JP2001107833A - Hydraulic machine and its manufacturing device - Google Patents

Hydraulic machine and its manufacturing device

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JP2001107833A
JP2001107833A JP28835999A JP28835999A JP2001107833A JP 2001107833 A JP2001107833 A JP 2001107833A JP 28835999 A JP28835999 A JP 28835999A JP 28835999 A JP28835999 A JP 28835999A JP 2001107833 A JP2001107833 A JP 2001107833A
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JP
Japan
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hydraulic machine
hard coating
coating layer
manufacturing
machine according
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JP28835999A
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Japanese (ja)
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Kazuaki Ikeda
一昭 池田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a hydraulic machine and its manufacturing method extending its life by simultaneously improving wear resistance and cavitation erosion resistance. SOLUTION: This hydraulic machine, provided with a water turbine runner 1 and an impeller, has a hard film layer 5 formed by flame spraying in a location receiving a shock by a flow of water or in a base material surface partly of at least the location, the hard film layer 5 is cermet material of matrix by stainless steel of NiCrCoAlSiB alloy adding Co, Al, Si as a main component of Ni, Cr and WC as a carbide dispersed in this matrix, and a component range of the cermet material is characterized by NiCrCoAlSiB: 10 to 35% and WC: 65 to 90% by weight %.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性および耐
キャビテーションエロージョン特性に優れた水力機械お
よびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydraulic machine excellent in abrasion resistance and cavitation erosion resistance and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】河川水等を作動媒体としている水力機械
には、例えば、水の位置エネルギを運動エネルギに変換
することで発電機を回転するランナを備えた発電用水車
や、インペラの回転により流体に運動エネルギを与える
ポンプなどがある。
2. Description of the Related Art A hydraulic machine using river water or the like as a working medium includes, for example, a water turbine for power generation provided with a runner for rotating a generator by converting potential energy of water into kinetic energy, or an impeller rotating. There is a pump that gives kinetic energy to a fluid.

【0003】近年、これらの流体を作動媒体とする水力
機械は、土砂等の固形物を多量に含む悪条件下での使用
が増大しつつある。
[0003] In recent years, hydraulic machines using these fluids as working media have been increasingly used under adverse conditions containing large amounts of solids such as earth and sand.

【0004】このような条件下で運転される水力機械の
ランナやインペラ、ガイドベーン、ステーベーン、シー
トライナ等の流水接触部においては固形物の衝突、研摩
作用による減肉(以下、土砂摩耗と呼ぶ)やキャビテー
ションエロージョンあるいはこれらの複合した損傷が発
生している。このため、これらの損傷部位にはゴムライ
ニングまたはセラミックスおよび金属材料を用いた高硬
度材料を溶射または肉盛溶接することにより、これらの
損傷の低減策を講じている。このような技術は、例え
ば、特公平5−57479号公報、特開平8−1935
68号公報、特開平8−333670号公報および特開
平8−254173号公報などに開示されている。
[0004] At a running water contact portion such as a runner, an impeller, a guide vane, a stay vane, a sheet liner, etc. of a hydraulic machine operated under such conditions, the solid material collides and the wall thickness is reduced by the polishing action (hereinafter referred to as earth and sand abrasion). ), Cavitation erosion, or a combination thereof. For this reason, measures to reduce these damages are taken by spraying or overlay welding a high-hardness material using rubber lining or ceramics and a metal material to these damaged portions. Such a technique is described in, for example, Japanese Patent Publication No. Hei 5-57479 and Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8-1935.
No. 68, JP-A-8-333670 and JP-A-8-254173.

【0005】従来における水力機械のランナまたはイン
ペラは、主として13Cr系鋼から製作されている。
[0005] Conventional runners or impellers of hydraulic machines are mainly made of 13Cr steel.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、13C
r系鋼の材料硬度では、流水中に珪砂を主成分とする固
形物による研摩作用および研削作用によりランナは土砂
摩耗が発生しやすいという問題を有していた。
However, 13C
With respect to the material hardness of the r-based steel, there was a problem that the runner was liable to cause earth and sand abrasion due to the grinding action and the grinding action of a solid substance mainly composed of silica sand in running water.

【0007】また、流水中の低圧部に生じるキャビテー
ション気泡が高圧部に達した時に生じる圧塊作用により
ランナ表面にエロージョンが発生してしまうという問題
があった。
Further, there is another problem that erosion is generated on the runner surface due to the action of lumps generated when cavitation bubbles generated in a low-pressure portion of flowing water reach a high-pressure portion.

【0008】さらに、この土砂磨耗とキャビテーション
エロージョンの複合作用により著しい損傷を生じてしま
う場合には、水力機械の性能および寿命の低下をもきた
してしまうという問題を有していた。
[0008] Further, if the combined action of earth and sand wear and cavitation erosion causes significant damage, there is a problem that the performance and life of the hydraulic machine are also reduced.

【0009】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、耐摩耗性および耐キャビテーシ
ョンエロージョン性を同時に向上させて長寿命化を図っ
た水力機械およびその製造方法を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and provides a hydraulic machine and a method of manufacturing the same, which have improved wear resistance and cavitation erosion resistance at the same time and have a longer life. The purpose is to:

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
水の位置エネルギと運動エネルギとの変換を行う水車ラ
ンナまたはインペラを備える水力機械において、流水に
よる衝撃を受ける部位または少なくとも前記部位の一部
である母材表面に溶射して形成される硬質皮膜層を有
し、前記硬質皮膜層は、NiおよびCrを主成分として
Co、Al、SiおよびBを添加したNiCrCoAl
SiB合金であるステンレス鋼のマトリックスと、この
マトリックスに分散される炭化物としてのWCとのサー
メット材料であり、前記サーメット材料の成分範囲は、
重量%で、NiCrCoAlSiB:10〜35%およ
びWC:65〜90%であることを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention,
In a hydraulic machine having a water turbine runner or an impeller for converting potential energy and kinetic energy of water, a hard coating layer formed by thermal spraying on a part which is impacted by running water or at least a part of a base material surface which is a part of the part. And the hard coating layer is composed of NiCrCoAl containing Ni and Cr as main components and adding Co, Al, Si and B.
A cermet material of a stainless steel matrix, which is a SiB alloy, and WC as a carbide dispersed in the matrix, wherein the component range of the cermet material is:
NiCrCoAlSiB: 10-35% and WC: 65-90% by weight.

【0011】請求項2記載の発明は、請求項1記載の水
力機械において、硬質皮膜層の気孔率は、1%以下であ
ることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the hydraulic machine according to the first aspect, the porosity of the hard coating layer is 1% or less.

【0012】請求項1および請求項2に記載の発明にお
いて、硬質皮膜層の被覆方法として溶射法を用い、炭化
物系の硬質皮膜層を形成した。
According to the first and second aspects of the present invention, a carbide-based hard coating layer is formed by using a thermal spraying method as a method of coating the hard coating layer.

