蒸汽轮机及其表面处理方法
【专利摘要】本发明提供抑制了通过喷丸硬化施加的压缩残留压力的效果的降低以及处理的烦杂化并且对环境促进开裂的耐性高的蒸汽轮机及其表面处理方法。解决手段如下：在构成蒸汽轮机(100)的结构体的转子(1)与动叶片(2)的嵌合部(12)的表面上，形成通过喷丸硬化被施加了压缩残留应力的压缩应力层(14)，进而以覆盖压缩应力层(14)的表面的方式镀覆而形成被覆层(15)。
【专利说明】
蒸汽轮机及其表面处理方法
技术领域
[0001]本发明涉及发电设备等中的蒸汽轮机及其表面处理方法。
【背景技术】
[0002]设置于发电设备等的蒸汽轮机暴露于氧化性气氛或高热气氛等的腐蚀性流体中，因此这些结构物上所使用的金属类除了贵金属以外都会被腐蚀或被氧化。因此，考虑设定的环境下的腐蚀速度、氧化速度来对这些结构物进行设计以使得持续整个寿命而维持规定的强度、机能。但是，由于在设计阶段无法设定全部事项，因此有的时候，由于设定外的运转运行方法、环境的变化或者新现象的发现等，腐蚀、氧化的进行变得显著。
[0003]例如，用于连接构成蒸汽轮机的结构体的嵌合部存在缝隙，而且有时由于运转时产生的离心载荷而成为应力集中部，可能会产生由应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳等所代表的环境促进开裂。一旦产生环境促进开裂，就必须停止运行以进行检查、维修，可能会对稳定的电力供给造成妨碍。
[0004]关于环境促进开裂，已知应力、材料、环境这3个因素，通过改善这些因素的影响可以期待抑制环境促进开裂。例如，关于应力，可以考虑使用避免应力集中的形状、结构，关于材料，可以考虑使用耐力降低而应力腐蚀开裂敏感性低的材料，关于环境，可以考虑对嵌合部进行被覆或填充，或者设置密封部以使蒸汽轮机内的蒸汽不侵入嵌合部。
[0005]作为涉及降低环境促进开裂的一个因素、即应力对蒸汽轮机的影响的技术，例如，在专利文献I (日本实开昭61-95904号公报)中公开了如下技术:在转子盘的外周部绵密地排列多个动叶片并构成为一体，转子盘具备在周向上排列的楔形榫头，动叶片具备与该楔形榫头对置的楔形榫槽，通过使楔形榫槽与上述转子盘的楔形榫头配合，从而使转子盘与动叶片成为一体，其中，通过喷丸硬化对转子盘的楔形榫头施加压缩残留应力。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献I:日本实开昭61-95904号公报
【发明内容】
[0009]发明所要解决的课题
[0010]但是，在上述现有技术中，存在下述问题。
[0011]S卩，在通过喷丸硬化对转子的动叶片安装用槽部施加压缩残留应力的情况下，有时会出现尺寸的变化、表面硬化层的形成或粗糙表面等，而这些成为耐腐蚀性降低的主要因素(即，促进环境因素引起的环境促进开裂)，因此在喷丸硬化后需要实施机械磨削来将它们除去。但是，在喷丸硬化后实施机械磨削不仅繁杂，而且存在好不容易形成的压缩应力层变薄，压缩残留应力的效果也变小的问题点。
[0012]本发明是鉴于上述而完成的，其目的在于提供抑制了通过喷丸硬化施加的压缩残留压力的效果的降低以及处理的烦杂化并且对环境促进开裂的耐性高的蒸汽轮机及其表面处理方法。
[0013]用于解决课题的手段
[0014]为了达到上述目的，本发明的蒸汽轮机具备:在构成蒸汽轮机的结构体的表面上通过喷丸硬化被施加了压缩残留应力的压缩应力层；以及以覆盖上述压缩应力层的表面的方式镀覆而形成的被覆层。
