JPH03107577A - 水車及び水車動翼 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水力発電用水車に係り、特に、土砂含有地点
で使用される回転機器等の流水接触部材における耐キャ
ビテーション性、及び、耐土砂摩耗性に優れた水車動翼
に関する。

〔従来の技術〕

水力発電用水車のランナ及びガイドベーン等の流水部は
、それらを構成する材料と流水面で生じるキャビテーシ
ョンにより損傷をうけ、また、流水中に土砂（Ａ　Ｑ　
２０ａ、５ｉｎｓ、Ｆｅａｒ、ＭｇＯ。

− ＣａＯ）、粘土等の固形物を含む場合は、この固形物等
による土砂摩耗のための浸食が発生する。

しかし、発電用水車は高土砂含有地で使用されたことが
比較的少なかったので、流水部分の材料として流水中の
土砂による摩耗を、直接、対象として開発された材料は
従来見当らない。従来は土砂を含まない流水中での耐キ
ャビテーション・エロージヨン性に優れた材料の選定、
開発がなされて来ていた。キャビテーション・エロージ
ヨンによる侵食が生じると振動及び騒音を発生したり、
水車効率の低下を起こす原因となる。そこで、特に、水
車ランナには、ランナ材としての強度特性を満足する焼
入れ、及び、焼戻し処理を施した言Ｎｉ−１３Ｃｒ鋳鋼
等が使用されている。この含Ｎｉ−１３Ｃｒ鋳鋼は、通
常の１３Ｃｒ鋼に比べて耐キャビテーション・エロージ
ヨン性は優れているが、充分とは言えない。そこで、水
車ランナは、次のキャビテーションの発生する領域がよ
りキャビテーション性の優れたｃ　：　ｏ、ｏ　ｓ％以
下、Ｓｉ：０．９％以下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｎｉ：
９−１１％、Ｃｒ：１８〜２１％からなるＪＩＳＤ３０
８．Ｃ：　０．１２％以下、Ｓｉ：０．９％以下、Ｍｎ
：２．５％以下、Ｎｉ：１２〜１４％。

Ｃｒ：１２〜２５％、Ｍｏ：２〜３％からなるＪＩＳ　
　Ｄ３０９Ｍｏのオーステナイト地にフェライトが析出
した溶着金属で肉盛されて使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、流水中に土砂を含む高土砂含有地点を対象とし
た場合には、ＪＩＳ　　Ｄ３０８及びＪＩＳＤ　３０９
　Ｍ　ｏ等では耐土砂摩耗性が不十分である（特公昭６
１〜１１３１２号、特公昭６１〜１１３１１号、特公昭
６２〜５６９４７号公報参照）。

Ｊ４Ｓ　　Ｄ３０８やＪＩＳ　　Ｄ３０９Ｍｏ等の肉盛
溶接は、耐食性は言うまでもないが、水車ランナ等のキ
ャビテーション・エロージヨンを防止することが主目的
で実施されているものであり、耐土砂摩耗性は必ずしも
高くない。これはキャビテーション・二ローションと土
砂摩耗の発生機構がそれぞれ異なるためである。即ち、
前者は高速水中でキャビティを発生し、これが崩壊する
際、高い衝撃圧力を生じるために材料が侵食される現象
である。一方、後者は、主として土砂による切削作用の
ために、流水部材料が侵食される現象である。この土砂
摩耗は流速にもよるが土砂が衝突した時の衝撃力の強い
ほど激しい侵食を起こす。

しかし、キャビテーションのみによる侵食において、キ
ャビティが崩壊するときの高い衝撃圧力を利用して流水
材料表面が加工硬化するＤ３０８やＤ３０９　Ｍ　ｏ等
の従来材料では、高土砂含有地点用水車に適用するには
必ずしも十分な耐土砂摩耗性が得られないという問題が
あった。これは、キャビテーション・エロージヨンと土
砂摩耗との複合した損傷により材料が侵食されることも
考えられるからであり、単独現象に対する考え方よりも
キャビテーションと土砂摩耗の耐複合損傷性の材料が得
られなかったことにある。

