JPH08254173A - Water turbine and manufacture thereof - Google Patents

Water turbine and manufacture thereof

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Publication number
JPH08254173A
JPH08254173A JP8097976A JP9797696A JPH08254173A JP H08254173 A JPH08254173 A JP H08254173A JP 8097976 A JP8097976 A JP 8097976A JP 9797696 A JP9797696 A JP 9797696A JP H08254173 A JPH08254173 A JP H08254173A
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JP
Japan
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stainless steel
powder
metal
water turbine
layer
Prior art date
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Application number
JP8097976A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Usami
賢一 宇佐美
Hiroshi Takayasu
博 高安
Koji Sato
晃二 佐藤
Hiroshi Fukui
寛 福井
Kimihiko Akahori
公彦 赤堀
Joshiro Sato
讓之良 佐藤
Keizo Kikuchi
啓造 菊地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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Abstract

PURPOSE: To suppress the occurrence of cavitation and sand wear by a method wherein composite powder of austenite stainless steel and metal carbide ceramics is used, and a padding layer having a coagulation texture structure wherein ceramics particles remain is formed on the surface of an apparatus member surface. CONSTITUTION: A runner body being the moving vane of a water turbine has a plurality of vanes 3 located between a crown 1 and a shroud 2, and provided with a runner cone 4, guide vanes 5, stay vanes 6, a runner liner 7, and a facing plate 8. In this case, a member having a padding weld layer having cavitation resistance higher than that of a parent material is arranged at a part on which an impact by flow water is exerted. A padding weld layer forms a metal texture having a matrix of austenite stainless steel and dispersing carbide. Further, the austenite stainless steel contains 0.05-0.15wt.% C, 0.2-1.0% Si, 7-13wt.% Mn, 2-7wt.% Ni, and 17-23wt.% Cr or is a steel containing 1-3wt.% Mo or other.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水車及びその製造
方法に係り、特に土砂含有の多い流水で使用される回転
機器部材等の表面はキャビテーション，土砂摩耗、及び
これらの複合損傷を受けるため、これを防止するのに好
適な耐水中土砂摩耗性肉盛溶接層を形成した水車及びそ
の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water turbine and a method for manufacturing the same, and in particular, the surface of a rotating machine member used in running water containing a large amount of earth and sand is subject to cavitation, earth and sand wear, and composite damage thereof. The present invention relates to a water turbine having an underwater earth and sand abrasion resistant overlay welding layer suitable for preventing this, and a manufacturing method thereof.

【０００２】[0002]

【従来の技術】水力発電機器用水車ランナ，ガイドベー
ン及びステーベン等の流水接触部材は、その部材の形状
及び流速との関係によりキャビティの崩壊，衝撃による
キャビテーション，エロージョンの損傷を受けることが
ある。このキャビテーションによる部材の損傷は、高速
流水中で発生したキャビティが部材表面に衝突し、崩壊
する際に高い衝撃応力が部材に加わり、その部分が侵食
される現象である。そのとき衝撃圧力は流速３５〜１２
０ｍ／sec において５１４〜１７４５atm という高いも
のである。2. Description of the Related Art Flowing water contact members such as turbine runners for hydraulic power generators, guide vanes and stabens may be damaged by cavitation or erosion due to collapse of cavities, impact due to the shape and flow rate of the members. The damage of the member due to the cavitation is a phenomenon in which a high impact stress is applied to the member when the cavity generated in the high-speed running water collides with the surface of the member and collapses, and the portion is eroded. At that time, the impact pressure has a flow velocity of 35 to 12
It is as high as 514 to 1745 atm at 0 m / sec.

【０００３】このため、流水接触部の母材表面に耐キャ
ビテーション・エロージョン性の優れたステンレス鋼系
材料を肉盛し、損傷を抑制しようとする金属肉盛溶接材
料が開発されてきた。これらの溶接材料の組成は、特開
昭57−152447号公報，特開昭57−156894号公報，特開昭
57−199593号公報に開示され、ステンレス鋼系材料が用
いられてきた。そのキャビテーションによる損傷を抑制
する金属材料としては、高強度かつ高硬度のものか、衝
撃圧力を利用して流水表面層の加工硬化が期待される肉
盛溶接材料である。For this reason, a metal overlay welding material has been developed in which a stainless steel material having excellent cavitation and erosion resistance is overlaid on the surface of the base material at the contact portion under running water to suppress damage. The compositions of these welding materials are described in JP-A-57-152447, JP-A-57-156894, and JP-A-57-156894.
It has been disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-199593, and stainless steel materials have been used. The metal material that suppresses the damage due to the cavitation is a high-strength and high-hardness material, or a build-up welding material that is expected to work harden the running water surface layer by using impact pressure.

【０００４】一方、ポンプ等の構成部材である鋳鉄は、
耐摩耗性が十分でないことから、耐摩耗性ゴム，ポリウ
レタン、またはエポキシ樹脂等にセラミックス粒子を分
散させた耐摩耗性材料が開発されてきた。このような材
料の組成は、特開昭59−45363号公報〜特開昭59−45366
号公報，特開昭59−68349 号公報，特開昭62−72922
号公報〜特開昭62−72923 号公報等に多く開示されてい
る。On the other hand, cast iron, which is a constituent member of pumps and the like,
Due to insufficient wear resistance, wear resistant materials have been developed in which ceramic particles are dispersed in wear resistant rubber, polyurethane, epoxy resin or the like. The composition of such materials is described in JP-A-59-45363 to JP-A-59-45366.
JP, JP-A-59-68349, JP-A-62-72922
Many are disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-72923 and the like.

【０００５】しかしながら、土砂を多量含む河川水を用
いる水力発電用水車は、水車の構成部材が土砂の成分の
硬質のＳｉＯ2 やＡｌ2Ｏ3による切削作用等により侵食
される。金属材料のキャビテーション損傷には硬度の高
い金属ほど耐えるとされているが、土砂を含有した環境
では必ずしも良いとは限らない。一般的には土砂の成分
物質より硬度が高い材料であれば切削作用等による侵食
が防止できるものと考えられている。しかし大型構造部
品等へ硬度の大きい材料を所定形状で設けることは一般
的に非常に困難である。However, in a hydraulic turbine for hydroelectric power generation that uses river water containing a large amount of earth and sand, the constituent members of the water turbine are eroded by the cutting action of hard SiO 2 and Al 2 O 3 which are components of earth and sand. It is said that a metal having higher hardness withstands cavitation damage of a metal material, but it is not always good in an environment containing earth and sand. Generally, it is considered that a material having a hardness higher than that of the constituent material of earth and sand can prevent erosion due to cutting action or the like. However, it is generally very difficult to provide a material having high hardness in a predetermined shape on a large-scale structural component or the like.

【０００６】また、水力発電機用水車は高土砂含有地点
で使用された実績が今まで比較的少ないため、水中土砂
による摩耗の抑制を直接対象として開発された材料は見
当らない。そこで、水車ランナ等の部位には、その強度
特性を満足するように焼入れ、焼戻し処理を施した含Ni
13Cr鋳鋼が用いられ、その表面にステンレス鋼のJISD30
8 ,JISD309Mo，ＨＳＴ２５等による被覆アーク溶接肉盛
施工が採用されているのが現状である。しかしこの方法
は耐水中土砂摩耗性を考慮して実施されたものでないの
で、高土砂含有地点の水力発電機用水車等を対象とする
場合には耐水中土砂摩耗性が不十分で摩耗が著しい。[0006] Further, since water turbines for hydroelectric power generators have been used comparatively little at high soil content points, no materials have been found that were directly developed to suppress wear due to underwater sediment. Therefore, for parts such as water turbine runners, Ni-containing materials that have been quenched and tempered to satisfy their strength characteristics.
13Cr cast steel is used and stainless steel JIS D30 is used on the surface.
It is the current situation that the covered arc welding overlay construction by 8, JISD309Mo, HST25, etc. is adopted. However, this method was not carried out in consideration of the underwater sediment wear resistance, so when it is intended for hydroelectric turbines and the like at high soil content points, the underwater sediment wear resistance is insufficient and wear is significant. .

【０００７】また被覆アーク溶接肉盛用の材料として、
Ｃｏ基超耐熱合金粉末とセラミックス粉末とが混合した
混合粉末を使用して母材表面に肉盛層を設ける技術が特
開昭62−134193号明細書に示されているが、この技術は
高温部材表面に耐熱及び耐圧縮変形等を付与するための
技術であり、本発明の対象とする水車の場合に適用され
る技術ではない。[0007] Further, as a material for the cladding arc welding overlay,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-134193 discloses a technique of forming a build-up layer on the surface of a base material by using a mixed powder in which a Co-based super heat-resistant alloy powder and a ceramic powder are mixed. This is a technique for imparting heat resistance and compression deformation resistance to the member surface, and is not a technique applied to the case of the water turbine to which the present invention is applied.

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来の金属溶接材料に
よる水車部材への肉盛溶接は、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・エロージョンに
よる侵食を防止することを主目的として実施されている
ものであり、耐水中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・エロージョンと土砂摩耗とはそ
の損傷機構が異なることによる。即ち、前者は高速水中
で発生したキャビティが材料表面で衝突，崩壊するとき
の衝撃圧により侵食するものであり、後者は主として土
砂による切削作用により侵食する現象である。また、高
土砂含有の流水中で、キャビテーションと土砂摩耗とが
相乗する場合では、それぞれの単独の要因よりも材料の
損傷が加速される。そのため上述の従来技術のスランレ
ス鋼のJISD308，JISD309Mo，ＨＳＴ２５等は高土砂含有
地点の水車に適用するには問題があつた。The overlay welding of the conventional metal welding material to the water turbine member is, of course, corrosion resistance, but is mainly carried out for the purpose of preventing erosion due to cavitation erosion of the water turbine runner or the like. However, the resistance to sediment wear in water is not necessarily high. This is because cavitation erosion and sediment wear have different damage mechanisms. That is, the former is eroded by the impact pressure when the cavity generated in high-speed water collides and collapses on the material surface, and the latter is eroded mainly by the cutting action of earth and sand. In addition, when cavitation and sediment wear synergize in running water containing high sediment, damage to the material is accelerated rather than the individual factors. Therefore, the above-mentioned conventional slangless steels JISD308, JISD309Mo, HST25, etc. have a problem in being applied to a water turbine at a high soil content point.

【０００９】一方、高分子有機材料にセラミックスを複
合した高分子−セラミックス複合材料の耐土砂摩耗性材
料が開発されている。これは、高分子中に硬度の高いセ
ラミックスを分散させて、土砂による切削的作用を緩和
しようとしたものである。しかし、水中で使用される場
合は必ずしも土砂摩耗のみでなく、キャビテーション・
エロージョンとの複合損傷が大きく、特に高分子−セラ
ミックス複合材料の水中の土砂摩耗性が金属材料に比べ
て優れても劣らないものであるが、キャビテーション損
傷に対しては金属材料よりも非常に劣る。従って高土砂
含有流水地点の水車構造部材に高分子−セラミックス複
合材料を適用することは信頼性の点で問題がある。On the other hand, a polymer-ceramics composite material, which is a composite of ceramics and a high-molecular organic material, has been developed which is resistant to earth and sand wear. This is an attempt to alleviate the cutting action of earth and sand by dispersing high hardness ceramics in a polymer. However, when it is used underwater, it is not only the earth and sand wear, but also cavitation and
The composite damage with erosion is large, and in particular the water-sand wearability of polymer-ceramic composite materials is superior to that of metallic materials, but is significantly inferior to metallic materials with respect to cavitation damage. . Therefore, the application of the polymer-ceramic composite material to the water wheel structural member at the point of flowing water containing high earth and sand has a problem in terms of reliability.

【００１０】本発明の第１の目的は、水の衝撃を受ける
基材上に、キャビテーションによる侵食と土砂による摩
耗を同時に抑制し、かつ施工性の容易な肉盛溶接層を有
する水車を得ることである。A first object of the present invention is to provide a water turbine having a built-up welded layer on a base material which is impacted by water, which suppresses erosion due to cavitation and abrasion due to earth and sand at the same time and is easy to work. Is.

