JPH0360902B2 - - Google Patents

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JPH0360902B2
JPH0360902B2 JP60184315A JP18431585A JPH0360902B2 JP H0360902 B2 JPH0360902 B2 JP H0360902B2 JP 60184315 A JP60184315 A JP 60184315A JP 18431585 A JP18431585 A JP 18431585A JP H0360902 B2 JPH0360902 B2 JP H0360902B2
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JP
Japan
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cavitation
phase
steel
erosion
erosion resistance
Prior art date
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JP60184315A
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English (en)
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JPS6178593A (ja
Inventor
Masao Yamamoto
Takashi Ebitani
Mitsuo Kawai
Hiroshi Pponma
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP18431585A priority Critical patent/JPS6178593A/ja
Publication of JPS6178593A publication Critical patent/JPS6178593A/ja
Publication of JPH0360902B2 publication Critical patent/JPH0360902B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550°C
    • B23K35/3053Fe as the principal constituent
    • B23K35/308Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
    • B23K35/3086Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、耐キヤビテーシヨン・エロージヨン
性に優れた水機器の製造方法に関する。 近年、エネルギーの有効利用の見地から、比較
的短時間で出力調整が可能な水力発電、特に夜間
の余剰電力を有効に利用できる揚水発電プラント
の建設が盛んである。しかも、水力発電プラント
は建設地点の限定、単機容量に対する建設費の低
減、発電効率の向上などの点から、大容量化され
る傾向にあり、揚上発電においては高落差化、高
揚程化が進んでいる。 従来水機器として例示される水車ランナ本体な
どには、3〜5%のNiを含むマルテンサイト系
13%Crステンレス鋼鋳鋼が使用されているが、
高揚程化や高落差化により、キヤビテーシヨン・
エロージヨンが加速されており、さらに優れた耐
キヤビテーシヨン・エロージヨン性を有するもの
が要望されている。 水車ランナなどの耐キヤビテーシヨン・エロー
ジヨン性を向上させるひとつに、水車ランナなど
の材料にオーステナイト系ステンレス鋼を使用す
る方法がある。一般にオーステナイト系ステンレ
ス鋼の耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性はマ
ルテンサイト系13%Crステンレス鋳鋼よりも優
れているが、この材料は耐力が低いことから、水
車ランナ本体に使用する場合には製造工程が極め
て複雑になるという問題がある。このため、オー
ステナイト系ステンレス鋼は主として水車ランナ
羽根などのキヤビテーシヨン・エロージヨン損耗
の著しい部位に肉盛溶接して使用されている。し
かし、高落差化・高揚程化に伴い、肉盛溶接され
た水車ランナにおいても、さらに優れた耐キヤビ
テーシヨン・エロージヨン性を有するものが要望
されてきている。 このような点に鑑み、本発明は耐キヤビテーシ
ヨン・エロージヨン性に優れた水車ランナ、ガイ
ド・ベーン、ステー・ベーン、船舶用プロペラ、
各種ポンプ部品。高速水流用部品などの水機器の
製造方法を提供することを目的とする。 本発明は、水車ランナ、ガイド・ベーン、ステ
ー・ベーン、船舶用プロペラ、各種ポンプ部品、
高速水流用部品などの水機器において母材の少な
くともキヤビテーシヨン・エロージヨン損耗部位
の表面層として、Cr−Ni系ステンレス鋼に所定
量のMnが含有され、かつ組織中にフエライト相
(以後α相と記す)を含むことなくイプシロン相
(以後ε相と記す)あるいはオーステナイト相
(以後γ相と記す)を主体とした鋼を肉盛溶接に
より形成して、耐キヤビテーシヨン・エロージヨ
ン性を向上させるというものである。すなわち、
母材の少なくともキヤビテーシヨン・エロージヨ
ン損耗部位に肉盛溶接により、重量%で0.2%以
下の炭素、2%以下のケイ素、10〜20%のクロ
