蒸汽輪機及其表面處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供抑制了通過噴丸硬化施加的壓縮殘留壓力的效果的降低以及處理的煩雜化并且對環(huán)境促進開裂的耐性高的蒸汽輪機及其表面處理方法。解決手段如下：在構(gòu)成蒸汽輪機(100)的結(jié)構(gòu)體的轉(zhuǎn)子(1)與動葉片(2)的嵌合部(12)的表面上，形成通過噴丸硬化被施加了壓縮殘留應(yīng)力的壓縮應(yīng)力層(14)，進而以覆蓋壓縮應(yīng)力層(14)的表面的方式鍍覆而形成被覆層(15)。
【專利說明】
蒸汽輪機及其表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)電設(shè)備等中的蒸汽輪機及其表面處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]設(shè)置于發(fā)電設(shè)備等的蒸汽輪機暴露于氧化性氣氛或高熱氣氛等的腐蝕性流體中，因此這些結(jié)構(gòu)物上所使用的金屬類除了貴金屬以外都會被腐蝕或被氧化。因此，考慮設(shè)定的環(huán)境下的腐蝕速度、氧化速度來對這些結(jié)構(gòu)物進行設(shè)計以使得持續(xù)整個壽命而維持規(guī)定的強度、機能。但是，由于在設(shè)計階段無法設(shè)定全部事項，因此有的時候，由于設(shè)定外的運轉(zhuǎn)運行方法、環(huán)境的變化或者新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)等，腐蝕、氧化的進行變得顯著。
[0003]例如，用于連接構(gòu)成蒸汽輪機的結(jié)構(gòu)體的嵌合部存在縫隙，而且有時由于運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心載荷而成為應(yīng)力集中部，可能會產(chǎn)生由應(yīng)力腐蝕開裂、腐蝕疲勞等所代表的環(huán)境促進開裂。一旦產(chǎn)生環(huán)境促進開裂，就必須停止運行以進行檢查、維修，可能會對穩(wěn)定的電力供給造成妨礙。
[0004]關(guān)于環(huán)境促進開裂，已知應(yīng)力、材料、環(huán)境這3個因素，通過改善這些因素的影響可以期待抑制環(huán)境促進開裂。例如，關(guān)于應(yīng)力，可以考慮使用避免應(yīng)力集中的形狀、結(jié)構(gòu)，關(guān)于材料，可以考慮使用耐力降低而應(yīng)力腐蝕開裂敏感性低的材料，關(guān)于環(huán)境，可以考慮對嵌合部進行被覆或填充，或者設(shè)置密封部以使蒸汽輪機內(nèi)的蒸汽不侵入嵌合部。
[0005]作為涉及降低環(huán)境促進開裂的一個因素、即應(yīng)力對蒸汽輪機的影響的技術(shù)，例如，在專利文獻(xiàn)I (日本實開昭61-95904號公報)中公開了如下技術(shù):在轉(zhuǎn)子盤的外周部綿密地排列多個動葉片并構(gòu)成為一體，轉(zhuǎn)子盤具備在周向上排列的楔形榫頭，動葉片具備與該楔形榫頭對置的楔形榫槽，通過使楔形榫槽與上述轉(zhuǎn)子盤的楔形榫頭配合，從而使轉(zhuǎn)子盤與動葉片成為一體，其中，通過噴丸硬化對轉(zhuǎn)子盤的楔形榫頭施加壓縮殘留應(yīng)力。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)I:日本實開昭61-95904號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明所要解決的課題
[0010]但是，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，存在下述問題。
[0011]S卩，在通過噴丸硬化對轉(zhuǎn)子的動葉片安裝用槽部施加壓縮殘留應(yīng)力的情況下，有時會出現(xiàn)尺寸的變化、表面硬化層的形成或粗糙表面等，而這些成為耐腐蝕性降低的主要因素(即，促進環(huán)境因素引起的環(huán)境促進開裂)，因此在噴丸硬化后需要實施機械磨削來將它們除去。但是，在噴丸硬化后實施機械磨削不僅繁雜，而且存在好不容易形成的壓縮應(yīng)力層變薄，壓縮殘留應(yīng)力的效果也變小的問題點。