[0015]发明的效果
[0016]能够提供抑制了通过喷丸硬化施加的压缩残留压力的效果的降低以及处理的烦杂化并且对环境促进开裂的耐性高的蒸汽轮机及其表面处理方法。
【附图说明】
[0017]图1是第I实施方式的蒸汽轮机的包括旋转轴的面的纵剖面图。
[0018]图2是抽出图1中的A部分的结构的一部分并进行放大显示的立体图。
[0019]图3是示意性地表示转子轮与动叶片的嵌合部中的互相对置的面的表面部分的结构的剖视图。
[0020]图4是说明喷丸硬化中产生卷曲的机理的图，是表示钢球被打在未处理的处理对象物上的状态的图，
[0021]图5是说明喷丸硬化中产生卷曲的机理的图，是表示钢球被打在凹陷中的状态的图。
[0022]图6是说明喷丸硬化中产生卷曲的机理的图，是表示形成了卷曲和凹陷的状态的图。
[0023]图7是表示实施了各镀覆处理的试片的极化曲线的图。
[0024]图8是表示实施了各镀覆处理的试片中的开裂的耐应变特性试验的结果的图。
[0025]图9是表示应力腐蚀开裂敏感性试验中的试验结果的图。
[0026]图10是将应力腐蚀开裂敏感性试验中使用的试片的条件整理为表格形式得到的图。
[0027]图11是将图9所示的应力腐蚀开裂敏感性试验的试验结果整理为表格形式得到的图。
[0028]图12是示意性地表示第2实施方式的转子轮与动叶片的嵌合部中的互相对置的面的表面部分的结构的剖视图。
[0029]图13是抽出图1中的B部分的结构的一部分并进行扩大显示的立体图。
[0030]符号的说明
[0031 ] I —转子，2—动叶片，3—壳体，4一静叶片，11一转子轮，12、212、312—嵌合部，13、23—钩子，14一压缩应力层，15、215—被覆层，16、21—卷曲，17、22—凹陷，18—处理对象物，19 一钢球，30—护罩盖，31 —禪头，100—蒸汽轮机，101 —蒸汽。
【具体实施方式】
[0032]下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
[0033]第丨实施方式
[0034]参照图1至图11来说明本发明的第I实施方式。
[0035]图1是第I实施方式的蒸汽轮机的包括旋转轴的面的纵剖面图。此外，图2是抽出图1中的A部分的结构的一部分并进行放大显示的立体图。
[0036]在图1及图2中，蒸汽轮机100大致包括:作为旋转体的转子I;围绕转子I的轴安装的多个动叶片2;用于对被供给到蒸汽轮机100的蒸汽101进行整流从而有效地供给至动叶片的静叶片4;以及以包围这些部件的方式配置的壳体3。
[0037]在转子I上，沿轴向形成有多个多级圆板状的转子轮11。在各转子轮11的外周上沿周向紧挨着配置有多个动叶片2。
[0038]如图2所示，转子轮11与动叶片2在嵌合部12中结合。作为嵌合部12的结构，可以考虑多种嵌合方式，但在本实施方式中，关于使用切线进入(tangential entry)结构的情况进行说明，该切线进入结构是在转子轮11的周向上设置树形槽，并且在动叶片2侧也设置对应的树形槽，对两者的树形槽进行嵌合的结构。
[0039]在嵌合部12中，由转子轮11的树形槽形成的钩子13与由动叶片2的树形槽形成的钩子23嵌合，由此，转子轮11(即转子I)与动叶片2—体地构成。
[0040]图3是示意性地表示转子轮与动叶片的嵌合部中的互相对置的面的表面部分的结构的剖视图。
