FI88935C - Foerfarande foer belaeggande av en aongturbin och daertill anslutna staolytor - Google Patents

Description

! 88935

Menetelmä höyryturpiinin ja siihen liittyvien teräspintojen pinnoittamiseksi - Förfarande för beläggande av en ängturbin och därtill anslutna stälytor 5

Keksintö koskee menetelmää höyryturpiinin ja siihen liittyvien putkistojen ja tulistimien sisäpuolisten teräspintojen pinnoittamiseksi suojaavalla pinnoitteella, jolla estetään höyryn aiheuttama eroosio- ja korroosiokuluminen.

10

Kuten suomalaisissa patenttihakemuksissa 762881 ja 771073 on esitetty, niin teräspinnat, joihin kohdistuu kuumaa, kosteaa höyryä suurella paineella ja nopeudella, ovat alttiina voimakkaalle eroosio- ja korroosiokulumiselle.

15

Kulumisesta aiheutuvat vauriot voivat johtaa vaikeasti suoritettaviin täyttö- ja korjaushitsauksiin ja jopa turpiinin pesän ja putkistojen uusimiseen.

20 Kunnostus- ja uusimistyöt aiheuttavat pitkiä seisokkiaikoja ja näin suuria taloudellisia menetyksiä tuotannon vähentymisen johdosta. Näin etenkin suurissa voimalaitoksissa kuten ydinvoimaloissa.

.25 Turpiinin putkistojen suojauksessa on käytetty mm. seuraavia pinnoitteita: 1. Keraaminen pinnoite, jonka tartuntakerroksessa on ollut nikkeli-alumiini-metalliseos. Tartuntakerroksen paksuus on ·· 30 ollut 10 - 25 μπι ja keraamisen pinnoitteen 50 - 250 μπα.

2. Metallinen ns. kolmikerrospinnoite, jossa tartuntaker-ros on ollut nikkelialumiiniseos (t = 50 - 100 μιη) , väli-kerros kromiteräs (n. 13 % Cr ja kerrospaksuus n. 200 μπι) .-.35 sekä pintakerroksena ruostumaton tai haponkestävä teräs .···. (Cr = n. 18%, Ni = 5-8%jaMn = n. 8%, kerrospaksuus on n. 200 μπι) .

Keraamisilla pinnoitteilla on heikkoutena mm. seuraavat sei kat: 2 88935 heikko iskunkestävyys, esim. kun turpiiniin tai putkis-5 töihin pääsee vieraita esineitä, ne voivat rikkoa pinnoitteen; keraamisen pinnoitteen lämpölaajenemiskerroin on hyvin pieni verrattuna hiiliteräkseen, joten suuret tai nopeat 10 lämpötilan vaihtelut voivat johtaa pinnoitteen halkeamiseen. Pinnoitteeseen tullut halkeama voi puolestaan johtaa nopeaan paikalliseen perusaineen vaurioon; keraamiset pinnoitteet ovat hyviä eristeitä. Mikäli 15 turpiinin pesä pinnoitettaisiin keramiikalla, se voisi häiritä turpiinin sisäistä lämmönjohtumista ja aiheuttaa odottamattomia muodonmuutoksia käytön aikana; keraamisella pinnoitteella on vaikea pinnoittaa koneis-20 tettavia tiivistepintoja. Pinnoite voi olla yli 1000 HV kova, joten sen koneistaminen on vaikeaa ja lisäksi pinnoite on herkkä halkeilemaan; keraamisella pinnoitteella on vaikea saada riittävää 25 kerrospaksuutta, jos pinnoitetta käytetään kolojen täyttämiseen.

Ns. kolmikerrospinnoite on putkistoissa toiminut tyydyttävästi. Tällä pinnoitteella on kuitenkin seuraavat heikkou-.30 det: kolmikerrospinnoitteessa jokainen eri pinnoitteiden rajapinta muodostaa voimakkaan esteen lämmönjohtumisessa, joten turpiinin pesässä voi ilmetä lämmönjohtumisessa samoja .35 ongelmia kuin keraamisella pinnoitteella; 3 88935 mikäli on täytettävä koloja tiivistepinnoissa, jotka koneistetaan, on vaarana se, että koneistuspinta kulkee eri kerroksien läpi; 5 - mikäli kolmikerrospinnoite vaurioituu käytössä esim.

voimakkaan paikallisen eroosion vuoksi, on sen paikkaus suoritettava siten, että vanha pinnoite poistetaan kokonaan ja pinnoitus suoritetaan kerroksittain uudestaan.

