JPS62180053A - 耐キヤビテ−シヨン・エロ−ジヨン性Ｎｉ基合金 - Google Patents
耐キヤビテ−シヨン・エロ−ジヨン性Ｎｉ基合金Info
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- JPS62180053A JPS62180053A JP2012186A JP2012186A JPS62180053A JP S62180053 A JPS62180053 A JP S62180053A JP 2012186 A JP2012186 A JP 2012186A JP 2012186 A JP2012186 A JP 2012186A JP S62180053 A JPS62180053 A JP S62180053A
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Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (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。
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〕
本発明は耐キャビテーション・エロージョン性にすぐれ
た原子力蒸気タービンの低圧タービン動翼の翼先端部と
その製造法に関する。
た原子力蒸気タービンの低圧タービン動翼の翼先端部と
その製造法に関する。
従来、原子力蒸気タービンの低圧タービン動翼において
蒸気粒子による潰食を低減させて機器の信頼性と稼動率
を向上させるため、金属便覧（１９６０年発行、ｐ、５
１５）に示す。耐キャビテーション・エロージョン性に
すぐれたステライト（Ｃｏ基、 Ｃｏ−Ｃｒ −Ｗ−Ｎ
１−Ｃ）を翼先端部に使用している。しかし、キャビ
テーション・エロージョンで浸食されたステライト中の
Ｇｏは原子炉内を移送堆積してＣｏ５９からｎ−γ反応
によりＣｏＢＯなどを核種とした放射性腐食生成物が運
転時間と共に増加し、これから放射される放射線量も増
加する。従ってプラントの定期点検や補修において作業
者の放射能被ばくによる安全衛生上の問題が発生してい
る。
蒸気粒子による潰食を低減させて機器の信頼性と稼動率
を向上させるため、金属便覧（１９６０年発行、ｐ、５
１５）に示す。耐キャビテーション・エロージョン性に
すぐれたステライト（Ｃｏ基、 Ｃｏ−Ｃｒ −Ｗ−Ｎ
１−Ｃ）を翼先端部に使用している。しかし、キャビ
テーション・エロージョンで浸食されたステライト中の
Ｇｏは原子炉内を移送堆積してＣｏ５９からｎ−γ反応
によりＣｏＢＯなどを核種とした放射性腐食生成物が運
転時間と共に増加し、これから放射される放射線量も増
加する。従ってプラントの定期点検や補修において作業
者の放射能被ばくによる安全衛生上の問題が発生してい
る。
Ｊｈ１子カプラントにおけるＣｏ６０による放射能被ば
くの問題を解決するには、原子カプラント機器の植成材
料にはＣｏを含まない材料を用いるべきであり、以上の
観点から低圧タービン動翼の翼先端部にはＣｏ基のステ
ライトを使用しないのが望ましい。
くの問題を解決するには、原子カプラント機器の植成材
料にはＣｏを含まない材料を用いるべきであり、以上の
観点から低圧タービン動翼の翼先端部にはＣｏ基のステ
ライトを使用しないのが望ましい。
本発明の目的は原子カプラントにおけるＣｏ”による放
射能被ばくの問題を回避するため、低圧タービン動翼の
翼先端部用合金として耐キャビテーション・エロージヨ
ン性にすぐれたＮｉ基合金とその製造法を提供すること
にある。
射能被ばくの問題を回避するため、低圧タービン動翼の
翼先端部用合金として耐キャビテーション・エロージヨ
ン性にすぐれたＮｉ基合金とその製造法を提供すること
にある。
