JPH0247521B2 - - Google Patents
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- JPH0247521B2 JPH0247521B2 JP60047595A JP4759585A JPH0247521B2 JP H0247521 B2 JPH0247521 B2 JP H0247521B2 JP 60047595 A JP60047595 A JP 60047595A JP 4759585 A JP4759585 A JP 4759585A JP H0247521 B2 JPH0247521 B2 JP H0247521B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- titanium carbide
- high chromium
- cast iron
- weight
- chromium cast
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、内部に炭化チタン粒子を分散させて
成る耐固体粒子浸食性、耐腐食性かつ耐酸化性の
被膜または物体に関するものである。
成る耐固体粒子浸食性、耐腐食性かつ耐酸化性の
被膜または物体に関するものである。
蒸気タービン装置においては、蒸気中に比較的
小さな固体粒子が存在してそれを汚染することが
ある。かかる固体粒子は主として磁鉄鉱
（Fe3O4）であると信じられていて、当業者はそ
れらを「湯あか」と呼ぶことがある。これらの粒
子は蒸気ボイラの管系およびそれに隣接する配管
に由来するものと考えられている。蒸気タービン
の起動時および通常運転時には、これらの粒子は
蒸気の流れにより蒸気タービン装置全体を通して
運ばれる。このような意味から、本明細書中では
蒸気が「汚染」されていると言う。装置中の蒸気
流路内に位置する部品は固体粒子による浸食を受
けるが、それは粒子の速度、蒸気の圧力と温度、
および蒸気流路内における部品の配置に依存す
る。一般に、蒸気タービンの内部において高速で
回転するタービン羽根は固体粒子による浸食を受
けるが、同じことはノズル隔壁、仕切板および蒸
気弁内の特定区域についても言える。弁棒および
弁体は直接に蒸気流路内に位置していて、個々の
弁開閉操作に際しては蒸気が音速にも達するため
固体粒子浸食による影響が著しい。かかる固体粒
子浸食の問題はそれらの弁部品の寿命に重大な影
響を及ぼす。すなわち、現場で使用されている弁
の中には、固体粒子浸食のため、２〜３年の運転
期間後に交換や再研磨を行わなければならないも
のがあつた。とは言え、蒸気タービン系統中の
個々の弁の予想寿命はその他数多くの運転条件お
よび装置特性に大きく依存するから、個々の弁の
寿命に関して断定的なことを述べるのは必ずしも
適確でない。
小さな固体粒子が存在してそれを汚染することが
ある。かかる固体粒子は主として磁鉄鉱
（Fe3O4）であると信じられていて、当業者はそ
れらを「湯あか」と呼ぶことがある。これらの粒
子は蒸気ボイラの管系およびそれに隣接する配管
に由来するものと考えられている。蒸気タービン
の起動時および通常運転時には、これらの粒子は
蒸気の流れにより蒸気タービン装置全体を通して
運ばれる。このような意味から、本明細書中では
蒸気が「汚染」されていると言う。装置中の蒸気
流路内に位置する部品は固体粒子による浸食を受
けるが、それは粒子の速度、蒸気の圧力と温度、
および蒸気流路内における部品の配置に依存す
る。一般に、蒸気タービンの内部において高速で
回転するタービン羽根は固体粒子による浸食を受
けるが、同じことはノズル隔壁、仕切板および蒸
気弁内の特定区域についても言える。弁棒および
弁体は直接に蒸気流路内に位置していて、個々の
弁開閉操作に際しては蒸気が音速にも達するため
固体粒子浸食による影響が著しい。かかる固体粒
子浸食の問題はそれらの弁部品の寿命に重大な影
響を及ぼす。すなわち、現場で使用されている弁
の中には、固体粒子浸食のため、２〜３年の運転
期間後に交換や再研磨を行わなければならないも
のがあつた。とは言え、蒸気タービン系統中の
個々の弁の予想寿命はその他数多くの運転条件お
よび装置特性に大きく依存するから、個々の弁の
寿命に関して断定的なことを述べるのは必ずしも
適確でない。
冶金学の分野においては、炭化チタンは極めて
硬くかつ多くの種類の摩耗に耐えるものとして十
分に認められている。実際、炭化チタンを鋼母材
と共に使用することによつて工具鋼被膜が形成さ
れてきた。かかる被膜中の鋼はマルテンサイト組
織を有するもので、たとえば金属基体上に比較的
薄い層をプラズマ溶射することによつて設置する
ことができる。エリス（Ellis）等の米国特許第
3896244号および同第3886637号の明細書中には、
かかる炭化チタンの工具鋼被膜が開示されてい
る。
硬くかつ多くの種類の摩耗に耐えるものとして十
分に認められている。実際、炭化チタンを鋼母材
と共に使用することによつて工具鋼被膜が形成さ
れてきた。かかる被膜中の鋼はマルテンサイト組
織を有するもので、たとえば金属基体上に比較的
薄い層をプラズマ溶射することによつて設置する
ことができる。エリス（Ellis）等の米国特許第
3896244号および同第3886637号の明細書中には、
かかる炭化チタンの工具鋼被膜が開示されてい
る。
上記米国特許第3886637に開示された加工方法
によれば、被膜材料を予備的に合金化して、マル
テンサイト構造を含む鋼母材の全体に分散した主
に炭化チタンからなる丸みをおびた粒子が確実に
存在するようにする。
によれば、被膜材料を予備的に合金化して、マル
テンサイト構造を含む鋼母材の全体に分散した主
に炭化チタンからなる丸みをおびた粒子が確実に
存在するようにする。
