成元素中的一部分用Mo元素取代，從而，碳化物的穩(wěn)定性增大。當(dāng)Mo含量設(shè)置為小 于8%時(shí)，不能顯示上述作用/功能。當(dāng)Mo含量設(shè)置為超過12%時(shí)，制造較大錠塊的鎳基 合金時(shí)鎳基合金熱熔融物的組分分離趨勢(shì)增大，且脆化相M6C型碳化物的產(chǎn)生加速。因此， Mo的含量設(shè)置在8%到12%。(5)A1(鋁)鋁(A1)和鎳產(chǎn)生Y丨相(Y ‘ :Ni3Al)，從而通過該、‘相的沉淀提高鎳基合金 的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)A1的含量設(shè)置為小于1. 5%時(shí)，鎳基合金的機(jī)械強(qiáng)度和可加工性(可鑄性) 相比于普通鋼均未改善，而當(dāng)A1的含量設(shè)置為超過2%時(shí)，鎳基合金的機(jī)械強(qiáng)度提高，但鎳 基合金的可鑄性(可加工性)降低。因此，A1的含量設(shè)置在1. 5%到2%。(6)Ti(鈦)以與A1相同的方式，鈦(Ti)和鎳產(chǎn)生Y ‘相(Y ‘ :Ni3Ti)，從而提高鎳基合金 的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)Ti的含量設(shè)置小于0.1%時(shí)，鎳基合金的熱加工性劣化。而當(dāng)Ti含量設(shè)置 為超過3%時(shí)，鎳基合金的缺口敏感性增加。因此，Ti含量設(shè)置在0. 到3%。(7)B(硼)硼(B)被固溶進(jìn)鎳基合金的母相中來增強(qiáng)其母相的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)B的含量設(shè)置為 小于0. 001%時(shí)，其母相的機(jī)械強(qiáng)度不增強(qiáng)，而當(dāng)B的含量設(shè)置為超過0. 006%時(shí)，在鎳基合 金導(dǎo)致晶界脆化。因此，B含量設(shè)置在0. 001%到0. 006%。(8) Ta (鉭)鉭(Ta)穩(wěn)定Y ‘相(Y ‘ x相Ni3(Al，Ti))的沉淀強(qiáng)化。當(dāng)鉭(Ta)含量設(shè)置為 小于0. 時(shí)，相比于普通鋼，不會(huì)增強(qiáng)沉淀強(qiáng)化的穩(wěn)定，而當(dāng)Ta含量設(shè)置為超過0.7%時(shí)， 鎳基合金的生產(chǎn)成本增大，使得經(jīng)濟(jì)效益劣化。因此，Ta含量設(shè)置在0. 到0.7%。(9) Nb (鈮)鈮(Nb)固溶在相(Y'相(Ni3(Al，Ti))中，以便穩(wěn)定沉淀強(qiáng)化。當(dāng)Nb的含量 小于0. 時(shí)，和普通鋼相比，不能增強(qiáng)沉淀強(qiáng)化的穩(wěn)定，而當(dāng)Nb的含量設(shè)置為超過0.4% 時(shí)，鎳基合金的機(jī)械強(qiáng)度得以提高，但可加工性(可鑄性)降低。因此，Nb的含量設(shè)置在 0. 到 0. 4%。使用Ta和Nb，通過設(shè)置(Ta+2Nb)表示的總含量在0. 1 %到0. 7%的范圍內(nèi)，可改
7善Y ‘相(Y ‘相(Ni3Al, Ti))的沉淀強(qiáng)化。當(dāng)(Ta+2Nb)的總含量小于0. 時(shí)，和普通 鋼相比不能充分地改善沉淀強(qiáng)化，而當(dāng)(Ta+2Nb)的總含量超過0.7%時(shí)，鎳基合金的機(jī)械 強(qiáng)度改善，但鎳基合金的可加工性(可鑄性)可降低。Ta含量和Nb含量分別設(shè)置為至少 0. 01%或更大。因?yàn)镹b的比重大致是Ta比重的一半(Ta的比重16. 6，Nb的比重8. 57)，因此， 相比于加入Ta，通過共同加入Ta和Nb到鎳基合金的母相中來增加其母相的總固溶體量。 此外，因?yàn)門a是戰(zhàn)略材料，因此，難以穩(wěn)定得到它。另一方面，因?yàn)镹b的儲(chǔ)備大致是Ta的 100倍，Nb可以穩(wěn)定供應(yīng)。Ta的熔點(diǎn)高于Nb的熔點(diǎn)(Ta的熔點(diǎn)約3000Nb的熔點(diǎn)約 2470°C)，因此，在較高溫度下Y相得到強(qiáng)化。另外，Ta的抗氧化性優(yōu)于Nb的抗氧化性。(10) Si (硅)、Mn (錳)、Cu (銅)、Fe (鐵)和 S (硫) 根據(jù)本發(fā)明的鎳基合金，Si (硅)、Mn (錳)、Cu (銅)、Fe (鐵)和S (硫)被劃分為 不可避免的雜質(zhì)。因此，最好盡可能使這些雜質(zhì)剩余含量盡可能為0%。希望這些雜質(zhì)中的 Si (硅)和Mn (錳)的剩余含量分別設(shè)置為0. 