[0012]本發(fā)明是鑒于上述而完成的，其目的在于提供抑制了通過噴丸硬化施加的壓縮殘留壓力的效果的降低以及處理的煩雜化并且對環(huán)境促進開裂的耐性高的蒸汽輪機及其表面處理方法。
[0013]用于解決課題的手段
[0014]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的蒸汽輪機具備:在構(gòu)成蒸汽輪機的結(jié)構(gòu)體的表面上通過噴丸硬化被施加了壓縮殘留應(yīng)力的壓縮應(yīng)力層；以及以覆蓋上述壓縮應(yīng)力層的表面的方式鍍覆而形成的被覆層。
[0015]發(fā)明的效果
[0016]能夠提供抑制了通過噴丸硬化施加的壓縮殘留壓力的效果的降低以及處理的煩雜化并且對環(huán)境促進開裂的耐性高的蒸汽輪機及其表面處理方法。
【附圖說明】
[0017]圖1是第I實施方式的蒸汽輪機的包括旋轉(zhuǎn)軸的面的縱剖面圖。
[0018]圖2是抽出圖1中的A部分的結(jié)構(gòu)的一部分并進行放大顯示的立體圖。
[0019]圖3是示意性地表示轉(zhuǎn)子輪與動葉片的嵌合部中的互相對置的面的表面部分的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0020]圖4是說明噴丸硬化中產(chǎn)生卷曲的機理的圖，是表示鋼球被打在未處理的處理對象物上的狀態(tài)的圖，
[0021]圖5是說明噴丸硬化中產(chǎn)生卷曲的機理的圖，是表示鋼球被打在凹陷中的狀態(tài)的圖。
[0022]圖6是說明噴丸硬化中產(chǎn)生卷曲的機理的圖，是表示形成了卷曲和凹陷的狀態(tài)的圖。
[0023]圖7是表示實施了各鍍覆處理的試片的極化曲線的圖。
[0024]圖8是表示實施了各鍍覆處理的試片中的開裂的耐應(yīng)變特性試驗的結(jié)果的圖。
[0025]圖9是表示應(yīng)力腐蝕開裂敏感性試驗中的試驗結(jié)果的圖。
[0026]圖10是將應(yīng)力腐蝕開裂敏感性試驗中使用的試片的條件整理為表格形式得到的圖。
[0027]圖11是將圖9所示的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性試驗的試驗結(jié)果整理為表格形式得到的圖。
[0028]圖12是示意性地表示第2實施方式的轉(zhuǎn)子輪與動葉片的嵌合部中的互相對置的面的表面部分的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0029]圖13是抽出圖1中的B部分的結(jié)構(gòu)的一部分并進行擴大顯示的立體圖。
[0030]符號的說明
[0031 ] I —轉(zhuǎn)子，2—動葉片，3—殼體，4一靜葉片，11一轉(zhuǎn)子輪，12、212、312—嵌合部，13、23—鉤子，14一壓縮應(yīng)力層，15、215—被覆層，16、21—卷曲，17、22—凹陷，18—處理對象物，19 一鋼球，30—護罩蓋，31 —禪頭，100—蒸汽輪機，101 —蒸汽。
【具體實施方式】
[0032]下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。
[0033]第丨實施方式
[0034]參照圖1至圖11來說明本發(fā)明的第I實施方式。
[0035]圖1是第I實施方式的蒸汽輪機的包括旋轉(zhuǎn)軸的面的縱剖面圖。此外，圖2是抽出圖1中的A部分的結(jié)構(gòu)的一部分并進行放大顯示的立體圖。
[0036]在圖1及圖2中，蒸汽輪機100大致包括:作為旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)子I;圍繞轉(zhuǎn)子I的軸安裝的多個動葉片2;用于對被供給到蒸汽輪機100的蒸汽101進行整流從而有效地供給至動葉片的靜葉片4;以及以包圍這些部件的方式配置的殼體3。
[0037]在轉(zhuǎn)子I上，沿軸向形成有多個多級圓板狀的轉(zhuǎn)子輪11。在各轉(zhuǎn)子輪11的外周上沿周向緊挨著配置有多個動葉片2。