10 GB-hakemusjulkaisusta 2 069 009 tunnetaan pinnoite, joka on muodostettu ruiskuttamalla pinnoiteainetta, joka sisältää 1-12 % alumiinia, 10-30 % kromia, pieniä määriä yhtä tai useampia seuraavista alkuaineista: Si, Mn, Co, Y ja Hf, loppuosan ollessa rautaa. Tämä pinnoite on pääasiassa tarkoi-15 tettu käytettäväksi kaasuturpiinin siipien pinnoitteena, vaikkakin tässä julkaisussa myös on mainittu muita käyttökohteita, kuten höyryvoimalaitoksen kattila. Näille käyttökohteille on kuitenkin yhteistä, että niissä vallitsevat erittäin korkeat lämpötilat, yli 800°C, joissa hapettuminen 20 on erittäin voimakasta ja joissa erilaiset kuumat kaasut ja rikkiyhdisteet aiheuttavat korroosio-ongelmia. Tällaisissa olosuhteissa pinnoitteelta vaaditaan hyvää korroosionkestävyyttä, kun taas eroosio-ongelmilla on vähäisempi merkitys.

25 SE-kuulutusjulkaisusta 455 054 tunnetaan pinnoiteaine ter mistä ruiskutusta varten, joka sisältää mm. rautaa, kromia ja alumiinia, ja josta on tarkoitus muodostaa pinnoite käytettäväksi polttolaitoksessa, jossa vallitsee korkeat lämpötilat, jossa hapettuminen on erittäin voimakasta ja jossa “.'.30 erilaiset kuumat kaasut ja rikkiyhdisteet aiheuttavat korroosio-ongelmia. EP-hakemusjulkaisuata 0 309 657 tunnetaan samantyyppinen pinoiteaine, joka lisäksi sisältää molybdeeniä ja mangaania.

.'.35 Tämän keksinnön ensisijainen tarkoitus on saada aikaan menetelmä höyryturpiinin pesän, jakotasojen, putkistojen, tu-listimien ja muiden teräsosien pinnoittamiseksi siten, että saadaan luotettava ja pitkäaikainen ko. käyttöolosuhteisiin 4 88935 sopiva suojaus teräspinnoille. Edelleen keksinnön tavoitteena on se, että pinnoitustyö voidaan suorittaa paikan päällä nopeasti ja taloudellisesti ja että pinnoite soveltuu hyvin myös koneistettaviin tiivistepintoihin.

5

Keksinnön mukaiselle pinnoitusmenetelmälle on tunnusomaista se, että pinnoitettavalle pinnalle ruiskutetaan termisesti runsaasti kromilla ja alumiinilla seostettua terästä olevaa pinnoiteainetta, joka pinnoituksen aikana hapettuu voimak-10 kaasti ruiskutussuihkussa, jolloin muodostuu runsaasti kromi- ja alumiinioksideja, jotka jäävät pinnoitteen sisään teräsmatriisin ympäröimäksi, ja että muodostunut pinnoite saatetaan pinnoituksen jälkeen alttiiksi ilman hapettavalle vaikutukselle, jolloin pinnoitteen pintaan muodostuu tiivis 15 kromi- ja alumiinioksidikalvo.

Keksinnön mukaisesti käytettävä pinnoiteaine on edullisesti 20 - 45 paino-% kromia, 5-15 paino-% alumiinia ja 0 - 5 paino-% molybdeenia sisältävä teräs ja erityisen edullisesti 20 22 - 30 paino-% kromia, 5-8 paino-% alumiinia ja 0 - 3 paino-% molybdeenia sisältävä teräs. Pinnoiteaine voi olla lankamainen tai jauhemainen.

Keksinnön mukaisesti muodostetussa, runsaasti kromi- ja alu-25 miinioksideja sisältävässä pinnoitteessa ovat kromi-, alumiini- ja molybdeenipitoisuudet edellä esitettyä suuruusluokkaa .

Keksinnön mukaisesti muodostetun pinnoitteen sisältämä kro-30 mi- ja alumiinioksidikalvo, joka on muodostunut pinnoituksen jälkeen hapettumisen seurauksena, on luja ja tiivis ja estää märän höyryn aiheuttaman eroosio- ja korroosiokulumisen.

Pinnoite voidaan keksinnön mukaan valmistaa termisesti ruis-35 kuttamalla käyttäen liekki-, kaari-, plasma- ja/tai super-sonic-ruiskutusta, ensisijaisesti kuitenkin kaari-, plasma-ja/tai supersonic-ruiskutusta, jotta pinnoitteelle saadaan hyvä tartunta perusaineeseen.

5 88935

Pinnoitteeseen syntyy näin hyvä tartuntakerros perusaineeseen, runsaasti oksideja sisältävä teräspinnoite ja pintakerros, joka muodostuu tiiviistä oksidikalvosta.

5 Jotta ei tapahtuisi galvaanista korroosiota perusaineen ja pinnoitteen rajapinnalle, on pinnoitteen paksuuden oltava vähintään 0,3 mm, edullisimmin kuitenkin vähintään 0,5 mm. Pinnoitteen paksuus voi olla jopa 2,5 mm ilman, että se kuoriutuu pinnoitteen sisäisen kutistumisen vuoksi pois.

