JPH02236265A - タービン翼の耐エロージョン被覆層の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、蒸気タービン翼の低圧最終段翼の耐エロージ
ョン性を改善する被覆層の形成方法に関する。

［従来の技術］ 般に蒸気タービン翼は強度に優れたＩＨ：ｒ鋼が使用さ
れている。しかしながら、湿り蒸気中で長時間運転され
る低圧最終段翼は凝縮した水滴によるエロージョン損傷
を受ける。このため従来は損傷防止のため１２Ｃｒ鋼翼
の前縁にステライト板を銀ロー付けする方法が採られて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、銀ロー付けステライト板もその寿命は十
分とはいえず、数年でステライト板の張替えを必要とし
ている。又、銀ロー付け作業は高度の熟練を要すると共
に、ピンホールの発生といフだ欠陥を皆無にすることは
困難な上、銀ローに含まれる亜鉛、カドミウムが有害で
ある等の問題がある。

本発明は上記問題のあるステライト板の銀ロー付け作業
を行うことなく、減圧プラズマ溶射法によって従来のス
テライト板以上の耐二ロージョン性に優れた被覆層をタ
ービン翼に形成する方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明のタービン翼の耐エロ
ージョン被覆層の形成方法は、蒸気タービンの翼表面に
、該翼の温度を３００〜８００℃に保持した状態で、Ｇ
ｏを主成分とし、Ｃ「２０〜３０％、Ｗ３〜６％を含有
する合金粉末を減圧中でプラズマ溶射して、気孔率５％
以下の溶射被覆層を形成することを特徴とする。

溶射被覆層の耐エロージョン特性は、該翼と溶射被覆層
との密着力および溶射被覆層内の粒子間結合力に依存す
る。又、該翼と溶射被覆層との密着力および溶射被覆層
内の粒子間結合力は、減圧溶射を実施する際の該翼の温
度が高いほど強固になる。該翼の温度が３００℃以下で
は該翼と溶射被覆層との密着力は１０Ｋｇ／ｍｕｍ２以
下に低下し、更に、溶射被覆層内の粒子間結合力も低下
してエローション環境下で剥離する危険性が有り実用で
きない。該翼を予熱せず溶射した場合、該翼と溶射被覆
層との熱膨張差に起因する歪力によって註翼の変形が生
ずる。このことから３００〜８００℃、より好ましくは
４００〜６００℃に該翼を予熱することによフて、熱膨
張差に起因する歪力を最小にすることができ、該翼の変
形を防止できる。該翼の温度が８００℃以上になると該
翼の熱変形と強度低下を生じ、蒸気タービン翼としての
性能が維持できなくなる。以上が本発明を実施するにあ
たり該翼の温度を３００〜８００℃に限定した理由であ
る。

更に、溶射被覆層の耐エロージョン特性は、以下で定義
される溶射被覆層の気孔率にも依存する。

気孔率（’Ｊ）＝（１−（溶射被覆層の比重／バルク材
の比重））ＸＩＯＯ 気孔が多い場合、エロージョンは気孔を核にして進展す
るので、気孔の少ないち密な被覆層ほど耐エローション
性に優れている。

本発明の方法で減圧溶射した溶射被覆層は、微細で偏平
な結晶の積層体で、気孔も１μｍ以下で微細に分散して
いる。従来のステライト板以上の耐エロージョン性を示
す溶射被覆層の気孔率の最大値は５％程度とみられる。

溶射被覆層の高い密着力と粒子間結合力を確保し、気孔
率を低減してち密な溶射被覆層とするため、減圧プラズ
マ溶射法を実施するに当っての減圧チャンバーの最適の
圧力範囲は２０〜２００ｍｍＨｇであり、より好ましく
は３０〜１００ｍｍＨｇである。

エロージョン損傷は、結晶の粒界でクラックが発生し結
晶粒が脱落して損傷が進展すると考えられるが、本発明
の方法で得られる溶ＩＮ被覆層の結晶粒は微細偏平なた
め粒界でクランクが発生しても、クラックの生長進展が
妨げられるため耐工口−ジョン性か向上するものと考え
られる。

本発明の実施にあたって用いられる粉末の組成は、Ｇｏ
を主成分としＣｒ２０〜３０％、ｗ３〜６％を含有する
合金粉末であるか、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｓｉ，　Ｃ，　Ｂその
他の元素を１種以上含存してもよい。粉末の粒径は好ま
しくは４４ｕｍ〜Ｉ　ＪＪＩＩ１、より好ましくは２５
〜５μｍである。