本発明の目的は、土砂含有地点用水車として要求される
耐キャビテーション・エロージヨン性と耐土砂摩耗性を
兼ね備えた流水部を有する水車と＝１１〜 その動翼を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は従来の耐キャビテーション・エロージヨン性
を付与するために行なわれている比較的加工硬化性のあ
るＪＩＳ　　Ｄ３０８やＤ３０９に比べ、水車の流水部
をより加工硬化性をもつステンレス鋼により構成し、こ
のステンレス鋼にあらかじめ、表面加工硬化に加え、圧
縮残留応力を付与することにより達成される。

即ち、土砂を含む河川水流体に使用するキャビテーショ
ン、土砂摩耗、および、これらの複合損傷をうける水車
の流水部、特に、水車の動翼を、オーステナイト組織を
もち、素材の硬さビッカースで２３０以上で、かつ、流
水や土砂の衝撃によってビッカース硬さが４００以」二
になる加工硬化性の大きい、すなわち、重量で、Ｃ：　
０．０７〜０．２％、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ　：　７−
１５％。

Ｎｉ１〜７％、Ｃｒ：２０％を越え２５％以下。

Ｍｏ：０．２〜３％Ｗｏｏｌ〜３％及びＮ　：　０．１
５％以下を含み、残部Ｆｅ及び同伴する不可避的不２ 鈍物からなる。耐キャビテーション・エロージヨン性、
及び、耐土砂摩耗性のステンレス鋼で構成する。特に、
このステンレス鋼はＣｒ当量を１４〜２４．Ｎｉ当量を
１３〜２３の範囲に調整する。

第」図に示した斜線領域のオーステナイト相識の鋼板を
銀ロー付及び溶接により水車の流水部、特に、水車動翼
に接合することが好ましい。第１図に示したように、こ
れらの材料のＮｉ当量をオーステナイト組織を示す直線
上により１〜１０高くしたのは、これによって流水中の
土砂による表面の衝撃応力を利用して均一に硬化させる
ためである。オーステナイト相中にフェライトが析出し
ていると、フェライト相の加工硬化機能がオーステナイ
ト相より小さいため、その部分が侵食されやすくなるの
でステンレス鋼は加工硬化性の大きいオーステナイト相
単体のものが好ましい。第１図の斜線領域に示した完全
オーステナストａｍの材料はキャビティージョン・エロ
ージョン、及び、土砂摩耗、並びに、これの複合損傷を
受ける部材、特に、水車動翼表面に形成する。水車流水
部表面特に、動翼表面への形成は本発明による鋼板歎ロ
ー付、及び、隅肉溶接等によることが好ましいが、水車
母材に溶接棒や粉体によって肉盛溶接によることも可能
である。

〔作用〕

一方、これらの材料は、その表面にショットピニング処
理等により圧縮残留応力を付与し、表面を硬化させるこ
とにより効果的に耐損傷性を発揮させることができる。

更に、ビーニンク等による表面処理のままでは、処理に
よる金属粉等が鋼板表面に巻込み等で残存するので表面
層５μｍ以下を切削除去することにより、さらに効果的
に耐損傷性を発揮できる。この場合、エメリー紙等で表
面層を切削除去すると切削面には圧縮残留応力が残り、
さらに耐損傷性を付与するのに効果的である。高土砂含
有地点の流水中に定常状態で土砂を１％以下含有してい
るが、本発明の水車、特に水車動翼は特に重量％で５％
以下の土砂を含む流水に対して有用である。

〔実施例〕

水車の動翼を形成するランナ本体は、クラウンと、シュ
ラウドとの間に複数の羽根が形成され、クラウンの中心
に流水を分配するランナコーンとを有している。羽根の
外側にもガイドベーンが設けられ、その外側にはステー
ベーンか設けられている。

