侵蚀防止方法以及具有侵蚀防止部的构件技术

本发明专利技术对于涡轮转子叶片等对象构件的容易发生侵蚀的部位，可以确保在制造时和使用环境下的可靠性，并廉价地赋予侵蚀防止功能。在涡轮转子叶片等对象构件（１）于使用环境下容易发生因液滴和固体粒子所引起的侵蚀的部位，采用激光堆焊奥氏体组织材料的下层（低硬质层）（２）和比该下层（２）硬的硬质的司太立合金等硬质材料的上层（硬质层）（３），从而形成上下２层结构的侵蚀防止部（４）。一边通过焊接材料供给机构（５）以棒或粉末等状态供给奥氏体组织材料和硬质材料，一边由激光光源（６）进行激光照射，从而实施通过激光进行的堆焊。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种对于在使用环境下、具有容易发生因液滴和固体粒子所引起的侵蚀(erosion)的部位的各种构件，用于防止该部位发 生侵蚀的方法，特别涉及一种在涡轮机内使用的涡轮叶片等的侵蚀防 止方法。
技术介绍
一般地说，在涡轮机内使用涡轮叶片等构件。图9是表示蒸气涡 轮机的构造的剖视图，图9中的符号901为主蒸气管，902为再热蒸 气管，903为涡轮转子，904为低压外部汽缸，906为连通管(crossover pipe)。低压内部汽缸905被收纳在低压外部汽缸卯4的内部，在该 低压内部汽缸905的内侧配置有涡轮转子叶片(涡轮动叶片)907和 涡轮静叶片908。在这样的涡轮机内使用的涡轮转子叶片907和涡轮静叶片908等 构件处于因蒸气中含有的水滴或氧化皮的微粉而容易受到侵蚀的侵 蚀环境下。特别是在涡轮驱动用蒸气中混有水滴的后段，在该水滴的 作用下，有可能在涡轮叶片上发生严重的侵蚀。另外，涡轮后方的叶 栅由于使用叶片长度较大的涡轮叶片，所以周向速度增大，容易形成 苛刻的侵蚀环境。这样的涡轮叶片的侵蚀也存在因侵蚀引起的薄壁化 问题，而以侵蚀部位为起点的疲劳破坏也是过去蒸气涡轮机发生事故 的原因，因此，发生疲劳破坏的危险是非常令人畏惧的。对于容易受到这样的涡轮叶片等的侵蚀的构件，为了提高其耐久 性并确保安全性，以往采取了各种各样的侵蚀防止对策。特别地，针 对涡轮叶片提出了以下的方法如在预想发生侵蚀的部位局部地实施 使用火焰或高频的淬火的方法，采用钎焊或焊接安装整形为叶片形状 的司太立合金(Stdlite)等硬质材料的锻造产品的方法，采用等离子 焊接直接堆焊在叶片主体上的方法等。5而且近年来，人们提出了使用电子束或激光这一 105W，cn^以 上的高能密度热源的低热量输入的堆焊方法(例如参照专利文献1)。 其中，使用电子束的焊接方法在涡轮叶片的侵蚀防止方面取得了许多 实际的成果，将锻造司太立合金焊接在涡轮转子叶片上的方法从1970 年代起被广泛地使用。另外，使用激光的焊接方法从90年代起进行 试验研究，适用于将1 2mm左右的司太立合金层堆焊在叶面上的方 式。根据这样的使用电子束或激光的堆焊方法，由于是低热量输入， 因而能够将构件的劣化和变形抑制在最小限度，而且在构件上仅形成 堆焊部即可。因此，作为施加在构件上的负荷较小、可以廉价地赋予 部件以侵蚀防止功能的方法是有效的。具体地说，正如专利文献1所 记载的那样，将作为钴基硬质材料的司太立合金直接堆焊在叶片形状 的母材上已经得以实用化。如上所述，容易受到侵蚀的构件的侵蚀防止方法在构件耐久性的 提高、确保装有构件的设备的稳定性和安全性方面是不可缺少的技 术，时常期待对该技术加以改进。特别在处于苛刻侵蚀环境下的涡轮 叶片中，对于在其顶端部附近的周向速度较大的部分、周边部等每单 位体积的表面积较大的部分、或者构件厚度较薄的部分等地方发生的 侵蚀，人们要求采取充分的措施。其中，叶片长度较大的涡轮叶片为谋求构件的轻量化而具有减薄 叶片的壁厚的倾向，与构件的减薄相对应，往往使用高强度的材料。 高强度的材料有助于减薄构件从而使其轻量化，但存在焊接加工困难 的难题。例如在使用高强度的钢种而制造厚度设定为10mm以下的薄 涡轮叶片的情况下，在对于这样的薄构件给予较大的热量输入而进行 的淬火或回火的方法中，有可能使材料特性降低。另外，如果涡轮叶 片的厚度较薄，即便只是产生稍稍的变形，也使得对涡轮机的性能所 产生的影响增大。因此，对于侵蚀的防止，必须更加引起注意。然而，为了获得高强度的材料，除了采用淬火和回火调整强度的 钢以外，有时也使用析出强化型的17-4PH之类的钢。