JPH10252408A - 耐低サイクル腐食疲労性蒸気タービンロータ - Google Patents
耐低サイクル腐食疲労性蒸気タービンロータInfo
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- JPH10252408A JPH10252408A JP5308197A JP5308197A JPH10252408A JP H10252408 A JPH10252408 A JP H10252408A JP 5308197 A JP5308197 A JP 5308197A JP 5308197 A JP5308197 A JP 5308197A JP H10252408 A JPH10252408 A JP H10252408A
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Landscapes
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- Chemically Coating (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 腐食性環境下で使用される蒸気タービンロー
タの高応力が繰り返し作用する部位に容易に施工が可能
で、腐食性環境下で高応力が繰り返し作用した場合に生
じる腐食疲労（低サイクル腐食疲労）に対して優れた耐
性を有するコーティング被膜が形成された蒸気タービン
ロータを提供すること。 【解決手段】 低合金鋼製のタービンロータの高応力が
繰り返し作用する部位の表面に、７．５〜９．５重量％
の燐を含有する無電解ニッケルメッキ層を、１０〜３０
μｍの厚さで形成させてなることを特徴とする蒸気ター
ビンロータ。
タの高応力が繰り返し作用する部位に容易に施工が可能
で、腐食性環境下で高応力が繰り返し作用した場合に生
じる腐食疲労（低サイクル腐食疲労）に対して優れた耐
性を有するコーティング被膜が形成された蒸気タービン
ロータを提供すること。 【解決手段】 低合金鋼製のタービンロータの高応力が
繰り返し作用する部位の表面に、７．５〜９．５重量％
の燐を含有する無電解ニッケルメッキ層を、１０〜３０
μｍの厚さで形成させてなることを特徴とする蒸気ター
ビンロータ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は耐低サイクル腐食疲
労性に優れた低合金鋼製の蒸気タービンロータに関す
る。
労性に優れた低合金鋼製の蒸気タービンロータに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】蒸気タービンロータは通常、３．５Ｎｉ
ＣｒＭｏＶ鋼などの低合金鋼で製造され、コーティング
等の表面処理を施すことなく、機械加工仕上げのままで
使用されている。また、スクリュー式ポンプにおいては
耐食、耐摩耗性付与を目的としてロータ表面に厚さ５０
μｍ以下の無電解ニッケルメッキの施工が行われている
（特開平２−１０８８８５号公報、特開平３−２９００
８６号公報など）。蒸気タービンの作動流体である湿り
蒸気は一般的に腐食性を有している。このような腐食性
環境下で低合金製タービンロータを長期間使用すると、
タービンの起動、停止による遠心力変化やタービン翼の
振動に起因する繰り返し荷重により翼取付け溝部や圧力
バランス穴部等の高応力の繰り返しを受ける部位では、
腐食疲労（低サイクル腐食疲労）が発生し、タービンロ
ータの健全性が損なわれるという不具合が生じる。
ＣｒＭｏＶ鋼などの低合金鋼で製造され、コーティング
等の表面処理を施すことなく、機械加工仕上げのままで
使用されている。また、スクリュー式ポンプにおいては
耐食、耐摩耗性付与を目的としてロータ表面に厚さ５０
μｍ以下の無電解ニッケルメッキの施工が行われている
（特開平２−１０８８８５号公報、特開平３−２９００
８６号公報など）。蒸気タービンの作動流体である湿り
蒸気は一般的に腐食性を有している。このような腐食性
環境下で低合金製タービンロータを長期間使用すると、
タービンの起動、停止による遠心力変化やタービン翼の
振動に起因する繰り返し荷重により翼取付け溝部や圧力
バランス穴部等の高応力の繰り返しを受ける部位では、
腐食疲労（低サイクル腐食疲労）が発生し、タービンロ
ータの健全性が損なわれるという不具合が生じる。
