JP2012517351A - Nickel base cast part with compensator and method for manufacturing the nickel base cast part - Google Patents

Nickel base cast part with compensator and method for manufacturing the nickel base cast part Download PDF

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Abstract

ニッケル基鋳造部品は補償体（３、４、５）を有しており、前記補償体は前記鋳造部品（１）に流し込まれることによって、前記ニッケル基材料（１）内に形成された空洞（２）を充填する。前記補償体（３、４、５）は、自身を包囲する前記ニッケル基材料によって圧縮されているので、鋳造による前記ニッケル基鋳造部品の製造に際して、前記鋳造部品（１）の冷却後、前記補償体（３、４、５）は、自身を包囲する前記ニッケル基材料の収縮を受け、それによって、前記収縮に起因する前記ニッケル基材料における亀裂の形成が防止されている。  The nickel-base cast part has a compensator (3, 4, 5), and the compensator is poured into the cast part (1), thereby forming a cavity (in the nickel-base material (1)). 2) is filled. Since the compensator (3, 4, 5) is compressed by the nickel base material surrounding the compensator (3, 4, 5), in the manufacture of the nickel base cast part by casting, the compensation after the casting part (1) is cooled. The body (3, 4, 5) is subjected to shrinkage of the nickel base material surrounding it, thereby preventing the formation of cracks in the nickel base material due to the shrinkage.

Description

本発明は、ニッケル基鋳造部品およびニッケル基鋳造部品を製造するための方法に関する。当該ニッケル基鋳造部品は、特に蒸気タービンハウジングである。   The present invention relates to nickel-base cast parts and methods for manufacturing nickel-base cast parts. The nickel-base cast part is in particular a steam turbine housing.

蒸気タービンは、例えば蒸気発電所において、６２０℃までの生蒸気温度、かつ１０００ＭＷまでの軸出力で使用される。蒸気発電所の効率を上昇させるためには、極力高い生蒸気温度を選択するように努める必要があり、７２０℃までの生蒸気温度が目標とされる。特に、蒸気タービンのハウジングの領域は生蒸気に接触するので、強度の理由から、ニッケル基の材料を用いることが必要である。これに該当するのは、特に高圧内側ハウジング、中圧内側ハウジング、および蒸気タービンの弁である。さらに、出力領域が１０００ＭＷまでの蒸気タービンの構成要素は重量が大きいので、製造および操作できる限界を少なくとも部分的に超えてしまう可能性がある。蒸気タービンの構成要素にニッケル基合金を使用すると、製造費用が高くなり、当該構成要素の製造に要する時間も長い。さらに、例えばフライス加工、ブローチ削り、または穿孔などの、構成要素の機械加工は、材料がニッケル基合金から構成されているので、複雑かつ費用を要する。   Steam turbines are used, for example, in steam power plants with live steam temperatures up to 620 ° C. and axial power up to 1000 MW. In order to increase the efficiency of the steam power plant, it is necessary to make efforts to select as high a live steam temperature as possible, and a live steam temperature up to 720 ° C. is targeted. In particular, since the area of the steam turbine housing is in contact with live steam, it is necessary to use a nickel-based material for strength reasons. This applies in particular to high pressure inner housings, medium pressure inner housings and steam turbine valves. In addition, steam turbine components with power ranges up to 1000 MW are heavy and can at least partially exceed the limits of manufacturing and operation. The use of a nickel-base alloy as a steam turbine component increases the manufacturing cost and the time required to manufacture the component. Furthermore, component machining, such as milling, broaching or drilling, is complex and expensive because the material is composed of a nickel-based alloy.

本発明の課題は、ニッケル基鋳造部品を製造することにある。当該ニッケル基鋳造部品は、当該ニッケル基鋳造部品を製造するための適切な方法によって、より容易に製造可能である。   The object of the present invention is to produce nickel-base cast parts. The nickel base cast part can be more easily manufactured by a suitable method for manufacturing the nickel base cast part.

