CN101495265B - 侵蚀防止方法以及具有侵蚀防止部的构件 - Google Patents

侵蚀防止方法以及具有侵蚀防止部的构件 Download PDF

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Abstract

本发明对于涡轮转子叶片等对象构件的容易发生侵蚀的部位，可以确保在制造时和使用环境下的可靠性，并廉价地赋予侵蚀防止功能。在涡轮转子叶片等对象构件(1)于使用环境下容易发生因液滴和固体粒子所引起的侵蚀的部位，采用激光堆焊奥氏体组织材料的下层(低硬质层)(2)和比该下层(2)硬的硬质的司太立合金等硬质材料的上层(硬质层)(3)，从而形成上下2层结构的侵蚀防止部(4)。一边通过焊接材料供给机构(5)以棒或粉末等状态供给奥氏体组织材料和硬质材料，一边由激光光源(6)进行激光照射，从而实施通过激光进行的堆焊。

Description

侵蚀防止方法以及具有侵蚀防止部的构件
技术领域
本发明涉及一种对于在使用环境下、具有容易发生因液滴和固体粒子所引起的侵蚀(erosion)的部位的各种构件，用于防止该部位发生侵蚀的方法，特别涉及一种在涡轮机内使用的涡轮叶片等的侵蚀防止方法。
背景技术
一般地说，在涡轮机内使用涡轮叶片等构件。图9是表示蒸气涡轮机的构造的剖视图，图9中的符号901为主蒸气管，902为再热蒸气管，903为涡轮转子，904为低压外部汽缸，906为连通管(crossoverpipe)。低压内部汽缸905被收纳在低压外部汽缸904的内部，在该低压内部汽缸905的内侧配置有涡轮转子叶片(涡轮动叶片)907和涡轮静叶片908。
在这样的涡轮机内使用的涡轮转子叶片907和涡轮静叶片908等构件处于因蒸气中含有的水滴或氧化皮的微粉而容易受到侵蚀的侵蚀环境下。特别是在涡轮驱动用蒸气中混有水滴的后段，在该水滴的作用下，有可能在涡轮叶片上发生严重的侵蚀。另外，涡轮后方的叶栅由于使用叶片长度较大的涡轮叶片，所以周向速度增大，容易形成苛刻的侵蚀环境。这样的涡轮叶片的侵蚀也存在因侵蚀引起的薄壁化问题，而以侵蚀部位为起点的疲劳破坏也是过去蒸气涡轮机发生事故的原因，因此，发生疲劳破坏的危险是非常令人畏惧的。
对于容易受到这样的涡轮叶片等的侵蚀的构件，为了提高其耐久性并确保安全性，以往采取了各种各样的侵蚀防止对策。特别地，针对涡轮叶片提出了以下的方法：如在预想发生侵蚀的部位局部地实施使用火焰或高频的淬火的方法，采用钎焊或焊接安装整形为叶片形状的司太立合金(Stellite)等硬质材料的锻造产品的方法，采用等离子焊接直接堆焊在叶片主体上的方法等。
而且近年来，人们提出了使用电子束或激光这一105W·cm2以上的高能密度热源的低热量输入的堆焊方法(例如参照专利文献1)。其中，使用电子束的焊接方法在涡轮叶片的侵蚀防止方面取得了许多实际的成果，将锻造司太立合金焊接在涡轮转子叶片上的方法从1970年代起被广泛地使用。另外，使用激光的焊接方法从90年代起进行试验研究，适用于将1～2mm左右的司太立合金层堆焊在叶面上的方式。
根据这样的使用电子束或激光的堆焊方法，由于是低热量输入，因而能够将构件的劣化和变形抑制在最小限度，而且在构件上仅形成堆焊部即可。因此，作为施加在构件上的负荷较小、可以廉价地赋予部件以侵蚀防止功能的方法是有效的。具体地说，正如专利文献1所记载的那样，将作为钴基硬质材料的司太立合金直接堆焊在叶片形状的母材上已经得以实用化。
如上所述，容易受到侵蚀的构件的侵蚀防止方法在构件耐久性的提高、确保装有构件的设备的稳定性和安全性方面是不可缺少的技术，时常期待对该技术加以改进。特别在处于苛刻侵蚀环境下的涡轮叶片中，对于在其顶端部附近的周向速度较大的部分、周边部等每单位体积的表面积较大的部分、或者构件厚度较薄的部分等地方发生的侵蚀，人们要求采取充分的措施。