10

Keksinnön mukaisesti muodostetun pinnoitteen edut aikaisempaan verrattuna ovat seuraavat: 1. Pinnoitteen pintaan syntyvä erittäin tiivis kromi- ja 15 alumiinioksidikalvo antaa erinomaisen korroosio- ja eroosio-suojan. Kuitenkin pinnoite on erittäin sitkeä.

Mikäli pinnoitettava pinta vaurioituu esim. turpiiniin joutuneen vieraan esineen vaikutuksesta, estävät pinnoitteen 20 sisällä olevat oksidit vaurion etenemisen.

Näin pinnoitteella on keraamisen pinnoitteen suojausvaikutus, mutta sillä on metallipinnoitteen sitkeys ja lujuus.

25 2. Pinnoitteen tartunta perusaineeseen on erittäin hyvä.

Käytettäessä kaari- tai plasmaruiskutusta saadaan tartunnaksi yli 60 N/mm, joka on noin kaksinkertainen tartuntalujuus verrattuna liekkiruiskutetun nikkeli- ja alumiiniseoksen tartuntaan.

30

Hyvä tartunta takaa sen, että pinnoite ei lähde pienten kolhujen vuoksi irti ja että myös kapeitten reunojen pinnoittaminen on mahdollista. Edelleen hyvä tartunta mahdollistaa .···. pinnan koneistamisen.

3. Pinnoitteen lämpölaajenemiskerroin on hyvin lähellä hiiliteräksen lämpölaajenemiskerrointa, joten lämpöshokista . ' 35 6 88955 ja lämpölaajenemisesta syntyvät muodonmuutokset eivät vaurioita pinnoitetta.

4. Koska pinnoite muodostuu yhdestä ainoasta kerroksesta 5 ja sitä voidaan ruiskuttaa n. 2 mm paksusti, pinnoite soveltuu hyvin laajojen koneistettavien tiivistepintojen suojaukseen.

5. Vaikka pinnoitteessa on runsaasti kovia oksideja, on 10 sen makrokovuus vain 250 - 350 HV-yksikköä, joten pinnoite on helppo koneistaa.

6. Lämmönjohtuminen ei aiheuta ongelmia, koska ainoa lämmönjohtumista vaikeuttava rajapinta on pinnoitteen ja perus- 15 aineen rajapinta.

7. Pinnoitteen paikkaus on helppo suorittaa paikallisesti poistamatta kokonaan vanhaa pinnoitetta.

20 8. Pinnoitteen kobolttipitoisuus on erittäin alhainen (n.

0,02 %), joten pinnoite soveltuu hyvin käytettäväksi ydinvoimalaitoksissa myös aktiivipuolella sijaitsevissa pinnoissa .

25 Keksinnön mukaisesti pinnoitteella, jonka analyysi oli 22 % Cr ja 5 % Ai, pinnoitettiin kaariruiskuttamalla eräässä ydinvoimalaitoksessa korkeapainehöyryturpiinin jakotasot ja turpiinin pesää jakotason ylä- ja alapuolella.

30 Kahdeksan vuoden käytön jälkeen turpiini avattiin, jolloin voitiin todeta, että jakotasot olivat täysin virheettömät ja pinnoite jakotasojen ylä- ja alapuolella oli kestänyt erittäin hyvin. Sen sijaan perusaine oli kulunut pinnoitteen reunan vierestä jopa yli 10 mm.

Claims (4)

7 8 8 9 o 5

1. Menetelmä höyryturpiinin pesän, jakotasojen, putkistojen, tulistimien ja muiden teräsosien, jotka joutuvat tur-piinilaitoksessa alttiiksi kuuman märän höyryn aiheuttamalle 5 jollekin korroosio- ja eroosiokulumiselle, pinnoittamiseksi, tunnettu siitä, että pinnoitettavalle pinnalle ruiskutetaan termisesti runsaasti kromilla ja alumiinilla seostettua terästä olevaa pinnoiteainetta, joka pinnoituksen aikana hapettuu voimakkaasti ruiskutussuihkussa, jolloin muodostuu 10 runsaasti kromi- ja alumiinioksideja, jotka jäävät pinnoitteen sisään teräsmatriisin ympäröimäksi, ja että muodostunut pinnoite saatetaan pinnoituksen jälkeen alttiiksi ilman hapettavalle vaikutukselle, jolloin pinnoitteen pintaan muodostuu tiivis kromi- ja alumiinioksidikalvo. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pinnoiteaine on 20 - 45 paino-% kromia, 5-15 pai-no-% alumiinia ja 0 - 5 paino-% molybdeenia sisältävä teräs, mieluiten 22 - 30 paino-% kromia, 5-8 paino-% alumiinia ja 20 0-3 paino-% molybdeenia sisältävä teräs.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan yksikerrospinnoite, jonka paksuus on 0,3 - 2,5 mm. 25

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että terminen ruiskutus suoritetaan kaari-, -ii plasma- tai supersonic-menetelmällä. s 88935