【００１１】本発明の第２の目的は、キャビテーション
にする侵食と土砂による摩耗を同時に抑制し且つ施工性
の容易な肉盛溶接層を有する水車の製造方法を得ること
である。A second object of the present invention is to obtain a method for manufacturing a water turbine having a built-up welded layer which can simultaneously suppress erosion that causes cavitation and abrasion due to earth and sand and is easy to work.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、流水の流れを
調整するガイドベーン及び該流水によって回転するラン
ナを備えた水車において、流水による衝撃を受ける部分
に母材よりも耐キャビテーション性の高い肉盛溶接層を
有する部材を有し、該肉盛溶接層はオーステナイト系ス
テンレス鋼のマトリックスと、このマトリックスに分散
した炭化物とを有する金属組織であり、前記オーステナ
イト系ステンレス鋼は、重量％でＣ：０.０５〜０.１５
％，Ｓｉ：０.２〜１.０％，Ｍｎ：７〜１３％，Ｎｉ：
２〜７％、及びＣｒ：１７〜２３％を含み、またはこれ
にＭｏ：１ 〜３％，Ｎ：０.３％以下及びＣｏ：１０％
以下の少なくとも１つを含有する鋼からなることを特徴
とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a turbine having a guide vane for adjusting the flow of flowing water and a runner rotated by the flowing water, which has a higher cavitation resistance than a base material at a portion to be impacted by the flowing water. There is a member having a build-up weld layer, the build-up weld layer is a metal structure having a matrix of austenitic stainless steel and carbides dispersed in this matrix, wherein the austenitic stainless steel is C in weight percent. : 0.05 to 0.15
%, Si: 0.2 to 1.0%, Mn: 7 to 13%, Ni:
2 to 7% and Cr: 17 to 23%, or Mo: 1 to 3%, N: 0.3% or less and Co: 10%
It is characterized by being made of steel containing at least one of the following.

【００１３】水の衝撃を受ける部分の少なくとも一部分
に母材よりも耐キャビテーション性の高い肉盛溶接層を
設ける、本発明の第２の目的を達成する本発明の水車製
造方法は、オーステナイトステンレス鋼粉末と金属炭化
物系セラミックス粉末との混合粉末をプラズマアークに
よって溶融し被溶接部分に供給するとともに、該被溶接
部分に溶湯のプールを作りながら所望の厚さの肉盛溶接
層を形成することを特徴とする。A method for manufacturing a water turbine according to the present invention which achieves the second object of the present invention, in which a build-up welding layer having higher cavitation resistance than that of a base material is provided on at least a part of a portion subjected to water impact, is austenitic stainless steel. A mixed powder of the powder and the metal carbide ceramic powder is melted by a plasma arc and supplied to a welded portion, and a buildup welding layer having a desired thickness is formed while forming a pool of molten metal in the welded portion. Characterize.

【００１４】炭化物の含有量は面積率で１〜５０％が好
ましい。特に流水による急激な衝撃を受け、キャビテー
ションを受ける部分では肉盛溶接層として靭性が高いも
のが良く、１〜１０％が好ましい。また、流水による摩
耗が支配する部分では１０〜５０％が好ましく、硬さと
してＨｖ３００〜７００が好ましい。炭化物の添加量と
肉盛溶接層中に含有される晶出物の面積率との関係は添
加量５重量％のとき２０％，１０重量％のとき４０％，
１５重量％のとき６０％となる。The content of the carbide is preferably 1 to 50% in area ratio. In particular, a portion having a high toughness is preferable as the overlay welding layer in a portion which is subjected to a rapid impact due to running water and undergoes cavitation, and 1 to 10% is preferable. Further, 10 to 50% is preferable in a portion where wear due to running water is dominant, and Hv 300 to 700 is preferable as hardness. The relationship between the addition amount of carbide and the area ratio of crystallized substances contained in the weld overlay is 20% when the addition amount is 5% by weight, 40% when the addition amount is 10% by weight,
When it is 15% by weight, it becomes 60%.

【００１５】本発明の水車において、水の衝撃を受ける
部分に設けられた肉盛溶接層を構成するオーステナイト
ステンレス鋼のマトリックスに分散している炭化物は、
(Ａ）前記肉盛溶接層中に残存する前記金属炭化物系セ
ラミックス粒子、及び（Ｂ）前記金属炭化物系セラミッ
クス粒子が残存せず肉盛溶接後に晶出した金属複合炭化
物の両者を包含するものである。In the water turbine of the present invention, the carbide dispersed in the matrix of austenitic stainless steel forming the overlay welding layer provided at the portion subjected to the impact of water is
It includes both (A) the metal carbide-based ceramic particles remaining in the overlay welding layer, and (B) the metal composite carbide crystallized after overlay welding without the metal carbide-based ceramic particles remaining. is there.

【００１６】（Ａ）セラミックス粒子の残存凝固組織構
造被覆層は、高融点の前記金属炭化物系セラミックス粉
末の粒径（Ｓ）が前記オーステナイト系ステンレス鋼粉
末の粒径（Ｍ）１０〜２００μｍに対して粒径比（Ｓ／
Ｍ）が２以下、好ましくは１〜２で、金属炭化物系セラ
ミックスが２０〜８０容積％含まれ、かつ前記肉盛溶接
層は該層中に金属炭化物系セラミックス粒子が残存され
た凝固組織構造を有するものが好ましい。(A) In the coating layer for remaining solidified structure of ceramic particles, the particle diameter (S) of the high melting point metal carbide ceramic powder is 10 to 200 μm of the particle diameter (M) of the austenitic stainless steel powder. Particle size ratio (S /
M) is 2 or less, preferably 1 to 2, 20 to 80% by volume of metal carbide-based ceramics is contained, and the overlay welding layer has a solidification structure in which metal carbide-based ceramic particles remain in the layer. Those having are preferred.

【００１７】また、前記オーステナイト系ステンレス鋼
としてはＡＩＳＩ３０４，316等が使用できる。即ちこ
れらの材料は、重量で、Ｃ０.０１〜０.１５％，Ｓｉ１
％以下，Ｍｎ１.６５ 〜１３％，Ｃｒ１６〜２６％，Ｎ
ｉ２〜２２％をベースとする。また、これにＭｏ５％以
下，Ｃｏ１２％以下，Ｃｕ５％以下，Ｎ０.３ ％以下，
Ｎｂ，Ｔｉ，Ｗ，Ｖの少なくとも一つを０.１〜５％ 含
有するものである。より好ましくは重量％でＣ：０.０
５〜０.１５％，Ｓｉ：０.２〜１.０％，Ｍｎ：７〜１
３％，Ｎｉ：２〜７％，Ｃｏ：６〜１０％，Ｃｒ：１７
〜２３％とする。更にこれにＭｏ：１〜３％，Ｎ：０.
３ ％以下を含有し、残部がＦｅ及び同伴する不可避的
不純物からなり、（Ｍｎ％＋Ｃｏ％）／Ｃｒ％の値が
０.６〜１.３の範囲の組成を有し、加工硬化性がAISI30
4 あるいは３１６よりも高い擬似マルテンサイト系ステ
ンレス鋼を使用するのがよい。As the austenitic stainless steel, AISI 304, 316 or the like can be used. That is, these materials are C0.01-0.15% by weight, Si1
% Or less, Mn 1.65 to 13%, Cr 16 to 26%, N
Based on i2 to 22%. In addition, Mo 5% or less, Co 12% or less, Cu 5% or less, N 0.3% or less,
It contains 0.1 to 5% of at least one of Nb, Ti, W and V. More preferably C: 0.0% by weight
5 to 0.15%, Si: 0.2 to 1.0%, Mn: 7-1
3%, Ni: 2 to 7%, Co: 6 to 10%, Cr: 17
~ 23%. Furthermore, Mo: 1-3%, N: 0.
3% or less, the balance consisting of Fe and unavoidable impurities that accompany it, having a composition of (Mn% + Co%) / Cr% in the range of 0.6 to 1.3, and having a work hardenability. AISI30
Pseudo-martensitic stainless steel higher than 4 or 316 should be used.

【００１８】また、前記金属炭化物系セラミックスはＳ
ｉＣ，ＶＣ，ＮｂＣ，ＴｉＣ，ＷＣ及びＣｒ3Ｃ2の群よ
り選定された少なくとも１種である。The metal carbide type ceramics is S
It is at least one selected from the group of iC, VC, NbC, TiC, WC and Cr 3 C 2 .

【００１９】一方、（Ｂ）セラミックス粒子が残存しな
い凝固組織構造の肉盛溶接層の形成に使用した複合粉末
は、高融点の前記金属炭化物系セラミックス（Ｓ）の粉
末粒径及び前記オーステナイト系ステンレス鋼（Ｍ）の
粉末粒径が１０〜２００μｍの範囲にあり、粒径比Ｓ／
Ｍが１以下で、金属炭化物系セラミックス（Ｓ）が１〜
４０容積％含まれ、かつ前記被覆層は被覆層中に金属炭
化物系セラミックス粒子が残存せず、晶出した金属複合
炭化物が分散した凝固組織構造を有するものである。On the other hand, (B) the composite powder used for forming the overlay welding layer having a solidified structure in which ceramic particles do not remain is a powder particle size of the metal carbide ceramics (S) having a high melting point and the austenitic stainless steel. The powder particle size of steel (M) is in the range of 10 to 200 μm, and the particle size ratio S /
M is 1 or less, and the metal carbide ceramics (S) is 1 to
40% by volume, and the coating layer has a solidified structure in which the metal carbide-based ceramic particles do not remain in the coating layer and the crystallized metal composite carbide is dispersed.

【００２０】また、この（Ｂ）セラミックス粒子の非残
存凝固組織肉盛溶接層の場合に用いられるオーステナイ
ト系ステンレス鋼は、前記（Ａ）セラミックス粒子の残
存凝固組織肉盛溶接層の場合と同一のステンレス鋼が用
いられる。The (A) austenitic stainless steel used in the case of the non-residual solidified structure overlay welded layer of ceramic particles is the same as in the case of the residual solidified structure overlay welded layer of (A) ceramic particles. Stainless steel is used.

【００２１】また、前記金属炭化物系セラミックスはス
テンレス鋼よりも密度が小さく、立方晶系構造を有し、
ＳｉＣ，ＴｉＣの群より選定された少なくとも１種であ
る。また、（Ａ）及び（Ｂ）セラミックス粒子の残存ま
たは非残存凝固組織肉盛溶接層において、前記オーステ
ナイト系ステンレス鋼及び前記金属炭化物系セラミック
スの両者の粉末形状は、丸形，角形，丸角形、またはそ
れらの混合形が好ましい。そして前記肉盛溶接層はプラ
ズマアーク肉盛溶接により形成され、その厚さが５mm以
下であることが好ましい。Further, the metal carbide-based ceramics has a density lower than that of stainless steel and has a cubic system structure,
It is at least one selected from the group consisting of SiC and TiC. Further, in the (A) and (B) residual or non-remaining solidified build-up welded layer of ceramic particles, the powder shapes of both the austenitic stainless steel and the metal carbide ceramics are round, square, and round square, Alternatively, a mixed form thereof is preferable. The overlay welding layer is formed by plasma arc overlay welding, and the thickness thereof is preferably 5 mm or less.

【００２２】本発明の水車は、高土砂含有水を利用する
水力発電用水車に適用され、キャビテーションによる損
傷，土砂摩耗による損傷及びこれらの複合損傷の発生を
最小限にするものである。The turbine of the present invention is applied to a turbine for hydroelectric power generation that uses water containing a high amount of earth and sand, and minimizes damage due to cavitation, damage due to earth and sand wear, and a composite damage of these.

【００２３】更に本発明の水車について説明する。(Ａ)
セラミックス粒子の残存凝固組織肉盛溶接層において、
オーステナイト系ステンレス鋼粉末より粒径の大きいＳ
ｉＣ，ＶＣ，ＮｂＣ，ＴｉＣ，ＷＣ及びＣｒ3Ｃ2等の金
属炭化物系セラミックス粉末をステンレス鋼粉末に２０
〜８０容積％混合して複合粉末にしてプラズマ肉盛溶接
することにより、セラミックス粒子が残存する凝固組織
になる。この場合、セラミックス粉末（Ｓ）とステンレ
ス鋼粉末（Ｍ）の粒径比Ｓ／Ｍを１〜２とする。これは
ステンレス鋼とセラミックスの融点とを比べるとセラミ
ックスの方が高く、ステンレス鋼粉末がプラズマアーク
中で溶け、セラミックス粒子を残存させるためである。
その比が余り大きくなると、大きな粒子同志が隣接し、
偏析傾向を増長し、そのため実機適用における使用応力
によりクラツクが発生され易くなる。Further, the water turbine of the present invention will be described. (A)
In the solidified structure overlay welding layer of the ceramic particles,
S with larger particle size than austenitic stainless steel powder
20% of metal carbide type ceramics powder such as iC, VC, NbC, TiC, WC and Cr 3 C 2 was added to stainless steel powder.
By mixing up to 80% by volume to form a composite powder and plasma overlay welding, a solidified structure in which ceramic particles remain is obtained. In this case, the particle size ratio S / M between the ceramic powder (S) and the stainless steel powder (M) is 1 to 2. This is because the melting points of stainless steel and ceramics are higher than that of ceramics, and the stainless steel powder is melted in the plasma arc to leave the ceramic particles.
When the ratio becomes too large, large particles come close to each other,
The segregation tendency is increased, so that cracks are likely to occur due to the working stress in actual application.

【００２４】一方、前記のようなセラミックスを選んだ
のは、土砂構成物質であるＳｉＯ2,Ａｌ2Ｏ3よりも硬度
の高いセラミックスを分散させることにより、土砂によ
る切削作用の侵食を抑えるためである。On the other hand, the above-mentioned ceramics are selected in order to suppress the erosion of the cutting action by the earth and sand by dispersing the ceramics having a hardness higher than that of the earth and sand constituents SiO 2 and Al 2 O 3. is there.

