沉淀硬化不锈钢合金制造技术

本发明专利技术提供锻造的沉淀硬化不锈钢合金。该锻造的沉淀硬化不锈钢合金可包含约14.0%重量至约16.0%重量铬、约6.0%重量至约8.0%重量镍、约1.25%重量至约1.75%重量铜、约1.0%重量至约2.0%重量钼、约0.001%重量至约0.05%重量碳、约0.3%重量至约0.8%重量且比碳量的约8倍更大的量的碳化物生成元素、余量铁及伴随杂质。碳化物生成元素一般选自钛、锆、钽及其混合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】沉淀硬化不锈钢合金专利
本文公开的主题总体上涉及高强度不锈钢。更具体地讲，本文公开的主题总体上涉及马氏体不锈钢合金和相关制造方法及用途(例如，用于涡轮机转动组件)。专利技术背景用于燃气涡轮机转动组件(特别是压缩机翼片，包括转动叶片和静叶片)的金属合金必须具有高强度、韧度、耐疲劳性和其它物理和机械性能的组合，以提供这些机械所需的工作性能。另外，所用合金必须还具有对在其中操作涡轮机的极端环境导致的腐蚀损伤的足够耐性，包括暴露于各种离子反应物物类(例如，包括氯化物、硫酸盐、氮化物和其它腐蚀物类的各种物类)。腐蚀也可通过引发在与涡轮机操作相关的循环热和操作应力下蔓延的表面裂缝而削弱其它必需的物理和机械性能，如高循环疲劳强度。已提出用各种高强度不锈钢合金满足这些和其它要求，特别是以允许其普遍使用的成本。具体地讲，已提出并使用沉淀可硬化的马氏体不锈钢。虽然这些沉淀可硬化的马氏体不锈钢已提供所述耐腐蚀性、机械强度和断裂韧度性能，并且适用于转动蒸汽涡轮机组件，但这些合金仍已知易受晶间侵蚀(IGA)和腐蚀点现象两者影响。例如，不锈钢翼片，如工业燃气涡轮机压缩机中使用的翼片，已显示对IGA、应力腐蚀破裂(SCC)和表面(特别是翼片的前缘表面)上的腐蚀点的易受影响性。相信这些与由气载沉积物(尤其是在沉积物中存在的腐蚀物类和在翼片表面上来自吸入空气的水分)导致的各种电化学反应过程有关。在翼片表面发生的电化学诱导晶间侵蚀(IGA)和腐蚀点现象可进而导致这些组件经历的循环热和操作应力引起的翼片破裂。高水平水分可归因于使用在线水洗、成雾和蒸发冷却或其不同组合，以提高压缩机效率。腐蚀污染物通常产生于其中操作涡轮机的环境，因为它们经常置于高腐蚀环境，如在吸入空气中可发现不同化学物类的化工厂或石油化工厂附近的环境，或者处于或接近吸入空气中可存在各种海盐的海岸线或其它盐水环境，或以上的组合或在进入空气包含腐蚀化学物类的其它应用中。由于与工业燃气涡轮机停机时间相关的显著操作成本，包括购买电力代替涡轮机输出的成本以及拆卸涡轮机以修理或更换翼片的成本和翼片本身的修理或更换成本，因此提高IGA耐性或点腐蚀耐性或两者具有显著商业价值。鉴于上文，在所述操作环境中适用于涡轮机翼片(特别是工业燃气涡轮机翼片)并且具有对IGA或腐蚀点或优选两者的改进耐性的不锈钢合金合乎需要，且具有商业价值，并提供有竞争力的优点。专利技术概述本专利技术的方面和优势将部分在以下说明中阐述，或者可从说明明显看到，或可通过实施本专利技术认识。本专利技术总体上提供锻造的沉淀硬化不锈钢合金。在一个实施方案中，该锻造的沉淀硬化不锈钢合金包括(例如，包含、基本由...组成或由...组成)约14.0%重量至约16.0%重量铬、约6.0%重量至约8.0%重量镍、约1.25%重量至约1.75%重量铜、约1.0%重量至约2.0%重量钼(例如，约1.5%重量至约2.0%重量钼)、约0.001%重量至约0.05%重量碳、约0.3%重量至约0.8%重量且比碳量的约8倍更大的量的碳化物生成元素、余量铁及伴随杂质。在此实施方案中，碳化物生成元素选自钛、锆、钽及其混合物(例如，选自钛、锆和钽)。例如，在一个具体实施方案中，碳化物生成元素为钛。在此实施方案中，锻造的沉淀硬化不锈钢合金可包含约0.3%至约0.7%钛，且钛以比碳量的约25倍更大的量存在。在另一个实施方案中，碳化物生成元素为锆。在此实施方案中，锻造的沉淀硬化不锈钢合金可包含约0.3%至约0.7%错，且锆以比碳量的约8倍更大的量存在。在另一个实施方案中，碳化物生成元素为钽。在此实施方案中，锻造的沉淀硬化不锈钢合金可包含约0.4%至约0.8%钽，且钽以比碳量的约12倍更大的量存在。