JP2016142241A - 蒸気タービン及びその表面処理方法 - Google Patents

蒸気タービン及びその表面処理方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2016142241A
JP2016142241A JP2015020915A JP2015020915A JP2016142241A JP 2016142241 A JP2016142241 A JP 2016142241A JP 2015020915 A JP2015020915 A JP 2015020915A JP 2015020915 A JP2015020915 A JP 2015020915A JP 2016142241 A JP2016142241 A JP 2016142241A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plating
layer
steam turbine
stress
test
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
JP2015020915A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6375238B2 (ja
Inventor
山内 博史
Hiroshi Yamauchi
博史 山内
健 工藤
Takeshi Kudo
健 工藤
健志 八代醍
Kenji Yashirodai
健志 八代醍
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.)
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
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 Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd filed Critical Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority to JP2015020915A priority Critical patent/JP6375238B2/ja
Priority to CN201610022167.7A priority patent/CN105863746B/zh
Priority to EP16151167.0A priority patent/EP3054095B1/en
Priority to US14/995,668 priority patent/US20160230594A1/en
Publication of JP2016142241A publication Critical patent/JP2016142241A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6375238B2 publication Critical patent/JP6375238B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/007Preventing corrosion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24CABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/10Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/1601Process or apparatus
    • C23C18/1633Process of electroless plating
    • C23C18/1646Characteristics of the product obtained
    • C23C18/165Multilayered product
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/1601Process or apparatus
    • C23C18/1633Process of electroless plating
    • C23C18/1646Characteristics of the product obtained
    • C23C18/165Multilayered product
    • C23C18/1651Two or more layers only obtained by electroless plating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/1601Process or apparatus
    • C23C18/1633Process of electroless plating
    • C23C18/1646Characteristics of the product obtained
    • C23C18/165Multilayered product
    • C23C18/1653Two or more layers with at least one layer obtained by electroless plating and one layer obtained by electroplating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/1601Process or apparatus
    • C23C18/1633Process of electroless plating
    • C23C18/1655Process features
    • C23C18/1662Use of incorporated material in the solution or dispersion, e.g. particles, whiskers, wires
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/18Pretreatment of the material to be coated
    • C23C18/1803Pretreatment of the material to be coated of metallic material surfaces or of a non-specific material surfaces
    • C23C18/1806Pretreatment of the material to be coated of metallic material surfaces or of a non-specific material surfaces by mechanical pretreatment, e.g. grinding, sanding
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/31Coating with metals
    • C23C18/32Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/31Coating with metals
    • C23C18/42Coating with noble metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/52Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating using reducing agents for coating with metallic material not provided for in a single one of groups C23C18/32 - C23C18/50
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D15/00Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/10Electroplating with more than one layer of the same or of different metals
    • C25D5/12Electroplating with more than one layer of the same or of different metals at least one layer being of nickel or chromium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/34Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated
    • C25D5/36Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated of iron or steel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00Electroplating characterised by the article coated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/008Thermal barrier coatings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3092Protective layers between blade root and rotor disc surfaces, e.g. anti-friction layers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/1601Process or apparatus
    • C23C18/1603Process or apparatus coating on selected surface areas
    • C23C18/1605Process or apparatus coating on selected surface areas by masking
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/02Electroplating of selected surface areas
    • C25D5/022Electroplating of selected surface areas using masking means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/90Coating; Surface treatment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/14Noble metals, i.e. Ag, Au, platinum group metals
    • F05D2300/142Gold

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)

Abstract

【課題】ショットピーニングにより付与される圧縮残留応力の効果の減少および処理の煩雑化を抑制しつつ環境助長割れに対する耐性の高い蒸気タービンおよびその表面処理方法を提供する。
【解決手段】蒸気タービンを構成する構造体のロータと動翼との嵌合部12の表面において、ショットピーニングにより圧縮残留応力を付与された圧縮応力層14を形成し、さらに、圧縮応力層14の表面を覆うようにめっきにより被覆層15を形成する。
【選択図】図3