【００２５】また、（Ｂ）セラミックス粒子の非残存凝
固組織被覆層において、ステンレス鋼より密度の小さい
金属複合炭化物系セラミックスのＳｉＣ，ＴｉＣ粉末を
選定し、ステンレス鋼粉末と混合して複合粉末とし、こ
れをプラズマ肉盛溶接により肉盛溶接層を形成し、結果
としてセラミックス粒子が肉盛溶接層中に残存せず、金
属複合炭化物が晶出し且つ分散した凝固組織になる。そ
のためにステンレス鋼粉末とセラミックス粉末の粒径は
１０〜２００μｍが好適である。これらの粒径を大きく
すると、未溶解のステンレス鋼粉末とセラミックス粉末
の粒子が残存する。しかし、ステンレス鋼とセラミック
ス粉末の融点はセラミックスの方が高いため、これらの
複合粉末を溶接するにはステンレス鋼粉末よりセラミッ
クス粉末の粒径を小さくした方が、プラズマアークによ
る融解が容易になり、従って前記のようにＳ／Ｍを１以
下にすることが好ましい。Further, (B) in the non-residual solidification structure coating layer of the ceramic particles, SiC and TiC powder of metal composite carbide ceramics having a density lower than that of stainless steel is selected and mixed with the stainless steel powder to form a composite powder, This is subjected to plasma overlay welding to form a overlay weld layer, and as a result, ceramic particles do not remain in the overlay weld layer and a solidified structure in which metal composite carbide is crystallized and dispersed. Therefore, the particle size of the stainless steel powder and the ceramic powder is preferably 10 to 200 μm. When these particle sizes are increased, particles of undissolved stainless steel powder and ceramic powder remain. However, since the melting point of stainless steel and ceramic powder is higher in ceramics, in welding these composite powders, it is easier to melt by plasma arc if the particle size of ceramic powder is smaller than that of stainless steel powder, Therefore, it is preferable to set the S / M to 1 or less as described above.

【００２６】また、（Ａ）及び（Ｂ）セラミックス粒子
の残存または非残存凝固組織肉盛溶接層の両者の場合、
ステンレス鋼粉末及びセラミックス粉末は共に丸形，角
形，丸角形、及びこれらの混合形であっても良く、通常
の粉末冶金技術によって製造することができる。また、
実際に機器部材表面に形成される肉盛溶接層は、その肉
盛量が多い程良いが、これらの延性，靭性を考慮し、さ
らに部材（母材）との混合層がほとんど形成されないの
で５mm以下であれば充分であり、耐摩耗性性能が発現で
きる。In the case of both (A) and (B) the remaining or non-remaining solidified buildup weld layer of ceramic particles,
Both the stainless steel powder and the ceramic powder may have a round shape, a square shape, a round square shape, or a mixed shape thereof, and can be manufactured by a usual powder metallurgy technique. Also,
The larger the build-up amount of the overlay welding layer actually formed on the equipment member surface, the better. However, considering the ductility and toughness of these, a mixed layer with the member (base metal) is hardly formed, so it is 5 mm. The following is sufficient, and wear resistance performance can be exhibited.

【００２７】なお、水の衝撃を受ける部分への肉盛施行
は、被覆アーク，ＴＩＧ，ＭＩＧ溶接等の通常の溶接方
法で行うことができる。しかし、本発明のように、セラ
ミックス粉末とステンレス鋼粉末との複合粉末をこれら
の方法で肉盛溶接するのは比較的困難であり、従って粉
末同志を混合して溶接可能なプラズマアーク溶接によ
り、効果的に実施できる。The overlaying of the portion that receives the impact of water can be carried out by a usual welding method such as covered arc, TIG and MIG welding. However, as in the present invention, it is relatively difficult to overlay weld a composite powder of a ceramic powder and a stainless steel powder by these methods, and therefore, by plasma arc welding capable of welding by mixing powders, It can be implemented effectively.

【００２８】本発明によれば、水車は高土砂含有水に接
触する機器部材表面の少なくとも一部分に２０Ｃｒ−４
Ｎｉ−６Ｃｏ−１.５Ｍｏ−１０Ｍｎ−０.２Ｎオーステ
ナイト系ステンレス鋼と、ステンレス鋼より融点及び硬
度が高い金属炭化物系セラミックスとの複合粉末をプラ
ズマアーク溶接により肉盛溶接層を形成する。この肉盛
溶接層はオーステナイト系ステンレス鋼のマトリックス
に炭化物が分散した組織を有し、この組織により高土砂
含有河川水を利用する水車機器部材の土砂による損傷を
最小限に抑えることができ、信頼性の高いシステムを構
成することができる。According to the present invention, the water turbine is provided with 20Cr-4 on at least a part of the surface of the equipment member contacting the water containing high earth and sand.
A build-up welding layer is formed by plasma arc welding a composite powder of Ni-6Co-1.5Mo-10Mn-0.2N austenitic stainless steel and metal carbide ceramics having a melting point and hardness higher than that of stainless steel. This overlay welding layer has a structure in which carbide is dispersed in the matrix of austenitic stainless steel, and this structure can minimize damage to the turbine components that utilize high sediment-containing river water due to sediment, A highly reliable system can be configured.

【００２９】また、（Ａ）セラミックス粒子の残存凝固
組織肉盛溶接層も、（Ｂ）セラミックス粒子の非残存凝
固組織肉盛溶接層のいずれかでも、土砂摩耗による損傷
とキャビテーションによる損傷、及びこれらの複合損傷
を抑制できるが、前者の(Ａ)は特に耐土砂摩耗性に適
し、後者の（Ｂ）は肉盛溶接層の製作性が容易である。
更に、本発明に係る耐エロージョン性肉盛溶接層は、オ
ーステナイト系ステンレス鋼，表面に金属被覆層を設け
た金属炭化物系セラミックス、さらに希土類元素の複合
粉末が機器部材の基板表面上に肉盛溶接された肉盛溶接
層で、キャビテーションによる侵食，土砂摩耗及びこれ
らの複合損傷が抑制され、かつ靭性を付与した溶接性が
良好な肉盛溶接層である。Further, in either (A) the remaining solidified structure overlay welding layer of ceramic particles or (B) the non-remaining solidified structure overlay welding layer of ceramic particles, damage due to earth and sand wear and damage due to cavitation, and these However, the former (A) is particularly suitable for earth and sand abrasion resistance, and the latter (B) is easy to fabricate a weld overlay.
Further, the erosion-resistant overlay welding layer according to the present invention is austenitic stainless steel, metal carbide ceramics provided with a metal coating layer on the surface, and a composite powder of a rare earth element is overlay welding on the substrate surface of a device member. The welded weld layer is a weld welded welded layer which has good weldability with toughness, while suppressing erosion due to cavitation, earth and sand wear, and composite damage thereof.

【００３０】次に本発明の主要な構成要件である肉盛溶
接層が適用される水車の断面図を図１（Ａ）に示し、図
１（Ａ）でＸ方向に見た時のランナ部の斜視図を図１
（Ｂ）に示す。本水車の動異である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が設けられ、
ランナコーン４，ガイドベーン５，ステーベン６，ラン
ナライナ７及びシートライナ８で構成されており、ステ
ーベン６を通った土砂を含む流水はガイドベーン５から
羽根３に流れ、ランナ羽根に回転エネルギーを与えて下
方に落下する。９はバンドを示す。Next, a cross-sectional view of a water turbine to which the overlay welding layer, which is a main constituent of the present invention, is applied is shown in FIG. 1 (A), and the runner portion when viewed in the X direction in FIG. 1 (A). 1 is a perspective view of FIG.
It shows in (B). A plurality of blades 3 are provided between the crown 1 and the shroud 2 in the runner body which is a movement of the water turbine,
It consists of a runner cone 4, guide vanes 5, stevens 6, runner liners 7, and seat liners 8. The running water containing soil and sand that has passed through the stevens 6 flows from the guide vanes 5 to the blades 3, imparting rotational energy to the runner blades, and downward. To fall. 9 indicates a band.

【００３１】本発明の水車の羽根３に設けられた肉盛溶
接層は羽根との溶着状態及びオーステナイトステンレス
鋼マトリックスに晶出炭化物が析出していた金属組織を
有している。この羽根３は、一般に通常の溶解・鋳造に
よって得られた含Ni13Cr鋳鋼９によって構成されてい
る。しかし、この流水との接触表面には、キャビテーシ
ョンによる損傷を考え、従来はオーステナイト系ステン
レス鋼の肉盛溶接（ステンレス鋼JISD308 ，D309Mo等）
を施すことによりその防止対策が図られていた。しかし
ながら、これらの材料は土砂摩耗に関しては必ずしも良
い結果を示さないことが判明した。そこで、高硬度を有
する肉盛溶接金属材料を検討したが、必ずしも満足すべ
き摩耗特性が得られないとともに、肉盛部に割れが発生
するなど、母材との関連から限界があることが知られ
た。そこで、種々検討した結果、オーステナイト系肉盛
溶接材は溶接割れも少なく、施工性も容易であることに
着目し、耐キャビテーション性がJISD308 及ばD309Moよ
り優れている本発明の２０Ｃｒ−４Ｎｉ−６Ｃｏ−１.
５Ｍｏ−１０Ｍｎ−０.２Ｎオーステナイト系ステンレ
ス鋼粉末に金属炭化物系セラミックス粉末を混合した混
合粉末をプラズマ肉盛溶接して得られる層１０を形成し
た。この層１０は、オーステナイト系ステンレス鋼マト
リックスとこのマトリックスに分散して存在する炭化物
とを備えた金属組織を有し、耐キャビテーション性，耐
土砂摩耗性が優れていることが明らかとなった。The overlay welding layer provided on the blade 3 of the water turbine of the present invention has a welded state with the blade and a metal structure in which crystallized carbide is precipitated in the austenitic stainless steel matrix. This blade 3 is generally made of Ni13Cr cast steel 9 obtained by ordinary melting / casting. However, considering the damage caused by cavitation on the contact surface with running water, overlay welding of austenitic stainless steel (stainless steel JIS D308, D309Mo, etc.) was conventionally used.
The measures were taken to prevent this. However, it has been found that these materials do not always give good results with regard to sediment wear. Therefore, we investigated overlay weld metal materials with high hardness, but it is known that there is a limit due to the relationship with the base metal, such as not always obtaining satisfactory wear characteristics and cracks in the overlay portion. Was given. Then, as a result of various studies, focusing on the fact that the austenitic overlay welding material has few weld cracks and easy workability, and the cavitation resistance is superior to JIS D308 and D309Mo, 20Cr-4Ni-6Co- of the present invention. 1.
A layer 10 obtained by plasma-welding a mixed powder of 5Mo-10Mn-0.2N austenitic stainless steel powder mixed with metal carbide ceramics powder was formed. It was revealed that the layer 10 has a metal structure including an austenitic stainless steel matrix and carbides dispersed in the matrix, and has excellent cavitation resistance and earth and sand abrasion resistance.

【００３２】その肉盛溶接層の厚さは５mm以下で多層で
もよいが１層形成されるだけで充分効果を発揮でき、好
ましくは１〜３mmである。なお、本発明における粉末は
粉末冶金の技術で通常行われている製造法によって得ら
れるものが使用できる。また、プラズマ肉盛溶接に使用
される混合粉末のベース材料に前述のオーステナイト系
ステンレス鋼粉末を用いているが、これは溶接性が良く
かつ耐キャビテーション性が優れており、本発明のベー
ス材として最適であることによる。The build-up welding layer may have a thickness of 5 mm or less and may have a multi-layer structure, but the effect is sufficiently exhibited by forming one layer, and the thickness is preferably 1 to 3 mm. In addition, as the powder in the present invention, a powder obtained by a manufacturing method usually used in the powder metallurgy technique can be used. Further, the above-mentioned austenitic stainless steel powder is used as the base material of the mixed powder used for plasma overlay welding, which has good weldability and excellent cavitation resistance, and is used as the base material of the present invention. It depends on what is best.

【００３３】次に夫々の成分限定理由について述べる。Next, the reasons for limiting the respective components will be described.

【００３４】（オーステナイト系ステンレス鋼粉末）な
お、組成は重量％を示す。(Austenitic stainless steel powder) The composition represents% by weight.

【００３５】Ｃは強力なオーステナイト生成元素であ
り、オーステナイトの安定化及び基地の強化に寄与して
いる。Ｃ量が少ない場合、δフェライト析出量が増し、
延性，靭性及び耐キャビテーション性が低下する。しか
し、Ｃ量を増加すると溶接に際しては溶接割れ感受性を
高めるため、Ｃは０.０５〜０.１５％の範囲が好適であ
る。C is a strong austenite forming element and contributes to the stabilization of austenite and the strengthening of the matrix. When the amount of C is small, the amount of δ ferrite precipitation increases,
Ductility, toughness and cavitation resistance decrease. However, when the amount of C is increased, the weld cracking susceptibility is increased during welding, so C is preferably in the range of 0.05 to 0.15%.