[0041]在图3中，嵌合部12的表面部具备:通过喷丸硬化被施加了压缩残留应力的压缩应力层14;以及以覆盖压缩应力层14的表面的方式镀覆而形成的、具有耐腐蚀性的被覆层15。
[0042]这里，关于嵌合部12的表面部的具体形成方法的一例进行说明。此外，虽然在这里关于转子I进行说明，但关于动叶片2的嵌合部12也使用同样的形成方法。
[0043]就转子I而言，通过对具有规定的化学组成及机械特性的铸块进行机械磨削，从而形成轴承部和转子轮11。此时，在转子轮11上高精度地加工形成嵌合部12的树形槽。接着，对表面进行脱脂清洗，然后通过喷丸硬化处理在嵌合部12的表面部形成压缩应力层14。由于嵌合部12具有树形槽(形成为树形状)，因此使用前端形成为钩状的喷嘴以便尽可能相对于嵌合面成直角地对喷射物进行喷射。此外，虽然在这里省去了喷丸硬化处理的条件的细节，但以阿尔门弧高成为规定的尺寸为目的来决定喷射物的材质、尺寸、喷射压力、投射角度等。接着，喷丸硬化处理后，通过喷射压缩空气来除去废物、金属肩，再次进行脱脂清洗。然后，通过镀覆处理在通过脱脂清洗被洗净的嵌合部12的表面部形成具有耐腐蚀性的被覆层15。
[0044]首先，关于形成在嵌合部12的表面部的压缩应力层14进行详细说明。
[0045]在压缩应力层14上，在通过喷丸硬化处理被施加压缩残留应力的过程中，有时会形成卷曲16、凹陷17等。
[0046]图4至图6是说明喷丸硬化中产生卷曲的机理的图，图4是表示钢球被打在未处理的处理对象物上的状态的图，图5是表示钢球被打在凹陷中的状态的图，图6是表示形成了卷曲和凹陷的状态的图。
[0047]为了在喷丸硬化处理中使钢球19的喷射打在处理对象物18(相当于嵌合部12的表面部)上，从而在处理对象物18的表面上形成凹陷22(相当于凹陷17)(参照图4)。进而，若钢球19的喷射冲击到凹陷22的内周部(凹陷口)(参照图5 )，则在凹陷口周边产生卷曲21 (相当于卷曲16)(参照图6)。钢球19的喷射针对处理对象物的入射角越浅(越接近O度)，该卷曲21的产生频率越倾向于升高。另外，越是投入了钢球19的喷射的处理对象物的曲率如嵌合部12那样小的情况，卷曲21的产生频率越倾向于升高。
[0048]下面，关于形成在嵌合部12的表面部的被覆层15进行详细说明。在被覆层15的形成中，应用镀镍、复合镀镍、镀金、复合镀金及镀铬中的任意一种。
[0049]在蒸汽轮机100的转子轮11的嵌合部12中，通过动叶片2的离心应力对嵌合部12施加较大的应变。因此，需要能够对抗一定程度的应变的被覆层15(镀层)。此外，嵌合部12暴露于温度为80°C至130°C左右的高温蒸汽或高温水中。进而，随着蒸汽轮机100的运转时间增加，有时也会在形成于转子轮11与动叶片2之间(嵌合部12)的约0.05_至0.2_左右的缝隙中蓄积氯离子等腐蚀性阴离子，被覆层15(镀层)本身必须具有耐腐蚀性。
[0050]蒸汽轮机100的转子I为小型的转子，直径为数1cm左右，但若为大型，则有时会达到数米。在小型的转子I的情况下，通过遮住不需要镀覆的部分并保持该状态浸渍于镀覆槽中，能够在必要的部位得到希望的镀覆。另外，在大型的转子I的情况下，准备转子轮11的嵌合部12能浸泡的程度的镀覆浴槽，通过使转子I旋转，能够在全周上形成镀层。或者，也可以准备仅能覆盖嵌合部12的面包圈状的镀覆浴槽，并对多个转子轮11 一个一个地进行镀覆。此外，关于形成镀层的手段没有特别限制。
