構造部材の製造方法
【課題】曲面形状を有する構造部材に対しても、母材の表面改質により強固な硬化層を形成可能な製造方法を提供する。
【解決手段】母材からなる基体５３の所定の範囲にレーザＬを照射して、オーステナイト逆変態が完了する温度である８００℃以上かつ融点未満の温度まで加熱するレーザ照射工程と、該レーザ照射工程でレーザＬが照射された基体５３に対して時効熱処理を行うことにより、所定の範囲に、母材が析出硬化することで形成される硬化層５４を形成する時効熱処理工程とを備える。
【解決手段】母材からなる基体５３の所定の範囲にレーザＬを照射して、オーステナイト逆変態が完了する温度である８００℃以上かつ融点未満の温度まで加熱するレーザ照射工程と、該レーザ照射工程でレーザＬが照射された基体５３に対して時効熱処理を行うことにより、所定の範囲に、母材が析出硬化することで形成される硬化層５４を形成する時効熱処理工程とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造部材の製造方法に関する
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンにおいては、蒸気を作動流体として静翼及び動翼が配された作動流路に流通させることにより、動翼にトルクを与えてロータを回転させる。このため、作動流路内に配される静翼や動翼などの構造部材は、稼動中常に蒸気に曝される環境となっており、必要に応じて蒸気によるエロージョンを防止する対策が施されている。特に、最終段翼が配される下流側の蒸気は、温度が上流側と比較して低く、水滴が含まれる湿り蒸気となりやすいため、エロージョンの原因となりやすい。また、最終段の動翼では、上流側の動翼と比較して翼高さが高くなり、それ故に外周側においては周速が高くなって、よりエロージョンが発生しやすい条件となっている。
【０００３】
蒸気タービンの翼のエロージョン対策としては、翼のエロージョンが発生しやすい翼前縁部に、母材よりも耐エロージョン性に優れる材料、例えばステライトをロウ付け、溶射または溶接する対策が知られている。また、電子ビームを照射することで、当該部位に異種材料の微粒子を溶融させて表面改質する方法も示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９１７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、長時間の使用に伴ってエロージョンを受ける範囲が広がり、上記対策を施した翼前縁部以外の周囲（例えば、シュラウド付根部近傍）にまでエロージョンが及ぶことがある。シュラウド付根部は曲面形状を有しており、従来技術のステライトをロウ付けする方法では、複雑な表面形状では板の成型や施工が困難である。また、溶射や電子ビーム照射による異種材料の肉盛では、複雑な表面形状の部分での応力集中に対して必ずしも十分な密着力を得るのが困難である。さらに、溶接による肉盛では、局所的に大きな熱量が付与されることによる熱変形の問題が懸念される。このため、異種材料を用いたエロージョン防止技術では、シュラウド付根部のような曲面形状に対する補修技術としては課題があり、密着力の観点からは母材の表面改質が望ましく、所定の範囲を効果的に硬化させて翼を継続使用させられる方法が望まれていた。
【０００６】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、曲面形状を有する構造部材に対しても、母材の表面改質により強固な硬化層を形成可能な製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の構造部材の製造方法は、母材からなる基体の所定の範囲にレーザを照射して、オーステナイト逆変態が完了する温度である８００℃以上かつ融点未満の温度まで加熱するレーザ照射工程と、該レーザ照射工程でレーザが照射された基体に対して時効熱処理を行うことにより、前記所定の範囲に、母材が析出硬化することで形成される硬化層を形成する時効熱処理工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この方法では、レーザ照射工程として、基体の所定の範囲にレーザを照射することによって、所定の範囲ではオーステナイト逆変態が完了する温度である８００℃以上かつ融点未満の温度まで加熱され溶体化する。次に、時効熱処理工程として、時効熱処理を行うことで、溶体化した所定の範囲では、母材が析出硬化し硬化層が形成されることとなる。また、加熱する手段をレーザとすることにより、所定の範囲を限定的にかつ均一に加熱することができ、加熱よる歪等が基体に生じてしまうことを抑制することができる。このため、構造部材に対して、母材の表面改質により強固な硬化層を形成可能である。