本発明に係るニッケル基鋳造部品は、補償体を有している。当該補償体は、鋳造部品内に流し込まれており、それによって、ニッケル基材料内に形成された空洞を充填する。当該補償体は、自身を包囲するニッケル基材料によって圧縮されており、当該補償体は、鋳造によるニッケル基鋳造部品の製造の際、当該鋳造部品の冷却後、自身を包囲するニッケル基材料の収縮を受けている。その結果、収縮によって誘発されるニッケル基材料における亀裂の形成が防止されている。   The nickel-base cast component according to the present invention has a compensator. The compensator is poured into the cast part, thereby filling the cavities formed in the nickel-based material. The compensator is compressed by a nickel-based material surrounding itself, and the compensator is contracted by the nickel-based material surrounding itself after cooling the cast part during the production of the nickel-based cast part by casting. Is receiving. As a result, crack formation in the nickel-based material induced by shrinkage is prevented.

好ましくは、当該補償体は、収縮の前は中空体であり、収縮の後は潰れて破壊されるように形成されている。さらに好ましくは、当該補償体は中実体として形成されており、その材料は、鋳造前は少なくとも高い多孔性を有しているので、収縮によって中実体の材料内の孔が押しつぶされる。好ましくは、補償体の材料はセラミックである。   Preferably, the compensator is a hollow body before contraction and is formed to be crushed and destroyed after contraction. More preferably, the compensator is formed as a solid, and the material has at least a high porosity prior to casting, so that shrinkage causes the pores in the solid material to be crushed. Preferably, the compensator material is ceramic.

別の選択肢として、好ましくは補償体が中空体として形成されており、当該中空体は分割線によってスリットが設けられており、当該中空体は収縮の後、当該分割線で部分的に重なり合う。さらに別の選択肢として、好ましくは補償体が中空体として形成されており、当該中空体は少なくとも２つのシェル要素によって構成されており、当該シェル要素は収縮の後、その縁が部分的に重なり合うように接している。さらに別の選択肢として、好ましくは補償体が格子構造を有するように形成されており、当該格子構造は、閉じられている補償体の外側表面を画定する。このとき、好ましくは補償体の材料は鋼である。   As another option, preferably the compensator is formed as a hollow body, the hollow body is provided with a slit by a parting line, and the hollow body partially overlaps with the parting line after contraction. As a further alternative, the compensator is preferably formed as a hollow body, the hollow body being constituted by at least two shell elements, the shell elements having their edges partially overlapping after contraction Is in contact with As yet another option, the compensator is preferably formed to have a grating structure, which defines the outer surface of the compensator that is closed. At this time, the material of the compensator is preferably steel.

さらに好ましくは、補償体は分離層で覆われている。当該分離層によって、当該補償体が、自身を包囲するニッケル基材料に結合することが防止される。好ましくは、ニッケル基材料は固溶体硬化型合金を有する。   More preferably, the compensator is covered with a separation layer. The separation layer prevents the compensator from binding to the surrounding nickel-based material. Preferably, the nickel-based material has a solid solution hardened alloy.

好ましくは、ニッケル基鋳造部品は蒸気タービンハウジングである。このとき、好ましくは当該空洞は当該ニッケル基鋳造部品内に設けられた溝および／または当該ニッケル基鋳造部品内に設けられたアンダーカットである。   Preferably, the nickel base cast part is a steam turbine housing. In this case, preferably, the cavity is a groove provided in the nickel base cast part and / or an undercut provided in the nickel base cast part.

ニッケル基鋳造部品を製造するための本発明に係る方法は、請求項１３または１４に記載のステップを有している。好ましくは、当該補償体は、ニッケル基鋳造部品の最終加工を行う際に、当該ニッケル基鋳造部品から除去される。   The method according to the invention for producing a nickel-base cast part has the steps according to claim 13 or 14. Preferably, the compensator is removed from the nickel base cast part when final processing of the nickel base cast part is performed.