金属材料の耐キャビテーション・エロージヨン性を高め
るには基質の強度と靭性を高める必要がある。すなわち
基質の結晶性を微細にし、かつ高硬度の化分物を微細に
かつ均一に分散させるように材料設計すべきである。微
細結晶粒の基質中に微細な化合物を均一に分散するには
、通常の鋳造法ではほとんど不可能である。
るには基質の強度と靭性を高める必要がある。すなわち
基質の結晶性を微細にし、かつ高硬度の化分物を微細に
かつ均一に分散させるように材料設計すべきである。微
細結晶粒の基質中に微細な化合物を均一に分散するには
、通常の鋳造法ではほとんど不可能である。
現在、低圧タービン動翼機は１２Ｃｈ鋼であり、本発明
はこの１２Ｃｈ鋼を対象としたプロセス技術に関するも
のである。
はこの１２Ｃｈ鋼を対象としたプロセス技術に関するも
のである。
上記目的を達成するため、本発明の著者等が検討した結
果、溶湯急冷凝固法としてプラズマ溶射て形成したＮｉ
合金皮膜あるいはロール法によるＮｉ合金箔を翼先端部
に使用、あるいはＮｉ基合金にパック処理を施工するこ
とが耐キャビテーション・エロージョン性を改善するの
に極めて効果的であることを見い出した。
果、溶湯急冷凝固法としてプラズマ溶射て形成したＮｉ
合金皮膜あるいはロール法によるＮｉ合金箔を翼先端部
に使用、あるいはＮｉ基合金にパック処理を施工するこ
とが耐キャビテーション・エロージョン性を改善するの
に極めて効果的であることを見い出した。
すなわち、耐キャビテーション・エロージョン性を向上
させるにはＮｉ基合金中に高硬度の炭化物、窒化物、硼
化物、金属間化合物を比較的多量に分散させる必要があ
るが、鋳造法では合金組成の制約のために凝固中に晶出
する炭化物、窒化物、硼化物、金属間化合物は限定され
、また品出するこれらの化合物は凝集、成長して巨大に
なる難点がある。
させるにはＮｉ基合金中に高硬度の炭化物、窒化物、硼
化物、金属間化合物を比較的多量に分散させる必要があ
るが、鋳造法では合金組成の制約のために凝固中に晶出
する炭化物、窒化物、硼化物、金属間化合物は限定され
、また品出するこれらの化合物は凝集、成長して巨大に
なる難点がある。
これに対してロール法による合金箔は溶湯を短時間に単
ロールの表面に落下、あるいは双ロールの間を通過せし
めて製造するのが特徴であり、凝固速度が約１０ ”
Ｃ／ ｓｅｅ以上と通常の鋳造法の場合よりも著るしく
高いため、得られる鋳造組織は微細化される。
ロールの表面に落下、あるいは双ロールの間を通過せし
めて製造するのが特徴であり、凝固速度が約１０ ”
Ｃ／ ｓｅｅ以上と通常の鋳造法の場合よりも著るしく
高いため、得られる鋳造組織は微細化される。
プラズマ溶射は数１０００℃以上の高温プラズマ炎中に
金属粉あるいは化合物粉を投入して溶融し、金属溶湯粒
子を高速で基材に衝突せしめて堆積させ、皮膜を形成さ
せる技術である。この技術の特徴は金属基質中に比較的
容易に各種の化合物を微細にかつ均一に分散できること
で、特に本発明においては低圧タービン動翼に直接、プ
ラズマ溶射て翼先端部を形成させることができるメリッ
トがある。
金属粉あるいは化合物粉を投入して溶融し、金属溶湯粒
子を高速で基材に衝突せしめて堆積させ、皮膜を形成さ
せる技術である。この技術の特徴は金属基質中に比較的
容易に各種の化合物を微細にかつ均一に分散できること
で、特に本発明においては低圧タービン動翼に直接、プ
ラズマ溶射て翼先端部を形成させることができるメリッ
トがある。
Ｎｉ合金・基質中に分散せしめる化合物としては炭化物
、窒化物、硼化物、金属間化合物の内、目的に応じて１
種類で十分であるが、状況に応じてこれらの化合物を適
宜、選択して２種類以上の化合物を分散させることもで
きる。
、窒化物、硼化物、金属間化合物の内、目的に応じて１
種類で十分であるが、状況に応じてこれらの化合物を適
宜、選択して２種類以上の化合物を分散させることもで
