JPH06173604A - Water droplet shock erosion preventive turbine blade and manufacture thereof - Google Patents
Water droplet shock erosion preventive turbine blade and manufacture thereofInfo
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- JPH06173604A JPH06173604A JP28514592A JP28514592A JPH06173604A JP H06173604 A JPH06173604 A JP H06173604A JP 28514592 A JP28514592 A JP 28514592A JP 28514592 A JP28514592 A JP 28514592A JP H06173604 A JPH06173604 A JP H06173604A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、機械構造部品の表面硬
化に関し、その適用が可能であり且つ合理的である対象
物は、２５０℃以下の使用温度のとき使用されるマルテ
ンサイトクロム鋼製のすべての水滴衝撃あるいはキャビ
テーションを受ける機械構造部品である。特に有利には
本発明は、水滴衝撃によって非常に侵蝕を受ける蒸気タ
ービン最終段落のブレードである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the surface hardening of machine structural parts, and the applicable and rational object is made of martensite chrome steel used at a working temperature of 250 ° C. or lower. Is a mechanical structural component that is subject to all water drop impacts or cavitation. Particularly advantageously, the invention is a blade in the last stage of a steam turbine, which is highly eroded by water droplet impact.
【０００２】[0002]
【従来の技術】蒸気タービンのブレードは、その運転中
絶えず水滴の衝撃を受け、これが早期摩損、従って水滴
衝撃侵蝕によるブレードの破壊となる。当業界では、火
炎硬化した入口縁によってマルテンサイトクロム鋼製の
ブレードの摩耗抵抗を向上することが一般的に知られて
いる（文献では例えば、１９５２年クルップ出版ハーレ
のＷ．キルシュナー，Ｈ．キルガー，Ｈ．ビーグラーの
「技術的構造用鋼」第２８８頁乃至２９０頁）。BACKGROUND OF THE INVENTION Steam turbine blades are constantly bombarded by water droplets during their operation, which results in premature wear and thus blade failure due to water droplet impact erosion. It is generally known in the art to improve the wear resistance of blades made of martensitic chrome steel by means of a flame-hardened inlet edge (in the literature, for example, 1952 Krupp Publishing Hare, W. Kirschner, H. Kirger). H. Beegler, "Technical Structural Steel," pages 288-290).
【０００３】そのような硬化ブレードの欠陥はそれらの
摩耗抵抗が少なすぎることにある。その原因は、５００
乃至５５０ＨＶを有する表面硬度が低すぎることから生
じている。The drawback of such hardened blades is that their wear resistance is too low. The cause is 500
To 550 HV resulting from too low surface hardness.
【０００４】火炎硬化法は、通常、約１０００℃乃至１
１００℃のオーステナイト化温度だけで行なわれる。こ
のオーステナイト化温度は、方法技術的に実現可能なオ
ーステナイト化時間のとき、（Ｆｅ，Ｃｒ）混合カーバ
イドから炭素の比較的僅かな炭素の遊離のみを生ずる。
従ってこの方法の欠陥は、表面における少なすぎる硬化
にある。The flame hardening method is usually about 1000 ° C. to 1 ° C.
It is carried out only at an austenitizing temperature of 100 ° C. This austenitizing temperature results in only a relatively slight liberation of carbon from the (Fe, Cr) mixed carbides during the process-technologically feasible austenitizing time.
The drawback of this method therefore lies in too little hardening at the surface.
【０００５】高オーステナイト化温度は、達成可能なオ
ーステナイト化時間のとき、なおカーバイド溶解中に始
まる粒子の粗さ、並びに最高温度と共に急激に増加し、
ブレードの強靭性損失及び入口縁における内部応力状態
の悪化となるブレード入口縁の浸透硬化のため禁じられ
ている。この欠陥の原因は従って、少なすぎる供給可能
な出力（パワー）密度にある。The high austenitizing temperature increases sharply with the grain coarseness of the particles, which begins during carbide dissolution, as well as the maximum temperature, at the achievable austenitizing time,
It is forbidden due to blade toughness loss and penetration hardening of the blade inlet edge which results in worse internal stress conditions at the inlet edge. The cause of this deficiency is therefore too little of the deliverable power density.
【０００６】スイス国特許第５６４０８９号により、誘
導硬化した入口縁を有するタービンブレードが公知であ
る。誘導硬化で可能な高パワー密度により、有害な結果
もなく、まだγ領域内にある高オーステナイト化温度が
可能である。従って、そのような硬化した入口縁は、高
表面硬度を有している。しかしながら、この約５５０乃
至６７０ＨＶの高硬度は、全侵蝕のおそれのある領域を
越えて達成できないのが欠点である。この方法の欠陥
は、供給したパワー密度が局部的に異なる放熱条件に適
合できず、それによって局部的硬化温度が侵蝕のおそれ
のある領域の全巾に亘って必要な程度、一定に維持され
ないことにある。A turbine blade with an induction-hardened inlet edge is known from Swiss Pat. No. 5,640,89. The high power densities possible with induction hardening allow high austenitizing temperatures still in the γ region without deleterious consequences. Therefore, such a hardened inlet edge has a high surface hardness. However, this high hardness of about 550 to 670 HV has a drawback that it cannot be achieved beyond a region where total erosion is likely. The deficiency of this method is that the power density delivered cannot be adapted to the heat dissipation conditions that differ locally, so that the local curing temperature is not kept constant to the extent necessary over the entire width of the potentially corrosive area. It is in.