[0051]关于用于像这样形成的被覆层15(镀层)的镀覆的性能，使用实施了各种镀覆处理的试片，并实施耐腐蚀性试验、开裂的耐应变特性试验以及应力腐蚀开裂敏感性试验这3种试验。
[0052]在各试验中，使用JISZ220114A号标准的圆棒试片作为试片。另外，关于各试验中使用的试片的材料(基底材料)，使用作为现用低压蒸汽轮机的转子广泛使用的3.5NiCrMoV钢(3.5Ν?-1.75Cr-0.4Μο_0.IV_0.28C钢)。
[0053]对试片的材料进行淬火，进行回火热处理，进行调质使0.2%耐力成为规定值，从而形成试片。使各试验中使用的试片的耐力为比通常高的950MPa及850MPa这2种。
[0054]将经热处理调质后的耐力850MPa的材料加工成14A号圆棒拉伸试片，该14A号圆棒拉伸试片具有20mm的平行部长度(标距12.5mm)、3.0mm的直径。加工后，使用丙酮及乙醇进行脱脂，然后提供给喷丸硬化。
[0055]在圆棒试片的准备完成后，从圆棒试片的平行部到夹钳部，实施喷丸硬化。主要依据JIS B2711(弹簧的喷丸硬化)来决定喷丸硬化的条件。关于喷射，使用直径230μπι的钢球，使用阿尔门试片A片，预先求出使弧高为0.23mm至0.25mm、覆盖范围为100 %的条件。使圆棒拉伸试片以一定的速度旋转，朝向旋转中心线进行喷射物的喷射。
[0056]在喷丸硬化处理后，对于表面，使用压缩空气除去废物、金属肩，进而使用丙酮和乙醇进行脱脂。其结果，进行X射线应力测定的结果为:得到的压缩残留应力在_60010^至_500MPa的范围内。此外，在通过电解研磨使表面逐渐溶解来测定压缩应力层14的厚度(从压缩向拉伸变化的深度)时平均为0.4mm。
[0057]接着，对结束了喷丸硬化处理的圆棒拉伸试片的表面进行镀覆处理。镀覆的材质以目前成为工业性主流的镀电解镍、无电解镀镍-磷(磷浓度约5mass%的低磷、磷浓度约8mass%的中磷、磷浓度约12mass %的高磷这3种)、镀硬质铬、镀金为对象。对结束了喷丸硬化施工的圆棒试片实施这些各种镀覆。
[0058]另外，由于根据镀覆的种类，其施工条件和工艺差别很大，因此没有就所有的镀覆给出其详细条件和方法，但大致划分的话，经过前处理和镀覆处理这2阶段的工艺，实施镀覆处理。作为前处理，例如由碱液脱脂、电解脱脂、活性化处理等工序构成。此外，作为镀覆处理，由冲击镀、主镀、热洗干燥等工序构成。关于前处理及镀覆处理中使用的各种溶液，使用市售的溶液，使镀覆膜厚为0.5μπι至50μπι。
[0059](I)耐腐蚀性试验
[0060]首先，对制作的试片进行镀层本身的耐腐蚀性试验。在耐腐蚀性的评价中使用基于电化学的极化曲线法。在测定中，对镀覆处理后的圆棒拉伸试片安装导线，浸入调制为ΡΗ4的大气开放式柠檬酸溶液中，以100mV/min的扫描速度进行极化，测定极化期间的电量。此外，设定为不会使镀层溶解而露出基底的电位范围。
[0061]图7是表示实施了各镀覆处理的试片的极化曲线的图。
[0062]在图7所示的极化曲线图中，显示出纵轴所示的电流越小则耐腐蚀性越优异。图7所示的镀覆种类中，可以被认为耐腐蚀性最优异的是镀金(Au)。接下来的顺序为:镀镍-磷(高磷型:N1-高P)、镀硬质铬(硬质Cr)、镀镍-磷(中磷型:N1-中P)、镀镍-磷(低磷型:N1-低P)、镀电解镍(电解Ni)。由该结果可知:镀金的耐腐蚀性最为优异，此外，从费用对效果的方面考虑，则镀镍-磷(高磷型:N1-高P)具有优势。
