工业燃气轮机透平叶片材料综述

１ 透 平叶片对 材料 性 能的要 求
１．１ 蠕变强度 透平 叶片材料 的使用 温度主要取 决于材料 的
蠕变强度 。材料蠕 变强度 的提高主要 通过合 金化 和制造工艺实现 。提高难 熔金属 （比如 Ｗ 、Ｎｂ、Ｔａ 和 Ｍｏ等）的含 量可 以提高镍 基合金 的蠕变 强度 ， 因为这些难熔金属的原子质量很大 ，在合金中很难 扩散 。这些难熔金 属 的添加 量主要取 决于其 在合 金 中的溶解度 和形成有 害第二相 的倾 向性 。在 叶 片的使用温度 （超过熔点 的 ２／３）下 ，主要 的蠕变变 形模型为晶界滑移。通过开发先进的铸造工艺 ，已 经可 以制造定 向凝固合金和单 晶叶片精密铸件 ，显 著提高了叶片 的蠕变强度 。 目前 ，定 向合金和单晶 叶片 已经广泛运用于先进 的工业燃气轮机中。
文 献 标识 码 ：Ａ
ｄｏｉ：１０．１３７０７／ｊ．ｃｎｋｉ．３１～１９２２／ｔｈ．２０１６．０２．０１５
Ａ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｂｌａｄｅ Ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅｓ
ＰＥＮＧ Ｊｉａｎ—ｑｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｈ ｏｎｇ－ｔａｏ，ＺＨ ＯＵ Ｈ ｕａｎ—ｈｕａｎ，Ｍ Ａ Ｘｉｎ—ｂｏ，ＦＥＮ Ｇ Ｔｉａｎ—ｓｈｕ
金和单晶合金的性能比较表明，定向合金 已经成为先进 高参数 工业燃 气轮机透平叶片用主 流材料 ，高温性 能
更加优异的单晶材料将成 为参数更 高的工业燃气轮机 透平叶片材料研 究的重点 。
关键 词 ：工 业燃 气 轮机 ；叶 片 材料 ；高温合 金 ；精 密铸 件 ；蠕 变 强度
中 图分 类号 ：ＴＫ４７５
（Ｈａｒｂｉｎ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌｔｄ．，Ｈａｒｂｉｎ １５００４６，Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌａｄｅ， ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌａｄｅ ｉｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌａｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｐｐｌｉｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ａｌｌｏｙｓ ｉｓ ａｌｓｏ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｒｅｅｔｉｏｎ ａ ｌｌｙ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ ａｌｌｏｙ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｂｌａｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅｓ ｗｉｔｈ ａｄｖａｎｃｅｄ ｈｉｇｈ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｂｙ ｃｏｍ ｐａｒｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａ ｌｌｙ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ ａｌｌｏｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ａｌｌｏｙ，ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｈｉｇｈ－ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｉｌｌ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌａｄｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ；ｂｌａｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｃａｓｔｉｎｇｓ；ｃｒｅｅｐ ｓｔｒｅｎｇｔｈ
收 稿 日期 ：２ｏ１５—０６—１６ 修 订 日期 ：２０１６－ｏ４—０３ 作者简介 ：彭建强（１９８ｏ一），男，毕业于哈尔滨工业大学 ，研究生 ，工程师，从事汽轮机和燃气轮机材料研发 。
பைடு நூலகம்
为了降低 温室气体排放量 ，提 高机组 的效率 ， 满足 市场 对工业燃 气 轮机参 数不 断提 高 的需 求 ， 世界各燃 气轮机 制造 商都努 力通 过开 发新技 术 、 新 材料 和新工艺 提高 机组 的参数 ，从 而提高 机组 的效率 。目前 ，世界 最先 进 的 Ｊ级工 业燃 气 轮机 透 平进 气参数 已达 １ ６００℃ ，联合 循 环机 组效 率 超 过 ６１．５ Ｌ１］。透 平 叶片是 工 业 燃气 轮 机 的核 心部件 之一 ，工作温度极高 ，需要 承受 的应力大且 复杂多变 。为 了满足先进工业燃气轮机 对透平 叶 片材料 的需求 ，世 界各 国 的燃 气 轮机制 造商研 发 了各类先进 的 高温合金 精密 铸件 材料 ，并 且开 发 了先进 的铸造工艺 。铸件从多 晶组织发展 到单 晶 组织 ，蠕变 持久强度 、疲劳强度等各项性 能得 到显 著 提高。本文在分析工业燃气轮机透平 叶片对材 料性 能要 求的基 础上 ，对 主要 燃气 轮机 制造 商研 发 和应用 的透平叶片材料进行 了论述 。
（哈 尔滨汽轮 机 厂 有 限 责任 公 司 ，哈 尔滨 １５００４６）
摘 要 ：在 分析 工 业燃 气轮 机 透 平叶 片 对材 料 性 能要 求 的基 础上 ，简述 了透平 叶 片 用 高 温合 金 材 料 的发 展 过
程 ，并对 主要 燃 气轮 机 制 造 商研发 和使 用 的透 平 叶 片材料 的成 分和 典 型合 金 的 力 学性 能进 行 了论 述 。 定 向合
第 ４５卷 第 ２期 ２０１６年 ６月
文章 编 号 ：１６７２—５５４９（２０１６）０２—０１５３—０６
热 力 透 平
ＴＨ ＥＲＭ ＡＬ ＴＵＲＢ ｌＮＥ
ＶｏＬ ４５ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ．２０１６
工 业燃 号 轮 相 匿 平 叶 片 材料 综 遵
彭建 强，张宏涛 ，周欢欢 ，马新博 ，冯 天澍