また、アメリカ合衆国ニユージヤージー州テイ
ントンフオールズ市所在のメタラージカル・イン
ダストリーズ社（Metallurgical Industries
Inc.）のテイーコート（Ti Coat）Ｔ−92に関す
るパンフレツト中には、高クロム合金母材中に炭
化チタン粒子を分散させて成りかつプラズマ輸送
アーク溶接法によつて設置される被膜または溶接
物が開示されている。このテイーコートＴ−92は
１回のパスで0.3cm（１／８インチ）の厚さにま
で設置することが可能であつて、グリツトブラス
ト作業において使用されるチルド鋳鉄グリツトに
よる浸食性摩耗に耐える鋼ライナとして使用する
ことが推奨されている。メタラージカル・インダ
ストリーズ社のテイーコートＴ−93に関する別の
パンフレツト中には、この炭化チタン被膜または
溶接物がプラズマ輸送アーク溶接法によつて１回
のパスで0.48cm（３／16インチ）の厚さにまで設
置されることが規定されている。
ントンフオールズ市所在のメタラージカル・イン
ダストリーズ社（Metallurgical Industries
Inc.）のテイーコート（Ti Coat）Ｔ−92に関す
るパンフレツト中には、高クロム合金母材中に炭
化チタン粒子を分散させて成りかつプラズマ輸送
アーク溶接法によつて設置される被膜または溶接
物が開示されている。このテイーコートＴ−92は
１回のパスで0.3cm（１／８インチ）の厚さにま
で設置することが可能であつて、グリツトブラス
ト作業において使用されるチルド鋳鉄グリツトに
よる浸食性摩耗に耐える鋼ライナとして使用する
ことが推奨されている。メタラージカル・インダ
ストリーズ社のテイーコートＴ−93に関する別の
パンフレツト中には、この炭化チタン被膜または
溶接物がプラズマ輸送アーク溶接法によつて１回
のパスで0.48cm（３／16インチ）の厚さにまで設
置されることが規定されている。
多重パス溶接操作によると、前に施こした溶接
物の上部表面に向かつて炭化チタンが浮き上がつ
て移動し、これにより表面の別の溶接物を接着さ
せることが困難になり、しかも、被膜全体につい
て炭化チタンの均一な分散が失われる結果とな
る。前に施こしてあつた溶接物のぬれ性を高める
試みとして、ケイ素及び／又はマンガンを添加す
ることがある。しかし、これらの添加剤は、オー
ステナイト型、パーライト型、スフエロイダイト
（sphereoidite）型といつた好ましくない構造を
溶着金属に形成することを促進する。
物の上部表面に向かつて炭化チタンが浮き上がつ
て移動し、これにより表面の別の溶接物を接着さ
せることが困難になり、しかも、被膜全体につい
て炭化チタンの均一な分散が失われる結果とな
る。前に施こしてあつた溶接物のぬれ性を高める
試みとして、ケイ素及び／又はマンガンを添加す
ることがある。しかし、これらの添加剤は、オー
ステナイト型、パーライト型、スフエロイダイト
（sphereoidite）型といつた好ましくない構造を
溶着金属に形成することを促進する。
かかる先行技術によつて開示された炭化チタン
被膜を蒸気タービン部品（特に弁部品）の耐浸食
層として使用することは、かかる先行技術によつ
て開示された被膜厚さの制限の点から見て適当で
ない。他方、炭化チタン被膜よりも耐固体粒子浸
食性に優れていることが実験的に証明されている
別種の被膜（たとえば炭化クロム被膜）もある。
しかるに、更に実験を続けたところ、ある種の炭
化チタン被膜または付着層は炭化クロム被膜より
も厚く設置し得ることが証明された。換言すれ
ば、弁部品上に厚い炭化チタン層を設置した場合
には、耐浸食性のより大きい炭化クロムの薄い層
を設置した場合に比べて部品の寿命は実質的に長
くなるのである。更に、炭化チタン層の耐摩耗性
の程度を左右する要因は硬質の耐摩耗性母材中の
炭化チタンの分散の均一性にあると考えられる。
また、炭化チタンは密度が非常に小さいから、溶
融状態の付着層中において炭化チタンは表面に浮
遊する傾向があることも当業界において認められ
ている。加えて、炭化チタン同士を結合している
母材は炭化チタン粒子に比べて優先的に浸食を受
けることも冶金学者によつて証明されている。こ
れらの点を考慮すればわかる通り、特定の炭化チ
タン表面層の耐固体粒子浸食性は、炭化チタン粒
子を金属基体に付着させるために使用される方法
および炭化チタン粒子同士並びにこれらを金属基
体に結合する母材の耐摩耗性に依存する。
被膜を蒸気タービン部品（特に弁部品）の耐浸食
層として使用することは、かかる先行技術によつ
て開示された被膜厚さの制限の点から見て適当で
ない。他方、炭化チタン被膜よりも耐固体粒子浸
食性に優れていることが実験的に証明されている
別種の被膜（たとえば炭化クロム被膜）もある。
しかるに、更に実験を続けたところ、ある種の炭
化チタン被膜または付着層は炭化クロム被膜より
も厚く設置し得ることが証明された。換言すれ
ば、弁部品上に厚い炭化チタン層を設置した場合
には、耐浸食性のより大きい炭化クロムの薄い層
を設置した場合に比べて部品の寿命は実質的に長
くなるのである。更に、炭化チタン層の耐摩耗性
の程度を左右する要因は硬質の耐摩耗性母材中の
炭化チタンの分散の均一性にあると考えられる。
また、炭化チタンは密度が非常に小さいから、溶
融状態の付着層中において炭化チタンは表面に浮
遊する傾向があることも当業界において認められ
ている。加えて、炭化チタン同士を結合している
母材は炭化チタン粒子に比べて優先的に浸食を受
けることも冶金学者によつて証明されている。こ
れらの点を考慮すればわかる通り、特定の炭化チ
タン表面層の耐固体粒子浸食性は、炭化チタン粒
子を金属基体に付着させるために使用される方法
および炭化チタン粒子同士並びにこれらを金属基
体に結合する母材の耐摩耗性に依存する。
勿論、被膜中に炭化チタンが一様に分散する程