本発明による鋼は流水部、特に、水車動翼の羽根３に適
用するものであるが、羽根以外の回転部材にも適用する
ことができる。

第４図に例示しているように、この水車の！！！７１ｇ
の羽根３の母材は、一般に、通常の溶解・鋳造によって
得られた含Ｎｉ１３Ｃｒ鋳錆９によって術成されている
。この羽根表面の流水面で損傷を受ける部分にオーステ
ナイト組織をもち、］（１％でＣ：　０．０７〜０．２
％、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎニア〜１５％、Ｎｉ、１〜７
％、Ｃｒ：２０％をぶえ２５％以下、Ｍｏ：０．２〜３
％、Ｗ：　０．１〜３％以下及びＮ：Ｏ，，１５％以下
を含み、残部Ｆｅより成るステンレス鋼板１０を銀ロー
付１１により接合した。さらに、この部分の表面に耐損
傷性５ を付与するために有効な圧縮残留応力を４付する目的で
ショットピーニング処理表面層１２を形成させた。なお
、この接合は羽根動翼の母材である１３％Ｃｒ鋳鋼と本
発明の鋼である加工硬化性の大きいステンレス鋼との拡
散による相識変化を制御するため溶接よりは銀ロー付の
ほうが好ましい。

別に、本発明による鋼板を溶接により母材に接合するこ
と、また、本発明の組成鋼の溶接棒、及び、粉体による
肉盛溶接によることも可能なことはいうまでもない。さ
らに、羽根３の基体形状に合った接合が要求されるが、
鋳鋼品を加工するより、鋼板を接合するほうが好ましい
。

次に、本発明によるストンレス鋼夫々の元素成分の含有
量の限定理由について述べる。

Ｃは強力なオーステナイト生成元素であり、基体の強化
にも寄与する。しかし、その量が低い場合は鋼板中のオ
ーステナイ１へ相中にフェライトを析出させ延性、靭性
を低下させ、逆に、あまり多く添加すると粒界炭化物を
析出させ靭性の低下を助長し、鋳造及び溶接割れ感受性
を高める等の原６ 因となる。そのため、Ｃ量の範囲を０．０７〜０．２重
量％とじた。好ましくは０．０８〜０．１８％である。

Ｓｊは脱酸効果に有効であるが、あまり多く添加すると
合金を脆くし、フェライトを析出しゃすくするため２％
以下に限定した。しかし、脱酸効果及び肉盛溶接材とし
て使用する場合、凝固粒界に低融点化合物を作って高温
割れを起こすことを考慮して、０．２〜１．５重量％で
０．４〜］、０％が好ましい。

Ｍｎは鋼材の靭性等に有害を脱硫、及び、脱酸のために
加えられるが、Ｎ固溶限を増加するとともに、オーステ
ナイト化を促進する元素で、ＮｉやＣとの共存によって
加工硬化性を付与する■要な元素である。Ｍｎの量が少
ないとマルテンサイト量を増し、加工性を困難にし、耐
キャヒアーション・二ローション性や耐土砂摩耗性の改
善が期待されない。その量が多いとオーステナイトＭｉ
織を安定にし、加工硬化性を減じるばかりでなく鋳造の
際の湯の流れ性を悪くして溶接作業外が低下する。本発
明の組成はＮｉ及びＣとの関連においてＭｎの含有量は
７〜１５重量％が必要であるが、鋳造性、溶接性及び加
工性を考慮するとともに、最適な加工硬化性を発揮する
８〜１２重景％が好ましい。

Ｃｒは本合金で、２０重量％を越え２５％以下を基本と
するが、その他のフェライト生成元素であるＳｉ、Ｍｏ
、Ｗとの関連において、最大値を２５重景％とし、下限
値を２０重景％を越えることとした。これは、本合金を
オーステナイト相とし、かつ、加工硬化性を付与し、キ
ャビテーション性や土砂摩耗性の改善を図ることが目的
の−っであるため、低めのほうが良い。

一方、河川水、及び、海水中での耐食性を考慮すると出
来るだけ高めにする必要がある。しかし、フェライト、
及び、オーステナイ１へ生成元素との兼ねあし）で、オ
ーステナイトにし、かつ、方ロエ硬化性を付与するには
１２〜１５重量％が最適である。

Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、Ｍｎ及びＣとあ
いまってオーステナイト組織を安定化させ、鋼材の靭性
、延性を向上するのに有効である。

