JPH06287770A - タービン動翼の表面処理方法 - Google Patents
タービン動翼の表面処理方法Info
- Publication number
- JPH06287770A JPH06287770A JP5076683A JP7668393A JPH06287770A JP H06287770 A JPH06287770 A JP H06287770A JP 5076683 A JP5076683 A JP 5076683A JP 7668393 A JP7668393 A JP 7668393A JP H06287770 A JPH06287770 A JP H06287770A
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- Japan
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- steam turbine
- treatment method
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、水滴による浸食を防止する
ことの出来るタービン動翼の表面処理方法を得ることで
ある。 【構成】 本発明の蒸気タービン動翼の表面処理装置
は、チタン合金からなる蒸気タービン低圧最終段翼の翼
先端前縁部を機械加工により所定の形状に仕上げた後、
高エネルギー密度源により基材表面を溶融させ、セラミ
ックス粉末を基材中に分散肉盛り溶接させたことを特徴
とする。
ことの出来るタービン動翼の表面処理方法を得ることで
ある。 【構成】 本発明の蒸気タービン動翼の表面処理装置
は、チタン合金からなる蒸気タービン低圧最終段翼の翼
先端前縁部を機械加工により所定の形状に仕上げた後、
高エネルギー密度源により基材表面を溶融させ、セラミ
ックス粉末を基材中に分散肉盛り溶接させたことを特徴
とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は蒸気タービン動翼とその
製造方法に係わり、特に水滴による浸食を防止するター
ビン動翼の表面処理方法に関する。
製造方法に係わり、特に水滴による浸食を防止するター
ビン動翼の表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、蒸気タービンの高効率化に伴い、
低圧最終段の動翼も長翼化の傾向にある。動翼材として
はこれまで12クロム鋼が使用されてきたが強度的には限
界であり、長翼化を図るには12クロム鋼に代わり軽量で
高強度のチタン合金が適用されつつある。
低圧最終段の動翼も長翼化の傾向にある。動翼材として
はこれまで12クロム鋼が使用されてきたが強度的には限
界であり、長翼化を図るには12クロム鋼に代わり軽量で
高強度のチタン合金が適用されつつある。
【０００３】従来の12クロム鋼製動翼の浸食防止法とし
ては、翼先端前縁部にＣｏ基合金（ステライト）溶接す
るか、動翼先端部表面をガス炎で加熱し、水冷して硬度
を上げるフレームハードニングを適用することにより行
われていた。
ては、翼先端前縁部にＣｏ基合金（ステライト）溶接す
るか、動翼先端部表面をガス炎で加熱し、水冷して硬度
を上げるフレームハードニングを適用することにより行
われていた。
【０００４】蒸気タービンの動翼が長くなると翼先端部
の周速が速くなり、水滴による浸食に対しては益々厳し
い条件で使用されるようになる。また、前述したように
長翼になると動翼が12クロム鋼では強度の面で信頼性に
欠けるため、チタン合金が使用されつつある。
の周速が速くなり、水滴による浸食に対しては益々厳し
い条件で使用されるようになる。また、前述したように
長翼になると動翼が12クロム鋼では強度の面で信頼性に
欠けるため、チタン合金が使用されつつある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、動翼を
チタン合金としても強度の面では解決されるが、翼先端
前縁部の浸食の問題は残る。チタン合金製動翼の浸食防
止法として、Ｃｏ基合金を溶接する場合、溶接部には脆
い金属間化合物が形成され、接合強度が著しく低下する
ため遠心力により飛散することが考えられる。このた
め、時効硬化性を持つβ型チタン合金板を溶接するか、
またはβ型チタン合金を肉盛溶接することが考えられる
が、翼長が長くなると浸食に対しては厳しい条件となる
ため上記のβ型チタン合金の溶接よりもさらに優れた浸
食防止材料の開発が望まれている。
チタン合金としても強度の面では解決されるが、翼先端
前縁部の浸食の問題は残る。チタン合金製動翼の浸食防
止法として、Ｃｏ基合金を溶接する場合、溶接部には脆
い金属間化合物が形成され、接合強度が著しく低下する
ため遠心力により飛散することが考えられる。このた