【０００３】蒸気タービンロータに耐食、耐摩耗性付与
の目的でコーティングを施す場合、蒸気タービンロータ
のコーティングには数十年間の長期間使用に耐えるこ
と、蒸気タービンの加工公差は１／１００ｍｍのオーダ
の精度なのでコーティング厚さの精度としては１／１０
００ｍｍのオーダで誤差のないこと、腐食環境下での高
応力の繰り返しに耐えることなどの厳しい要求を満たす
ことが必要で、また、コストへの影響も大きいことなど
から、適当なコーティング方法は見出されていなかっ
た。すなわち、従来の耐食、耐摩耗コーティングが施工
される部品は、大きな応力が作用しない容器、軸などで
あり、この場合はコーティング層が密着していれば十分
機能を発揮する。しかしながら、本発明が対象とする蒸
気タービンロータでは大きな歪みが繰り返されるため
に、従来のコーティングでは破損したり、少数回の繰り
返しにしか耐えられず、使用できなかった。
の目的でコーティングを施す場合、蒸気タービンロータ
のコーティングには数十年間の長期間使用に耐えるこ
と、蒸気タービンの加工公差は１／１００ｍｍのオーダ
の精度なのでコーティング厚さの精度としては１／１０
００ｍｍのオーダで誤差のないこと、腐食環境下での高
応力の繰り返しに耐えることなどの厳しい要求を満たす
ことが必要で、また、コストへの影響も大きいことなど
から、適当なコーティング方法は見出されていなかっ
た。すなわち、従来の耐食、耐摩耗コーティングが施工
される部品は、大きな応力が作用しない容器、軸などで
あり、この場合はコーティング層が密着していれば十分
機能を発揮する。しかしながら、本発明が対象とする蒸
気タービンロータでは大きな歪みが繰り返されるため
に、従来のコーティングでは破損したり、少数回の繰り
返しにしか耐えられず、使用できなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来技術の実状に鑑み、腐食性環境下で使用される蒸気タ
ービンロータの高応力が繰り返し作用する部位に容易に
施工が可能で、腐食性環境下で高応力が繰り返し作用し
た場合に生じる腐食疲労（低サイクル腐食疲労）に対し
て優れた耐性を有するコーティング被膜が形成された蒸
気タービンロータを提供しようとするものである。
来技術の実状に鑑み、腐食性環境下で使用される蒸気タ
ービンロータの高応力が繰り返し作用する部位に容易に
施工が可能で、腐食性環境下で高応力が繰り返し作用し
た場合に生じる腐食疲労（低サイクル腐食疲労）に対し
て優れた耐性を有するコーティング被膜が形成された蒸
気タービンロータを提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記目的を
達成するため、蒸気タービンロータへのコーティング被
膜の形成について鋭意検討を進め、燐含有量を適切に制
御した無電解ニッケルメッキが、低サイクル腐食疲労に
対して優れた耐性を示すことを見出し、本発明を完成し
た。
達成するため、蒸気タービンロータへのコーティング被
膜の形成について鋭意検討を進め、燐含有量を適切に制
御した無電解ニッケルメッキが、低サイクル腐食疲労に
対して優れた耐性を示すことを見出し、本発明を完成し
た。
【０００６】すなわち、本発明は低合金鋼製のタービン
ロータの高応力が繰り返し作用する部位の表面に、７．
５〜９．５重量％の燐を含有する無電解ニッケルメッキ
層を、１０〜３０μｍの厚さで形成させてなることを特
徴とする蒸気タービンロータである。
ロータの高応力が繰り返し作用する部位の表面に、７．
５〜９．５重量％の燐を含有する無電解ニッケルメッキ
層を、１０〜３０μｍの厚さで形成させてなることを特
徴とする蒸気タービンロータである。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の蒸気タービンロータは
３．５ＮｉＣｒＭｏＶ鋼などの低合金鋼製のタービンロ
ータの高応力が繰り返し作用する部位の表面に、燐の含
有量を７．５〜９．５重量％の範囲に制御した無電解ニ
ッケルメッキ層を、１０〜３０μｍの厚さで形成させた
ものである。前記無電解ニッケルメッキはタービンロー
タの翼取付溝など高応力が繰り返し作用する部位に施工
すればよいが、条件によってはタービンロータ表面全体
に施工してもよいことはもちろんである。
３．５ＮｉＣｒＭｏＶ鋼などの低合金鋼製のタービンロ
ータの高応力が繰り返し作用する部位の表面に、燐の含
