專利名稱：渦輪機葉片、使用該渦輪機葉片的渦輪機轉(zhuǎn)子和蒸汽渦輪機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于新的渦輪機葉片、使用該渦輪機葉片的渦輪機轉(zhuǎn)子和蒸汽渦輪機。
背景技術(shù)：
在核能或者火力發(fā)電用渦輪機等的潮濕蒸汽中使用的渦輪機動葉片的前緣部，為了防止侵蝕，安裝有防蝕片(沖蝕防護罩)。關(guān)于該防蝕片的安裝，例如，專利文獻I公開了使用鉻鎳鐵合金系的焊接棒通過TIG焊接將司太立合金(鎢鉻鈷合金)安裝到12Cr鋼的方法。另外，專利文獻2中公開了有高度差地加工司太立合金，從葉片的背側(cè)、腹側(cè)的兩面將鉻鎳鐵合金系的填隙材料夾入，為了提高葉片和司太立合金間的延韌性，以各I條焊道進行電子束焊接的方法。但是，TIG焊接的熱輸入量大，易于產(chǎn)生葉片部的變形，因此葉片部的彎曲修正是必要的。另外，利用有高度差地加工的司太立合金從背腹兩面進行的電子束焊接，在真空室內(nèi)的準(zhǔn)備作業(yè)需要花費大的勞力。對于電子束焊接，為了確保熔融寬度，利用電子束的振幅并擴大入射側(cè)的熔透寬度。此時，由于葉片母材和司太立合金的稀釋率上升，稀釋部的延韌性下降，因而，相對于破壞的可靠性也下降。這些提出的防蝕板的安裝方法，由于制造工時的增加，導(dǎo)致缺陷發(fā)生頻率升高，葉片的可靠性下降，因此期望進一步降低制造工時，提高葉片的可靠性的發(fā)展。(現(xiàn)有技術(shù)文獻)(專利文獻)專利文獻1:日本專利文獻特開2001 - 98349號公報專利文獻2 日本專利文獻特開平5 - 23920號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題本發(fā)明的目的在于提供防蝕板安裝部的可靠性優(yōu)異的渦輪機葉片、以及使用該渦輪機葉片的渦輪機轉(zhuǎn)子、蒸汽渦輪機。為解決課題的手段本發(fā)明的渦輪機葉片將由Co基合金構(gòu)成的沖蝕罩板經(jīng)由由N1- Fe合金構(gòu)成的填隙材料利用電子束焊接固定到由鐵系合金構(gòu)成的渦輪機長葉片的頂端前緣部。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，由于防蝕板焊接部的可靠性高的蒸汽渦輪機葉片的制造成為可能，可以實現(xiàn)葉片負荷更大的結(jié)構(gòu)，可以獲得提高蒸汽渦輪機發(fā)電設(shè)備輸出，提高效率的顯著效果。


圖1為蒸汽渦輪機長葉片的正面圖。圖2為焊接坡口部的截面圖。圖3為低壓蒸汽渦輪機的截面圖。圖4為低壓蒸汽渦輪機的截面圖。
具體實施例方式
以下，詳細說明本發(fā)明。本發(fā)明的渦輪機葉片優(yōu)選通過I條焊道的電子束焊接進行固定，進行固定時，在焊接坡口部設(shè)置具有比渦輪機葉片、罩部各自的厚度大的厚度的凸部，優(yōu)選使用具有與凸部大致相等的厚度的填隙材料。在以電子束焊接進行固定時，優(yōu)選具有電子射線的入射側(cè)的填隙材料的寬度寬的坡口形狀。另外，通過使填隙材質(zhì)為含70%以上的Ni的N1- Fe合金，可以抑制鐵系葉片材料和Co基合金罩材料的稀釋部的有害相成分。低壓蒸汽渦輪機的最終段葉片材質(zhì)優(yōu)選為作為渦輪機葉片而大多采用的鐵系材料的12% Cr不銹鋼、或者析出硬化型不銹鋼。特別地，作為12% Cr系馬氏體鋼，優(yōu)選地，含有O. 14 O. 40%、優(yōu)選為O. 19 O. 40%的C ;0· 5%以下的Si ;1· 5%以下的Mn ；2