度は設置方法によつて決まる。もし被膜の炭化チ
タンを設置過程で融解させると、粒子の形状が丸
みを帯びて、それの密度の低下により沈積物の上
方へ浮き上がりやすくなる。
度は設置方法によつて決まる。もし被膜の炭化チ
タンを設置過程で融解させると、粒子の形状が丸
みを帯びて、それの密度の低下により沈積物の上
方へ浮き上がりやすくなる。
マル（Mal）の米国特許第4194910号明細書中
には、炭化チタン添加剤を含む焼結粉末金属製品
が開示されている。この特許明細書中に開示され
ているのは、10（重量）％のCr、2.9（重量）％の
Mo、0.85（重量）％のＣおよび残部の鉄を含有す
る鋼母材によつて結合された炭化チタン粒子であ
る。また、プリル（Prill）等の米国特許第
3715792号明細書中には、高クロム合金母材中に
45（容量）％のTiCを含有する、粉末冶金技術に
よつて焼結された耐摩耗性合金が開示されてい
る。ここに開示された母材の１種は20（重量）％
にCr、0.8（重量）％のＣおよび残部の鉄を含有し
ている。このような組成を用いた特定の実施例に
おいては、製造された合金を焼なましすることに
よつてスフエロイダイトを含有する顕微鏡組織が
生成され、次いでそれを焼入れすることによつて
マルテンサイト母材が得られている。その他の従
来文献中にはまた、焼入れ母材中に分散させた各
種の炭化チタン合金がジエツトの燃料ポンプや弁
座に見られるような浸食に耐えることも述べられ
ている。しかしながら、これらの従来文献中には
母材の化学組成や合金の組成が明確に規定されて
おらず、また合金の処理法や得られた合金の冶金
学的結晶構造も詳述されていない。
には、炭化チタン添加剤を含む焼結粉末金属製品
が開示されている。この特許明細書中に開示され
ているのは、10（重量）％のCr、2.9（重量）％の
Mo、0.85（重量）％のＣおよび残部の鉄を含有す
る鋼母材によつて結合された炭化チタン粒子であ
る。また、プリル（Prill）等の米国特許第
3715792号明細書中には、高クロム合金母材中に
45（容量）％のTiCを含有する、粉末冶金技術に
よつて焼結された耐摩耗性合金が開示されてい
る。ここに開示された母材の１種は20（重量）％
にCr、0.8（重量）％のＣおよび残部の鉄を含有し
ている。このような組成を用いた特定の実施例に
おいては、製造された合金を焼なましすることに
よつてスフエロイダイトを含有する顕微鏡組織が
生成され、次いでそれを焼入れすることによつて
マルテンサイト母材が得られている。その他の従
来文献中にはまた、焼入れ母材中に分散させた各
種の炭化チタン合金がジエツトの燃料ポンプや弁
座に見られるような浸食に耐えることも述べられ
ている。しかしながら、これらの従来文献中には
母材の化学組成や合金の組成が明確に規定されて
おらず、また合金の処理法や得られた合金の冶金
学的結晶構造も詳述されていない。
発明の目的
本発明の目的の１つは、蒸気タービン部品用の
耐固体粒子浸食性被膜を提供することにある。
耐固体粒子浸食性被膜を提供することにある。
また、蒸気タービンの蒸気流路内において使用
すべき耐固体粒子浸食性部品を提供することも本
発明の目的の１つである。
すべき耐固体粒子浸食性部品を提供することも本
発明の目的の１つである。
さらに、従来技術を使つて得られるものよりも
母材合金中に炭化チタンがより均一に分散してな
る耐固体粒子浸食性被膜をより厚く設置すること
も本発明の目的の１つである。
母材合金中に炭化チタンがより均一に分散してな
る耐固体粒子浸食性被膜をより厚く設置すること
も本発明の目的の１つである。
発明の概要
本発明の実施の一態様に従つて述べれば、汚染
粒子がもたらす固体粒子に暴露される表面隣接領
域を有しかつその表面隣接領域を少なくとも0.64
cm（0.25インチ）の深さにまで被覆している炭化
チタン被膜を含む耐固体粒子浸食性の製品が提供
される。かかる炭化チタン被膜は、高クロム鋳鉄
母材中に比較的一様に分散させた約30〜50（重量）
％の炭化チタン粒子を含有している。かかる被膜
はまた、オーステナイトまたはマルテンサイトの
結晶構造を示さない実質的に均質な粒団（アグリ
ゲート；aggregate）である。上記の母材は約15
〜30（重量）％のクロムおよび約1.5〜５（重量）
％の炭素を含有し、かつ残部は主として鉄であ
る。上記の被膜はまた、金属組織学的に確認可能
な量の高クロム含量M7C3炭化物（Ｍは、７：３
の割合で炭素に結合している鉄とクロムの組を示
す）をも包含している。
粒子がもたらす固体粒子に暴露される表面隣接領
域を有しかつその表面隣接領域を少なくとも0.64
cm（0.25インチ）の深さにまで被覆している炭化
チタン被膜を含む耐固体粒子浸食性の製品が提供
される。かかる炭化チタン被膜は、高クロム鋳鉄
母材中に比較的一様に分散させた約30〜50（重量）
％の炭化チタン粒子を含有している。かかる被膜
はまた、オーステナイトまたはマルテンサイトの
結晶構造を示さない実質的に均質な粒団（アグリ
ゲート；aggregate）である。上記の母材は約15
〜30（重量）％のクロムおよび約1.5〜５（重量）
％の炭素を含有し、かつ残部は主として鉄であ
る。上記の被膜はまた、金属組織学的に確認可能
な量の高クロム含量M7C3炭化物（Ｍは、７：３
の割合で炭素に結合している鉄とクロムの組を示
す）をも包含している。
本発明の別の実施の態様に従えば、蒸気タービ
ン装置中を流れる汚染蒸気がもたらす固体粒子浸
食に暴露される表面隣接領域を持つた粉末金属の
合体物から成る製品が提供される。この場合、上
記合体物の表面隣接領域の組成は炭化チタン被膜
の組成と本質的に同じである。
ン装置中を流れる汚染蒸気がもたらす固体粒子浸
食に暴露される表面隣接領域を持つた粉末金属の
合体物から成る製品が提供される。この場合、上