【００３６】Ｓｉは溶接部材の脱酸のために１％以下加
えるもので、０.２％ 未満ではこの脱酸効果が不十分で
あり、１.０％ を越えると凝固粒界に低融点化合物を作
って高温割れ感受性が増すため、Ｓｉは０.２〜１.０％
の範囲が好適である。Si is added in an amount of 1% or less for deoxidizing the welded member. If it is less than 0.2%, the deoxidizing effect is insufficient, and if it exceeds 1.0%, a low melting point compound is formed in the solidified grain boundary. To increase the sensitivity to hot cracking, Si is 0.2-1.0%.
Is preferred.

【００３７】Ｍｎは通常鋼材の脱酸脱硫のために更に加
工硬化性を高めるために１.６５〜１３％加えられる
が、Ｎ固溶量増加に寄与すると共にオーステナイト生成
元素である。本発明の添加量は、Ｎｉ及びＣｏとあいま
ってオーステナイト組成を安定化させ、さらにオーステ
ナイト基地を軟化させるが、加工硬化性を増大させるの
で耐土砂摩耗性を顕著に高める。その結果、Ｍｎ添加量
を増加すると切削抵抗が増し、耐土砂摩耗性が付与され
る。従って、この加工硬化性を得るには、Ｍｎ添加量７
％以上が好ましい。一方、Ｍｎを過剰に添加すると湯流
れ性を悪くし、また溶接に際して溶接ヒュームの増加を
招き、溶接作業性が低下するので、Ｍｎ量の上限を１３
％とする。従ってＭｎは１.６５ 〜１３％であるが加工
硬化性を有するには７〜１３％の範囲が好適である。Mn is usually added in an amount of 1.65 to 13% in order to further improve the work hardenability for deoxidizing and desulfurizing a steel material, but it contributes to the increase in the amount of N solid solution and is an austenite forming element. The addition amount of the present invention, together with Ni and Co, stabilizes the austenite composition and further softens the austenite matrix, but since it increases the work hardening property, it significantly enhances the earth and sand wear resistance. As a result, when the amount of Mn added is increased, the cutting resistance is increased and the earth and sand abrasion resistance is imparted. Therefore, in order to obtain this work hardenability, the amount of Mn added is 7
% Or more is preferable. On the other hand, if Mn is excessively added, the flowability of the molten metal deteriorates, the welding fumes increase during welding, and the welding workability decreases, so the upper limit of the Mn content is set to 13
%. Therefore, Mn is 1.65 to 13%, but the range of 7 to 13% is preferable to have workability.

【００３８】Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、Ｍ
ｎ及びＣｏとあいまってオーステナイトを安定化させ、
延性及び靭性向上のため２％以上の添加が必要である。
しかし、添加量が６％を超えるとオーステナイトの安定
化が進む。加工硬化性を伴う高い耐土砂摩耗性，耐キャ
ビテーション性を有するためには、Ｎｉは２〜７％の範
囲が好適である。Ｎｉの上限は２２％である。Ni is an austenite forming element, and M
stabilizes austenite in combination with n and Co,
It is necessary to add 2% or more for improving ductility and toughness.
However, if the addition amount exceeds 6%, the austenite is stabilized. In order to have high earth and sand wear resistance and cavitation resistance with work hardening, Ni is preferably in the range of 2 to 7%. The upper limit of Ni is 22%.

【００３９】ＣｏはＭｎ及びＮｉと共にオーステナイト
を適度に安定化させ、特に耐土砂摩耗性，耐キャビテー
ション，エロージョン性を向上するので１２％以下含有
させるのが好ましい。その量が６％未満ではこれらの効
果が十分ではなく、１０％を超えると基地の強化が進み
延性及び延性を低下させる。特にＣｏは６〜１０％の範
囲が耐土砂摩耗性に好適である。Co, together with Mn and Ni, moderately stabilizes austenite, and particularly improves the sand and sand wear resistance, cavitation resistance and erosion resistance, so it is preferable to contain Co in an amount of 12% or less. If the amount is less than 6%, these effects are not sufficient, and if it exceeds 10%, strengthening of the base proceeds and ductility and ductility decrease. In particular, Co is preferably in the range of 6 to 10% for soil and sand wear resistance.

【００４０】Ｃｒは水中における耐食性向上に有効で、
また基地の強化に必要であるが１７％未満では耐土砂摩
耗性を十分に発揮できない。一方、２３％を超えるとδ
フェライト生成量が増す結果、延性及び靭性が低下する
ので、Ｃｒ１６〜２６％の範囲である。より好ましくは
１７〜２３％である。Cr is effective in improving corrosion resistance in water,
Further, it is necessary for strengthening the base, but if it is less than 17%, the earth and sand abrasion resistance cannot be sufficiently exhibited. On the other hand, if it exceeds 23%, δ
As a result of an increase in the amount of ferrite produced, ductility and toughness decrease, so Cr is in the range of 16 to 26%. It is more preferably 17 to 23%.

【００４１】Ｍｏは基地を強化する他、耐食性を改善
し、耐土砂摩耗性，耐キャビテーション・エロージョン
性改善に効果がある。しかし、５％を超えるとδフェラ
イト生成量を増し、靭性を低下する。特にＭｏは１〜３
％の範囲が好適である。In addition to strengthening the base, Mo is effective in improving the corrosion resistance and improving the earth and sand wear resistance and the cavitation and erosion resistance. However, if it exceeds 5%, the amount of δ ferrite produced increases and the toughness decreases. Especially Mo is 1-3
The range of% is preferred.

【００４２】ＮはＣとあいまってオーステナイトを安定
化させ、特に低Ｃ鋼ではオーステナイト生成のために不
可欠な元素である。また、耐土砂摩耗性等の改善にも効
果があるが、過剰に添加すると窒化物を形成して靭性を
害するため、Ｎを０.３％ 以下にすることが好適であ
る。より好ましくは０.０５〜０.２％である。N, together with C, stabilizes austenite, and is an essential element for forming austenite, especially in low C steel. Further, although it is also effective in improving the sand-sand abrasion resistance, etc., N is preferably 0.3% or less because excessive addition thereof forms nitrides and impairs toughness. It is more preferably 0.05 to 0.2%.

【００４３】Ｃｕはオーステナイト地に固溶し、基地を
強化し、土砂摩耗性，耐キャビテーション性を向上させ
る。しかし、あまり添加量を増すと溶接による割れを増
長するためその範囲は０.１〜５％ が好ましい。Cu forms a solid solution in the austenite matrix, strengthens the matrix, and improves soil wear resistance and cavitation resistance. However, if the amount added is increased too much, cracking due to welding will increase, so the range is preferably 0.1-5%.

【００４４】Ｎｂ，Ｔｉ，Ｗ，Ｖは結晶粒微細化や炭化
物形成元素であり、この系の炭化物セラミックスを用い
ない場合は、分解溶融したＣと反応し、炭化物を形成し
延性や靭性を向上させる。しかしあまり添加すると溶接
性を低下するため、０.１ 〜５％の範囲が好ましい。Nb, Ti, W and V are crystal grain refining and carbide forming elements. When carbide ceramics of this system are not used, they react with decomposed and melted C to form carbides and improve ductility and toughness. Let However, if added too much, the weldability is deteriorated, so the range of 0.1-5% is preferable.

【００４５】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及びそのためＡｓ，Ｓｂなどがある
が、これらの元素は延性，靭性を害するとともに溶接性
を低下させるため極力少ない方が望ましい。The balance consists of Fe and accompanying impurities,
Impurities include P and S, and therefore As and Sb, but these elements impair ductility and toughness and reduce weldability, so it is desirable that the amount is as small as possible.

【００４６】（金属炭化物系セラミックス粉への金属被
覆）金属炭化物系セラミックス粉への金属被覆は、ステ
ンレス鋼粉末に、特にこれより比重の小さいセラミック
スを複合する場合に、溶接時のセラミックスの飛散等を
抑制するとともに、肉盛溶接層中に均一に分散・溶融さ
せるための手段である。この金属被覆した炭化物系セラ
ミックスは、ステンレス鋼粉末の比重に近づくため、粉
末の供給が容易となり、溶接施工性に効果を示す。(Metal Coating on Metal Carbide Ceramics Powder) Metal coating on the metal carbide ceramics powder is performed by scattering ceramics at the time of welding when stainless steel powder is compounded with ceramics having a smaller specific gravity. It is a means for suppressing the above and uniformly dispersing and melting in the overlay welding layer. The metal-coated carbide-based ceramics have a specific gravity close to that of the stainless steel powder, so that the powder can be easily supplied, which is effective for welding workability.

【００４７】この炭化物系セラミックスへの表面金属被
覆は化学メッキ，電気メッキ及びその他の物理的化学的
手法によって、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｃｏ及びそれ
らの合金がある。この場合、高融点でかつ単金属の被覆
が好ましい。しかし、セラミックス粉末への施工は、化
学メッキ法によるＮｉ−Ｐ化合物が容易である。また、
その金属被覆量はステンレス鋼及び後記する希土類元素
との関連において、粉末混合及び溶接施工性をそこなわ
ない金属被覆層の厚さと炭化物系セラミックス粒径の半
径との比が１以下が好ましい。The surface metal coating on the carbide ceramics includes Ni, Cr, Cu, Fe, Co and their alloys by chemical plating, electroplating and other physical and chemical methods. In this case, a coating having a high melting point and a single metal is preferable. However, the Ni-P compound by the chemical plating method is easy to apply to the ceramic powder. Also,
Regarding the amount of metal coating, in relation to stainless steel and rare earth elements described later, the ratio of the thickness of the metal coating layer which does not impair the powder mixing and welding workability to the radius of the carbide-based ceramics grain size is preferably 1 or less.

【００４８】（希土類元素）本発明の希土類元素粉末の
混合は、金属炭化物系セラミックス粒子表面へ、特に低
融点の化合物を形成させるＰ等を含む被覆層の場合に有
効である。これは、これら希土類元素がＰ等と化合し、
高融点化合物を形成させるということに基づくものであ
る。(Rare Earth Element) The mixing of the rare earth element powder of the present invention is effective in the case of a coating layer containing P or the like for forming a compound having a low melting point on the surface of the metal carbide ceramic particles. This is because these rare earth elements combine with P etc.,
It is based on forming a high melting point compound.

【００４９】この希土類元素は周期律表の５７番から７
１番に記載されているランタニド元素及びそれらの合金
が好ましい。しかし、一般的に使用されているＬａ，Ｃ
ｅ及びそれらの化合物である粉末が好ましい、特に、Ｌ
ａ，Ｃｅの単元素は酸化しやすく、大気中で取扱う場合
に酸化層を形成させ、溶接性を低めるためこれらの化合
物たとえばＬａＮｉ6 等が最適である。その混合量は
０.１％ 以下ではその効果が発揮されず、５％以上にな
ると溶接性を低める効果となるため０.１〜５％が好ま
しい。This rare earth element is contained in Nos. 57 to 7 of the periodic table.
The lanthanide elements listed in No. 1 and their alloys are preferred. However, the commonly used La, C
powders which are e and their compounds are preferred, in particular L
The single elements of a and Ce are easily oxidized, and when they are handled in the air, they form an oxide layer and reduce the weldability, so these compounds such as LaNi 6 are optimal. If the mixing amount is 0.1% or less, the effect is not exhibited, and if it is 5% or more, the weldability is lowered, so that 0.1 to 5% is preferable.

【００５０】ステンレス鋼粉末とセラミックス粉末との
混合粉末に対し混合される量は１〜５Vol ％が好まし
い。The amount mixed with the mixed powder of the stainless steel powder and the ceramic powder is preferably 1 to 5% by volume.

【００５１】一方、これらの肉盛層は、その表面にショ
ットピーニング処理等により圧縮残留応力を付与するこ
とにより効果的に耐エロージョン性を発揮させることが
できる。更に、ピーニング等による表面処理のままで
は、処理による金属粉等が肉盛層表面に巻き込等で残存
するので表面層を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、押付力の大きいエメリ
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
り、その表面あらさは１０μｍ以下とすべきである。On the other hand, these build-up layers can effectively exhibit erosion resistance by applying compressive residual stress to the surface thereof by shot peening treatment or the like. Furthermore, if the surface treatment is continued by peening or the like, the metal powder etc. by the treatment remains on the surface of the overlay layer due to being caught therein and the like, so that the damage resistance can be more effectively exhibited by removing the surface layer. In this case, if the surface layer is cut and removed with emery paper or the like having a large pressing force, compressive residual stress remains on the cut surface, and it is effective for imparting damage resistance, and the surface roughness should be 10 μm or less. Is.

【００５２】なお、本発明の耐エロージョン性被覆層は
特に水車を考えた場合、河川水中には定常状態で土砂を
１％以下含有しているが、上記被覆層は重量で１０％以
下の土砂を含む流水に対して有用である。The erosion-resistant coating layer of the present invention contains 1% or less of earth and sand in the river water in a steady state, especially when considering a water turbine. It is useful for running water containing.

