[發明專利]高耐腐蝕性沉淀硬化馬丁體不銹鋼

有效

• 申請號: 201010119124.3
• 申請日: 2010-02-03
• 公開（公告）號: CN101892430A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: J·陳;T·M·穆爾斯;J·C·謝菲爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C22C38/48
• 分類號: C22C38/48;C21D6/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 林毅斌;林森

技術領域

本文公開的主題一般涉及高強度不銹鋼。更具體地講，涉及適用于渦輪機旋轉元件的沉淀硬化馬丁體不銹鋼。

背景技術

用于燃氣渦輪機旋轉元件(特別是壓縮機翼片，包括轉動葉片和靜葉片)的金屬合金必須具有高強度、韌度、耐疲勞性和其他物理和機械性能的組合，以提供這些機械所需的操作性能。另外，所用合金必須還具有對在其中操作渦輪機的極端環境的不同腐蝕損傷的足夠耐性，包括暴露于各種離子反應物質，如包括氯化物、硫酸鹽、氮化物和其他腐蝕物質的各種物質。腐蝕也可由于在與渦輪機操作相關的循環熱和操作應力下蔓延的表面裂縫的起始削弱其他必需的物理和機械性能，如高循環疲勞強度。

已提出用各種高強度不銹鋼合金滿足這些和其他要求，特別是以允許其普遍使用的成本。例如，美國專利3,574,601(“601專利”)公開一種沉淀可硬化、基本馬丁體不銹鋼合金(現在已知商業上作為Carpenter?Custom?450購得)的組成和其他特性，并集中在此合金的耐腐蝕性和機械特性上。對專利中所述的合金組合物報告在退火(1700-2100℉(926-1148℃)經歷0.5-1小時)或非老化條件143-152.5ksi(約986-1050MPa)的極限拉伸強度(UTS)。關于此合金的文獻報告對于沉淀硬化在約800至1000℉(約427至538℃)的老化溫度經歷2-8小時，并且在約900℉(約480℃)老化產生最大強度，但斷裂韌度最低。文獻還報告在900至950℉(約480至約510℃)老化后UTS大于175ksi(1200MPa)。Custom?450合金包含鉻、鎳、鉬和銅及其他可能的合金成分，如碳和鈮(鈮(columbium))，以得到具有少量小于10％保留奧氏體和1-2％或更少δ鐵氧體的基本馬丁體微結構。如果碳以高于0.03％重量的量存在，則可加入相對于碳最多10倍重量比的鈮。試驗合金對65％重量沸硝酸、室溫硫酸和氫脆的耐性，發現對300個系列和其他400個系列不銹鋼合金具有優良耐性。

在另一個實例中，美國專利6,743,305(“305專利”)描述一種適用于旋轉蒸汽渦輪機元件的改良不銹鋼合金，所述合金由于具有具體的化學、回火溫度和晶粒大小范圍顯示高強度和韌度。此發明的合金為沉淀硬化不銹鋼，其中硬化相在馬丁體微結構中包含富銅晶間沉淀。合金的所需機械性能包括至少175ksi(約1200MPa)的極限拉伸強度(UTS)，和大于40ft-lb(約55J)的卻貝沖擊韌度。‘305專利描述一種沉淀硬化不銹鋼合金，所述合金包含14.0至16.0％重量鉻、6.0至7.0％重量鎳、1.25至1.75％重量銅、0.5至1.0％重量鉬、0.03至0.5％重量碳、碳的大于10倍至20倍的重量的鈮、余量的鐵、次要合金成分和雜質。次要合金成分和雜質的最大量為1.0％重量錳、1.0％重量硅、0.1％重量釩、0.1％重量錫、0.030％重量氮、0.020％重量磷、0.025％重量鋁、0.008％重量硫、0.005％重量銀和0.005％重量鉛。

雖然上述沉淀可硬化馬丁體不銹鋼提供所述耐腐蝕性、機械強度和斷裂韌度，并且適用于旋轉蒸汽渦輪機元件，但這些合金仍已知對晶間侵蝕(IGA)和腐蝕點現象兩者敏感。例如，不銹鋼翼片，如工業燃氣渦輪機的壓縮機中使用的翼片，已顯示對IGA、應力腐蝕破裂(SCC)和表面(特別是翼片的前緣表面)上的腐蝕點敏感度。相信這些與由氣載沉積物(尤其是在沉積物中存在的腐蝕物質和在翼片表面上來自吸入空氣的水分)成為可能的各種電化學反應過程有關。在翼片表面發生的電化學誘導晶間侵蝕(IGA)和腐蝕點現象又可由于這些元件經歷的循環熱和操作應力導致翼片破裂。高水平水分可產生于使用線上水洗、霧化和蒸發冷卻或其不同組合，用以提高壓縮機效率。腐蝕污染物通常產生于其中操作渦輪機的環境，因為它們經常置于高腐蝕環境，如在吸入空氣中發現不同化學物質的化工廠或石油化工廠附近的環境，或者在或接近吸入空氣中可存在各種海鹽的海岸線或其他鹽水環境，或以上的組合或在進入空氣包含腐蝕化學物質的其他應用。由于與工業燃氣渦輪機停機時間相關的顯著操作成本，包括購買發動機更換渦輪機輸出的成本以及拆卸渦輪機修理或更換翼片的成本和翼片本身的修理或更換成本，提高IGA耐性或點腐蝕耐性或兩者具有顯著商業價值。

鑒于上述，在所述操作環境中適用于渦輪機翼片(特別是工業燃氣渦輪機翼片)并且具有對IGA或腐蝕點或優選兩者的改善耐性的不銹鋼合金合乎需要，具有商業價值，并提供競爭優點。

發明內容