[0063](2)开裂的耐应变特性试验
[0064]接着，使用与耐腐蚀性试验中使用的试片相同的试片，进行开裂的耐应变特性试验。这里所说的开裂为在施加了应变时由镀层的伸张而产生的机械性开裂。
[0065]在耐应变特性试验中，将在平行部上粘贴了应变仪的已结束镀覆处理的圆棒拉伸试片浸入对极化曲线进行测定的同一溶液中，并在其中缓慢地拉伸圆棒试片，以调查当施加多少应变时基底材料腐蚀。此外，将所浸渍的试验溶液中含有的铁的浓度上升了的应变判定为基底材料腐蚀。
[0066]图8是表示实施了各镀覆处理的试片的开裂的耐应变特性试验的结果的图，横轴表示镀覆种类，纵轴表示判定为基底材料开始腐蚀的应变。
[0067]已知在图8中，在最大的应变下开始腐蚀的镀覆(即耐应变特性高的镀覆)为镀金(电解Au)，接下来，耐应变特性以镀镍-磷(高磷型:N1-高P)、镀镍-磷(低磷型:N1-低P)、镀镍-磷(中磷型:N1-中P)、镀电解镍(电解Ni)、镀硬质铬(硬质Cr)的顺序降低。
[0068]此外，关于镀覆的膜厚的影响也进行了调查，但只要膜厚有Ιμπι以上，则在耐腐蚀性和耐应变特性上不存在差异。若膜厚在IMi以下，则无论采用何种评价，镀覆的保护作用都差。另外，还实施了如下的试验:将对基底材料进行了各种镀覆的板状试片浸渍于溶解氧浓度16ppm的130 °C高温水中5000h，调查镀层的减薄速度。其结果，设想实际的蒸汽轮机的嵌合部12中的环境，可以推定只要镀覆的膜厚有20μπι，则镀层存在约10万小时。由此，使以下实施的镀覆膜厚为20μπι。
[0069](3)应力腐蚀开裂敏感性试验
[0070]接着，使用与耐腐蚀性试验及耐应变特性试验中使用的试片相同的试片，针对代表环境促进开裂的应力腐蚀开裂进行了敏感性试验(应力腐蚀开裂敏感性试验)。在应力腐蚀开裂敏感性试验中，将试片负载于单轴恒定载荷型的应力腐蚀开裂试验机中，调查直到试片断裂为止的时间。
[0071 ]综合考虑耐腐蚀性和耐应变特性以及经济性，可以认为镀镍-磷(高磷型:N1-高P)最合适，因此作为代表选定该镀镍-磷(高磷型:N1-高P)。此外，为了对效果进行比较，准备多个以其他条件制备的试片来用于应力腐蚀开裂敏感性试验。
[0072]图10是将应力腐蚀开裂敏感性试验中使用的试片的条件整理为表格形式得到的图。
[0073]在图10中，试验编号TP4是使用本实施方式的条件下的试片的试验，该试片即:对作为前处理被实施了金刚砂纸研磨的基底材料实施喷丸硬化且不执行喷丸硬化后处理而实施镀镍-磷(高磷型:N1-高P)的试片。
[0074]另外，试验编号TPl至TP3用于与试验编号TP4的效果进行比较。试验编号TPl是使用作为前处理被实施了电解研磨的基底材料作为试片的试验。试验编号TP2是使用对作为前处理被实施了金刚砂纸研磨的基底材料实施喷丸硬化且作为喷丸硬化后处理执行了电解研磨的试片的试验。试验编号TP3是使用对作为前处理被实施了金刚砂纸研磨的基底材料实施了镀镍-磷(高磷型:N1-高P)的试片的试验。
[0075]在应力腐蚀开裂敏感性试验中，关于各试验编号，准备了8至9个试片，并将这些试片浸渍于具有单轴恒定载荷试验的循环式高压釜中。对试片的载荷成为通过循环水的压力而产生作用的组成部分。作用应力为0.2%，耐力比1.0(约85010^)。
