JPH06173604A - 水滴衝撃侵蝕防止タービンブレード及びその製造方法 - Google Patents
水滴衝撃侵蝕防止タービンブレード及びその製造方法Info
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- JPH06173604A JPH06173604A JP28514592A JP28514592A JPH06173604A JP H06173604 A JPH06173604 A JP H06173604A JP 28514592 A JP28514592 A JP 28514592A JP 28514592 A JP28514592 A JP 28514592A JP H06173604 A JPH06173604 A JP H06173604A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は水滴衝撃侵蝕防止タービンブレード
に関する。 【構成】 水滴衝撃侵蝕をよりよく防止したタービンブ
レードを開示し製造する本発明の目的は、本発明によれ
ば例えば、図面に示されているタービンブレードでは、
非常に硬い層（２）の一定表面硬度は、それぞれの鋼の
最大硬度に相当し、これ等の非常に硬い層（２）の深さ
は０．１乃至０．９ｍｍであり、全硬化深さが０．７乃
至３．５ｍｍであり、そして非常に硬い層（２）が少く
とも入口縁の近くの位置（５）にまで達し、そこに表面
への接線に平行な最も有害な水滴大きさ部分の衝撃方向
（６）がある。このタービンブレードは、本発明により
高エネルギー表面硬化法によって製造される。本発明に
よる解決方法の主たる用途は、蒸気タービンの強力な水
滴衝撃を受ける最終段落ローターブレードによって与え
られる。
に関する。 【構成】 水滴衝撃侵蝕をよりよく防止したタービンブ
レードを開示し製造する本発明の目的は、本発明によれ
ば例えば、図面に示されているタービンブレードでは、
非常に硬い層（２）の一定表面硬度は、それぞれの鋼の
最大硬度に相当し、これ等の非常に硬い層（２）の深さ
は０．１乃至０．９ｍｍであり、全硬化深さが０．７乃
至３．５ｍｍであり、そして非常に硬い層（２）が少く
とも入口縁の近くの位置（５）にまで達し、そこに表面
への接線に平行な最も有害な水滴大きさ部分の衝撃方向
（６）がある。このタービンブレードは、本発明により
高エネルギー表面硬化法によって製造される。本発明に
よる解決方法の主たる用途は、蒸気タービンの強力な水
滴衝撃を受ける最終段落ローターブレードによって与え
られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機械構造部品の表面硬
化に関し、その適用が可能であり且つ合理的である対象
物は、２５０℃以下の使用温度のとき使用されるマルテ
ンサイトクロム鋼製のすべての水滴衝撃あるいはキャビ
テーションを受ける機械構造部品である。特に有利には
本発明は、水滴衝撃によって非常に侵蝕を受ける蒸気タ
ービン最終段落のブレードである。
化に関し、その適用が可能であり且つ合理的である対象
物は、２５０℃以下の使用温度のとき使用されるマルテ
ンサイトクロム鋼製のすべての水滴衝撃あるいはキャビ
テーションを受ける機械構造部品である。特に有利には
本発明は、水滴衝撃によって非常に侵蝕を受ける蒸気タ
ービン最終段落のブレードである。
【０００２】
【従来の技術】蒸気タービンのブレードは、その運転中
絶えず水滴の衝撃を受け、これが早期摩損、従って水滴
衝撃侵蝕によるブレードの破壊となる。当業界では、火
炎硬化した入口縁によってマルテンサイトクロム鋼製の
ブレードの摩耗抵抗を向上することが一般的に知られて
いる（文献では例えば、１９５２年クルップ出版ハーレ
のＷ．キルシュナー，Ｈ．キルガー，Ｈ．ビーグラーの
「技術的構造用鋼」第２８８頁乃至２９０頁）。
絶えず水滴の衝撃を受け、これが早期摩損、従って水滴
衝撃侵蝕によるブレードの破壊となる。当業界では、火
炎硬化した入口縁によってマルテンサイトクロム鋼製の
ブレードの摩耗抵抗を向上することが一般的に知られて
いる（文献では例えば、１９５２年クルップ出版ハーレ
のＷ．キルシュナー，Ｈ．キルガー，Ｈ．ビーグラーの
「技術的構造用鋼」第２８８頁乃至２９０頁）。
【０００３】そのような硬化ブレードの欠陥はそれらの
摩耗抵抗が少なすぎることにある。その原因は、５００
乃至５５０ＨＶを有する表面硬度が低すぎることから生
じている。
摩耗抵抗が少なすぎることにある。その原因は、５００
乃至５５０ＨＶを有する表面硬度が低すぎることから生
じている。
【０００４】火炎硬化法は、通常、約１０００℃乃至１
１００℃のオーステナイト化温度だけで行なわれる。こ
のオーステナイト化温度は、方法技術的に実現可能なオ
ーステナイト化時間のとき、（Ｆｅ，Ｃｒ）混合カーバ
イドから炭素の比較的僅かな炭素の遊離のみを生ずる。