Description

本発明は、発電プラントなどにおける蒸気タービン及びその表面処理方法に関する。
発電プラント等に設置される蒸気タービンは、酸化性雰囲気や高熱雰囲気等の腐食性流体に曝されるため、これらの構造物に使用される金属類は、貴金属を除いて、腐食されたり、酸化されたりする。したがって、これらの構造物は、想定される環境下での腐食速度や酸化速度を勘案し、所定の強度や機能が寿命全体に亘って維持されるように設計される。しかしながら、設計段階においては全ての事象を想定することが出来ないため、想定外の運転・運用方法や環境の変化、あるいは新たな現象の発現などによって腐食や酸化の進行が顕著になる場合がある。
例えば、蒸気タービンを構成する構造体を繋ぐ嵌合部は、すき間が存在する上、運転時に発生する遠心荷重により応力集中部となることがあり、応力腐食割れや腐食疲労などに代表される環境助長割れの発生が懸念される。環境助長割れが生じると、検査や補修のために、運用停止が必要となり、安定した電力供給に支障をきたす可能性がある。
環境助長割れについては、応力、材料、環境の3つの因子が知られており、これらの影響を改善することにより環境助長割れの抑制が図られる。例えば、応力に関しては応力集中を避ける形状や構造を用い、材料に関しては耐力を低減して応力腐食割れ感受性の低い材料を適用し、環境に関しては蒸気タービン内の蒸気が嵌合部に侵入しないよう嵌合部を被覆・充填したり、シール部を設けたりすることが考えられる。
環境助長割れの一因子である応力の蒸気タービンへの影響の低減に関する技術として、例えば、特許文献1(実開昭61−95904号公報)には、複数の動翼をロータディスクの外周部に密に連ねて一体的に構成したものであって、ロータディスクは周方向に連なるダブテイル、動翼はこのダブテイルに対向するダブテイル溝をそれぞれ備え、ダブテイル溝を前記ロータディスクのダブテイルに係合することにより、ロータディスクと動翼とを一体にするようにしたものにおいて、ロータディスクのダブテイルにショットピーニングにより圧縮残留応力を付与する技術が開示されている。
実開昭61−95904号公報
しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。
すなわち、ショットピーニングによりロータの動翼取付用溝部に圧縮残留応力を付与する場合、寸法の変化や表面硬化層の形成、あるいは肌荒れ等が生じ、これらが耐食性低減の要因(すなわち、環境因子による環境助長割れの助長)となる場合があるため、ショットピーニング後に機械研削を実施してこれらを除去する必要がある。しかし、ショットピーニング後に機械研削を実施することは煩雑であるばかりでなく、せっかく形成した圧縮応力層が薄くなってしまい、圧縮残留応力の効果も薄くなってしまうという問題点があった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、ショットピーニングにより付与される圧縮残留応力の効果の減少および処理の煩雑化を抑制しつつ環境助長割れに対する耐性の高い蒸気タービンおよびその表面処理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、蒸気タービンを構成する構造体の表面においてショットピーニングにより圧縮残留応力を付与された圧縮応力層と、前記圧縮応力層の表面を覆うようにめっきにより形成された被覆層とを備えたものとする。
ショットピーニングにより付与される圧縮残留応力の効果の減少および処理の煩雑化を抑制しつつ環境助長割れに対する耐性の高い蒸気タービンおよびその表面処理方法を提供することができる。
第1の実施の形態に係る蒸気タービンの回転軸を含む面における縦断面図である。 図1におけるA部における構造の一部を抜き出し、拡大して示す斜視図である。 ロータホイール及び動翼の嵌合部にける互いに対向する面の表面部分の構造を模式的に示す断面図である。 ショットピーニングにおけるめくれ発生のメカニズムを説明する図であり、未処理の処理対象物に鋼球を打ちつけた状態を示す図である。 ショットピーニングにおけるめくれ発生のメカニズムを説明する図であり、くぼみに鋼球が打ち付けられる状態を示す図である。 ショットピーニングにおけるめくれ発生のメカニズムを説明する図であり、めくれやくぼみが形成された状態を示す図である。 各めっき処理を施した試験片における分極曲線を示す図である。 各めっき処理を施した試験片における割れの耐ひずみ特性試験の結果を示す図である。 応力腐食割れ感受性試験における試験結果を示す図である。 応力腐食割れ感受性試験に用いた試験片の条件を表形式にまとめた図である。 図9に示した応力腐食割れ感受性試験の試験結果を表形式にまとめた図である。 第2の実施の形態に係るロータホイール及び動翼の嵌合部にける互いに対向する面の表面部分の構造を模式的に示す断面図である。 図1におけるB部における構造の一部を抜き出し、拡大して示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態を図1〜図11を参照しつつ説明する。
図1は、本実施の形態に係る蒸気タービンの回転軸を含む面における縦断面図である。また、図2は図1におけるA部における構造の一部を抜き出し、拡大して示す斜視図である。
図1及び図2において、蒸気タービン100は、回転体であるロータ1と、ロータ1の軸周りに取り付けられた複数の動翼2と、蒸気タービン100に供給される蒸気101を整流して動翼に効率よく供給するための静翼4と、これらを囲むように配置されたケーシング3とから概略構成されている。
ロータ1には、軸方向に複数多段の円板状のロータホイール11が形成されている。動翼2は、各ロータホイール11の外周に周方向に密接して複数配置されている。