有量を７．５〜９．５重量％の範囲に制御した無電解ニ
ッケルメッキ層を、１０〜３０μｍの厚さで形成させた
ものである。前記無電解ニッケルメッキはタービンロー
タの翼取付溝など高応力が繰り返し作用する部位に施工
すればよいが、条件によってはタービンロータ表面全体
に施工してもよいことはもちろんである。
【０００８】ニッケルメッキは燐含有量によって耐低サ
イクル腐食疲労特性が変化するので、高応力部位に適用
するには適切な燐含有量範囲に制御する必要がある。無
電解ニッケルメッキ層中の燐の含有量が前記範囲を外れ
ると耐疲労特性が悪くなり、少数回の繰り返しでメッキ
層に割れが発生し耐食効果を失うので好ましくない。
イクル腐食疲労特性が変化するので、高応力部位に適用
するには適切な燐含有量範囲に制御する必要がある。無
電解ニッケルメッキ層中の燐の含有量が前記範囲を外れ
ると耐疲労特性が悪くなり、少数回の繰り返しでメッキ
層に割れが発生し耐食効果を失うので好ましくない。
【０００９】無電解ニッケルメッキ層の厚さが１０μｍ
未満では耐低サイクル腐食疲労性の付与効果が十分でな
く、また、３０μｍを超えるとメッキ層と基材間の密着
力が弱くなり、剥離しやすくなるので好ましくない。
未満では耐低サイクル腐食疲労性の付与効果が十分でな
く、また、３０μｍを超えるとメッキ層と基材間の密着
力が弱くなり、剥離しやすくなるので好ましくない。
【００１０】次に本発明の蒸気タービンロータについて
図面を用いて説明する。図１は本発明の蒸気タービンロ
ータの１実施態様であるタンジェンシャルエントリ式と
呼ばれる翼取付構造のタービンロータの翼取付溝に燐含
有無電解ニッケルメッキを施した例を示す説明図であ
り、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ
部拡大図、図１（ｃ）は無電解ニッケルメッキを施した
翼溝の状態を示す断面図である。この例ではタービンロ
ータ１の外周に円周方向にＴルートと呼ばれる翼溝２が
連続して設けられており、翼３は翼溝２に挿入され、タ
ービンロータの円周方向に順次植え込まれている。
図面を用いて説明する。図１は本発明の蒸気タービンロ
ータの１実施態様であるタンジェンシャルエントリ式と
呼ばれる翼取付構造のタービンロータの翼取付溝に燐含
有無電解ニッケルメッキを施した例を示す説明図であ
り、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ
部拡大図、図１（ｃ）は無電解ニッケルメッキを施した
翼溝の状態を示す断面図である。この例ではタービンロ
ータ１の外周に円周方向にＴルートと呼ばれる翼溝２が
連続して設けられており、翼３は翼溝２に挿入され、タ
ービンロータの円周方向に順次植え込まれている。
【００１１】翼溝２の内面に無電解ニッケルメッキ層１
０を形成させる施工方法としては図３の説明図にその概
要を示すように、ロータ外周にシール４を介して円環状
のメッキ溶液槽５を取付ける。所定濃度に調製されたメ
ッキ溶液６はポンプ７によってメッキ溶液槽５に循環さ
せる。メッキを安定に進行させるために、ロータ表面及
びメッキ溶液槽５の外表面は温度調節器８を備えたヒー
タ９により一定温度に保つ構造とする。この方法によ
り、図１（ｃ）に示すように無電解ニッケルメッキ層１
０を形成させた蒸気タービンロータが得られる。
０を形成させる施工方法としては図３の説明図にその概
要を示すように、ロータ外周にシール４を介して円環状
のメッキ溶液槽５を取付ける。所定濃度に調製されたメ
ッキ溶液６はポンプ７によってメッキ溶液槽５に循環さ
せる。メッキを安定に進行させるために、ロータ表面及
びメッキ溶液槽５の外表面は温度調節器８を備えたヒー
タ９により一定温度に保つ構造とする。この方法によ
り、図１（ｃ）に示すように無電解ニッケルメッキ層１
０を形成させた蒸気タービンロータが得られる。
【００１２】前記無電解ニッケルメッキ層を形成させた
本発明の蒸気タービンロータは、耐低サイクル腐食疲労
性が改善され、高ひずみが繰り返されてもひずみ誘起に
よる腐食溶解の程度が減少し、腐食疲労き裂発生寿命が
延長されたものとなっている。前記のとおり燐含有量５
〜１０重量％の無電解ニッケルメッキ自体は防食、耐摩
耗用コーティング被膜として従来から使用されている
が、その中でも燐含有量を７．５〜９．５の範囲に調製
したものは高応力が１０4 回のオーダで繰り返される部
位における低サイクル腐食疲労に耐える被膜として使用