【００５３】固液混相流動媒体中で使用される機器は、
少なくとも水車のランナ，ライナやノズル，蒸気タービ
ンブレード，船舶プロペラ，サンドポンプのインペラや
ライナ，スラリー輸送ポンプや配管及びそれらの媒体を
取り扱う部材表面に対し有効である。The equipment used in the solid-liquid mixed phase fluid medium is
It is effective at least on the runners, liners and nozzles of water turbines, steam turbine blades, ship propellers, impellers and liners of sand pumps, slurry transport pumps and piping, and the surfaces of members that handle these media.

【００５４】（金属炭化物系セラミックス）金属炭化物
系セラミックスに関し、（Ａ）セラミックス粒子が残存
された凝固組織を有する被覆層、及び（Ｂ）セラミック
ス粒子が残存せず、金属複合炭化物である晶出炭化物が
分散した凝固組織を有する肉盛溶接層のものに対し、
（Ａ）及び（Ｂ）のいずれの場合でもセラミックスは高
融点，高硬度であれば如何なる金属炭化物系セラミック
スでも使用できる。しかし（Ａ）または（Ｂ）の場合に
は次に示す金属炭化物系セラミックスを用いることが一
層好適である。(Metal Carbide Ceramics) Regarding metal carbide ceramics, (A) a coating layer having a solidified structure in which ceramic particles remain, and (B) crystallized carbide which is a metal composite carbide without remaining ceramic particles. For those of the overlay welding layer having a solidified structure in which
In any of the cases (A) and (B), any metal carbide ceramics can be used as long as it has a high melting point and a high hardness. However, in the case of (A) or (B), it is more preferable to use the following metal carbide-based ceramics.

【００５５】（Ａ） セラミックス粒子が残存された凝
固組織構造 本発明は金属炭化物系セラミックスのＳｉＣ，ＩｉＣ，
ＷＣ,Ｃｒ3Ｃ2,ＮｂＣ，ＶＣより少なくとも１種を選
び、ステンレス鋼との混合粉末により肉盛溶接層を形成
し、その層中にセラミックス粒子を残存させることによ
り、耐水中土砂摩耗性を有効に向上ならしめるものであ
る。この粒子の残存は溶接条件にもよるがステンレス鋼
に対し２０容積％以下では層中に溶け込み効果は発揮で
きない。しかし、８０容積％以上になるとセラミックス
の粒子と粒子が接触する領域が増し、その部分が土砂に
より欠落する頻度が多くなり、それを基点とする割れを
発生しやすくなる。従ってセラミックス量はステンレス
鋼粉末量に対し２０〜８０容積％が好ましい。またセラ
ミックスの中でも好ましくはＳｉＣが良い。(A) Solidified structure structure in which ceramic particles remain The present invention is based on SiC, IiC, of metal carbide ceramics,
By selecting at least one of WC, Cr 3 C 2 , NbC, and VC, forming a weld overlay with a mixed powder with stainless steel, and leaving ceramic particles in the layer, resistance to underwater sediment wear is improved. It can be effectively improved. The remaining of the particles depends on the welding conditions, but if it is 20% by volume or less with respect to the stainless steel, the effect of melting into the layer cannot be exhibited. However, when the content is 80% by volume or more, the area where the ceramic particles come into contact with each other increases, and the frequency of missing of the area due to the earth and sand increases, and cracking from that point is likely to occur. Therefore, the amount of ceramics is preferably 20 to 80% by volume with respect to the amount of stainless steel powder. Among the ceramics, SiC is preferable.

【００５６】（Ｂ） セラミックス粒子が残存せず且つ
晶出金属複合炭化物が分散した凝固組織構造 炭化物系セラミックスのＳｉＣ，ＴｉＣ粉末をステンレ
ス鋼粉末に混合し、この混合粉末から肉盛溶接層を作る
ことにより、オーステナイトステンレス鋼マトリックス
に炭化物が晶出した金属組織が得られ、これにより、キ
ャビテーション，土砂摩耗及びこれらの複合損傷を抑制
するものである。これらの耐損傷性はステンレス鋼に対
し１容積％を混合しないとその効果は発揮されない。し
かし、４０容積％以上添加すると、このステンレス鋼に
おいては、割れ感受性が高くなるため、その混合量はス
テンレス鋼粉末量に対し１〜４０容積量％が良い。な
お、本発明において、ＳｉＣ，ＴｉＣを選んだのは結晶
構造がステンレス鋼と同様に立法晶系であることによ
る。さらに、回転部においては、その遠心力による応力
を緩和するということを考慮し、ステンレス鋼に比べ密
度の低いものに限定したことによる。この場合は施工性
が容易な効果がある。(B) Solidified structure in which ceramic particles do not remain and crystallized metal composite carbide is dispersed. SiC and TiC powders of carbide ceramics are mixed with stainless steel powder, and a weld overlay is formed from this mixed powder. As a result, a metal structure in which carbide is crystallized in the austenitic stainless steel matrix is obtained, which suppresses cavitation, earth and sand wear, and composite damage thereof. These damage resistances are not effective unless 1% by volume is mixed with stainless steel. However, if added in an amount of 40% by volume or more, the stainless steel has high cracking susceptibility, so the mixing amount is preferably 1 to 40% by volume with respect to the amount of stainless steel powder. In the present invention, SiC and TiC are selected because the crystal structure is a cubic system like stainless steel. Further, in the rotating part, considering that the stress caused by the centrifugal force is relaxed, the rotating part is limited to one having a lower density than stainless steel. In this case, there is an effect that workability is easy.

【００５７】母材としてはＣ０.２％以下，Ｓｉ２％以
下，Ｍｎ２％以下，Ｃｒ８〜１４％,Ｎｉ６％以下を含
有する鍛鋼，鋳鋼が好ましい。更に、この組成にＭｏ２
％以下，Ｗ１％以下，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ１％以下，Ｚｒ，
Ｈｆ０.５ ％以下の少なくとも１種を含むことができ
る。As the base material, forged steel or cast steel containing C 0.2% or less, Si 2% or less, Mn 2% or less, Cr 8 to 14%, Ni 6% or less is preferable. Furthermore, Mo2
% Or less, W1% or less, Ti, Nb, V1% or less, Zr,
At least one of Hf 0.5% or less can be contained.

【００５８】[0058]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施例１ 表１は表中に示したステンレス鋼粉末（粒径１２５μ
ｍ）に金属炭化物系セラミックス粉末（粒径２１０μ
ｍ）を種々の容積比で混合した配合組成を示す。この混
合物を粉体プラズマ肉盛溶接装置により、アーク電流２
２０〜２５０Ａ，アーク電圧３２〜３５Ｖ,トーチウィ
ビング幅９４mmで回数１５〜１６cycle／min,Ａｒガス
送給量としてプラズマを３（ｌ−min)，キャリアを５
（ｌ−min)，シールドを１５（ｌ−min)とした溶接条件
で３mm一層肉盛をした。得られた肉盛溶接層は、金属炭
化物系セラミックスが肉盛溶接層に残存した凝固組織構
造を有していた。図１２は、市販のプラズマ肉盛溶接装
置の概要断面図である。作動開始時にプラズマガス（Ａ
ｒ）２３を導入してＷ電極(−）２１と母材(＋）２２と
の間に流すことによりパイロツトアークを発生させ、次
にシールドガス（Ａｒ）２４を流し電極２１と被溶接物
２２との間に電圧を加えプラズマアークを発生させた。
そして粉体（パウダー）送給装置から粉体（ステンレス
鋼粉末＋セラミック粉末）とキャリアガス（Ａｒ）との
混合物２５をプラズマアーク２６に供給して、プラズマ
熱にて粉体を母材２２表面にて溶融して母材に溶着し肉
盛溶接層を作つた。Example 1 Table 1 shows the stainless steel powders shown in the table (particle size 125 μ
m) metal carbide ceramic powder (particle size 210μ
The compounding composition which mixed m) in various volume ratios is shown. An arc current of 2 is applied to this mixture by a powder plasma overlay welding apparatus.
20 to 250 A, arc voltage 32 to 35 V, torch weaving width 94 mm, number of times 15 to 16 cycles / min, Ar gas supply amount of plasma 3 (l-min), carrier 5
(L-min) and the shield was 15 (l-min), and a 3 mm thick overlay was applied under the welding conditions. The obtained overlay welding layer had a solidification structure in which the metal carbide-based ceramics remained in the overlay welding layer. FIG. 12 is a schematic sectional view of a commercially available plasma overlay welding apparatus. Plasma gas (A
r) 23 is introduced and flowed between the W electrode (−) 21 and the base material (+) 22 to generate a pilot arc, and then a shield gas (Ar) 24 is flown to cause the electrode 21 and the workpiece 22 to be welded. A voltage was applied between and to generate a plasma arc.
Then, a mixture 25 of powder (stainless steel powder + ceramic powder) and carrier gas (Ar) is supplied to the plasma arc 26 from the powder feeder, and the powder is heated by plasma heat to the surface of the base material 22. Was melted and welded to the base material to form a weld overlay.

【００５９】また、比較のために従来の肉盛溶接層を次
のようにして施工した。表２は従来行われている被覆ア
ーク溶接に使用した溶接棒の化学組成を示す。溶接条件
は棒径４mmφ，電流１５０Ａ，電圧２３Ｖ，入熱１６Ｋ
Ｊ／cmの条件で３mm一層肉盛した。For comparison, a conventional overlay welding layer was applied as follows. Table 2 shows the chemical composition of the welding rod used in the conventional covered arc welding. Welding conditions are rod diameter 4mmφ, current 150A, voltage 23V, heat input 16K.
Under the condition of J / cm, it was overlaid by 3 mm.

【００６０】[0060]

【表１】 [Table 1]

【００６１】[0061]

【表２】 [Table 2]

【００６２】なお、本発明の肉盛溶接層及び比較材肉盛
溶接層の施工において、両溶接とは母材には含Ni13Cr鋳
鋼（成分は表２のＮo.１２と同じ）製で２５ｔ×１００
mm×１５０mmの寸法の板を供した。溶接後、水中土砂摩
耗試験片５ｔ×２０mm×５０mmを採取し、試験表面をエ
メリー紙＃１２００で仕上げて試験に供した。In the construction of the overlay welding layer of the present invention and the overlay welding layer of the comparative material, both welds are made of Ni13Cr cast steel containing the base material (the composition is the same as No. 12 in Table 2) and 25t × 100
A plate with dimensions of mm x 150 mm was provided. After welding, 5 t × 20 mm × 50 mm of water / sand wear test piece was sampled, and the test surface was finished with emery paper # 1200 and used for the test.

【００６３】実験における耐キャビテーション性の比較
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 ，振幅１２０μｍ，試験温度２５℃の条件
下で水道水中２時間試験後の減量を密度で除した体積減
量(cm3）で評価した。For comparison of cavitation resistance in the experiment, a magnetostrictive vibration type cavitation tester was used, and the volume after weight loss after 2 hours of test in tap water was divided by the density under the conditions of frequency 6.5 KHz, amplitude 120 μm, and test temperature 25 ° C. The weight loss (cm 3 ) was evaluated.

【００６４】一方、耐土砂摩耗性は土砂含有水噴流式試
験装置により下記条件で試験し評価した。噴流速度４０
ｍ／ｓ，衝突角度４５deg，土砂は平均粒径８μｍのＡl
2Ｏ3でその含有量は３０ｇ／ｌ，試験時間は４時間とし
た。試験後の摩耗量は減量を密度で除した体積減量(c
m3）で表わした。なお、本装置は水中に土砂含有水が噴
射出来る方式を採用したものであり、キャビテーション
を発生することが可能なものである。そこで、次式で表
現できるキャビテーション係数Ｋ＝０.１２ とＫ＝０.
６ で試験した。この条件はキャビテーションと土砂摩
耗の複合損傷を生じさせうるものである。On the other hand, the earth and sand abrasion resistance was tested and evaluated under the following conditions by a water and sand jet tester containing earth and sand. Jet velocity 40
m / s, collision angle 45 deg, earth and sand is Al with an average particle size of 8 μm
The content of 2 O 3 was 30 g / l, and the test time was 4 hours. The amount of wear after the test is the volume loss (c
m 3 ). In addition, this device employs a method capable of injecting water containing earth and sand into water, and is capable of generating cavitation. Therefore, the cavitation coefficients K = 0.12 and K = 0.
6 was tested. This condition can cause a combined damage of cavitation and sediment wear.