[0038]如圖2所示，轉(zhuǎn)子輪11與動葉片2在嵌合部12中結(jié)合。作為嵌合部12的結(jié)構(gòu)，可以考慮多種嵌合方式，但在本實施方式中，關(guān)于使用切線進入(tangential entry)結(jié)構(gòu)的情況進行說明，該切線進入結(jié)構(gòu)是在轉(zhuǎn)子輪11的周向上設(shè)置樹形槽，并且在動葉片2側(cè)也設(shè)置對應(yīng)的樹形槽，對兩者的樹形槽進行嵌合的結(jié)構(gòu)。
[0039]在嵌合部12中，由轉(zhuǎn)子輪11的樹形槽形成的鉤子13與由動葉片2的樹形槽形成的鉤子23嵌合，由此，轉(zhuǎn)子輪11(即轉(zhuǎn)子I)與動葉片2—體地構(gòu)成。
[0040]圖3是示意性地表示轉(zhuǎn)子輪與動葉片的嵌合部中的互相對置的面的表面部分的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0041]在圖3中，嵌合部12的表面部具備:通過噴丸硬化被施加了壓縮殘留應(yīng)力的壓縮應(yīng)力層14;以及以覆蓋壓縮應(yīng)力層14的表面的方式鍍覆而形成的、具有耐腐蝕性的被覆層15。
[0042]這里，關(guān)于嵌合部12的表面部的具體形成方法的一例進行說明。此外，雖然在這里關(guān)于轉(zhuǎn)子I進行說明，但關(guān)于動葉片2的嵌合部12也使用同樣的形成方法。
[0043]就轉(zhuǎn)子I而言，通過對具有規(guī)定的化學(xué)組成及機械特性的鑄塊進行機械磨削，從而形成軸承部和轉(zhuǎn)子輪11。此時，在轉(zhuǎn)子輪11上高精度地加工形成嵌合部12的樹形槽。接著，對表面進行脫脂清洗，然后通過噴丸硬化處理在嵌合部12的表面部形成壓縮應(yīng)力層14。由于嵌合部12具有樹形槽(形成為樹形狀)，因此使用前端形成為鉤狀的噴嘴以便盡可能相對于嵌合面成直角地對噴射物進行噴射。此外，雖然在這里省去了噴丸硬化處理的條件的細(xì)節(jié)，但以阿爾門弧高成為規(guī)定的尺寸為目的來決定噴射物的材質(zhì)、尺寸、噴射壓力、投射角度等。接著，噴丸硬化處理后，通過噴射壓縮空氣來除去廢物、金屬肩，再次進行脫脂清洗。然后，通過鍍覆處理在通過脫脂清洗被洗凈的嵌合部12的表面部形成具有耐腐蝕性的被覆層15。
[0044]首先，關(guān)于形成在嵌合部12的表面部的壓縮應(yīng)力層14進行詳細(xì)說明。
[0045]在壓縮應(yīng)力層14上，在通過噴丸硬化處理被施加壓縮殘留應(yīng)力的過程中，有時會形成卷曲16、凹陷17等。
[0046]圖4至圖6是說明噴丸硬化中產(chǎn)生卷曲的機理的圖，圖4是表示鋼球被打在未處理的處理對象物上的狀態(tài)的圖，圖5是表示鋼球被打在凹陷中的狀態(tài)的圖，圖6是表示形成了卷曲和凹陷的狀態(tài)的圖。
[0047]為了在噴丸硬化處理中使鋼球19的噴射打在處理對象物18(相當(dāng)于嵌合部12的表面部)上，從而在處理對象物18的表面上形成凹陷22(相當(dāng)于凹陷17)(參照圖4)。進而，若鋼球19的噴射沖擊到凹陷22的內(nèi)周部(凹陷口)(參照圖5 )，則在凹陷口周邊產(chǎn)生卷曲21 (相當(dāng)于卷曲16)(參照圖6)。鋼球19的噴射針對處理對象物的入射角越淺(越接近O度)，該卷曲21的產(chǎn)生頻率越傾向于升高。另外，越是投入了鋼球19的噴射的處理對象物的曲率如嵌合部12那樣小的情況，卷曲21的產(chǎn)生頻率越傾向于升高。
[0048]下面，關(guān)于形成在嵌合部12的表面部的被覆層15進行詳細(xì)說明。在被覆層15的形成中，應(yīng)用鍍鎳、復(fù)合鍍鎳、鍍金、復(fù)合鍍金及鍍鉻中的任意一種。
[0049]在蒸汽輪機100的轉(zhuǎn)子輪11的嵌合部12中，通過動葉片2的離心應(yīng)力對嵌合部12施加較大的應(yīng)變。因此，需要能夠?qū)挂欢ǔ潭鹊膽?yīng)變的被覆層15(鍍層)。此外，嵌合部12暴露于溫度為80°C至130°C左右的高溫蒸汽或高溫水中。進而，隨著蒸汽輪機100的運轉(zhuǎn)時間增加，有時也會在形成于轉(zhuǎn)子輪11與動葉片2之間(嵌合部12)的約0.05_至0.2_左右的縫隙中蓄積氯離子等腐蝕性陰離子，被覆層15(鍍層)本身必須具有耐腐蝕性。