従ってこの方法の欠陥は、表面における少なすぎる硬化
にある。
１００℃のオーステナイト化温度だけで行なわれる。こ
のオーステナイト化温度は、方法技術的に実現可能なオ
ーステナイト化時間のとき、（Ｆｅ，Ｃｒ）混合カーバ
イドから炭素の比較的僅かな炭素の遊離のみを生ずる。
従ってこの方法の欠陥は、表面における少なすぎる硬化
にある。
【０００５】高オーステナイト化温度は、達成可能なオ
ーステナイト化時間のとき、なおカーバイド溶解中に始
まる粒子の粗さ、並びに最高温度と共に急激に増加し、
ブレードの強靭性損失及び入口縁における内部応力状態
の悪化となるブレード入口縁の浸透硬化のため禁じられ
ている。この欠陥の原因は従って、少なすぎる供給可能
な出力（パワー）密度にある。
ーステナイト化時間のとき、なおカーバイド溶解中に始
まる粒子の粗さ、並びに最高温度と共に急激に増加し、
ブレードの強靭性損失及び入口縁における内部応力状態
の悪化となるブレード入口縁の浸透硬化のため禁じられ
ている。この欠陥の原因は従って、少なすぎる供給可能
な出力（パワー）密度にある。
【０００６】スイス国特許第５６４０８９号により、誘
導硬化した入口縁を有するタービンブレードが公知であ
る。誘導硬化で可能な高パワー密度により、有害な結果
もなく、まだγ領域内にある高オーステナイト化温度が
可能である。従って、そのような硬化した入口縁は、高
表面硬度を有している。しかしながら、この約５５０乃
至６７０ＨＶの高硬度は、全侵蝕のおそれのある領域を
越えて達成できないのが欠点である。この方法の欠陥
は、供給したパワー密度が局部的に異なる放熱条件に適
合できず、それによって局部的硬化温度が侵蝕のおそれ
のある領域の全巾に亘って必要な程度、一定に維持され
ないことにある。
導硬化した入口縁を有するタービンブレードが公知であ
る。誘導硬化で可能な高パワー密度により、有害な結果
もなく、まだγ領域内にある高オーステナイト化温度が
可能である。従って、そのような硬化した入口縁は、高
表面硬度を有している。しかしながら、この約５５０乃
至６７０ＨＶの高硬度は、全侵蝕のおそれのある領域を
越えて達成できないのが欠点である。この方法の欠陥
は、供給したパワー密度が局部的に異なる放熱条件に適
合できず、それによって局部的硬化温度が侵蝕のおそれ
のある領域の全巾に亘って必要な程度、一定に維持され
ないことにある。
【０００７】その原因は、インダクタがそれぞれ入口縁
に近い領域の輪郭に対してのみ最適に形成することがで
きるが、輪郭がブレード長さに亘って非常に変化するこ
とにある。
に近い領域の輪郭に対してのみ最適に形成することがで
きるが、輪郭がブレード長さに亘って非常に変化するこ
とにある。
【０００８】更に、入口縁硬化のため、レーザー又は電
子線を使用することが知られている（例えば、Ｖ．ベド
グニイ；Ｍ．カンテロ；Ｗ．セリイ；Ｄ．クルシアニ
イ；Ｒ．フェスタ；Ｇ．モール；Ｆ．ネシシイ；Ｆ．
Ｐ．ビボリイ；国際会議議事録の「タービンブレードの
レーザー及び電子線表面硬化」、１９８７年５月，大
阪，レーザー最新材料処理８７，第５６７頁乃至第５７
２頁）全ブレード背面に亘り一定の硬度値が達成可能で
あるが、試料で５００乃至５８０ＨＶ０．１（材料Ｘ２
２ＣｒＭｏＶ１２．１，例えば、１９８５年３月２６−
２８日，第２回「製造業におけるレーザー」国際会議議
事録（Ｍ．Ｆ．キミットにより編集），第１１９頁乃至
第１２８頁，Ｍ．ロース；Ｍ．カンテロの「１２％Ｃｒ
鋼のレーザー硬化）又はブレード入口縁（材料ＡＩＳＩ
４０３）における５００乃至５８０ＨＶ１のような高硬
度がそれでも達成されないのが欠点である。しかしなが
ら特に、例えば０．２ｍｍの深さの硬度が５００乃至５
３０ＨＶ０．１乃至４８０乃至５６０ＨＶ１に低下する
ことは不利な影響を与える。この硬度低下の不利な影響
は一方では、蒸気タービンの低圧部に生ずる水滴の大き
さ及び水滴衝撃速度による水滴衝撃負荷のとき、標準応
力の最大が非常に大きな深さ０．０５ｍｍ乃至０．２ｍ
ｍにあり、そして他方において強力な水滴衝撃負荷のと
きの摩耗が、約１０μｍ乃至約１００μｍの凹凸の深さ
の損傷に典型的な表面凹凸の形成後初めて永久最終状態
に達することから生ずる。
子線を使用することが知られている（例えば、Ｖ．ベド
グニイ；Ｍ．カンテロ；Ｗ．セリイ；Ｄ．クルシアニ
イ；Ｒ．フェスタ；Ｇ．モール；Ｆ．ネシシイ；Ｆ．
Ｐ．ビボリイ；国際会議議事録の「タービンブレードの
レーザー及び電子線表面硬化」、１９８７年５月，大
阪，レーザー最新材料処理８７，第５６７頁乃至第５７
２頁）全ブレード背面に亘り一定の硬度値が達成可能で
あるが、試料で５００乃至５８０ＨＶ０．１（材料Ｘ２
２ＣｒＭｏＶ１２．１，例えば、１９８５年３月２６−
２８日，第２回「製造業におけるレーザー」国際会議議
事録（Ｍ．Ｆ．キミットにより編集），第１１９頁乃至