【００６５】[0065]

【数１】 [Equation 1]

【００６６】但し、 Ｖ ：平均噴流速度（ｍ／ｓ） ｇ ：重力の加速数（ｍ／ｓ2） Ｐａ：大気圧（ｍＡｇ） Ｐｖ：蒸気圧（ｍＡｇ） Ｐｇ：流体圧力（ｍＡｇ） すなわち、Ｋ＝０.６ は土砂摩耗のみによって損傷され
る条件であり、Ｋ＝０.１２ は土砂摩耗とキャビテーシ
ョンが相乗した条件である。However, V: average jet velocity (m / s) g: acceleration number of gravity (m / s 2 ) Pa: atmospheric pressure (mAg) Pv: vapor pressure (mAg) Pg: fluid pressure (mAg) K = 0.6 is a condition in which damage is caused only by sediment wear, and K = 0.12 is a condition in which sediment wear and cavitation are synergistic.

【００６７】図２はキャビテーション係数Ｋ０.６と０.
１２の条件下で、ＳｉＣ含有量と土砂による摩耗量との
関係を示し、曲線ＡはＫ＝０.６ ，曲線ＢはＫ＝０.１
２ の場合を表わす。ＳｉＣの添加量が多くなる程、摩
耗量が減少する傾向を示した。またそのＳｉＣ量が８０
容積％になると摩耗量が増加する傾向を示すため、上限
を限定した。FIG. 2 shows cavitation coefficients K0.6 and K.0.
Under the conditions of No. 12, the relationship between the SiC content and the amount of wear due to earth and sand is shown. Curve A is K = 0.6, curve B is K = 0.1.
The case of 2 is shown. The wear amount tended to decrease as the added amount of SiC increased. Moreover, the amount of SiC is 80
Since the amount of wear tends to increase at volume%, the upper limit is limited.

【００６８】図３は表１に示す本発明肉盛溶接層と表２
に示す比較材肉盛溶接層とをキャビテーション係数０.
６ の条件下で試験した結果を示し、表１，表２のサン
プルＮo.を横軸にとり土砂による摩耗量を示す。本発明
肉盛溶接層Ｎo.２〜１１は比較材Ｎo.１，１２〜１６に
比べ摩耗量が著しく小さい。従って本発明肉盛溶接層は
高土砂含有水を利用した水車の構成機器部材として十分
に効果を果し得ることが明らかである。FIG. 3 shows the overlay welding layer of the present invention shown in Table 1 and Table 2
The cavitation coefficient is 0.
The results of tests under the conditions of No. 6 are shown, and the amount of wear due to sediment is shown on the horizontal axis of sample Nos. In Tables 1 and 2. The overlay welding layers No. 2 to 11 of the present invention have significantly less wear than the comparative materials No. 1 and 12 to 16. Therefore, it is clear that the overlay welding layer of the present invention can sufficiently exert the effect as a component device member of a water turbine using high earth and sand containing water.

【００６９】また、図４及び図５の模式図に示すような
水車のガイドベーン５，シートライナ８の5Ni13Cr 鋳鋼
の機器部材上に本発明のＳｉＣの容積４０％含有の混合
粉末を用い、プラズマ肉盛溶接によって肉盛溶接層１０
を設け、これを５５０〜650℃焼純し、その後所定厚さ
（１〜３mm）に機械加工して肉盛溶接層１０を形成し
た。また水車ランナ，カバーライナにも同様に肉盛溶接
層を形成した。この肉盛溶接層を形成することにより、
土砂による摩耗，キャビテーションによる侵食及びこれ
らの複合損傷を防ぐことができた。Further, a mixed powder containing 40% by volume of SiC of the present invention was used on a component member of 5Ni13Cr cast steel of the guide vane 5 of the water turbine 5 and the seat liner 8 as shown in the schematic diagrams of FIGS. Overlay welding layer 10 by overlay welding
Was provided, and this was hardened at 550 to 650 ° C., and then machined to a predetermined thickness (1 to 3 mm) to form the overlay welding layer 10. A weld overlay was also formed on the turbine runner and cover liner. By forming this overlay welding layer,
It was possible to prevent abrasion due to sediment, erosion due to cavitation and composite damage of these.

【００７０】実施例２ 表３は、表中に示したステンレス鋼粉体（粒径１４９μ
ｍ）に金属炭化物セラミックス粉末（粒径１４９μｍ）
を種々の容積比で混合した配合組成を示す。この混合物
を粉体プラズマ肉盛溶接装置により、アーク電流２２０
〜２５０Ａ，アーク電圧３２〜３５Ｖ,トーチウィビン
グ幅９４mmで回数１５〜１６cycle／min,Ａｒガス送給
量としてプラズマを３（ｌ／min），キャリアを５（ｌ
／min），シールドを１５(ｌ／min）とした溶接条件で
３mm肉盛し、容易に肉盛溶接層を成形した。なお、母材
には含Ni13Cr（成分は表２のＮo.１２と同じ）鋳鋼（２
５ｔ×１００mm×１５０mm）を用いた。そして金属炭化
物系セラミックスが残存せず、オーステナイト鋼マトリ
ックスとこれに分散した晶出炭化物とから成る凝固組織
構造を有する肉盛溶接層が得られた。Example 2 Table 3 shows the stainless steel powders (particle size 149 μm) shown in the table.
m) metal carbide ceramic powder (particle size 149 μm)
The following shows the composition of the composition in which is mixed at various volume ratios. This mixture was subjected to an arc current of 220 by a powder plasma overlay welding device.
~ 250A, arc voltage 32 ~ 35V, torch wibbing width 94mm, frequency 15 ~ 16cycle / min, plasma as Ar gas feed rate 3 (l / min), carrier 5 (l)
/ Min) and the shield was 15 (l / min) under the welding condition of 3 mm, and the overlay welding layer was easily formed. The base metal contains Ni13Cr (the composition is the same as No. 12 in Table 2) cast steel (2
5 t × 100 mm × 150 mm) was used. A build-up welded layer having a solidification structure composed of an austenitic steel matrix and crystallized carbide dispersed therein was obtained without the metal carbide ceramics remaining.

【００７１】得られた本発明の肉盛溶接層について実施
例と同様にキャビテーション係数Ｋ＝０.１２ でキャビ
テーションと土砂摩耗の複合損傷を生じさせ、摩耗試験
を行い、その結果を図６に示す。曲線ＣはＳｉＣ、曲線
ＤはＴｉＣ添加量とキャビテーション減量を示す。また
ＳｉＣ及びＴｉＣともその添加量を増すほど硬さを向上
し、特にＳｉＣ４０容量％においてビッカース硬さ約７
００が得られた。なお、これ以上添加すると硬さを向上
するが割れを起しやすくなるため、本発明は４０容量％
を限度として示した。The obtained weld overlay of the present invention was subjected to a wear test by causing a combined damage of cavitation and earth and sand wear with a cavitation coefficient K = 0.12 as in the example, and the result is shown in FIG. . Curve C shows SiC, and curve D shows the amount of TiC added and the amount of cavitation reduction. In addition, the hardness of both SiC and TiC increases as the added amount increases, and the Vickers hardness of about 7% is particularly high at 40% by volume of SiC.
00 was obtained. It should be noted that addition of more than this improves the hardness, but tends to cause cracking.
Is shown as a limit.

【００７２】硬さと同様、添加量を増すに従ってキャビ
テーション減量が小さくなる。ベース材料（点１）と比
較するとその耐キャビテーション性が非常に向上してい
ることが分る。Similar to hardness, the amount of cavitation decreases as the amount added increases. It can be seen that the cavitation resistance is significantly improved as compared with the base material (point 1).

【００７３】[0073]

【表３】 [Table 3]

【００７４】図７は表３に示す本発明肉盛溶接層と表２
に示す比較材肉盛溶接層とのキャビテーションによる減
量を示す。図７のサンプルＮo.は表３のサンプルＮo.と
表２のサンプルＮo.を表し、本発明肉盛溶接層Ｎo.１７
〜２６は比較材Ｎo.１，１２〜１６に比べ、本発明のス
テンレス鋼−セラミックス複合粉末による肉盛溶接層
は、比較材の含Ni13Cr鋳鋼やSUS304、及び従来の肉盛溶
接材料等の比較材よりも非常に優れていることが明らか
である。FIG. 7 shows the overlay welding layer of the present invention shown in Table 3 and Table 2
The weight loss due to cavitation with the overlay welding layer of the comparative material shown in is shown. The sample No. of FIG. 7 represents the sample No. of Table 3 and the sample No. of Table 2, and the overlay welding layer No. 17 of the present invention is used.
Nos. 26 to 26 are compared with comparative materials No. 1 and 12 to 16, and the overlay welding layer made of the stainless steel-ceramics composite powder of the present invention is a comparison of the Ni13Cr cast steel containing the comparative material, SUS304, and conventional overlay welding materials. It is clearly superior to wood.

【００７５】また、図８はＳｉＣ（曲線Ｅ）及びＴｉＣ
（曲線Ｆ）の添加量と土砂による摩耗量を示す。また、
図９は本発明の肉盛溶接層（表３のサンプルＮo.１７〜
２６と比較材肉盛溶接層（表２のサンプルＮo.１，１２
〜１６）の土砂による摩耗量を示す。図８及び図９か
ら、本発明肉盛溶接層は耐キャビテーション性と同様に
ＳｉＣ，ＴｉＣの添加量の増加と共に摩耗量が少なくな
り、比較材及びベース材料（点１）に比べ、本発明肉盛
溶接層が耐複合損傷性に優れることが明らかである。FIG. 8 shows SiC (curve E) and TiC.
The amount of addition of (curve F) and the amount of wear due to earth and sand are shown. Also,
FIG. 9 shows the weld overlay of the present invention (Sample No. 17 to Table 3 in Table 3).
26 and comparative material overlay welding layer (Sample No. 1, 12 in Table 2
16 to 16) show the amount of wear due to sediment. From FIG. 8 and FIG. 9, the overlay welding layer of the present invention, like the cavitation resistance, has a smaller wear amount with an increase in the addition amount of SiC and TiC, which is more than that of the comparative material and the base material (point 1). It is clear that the welded weld layer has excellent composite damage resistance.

【００７６】実施例３ 図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示される水車を製作した。
図１（Ｂ）に示される水車ランナの水と接触する面（作
用面Ｐ）側（図１０(Ｂ)）に関し、羽根３の両入口端
（Ａ，Ｂ）のそれぞれを中心として羽根入口長さ
（Ｌ1 )(約１６５mm）の１／２〜１／５を半径とした扇
形範囲（１０）に肉盛溶接層１０を設けた。図１０
（Ａ）に示される水車ランナの作用面の裏面（反作用面
(Ｒ)）については、羽根３の両入口端（Ｃ，Ｄ）の各々
を中心として羽根入口長さ(Ｌ1 )（約１６５mm）の１／
２〜１／５を半径とする扇形範囲に肉盛溶接層１１を設
け、且つ羽根３の出口外方端（Ｅ）（図１（Ａ）と図１
０（Ａ）に示す）から幅（Ｗ）５０〜１５０mmで羽根出
口長さＬ2 の１／２〜２／３の範囲の長さ（ｌ）の範囲
で肉盛溶接層１２を設けた。これらの肉盛溶接層は、実
施例２の条件と同じ溶接条件を使用し且つ表３のＮo.２
０の混合粉末を使用して肉盛溶接した層を作り、次にこ
の層５５０℃〜６５０℃で焼純し次にこれを厚さ１〜３
mmに機械加工することにより作った。羽根３の作用面側
入口端（Ａ，Ｂ）を中心とする扇形部分（１０）は土砂
を含む流水による摩耗が大きい部分であり、羽根３の反
作用面側入口端（Ｃ，Ｄ）を中心する扇形部分（１１）
と外方出口端（Ｅ）から延在する肉盛溶接層（１２）に
対応する部分との両者はキャビテーションによる損傷を
受け易い部分である。Example 3 A water turbine shown in FIGS. 1A and 1B was manufactured.
Regarding the surface (action surface P) side (FIG. 10 (B)) of the turbine runner shown in FIG. 1 (B) that comes into contact with water, the blade inlet length is centered on each of the inlet ends (A, B) of the blade 3. The overlay welding layer 10 was provided in the fan-shaped range (10) having a radius of 1/2 to 1/5 of the height (L 1 ) (about 165 mm). Figure 10
The back surface (reaction surface) of the operation surface of the turbine runner shown in (A)
(R)), with each of the inlet ends (C, D) of the blade 3 as the center, 1 / of the blade inlet length (L 1 ) (about 165 mm)
The overlay welding layer 11 is provided in a fan-shaped area having a radius of 2 to 1/5, and the outlet outer end (E) of the blade 3 (FIG. 1A and FIG.
0 (shown in (A)) to a width (W) of 50 to 150 mm and a length (l) in the range of ½ to ⅔ of the blade outlet length L 2 . These overlay welding layers used the same welding conditions as in Example 2 and No. 2 in Table 3 was used.
0 build-up welded layer is made using 0 mixed powder, then this layer is hardened at 550 to 650 ° C.
Made by machining to mm. The fan-shaped portion (10) centering on the working surface side inlet end (A, B) of the blade 3 is a portion that is greatly worn by running water containing sand and sand, and is centered on the reaction surface side inlet end (C, D) of the blade 3. Fan-shaped part (11)
Both the portion corresponding to the overlay welding layer (12) extending from the outer outlet end (E) are portions that are easily damaged by cavitation.