きる。
これに対して溶湯凝固により得られるＮｉ合金箔を翼先
端部に使用する場合には、ＨＩ Ｐ （Ｈｏｔｌｓｏｓ
ｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ ：熱間静水圧圧接）に
より動翼の先端部に拡散接合できる。
端部に使用する場合には、ＨＩ Ｐ （Ｈｏｔｌｓｏｓ
ｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ ：熱間静水圧圧接）に
より動翼の先端部に拡散接合できる。
Ｎｉ合金の耐潰食性を改善する効果的他の方法・とじて
表面処理があり１本発明の著者等が種々検討した結果、
パック処理が簡便で効果的であることを見い出した。パ
ック処理はＡＱ、Ｃｒ、Ｓｉ等の金属粉を金属粉焼付防
止のＡＱｚＯ＋セラミックス粉に混合させ、さらにこれ
らの混合粉に反応活性剤であるＮＨ４ＣＱ 粉を混合さ
せ次に拡散浸透させる部材を混合粉中に埋設させ１．適
切な温度で加熱させ、部材表面に金属間化合物を形成さ
せ、主としてガスタービンの耐高温腐食性を改善させる
表面処理法して利用されている。しかし、この表面処理
法は本発明の著者等により、翼先端の耐潰食性を改善す
る方法としても有効なことが明らかにされた。
表面処理があり１本発明の著者等が種々検討した結果、
パック処理が簡便で効果的であることを見い出した。パ
ック処理はＡＱ、Ｃｒ、Ｓｉ等の金属粉を金属粉焼付防
止のＡＱｚＯ＋セラミックス粉に混合させ、さらにこれ
らの混合粉に反応活性剤であるＮＨ４ＣＱ 粉を混合さ
せ次に拡散浸透させる部材を混合粉中に埋設させ１．適
切な温度で加熱させ、部材表面に金属間化合物を形成さ
せ、主としてガスタービンの耐高温腐食性を改善させる
表面処理法して利用されている。しかし、この表面処理
法は本発明の著者等により、翼先端の耐潰食性を改善す
る方法としても有効なことが明らかにされた。
〔作用〕
金属材料の耐キャビテーション・エロージヨン性を高め
るには、靭性の合基質中に高硬度の化合物を微細にかつ
均一に分散させるのが肝要である。
るには、靭性の合基質中に高硬度の化合物を微細にかつ
均一に分散させるのが肝要である。
Ｎｉ合金は基本的に靭性のある材料であるが、その結晶
性を鋳造法で得られる場合よりも微細化されれば、さら
に改善される。これを達成するには急速凝固が特徴であ
るプラズマ溶射による皮膜形成および溶湯急冷による合
金箔の製造が効果的で、これらの方法により結晶性が最
小で数μｍに微細化されて靭性は向上する。
性を鋳造法で得られる場合よりも微細化されれば、さら
に改善される。これを達成するには急速凝固が特徴であ
るプラズマ溶射による皮膜形成および溶湯急冷による合
金箔の製造が効果的で、これらの方法により結晶性が最
小で数μｍに微細化されて靭性は向上する。
靭性を■めた基質に分散する化合物としては炭化物、窒
化物および硼化物が適切である。すなわち、これらの化
合物の硬度はいずれも高く材料の耐キャビテーション・
エロージョン性を高める重要な強化因子である。また高
硬度の金属間化合物も分散剤として利用できる。
化物および硼化物が適切である。すなわち、これらの化
合物の硬度はいずれも高く材料の耐キャビテーション・
エロージョン性を高める重要な強化因子である。また高
硬度の金属間化合物も分散剤として利用できる。
プラズマ溶射技術はプラズマ炎に各種の金属、化合物粉
末を投入して、溶湯粒子を基材に高速で衝突、堆積させ
て皮膜を形成させるのが特徴であり、基質の組成および
これに分散させる化合物の種類と量を比較的溶湯にコン
トロールしてその分布状態を調整することにより、耐キ
ャビテーション・エロージョン性のすぐれた翼先端部を
直接、形成させることができる。プラズマ溶射法は大気
中あるいは減圧中で施工できる。大気中プラズマ溶射で
は、溶射においてプラズマジェット中で加熱溶融した溶
