JPS61112702A - 蒸気タ−ビンロ−タの被覆層形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は蒸気タービンロータに低合金被覆層を形成する
方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕

近年蒸気タービンの高効率化１大容量化に伴って、より
高温、高応力に耐えるタービンが設計され、そのためタ
ービンロータの素材も高圧タービン、中圧タービンにお
いてはクロム１モリブデン・バナジウム鋼のような低合
金鋼から１２％クロム鋼のような高合金鋼への材料変更
が必要となっている。

しかしながら１２％クロム鋼をロータ材として使用する
場合、１２チクロム鋼の熱伝導率が低いことや、表面に
生成されたクロム炭化物などが原因で、軸受メタルと接
触する軸受ジャーナル部などにおいて焼付き、かじりな
どが発生するという問題が生ずる。

この問題を解決するために従来焼付き、かじりなどを発
生する部分のロータ材表面に被覆層を形成してこれらの
欠陥を防止する手段がとられている。第１図は要部のみ
を断面で示したロータ材の外観図であって、例えば軸受
ジャーナル部のロータ材基部１の表面に低合金鋼からな
る被覆層２を形成しである。このような被覆層を設ける
ために従来上として次の三つの方法が用いられている。

１）低合金鋼でつくられたスリーブを嵌め込む。

２）低合金鋼を用いてオーツ（レイ溶接を施こす。

３）低合金鋼を溶射する。

しかし、これらの方法にもそれぞれ欠点があり、スリー
ブを一体として所定の位置に嵌め込むためにはロータ軸
端のカップリング７ランジ部３に妨げられるのでロータ
材とカップリングフランジ部３を一体構造とすることが
できなくなり、したがってカップリング７ランジ部３も
嵌め込みとしなければならず、このようなロータの構造
は強度。

耐撮動性などの点で信頼性を損うものでおる。オーバレ
イ溶接は溶接および熱処理に高度の技術と多くの時間を
要するので、他の方法に比べて経済的に不利である。金
属溶射法は形成された被覆層２とロータ材基部１との接
着強度および被覆層２自体の強度が比較的小さいために
、使用条件の荷酷な大型のロータに適用するには必ずし
も十分ではない。

このような状況においてこれら三つの方法の中で欠点の
解決が最も期待できるのは金属溶射法である。

〔発明の目的〕

本発明←台→は上述の点に鑑みてなされたものであり、
その目的は金属溶射法による問題点を解決し、ロータの
使用上十分な強度と密着性をもったロータ材への被覆層
を形成する方法を提供することにある。

〔発明の要点〕

本発明は爆発溶射法を用いて低合金鋼の被覆層を形成し
ロータ材基部との接着強度および被覆層自体の強度を高
め、しかも被覆層の厚さを少なくとも５００μｍとして
５５０〜６００℃に焼鈍して被覆層の残留応力を解放す
ることにより外力に対する抵抗力を増大したものである
。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例に基づき説明する。

先づロータ材の被覆層を形成すべき部分を十分に脱脂洗
浄した後ホーニングを施し、この部分を粗面化し活性化
させる。次にこの面に炭素０．２〜０．３％、クロム１
．０−１．５　％を含有する鋼の粉末を溶射材として爆
発溶射を行なう。爆発溶射法はアセチレンと酸素の混合
ガスによって生ずる高速燃焼エネルギーを利用して粉末
材料をコーティングする方法であって、特殊な溶射ガン
内で混合ガスが爆発した瞬間、溶射ガン内の温度は３，
３００℃以上となり、音速の約１０倍の衝撃波を発生し
、溶射ガン内に供給されている溶射材がこの爆発により
溶融状態になり音速の２倍の速さで素材に衝突し素材表
面に強固な溶射皮膜を形成するものであり、爆発溶射に
より形成される被覆層の嵌着強度および被覆層自体の強
度は溶射時の溶射材の飛翔速度の大きい程強くなる。こ
の溶射材の飛翔速度は爆発溶射では通常のガス溶射の５
〜１０倍、プラズマアーク溶射に比べても２．５〜５倍
の速度をもっている。

爆発溶射法は通常耐摩耗性の賦与、改善のために用いら
れ、したがって溶射材もその目的に応じて金属酸化物例
えばＡ’ｌ　２０５や金属炭化物、例えば０ｒ５Ｇ２な
どが主体となっているが本発明では軸受部などの焼付き
やかじりを防ぐためであるから前述のように低合金鋼を
用いるのがよく、この点通常の爆発溶射とは目的、材料
が異なる。