記合体物の表面隣接領域の組成は炭化チタン被膜
の組成と本質的に同じである。
本発明の要旨は、前記特許請求の範囲中に詳細
かつ明確に指摘されている。とは言え、本発明そ
れ自体並びに上記以外の目的や利点は添付の図面
を参照しながら以下の説明を読むことによつて最
も良く理解できよう。
かつ明確に指摘されている。とは言え、本発明そ
れ自体並びに上記以外の目的や利点は添付の図面
を参照しながら以下の説明を読むことによつて最
も良く理解できよう。
発明の詳しい説明
一般的に言えば、本発明は蒸気タービン部品に
おいて見られるような固体粒子浸食に耐える炭化
チタン組成物に関する。実施の一態様に従えば、
かかる蒸気タービン部品は(a)蒸気タービン装置中
を流れる汚染蒸気がもたらす固体粒子浸食に暴露
される表面隣接領域を持つた金属基体および(b)そ
の基体の表面隣接領域上に設置された炭化チタン
被膜から成る。なお、本明細書中で使用される
「被膜」および「層」という用語は同義である。
上記の被膜は、高クロム鋳鉄母材中に比較的一様
に分散させた約30〜50（重量）％の炭化チタン粒
子、好ましくは約35〜45（重量）％のかどばつた
炭化チタン粒子を含有している。
おいて見られるような固体粒子浸食に耐える炭化
チタン組成物に関する。実施の一態様に従えば、
かかる蒸気タービン部品は(a)蒸気タービン装置中
を流れる汚染蒸気がもたらす固体粒子浸食に暴露
される表面隣接領域を持つた金属基体および(b)そ
の基体の表面隣接領域上に設置された炭化チタン
被膜から成る。なお、本明細書中で使用される
「被膜」および「層」という用語は同義である。
上記の被膜は、高クロム鋳鉄母材中に比較的一様
に分散させた約30〜50（重量）％の炭化チタン粒
子、好ましくは約35〜45（重量）％のかどばつた
炭化チタン粒子を含有している。
第１図は、炭化チタン被膜が実質的に均質な粒
団であることを示す顕微鏡写真（100）Ｘである。
図中には、様々な粒度および形状のかどばつた炭
化チタン粒子１０，１２および１４が示されてい
る。参照番号１６によつて示される高クロム鋳鉄
母材は、炭化チタン粒子同士を結合すると同時
に、蒸気タービン部品の被覆される金属基体（図
示せず）に粒団を結合している。なお、かかる炭
化チタン被膜は蒸気タービン部品の表面隣接領域
を少なくとも0.64cm（0.25インチ）の深さにまで
被覆していることが好ましい。本願発明に従う被
覆は、その製造に際してかどばつた炭化チタン粒
子を溶融することがないので、相当に大きな厚み
まで形成できる。
団であることを示す顕微鏡写真（100）Ｘである。
図中には、様々な粒度および形状のかどばつた炭
化チタン粒子１０，１２および１４が示されてい
る。参照番号１６によつて示される高クロム鋳鉄
母材は、炭化チタン粒子同士を結合すると同時
に、蒸気タービン部品の被覆される金属基体（図
示せず）に粒団を結合している。なお、かかる炭
化チタン被膜は蒸気タービン部品の表面隣接領域
を少なくとも0.64cm（0.25インチ）の深さにまで
被覆していることが好ましい。本願発明に従う被
覆は、その製造に際してかどばつた炭化チタン粒
子を溶融することがないので、相当に大きな厚み
まで形成できる。
第２図は、第１図と同じ炭化チタン組成物の倍
率400Xの顕微鏡写真である。炭化チタン粒子２
０および２２が高クロム鋳鉄母材中に分散してい
る。粒子２０は参照番号２４によつて示される金
属組織学的な汚染物を含むものと信じられる。参
照番号２６は炭化チタン組成中の気孔または空〓
を指すが、かかる炭化チタン領域について粉末金
属の合体が局所的に不完全であることに由来する
ものである。参照番号３０は金属組織学的に確認
可能な高クロム含量M7C3炭化物を示している。
M7C3炭化物とは当業者にとつて周知である１群
の化合物を指すのであつて、詳しく言えば、Cr7、
C3、Cr4Fe3C3、Cr5Fe2C3またはCr1A6C3（式中の
Ａは未特定の元素である）のごとき炭化物が挙げ
られる。M7C3炭化物はまた、式CrxAyC3（ただ
し、ｘ＋ｙ＝７である）によつても表わされる。
率400Xの顕微鏡写真である。炭化チタン粒子２
０および２２が高クロム鋳鉄母材中に分散してい
る。粒子２０は参照番号２４によつて示される金
属組織学的な汚染物を含むものと信じられる。参
照番号２６は炭化チタン組成中の気孔または空〓
を指すが、かかる炭化チタン領域について粉末金
属の合体が局所的に不完全であることに由来する
ものである。参照番号３０は金属組織学的に確認
可能な高クロム含量M7C3炭化物を示している。
M7C3炭化物とは当業者にとつて周知である１群
の化合物を指すのであつて、詳しく言えば、Cr7、
C3、Cr4Fe3C3、Cr5Fe2C3またはCr1A6C3（式中の
Ａは未特定の元素である）のごとき炭化物が挙げ
られる。M7C3炭化物はまた、式CrxAyC3（ただ
し、ｘ＋ｙ＝７である）によつても表わされる。
フエライト（Fe）すなわちアルフア鉄は第２
図中の参照番号３２によつて示されている。当業
界において周知の通り、高クロム鋳鉄母材は高ク
ロム含量M7C3炭化物３０およびフエライト３２
の両方を包含するものと考えられる。
図中の参照番号３２によつて示されている。当業
界において周知の通り、高クロム鋳鉄母材は高ク
ロム含量M7C3炭化物３０およびフエライト３２
の両方を包含するものと考えられる。
高クロム鋳鉄母材は約15〜30（重量）％のクロ
ムおよび約1.5〜５（重量）％の炭素を含有し、か
つ残部は主として鉄である。かかる母材はまた、
表示量のMoおよび表示量のＷ並びに当業者にと
つて周知であるその他の痕跡元素を含有すること
もある。たとえば、Mo及びＷについてはそれぞ
れ約２％以下、NiやCoのような他の痕跡元素に
ついては約１％以下である。母材は炭化チタン粒
子に比べて優先的に浸食を受けるから、クロムお