【０００７】その原因は、インダクタがそれぞれ入口縁
に近い領域の輪郭に対してのみ最適に形成することがで
きるが、輪郭がブレード長さに亘って非常に変化するこ
とにある。The cause is that the inductor can only be optimally formed for the contour of the region close to the inlet edge, respectively, but the contour varies considerably over the blade length.
【０００８】更に、入口縁硬化のため、レーザー又は電
子線を使用することが知られている（例えば、Ｖ．ベド
グニイ；Ｍ．カンテロ；Ｗ．セリイ；Ｄ．クルシアニ
イ；Ｒ．フェスタ；Ｇ．モール；Ｆ．ネシシイ；Ｆ．
Ｐ．ビボリイ；国際会議議事録の「タービンブレードの
レーザー及び電子線表面硬化」、１９８７年５月，大
阪，レーザー最新材料処理８７，第５６７頁乃至第５７
２頁）全ブレード背面に亘り一定の硬度値が達成可能で
あるが、試料で５００乃至５８０ＨＶ０．１（材料Ｘ２
２ＣｒＭｏＶ１２．１，例えば、１９８５年３月２６−
２８日，第２回「製造業におけるレーザー」国際会議議
事録（Ｍ．Ｆ．キミットにより編集），第１１９頁乃至
第１２８頁，Ｍ．ロース；Ｍ．カンテロの「１２％Ｃｒ
鋼のレーザー硬化）又はブレード入口縁（材料ＡＩＳＩ
４０３）における５００乃至５８０ＨＶ１のような高硬
度がそれでも達成されないのが欠点である。しかしなが
ら特に、例えば０．２ｍｍの深さの硬度が５００乃至５
３０ＨＶ０．１乃至４８０乃至５６０ＨＶ１に低下する
ことは不利な影響を与える。この硬度低下の不利な影響
は一方では、蒸気タービンの低圧部に生ずる水滴の大き
さ及び水滴衝撃速度による水滴衝撃負荷のとき、標準応
力の最大が非常に大きな深さ０．０５ｍｍ乃至０．２ｍ
ｍにあり、そして他方において強力な水滴衝撃負荷のと
きの摩耗が、約１０μｍ乃至約１００μｍの凹凸の深さ
の損傷に典型的な表面凹凸の形成後初めて永久最終状態
に達することから生ずる。Further, it is known to use lasers or electron beams for entrance edge hardening (eg V. Bedogny; M. Cantero; W. Ceri; D. Krusianii; R. Festa; F. Nessii;
P. Vivory; "Laser and Electron Beam Surface Hardening of Turbine Blades", Minutes of International Conference, May 1987, Osaka, Laser Advanced Material Processing 87, pp. 567-57.
A certain hardness value can be achieved over the entire back surface of all blades, but the sample has a hardness of 500 to 580 HV0.1 (material X2).
2CrMoV 12.1, for example, 26-March 1985
Proceedings of the 2nd International Conference on "Laser in Manufacturing" International Conference (edited by MF Kimit), pp. 119 to 128, M. Loin; M. Cantello's "12% Cr
Laser hardening of steel) or blade entry edge (material AISI
The disadvantage is that a high hardness such as 500 to 580 HV1 in 403) is still not achieved. However, in particular, for example, at a depth of 0.2 mm a hardness of 500 to 5
Reducing from 30 HV 0.1 to 480 to 560 HV1 has a detrimental effect. On the one hand, the disadvantage of this decrease in hardness is, on the other hand, when the size and size of the water droplets that occur in the low-pressure part of the steam turbine and the water droplet impact load due to the water droplet impact velocity, the maximum standard stress is a very large depth of 0.05 mm to 0.2 m.
wear on the one hand, and on the other hand, under heavy water drop impact loading, results from reaching a permanent end state only after the formation of surface irregularities typical of irregularity depth damage of about 10 μm to about 100 μm.
【０００９】急な、しかも表面で始まる比較的大きな硬
度勾配が、そのため十分な表面硬度の場合でも永久摩耗
状態を防止する。硬度低下の原因は、問題の深さにおい
て、（Ｆｅ，Ｃｒ）混合カーバイドから僅かなカーボン
が遊離されることにある。この方法の欠陥は従って、直
接表面に近い部分においてのみ（Ｆｅ，Ｃｒ）混合カー
バイドから、高硬度達成に必要である多くのカーボンが
遊離することにある。その原因は、上記の短時間硬化の
温度勾配が非常に急なので、問題の深さにおける局部的
温度−時間−サイクルのピーク温度が低すぎることによ
り生ずる。The steep and relatively large hardness gradient starting at the surface thus prevents permanent wear even with sufficient surface hardness. The cause of the decrease in hardness is the release of a small amount of carbon from the (Fe, Cr) mixed carbide at the depth of concern. The drawback of this method is therefore that much of the carbon needed to achieve high hardness is liberated from the (Fe, Cr) mixed carbides only near the surface. The cause is that the temperature gradient of the above-mentioned short-time curing is so steep that the local temperature-time-cycle peak temperature at the problem depth is too low.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は水滴衝
撃侵蝕をよりよく防止したタービンブレードを開示し、
その製造方法を提案することである。即ち、タービンブ
レードの入口縁に対する硬化領域形成を開示することで
ある。このタービンブレードの入口縁では、蒸気タービ
ンの最終段落における水滴衝撃負荷の典型的条件に対し
て十分な高表面硬度が存在し、且つまた、損傷（負荷）
に典型的な表面凹凸形成後でも標準応力の最大が、十分
な硬さ範囲内にある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to disclose a turbine blade which is better protected against water drop impact erosion.