合金粉末の粒径が粗くなると、気孔率が増加し、粒子間
結合力も低下して耐エロージョン性が劣化する。又、粉
末の粒径があまり細かくなると、プラズマ中への粉末の
送給が不安定となり、ち密で均質な被覆層の形成が困難
となる。

本発明の実゜施に当り使用されるプラズマガスは、Ａｒ
＋　Ｈｅ，　Ａｒ＋　Ｈ２、Ａｒ＋Ｎ２混合ガスが使用
できるがＡｒ＋８２の使用が好ましい。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

［実施例〕 （実施例−１） 第１表に示す組成（重量％）、粒径（μＩＩ１）の合金
粉末ａ，ｂ，ｃを、第２表に示す溶射条件で１２Ｃｒ鋼
表面にそれぞれ減圧溶射して溶射被覆層Ａ、Ｂ，Ｃを形
成した。溶射被覆層の厚さは０，７〜１．０ｍｍとした
。

湿り蒸気中で運転される蒸気タービン翼は凝縮した水滴
によるドレイン・エロージョン損傷を受けるが、液滴衝
突によるトレイン・エロージョンとキャビテーション・
エロージョンは材料損傷の原因となる衝箪圧発生機構は
全く同様であり、両者の間には良い相関があると言われ
ている。超音波キャビテーション・エロージョン試験法
は蒸気タービンの耐エロージョン性の評価に一般的に使
われている方法であって、本発明の実施例もこの試験法
によった。

表面に溶射被覆層を有する１２ｃｒｌを加工して第１図
に示す試験片を製作し、超音波キャビテーション・エロ
ージョン試験法によりエロージョン損傷の程度を評価し
た。試験条件は、振動数１９ＫＨｚ、振幅４０μｍで第
１図に示す試験片をイオン交換水中に３ａ＋ｍ浸漬して
試験した。試験片表面は予め３μｍのダイヤモンドによ
り表面研磨して試験に供した。イオン交換水の温度は２
４±１℃一定とした。

比較材として、従来タービン翼の前縁に銀ロー付けされ
ているステライト板を用い、Ｍ２図に示す結果を得た。

第２図の結果より、本発明の溶射被覆層Ａ，Ｂ，Ｃはい
ずれも従来のステライト板以上の耐エロージョン性を示
している。

（実施例−２） 第１表に示す合金粉末Ｃを用い、第３表に示す溶射条件
で１２Ｃｒ鋼表面にそれぞれ減圧溶射して、気孔率の異
なる溶射被覆層Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを形成し、実施例−１と
同様の方法でエロージョン損傷の程度を評価した。各溶
射被覆層の気孔率と２０時間試験後の重量減少量の関係
を第３図に示した。

各溶射被覆層の厚さは２ｆｆＩＩ１程度とし、第１図に
示す試験片の他に、溶射被覆層からＩＯＸ　１０Ｘ　１
、５＋ｎｍの比重測定用試料を切り出し、ＪＴＳ　Ｚ８
８０７で規定される液中ｎ量法で比重を測定した。

又、バルク材の比重は、合金粉末ＣをＡｒ雰囲気中の水
冷鋼ルツボ内でプラズマ溶解した試料から前記同様寸法
の試料を切り出し、同様方法で比重測定してバルク材の
比重として気孔率を求めた。

第３図の結果から、気孔率がほぼ５％以下であれば本発
明の方法による溶射被覆層は、従来のステライト板以上
の耐二ロージョン性を示すことがわかる。

第　　１　　表 （残部Ｇｏ） 第２表 第３表 ［発明の効果］ 以上説明したごとく本発明によれば、従来の銀ロー付け
作業に伴う問題を回避できる上、更に、従来の銀ロー付
けステライト板以上の耐エロージョン性に優れたタービ
ン翼の表面被覆層の形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はエロージョン損傷の程度を評価するために用い
た試験片の形状を示す。第２図は超音波キャビテーショ
ン・エロージョン試験結果を示すグラフである。第３図
は気孔率と２０時間試験後のｆｉ量減少量の関係を示す
グラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、蒸気タービンの翼表面に、該翼の温度を３００〜８
   ００℃に保持した状態で、Ｃｏを主成分とし、Ｃｒ２０
   〜３０％、Ｗ３〜６％を含有する合金粉末を減圧中でプ
   ラズマ溶射して、気孔率５％以下の溶射被覆層を形成す
   ることを特徴とする、タービン翼の耐エロージョン被覆
   層の形成方法。