JPH10148102A - タービンノズルおよびその硼化物被覆方法 - Google Patents
タービンノズルおよびその硼化物被覆方法Info
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- JPH10148102A JPH10148102A JP8306546A JP30654696A JPH10148102A JP H10148102 A JPH10148102 A JP H10148102A JP 8306546 A JP8306546 A JP 8306546A JP 30654696 A JP30654696 A JP 30654696A JP H10148102 A JPH10148102 A JP H10148102A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ノズル翼材の表面にアルミナを溶射するとも
に、硼化物処理を施して複合拡散層を形成せしめ、蒸気
中に含まれる異物による耐エロージョン性の向上を図っ
たタービンノズルおよびその硼化物被覆方法を提供す
る。 【解決手段】本発明に係るタービンノズルは、母材１０
に対し６０μｍ〜１００μｍの厚みに硼化物層１１を形
成した。また、本発明に係るタービンノズルの硼化物被
覆方法は、母材１０にＡｌ2 Ｏ3 の膜厚を０．０５mm〜
０．２０mmに溶射した後、９０％無水硼砂と１０％炭化
硼素の混合浴液に浸漬させた。
に、硼化物処理を施して複合拡散層を形成せしめ、蒸気
中に含まれる異物による耐エロージョン性の向上を図っ
たタービンノズルおよびその硼化物被覆方法を提供す
る。 【解決手段】本発明に係るタービンノズルは、母材１０
に対し６０μｍ〜１００μｍの厚みに硼化物層１１を形
成した。また、本発明に係るタービンノズルの硼化物被
覆方法は、母材１０にＡｌ2 Ｏ3 の膜厚を０．０５mm〜
０．２０mmに溶射した後、９０％無水硼砂と１０％炭化
硼素の混合浴液に浸漬させた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固形状粒子等の異
物の衝撃力に対し、耐エロージョン性の向上を図ったタ
ービンノズルおよびその硼化物被覆方法に関する。
物の衝撃力に対し、耐エロージョン性の向上を図ったタ
ービンノズルおよびその硼化物被覆方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の火力発電プラントでは、高出力化
に伴って蒸気タービンを駆動する蒸気の条件も高圧・高
温化する傾向にある。このため、蒸気タービンの構成部
品の一つであるタービン翼、特に最も高圧・高温の蒸気
に晒されているタービンノズルの材料も従来のクロム・
モリブデン・バナジウム鋼等の鍛造材に代って、耐エロ
ージョン性に優れた高クロム鋼、例えば１２クロム鋼の
鍛造材が使用されるようになってきた。
に伴って蒸気タービンを駆動する蒸気の条件も高圧・高
温化する傾向にある。このため、蒸気タービンの構成部
品の一つであるタービン翼、特に最も高圧・高温の蒸気
に晒されているタービンノズルの材料も従来のクロム・
モリブデン・バナジウム鋼等の鍛造材に代って、耐エロ
ージョン性に優れた高クロム鋼、例えば１２クロム鋼の
鍛造材が使用されるようになってきた。
【０００３】また、蒸気の高圧・高温化に対応してボイ
ラ等の蒸気発生器側のチューブ等の材料も従来のＳＴＰ
Ｇ２４等に代って耐酸化性に優れたオーステナイト系ス
テンレス鋼が使用されるようになってきた。
ラ等の蒸気発生器側のチューブ等の材料も従来のＳＴＰ
Ｇ２４等に代って耐酸化性に優れたオーステナイト系ス
テンレス鋼が使用されるようになってきた。
【０００４】ところで、蒸気タービンプラントの蒸気タ
ービンや補機類から蒸気発生器のドラムやチューブに供
給される給水には、多くの不純物、例えば溶存酸素等が
含まれており、脱酸素等のためにヒドラジン等の化学薬
品が投入されている。この場合、給水の水質管理が不充
分になっていると、シリカ等の溶解固形物が蒸気発生器
に凝縮して蒸気ドラムやチューブの腐食とスケール生成
を助長し、これら固形状の異物がキャリーオーバし、タ
ービンノズルを侵食させることが往々にしてあった。
ービンや補機類から蒸気発生器のドラムやチューブに供
給される給水には、多くの不純物、例えば溶存酸素等が
含まれており、脱酸素等のためにヒドラジン等の化学薬
品が投入されている。この場合、給水の水質管理が不充
分になっていると、シリカ等の溶解固形物が蒸気発生器
に凝縮して蒸気ドラムやチューブの腐食とスケール生成
を助長し、これら固形状の異物がキャリーオーバし、タ
ービンノズルを侵食させることが往々にしてあった。
【０００５】従来、異物により侵食を最も受け易いター
ビン構成部品は、タービンノズルであるが、タービンノ