It is to propose the manufacturing method. That is, to disclose the formation of a hardened zone for the inlet edge of the turbine blade. At the inlet edge of this turbine blade, there is sufficient high surface hardness for typical conditions of water drop impact loading in the last paragraph of steam turbine, and also damage (load)
Even after formation of the typical surface irregularities, the maximum standard stress is within a sufficient hardness range.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、侵蝕防止領域
がブレード背面側の非常に侵蝕のおそれのある全領域に
亘って一定の表面硬度を有している、短時間硬化入口端
を備えたマルテンサイトクロム鋼製の水滴衝撃防止ター
ビングブレードにおいて、この一定の表面硬度が、それ
ぞれの鋼の場合に、短時間硬化サイクルの最適パラメー
タによって達成可能である最大硬度に相当し、この硬度
が、カーボン含有量によって、且つこれと共に増加する
カーボン含有量０．１乃至０．１３Ｃ％のとき、硬度５
８０乃至６２０ＨＶ0.05を達成し、そして０．１８乃至
０．２４％Ｃのとき、硬度６００乃至７５０ＨＶ0.05に
達し、全硬化領域１が、この最大硬度に達した第１の硬
度プラトー及び磨耗強さ及び標準応力最大の深さ位置に
よって選択した深さ０．１ｍｍ乃至０．９ｍｍを有する
非常に硬い層２と、この場合、硬度勾配は０乃至１００
ＨＶ／ｍｍであり、そしてその下の境界において、カー
ボン含有量０．１乃至０．１３％Ｃによって少なくとも
なお硬度５５０乃至６００ＨＶ0.05、そしてカーボン含
有量０．１８乃至０．２４％のときなお硬度５８０乃至
６８０ＨＶ0. 05を有し、そして更に層２に続く層３とを
含み、この層３が厚さ０．４ｍｍ乃至２．０ｍｍに達
し、そして表面の近くに明らかに大きな硬度勾配及び硬
度３５０乃至５４０ＨＶ0.05のとき少なくとも暗示的に
第２の硬度プラトーを有し、摩耗強さに関連する全硬化
深さ４が、０．７ｍｍ乃至３．５ｍｍであり、非常に硬
い層２が、少なくとも入口縁の近くの位置５にまで達し
ており、その位置５に、表面への接線に並行に最も有害
な水滴大きさ部分の衝撃方向６があり、全硬化領域１
が、ブレード先端からブレードベースの方向に入力縁の
近くの位置５の侵蝕のおそれのある全長を越えて最小
の、又は少なくともあまり重要でないブレードの周期的
負荷の位置まで延びており、そしてそこでブレードは入
口縁に対し出口角度３０乃至６５度を形成していること
を特徴とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a short-time cure inlet end having an erosion-preventing region having a constant surface hardness over the entire highly erosive region on the back side of the blade. In martensitic chrome steel water-drop impact-resistant turbine blades, this constant surface hardness corresponds to the maximum hardness that can be achieved for each steel by the optimum parameters of the short-time hardening cycle. The hardness is 5 when the carbon content is 0.1 to 0.13 C%, which increases depending on the carbon content.
When 80 to 620 HV 0.05 was achieved, and when it was 0.18 to 0.24% C, the hardness reached 600 to 750 HV 0.05 , and the total hardness region 1 reached this maximum hardness. And a very hard layer 2 having a depth of 0.1 mm to 0.9 mm selected according to the depth position of the standard stress maximum and in this case the hardness gradient from 0 to 100
HV / mm, and at the lower boundary, a hardness of at least 550 to 600 HV 0.05 with a carbon content of 0.1 to 0.13% C, and still a hardness of 0.18 to 0.24% of carbon content. 580 to have a 680HV 0. 05, and further comprising a layer 3 followed by a layer 2, the layer 3 reaches thickness 0.4mm to 2.0 mm, and apparently large hardness gradient and hardness near the surface 350-540 HV 0.05 at least implicitly has a second hardness plateau, the total cure depth 4 associated with wear strength is 0.7 mm to 3.5 mm and the very hard layer 2 is at least It reaches up to a position 5 near the inlet edge, at which position there is a direction 6 of impact of the most detrimental water drop size parallel to the tangent to the surface and the total cure area 1
Extends from the blade tip in the direction of the blade base over the potentially erodible length of location 5 near the input edge to a location of minimal, or at least less significant, cyclic loading of the blade, where Is characterized by forming an exit angle of 30 to 65 degrees with respect to the entrance edge.