よび炭素の量はかかる組成物にとつて重要であ
る。
ムおよび約1.5〜５（重量）％の炭素を含有し、か
つ残部は主として鉄である。かかる母材はまた、
表示量のMoおよび表示量のＷ並びに当業者にと
つて周知であるその他の痕跡元素を含有すること
もある。たとえば、Mo及びＷについてはそれぞ
れ約２％以下、NiやCoのような他の痕跡元素に
ついては約１％以下である。母材は炭化チタン粒
子に比べて優先的に浸食を受けるから、クロムお
よび炭素の量はかかる組成物にとつて重要であ
る。
好ましくは少なくとも0.64cm（0.25インチ）の
深さ（もつと薄い被膜でもかまわない）の炭化チ
タン被膜を得るための方法としては、粉末金属合
体物技術を使用することが好ましい。かかる合体
技術の１つは、粉末金属の熱間等圧圧縮として当
業界で知られている。第１および２図に示された
炭化チタン組成物は粉末金属合体技術によつて製
造されたものである。炭化チタン粒子の好適な含
量範囲は30〜40（重量）％である。炭化チタン粒
子の含量が30（重量）％未満であると、目的とす
る炭化チタン組成物に、耐固体粒子浸食性及び耐
酸化性といつた所望の特性が付与されない。しか
し、それが50（重量）％を越えると、得られる組
成物は極めて脆くなるため、取扱い、機械加工お
よび蒸気タービン部品としての使用が困難になる
ことが実験的に証明されている。粉末金属合体技
術の一例としては、1204℃（2200〓）および1055
Kg／cm2（15ksi）の条件下に於ける熱間等圧圧縮が
挙げられる。
深さ（もつと薄い被膜でもかまわない）の炭化チ
タン被膜を得るための方法としては、粉末金属合
体物技術を使用することが好ましい。かかる合体
技術の１つは、粉末金属の熱間等圧圧縮として当
業界で知られている。第１および２図に示された
炭化チタン組成物は粉末金属合体技術によつて製
造されたものである。炭化チタン粒子の好適な含
量範囲は30〜40（重量）％である。炭化チタン粒
子の含量が30（重量）％未満であると、目的とす
る炭化チタン組成物に、耐固体粒子浸食性及び耐
酸化性といつた所望の特性が付与されない。しか
し、それが50（重量）％を越えると、得られる組
成物は極めて脆くなるため、取扱い、機械加工お
よび蒸気タービン部品としての使用が困難になる
ことが実験的に証明されている。粉末金属合体技
術の一例としては、1204℃（2200〓）および1055
Kg／cm2（15ksi）の条件下に於ける熱間等圧圧縮が
挙げられる。
粉末金属合体技術では粉末を一緒に焼結する。
初期の粉末混合（ブレンド）を注意して行なつて
母材材料粉末全体に亘つて炭化チタン粉末を均一
に分散させ、かつ合体温度から冷却速度を適当に
制御すると、得られる粒団は実質的に均一でフエ
ライトであり、しかも全体に亘つてオーステナイ
トまたはマルテンサイトの結晶構造を示さないこ
とが確実となる。このことと既知の被膜および溶
着金属（weld deposit）との相違点は重要であ
る。すなわち、フエライト母材（特に微細な
M7C3高クロム炭化物の析出物）はその組成物全
体としての耐固体粒子浸食性および耐酸化性に著
しい寄与をすると考えられるからである。炭化チ
タン粉末と母材粉末は粉末金属合体技術によつて
直接金属基体上に設けることができるであろう
し、あるいは、出発材料の混合粉末を合体させた
後蒸気タービン部品などのような所望の形態に機
械加工することもできよう。
初期の粉末混合（ブレンド）を注意して行なつて
母材材料粉末全体に亘つて炭化チタン粉末を均一
に分散させ、かつ合体温度から冷却速度を適当に
制御すると、得られる粒団は実質的に均一でフエ
ライトであり、しかも全体に亘つてオーステナイ
トまたはマルテンサイトの結晶構造を示さないこ
とが確実となる。このことと既知の被膜および溶
着金属（weld deposit）との相違点は重要であ
る。すなわち、フエライト母材（特に微細な
M7C3高クロム炭化物の析出物）はその組成物全
体としての耐固体粒子浸食性および耐酸化性に著
しい寄与をすると考えられるからである。炭化チ
タン粉末と母材粉末は粉末金属合体技術によつて
直接金属基体上に設けることができるであろう
し、あるいは、出発材料の混合粉末を合体させた
後蒸気タービン部品などのような所望の形態に機
械加工することもできよう。
本発明に従う被覆の製造方法の１例を以下に述
べる。すでに述べた組成を有する高クロム含有鉄
母材はあらかじめ合金化されており、およそ−
100メツシユ（好ましくは−140メツシユ＋10ミク
ロン）の粉末の形態で入手できる。一方、角張つ
た炭化チタンは通常炭化チタン塊を機械的にくだ
いてから、ふるいにかけて、約−100メツシユ
（好ましくは−140メツシユ＋10ミクロン）の粉末
の形態で入手できる。これらの粉末を機械的に混
合して実質的に均一な粉末混合物を形成する。母
材粉末と炭化チタン粉末は同じサイズである必要
はない。実際、炭化チタン粉末が上記のサイズの
範囲内で母材粉末より大きいと望ましいことがあ
る。こうして混合された粉末は、保護すべき基体
上に熱間等圧圧縮によつて合体させられる。その
際の温度（すなわち合体温度）は、母材合金のオ
ーステナイト化温度より充分高く（すなわち、お
よそ1093℃（200〓）以上）、鉄の融解温度より低
く、好ましくはおよそ1177℃（2150〓）からおよ
そ1232℃（2250〓）まで、さらに好ましくはおよ
そ1204℃（2200〓）である。またこれは、約700
〜1400Kg/cm2〔10〜20Ksi（数千ポンド／平方イン
チ）〕、好ましくは約1055Kg/cm2（15Ksi）の圧力
のアルゴンまたはヘリウムなどの不活性雰囲気中
で約３〜６時間、好ましくは約４時間の間行なわ
れる。すなわち、均一な粉末は加熱と同時に加圧
される。充分な塗装密度と基体への完全な接合が