ニッケル基鋳造部品に補償体が流し込まれ、その結果、当該補償体によって空洞が画定される。当該補償体は、ニッケル基材料が凝固する際の収縮プロセスによって変形または破壊され、それによって容易に除去され得る。収縮プロセスにおいて、ニッケル基鋳造部品に亀裂が形成されることが防止される。本発明によると、当該補償体の構造を意図的に弱化させることによって、当該補償体にニッケル基材料のような比較的大きな延性が与えられている。補償体と共に空洞がニッケル基鋳造部品内に形成されることによって、有利には、ニッケル基鋳造部品に関する溶解重量が減少する。さらに、ニッケル基鋳造部品によって、完全成形品の加工を通じては実現不可能であろう複雑な構造上の仕上げが実現可能になる。固溶体硬化型合金は、ニッケル基鋳造部品を後から比較的高温において加工した場合に、臨界半径、空洞、または移行部に、構造または沈降に起因する応力が生じないという利点を有する。それによって、ニッケル基鋳造部品内に亀裂が形成されることが防止される。   A compensator is poured into the nickel-base cast part so that the cavity is defined by the compensator. The compensator can be deformed or destroyed by the shrinking process as the nickel-based material solidifies and thereby be easily removed. In the shrinking process, cracks are prevented from forming in the nickel-base cast part. According to the present invention, by deliberately weakening the structure of the compensator, the compensator is given a relatively large ductility such as a nickel-based material. By forming a cavity in the nickel base cast part with the compensator, the melt weight for the nickel base cast part is advantageously reduced. In addition, nickel-base cast parts enable complex structural finishes that would not be possible through the processing of fully molded parts. Solid solution hardened alloys have the advantage that no stress due to structure or settling occurs in critical radii, cavities, or transitions when nickel-base cast parts are subsequently machined at relatively high temperatures. This prevents the formation of cracks in the nickel-base cast part.

本発明に基づき、ニッケル基材料の収縮挙動を考慮した上で、補償体を流し込むことによってニッケル基鋳造部品内に空洞を形成することを通じて、ニッケル基鋳造部品内に亀裂が形成されることを防止できる。補償体に分離層が設けられている場合、当該補償体がニッケル基材料に結合することが防止され、当該補償体は、ニッケル基鋳造部品の最終加工の枠内で除去され得る。   In accordance with the present invention, taking into account the shrinkage behavior of the nickel-base material, the formation of cavities in the nickel-base cast part by pouring the compensator prevents the formation of cracks in the nickel-base cast part. it can. If the compensator is provided with a separation layer, the compensator is prevented from bonding to the nickel-based material, and the compensator can be removed within the final machining frame of the nickel-based cast part.

有利には、本発明に係るニッケル基鋳造部品は、複雑なジオメトリ形状を有しており、ニッケル基鋳造部品の強度はそれによって影響を受けることはない。さらに、ニッケル基鋳造部品の加工時間は減少するとともに、空洞を設けることによって当該ニッケル基鋳造部品の重量は減少する。それによって、空洞を形成しない場合と同じ材料を用いた場合に、より大きなニッケル基鋳造部品を製造できる傾向にある。   Advantageously, the nickel base cast part according to the invention has a complex geometry shape, and the strength of the nickel base cast part is not affected thereby. Further, the processing time of the nickel base cast part is reduced, and the weight of the nickel base cast part is reduced by providing the cavity. As a result, when the same material is used as when the cavity is not formed, a larger nickel-base cast part tends to be manufactured.

以下に、本発明に係るニッケル基鋳造部品の好ましい実施形態について、概略図を用いて説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a nickel-base cast component according to the present invention will be described with reference to schematic views.