其中，叶片长度较大的涡轮叶片为谋求构件的轻量化而具有减薄叶片的壁厚的倾向，与构件的减薄相对应，往往使用高强度的材料。高强度的材料有助于减薄构件从而使其轻量化，但存在焊接加工困难的难题。例如在使用高强度的钢种而制造厚度设定为10mm以下的薄涡轮叶片的情况下，在对于这样的薄构件给予较大的热量输入而进行的淬火或回火的方法中，有可能使材料特性降低。另外，如果涡轮叶片的厚度较薄，即便只是产生稍稍的变形，也使得对涡轮机的性能所产生的影响增大。因此，对于侵蚀的防止，必须更加引起注意。
然而，为了获得高强度的材料，除了采用淬火和回火调整强度的钢以外，有时也使用析出强化型的17-4PH之类的钢。但在使用析出强化型钢的涡轮叶片中，不能期待因淬火产生的硬度的改善。这是因为：当如钎焊那样于800℃以上的温度下进行处理时，将在较宽的范围内使构件的强度降低，从而不能发挥本来的材料特性。
另外，作为侵蚀防止方法，采用钎焊或焊接将整形为叶片形状的司太立合金等硬质材料的锻造产品安装在必须采取侵蚀对策的部位的方法受到人们广泛的认知，但成问题的是作为硬质材料的钴基司太立合金锻造产品非常昂贵。加之司太立合金的坡口加工困难，加工成本较高，因而成为涡轮叶片制造成本上升的主要原因。
作为解决热量输入量较大的焊接方法所具有的上述问题即材料的劣化和变形、进而成本增大的问题的方法，正如上述专利文献1等所记载的那样，一般认为采用电子束或激光这一高密度能量的堆焊方法是有效的。
然而，业已指出以往的堆焊方法存在以下的课题，即司太立合金通常含有1.0wt％左右的大量的碳，所以即便是低热量输入，也因焊接而使母材与司太立合金层混杂在一起，由此将形成复杂的碳的稀释层。该碳的稀释层在堆焊部分容易招致高温开裂，从而在焊接施工方面并不是优选的。
另外，除了形成碳的稀释层这一问题以外，如果增大司太立合金的堆焊量，则因堆焊引起的收缩的残余应力(拉伸残余应力)增大，而该残余应力难以在焊接后的热处理中得到大幅度的改善，往往在涡轮的运行环境下，起因于残余应力而发生堆焊部分的端部剥离之类的开裂、或在焊接金属部的开裂。
而且如果使用激光而实施司太立合金的堆焊，则司太立合金的焊接金属部的硬度与通常的锻造产品相比，将显示非常大的值。例如，在使用司太立合金No.6的情况下，锻造产品以洛氏硬度C规格(HRC)计为35到40左右，与此相对照，使用激光的堆焊部则显示50以上的较高值。也就是说，由于使用激光的堆焊部极硬，所以焊接部的开裂敏感性也处于较高的状态。这样的堆焊部的硬度上升使强度得以提高，但相反却伴随着延展韧性的降低。也就是说，堆焊部的硬度反而助长了堆焊部分的端部剥离之类的开裂、或在焊接金属部的开裂的发生。
如上所述，在现有技术中有待开发一种对于涡轮叶片等具有容易发生侵蚀的部位的构件，能够以低成本防止侵蚀、且侵蚀防止部分不会产生裂纹等而施工效率良好的侵蚀防止技术。
专利文献1：特开平9-314364
发明内容
本发明是鉴于上述的情况而提出的，其目的在于：对于具有容易发生侵蚀的部位的涡轮叶片等构件，提供一种能够廉价且切实地赋予侵蚀防止功能、并且在制造时和使用时能够稳定地发挥侵蚀防止功能的经济性和可靠性优良的侵蚀防止方法；进而提供一种通过采用这样的方法而具有廉价且稳定的侵蚀防止部的构件。
为了实现上述的目的，本发明的第1侵蚀防止方法是一种在侵蚀环境下使用的构件的侵蚀防止方法，其特征在于：在对象构件的侵蚀防止对象部位的母材上，通过使用高密度能量照射的堆焊而形成奥氏体组织材料的下层和比该下层硬的硬质材料的上层，从而设置层叠结构的侵蚀防止部。