[0050]蒸汽輪機100的轉(zhuǎn)子I為小型的轉(zhuǎn)子，直徑為數(shù)1cm左右，但若為大型，則有時會達(dá)到數(shù)米。在小型的轉(zhuǎn)子I的情況下，通過遮住不需要鍍覆的部分并保持該狀態(tài)浸漬于鍍覆槽中，能夠在必要的部位得到希望的鍍覆。另外，在大型的轉(zhuǎn)子I的情況下，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)子輪11的嵌合部12能浸泡的程度的鍍覆浴槽，通過使轉(zhuǎn)子I旋轉(zhuǎn)，能夠在全周上形成鍍層?；蛘撸部梢詼?zhǔn)備僅能覆蓋嵌合部12的面包圈狀的鍍覆浴槽，并對多個轉(zhuǎn)子輪11 一個一個地進行鍍覆。此外，關(guān)于形成鍍層的手段沒有特別限制。
[0051]關(guān)于用于像這樣形成的被覆層15(鍍層)的鍍覆的性能，使用實施了各種鍍覆處理的試片，并實施耐腐蝕性試驗、開裂的耐應(yīng)變特性試驗以及應(yīng)力腐蝕開裂敏感性試驗這3種試驗。
[0052]在各試驗中，使用JISZ220114A號標(biāo)準(zhǔn)的圓棒試片作為試片。另外，關(guān)于各試驗中使用的試片的材料(基底材料)，使用作為現(xiàn)用低壓蒸汽輪機的轉(zhuǎn)子廣泛使用的3.5NiCrMoV鋼(3.5Ν?-1.75Cr-0.4Μο_0.IV_0.28C鋼)。
[0053]對試片的材料進行淬火，進行回火熱處理，進行調(diào)質(zhì)使0.2%耐力成為規(guī)定值，從而形成試片。使各試驗中使用的試片的耐力為比通常高的950MPa及850MPa這2種。
[0054]將經(jīng)熱處理調(diào)質(zhì)后的耐力850MPa的材料加工成14A號圓棒拉伸試片，該14A號圓棒拉伸試片具有20mm的平行部長度(標(biāo)距12.5mm)、3.0mm的直徑。加工后，使用丙酮及乙醇進行脫脂，然后提供給噴丸硬化。
[0055]在圓棒試片的準(zhǔn)備完成后，從圓棒試片的平行部到夾鉗部，實施噴丸硬化。主要依據(jù)JIS B2711(彈簧的噴丸硬化)來決定噴丸硬化的條件。關(guān)于噴射，使用直徑230μπι的鋼球，使用阿爾門試片A片，預(yù)先求出使弧高為0.23mm至0.25mm、覆蓋范圍為100 %的條件。使圓棒拉伸試片以一定的速度旋轉(zhuǎn)，朝向旋轉(zhuǎn)中心線進行噴射物的噴射。
[0056]在噴丸硬化處理后，對于表面，使用壓縮空氣除去廢物、金屬肩，進而使用丙酮和乙醇進行脫脂。其結(jié)果，進行X射線應(yīng)力測定的結(jié)果為:得到的壓縮殘留應(yīng)力在_60010^至_500MPa的范圍內(nèi)。此外，在通過電解研磨使表面逐漸溶解來測定壓縮應(yīng)力層14的厚度(從壓縮向拉伸變化的深度)時平均為0.4mm。
[0057]接著，對結(jié)束了噴丸硬化處理的圓棒拉伸試片的表面進行鍍覆處理。鍍覆的材質(zhì)以目前成為工業(yè)性主流的鍍電解鎳、無電解鍍鎳-磷(磷濃度約5mass%的低磷、磷濃度約8mass%的中磷、磷濃度約12mass %的高磷這3種)、鍍硬質(zhì)鉻、鍍金為對象。對結(jié)束了噴丸硬化施工的圓棒試片實施這些各種鍍覆。
[0058]另外，由于根據(jù)鍍覆的種類，其施工條件和工藝差別很大，因此沒有就所有的鍍覆給出其詳細(xì)條件和方法，但大致劃分的話，經(jīng)過前處理和鍍覆處理這2階段的工藝，實施鍍覆處理。作為前處理，例如由堿液脫脂、電解脫脂、活性化處理等工序構(gòu)成。此外，作為鍍覆處理，由沖擊鍍、主鍍、熱洗干燥等工序構(gòu)成。關(guān)于前處理及鍍覆處理中使用的各種溶液，使用市售的溶液，使鍍覆膜厚為0.5μπι至50μπι。
[0059](I)耐腐蝕性試驗
[0060]首先，對制作的試片進行鍍層本身的耐腐蝕性試驗。在耐腐蝕性的評價中使用基于電化學(xué)的極化曲線法。在測定中，對鍍覆處理后的圓棒拉伸試片安裝導(dǎo)線，浸入調(diào)制為ΡΗ4的大氣開放式檸檬酸溶液中，以100mV/min的掃描速度進行極化，測定極化期間的電量。此外，設(shè)定為不會使鍍層溶解而露出基底的電位范圍。
[0061]圖7是表示實施了各鍍覆處理的試片的極化曲線的圖。
[0062]在圖7所示的極化曲線圖中，顯示出縱軸所示的電流越小則耐腐蝕性越優(yōu)異。圖7所示的鍍覆種類中，可以被認(rèn)為耐腐蝕性最優(yōu)異的是鍍金(Au)。接下來的順序為:鍍鎳-磷(高磷型:N1-高P)、鍍硬質(zhì)鉻(硬質(zhì)Cr)、鍍鎳-磷(中磷型:N1-中P)、鍍鎳-磷(低磷型:N1-低P)、鍍電解鎳(電解Ni)。由該結(jié)果可知:鍍金的耐腐蝕性最為優(yōu)異，此外，從費用對效果的方面考慮，則鍍鎳-磷(高磷型:N1-高P)具有優(yōu)勢。