図2に示すように、ロータホイール11と動翼2は、嵌合部12において結合されている。嵌合部12の構造としては、複数の嵌合方式が考えられるが、本実施の形態においては、ロータホイール11の周方向にツリー型溝を設けるとともに、動翼2側においても対応するツリー型溝を設け、両者のツリー型溝を嵌合するタンジェンシャルエントリ構造を用いる場合について説明する。
嵌合部12においては、ロータホイール11のツリー型溝により形成されるフック13と、動翼2のツリー型溝により形成されるフック23とが嵌合することにより、ロータホイール11(すなわちロータ1)と動翼2とが一体的に構成されている。
図3は、ロータホイール及び動翼の嵌合部にける互いに対向する面の表面部分の構造を模式的に示す断面図である。
図3において、嵌合部12の表面部は、ショットピーニングにより圧縮残留応力を付与された圧縮応力層14と、圧縮応力層14の表面を覆うようにめっきにより形成された耐食性を有する被覆層15とを備えている。
ここで、嵌合部12の表面部の具体的な形成方法の一例を説明する。なお、ここではロータ1について説明するが、動翼2の嵌合部12についても同様の形成方法を用いる。
ロータ1は、所定の化学組成および機械特性を有するインゴットを機械研削することにより、軸受部やロータホイール11を形成する。このとき、ロータホイール11に嵌合部12のツリー型溝を精度よく加工形成する。続いて、表面を脱脂洗浄したのち、ショットピーニング処理により嵌合部12の表面部に圧縮応力槽14を形成する。嵌合部12はツリー型溝を有している(ツリー形状となっている)ため、出来るだけショットが嵌合面に対し直角に噴霧されるよう、噴霧ノズルの先端が鈎状となっているものを用いる。なお、ショットピーニング処理の条件の詳細はここでは割愛するが、アルメンアークハイトが所定の寸法となるように、ショットの材質、寸法、噴射圧力、投射角度等を決定する。続いて、ショットピーニング処理後、圧縮空気の噴射でごみや金属くずを除去し、再度、脱脂洗浄する。そして、脱脂洗浄により清浄になった嵌合部12の表面部に耐食性を有する被覆層15をめっき処理により形成する。
まず、嵌合部12の表面部に形成される圧縮応力層14について詳細に説明する。
圧縮応力層14には、ショットピーニング処理によって圧縮残留応力が付与される過程で、めくれ16やくぼみ17などが形成される場合がある。
図4〜図6は、ショットピーニングにおけるめくれ発生のメカニズムを説明する図であり、図4は未処理の処理対象物に鋼球を打ちつけた状態を、図5はくぼみに鋼球が打ち付けられる状態を、図6はめくれやくぼみが形成された状態をそれぞれ示す図である。
ショットピーニング処理においては、処理対象物18(嵌合部12の表面部に相当)に鋼球19のショットを打ちつけるため、処理対象物18の表面にくぼみ22(くぼみ17に相当)が形成される(図4参照)。さらに、鋼球19のショットがくぼみ22の内周部(くぼみ口)に衝突すると(図5参照)、くぼみ口周辺においてめくれ21(めくれ16に相当)が発生する(図6参照)。このめくれ21は、処理対象物に対する鋼球19のショットの入射角が浅くなるほど(0度に近いほど)発生頻度が高くなる傾向にある。また、鋼球19のショットを打ち込む処理対象物の曲率が嵌合部12のように小さい場合ほど、めくれ21の発生頻度が高くなる傾向にある。
次に、嵌合部12の表面部に形成される被覆層15について詳細に説明する。被覆層15の形成には、ニッケルめっき、ニッケル複合めっき、金めっき、金複合めっき、クロムめっきの何れかを用いる。
蒸気タービン100のロータホイール11の嵌合部12においては、動翼2の遠心応力により、嵌合部12に大きなひずみが加わる。そのため、ある程度のひずみに耐えられる被覆層15(めっき層)が必要である。また、嵌合部12は温度が80℃〜130℃程度の高温蒸気、あるいは高温水に曝される。さらには、蒸気タービン100の運転時間が増えるにしたがって、ロータホイール11と動翼2との間(嵌合部12)に形成される約0.05mm〜0.2mm程度のすきまに塩化物イオン等の腐食性アニオンが蓄積することもあり、被覆層15(めっき層)自身が耐食性を有している必要がある。
蒸気タービン100のロータ1は、小型のもので直径が数10cm程度であるが、大型になると数メートルにおよぶ場合がある。小型のロータ1の場合は、めっき不要な部分をマスキングしてそのままめっき槽に浸せきすることで、必要箇所に所望のめっきを得ることができる。また、大型のロータ1では、ロータホイール11の嵌合部12が漬かる程度のめっき浴槽を用意し、ロータ1を回転させることによって全周にめっき層を形成することができる。あるいは、嵌合部12だけを覆うことができるドーナツ状のめっき浴槽を用意して、複数あるロータホイール11を一つ一つめっきしてもよい。なお、めっき層を形成する手段については特に限定するものではない。
このようにして形成される被覆層15(めっき層)に用いるめっきの性能について、種々のめっき処理を施した試験片を用い、耐食性試験、割れの耐ひずみ特性試験、および応力腐食割れ感受性試験の3種の試験を実施した。
各試験には試験片として、JIS_Z_2201_14A号準拠の丸棒試験片を用いた。また、各試験に用いた試験片の材料(下地材)は、現用低圧蒸気タービンのロータとして多く使用されている3.5NiCrMoV鋼(3.5Ni−1.75Cr−0.4Mo−0.1V−0.28C鋼)を用いた。
試験片の材料を焼入れ、焼戻し熱処理し、0.2%耐力が所定の値となるように調質して試験片を形成した。各試験に用いる試験片の耐力は、通常より高い950MPaおよび850MPaの2種類とした。
熱処理で調質した耐力850MPaの材料を平行部長さ20mm(標点距離12.5mm)、直径3.0mmを有する14A号丸棒引張試験片に加工した。加工後、アセトンおよびエタノールで脱脂したのち、ショットピーニングに供した。