ＭｎとＣとを考慮するＮｉの量は１重量％以上必要であ
る。

Ｎｉの添加量が７重量％以上を越えるとオーステナイト
組織が安定化し加工硬化性が減じ、耐キャビテーション
・エロージヨン性、及び、耐土砂摩耗性の低下を招く、
しかし、本発明によるステンレス鋼板はＪＩＳ　　５Ｕ
Ｓ３０４　（１８Ｃｒ−８Ｎ１）のステンレス鋼のＮｉ
を減らし、Ｍｎを添加することによってオーステナイト
組織とし、かつ、加工硬化性を付与することが要魚の一
つである。そこで、ステンレス鋼中Ｎｉの量が低い場合
は、フェライト、及び、マルテンサイト相を生成し、従
って、加工硬化性、並びに、加工性を減じること、あま
り量の多いとオーステナイトを安定化し、加工硬化性を
減じることを考慮し、第１図に斜線で示したオーステナ
イト領域を下限を示す直線より１〜１０高くするためと
Ｍｎ、ＮとＣ量との相乗効果とを考慮し、Ｎｉの量を１
〜５重＝１９ 量％が好ましい。

Ｍｏは基材を強化すると共に耐食性、特に、耐孔食性を
付与する効果があるが、この元素はフェライト生成元素
であり、その量を増すとフェライト相を生成するととも
に加工性を困難にする。本発明によるステンレス鋼では
、耐食性を考慮して添加し、河川水環境での水車動翼の
羽根には０．２％以下の添加で充分その耐食性は発揮で
きる。しかし、海水揚水発電における水車動翼の羽根で
は、海水に対する孔食が問題となる。その耐孔食性を発
揮するためには、Ｍｏの量を増やす必要があるが、２〜
３重景重量上ではあまり、その耐孔食性に差があられれ
ない。従って、耐孔食性を考慮し０．２〜３重量％に限
定した。

Ｗは、本合金のマトリックスの硬さを向上することによ
り、耐キャビテーション・エロージヨン性、及び、耐土
砂摩耗性を向上させるポイントの一つであり、０．１％
以」二必要である。Ｗの添加量を多くすると鋳造性、加
工性、溶接性等に影響を及ぼすこと、また、硬さの上昇
が期待できなく２０− なるとともに、偏析を生じるため、その最大値を３重量
％を限定した。好ましくは、０．３〜１．５％である。

ＮはＣとあいまってステンレス鋼のオーステナイト組織
を安定化させる。しかし、あまりその量を多くすると窒
化物を形成して、鋼材の靭性、延性を害し、溶接部材の
ブローホール寺の欠陥を生じやすくなるため、その最大
値を０．２重量％に限定した。

残部はＦｅ及び同伴する不純物からなり、不純物として
Ｐ、Ｓ及び、その他Ａｓ、Ｓｂなどかあるが、これらの
元素は延性、靭性を害し、溶接性。

鋳造性を低下させるため極力少ない方が望ましい。

特に、本発明に係るステンレス鋼はＭｎを多量に含むも
ので、ＭｎがＳと結合しＭｎＳの介在物を形成するので
、Ｓ量は極力少なく抑えることが好ましい。

さらに、本発明に係るステンレス鋼は、Ｔｉ。

Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｖ等のＭＣ型炭化物形成元素
の一種、又は、二種以上を１％以下含有させることによ
り強度を高めることができる。特に、これらの元素は０
．５重量％　とすることが好ましい。更に、鋼の延性を
高めるためにＣａ、Ｍｇ。

希土類元素、Ｙ等の酸化剤を加えることができる。

それらの一種又は二種以上の含有量を０．５恵量％以下
とすることが好ましい。

第２図及び第３図は本発明による鋼が適用される代表的
な水車及び水車流水部の断面図を示す。

水車の主要部は動翼であるランナから′ａ成され、ラン
ナ本体はクラウン１．シュラウド２との間に複数の羽根
３が形成され、羽根３に流水を辱（ランナコーン４を有
している。羽根３の外側にはガイドベーン５とステーベ
ーン６とが設けられ、ランナにはランナライナ７、及び
、ガイドベーン５にはシートライナ８が付設されている
。本発明による鋼は流水部、特に、水車動翼の羽根３に
適用するものであるが、羽根以外の回転部材にも適用で
きる。