湯粒子の表面が酸化されるため皮膜中に酸化皮膜が混入
し、積層される溶射皮膜に空孔等の欠陥が生じやすくな
り、従って耐キャビテーション・エロージョン性が劣化
することになる。
末を投入して、溶湯粒子を基材に高速で衝突、堆積させ
て皮膜を形成させるのが特徴であり、基質の組成および
これに分散させる化合物の種類と量を比較的溶湯にコン
トロールしてその分布状態を調整することにより、耐キ
ャビテーション・エロージョン性のすぐれた翼先端部を
直接、形成させることができる。プラズマ溶射法は大気
中あるいは減圧中で施工できる。大気中プラズマ溶射で
は、溶射においてプラズマジェット中で加熱溶融した溶
湯粒子の表面が酸化されるため皮膜中に酸化皮膜が混入
し、積層される溶射皮膜に空孔等の欠陥が生じやすくな
り、従って耐キャビテーション・エロージョン性が劣化
することになる。
この欠点を克服するにはプラズマ溶射を減圧（Ａｒガス
５０〜３００Ｔｏｒｒ ）下で実施すると酸化膜フリー
の溶湯粒子が基材に堆積させるため、欠陥のほとんどな
い緻密な皮膜が得られる。
５０〜３００Ｔｏｒｒ ）下で実施すると酸化膜フリー
の溶湯粒子が基材に堆積させるため、欠陥のほとんどな
い緻密な皮膜が得られる。
溶湯急冷による合金箔は、溶湯をノズルから噴出させて
１片ロールの表面に落下あるいは双ロールの間を通過せ
しめて急速凝固させて厚さが約５０〜３００μｍのもの
が得られる。この合金箔の結晶粒は微細でかつ晶出する
化合物も微細化される。
１片ロールの表面に落下あるいは双ロールの間を通過せ
しめて急速凝固させて厚さが約５０〜３００μｍのもの
が得られる。この合金箔の結晶粒は微細でかつ晶出する
化合物も微細化される。
Ｎｉ基合金の耐キャビテーション・エロージョン性を高
めるパック処理法を種々検討した結果、ＡＱバック処理
法が簡便で効果的であることがわかった。Ｎｉ基合金を
Ａ２パック処理用混合粉中が処理すると基材の上にＮｉ
とＡＱの化合物が形成される。
めるパック処理法を種々検討した結果、ＡＱバック処理
法が簡便で効果的であることがわかった。Ｎｉ基合金を
Ａ２パック処理用混合粉中が処理すると基材の上にＮｉ
とＡＱの化合物が形成される。
以下、本発明の実施例について説明する。
第１表に示す組成（Ｗｔｌｏ）の混合粉末を減圧溶射で
約２ｍｎの皮膜を形成した。溶射の雰囲気はＡｒガスで
雰囲気圧力は５ Ｑ Ｔｏｒｒで、プラズマは（Ａｒ＋
Ｈ２）ガスでプラズマ電流は８００Ａである。溶射後に
皮膜の内部応力を除去するために１０００℃で３０ｍ１
ｎ加熱した。被覆の組織を？！１察した結果、結晶粒は
数μｍ、酸化物のまきこみは認められず、各種化合物の
大きさは約１μｍであり、均一に分散していることが明
らかにされた。本発明材との比較材として現在低圧ター
ビンの翼先端部に使用されている比較例１のステライト
合金の耐キャビテーション・エロージョン性も評価した
。
約２ｍｎの皮膜を形成した。溶射の雰囲気はＡｒガスで
雰囲気圧力は５ Ｑ Ｔｏｒｒで、プラズマは（Ａｒ＋
Ｈ２）ガスでプラズマ電流は８００Ａである。溶射後に
皮膜の内部応力を除去するために１０００℃で３０ｍ１
ｎ加熱した。被覆の組織を？！１察した結果、結晶粒は
数μｍ、酸化物のまきこみは認められず、各種化合物の
大きさは約１μｍであり、均一に分散していることが明
らかにされた。本発明材との比較材として現在低圧ター
ビンの翼先端部に使用されている比較例１のステライト
合金の耐キャビテーション・エロージョン性も評価した
。
耐キャビテーション・二〇−ジョン性の評価は磁歪振動
式キャビテーション試験機を用い、６．５Ｈｚ出力０．
７ｋＷ、振幅１２０μｍ、試験温度２５℃の条件下で１
２０分試験後の重量減により評価した。重量減もＷｉｍ
にあわせて示す。
式キャビテーション試験機を用い、６．５Ｈｚ出力０．
７ｋＷ、振幅１２０μｍ、試験温度２５℃の条件下で１