另外，本发明的第2侵蚀防止方法是一种在侵蚀环境下使用的构件的侵蚀防止方法，其特征在于：通过高密度能量照射而使硬质材料的粉末熔融，从而进行堆焊以形成硬质层，并且将所述构件的一部分局部地置换成所述硬质层，从而设置侵蚀防止部。
另外，本发明的具有侵蚀防止部的构件是以采用上述的侵蚀防止方法而形成侵蚀防止部为特征的构件。
根据本发明的第1侵蚀防止方法，其在对象构件的使用环境下容易发生因液滴和固体粒子产生的侵蚀的部位，通过使用高密度能量照射的堆焊，不是直接在对象构件的母材上形成硬质层，而是使奥氏体组织层介于母材和硬质层之间，由此可以确保在制造时以及在使用环境下的可靠性，并且可以廉价地赋予侵蚀防止功能。
根据本发明的第2侵蚀防止方法，其在侵蚀环境下使用的构件的一部分上，通过高密度能量照射而使硬质材料的粉末熔融，从而进行堆焊以形成硬质层，由此便可以将构件的材料局部地置换成硬质层，从而容易在所希望的领域设置侵蚀防止部，因而与焊接昂贵的硬质材料的锻造产品的情况相比，可以大幅度地降低制造成本。
附图说明
图1(a)是表示本发明的第1实施方式的侵蚀防止方法的图像；(b)是(a)的示意的A向剖视图。
图2(a)是表示由第1实施方式制作的试验片的示意剖视图；(b)是表示(a)的AB线中从母材至硬质层的断面组织的碳分析结果的曲线图。
图3(a)是为了表示第1实施方式的由低硬质层引起的残余应力的减轻效果，就没有设置低硬质层的情况和设置了的情况的最大残余应力进行比较而表示的曲线图；(b)是表示残余应力的测量所使用的试验片及其测量位置的示意立体图。
图4是为了表示第1实施方式的由低硬质层引起的开裂的传播延迟效果或传播阻止效果而表示疲劳龟裂进展试验的结果的曲线图。
图5(a)是表示作为第1实施方式的变形例而制作的试验片的示意剖视图；(b)是表示具有(a)所示的侵蚀防止部的试验片的断面硬度评价结果的曲线图。
图6表示本发明的第2实施方式的侵蚀防止方法的一个实例，其中，(a)是表示涡轮转子叶片的立体图；(b)是表示涡轮转子叶片的顶端部的放大图；(c)是表示切取涡轮转子叶片的顶端部的对象部位并复原形成的侵蚀防止部的立体图。
图7(a)是表示本发明的第2实施方式的侵蚀防止方法的图像；(b)是(a)的示意的A向剖视图。
图8(a)是为了表示第2实施方式的由中间层引起的残余应力的减轻效果，就没有设置低硬质层的情况和设置了的情况的最大残余应力进行比较而表示的曲线图；(b)是表示残余应力的测量所使用的试验片及其测量位置的示意立体图。
图9是表示一般的蒸气涡轮机的构造的剖视图。
符号说明：
1、101对象构件            2下层(低硬质层)
3上层(硬质层)             102中间层
103硬质层                 4、43、104侵蚀防止部
5、105焊接材料供给机构    6、106激光光源
107粉末材料               11、21、31、121试验片
22、122测量位置           41涡轮转子叶片
42对象部位
具体实施方式
下面参照附图，就适用本发明的侵蚀防止方法的实施方式进行具体的说明。
[第1实施方式]
[构成]
图1(a)是表示本发明的第1实施方式的侵蚀防止方法的图像；(b)是(a)的示意的A向剖视图。
如该图1所示，在涡轮转子叶片等的于侵蚀环境下使用的对象构件1的侵蚀防止对象部位、即在对象构件1的于使用环境下容易发生因液滴和固体粒子所引起的侵蚀的部位，使用激光堆焊奥氏体组织材料的下层(低硬质层)2和比该下层2硬的硬质的司太立合金等硬质材料的上层(硬质层)3，从而形成上下2层结构的侵蚀防止部4。也就是说，一边通过焊接材料供给机构5以棒或粉末等状态供给奥氏体组织材料和硬质材料，一边由激光光源6进行激光照射，从而实施通过激光进行的堆焊。