【0013】現時点において、ビッカース硬度が450
以上となる皮膜は金属系の材料では見当たらない。この
ため、硬質皮膜層としては、CrC、NbCおよびTi
C等の炭化物系セラミックスや、A1またはCr
等の酸化物系セラミックスとNiCr系等の金属
系マトリックスとを混合したサーメットが一般的に適用
されている。
At present, Vickers hardness is 450
The above films are not found in metallic materials. For this reason, as the hard coating layer, CrC, NbC and Ti
Carbide ceramics such as C or, A1 2 0 3 or Cr
2 0 3 such as an oxide-based ceramics and cermet obtained by mixing the metallic matrix of NiCr type or the like is generally applied.

【0014】本発明において、溶射用粉末として炭化物
であるWCを選定した。WCを適用した理由は、水車ラ
ンナ部材等においては、最高使用温度が30℃程度であ
り高温で要求される特性が要らないこと、硬度からみる
と現在の溶射用粉末としては最大硬度が得られるためで
ある。WCの添加量を65%以上90以下%と規定した
が、添加量としては少なくとも65%は必要であり、6
5%よりも少ないと所定の硬度が得られず、また、添加
量が90%を超えると硬度は満足するものの延性および
靭性が著しく低下してしまうためである。
In the present invention, WC which is a carbide is selected as the thermal spraying powder. The reason for applying WC is that the maximum operating temperature of a turbine runner member is about 30 ° C., which does not require the characteristics required at high temperatures, and that the maximum hardness can be obtained as the current thermal spraying powder from the viewpoint of hardness. That's why. Although the addition amount of WC is specified as 65% or more and 90% or less, at least 65% is required as an addition amount.
If the amount is less than 5%, a predetermined hardness cannot be obtained, and if the amount exceeds 90%, the hardness is satisfied but the ductility and toughness are significantly reduced.

【0015】マトリックス材料としては、耐食性を考慮
するとNiCrを主成分としたステンレス系が良好であ
り、溶射後の気孔を封止するための溶射ガンまたは都市
ガス等のガス炎等による封孔処理を行う際の融点を下げ
る元素としてCo、Al、SiおよびBを添加した。本
発明のように、Co、Al、SiおよびBの含有量を規
定したのは、それぞれの添加量が少なすぎると封孔処理
ができず、添加量が多いと融点が下がり溶射皮膜にクラ
ックが発生してしまうためである。
As a matrix material, stainless steel containing NiCr as a main component is preferable in consideration of corrosion resistance, and a sealing treatment using a spray gun for sealing pores after spraying or a gas flame of city gas or the like is preferable. Co, Al, Si and B were added as elements for lowering the melting point in the process. As in the present invention, the contents of Co, Al, Si and B are specified because if the respective addition amounts are too small, the sealing treatment cannot be performed, and if the addition amounts are large, the melting point decreases and cracks are formed in the sprayed coating. This is because it occurs.

【0016】このような材料を、例えば、大気圧プラズ
マ溶射または高速ガス炎溶射等の溶射法を用いて形成し
たサーメット溶射皮膜には気孔が存在する。このため、
粒子間結合力が弱い場合には、硬さが十分であっても耐
磨耗性および耐キャビテーションエロージョン性が劣っ
てしまう。また、これらの溶射皮膜が1層であれば、さ
らに耐久性に劣ることが懸念される。従って、硬質皮膜
層中の気孔率を1%以下に抑えて粒子間結合力を大きく
することで、耐摩耗性および耐キャビテーションエロー
ジョン性を改善できる。
[0016] The cermet spray coating formed by using such a material by a spraying method such as atmospheric pressure plasma spraying or high-speed gas flame spraying has pores. For this reason,
When the bonding strength between particles is weak, abrasion resistance and cavitation erosion resistance are inferior even if the hardness is sufficient. In addition, if the number of these thermal spray coatings is one, there is a concern that durability is further inferior. Therefore, the abrasion resistance and cavitation erosion resistance can be improved by suppressing the porosity in the hard coating layer to 1% or less and increasing the bonding force between particles.

【0017】従って、溶射においては硬質皮膜層を緻密
にするために気孔率を1%以下とし、1%以下の気孔率
を残存させることで、母材との線膨張係数の差に伴うク
ラックの発生および剥離を防止できる。また、炭化物と
してWCを用いNiCrCoAlSiB合金をマトリッ
クスとする粉末を適用することで、流水中における耐食
性をも有する硬質皮膜層を得られる。
Accordingly, in the thermal spraying, the porosity is set to 1% or less in order to make the hard coating layer dense, and the porosity of 1% or less is left, so that cracks due to the difference in linear expansion coefficient from the base metal are reduced. Generation and peeling can be prevented. Further, by using WC as a carbide and applying a powder having a NiCrCoAlSiB alloy as a matrix, a hard coating layer having corrosion resistance in flowing water can be obtained.

【0018】一方、ビッカース硬度において1000以
上の高硬度を保有する硬質皮膜層を形成する方法として
は、PVDやCVD等の方法があるが、これらは膜厚が
最大で30μmと極めて薄く、脆性材料であるために割
れの発生とともに割れからの剥離が生じ易い。また、溶
射皮膜や後述する肉盛溶接皮膜において1000以上の
硬度を保持するためにセラミックス粉末を多量に添加す
ると皮膜の延性、靭性が著しく低下するためにクラック
が発生し易くなる。従って、硬度を若干低めに設定し
て、延性および靭性を確保することが耐久寿命の延命化
およびコスト低減を実現できる。
On the other hand, as a method of forming a hard coating layer having a high Vickers hardness of 1000 or more, there are methods such as PVD and CVD, which are extremely thin, having a maximum thickness of 30 μm, and are brittle. Therefore, separation from the cracks easily occurs along with the occurrence of the cracks. In addition, when a large amount of ceramic powder is added to the thermal spray coating or the build-up welding coating described below to maintain a hardness of 1000 or more, the ductility and toughness of the coating are significantly reduced, and cracks are likely to occur. Therefore, setting the hardness slightly lower to secure the ductility and toughness can prolong the durable life and reduce the cost.

【0019】請求項3記載の発明は、水の位置エネルギ
と運動エネルギとの変換を行う水車ランナまたはインペ
ラを備える水力機械において、流水による衝撃を受ける
部位または少なくとも前記部位の一部である母材表面に
肉盛溶接して形成される硬質皮膜層を有し、前記硬質皮
膜層は、NiおよびCrを主成分としてCuを添加した
NiCrCu合金であるオーステナイト系ステンレス鋼
のマトリックスと、このマトリックスに分散されるCr
B、TiB、ZrBおよびその他の中から選択されるほ
う化物1種類とのサーメット材料であり、前記サーメッ
ト材料の成分範囲は、重量%で、オーステナイト系ステ
ンレス鋼:80〜95%およびほう化物:5〜20%で
あることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a hydraulic machine having a water turbine runner or an impeller for converting potential energy and kinetic energy of water, a part subjected to impact by running water or at least a part of the part. A hard coating layer formed by overlay welding on the surface, wherein the hard coating layer is composed of a matrix of austenitic stainless steel which is a NiCrCu alloy containing Ni and Cr as main components and Cu added, and dispersed in the matrix; Cr
A cermet material with one type of boride selected from B, TiB, ZrB and others. The component range of the cermet material is 80% to 95% of austenitic stainless steel and 5% of boride by weight%. 20%.