【００１２】[0012]
【作用】上述した構成の本発明によれば、短時間硬化入
口縁を有するマルテンサイトクロム鋼製の水滴衝撃侵蝕
防止タービンブレードを有していて、その侵蝕防止領域
が、ブレード背面の非常に侵蝕のおそれのある領域に亘
って一定の表面硬度を有する。According to the present invention having the above-mentioned structure, there is provided a water drop impact erosion preventive turbine blade made of martensitic chrome steel having a short-time hardening inlet edge, and the erosion preventive region is extremely eroded on the back surface of the blade. It has a constant surface hardness over the region where
【００１３】[0013]
【実施例】本発明について、下記の実施例により詳述す
る。これに属している下記の図面（図１）に本発明によ
る縁保護の位置及び構成の概略図が示されている。The present invention will be described in detail with reference to the following examples. The following drawing (FIG. 1), to which this belongs, shows a schematic view of the position and construction of the edge protection according to the invention.
【００１４】１００メガワット（ＭＷ）タービンの水滴
衝撃を受ける最終段落ブレードは、耐摩耗性入口縁を備
えている。期待した侵蝕領域巾はブレード先端で１８ｍ
ｍ、そしてブレードベースの方に僅かに減少している。The final paragraph blade subjected to the water drop impact of a 100 megawatt (MW) turbine has a wear resistant inlet edge. Expected erosion area width is 18m at blade tip
m, and slightly decreased toward the blade base.
【００１５】使用した硬化装置は、標準出力５ｋＷと原
動機とを有しているＣｏ2 −ケストロームレーザーから
成っており、この原動機は、レーザー光線と入口縁との
間の相対的運動の実現に役立ち、且つその制御は少なく
とも４座標での同時運動を許容する。この光線形成シス
テムは、焦点距離ｆ＝３００ｍｍの偏心（off-axis）放
物面鏡と、部分的に焦点合せした光線内にあり、周波数
２１０Ｈｚの光線を光線送り方向に垂直に振動させる共
振スキャナーとより成っている。硬化すべき域は、レー
ザー光線吸収手段として役立つ黒板色等の８０μｍの厚
さの層を備えている。The curing device used consisted of a Co 2 -Kestroem laser with a standard power of 5 kW and a prime mover, which served to realize the relative movement between the laser beam and the entrance edge. , And the control allows simultaneous movement in at least four coordinates. This beam forming system consists of an off-axis parabolic mirror with a focal length of f = 300 mm and a resonant scanner that is in a partially focused beam and vibrates a beam of frequency 210 Hz perpendicular to the beam feed direction. And is made up of. The areas to be cured are provided with a layer of 80 μm thickness, such as blackboard color, which serves as a means for absorbing laser radiation.
【００１６】計算図表により、予め測定したブレード形
状の厚さからスタートしてブレード先端への間隔に関係
なく適当なセットの照射パラメータ（レーザー出力，光
線の焦点ぼかし，振動振幅，送り速度）が決定され、こ
れが入口縁の各位置における本実施例による硬化領域の
形成となる。Starting from the thickness of the blade shape measured in advance, an appropriate set of irradiation parameters (laser output, defocusing of the light beam, vibration amplitude, feed speed) is determined from the calculation chart regardless of the distance to the blade tip. This is the formation of the hardening region according to this embodiment at each position of the entrance edge.
【００１７】次に、ブレード入口縁走査によって輪郭制
御プログラムが作られる。レーザー光線に対する硬化す
べき域の傾斜は、送り方向を横切るレーザー光線の調整
した出力（パワー）密度分布と協働して、最も摩耗を受
ける領域（後の非常に硬い層２の）に一定の温度が合わ
されるように選択される。レーザー光線の出力（パワ
ー）密度分布は、光線の振動振幅Ａと、光線の半径ｒと
の比の選択によって十分に変化できる。Next, a contour control program is created by blade entrance edge scanning. The slope of the zone to be cured with respect to the laser beam, in cooperation with the adjusted power (power) density distribution of the laser beam across the feed direction, ensures that a constant temperature is maintained in the region of greatest wear (of the later very hard layer 2). Selected to be matched. The output (power) density distribution of the laser beam can be sufficiently changed by selecting the ratio between the vibration amplitude A of the beam and the radius r of the beam.
【００１８】レーザー光線硬化法は、下記のパラメータ
で実施される。タービンブレードに生ずるレーザー出力
ＰL ＝２．６０ｋＷ，タービンブレードにより吸収され
たレーザー出力Ｐa ＝２．０８ｋＷ，ブレード表面上の
レーザー光線直径２ｒ＝９．６ｍｍ，レーザー光線の振
動振幅Ａ＝８．９ｍｍ，振幅比Ａ／ｒ＝１．８５，ブレ
ード先端におけるレーザー光線の初期速度ｖBO＝２４２
ｍｍ／ｍｉｎ，光線形状アスペクト比The laser beam curing method is carried out with the following parameters. Laser power P L = 2.60 kW generated on the turbine blade, laser power P a = 2.08 kW absorbed by the turbine blade, laser beam diameter 2r = 9.6 mm on the blade surface, laser beam vibration amplitude A = 8.9 mm, Amplitude ratio A / r = 1.85, initial velocity of laser beam at blade tip v BO = 242
mm / min, ray shape aspect ratio
【数１０】 [Equation 10]
【００１９】これ等のパラメータを含むレーザー光線硬
化法は、入口縁近くの位置５で下記の温度域の値とな
る。巾１６ｍｍ以上のブレード背面上で温度−時間−サ
イクルの最高温度The laser beam curing method including these parameters has the following temperature range values at position 5 near the entrance edge. Maximum temperature of temperature-time-cycle on the back of blade with width of 16 mm or more
【数１１】 レーザー光線作用時間，τs ＝２．３８秒。[Equation 11] Laser beam action time, τ s = 2.38 seconds.