在此，所谓“于使用环境下容易发生因液滴和固体粒子所引起的侵蚀的部位”，是指例如涡轮转子叶片的顶端部附近的周向速度较大的部位等的、对象构件1中动作速度局部较大的部位。另外，对象构件1中周边部等每单位体积的表面积局部较大的部位、或者厚度局部较薄的部位等也是容易发生侵蚀的部位。
另外，在本实施方式中，作为上层(硬质层)3的硬质材料，可以使用司太立合金等钴系合金，作为下层(低硬质层)2的奥氏体组织材料，可以使用18-8不锈钢等奥氏体系不锈钢、或固溶强化型Ni基合金。下表1例示出了可以作为上层(硬质层)3的硬质材料和下层(低硬质层)2的奥氏体组织材料使用的具体的材料名称。
表1
Figure G2007800281431D00071
在本实施方式中，通过这样地使用奥氏体系不锈钢、或固溶强化型Ni基合金作为2层结构的侵蚀防止部4的下层(低硬质层)2，则使其具有缓和因堆焊所产生的残余应力、从而使得在使用环境下的开裂的发生得以防止的功能，或者具有延缓或阻止上层(硬质层)3产生开裂时的裂纹的传播的功能。
[作用效果]
以上的第1实施方式的作用效果如下：即根据本实施方式，通过形成上下2层结构的侵蚀防止部4，不是直接在对象构件1的母材上形成硬质层，而是使硬度较低的奥氏体组织层(低硬质层)介于母材和硬质层之间，由此可以解决在对象构件1的母材上直接堆焊司太立合金等硬质层时所产生的问题。
首先，由于对象构件1的母材和上层3的硬质材料不会混杂在一起，所以通过使用碳含量较少的材料作为下层2的奥氏体组织材料，便可以防止将碳含量较多的材料直接堆焊在母材上时所产生的碳的稀释的问题，从而可以改善焊接施工上的可靠性。例如，在对象构件1的母材为铁基的情况下，通过将表1所示的奥氏体组织材料中尤其没有固溶碳的固溶强化型Ni基合金用作下层2的材料，便可以有效地防止硬质层中碳的稀释问题，从而可以大幅度地改善焊接施工上的可靠性。
图2是对于在对象构件1的铁基母材上采用激光堆焊没有固溶碳的固溶强化型Ni基合金的下层(低硬质层)2和司太立合金的上层(硬质层)3而得到的试验片，表示从母材至硬质层的断面组织的碳分析结果的图，(a)是表示试验片11的示意剖视图；(b)是表示(a)的AB线中碳量的曲线图。如该图2所示，可知通过设置没有固溶碳的低硬质层，便可以有效地防止硬质层中碳的稀释的问题。
另外，通过在对象构件1的母材和上层(硬质层)3之间形成硬度比硬质层3的材料低的奥氏体组织材料的下层(低硬质层)2，便可以缓和将硬质层3直接堆焊在母材上时增大的因堆焊而产生的收缩的残余应力(拉伸残余应力)，从而可以期待在防止起因于该残余应力的在制造时或使用环境下的开裂。
如上所述，根据第1实施方式，对于对象构件在使用环境下容易发生因液滴和固体粒子所引起的侵蚀的部位，借助于使用激光的堆焊，不是直接在对象构件的母材上形成硬质层，而是使奥氏体组织层介于母材与硬质层之间，由此可以确保在制造时和使用环境下的可靠性，并且可以廉价地赋予侵蚀防止功能。
在本实施方式中，特别是通过使用奥氏体系不锈钢、或固溶强化型Ni基合金作为2层结构的侵蚀防止部4的下层(低硬质层)2，则使其具有缓和因堆焊所产生的残余应力、从而使得在使用环境下的开裂的发生得以防止的功能，或者具有延缓或阻止上层(硬质层)3产生开裂时的裂纹的传播的功能。下面就这些功能进行说明。
首先，根据本实施方式，通过将使用强度和硬度比构成硬质层3的司太立合金等硬质材料低的奥氏体系不锈钢、或固溶强化型Ni基合金的下层(低硬质层2)介于对象构件1的母材和上层(硬质层)3之间，可以减轻硬质层3的残余应力，从而可以减轻发生应力腐蚀开裂的危险。