【０００９】
また、上記の構造部材の製造方法において、前記母材が析出硬化ステンレス鋼であり、前記時効熱処理工程では、硬化層を形成する部分の温度を４７０℃とし、保持時間を１時間として時効熱処理を行うことを特徴としている。
【００１０】
この方法では、上記条件で時効熱処理を行うことにより、より強固な硬化層が形成されることとなる。
【００１１】
また、上記の構造部材の製造方法において、前記レーザ照射工程では、前記硬化層の目標とする深さに応じて、前記レーザの出力を照射速度で除した値を調整することを特徴とする。
【００１２】
この方法では、レーザの出力を照射速度で除した値を調整することによって硬化層の深さを目標とする深さに正確に形成することができる。
【００１３】
また、上記の構造部材の製造方法において、前記レーザ照射工程の前工程として、前記基体の前記所定の範囲に対して表面形状の測定を行う表面形状測定工程を備えることを特徴とする。
【００１４】
この方法では、表面形状測定工程として、基体の所定の範囲に対して表面形状を測定することで、レーザ照射工程では、測定した表面形状に倣って正確にレーザを照射することができる。このため、所定の範囲において、所望の条件で正確に加熱することができる。
【００１５】
また、上記の構造部材の製造方法において、前記構造部材はタービンの翼体であり、 前記所定の範囲は、該翼体の前縁部の一部であることを特徴としている。
【００１６】
この方法では、タービンの翼体において、作動流体に曝され、エロージョンが発生しやすい前縁部の一部を所定の範囲としてレーザ照射工程及び時効熱処理工程を実施することで、耐エロージョン性の高い翼体を製造することができる。
【００１７】
また、上記の構造部材の製造方法において、前記翼体は、翼本体と、該翼本体の端部に設けられたシュラウドとを有し、前記所定の範囲は、前記翼体の前記前縁部で、前記シュラウドとの接続部分を含むことを特徴としている。
【００１８】
この方法では、翼本体とシュラウドとの接続部分を含んで所定の範囲として、レーザ照射工程及び時効熱処理工程を実施し、硬化層を形成する。ここで、翼本体とシュラウドとの接続部分は一般に複雑な表面形状を有している。しかしながら、本方法では、レーザを照射し、その後時効熱処理を実施するだけであるので、複雑な表面形状であっても他の範囲と同様に正確に硬化層を形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の構造部材の製造方法では、構造部材に、より強固な硬化層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態の動翼を備えた蒸気タービンを示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態の蒸気タービンの最終段動翼群を内周側から外周側を視た斜視図である。
【図３】本発明の実施形態の蒸気タービンの最終段動翼群を外周側から内周側を視た平面図である。
【図４】本発明の実施形態の動翼を製造する製造装置の概略構成図である。
【図５】本発明の実施例において、供試体における硬化層のビッカース硬さＨＶと、レーザの出力・照射速度比の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例において、供試体の硬化層の深さと、レーザの出力・照射速度比の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例において、供試体の硬化層におけるエロージョン深さと、ビッカース硬さＨＶとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態について図１から図７を参照して説明する。図１から図３は、本実施形態の構造部材の製造方法で製造される動翼を備えた蒸気タービンを示している。