できることは知られていなかった。
本発明の蒸気タービンロータは、耐低サイクル腐食疲労
性が改善され、高ひずみが繰り返されてもひずみ誘起に
よる腐食溶解の程度が減少し、腐食疲労き裂発生寿命が
延長されたものとなっている。前記のとおり燐含有量５
〜１０重量％の無電解ニッケルメッキ自体は防食、耐摩
耗用コーティング被膜として従来から使用されている
が、その中でも燐含有量を７．５〜９．５の範囲に調製
したものは高応力が１０4 回のオーダで繰り返される部
位における低サイクル腐食疲労に耐える被膜として使用
できることは知られていなかった。
【００１３】
【実施例】以下実施例により本発明の効果を実証する。 （実施例）低合金素材で作製した試験片表面に燐含有量
を変えた無電解ニッケルメッキ層を形成させ、蒸気ター
ビン作動環境を模擬した模擬環境水中で低サイクル腐食
疲労寿命測定試験を行った。使用した試験片は図４に示
す形状、寸法（図中の数値の単位はｍｍ）の３．５Ｎｉ
ＣｒＭｏＶ鋼（組成は重量％でＮｉ：３．５％、Ｃｒ：
１．８％、Ｍｏ：０．３％、Ｖ：０．１％）からなる試
験片であり、これに燐含有量をメッキ層中における燐含
有量がそれぞれ２、６及び８重量％となるように調製し
たメッキ液（主成分は硫酸ニッケル、次亜燐酸ソーダ、
アルキルヒドロキシカルボン酸等）を使用して厚さ２０
μｍの無電解ニッケルメッキ層を形成させた。これらの
試験片及び比較のため無電解ニッケルメッキ層を形成さ
せていない低合金鋼素材ままの試験片を使用して試験を
行った。
を変えた無電解ニッケルメッキ層を形成させ、蒸気ター
ビン作動環境を模擬した模擬環境水中で低サイクル腐食
疲労寿命測定試験を行った。使用した試験片は図４に示
す形状、寸法（図中の数値の単位はｍｍ）の３．５Ｎｉ
ＣｒＭｏＶ鋼（組成は重量％でＮｉ：３．５％、Ｃｒ：
１．８％、Ｍｏ：０．３％、Ｖ：０．１％）からなる試
験片であり、これに燐含有量をメッキ層中における燐含
有量がそれぞれ２、６及び８重量％となるように調製し
たメッキ液（主成分は硫酸ニッケル、次亜燐酸ソーダ、
アルキルヒドロキシカルボン酸等）を使用して厚さ２０
μｍの無電解ニッケルメッキ層を形成させた。これらの
試験片及び比較のため無電解ニッケルメッキ層を形成さ
せていない低合金鋼素材ままの試験片を使用して試験を
行った。
【００１４】試験方法は次のとおりである。先ず、これ
らの試験片を疲労試験装置に取付け、試験片に環境チャ
ンバを取付けてチャンバ内に環境水（温度１３０℃の純
水）をポンプにより１００ミリリットル／ｍｉｎの流量
で送り試験片に接液させた。その状態で試験片に片振り
繰り返し曲げ荷重を、切欠き底ひずみ速度０．０１４％
／ｍｉｎの三角波状波形で連続して与え、試験片に深さ
０．５ｍｍのき裂が発生するまで継続した。
らの試験片を疲労試験装置に取付け、試験片に環境チャ
ンバを取付けてチャンバ内に環境水（温度１３０℃の純
水）をポンプにより１００ミリリットル／ｍｉｎの流量
で送り試験片に接液させた。その状態で試験片に片振り
繰り返し曲げ荷重を、切欠き底ひずみ速度０．０１４％
／ｍｉｎの三角波状波形で連続して与え、試験片に深さ
０．５ｍｍのき裂が発生するまで継続した。
【００１５】試験片に負荷したひずみ範囲と、き裂発生
繰り返し数との関係を図２に示す。図２においてき裂発
生繰り返し数が大きいことは長寿命であること、すなわ
ち、耐低サイクル腐食性に優れていることを示す。図２
の結果は、燐含有量２重量％及び６重量％のものは、低
合金鋼素材そのままのものに比較して僅かに長寿命とな
っているがその効果は小さいのに対し、燐含有量が８重
量％と高燐含有無電解ニッケルメッキ層を形成させたも
のが著しく長寿命になることを示している。
繰り返し数との関係を図２に示す。図２においてき裂発
生繰り返し数が大きいことは長寿命であること、すなわ
ち、耐低サイクル腐食性に優れていることを示す。図２
の結果は、燐含有量２重量％及び６重量％のものは、低
合金鋼素材そのままのものに比較して僅かに長寿命とな
っているがその効果は小さいのに対し、燐含有量が８重
量％と高燐含有無電解ニッケルメッキ層を形成させたも
のが著しく長寿命になることを示している。
【００１６】以上の試験結果から、低合金鋼製のタービ
ンロータの高応力が繰り返し作用する部位の表面に高燐
含有電解ニッケルメッキ層を形成させることにより、耐
低サイクル腐食疲労性を著しく向上させ得ることがわか
る。