图3表示这样的本实施方式因低硬质层2所引起的残余应力的减轻效果，(a)是就没有设置低硬质层的情况(以往例)和设置了低硬质层的情况(本实施方式)的最大残余应力σmax进行比较而表示的曲线图；(b)是表示残余应力的测量所使用的试验片21及其测量位置22的示意立体图。
在本实施方式中，还由于将硬度比硬质层3低的下层(低硬质层)2介于对象构件1的母材和上层(硬质层)3之间，因而即使在硬质层3万一发生裂纹的情况下，也可以延迟或阻止从硬质层3伸展开来的裂纹的传播。
图4是表示这样的本实施方式的由低硬质层2引起的开裂的传播延迟效果或传播阻止效果的图，特别是表示疲劳龟裂进展试验的结果的曲线图。
[第1实施方式的变形例]
关于前述的第1实施方式的变形例，作为2层结构的侵蚀防止部4的下层(低硬质层)2，也可以是通过堆焊硬度不同的2种以上的材料，从而使从对象构件1的母材到侵蚀防止部4的上层(硬质层)3的硬度分阶段地发生变化的构成。
根据该变形例，通过堆焊硬度不同的2种以上的材料作为下层(低硬质层)2，便可以提高制造时和使用环境下的可靠性。也就是说，如前所述，上层的硬质层在侵蚀防止方面具有较大的效果，与之相反，由于硬质层非常硬，有可能助长开裂的发生，因此，通过将2种以上的材料介于母材与硬质层之间，从而使母材与硬质层之间的硬度分阶段地发生变化，便能够抑制裂纹由硬质层的硬度所引起的助长，从而能够谋求可靠性的提高。
例如，如图5(a)所示，在对象构件1的铁基的母材上，依次层叠使用镍铬铁耐热耐蚀合金600的第1下层(低硬质层)2a、使用更硬的镍铬铁耐热耐蚀合金625的第2下层(低硬质层)2b以及具有优良的侵蚀防止性能的司太立合金No.6的上层(硬质层)3，便制作出实质上具有3层结构的侵蚀防止部4的试验片31。
图5(b)是表示具有(a)所示的3层结构的侵蚀防止部4的试验片31的断面硬度评价结果的曲线图。如该图5(b)所示，具有3层结构的侵蚀防止部4的试验片31的硬度从母材向硬质层分阶段且顺畅地发生变化，由此可知，能够抑制裂纹由硬质层的硬度所引起的助长，从而能够使可靠性得以提高。
另外，作为其它的变形例，也可以通过堆焊硬度不同的3种以上的材料作为2层结构的侵蚀防止部4的下层(低硬质层)2，使得从对象构件1的母材到侵蚀防止部4的上层(硬质层)3的硬度分阶段地发生变化。在此情况下，形成出实质上具有4层以上的层叠结构的侵蚀防止部4，从而可以使从母材至硬质层的断面的硬度更顺畅地发生变化。
[第2实施方式]
[构成]
图6表示本发明的第2实施方式的侵蚀防止方法的一个实例，其中，(a)是表示涡轮转子叶片41的立体图；(b)是表示(a)所示的涡轮转子叶片41的顶端部的放大图；(c)是表示代替涡轮转子叶片41的顶端部的对象部位42(用虚线包围的部分)而设置侵蚀防止部43的状态的立体图。
如图6所示，本实施方式的侵蚀防止方法是一种以侵蚀环境下使用的涡轮转子叶片41为对象构件的侵蚀防止方法，其特征在于：以该叶片前缘(leading edge)部作为必须采取侵蚀对策的对象部位42，在此采用激光，使硬质材料的粉末熔融而进行堆焊，通过将叶片形状的一部分局部地置换成硬质材料而设置侵蚀防止部43。此外，在前述的专利文献1中，所采用的是在呈叶片形状的母材上进行堆焊的预堆边焊接(buttering)方式，而本实施方式并不采用这种方式，而是采用只将叶片形状的一部分用堆焊来形成并进行置换的叶片形状的成形方式。
即如图6(b)所示，切取涡轮转子叶片41中必须采取侵蚀对策的对象部位42，在切取的部分堆焊粉末硬质材料而设置侵蚀防止部43。也就是说，使对象部位42如图6(c)所示那样在侵蚀防止部43复原形成。
在此，所谓“必须采取侵蚀对策的对象部位”，是指“在使用环境下容易发生因液滴和固体粒子所引起的侵蚀的部位”，在此，是指如涡轮转子叶片41的顶端部附近的周向速度较大的部位等的、对象构件中动作速度局部较大的部位、对象构件中周边部等每单位体积的表面积局部较大的部位、或者厚度局部较薄的部位等。