第４図に例示しているように、この水車のｖＪ翼の羽根
３の母材は、一般に、通常の蓄解・Ｍ＆によって得られ
た含Ｎｉ１３Ｃｒ鋳ｆｌ！４９によつ１構成されている
。この羽根表面の流水面で損傷を受ける部分にオーステ
ナイト組織をもち、重量％でＣ：　０．０７−０．２％
、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎニア〜１５％、Ｎｉ：１〜７％
、Ｃｒ：１Ｏ−２ｂ％、Ｍｏ　：　０．２〜３％、Ｗ：
０．１〜３％及びＮ：０．２％以下を含み、残部Ｆｅよ
り成る２ミリメートル以下のステンレス鋼板１０を銀ロ
ー付１１により接合した。さらに、この部分の表面に耐
損傷性を付与するために有効な圧縮残留応力を付与する
目的でヨツトピーニング処理表面層１２を形成させた。

この表面層１２の表面をペーパ研磨した。なお、この接
合は羽根動翼の母材である１３％Ｏｒ鋳鋼と本発明の鋼
である加工硬化性の大きいステンレス鋼との拡散による
組成変化を制御するため溶接よりは銀ロー付のほうが好
ましい。

別に、本発明による鋼板を溶接により母材に接合するこ
と、及び、本発明の組成鋼の溶接棒、又は、粉体による
肉盛溶接によることも可能なことはいうまでもない。さ
らに羽根３の基体形状に合った２３− 接合が要求されるが、鋳鋼品を加工するより、銅板を接
合するほうが好ましい。

次に本発明による水車、特に水車の動翼に適用されるス
テンレス鋼と従来の鋼について、耐キャビテーション・
エロージヨンと土砂摩耗についての実施例を示す。

第１表は本発明による鋼板Ｍｏ８８〜１６及び比較材Ｎ
０８Ｉ〜７として用いた材料の化学組成（重量％）を示
す。残部は実質的にＦｅである。

２４− Ｎα１は主として水車ランナ及びガイドベーンに適用さ
れているマルテンサイト系の５Ｎｉ−１３Ｇ鋳鋼である
。Ｎα２は代表的なオーステナイト系ステンレス鋼の５
ＵＳ３０４である。Ｎ１１３は肉盛溶接材であるＪＩＳ
規格のＤ　３０９　Ｍ　ｏ　溶接棒による肉盛溶接金属
である。Ｎα４〜７は−・連の実験に用いたステンレス
鋼ｆ鋼であり、Ｎα４〜１９は本発明によるステンレス
鋼である。

比較材Ｎα２は市販鋼板であり、１０５０℃で二時間固
溶化処理後空冷とした。Ｎα２とＮｕ　３を除く材料は
いずれも高周波溶解炉で製作し、薯製後Ｎα１は１００
０℃で二時間保持後、空冷し、６００℃で５時間焼もど
し処理を施こした。他のＮα４〜１９はいずれも１０５
０℃で二時間固溶化処理後、空冷した。

また、本発明鋼のＮα１６〜］９の三種については、さ
らに素材の一部を引抜きにより直径２ＩＩｎの心線に加
工し、ＴＩＧより、予熱することなく、常温で５ＵＳ３
０４鋼板に溶接することにより肉盛溶接層を形成した。

なお、肉盛溶接は母材の組成が影響されないように複数
層溶接した。

実験における耐キャビテーション・エロージヨン性の比
較は、磁歪振動式キャビテーション試験機を用い、周波
数６．５ｋＨｚ、出力０．７ＫＷ。

振動１２０μｍ、試験温度２５℃の条件下で１２０分試
験後の重量減により評価した。

一方、土砂摩耗性は噴流式試験方法により評価した。そ
の試験は土砂として平均粒径８μｍのＡΩ２０３を水道
水ＩＱ当り３０ｇ混入した土砂水を１ｍのノズルから流
速２０　ｍ　／　Ｓ、試験片に対し噴流角４５°で四時
間噴射した。試験後の重量を測定し、試験前後の重量差
を摩耗量とした。

