JPS60243263A - 蒸気タ−ビンノズル翼 - Google Patents

蒸気タ−ビンノズル翼

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JPS60243263A
JPS60243263A JP9649684A JP9649684A JPS60243263A JP S60243263 A JPS60243263 A JP S60243263A JP 9649684 A JP9649684 A JP 9649684A JP 9649684 A JP9649684 A JP 9649684A JP S60243263 A JPS60243263 A JP S60243263A
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steam
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Takao Abe
阿部 孝男
Isao Ishi
伊師 功
Kyo Matsuzaka
松坂 矯
Jiro Koike
小池 二郎
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Hitachi Ltd
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    • 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
    • C23C12/00Solid state diffusion of at least one non-metal element other than silicon and at least one metal element or silicon into metallic material surfaces

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、蒸気タービンに係り、耐二ローション及び耐
熱耐酸化性に優れたノズル翼に関する。
〔発明の背景〕
周知のように蒸気タービンは、ボイラー室において発生
させた蒸気によってタービンを駆動させるものである。
これら機器においてタービンノズル翼の機能は、タービ
ン室に蒸気を効率良く導くものである。しかしこのノズ
ル翼などにエロージョン摩耗が発生し、これが著しい場
合にはタービンノズルとしての所定の機能を果さない場
合がある。二ローション摩耗の発生原因は、主にボイラ
ー過熱機等で発生する酸化物が、蒸気に混入し、蒸気が
ノズル翼を通過する際、混入している酸化物が衝撃的(
200〜500m/s)にノズル翼に衝突し、この繰返
し′によりノズル翼より硬さの高い酸化物によってアブ
レシーブ摩耗的な作用により二ロージョン摩耗を発生し
ているものと考えられる。この二ローション摩耗防止策
としては。
蒸気中に酸化物を混入させなければ良いわけであるが、
これら°の酸化物は非常に微細であり、完全に取り除く
ことは極めて困難である。これらのことから本機器にお
ける耐二ローション性に優れたタービンノズル翼の開発
が望まれていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、蒸気タービンにおいて、蒸気をタービ
ン室に効率良く導く機構部品であるノズル翼について耐
エロージヨン及び耐熱耐酸化性に優れたものを提供する
ことにある。
〔発明の概要〕
前述の問題に鑑み、出願者は耐エロージヨン性等に優れ
たノズル翼を開発すべく検討した結果、ノズル翼の二ロ
ーション摩耗は蒸気中に混入している酸化物の衝突によ
るためであり、酸化物によるアブレシーブ摩耗的要因を
持った摩耗現象である。したがって二ローション摩耗を
防止するには、ノズル翼を衝突して来る酸化物より硬く
することによって解決できるものと考えた。ここでター
ビンノズル翼として用いられている材質は、周知のよう
にノズル翼としての要求性質から、13Cr系ステンレ
ス鋼のみであるが、要求特性から、工i−ジョン摩耗対
策のみで、基調となる上記材質を根本的に変えることは
できない。そこで出願者らはノズル翼に表面処理を施す
ことによって耐エロージヨン性を賦与することに着目し
、種々研究した結果タービンノズル翼としての性能を損
うことなく耐二ローション性に優れたものを開発するこ
とができた。すなわち、現用ノズル翼材に次のような表
面処理を施すことによって達成することができた。処理
法はノズル翼材に最初に浸炭処理を施し、浸炭深さを0
.1〜0.5mmとした後、クローム、アルミナ及び塩
化アンモニウム粉からなる粉末中に埋込み、所定の温度
及び時間保持し熱処理するものである。本処理法により
ノズル翼表層部にはCr2:IC,型のクロームカーバ
イト層が5〜50μmの厚さに形成される6クロ一ムカ
ーバイト層の硬さはHv 1500〜2000を示し、