但在使用析出 强化型钢的涡轮叶片中，不能期待因淬火产生的硬度的改善。这是因为当如钎焊那样于80(TC以上的温度下进行处理时，将在较宽的范围内使构件的强度降低，从而不能发挥本来的材料特性。另外，作为侵蚀防止方法，采用钎焊或焊接将整形为叶片形状的司太立合金等硬质材料的锻造产品安装在必须采取侵蚀对策的部位的方法受到人们广泛的认知，但成问题的是作为硬质材料的钴基司太立合金锻造产品非常昂贵。加之司太立合金的坡口加工困难，加工成本较高，因而成为涡轮叶片制造成本上升的主要原因。作为解决热量输入量较大的焊接方法所具有的上述问题即材料的劣化和变形、进而成本增大的问题的方法，正如上述专利文献1等 所记载的那样， 一般认为采用电子束或激光这一高密度能量的堆焊方 法是有效的。然而，业已指出以往的堆焊方法存在以下的课题，即司太立合金通常含有1.0wt。/。左右的大量的碳，所以即便是低热量输入，也因焊 接而使母材与司太立合金层混杂在一起，由此将形成复杂的碳的稀释 层。该碳的稀释层在堆焊部分容易招致高温开裂，从而在焊接施工方 面并不是优选的。另外，除了形成碳的稀释层这一问题以外，如果增大司太立合金 的堆焊量，则因堆焊引起的收縮的残余应力(拉伸残余应力)增大， 而该残余应力难以在焊接后的热处理中得到大幅度的改善，往往在涡 轮的运行环境下，起因于残余应力而发生堆焊部分的端部剥离之类的 开裂、或在焊接金属部的开裂。而且如果使用激光而实施司太立合金的堆焊，则司太立合金的焊 接金属部的硬度与通常的锻造产品相比，将显示非常大的值。例如， 在使用司太立合金No.6的情况下，锻造产品以洛氏硬度C规格(HRC) 计为35到40左右，与此相对照，使用激光的堆焊部则显示50以上 的较高值。也就是说，由于使用激光的堆焊部极硬，所以焊接部的开 裂敏感性也处于较高的状态。这样的堆焊部的硬度上升使强度得以提 高，但相反却伴随着延展韧性的降低。也就是说，堆焊部的硬度反而 助长了堆焊部分的端部剥离之类的开裂、或在焊接金属部的开裂的发 生。7如上所述，在现有技术中有待开发一种对于涡轮叶片等具有容易 发生侵蚀的部位的构件，能够以低成本防止侵蚀、且侵蚀防止部分不 会产生裂纹等而施工效率良好的侵蚀防止技术。专利文献1:特开平9-31436
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述的情况而提出的，其目的在于对于具有容易发生侵蚀的部位的涡轮叶片等构件，提供一种能够廉价且切实地赋予 侵蚀防止功能、并且在制造时和使用时能够稳定地发挥侵蚀防止功能的经济性和可靠性优良的侵蚀防止方法；进而提供一种通过采用这样 的方法而具有廉价且稳定的侵蚀防止部的构件。为了实现上述的目的，本专利技术的第1侵蚀防止方法是一种在侵蚀 环境下使用的构件的侵蚀防止方法，其特征在于在对象构件的侵蚀 防止对象部位的母材上，通过使用高密度能量照射的堆焊而形成奥氏 体组织材料的下层和比该下层硬的硬质材料的上层，从而设置层叠结 构的侵蚀防止部。另外，本专利技术的第2侵蚀防止方法是一种在侵蚀环境下使用的构 件的侵蚀防止方法，其特征在于通过高密度能量照射而使硬质材料 的粉末熔融，从而进行堆焊以形成硬质层，并且将所述构件的一部分 局部地置换成所述硬质层，从而设置侵蚀防止部。另外，本专利技术的具有侵蚀防止部的构件是以采用上述的侵蚀防止 方法而形成侵蚀防止部为特征的构件。根据本专利技术的第1侵蚀防止方法，其在对象构件的使用环境下容 易发生因液滴和固体粒子产生的侵蚀的部位，通过使用高密度能量照 射的堆焊，不是直接在对象构件的母材上形成硬质层，而是使奥氏体 组织层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种侵蚀防止方法，其是在侵蚀环境下使用的构件的侵蚀防止方法，其特征在于：在对象构件的侵蚀防止对象部位的母材上，通过使用高密度能量照射的堆焊而形成奥氏体组织材料的下层和比该下层硬的硬质材料的上层，从而设置层叠结构的侵蚀防止部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：上村健司，椎原克典，村上格，浅井知，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]