[0063](2)開裂的耐應(yīng)變特性試驗
[0064]接著，使用與耐腐蝕性試驗中使用的試片相同的試片，進行開裂的耐應(yīng)變特性試驗。這里所說的開裂為在施加了應(yīng)變時由鍍層的伸張而產(chǎn)生的機械性開裂。
[0065]在耐應(yīng)變特性試驗中，將在平行部上粘貼了應(yīng)變儀的已結(jié)束鍍覆處理的圓棒拉伸試片浸入對極化曲線進行測定的同一溶液中，并在其中緩慢地拉伸圓棒試片，以調(diào)查當(dāng)施加多少應(yīng)變時基底材料腐蝕。此外，將所浸漬的試驗溶液中含有的鐵的濃度上升了的應(yīng)變判定為基底材料腐蝕。
[0066]圖8是表示實施了各鍍覆處理的試片的開裂的耐應(yīng)變特性試驗的結(jié)果的圖，橫軸表示鍍覆種類，縱軸表示判定為基底材料開始腐蝕的應(yīng)變。
[0067]已知在圖8中，在最大的應(yīng)變下開始腐蝕的鍍覆(即耐應(yīng)變特性高的鍍覆)為鍍金(電解Au)，接下來，耐應(yīng)變特性以鍍鎳-磷(高磷型:N1-高P)、鍍鎳-磷(低磷型:N1-低P)、鍍鎳-磷(中磷型:N1-中P)、鍍電解鎳(電解Ni)、鍍硬質(zhì)鉻(硬質(zhì)Cr)的順序降低。
[0068]此外，關(guān)于鍍覆的膜厚的影響也進行了調(diào)查，但只要膜厚有Ιμπι以上，則在耐腐蝕性和耐應(yīng)變特性上不存在差異。若膜厚在IMi以下，則無論采用何種評價，鍍覆的保護作用都差。另外，還實施了如下的試驗:將對基底材料進行了各種鍍覆的板狀試片浸漬于溶解氧濃度16ppm的130 °C高溫水中5000h，調(diào)查鍍層的減薄速度。其結(jié)果，設(shè)想實際的蒸汽輪機的嵌合部12中的環(huán)境，可以推定只要鍍覆的膜厚有20μπι，則鍍層存在約10萬小時。由此，使以下實施的鍍覆膜厚為20μπι。
[0069](3)應(yīng)力腐蝕開裂敏感性試驗
[0070]接著，使用與耐腐蝕性試驗及耐應(yīng)變特性試驗中使用的試片相同的試片，針對代表環(huán)境促進開裂的應(yīng)力腐蝕開裂進行了敏感性試驗(應(yīng)力腐蝕開裂敏感性試驗)。在應(yīng)力腐蝕開裂敏感性試驗中，將試片負(fù)載于單軸恒定載荷型的應(yīng)力腐蝕開裂試驗機中，調(diào)查直到試片斷裂為止的時間。
[0071 ]綜合考慮耐腐蝕性和耐應(yīng)變特性以及經(jīng)濟性，可以認(rèn)為鍍鎳-磷(高磷型:N1-高P)最合適，因此作為代表選定該鍍鎳-磷(高磷型:N1-高P)。此外，為了對效果進行比較，準(zhǔn)備多個以其他條件制備的試片來用于應(yīng)力腐蝕開裂敏感性試驗。
[0072]圖10是將應(yīng)力腐蝕開裂敏感性試驗中使用的試片的條件整理為表格形式得到的圖。
[0073]在圖10中，試驗編號TP4是使用本實施方式的條件下的試片的試驗，該試片即:對作為前處理被實施了金剛砂紙研磨的基底材料實施噴丸硬化且不執(zhí)行噴丸硬化后處理而實施鍍鎳-磷(高磷型:N1-高P)的試片。
[0074]另外，試驗編號TPl至TP3用于與試驗編號TP4的效果進行比較。試驗編號TPl是使用作為前處理被實施了電解研磨的基底材料作為試片的試驗。試驗編號TP2是使用對作為前處理被實施了金剛砂紙研磨的基底材料實施噴丸硬化且作為噴丸硬化后處理執(zhí)行了電解研磨的試片的試驗。試驗編號TP3是使用對作為前處理被實施了金剛砂紙研磨的基底材料實施了鍍鎳-磷(高磷型:N1-高P)的試片的試驗。
[0075]在應(yīng)力腐蝕開裂敏感性試驗中，關(guān)于各試驗編號，準(zhǔn)備了8至9個試片，并將這些試片浸漬于具有單軸恒定載荷試驗的循環(huán)式高壓釜中。對試片的載荷成為通過循環(huán)水的壓力而產(chǎn)生作用的組成部分。作用應(yīng)力為0.2%，耐力比1.0(約85010^)。
[0076]將試驗的環(huán)境條件設(shè)定為如下的條件，以使得相對于實機成為環(huán)境加速。即，設(shè)定為:溫度130°C、壓力80MPa、高壓釜入口電導(dǎo)率0.06yS/cm、高壓釜入口溶解氧濃度16ppm。此夕卜，不控制pH。
