JPS6178593A - 水機器およびその製造方法 - Google Patents

水機器およびその製造方法

Info

Publication number
JPS6178593A
JPS6178593A JP18431585A JP18431585A JPS6178593A JP S6178593 A JPS6178593 A JP S6178593A JP 18431585 A JP18431585 A JP 18431585A JP 18431585 A JP18431585 A JP 18431585A JP S6178593 A JPS6178593 A JP S6178593A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
cavitation
less
steel
erosion
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.)
Granted
Application number
JP18431585A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0360902B2 (ja
Inventor
Masao Yamamoto
正夫 山本
Takashi Ebisutani
戎谷 隆
Mitsuo Kawai
光雄 河合
Hiroshi Honma
本間 啓
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
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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

Links

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

Landscapes

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐キャビテーション・工O−ジョン性に優れ
た水機器及びそ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、単機容積
に対する建設費の低減、発電効率の向上などの点から、
人寄ω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。
従来水態器として例示される水車ランナ本体などには、
3〜5%のへ1を含むマルテンサイト系13%Crステ
ンレス鋼[Qが使用されているが、高揚程化や高落着化
により、キヤごチージョン・エロージョンが加速されて
おり、さらに優れた耐キャビテーション・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ャビテーション・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ャビテーション・
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
キャビテーション・エロージョ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・II工程に伴い、肉盛溶接された水
車ランナにおいても、さらに優れた耐キャビテーション
・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、本発明は耐キャビテーション・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、船舶用ブOベラ、各種ポンプ部品、高速
水流用部品などの水機器及びそ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、給米用プロペラ、各種ポンプ部品、高速水流用部品
などの水機器の少なくともキャビテーション・エロージ
ョ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を含有せしめ、かつ組織中にフェライト
相(以後α相と記す)を形成させる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(g、
後γ相と記す)を形成させ、耐キャビテーション・エロ
ージヨン性を向上させたものである。すなわち重量パー
セントで10〜20%のOr、0.5〜10%のN1.
4%を越え20%以下のMnを主体とし、0.2%以下
の炭素、2%以下のケイ素、2%以下のMOと、0.0
1〜0.1%のNb、0.5〜5%のcoの少なくとも
1種と、残部が実質的にFeからなり、かつα相を含む
ことなくε相あるいはγ相を主体とした鋼を少なくとも
キャビテーション・エロージョン損耗部位の表面層とし
て設けた水機器であり、また上記表面層が肉盛溶接のW
JvIll!!である水機器である。
また水機器の少なくともキャビテーション・エロージョ
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%のニッケル、2%を越え20%以下のマンガ
ン、2%以下のモリブデンと、0.01〜o、i%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ェライト相を含
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石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、本発明の水機器に用いられる鋼の組成駆足理由を
述べる。
組1!=特許請求の範囲にある組成を有する鋼の耐キャ
ビテーション・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、耐キャビテーシ
ョン・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侵れたε相、γ相を主体とした
本体の表面のみがキャビティ廟壊時に加わるWB撃力に
よりマルテンサイト相に相変態をおこすことにより、耐
キャビテーションφエロージョ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目体が保護作用を示す自
己補修型の合金といえる。従って材料に必要な靭性を有
しつつ、耐キャビテーション・エロージョン特性に優れ
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っている。
しかしながらこの様な焼戻し処理を行なうと耐キャビテ
ーション・エロージョ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、耐キャビテ
ーション・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(Sin: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(Crlクロムは耐食性を向上させるために10
%以上の添加で必要であるが、過剰の添加は溶II層中
にα相を生成させ、耐キャビテーション・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。
ニッケル(Ni):ニッケルはマンガンとあいまって鋼
の組織をε、γ化し、キャピテイのl!i撃力により鋼
表面を相変態しやすくし、ひいては耐キャビテーション
・エロージヨン性を良くするために必要であり、耐キャ
ビテーション・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、かえって相変態を阻害し耐キャビテ
ーション・エロージョン特性が低下し、またコスト上昇
になることから上限を10%とするが、ざらに実用上は
2%から8%とすることが望ましい。
マンガン(Mn):マンガンはニッケルとあいまって鋼
の組織をε、γ化し、キャピテイの1liy力により鋼
表面を相変態しやすくし、ひいては耐キャビテーション
・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
って相変態を阻害し耐キャビテーション・エローシコン
特性が低下し、また場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):モリブデンは耐キャビテーション
・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
キャビテーション・エロージヨン性を向上させるために
o、oi%以上の添加が必要であるが過剰の添加は溶着
層中にα相を生成させ耐キャビテーション・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):コバルトは耐キャビテーション・
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m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。
ところで、肉@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@廐の界面に応力を発生し、残密歪と
なってもちきたされ、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
揚台に著しく、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1mの耐
力を低クシ、゛発生した応力を溶yI!t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、従って溶接
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。
本発明の水機器に係る鋼は、組織中にε相やγ相を形成
させて耐キャビテーション・エロージヨン性を向上させ
ると同時に、耐力が通常20Ky/1lII2以下と、
オーステナイト系ステンレス鋼である5US304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、本発明の水機器は耐キャビチージョ
ン・エロージヨン性に優れ、また肉盛溶接による91れ
や変形し少なく、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。
本発明の水機器は、少なくともキャビテーション・エロ
ージョン損耗部位に咳鋼を設けたもので、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、ベーンの内外縁部表面に主に行なわれる。
また、水機器への咳鋼の肉盛溶接は、被覆アーク、TI
G、MIG溶接など通常の溶接法により容易に行なえる
以下実施例をもって、本発明の水機器を詳細に説明する
現用一体物水車ランナ材である13%0r−3,5%N
i(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った後、
その表面に第1表に示す10m種(実施例1〜実施例8
、比較例1゜2)の材料を厚さ約5m+、TIG溶接に
より肉盛溶接した。該肉盛溶接部よりキヤとチージョン
・エロージョン試験片を採取し、電歪振動法により、周
波数6.5KHz、振幅10C10C1℃の純水中で3
時間、キャビテーション・エロージョン試験を行ない、
次式によりキャビテーション・エロージョン指数(C,
ε、1.)を求め、耐キセビテーション・エロージヨン
性を評価した。
キヤとチージョン・エロージョン減1(o)C,E、1
.、         イlO’試験時間c分)×比重
(g/CI ’ )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2.5に9
FB”lJシ、大気中にて再溶解、鋳造、空冷すること
により、i1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%Ni1S鋼
を650℃で焼戻しだ後、キャビテーション・エロージ
ョン試験片を作製した。
また、肉!溶接後、光学顕微鏡、X線回折により、各溶
@居の主体均相を決定した。
以下余白 第2表 第2表に各種肉盛溶接試料のキャビテーション・エロー
ジョン指数(C,E、1.)およびその主体内相を示し
である。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、そのC,E。
1、は一体物の水車ランナ材(比較例2)や従来耐キャ
ビテーション・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5US304 (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
耐キャビテーション・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のオーステナイト係ステンレス鋼であ
る5US304より低く、溶接性は5US304より優
れていた。
また実施例には歩度の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、本発明の水機器は優れた耐キャビテ
ーション・エロージヨン性を有することから、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・・・シュランド、5・・・ガイド・ベー
ン、6・・・ステー・ベーン。 代理人弁理士 則近憲佑(ほか1名) 第1図 第2図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくともキャビテーション・エロージョン損耗
    部位の表面層が重量パーセントで0.2%以下の炭素、
    2%以下のケイ素、10〜20%のクロム、0.5〜1
    0%のニッケル、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1種と、残部が実質
    的に鉄から成りかつ実質的にフェ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
    る鋼からなる事を特徴とする水機器。
  2. (2)水機器の少なくともキャビテーション・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%のニッケル、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ェライト相を含む
    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)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18431585A JPS6178593A (ja) 1985-08-23 1985-08-23 水機器およびその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18431585A JPS6178593A (ja) 1985-08-23 1985-08-23 水機器およびその製造方法