丸棒試験片の準備ができたのち、丸棒試験片の平行部からつかみ部にかけて、ショットピーニングを施した。ショットピーニングの条件は主にJIS_B_2711「ばねのショットピーニング」に準拠して定めた。ショットは直径230μmの鋼球を用い、アルメンストリップA片を用いて、アークハイトが0.23から0.25mm、カバレージ100%になる条件を予め求めた。丸棒引張試験片を一定の速さで回転させ、ショットを回転中心線に向け噴射した。
ショットピーニング処理後、表面を圧縮空気でゴミや金属くずを除去し、さらにアセトンとエタノールで脱脂した。この結果得られた圧縮残留応力はX線応力測定の結果、−600MPa〜−500MPaの範囲にあった。また、電解研磨で徐々に表面を溶解させて、圧縮応力層14の厚さ(圧縮から引張に変化する深さ)を測定したところ平均して0.4mmであった。
次いで、ショットピーニング処理を終えた丸棒引張試験片の表面にめっき処理を行う。めっきの材質は、現在、工業的に主流になっている電解ニッケルめっき、ニッケル−りん(りん濃度約5mass%の低りん、りん濃度約8mass%の中りん、りん濃度約12mass%の高りんの3種)無電解めっき、硬質クロムめっき、金めっきを対象とした。これら各種めっきをショットピーニング施工済みの丸棒試験片に施す。
なお、めっきはその種類によって施工条件やプロセスが大きく異なるため、全てのめっきについてその詳細条件や方法については示さないが、大きく分けて、前処理とめっき処理の2段階のプロセスを経て、めっき処理を施した。前処理としては、例えば、アルカリ脱脂、電解脱脂、活性化処理などの工程で構成される。また、めっき処理としては、ストライクめっき、本めっき、湯洗乾燥などの工程で構成される。前処理およびめっき処理に用いられる各種溶液は市販の溶液を使用し、めっき膜厚は0.5μm〜50μmとした。
(1)耐食性試験
まず、作製した試験片に対して、めっき層自身の耐食性試験を行った。耐食性の評価には電気化学による分極曲線法を用いた。測定では、めっき処理した丸棒引張試験片にリード線をとりつけ、pH4に調製した大気開放クエン酸溶液に浸し、走査速度100mV/minで分極し、分極している間の電気量を測定する。なお、めっき層が溶解して下地が露出しないような電位範囲としている。
図7は、各めっき処理を施した試験片における分極曲線を示す図である。
図7に示す分極曲線図においては、縦軸に示す電流が小さければ小さいほど耐食性に優れることを示している。図7に示しためっき種の中で最も耐食性に優れていると考えられるのは、金めっき(Au)である。次いで、ニッケル−りんめっき(高りんタイプ:Ni−高P)、硬質クロムめっき(硬質Cr)、ニッケル−りんめっき(中りんタイプ:Ni−中P)、ニッケル−りんめっき(低りんタイプ:Ni−低P)、電解ニッケルめっき(電解Ni)の順番になっている。この結果から、金めっきが最も耐食性に優れ、また、費用対効果の面からはニッケル−りんめっき(高りんタイプ:Ni−高P)が優位であることがわかる。
(2)割れの耐ひずみ特性試験
続いて、耐食性試験に用いた試験片と同様の試験片を用いて、割れの耐ひずみ特性試験を行った。ここでいう割れとは、ひずみを与えたときに、めっき層の伸びによって生じる機械的な割れのことである。
耐ひずみ特性試験では、分極曲線を測定した同じ溶液の中に、平行部にひずみゲージを貼り付けためっき処理済みの丸棒引張試験片を浸し、その中で丸棒試験片を徐々に引っ張って、どれだけのひずみを与えたときに、下地材が腐食するかを調べた。なお、下地材の腐食の判定は、浸漬した試験溶液中に含まれる鉄の濃度が上昇したひずみとした。
図8は、各めっき処理を施した試験片における割れの耐ひずみ特性試験の結果を示す図であり、横軸はめっき種を、縦軸は下地材が腐食を開始したと判定されるひずみをそれぞれ示している。
図8においては、最も大きなひずみで腐食が開始するめっき(すなわち、耐ひずみ特性の高いめっき)は金めっき(電解Au)であり、続いて、ニッケル−りんめっき(高りんタイプ:Ni−高P)、ニッケル−りんめっき(低りんタイプ:Ni−低P)、ニッケル−りんめっき(中りんタイプ:Ni−中P)、電解ニッケルめっき(電解Ni)、硬質クロムめっき(硬質Cr)の順で耐ひずみ特性が高いことがわかった。
なお、めっきの膜厚の影響も調査したが、膜厚が1μm以上あれば、耐食性と耐ひずみ特性に差異は無かった。膜厚1μm以下では、いずれの評価でもめっきの保護作用が劣った。また、下地材に各種めっきした板状試験片を溶存酸素濃度16ppmの130℃高温水に5000h浸漬し、めっき層の減肉速度を調べる試験も実施した。その結果、実際の蒸気タービンの嵌合部12における環境を想定すると、めっきの膜厚は20μmあれば、約10万時間、めっき層が存在すると推定された。そのため、以下で実施するめっき膜厚は20μmとした。
(3)応力腐食割れ感受性試験
続いて、耐食性試験および耐ひずみ特性試験に用いた試験片と同様の試験片を用いて、環境助長割れを代表する応力腐食割れに対する感受性試験(応力腐食割れ感受性試験)を行った。応力腐食割れ感受性試験では、試験片を単軸定荷重型の応力腐食割れ試験機に装荷し、試験片が破断するまでの時間を調べた。
耐食性と耐ひずみ特性および経済性とを総合的に考えると、ニッケル−りんめっき(高りんタイプ:Ni−高P)が最適であると考えられるため、このニッケル−りんめっき(高りんタイプ:Ni−高P)を代表として選定した。なお、効果の比較のために、他の条件で作製した試験片を複数用意して応力腐食割れ感受性試験に用いた。
図10は、応力腐食割れ感受性試験に用いた試験片の条件を表形式にまとめた図である。
図10において、試験番号TP4は、本実施の形態に係る条件の試験片、すなわち、前処理としてエメリー紙による研磨を施した下地材にショットピーニングを施し、ショットピーニング後処理を行わずにニッケル−りんめっき(高りんタイプ:Ni−高P)を施した試験片を用いた試験である。