[0076]将试验的环境条件设定为如下的条件，以使得相对于实机成为环境加速。即，设定为:温度130°C、压力80MPa、高压釜入口电导率0.06yS/cm、高压釜入口溶解氧浓度16ppm。此夕卜，不控制pH。
[0077]图9是表示应力腐蚀开裂敏感性试验中的试验结果的图，是横轴表示断裂时间，纵轴表示累积概率密度及指数分布参数的图。在图9中，将指数分布参数外插为O得到的值作为最小断裂时间，作为用于获知效果的指标处理。
[0078]图11是将图9所示的应力腐蚀开裂敏感性试验的试验结果整理为表格形式得到的图。
[0079]如图9及图11所示，未实施利用喷丸硬化进行的压缩残留应力的施加(压缩应力层的形成)以及镀覆处理(被覆层的形成)的TPI的最小断裂时间为171小时，而在仅实施了压缩应力层的形成的TP2中，断裂寿命显示为TPl的约4倍的效果。此外，仅实施了被覆层的形成的TP3的效果进一步增大，成为TPl的13倍。进而，设定为形成了本实施方式的压缩应力层14和被覆层15的TP4的效果进一步扩大，成为TPl的约18倍以上。此外，腐蚀疲劳为应力动态变化时的开裂，但现象上与应力腐蚀开裂类似，因此关于腐蚀疲劳也可以期待同等的效果。
[0080]关于如以上那样构成的本实施方式的作用效果进行说明。
[0081]在蒸汽涡轮中，在通过喷丸硬化对转子的动叶片安装用槽部施加压缩残留应力的情况下，有时会出现尺寸的变化、表面硬化层的形成或粗糙表面等，而这些成为耐腐蚀性降低的主要因素(即，促进环境因素引起的环境促进开裂)，因此在喷丸硬化后需要实施机械磨削来将它们除去。特别地，当由于喷丸硬化而在蒸汽轮机的表面产生卷曲时，该卷曲作为缝隙而起作用，从而容易产生应力腐蚀开裂，因此必须将它们除去。但是，在喷丸硬化后实施机械磨削不仅繁杂，而且存在好不容易形成的压缩应力层变薄，压缩残留应力的效果也变小的问题点。
[0082 ]对此，在本实施方式中，构成为:在构成蒸汽轮机100的结构体的表面上，具备通过喷丸硬化被施加了压缩残留应力的压缩应力层14以及通过镀覆以覆盖压缩应力层14的表面的方式形成的被覆层15，因此，通过利用喷丸硬化施加压缩残留应力，能够除掉作为环境促进开裂的一个主要因素的应力因素，并且，通过利用被覆层15被覆由喷丸硬化产生的粗糙表面、卷曲等以抑制其与水、蒸汽接触，能够不使压缩应力层14变薄地除掉作为环境促进开裂的一个主要因素的环境因素，所以能够抑制通过喷丸硬化施加的压缩残留应力的效果的降低以及处理的繁杂化，同时能够提高针对环境促进开裂的耐性。
[0083]此外，在本实施方式中，在喷丸硬化中可以施加足够低的压缩残留应力，但若蒸汽轮机运转时的嵌合部12的局部作用应力为产生环境促进开裂所必要的应力(例如，在应力腐蚀开裂的情况下为应力腐蚀开裂的下限应力)的限度，则不一定非要为_60010^至_500MPa这样低的残留应力。例如，若嵌合部12表面的残留应力比转子轮11整体的残留应力低，则蒸汽轮机100运转时的局部应力成为产生环境促进开裂所必要的应力以下，因此，压缩应力层14带来的效果得以充分发挥。此外，关于被覆层15也可以进行同样的论述，在局部作用应力低的情况下，即使被覆层15存在少许缺陷，也能期待延长寿命的效果。