ズルの中でも高圧タービンの初段落に設置されたタービ
ンノズルと中圧タービンの初段落に設置されたタービン
ノズルが顕著である。
ビン構成部品は、タービンノズルであるが、タービンノ
ズルの中でも高圧タービンの初段落に設置されたタービ
ンノズルと中圧タービンの初段落に設置されたタービン
ノズルが顕著である。
【０００６】例えば、高圧タービンの初段落に設置され
たタービンノズルの侵食のメカニズムは、図２に示すよ
うに、蒸気中に含まれる異物Ｐが、タービン軸の周方向
に沿って環状列に設置されるノズル翼１ａ，１ｂを通過
する際、一方のノズル翼１ａの前縁２ａの腹側３に沿っ
て流れる蒸気と隣りのノズル翼１ｂの前縁２ｂの背側４
に沿って流れる蒸気とが互いに干渉し合い、干渉後、蒸
気の慣性力により後縁５の腹側３に衝突するものと考え
られている。また、中圧タービンの初段落に設置される
タービンノズルの侵食のメカニズムは、図３に示すよう
に、蒸気中に含まれる異物Ｐが、ノズル翼１ａ，１ｂ，
１ｃを通過後、動翼６ａ，６ｂの前縁７の背側８に衝突
し、その際、動翼６ａ，６ｂの遠心力により吹き飛ばさ
れて他のノズル翼１ｃの後縁５の背側４に衝突するもの
と考えられている。
たタービンノズルの侵食のメカニズムは、図２に示すよ
うに、蒸気中に含まれる異物Ｐが、タービン軸の周方向
に沿って環状列に設置されるノズル翼１ａ，１ｂを通過
する際、一方のノズル翼１ａの前縁２ａの腹側３に沿っ
て流れる蒸気と隣りのノズル翼１ｂの前縁２ｂの背側４
に沿って流れる蒸気とが互いに干渉し合い、干渉後、蒸
気の慣性力により後縁５の腹側３に衝突するものと考え
られている。また、中圧タービンの初段落に設置される
タービンノズルの侵食のメカニズムは、図３に示すよう
に、蒸気中に含まれる異物Ｐが、ノズル翼１ａ，１ｂ，
１ｃを通過後、動翼６ａ，６ｂの前縁７の背側８に衝突
し、その際、動翼６ａ，６ｂの遠心力により吹き飛ばさ
れて他のノズル翼１ｃの後縁５の背側４に衝突するもの
と考えられている。
【０００７】このように、蒸気中に含まれる異物による
侵食に対し、蒸気タービンプラントや蒸気発生器では、
給水や缶水の水質管理をきめ細かく行っているが、永い
間の運転中に発生するシリカや酸化スケール等の固形状
粒子である異物を抑制することが難しい。このため耐エ
ロージョン対策として、従来のタービンノズルでは、ノ
ズル翼の母材に硼化物処理を施した、例えば特公昭６１
−６２４２号公報や、動翼の母材に硼化物処理を施し
た、例えば特開昭４９−１２７００４号公報が既に提案
されており、これらの技術によりエロージョンに伴う翼
列効率の低下を防止していた。
侵食に対し、蒸気タービンプラントや蒸気発生器では、
給水や缶水の水質管理をきめ細かく行っているが、永い
間の運転中に発生するシリカや酸化スケール等の固形状
粒子である異物を抑制することが難しい。このため耐エ
ロージョン対策として、従来のタービンノズルでは、ノ
ズル翼の母材に硼化物処理を施した、例えば特公昭６１
−６２４２号公報や、動翼の母材に硼化物処理を施し
た、例えば特開昭４９−１２７００４号公報が既に提案
されており、これらの技術によりエロージョンに伴う翼
列効率の低下を防止していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】翼母材に硼化物処理を
施す場合、特公昭６１−６２４２号公報、特開昭４９−
１２７００４号のものは、いずれも溶融電解法が用いら
れ、加熱した溶解液、例えば硼砂（Ｎａ2 Ｂ4 Ｏ7 ）単
独または硼砂混合（９０％Ｎａ2 Ｂ4 Ｏ7 ＋１０％Ｂ4
Ｃ）に翼母材を浴中し、翼母材表面に硼化物としてのＦ
ｅ2 Ｂ等の拡散層を形成させているが、その拡散層自体
の厚みが浅くしか形成できないために、永い間に亘って
翼を運転させていると、異物により侵食を受け易く、必
ずしも充分な成果をあげるに至っていなかった。Ｆｅ2
Ｂの拡散層が厚く形成できないのは、翼母材自身が高ク
ロム鋼であるが故に気孔率が比較的少なく、硼素元素
（Ｂ）が拡散浸透しにくい状態にあるものと考えられて
いる。
施す場合、特公昭６１−６２４２号公報、特開昭４９−
１２７００４号のものは、いずれも溶融電解法が用いら
れ、加熱した溶解液、例えば硼砂（Ｎａ2 Ｂ4 Ｏ7 ）単
独または硼砂混合（９０％Ｎａ2 Ｂ4 Ｏ7 ＋１０％Ｂ4
Ｃ）に翼母材を浴中し、翼母材表面に硼化物としてのＦ
ｅ2 Ｂ等の拡散層を形成させているが、その拡散層自体
の厚みが浅くしか形成できないために、永い間に亘って
翼を運転させていると、異物により侵食を受け易く、必
ずしも充分な成果をあげるに至っていなかった。Ｆｅ2
Ｂの拡散層が厚く形成できないのは、翼母材自身が高ク
ロム鋼であるが故に気孔率が比較的少なく、硼素元素
（Ｂ）が拡散浸透しにくい状態にあるものと考えられて
いる。
【０００９】また、この種の硼化処理方法では、翼母材
にＦｅ2 ＢのほかにＦｅＢの拡散層が形成され易くなっ