接着使用图7，就本实施方式的施工方法的概略进行说明。图7是用于说明本实施方式的施工方法的概略的图，图7中的(a)是表示本实施方式的侵蚀防止方法的图像；(b)是(a)的示意的A向剖视图。如图7所示，在涡轮转子叶片41等的对象构件101中，对于涡轮转子叶片41在运转时的容易发生因液滴和固体粒子所引起的侵蚀的部位，一边通过焊接材料供给机构105供给作为中间层102和硬质层103的材料的粉末材料107，一边由激光光源106进行激光照射，实施通过激光进行的堆焊，从而形成上下2层结构的侵蚀防止部104。
中间层102是利用激光使延展韧性优良的材料粉末熔融并进行堆焊而形成的部分，以0.5～3.0mm的厚度形成于硬质层103与对象构件101母材的中间部分上。另外，作为构成中间层102的材料，可以使用强度和硬度比司太立合金等硬质材料低的奥氏体系不锈钢、或者在奥氏体组织中尤其没有固溶碳的固溶强化型Ni基合金。
硬质层103是利用激光使司太立合金等钴系合金的硬质材料粉末熔融并进行堆焊而形成的部分，所形成的厚度为5mm以上。
在本实施方式中，作为这些中间层102和硬质层103所使用的具体材料，同样可以使用第1实施方式的表1所示的低硬质层的材料和硬质层的材料。
[作用效果]
以上的第2实施方式的作用效果如下：即在本实施方式中，以涡轮转子叶片41的叶片形状的一部分即叶片前缘部作为必须采取侵蚀对策的对象部位42，暂时切取该对象部位42，在此使用通过激光进行的堆焊而复原形成侵蚀防止部43，由此可以使涡轮转子叶片41中容易发生侵蚀的部位具有优良的侵蚀防止功能，从而可以谋求可靠性的提高。特别地，在叶片长度较长、叶片壁厚较薄的使用高强度材料的涡轮转子叶片41的侵蚀防止方面可以发挥较大的效果。
而且以往存在的方式是切取必须采取侵蚀对策的对象部位42，并焊接接合与切取的形状相同形状的锻造产品，但如前所述，这种方式成本较高，从而在经济上是不利的。与这种以往的方式相比，通过采用激光堆焊硬质材料粉末而仅复原切取部分的本实施方式的方式可以期待在降低制作成本方面带来较大的效果。
再者，在本实施方式中，由于不是在对象构件101的母材上直接形成硬质层103，而是使0.5mm以上的中间层102介于母材与硬质层103之间，因而具有如下的优点：首先，对象构件1的母材和硬质层103的硬质材料不会混杂在一起。因此，通过使用碳含量较少的材料作为中间层102，可以回避将碳含量较多的材料直接堆焊在母材上时所产生的碳稀释层的形成。因此，在对象构件1的母材为铁基的情况下，若将没有固溶碳的Ni基合金设定为中间层102，则可以极为有效地防止硬质层103的碳稀释层的形成，从而可以大幅度地改善在焊接施工方面的可靠性。
另外，中间层102的存在即使对于由制造时的收缩的残余应力(拉伸残余应力)所引起的发生堆焊部分的端部剥离之类的开裂、或在焊接金属部的开裂也具有较大的效果。关于这一点，下面参照图8进行说明。图8(a)是用于说明由中间层102产生的残余应力的减轻效果的曲线图，表示了没有设置中间层102时(以往例)的最大残余应力和设置有中间层102时(本实施方式)的最大残余应力的测量结果。
由该曲线图表明：具有中间层102的本实施方式的最大残余应力取较低的数值，有可能使发生应力腐蚀开裂的危险得以减轻，从而可以切实地防止起因于残余应力的堆焊部分端部或焊接金属部的开裂。此外，图8(b)是表示残余应力的测量所使用的试验片121及其测量位置122的示意的立体图。