1 %或更少。在普通碳鋼中，加入Si(硅)以補(bǔ)償其較差的耐腐蝕性。然而，因?yàn)樗鲦嚮辖?中的Cr含量大，可以充分保證鎳基合金的耐腐蝕性。因此，鎳基合金中Si剩余含量設(shè)置為 0. 或更少，并且最好盡可能降低為0%。在普通碳鋼中，Mn與S構(gòu)成MnS，從而抑制鎳基合金的脆性，因?yàn)镾可導(dǎo)致普通碳 鋼的脆性。然而，所述鎳基合金中的S的含量極小，因此，不必須向鎳基合金中加入Mn。因 此，Mn剩余含量設(shè)置為0. 或更少，且最好盡可能降低為0%。用于汽輪機(jī)殼體、閥殼體和噴嘴箱的根據(jù)本發(fā)明的汽輪機(jī)的鑄造部件的鎳基合 金，可如下制造首先，通過真空感應(yīng)熔化(VIM)使鎳基合金的組成成分熔融，并將所得熱 熔融物注入澆鑄箱以形成錠塊。然后，通過溶解處理(solution treatment)進(jìn)行處理。在根據(jù)本發(fā)明的汽輪機(jī)的鑄造部件的鎳基合金制備的管制造中，鎳基合金的組成 是通過真空感應(yīng)熔化(VIM)而熔融，并且所得熱熔融物在汽缸澆鑄箱高速旋轉(zhuǎn)的條件下注 入到汽缸澆鑄箱中。在此情況下，因?yàn)闊崛廴谖锉辉醋云诐茶T箱旋轉(zhuǎn)的離心力加壓，所得 錠塊以預(yù)定管形狀成形，然后通過溶解處理來處理。以此方式，可制造汽輪機(jī)的管，這稱作 離心鑄造法。溶解處理優(yōu)選在1100°C到1200°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行4-15小時(shí)。進(jìn)行溶解處理以 均勻地固溶γ'沉淀相。當(dāng)溶解處理的溫度設(shè)置為低于iioo°c時(shí)，固體溶解不能充分地進(jìn) 行。當(dāng)溶解處理的溫度設(shè)置為高于1200°C時(shí)，鎳基合金的強(qiáng)度降低，這是因?yàn)槠渚Я５拇?化。作為根據(jù)本發(fā)明的汽輪機(jī)的鑄造部件，殼體、閥殼體和汽噴嘴箱可以如下制造。首 先，根據(jù)本發(fā)明的汽輪機(jī)的鑄造部件的鎳基合金的組成是通過真空感應(yīng)熔化(VIM)而熔 融。這樣得到的熱熔融物注入到相應(yīng)的澆鑄箱中，然后在氣氛下鑄造。所得到的錠塊通過 溶解處理來處理。作為本發(fā)明的鑄造部件，汽輪機(jī)殼體、閥殼體和噴嘴箱可以如下制造首先，根據(jù) 本發(fā)明的汽輪機(jī)的鑄造部件的鎳基合金的組成是通過電爐(EF)而熔融，并且通過氬-氧脫 碳法(AOD)而脫碳。這樣得到的熱熔融物注入到相應(yīng)的澆鑄箱中，然后在氣氛下鑄造。這 樣得到的錠塊通過溶解處理而被處理。
作為本發(fā)明的鑄造部件，管可如下制造首先，首先，根據(jù)本發(fā)明的汽輪機(jī)的鑄造 部件的鎳基合金的組成是通過真空感應(yīng)熔化(VIM)或電爐(EF)而熔融，并且通過氬-氧脫 碳法(A0D)而脫碳。這樣得到的熱熔融物在汽缸澆鑄箱以高旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的條件下注入到 汽缸澆鑄箱中。在此情況下，因?yàn)闊崛廴谖锉辉醋云诐茶T箱旋轉(zhuǎn)的離心力加壓，所得錠塊 以預(yù)定管形狀成形，然后通過溶解處理來處理。以此方式，可制造汽輪機(jī)的管(離心鑄造 法)。汽輪機(jī)殼體、閥殼體、噴嘴箱和管的制造方法不限于上述這些。用于汽輪機(jī)鑄造部件的鎳基合金的優(yōu)良高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性將在下文進(jìn)行 描述。(高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性評(píng)價(jià))這里，將描述具有上述本發(fā)明限定組成范圍的組成的汽輪機(jī)鑄造部件的鎳基合金 的優(yōu)良高溫強(qiáng)度、可焊性和可鑄性。表1顯示了進(jìn)行高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性評(píng)價(jià)的樣品 1到樣品28的化學(xué)組成。樣品1到樣品6的化學(xué)組成屬于本發(fā)明限定的化學(xué)組成范圍。樣 品7到樣品28不屬于本發(fā)明化學(xué)組成范圍。因此，樣品7到樣品28分別對(duì)應(yīng)比較實(shí)施例。 樣品7的化學(xué)組成相當(dāng)于常規(guī)Inconel 617。在此情況下，除了 Si (硅)和Mn (錳)，每個(gè) 樣品的鎳基合金還含有Fe(鐵)、Cu(銅)和S(硫)作為不可避免的雜質(zhì)。