また、試験番号TP1〜TP3は、試験番号TP4における効果の比較のために用いたものである。試験番号TP1は、前処理として電解研磨を施した下地材を試験片として用いた試験である。試験番号TP2は、前処理としてエメリー紙による研磨を施した下地材にショットピーニングを施し、ショットピーニング後処理として電解研磨を行った試験片を用いた試験である。試験番号TP3は、前処理としてエメリー紙による研磨を施した下地材にニッケル−りんめっき(高りんタイプ:Ni−高P)を施した試験片を用いた試験である。
応力腐食割れ感受性試験では、各試験番号について、試験片を8から9個用意し、これらを、単軸定荷重試験を有する循環式オートクレーブに浸せきした。試験片への荷重は循環水の圧力によって作用する仕組みになっている。作用応力は0.2%耐力比1.0とした(約850MPa)。
試験の環境条件は実機に対し環境加速となるように次の条件とした。すなわち、温度130℃、圧力80MPa、オートクレーブ入口電気伝導率0.06μS/cm、オートクレーブ入口溶存酸素濃度16ppmとした。なお、pHは制御していない。
図9は、応力腐食割れ感受性試験における試験結果を示す図であり、横軸に破断時間、横軸に累積確率密度および指数分布パラメータを示す図である。図9においては、指数分布パラメータを0に外挿した値を最小破断時間とし、効果を知るための指標として扱った。
図11は、図9に示した応力腐食割れ感受性試験の試験結果を表形式にまとめた図である。
図9及び図11に示すように、ショットピーニングによる圧縮残留応力の付与(圧縮応力層の形成)およびめっき処理(被覆層の形成)を実施していないTP1の最小破断時間は171時間であるのに対し、圧縮応力層の形成のみのTP2で、破断寿命がTP1の約4倍の効果を示している。また、被覆層の形成のみのTP3はさらに効果が大きく、TP1の13倍となる。さらに、本実施の形態に係る圧縮応力層14と被覆層15を形成した場合を想定したTP4はより効果が拡大し、TP1の約18倍以上となった。なお、腐食疲労は応力が動的に変化するときの割れであるが、現象的には応力腐食割れと類似するため、腐食疲労についても同等の効果が期待できる。
以上のように構成した本実施の形態における作用効果を説明する。
蒸気タービンにおいて、ショットピーニングによりロータの動翼取付用溝部に圧縮残留応力を付与する場合、寸法の変化や表面硬化層の形成、あるいは肌荒れ等が生じ、これらが耐食性低減の要因(すなわち、環境因子による環境助長割れの助長)となる場合があるため、ショットピーニング後に機械研削を実施してこれらを除去する必要がある。特に、ショットピーニングにより蒸気タービンの表面にめくれが発生すると、そのめくれが隙間として作用して、応力腐食割れが発生しやすくなるため、これらの除去が必要であった。しかし、ショットピーニング後に機械研削を実施することは煩雑であるばかりでなく、せっかく形成した圧縮応力層が薄くなってしまい、圧縮残留応力の効果も薄くなってしまうという問題点があった。
これに対して本実施の形態においては、蒸気タービン100を構成する構造体の表面においてショットピーニングにより圧縮残留応力を付与された圧縮応力層14と、圧縮応力層14の表面を覆うようにめっきにより形成された被覆層15とを備えるように構成したので、ショットピーニングによる圧縮残留応力の付与により環境助長割れの一要因である応力因子を取り除くことができるとともに、被覆層12によりショットピーニングにより生じる肌荒れやめくれ等を被覆して水や蒸気に接することを抑制することによって、圧縮応力層14を薄くすること無く環境助長割れの一要因である環境因子を取り除くことができ、したがって、ショットピーニングにより付与される圧縮残留応力の効果の減少および処理の煩雑化を抑制しつつ環境助長割れに対する耐性を高めることができる。
なお、本実施の形態においては、ショットピーニングにおいて十分低い圧縮残留応力を付与することができたが、蒸気タービンの運転時における嵌合部12の局所的作用応力が、環境助長割れの発生に必要な応力(例えば、応力腐食割れの場合には応力腐食割れ下限界応力)程度であれば、必ずしも、−600MPa〜−500MPaのような低い残留応力でなくてもよい。例えば、ロータホイール11のバルクの残留応力よりも、嵌合部12表面の残留応力が低ければ、蒸気タービン100の運転時の局所応力は環境助長割れ発生に必要な応力以下になるため、圧縮応力層14による効果が十分に発揮される。また、被覆層15についても同様に論じることができ、局所的作用応力が低い場合は、被覆層15に多少の欠陥が存在しても、寿命延長効果が期待できる。
特に、被覆層15をロータホイール11及び動翼2の材料に対する犠牲陽極的作用を有する材料で構成すると、被覆層15が腐食減肉して部分的に圧縮応力層14が露出しても、圧縮応力層14の腐食が抑制され、圧縮応力層14の環境助長割れの発生が抑制される。例えば、本実施の形態の図9〜図11及びその説明において試験番号TP2で示した試験片の応力腐食割れ感受性試験時、徐々に被覆層15(ニッケル−りんめっき)が減肉して1500h経過時には、試験片の平行部の一部において圧縮応力層14が露出するようになったが、しばらく経過しても応力腐食割れは発生せず、圧縮応力層14の露出が確認されてから約700h後にようやく最初の応力腐食割れが発生した。下地材に何も処理を施していない試験番号TP1の試験片は約170hから応力腐食割れが発生しているため、めっき層の犠牲陽極による作用がTP1(約170h)とTP2(約700h)の応力腐食割れ感受性における差として効いていると考えられる。すなわち、被覆層15が完全に環境因子を遮断することができない場合においても、犠牲陽極作用を有するめっきにより被覆層15を形成すれば、環境助長割れを抑制して寿命を延伸することができる。
