[发明专利]一种燃气轮机导向叶片用钴基高温合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种燃气轮机导向叶片用钴基高温合金及其制备方法和应用，属于铸造钴基多晶高温合金技术领域。合金化学组成(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％，其余为Co。合金铸件制备工艺为：1600±10℃精炼5～10min，1420～1540℃浇注，壳温850±50℃。该合金具有优良的高温组织稳定性及抗氧化性能，还具有较高的高温力学性能，适用于地面与舰用燃气轮机导向叶片材料。

技术领域

本发明属于铸造钴基多晶高温合金技术领域，具体涉及一种燃气轮机导向叶片用钴基高温合金及其制备方法和应用，其在高温条件下(800～1000℃)能够保持长期组织稳定性且兼具优异力学性能，适用于燃气轮机导向叶片。

背景技术

随着对燃气轮机输出功率需求的不断提升，燃气轮机入口温度变得更高，其导向叶片首当其冲受到了比以前更严峻的温度条件。科研人员逐步探索了发展叶片冷却以及热障涂层等技术来解决燃气轮机入口温度不断上升的难题，其中，开发使用温度更高的合金材料是应对燃气轮机入口温度不断上升的根本手段之一。通常，燃气轮机使用寿命在8万小时以上，在如此长期服役状态下，要求导向叶片合金材料具有优异的高温组织稳定性。同时，在燃气轮机反复启停所产生的热应力和运行期间稳定应力的耦合作用下，还要求导向叶片合金材料在长期服役过程中必须保持良好的力学性能。Co-Cr-W(Mo)系合金具有耐高温、耐腐蚀和耐磨损等特点，目前我国相应开发出了K640和K640s等Co-Cr-W(Mo)系铸造钴基多晶高温合金，这些合金具有较好的组织稳定性及力学性能，但逐渐不能满足燃气轮机入口温度不断提高的设计要求。这便对具有更高抗氧化和抗腐蚀能力进而承温能力更高的燃气轮机导向叶片合金材料产生了需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气轮机导向叶片用钴基高温合金及其制备方法和应用，该合金在获得优异的高温组织稳定性的同时，还兼具良好的高温力学性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种燃气轮机导向叶片用钴基高温合金，按重量百分含量计，该合金化学组成如下：

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％，其余为Co。按重量百分含量计，该合金优选的化学成分如下：

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％，其余为Co。

所述钴基高温合金中，杂质的重量百分含量控制为：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％。

所述燃气轮机导向叶片用钴基高温合金的制备过程如下：

按所述合金成分配料，采用真空感应炉熔炼，1590～1610℃精炼5～10min，然后在1420～1540℃浇注，壳温800～900℃，浇注后获得铸态钴基高温合金。对其进行热处理的过程如下：

(1)固溶处理温度1140～1160℃，处理时间3～4h，空冷；

(2)时效处理温度970～990℃，处理时间3～4h，空冷。

本发明合金(牌号K6414)的化学成分设计主要基于如下理由：