JPH01100302A

JPH01100302A - タービン翼の表面強化方法

Info

Publication number: JPH01100302A
Application number: JP25457487A
Authority: JP
Inventors: Masaru Yamamoto; 優山本; Hiroaki Yoshioka; 洋明吉岡; Kazuaki Ikeda; 池田　一昭
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-10-12
Filing date: 1987-10-12
Publication date: 1989-04-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（ａ業上の利用分野）本発明は蒸気タービンの低圧タービン翼のようにドレン
等によって浸食を生じやすい翼表面に表面硬化層を形成
するタービン翼の表面強化方法に関する。

（従来の技術）蒸気タービン翼のうち、特に低圧部の湿り域では、ドレ
ンにより翼表面が浸蝕されるので、その防止として、翼
表面にＣｏ基合金のステライトをろう付け、または溶接
により貼りつけて使用することが従来から行われている
。

しかしながら、最終段翼のような長翼や、原子力低圧タ
ービンなどでは、長翼による高周速や高湿り度のため、
しばしばステライトが浸蝕されている。

さらに、近年、発電効率の改善等に伴い、蒸気タービン
の低圧側では最終段翼の翼長が増大し、翼先端の周速も
増大する傾向にあり、タービンの低圧部では、作動時の
蒸気流中に含まれるドレンの寓速衝突により翼先端前縁
のエロージョン消耗が著しく、特に、■長増大による周
速の増加により、ドレンの衝突速度が大きくなるため、
タービン翼の使用条件は次第に苛酷なってきている。

（発明が解決しようとする問題点）上述のように、従来の蒸気タービンにおいては、特に最
終段翼またはその近傍のタービン翼にドレン等による浸
食が生じやすいという欠点があった。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたもので、耐浸
食性に優れたタービン翼の製造方法を提供することを目
的とするものである。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明のタービン翼の表面強化方法は、タービン翼の一
部に、硬質化物質を供給しつつ、レーザーや電子ビーム
等の高エネルギービームを硬質化物質ならびに翼前材に
照射し、翼表面において硬質化物質と翼前材を溶融し、
融合させて密着性のよい表面硬化層を形成することを主
たる特徴とするものである。

なお、硬質化物質としては、金属炭化物、金属窒化物、
金属酸化物、金属間化合物等の高硬度粒子を１５〜６０
重量％含有するＮ　ｉ−Ｃｒ−Ｆ　ｅ合金を用いること
が好適である。

ところで、タービン翼の翼前材との密着性がよく、しか
も翼前材へ大きな熱影響を与えることなく、硬質化物質
と翼前材を同時に溶融するには、熱源として非常に高い
集中性を有しているものを使用することが望ましい。

このような要請を満たすエネルギー源としてはレーザー
光線や電子ビームなどのような高エネルギーがある。こ
れらの高エネルギービームは、ビーム束と焦点距離の調
整が容易であり、エネルギーを任意の一点に集中するこ
とができる。しかもビームを走査させることにより、任
意の面積に表面硬化層を形成することが可能である。

高硬度粒子としては、Ｔｉ　Ｃ，ＶＣ，ＷＣｌＮｂ　Ｃ
，Ｃｒ　２　Ｃ３、Ｓｉ　Ｃ，ＴａＣ等の金属炭化物、
ＢＮ、Ｔ！　Ｎ、Ｃｒ　２　Ｎ等の金属窒化物、Ｔｉ　
Ｂ２　、Ｆｅ　Ｂ２　、Ｎｉ　Ｔｉなどの金属間化合物
、あるいはＴｉ　０２　、Ｓ！　０２　、ＺｒＯ２、Ｃ
ｒ２Ｏ３、Ａｌ　２０ｑ　、Ｙ２０１等の酸化物が挙げ
られる。

ここで、各高硬度粒子は粒子それ自体が非常に硬く、耐
浸食性は優れているものの、粒子単体で表面層を形成し
ようとしても翼前材への溶解が困難で、密着性に乏しい
。

そこで、本発明においては、各粒子を結合し、かつ、翼
前材とも融合する媒体としてＮ　ｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金を
用いている。この合金はＣｒを含有するため、蒸気ター
ビン低圧部のような腐蝕環境においても優れた耐食性を
有する。また、ＮｉとＦｅにより延靭性に富み、タービ
ン翼の一部を形成しても、翼としての信頼性を十分に保
持することができるものである。なお、Ｎ　ｉ−Ｃｒ−
Ｆ　ｅの配合割合いは翼前材の化学組成に適合したもの
を適宜、選択して使用することができる。