【0020】本発明においては、肉盛溶接により、オー
ステナイト系ステンレス鋼のマトリックスにほう化物ま
たは酸化物系セラミックスを分散させた硬質皮膜層を被
覆した。肉盛溶接材料としては、CrB、TiBおよび
ZrB等のほう化物セラミックスとNiCrCuをマト
リックスとしているが、各ほう化物の添加量は5〜20
wt%が最適である。これは、添加量が5wt%未満で
あるとマトリックス中に溶融分解し効果が現れず、添加
量が20wt%を超えると、Bが分解して肉盛溶接時に
融点を下げ、高温割れの原因となるためである。
In the present invention, a hard coating layer in which a boride or an oxide ceramic is dispersed in a matrix of austenitic stainless steel is coated by overlay welding. As a build-up welding material, boride ceramics such as CrB, TiB and ZrB and NiCrCu are used as a matrix, and the amount of each boride is 5 to 20.
wt% is optimal. This is because if the addition amount is less than 5 wt%, it melts and decomposes in the matrix and has no effect. If the addition amount exceeds 20 wt%, B decomposes and lowers the melting point during overlay welding, causing hot cracking. It is because it becomes.

【0021】また、マトリックス材料として、Ni:C
r量比を約2:1にすることで溶接時の希釈等を抑制す
ることができ、Cuを3wt%以下添加することで耐食
性を著しく向上できる。
As a matrix material, Ni: C
Dilution during welding can be suppressed by setting the ratio of r to about 2: 1. Corrosion resistance can be significantly improved by adding Cu at 3 wt% or less.

【0022】請求項4記載の発明は、請求項2または3
記載の水力機械において、硬質皮膜層が形成される部位
は、水車ランナのクラウンおよびシュラウド、水車羽根
の作用面側および半作用面側の全面、ガイドベーンの指
示部を除く全面またはシートライナの摺動面であること
を特徴とする。
The invention described in claim 4 is the second or third invention.
In the hydraulic machine described above, the hard coating layer is formed on the crown and shroud of the turbine runner, on the working surface side and the half working surface side of the turbine blade, on the entire surface except for the guide vane indicating portion, or on the slide of the sheet liner. It is a moving surface.

【0023】請求項5記載の発明は、請求項2記載の水
力機械において、硬質皮膜層の厚さは、0.3〜3.0
mmであることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the hydraulic machine according to the second aspect, the thickness of the hard coating layer is 0.3 to 3.0.
mm.

【0024】請求項6記載の発明は、請求項5記載の水
力機械において、硬質皮膜層の内側に、ステンレス鋼、
Co基合金またはNi基合金のうちのいずれか1種の材
料により形成される下盛層を有することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the hydraulic machine according to the fifth aspect, stainless steel,
It is characterized by having an underlay layer formed of any one of a Co-based alloy and a Ni-based alloy.

【0025】母材と硬質皮膜層との線膨張係数差が大き
くなる場合には、硬質皮膜層の剥離等が懸念されるた
め、本発明のように、線膨張係数の大きいステンレス鋼
を下盛層として形成して硬質皮膜層の防止を図り、Co
基合金ならびにNi基合金を下盛層として形成すること
で上盛層の硬質皮膜層が耐摩耗性、耐キャビテーション
エロージョン性等で損傷を生じた場合においても、下盛
層として形成させた耐摩耗合金により寿命を延命化でき
る。
When the difference in the coefficient of linear expansion between the base material and the hard coating layer becomes large, there is a concern that the hard coating layer may be peeled off. Therefore, stainless steel having a large linear expansion coefficient is used as in the present invention. Formed as a layer to prevent the hard coating layer,
Even if the hard coating layer of the upper layer is damaged by wear resistance, cavitation erosion resistance, etc. by forming the base alloy and Ni-based alloy as the lower layer, the wear resistance formed as the lower layer The life can be extended by the alloy.

【0026】溶射皮膜を形成するにあたり、80%WC
−20%NiCrCoAlSiBだけで母材との界面に
おける運用中の剥離が懸念される。このため界面剥離と
耐摩耗等を2重に防止するためアンダーコートとしてス
テンレス鋼およびCo基、Ni基耐摩耗合金を各溶射法
毎の最適厚さに施し運用中の熱膨張差を緩和するととも
に、土砂等の衝突による衝撃力をも緩和して、耐久寿命
の向上を図ることができる。
In forming the thermal spray coating, 80% WC
It is feared that -20% NiCrCoAlSiB alone causes peeling during operation at the interface with the base material. For this reason, stainless steel and a Co-based or Ni-based wear-resistant alloy are applied as an undercoat to an optimum thickness for each thermal spraying method in order to prevent interfacial delamination and abrasion resistance, so as to reduce the thermal expansion difference during operation. In addition, the impact force due to the collision of the earth and sand or the like can be reduced, and the durability life can be improved.

【0027】請求項7記載の発明は、請求項3記載の水
力機械において、硬質皮膜層の厚さは、1〜4mmであ
ることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the hydraulic machine according to the third aspect, the thickness of the hard coating layer is 1 to 4 mm.

【0028】請求項8記載の発明は、請求項7記載の水
力機械において、硬質皮膜層の内側に、NiCrCu合
金材料と、ほう化物および酸化物とからなり、前記ほう
化物および酸化物の添加量を5〜40wt%としたオー
ステナイト系ステンレス鋼材料により形成される下盛層
を有することを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the hydraulic machine according to the seventh aspect, the hard coating layer comprises a NiCrCu alloy material, a boride and an oxide, and the amount of the boride and the oxide added. Is characterized by having an underlaying layer formed of an austenitic stainless steel material having a content of 5 to 40 wt%.

【0029】請求項9記載の発明は、請求項6または8
記載の水力機械において、硬質皮膜層のビッカース硬度
は450以上であることを特徴とする。
The ninth aspect of the present invention is the sixth aspect of the present invention.
In the hydraulic machine described above, the Vickers hardness of the hard coating layer is 450 or more.

【0030】請求項10記載の水力機械の製造方法は、
ステンレス鋼、Co基合金またはNi基合金のうちのい
ずれか1種の材料を溶射ガンより母材に溶射して下盛層
を形成する工程と、WC−NiCrCoAlSiB合金
材料を溶射ガンより溶射して硬質皮膜層を形成する工程
と、前記溶射ガンからのガス炎または真空炉により前記
硬質皮膜層の外表面を800℃以上に加熱して局部溶融
し、気孔率を0%とする工程とを有することを特徴とす
る。
[0030] The method for manufacturing a hydraulic machine according to claim 10 is as follows.
A step of spraying any one of stainless steel, a Co-based alloy or a Ni-based alloy onto a base material from a spray gun to form an underlay layer, and spraying a WC-NiCrCoAlSiB alloy material from a spray gun. Forming a hard coating layer, and heating the outer surface of the hard coating layer to 800 ° C. or more by a gas flame from the thermal spray gun or a vacuum furnace to locally melt the hard coating layer to reduce the porosity to 0%. It is characterized by the following.