【００２０】これ等のパラメータを用いて硬化したター
ビンブレードは、入口端５において下記の幾何学的寸
法，硬度，硬度分布の硬化領域を有している。ブレード
先端におけるブレード背面（硬化領域の位置は図１参
照）上の全硬化領域１の巾：２０．２ｍｍ，ブレード先
端から１５０ｍｍの距離における硬化領域の巾：１８．
７ｍｍ，全硬化深さ４：入口縁に対する距離により１．
１７ｍｍ乃至２．９ｍｍ，ブレード外側７の全硬化領域
１の巾：ブレード先端の近くで２．８ｍｍ，非常に硬い
層２の表面硬度：７００ＨＶ0.05±３５ＨＶ0.05，非常
に硬い層２の深さ：０．１ｍｍ乃至０．４５ｍｍ，入口
縁への距離の増加と共に減少し、これは入口縁で始まり
ほぼブレード形状の最大湾曲部で終る。非常に硬い層２
の硬度勾配は３０ＨＶ／ｍｍより小さいか略等しい。非
常に硬い層２の巾はブレードの近くで約１９ｍｍであ
る。全硬化領域１の長さは１８５ｍｍである。この硬化
領域の長さは出口角度４５度以下でブレードを出る。目
標として努力した本実施例による硬度−深さ−カーブの
再現性は非常に良い。減少する摩耗強さにより、非常に
硬い層２の深さも、全硬化深さ４も、入口縁への距離の
増加と共に減少する。標準応力最大の位置は、非常に硬
い層２の深さの１／３以下にある。The turbine blade hardened using these parameters has a hardened region having the following geometrical dimensions, hardness and hardness distribution at the inlet end 5. Width of the entire cured area 1 on the back surface of the blade at the blade tip (see FIG. 1 for the location of the cured area): 20.2 mm, width of the cured area at a distance of 150 mm from the blade tip: 18.
7 mm, total cure depth 4: 1.
17 mm to 2.9 mm, the width of the total hardening region 1 on the outer side 7 of the blade: 2.8 mm near the tip of the blade, the surface hardness of the very hard layer 2: 700 HV 0.05 ± 35 HV 0.05 , the depth of the very hard layer 2: 0.1 mm to 0.45 mm, which decreases with increasing distance to the inlet edge, which starts at the inlet edge and ends at the maximum curvature of the blade shape. Very hard layer 2
Hardness gradient is less than or substantially equal to 30 HV / mm. The width of the very hard layer 2 is about 19 mm near the blade. The length of the total cured area 1 is 185 mm. The length of this cure zone exits the blade at an exit angle of 45 degrees or less. The reproducibility of hardness-depth-curve according to the present embodiment, which has been made as a goal, is very good. Due to the reduced wear strength, both the depth of the very hard layer 2 and the total cure depth 4 decrease with increasing distance to the inlet edge. The position of maximum standard stress is 1/3 or less of the depth of the very hard layer 2.
【００２１】特性を悪化するオーステナイト粒子の大き
さの荒さは現われない。従来技術に比べて、少くとも１
００乃至１５０ＨＶ高い表面硬度が達成される。標準応
力最大の深さにおいて硬度差は更に大きい。従って、本
発明により硬化したタービンブレードのかなりよい耐摩
耗性が保証される。Roughness of the austenite grain size, which deteriorates the properties, does not appear. At least 1 compared to the prior art
A high surface hardness of 00 to 150 HV is achieved. The hardness difference is larger at the maximum depth of standard stress. Thus, the invention ensures a fairly good wear resistance of the hardened turbine blades.
【００２２】火炎硬化ブレードに比べて、且つ縮小形式
における誘導硬化ブレードに比べて更に他の利点は、入
口縁に沿って再現可能な且つ、要求通りの硬化領域幾何
学的形状の形成にある。この利点はまた例えば、全硬化
ブレード長さに亘って入口縁に沿って入口縁に近い圧力
内部応力状態の調整のはるかによい再現性となる。Yet another advantage over flame hardening blades and over induction hardening blades in the reduced form is the formation of reproducible and desired hardening zone geometries along the inlet edge. This advantage also results, for example, in much better reproducibility of the adjustment of the pressure internal stress state along the inlet edge and close to the inlet edge over the entire hardened blade length.
【００２３】[0023]
【発明の効果】本発明によれば、上述した目的は、短時
間硬化入口縁を有するマルテンサイトクロム鋼製の水滴
衝撃侵蝕防止タービンブレードを有していて、その侵蝕
防止領域が、ブレード背面の非常に侵蝕のおそれのある
領域に亘って、請求項１乃至４に示したように、一定の
表面硬度を有することにより解決される。According to the invention, the above-mentioned object comprises a water drop impact erosion protection turbine blade made of martensitic chrome steel having a short hardening inlet edge, the erosion protection area of The solution is to have a constant surface hardness, as claimed in claims 1 to 4, over a very corrosive area.