[0077]圖9是表示應(yīng)力腐蝕開裂敏感性試驗中的試驗結(jié)果的圖，是橫軸表示斷裂時間，縱軸表示累積概率密度及指數(shù)分布參數(shù)的圖。在圖9中，將指數(shù)分布參數(shù)外插為O得到的值作為最小斷裂時間，作為用于獲知效果的指標(biāo)處理。
[0078]圖11是將圖9所示的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性試驗的試驗結(jié)果整理為表格形式得到的圖。
[0079]如圖9及圖11所示，未實施利用噴丸硬化進行的壓縮殘留應(yīng)力的施加(壓縮應(yīng)力層的形成)以及鍍覆處理(被覆層的形成)的TPI的最小斷裂時間為171小時，而在僅實施了壓縮應(yīng)力層的形成的TP2中，斷裂壽命顯示為TPl的約4倍的效果。此外，僅實施了被覆層的形成的TP3的效果進一步增大，成為TPl的13倍。進而，設(shè)定為形成了本實施方式的壓縮應(yīng)力層14和被覆層15的TP4的效果進一步擴大，成為TPl的約18倍以上。此外，腐蝕疲勞為應(yīng)力動態(tài)變化時的開裂，但現(xiàn)象上與應(yīng)力腐蝕開裂類似，因此關(guān)于腐蝕疲勞也可以期待同等的效果。
[0080]關(guān)于如以上那樣構(gòu)成的本實施方式的作用效果進行說明。
[0081]在蒸汽渦輪中，在通過噴丸硬化對轉(zhuǎn)子的動葉片安裝用槽部施加壓縮殘留應(yīng)力的情況下，有時會出現(xiàn)尺寸的變化、表面硬化層的形成或粗糙表面等，而這些成為耐腐蝕性降低的主要因素(即，促進環(huán)境因素引起的環(huán)境促進開裂)，因此在噴丸硬化后需要實施機械磨削來將它們除去。特別地，當(dāng)由于噴丸硬化而在蒸汽輪機的表面產(chǎn)生卷曲時，該卷曲作為縫隙而起作用，從而容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，因此必須將它們除去。但是，在噴丸硬化后實施機械磨削不僅繁雜，而且存在好不容易形成的壓縮應(yīng)力層變薄，壓縮殘留應(yīng)力的效果也變小的問題點。
[0082 ]對此，在本實施方式中，構(gòu)成為:在構(gòu)成蒸汽輪機100的結(jié)構(gòu)體的表面上，具備通過噴丸硬化被施加了壓縮殘留應(yīng)力的壓縮應(yīng)力層14以及通過鍍覆以覆蓋壓縮應(yīng)力層14的表面的方式形成的被覆層15，因此，通過利用噴丸硬化施加壓縮殘留應(yīng)力，能夠除掉作為環(huán)境促進開裂的一個主要因素的應(yīng)力因素，并且，通過利用被覆層15被覆由噴丸硬化產(chǎn)生的粗糙表面、卷曲等以抑制其與水、蒸汽接觸，能夠不使壓縮應(yīng)力層14變薄地除掉作為環(huán)境促進開裂的一個主要因素的環(huán)境因素，所以能夠抑制通過噴丸硬化施加的壓縮殘留應(yīng)力的效果的降低以及處理的繁雜化，同時能夠提高針對環(huán)境促進開裂的耐性。
[0083]此外，在本實施方式中，在噴丸硬化中可以施加足夠低的壓縮殘留應(yīng)力，但若蒸汽輪機運轉(zhuǎn)時的嵌合部12的局部作用應(yīng)力為產(chǎn)生環(huán)境促進開裂所必要的應(yīng)力(例如，在應(yīng)力腐蝕開裂的情況下為應(yīng)力腐蝕開裂的下限應(yīng)力)的限度，則不一定非要為_60010^至_500MPa這樣低的殘留應(yīng)力。例如，若嵌合部12表面的殘留應(yīng)力比轉(zhuǎn)子輪11整體的殘留應(yīng)力低，則蒸汽輪機100運轉(zhuǎn)時的局部應(yīng)力成為產(chǎn)生環(huán)境促進開裂所必要的應(yīng)力以下，因此，壓縮應(yīng)力層14帶來的效果得以充分發(fā)揮。此外，關(guān)于被覆層15也可以進行同樣的論述，在局部作用應(yīng)力低的情況下，即使被覆層15存在少許缺陷，也能期待延長壽命的效果。