【0031】本発明においては、硬質皮膜層を形成後、
自溶性を有する硬質皮膜層の外表面のみを封口処理する
ため、800℃以上の温度で加熱する工程を設けた。
In the present invention, after forming the hard coating layer,
In order to seal only the outer surface of the hard coating layer having self-solubility, a step of heating at a temperature of 800 ° C. or more was provided.

【0032】請求項11記載の発明は、請求項10記載
の水力機械の製造方法において、溶射ガンと被溶射物と
の距離を150〜250mmとしたことを特徴とする。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a hydraulic machine according to the tenth aspect, the distance between the spray gun and the object to be sprayed is set to 150 to 250 mm.

【0033】高速ガス炎溶射等においては、溶射ガンと
被溶射物との距離が重要であるが、本発明において、溶
射ガンと被溶射物との距離を150〜250mmと規定
することで、気孔率1%以下とした硬質皮膜層を得るこ
とができる。
In high-speed gas flame spraying and the like, the distance between the spray gun and the object to be sprayed is important. In the present invention, by defining the distance between the spray gun and the object to be sprayed to be 150 to 250 mm, the pores can be reduced. A hard coating layer having a ratio of 1% or less can be obtained.

【0034】請求項12記載の発明は、請求項10記載
の水力機械の製造方法において、ステンレス鋼、Co基
合金またはNi基合金のうちのいずれか1種の材料およ
びWC−NiCrCoAlSiB合金材料のパウダ粒径
を、20〜70μmとしたことを特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a hydraulic machine according to the tenth aspect, a powder of any one of stainless steel, a Co-based alloy or a Ni-based alloy and a WC-NiCrCoAlSiB alloy material is used. The particle size is set to be 20 to 70 μm.

【0035】本発明においては、溶射に使用する粉末の
パウダー粒径を20〜70μmとすることで、溶射時に
溶融し易く、また材料が未溶融粒子として残存するのを
防ぐことができる。
In the present invention, by setting the powder particle size of the powder used for thermal spraying to 20 to 70 μm, the powder can be easily melted at the time of thermal spraying and the material can be prevented from remaining as unmelted particles.

【0036】請求項13記載の発明は、200℃以上7
00℃を超えない範囲の温度により母材を予熱する工程
と、請求項8記載のオーステナイト系ステンレス鋼材料
を前記母材表面に肉盛溶接して下盛層を形成する工程
と、請求項3記載のサーメット材料を肉盛溶接して硬質
皮膜層を形成する工程と、大気放冷以下の温度により硬
質皮膜層を被覆した母材を徐冷する工程とを有すること
を特徴とする。
According to the thirteenth aspect of the present invention, it is preferable that the temperature
9. A step of preheating the base material at a temperature not exceeding 00 ° C., a step of forming the underlay layer by overlay-welding the austenitic stainless steel material according to claim 8 to the surface of the base material. The method further comprises a step of forming a hard coating layer by overlay welding of the cermet material described above, and a step of gradually cooling the base material coated with the hard coating layer at a temperature equal to or lower than the atmospheric cooling.

【0037】肉盛溶接において、硬質皮膜層の被覆前
に、200℃以上、700℃を超えない範囲の温度で予
熱を行うとともに、硬質皮膜層を被覆後、大気温度以下
の冷却速度で徐冷することにより収縮歪みによる変形に
対し、硬質皮膜層および母材の割れ発生速度で徐冷する
ことで収縮歪みによる変形に対し、硬質皮膜層および母
材の割れ発生を防止できる。
In the overlay welding, before the hard coating layer is coated, preheating is performed at a temperature in the range of 200 ° C. or more and not more than 700 ° C., and after the hard coating layer is coated, it is gradually cooled at a cooling rate equal to or lower than the atmospheric temperature. By doing so, it is possible to prevent the hard coating layer and the base material from cracking against the deformation due to the shrinkage strain by slowly cooling at the crack generation rate of the hard coating layer and the base material against the deformation due to the shrinkage strain.

【0038】請求項14記載の発明は、請求項13記載
の水力機械の製造方法において、肉盛溶接方法として、
プラズマ粉体溶接肉盛方法を適用する際、母材に被覆す
る硬質皮膜材料のパウダ粒径を80〜200μmとした
ことを特徴とする。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a hydraulic machine according to the thirteenth aspect, as the overlay welding method,
When the plasma powder welding overlay method is applied, the hard coating material coated on the base material has a powder particle size of 80 to 200 μm.

【0039】本発明においては、プラズマ粉体肉盛溶接
で使用するパウダー粒径を80〜200μmとし、溶融
時にセラミックスパウダーが一部残存するパウダーとし
た。
In the present invention, the powder used in the plasma powder overlay welding has a powder particle size of 80 to 200 μm, and a powder in which ceramic powder partially remains during melting.

【0040】硬質皮膜形成において使用する粉末は、あ
まり細かいと溶融時に気化し、大きいと未溶融粒子とし
て残存することになるが、溶射施工においては未溶融粒
子をできるだけ残存させないようにするために20〜7
0μmに、肉盛溶接では若干の未溶融粒子を残存させ、
比較的大きな土砂等に対する抵抗材として必要なため8
0〜200μmと規定した。
If the powder used for forming the hard coating is too fine, it will vaporize at the time of melting, and if it is too large, it will remain as unmelted particles. ~ 7
0 μm, some unmelted particles remain by overlay welding,
Necessary as a resistance material against relatively large earth and sand etc. 8
It was specified as 0 to 200 μm.

【0041】請求項15記載の発明は、請求項13記載
の水力機械の製造方法により作製された水力機械部品で
あるクラウン、シュラウドおよび水車羽根を溶接して水
車ランナを得ることを特徴とする。
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a water turbine runner obtained by welding a crown, a shroud, and a water turbine blade, which are hydraulic machine parts manufactured by the method for manufacturing a hydraulic machine according to the thirteenth aspect.

【0042】以前、フランシス水車ランナは一体鋳込に
て製造していたが、近年では、本発明のように、溶接構
成により製作することが多い。
In the past, the Francis turbine runner was manufactured by integral casting, but in recent years, it is often manufactured by welding as in the present invention.

【0043】本発明によれば、表面改質を施工後、クラ
ウンとシュラウドならびに羽根を溶接して水車ランナを
作製したものである。このように表面改質を施した水力
機械部品を適用することで、流水中の土砂に含有される
珪砂が水車ランナ表面の硬質皮膜層に衝突して、研摩作
用および研削作用による土砂摩耗に対し、耐摩耗性を大
幅に向上することができ、これによりランナまたはイン
ペラをはじめとする水力機械の寿命を伸ばすことができ
る。
According to the present invention, after the surface modification, the crown, shroud, and blade are welded to produce a water turbine runner. By applying the hydro-mechanical parts with surface modification in this way, the quartz sand contained in the sediment in the running water collides with the hard coating layer on the surface of the turbine runner, preventing the sand from abrading and grinding. The wear resistance can be greatly improved, and the life of a hydraulic machine such as a runner or an impeller can be extended.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図1〜図8および表1、表2を参照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 8 and Tables 1 and 2.