第１２８頁，Ｍ．ロース；Ｍ．カンテロの「１２％Ｃｒ
鋼のレーザー硬化）又はブレード入口縁（材料ＡＩＳＩ
４０３）における５００乃至５８０ＨＶ１のような高硬
度がそれでも達成されないのが欠点である。しかしなが
ら特に、例えば０．２ｍｍの深さの硬度が５００乃至５
３０ＨＶ０．１乃至４８０乃至５６０ＨＶ１に低下する
ことは不利な影響を与える。この硬度低下の不利な影響
は一方では、蒸気タービンの低圧部に生ずる水滴の大き
さ及び水滴衝撃速度による水滴衝撃負荷のとき、標準応
力の最大が非常に大きな深さ０．０５ｍｍ乃至０．２ｍ
ｍにあり、そして他方において強力な水滴衝撃負荷のと
きの摩耗が、約１０μｍ乃至約１００μｍの凹凸の深さ
の損傷に典型的な表面凹凸の形成後初めて永久最終状態
に達することから生ずる。
【０００９】急な、しかも表面で始まる比較的大きな硬
度勾配が、そのため十分な表面硬度の場合でも永久摩耗
状態を防止する。硬度低下の原因は、問題の深さにおい
て、（Ｆｅ，Ｃｒ）混合カーバイドから僅かなカーボン
が遊離されることにある。この方法の欠陥は従って、直
接表面に近い部分においてのみ（Ｆｅ，Ｃｒ）混合カー
バイドから、高硬度達成に必要である多くのカーボンが
遊離することにある。その原因は、上記の短時間硬化の
温度勾配が非常に急なので、問題の深さにおける局部的
温度−時間−サイクルのピーク温度が低すぎることによ
り生ずる。
度勾配が、そのため十分な表面硬度の場合でも永久摩耗
状態を防止する。硬度低下の原因は、問題の深さにおい
て、（Ｆｅ，Ｃｒ）混合カーバイドから僅かなカーボン
が遊離されることにある。この方法の欠陥は従って、直
接表面に近い部分においてのみ（Ｆｅ，Ｃｒ）混合カー
バイドから、高硬度達成に必要である多くのカーボンが
遊離することにある。その原因は、上記の短時間硬化の
温度勾配が非常に急なので、問題の深さにおける局部的
温度−時間−サイクルのピーク温度が低すぎることによ
り生ずる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は水滴衝
撃侵蝕をよりよく防止したタービンブレードを開示し、
その製造方法を提案することである。即ち、タービンブ
レードの入口縁に対する硬化領域形成を開示することで
ある。このタービンブレードの入口縁では、蒸気タービ
ンの最終段落における水滴衝撃負荷の典型的条件に対し
て十分な高表面硬度が存在し、且つまた、損傷（負荷）
に典型的な表面凹凸形成後でも標準応力の最大が、十分
な硬さ範囲内にある。
撃侵蝕をよりよく防止したタービンブレードを開示し、
その製造方法を提案することである。即ち、タービンブ
レードの入口縁に対する硬化領域形成を開示することで
ある。このタービンブレードの入口縁では、蒸気タービ
ンの最終段落における水滴衝撃負荷の典型的条件に対し
て十分な高表面硬度が存在し、且つまた、損傷（負荷）
に典型的な表面凹凸形成後でも標準応力の最大が、十分
な硬さ範囲内にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、侵蝕防止領域
がブレード背面側の非常に侵蝕のおそれのある全領域に
亘って一定の表面硬度を有している、短時間硬化入口端
を備えたマルテンサイトクロム鋼製の水滴衝撃防止ター
ビングブレードにおいて、この一定の表面硬度が、それ
ぞれの鋼の場合に、短時間硬化サイクルの最適パラメー
タによって達成可能である最大硬度に相当し、この硬度
が、カーボン含有量によって、且つこれと共に増加する
カーボン含有量０．１乃至０．１３Ｃ％のとき、硬度５
８０乃至６２０ＨＶ0.05を達成し、そして０．１８乃至
０．２４％Ｃのとき、硬度６００乃至７５０ＨＶ0.05に
達し、全硬化領域１が、この最大硬度に達した第１の硬
度プラトー及び磨耗強さ及び標準応力最大の深さ位置に
よって選択した深さ０．１ｍｍ乃至０．９ｍｍを有する
非常に硬い層２と、この場合、硬度勾配は０乃至１００
ＨＶ／ｍｍであり、そしてその下の境界において、カー
ボン含有量０．１乃至０．１３％Ｃによって少なくとも
なお硬度５５０乃至６００ＨＶ0.05、そしてカーボン含
有量０．１８乃至０．２４％のときなお硬度５８０乃至
６８０ＨＶ0. 05を有し、そして更に層２に続く層３とを
含み、この層３が厚さ０．４ｍｍ乃至２．０ｍｍに達
し、そして表面の近くに明らかに大きな硬度勾配及び硬
度３５０乃至５４０ＨＶ0.05のとき少なくとも暗示的に
第２の硬度プラトーを有し、摩耗強さに関連する全硬化
深さ４が、０．７ｍｍ乃至３．５ｍｍであり、非常に硬
い層２が、少なくとも入口縁の近くの位置５にまで達し
ており、その位置５に、表面への接線に並行に最も有害
な水滴大きさ部分の衝撃方向６があり、全硬化領域１
が、ブレード先端からブレードベースの方向に入力縁の
近くの位置５の侵蝕のおそれのある全長を越えて最小
の、又は少なくともあまり重要でないブレードの周期的
負荷の位置まで延びており、そしてそこでブレードは入