ているが、ＦｅＢそのものは硬度が高い割合には、剥離
がし易く、後段落に設置された翼への悪影響のおそれが
ある。
にＦｅ2 ＢのほかにＦｅＢの拡散層が形成され易くなっ
ているが、ＦｅＢそのものは硬度が高い割合には、剥離
がし易く、後段落に設置された翼への悪影響のおそれが
ある。
【００１０】火力発電プラントにおいて、蒸気がますま
す高圧化・高温化して行く今日、シリカ等の異物は高圧
化・高温化に比例して蒸気中への溶解度が増し、蒸気タ
ービンへのキャリーオーバがし易くなる性質を備えてい
るだけに、永い間に亘って運転を続けても耐エロージョ
ン性に優れた技術の実現が求められている。
す高圧化・高温化して行く今日、シリカ等の異物は高圧
化・高温化に比例して蒸気中への溶解度が増し、蒸気タ
ービンへのキャリーオーバがし易くなる性質を備えてい
るだけに、永い間に亘って運転を続けても耐エロージョ
ン性に優れた技術の実現が求められている。
【００１１】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたものであり、翼母材の表面にアルミナを溶射すると
もに、硼化物処理を施して複合拡散層を形成せしめ、蒸
気中に含まれる異物による耐エロージョン性の向上を図
ったタービンノズルおよびその硼化物被覆方法を提供す
ることを目的とする。
れたものであり、翼母材の表面にアルミナを溶射すると
もに、硼化物処理を施して複合拡散層を形成せしめ、蒸
気中に含まれる異物による耐エロージョン性の向上を図
ったタービンノズルおよびその硼化物被覆方法を提供す
ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、請求項１に記載したように、ノズル翼材に
硼化物層を被覆したタービンノズルにおいて、硼化物層
は上記ノズル翼材に対し、６０μｍ〜１００μｍの厚み
に被覆形成したものである。
成するため、請求項１に記載したように、ノズル翼材に
硼化物層を被覆したタービンノズルにおいて、硼化物層
は上記ノズル翼材に対し、６０μｍ〜１００μｍの厚み
に被覆形成したものである。
【００１３】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、請求項２に記載したように、ノズル翼材は、マルテ
ンサイト系１２クロム鋼であることを特徴とするもので
ある。
め、請求項２に記載したように、ノズル翼材は、マルテ
ンサイト系１２クロム鋼であることを特徴とするもので
ある。
【００１４】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、請求項３に記載したように、硼化物層は、表面層を
Ａｌ2 Ｏ3 およびＡｌ2 Ｂの組成で形成するとともに、
中間層をＦｅ2 ＢおよびＦｅＢの組成で形成したもので
ある。
め、請求項３に記載したように、硼化物層は、表面層を
Ａｌ2 Ｏ3 およびＡｌ2 Ｂの組成で形成するとともに、
中間層をＦｅ2 ＢおよびＦｅＢの組成で形成したもので
ある。
【００１５】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、請求項４に記載したように、Ｆｅ2 ＢおよびＦｅＢ
で組成した中間層は、Ｆｅ2 ＢとＦｅＢとの比率を９．
５：０．５に形成したものである。
め、請求項４に記載したように、Ｆｅ2 ＢおよびＦｅＢ
で組成した中間層は、Ｆｅ2 ＢとＦｅＢとの比率を９．
５：０．５に形成したものである。
【００１６】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、請求項５に記載したように、ノズル翼材にＡｌ2 Ｏ
3 を溶射した後、９０％無水硼砂と１０％炭化硼素との
混合浴液に浸漬させて硼化物層を形成するタービンノズ
ルの硼化物被覆方法において、上記ノズル翼材に溶射す
るＡｌ2 Ｏ3 の膜厚を０．０５mm〜０．２０mmに形成す
るものである。
め、請求項５に記載したように、ノズル翼材にＡｌ2 Ｏ
3 を溶射した後、９０％無水硼砂と１０％炭化硼素との
混合浴液に浸漬させて硼化物層を形成するタービンノズ
ルの硼化物被覆方法において、上記ノズル翼材に溶射す
るＡｌ2 Ｏ3 の膜厚を０．０５mm〜０．２０mmに形成す
るものである。
【００１７】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、請求項６に記載したように、ノズル翼材に溶射する
Ａｌ2 Ｏ3 の粒径は、５０μｍ〜７０μｍであることを
特徴とするものである。
め、請求項６に記載したように、ノズル翼材に溶射する
Ａｌ2 Ｏ3 の粒径は、５０μｍ〜７０μｍであることを
特徴とするものである。
【００１８】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、請求項７に記載したように、ノズル翼材に溶射する