【0045】図1は、本発明のフランシス水車ランナの
構造を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the Francis turbine runner of the present invention.

【0046】図1に示すように、フランシス水車ランナ
1は、クラウン2とシュラウド3との間に複数の羽根4
が設けられ、図示しないランナコーン、ガイドベーン、
ステーベーン、ランナライナおよびシートライナで構成
されており、ステーベーンを通った土砂を含む流水はガ
イドベーンから羽根4に流れ、ランナ羽根4に回転エネ
ルギーを与えて下方に落下する。
As shown in FIG. 1, a Francis turbine runner 1 has a plurality of blades 4 between a crown 2 and a shroud 3.
Are provided, runner cones, guide vanes, not shown,
It is composed of a stay vane, a runner liner, and a sheet liner, and running water containing earth and sand that has passed through the stay vanes flows from the guide vanes to the blades 4, applies rotational energy to the runner blades 4, and falls downward.

【0047】本実施形態において、フランシス羽根4を
構成する母材として、13%Cr−4Ni鋼を用い、こ
の母材上、具体的には、図1に示すクラウン2、シュラ
ウド3、ランナ羽根4の表面全体または一部に、溶射法
またはプラズマ粉体肉盛溶接法を用いて硬質皮膜を被覆
した。第1実施形態は、溶射法により硬質皮膜層を形成
し、第2実施形態は、プラズマ粉体肉盛溶接法により硬
質皮膜層を形成した。
In this embodiment, 13% Cr-4Ni steel is used as a base material constituting the Francis blade 4, and on this base material, specifically, the crown 2, the shroud 3, and the runner blade 4 shown in FIG. A hard coating was coated on the entire surface or a part of the sample by a thermal spraying method or a plasma powder overlay welding method. In the first embodiment, the hard coating layer was formed by a thermal spraying method, and in the second embodiment, the hard coating layer was formed by a plasma powder overlay welding method.

【0048】第1実施形態(図2〜図5;表1) 本実施形態においては、溶射法を用いて、13%Cr−
4Ni鋼からなる母材に硬質皮膜層を形成してフランシ
ス水車ランナ1を作製した。このフランシス水車ランナ
1の作製手順を図2に示す。
First Embodiment (FIGS. 2 to 5; Table 1) In this embodiment, a 13% Cr-
A hard coat layer was formed on a base material made of 4Ni steel to produce a Francis turbine runner 1. FIG. 2 shows a procedure for producing the Francis turbine runner 1.

【0049】また、図3は、フランシス水車ランナ1の
縦断面を示す図であり、図4は、フランシス水車ランナ
1の羽根4表面を示す図である。
FIG. 3 is a view showing a longitudinal section of the Francis turbine runner 1, and FIG. 4 is a view showing the surface of the blades 4 of the Francis turbine runner 1.

【0050】フランシス水車ランナ1の作製手順は、図
2に示すように、まず、羽根加工、クラウン加工および
シュラウド加工を行った。そして、図3に示すクラウン
2を下側にシュラウド3を上側に図示しない冶具により
支持した状態でクラウン2とシュラウド3との間に複数
の羽根4を所定間隔に配置した。羽根4の両端とクラウ
ン2およびシュラウド3との間を溶接により一体に連結
し、図1に示すフランシス水車ランナ1を成形した。
As shown in FIG. 2, the procedure for manufacturing the Francis turbine runner 1 was as follows: first, blade processing, crown processing, and shroud processing were performed. Then, a plurality of blades 4 were arranged at predetermined intervals between the crown 2 and the shroud 3 while the crown 2 shown in FIG. 3 was supported on the lower side and the shroud 3 was supported on the upper side by a jig (not shown). The ends of the blade 4 and the crown 2 and the shroud 3 were integrally connected by welding to form a Francis turbine runner 1 shown in FIG.

【0051】その後、図3および図4に示すように、例
えば、水流が入出する羽根4の羽根入口端、すなわち、
土砂粒子の衝突により土砂摩耗が発生する部位に、溶射
法により、80%WC−20%NiCrCoAlSiB
の硬質皮膜層5を形成して、高硬度フランシス水車ラン
ナ1を完成させた。
Thereafter, as shown in FIGS. 3 and 4, for example, the blade inlet end of the blade 4 into which the water flows in and out, that is,
80% WC-20% NiCrCoAlSiB by spraying method at the site where earth and sand wear occurs due to the collision of earth and sand particles
Was formed to complete the high-hardness Francis turbine runner 1.

【0052】図5は、硬質皮膜層5が形成された図4の
一部断面を示す図である。
FIG. 5 is a view showing a partial cross section of FIG. 4 on which the hard coating layer 5 is formed.

【0053】図5に示すように、硬質皮膜層5は母材6
上に形成され、この硬質皮膜層5の厚さは、約0.3m
m〜3mmである。なお、溶射における皮膜厚さとして
は各溶射法において、粒子間結合力、気孔率、母材との
密着強度において最も優れた特性が得られる厚さとし、
大気圧溶射では0.3mm、高速ガス炎溶射では1.0
mm、高圧・高速ガス炎溶射で3mmとすると良い。
As shown in FIG. 5, the hard coating layer 5
The thickness of the hard coating layer 5 is about 0.3 m.
m to 3 mm. In addition, as the coating thickness in the thermal spraying, in each thermal spraying method, the bond strength between particles, porosity, the thickness to obtain the most excellent properties in the adhesion strength with the base material,
0.3 mm for atmospheric pressure spraying, 1.0 mm for high-speed gas flame spraying
mm, and 3 mm for high-pressure, high-speed gas flame spraying.

【0054】上述した溶射法では、80%WC−20%
NiCrCoAlSiBの硬質皮膜5を適用したが、以
下において、WCとNiCrCoAlSiBとの混合比
を変化させて硬質皮膜層を溶射により形成した場合につ
いて調査した。具体的には、表1に示すように、WCと
NiCrCoAlSiBとの混合比は、試料No.1
は、NiCrCoAlSiB:40%およびWC:60
%、試料No.2は、NiCrCoAlSiB:20%
およびWC:80%であり、本発明の範囲内とした。ま
た、試料No.3は、NiCrCoAlSiB:5%お
よびWC:95%とした。
In the above-described thermal spraying method, 80% WC-20%
Although the hard coating 5 of NiCrCoAlSiB was applied, a case where the hard coating layer was formed by thermal spraying while changing the mixing ratio of WC and NiCrCoAlSiB was examined below. Specifically, as shown in Table 1, the mixing ratio of WC and NiCrCoAlSiB was determined according to Sample No. 1
Is NiCrCoAlSiB: 40% and WC: 60
%, Sample No. 2 is NiCrCoAlSiB: 20%
And WC: 80%, which were within the range of the present invention. In addition, the sample No. In No. 3, NiCrCoAlSiB: 5% and WC: 95%.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】この試料No.1から試料No.3までの
成分を変化させて得られた溶射皮膜断面の硬度(Hv)
および気孔率(%)についての測定を行い、その結果を
同様に表1に示した。表1に示すように、NiCrCo
AlSiB:10〜35%およびWC:65〜90%の
範囲の試料No.1の場合には、ビッカース硬度が98
6Hvと高く、気孔率が0.20%であった。また、溶
射試験材は180°曲げ試験においても剥離等の発生も
なく十分な延性および勒性を示した。一方、本発明の範
囲外である試料No.1は、十分な硬度を得られず、試
料No.3は、硬度が1058Hvと十分な硬度を得ら
れたものの、延性および靭性が著しく低下した。
This sample No. 1 to sample no. Hardness (Hv) of thermal spray coating cross section obtained by changing components up to 3
And porosity (%) were measured, and the results are also shown in Table 1. As shown in Table 1, NiCrCo
AlSiB: 10 to 35% and WC: 65 to 90%. In the case of 1, the Vickers hardness is 98
It was as high as 6 Hv, and the porosity was 0.20%. In addition, the thermal spray test material showed sufficient ductility and brittleness without peeling or the like even in a 180 ° bending test. On the other hand, sample Nos. In sample No. 1, a sufficient hardness was not obtained, and In No. 3, although the hardness was 1058 Hv, which was sufficient, the ductility and toughness were significantly reduced.