口縁に対し出口角度３０乃至６５度を形成していること
を特徴とするものである。
がブレード背面側の非常に侵蝕のおそれのある全領域に
亘って一定の表面硬度を有している、短時間硬化入口端
を備えたマルテンサイトクロム鋼製の水滴衝撃防止ター
ビングブレードにおいて、この一定の表面硬度が、それ
ぞれの鋼の場合に、短時間硬化サイクルの最適パラメー
タによって達成可能である最大硬度に相当し、この硬度
が、カーボン含有量によって、且つこれと共に増加する
カーボン含有量０．１乃至０．１３Ｃ％のとき、硬度５
８０乃至６２０ＨＶ0.05を達成し、そして０．１８乃至
０．２４％Ｃのとき、硬度６００乃至７５０ＨＶ0.05に
達し、全硬化領域１が、この最大硬度に達した第１の硬
度プラトー及び磨耗強さ及び標準応力最大の深さ位置に
よって選択した深さ０．１ｍｍ乃至０．９ｍｍを有する
非常に硬い層２と、この場合、硬度勾配は０乃至１００
ＨＶ／ｍｍであり、そしてその下の境界において、カー
ボン含有量０．１乃至０．１３％Ｃによって少なくとも
なお硬度５５０乃至６００ＨＶ0.05、そしてカーボン含
有量０．１８乃至０．２４％のときなお硬度５８０乃至
６８０ＨＶ0. 05を有し、そして更に層２に続く層３とを
含み、この層３が厚さ０．４ｍｍ乃至２．０ｍｍに達
し、そして表面の近くに明らかに大きな硬度勾配及び硬
度３５０乃至５４０ＨＶ0.05のとき少なくとも暗示的に
第２の硬度プラトーを有し、摩耗強さに関連する全硬化
深さ４が、０．７ｍｍ乃至３．５ｍｍであり、非常に硬
い層２が、少なくとも入口縁の近くの位置５にまで達し
ており、その位置５に、表面への接線に並行に最も有害
な水滴大きさ部分の衝撃方向６があり、全硬化領域１
が、ブレード先端からブレードベースの方向に入力縁の
近くの位置５の侵蝕のおそれのある全長を越えて最小
の、又は少なくともあまり重要でないブレードの周期的
負荷の位置まで延びており、そしてそこでブレードは入
口縁に対し出口角度３０乃至６５度を形成していること
を特徴とするものである。
【００１２】
【作用】上述した構成の本発明によれば、短時間硬化入
口縁を有するマルテンサイトクロム鋼製の水滴衝撃侵蝕
防止タービンブレードを有していて、その侵蝕防止領域
が、ブレード背面の非常に侵蝕のおそれのある領域に亘
って一定の表面硬度を有する。
口縁を有するマルテンサイトクロム鋼製の水滴衝撃侵蝕
防止タービンブレードを有していて、その侵蝕防止領域
が、ブレード背面の非常に侵蝕のおそれのある領域に亘
って一定の表面硬度を有する。
【００１３】
【実施例】本発明について、下記の実施例により詳述す
る。これに属している下記の図面（図１）に本発明によ
る縁保護の位置及び構成の概略図が示されている。
る。これに属している下記の図面（図１）に本発明によ
る縁保護の位置及び構成の概略図が示されている。
【００１４】１００メガワット（ＭＷ）タービンの水滴
衝撃を受ける最終段落ブレードは、耐摩耗性入口縁を備
えている。期待した侵蝕領域巾はブレード先端で１８ｍ
ｍ、そしてブレードベースの方に僅かに減少している。
衝撃を受ける最終段落ブレードは、耐摩耗性入口縁を備
えている。期待した侵蝕領域巾はブレード先端で１８ｍ
ｍ、そしてブレードベースの方に僅かに減少している。
【００１５】使用した硬化装置は、標準出力５ｋＷと原
動機とを有しているＣｏ2 −ケストロームレーザーから
成っており、この原動機は、レーザー光線と入口縁との
間の相対的運動の実現に役立ち、且つその制御は少なく
とも４座標での同時運動を許容する。この光線形成シス
テムは、焦点距離ｆ＝３００ｍｍの偏心（off-axis）放
物面鏡と、部分的に焦点合せした光線内にあり、周波数
２１０Ｈｚの光線を光線送り方向に垂直に振動させる共
振スキャナーとより成っている。硬化すべき域は、レー
ザー光線吸収手段として役立つ黒板色等の８０μｍの厚
さの層を備えている。
動機とを有しているＣｏ2 −ケストロームレーザーから
成っており、この原動機は、レーザー光線と入口縁との
間の相対的運動の実現に役立ち、且つその制御は少なく
とも４座標での同時運動を許容する。この光線形成シス
テムは、焦点距離ｆ＝３００ｍｍの偏心（off-axis）放
物面鏡と、部分的に焦点合せした光線内にあり、周波数
２１０Ｈｚの光線を光線送り方向に垂直に振動させる共
振スキャナーとより成っている。硬化すべき域は、レー
ザー光線吸収手段として役立つ黒板色等の８０μｍの厚
さの層を備えている。
【００１６】計算図表により、予め測定したブレード形
状の厚さからスタートしてブレード先端への間隔に関係
なく適当なセットの照射パラメータ（レーザー出力，光
線の焦点ぼかし，振動振幅，送り速度）が決定され、こ
れが入口縁の各位置における本実施例による硬化領域の
形成となる。
状の厚さからスタートしてブレード先端への間隔に関係
なく適当なセットの照射パラメータ（レーザー出力，光