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP55172015A Division JPS5798660A (en) 1980-06-17 1980-12-08 Apparatus using water and its manufacture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6178593A true JPS6178593A (ja) 1986-04-22
JPH0360902B2 JPH0360902B2 (ja) 1991-09-18

Family

ID=16151185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18431585A Granted JPS6178593A (ja) 1985-08-23 1985-08-23 水機器およびその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6178593A (ja)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0360902B2 (ja) 1991-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6224334B1 (en) Steam turbine, rotor shaft thereof, and heat resisting steel
JPH02290950A (ja) 高温強度の優れたフェライト系耐熱鋼
EP0042180B1 (en) A high cavitation erosion resistance stainless steel and hydraulic machines being made of the same
JPS6053737B2 (ja) 水車ランナ用ステンレス鋳鋼
JPS6123749A (ja) 高温強度オ−ステナイト系ステンレス鋼
JP3492969B2 (ja) 蒸気タービン用ロータシャフト
JPH0432145B2 (ja)
JPS6111311B2 (ja)
US4406698A (en) Martensitic stainless cast steel having high cavitation erosion resistance
JPS6178593A (ja) 水機器およびその製造方法
JP2678263B2 (ja) 高強度高耐食性マルテンサイト系,ステンレス鋼の製造方法及びその用途
JPH01318763A (ja) 水車及びその製造方法
JPH0559167B2 (ja)
JPS6111313B2 (ja)
JPS5811504B2 (ja) 高低圧一体型蒸気タ−ビン用ロ−タおよびその製造方法
JPS6256947B2 (ja)
JPS6111312B2 (ja)
JPS62180044A (ja) 蒸気タ−ビン用ロ−タシヤフト
JPS61104056A (ja) 耐溶接割れ性、耐エロ−ジヨン性及び耐クリ−プ特性にすぐれる高強度高靭性低炭素Cr−Mo鋼板
JPS61186453A (ja) すぐれた耐溶接割れ性、耐エロ−ジヨン性及び耐クリ−プ特性を有する高強度高靭性焼ならし型低炭素ボイラ・圧力容器用鋼板
JPS6260447B2 (ja)
JPS6341981B2 (ja)
JPH0146585B2 (ja)
JPH09195004A (ja) ステンレス鋼
JPH0312136B2 (ja)