【００２４】請求項２に記載した合理的な本発明の実施
例により、通常、水滴衝撃負荷の強さ及び面積はブレー
ド先端の方に増加し、一方周期的負荷は減少する。従っ
て十分な耐摩耗性の場合、硬化領域巾の減少により入口
縁における内部応力が改善され、且つブレードの強靭性
余裕が増大できる。According to a rational embodiment of the invention as defined in claim 2, the strength and area of the drop impact load is usually increased towards the blade tip, while the cyclic load is reduced. Therefore, in the case of sufficient wear resistance, the reduction of the width of the hardening region improves the internal stress at the entrance edge and increases the toughness margin of the blade.
【００２５】更にこの課題は、マルテンサイトクロム合
金タービンブレード鋼のための短時間硬化法によって解
決される。この方法でもまた、必要な深さ０．１ｍｍ乃
至約０．９ｍｍにおいて局部的温度−時間−サイクルの
ピーク温度が達成され、且つ表面においても特性を悪化
するオーステナイト粒子の荒さを生ずることなく、なお
完全なカーバイドの溶解が行なわれる。Furthermore, this problem is solved by a short-time hardening process for martensitic chromium alloy turbine blade steels. This method also achieves a local temperature-time-cycle peak temperature at the required depth of 0.1 mm to about 0.9 mm and does not cause surface austenite grain roughness which also degrades the properties, and still Complete carbide dissolution occurs.
【００２６】この場合、本発明により請求項５乃至１０
に明記したように処理される。In this case, the present invention provides claims 5 to 10.
It is processed as specified in.
【００２７】請求項６による方法実施例では、この場
合、ブレードの厚さが約３ｍｍ以下のとき、まだオース
テナイト粒子の荒さが続いている温度領域で、悪い放熱
方法によって冷却速度が減少するという事実が有利なこ
とに考慮されている。In the method embodiment according to claim 6, the fact that in this case, when the thickness of the blade is less than about 3 mm, the cooling rate is reduced due to a bad heat dissipation method in the temperature region where the roughness of the austenite particles is still continuing. Are considered to be advantageous.
【００２８】請求項７による方法実施例で有利なこと
は、それにより最適噴射作用時間τsと必要な硬化領域
巾との適合が達成されることである。An advantage of the method embodiment according to claim 7 is that it achieves a match between the optimum injection time τ s and the required hardening zone width.
【００２９】請求項８によるの方法実施例の利点は、こ
の異常に小さい振幅比が、ブレード入口端における非常
に非対称な放熱の条件下でも非常に硬い領域内でレーザ
ー掃引線を横切って殆ど一定の表面温度Ｔs の調整が可
能であることにある。The advantage of the method embodiment according to claim 8 is that this unusually small amplitude ratio is almost constant across the laser sweep line in a very stiff region even under conditions of very asymmetric heat dissipation at the blade inlet end. It is possible to adjust the surface temperature T s of the.
【図１】本発明による縁保護の位置及び構成の概略図で
ある。FIG. 1 is a schematic view of the location and configuration of edge protection according to the present invention.
１ 全硬化領域（ゾーン） ２ 非常に硬い層 ３ ２に続く層 ４ 全硬化深さ ５ 入口縁 ６ 最も有害な水滴大きさ部分の衝撃方向 ７ ブレード外側の位置 ８ 位置７における接線 ９ ブレード横断面の最小曲げモーメント １０ ブレード横断面 ＱL 全硬化領域１の横断面 Ｑs 硬化したブレード形状部分の横断面1 Fully cured area (zone) 2 Very hard layer 3 Layer following 2 4 Total cure depth 5 Entrance edge 6 Impact direction of the most harmful water droplet size portion 7 Position outside blade 8 Tangent line at position 9 Blade cross section cross section of the minimum bending cross section Q s hardened blade-shaped portion of the moment 10 the blade cross section Q L total curing region 1
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィルフリード シュトーフ ドイツ連邦共和国 ベルリン ０−1110 タウフシュタインヴェグ 11 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Wilfried Stoff Berlin, Germany 0-1110 Tauf Steinweg 11
Claims (10)
侵蝕のおそれのある全領域に亘って一定の表面硬度を有
している、短時間硬化入口端を備えたマルテンサイトク
ロム鋼製の水滴衝撃防止タービングブレードにおいて、 この一定の表面硬度が、それぞれの鋼の場合に、短時間
硬化サイクルの最適パラメータによって達成可能である
最大硬度に相当し、 この硬度が、カーボン含有量によって、且つこれと共に
増加するカーボン含有量０．１乃至０．１３Ｃ％のと
き、硬度５８０乃至６２０ＨＶ0.05を達成し、そして
０．１８乃至０．２４％Ｃのとき、硬度６００乃至７５
０ＨＶ0.05に達し、 全硬化領域（１）が、この最大硬度に達した第１の硬度
プラトー及び磨耗強さ及び標準応力最大の深さ位置によ
って選択した深さ０．１ｍｍ乃至０．９ｍｍを有する非
常に硬い層（２）で、この場合、硬度勾配は０乃至１０
０ＨＶ／ｍｍであり、そしてその下の境界において、カ
ーボン含有量０．１乃至０．１３％Ｃによって少なくと
もなお硬度５５０乃至６００ＨＶ0.05、そしてカーボン
含有量０．１８乃至０．２４％のときなお硬度５８０乃
至６８０ＨＶ0.05を有し、 そして更に層（２）に続く層（３）とを含み、この層
（３）が厚さ０．４ｍｍ乃至２．０ｍｍに達し、そして
表面の近くに明らかに大きな硬度勾配及び硬度３５０乃
至５４０ＨＶ0.05のとき少なくとも暗示的に第２の硬度
プラトーを有し、 摩耗強さに関連する全硬化深さ（４）が、０．７ｍｍ乃
至３．５ｍｍであり、 非常に硬い層（２）が、少なくとも入口縁の近くの位置
（５）にまで達しており、その位置（５）に、表面への
接線に並行に最も有害な水滴大きさ部分の衝撃方向
（６）があり、 全硬化領域（１）が、ブレード先端からブレードベース
の方向に入力縁の近くの位置（５）の侵蝕のおそれのあ
る全長を越えて最小の、又は少なくともあまり重要でな
いブレードの周期的負荷の位置まで延びており、そして
そこでブレードは入口縁に対し出口角度３０乃至６５度
を形成していることを特徴とする水滴衝撃防止タービン