線の焦点ぼかし，振動振幅，送り速度）が決定され、こ
れが入口縁の各位置における本実施例による硬化領域の
形成となる。
【００１７】次に、ブレード入口縁走査によって輪郭制
御プログラムが作られる。レーザー光線に対する硬化す
べき域の傾斜は、送り方向を横切るレーザー光線の調整
した出力（パワー）密度分布と協働して、最も摩耗を受
ける領域（後の非常に硬い層２の）に一定の温度が合わ
されるように選択される。レーザー光線の出力（パワ
ー）密度分布は、光線の振動振幅Ａと、光線の半径ｒと
の比の選択によって十分に変化できる。
御プログラムが作られる。レーザー光線に対する硬化す
べき域の傾斜は、送り方向を横切るレーザー光線の調整
した出力（パワー）密度分布と協働して、最も摩耗を受
ける領域（後の非常に硬い層２の）に一定の温度が合わ
されるように選択される。レーザー光線の出力（パワ
ー）密度分布は、光線の振動振幅Ａと、光線の半径ｒと
の比の選択によって十分に変化できる。
【００１８】レーザー光線硬化法は、下記のパラメータ
で実施される。タービンブレードに生ずるレーザー出力
ＰL ＝２．６０ｋＷ，タービンブレードにより吸収され
たレーザー出力Ｐa ＝２．０８ｋＷ，ブレード表面上の
レーザー光線直径２ｒ＝９．６ｍｍ，レーザー光線の振
動振幅Ａ＝８．９ｍｍ，振幅比Ａ／ｒ＝１．８５，ブレ
ード先端におけるレーザー光線の初期速度ｖBO＝２４２
ｍｍ／ｍｉｎ，光線形状アスペクト比
で実施される。タービンブレードに生ずるレーザー出力
ＰL ＝２．６０ｋＷ，タービンブレードにより吸収され
たレーザー出力Ｐa ＝２．０８ｋＷ，ブレード表面上の
レーザー光線直径２ｒ＝９．６ｍｍ，レーザー光線の振
動振幅Ａ＝８．９ｍｍ，振幅比Ａ／ｒ＝１．８５，ブレ
ード先端におけるレーザー光線の初期速度ｖBO＝２４２
ｍｍ／ｍｉｎ，光線形状アスペクト比
【数１０】
【００１９】これ等のパラメータを含むレーザー光線硬
化法は、入口縁近くの位置５で下記の温度域の値とな
る。巾１６ｍｍ以上のブレード背面上で温度−時間−サ
イクルの最高温度
化法は、入口縁近くの位置５で下記の温度域の値とな
る。巾１６ｍｍ以上のブレード背面上で温度−時間−サ
イクルの最高温度
【数１１】 レーザー光線作用時間，τs ＝２．３８秒。
【００２０】これ等のパラメータを用いて硬化したター
ビンブレードは、入口端５において下記の幾何学的寸
法，硬度，硬度分布の硬化領域を有している。ブレード
先端におけるブレード背面（硬化領域の位置は図１参
照）上の全硬化領域１の巾：２０．２ｍｍ，ブレード先
端から１５０ｍｍの距離における硬化領域の巾：１８．
７ｍｍ，全硬化深さ４：入口縁に対する距離により１．
１７ｍｍ乃至２．９ｍｍ，ブレード外側７の全硬化領域
１の巾：ブレード先端の近くで２．８ｍｍ，非常に硬い
層２の表面硬度：７００ＨＶ0.05±３５ＨＶ0.05，非常
に硬い層２の深さ：０．１ｍｍ乃至０．４５ｍｍ，入口
縁への距離の増加と共に減少し、これは入口縁で始まり
ほぼブレード形状の最大湾曲部で終る。非常に硬い層２
の硬度勾配は３０ＨＶ／ｍｍより小さいか略等しい。非
常に硬い層２の巾はブレードの近くで約１９ｍｍであ
る。全硬化領域１の長さは１８５ｍｍである。この硬化
領域の長さは出口角度４５度以下でブレードを出る。目
標として努力した本実施例による硬度−深さ−カーブの
再現性は非常に良い。減少する摩耗強さにより、非常に
硬い層２の深さも、全硬化深さ４も、入口縁への距離の
増加と共に減少する。標準応力最大の位置は、非常に硬
い層２の深さの１／３以下にある。
ビンブレードは、入口端５において下記の幾何学的寸
法，硬度，硬度分布の硬化領域を有している。ブレード
先端におけるブレード背面（硬化領域の位置は図１参
照）上の全硬化領域１の巾：２０．２ｍｍ，ブレード先
端から１５０ｍｍの距離における硬化領域の巾：１８．
７ｍｍ，全硬化深さ４：入口縁に対する距離により１．
１７ｍｍ乃至２．９ｍｍ，ブレード外側７の全硬化領域
１の巾：ブレード先端の近くで２．８ｍｍ，非常に硬い
層２の表面硬度：７００ＨＶ0.05±３５ＨＶ0.05，非常
に硬い層２の深さ：０．１ｍｍ乃至０．４５ｍｍ，入口
縁への距離の増加と共に減少し、これは入口縁で始まり
ほぼブレード形状の最大湾曲部で終る。非常に硬い層２
の硬度勾配は３０ＨＶ／ｍｍより小さいか略等しい。非
常に硬い層２の巾はブレードの近くで約１９ｍｍであ
る。全硬化領域１の長さは１８５ｍｍである。この硬化
領域の長さは出口角度４５度以下でブレードを出る。目
標として努力した本実施例による硬度−深さ−カーブの
再現性は非常に良い。減少する摩耗強さにより、非常に
硬い層２の深さも、全硬化深さ４も、入口縁への距離の
増加と共に減少する。標準応力最大の位置は、非常に硬
い層２の深さの１／３以下にある。
【００２１】特性を悪化するオーステナイト粒子の大き
さの荒さは現われない。従来技術に比べて、少くとも１