<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態について図12を参照しつつ説明する。
第1の実施の形態では、嵌合部12の被覆層15として1層のめっき層を形成したのに対し、本実施の形態では2層のめっき層を形成する。
図12は、本実施の形態に係るロータホイール及び動翼の嵌合部にける互いに対向する面の表面部分の構造を模式的に示す断面図である。図中、第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
図12において、嵌合部212の表面部は、ショットピーニングにより圧縮残留応力を付与された圧縮応力層14と、圧縮応力層14の表面を覆うようにめっきにより形成された耐食性を有する被覆層215とを備えている。
被覆層215は、ニッケルめっき、ニッケル複合めっき、クロムめっきの何れか1つにより圧縮応力層14の表面に形成された下層部215aと、金めっき、金複合めっきの何れか1つにより下層部215aの表面に形成された上層部215bとの2層により形成されている。
その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
以上のように構成した本実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
また、めっき層の膜厚を変えることなく、より長時間に亘ってめっき層の効果を維持することができるほか、加工精度の点から、環境助長割れ耐性を低下させることなくめっき層を薄くすることができる。
すなわち、例えば、ニッケル−りんめっきの場合、蒸気タービンの動作環境では、その膜厚が20μmの場合に10万時間ほどの寿命があると推定されるが、より長時間に亘ってめっき層の効果を維持したい場合、あるいは、加工精度の点からめっき層をより薄くしたい場合がある。
一方、耐ひずみ割れ特性を調べた結果によると、硬質クロムめっきでは、ひずみを2000u(u=10−6)程度与えると、めっき層に貫通き裂が発生する。ニッケル−りんめっきでは、3000から5500uで貫通き裂が発生する。蒸気タービン100の嵌合部12における局所的な最大のひずみ(ピーク値)を考慮すると、ひずみ2000や3000では不十分な場合も想定される。
そこで、本実施の形態では、被覆層を2層とし、下層部215aにニッケルめっき、ニッケル複合めっき、硬質クロムめっきなどの汎用的なめっき層を、上層部215bに展延性に優れる金めっき、金複合めっきなどを配した構成とした。
金めっき及び金複合めっきは、耐食性も耐ひずみ割れ特性にも優れていることから、金めっきに比べこれらの特性に劣るニッケル−りんや硬質クロムめっきなどのめっき層の上に金めっきを施すことによって、金の高い防食作用と優れた展延性のために、大きなひずみが加わっても、上層部215bが割れずに下層部215aを保護するとともに、下層215aや上層215bに欠陥が存在しても、その欠陥は、下層215aと上層215bとの間を連続して存在することは少なくなるため、より保護性の高い被覆層215を形成することができる。
したがって、めっき層の膜厚を変えることなく、より長時間に亘ってめっき層の効果を維持することができるほか、加工精度の点から、環境助長割れ耐性を低下させることなくめっき層を薄くすることができる。
なお、下層部215aと上層部215bのめっき種を逆にした場合には、金より耐食性の劣るめっき(ニッケル−りんや硬質クロムめっき)が上層部215bとなり環境と直接接触する構成となる。その結果、早い段階で下層部215aの金めっき層が露出すことになる。下層部215aの金めっきに貫通欠陥が存在していた場合、その欠陥を通じて蒸気や水がロータホイール11や動翼2に到達できるようになるため、好ましい構造ではない。また、金に対するニッケルやクロムめっきの接着能力は高くは無いため、下層部215aと上層部215bとが剥離しやすくなる可能性がある。
<第3の実施の形態>
本発明の第3の実施の形態について図13を参照しつつ説明する。
第1の実施の形態では、ロータホイール11と動翼2の嵌合部12の表面構造に本発明を適用した場合について説明したが、本実施の形態においては、動翼2とシュラウドカバー30との嵌合部312の表面構造に本発明を適用した場合について説明する。
図13は、図1におけるB部における構造の一部を抜き出し、拡大して示す斜視図である。図中、第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
図13に示すように、動翼2の先端部には、動作中の振動防止を目的としたシュラウドカバー30が嵌合部215において嵌合されている。嵌合部215では、動翼2の先端に設けられたテノン31がシュラウドカバー30に嵌め込まれており、テノン31が押しつぶされることによって固定されている。
動翼2及びシュラウドカバー30の嵌合部312における表面部は、ショットピーニングにより圧縮残留応力を付与された圧縮応力層14と、圧縮応力層14の表面を覆うようにめっきにより形成された耐食性を有する被覆層(被覆層15又は被覆層215)とを備えている。すなわち、嵌合部215においては、第1の実施の形態における被覆層15(図3参照)、又は、第2の実施の形態における被覆層215(図12参照)が適用されている。
その他の構成は第1及び第2の実施の形態と同様である。
以上のように構成した本実施の形態においても第1及び第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
1 ロータ
2 動翼
3 ケーシング
4 静翼
11 ロータホイール
12,212,312 嵌合部
13,23 フック
14 圧縮応力層
15,215 被覆層
16,21 めくれ
17,22 くぼみ
18 処理対象物
19 鋼球
30 シュラウドカバー
31 テノン
100 蒸気タービン
101 蒸気

