超临界汽轮机喷嘴组汽道表面渗硼工艺研究

刘畅

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046）

超临界汽轮机喷嘴组汽道表面渗硼工艺研究

刘畅

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046）

介绍了哈尔滨汽轮机有限责任公司国产化超临界汽轮机喷嘴组汽道表面渗硼处理过程。对生产过程中渗硼剂的选用、热处理工艺的优化、专用热处理工装的设计、现场操作规范等进行了阐述。实验结果表明，产品满足国外引进图纸设计要求，实现了机组关键零部件国产化自制。

汽轮机；喷嘴组汽道；渗硼；渗硼工艺

0 引言

超临界汽轮机机组与亚临界机组相比参数提高，水蒸汽中固体颗粒增多。为防止固体颗粒物对喷嘴组汽道的损伤，提高产品耐磨性、耐蚀性、使用寿命，需对喷嘴组汽道表面进行强化处理。借鉴德、日等国较为成熟的采用表面固体渗硼、液态喷涂、气体渗硼等方法提高产品表面性能的经验。我公司也开展了喷嘴组表面性能研究，结合产品自身特点，有针对性地进行了实验，对渗硼方法的选用、工装的设计、热处理工艺的确定、质量检验标准等进行了探索，最终工艺定型，投入到实际生产。喷嘴组汽道表面渗硼最终实验结果达到日方技术规范要求，提高了机组性能。本文主要对我公司喷嘴组渗硼工艺要点进行介绍。

1 产品渗硼后的技术要求

喷嘴组材料为1Cr10CoVNbN，部件尺寸为φ1 360/ φ820×170。

喷嘴组汽道渗硼区域技术要求：表面渗硼层深0.06～010 mm；硬度950～1860HV；组织Fe的硼化物（FeB+ Fe2B），非汽道区域作防渗保护处理。

渗硼表面力学性能要求见表1。

表1 渗硼表面力学性能要求

2 渗剂用原料和渗硼工艺的选用

2.1 渗剂用原料

要求渗剂用原料能适合1Cr10CoVNbN材料表面渗硼处理，确保渗硼层表面质量。

工艺性能良好，具有良好渗硼效果，产品表面清理方便，价格低廉，经重新配比后可循环利用。

通过多次工艺试验表明：外观为墨绿色球状颗粒混合型渗硼剂试验结果稳定，性能指标满足日方要求，最终确定为我公司超临界喷嘴组汽道表面渗硼专用渗硼剂。

2.2 工艺参数的选择

通过对不同处理温度、热处理时间及金属组织关系进行大量产品渗硼试验，试验结果表明：渗硼温度低于1000℃，金属表面渗硼层深能够满足技术要求；渗硼温度高于1 000℃后，FeB快速生长，增加了金属渗硼层表面脆性；若表面渗硼时间过短，层深较浅，则不满足要求。经多次试验，确定最佳热处理工艺参数：渗硼温度 1 000℃，渗硼时间13 h，如图1、图2所示。

图1 渗硼工艺图

图2 回火工艺图

3 渗硼容器及热处理设备

3.1 渗硼容器

针对超临界喷嘴组汽道表面渗硼，在选用渗硼剂和热处理工艺的同时，还要选择一个适合的渗硼容器及相应的工装设备，这对保证喷嘴组按工艺顺利完成和汽道质量同样重要。

国外引进超临界汽轮机喷嘴组，技术要求汽道表面进行渗硼处理。由于对产品其他表面无要求，为防止喷嘴组其他表面高温变形等给后续加工造成困难，经综合考虑，公司设计了一种专用渗硼装置及工装，由整体喷嘴组渗硼改为汽道表面渗硼，在提高机组性能的同时，也解决了后序机加难题。

3.2 热处理设备

热处理设备采用高温箱式电阻炉，炉窑性能指标能够满足相应工艺要求，温度场分布均匀，最大误差10℃，有效加热温度可控，可快速升温至工件热处理所需温度。

4 超临界喷嘴组渗硼生产过程

4.1 前期准备

为确保渗硼质量，保证喷嘴组汽道表面无金属铁屑、油污、色斑等物质，汽道表面粗糙度达到图纸技术要求。在喷嘴组汽道内填充渗硼剂，同时将试样放入渗硼剂中，确保渗硼工装密封。喷嘴组进炉后，进行汽道表面高温渗硼处理。

4.2 渗硼处理工艺

1000℃渗硼13h，渗后空冷，然后650℃回火处理10h，热处理后空冷。

4.3 渗硼层质量检查

外观检查：汽道表面光洁，无裂纹、孔洞、剥落等现象，工件表面无氧化现象。渗硼层金相检查结果见表2。

表2 汽道渗硼层结果

变形检查：上立车，以喷嘴组出气侧为基准校调，变形量小于1mm，变形量满足图纸技术要求。

5 结论

1）喷嘴组汽道渗硼处理后，表面层深、硬度、组织等满足引进图纸技术要求，汽道表面无裂纹、孔洞，满足后续加工要求。

2）喷嘴组硼化层提高了表面强度及固体颗粒物冲击能力和耐腐蚀性，延长了机组使用寿命。

3）渗硼工艺适合，专用渗硼工装合理，解决了生产难题，实现了机组关键部件国产化。

［1］ 杨志兵，彭志辉.渗硼工艺的应用［J］.金属热处理，2003，28（11）：63-66.

［2］ 沈红卫，宋帆，方顺发.超临界汽轮机喷嘴组渗硼表面处理［J］.热力透平，2006，36（2）：133-135.

［3］ 陈树旺，陈卫东.渗硼技术的研究应用发展［J］.国外金属热处理，2003，24（4）：8-14.

［4］ 胡大禄，张世琼.粉末渗硼工艺探讨［J］.昆明工学院学报，1986，28（2）：36-45.

［5］ 张宏.从渗硼层的结构和性能探讨渗硼的机制［J］.热处理，2007，22（1）：39-41.

（编辑：毕 胜）

TK 26

B

1002－2333（2014）04－0194－02

刘畅（1981—），男，工程师，从事汽轮机生产服务工作。

2014-01-13