3.5%的Ni ;8 13%的Cr ;L 5 4%的Mo ;合計為O. 02 O. 3%的Nb和Ta的一種以上；O. 05 O. 35 %的V ;以及O. 04 O. 15 %的N。進一步地，優(yōu)選為含有O. 20 O. 40 %的C和1. 5 3. 5%的Mo、或者含有O. 14 O. 19%的C和2. O 3. 5%的Mo的組合。防蝕板為耐磨損性優(yōu)異的Co基合金的司太立合金，以重量計具有25 30%的Cr、1. 5 7. 0%的W、0. 5 1. 5%的C。填隙材質(zhì)優(yōu)選為延性高的N1- Fe合金，在司太立合金出現(xiàn)裂紋時，抑制向母材的裂紋傳播的功能是必要的。由于填隙材料與母材及司太立合金稀釋，在母材和司太立合金的稀釋率高的情況下，在凝固界面形成共晶碳化物，使延韌性下降，因此，優(yōu)選含有70%以上的Ni。由于在電子束的入射側(cè)，母材及司太立合金的稀釋率高，所以，優(yōu)選增大入射側(cè)的填隙寬度，使厚度方向的稀釋率大致相等。本發(fā)明的低壓蒸汽渦輪機的轉(zhuǎn)速為3000rpm或者3600rpm，前述動葉片左右對稱地具有各5段以上，優(yōu)選為6段以上，進一步優(yōu)選地為8 10段，是將初段埋設(shè)于前述轉(zhuǎn)子軸中心部的雙流結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地，前述轉(zhuǎn)子軸的軸承中心間距離(L)為6500mm以上(優(yōu)選為6600 7500mm)。葉片部長度為初段90mm以上，最終段具有前述的長度。優(yōu)選地，前述轉(zhuǎn)子軸由該轉(zhuǎn)子軸內(nèi)中心部的室溫的O. 02%屈服強度為80kg / mm2以上，O. 2%屈服強度為87. 5kg / mm2以上，或者拉伸強度為92kg / mm2以上和FATT為一5°C以下，或者20°C的V型切口沖擊值為IOkg · m / cm2以上的貝氏體鋼構(gòu)成。低壓蒸汽渦輪機的最終段葉片為了承受高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的高的離心力和振動應(yīng)力，必須拉伸強度高且循環(huán)疲勞強度高。如果12%Cr系馬氏體鋼存在有害的δ鐵素體，則使疲勞強度顯著地降低，因此，作為完全回火馬氏體組織，以實際上不含有δ鐵素體相的方式實施，作為調(diào)質(zhì)熱處理，在焊接、鍛造后，優(yōu)選地，在1000 1100°C(優(yōu)選為1000 1055°C)進行加熱保持O. 5 3小時后急速冷卻到室溫的(特別地優(yōu)選為油淬火)淬火，接下來，實施在540 620°C回火，特別地在540 570°C優(yōu)選加熱保持I 6小時后冷卻到室溫的第I次回火，和在560 590°C優(yōu)選加熱保持I 6小時后冷卻到室溫的第2次回火的2次以上的回火熱處理。第2次回火溫度優(yōu)選比第I次回火溫度高，特別地優(yōu)選為高10 30°C，更加優(yōu)選為高15 20°C。另外，優(yōu)選地，為了進一步完全分解殘留奧氏體，實施冷卻到干冰或液氮的溫度的深冷處理。低壓渦輪機的最終段葉片部長度適用于相對于3600rpm為882mm (35.8”)、952. 5mm (37. 5”)、1016mm (40”)、1067mm (42，，)，以及相對于 3000rpm 為 1092mm (43，，)、1168. 4mm (46”)、1219. 2mm (48”)、1270mm (50”)。