め、時効硬化性を持つβ型チタン合金板を溶接するか、
またはβ型チタン合金を肉盛溶接することが考えられる
が、翼長が長くなると浸食に対しては厳しい条件となる
ため上記のβ型チタン合金の溶接よりもさらに優れた浸
食防止材料の開発が望まれている。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、種々検討した結果、チタン合金製動翼の浸食防止法
として、動翼に硬質皮膜を形成するのが最適であること
がわかった。しかしこの硬質皮膜の形成方法が問題であ
り、拡散浸透法やＣＶＤ法等では皮膜を形成するために
は高温にする必要がある。従って、動翼材の材質変化や
変形が生じるとともに、皮膜厚さも10μｍ以下と薄いた
め浸食を防止するほど耐久性を要していない。
で、種々検討した結果、チタン合金製動翼の浸食防止法
として、動翼に硬質皮膜を形成するのが最適であること
がわかった。しかしこの硬質皮膜の形成方法が問題であ
り、拡散浸透法やＣＶＤ法等では皮膜を形成するために
は高温にする必要がある。従って、動翼材の材質変化や
変形が生じるとともに、皮膜厚さも10μｍ以下と薄いた
め浸食を防止するほど耐久性を要していない。
【０００７】一方、比較的低温で皮膜を形成できる方法
としてＰＶＤ法があるが、この方法で処理した場合には
皮膜と動翼基材との密着性が弱く、割れや剥離の生ずる
恐れがある。本発明の目的は、水滴による浸食を防止す
ることのできるタービン動翼の表面処理方法を提供する
ことにある。
としてＰＶＤ法があるが、この方法で処理した場合には
皮膜と動翼基材との密着性が弱く、割れや剥離の生ずる
恐れがある。本発明の目的は、水滴による浸食を防止す
ることのできるタービン動翼の表面処理方法を提供する
ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の蒸気タービン動
翼の表面処理装置は、チタン合金からなる蒸気タービン
低圧最終段翼の翼先端前縁部を機械加工により所定の形
状に仕上げた後、高エネルギー密度源により機材表面を
溶融させ、セラミックス粉末を基材中に分散肉盛り溶接
させたことを特徴とする。
翼の表面処理装置は、チタン合金からなる蒸気タービン
低圧最終段翼の翼先端前縁部を機械加工により所定の形
状に仕上げた後、高エネルギー密度源により機材表面を
溶融させ、セラミックス粉末を基材中に分散肉盛り溶接
させたことを特徴とする。
【０００９】また、チタン合金からなる蒸気タービン低
圧最終段翼の翼先端前縁部にセラミックス分散β型チタ
ン合金を溶接または銀ろうで翼先端前縁部に接合したこ
とを特徴とする。そして、セラミックス粉末としてはＷ
2 Ｃ，Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＮｂＣ，ＶＣ等の炭化物を適用し、
そのセラミックス粉末の粒径は30〜200 μｍとする。
圧最終段翼の翼先端前縁部にセラミックス分散β型チタ
ン合金を溶接または銀ろうで翼先端前縁部に接合したこ
とを特徴とする。そして、セラミックス粉末としてはＷ
2 Ｃ，Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＮｂＣ，ＶＣ等の炭化物を適用し、
そのセラミックス粉末の粒径は30〜200 μｍとする。
【００１０】
【作用】本発明のタービン動翼は、その翼先端前縁部の
耐浸食性を向上させることを目的として各種表面処理技
術の室温における摩耗特性、水滴による浸食試験を実施
しなされたものである。
耐浸食性を向上させることを目的として各種表面処理技
術の室温における摩耗特性、水滴による浸食試験を実施
しなされたものである。
【００１１】今回、蒸気タービンの低圧最終段翼に見立
てたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金表面をプラズマアークによ
り溶融させ、その溶融部位にＶＣ，Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＮｂＣ
等の炭化物系セラミックス粉末を送給することにより優
れた耐水滴浸食性を示すとともに耐摩耗性が得られるこ
とが見出された。つまり、これらのセラミックス粉末を
用いた肉盛溶接を行うことにより硬さがＨｖ400 〜700
と従来のＣｏ基合金よりも約1.5 倍高くなるとともに、
添加したセラミックスが基材と融合して析出形態を変え
たために効果的に特性が得られたものである。
てたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金表面をプラズマアークによ
り溶融させ、その溶融部位にＶＣ，Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＮｂＣ
等の炭化物系セラミックス粉末を送給することにより優
れた耐水滴浸食性を示すとともに耐摩耗性が得られるこ
とが見出された。つまり、これらのセラミックス粉末を
用いた肉盛溶接を行うことにより硬さがＨｖ400 〜700
と従来のＣｏ基合金よりも約1.5 倍高くなるとともに、
添加したセラミックスが基材と融合して析出形態を変え
たために効果的に特性が得られたものである。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。本発明
に関わる耐浸食合金は以下のように製造される。高エネ
ルギー密度源のプラズマアークを用い、肉盛溶接を行う
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の外表面を溶融し、溶融した部
位に炭化物系のセラミックスを単独で添加する。この時
の肉盛溶接条件としては電流：120 〜180 Ａ、電圧：20
〜45Ｖ、セラミックス粉末供給速度は５〜15ｇ／min で
不活性ガスで送給する。電流、電圧、粉末供給速度の変
化はセラミックス粒子の粒径変化にともなうものであ
る。
に関わる耐浸食合金は以下のように製造される。高エネ
ルギー密度源のプラズマアークを用い、肉盛溶接を行う
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の外表面を溶融し、溶融した部
位に炭化物系のセラミックスを単独で添加する。この時
の肉盛溶接条件としては電流：120 〜180 Ａ、電圧：20
〜45Ｖ、セラミックス粉末供給速度は５〜15ｇ／min で
不活性ガスで送給する。電流、電圧、粉末供給速度の変
化はセラミックス粒子の粒径変化にともなうものであ
る。
【００１３】また、肉盛溶接量を厚くして耐浸食合金板
として製造することもできる ここで、このセラミックス分散肉盛溶接材を作製する上
で、炭化物系セラミックスの選定、粒径等の限定理由を
以下に示す。 （１）セラミックス材料 セラミックス材料として炭化物系を選定したのはチタン
合金基材に対して、Ｎｂ，Ｖ，Ｃｒはβ安定化元素とし
て作用し、熱間加工性に悪影響を与えず、熱処理による
強化が可能となる。また、各炭化物のＣが基材のＴｉと
高硬度のＴｉＣを形成し、肉盛溶接層内に粒状炭化物と
して均一に分散する。 （２）セラミックスの粒径 セラミックスの粒径は30〜200 μｍとする。これは、プ
ラズマアーク等の高密度エネルギー源で粉末を完全に溶
融することのできる粒径であり、これより大きいと未溶
融粒子として残存し、基材との融合されないために肉盛
溶接層にＴｉＣの形成量が少なく浸食に対する特性が不
十分となる。また粒径が小さいと粉末作製のコストが高
くなり好ましくない。 （３）粒子供給速度、肉盛速度 炭化物セラミックスの供給速度として最適速度はセラミ
ックス添加量にもよるが、粉末供給速度を３〜18ｇ／mi
n とした場合、肉盛速度は350 〜600mm ／minが好まし
い。これは、肉盛溶接層内に均一にセラミックスを溶
融、再析出させるに適した条件であるとともにチタン合
金基材への熱影響を最小限に抑えることができる条件で
もある。 （４）セラミックス添加量 各炭化物セラミックスの添加量としては、50wt％以下が
好ましい。これは、セラミックス添加量と硬さの関係を
調べた時に最大硬さが得られるとともに、ミクロ組織的
にセラミックスが完全溶融できる添加量である。
として製造することもできる ここで、このセラミックス分散肉盛溶接材を作製する上
で、炭化物系セラミックスの選定、粒径等の限定理由を
以下に示す。 （１）セラミックス材料 セラミックス材料として炭化物系を選定したのはチタン
合金基材に対して、Ｎｂ，Ｖ，Ｃｒはβ安定化元素とし
て作用し、熱間加工性に悪影響を与えず、熱処理による
強化が可能となる。また、各炭化物のＣが基材のＴｉと
高硬度のＴｉＣを形成し、肉盛溶接層内に粒状炭化物と
して均一に分散する。 （２）セラミックスの粒径 セラミックスの粒径は30〜200 μｍとする。これは、プ
ラズマアーク等の高密度エネルギー源で粉末を完全に溶
融することのできる粒径であり、これより大きいと未溶
融粒子として残存し、基材との融合されないために肉盛
溶接層にＴｉＣの形成量が少なく浸食に対する特性が不
十分となる。また粒径が小さいと粉末作製のコストが高
くなり好ましくない。 （３）粒子供給速度、肉盛速度 炭化物セラミックスの供給速度として最適速度はセラミ
ックス添加量にもよるが、粉末供給速度を３〜18ｇ／mi
n とした場合、肉盛速度は350 〜600mm ／minが好まし
い。これは、肉盛溶接層内に均一にセラミックスを溶
融、再析出させるに適した条件であるとともにチタン合
金基材への熱影響を最小限に抑えることができる条件で
もある。 （４）セラミックス添加量 各炭化物セラミックスの添加量としては、50wt％以下が