ム、0.5〜10%のニツケル、2%を越え20%以下
のマンガン、2%以下のモリブデンと、0.01〜
0.1%のニオブ、0.5〜5%のコバルトの少なくと
も1種と、残部が実質的に鉄から成りかつ実質的
にフエライト相を含むことなく、イプシロン相あ
るいはオーステナイト相を主体とする鋼からなる
表面層を形成する事を特徴とした水機器の製造方
法である。 以下、本発明に係る水機器に用いられる鋼の組
成限定理由を述べる。 組織:特許請求の範囲にある組成を有する鋼の耐
キヤビテーシヨン・エロージヨン性は、ε相あ
るいはγ相を主体とする場合に著しい効果を示
す。この場合、組織中にα相が混在すると、耐
キヤビテーシヨン・エロージヨン性は著しく劣
化することから組織中にはα相を含まない必要
がある。 本発明においては靭性に優れたε相、γ相を
主体とした本体の表面のみがキヤビテイ崩壊時
に加わる衝撃力によりマルテンサイト相
(α′相)に相変態をおこすことにより、耐キヤ
ビテーシヨン・エロージヨン特性に優れる効果
を奏する。しかし鋼内部は相変態を生じないた
め、材料特性上必要な靭性は損われず、鋼全体
は高い靭性を有している。いわば外部環境に応
じて鋼自体が保護作用を示す自己補修型の合金
といえる。従つて材料に必要な靭性を有しつ
つ、耐キヤビテーシヨン・エロージヨン特性に
優れるものである。 従来のマルテンサイト鋼を用いた場合は、そ
の靭性の悪さから実用上は焼戻しを行なつてい
る。しかしながらこの様な焼戻し処理を行なう
と耐キヤビテーシヨン・エロージヨン特性が低
下してしまう。本発明においては本体は靭性に
優れるため特にこのような処理を施す必要はな
い。 炭素(C):炭素はε相やγ相を形成させ、耐キ
ヤビテーシヨン・エロージヨン性を向上させる
ために必要な元素であるが、過剰の添加は靭
性、耐食性を害することから上限を0.2%とす
るが実用上は0.03〜0.15%とすることが望まし
い。 ケイ素(Si):ケイ素は鋼溶製時の湯流れ性を改
善し、また溶接性を改善するために必要である
が、過剰の添加は靭性を害することから上限を
2%とするが実用上は0.2〜1.0%とすることが
望ましい。 クロム(Cr):クロムは耐食性を向上させるため
に10%以上の添加が必要であるが、過剰の添加
は溶着層中にα相を生成させ、耐キヤビテーシ
ヨン・エロージヨン性を低下させることから上
限を20%とするが、さらに実用上は11%から15
%とすることが望ましい。 ニツケル(Ni):ニツケルはマンガンとあいまつ
て鋼の組織をε、γ化し、キヤビテイの衝撃力
により鋼表面を相変態しやすくし、ひいては耐
キヤビテーシヨン・エロージヨン性を良くする
ために必要であり、耐キヤビテーシヨン・エロ
ージヨン性、靭性を向上させるために0.5%以
上の添加が必要である。多量に添加しても効果
は大きくなく、かえつて相変態を阻害し耐キヤ
ビテーシヨン・エロージヨン特性が低下し、ま
たコスト上昇になることから上限を10%とする
が、さらに実用上は2%から8%とすることが
望ましい。 マンガン(Mn):マンガンはニツケルとあいま
つて鋼の組織をε,γ化し、キヤビテイの衝撃
力により鋼表面を相変態しやすくし、ひいては
耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性、靭性を
向上させるために特に重要な元素であるが、4
%以下ではその効果は十分でなく、4%を越え
る添加が必要である。しかし過剰の添加はかえ
つて相変態を阻害し耐キヤビテーシヨン・エロ
ージヨン特性が低下し、また湯流れ性を悪くす
ることから上限を20%とするが、さらに実用上
は4%から15%とすることが望ましい。 モリブデン(Mo):モリブデンは耐キヤビテー
シヨン・エロージヨン性、耐食性を向上させる
ために必要であるが、過剰の添加は靭性を害す
ることから上限を2%とするが実用上は0.5〜
1.5%とすることが望ましい。 ニオブ(Nb):ニオブは溶着層の結晶粒を微細に
し耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を向上
させるために0.01%以上の添加が必要であるが
過剰の添加は溶着層中にα相を生成させ耐キヤ
ビテーシヨン・エロージヨン性を低下させるこ
とから上限を0.1%とするが実用上は0.01〜0.05
%とする事が望ましい。 コバルト(Co):コバルトは耐キヤビテーシヨ
ン・エロージヨン性を向上させるために、0.5
%以上の添加が必要であるが、多量に添加して
も効果は大きくなくコスト上昇になるため上限
を5%とするが実用上0.5〜3%とすることが
望ましい。 また本発明において、上記した如くの組織、組
成を有する鋼が表面層として設けられる母材とし
ては特に限定されず、炭素鋼、ステンレス等通常
の水機器用構造材料を用いることができる。 ところで、肉盛溶接材に要求される特性のひと
つに、溶接後の熱収縮に起因した残留歪の小さい
ことが挙げられる。母材と溶着層の熱膨張率が異
なると、溶接後の熱収縮時に、母材と溶着層の界
面に応力を発生し、残留歪となつてもちきたさ
れ、割れや変形の原因となる。この傾向は、母材
にマルテンサイト系ステンレス鋼を使用した場合
に著しく、マルテンサイト変態時に大きな歪を発
生する。この歪を緩和させる方法のひとつに、溶
着層の耐力を低くし、発生した応力を溶着層の塑
性変形により緩和する方法がある。この方法によ
れば溶着層の耐力が低いほど歪を緩和するのに有
効であり、従つて溶接後の割れや変形の防止に有
