[发明专利]具有改进的机械性能的NiCrMoNb合金

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2009年5月6日提交、名为具有改进的机械性能的NiCrMoNb合金的美国申请序号12/436,194的部分继续申请。本申请根据35U.S.C.§120要求申请日的优先权，且所述美国申请的整体通过引用结合到本文中。

发明背景

本发明的实施方案涉及到改进的镍-铬-钼-铌(NiCrMoNb)合金。具体地，实施方案涉及到这种改进的NiCrMoNb合金，以及它在广泛范围的先进汽轮机部件中的应用，包括但不限于，叶片(bucket)和喷嘴。

汽轮机组件中使用的部件通常由镍-铬、马氏体或奥氏体合金构成。这些合金具有良好的高强度和抗腐蚀特性，这使它们在工业发电应用中受到欢迎。另外，它们通常具有高的极限拉伸、屈服和蠕变断裂强度，使它们在应用中长时间段内的持续使用成为可能。

″合金625″是具有许多工业汽轮机应用所期望性质的镍-铬基合金的实例。合金625的组成可略微变化，其中一个特别制造者的组成规格以重量百分数计为，最少58.0％镍、20.0-23.0％铬、最多5.0％铁、8.0-10.0％钼、约3.15-4.15％铌、最多0.10％碳、最多0.50％锰、最多0.50％硅、最多0.015％磷、最多0.015％硫、最多0.40％铝、最多0.40％钛，以及最多1.0％钴。

在过去几年，汽轮机技术的许多发展已经成熟，这产生了特征为进口温度超过1050°F的下一代汽轮机组件。由于与先进汽轮机组件相关的升高的温度，早期阶段汽轮机的叶片和喷嘴部件特别容易故障。另外，在联合循环淡化装置中，涡轮机级在早期潮湿区域高负荷运行，且在低负荷使用下高温运行。在这些涡轮潮湿线路条件下，对于点蚀、强度退化和应力腐蚀裂纹的优良抵抗力的要求是明显的。这种广泛范围的挑战性环境给合金现用于汽轮机部件提供了独特的阻碍。

氯化钠、酸和腐蚀性沉积物引起的退化一直是汽轮机叶片应用中通常使用的马氏体不锈钢合金的重大忧虑。另外，现有的马氏体不锈钢轮叶(blading)合金在温度超过1050°F的应用中的使用是不理想的。低温抗腐蚀合金，诸如Ti-6Al-4V，因其工作温度接近1000°F而不推荐。因此，虽然许多合金可用于解决涡轮机级的某些部分中存在的状况，它们最终可能要求在涡轮机组件的其他区域中的设计做出妥协，这将影响部件的可靠性。

热处理是用于改变和提高化合物冶金性能的方法。这些方法通常用于改变合金的特性。这些改变通过诸如退火、沉淀硬化、老化和淬火的过程完成，其最后结果是化合物机械性能的提高。对化合物施以这些外部应激源时，其微观结构被改变以符合所期待的指定的设计特性。

由于下一代汽轮机以挑战与汽轮机叶片和喷嘴应用相关的环境为特色，组件可获益于经热处理的镍基合金的使用。因此，具有优良的抗腐蚀性和承受高温环境应激源能力的结合的热处理合金可能是合意的。

发明概述

本发明的实施方案包括通过以下方法形成的部件，其将合金在低于约982℃的温度退火，且持续时间少于约1小时，该合金包含少于约0.04重量％的碳、约0.0到约0.2重量％的锰、约0.0到约0.25重量％的硅、约0.0到约0.015重量％的磷、约0.0到约0.015重量％的硫、约20.0到约23.0重量％的铬、约8.5到约9.5重量％的钼、约3.25到约4重量％的铌、约0.0到约0.05重量％的钽、约0.2到约0.4重量％的钛、约0.15到约0.3重量％的铝、约3.0到约4.5重量％的铁，且余部为镍。该方法也包括将合金在约538℃到760℃的温度老化，且持续时间至多约100小时。

本发明的另一实施方案包括可应用于汽轮机部件的处理合金的方法，该方法包括将合金在约538℃到约760℃的温度老化，持续时间少于约100小时，该合金包含少于约0.04重量％的碳、约0.0到约0.2重量％的锰、约0.0到约0.25重量％的硅、约0.0到约0.015重量％的磷、约0.0到约0.015重量％的硫、约20.0到约23.0重量％的铬、约8.5到约9.5重量％的钼、约3.25到约4重量％的铌、约0.0到约0.05重量％的钽、约0.2到约0.4重量％的钛、约0.15到约0.3重量％的铝、约3.0到约4.5重量％的铁，且余部为镍。