低壓蒸汽渦輪機的最終段葉片的葉片部的寬度方向的傾斜在植入部附近相對于轉(zhuǎn)軸的軸向大致平行，葉片部頂端相對于前述軸向優(yōu)選為65 85度傾斜，更優(yōu)選為70 80度。優(yōu)選地，為對于3000rpm，其葉片部長度為43英寸以上或者對于3600rpm，其葉片部長度為37. 5英寸以上，對于43英寸以上，植入部為9根以上，以及，對于37. 5英寸以上，植入部為7根以上的叉型或者具有4段以上的突起的倒置圣誕樹型。優(yōu)選地，相對于前述葉片部頂端的寬度的植入部寬度為2.1 2. 5倍。優(yōu)選地，其植入部為叉型，向轉(zhuǎn)子軸的固定用銷插入孔設(shè)為多段，該插入孔的直徑的前述葉片部側(cè)比其相反側(cè)大。低壓蒸汽渦輪機轉(zhuǎn)子軸以重量計優(yōu)選為具有O. 2 O. 3%的C、0. 15%以下的S1、O. 25% 以下的Μη、3· 25 4. 5% 的N1、l. 6 2. 5% 的 Cr、0. 25 O. 6% 的Μο、0· 05 O. 25%的V，92. 5%以上的Fe的完全回火貝氏體組織的低合金鋼，優(yōu)選地通過與前述的高壓、中壓轉(zhuǎn)子軸同樣的制造方法制造。特別優(yōu)選地，使用Si量在O. 05%以下、Mn在O. 1%以下、其他P、S、As、Sb、Sn等的雜質(zhì)盡可能低的原料，優(yōu)選地，使用以使總量在O. 025%以下，優(yōu)選為O. 015%以下的方式被采用的原材料的雜質(zhì)少的材料的超凈化制造。優(yōu)選為，P、S分別在O. 010%以下，Sn、AS在O. 005%以下，Sb在O. 001%以下。本轉(zhuǎn)子軸優(yōu)選為其中心部的室溫的O. 02%屈服強度在80kg / mm2以上，O. 2%屈服強度在87. 5kg / mm2以上或者拉伸強度在92kg / mm2以上及FATT在一 5°C以下，或者20°C的V型切口沖擊值在IOkg ·ι / cm2以上的貝氏體鋼。在本發(fā)明的轉(zhuǎn)子軸中，相對于具有中心孔的情況作為最終段動葉片設(shè)為叉型的，相對于不設(shè)中心孔的情況，設(shè)為倒置圣誕樹型的。
`
優(yōu)選地，低壓渦輪機用葉片的最終段以外和噴嘴為具有O. 05 O. 2%的C、0.1 O. 5%的S1、0. 2 1. 0%的Mn、10 13%的Cr、0. 04 O. 2%的Mo的完全回火馬氏體鋼。低壓渦輪機用內(nèi)部和外部殼體均優(yōu)選為具有O. 2 O. 3%的C、0. 3 O. 7%的Si，I %以下的Mn的碳素鑄鋼。以下，說明本發(fā)明的實施方式。(實施方式I)圖1所示為利用電子束焊接安裝有防蝕板的、具有43英寸的葉片長度的渦輪機葉片。43英寸長葉片利用電渣重熔焊接法焊接制成，并進了鍛造、熱處理。鍛造為在850 1150°C的溫度范圍內(nèi)，熱處理為在1050°C下加熱保持I小時后，進行油淬火，實施在550°C下加熱保持2小時后冷卻到室溫的第I次回火、和在560°C下加熱保溫2小時后冷卻到室溫的第2次回火的兩次回火熱處理。該長葉片的金屬組織為完全回火馬氏體組織。葉片部51在植入部的厚度最大，隨著靠近頂端部逐漸變薄。葉片植入部52形成為具有9根植入部的叉型。在圖1的側(cè)面，以叉型插入銷的銷插入孔53設(shè)置為三段，與其對應(yīng)地設(shè)有凹部。銷插入孔53在葉片部側(cè)直徑最大，并逐漸變小。葉片部51，其寬度方向的傾斜相對于車軸的軸向而言，葉片植入部52大致平行，在葉片頂端部逐漸以傾斜約75度。本實施方式中的葉片植入部52的最大寬度相對于葉片部頂端的寬度大約為2. 4倍，優(yōu)選為2. 2 2. 6。