燃气轮机压气机叶片的热处理

舍仝一工艺；、舍舍舍舍舍舍全燃气轮机压气机叶片的热处理金丽花，许彬彬无锡透平叶片有限公司技术中心，江苏无锡214023摘要R270D1叶片是某燃气轮机压气机的第一级模锻动叶片，所用材料为X5CRNICUNB164钢。该叶片经1035130MIN风冷固溶处理、835OC130MIN风冷调整处理和545300MIN时效处理后，其力学性能、断裂形貌转变温度和晶间断裂百分率均达到了有关技术条件的要求。关键词燃气轮机压气机叶片；X5CRNICUNBL64钢；热处理工艺；断裂形貌转变温度；晶间断裂中图分类号TG16279文献标识码B文章编号10081690201201005203HEATTREATMENT0FGASTURBINECOMPRESSORBLADEJINLIHUA，XUBINBINTECHNOLOGYCENTER，WUXITURBINEBLADECO，LTD，WUXI214023，JIANGSUCHINAABSTRACTR270D1BLADES，MADEOFX5CRNICUNB16_4STEELANDDIEFORGEDAREFIRSTSTAGEMOVINGBLADEOFAGASTURBINECOMPRESSORTHEBLADESWERESOLUTIONTREATEDAT1035FOR130MINANDFORCEDAIRCOOLEDCONDITIONEDAT835FOR130MINANDFORCEDAIRCOOLED，ANDAGEDAT545OCFOR300MINASARESULT，THEIRMECHANICALPROPERTIESFATTANDPERCENTAGEOFINTERGRANULARFRACTUREFULFILLEDALLTHEREQUIREMENTSOFRELATEDSPECIFICATIONSKEYWORDSGASTURBINECOMPRESSORBLADE；X5CRNICUNB164STEEL；HEATTREATMENTPROCESS；FATT；INTERGRANULARFRATURE压气机是燃气轮机中利用高速旋转叶片对空气做功，从而压缩空气，提高空气压力的部件，其中的空气流量可以高达每秒百余公斤。压气机叶片是其重要零件之一，工作环境比较恶劣，除了受到高压空气冲击之外，还承受着由于叶片、围带、拉筋等质量所产生的离心力引起的拉应力。由于工作环境苛刻，故对叶片的性能要求较高。另外，该型号的燃气轮机压气机叶片比一般压气机叶片的要求更高，如叶片断裂形貌转变温度FA1TI、要求、晶间断裂百分比要求等。R270D1叶片是某燃气轮机压气机第一级动叶片，采用模锻工艺成形。叶片选用材料牌号为X5CRNICUNBL64德国牌号，属于含铜的马氏体沉淀硬化型不锈钢，其具有高强度与高延展性、高耐蚀性等特殊性质。为了提高叶片的使用寿命，防止其在低温下发生脆性断裂，需要对叶片断裂形貌转变温度FA，ITR进行控制，希望获得尽可能低的FA1TR；为了防止室温下的沿晶脆断，需要考核室温下冲击断口的晶间断裂百分比。通过合理选择工艺路线和工艺参数，R270D1叶片热处理后的常规性能和附加工艺评审指标FARRR、晶间断裂百分比全都符合燃气轮机压气机叶片技术规范的要求。1叶片用材料及热处理工艺11产品技术要求111化学成分R270D1叶片用X5CRNICUNB164钢的化学成分见表1表1X5CRCUNINBL64钢的化学成分质量分数，TABLE1CHEMICALCOMPOSITIONOFXCRCUNINBL64STEELMASSFRACTION，收稿日期20101020作者简介金丽花1961一，女，江苏昆山人，高级工程师，从事叶片材料及热处理技术工作10余年，曾参与百万千瓦核电机组末级大叶片国产化等重要工作，现主要从事西门子压气机叶片项目等工作。联系电话051085754381X31471366510560852热处理2012年第27卷第1期从表1所示化学成分看，该钢种含碳量极低，CR、NI等元素含量较高，保证该钢能获得具有很好塑韧性的低碳马氏体基体，较高的CU含量使得该钢种时效时能在马氏体基体上形成一种弥散强化相富CU相，从而获得高的强度。各种合金元素综合作用的结果，使该钢种具有优良的综合力学性能和良好的耐蚀性。112力学性能R270D1叶片锻件的力学性能要求见表2，除了常规室温拉伸和冲击性能外，还要求FATR一25。表2叶片的力学性能要求TABLE2MECHANICALPROPERTYREQUIREMENTSFOTHEBLADE113显微组织R270DL叶片锻件的显微组织要求为平均奥氏体晶粒度为ASTM4级或者更细，平均晶粒度偏差不超过2级；6铁素体含量不超过1；最大允许夹杂物为A、C细系的10级，粗系05级，B、D细系的15级，粗系10级；室温下冲击断口的晶间断裂百分比不超过10。从上述该模锻动叶片的化学成分、力学性能及显微组织的要求可以看出，该叶片对强度、韧性、韧脆转变温度的要求较高，对6一铁素体含量、夹杂物含量、晶间断裂百分比要求也都很高。所以选择优质的原材料，制定合理的热处理制度是保证该叶片质量的关键。12R270D1叶片用原材料该叶片原材料X5CRNICUNB164钢由国内某特钢公司根据无锡透平叶片有限公司的要求进行国产化生产。材料冶炼工艺为电弧炉冶炼EF加电渣重熔ESR。规格为4160ITIITI热锻棒材。棒材进厂复验化学成分、显微组织及力学性能，结果符合产品技术要求。具体试验数据见表3表5。表3X5CRNICUNB164钢棒材的化学成分质量分数，TABLE3CHEMICALCOMPOSITIONOFX5CRNICUNBL64STEELBARMASSFRACTION，CSIMNPSNICRCUNB004101404500160004477153231LO3O表4X5CRNICUNBL64钢棒材的显微组织TABLE4MICROSTRUCTUREOFX5CRNICUNBL64STEEIBAR晶粒度6一铁素体夹杂物晶间断裂S6级。S。S表5X5CRNICUNBL64钢棒材的力学性能TABLE5MECHANICALPROPERTIESOFX5CRNICUNB164STEELBAR2热处理工艺流程及参数21R270D1叶片热处理工艺流程根据X5CRNICUNBL64钢的特性和燃气轮机压气机叶片技术规范中的相关要求，该叶片采用超声波探伤符合SEP1923检验编号D3，质量等级为2B的棒材，经自由锻制坯后再经模锻成型。该压气机第一级模锻动叶片必须进行固溶处理、调整处理、时效处理，从而达到最终的综合性能要求。由于生产过程中叶片会产生变形，需要进行校正，我们将校正工序放在调整处理和时效处理之间完成，简化了工艺流程。所以R270DL叶片的完整热工艺流程为原材料复验一制坯一模锻一表面清理一固溶处理一调整校正一时效一检验。22热处理工艺参数在最终用户规范规定的范围内，经过一系列工艺试验，考虑模锻动叶片的综合性能要求，确定了R270DL叶片的热处理工艺参数，见表6。表6R270D1叶片的热处理工艺参数TABLE6HEATTREATMENTPROCESSPARAMETERSFORR270D1BLADE23热处理后的理化试验经时效处理的R270D1叶片100在叶根部位进行布氏硬度检查，规范要求同一炉批叶片的硬度值的差值不得超过35HBW，实际测定为硬度317323HB，硬度均匀性非常好，达到了规范要求。根据压气机叶