【００７７】ガイドベーン及びシートライナは、実施例
１に示したものと同じものを作った。次にこれらの部品
を作立て水車を製作した。The guide vanes and seat liner were the same as those shown in Example 1. Next, these parts were made to make a water turbine.

【００７８】この水車を土砂を含む流水で実際に運転し
たところ優れた耐摩耗性と耐キャビテーションの両方を
示した。When this water turbine was actually operated with running water containing earth and sand, it exhibited both excellent wear resistance and cavitation resistance.

【００７９】実施例４ 表４は、表中に示したステンレス鋼粉末（平均粒径１４
９μｍ），Ｎｉ−Ｐ表面被覆金属炭化物系セラミックス
粉末（表面被覆処理前後の平均粒径１０５μｍ→１８５
μｍ）と希土類元素化合物ＬａＮｉ5 （平均粒径１４０
μｍ）を種々の容積比で混合した配合組成を示す。この
混合物を粉体プラズマアーク肉盛溶接装置により、アー
ク電流２２０〜２５０Ａ，アーク電圧３２〜３５Ｖ，ト
ーチウィビング幅９４mmで回数１５〜１６cycle／min，
Ａｒガス送給量としてプラズマを３（ｌ／min），キャ
リアを５（ｌ／min），シールドを１５(ｌ／min）とし
た溶接条件で３mm肉盛し、肉盛溶接層を形成した。な
お、金属炭化物系セラミックス粒子表面への表面被覆処
理は中性浴の無電解ニッケルメッキ液中で行った。この
溶接肉盛施工に使用した母材は含Ni13Cr鋳鋼（２５ｔ×
１００mm×１５０mm）である。Example 4 Table 4 shows the stainless steel powders (average particle size 14
9 μm), Ni—P surface-coated metal carbide-based ceramic powder (average particle size before and after surface coating treatment: 105 μm → 185
μm) and a rare earth element compound LaNi 5 (average particle size 140
(μm) is mixed in various volume ratios. This mixture was subjected to a powder plasma arc overlay welding apparatus with an arc current of 220 to 250 A, an arc voltage of 32 to 35 V, a torch weaving width of 94 mm, and a number of times of 15 to 16 cycles / min.
The build-up welding layer was formed by overlaying for 3 mm under the welding conditions of plasma (3 / l), carrier (5 / l), and shield (15 / l) as the Ar gas feed rate. The surface coating treatment on the surface of the metal carbide ceramic particles was performed in an electroless nickel plating solution in a neutral bath. The base material used for this weld overlay construction is Ni13Cr cast steel (25t x
100 mm x 150 mm).

【００８０】また、比較のために、水車ランナ材として
使用されている含Ni13Cr鋳鋼，AISI304 、従来行われて
いる被覆アーク溶接によるステンレス鋼系肉盛溶接棒及
び表面金属被覆層を設けないステンレス鋼とセラミック
スの粉体プラズマ肉盛層を供した。表５及び表６はそれ
らの化学組成及び配合組成を示す。その被覆マーク溶接
条件は棒径４mmφ，電流１５０Ａ，電圧２３Ｖ，入熱１
６ＫＪ／cmで母材との希釈を考慮し、８mm肉盛したが、
粉体プラズマ溶接は前記条件と同じとした。なお、衝撃
試験片（JISZ2242）は１５mm肉盛し採取した。For comparison, Ni13Cr cast steel used as a turbine runner material, AISI 304, stainless steel-based build-up welding rod by conventional covered arc welding, and stainless steel without surface metal coating layer And a powder plasma overlay of ceramics was provided. Tables 5 and 6 show their chemical composition and formulation. The welding conditions for the coating mark are as follows: rod diameter 4 mmφ, current 150 A, voltage 23 V, heat input 1
Considering the dilution with the base material at 6KJ / cm, 8mm was built up,
The powder plasma welding was the same as the above conditions. The impact test piece (JISZ2242) was built up by 15 mm and collected.

【００８１】なお、本発明の肉盛溶接層及び比較材肉盛
溶接層の施工は前述と同様である。本実施例における土
砂による摩耗量はＳｉＣ含有量として１０〜８０Vol％
で前述の図３をほぼ同様の値を示すことが確認された。The construction of the overlay welding layer of the present invention and the overlay welding layer of the comparative material is the same as described above. The wear amount due to the earth and sand in this example is 10 to 80 Vol% as the SiC content.
It was confirmed that the values shown in FIG.

【００８２】表７は粉体プラズマ肉盛溶接における本発
明肉盛溶接層と比較肉盛溶接層の評価結果を示す。本発
明に係わる層は比較層に比べ、硬さは同程度であるが、
溶接による割れ性，延性及び靭性が改善されている。Table 7 shows the evaluation results of the overlay welding layer of the present invention and the comparative overlay welding layer in powder plasma overlay welding. The layer according to the present invention has the same hardness as the comparative layer,
Improves crackability, ductility and toughness due to welding.

【００８３】一方、Ｎo.２〜１０の結果から知られるよ
うに、表面金属被覆（Ｎｉ−Ｐ）ＳｉＣを用いた場合、
そのＳｉＣ１０Vol％ 配合でも割れを生じている。表面
金属被覆しないＳｉＣ１０Vol％配合（Ｎo.２０）では
割れていない、しかしＮo.５〜１０において希土類元素
配合はＬａＮｉ5 を０.３％ 以上で割れが改善されるて
いる。これはＬａに換算すると約０.１ ％となる。On the other hand, as is known from the results of Nos. 2 to 10, when the surface metal coating (Ni-P) SiC is used,
Cracking occurred even with the SiC 10% by volume. No crack was observed in the SiC 10 vol% composition (No. 20) without surface metal coating, but in the No. 5-10, the rare earth element composition improved cracking with LaNi 5 of 0.3% or more. This is about 0.1% when converted to La.

【００８４】図１２及び図１３は表４に示す本発明肉盛
溶接層と表５に示す比較材肉盛溶接層とのキャビテーシ
ョン損傷による減量とＫ＝０.６ の条件における土砂摩
耗による減量を示す。本発明肉盛溶接層Ｎo.４，７，
８，１０は比較材Ｎo.２１，２５に比べ、その耐エロー
ジョン性は変わらないものの、比較材Ｎo.２７〜３１の
含Ni13Cr鋳鋼やSUS304及び従来の被覆アーク溶接肉盛材
等より非常に優れていることが明らかである。FIGS. 12 and 13 show the weight loss due to cavitation damage between the overlay welding layer of the present invention shown in Table 4 and the overlay welding layer for comparison material shown in Table 5 and the weight loss due to sediment wear under the condition of K = 0.6. Show. The present invention overlay welding layer No. 4, 7,
8 and 10 have the same erosion resistance as those of the comparative materials No. 21 and 25, but are extremely superior to the Ni 13 Cr cast steels containing comparative materials No. 27 to 31, SUS 304 and the conventional covered arc weld overlay materials. It is clear that

【００８５】従って、本発明肉盛溶接層は水車等、高土
砂及び固形物を含む混相流動場中で使用される構成機器
部材として十分に効果を果し得ることが明らかである。Therefore, it is clear that the overlay welding layer of the present invention can be sufficiently effective as a component equipment member used in a mixed phase flow field containing high earth and sand and solid matter such as a water wheel.

【００８６】また、図４及び図５の模式図に示すような
水車のガイドベーン５，シートライナ８の5Ni13Cr 鋳鋼
の機器部材上に前述の表面金属被覆ＳｉＣの容積４０％
含有の混合粉末を用い、プラズマ肉盛溶接によって肉盛
溶接層１０を形成した。また水車ランナ，カバーライナ
にも同様に肉盛溶接層を形成した。この肉盛溶接層を形
成することにより、土砂による摩耗，キャビテーション
による摩耗，複合損傷を防ぐことができた。In addition, as shown in the schematic diagrams of FIGS. 4 and 5, the guide vane 5 of the water turbine 5, the seat liner 8 and the equipment member of 5Ni13Cr cast steel on the equipment member of the surface metal-coated SiC have a volume of 40%.
The overlay welding layer 10 was formed by plasma overlay welding using the mixed powder containing. A weld overlay was also formed on the turbine runner and cover liner. By forming this overlay welding layer, it was possible to prevent abrasion due to earth and sand, abrasion due to cavitation, and complex damage.

【００８７】[0087]

【表４】 [Table 4]

【００８８】[0088]

【表５】 [Table 5]

【００８９】[0089]

【表６】 [Table 6]

【００９０】[0090]

【表７】 [Table 7]

【００９１】[0091]

【発明の効果】本発明の水車の被覆層は、土砂含量河川
水を利用する水力発電用水車等を対象として、オーステ
ナイト系ステンレス鋼と金属炭化物系セラミックスとの
複合粉末により、セラミックス粒子が残存された凝固組
織構造、またはセラミックス粒が残存せず、晶出炭化物
がマトリックスに分散した凝固組織構造を有する肉盛層
を機器部材表面に形成させるため、キャビテーション，
土砂摩耗、及び複合損傷を抑制でき、従って機器が侵食
されるのを防止し、運転効率の低下を軽減でき、かつそ
の寿命の向上に大に効果をあげることができた。The coating layer of the turbine of the present invention is intended for hydraulic turbines and the like that utilize river water with a sediment content, and ceramic particles remain due to the composite powder of austenitic stainless steel and metal carbide ceramics. Cavitation, in order to form a built-up layer having a solidified structure structure in which solidified structure structure or solidified structure in which crystallized carbides are dispersed in a matrix without leaving ceramic grains,
It was possible to suppress earth and sand wear and complex damage, prevent equipment from being eroded, reduce the decrease in operating efficiency, and greatly improve the life of the equipment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】（Ａ）は本発明に関する肉盛溶接層が適用され
る水車の主要部を示す断面図、(Ｂ)は（Ａ）でＸ方向か
ら見た斜視図。FIG. 1A is a cross-sectional view showing a main part of a water turbine to which a build-up welding layer according to the present invention is applied, and FIG. 1B is a perspective view seen from the X direction in FIG.

【図２】ＳｉＣ添加量と土砂による摩耗量との関係を示
す図。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the amount of SiC added and the amount of wear due to soil.

【図３】本発明肉盛溶接層と比較材との土砂による摩耗
量の比較図。FIG. 3 is a comparison diagram of the amount of wear of the overlay welding layer of the present invention and a comparative material due to sand.

【図４】本発明肉盛溶接層を形成した水車構成機器部材
の模式図。FIG. 4 is a schematic view of a water turbine component device member in which the overlay welding layer of the present invention is formed.

【図５】本発明肉盛溶接層を形成した水車構成機器部材
の模式図。FIG. 5 is a schematic view of a water turbine component device member on which the overlay welding layer of the present invention is formed.

【図６】ＳｉＣ及びＴｉＣ添加量とキャビテーション減
量との関係を示す図。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the amount of added SiC and TiC and the amount of cavitation reduction.

【図７】本発明肉盛溶接層と比較材との耐キャビテーシ
ョン減量を示す図。FIG. 7 is a view showing the cavitation resistance reduction amount of the overlay welding layer of the present invention and the comparative material.

【図８】ＳｉＣ及びＴｉＣ添加量と土砂による摩耗侵食
量との関係を示す図。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the amounts of SiC and TiC added and the amount of wear and erosion caused by earth and sand.

【図９】本発明肉盛溶接層と比較材との土砂による摩耗
侵食量を示す図。FIG. 9 is a diagram showing the amount of wear and erosion of the overlay welding layer of the present invention and a comparative material due to earth and sand.

【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の実施例の水車の
羽根において被覆層が設けられた個所を示す図。10 (A) and 10 (B) are views showing a portion where a coating layer is provided in a blade of a water turbine according to an embodiment of the present invention.

【図１１】肉盛溶接層を設ける時に使用したプラズマア
ーク溶接装置の概略図。FIG. 11 is a schematic view of a plasma arc welding apparatus used when a build-up welding layer is provided.

【図１２】各試料についてのキャビテーションによる減
量を示したグラフ。FIG. 12 is a graph showing the weight loss of each sample due to cavitation.