Ａｌ2 Ｏ3 の気孔率は、５〜１５％であることを特徴と
するものである。
め、請求項７に記載したように、ノズル翼材に溶射する
Ａｌ2 Ｏ3 の気孔率は、５〜１５％であることを特徴と
するものである。
【００１９】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、請求項８に記載したように、ノズル翼材にＡｌ2 Ｏ
3 を溶射する溶射速度は、溶射距離１９０mm〜２１０mm
に対し、６００ｍ／ｓで行うものである。
め、請求項８に記載したように、ノズル翼材にＡｌ2 Ｏ
3 を溶射する溶射速度は、溶射距離１９０mm〜２１０mm
に対し、６００ｍ／ｓで行うものである。
【００２０】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、請求項９に記載したように、９０％無水硼砂と１０
％炭化硼素との混合浴液に、Ａｌ2 Ｏ3 溶射後のノズル
翼材を浴中させる浸漬時間を３０分〜６０分とし、混合
浴液温度１０９０℃の条件下で、ノズル翼材に硼化物層
を被覆させるものである。
め、請求項９に記載したように、９０％無水硼砂と１０
％炭化硼素との混合浴液に、Ａｌ2 Ｏ3 溶射後のノズル
翼材を浴中させる浸漬時間を３０分〜６０分とし、混合
浴液温度１０９０℃の条件下で、ノズル翼材に硼化物層
を被覆させるものである。
【００２１】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、請求項１０に記載したように、ノズル翼材にＡｌ2
Ｏ3 を溶射した後、９０％無水硼砂と１０％炭化硼素と
の混合浴液に浸漬して硼化物層を形成するタービンノズ
ルの硼化物被覆方法において、上記ノズル翼材に硼化物
層を被覆させた後、焼戻しを行うものである。
め、請求項１０に記載したように、ノズル翼材にＡｌ2
Ｏ3 を溶射した後、９０％無水硼砂と１０％炭化硼素と
の混合浴液に浸漬して硼化物層を形成するタービンノズ
ルの硼化物被覆方法において、上記ノズル翼材に硼化物
層を被覆させた後、焼戻しを行うものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るタービンノズ
ルおよびその硼化物被覆方法について図面を参照して説
明する。
ルおよびその硼化物被覆方法について図面を参照して説
明する。
【００２３】図１は、本発明に係るタービンノズル材の
断面構造を模式的に示す図である。
断面構造を模式的に示す図である。
【００２４】タービンノズル材は、高クロム鋼、具体的
にはマルテンサイト系１２クロム鋼の母材１０に、アル
ミナ（Ａｌ2 Ｏ3 )を大気圧プラズマ溶射法により溶射
し、さらに混合浴液（９０％Ｎａ2 Ｂ4 Ｏ7 ＋１０％Ｂ
4 Ｃ）に浸漬させ、硼化物層１１を被覆したものであ
る。この硼化物層１１は、母材１０に対し、Ａｌ2 Ｏ3
およびＡｌ2 Ｂからなる表面層１２と、Ｆｅ2 ＢとＦｅ
Ｂからなる中間層１３とにより形成される。また、母材
１０には（Ｆｅ，Ｃｒ）2 Ｂの鋸歯状晶１４が晶出され
ている。
にはマルテンサイト系１２クロム鋼の母材１０に、アル
ミナ（Ａｌ2 Ｏ3 )を大気圧プラズマ溶射法により溶射
し、さらに混合浴液（９０％Ｎａ2 Ｂ4 Ｏ7 ＋１０％Ｂ
4 Ｃ）に浸漬させ、硼化物層１１を被覆したものであ
る。この硼化物層１１は、母材１０に対し、Ａｌ2 Ｏ3
およびＡｌ2 Ｂからなる表面層１２と、Ｆｅ2 ＢとＦｅ
Ｂからなる中間層１３とにより形成される。また、母材
１０には（Ｆｅ，Ｃｒ）2 Ｂの鋸歯状晶１４が晶出され
ている。
【００２５】タービンノズルの母材１０にアルミナを大
気プラズマ溶射する場合、アルミナの粉末粒径５０μｍ
〜７０μｍ、溶射距離１９０mm〜２１０mmとし、溶射速
度６０ｍ／sec の条件の下、０．０５〜０．２０mmの皮
膜厚さに形成した。皮膜厚さを０．０５〜０．２０mmに
限定したのは以下の理由による。
気プラズマ溶射する場合、アルミナの粉末粒径５０μｍ
〜７０μｍ、溶射距離１９０mm〜２１０mmとし、溶射速
度６０ｍ／sec の条件の下、０．０５〜０．２０mmの皮
膜厚さに形成した。皮膜厚さを０．０５〜０．２０mmに
限定したのは以下の理由による。
【００２６】タービンノズルの母材１０にアルミナを溶
射する場合、０．０５mm以下にすると、皮膜厚さが薄す
ぎて上述の混合浴液に浸漬させても硼素の拡散が局所的
であり、耐エロージョン性の向上が認められない。ま
た、０．２０mm以上にすると皮膜が厚くなりすぎて、母
材１０への硼素の拡散に長時間（約２時間以上）を要
し、中間層１３の被覆厚さ（約７０μｍ以上）にならな
い。
射する場合、０．０５mm以下にすると、皮膜厚さが薄す
ぎて上述の混合浴液に浸漬させても硼素の拡散が局所的
であり、耐エロージョン性の向上が認められない。ま