ブレード。1. A water drop made of martensitic chrome steel with a short hardening inlet end in which the erosion protection region has a constant surface hardness over the entire highly erosive region on the back side of the blade. In impact-resistant turbine blades, this constant surface hardness corresponds, in the case of the respective steels, to the maximum hardness that can be achieved by the optimum parameters of the short-time hardening cycle, which hardness depends on the carbon content and A hardness of 580 to 620 HV 0.05 is achieved when the carbon content increases with 0.1 to 0.13 C%, and a hardness of 600 to 75 when 0.18 to 0.24% C.
0HV 0.05 is reached and the total hardening zone (1) has a first hardness plateau that has reached this maximum hardness and a depth of 0.1 mm to 0.9 mm selected by the wear strength and the standard stress maximum depth position. Very hard layer (2) with a hardness gradient of 0-10
0 HV / mm, and at the lower boundary, a hardness of at least 550 to 600 HV 0.05 with a carbon content of 0.1 to 0.13% C, and still a hardness of 0.18 to 0.24% of carbon content. 580 to 680 HV 0.05 , and further comprising a layer (3) following the layer (2), this layer (3) reaching a thickness of 0.4 mm to 2.0 mm and having a clearly large near surface at least implicitly second hardness plateau when the hardness gradient and hardness 350 to 540HV 0.05, total cure depth associated with the wear strength (4) is a 0.7mm to 3.5 mm, very The hard layer (2) reaches at least a position (5) near the inlet edge, at which position (5) the impact direction (6) of the most detrimental water drop size parallel to the tangent to the surface. There is The total hardening area (1) is of minimal, or at least less significant, blade cyclic load over the potentially erodible length of the location (5) from the blade tip towards the blade base near the input edge. A water drop impact preventive turbine blade characterized in that it extends to a position where the blade forms an exit angle of 30 to 65 degrees with respect to the inlet edge.
て変化する侵蝕領域の巾によって調整される請求項１に
記載の水滴衝撃侵蝕防止タービンブレード。2. The water drop impact erosion protection turbine blade according to claim 1, wherein the width of the total hardened area (1) is adjusted by the width of the erosion area which varies along the inlet edge.
るブレードの場合、全硬化深さ（４）が少なくとも、ブ
レード横断面(10)の最小曲げモーメント（９）の方向に
垂直な表面に対する接線（８）があるブレード外側の位
置（７）にまで達している請求項１に記載の水滴衝撃侵
蝕防止タービンブレード。3. In the case of a blade subject to strong cyclic or tensile crack-corrosion, the tangent to the surface of which the total hardening depth (4) is at least perpendicular to the direction of the minimum bending moment (9) of the blade cross section (10). The turbine blade according to claim 1, wherein (8) reaches a position (7) outside the blade.
硬化領域（１）のブレード背面側境界が半径ＲS の円ア
ークを描き、この場合、 【数１】 が適用される請求項１に記載の水滴衝撃防止ダービンブ
レード。4. The blade backside boundary of the hardened zone (1) around an armored rod hole having a radius R D describes a circular arc of radius R S , in which case The water drop impact prevention Durbin blade according to claim 1, wherein
１乃至４のいずれかの水滴衝撃防止タービンブレードの
製造方法において、 短時間硬化の温度−時間−周期が、 【数２】 のエネルギー作用時間τs の終りに、表面温度Ｔがγ領
域のかなり上方で 【数３】 に達し、送り方向に出力密度、送り速度及び光線寸法の
適切な組合せによって 【数４】 の深さｔにおいて 【数５】 の局部温度−時間−サイクルの最高温度ＴL が支配する
ように調整され、この場合に、定数Ｂ及びＣがほぼ値１
に達し、その正確な値は、しかし鋼の化学的組成及び最
初の組織によって選択され、 そして光線送り方向に対する出力密度分布は、非常に硬
い層（２）の表面の小部分における局部的表面温度Ｔs
が、約５０Ｋ以上の値Ｔs max を下回るように調整され
ることを特徴とする方法。5. The method for producing a water drop impact-preventing turbine blade according to claim 1, wherein the temperature-time-cycle of short-time curing is represented by the following formula: At the end of the energy action time τ s of, the surface temperature T is well above the γ region. And by the proper combination of power density, feed rate and beam size in the feed direction, At the depth t of Local temperature-time-cycle maximum temperature T L is dominated, in which case the constants B and C are approximately 1
, The exact value of which is selected by the chemical composition of the steel and the initial microstructure, and the power density distribution with respect to the direction of ray transmission is the local surface temperature at a small part of the surface of the very hard layer (2). T s
Is adjusted to be below a value T s max of about 50K or more.