蒸気タービンハウジングの一部の横断面図である。2 is a cross-sectional view of a portion of a steam turbine housing. FIG. 補償体の横断面図である。It is a cross-sectional view of a compensation body. 補償体の横断面図である。It is a cross-sectional view of a compensation body. 補償体の横断面図である。It is a cross-sectional view of a compensation body. 補償体の横断面図である。It is a cross-sectional view of a compensation body.

図１に示したように、蒸気タービンハウジング１は空洞２を有している。空洞２は補償体３によって充填される。図２によると、補償体３はセラミック体４であり、当該セラミック体は中実体として形成されており、その材料は、蒸気タービンハウジング１の鋳造前には、少なくとも高い多孔性を有しているので、空洞２におけるセラミック体４の収縮によって、セラミック体４の孔は圧縮されている。図３において、補償体３は、中空体６として形成された鋼体５として示されている。中空体６の外側表面には分離層７が設けられており、当該分離層によって、中空体６が空洞２内において結合されることが防止される。   As shown in FIG. 1, the steam turbine housing 1 has a cavity 2. The cavity 2 is filled with a compensator 3. According to FIG. 2, the compensator 3 is a ceramic body 4, which is formed as a solid body, which material has at least a high porosity before the steam turbine housing 1 is cast. Therefore, the holes of the ceramic body 4 are compressed by the shrinkage of the ceramic body 4 in the cavity 2. In FIG. 3, the compensating body 3 is shown as a steel body 5 formed as a hollow body 6. A separation layer 7 is provided on the outer surface of the hollow body 6, and the separation of the hollow body 6 in the cavity 2 is prevented by the separation layer.

図４には、中空体６の第１の実施形態が示されている。中空体６は円柱として形成されている。中空体６にはスリットが設けられており、当該スリットは中空体６の長手軸方向に延在しており、スリット８において、中空体６は第１の連結部９と第２の連結部１０とを有している。中空体６が径方向において圧縮されている場合、第１の連結部９と第２の連結部１０とは、互いに部分的に重なるように配置されている。図５には、中空体６の第２の実施形態が示されている。当該中空体は、２つの半円柱状シェル要素１１、１２から構成されている。中空体６の長手軸方向において、シェル要素１１、１２はそれぞれ縁１３を有しており、シェル要素１１、１２の縁１３は、径方向において互いにずらされた位置にあるので、第２のシェル要素１２の縁１３は、第１のシェル要素１１の縁１３の径方向内側に配置されている。中空体６を径方向に圧縮した場合、第１のシェル要素１１の縁１３は、中空体６の周方向において摺動して第２のシェル要素１２の縁１３に接する。それによって、中空体６の径方向距離が減少する。   FIG. 4 shows a first embodiment of the hollow body 6. The hollow body 6 is formed as a cylinder. The hollow body 6 is provided with a slit, and the slit extends in the longitudinal axis direction of the hollow body 6. In the slit 8, the hollow body 6 includes the first connecting portion 9 and the second connecting portion 10. And have. When the hollow body 6 is compressed in the radial direction, the first connecting portion 9 and the second connecting portion 10 are arranged so as to partially overlap each other. FIG. 5 shows a second embodiment of the hollow body 6. The hollow body is composed of two semi-cylindrical shell elements 11 and 12. In the longitudinal direction of the hollow body 6, the shell elements 11, 12 each have an edge 13, and the edges 13 of the shell elements 11, 12 are offset from each other in the radial direction, so that the second shell The edge 13 of the element 12 is arranged radially inward of the edge 13 of the first shell element 11. When the hollow body 6 is compressed in the radial direction, the edge 13 of the first shell element 11 slides in the circumferential direction of the hollow body 6 and contacts the edge 13 of the second shell element 12. Thereby, the radial distance of the hollow body 6 is reduced.