た、０．２０mm以上にすると皮膜が厚くなりすぎて、母
材１０への硼素の拡散に長時間（約２時間以上）を要
し、中間層１３の被覆厚さ（約７０μｍ以上）にならな
い。
【００２７】さらに、浴中、硼素の拡散は、母材１０の
アルミナ皮膜の気孔率にも影響し、気孔率が５％以下の
場合、中間層１３のうちＦｅ2 Ｂの形成が阻止される。
逆に気孔率が１５％以上になると、タービンノズルの母
材１０全体の強度が不足する。
アルミナ皮膜の気孔率にも影響し、気孔率が５％以下の
場合、中間層１３のうちＦｅ2 Ｂの形成が阻止される。
逆に気孔率が１５％以上になると、タービンノズルの母
材１０全体の強度が不足する。
【００２８】一方、アルミナを溶射したタービンノズル
の母材１０を上述の混合浴液に浸漬させると、中間層１
３は、ＦｅＢとＦｅ2 Ｂとの２層に必然的に形成される
が、ＦｅＢはもともと脆化層である。このため、タービ
ンノズルの母材１０に被覆する硼化物層１１の膜厚を６
０〜１００μｍにするとに、硼化物層１１のうち、Ｆｅ
ＢとＦｅ2 Ｂとの膜厚比を、ＦｅＢ０．５：Ｆｅ2 Ｂ
９．５になるようにしている。
の母材１０を上述の混合浴液に浸漬させると、中間層１
３は、ＦｅＢとＦｅ2 Ｂとの２層に必然的に形成される
が、ＦｅＢはもともと脆化層である。このため、タービ
ンノズルの母材１０に被覆する硼化物層１１の膜厚を６
０〜１００μｍにするとに、硼化物層１１のうち、Ｆｅ
ＢとＦｅ2 Ｂとの膜厚比を、ＦｅＢ０．５：Ｆｅ2 Ｂ
９．５になるようにしている。
【００２９】このような膜厚比率配分は、上述混合浴液
温を１０９０℃、浴中保持時間を３０min.〜６０min.に
することにより達成される。混合浴液温を１０９０℃と
したのは、母材１０の焼き入れ工程を同時に兼ねるため
である。また、浴中保持時間を３０min.〜６０min.に限
定したのは、３０min.以下にすると母材１０の焼き入れ
が不充分になるとともに、硼化物層１１の膜厚が５０μ
ｍ以下ときわめて薄く形成され、また６０min.以上にす
ると硼化物層１１の膜厚が１００μｍ以上になるが、Ｆ
ｅＢが２０μｍ以上に形成され、脆化層としてのＦｅＢ
が増加し、好ましくないからである。なお、タービンノ
ズルは、その母材１０に硼化物層１１を形成させた後、
所定の強度の確保と焼き割れ防止を図るため、焼戻し工
程が行われる。
温を１０９０℃、浴中保持時間を３０min.〜６０min.に
することにより達成される。混合浴液温を１０９０℃と
したのは、母材１０の焼き入れ工程を同時に兼ねるため
である。また、浴中保持時間を３０min.〜６０min.に限
定したのは、３０min.以下にすると母材１０の焼き入れ
が不充分になるとともに、硼化物層１１の膜厚が５０μ
ｍ以下ときわめて薄く形成され、また６０min.以上にす
ると硼化物層１１の膜厚が１００μｍ以上になるが、Ｆ
ｅＢが２０μｍ以上に形成され、脆化層としてのＦｅＢ
が増加し、好ましくないからである。なお、タービンノ
ズルは、その母材１０に硼化物層１１を形成させた後、
所定の強度の確保と焼き割れ防止を図るため、焼戻し工
程が行われる。
【００３０】［実施例］次に、本発明に係るタービンノ
ズルの実施例を表を参照して説明する。
ズルの実施例を表を参照して説明する。
【００３１】本実施例では、タービンノズルの翼材とし
てマルテンサイト系１２クロム鋼を使用し、このマルテ
ンサイト系１２クロム鋼に０．０５mm〜０．２０mm粒径
のアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を大気圧プラズマ溶射し、さ
らに塩浴法により形成した硼化物層の厚さ、硬さ、硼化
物層の組成形態を調べた。
てマルテンサイト系１２クロム鋼を使用し、このマルテ
ンサイト系１２クロム鋼に０．０５mm〜０．２０mm粒径
のアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を大気圧プラズマ溶射し、さ
らに塩浴法により形成した硼化物層の厚さ、硬さ、硼化
物層の組成形態を調べた。
【００３２】（実施例１）
【表１】
【００３３】表１中、従来法の欄の上段は、１２クロム
鋼をそのまま１００％無水硼砂（Ｎａ2 Ｂ4 Ｏ7 ）の浴
中に浸漬させ、硬化物層厚さ４５μｍ、硬さＨｖ１５６
０を得るともに、硼化物層の組成形態として母材１０の
表面層１２がＦｅＢとＦｅ2Ｂとにそれぞれ拡散形成さ
れていることを示したものである。また、従来法の欄の
下段は、１００％無水硼砂に１０％炭化硼素（Ｂ4 Ｃ）
を加えた混合浴液に、１２クロム鋼をそのまま浸漬し、
硼化物層厚さ８０μｍ、硬さＨｖ１５５０を得るととも
に、硼化物層の組成形態としてＦｅＢ，Ｆｅ2 Ｂ，（Ｆ
ｅ，Ｃｒ）2 Ｂ層が形成されていることを示したもので
ある。
鋼をそのまま１００％無水硼砂（Ｎａ2 Ｂ4 Ｏ7 ）の浴
中に浸漬させ、硬化物層厚さ４５μｍ、硬さＨｖ１５６