第４図は供試材料のキャビテーション減量を示す。図よ
り明らかなように、本発明に係る水車動翼を構成するス
テンレス鋼Ｎα８〜１９の耐キャビテーション・エロー
ジヨン性は、肉盛溶接材とともにＮα１〜７の比較材に
比べ優れている。

第５図は１６Ｃｒ−４，５Ｎｉ−０，５Ｍｏ−０，３Ｗ
−０，１５Ｎ一定としたＭ　ｎ添加量で整調した結果で
ある。Ｍｎ添加量が８％以下になる結７− とキャビテーション・二〇−ジョン減量が急激に増加す
る。また、Ｍｎが１２％以上になると増加し、耐キャビ
テーション・エロージヨン性をＱには８〜１２％が必要
であり、特に１１％で優れている。

次に、本発明によるステンレス鋼の耐キャビテーション
・エロージヨン性を向上する原因について検討した。

第６図はキャビテーション・エロージヨン試験後の侵食
面から深さ方向の距離と硬さとの関係を示す。

Ｎα１の比較材はキャビテーション試験後も侵食部近傍
での加工硬化による硬さの上昇は認められない。本発明
による鋼材Ｎα１１とＮｏ１９はＷ添加により素地の硬
さ、及び、侵食部表面での硬さ上昇が見られ、比較材Ｎ
α２及びＮα４より、浸食部の表面層での硬さが高い。

このことより、素地の硬さも耐キャビテーション・エロ
ージヨン性を向上するが、水の衝撃力によって、加工硬
化を受け、オーステナイト相がマルテンサイト相に変態
する８ ためと、Ｗ添加によりＷＣを形成することにより、母地
中のＣ量を減じ、オーステナイトを不安定にし、加工硬
化性を増すためである。

第７図は本発明による鋼材Ｎα１２とＨａ　１３につい
て母材表面をショットピーニングしたものとしないもの
との耐キャビテーション・エロージヨン性の比較試験結
果を示す。この結果はショットピニングによるステンレ
ス鋼表面の凹凸をエメリー紙＃１２００で０．０５＋ｎ
ｍ研摩し、試験片表面を平滑にし、ショットピーニング
しないものと同一表面状態としたものである。なお、シ
ョットピニング条件はワイヤ径２ｍｍφを空気圧５〜６
ｋｇ／ｄ、時間は１分／ａｌ噴射した。図から知られる
ように、ショットピーニング処理したものは、ショット
ピーニング処理しない材料に比べ耐キャビテーション・
エロージヨン性を向上している。これは、ショットピー
ニング処理を行なった材料は表面が加工硬化し、圧縮残
留応力管がより内部まで形成されるためである。なお、
ショットピーニング処理による表面硬化度は５５０〜６
５０程度まで上昇することがわかり、表面に圧縮残留応
力を付与することは耐キャビテーション・エロージヨン
性を向上するのに有効である。

第８図は比較材であるＮα１．Ｎα２及びＮα４と開発
材のＮα８〜１１及び１９について土砂摩耗試験した結
果を示す。第４図のキャビテーション・エロージヨン試
験結果と同様本発明による鋼材は比較材に比べ耐土砂摩
耗性が優れている。

このことから、本発明による水車及び水車動翼の羽根の
構成材が優れた耐キャビテーション・エロージヨン性、
並びに、耐土砂摩耗性を示すのは、Ｍｎ添加によって土
砂による切削抵抗を増し、かつ、Ｍｏ、Ｎ、Ｗ添加によ
って素地のオーステナイトが強化されたためと考える。