Claims (6)

  1. 蒸気タービンを構成する構造体の表面においてショットピーニングにより圧縮残留応力を付与された圧縮応力層と、
    前記圧縮応力層の表面を覆うようにめっきにより形成された被覆層と
    を備えたことを特徴とする蒸気タービン。
  2. 蒸気タービンを複数の構造体により一体的に構成するために前記構造体に形成された嵌合部の互いに対向する面においてショットピーニングにより圧縮残留応力を付与された圧縮応力層と、
    前記圧縮応力層の表面を覆うようにめっきにより形成された被覆層と
    を備えたことを特徴とする蒸気タービン。
  3. 請求項1又は2記載の蒸気タービンにおいて、
    前記被覆層は、ニッケルめっき、ニッケル複合めっき、金めっき、金複合めっき、クロムめっきの何れか1つであることを特徴とする蒸気タービン。
  4. 請求項1又は2記載の蒸気タービンにおいて、
    前記被覆層は、ニッケルめっき、ニッケル複合めっき、クロムめっきの何れか1つにより前記圧縮応力層の表面に形成された下層部と、金めっき、金複合めっきの何れか1つにより前記下層部の表面に形成された上層部との2層により形成されたことを特徴とする蒸気タービン。
  5. 請求項1又は2記載の蒸気タービンにおいて、
    前記被覆層は、前記蒸気タービンの構造体に対して犠牲陽極作用を有する材料で形成されたことを特徴とする蒸気タービン。
  6. 蒸気タービンを複数の構造体により一体的に構成するために前記構造体に形成された嵌合部の互いに対向する面においてショットピーニングにより圧縮残留応力を付与して圧縮応力層を形成する工程と、
    前記圧縮応力層の表面を覆う被覆層をめっきにより形成する工程と
    を有することを特徴とする蒸気タービンの表面処理方法。
JP2015020915A 2015-02-05 2015-02-05 蒸気タービン及びその表面処理方法 Active JP6375238B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015020915A JP6375238B2 (ja) 2015-02-05 2015-02-05 蒸気タービン及びその表面処理方法
CN201610022167.7A CN105863746B (zh) 2015-02-05 2016-01-13 蒸汽轮机及其表面处理方法
EP16151167.0A EP3054095B1 (en) 2015-02-05 2016-01-14 Steam turbine and surface treatment method therefor
US14/995,668 US20160230594A1 (en) 2015-02-05 2016-01-14 Steam Turbine and Surface Treatment Method Therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015020915A JP6375238B2 (ja) 2015-02-05 2015-02-05 蒸気タービン及びその表面処理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016142241A true JP2016142241A (ja) 2016-08-08
JP6375238B2 JP6375238B2 (ja) 2018-08-15