１ 蒸気タービンハウジング
２ 空洞
３ 補償体
４ セラミック体
５ 鋼体
６ 中空体
７ 分離層
８ スリット
９ 第１の連結部
１０ 第２の連結部
１１ シェル要素
１２ シェル要素
１３ 縁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steam turbine housing 2 Cavity 3 Compensator 4 Ceramic body 5 Steel body 6 Hollow body 7 Separation layer 8 Slit 9 1st connection part 10 2nd connection part 11 Shell element 12 Shell element 13 Edge

Claims (15)

補償体（３、４、５）を有するニッケル基鋳造部品であって、前記補償体は、前記鋳造部品（１）に流し込まれることによって、前記ニッケル基材料（１）内に形成された空洞（２）を充填するニッケル基鋳造部品において、
前記補償体（３、４、５）は、自身を包囲する前記ニッケル基材料によって圧縮されているので、鋳造による前記ニッケル基鋳造部品の製造に際して、前記鋳造部品（１）の冷却後、前記補償体（３、４、５）は、自身を包囲する前記ニッケル基材料の収縮を受け、それによって、前記収縮に起因する前記ニッケル基材料における亀裂の形成が防止されていることを特徴とするニッケル基鋳造部品。 A nickel-base cast part having a compensator (3, 4, 5), wherein the compensator is poured into the cast part (1), thereby forming a cavity (in the nickel-base material (1)) 2) In nickel-base cast parts filling
Since the compensator (3, 4, 5) is compressed by the nickel base material surrounding the compensator (3, 4, 5), in the manufacture of the nickel base cast part by casting, the compensation after the casting part (1) is cooled. Nickel characterized in that the body (3, 4, 5) is subjected to shrinkage of the nickel base material surrounding itself, thereby preventing the formation of cracks in the nickel base material due to the shrinkage Base casting parts. 前記補償体（３）は、前記収縮前は中空体であり、前記収縮後は潰れて破壊されるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のニッケル基鋳造部品。   The nickel-base cast part according to claim 1, wherein the compensator (3) is a hollow body before the contraction and is formed to be crushed and destroyed after the contraction. 前記補償体（３）は中実体として形成されており、前記補償体の材料は鋳造前には、少なくとも高い多孔性を有しているので、前記収縮によって、前記中実体の前記材料内の孔は圧縮されていることを特徴とする請求項１または２に記載のニッケル基鋳造部品。   The compensator (3) is formed as a solid, and since the material of the compensator has at least a high porosity before casting, the shrinkage causes pores in the material of the solid. The nickel-base cast part according to claim 1, wherein the part is compressed. 前記補償体（４）の材料はセラミックであることを特徴とする請求項２または３に記載のニッケル基鋳造部品。   The nickel-base cast part according to claim 2 or 3, wherein the material of the compensator (4) is ceramic. 前記補償体（３）は中空体（６）として形成されており、前記中空体は分割線（８）によってスリットが設けられており、前記中空体（６）は前記収縮の後、前記分割線で部分的に重なり合うことを特徴とする請求項１に記載のニッケル基鋳造部品。   The compensator (3) is formed as a hollow body (6), and the hollow body is provided with a slit by a dividing line (8), and the hollow body (6) is subjected to the dividing line after the contraction. The nickel-base cast part according to claim 1, which partially overlaps with each other. 前記補償体（３）が中空体（６）として形成されており、前記中空体は少なくとも２つのシェル要素（１１、１２）によって構成されており、前記シェル要素（１１、１２）は前記収縮の後、その縁（１３）が部分的に重なり合うように接していることを特徴とする請求項１に記載のニッケル基鋳造部品。   The compensator (3) is formed as a hollow body (6), the hollow body is constituted by at least two shell elements (11, 12), and the shell elements (11, 12) 2. The nickel-base cast part according to claim 1, wherein the edges (13) are in contact with each other so as to partially overlap. 前記補償体（３）が格子構造を有するように形成されており、前記格子構造は、前記補償体（３）の閉じられている外側表面を画定することを特徴とする請求項１に記載のニッケル基鋳造部品。   The compensator (3) is formed to have a grating structure, the grating structure defining a closed outer surface of the compensator (3). Nickel-based cast parts. 