〔発明の効果〕

本発明によれば、キャビテーション・エロージヨン、土
砂摩耗及びこれらの複合損傷を軽減できるので、機器の
効率の低下を軽減でき、その寿命の改善に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に適用するステンレス鋼の組
成範囲を示す線図、第２図及び第３図は本発明鋼を適用
される水車の断面図、第４図は比較材及び本発明材のキ
ャビテーション・エロージヨン減量を示す説明図、第５
図はキャビテーション・二ローション減量とＭｎ量との
関係を示す線図、第６図はキャビテーション・エロージ
ヨン試験後の侵食面深さ方向の距離と硬さとの関係を示
す線図、第７図はショットピーニンク処理層のキャビテ
ーション・エロージヨン減量を示す説明図、第８図は比
較材と開発材の土砂摩耗量を示す説明図である。 １・・・クラウン、３・・・羽根、９・・・含Ｎｉ１３
ＣｒＲ鋼。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、土砂を含む河川水流体に使用される水車において、 キャビテーション・エロージヨン、土砂摩耗および、こ
   れらの複合損傷をうける流水部分を、主にオーステナイ
   ト組織をもち、その素材硬さはビッカーズ硬さで２３０
   以上であり、かつ、流水並びに土砂の衝撃によつてビッ
   カーズ硬さが４００以上となる加工硬化性の高いステン
   レス鋼で構成され、前記ステンレス鋼は、重量％でＣ：
   ０．０７〜０．２％、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：７〜１５
   ％、Ｎｉ：１〜７％、Ｃｒ：２０％を越え２５％以下、
   及びＷ：０．１〜３％を含み、残部Ｆｅ及び同伴する不
   可避的不純物からなることを特徴とする水車。 ２、請求項１において、 前記ステンレス鋼は、重量％でＣ：０．０７〜０．２％
   、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：７〜１５％、Ｎｉ：１〜７％
   、Ｃｒ：１０〜２５％、Ｗ：０．１〜３％、Ｍｏ：０．
   ２〜３％及びＮ：０．１５％以下を含み、残部Ｆｅ及び
   同伴する不可避的不純物からなることを特徴とする水車
   。 ３、前記ステンレス鋼がＣｒ当量１４〜２４（Ｃｒ当量
   ：Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５×Ｓｉ％）及びＮｉ当量１３
   〜２３（Ｎｉ当量：％Ｎｉ＋３０％Ｃ＋３０％Ｎ＋０．
   ５×％Ｍｎ）からなる請求項１に記載の水車。 ４、前記ステンレス鋼のＮｉ当量はオーステナイト領域
   の下限を示す直線より少なくとも１〜１０高い請求項３
   に記載の水車。 ５、前記ステンレス鋼を、水車本体としての炭素鋼、マ
   ルテンサイト鋼又はオーステナイト鋼の少なくとも流水
   及び含有土砂が衝突する領域に銀ロー付、及び、溶接に
   より接合して構成することを特徴とする請求項１に記載
   の水車。 ６、前記ステンレス鋼は、少なくとも厚さ２ｍｍ以下の
   圧延鋼板である請求項１または２に記載の水車。 ７、請求項５において、 前記ステンレス鋼の表面に圧縮残留応力を形成するショ
   ットピーニング処理によつて加工硬化させる水車。 ８、請求項７において、 ピーニングの後の表面を研削した平滑にするために、少
   なくとも押付力が大きいペーパ研摩によつて５μｍ以下
   の表面あらさに仕上げる水車。 ９、請求項７において、 ピーニング処理による表面層のビッカース硬さが、表面
   層より０．０５ｍｍ以下は少なくとも４００以上である
   水車。 １０、請求項１において、 流水及び土砂含有水が衝突する領域を溶接棒又は粉体に
   よる溶接肉盛で構成することを特徴とする水車。 １１、前記溶接肉盛材は、重量％でＣ０．０７〜０．２
   ％、Ｓｉ２％以下、Ｍｎ８〜１２％、Ｎｉ１〜５％、Ｃ
   ｒ２０％を越え２５％以下、Ｍｏ１〜３％、Ｗ３％以下
   、及びＮ０．１５％以下を含み、残部Ｆｅ及び同伴する
   不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１０に