附圖標(biāo)記58表示葉片部51的相對于葉片植入部52附近的連線的延長線上的寬度，為葉片部51的有效寬度，相對于葉片部頂端的寬度約為1. 79倍，優(yōu)選為1. 60 1. 85倍。圖2表示坡口部的結(jié)構(gòu)。形成葉片面和比防蝕板厚的凸部，通過使用與凸部厚度大致同等的填隙材料，不產(chǎn)生咬邊。另外，通過擴大電子束的入射側(cè)的填隙寬度使稀釋率大致均一化，使用電子束的入射側(cè)、背面?zhèn)冗M行表面彎曲實驗，其結(jié)果是入射側(cè)和背面?zhèn)鹊奶匦源笾孪嗤?。表I表示電子束焊接中使用的填隙材質(zhì)。使用含Ni70%以上的填隙材料A和含Ni約60%的填隙材料B將防蝕板電子束焊接安裝到12Cr鋼葉片上，進行焊接部的表面彎曲實驗，其結(jié)果是，使用填隙材料A裂痕發(fā)生的彎曲角度大，顯示充分的延展性，使用填隙材料B裂痕發(fā)生的彎曲角度小，延展性不充分。進行微觀組織觀察，其結(jié)果是，可以看出在使用填隙材料B的情況下，在枝晶界面由NbC代表的共晶碳化物以網(wǎng)狀析出，延展性下降。(表1)表權(quán)利要求
1.一種渦輪機葉片，其特征在于，將由Co基合金構(gòu)成的沖蝕罩板經(jīng)由由N1- Fe合金構(gòu)成的填隙材料通過電子束焊接固定到由鐵系合金構(gòu)成的渦輪機長葉片的頂端前緣部。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪機葉片，其特征在于，通過I條焊道的電子束焊接固定。
3.如權(quán)利要求1所述的渦輪機葉片，其特征在于，當(dāng)通過前述電子束焊接固定時，在焊接坡口部設(shè)有凸部，該凸部具有比渦輪機葉片、罩部各自的厚度大的厚度，采用具有與凸部同等厚度的填隙材料。
4.如權(quán)利要求1所述的渦輪機葉片，其特征在于，當(dāng)通過前述電子束焊接固定時，該渦輪機葉片具有電子射線的入射側(cè)的填隙材料的寬度寬的坡口形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的渦輪機葉片，其特征在于，前述填隙材質(zhì)為含有70%以上的Ni的Ni — Fe合金。
6.一種低壓渦輪機轉(zhuǎn)子，其特征在于，該低壓渦輪機轉(zhuǎn)子具備如權(quán)利要求1所述的渦輪機葉片。
7.—種低壓蒸汽渦輪機，其特征在于，該低壓蒸汽渦輪機具備如權(quán)利要求6所述的低壓渦輪機轉(zhuǎn)子。
8.一種蒸汽渦輪機發(fā)電設(shè)備，其特征在于，該蒸汽渦輪機發(fā)電設(shè)備具備如權(quán)利要求7所述的低壓蒸汽渦輪機。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供防蝕板接合部的可靠性優(yōu)異的渦輪機葉片、和使用其的渦輪機轉(zhuǎn)子、蒸汽渦輪機。本發(fā)明的渦輪機葉片，將由Co基合金構(gòu)成的沖蝕罩板經(jīng)由由Ni－Fe合金構(gòu)成的填隙材料通過電子束焊接固定到由鐵系合金構(gòu)成的渦輪機長葉片的頂端前緣部。優(yōu)選地，當(dāng)由前述電子束焊接固定時，在焊接坡口部設(shè)有凸部，該凸部具有比渦輪機葉片、罩部各自的厚度大的厚度，使用具有與凸部同等厚度的填隙材料。
文檔編號F01D5/28GK103061825SQ20121039546
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者新井將彥, 土井裕之, 依田秀夫, 田中勝巳 申請人:株式會社日立制作所