【0057】本実施形態によれば、硬質皮膜層5の成分
であるWCとNiCrCoAlSiBとの混合比を本発
明の範囲内とすることで、優れた耐摩耗性および耐キャ
ビテーションエロージョン性を得ることができる。
According to this embodiment, by setting the mixing ratio of WC and NiCrCoAlSiB, which are components of the hard coating layer 5, within the range of the present invention, it is possible to obtain excellent wear resistance and cavitation erosion resistance. it can.

【0058】なお、本実施形態においては、WCとNi
CrCoAlSiB合金とのサーメット材料からなる硬
質皮膜層5を、フランシス水車ランナ1の土砂粒子の衝
突によって土砂摩耗の発生が予想される部位を中心に被
覆しているが、このような特定の部位に被覆した場合だ
けでなく、全面に施した場合においても同様の効果を得
ることができる。
In this embodiment, WC and Ni are used.
The hard coating layer 5 made of a cermet material with a CrCoAlSiB alloy is coated mainly on a portion where the occurrence of sand and sand is expected to occur due to the collision of the sand particles of the Francis turbine runner 1, but such a specific portion is coated. The same effect can be obtained not only in the case where it is performed but also in the case where it is applied to the entire surface.

【0059】第2実施形態(図6;表2) 本実施形態においては、プラズマ粉体肉盛溶接法を用い
て、13%Cr−4Ni鋼からなる母材に硬質皮膜層を
形成した。
Second Embodiment (FIG. 6; Table 2) In this embodiment, a hard coating layer was formed on a base material made of 13% Cr-4Ni steel by using a plasma powder overlay welding method.

【0060】図6は、肉盛溶接における製造方法を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing a manufacturing method in overlay welding.

【0061】図6に示すように、まず、羽根加工、クラ
ウン加工およびシュラウド加工を行い、予熱を施した。
クラウン2、シュラウド3、羽根4の各部位にプラズマ
粉体肉盛溶接等により15%CrB−85%NiCrC
合金等の硬質皮膜層5を母材に被覆した。また、土砂粒
子の衝突により土砂摩耗が発生する部位に予め硬質皮膜
層5を被覆形成すると良い。硬質皮膜層被覆後、所定温
度で応力除去焼鈍を行い残留応力を除去した。そして、
図3に示すクラウン2を下側にシュラウド3を上側に図
示しない冶具により支持した状態でクラウン2とシュラ
ウド3との間に複数の羽根4を所定間隔に配置した。そ
の後、羽根4の両端とクラウン2およびシュラウド3と
の間を溶接により一体に連結し、図1に示すフランシス
水車ランナ1を成形した。成形後、応力除去焼鈍を行い
残留応力を除去し、高硬度フランシス水車ランナを完成
させた。
As shown in FIG. 6, first, blade processing, crown processing and shroud processing were performed, and preheating was performed.
15% CrB-85% NiCrC on each part of crown 2, shroud 3, blade 4 by plasma powder overlay welding
The base material was coated with a hard coating layer 5 such as an alloy. Further, it is preferable that a hard coating layer 5 is previously formed on a portion where earth and sand wear occurs due to the collision of earth and sand particles. After coating the hard coating layer, a stress relief annealing was performed at a predetermined temperature to remove residual stress. And
A plurality of blades 4 were arranged at predetermined intervals between the crown 2 and the shroud 3 in a state where the crown 2 shown in FIG. 3 was supported on the lower side and the shroud 3 was supported on the upper side by a jig (not shown). Thereafter, both ends of the blade 4 and the crown 2 and the shroud 3 were integrally connected by welding to form a Francis turbine runner 1 shown in FIG. After forming, stress relief annealing was performed to remove residual stress, and a high-hardness Francis turbine runner was completed.

【0062】硬質皮膜層5は母材6上に形成され、肉盛
溶接法を適用した場合には、硬質皮膜層5の厚さを1m
m〜4mmとした。なお、肉盛溶接では1パスあたりの
肉盛量として得られる厚さであり、1mm以下であると
母材6への希釈量が大きく所定の特性が得られない。ま
た、厚さが4mm以上ではクラックの発生が多くなるた
め本厚さに規定した。
The hard coating layer 5 is formed on the base material 6, and when the build-up welding method is applied, the thickness of the hard coating layer 5 is 1 m.
m to 4 mm. In the overlay welding, the thickness is obtained as an overlay amount per pass. When the thickness is 1 mm or less, the amount of dilution into the base material 6 is large, and predetermined characteristics cannot be obtained. When the thickness is 4 mm or more, the number of cracks increases.

【0063】次に、プラズマ粉体肉盛溶接により溶接す
る硬質皮膜層5の成分を表2に示すように試料No.4
から試料No.7まで変化させた。
Next, the components of the hard coating layer 5 to be welded by the plasma powder overlay welding are shown in Table 2 as sample No. 4
From Sample No. It was changed to 7.

【0064】[0064]

【表2】 [Table 2]

【0065】表2に示すように、試料No.4は、Cr
B:5%およびNiCrCu:95%、試料No.5
は、CrB:10%およびNiCrCu:90%、試料
No.6は、CrB:20%およびNiCrCu:80
%であり、いずれも本発明の範囲内にある。試料No.
7は、本発明の範囲外のCrB:30%およびNiCr
Cu:70%である。
As shown in Table 2, the sample No. 4 is Cr
B: 5% and NiCrCu: 95%; 5
Is CrB: 10% and NiCrCu: 90%; 6 is CrB: 20% and NiCrCu: 80
%, Which are all within the scope of the present invention. Sample No.
7 is CrB: 30% and NiCr outside the scope of the present invention.
Cu: 70%.

【0066】この試料No.4から試料No.7までの
成分を変化させて得られた溶射皮膜断面の硬度(Hv)
の測定を行い、その結果を同様に表2に示した。
This sample No. 4 to sample no. The hardness (Hv) of the cross section of the sprayed coating obtained by changing the components up to 7.
Was measured, and the results are similarly shown in Table 2.