好ましい。これは、セラミックス添加量と硬さの関係を
調べた時に最大硬さが得られるとともに、ミクロ組織的
にセラミックスが完全溶融できる添加量である。
【００１４】次に、第１表は、本発明に対する実施例の
硬さおよびキャビテーションエロージョン試験機による
浸食特性を示したものである。実施例のセラミックス分
散肉盛溶接材はＮｂＣ，Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＶＣ粉末をＴｉ−
６Ａｌ−４Ｖ合金上に電流：150 Ａ、電圧：30Ｖ、粒子
供給速度：９ｇ／min 、肉盛速度：300mm ／min で肉盛
溶接し、硬度測定とエロージョン試験を実施した。比較
例１はＣｏ基合金のステライトで硬さはいずれも同等ま
たはそれ以上であり、エロージョン減量も比較例１より
も少なく優れた耐浸食性を有していることがわかる。
硬さおよびキャビテーションエロージョン試験機による
浸食特性を示したものである。実施例のセラミックス分
散肉盛溶接材はＮｂＣ，Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＶＣ粉末をＴｉ−
６Ａｌ−４Ｖ合金上に電流：150 Ａ、電圧：30Ｖ、粒子
供給速度：９ｇ／min 、肉盛速度：300mm ／min で肉盛
溶接し、硬度測定とエロージョン試験を実施した。比較
例１はＣｏ基合金のステライトで硬さはいずれも同等ま
たはそれ以上であり、エロージョン減量も比較例１より
も少なく優れた耐浸食性を有していることがわかる。
【００１５】
【表１】
【００１６】第２表は、これら添加したセラミックス粒
子を肉盛溶接した場合の形態変化を示したもので肉盛層
内にＴｉＣが析出していることがわかる。これはＣｒ3
Ｃ2 を例にとると
子を肉盛溶接した場合の形態変化を示したもので肉盛層
内にＴｉＣが析出していることがわかる。これはＣｒ3
Ｃ2 を例にとると
【００１７】
【数１】Ｔｉ＋１／２Ｃｒ3 Ｃ2 ＝ＴｉＣ＋３／２Ｃｒ と変化し、ＴｉＣが微細析出するとともに、Ｃｒはチタ
ン合金のβ相形成元素として作用するものである。
ン合金のβ相形成元素として作用するものである。
【００１８】
【表２】
【００１９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による耐食、
耐浸食表面処理方法によると、蒸気タービン長翼として
仕様されるチタン合金動翼の翼先端前縁部の水滴による
浸食を防止する方法として優れており、蒸気タービン部
材の信頼性向上とともに電力の安定供給に対して優れた
硬化を有している。
耐浸食表面処理方法によると、蒸気タービン長翼として
仕様されるチタン合金動翼の翼先端前縁部の水滴による
浸食を防止する方法として優れており、蒸気タービン部
材の信頼性向上とともに電力の安定供給に対して優れた
硬化を有している。
【００２０】本発明になるセラミックス分散肉盛溶接材
は耐浸食表面処理方法として蒸気タービン部材を例にと
って説明したが、チタンおよびチタン合金を適用する他
の一般産業機械、自動車部品、ジェットエンジンのダス
トエロージョンを受けるファンブレード等の部材にも適
用することができる。
は耐浸食表面処理方法として蒸気タービン部材を例にと
って説明したが、チタンおよびチタン合金を適用する他
の一般産業機械、自動車部品、ジェットエンジンのダス
トエロージョンを受けるファンブレード等の部材にも適
用することができる。
【図１】本発明による蒸気タービン動翼の翼先端前縁部
の概略図
の概略図
１…Ｔｉ合金製タービン動翼 ２…浸食部位
Claims (4)
- 【請求項１】 チタン合金からなる蒸気タービン低圧最
終段翼の翼先端前縁部を機械加工により所定の形状に仕
上げた後、高エネルギー密度源により基材表面を溶融さ
せ、セラミックス粉末を基材中に分散肉盛り溶接させた
ことを特徴とする蒸気タービン動翼の表面処理方法。 - 【請求項２】 チタン合金からなる蒸気タービン低圧最
終段翼の翼先端前縁部にセラミックス分散β型チタン合
金を溶接または銀ろうで翼先端前縁部に接合したことを
特徴とする蒸気タービン動翼の表面処理方法。 - 【請求項３】 前記セラミックス粉末としてはＷ2 Ｃ，
Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＮｂＣ，ＶＣ等の炭化物を適用したことを
特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蒸気タービン
動翼の表面処理方法。 - 【請求項４】 前記セラミックス粉末の粒径は30〜200
μｍとしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記