ンロータの高応力が繰り返し作用する部位の表面に高燐
含有電解ニッケルメッキ層を形成させることにより、耐
低サイクル腐食疲労性を著しく向上させ得ることがわか
る。
【００１７】
【発明の効果】本発明の低合金鋼製のタービンロータの
高応力が繰り返し作用する部位の表面に、７．５〜９．
５重量％の燐を含有する無電解ニッケルメッキ層を、１
０〜３０μｍの厚さで形成させた蒸気タービンロータ
は、腐食性環境下で高応力が繰り返し作用した場合に生
じる腐食疲労（低サイクル腐食疲労）に対して優れた耐
性を有しており、蒸気タービンロータの長寿命化が可能
となった。また、前記無電解ニッケルメッキ層は、蒸気
タービンロータの高応力が繰り返し作用する部位に容易
に施工が可能である。
高応力が繰り返し作用する部位の表面に、７．５〜９．
５重量％の燐を含有する無電解ニッケルメッキ層を、１
０〜３０μｍの厚さで形成させた蒸気タービンロータ
は、腐食性環境下で高応力が繰り返し作用した場合に生
じる腐食疲労（低サイクル腐食疲労）に対して優れた耐
性を有しており、蒸気タービンロータの長寿命化が可能
となった。また、前記無電解ニッケルメッキ層は、蒸気
タービンロータの高応力が繰り返し作用する部位に容易
に施工が可能である。
【図１】本発明の蒸気タービンロータの１実施態様を示
す説明図。
す説明図。
【図２】実施例における試験片に負荷したひずみ範囲
と、き裂発生繰り返し数との関係を示す図。
と、き裂発生繰り返し数との関係を示す図。
【図３】本発明の蒸気タービンロータに無電解ニッケル
メッキ層を形成させる施工方法の１例を示す説明図。
メッキ層を形成させる施工方法の１例を示す説明図。
【図４】実施例で使用した試験片の形状、大きさを示す
説明図。
説明図。
Claims (1)
- 【請求項１】 低合金鋼製のタービンロータの高応力が
繰り返し作用する部位の表面に、７．５〜９．５重量％
の燐を含有する無電解ニッケルメッキ層を、１０〜３０
μｍの厚さで形成させてなることを特徴とする蒸気ター
ビンロータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05308197A JP3776549B2 (ja) | 1997-03-07 | 1997-03-07 | 耐低サイクル腐食疲労性蒸気タービンロータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05308197A JP3776549B2 (ja) | 1997-03-07 | 1997-03-07 | 耐低サイクル腐食疲労性蒸気タービンロータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10252408A true JPH10252408A (ja) | 1998-09-22 |
| JP3776549B2 JP3776549B2 (ja) | 2006-05-17 |
Family
ID=12932855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05308197A Expired - Fee Related JP3776549B2 (ja) | 1997-03-07 | 1997-03-07 | 耐低サイクル腐食疲労性蒸気タービンロータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3776549B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005009491A (ja) * | 2003-06-16 | 2005-01-13 | General Electric Co <Ge> | 蒸気タービンの応力腐食割れの軽減 |
| JP2008150698A (ja) * | 2006-12-20 | 2008-07-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 耐食性被覆部材および回転機械 |
-
1997
- 1997-03-07 JP JP05308197A patent/JP3776549B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
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