得られる。重要なことは、この合体および接合過
程は全体を通じて固体状態で行なわれるというこ
とである。そうすれば、炭化物の分散は均一でし
かも炭化物粒子の角張つた形状はそのまま保持さ
れる。すなわち、混合した粉末の成分が融解する
ことはなく、したがつて角張つた炭化チタンが融
解してその縁や表面が丸みを帯びて浮遊したりま
たは移行したりすることもない。さらに、母材成
分はおよそ1093℃（2000〓）の温度以上では完全
にオーステナイト化されている。
べる。すでに述べた組成を有する高クロム含有鉄
母材はあらかじめ合金化されており、およそ−
100メツシユ（好ましくは−140メツシユ＋10ミク
ロン）の粉末の形態で入手できる。一方、角張つ
た炭化チタンは通常炭化チタン塊を機械的にくだ
いてから、ふるいにかけて、約−100メツシユ
（好ましくは−140メツシユ＋10ミクロン）の粉末
の形態で入手できる。これらの粉末を機械的に混
合して実質的に均一な粉末混合物を形成する。母
材粉末と炭化チタン粉末は同じサイズである必要
はない。実際、炭化チタン粉末が上記のサイズの
範囲内で母材粉末より大きいと望ましいことがあ
る。こうして混合された粉末は、保護すべき基体
上に熱間等圧圧縮によつて合体させられる。その
際の温度（すなわち合体温度）は、母材合金のオ
ーステナイト化温度より充分高く（すなわち、お
よそ1093℃（200〓）以上）、鉄の融解温度より低
く、好ましくはおよそ1177℃（2150〓）からおよ
そ1232℃（2250〓）まで、さらに好ましくはおよ
そ1204℃（2200〓）である。またこれは、約700
〜1400Kg/cm2〔10〜20Ksi（数千ポンド／平方イン
チ）〕、好ましくは約1055Kg/cm2（15Ksi）の圧力
のアルゴンまたはヘリウムなどの不活性雰囲気中
で約３〜６時間、好ましくは約４時間の間行なわ
れる。すなわち、均一な粉末は加熱と同時に加圧
される。充分な塗装密度と基体への完全な接合が
得られる。重要なことは、この合体および接合過
程は全体を通じて固体状態で行なわれるというこ
とである。そうすれば、炭化物の分散は均一でし
かも炭化物粒子の角張つた形状はそのまま保持さ
れる。すなわち、混合した粉末の成分が融解する
ことはなく、したがつて角張つた炭化チタンが融
解してその縁や表面が丸みを帯びて浮遊したりま
たは移行したりすることもない。さらに、母材成
分はおよそ1093℃（2000〓）の温度以上では完全
にオーステナイト化されている。
この合体された被膜が設けられた基体を、母材
の鉄が最終的にフエライト構造をとるような冷却
速度以下の速度でゆつくり室温まで冷却する。こ
の冷却速度は約８℃／分以下が好ましく、約５
℃／分がさらに好ましい。冷却の間に高クロム鉄
母材成分は、クロムと鉄に富んだ母材または二次
炭化物の微細で均一な分散状態を形成する。これ
らの母材炭化物は結晶学上M7C3と考えられる。
ただし、Ｍは７：３の比で炭素に結合している鉄
原子とクロム原子の合計を表わす。すなわち、
（Cr、Fe）7C3である。母材炭化物の望ましい組成
は、高クロム鉄中のクロム対炭素の比をクロム：
炭素の重量分率で約４：１から約10：１、好まし
くは約８：１まで変化させることによつて確かめ
ることができる。この限界の外では作業しないこ
とが望ましい。なぜならば、クロム対炭素の比が
これより高いかまたは低いと、M7C3炭化物以外
の炭化物およびその他のあまり望ましくない金属
相が生じることがあるからである。
の鉄が最終的にフエライト構造をとるような冷却
速度以下の速度でゆつくり室温まで冷却する。こ
の冷却速度は約８℃／分以下が好ましく、約５
℃／分がさらに好ましい。冷却の間に高クロム鉄
母材成分は、クロムと鉄に富んだ母材または二次
炭化物の微細で均一な分散状態を形成する。これ
らの母材炭化物は結晶学上M7C3と考えられる。
ただし、Ｍは７：３の比で炭素に結合している鉄
原子とクロム原子の合計を表わす。すなわち、
（Cr、Fe）7C3である。母材炭化物の望ましい組成
は、高クロム鉄中のクロム対炭素の比をクロム：
炭素の重量分率で約４：１から約10：１、好まし
くは約８：１まで変化させることによつて確かめ
ることができる。この限界の外では作業しないこ
とが望ましい。なぜならば、クロム対炭素の比が
これより高いかまたは低いと、M7C3炭化物以外
の炭化物およびその他のあまり望ましくない金属
相が生じることがあるからである。
望ましい母材炭化物の生成と合体温度からの規
定された冷却速度とが相俟つたことの重大な結果
は、（M7C3母材炭化物の形成後の）母材合金中に
残留する鉄の冶金学的な相はα鉄（フエライトと
同じ。すなわち、体心立方型結晶構造）であると
いうことである。したがつて、マルテンサイトお
よびオーステナイトの生成は有効に排除されてお
り、得られる組成物は応力を緩和したりまたは安
定性を高めたりするための焼き戻し処理を必要と
しない。したがつて、本発明の高クロム鉄母材
は、ふたつの相、すなわち、フエライト鉄とその
全体に亘つて均一に分散している比較的小さくて
微細なM7C3母材炭化物とからなる。大きめの角
張つた炭化チタン粒子は高クロム鉄母材の全体に
亘つて均一に分散しており、またその母材によつ
て支持されている。
定された冷却速度とが相俟つたことの重大な結果
は、（M7C3母材炭化物の形成後の）母材合金中に
残留する鉄の冶金学的な相はα鉄（フエライトと
同じ。すなわち、体心立方型結晶構造）であると
いうことである。したがつて、マルテンサイトお
よびオーステナイトの生成は有効に排除されてお
り、得られる組成物は応力を緩和したりまたは安
定性を高めたりするための焼き戻し処理を必要と
しない。したがつて、本発明の高クロム鉄母材
は、ふたつの相、すなわち、フエライト鉄とその
全体に亘つて均一に分散している比較的小さくて