蒸気中に混入している酸化物硬さくHv400〜500
)より非常に硬く、後述する耐二ローション性評価試験
よりも知られるように耐エロージヨン性に優れたもので
ある。本処理法において、浸炭深さを0.05〜0.5
+wとしたのは、全処理後において、0.05mn以下
ではクロームカーバイト層が均一かつ十分に得られない
ためである。また0、5mn+以下としたのは、それ以
上ではノズル翼の機械的性質が、損われるためである。
またクロームカーバイト層厚さを5〜50μmとしたの
は、5μm以下では耐二ローション性に効果がないため
である。また50μm以下としたのは、それ以上厚くし
ても耐二ローション性に対する効果は実質的にほぼ同じ
であるからである。
(発明の実施例〕 実施例(1) 第1に通常タービンノズル翼材として用いられる材料の
化学組成を示す。これらの材料にCr 。
AQ、03及びNH4CQからなる粉末を用い、パック
法(以下Cr−C処理と称す)により、1150℃X2
hr処理、及びほう砂及びフェロバナジウムを主成分と
した溶融液中(以下VC処理と称す)で1000℃X1
6hr処理を行った結果、Cr−C処理したものは、表
層部に硬さHv約180と低いF e −Cr層が形成
され、目標とするクロームカーバイト層は形成されない
。またVC処理したものは表層部に2〜3μmの70層
が形成されるがその直下に脱炭層が生じ、硬化しないこ
とがわかった。
表 1 実施例(2) 前処理として1100℃X2hr浸炭処理したのち、C
r −C処理を行った場合のミクロ組織観察及びX線分
析試験を行った。これにより、浸炭処理後、Cr−C処
理を施すと、X線分析結果より知られるようにクローム
カーバイト層(Cr−C)が形成きれることを確認した
。またC r −C層は、Cr 23 (:、 、型で
あることがX線回折結果より明らかとなった。
実施例(3) 第2図は耐摩耗性試験結果を示したものである。
Cr−C処理材の熱処理法は、12Cr#I及び11C
r−Mo−Vは、浸炭処理を1100℃X 2hrとし
た後、Cr−C処理を1150℃X2hr行いその後、
調質処理として1100℃焼入れ後、670℃焼もどし
処理を行った。VC処理は、浸炭処理1100℃X2h
r行った後、1000℃X16hrのVC処理を行ない
、その後、1000℃焼入れ、670℃焼もどしの調質
処理したものである。また無処理と表示しているものは
調質処理のみである。
VC処理材の耐酸化性は、無処理及びCr−C処理に比
べ各温度において最も悪く特に600℃以上になると著
しく耐酸化性が劣る。これに対しCr’−C処理材は、
各温度とも変化が少なく、耐酸化性に優れていることが
わかる。また無処理材自体耐熱耐酸化性材であるため、
約700℃まではCr −C処理材とほぼ同じ値を示し
ているが、700℃以上では急激に耐酸化することがわ
かる。
これよりCr−C処理材は、無処理及びVC処理材より
優れていることがわかる。
実施例(4) 第3図はCr−C処理層材の高温硬さ測定結果である。
この場合のCr−C処理材の熱処理条件は、浸炭処理を
1100℃X2hr処理した後、1150”eX2hr
cr−C処理し、その後、調質処理を施したものである
。また無処理は、調質処理のみのものである。Cr−C
処理層の高温硬さは、温度が高くなるにしたがって、低
下するが、無処理材に比べると、いずれの温度において
も、非常に高く1例えば500℃における硬さは無処理
材がHv約200を示しているのに対し、Cr −C層
は、Hv 1100以上と、無処理材より5倍以上も高
いことがわかる。なお二ローション摩耗の主原因と考え
られる蒸気中シこ混入している酸化物の硬さは常温にお
いて、Hv400〜500であることから、Cr−C層
硬さは酸化物の3倍以上を示す。
また、酸化物も高温になるにしたがって、硬さは低下す
るものと考えられているが、蒸気温度である500〜5
50℃におけるC r −C層の硬さはHv 1000
以上を示し、常温における酸化物より慢2倍以上の硬さ
を示している。したがって、二ローション摩耗発生原因
から考えると、Cr −C処理材は、二ローション摩耗
に優れた結果を示すことが推察される。
実施例(5) 第4図はノズル材である12Cr及び11Cr’−Mo
−VfI4における浸炭深さと処理温度の関係をめたも
のである。この結果から明らかになったことは、950
℃の処理温度では処理時間が長くなっても浸炭深さは0
.05mm と浅く、950℃以下では実質的に浸炭層
が得られないことがわかる。
第5図はノズル材に浸炭処理を1100℃X2hr施し
た後、Cr −C処理における。Cr−C層厚さと処理
温度及び時間の関係をめたものである。
これは、浸炭処理を1100℃X2hr施した後、Cr
−C処理時間を2hr一定とした場合の結果である。C
r −C層は950℃において2〜3μmしか得られず
、これらのCr −C層厚さは時間を長くしてもほとん
どかわらない。したがって950℃以下の温度では実質