００乃至１５０ＨＶ高い表面硬度が達成される。標準応
力最大の深さにおいて硬度差は更に大きい。従って、本
発明により硬化したタービンブレードのかなりよい耐摩
耗性が保証される。
さの荒さは現われない。従来技術に比べて、少くとも１
００乃至１５０ＨＶ高い表面硬度が達成される。標準応
力最大の深さにおいて硬度差は更に大きい。従って、本
発明により硬化したタービンブレードのかなりよい耐摩
耗性が保証される。
【００２２】火炎硬化ブレードに比べて、且つ縮小形式
における誘導硬化ブレードに比べて更に他の利点は、入
口縁に沿って再現可能な且つ、要求通りの硬化領域幾何
学的形状の形成にある。この利点はまた例えば、全硬化
ブレード長さに亘って入口縁に沿って入口縁に近い圧力
内部応力状態の調整のはるかによい再現性となる。
における誘導硬化ブレードに比べて更に他の利点は、入
口縁に沿って再現可能な且つ、要求通りの硬化領域幾何
学的形状の形成にある。この利点はまた例えば、全硬化
ブレード長さに亘って入口縁に沿って入口縁に近い圧力
内部応力状態の調整のはるかによい再現性となる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、上述した目的は、短時
間硬化入口縁を有するマルテンサイトクロム鋼製の水滴
衝撃侵蝕防止タービンブレードを有していて、その侵蝕
防止領域が、ブレード背面の非常に侵蝕のおそれのある
領域に亘って、請求項１乃至４に示したように、一定の
表面硬度を有することにより解決される。
間硬化入口縁を有するマルテンサイトクロム鋼製の水滴
衝撃侵蝕防止タービンブレードを有していて、その侵蝕
防止領域が、ブレード背面の非常に侵蝕のおそれのある
領域に亘って、請求項１乃至４に示したように、一定の
表面硬度を有することにより解決される。
【００２４】請求項２に記載した合理的な本発明の実施
例により、通常、水滴衝撃負荷の強さ及び面積はブレー
ド先端の方に増加し、一方周期的負荷は減少する。従っ
て十分な耐摩耗性の場合、硬化領域巾の減少により入口
縁における内部応力が改善され、且つブレードの強靭性
余裕が増大できる。
例により、通常、水滴衝撃負荷の強さ及び面積はブレー
ド先端の方に増加し、一方周期的負荷は減少する。従っ
て十分な耐摩耗性の場合、硬化領域巾の減少により入口
縁における内部応力が改善され、且つブレードの強靭性
余裕が増大できる。
【００２５】更にこの課題は、マルテンサイトクロム合
金タービンブレード鋼のための短時間硬化法によって解
決される。この方法でもまた、必要な深さ０．１ｍｍ乃
至約０．９ｍｍにおいて局部的温度−時間−サイクルの
ピーク温度が達成され、且つ表面においても特性を悪化
するオーステナイト粒子の荒さを生ずることなく、なお
完全なカーバイドの溶解が行なわれる。
金タービンブレード鋼のための短時間硬化法によって解
決される。この方法でもまた、必要な深さ０．１ｍｍ乃
至約０．９ｍｍにおいて局部的温度−時間−サイクルの
ピーク温度が達成され、且つ表面においても特性を悪化
するオーステナイト粒子の荒さを生ずることなく、なお
完全なカーバイドの溶解が行なわれる。
【００２６】この場合、本発明により請求項５乃至１０
に明記したように処理される。
に明記したように処理される。
【００２７】請求項６による方法実施例では、この場
合、ブレードの厚さが約３ｍｍ以下のとき、まだオース
テナイト粒子の荒さが続いている温度領域で、悪い放熱
方法によって冷却速度が減少するという事実が有利なこ
とに考慮されている。
合、ブレードの厚さが約３ｍｍ以下のとき、まだオース
テナイト粒子の荒さが続いている温度領域で、悪い放熱
方法によって冷却速度が減少するという事実が有利なこ
とに考慮されている。
【００２８】請求項７による方法実施例で有利なこと
は、それにより最適噴射作用時間τsと必要な硬化領域
巾との適合が達成されることである。
は、それにより最適噴射作用時間τsと必要な硬化領域
巾との適合が達成されることである。
【００２９】請求項８によるの方法実施例の利点は、こ
の異常に小さい振幅比が、ブレード入口端における非常
に非対称な放熱の条件下でも非常に硬い領域内でレーザ
ー掃引線を横切って殆ど一定の表面温度Ｔs の調整が可
能であることにある。
の異常に小さい振幅比が、ブレード入口端における非常
に非対称な放熱の条件下でも非常に硬い領域内でレーザ
ー掃引線を横切って殆ど一定の表面温度Ｔs の調整が可
能であることにある。
【図１】本発明による縁保護の位置及び構成の概略図で
ある。
ある。
１ 全硬化領域（ゾーン） ２ 非常に硬い層 ３ ２に続く層 ４ 全硬化深さ ５ 入口縁 ６ 最も有害な水滴大きさ部分の衝撃方向 ７ ブレード外側の位置 ８ 位置７における接線 ９ ブレード横断面の最小曲げモーメント １０ ブレード横断面 ＱL 全硬化領域１の横断面 Ｑs 硬化したブレード形状部分の横断面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィルフリード シュトーフ ドイツ連邦共和国 ベルリン ０−1110 タウフシュタインヴェグ 11