載の蒸気タービン動翼の表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5076683A JPH06287770A (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | タービン動翼の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5076683A JPH06287770A (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | タービン動翼の表面処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06287770A true JPH06287770A (ja) | 1994-10-11 |
Family
ID=13612243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5076683A Pending JPH06287770A (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | タービン動翼の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06287770A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4870831A (en) * | 1988-02-09 | 1989-10-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Multi-type air conditioner system with oil level control for parallel operated compressor therein |
| CN104384692A (zh) * | 2014-04-30 | 2015-03-04 | 西门子公司 | 包覆汽轮机的部件的方法 |
| US9291062B2 (en) | 2012-09-07 | 2016-03-22 | General Electric Company | Methods of forming blades and method for rendering a blade resistant to erosion |
| KR20170122235A (ko) | 2015-04-17 | 2017-11-03 | 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤 | 증기 터빈 동익 및 증기 터빈 동익의 제조 방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0531844U (ja) * | 1991-10-09 | 1993-04-27 | 三菱重工業株式会社 | 穴加工切屑回収装置 |
-
1993
- 1993-04-02 JP JP5076683A patent/JPH06287770A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0531844U (ja) * | 1991-10-09 | 1993-04-27 | 三菱重工業株式会社 | 穴加工切屑回収装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107429570A (zh) * | 2015-04-17 | 2017-12-01 | 三菱日立电力系统株式会社 | 汽轮机动叶片及汽轮机动叶片的制造方法 |
| EP3284909A4 (en) * | 2015-04-17 | 2018-11-14 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Steam turbine rotor blade and method for manufacturing steam turbine rotor blade |
| US10378366B2 (en) | 2015-04-17 | 2019-08-13 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Steam turbine rotor blade and method for manufacturing steam turbine rotor blade |
| CN107429570B (zh) * | 2015-04-17 | 2020-06-09 | 三菱日立电力系统株式会社 | 汽轮机动叶片及汽轮机动叶片的制造方法 |
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