硬質化物質中の高硬度粒子の含有量は、１５％未満では
高硬度粒子による硬化が得れず、また６０％を超えると
形成された表面硬化層が脆くなるので、１５〜６０重量
％の範囲内とする。

表面硬化層を形成する際に、上記硬質化物質を高エネル
ギービームに供給する方法としては、硬質化物質の粉末
または棒状の固体をビーム先端に順次連続的に供給し、
硬質化物質を溶融するとともに、翼前材表面層を溶融さ
せ、硬質化物と翼前材を融合させる方法が適しており、
これにより、大きな密着性が得られる。

本方法においては、表面硬化層の厚さは硬質化物質の供
給量を調整することにより任意の厚さに調整することが
可能であり、さらに−旦、表面硬化層を形成しな後、再
度その上から、上記方法を繰返すことによって表面硬化
層の厚さを調整することも可能である。

（作用）上述のように、本発明によれば、タービン翼の一部に高
硬度をもつ表面硬化層を容易に形成することができ、耐
浸食性は飛躍的に向上する。また、表面硬化層と翼前材
とを同時に溶融し、融合するため、その密着性は著しく
高く、高耐浸食性と併せて、翼の信頼性は著しく向上す
る。

（実施例）次に、本発明の詳細な説明する。

１２Ｃｒ鋼製の翼に、次代に示す各高硬度粒子を含有す
る硬質化物質の粉末を連続的に供給し、レーザービーム
により厚さ約２　ｍ１１の表面硬化層を形成した。レー
ザービームの照射条件は出力３　ｋＷ。

移動速度０．３ｎ／ｉｉｎ、粉末供給量は５００ｇ／ｌ
Ｎ１ｎである。

（以下余白）上記実施例におけるＮ　ｉ−Ｃｒ−Ｆ　ｅ合金は、翼母
材の化学組成に近イ１２％Ｃｒ−ＩＸＮ　ｉ−残部Ｆｅ
であり、この合金の粉末と、上表に示す高硬度粒子を１
５〜６０重量％の範囲で含有量を変えて硬質化物質を形
成している。

得られた表面硬化層の硬さは、上表から明らかなように
、従来材のステライトに比べ、それぞれ２倍以上の高硬
度にあり、また、図に示すようにエロージョン減量（浸
蝕量）もステライトの約１７２以下に減少している。な
お、図の縦軸のエロージョン減量は従来材のステライト
を１にした時の比で表しである。

上記実施例では、翼材に代表的な１２Ｃ「鋼を用いたが
、翼材として使用されている１７−ＪＰＨ鋼、チタン合
金などの翼材にも上記方法が適用可能な事は言うまでも
ない。

また、硬質化物質の供給方法としては、上述のように粉
末または棒状の硬質化物質を連続的に供給する方法に代
え、硬質化物質を予め溶射等により翼表面に付着させた
後、高エネルギービームにより再度溶融して翼母材と融
合させることによっても同等の効果を得ることができる
。

なお、本発明は上記した蒸気タービン低圧部のドレン浸
食防止ばかりでなく、蒸気タービンの高圧部や中圧部の
タービン翼で生じる酸化スケールによる浸食、あるいは
ガスタービンなどにおける砂やほこり等の固体粒子によ
る浸食に対しても有効である。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、タービン翼の一部
に高硬度をもつ表面硬化層を容易に形成することができ
、耐浸食性を飛躍的に向上させることができる。

さらに本発明では、表面硬化層と翼母材とを同時に溶融
し、融合するため、その密着性は著しく高く、高耐浸食
性と併せて、翼の信頼性を著しく向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明により表面強化処理を施したタービン翼
の浸食（エロージョン）試験結果を示すグラフである。代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　　　第子丸　　健

Claims

【特許請求の範囲】

（１）タービン翼の表面の一部に、硬質化物質を供給し
つつ、レーザー光線などの高エネルギービームを照射し
、前記硬質化物質を翼表面において翼母材とともに溶融
、融合させて表面硬化層を形成することを特徴とするタ
ービン翼の表面強化方法。
（２）硬質化物質が、１５〜６０重量％の高硬度粒子を
含むＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金からなることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のタービン翼の表面強化方法。
（３）高硬度粒子が、金属炭化物、金属窒化物、金属酸
化物、および金属間化合物の内のいずれか１種または２
種以上からなることを特徴とする特許請求の範囲第２項
に記載のタービン翼の表面強化方法。