【0067】表2に示すように、いずれもビッカース硬
さが380Hv以上を示しており、優れた硬度が得られ
たが、試料No.7は割れが発生した。一方、試料N
o.4から試料No.6までの肉盛溶接材はクラック等
の発生がなく、添加したセラミックスもマトリックス中
に放射状に再析出した。
As shown in Table 2, the Vickers hardness was 380 Hv or more, and excellent hardness was obtained. No. 7 cracked. On the other hand, sample N
o. 4 to sample no. The build-up welding materials up to 6 did not have cracks and the like, and the added ceramics were re-precipitated radially in the matrix.

【0068】本実施形態によれば、肉盛溶接材料の本発
明の成分組成範囲とすることで、耐摩耗性および耐キャ
ビテーションエロージョン性を同時に向上させて長寿命
化を図った水力機械を得られる。
According to the present embodiment, by setting the component composition range of the overlay welding material according to the present invention, it is possible to obtain a hydraulic machine that simultaneously improves wear resistance and cavitation erosion resistance and achieves a longer life. .

【0069】従って、溶射法および溶接法により被覆す
る成分を変化させて硬質皮膜層5を形成することで、流
水中の土砂に含有される珪砂がフランシス水車ランナ1
表面の硬質皮膜層5に衝突して、研摩作用および研削作
用による土砂摩耗に対し、耐摩耗性を大幅に向上するこ
とができ、これによりランナまたはインペラなどの水力
機械の寿命を伸ばすことができる。
Accordingly, by forming the hard coating layer 5 by changing the components to be coated by the thermal spraying method and the welding method, the silica sand contained in the earth and sand in the running water is reduced to the Francis turbine runner 1.
Abrasion resistance against landslides caused by the grinding action and the grinding action by colliding with the hard coating layer 5 on the surface can be greatly improved, thereby extending the life of a hydraulic machine such as a runner or an impeller. .

【0070】なお、本実施形態においては、フランシス
水車について説明したが、本発明は他の水力機械のラン
ナ、例えばペルトン水車、可変翼水車、ポンプインペラ
についても適用できる。また、図7の模式図に示す水力
機械のガイドバーン、あるいは、図8の模式図に示す水
力機械のシートライナについても適用できる。
Although the embodiment has been described with reference to the Francis turbine, the present invention is also applicable to runners of other hydraulic machines, such as Pelton turbines, variable blade turbines, and pump impellers. Further, the present invention can be applied to a guide burn of a hydraulic machine shown in the schematic diagram of FIG. 7 or a seat liner of a hydraulic machine shown in a schematic diagram of FIG.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上で説明したように、本発明における
水力機械の製造方法により製造されたランナまたはイン
ペラなどの水力機械は、流体中の土砂等の固形物を含む
条件下で使用される場合においても、耐摩耗性、耐キャ
ビテーションエロージョン性および耐食性に優れ、摩
耗、損傷に伴う形状変化に起因する性能劣化がないこと
から、水力機械の寿命を著しく向上できる。
As described above, a hydraulic machine such as a runner or an impeller manufactured by the method for manufacturing a hydraulic machine according to the present invention may be used under conditions including solids such as earth and sand in a fluid. In this case, the life of the hydraulic machine can be remarkably improved because of excellent abrasion resistance, cavitation erosion resistance and corrosion resistance, and no performance deterioration due to a change in shape due to abrasion or damage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態における、フランシス水車ラ
ンナの構造を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a Francis turbine runner in an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態における、フランシス水車ラ
ンナの製造工程を示す図。
FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of the Francis turbine runner in the embodiment of the present invention.

【図3】図1における、フランシス水車ランナの縦断面
を示す図。
FIG. 3 is a view showing a longitudinal section of the Francis turbine runner in FIG. 1;

【図4】図1および図3における、フランシス水車ラン
ナの羽根に硬質皮膜層を形成した一例を示す概略図。
FIG. 4 is a schematic view showing an example in which a hard coating layer is formed on blades of a Francis turbine runner in FIGS. 1 and 3.

【図5】図4における、フランシス水車ランナの羽根の
一部断面図。
FIG. 5 is a partial sectional view of a blade of the Francis turbine runner in FIG. 4;

【図6】本発明の実施形態における、フランシス水車ラ
ンナの製造工程を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a manufacturing process of the Francis turbine runner in the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態における、硬質皮膜層を形成
した水車構成機械部材を模式的に示す図。
FIG. 7 is a view schematically showing a mechanical member constituting a water turbine having a hard coating layer according to the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態における、硬質皮膜層を形成
した水車構成機械部材を模式的に示す図。
FIG. 8 is a view schematically showing a mechanical member constituting a water wheel having a hard coating layer according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 フランシス水車ランナ 2 クラウン 3 シュラウド 4 羽根 5 硬質皮膜層 6 母材 7 ガイドベーン 8 シートライナ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Francis turbine runner 2 Crown 3 Shroud 4 Blade 5 Hard coating layer 6 Base material 7 Guide vane 8 Seat liner