Family

ID=55129692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015020915A Active JP6375238B2 (ja) 2015-02-05 2015-02-05 蒸気タービン及びその表面処理方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160230594A1 (ja)
EP (1) EP3054095B1 (ja)
JP (1) JP6375238B2 (ja)
CN (1) CN105863746B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019124135A (ja) * 2018-01-12 2019-07-25 富士電機株式会社 蒸気タービン翼及びその製造方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10267165B2 (en) * 2013-09-27 2019-04-23 United Technologies Corporation Fan blade assembly
CN109312660B (zh) * 2016-06-01 2021-04-13 三菱重工发动机和增压器株式会社 旋转机械用叶轮、压缩机、增压器及旋转机械用叶轮的制造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52153007A (en) * 1976-06-14 1977-12-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Manufactuaring of turbine blade
JP2007071031A (ja) * 2005-09-02 2007-03-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 回転機械の部品及び回転機械
JP2007170376A (ja) * 2005-12-21 2007-07-05 General Electric Co <Ge> 耐久性のための蟻継ぎ表面強化
JP2009161859A (ja) * 2008-01-08 2009-07-23 General Electric Co <Ge> 耐エロージョン性及び耐腐食性皮膜系及び方法
JP2011137454A (ja) * 2009-12-31 2011-07-14 General Electric Co <Ge> タービンエンジンロータブレード及びロータホイール

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6195904U (ja) 1984-11-30 1986-06-20
CH678067A5 (ja) * 1989-01-26 1991-07-31 Asea Brown Boveri
DE10128055C2 (de) * 2001-06-01 2003-09-25 Sgl Carbon Ag Gleitpaarung für von Wasserdampf mit hohem Druck-und Temperaturniveau beaufschlagte Maschinenteile, vorzugsweise für Kolben-Zylinder-Anordnungen von Dampfmotoren
US6933052B2 (en) * 2003-10-08 2005-08-23 General Electric Company Diffusion barrier and protective coating for turbine engine component and method for forming
US20090004364A1 (en) * 2004-01-21 2009-01-01 Terry Hollis Method For Protecting New/Used Engine Parts
US20100226783A1 (en) * 2009-03-06 2010-09-09 General Electric Company Erosion and Corrosion Resistant Turbine Compressor Airfoil and Method of Making the Same
US8186946B2 (en) * 2009-04-17 2012-05-29 United Technologies Corporation Abrasive thermal coating

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52153007A (en) * 1976-06-14 1977-12-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Manufactuaring of turbine blade
JP2007071031A (ja) * 2005-09-02 2007-03-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 回転機械の部品及び回転機械
JP2007170376A (ja) * 2005-12-21 2007-07-05 General Electric Co <Ge> 耐久性のための蟻継ぎ表面強化
JP2009161859A (ja) * 2008-01-08 2009-07-23 General Electric Co <Ge> 耐エロージョン性及び耐腐食性皮膜系及び方法
JP2011137454A (ja) * 2009-12-31 2011-07-14 General Electric Co <Ge> タービンエンジンロータブレード及びロータホイール

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019124135A (ja) * 2018-01-12 2019-07-25 富士電機株式会社 蒸気タービン翼及びその製造方法
JP7015468B2 (ja) 2018-01-12 2022-02-03 富士電機株式会社 蒸気タービン翼及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105863746A (zh) 2016-08-17
JP6375238B2 (ja) 2018-08-15
EP3054095B1 (en) 2018-11-07
US20160230594A1 (en) 2016-08-11
CN105863746B (zh) 2018-03-27
EP3054095A1 (en) 2016-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010000540A5 (ja)
EP2135698B1 (en) Methods of treating metal articles and articles made therefrom
CN106894073B (zh) 一种改善腐蚀环境下镁合金疲劳性能的表面处理方法
US7685712B2 (en) Method for repairing a rubbing surface of a turbomachine variable-pitch blade
JP6375238B2 (ja) 蒸気タービン及びその表面処理方法
EP2275688A2 (en) Production method for coating a piece of turbomachinery
CN106086901A (zh) 一种机械零部件表面处理工艺
JP4609391B2 (ja) 給水ポンプの製造方法
JP2012087325A (ja) 無電解ニッケル−リンめっき処理方法及び無電解ニッケル−リンめっき処理した機能部品
CN104342713A (zh) 去除氧化铝-氧化钛陶瓷型封严涂层的方法
US9333623B2 (en) Method and device for removing a layer from a surface of a body
KR102197090B1 (ko) 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 저널베어링
RU2471017C1 (ru) Способ удаления покрытий из нитрида титана с поверхности деталей из титановых сплавов
JP6644334B2 (ja) 金型冷却孔の表面処理方法及び金型
RU2533223C1 (ru) Способ обработки лопатки газотурбинного двигателя
CN106757026B (zh) 一种发动机涡轮叶片AlSiY涂层的去除方法
US20100326971A1 (en) Thermal barrier coating removal via shockwave stresses
JPH10259790A (ja) ポンプ及びその製造方法
TW201304910A (zh) 沃斯田鐵系不鏽鋼管、鍋爐裝置及管內表面加工方法
JP3911730B2 (ja) ポンプ及びその製造方法
RU2805723C1 (ru) Способ электролитно-плазменного удаления с поверхности детали защитного покрытия на основе алюминия и никеля
RU173250U1 (ru) Шаровой подшипник
RU175616U1 (ru) Шаровой подшипник
Alwan et al. Using a Procedure for Estimating Cavitation Impact for Analyzing the Erosion Resistance of Cermet Thermal Sprayed Coatings
RU173008U1 (ru) Шаровой подшипник

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170801

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180424

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180425

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180620

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180703

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180723

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6375238

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350