【００２２】
蒸気タービン１は、ケーシング１０と、ケーシング１０に流入する蒸気Ｊの流量と圧力を調整する調整弁２０と、ケーシング１０の内方に回転自在に設けられ、動力を不図示の発電機等の機械に伝達する軸体（ロータ）３０と、ケーシング１０に保持された翼体である静翼４０と、軸体３０に設けられた翼体である動翼５０と、軸体３０を軸回りに回転可能に支持する軸受部６０とを備えている。
【００２３】
ケーシング１０は、内部空間が気密に封止されているとともに、静翼４０及び動翼５０が配される内部が作動流体である蒸気Ｊの作動流路１０Ａとされている。このケーシング１０の内壁面には、軸体３０が挿通されたリング状の仕切板外輪１１が強固に固定されている。
【００２４】
軸体３０は、軸本体３１と、この軸本体３１の外周から径方向に延出した複数のディスク３２とを備えている。この軸体３０は、不図示の発電機等の機械に回転エネルギーを伝達するようになっている。
【００２５】
静翼４０は、軸体３０を囲繞するように放射状に複数配置されて環状静翼群を構成しており、それぞれ仕切板外輪１１に保持されている。これら静翼４０の径方向内側（先端側）には、軸体３０が挿通されたリング状のハブシュラウド４１で連結されている。また、複数の静翼４０からなる環状静翼群は、回転軸方向に間隔をあけて６段設けられている。環状静翼群は、蒸気Ｊの圧力エネルギーを速度エネルギーに変換し、下流側に隣接する動翼５０側に案内するようになっている。
【００２６】
また、動翼５０は、軸体３０が有するディスク３２の外周部に強固に取り付けられている。動翼５０は、各環状静翼群の下流側において、放射状に複数配置されて環状動翼群を構成している。複数の静翼４０からなる環状静翼群は、回転軸方向に間隔をあけて６段設けられている。このうち、最終段における動翼５０は、断面翼形状をした翼本体５１を備えるとともに、翼本体５１の先端に設けられたシュラウド５２を備える。
【００２７】
図２及び図３に示すように、翼本体５１は、蒸気Ｊから正圧が作用する正圧面５１ａと、蒸気Ｊから正圧面５１ａに対して相対的に負圧が作用する負圧面５１ｂとを有する。また、シュラウド５２は、翼本体５１の前縁５１ｃ側で、負圧面５１ｂ側に張り出す前縁張出部５２ａと、翼本体５１の後縁５１ｄ側で、正圧面５１ａ側に張り出す後縁張出部５２ｂとを有する。そして、隣り合う動翼５０Ａ同士は、互いのシュラウド５２の一方の前縁張出部５２ａが、他方の後縁張出部５２ｂに当接することで、互いに連結されている。また、本実施形態の動翼５０Ａでは、前縁５１ｃ側には、負圧面５１ｂ側において、翼本体５１とシュラウド５２の前縁張出部５２ａとが接続される部分として凹面５０ａが前縁５１ｃ側に向くように形成されている。
【００２８】
ここで、翼本体５１及びシュラウド５２からなる最終段の動翼５０Ａは、母材からなり翼本体５１及びシュラウド５２を概略形成する基体５３と、基体５３の一部に形成された硬化層５４とを有する。基体５３を形成する母材としては、１２％クロム鋼、析出硬化ステンレス鋼、チタン合金など様々な材質が選択されるが、強度および耐食性に優れる析出硬化ステンレス鋼のうち、例えば１７−４ＰＨ（ＳＵＳ６３０）が好ましい。
【００２９】
また、硬化層５４は、基体５３を形成する母材が、後述する製造方法により析出硬化することで形成されるものである。また、硬化層５４は、基体５３の表面から所定の深さまで形成されている。また、硬化層５４の表面上の範囲は、前縁５１ｃ先端側において、翼本体５１とシュラウド５２の凹面５０ａを含む範囲として設定されている。なお、選択される範囲としては、特に制限はなく、エロージョン対策を必要とする範囲に適宜設定することが可能である。また、硬化層５４の硬さとしては、ビッカース硬さＨＶで４５０以上であることが好ましい。４５０以上であることで、効果的に耐エロージョン性を発揮することができる。また、硬化層５４の深さとしては、ビッカース硬さＨＶ４５０以上となる範囲で１００μｍ以上であることが好ましい。１００μｍ以上であることで効果的に長期の使用に耐えうる耐エロージョン性を発揮することができる。
【００３０】
次に、このような動翼５０Ａを製造する方法の詳細について説明する。具体的には、まず、基体形成工程として、母材から所望の形状の基体５３を形成する。本実施形態では、例えば、鍛造により、翼体５１及びシュラウド５２の外形をなす基体５３が形成される。なお、基体５３を形成する方法は限定されるものではなく、例えば鋳造などでも良く、さらに切削等の機械加工を組み合わせても良い。