２０分試験後の重量減により評価した。重量減もＷｉｍ
にあわせて示す。
第１表から明らかなように実施例１〜６の重量減は比較
例１の場合とほぼ同等であり、ステライト合金の代替材
料として十分に使用できることがわかる。
例１の場合とほぼ同等であり、ステライト合金の代替材
料として十分に使用できることがわかる。
〔実施例２〕
第２表に示す合金組成（Ｗｔｌｏ）を高周波溶解炉で溶
製後に双ロール法にて合金箔を製作した。
製後に双ロール法にて合金箔を製作した。
得られた合金箔の厚さは約１００μｍである。耐キャビ
テーション・エロージョン性評価用試料は次のようにし
て作った。すなわち、各組成について２０枚の合金箔を
積層してＨＩＰにより拡散接合して約１．５〜１．７膿
の厚みの板状試験片を得て評価試験に供した。耐キャビ
テーション・二〇−ジョン性試験は実施例１の場合と同
様である。
テーション・エロージョン性評価用試料は次のようにし
て作った。すなわち、各組成について２０枚の合金箔を
積層してＨＩＰにより拡散接合して約１．５〜１．７膿
の厚みの板状試験片を得て評価試験に供した。耐キャビ
テーション・二〇−ジョン性試験は実施例１の場合と同
様である。
第２表から明らかなようにＮｉ基会合金箔耐キャビテー
ション・エロージョン性は比較例１のステライトとほぼ
同等の潰食性を示すことがわかる。
ション・エロージョン性は比較例１のステライトとほぼ
同等の潰食性を示すことがわかる。
〔実施例３〕
実施例２において本発明合金を通常の訪造法により製造
した場合の重量減（■／２ｈ）は３２．４で合金箔の場
合よりも耐潰食性は劣化している。
した場合の重量減（■／２ｈ）は３２．４で合金箔の場
合よりも耐潰食性は劣化している。
これは鋳造材の組織が合金箔の場合よりも粗大なためで
ある。そこで、この鋳造材にパック処理を施工して耐潰
食性を改善することを試みた。
ある。そこで、この鋳造材にパック処理を施工して耐潰
食性を改善することを試みた。
鋳造したＮ ｉ −２３、７Ｗ ｔ ／ ｏ Ｃｒ −
１９、７Ｗ ｔ ／ ｏ Ｔ ｉ Ｃ合金を２５ Ｗ
ｔ ／ ｏ Ａ Ｑ −１、５Ｗｔ１０ＮＨａｃＱ−７
３，５Ｗｔ１０ＡＱｚｏａ混合粉中に埋設させ、７５０
℃、１０ｈ加熱した。
１９、７Ｗ ｔ ／ ｏ Ｔ ｉ Ｃ合金を２５ Ｗ
ｔ ／ ｏ Ａ Ｑ −１、５Ｗｔ１０ＮＨａｃＱ−７
３，５Ｗｔ１０ＡＱｚｏａ混合粉中に埋設させ、７５０
℃、１０ｈ加熱した。
基材の最外層に約０．２ ａｍのＮｉとＡＱの化合物が
形成され、次にパック層の内部歪を除去するため１０５
０℃、４ｈ加熱するとＮ ｉ Ａ Ｑの化合物になる。
形成され、次にパック層の内部歪を除去するため１０５
０℃、４ｈ加熱するとＮ ｉ Ａ Ｑの化合物になる。
この試料を実施例１，２の場合と同じ条件で耐キャビテ
ーション・エロージヨン性を評価した結果、１２．３■
／２ｈ の重量減が得られ、鋳造材よりも耐潰食性は改
善されることが明らかにされた。
ーション・エロージヨン性を評価した結果、１２．３■
／２ｈ の重量減が得られ、鋳造材よりも耐潰食性は改
善されることが明らかにされた。
以上の実施例から明らかなように、ステライトと同程度
の耐キャビテーション・エロージヨン性を示すＮｉ基合
金が得られることが明らかにされ、原子力蒸気タービン
プラントにおける放射能被ばく最低域に寄与できる。
の耐キャビテーション・エロージヨン性を示すＮｉ基合
金が得られることが明らかにされ、原子力蒸気タービン
プラントにおける放射能被ばく最低域に寄与できる。
本発明によれば原子力蒸気タービンにおけるＣｏ”によ
る放射能被ばくの問題を大幅に低減でき、プラントを円
滑に運転できることになる。
る放射能被ばくの問題を大幅に低減でき、プラントを円
滑に運転できることになる。
翼先端部の耐潰食性を改善する方法としてプラズマ溶射