9 通過拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)，高溫強(qiáng)度得到了評(píng)價(jià)。在拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)中，將20kg的鎳基合 金在真空感應(yīng)熔爐中熔化，形成每個(gè)樣品的錠塊(即樣品1到樣品28)。如上所述，樣品1到樣品28具有表1所列的相應(yīng)化學(xué)組成。隨后對(duì)于錠塊在1180°C進(jìn)行溶解處理4小時(shí)，從 而形成鑄鋼。然后，每個(gè)樣品以預(yù)定尺寸由鑄鋼制備。然后，在23°C、700°C和800°C的溫度在JIS G 0567上對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行拉伸強(qiáng)度實(shí) 驗(yàn)(對(duì)鋼和耐熱合金的高溫拉伸試驗(yàn)方法)。在此情況下，測(cè)量0. 2%的試驗(yàn)應(yīng)力。700°C和 800°C的試驗(yàn)溫度是通過考慮汽輪機(jī)正常操作時(shí)的溫度條件和其安全因素而設(shè)定的。0. 2% 試驗(yàn)應(yīng)力的測(cè)量結(jié)果逐個(gè)樣品列于表2中。此外，對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行可鑄性評(píng)價(jià)。在該評(píng)價(jià)中，涉及樣品的錠塊被垂直分割為兩 個(gè)錠片。然后，在JIS Z 2343-1上對(duì)錠片切割表面進(jìn)行焊接熱影響區(qū)的液體滲透試驗(yàn)(PT) (Non-destructive testing—Penetrant testing—Part 1 :General principles—Method for liquid penetrant testing andclassification of the penetrant indication)0 然后，目測(cè)評(píng)價(jià)鑄造裂紋的出現(xiàn)。可鑄性評(píng)價(jià)結(jié)果逐個(gè)樣品列于表2中。這里，無鑄造裂紋 的情況由術(shù)語“未出現(xiàn)”來表示。在此情況下，因?yàn)榭设T性是優(yōu)良的，可鑄性評(píng)價(jià)通過符號(hào) “〇”表示。鑄造裂紋的情況由術(shù)語“出現(xiàn)”表示。在此情況下，因?yàn)榭设T性差，鑄造評(píng)價(jià)由 符號(hào)“X”表示。此外，可焊性被逐個(gè)樣品評(píng)價(jià)。在此情況下，當(dāng)每個(gè)樣品由相應(yīng)錠塊形成時(shí)，樣品 尺寸設(shè)置為60mm寬，150mm長(zhǎng)，40mm厚。在每個(gè)樣品處形成寬度為10mm和厚度為5mm的 溝槽，從而在幾乎其寬度方向的中心沿著長(zhǎng)度方向被延長(zhǎng)。然后，對(duì)該溝槽進(jìn)行在TIG焊 接中采用的電弧加熱，使得每個(gè)樣品在溝槽的厚度方向被切掉，從而平行于寬度方向。然 后，在JIS Z 2343-1上對(duì)每個(gè)樣品的切割表面進(jìn)行焊接熱影響區(qū)的液體滲透試驗(yàn)(PT) (Non-destructive testing—Penetrant testing—Part 1 :General principles—Method for liquid penetrant testing and classification of the penetrantindication)0然 后，對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行目測(cè)評(píng)價(jià)焊接裂紋的出現(xiàn)。焊接評(píng)價(jià)結(jié)果逐個(gè)列于表2中。這里，無焊 接裂紋的情況由術(shù)語“未出現(xiàn)”來表示。在此情況下，因?yàn)榭珊感允莾?yōu)良的，焊接評(píng)價(jià)通過 符號(hào)“〇”表示。焊接裂紋的情況由術(shù)語“出現(xiàn)”表示。在此情況下，因?yàn)榭珊感圆?，焊接評(píng) 價(jià)由符號(hào)“X”表示。表2 已經(jīng)證實(shí)，樣品1到樣品6在各個(gè)溫度下具有較高的0. 2%試驗(yàn)應(yīng)力、良好的可鑄 性和可焊性。樣品1到樣品6分別具有較高的0. 2%試驗(yàn)應(yīng)力的原因被認(rèn)為是由于沉淀強(qiáng) 化和溶解強(qiáng)化。例如，相反，樣品18和樣品20分別具有較高的0.2%試驗(yàn)應(yīng)力，但是具有較差的可 鑄性和可焊性。涉及對(duì)比實(shí)施例的所有常規(guī)鋼不能展現(xiàn)優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性。雖然參照以上實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于以上公開內(nèi)容，不 脫離本發(fā)明范圍可進(jìn)行各種變化和修改。
