汽輪機葉片選材及工藝制訂
（徐州工程學院08材控盧輝 20080607146 郭淇源 20080607147 ）
1. 汽輪機葉片的服役條件及技術要求
葉片的服役條件:
a) 每一級葉片的工作溫度都不相同；
b) 工作在高溫、高壓、高轉速或溼蒸汽區等惡劣環境中,經受著離心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蝕和振動以及溼蒸汽區高速水滴沖蝕的共同作用；
c) 汽輪機在工作過程中，動葉片承受著最大的靜應力、動應力和交變應力。
對葉片材料效能的要求：
a) 應具有足夠的室溫和高溫機械效能；
b) 良好的耐蝕性和抗沖蝕性；
c) 良好的減振性；
d) 高的斷裂韌性；
e) 優良的冷、熱加工工藝效能。
2. 汽輪機葉片選材分析
（1）鉻不鏽鋼，1cr13和2cr13：
熱處理工藝：在調質狀態下使用。1cr13：1000~1050℃油淬，700~750℃回火；2cr13：950~1000℃油淬，640~720℃回火，
金相組織：1cr13：回火索氏體+少量鐵素體；2cr13：回火索氏體。
優點：在室溫和工作溫度下具有足夠的強度，還具有很好的耐腐蝕性能和減振性。
缺點：當溫度超過500℃時，熱強性明顯下降，使用工作溫度在450~500℃以下。1cr13鋼若鍛造或淬火溫度過高，奧氏體晶粒粗大，有大量塊狀鐵素體生成，振動衰減率和衝擊韌性降低。
鉻不鏽鋼抗水沖蝕的能力較差。
（2）強化型鉻不鏽鋼
牌號1：2cr12nimo1w1v
2cr12nimolwlv鋼作為gb8732—88《汽輪機葉片用鋼》標準的乙個專用鋼種和gb1221標準中的2cr12nimolwlv鋼種相比，其和的含量控制範圍要求更嚴格一些，從而中和力學效能也更好一些，兩種鋼的化學成分。熱處理規範及力學效能指標的比較見表1和表2
（3）低合金珠光體耐熱鋼
牌號：20crmo、 24crmov
該類鋼特點是合金元素含量較低，比較經濟，工藝效能良好，經過調質處理後強度、塑韌性都比較滿意，主要用於製造在450℃以下的中壓汽輪機的壓力級各級動葉片和隔板靜葉片。
（4）鋁合金和鈦合金
這類合金的特點是鋁合金和鈦合金比重小，耐蝕性好，具有一定的強度，在國外已成功用於製造大功率汽輪機的長葉片。鈦合金是以鈦為基礎，加入少量鋁、鋯、錫、釩和鉬等，比重僅為4.5，比鋼輕45%左右。
室溫機械效能很高，具有良好的抗蝕效能。缺點：但是鈦合金工藝效能很差，對應力集中比較敏感，減振性比馬氏體鋼低，成本比較高。
綜合以上論述，2cr12nimolwlv鋼是最佳的選擇。
3. 2cr12nimolwlv的工藝規範
2cr12nimolwlv鋼是一種高溫馬氏體不鏽鋼，作為葉片專用鋼，要獲得較滿意的綜合力學效能，受到諸多因素制約。熱處理過程無疑是最關鍵的因素之一。常規做法是：
葉片胚料鍛後先做等溫退火，然後調節。2cr12nimolwlv鋼基本採用gb8732—88標準推薦的熱處理規範，見表3。
表3 2cr12nimolwlv鋼熱處理規範
等溫退火與完全退火和不完全退火的區別在於，奧氏體化後不是隨爐冷卻而是冷至適當溫度保溫，使奧氏體在這個溫度下進行等溫轉變，形成珠光體。這些鋼採用完全退火或不完全退火來獲得珠光體組織是十分困難的，因為奧氏體化後必須非常緩慢地冷卻才能在連續冷卻過程中完成珠光體轉變，否則便於工作會形成馬氏體，使鋼變硬，無法進行切削加工。而這樣低的冷卻速度在實際生產條件下卻是很難實現的。
而且即使能夠設法實現，生產週期也顯得過長，極不經濟。採用等溫退火，使奧氏體在既能轉變為硬度不太高的珠光體，完成轉變所需時間又不太長的溫度下進行等溫轉變，不但方便易行，而且可以縮短生產週期。等溫退火還有乙個優點，那就是等濁轉變形成的組織比較均勻，不象連續冷卻轉變那樣，在較高溫度下與低較溫度下形成不完全相同的組織。
等溫退火的加熱規範和完全退火或不完全退火相同。使奧氏體發生等溫轉變的溫度和保溫時間應根據鋼的ttt圖選定。選擇的原則是在保證鋼的硬度合乎要求的前提下，奧氏體能在較短時間內完成球光體轉變。
由加熱溫度冷至等溫轉變溫度的冷卻速度無關緊要。在不考慮內應力問題時，等溫轉變結束後即可出空冷。其等溫退火工藝曲線圖1。
高溫回火後得到回火索氏體組織。工件淬火並高溫回火的復合熱處理工藝稱為調質。調質後，汽輪機葉片具有優良的綜合力學效能）。
因汽輪機葉片承受著最大的靜應力、動應力和交變應力，對其所要求的效能也就很高，大都在比較大的動載荷作用下工作，它們承受著拉伸、壓縮、彎曲、扭轉或剪下的作用，有的表面還具有摩擦，要求有一定的耐磨性等等。因此汽輪機葉片應具有優良的綜合力學效能，即高強度和高韌性的適當配合，以保證其長期順利工作。所以對汽輪機葉片進行調質處理很重要，其調質工藝圖見圖2和圖3。
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