０を得るともに、硼化物層の組成形態として母材１０の
表面層１２がＦｅＢとＦｅ2Ｂとにそれぞれ拡散形成さ
れていることを示したものである。また、従来法の欄の
下段は、１００％無水硼砂に１０％炭化硼素（Ｂ4 Ｃ）
を加えた混合浴液に、１２クロム鋼をそのまま浸漬し、
硼化物層厚さ８０μｍ、硬さＨｖ１５５０を得るととも
に、硼化物層の組成形態としてＦｅＢ，Ｆｅ2 Ｂ，（Ｆ
ｅ，Ｃｒ）2 Ｂ層が形成されていることを示したもので
ある。
【００３４】一方、本発明１の欄の上段は、マルテンサ
イト系１２クロム鋼にアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を大気圧
プラズマ溶射し、溶射距離を１９０mmに保って溶射速度
６００ｍ／ｓの条件で、アルミナの気孔率を７％にして
溶射膜を７６μｍに形成したことを示したものである。
この結果、硬さＨｖは１８９１になり、また母材１０に
対する表面層１２がＡｌ2 Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｂに形成され
た。なお、本発明２の欄のアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を大
気圧プラズマ溶射の際の溶射距離は２００mm、本発明３
の欄のそれは２１０mmでそれぞれ行い、溶射速度はとも
に６００ｍ／ｓで行った。
イト系１２クロム鋼にアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を大気圧
プラズマ溶射し、溶射距離を１９０mmに保って溶射速度
６００ｍ／ｓの条件で、アルミナの気孔率を７％にして
溶射膜を７６μｍに形成したことを示したものである。
この結果、硬さＨｖは１８９１になり、また母材１０に
対する表面層１２がＡｌ2 Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｂに形成され
た。なお、本発明２の欄のアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を大
気圧プラズマ溶射の際の溶射距離は２００mm、本発明３
の欄のそれは２１０mmでそれぞれ行い、溶射速度はとも
に６００ｍ／ｓで行った。
【００３５】また、本発明２の欄の下段は、上述硼化ア
ルミを形成するマルテンサイト系１２クロム鋼を、無水
硼砂と炭化硼素との混合浴液（９０％Ｎａ2 Ｂ4 Ｏ7 ＋
１０％Ｂ4 Ｃ）に３０min.〜６０min.浸漬させたとこ
ろ、硼化物層厚さ７２μｍ、硬さＨｖ１６３２、硼化物
層の組成形態として表面層１２がＡｌ2 Ｏ3 ，Ａｌ
2 Ｂ、また中間層１３がＦｅＢ，Ｆｅ2 Ｂにそれぞれ拡
散形成された。なお、中間層１３には、鋸歯状晶１４と
して（Ｆｅ，Ｃｒ）2 Ｂが晶出された。
ルミを形成するマルテンサイト系１２クロム鋼を、無水
硼砂と炭化硼素との混合浴液（９０％Ｎａ2 Ｂ4 Ｏ7 ＋
１０％Ｂ4 Ｃ）に３０min.〜６０min.浸漬させたとこ
ろ、硼化物層厚さ７２μｍ、硬さＨｖ１６３２、硼化物
層の組成形態として表面層１２がＡｌ2 Ｏ3 ，Ａｌ
2 Ｂ、また中間層１３がＦｅＢ，Ｆｅ2 Ｂにそれぞれ拡
散形成された。なお、中間層１３には、鋸歯状晶１４と
して（Ｆｅ，Ｃｒ）2 Ｂが晶出された。
【００３６】このように、表１からも理解できるよう
に、タービンノズルは、その母材にアルミナ（Ａ
2 Ｏ3 ）を溶射した後、上述混合浴液に浸漬させて硼化
物層を形成したので、従来よりも硬度を向上させること
ができた。
に、タービンノズルは、その母材にアルミナ（Ａ
2 Ｏ3 ）を溶射した後、上述混合浴液に浸漬させて硼化
物層を形成したので、従来よりも硬度を向上させること
ができた。
【００３７】（実施例２）
【表２】
【００３８】実施例２では、マルテンサイト系１２クロ
ム鋼に硼化物層を施した場合の機械的性質を評価した。
ム鋼に硼化物層を施した場合の機械的性質を評価した。
【００３９】硼化物層１１を施したマルテンサイト系１
２クロム層は、表２に示すように、従来法によるものと
対比させても引張り強さ、０．０２％耐力、伸び、絞
り、衝撃値にあまり変化がみられず、またマルテンサイ
ト系１２クロム鋼としての母材規格値を満すことがわか
った。
２クロム層は、表２に示すように、従来法によるものと
対比させても引張り強さ、０．０２％耐力、伸び、絞
り、衝撃値にあまり変化がみられず、またマルテンサイ
ト系１２クロム鋼としての母材規格値を満すことがわか
った。
【００４０】（実施例３）
【表３】
【００４１】実施例３では、マルテンサイト系１２クロ
ム鋼に硼化物層を施した場合の耐エロージョン特性を評
価したものである。試験条件として試験温度５５０℃、
流速４３５ｍ／ｓで行った。
ム鋼に硼化物層を施した場合の耐エロージョン特性を評
価したものである。試験条件として試験温度５５０℃、