在具体实施方案中，锻造的沉淀硬化不镑钢合金可进一步包含最尚1.0%猛、最尚1.0%硅、最高0.1%钒、最高0.1%锡、最高0.030%氮、最高0.025%磷、最高0.005%硫、最高0.05%铝、最高0.005%银和最高0.005%铅作为伴随杂质。此类沉淀硬化不锈钢合金特别适合用于涡轮机翼片或其它转动涡轮机组件。通过参考以下说明和所附权利要求，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。附图结合到本说明书并构成本说明的一部分，图示本专利技术的实施方案，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。附图简述本专利技术的完全和授权公开，包括针对本领域普通技术人员的最佳方式，参考附图阐述于本说明，其中:图1为可结合本专利技术的不同实施方案的示例燃气涡轮机的示意横截面侧视图。专利技术详述现在详细论及本专利技术的实施方案，其中一个或多个实例在附图中说明。各实例作为本专利技术的说明提供，不是本专利技术的限制。实际上，对本领域的技术人员显而易见，可在不脱离本专利技术的范围或精神下在本专利技术中作出各种修改和变化。例如，作为一个实施方案的部分来说明或描述的特征可与另一个实施方案一起使用，以得到更进一步的实施方案。因此，本专利技术旨在覆盖所附权利要求及其等同范围内的这些修改和变化。应了解，本文提到的范围和限度包括在规定限度内的所有范围(S卩，子范围)。例如，范围约100至约200也包括范围110至150、170至190、153至162和145.3至149.6。另外，最高约7的限度也包括最高约5、最高3、最高约4.5的限度和在此限度内的范围，例如约1至约5和约3.2至约6.5。在本公开用常见化学缩写讨论化学元素，例如在元素周期表中常见的那些元素。例如，氢由其常见化学缩写Η表示，氦由其常见化学缩写He表示，诸如此类。本专利技术总体上提供改良的沉淀硬化马氏体不锈钢合金与其制备方法及用途。通过控制合金组成及其相对量和老化热处理，沉淀硬化马氏体不锈钢合金显示改量的IGA和点腐蚀耐性，同时保持高机械强度及断裂韧度。这些合金具有对已知含水腐蚀环境中的IGA和对腐蚀点及其它一般腐蚀机制的高度耐性。这些合金的一般特征是具有分散硬化沉淀相(包括富铜细沉淀)的均匀马氏体微结构和约10%重量或更少的逆转变奥氏体，与某些化学和处理需要组合得到合金所需的耐腐蚀性、机械强度和断裂韧度性能。在某些实施方案中，合金在溶液和老化条件显示至少约140ksi (约965MPa)的极限拉伸强度和至少约50ft-lb(约69J)的却贝冲击韧度，且在一个实施方案中超过约lOOft-lb(约138J)。概括地讲，已发现，在合金内以相对于存在碳量相对高含量包含选自钛、锆、钽及其混合物的碳化物生成元素使合金愈加耐IGA。即，合金内碳化物生成元素的量一般与合金中碳的量成比例(例如，比碳量的约8倍更大)。另外，已确定可通过以相对于所示C的量加入碳化物生成元素改进IGA耐性，同时保持期望的机械强度和断裂韧度，包括在溶解作用(solut1n)和老化热处理后分别大于约965MPa和约69 J的最低极限拉伸强度和最低却贝V型切口韧度。在一个实施方案中，锻造的沉淀硬化不锈钢合金包含约14.0%重量至约16.0%重量铬、约6.0%重量至约8.0%重量镍、约1.25%重量至约1.75%重量铜、约1.0%重量至约2.0%重量钼、约0.001%重量至约0.05%重量碳、约0.3%重量至约0.8%重量且比碳量的约8倍更大的量的碳化物生成元素、余量铁及伴随杂质。如上所述，碳化物生成元素选自钛、锆、钽及其混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锻造的沉淀硬化不锈钢合金，所述锻造的沉淀硬化不锈钢合金包含约14.0%重量至约16.0%重量铬、约6.0%重量至约8.0%重量镍、约1.25%重量至约1.75%重量铜、约1.0%重量至约2.0%重量钼、约0.001%重量至约0.05%重量碳、约0.3%重量至约0.8%重量且比碳量的约8倍更大的量的碳化物生成元素、余量铁及伴随杂质；其中所述碳化物生成元素选自钛、锆、钽及其混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：E黄，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US