３ｍｍを下回るブレード部分硬化のため、硬化領域
（１）の所望の横断面ＱL と，ブレード形状部分の横断
面ＱS との比に対応する最大可能なエネルギー作用時間
τs max が、 【数６】 の後、減少される、この場合、Ｋ及びＬは選択した鋼に
関連した値１に近い定数である請求項５に記載の方法。6. At a constant surface temperature T s max , the desired cross-section Q L of the hardening zone (1) and the cross-section Q S of the blade-shaped part are due to hardening of the blade part having an average thickness of less than 3 mm. The maximum possible energy action time τ s max corresponding to the ratio is 6. The method according to claim 5, wherein after reduction, K and L are constants close to the value 1 associated with the selected steel.
場合、光線形成が、光線送り方向 【数７】 に垂直な光線の広がりと、光線送り方向ｄ‖ｖの光線の
広がりの比が 【数８】 の範囲に選択される請求項５に記載の方法。7. In the case of using a laser beam or electron beam curing method, the beam forming is carried out in the beam sending direction. The ratio of the spread of the light beam perpendicular to the light beam to the spread of the light beam in the light-sending direction d | The method according to claim 5, which is selected in the range of.
光線又は電子線の高速振動によって発生される、この場
合、レーザー光線のとき、非変形レーザー光線の出力密
度分布に関連する正弦波形運動法則の場合に、光線の振
動振幅Ａと光線の半径ｒとの比が、 【数９】 に選ばれる請求項５及び７に記載の方法。8. The beam forming is generated by a fast oscillation of a laser beam or an electron beam transverse to the feed direction, where in the case of a laser beam the sinusoidal motion law relating to the power density distribution of the undeformed laser beam, The ratio of the vibration amplitude A of the ray to the radius r of the ray is 8. The method according to claim 5, which is selected from
の比Ａ／ｒが、入口縁近くのブレード形状の変化によっ
て絶えず変更される請求項５，７及び８のいづれか１つ
の項に記載の方法。9. The method according to claim 5, wherein during surface hardening the ratio A / r of the vibration amplitude A to the ray radius r is constantly changed by a change in the blade geometry near the entrance edge. The method described.
光線又は電子線の高速振動によって発生され、この場合
双方の場合に、瞬間光線出力あるいは光線振動の運動法
則が、局部的垂直平面に対する光線軸の傾斜及び入口縁
に近いブレード形状の放熱条件によって選択され、且つ
短時間硬化中入口縁に沿った垂直表面の変化及び放熱条
件に応じて変化される請求項５及び９に記載の方法。10. The beam formation is generated by a fast oscillation of a laser beam or an electron beam transverse to the feed direction, in which case the instantaneous ray output or the law of motion of the ray oscillation is the tilt of the ray axis with respect to a local vertical plane. And a blade shape heat dissipation condition close to the inlet edge, and a method according to claims 5 and 9 which is varied in response to vertical surface changes along the inlet edge and heat dissipation conditions during short time curing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28514592A JPH06173604A (en) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | Water droplet shock erosion preventive turbine blade and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28514592A JPH06173604A (en) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | Water droplet shock erosion preventive turbine blade and manufacture thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06173604A true JPH06173604A (en) | 1994-06-21 |
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ID=17687683
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28514592A Pending JPH06173604A (en) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | Water droplet shock erosion preventive turbine blade and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06173604A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101936190A (en) * | 2009-06-25 | 2011-01-05 | 株式会社日立制作所 | Turbine moving blade |
| JP2013209912A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Fuji Electric Co Ltd | Steam turbine blade and hardening treatment method for steam turbine blade |
| US9291062B2 (en) | 2012-09-07 | 2016-03-22 | General Electric Company | Methods of forming blades and method for rendering a blade resistant to erosion |
| JP2017222912A (en) * | 2016-06-16 | 2017-12-21 | 富士電機株式会社 | Manufacturing method of steam turbine blade |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP28514592A patent/JPH06173604A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101936190A (en) * | 2009-06-25 | 2011-01-05 | 株式会社日立制作所 | Turbine moving blade |
| JP2011007093A (en) * | 2009-06-25 | 2011-01-13 | Hitachi Ltd | Turbine rotor blade |
| US8632313B2 (en) | 2009-06-25 | 2014-01-21 | Hitachi, Ltd. | Turbine rotor blade |
| JP2013209912A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Fuji Electric Co Ltd | Steam turbine blade and hardening treatment method for steam turbine blade |
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