[0084]特别地，如果使用对转子轮11及动叶片2的材料具有牺牲阳极作用的材料来构成被覆层15，则即使被覆层15被腐蚀减薄而局部地露出压缩应力层14，也能抑制压缩应力层14的腐蚀，抑制压缩应力层14的环境促进开裂的产生。例如，在本实施方式的图9至图11及其说明中，在试验编号TP2所示的试片的应力腐蚀开裂敏感性试验时，被覆层15(镀镍-磷)逐渐减薄，经过1500h时，在试片的平行部的一部分上露出压缩应力层14，但经过片刻不会产生应力腐蚀开裂，而在确认了压缩应力层14的露出之后约700h后，终于产生了最初的应力腐蚀开裂。未对基底材料施加任何处理的试验编号TPl的试片从约170h开始产生应力腐蚀开裂，因此可以认为镀层的牺牲阳极的作用作为TPI (约170h)和TP2 (约700h)的应力腐蚀开裂敏感性的差而起作用。即，即使在被覆层15无法完全隔离环境因素的情况下，只要由具有牺牲阳极作用的镀覆形成被覆层15，就能够抑制环境促进开裂从而延长寿命。
[0085]第2实施方式
[0086]参照图12来说明本发明的第2实施方式。
[0087]在第I实施方式中，作为嵌合部12的被覆层15形成了I层镀层，而在本实施方式中，形成两层镀层。
[0088]图12是示意性地表示本实施方式的转子轮与动叶片的嵌合部中的互相对置的面的表面部分的结构的剖视图。图中，对于与第I实施方式相同的部件附以相同的符号并省略说明。
[0089]在图12中，嵌合部212的表面部具备:通过喷丸硬化被施加了压缩残留应力的压缩应力层14;以及通过镀覆以覆盖压缩应力层14的表面的方式形成的、具有耐腐蚀性的被覆层 215。
[0090]被覆层215包括两层，即下层部215a和上层部215b，该下层部215a通过镀镍、复合镀镍及镀铬中的任意一种形成在压缩应力层14的表面上，该上层部215b通过镀金及复合镀金中的任意一种形成在下层部215a的表面上。
[0091]其他结构与第I实施方式相同。
[0092]在如上述那样构成的本实施方式中，也能够得到与第I实施方式相同的效果。
[0093]另外，除了不改变镀层的膜厚而能够持续更长时间地维持镀层的效果之外，从加工精度这一点考虑，还能够不降低环境促进开裂耐性而使镀层变薄。
[0094]S卩，例如在镀镍-磷的情况下，推定在蒸汽轮机的动作环境中在其膜厚为20μπι的情况下具有10万小时左右的寿命，但有时希望持续更长时间地维持镀层的效果，或者从加工精度这一点考虑希望使镀层更薄。
[0095]另一方面，根据对耐应变开裂特性进行调查得到的结果，在镀硬质铬的情况下，如果施加2000u(u = 10_6)左右的应变，则在镀层上产生贯穿裂纹。在镀镍-磷的情况下，则在3000u至5500u时，产生贯穿裂纹。考虑到蒸汽轮机100的嵌合部12中的局部最大应变(峰值)，也可以设想在应变2000或3000时并不充分的情况。
[0096]因此，在本实施方式中，构成为将被覆层设为两层，且对下层部215a配置镀镍、复合镀镍、镀硬质铬等通用的镀层，对上层部215b配置延展性优异的镀金、复合镀金等。
[0097]由于镀金及复合镀金在耐腐蚀性和耐应变开裂特性上都优异，因此通过在这些特性比镀金差的镀镍-磷、镀硬质铬等镀层上实施镀金，即使施加了较大的应变，因金的高防腐蚀性作用和优异的延展性，上层部215b也不会开裂从而对下层部215a进行保护，并且即使下层部215a、上层部215b存在缺陷，由于该缺陷很少以在下层部215a与上层部215b之间连续的方式存在，因此能够形成保护性更高的被覆层215。
[0098]因此，除了不改变镀层的膜厚而能够持续更长时间地维持镀层的效果之外，从加工精度这一点考虑，还能够不降低环境促进开裂耐性而使镀层变薄。