權(quán)利要求
具有優(yōu)良高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性的用于汽輪機(jī)鑄造部件的鎳基合金，以重量％計(jì)，其包括C0.01到0.15；Cr18到28；Co10到15；Mo8到12；Al1.5到2；Ti0.1到3；B0.001到0.006；Ta0.1到0.7，及余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1的鎳基合金，其中選自不可避免雜質(zhì)的至少Si和Mn的含量分別設(shè)置為0. 1或更少。
3.具有優(yōu)良高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性的用于汽輪機(jī)鑄造部件的鎳基合金，以重量％ 計(jì)，其包括C 0. 01 到 0. 15 ；Cr 18 到 28 ；Co 10 到 15 ；Mo 8 到 12 ；Al 1. 5 到 2 ；Ti 0. 1 到 3 ；B 0. 001到0. 006 ；Nb 0. 1到0. 4，及余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)。
4.權(quán)利要求3的鎳基合金，其中選自不可避免雜質(zhì)的至少Si和Mn的含量分別設(shè)置為0. 1或更少。
5.具有優(yōu)良高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性的用于汽輪機(jī)鑄造部件的鎳基合金，以重量％ 計(jì)，其包括C 0. 01 到 0. 15 ；Cr 18 到 28 ；Co 10 到 15 ；Mo 8 到 12 ；Al 1. 5 到 2 ；Ti 0. 1 到 3 ；B 0. 001到0. 006 ;Ta+2Nb :0. 1到0. 7(Ta Nb的摩爾比為1 2)，及余量的Ni和不可避免 的雜質(zhì)。
6.權(quán)利要求5的鎳基合金，其中選自不可避免雜質(zhì)的至少Si和Mn的含量分別設(shè)置為0. 1或更少。
7.汽輪機(jī)的汽輪機(jī)殼體，其包括由權(quán)利要求1的鎳基合金通過鑄造制備的至少一部分。
8.汽輪機(jī)的汽輪機(jī)殼體，其包括由權(quán)利要求3的鎳基合金通過鑄造制備的至少一部分。
9.汽輪機(jī)的汽輪機(jī)殼體，其包括由權(quán)利要求5的鎳基合金通過鑄造制備的至少一部分。
10.汽輪機(jī)的閥殼體，其包括由權(quán)利要求1的鎳基合金通過鑄造制備的至少一部分。
11.汽輪機(jī)的閥殼體，其包括由權(quán)利要求3的鎳基合金通過閥殼體制備的至少一部分。
12.汽輪機(jī)的閥殼體，其包括由權(quán)利要求5的鎳基合金通過鑄造制備的至少一部分。
13.汽輪機(jī)的噴嘴箱，其包括由權(quán)利要求1的鎳基合金通過鑄造制備的至少一部分。
14.汽輪機(jī)的噴嘴箱，其包括由權(quán)利要求3的鎳基合金通過鑄造制備的至少一部分。
15.汽輪機(jī)的噴嘴箱，其包括由權(quán)利要求5的鎳基合金通過鑄造制備的至少一部分。
16.汽輪機(jī)的管，其包括由權(quán)利要求1的鎳基合金通過鑄造制備的至少一部分。
17.汽輪機(jī)的管，其包括由權(quán)利要求3的鎳基合金通過鑄造制備的至少一部分。
18.汽輪機(jī)的管，其包括由權(quán)利要求5的鎳基合金通過鑄造制備的至少一部分。
全文摘要
具有優(yōu)良高溫強(qiáng)度、可鑄性和可焊性的用于汽輪機(jī)鑄造部件的鎳基合金，以重量％計(jì)，其包括C0.01到0.15；Cr18到28；Co10到15；Mo8到12；Al1.5到2；Ti0.1到3；B0.001到0.006；Ta0.1到0.7，及余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號(hào)F01D25/00GK101845573SQ20091021211
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者今井潔, 吉岡洋明, 宮下重和, 山田政之, 根本邦義, 池田一隆, 須賀威夫, 高橋武雄 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