ロータ材への爆発溶射はロータ材を回転させ、溶射ガン
をロータ材の軸方向に移動させながら、被覆層を形成す
べき領域に順次溶射することにより行なう。この際溶射
ガンの１回の爆発によって形成されるコーティング被膜
の厚さは数μｍ程度であるから、爆発を繰り返すことに
より、この数μｍの被膜を積層させ、最終的に必要な被
覆層の厚さとすることができる。かくして得られた被覆
層は他の溶射法では得られない高硬度、高接着強度。

高密度をもつようになるが、爆発溶射法では被覆層の厚
さとともに増加する被覆層内の残留応力によって、被覆
層の外力に対する抵抗力が減少し被覆層が見掛は上膜化
するため、一般に被覆層は実用土の最大厚さとして２５
０μｍ付近に止めておくのが普通である。この残留応力
は主として溶射材の粒子が素材に高速で衝突して喰い込
む結果楔作用によって発生する圧縮応力である。

しかしながら本発明においては大型のロータに対処せね
ばならぬから、被覆層の厚さを２５０μｍ程度に止める
ことなく少くとも５００μｍとする必要がある。この際
発生する残留応力は、溶射終了後、被覆層またはロータ
材基部を含む被覆層をロータ材の焼戻し温度を越えない
範囲５５０〜６００℃に加熱し焼鈍することにより解放
されるので、被覆層の厚さを少くとも５００μｍ以上と
することは可能であり、この焼鈍の結果被覆層の外力に
対する抵抗性を増すことができる。

このような焼鈍による残留応力除去効果は通常の高温に
おける材料の降伏による焼鈍効果゛に加え−て、本発明
の場合はロータ材基部の１２％クロム鋼の方が溶射材の
低合金鋼に比べて熱膨張係数が小さいために、焼鈍後の
冷却時に発生する被覆層の引張り残留応力が、被覆層を
形成する際に生じてここに残留していた圧縮応力の一部
を相殺する効果に基づくものである。

このように本発明では通常行なわれている金属酸化物や
金属炭化物を鼎射材とする耐摩耗性の被覆層を形成する
爆発溶射ではみられない５００μｍ以上の厚さをもった
被覆層を設けることができるが、その厚さの上限はロー
タ材の使用条件を堪案して実状に最も好ましい厚さとす
ればよく、爆発溶射による被膜の積層を繰り返し行なう
ことによって得られる。得られた被覆層は焼鈍冷却後最
終仕上げ寸法に加工する。

〔発明の効果〕

以上実施例で説明したように、蒸気タービンの大型化を
指向して用いられる１２チクロム鋼からなるロータ材の
軸受ジャーナル部などに生ずる焼付きやかじりを防ぐた
めに、本発明によれば該当する部分のロータ材表面に、
低合金鋼を溶射材とし高エネルギーで溶射材の飛翔速度
の極めて速い爆発溶射法を用いて、通常の爆発溶射では
みられない５００μｍ以上の厚ぢをもった被覆層を形成
することにより、接着強度および被覆層自体の強度を高
めるとともに、被覆層に生ずる残留応力をロータ基材と
溶射材との材料特性を巧みに利用した焼鈍を施すことに
より除去し、被覆層の脆化をなくしているので、本発明
は使用条件の荷酷な大型ロータに適用して大きな効果を
もたらすものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は要部のみを断面で示したロータ材の外観図であ
る。 １・・ロータ材基部、２・・・被覆層、３・・・カップ
リング７ランジ部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）蒸気タービンロータの所定の表面に被覆層を形成す
   る方法において、少なくとも５００μｍの厚さを有する
   低合金鋼を爆発溶射した後、応力除去焼鈍を施すことを
   特徴とする蒸気タービンロータの被覆層形成方法。 ２）特許請求の範囲第１項記載の方法において、ロータ
   の素材は１２％クロム鋼を用いることを特徴とする蒸気
   タービンロータの被覆層形成方法。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法にお
   いて、低合金鋼は炭素０．２〜０．３％、クロム１．０
   〜１．５％を含有するものを用いることを特徴とする蒸
   気タービンロータの被覆層形成方法。 ４）特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
   載の方法において、応力除去焼鈍の温度は５５０〜６０
   ０℃とすることを特徴とする蒸気タービンロータの被覆
   層形成方法。