[0099]此外，在使下层部215a与上层部215b的镀覆种类相反的情况下，则构成为:耐腐蚀性比金差的镀覆(镀镍-磷、镀硬质铬)成为上层部215b，与环境直接接触。其结果，在早期阶段，下层部215a的镀金层露出。在下层部215a的镀金中存在贯穿缺陷的情况下，蒸汽、水通过该缺陷能够到达转子轮11、动叶片2，因此，并非优选的结构。另外，由于镀镍、镀铬对金的粘接能力不高，因此下层部215a和上层部215b可能会容易剥离。
[0100]第3实施方式
[0101]参照图13来说明本发明的第3实施方式。
[0102]在第I实施方式中，关于将本发明应用于转子轮11与动叶片2的嵌合部12的表面结构的情况进行了说明，但在本实施方式中，关于将本发明应用于动叶片2与护罩盖30的嵌合部312的表面结构的情况进行说明。
[0103]图13是抽出图1中的B部分的结构的一部分并进行扩大显示的立体图。图中，对于与第I实施方式相同的部件附以相同的符号并省略说明。
[0104]如图13所示，在动叶片2的前端部，以防止动作中的振动为目的的护罩盖30在嵌合部312中被嵌合。在嵌合部312中，设置在动叶片2的前端的榫头31嵌入护罩盖30，榫头31被碾压从而被固定。
[0105]动叶片2与护罩盖30的嵌合部312的表面部具备:通过喷丸硬化被施加了压缩残留应力的压缩应力层14;以及通过镀覆以覆盖压缩应力层14的表面的方式形成的、具有耐腐蚀性的被覆层(被覆层15或被覆层215)。即，在嵌合部312中，适用第I实施方式中的被覆层15(参照图3)或第2实施方式中的被覆层215(参照图12)。
[0106]其他结构与第I及第2实施方式相同。
[0107]在如上述那样构成的本实施方式中，也能够得到与第I及第2实施方式相同的效果O
【主权项】
1.一种蒸汽轮机，其特征在于， 具备:在构成蒸汽轮机的结构体的表面上通过喷丸硬化被施加了压缩残留应力的压缩应力层；以及 以覆盖上述压缩应力层的表面的方式镀覆而形成的被覆层。2.一种蒸汽轮机，其特征在于， 具备:在为了由多个结构体一体地构成蒸汽轮机而形成在上述结构体上的嵌合部的互相对置的面上通过喷丸硬化被施加了压缩残留应力的压缩应力层；以及以覆盖上述压缩应力层的表面的方式镀覆而形成的被覆层。3.根据权利要求1或2所述的蒸汽轮机，其特征在于， 上述被覆层为镀镍、复合镀镍、镀金、复合镀金及镀铬中的任意一种。4.根据权利要求1或2所述的蒸汽轮机，其特征在于， 上述被覆层包括下层部和上层部两层，该下层部由镀镍、复合镀镍及镀铬中的任意一种形成在上述压缩应力层的表面上，该上层部由镀金及复合镀金中的任意一种形成在上述下层部的表面上。5.根据权利要求1或2所述的蒸汽轮机，其特征在于， 上述被覆层由对上述蒸汽轮机的结构体具有牺牲阳极作用的材料形成。6.一种蒸汽轮机的表面处理方法，其特征在于，包括: 在为了由多个结构体一体地构成蒸汽轮机而形成在上述结构体上的嵌合部的互相对置的面上通过喷丸硬化施加压缩残留应力从而形成压缩应力层的工序；以及通过镀覆来形成覆盖上述压缩应力层的表面的被覆层的工序。
【文档编号】F01D25/00GK105863746SQ201610022167
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月13日
【发明人】山内博史, 工藤健, 八代醍健志
【申请人】三菱日立电力系统株式会社