另外，还可以取得以下的效果：通过中间层102的介入，即使万一硬质层103发生开裂，也可以延缓或阻止由硬质层103伸展开来的裂纹的传播。再者，由于中间层102的厚度以3mm为上限，因而也可以确保焊接接缝部的高周疲劳强度和于叶片表面露出的中间层的耐侵蚀性。
再者，本实施方式通过使用粉末材料7的激光焊接而形成中间层102，由此在低热量输入的条件下实施堆焊，从而可以回避因焊接热量输入所引起的对象构件1的母材的材料特性的降低。在由通常使用的EBW(电子束焊)或TIG(钨极氩弧焊)进行的焊接施工中，母材的热影响区为1mm以上，与此相对照，根据本实施方式，能够将热影响区抑制在1mm以下。
另外，作为构成硬质层103的硬质材料，使用司太立合金等钴基合金，但耐侵蚀性优良的钴基合金的层叠高度直接对构件的经年损伤状态产生影响，因而在以由铁基合金构成的构件为母材的情况下，与铁基合金的母材相比，钴基合金的侵蚀速度可以改善至一半以下。在将钴基合金的硬质层103适用于涡轮转子叶片41的情况下，叶片前缘部的侵蚀从边缘部分附近开始，所以如本实施方式那样，通过使用厚度为5mm以上的钴基合金，可以更进一步提高侵蚀防止效果。
[第2实施方式的变形例]
作为前述的第2实施方式的变形例，可以考虑以下记载的多种方法。
首先，在第2实施方式中，将侵蚀防止部104设计为2层结构，但通过堆焊硬度不同的3种以上的材料，也可以使侵蚀防止部104的硬度分阶段地发生变化。根据这样的变形例，可以使得从母材至硬质层的断面硬度变化更加顺畅，从而使残余应力进一步降低。
另外，在采用激光使粉末材料熔融而进行堆焊时，也可以采用将每道的厚度为1mm以下的小热量输入的焊道进行多层层叠的方法。在使用这样的侵蚀防止方法、将涡轮转子叶片41的前缘顶端部分形成为叶片形状的情况下，不管中间层102、硬质层103如何，均将每道的厚度设定为1mm以下的小热量输入的焊道以多层的方式进行层叠。根据该实施方式，不用担心将会产生由焊接热量输入引起的母材材料特性的降低或叶片的变形。特别地，通过将每道的厚度设定为1mm以下，可以切实地防止在焊接施工时产生的熔合不良。
在使用激光的堆焊中，于焊接中预热至150℃以上的状态下，使用线膨胀系数较大的奥氏体系不锈钢作为中间层102、使用司太立合金作为硬质层103而进行多层堆焊，也可以设置侵蚀防止部104。也就是说，在硬质层103使用司太立合金粉末的情况下，由于因焊接引起的收缩较大，所以残余应力具有增大的倾向。于是，在150℃的预热状态下设置线膨胀系数较大的中间层102，由此谋求残余应力的降低。这样，便具有更加切实地抑制因制造时的收缩的残余应力(拉伸残余应力)引起的堆焊部分端部发生剥离或焊接金属部产生开裂的效果，从而使制造时或运转时的可靠性得以提高。
另外，也可以采用通过激光熔融而进行堆焊、之后精研磨焊接部的侵蚀防止方法。根据该方法，由于可以研磨焊接部而将其表面精加工成光滑的表面，因而不会导致因焊道端部的凹口效应引起的疲劳强度的降低以及对涡轮叶片的性能产生不良影响。
再者，在构件的材质为析出强化型钢的情况下，也可以在固溶时效状态下进行使用激光的堆焊，焊接后，再度进行时效处理。一般地说，在以析出强化型钢为材料的构件中，时效处理后母材的强度增加而焊接性变差。因此，在固溶状态下进行焊接。在本方法中，由于通过激光将焊接热量输入抑制在较小的水平，因而具有即使在时效热处理后的状态下也可以进行焊接的特征。另外，焊接后由于在母材的热影响区产生处于固溶状态的部位，所以焊接后，通过再度进行时效热处理，可以使母材的强度得以恢复，并恢复接缝强度。
[其它的实施方式]
此外，本发明并不局限于前述的第1、第2实施方式及其变形例，在本发明的范围内可以实施其它多种多样的变形例。例如，在实施方式中记载的材料只不过是一个实例，在本发明中，作为硬质层、低硬质层以及中间层所使用的材料，也可以适当选择其它的各种材料。