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水の位置エネルギと運動エネルギとの変
換を行う水車ランナまたはインペラを備える水力機械に
おいて、流水による衝撃を受ける部位または少なくとも
前記部位の一部である母材表面に溶射して形成される硬
質皮膜層を有し、前記硬質皮膜層は、NiおよびCrを
主成分としてCo、Al、SiおよびBを添加したNi
CrCoAlSiB合金であるステンレス鋼のマトリッ
クスと、このマトリックスに分散される炭化物としての
WCとのサーメット材料であり、前記サーメット材料の
成分範囲は、重量%で、NiCrCoAlSiB:10
〜35%およびWC:65〜90%であることを特徴と
する水力機械。
1. A hydraulic machine having a water turbine runner or an impeller for converting a potential energy and a kinetic energy of water by spraying on a portion which is impacted by flowing water or at least a base material surface which is a part of the portion. A hard coating layer, wherein the hard coating layer is composed of Ni and Cr as main components, and Ni added with Co, Al, Si and B.
A cermet material of a matrix of stainless steel, which is a CrCoAlSiB alloy, and WC as a carbide dispersed in the matrix, wherein the component range of the cermet material is NiCrCoAlSiB: 10% by weight.
-35% and WC: 65-90%.
【請求項2】 請求項1記載の水力機械において、硬質
皮膜層の気孔率は、1%以下であることを特徴とする水
力機械。
2. The hydraulic machine according to claim 1, wherein the porosity of the hard coating layer is 1% or less.
【請求項3】 水の位置エネルギと運動エネルギとの変
換を行う水車ランナまたはインペラを備える水力機械に
おいて、流水による衝撃を受ける部位または少なくとも
前記部位の一部である母材表面に肉盛溶接して形成され
る硬質皮膜層を有し、前記硬質皮膜層は、NiおよびC
rを主成分としてCuを添加したNiCrCu合金であ
るオーステナイト系ステンレス鋼のマトリックスと、こ
のマトリックスに分散されるCrB、TiB、ZrBお
よびその他の中から選択されるほう化物1種類とのサー
メット材料であり、前記サーメット材料の成分範囲は、
重量%で、オーステナイト系ステンレス鋼:80〜95
%およびほう化物:5〜20%であることを特徴とする
水力機械。
3. A hydraulic machine having a water turbine runner or an impeller for converting potential energy and kinetic energy of water, wherein a build-up welding is performed on a portion which is impacted by flowing water or a base material surface which is at least a part of the portion. Having a hard coating layer formed by Ni and C
a matrix of austenitic stainless steel, which is a NiCrCu alloy to which Cu is added as a main component of r, and a cermet material of one kind of boride selected from CrB, TiB, ZrB and others dispersed in the matrix, The component range of the cermet material is:
Austenitic stainless steel: 80-95% by weight
% And boride: 5 to 20%.
【請求項4】 請求項2または3記載の水力機械におい
て、硬質皮膜層が形成される部位は、水車ランナのクラ
ウンおよびシュラウド、水車羽根の作用面側および半作
用面側の全面、ガイドベーンの指示部を除く全面または
シートライナの摺動面であることを特徴とする水力機
械。
4. The hydraulic machine according to claim 2, wherein the hard coating layer is formed on the crown and shroud of the turbine runner, on the entire working surface side and the half working surface side of the turbine wheel, and on the guide vane. A hydraulic machine characterized by being the entire surface excluding the indicator or the sliding surface of the sheet liner.
【請求項5】 請求項2記載の水力機械において、硬質
皮膜層の厚さは、0.3〜3.0mmであることを特徴
とする水力機械。
5. The hydraulic machine according to claim 2, wherein the thickness of the hard coating layer is 0.3 to 3.0 mm.
【請求項6】 請求項5記載の水力機械において、硬質
皮膜層の内側に、ステンレス鋼、Co基合金またはNi
基合金のうちのいずれか1種の材料により形成される下
盛層を有することを特徴とする水力機械。
6. The hydraulic machine according to claim 5, wherein a stainless steel, a Co-based alloy, or a Ni
A hydraulic machine comprising a base layer formed of any one of the base alloys.
【請求項7】 請求項3記載の水力機械において、硬質
皮膜層の厚さは、1〜4mmであることを特徴とする水
力機械。
7. The hydraulic machine according to claim 3, wherein the thickness of the hard coating layer is 1 to 4 mm.
【請求項8】 請求項7記載の水力機械において、硬質
皮膜層の内側に、NiCrCu合金材料と、ほう化物お
よび酸化物とからなり、前記ほう化物および酸化物の添
加量を5〜40wt%としたオーステナイト系ステンレ
ス鋼材料により形成される下盛層を有することを特徴と
する水力機械。
8. The hydraulic machine according to claim 7, comprising a NiCrCu alloy material, a boride and an oxide inside the hard coating layer, wherein the amount of the boride and the oxide is 5 to 40 wt%. A hydraulic machine having an underlay layer formed of an austenitic stainless steel material.
【請求項9】 請求項6または8記載の水力機械におい
て、硬質皮膜層のビッカース硬度は450以上であるこ
とを特徴とする水力機械。
9. The hydraulic machine according to claim 6, wherein the Vickers hardness of the hard coating layer is 450 or more.
【請求項10】 ステンレス鋼、Co基合金またはNi
基合金のうちのいずれか1種の材料を溶射ガンより母材
に溶射して下盛層を形成する工程と、WC−NiCrC
oAlSiB合金材料を溶射ガンより溶射して硬質皮膜
層を形成する工程と、前記溶射ガンからのガス炎または
真空炉により前記硬質皮膜層の外表面を800℃以上に
加熱して局部溶融し、気孔率を0%とする工程とを有す
ることを特徴とする水力機械の製造方法。
10. Stainless steel, Co-based alloy or Ni
A step of spraying any one of the base alloys onto a base material from a spray gun to form an underlay layer, and WC-NiCrC
oAlSiB alloy material is sprayed from a thermal spray gun to form a hard coating layer, and the outer surface of the hard coating layer is locally melted by heating the outer surface of the hard coating layer to 800 ° C. or more by a gas flame or a vacuum furnace from the spray gun. Setting the rate to 0%.
【請求項11】 請求項10記載の水力機械の製造方法
において、溶射ガンと被溶射物との距離を150〜25
0mmとしたことを特徴とする水力機械の製造方法。
11. The method for manufacturing a hydraulic machine according to claim 10, wherein the distance between the spray gun and the object to be sprayed is 150 to 25.
A method for manufacturing a hydraulic machine, characterized in that the thickness is 0 mm.
【請求項12】 請求項10記載の水力機械の製造方法
において、ステンレス鋼、Co基合金またはNi基合金
のうちのいずれか1種の材料およびWC−NiCrCo
AlSiB合金材料のパウダ粒径を、20〜70μmと
したことを特徴とする水力機械の製造方法。
12. The method for manufacturing a hydraulic machine according to claim 10, wherein one of stainless steel, a Co-based alloy or a Ni-based alloy, and WC-NiCrCo
A method for manufacturing a hydraulic machine, wherein a powder particle diameter of an AlSiB alloy material is set to 20 to 70 μm.
【請求項13】 200℃以上700℃を超えない範囲
の温度により母材を予熱する工程と、請求項8記載のオ
ーステナイト系ステンレス鋼材料を前記母材表面に肉盛
溶接して下盛層を形成する工程と、請求項3記載のサー
メット材料を肉盛溶接して硬質皮膜層を形成する工程
と、大気放冷以下の温度により硬質皮膜層を被覆した母
材を徐冷する工程とを有することを特徴とする水力機械
の製造方法。
13. A step of preheating a base material at a temperature in the range of 200 ° C. or more and not more than 700 ° C., and overlay welding the austenitic stainless steel material according to claim 8 to the surface of the base material to form an underlay layer. Forming, forming a hard coating layer by overlay welding the cermet material according to claim 3, and gradually cooling the base material coated with the hard coating layer at a temperature equal to or lower than the ambient temperature. A method of manufacturing a hydraulic machine.
【請求項14】 請求項13記載の水力機械の製造方法
において、肉盛溶接方法として、プラズマ粉体溶接肉盛
方法を適用する際、母材に被覆する硬質皮膜材料のパウ
ダ粒径を80〜200μmとしたことを特徴とする水力
機械の製造方法。
14. The method for manufacturing a hydraulic machine according to claim 13, wherein when the plasma powder welding overlaying method is applied as the overlay welding method, the powder particle size of the hard coating material coated on the base material is 80 to 80. A method for manufacturing a hydraulic machine, wherein the thickness is 200 μm.
【請求項15】 請求項13記載の水力機械の製造方法
により作製された水力機械部品であるクラウン、シュラ
ウドおよび水車羽根を溶接して水車ランナを得ることを
特徴とする水力機械の製造方法。
15. A method for manufacturing a hydraulic machine, wherein a crown, a shroud, and a turbine blade, which are hydraulic machine parts manufactured by the method for manufacturing a hydraulic machine according to claim 13, are welded to obtain a turbine runner.
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