上Cr−C層は形成されないことがわかる。Cr −C
層厚さは、処理温度が高くなるにしたがって厚くなり、
1150℃×2hrで、30μm得られる。
実施例(6) 第6図はノズル材に浸炭処理した後、Cr−C処理を施
しその後調質処理したものの機械的性質を示したもので
あるこの場合、浸炭処理における浸炭条件を適宜変化さ
せ、浸炭深さを行0.03゜0.05,0.1,0.3
,0.4,0.5及び0.6、閣に変えた後、Cr−C
処理を1150℃X2hr施したもの、及び浸炭深さを
約0.1mn一定とし、Cr−C処理条件を適宜変化さ
せ、C,r −C層厚さを3,5,10,30,50.
及び60μm厚さとした場合の結果である。これから知
られるように、引張り強さは、浸炭深さが深くなるとと
もに、調質処理材に比べ高くなるが、伸び率は0.5−
以上になると、低下していることがわかる。また0、0
3mmでは処理材の表層部には硬さの高いCr−C層が
形成されず、大部分が硬さの低いF e −Cr層であ
ることを確認している。したがって、Cr −C処理の
前処理である浸炭深さは表層部が硬化し、さらにノズル
材の調質材と同等の機械的性質を示す0.05〜0.4
+nmの範囲としたものである。次にCr −C層深さ
との関係について見ると、Cr−C層厚さは機械的性質
にほとんど影響しないことがわかる。
実施例(7) 第7図はCr−C処理材の模擬エロージョン試験結果を
示したものである。この場合の試験片は、12C:rl
lを用い浸炭処理を1100℃X2hr試理後、Cr−
C処理条件を脱室変化させて、−Cr −C層を、約3
.6,10,30,50.60μmに変化させた。無と
表示したのは調質処理のみのものまた浸炭処理は5S−
41材に900℃×1hr浸炭処理後焼入焼もどし処理
を、また、窒化処理は12Cr鋼に550℃X5hrイ
オン窒化を、また硬質クロームメッキ処理は12Cr鋼
に20μm形成させたものである。エロージョン試験は
Sio、2粒子の混入した液体ホーニングにより5.5
気圧で試料面に対し、45°の角度で吹き付けて行った
。Cr −C層厚さと、エロージヨン性の関係は5μm
以下ではほとんど効果がなく、10μm以上になると、
同等の値を示していることがわかる。またCr−C処理
材の耐エロージヨン性は、浸炭及び窒素処理或いは、硬
質クローム処理したものより非常に優れていることがわ
かる。
〔発明の効果〕
ノズル翼は、蒸気を効率良くタービン室に導くものであ
るが、エロージョン摩耗の発生により、蒸気の流動が乱
れタービン出力の低下を余儀なくされていた。しかし本
発明の耐二ローション性ノズル翼を用いることによって
エロージョン摩耗を防止できタービン出力の低下を招く
ことがなくなった。
【図面の簡単な説明】
第1図はCr−C処理材のX線回折結果を示す図、第2
図は耐酸化性試験結果を示す図、第3図はCr−C層の
高温硬さ測定結果を示す図、第4図は浸炭深さと処理温
度の関係図、第5図はCr−C層厚さと処理温度の関係
図、第6図はCr−C処理における浸炭深さと機械的性
質を示す図、第7図はCr−C処理材の模擬エロージョ
ン試験第 2局 芳 3月

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、蒸気タービンノズルにおけるノズル翼において、ノ
    ズル翼に浸炭処理を施した後、クロームカーバイトから
    なる炭化物を形成させたことを特徴とする蒸気タービン
    ノズル翼。 、2、特許請求の範囲第1項において、前記ノズル翼の
    浸炭処理において、浸炭深さを0.05〜0.5mn 
    としたことを特徴とする蒸気タービンノズル翼。 3、特許請求の範囲第1項において、前記ノズル翼のク
    ロームカーバイト層厚さを5〜50μmとしたことを特
    徴とする蒸気タービンノズル翼。 4、特許請求の範囲第3項において、クロームカーバイ
    ト層はCr jLI CG型であることを特徴とする蒸
    気タービンノズル翼。
JP9649684A 1984-05-16 1984-05-16 蒸気タ−ビンノズル翼 Granted JPS60243263A (ja)

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Cited By (7)

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FR2616450A1 (fr) * 1987-05-01 1988-12-16 Inst T Avtomobilno Procede d'obtention par cementation de revetements en carbure sur des pieces en alliages fer-carbone
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