[0084]特別地，如果使用對轉(zhuǎn)子輪11及動葉片2的材料具有犧牲陽極作用的材料來構(gòu)成被覆層15，則即使被覆層15被腐蝕減薄而局部地露出壓縮應(yīng)力層14，也能抑制壓縮應(yīng)力層14的腐蝕，抑制壓縮應(yīng)力層14的環(huán)境促進開裂的產(chǎn)生。例如，在本實施方式的圖9至圖11及其說明中，在試驗編號TP2所示的試片的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性試驗時，被覆層15(鍍鎳-磷)逐漸減薄，經(jīng)過1500h時，在試片的平行部的一部分上露出壓縮應(yīng)力層14，但經(jīng)過片刻不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，而在確認(rèn)了壓縮應(yīng)力層14的露出之后約700h后，終于產(chǎn)生了最初的應(yīng)力腐蝕開裂。未對基底材料施加任何處理的試驗編號TPl的試片從約170h開始產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，因此可以認(rèn)為鍍層的犧牲陽極的作用作為TPI (約170h)和TP2 (約700h)的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性的差而起作用。即，即使在被覆層15無法完全隔離環(huán)境因素的情況下，只要由具有犧牲陽極作用的鍍覆形成被覆層15，就能夠抑制環(huán)境促進開裂從而延長壽命。
[0085]第2實施方式
[0086]參照圖12來說明本發(fā)明的第2實施方式。
[0087]在第I實施方式中，作為嵌合部12的被覆層15形成了I層鍍層，而在本實施方式中，形成兩層鍍層。
[0088]圖12是示意性地表示本實施方式的轉(zhuǎn)子輪與動葉片的嵌合部中的互相對置的面的表面部分的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖中，對于與第I實施方式相同的部件附以相同的符號并省略說明。
[0089]在圖12中，嵌合部212的表面部具備:通過噴丸硬化被施加了壓縮殘留應(yīng)力的壓縮應(yīng)力層14;以及通過鍍覆以覆蓋壓縮應(yīng)力層14的表面的方式形成的、具有耐腐蝕性的被覆層 215。
[0090]被覆層215包括兩層，即下層部215a和上層部215b，該下層部215a通過鍍鎳、復(fù)合鍍鎳及鍍鉻中的任意一種形成在壓縮應(yīng)力層14的表面上，該上層部215b通過鍍金及復(fù)合鍍金中的任意一種形成在下層部215a的表面上。
[0091]其他結(jié)構(gòu)與第I實施方式相同。
[0092]在如上述那樣構(gòu)成的本實施方式中，也能夠得到與第I實施方式相同的效果。
[0093]另外，除了不改變鍍層的膜厚而能夠持續(xù)更長時間地維持鍍層的效果之外，從加工精度這一點考慮，還能夠不降低環(huán)境促進開裂耐性而使鍍層變薄。
[0094]S卩，例如在鍍鎳-磷的情況下，推定在蒸汽輪機的動作環(huán)境中在其膜厚為20μπι的情況下具有10萬小時左右的壽命，但有時希望持續(xù)更長時間地維持鍍層的效果，或者從加工精度這一點考慮希望使鍍層更薄。
[0095]另一方面，根據(jù)對耐應(yīng)變開裂特性進行調(diào)查得到的結(jié)果，在鍍硬質(zhì)鉻的情況下，如果施加2000u(u = 10_6)左右的應(yīng)變，則在鍍層上產(chǎn)生貫穿裂紋。在鍍鎳-磷的情況下，則在3000u至5500u時，產(chǎn)生貫穿裂紋。考慮到蒸汽輪機100的嵌合部12中的局部最大應(yīng)變(峰值)，也可以設(shè)想在應(yīng)變2000或3000時并不充分的情況。
[0096]因此，在本實施方式中，構(gòu)成為將被覆層設(shè)為兩層，且對下層部215a配置鍍鎳、復(fù)合鍍鎳、鍍硬質(zhì)鉻等通用的鍍層，對上層部215b配置延展性優(yōu)異的鍍金、復(fù)合鍍金等。
[0097]由于鍍金及復(fù)合鍍金在耐腐蝕性和耐應(yīng)變開裂特性上都優(yōu)異，因此通過在這些特性比鍍金差的鍍鎳-磷、鍍硬質(zhì)鉻等鍍層上實施鍍金，即使施加了較大的應(yīng)變，因金的高防腐蝕性作用和優(yōu)異的延展性，上層部215b也不會開裂從而對下層部215a進行保護，并且即使下層部215a、上層部215b存在缺陷，由于該缺陷很少以在下層部215a與上層部215b之間連續(xù)的方式存在，因此能夠形成保護性更高的被覆層215。
[0098]因此，除了不改變鍍層的膜厚而能夠持續(xù)更長時間地維持鍍層的效果之外，從加工精度這一點考慮，還能夠不降低環(huán)境促進開裂耐性而使鍍層變薄。
