[發明專利]一種燃氣輪機導向葉片用鈷基高溫合金及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201611004004.2
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN108070742A
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 王堯;董加勝;李輝;申健;鄭偉;樓瑯洪
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C19/07
• 分類號: C22C19/07;C22C30/00;C22F1/10;F01D9/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

本發明公開了一種燃氣輪機導向葉片用鈷基高溫合金及其制備方法和應用，屬于鑄造鈷基多晶高溫合金技術領域。合金化學組成(wt％)：Cr：27.0～34.0％，Ni：9.5～11.5％，W：6.5～8.5％，Fe：0.4～2.0％，Ta：0～1.0％，Si：0.1～1.0％，Mn：0.1～1.0％，C：0.15～0.35％，B：0.005～0.015％，Y：0～0.2％，其余為Co。合金鑄件制備工藝為：1600±10℃精煉5～10min，1420～1540℃澆注，殼溫850±50℃。該合金具有優良的高溫組織穩定性及抗氧化性能，還具有較高的高溫力學性能，適用于地面與艦用燃氣輪機導向葉片材料。

技術領域

本發明屬于鑄造鈷基多晶高溫合金技術領域，具體涉及一種燃氣輪機導向葉片用鈷基高溫合金及其制備方法和應用，其在高溫條件下(800～1000℃)能夠保持長期組織穩定性且兼具優異力學性能，適用于燃氣輪機導向葉片。

背景技術

隨著對燃氣輪機輸出功率需求的不斷提升，燃氣輪機入口溫度變得更高，其導向葉片首當其沖受到了比以前更嚴峻的溫度條件。科研人員逐步探索了發展葉片冷卻以及熱障涂層等技術來解決燃氣輪機入口溫度不斷上升的難題，其中，開發使用溫度更高的合金材料是應對燃氣輪機入口溫度不斷上升的根本手段之一。通常，燃氣輪機使用壽命在8萬小時以上，在如此長期服役狀態下，要求導向葉片合金材料具有優異的高溫組織穩定性。同時，在燃氣輪機反復啟停所產生的熱應力和運行期間穩定應力的耦合作用下，還要求導向葉片合金材料在長期服役過程中必須保持良好的力學性能。Co-Cr-W(Mo)系合金具有耐高溫、耐腐蝕和耐磨損等特點，目前我國相應開發出了K640和K640s等Co-Cr-W(Mo)系鑄造鈷基多晶高溫合金，這些合金具有較好的組織穩定性及力學性能，但逐漸不能滿足燃氣輪機入口溫度不斷提高的設計要求。這便對具有更高抗氧化和抗腐蝕能力進而承溫能力更高的燃氣輪機導向葉片合金材料產生了需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種燃氣輪機導向葉片用鈷基高溫合金及其制備方法和應用，該合金在獲得優異的高溫組織穩定性的同時，還兼具良好的高溫力學性能。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種燃氣輪機導向葉片用鈷基高溫合金，按重量百分含量計，該合金化學組成如下：

Cr：27.0～34.0％，Ni：9.5～11.5％，W：6.5～8.5％，Fe：0.4～2.0％，Ta：0～1.0％，Si：0.1～1.0％，Mn：0.1～1.0％，C：0.15～0.35％，B：0.005～0.015％，Y：0～0.2％，其余為Co。按重量百分含量計，該合金優選的化學成分如下：

Cr：28.5～30.5％，Ni：9.5～11.5％，W：6.5～7.5％，Fe：0.65～1.8％，Ta：0.001～0.5％，Si：0.1～1.0％，Mn：0.1～1.0％，C：0.2～0.3％，B：0.012～0.015％，Y：0.001～0.05％，其余為Co。

所述鈷基高溫合金中，雜質的重量百分含量控制為：O≤0.002％，N≤0.002％，S≤0.004％，P≤0.018％，Pb≤0.0005％，Bi≤0.00005％，Sn≤0.002％，As≤0.005％，Sb≤0.001％。

所述燃氣輪機導向葉片用鈷基高溫合金的制備過程如下：

按所述合金成分配料，采用真空感應爐熔煉，1590～1610℃精煉5～10min，然后在1420～1540℃澆注，殼溫800～900℃，澆注后獲得鑄態鈷基高溫合金。對其進行熱處理的過程如下：

(1)固溶處理溫度1140～1160℃，處理時間3～4h，空冷；

(2)時效處理溫度970～990℃，處理時間3～4h，空冷。

本發明合金(牌號K6414)的化學成分設計主要基于如下理由：