Claims (10)
- 【請求項１】 侵蝕防止領域がブレード背面側の非常に
侵蝕のおそれのある全領域に亘って一定の表面硬度を有
している、短時間硬化入口端を備えたマルテンサイトク
ロム鋼製の水滴衝撃防止タービングブレードにおいて、 この一定の表面硬度が、それぞれの鋼の場合に、短時間
硬化サイクルの最適パラメータによって達成可能である
最大硬度に相当し、 この硬度が、カーボン含有量によって、且つこれと共に
増加するカーボン含有量０．１乃至０．１３Ｃ％のと
き、硬度５８０乃至６２０ＨＶ0.05を達成し、そして
０．１８乃至０．２４％Ｃのとき、硬度６００乃至７５
０ＨＶ0.05に達し、 全硬化領域（１）が、この最大硬度に達した第１の硬度
プラトー及び磨耗強さ及び標準応力最大の深さ位置によ
って選択した深さ０．１ｍｍ乃至０．９ｍｍを有する非
常に硬い層（２）で、この場合、硬度勾配は０乃至１０
０ＨＶ／ｍｍであり、そしてその下の境界において、カ
ーボン含有量０．１乃至０．１３％Ｃによって少なくと
もなお硬度５５０乃至６００ＨＶ0.05、そしてカーボン
含有量０．１８乃至０．２４％のときなお硬度５８０乃
至６８０ＨＶ0.05を有し、 そして更に層（２）に続く層（３）とを含み、この層
（３）が厚さ０．４ｍｍ乃至２．０ｍｍに達し、そして
表面の近くに明らかに大きな硬度勾配及び硬度３５０乃
至５４０ＨＶ0.05のとき少なくとも暗示的に第２の硬度
プラトーを有し、 摩耗強さに関連する全硬化深さ（４）が、０．７ｍｍ乃
至３．５ｍｍであり、 非常に硬い層（２）が、少なくとも入口縁の近くの位置
（５）にまで達しており、その位置（５）に、表面への
接線に並行に最も有害な水滴大きさ部分の衝撃方向
（６）があり、 全硬化領域（１）が、ブレード先端からブレードベース
の方向に入力縁の近くの位置（５）の侵蝕のおそれのあ
る全長を越えて最小の、又は少なくともあまり重要でな
いブレードの周期的負荷の位置まで延びており、そして
そこでブレードは入口縁に対し出口角度３０乃至６５度
を形成していることを特徴とする水滴衝撃防止タービン
ブレード。 - 【請求項２】 全硬化領域（１）の巾が、入口縁に沿っ
て変化する侵蝕領域の巾によって調整される請求項１に
記載の水滴衝撃侵蝕防止タービンブレード。 - 【請求項３】 強い周期的又は引張り亀裂−腐食を受け
るブレードの場合、全硬化深さ（４）が少なくとも、ブ
レード横断面(10)の最小曲げモーメント（９）の方向に
垂直な表面に対する接線（８）があるブレード外側の位
置（７）にまで達している請求項１に記載の水滴衝撃侵
蝕防止タービンブレード。 - 【請求項４】 半径ＲD を有する装甲ロッド穴の周りの
硬化領域（１）のブレード背面側境界が半径ＲS の円ア
ークを描き、この場合、 【数１】 が適用される請求項１に記載の水滴衝撃防止ダービンブ
レード。 - 【請求項５】 高エネルギー表面硬化法により、請求項
１乃至４のいずれかの水滴衝撃防止タービンブレードの
製造方法において、 短時間硬化の温度−時間−周期が、 【数２】 のエネルギー作用時間τs の終りに、表面温度Ｔがγ領
域のかなり上方で 【数３】 に達し、送り方向に出力密度、送り速度及び光線寸法の
適切な組合せによって 【数４】 の深さｔにおいて 【数５】 の局部温度−時間−サイクルの最高温度ＴL が支配する
ように調整され、この場合に、定数Ｂ及びＣがほぼ値１
に達し、その正確な値は、しかし鋼の化学的組成及び最
初の組織によって選択され、 そして光線送り方向に対する出力密度分布は、非常に硬
い層（２）の表面の小部分における局部的表面温度Ｔs
が、約５０Ｋ以上の値Ｔs max を下回るように調整され
ることを特徴とする方法。 - 【請求項６】 一定表面温度Ｔs max のとき、平均厚さ
３ｍｍを下回るブレード部分硬化のため、硬化領域
（１）の所望の横断面ＱL と，ブレード形状部分の横断
面ＱS との比に対応する最大可能なエネルギー作用時間
τs max が、 【数６】 の後、減少される、この場合、Ｋ及びＬは選択した鋼に
関連した値１に近い定数である請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 レーザー光線又は電子線硬化法の使用の
場合、光線形成が、光線送り方向 【数７】 に垂直な光線の広がりと、光線送り方向ｄ‖ｖの光線の
広がりの比が 【数８】 の範囲に選択される請求項５に記載の方法。 - 【請求項８】 光線形成が、送り方向を横切るレーザー
光線又は電子線の高速振動によって発生される、この場
合、レーザー光線のとき、非変形レーザー光線の出力密
度分布に関連する正弦波形運動法則の場合に、光線の振