前記補償体（５）の材料は鋼であることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のニッケル基鋳造部品。   The nickel-base cast part according to any one of claims 5 to 7, wherein the material of the compensator (5) is steel. 前記補償体（３、４、５）は分離層（７）で覆われており、前記分離層によって、前記補償体（３、４、５）が、自身を包囲する前記ニッケル基材料に結合することが防止されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のニッケル基鋳造部品。   The compensator (3, 4, 5) is covered with a separating layer (7), and the compensator (3, 4, 5) is bonded to the nickel-based material surrounding itself by the separating layer. The nickel-base cast component according to any one of claims 1 to 8, characterized in that this is prevented. 前記ニッケル基材料は、固溶体硬化型合金を有していることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のニッケル基鋳造部品。   10. The nickel-base cast component according to claim 1, wherein the nickel-base material includes a solid solution hardening type alloy. 11. 前記ニッケル鋳造部品は蒸気タービンハウジング（１）であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のニッケル基鋳造部品。   11. The nickel-base cast part according to claim 1, wherein the nickel cast part is a steam turbine housing (1). 前記空洞（２）が、前記ニッケル基鋳造部品（１）内に設けられた溝および／または前記ニッケル基鋳造部品（１）内に設けられたアンダーカットであることを特徴とする請求項１１に記載のニッケル基鋳造部品。   12. The cavity (2) is a groove provided in the nickel base cast part (1) and / or an undercut provided in the nickel base cast part (1). Nickel-base cast parts as described. 補償体（３、４、５）を挿入し、ニッケル基鋳造部品（１）を鋳造するステップであって、前記補償体（３、４、５）は中空体（６）として形成されており、前記中空体は分割線（８）によってスリットが設けられている、ステップと、
前記ニッケル基鋳造部品（１）を冷却するステップであって、冷却によって、前記補償体（３、４、５）の収縮が生じ、前記中空体（６）は前記スリットが設けられた前記分割線（８）において部分的に重なり合う、ステップと、
を有する前記ニッケル基鋳造部品を製造するための方法。 Inserting the compensator (3, 4, 5) and casting the nickel-base cast component (1), wherein the compensator (3, 4, 5) is formed as a hollow body (6); The hollow body is provided with a slit by a dividing line (8), and
The step of cooling the nickel-base cast component (1), wherein the compensator (3, 4, 5) contracts due to the cooling, and the hollow body (6) is the dividing line provided with the slit. Partially overlapping in (8), and
A method for producing the nickel-base cast part having: 補償体（３、４、５）を挿入し、ニッケル基鋳造部品（１）を鋳造するステップであって、前記補償体（３、４、５）は中空体（６）として形成されており、前記中空体は少なくとも２つのシェル要素（１１、１２）によって構成されている、ステップと、
前記ニッケル基鋳造部品（１）を冷却するステップであって、冷却によって、前記補償体（３、４、５）の収縮が生じ、前記中空体（６）の前記シェル要素（１１、１２）は、その縁（１３）が部分的に重なり合うように接している、ステップと、
を有する前記ニッケル基鋳造部品を製造するための方法。 Inserting the compensator (3, 4, 5) and casting the nickel-base cast component (1), wherein the compensator (3, 4, 5) is formed as a hollow body (6); The hollow body is constituted by at least two shell elements (11, 12);
The step of cooling the nickel-base cast component (1), the cooling causes contraction of the compensator (3, 4, 5), and the shell elements (11, 12) of the hollow body (6) The edges (13) are in contact with each other so as to partially overlap; and
A method for producing the nickel-base cast part having: 前記補償体（３、４、５）は、前記ニッケル基鋳造部品（１）の最終加工において、前記ニッケル基鋳造部品から除去されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。   15. Method according to claim 13 or 14, characterized in that the compensator (3, 4, 5) is removed from the nickel base cast part in the final machining of the nickel base cast part (1).
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