利である。また、他の方法として、多層の肉盛溶
接により応力を緩和させる事もできる。 本発明に係る鋼は、組織中にε相やγ相を形成
させて耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を向
上させると同時に、耐力が通常20Kg/mm2以下と、
オーステナイト系ステンレス鋼であるSUS304な
どより低く、割れや変形防止の点でも優れており
肉盛溶接の溶接層として用いる事に特に適してい
る。 以上述べたように、本発明に係る水機器は耐キ
ヤビテーシヨン・エロージヨン性に優れ、また肉
盛溶接による割れや変形も少なく、例えば高落
差・高揚程水力発電用機器としては極めて優れた
特性を有している。 本発明に係る水機器は、母材の少なくともキヤ
ビテーシヨン・エロージヨン損耗部位に該鋼を設
けたもので、例えば第1図に斜視的に示すポンプ
水車ランナでは、その断面図として示す第2図の
斜線部に示すように水車運転時(発電時)の水入
口側羽根表面、あるいはポンプ運転時(揚水時)
の水入口側(水車運転時の水出口側)羽根表面に
主に行なわれ、ガイド・ベーン5、ステー・ベー
ン6では、ベーンの角外縁部表面に主に行なわれ
る。 また、水機器への該鋼の肉盛溶接は、被覆アー
ク、TIG、MIG溶接など通常の溶接法により容
易に行なえる。 以下実施例をもつて、本発明を詳細に説明す
る。 現用一体物水車ランナ材である13%Cr−3.5%
Ni(比較例2)マルテンサイト系ステンレス鋼に
より、水車ランナの羽根モデルを鋳造し、1100
℃、4時間の焼ならし、650℃、3時間の焼戻し
を行なつた後、その表面に第1表に示す10鋼種
(実施例1〜実施例8、比較例1,2)の材料を
厚さ約5mm、TIG溶接により肉盛溶接した。該肉
盛溶接部よりキヤビテーシヨン・エロージヨン試
験片を採取し、電歪振動法により、周波数
6.5KHz、振幅100μm、25℃の純水中で3時間、
キヤビテーシヨン・エロージヨン試験を行ない、
次式によりキヤビテーシヨン・エロージヨン指数
(C.E.I.)を求め、耐キヤビテーシヨン・エロー
ジヨン性を評価した。 C.E.I.=キヤビテーシヨン・エロージヨン減
量(g)/試験時間(分)×比重(g/cm3)×106 また、溶着層の耐力を知るために、高周波溶解
炉にて上記肉盛溶接材の4鋼種を2.5Kg溶製し、
大気中にて再溶解、鋳造、空冷することにより、
溶接時相当の熱履歴を与えた後、引張試験片を作
製した。 なお、比較例2は上記13%Cr−3.5%Ni鋳鋼を
650℃で焼戻した後、キヤビテーシヨン・エロー
ジヨン誌験片を作製した。 また、肉盛溶接後、光学顕微鏡、X線回折によ
り、各溶着層の主体的相を決定した。
【表】
【表】
【表】 第2表に各種肉盛溶接試料のキヤビテーシヨ
ン・エロージヨン指数(C.E.I.)およびその主体
的層を示してある。実施例1〜8の組織はε相あ
るいはγ相を主体としており、C.E.I.は一体物の
水車ランナ材(比較例2)や従来耐キヤビテーシ
ヨン・エロージヨン性に優れているとされている
オーステナイト系ステンレス鋼SUS304(比較例
1)より著しく小さく、本発明に係る水機器は優
れた耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を有し
ていることがわかる。 第3表には肉盛溶接相当の熱履歴を与えた7種
の発明鋼および1種の比較鋼について耐力を示し
てあり、発明鋼の耐力は比較例1のオーステナイ
ト系ステンレス鋼であるSUS304より低く、溶接
性はSUS304より優れていた。 また実施例には少量のα′相を含むこともある。
この様に本発明においては特許請求の範囲の組成
を有する鋼を肉盛溶接し、かつ溶着中にα相を含
むことなく、ε相、γ相を主体としていればよ
い。 以上説明した如く、本発明の水機器の製造方法
によれば、優れた耐キヤビテーシヨン・エロージ
ヨン性を有する水機器が実現されることから、実
用上極めて有用なものと言える。
【図面の簡単な説明】
第1図は、ポンプ水車ランナの斜視図、第2図
は、ポンプ水車ランナの断面図である。 1……ランナコーン、2……クラウン、3……
ランナ羽根、4……シユランド、5……ガイド・
ベーン、6……ステー・ベーン。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 母材の少なくともキヤビテーシヨン・エロー
    ジヨン損耗部位に肉盛溶接により、重量%で0.2
    %以下の炭素、2%以下のケイ素、10〜20%のク
    ロム、0.5〜10%のニツケル、4%を越え20%以
    下のマンガン、2%以下のモリブデンと0.01〜
    0.1%のニオブ、0.5〜5%のコバルトの少なくと
    も一種と残部が実質的に鉄から成りかつ実質的に
    フエライト相を含むことなく、イプシロン相ある
    いはオーステナイト相を主体とする鋼からなる表
    面層を形成する事を特徴とした水機器の製造方
    法。
JP18431585A 1985-08-23 1985-08-23 水機器およびその製造方法 Granted JPS6178593A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6341981A (ja) * 1986-08-07 1988-02-23 Fujitsu Ltd 双曲型偏微分方程式の数値計算方式

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