流速４３５ｍ／ｓで行った。
【００４２】この結果、表３に示すように、本発明の試
験片は従来のものよりも耐エロージョン特性がより一層
優れていることが確認された。
験片は従来のものよりも耐エロージョン特性がより一層
優れていることが確認された。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るター
ビンノズルは、その母材に５０μｍ〜７０μｍ粉末粒径
のアルミナを大気圧プラズマ溶射し、０．０５〜０．２
０mmのアルミナ皮膜厚さに形成し、さらにアルミナ溶射
の母材を、塩浴法により１００％無水硼砂（Ｎａ2 Ｂ4
Ｏ7 ）と１０％炭化硼素（Ｂ4 Ｃ）との混合浴液に浸漬
し、ノズル翼材の硼化物層の厚みを６０μｍ〜１００μ
ｍに被覆形成し、また中間層としてのＦｅＢとＦｅ2 Ｂ
との比率を０．５：９．５で形成したので、従来よりも
より一層耐エロージョン特性を向上させることができ、
その結果、タービンノズルの運転時間を格段に延長させ
ることができた。
ビンノズルは、その母材に５０μｍ〜７０μｍ粉末粒径
のアルミナを大気圧プラズマ溶射し、０．０５〜０．２
０mmのアルミナ皮膜厚さに形成し、さらにアルミナ溶射
の母材を、塩浴法により１００％無水硼砂（Ｎａ2 Ｂ4
Ｏ7 ）と１０％炭化硼素（Ｂ4 Ｃ）との混合浴液に浸漬
し、ノズル翼材の硼化物層の厚みを６０μｍ〜１００μ
ｍに被覆形成し、また中間層としてのＦｅＢとＦｅ2 Ｂ
との比率を０．５：９．５で形成したので、従来よりも
より一層耐エロージョン特性を向上させることができ、
その結果、タービンノズルの運転時間を格段に延長させ
ることができた。
【図１】本発明に係るタービンノズルのノズル翼材の断
面を模式的に示す図。
面を模式的に示す図。
【図２】ノズル翼を通過する異物の軌跡を模式的に示す
図。
図。
【図３】ノズル翼および動翼を通過する異物の軌跡を模
式的に示す図。
式的に示す図。
１ａ．１ｂ．１ｃ ノズル翼 ２ａ，２ｂ 前縁 ３ 腹側 ４ 背側 ５ 後縁 ６ａ，６ｂ 動翼 ７ 前縁 ８ 背側 １０ 母材 １１ 硼化物層 １２ 表面層 １３ 中間層 １４ 鋸歯状晶
Claims (10)
- 【請求項１】 ノズル翼材に硼化物層を被覆したタービ
ンノズルにおいて、硼化物層は上記ノズル翼材に対し、
６０μｍ〜１００μｍの厚みに被覆形成したことを特徴
とするタービンノズル。 - 【請求項２】 ノズル翼材は、マルテンサイト系１２ク
ロム鋼であることを特徴とする請求項１記載のタービン
ノズル。 - 【請求項３】 硼化物層は、表面層をＡｌ2 Ｏ3 および
Ａｌ2 Ｂの組成で形成するとともに、中間層をＦｅ2 Ｂ
およびＦｅＢの組成で形成したことを特徴とする請求項
１記載のタービンノズル。 - 【請求項４】 Ｆｅ2 ＢおよびＦｅＢで組成した中間層
は、Ｆｅ2 ＢとＦｅＢとの比率を９．５：０．５に形成
したことを特徴とする請求項３記載のタービンノズル。 - 【請求項５】 ノズル翼材にＡｌ2 Ｏ3 を溶射した後、
９０％無水硼砂と１０％炭化硼素との混合浴液に浸漬さ
せて硼化物層を形成するタービンノズルの硼化物被覆方
法において、上記ノズル翼材に溶射するＡｌ2 Ｏ3 の膜
厚を０．０５mm〜０．２０mmに形成することを特徴とす
るタービンノズルの硼化物被覆方法。 - 【請求項６】 ノズル翼材に溶射するＡｌ2 Ｏ3 の粒径
は、５０μｍ〜７０μｍであることを特徴とする請求項
５記載のタービンノズルの硼化物被覆方法。 - 【請求項７】 ノズル翼材に溶射するＡｌ2 Ｏ3 の気孔
率は、５〜１５％であることを特徴とする請求項５記載
のタービンノズルの硼化物被覆方法。 - 【請求項８】 ノズル翼材にＡｌ2 Ｏ3 を溶射する溶射
速度は、溶射距離１９０mm〜２１０mmに対し、６００ｍ
／ｓで行うことを特徴とする請求項５記載のタービンノ
ズルの硼化物被覆方法。 - 【請求項９】 ９０％無水硼砂と１０％炭化硼素との混
合浴液に、Ａｌ2 Ｏ3 溶射後のノズル翼材を浴中させる
浸漬時間を３０分〜６０分とし、混合浴液温度１０９０
℃の条件下で、ノズル翼材に硼化物層を被覆させること
を特徴とする請求項５記載のタービンノズルの硼化物被
覆方法。 - 【請求項１０】 ノズル翼材にＡｌ2 Ｏ3 を溶射した
後、９０％無水硼砂と１０％炭化硼素との混合浴液に浸
漬して硼化物層を形成するタービンノズルの硼化物被覆
方法において、上記ノズル翼材に硼化物層を被覆させた
後、焼戻しを行うことを特徴とする請求項５記載のター