微細なM7C3母材炭化物とからなる。大きめの角
張つた炭化チタン粒子は高クロム鉄母材の全体に
亘つて均一に分散しており、またその母材によつ
て支持されている。
本発明の複合被膜は、高温の汚染されたタービ
ン流路をシミユレートする実験室での試験におい
て、酸化と固体粒子浸食に対して優れた抵抗性を
示す。フエライト母材のおかげで、本発明の被膜
はフエライト基体との相溶性が非フエライト母材
の場合よりよくなつている。すなわち、被膜と基
体との組成安定性および熱膨張適合性が改良され
ている。これは、蒸気タービン部品の被覆に特に
有益である。このような部品の多くは主要な金属
成分がフエライトであるのが典型的である。
ン流路をシミユレートする実験室での試験におい
て、酸化と固体粒子浸食に対して優れた抵抗性を
示す。フエライト母材のおかげで、本発明の被膜
はフエライト基体との相溶性が非フエライト母材
の場合よりよくなつている。すなわち、被膜と基
体との組成安定性および熱膨張適合性が改良され
ている。これは、蒸気タービン部品の被覆に特に
有益である。このような部品の多くは主要な金属
成分がフエライトであるのが典型的である。
望ましい耐固体粒子浸食性と耐酸化性をもつ蒸
気タービン部品を提供するには、被膜または粉末
金属合体技術によつて合体した物体の全体に亘つ
て角張つた炭化チタン粒子が均一に分散していな
ければならないと考えられる。さらに、本発明に
従う被膜材料の付加的な層を受領するべき既成の
層を調製するのに、ケイ素やマンガンなどのよう
な湿潤剤は必要ない。また、本発明による加工処
理中には、角張つた炭化チタンの融解が、すでに
述べた浮遊および濡れの問題を伴つて起こらない
ので、本発明の被膜で得られる厚みに関しては、
いかなる制限も今までの所見られてないし、ま
た、見られることはないと思われる。
気タービン部品を提供するには、被膜または粉末
金属合体技術によつて合体した物体の全体に亘つ
て角張つた炭化チタン粒子が均一に分散していな
ければならないと考えられる。さらに、本発明に
従う被膜材料の付加的な層を受領するべき既成の
層を調製するのに、ケイ素やマンガンなどのよう
な湿潤剤は必要ない。また、本発明による加工処
理中には、角張つた炭化チタンの融解が、すでに
述べた浮遊および濡れの問題を伴つて起こらない
ので、本発明の被膜で得られる厚みに関しては、
いかなる制限も今までの所見られてないし、ま
た、見られることはないと思われる。
上記の場合と実質的に同じ炭化チタン組成物の
プラズマアーク溶接物を粉末金属合体物と比較す
る実験を行つたところ、固体粒子浸食試験に際し
て顕著な差異は認められなかつた。なお、望まし
い耐固体粒子浸食性を持つた蒸気タービン部品を
得るためには、被膜または粉末金属合体物中に炭
化チタン粒子を一様に分散させなければならない
ものと信じられる。
プラズマアーク溶接物を粉末金属合体物と比較す
る実験を行つたところ、固体粒子浸食試験に際し
て顕著な差異は認められなかつた。なお、望まし
い耐固体粒子浸食性を持つた蒸気タービン部品を
得るためには、被膜または粉末金属合体物中に炭
化チタン粒子を一様に分散させなければならない
ものと信じられる。
前記特許請求の範囲は、当業者にとつて容易に
明らかとなる変更例および同等物の全てを包括す
ることを意図したものである。
明らかとなる変更例および同等物の全てを包括す
ることを意図したものである。
第１図は本発明の実施の一態様に基づく炭化チ
タン組成物の金属組織断面の顕微鏡写真（倍率
100X）、そして第２図は同じ炭化チタン組成物の
金属組織断面の顕微鏡写真（倍率400X）である。 図中、１０，１２および１４は炭化チタン粒
子、１６は高クロム鋳鉄母材、２０および２２は
炭化チタン粒子、２６は気孔または空〓、３０は
高クロム含量M7C3炭化物、そして３２はフエラ
イトを表わす。
タン組成物の金属組織断面の顕微鏡写真（倍率
100X）、そして第２図は同じ炭化チタン組成物の
金属組織断面の顕微鏡写真（倍率400X）である。 図中、１０，１２および１４は炭化チタン粒
子、１６は高クロム鋳鉄母材、２０および２２は
炭化チタン粒子、２６は気孔または空〓、３０は
高クロム含量M7C3炭化物、そして３２はフエラ
イトを表わす。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 蒸気タービン装置中を流れる汚染蒸気にさら
されて固体粒子浸食をうける金属基体の表面隣接
領域の上に被覆として、高クロム鋳鉄母材中に分
散させた30〜50（重量）％の炭化チタン粒子を含
有し、かつ、オーステナイトまたはマルテンサイ
トの結晶構造を実質的に示さない実質的に均質な
粒団を設置してなる、蒸気タービン装置に使われ
る耐固体粒子浸食性部品としての製品。 ２ 前記炭化チタン粒子がかど張つている特許請
求の範囲第１項記載の製品。 ３ 前記被膜が前記表面隣接領域を少なくとも
0.64cm（0.25インチ）の深さにまで被覆している
特許請求の範囲第１項記載の製品。 ４ 前記高クロム鋳鉄母材が15〜30（重量）％の
Crおよび1.5〜５（重量）％のＣを含有しかつ残部
が主として鉄である特許請求の範囲第１乃至３項
のいずれか記載の製品。 ５ 前記高クロム鋳鉄母材が公称量のMoおよび
公称量のＷ並びにその他の痕跡元素を含有する特
許請求の範囲第４項記載の製品。 ６ 前記高クロム鋳鉄母材が金属組織学的に確認
可能な量の高クロム含量M7C3炭化物を包含する
特許請求の範囲第４項記載の製品。 ７ 蒸気タービン装置に使われる耐固体粒子浸食
性部品として粉末金属合体物からなる製品であつ
て、前記粉末金属合体物はオーステナイトまたは
マルテンサイトの結晶構造を実質的に示さない実
質的に均質な粒団からなり、しかも、蒸気タービ
ン装置中を流れる汚染蒸気にさらされて固体粒子
浸食をうける前記粉末金属合体物の表面隣接領域