[0099]此外，在使下層部215a與上層部215b的鍍覆種類相反的情況下，則構(gòu)成為:耐腐蝕性比金差的鍍覆(鍍鎳-磷、鍍硬質(zhì)鉻)成為上層部215b，與環(huán)境直接接觸。其結(jié)果，在早期階段，下層部215a的鍍金層露出。在下層部215a的鍍金中存在貫穿缺陷的情況下，蒸汽、水通過該缺陷能夠到達(dá)轉(zhuǎn)子輪11、動葉片2，因此，并非優(yōu)選的結(jié)構(gòu)。另外，由于鍍鎳、鍍鉻對金的粘接能力不高，因此下層部215a和上層部215b可能會容易剝離。
[0100]第3實施方式
[0101]參照圖13來說明本發(fā)明的第3實施方式。
[0102]在第I實施方式中，關(guān)于將本發(fā)明應(yīng)用于轉(zhuǎn)子輪11與動葉片2的嵌合部12的表面結(jié)構(gòu)的情況進行了說明，但在本實施方式中，關(guān)于將本發(fā)明應(yīng)用于動葉片2與護罩蓋30的嵌合部312的表面結(jié)構(gòu)的情況進行說明。
[0103]圖13是抽出圖1中的B部分的結(jié)構(gòu)的一部分并進行擴大顯示的立體圖。圖中，對于與第I實施方式相同的部件附以相同的符號并省略說明。
[0104]如圖13所示，在動葉片2的前端部，以防止動作中的振動為目的的護罩蓋30在嵌合部312中被嵌合。在嵌合部312中，設(shè)置在動葉片2的前端的榫頭31嵌入護罩蓋30，榫頭31被碾壓從而被固定。
[0105]動葉片2與護罩蓋30的嵌合部312的表面部具備:通過噴丸硬化被施加了壓縮殘留應(yīng)力的壓縮應(yīng)力層14;以及通過鍍覆以覆蓋壓縮應(yīng)力層14的表面的方式形成的、具有耐腐蝕性的被覆層(被覆層15或被覆層215)。即，在嵌合部312中，適用第I實施方式中的被覆層15(參照圖3)或第2實施方式中的被覆層215(參照圖12)。
[0106]其他結(jié)構(gòu)與第I及第2實施方式相同。
[0107]在如上述那樣構(gòu)成的本實施方式中，也能夠得到與第I及第2實施方式相同的效果O
【主權(quán)項】
1.一種蒸汽輪機，其特征在于， 具備:在構(gòu)成蒸汽輪機的結(jié)構(gòu)體的表面上通過噴丸硬化被施加了壓縮殘留應(yīng)力的壓縮應(yīng)力層；以及 以覆蓋上述壓縮應(yīng)力層的表面的方式鍍覆而形成的被覆層。2.一種蒸汽輪機，其特征在于， 具備:在為了由多個結(jié)構(gòu)體一體地構(gòu)成蒸汽輪機而形成在上述結(jié)構(gòu)體上的嵌合部的互相對置的面上通過噴丸硬化被施加了壓縮殘留應(yīng)力的壓縮應(yīng)力層；以及以覆蓋上述壓縮應(yīng)力層的表面的方式鍍覆而形成的被覆層。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蒸汽輪機，其特征在于， 上述被覆層為鍍鎳、復(fù)合鍍鎳、鍍金、復(fù)合鍍金及鍍鉻中的任意一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蒸汽輪機，其特征在于， 上述被覆層包括下層部和上層部兩層，該下層部由鍍鎳、復(fù)合鍍鎳及鍍鉻中的任意一種形成在上述壓縮應(yīng)力層的表面上，該上層部由鍍金及復(fù)合鍍金中的任意一種形成在上述下層部的表面上。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蒸汽輪機，其特征在于， 上述被覆層由對上述蒸汽輪機的結(jié)構(gòu)體具有犧牲陽極作用的材料形成。6.一種蒸汽輪機的表面處理方法，其特征在于，包括: 在為了由多個結(jié)構(gòu)體一體地構(gòu)成蒸汽輪機而形成在上述結(jié)構(gòu)體上的嵌合部的互相對置的面上通過噴丸硬化施加壓縮殘留應(yīng)力從而形成壓縮應(yīng)力層的工序；以及通過鍍覆來形成覆蓋上述壓縮應(yīng)力層的表面的被覆層的工序。
【文檔編號】F01D25/00GK105863746SQ201610022167
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月13日
【發(fā)明人】山內(nèi)博史, 工藤健, 八代醍健志
【申請人】三菱日立電力系統(tǒng)株式會社