動振幅Ａと光線の半径ｒとの比が、 【数９】 に選ばれる請求項５及び７に記載の方法。 - 【請求項９】 表面硬化中、振動振幅Ａと光線半径ｒと
の比Ａ／ｒが、入口縁近くのブレード形状の変化によっ
て絶えず変更される請求項５，７及び８のいづれか１つ
の項に記載の方法。 - 【請求項１０】 光線形成が送り方向を横切るレーザー
光線又は電子線の高速振動によって発生され、この場合
双方の場合に、瞬間光線出力あるいは光線振動の運動法
則が、局部的垂直平面に対する光線軸の傾斜及び入口縁
に近いブレード形状の放熱条件によって選択され、且つ
短時間硬化中入口縁に沿った垂直表面の変化及び放熱条
件に応じて変化される請求項５及び９に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28514592A JPH06173604A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 水滴衝撃侵蝕防止タービンブレード及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28514592A JPH06173604A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 水滴衝撃侵蝕防止タービンブレード及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06173604A true JPH06173604A (ja) | 1994-06-21 |
Family
ID=17687683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28514592A Pending JPH06173604A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 水滴衝撃侵蝕防止タービンブレード及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06173604A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101936190A (zh) * | 2009-06-25 | 2011-01-05 | 株式会社日立制作所 | 涡轮动叶片 |
| JP2013209912A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Fuji Electric Co Ltd | 蒸気タービン翼および蒸気タービン翼の硬化処理方法 |
| US9291062B2 (en) | 2012-09-07 | 2016-03-22 | General Electric Company | Methods of forming blades and method for rendering a blade resistant to erosion |
| JP2017222912A (ja) * | 2016-06-16 | 2017-12-21 | 富士電機株式会社 | 蒸気タービン翼の製造方法 |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP28514592A patent/JPH06173604A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101936190A (zh) * | 2009-06-25 | 2011-01-05 | 株式会社日立制作所 | 涡轮动叶片 |
| JP2011007093A (ja) * | 2009-06-25 | 2011-01-13 | Hitachi Ltd | タービン動翼 |
| US8632313B2 (en) | 2009-06-25 | 2014-01-21 | Hitachi, Ltd. | Turbine rotor blade |
| JP2013209912A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Fuji Electric Co Ltd | 蒸気タービン翼および蒸気タービン翼の硬化処理方法 |
| US9291062B2 (en) | 2012-09-07 | 2016-03-22 | General Electric Company | Methods of forming blades and method for rendering a blade resistant to erosion |
| JP2017222912A (ja) * | 2016-06-16 | 2017-12-21 | 富士電機株式会社 | 蒸気タービン翼の製造方法 |
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