には、30−50（重量）％の炭化チタン粒子が高ク
ロム鋳鉄母材中に分散された状態で含まれている
製品。 ８ 前記炭化チタン粒子がかど張つている特許請
求の範囲第７項記載の製品。 ９ 前記高クロム鋳鉄母材が15〜30（重量）％の
Crおよび1.5〜５（重量）％のＣを含有しかつ残部
が主として鉄である特許請求の範囲第７または８
項記載の製品。 １０ 前記高クロム鋳鉄母材が公称量のMoおよ
び公称量のＷ並びにその他の痕跡元素を含有する
特許請求の範囲第９項記載の製品。 １１ 前記高クロム鋳鉄母材が金属組織学的に確
認可能な量の高クロム含量M7C3炭化物を包含す
る特許請求の範囲第９項記載の製品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US58840784A | 1984-03-12 | 1984-03-12 | |
| US588407 | 1984-03-12 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2099489A Division JPH0317246A (ja) | 1984-03-12 | 1990-04-17 | 炭化チタンを使用した耐固体粒子浸食性の製品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60228677A JPS60228677A (ja) | 1985-11-13 |
| JPH0247521B2 true JPH0247521B2 (ja) | 1990-10-22 |
Family
ID=24353719
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60047595A Granted JPS60228677A (ja) | 1984-03-12 | 1985-03-12 | 炭化チタンを使用した耐固体粒子浸食性の製品 |
| JP2099489A Pending JPH0317246A (ja) | 1984-03-12 | 1990-04-17 | 炭化チタンを使用した耐固体粒子浸食性の製品 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2099489A Pending JPH0317246A (ja) | 1984-03-12 | 1990-04-17 | 炭化チタンを使用した耐固体粒子浸食性の製品 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JPS60228677A (ja) |
| KR (1) | KR920007849B1 (ja) |
| IT (1) | IT1184979B (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR920007849B1 (ko) * | 1984-03-12 | 1992-09-18 | 제네랄 일렉트릭 캄파니 | 티타늄 카바이드를 사용한 고체 입자 내식성 제품 |
| US7296964B2 (en) | 2005-09-27 | 2007-11-20 | General Electric Company | Apparatus and methods for minimizing solid particle erosion in steam turbines |
| JP7100320B2 (ja) | 2018-08-07 | 2022-07-13 | 国立大学法人広島大学 | Ｆｅ基焼結体、Ｆｅ基焼結体の製造方法、および熱間プレス用金型 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59118852A (ja) * | 1982-12-27 | 1984-07-09 | Tatsuro Kuratomi | 焼結硬質合金複合高速度鋼およびその製造法 |
| JPS59126752A (ja) * | 1983-01-07 | 1984-07-21 | Taiho Kogyo Co Ltd | 鉄系摺動材料およびその製法 |
| KR920007849B1 (ko) * | 1984-03-12 | 1992-09-18 | 제네랄 일렉트릭 캄파니 | 티타늄 카바이드를 사용한 고체 입자 내식성 제품 |
-
1985
- 1985-03-11 KR KR1019850001529A patent/KR920007849B1/ko not_active Expired
- 1985-03-12 JP JP60047595A patent/JPS60228677A/ja active Granted
- 1985-03-12 IT IT19863/85A patent/IT1184979B/it active
-
1990
- 1990-04-17 JP JP2099489A patent/JPH0317246A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR850007102A (ko) | 1985-10-30 |
| JPS60228677A (ja) | 1985-11-13 |
| IT8519863A0 (it) | 1985-03-12 |
| JPH0317246A (ja) | 1991-01-25 |
| IT1184979B (it) | 1987-10-28 |
| KR920007849B1 (ko) | 1992-09-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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