【図１３】図１２に示した各試料について土砂による減
量を示したグラフ。FIG. 13 is a graph showing the weight loss of each sample shown in FIG. 12 due to the sediment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…クラウン、２…シュラウド、３…羽根、４…ランナ
コーン、５…ガイドベーン、６…ステーベン、７…ラン
ナライナ、８…シートライナ、１０…肉盛溶接層。1 ... Crown, 2 ... Shroud, 3 ... Blade, 4 ... Runner cone, 5 ... Guide vane, 6 ... Steven, 7 ... Runner liner, 8 ... Sheet liner, 10 ... Overlay welding layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福井 寛 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 赤堀 公彦 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 佐藤 讓之良 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 菊地 啓造 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Fukui 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Institute, Ltd. Inside Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Toshinori Sato 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi factory (72) Inventor Keizo Kikuchi 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi, Ibaraki No. Stock Company Hitachi Ltd.Hitachi factory

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】流水の流れを調整するガイドベーン及び該
流水によって回転するランナを備えた水車において、流
水による衝撃を受ける部分に母材よりも耐キャビテーシ
ョン性の高い肉盛溶接層を有する部材を有し、該肉盛溶
接層はオーステナイト系ステンレス鋼のマトリックス
と、このマトリックスに分散した炭化物とを有する金属
組織を有し、前記オーステナイト系ステンレス鋼は、重
量％でＣ：０.０５ 〜０.１５％，Ｓｉ：０.２〜１.０
％，Ｍｎ：１.６５〜１３％，Ｎｉ：２〜２２％、及び
Ｃｒ：１６〜２６％を含み、またはこれにＭｏ：５％以
下，Ｎ：０.３％以下，Ｃｕ５％以下及びＣｏ：１２％
以下の少なくとも１つまたはＮｂ，Ｔｉ，Ｗ及びＶの少
なくとも１つを０.１ 〜５％を含有する鋼からなること
を特徴とする水車。1. A water turbine equipped with a guide vane for adjusting the flow of running water and a runner rotated by the running water, wherein a member having a build-up welding layer having higher cavitation resistance than the base material is provided at a portion to be impacted by the running water. The overlay welding layer has a metal structure having a matrix of austenitic stainless steel and carbides dispersed in the matrix, and the austenitic stainless steel has a C: 0.05 to 0.0 in weight%. 15%, Si: 0.2-1.0
%, Mn: 1.65 to 13%, Ni: 2 to 22%, and Cr: 16 to 26%, or Mo: 5% or less, N: 0.3% or less, Cu 5% or less and Co. : 12%
A water turbine comprising at least one of the following or at least one of Nb, Ti, W and V, and a steel containing 0.1 to 5%. 【請求項２】前記肉盛溶接層は、炭化物とマトリックス
金属との複合共晶炭化物とからなる請求項１記載の水
車。2. The water turbine according to claim 1, wherein the overlay welding layer is composed of a composite eutectic carbide of a carbide and a matrix metal. 【請求項３】前記金属炭化物系セラミックスはＳｉＣ，
ＴｉＣ，ＷＣ，Ｃｒ3Ｃ2，ＮｂＣ及びＶＣの群より選定
された少なくとも１種である請求項１または２記載の水
車。3. The metal carbide ceramics is SiC,
The water turbine according to claim 1 or 2, which is at least one selected from the group consisting of TiC, WC, Cr 3 C 2 , NbC and VC. 【請求項４】前記オーステナイト系ステンレス鋼は、周
期律表で第５７番から第７１番までの希土類元素の少な
くとも一種を０.１〜５重量％ を含有する請求項１〜３
のいずれかに記載の水車。4. The austenitic stainless steel contains 0.1 to 5% by weight of at least one rare earth element from No. 57 to No. 71 in the periodic table.
Water turbine described in any of. 【請求項５】前記（Ｍｎ％＋Ｃｏ％）／Ｃｒ％の値が
０.６〜１.３の範囲の組成である請求項１〜４のいずれ
かに記載の水車。5. The water turbine according to any one of claims 1 to 4, wherein the composition has a value of (Mn% + Co%) / Cr% in the range of 0.6 to 1.3. 【請求項６】前記肉盛溶接層の厚さが５mm以下である請
求項１〜５のいずれかに記載の水車。6. The water turbine according to claim 1, wherein the overlay welding layer has a thickness of 5 mm or less. 【請求項７】前記肉盛溶接層は、水車ランナーの羽根の
作用面側及び反作用面側のそれぞれの入口端部分，羽根
の反作用面側の外方出口端部分，ガイドベーンの支持部
を除く全面、及びシートライナの摺動面に設けられてい
る請求項１〜６のいずれかに記載の水車。7. The overlay welding layer excludes inlet end portions on the working surface side and reaction surface side of the blade of the water turbine runner, outer outlet end portions on the reaction surface side of the blade, and support portions for the guide vanes. The water turbine according to any one of claims 1 to 6, which is provided on the entire surface and the sliding surface of the seat liner. 【請求項８】水の衝撃を受ける部分の少なくとも一部分
に母材よりも耐キャビテーション性の高い肉盛溶接層を
設ける水車の製造方法において、オーステナイトステン
レス鋼粉末と金属炭化物系セラミックス粉末との混合粉
末をプラズマアークに供給し、前記ステンレス鋼粉末を
溶融するとともに、溶湯のプールを作りながら所望の厚
さの肉盛溶接層を形成し、前記オーステナイト系ステン
レス鋼が、重量％でＣ：０.０５〜０.１５％，Ｓｉ：
０.２〜１.０％，Ｍｎ：１.６５ 〜１３％，Ｎｉ：２〜
２２％、及びＣｒ：１６〜２６％を含み、またはこれに
Ｍｏ：１〜３％，Ｎ：０.３％ 以下及びＣｏ：１０％以
下の少なくとも１つまたはＮｂ，Ｔｉ，Ｗ及びＶの少な
くとも１つを０.１ 〜５％を含有する鋼からなることを
特徴とする水車の製造方法。8. A method for manufacturing a water turbine in which a build-up welding layer having higher cavitation resistance than a base material is provided on at least a part of a portion which is subjected to water impact, and a mixed powder of austenite stainless steel powder and metal carbide ceramic powder. Is supplied to a plasma arc to melt the stainless steel powder and form a build-up welded layer having a desired thickness while forming a pool of molten metal. The austenitic stainless steel contains C: 0.05% by weight. ~ 0.15%, Si:
0.2-1.0%, Mn: 1.65-13%, Ni: 2-
22% and Cr: 16 to 26%, or at least one of Mo: 1 to 3%, N: 0.3% or less and Co: 10% or less, or at least Nb, Ti, W and V. A water turbine manufacturing method, characterized in that one is made of steel containing 0.1 to 5%. 【請求項９】前記金属炭化物系セラミックス粉末の粒径
（Ｓ）は、オーステナイト系ステンレス鋼粉末の粒径
（Ｍ）１０〜２００μｍに対して粒径比（Ｓ／Ｍ）が１
〜２で形成され、前記金属炭化物系セラミックスが１〜
８０容積％である請求項８記載の水車の製造方法。9. The particle size (S) of the metal carbide-based ceramic powder has a particle size ratio (S / M) of 1 with respect to the particle size (M) of the austenitic stainless steel powder (M) of 10 to 200 μm.
~ 2, the metal carbide-based ceramics 1 ~
The method for manufacturing a water turbine according to claim 8, wherein the volume is 80% by volume. 【請求項１０】前記金属炭化物系セラミックス粉末はＳ
ｉＣ,ＴｉＣ,ＷＣ，Ｃｒ3Ｃ2，ＮｂＣ及びＶＣの群より
選定された少なくとも１種である請求項８または９記載
の水車の製造方法。10. The metal carbide-based ceramic powder is S
iC, TiC, WC, Cr 3 C 2, NbC , and VC at least one method for producing a water wheel according to claim 8 or 9, wherein that is selected from the group of. 【請求項１１】前記金属炭化物系セラミックス粉末の粒
径（Ｓ）及びオーステナイト系ステンレス鋼粉末の粒径
（Ｍ）は、それぞれ１０〜２００μｍの範囲でかつ粒径
比（Ｓ／Ｍ）が１以下であり、前記金属炭化物系セラミ
ックスが１〜４０容積％含まれるとともに、前記金属炭
化物系セラミックス粉末を溶湯の中に分解して溶解さ
せ、金属基地中に金属炭化物系セラミックス粉末が残存
せず、複合金属炭化物がオーステナイトステンレス鋼マ
トリックスに晶出分散した凝固組織構造をなす請求項８
〜１０のいずれかに記載の水車の製造方法。11. The particle size (S) of the metal carbide-based ceramic powder and the particle size (M) of the austenitic stainless steel powder are each in the range of 10 to 200 μm and the particle size ratio (S / M) is 1 or less. In addition, the metal carbide-based ceramics are contained in an amount of 1 to 40% by volume, the metal carbide-based ceramics powder is decomposed and melted in a molten metal, and the metal carbide-based ceramics powder does not remain in the metal matrix. 9. A solidification structure in which metal carbide is crystallized and dispersed in an austenitic stainless steel matrix.
10. The method for manufacturing a water turbine according to any one of 10 to 10. 【請求項１２】肉盛溶接層の厚さが５mm以下で、少なく
とも１層形成させることを特徴とする請求項８〜１１の
いずれかに記載の水車の製造方法。12. The method for manufacturing a water turbine according to claim 8, wherein the overlay welding layer has a thickness of 5 mm or less and at least one layer is formed. 【請求項１３】前記金属炭化物系セラミックス粉末が金
属被覆層で被覆されている請求項８〜１２のいずれかに
記載の水車の製造方法。13. The method for manufacturing a water turbine according to claim 8, wherein the metal carbide-based ceramic powder is coated with a metal coating layer. 【請求項１４】流水の流れを調整するガイドベーン及び
該流水によって回転するランナを備え、前記流水による
衝撃を受ける部分にマルテンサイト系ステンレス鋳鋼の
母材よりも耐キャビテーション性の高い肉盛溶接層を形
成する水車の製造方法において、オーステナイトステン
レス鋼粉末と金属炭化物系セラミックス粉末との混合粉
末をプラズマアークに供給し、前記ステンレス鋼粉末を
溶融するとともに、前記金属炭化物系セラミックス粉末
が残存しないように溶湯のプールを作りながら所望の厚
さの前記肉盛溶接層を形成し、前記オーステナイト系ス
テンレス鋼粉末は、重量％でＣ：０.０５〜０.１５％，
Ｓｉ：０.２〜１.０％，Ｍｎ：１.６５ 〜１３％，Ｎ
ｉ：２〜２１.０９％及びＣｒ１７〜２４.７７％を含有
する鋼からなり、またはこれにＣｏ：１０％以下，Ｍ
ｏ：１〜３％，Ｎ：０.３％ 以下の少なくとも１種を含
有する鋼からなり、前記金属炭化物はＳｉＣ，ＴｉＣ，
ＷＣ，Ｃｒ3Ｃ2，ＮｂＣ及びＶＣの群より選定された少
なくとも１種である水車の製造方法。14. A build-up welding layer having guide vanes for adjusting the flow of flowing water and a runner rotated by the flowing water, and having a cavitation resistance higher than that of a base material of martensitic stainless cast steel in a portion which is impacted by the flowing water. In the method for producing a water turbine, a mixed powder of an austenitic stainless steel powder and a metal carbide-based ceramic powder is supplied to a plasma arc to melt the stainless steel powder and prevent the metal carbide-based ceramic powder from remaining. While forming the pool of molten metal, the overlay welding layer having a desired thickness is formed, and the austenitic stainless steel powder is C: 0.05 to 0.15% by weight,
Si: 0.2-1.0%, Mn: 1.65-13%, N
i: steel containing 2 to 21.09% and Cr 17 to 24.77%, or Co: 10% or less, M
o: 1 to 3%, N: 0.3% or less made of steel containing at least one kind, the metal carbide is SiC, TiC,
A method for producing a water turbine, which is at least one selected from the group consisting of WC, Cr 3 C 2 , NbC and VC. 【請求項１５】母材表面に該母材より耐エロージョン性
の高い肉盛溶接層を有する金属部材において、前記肉盛
溶接層はオーステナイト系ステンレス鋼のマトリックス
に金属炭化物が分散した金属組織を有し、前記オーステ
ナイト系ステンレス鋼は、重量％でＣ：０.０５〜０.１
５％，Ｓｉ：０.２〜１.０％，Ｍｎ：１.６５ 〜１３
％，Ｎｉ：２〜２２％、及びＣｒ１６〜２６％を含み、
またはこれにＭｏ：１〜３％，Ｎ：０.３％ 以下及びＣ
ｏ：１０％以下の少なくとも１つまたはＮｂ，Ｔｉ，Ｗ
及びＶの少なくとも１つ０.１ 〜５％を含有する鋼から
なることを特徴とする耐エロージョン性の高い金属部
材。15. A metal member having a build-up weld layer having a higher erosion resistance than the base material on the surface of the base material, wherein the build-up weld layer has a metal structure in which a metal carbide is dispersed in a matrix of austenitic stainless steel. However, the austenitic stainless steel has a weight ratio of C: 0.05 to 0.1.
5%, Si: 0.2 to 1.0%, Mn: 1.65 to 13
%, Ni: 2 to 22%, and Cr 16 to 26%,
Or Mo: 1-3%, N: 0.3% or less and C
o: at least one of 10% or less or Nb, Ti, W
And a metal member containing at least one of V and 0.1 to 5%, and having a high erosion resistance.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101246096B1 (en) * 2012-08-30 2013-03-20 주식회사 세화기계 Impeller blade manufacturing methods and manufacturing blades mounted
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KR20190017468A (en) * 2017-08-11 2019-02-20 주식회사 포스코 End coupling of spindle and this reinforcing method

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