による皮膜形成、溶湯急冷による合金箔およびパック処
理を利用できることを述べたが、これらの中で簡便で適
用範囲が広いのはプラズマ溶射技術である。この技術の
特徴は前述したように動翼の任意の場所に皮膜を形成す
ることができ、作業性も高い。
による皮膜形成、溶湯急冷による合金箔およびパック処
理を利用できることを述べたが、これらの中で簡便で適
用範囲が広いのはプラズマ溶射技術である。この技術の
特徴は前述したように動翼の任意の場所に皮膜を形成す
ることができ、作業性も高い。
本発明において鋳造したＮｉ基合金にＡＱパック処理を
施すと耐キャビテーション・エロージョン性が向上する
ことを述べたが、プラズマ溶射皮膜および合金箔にこの
処理を適用すると翼先端部の寿命はさらに長くなる。
施すと耐キャビテーション・エロージョン性が向上する
ことを述べたが、プラズマ溶射皮膜および合金箔にこの
処理を適用すると翼先端部の寿命はさらに長くなる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、原子力蒸気タービンの低圧タービン動翼においてパ
ック処理（拡散浸透法）されている耐キャビテーション
・エロージョンＮｉ基合金。 ２、原子力蒸気タービンの低圧タービン動翼において炭
化物、窒化物、硼化物、金属間化合物を少なくとも１種
類以上を基質中に分散させた特許請求の範囲第１項の耐
キャビテーション・エロージョン性Ｎｉ基合。 ３、特許請求の範囲第２項において、Ｎｉ基合金により
翼先端部を溶射皮膜あるいは合金箔で構成する特許請求
の範囲第２項の耐キャビテーション・エロージョン性Ｎ
ｉ基合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012186A JPS62180053A (ja) | 1986-02-03 | 1986-02-03 | 耐キヤビテ−シヨン・エロ−ジヨン性Ｎｉ基合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012186A JPS62180053A (ja) | 1986-02-03 | 1986-02-03 | 耐キヤビテ−シヨン・エロ−ジヨン性Ｎｉ基合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62180053A true JPS62180053A (ja) | 1987-08-07 |
Family
ID=12018286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012186A Pending JPS62180053A (ja) | 1986-02-03 | 1986-02-03 | 耐キヤビテ−シヨン・エロ−ジヨン性Ｎｉ基合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62180053A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107675025A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-02-09 | 兰州理工大学 | 低压冷气动力喷涂用镍基粉末及制备方法 |
-
1986
- 1986-02-03 JP JP2012186A patent/JPS62180053A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107675025A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-02-09 | 兰州理工大学 | 低压冷气动力喷涂用镍基粉末及制备方法 |
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