ビンノズルの硼化物被覆方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8306546A JPH10148102A (ja) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | タービンノズルおよびその硼化物被覆方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8306546A JPH10148102A (ja) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | タービンノズルおよびその硼化物被覆方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10148102A true JPH10148102A (ja) | 1998-06-02 |
Family
ID=17958348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8306546A Pending JPH10148102A (ja) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | タービンノズルおよびその硼化物被覆方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10148102A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007083361A1 (ja) * | 2006-01-18 | 2007-07-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 耐固体粒子エロージョン性表面処理皮膜および回転機械 |
| US20110171028A1 (en) * | 2010-01-14 | 2011-07-14 | Andreas Christian Hohle | Boron-based Refractory Coating for a Wind Turbine Component |
| US20130243955A1 (en) * | 2012-03-14 | 2013-09-19 | Andritz Iggesund Tools Inc. | Process and apparatus to treat metal surfaces |
-
1996
- 1996-11-18 JP JP8306546A patent/JPH10148102A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007083361A1 (ja) * | 2006-01-18 | 2007-07-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 耐固体粒子エロージョン性表面処理皮膜および回転機械 |
| US7998581B2 (en) | 2006-01-18 | 2011-08-16 | Mitsubishi Heavy Industires, Ltd. | Solid particle erosion resistant surface treated coating and rotating machine applied therewith |
| US20110171028A1 (en) * | 2010-01-14 | 2011-07-14 | Andreas Christian Hohle | Boron-based Refractory Coating for a Wind Turbine Component |
| US8690539B2 (en) * | 2010-01-14 | 2014-04-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Boron-based refractory coating for a wind turbine component |
| US20130243955A1 (en) * | 2012-03-14 | 2013-09-19 | Andritz Iggesund Tools Inc. | Process and apparatus to treat metal surfaces |
| US8894770B2 (en) * | 2012-03-14 | 2014-11-25 | Andritz Iggesund Tools Inc. | Process and apparatus to treat metal surfaces |
| US9068260B2 (en) | 2012-03-14 | 2015-06-30 | Andritz Iggesund Tools Inc. | Knife for wood processing and methods for plating and surface treating a knife for wood processing |
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