另外，本发明优选的是以涡轮转子叶片为对象构件的侵蚀防止方法，但即使对于涡轮静叶片等其它涡轮部件也同样可以适用，同样可以获得优良的效果。再者，关于涡轮以外的各种设备，对于侵蚀环境下使用的各种构件也同样可以适用，同样可以获得优良的效果。
另外，在上述的实施方式中，就使用激光作为高密度能量照射的情况进行了说明，但本发明并不局限于激光，也可以适用电子束等其它高密度能量照射，同样可以获得优良的效果。

Claims (13)

1.一种侵蚀防止方法，其是在侵蚀环境下使用的构件的侵蚀防止方法，其特征在于：
在对象构件的侵蚀防止对象部位的母材上，通过一边供给奥氏体组织材料一边进行高密度能量照射而实施堆焊，以形成中间层；
在形成的所述中间层上，通过一边供给与所述奥氏体组织材料相比为硬质且具有侵蚀防止性能的硬质材料一边进行高密度能量照射而实施堆焊，以形成硬质层；从而设置由所述中间层和所述硬质层构成的层叠结构的侵蚀防止部。
2.根据权利要求1所述的侵蚀防止方法，其特征在于：通过使用奥氏体系不锈钢或固溶强化型Ni基合金作为所述侵蚀防止部的中间层，使该中间层具有缓和由堆焊所产生的残余应力从而防止使用环境下的开裂的发生的功能，或者在硬质的所述硬质层万一产生开裂时，具有延迟或阻止裂纹传播的功能。
3.根据权利要求1所述的侵蚀防止方法，其特征在于：通过使用每层硬度不同的材料而依次层叠2层以上的层作为所述侵蚀防止部的中间层，使得从所述对象构件的母材至侵蚀防止部的所述硬质层的硬度分阶段地发生变化。
4.根据权利要求1所述的侵蚀防止方法，其特征在于：所述构件为涡轮叶片，并且在该涡轮叶片的叶片前缘部设置所述侵蚀防止部。
5.根据权利要求1所述的侵蚀防止方法，其特征在于：将所述中间层形成为0.5～3.0mm的厚度。
6.根据权利要求1所述的侵蚀防止方法，其特征在于：采用高密度能量照射使作为所述奥氏体组织材料的、延展韧性比所述硬质材料优良的材料的粉末熔融而进行堆焊，由此形成所述中间层。
7.根据权利要求6所述的侵蚀防止方法，其特征在于：在采用高密度能量照射使所述粉末熔融而进行堆焊时，于焊接中预热至150℃以上的状态下，使用线膨胀系数比所述硬质材料大的奥氏体系不锈钢作为延展韧性比所述硬质材料优良的材料而进行多层堆焊。
8.根据权利要求1所述的侵蚀防止方法，其特征在于：使用延展韧性比所述硬质材料优良的固溶强化型Ni基合金作为所述奥氏体组织材料。
9.根据权利要求1所述的侵蚀防止方法，其特征在于：使用钴基合金作为所述硬质材料，并且使所述硬质层形成为5mm以上的厚度。
10.根据权利要求1所述的侵蚀防止方法，其特征在于：在采用高密度能量照射使所述硬质材料熔融而进行堆焊时，以多层的方式层叠每道的层叠高度为1mm以下的小热量输入的焊道。
11.根据权利要求1所述的侵蚀防止方法，其特征在于：在采用高密度能量照射使所述硬质材料熔融而进行堆焊之后，对焊接部进行精研磨。
12.根据权利要求1所述的侵蚀防止方法，其特征在于：在所述构件所使用的材质为析出强化型钢的情况下，采用高密度能量照射于固溶时效状态使所述硬质材料熔融而进行堆焊，在焊接后，再度进行时效热处理。
13.一种构件，其是在侵蚀环境下使用的构件，其特征在于：其设置有由中间层和硬质层构成的层叠结构的侵蚀防止部；其中，
在该构件的侵蚀防止对象部位的母材上，通过一边供给奥氏体组织材料一边进行高密度能量照射而实施堆焊，以形成所述中间层；
在形成的所述中间层上，通过一边供给与所述奥氏体组织材料相比为硬质且具有侵蚀防止性能的硬质材料一边进行高密度能量照射而实施堆焊，以形成所述硬质层。
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