   記載の水車。 １２、請求項１１において、 肉感溶接表面に圧縮残留応力を形成る少なくともショッ
   トピーニング処理によつて加工硬化させる水車。 １３、請求項１２において、 ショットピーニングの後の表面を研削した平滑にするた
   めに、少なくとも押付力が大きいペーパ研摩によつて５
   μｍ以下の表面あらさに仕上げる水車。 １４、請求項１３において、 ショットピーニングの処理による表面層のビッカース硬
   さが、表面層より０．０５ｍｍ以下は少なくとも４００
   以上である水車。 １５、河川水中に土砂を重量％で５％以下を含む流水中
   で使用される請求項１に記載の水車。 １６、土砂を含む河川水流体に使用される水車動翼にお
   いて、 キャビテーション・エロージヨン、土砂摩耗および、こ
   れらの複合損傷をうける羽根部分を、オーステナイト組
   織をもち、その素材硬さはビッカース硬さで２３０以上
   であり、かつ、流水並びに土砂の衝撃によつてビッカー
   ズ硬さが４００以上となる加工硬化性の高いステンレス
   硬で構成したことを特徴とする水車動翼。 １７、前記ステンレス鋼は、重量％でＣ：０．０７〜０
   ．２％、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：８〜１２％、Ｎｉ：１
   〜５％、Ｃｒ：２０％を越え２５％以下、Ｍｏ：１〜３
   ％Ｗ：３％以下、及び、Ｎ：０．１５％以下を含み、残
   部Ｆｅ及び同伴する不可避的不純物からなることを特徴
   とする請求項１６に記載の水車動翼。 １８、前記ステンレス鋼がＣｒ当量１４〜２４（Ｃｒ当
   量：Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５×Ｓｉ％）及びＮｉ当量１
   ３〜２３（Ｎｉ当量：％Ｎｉ＋３０％Ｃ＋３０％Ｎ＋０
   ．５×％Ｍｎ）からなる請求項１６に記載の水車動翼。 １９、前記ステンレス鋼のＮｉ当量はオーステナイト領
   域の下限を示す直線より少なくとも１〜１０高い請求項
   １８に記載の水車動翼。 ２０、前記ステンレス鋼を、水車本体としての炭素鋼、
   マルテンサイト鋼又はオーステナイト鋼の少なくとも流
   水及び含有土砂水が衝突する領域に銀ロー付、及び、溶
   接により接合して構成する請求項１６に記載の水車動翼
   。 ２１、前記ステンレス鋼は、少なくとも厚さ２ｍｍ以下
   の圧延鋼板である請求項１８に記載の水車動翼。 ２２、請求項２１において、 前記ステンレス鋼の表面に圧縮残留応力を形成する少な
   くともショットピーニング処理によつて加工硬化させる
   水車動翼。 ２３、請求項２２において、 前記ショットピーニングの後の表面を研削した平滑にす
   るために、少なくとも押付力が大きいペーパ研摩によつ
   て５μｍ以下の表面あらさに仕上げる水車動翼。 ２４、請求項２２において、 前記ショットピーニング処理による表面のビッカース硬
   さが、表面層より０．０５ｍｍ以下は少なくとも４００
   以上である水車動翼。 ２５、請求項１６において、 流水及び土砂含有水が衝突する領域を溶接棒や粉体によ
   る溶接肉盛で構成する水車動翼。２６、前記溶接肉盛材
   は、重量％でＣ０．０７〜０．２％、Ｓｉ２％以下、Ｍ
   ｎ８〜１２％、Ｎｉ１〜５％、Ｃｒ２０％を越え２５％
   以下、Ｍｏ１〜３％、Ｗ３％以下、及びＮ０．１５％以
   下を含み、残部Ｆｅ及び同伴する不可避的不純物からな
   る請求項２５に記載の水車動翼。 ２７、請求項２６において、 肉盛溶接の表面に圧縮残留応力を形成る少なくともショ
   ットピーニング処理によつて加工硬化させる水車動翼。 ２８、請求項２７において、 前記ショットピーニングの後の表面を研削した平滑にす
   るために、少なくとも押付力が大きいペーパ研摩によつ
   て５μｍ以下の表面あらさに仕上げる水車動翼。 ２９、請求項２７において、 前記ショットピーニング処理による表面層のビッカーズ
   硬さが、表面層より０．０５ｍｍ以下は少なくとも４０
   ０以上である水車動翼。 ３０、河川水中に土砂を重量％で５％以下を含む流水中
   で使用される請求項１６に記載の水車動翼。