【００３１】
次に、表面形状測定工程として、上記硬化層５４を形成する範囲について表面形状を測定する。表面形状の測定方法としては特に限定されるものではなく、例えばマイクロメータを基体５３の表面上に操作させて表面形状を測定するような接触式でも良いし、基体５３を撮像して画像処理を行うことで表面形状を測定するような非接触式の測定方法でも良い。
【００３２】
次に、レーザ照射工程として、上記硬化層５４を形成する範囲についてレーザを照射して加熱し、基体５３を溶体化させる。加熱に際しては、オーステナイト逆変態が完了する温度である８００℃以上かつ融点未満の温度まで加熱され溶体化することが好ましい。
また、レーザの出力を照射速度で除した値である出力・速度比と、形成された硬化層５４の深さとの間には相関性があり、形成する硬化層５４に応じて、出力・速度比を決定し、出力・速度比に基づいてレーザの出力と照射速度とを設定する。
【００３３】
次に、時効熱処理工程として、レーザが照射された基体５３を一定温度で保持し、時効熱処理を行う。時効熱処理の時間及び温度条件としては、基体５３を形成する母材によって異なる。
例えば、析出硬化ステンレス鋼１７−４ＰＨでは、硬化層５４を形成する部分の温度を４７０℃とし、保持時間を１時間として時効熱処理を行うことにより最高硬さを得ることが好ましい。
なお、加熱する手段としては特に限定されないが、ヒータや高周波加熱器による加熱が局所的な温度上昇を抑制し均一に加熱できる点で好ましい。そして、このように時効熱処理を行うことで、レーザが照射された範囲においては、母材が析出硬化して硬化層５４が形成されることとなる。また、本レーザ照射後の時効温度は、母材製作時の時効温度よりも十分低いため、翼全体を加熱してレーザ照射後の時効処理を行っても良い。
【００３４】
なお、上記においては、新規の動翼５０Ａを製造するものとして説明したが、これに限るものではなく、既設の動翼５０について、エロージョン対策を施す必要がある部位に硬化層５４を形成して耐エロージョン性が向上した新たな動翼５０を製造するものとしても良い。この場合には、上記基体形成工程は不要であり、基体形成工程後の工程から行えば良い。また、この場合、レーザ照射工程の前工程として、表面処理工程を実施しても良い。具体的には、表面形状測定工程に先立って、表面処理工程として、硬化層５４を形成する範囲についてグラインダーで研磨処理を行うなどにより、表面を平滑化させる。そして、表面処理が施された範囲について表面形状測定工程で表面形状を測定し、測定された結果に基づいてレーザ照射工程及び時効熱処理工程を実施すれば良い。
【００３５】
次に、上記製造方法において、基体形成工程よりも後工程を実現する製造装置の一例について図４に基づいて説明する。
図４に示すように、製造装置１００は、動翼５０などの被加工物Ｗが載置される載置台１０１と、載置台１０１を囲むように設けられたシールド１０２と、レーザＬを発振し、載置台１０１に載置された被加工物Ｗに向かって照射するレーザ発振器１０３と、レーザ発振器１０３から発振されたレーザＬの照射方向を設定するビーム走査手段１０４と、載置台１０１に載置された被加工物Ｗの表面形状を測定する表面形状測定手段１０５と、被加工物Ｗに加熱を行う加熱手段１０６と、各構成を制御する制御部１０７と、各種条件を入力可能な入力部１０８とを備える。ここで、図４において、Ｘ方向及びＹ方向は互いに直交する水平方向を示しており、Ｚ方向は鉛直方向を示している。
【００３６】
入力部１０８で入力する各種条件としては、例えば、被加工物Ｗにおける硬化層５４を形成する表面上の範囲を示し、Ｘ方向の位置及びＹ方向の位置で特定される２次元データや、硬化層５４の深さなどが挙げられる。レーザ発振器１０３は、制御部１０７の制御に基づいて所望の出力でレーザＬを発振させることが可能である。
【００３７】
ビーム走査手段１０４は、図示しないが、レーザＬの照射方向を設定するための反射ミラーと、レーザＬの焦点位置を設定するためのレンズとを備える。レンズ位置及び反射ミラーの角度は、制御部１０７により制御されており、これにより、被加工物Ｗに対して所望の位置に所望の照射面積で、また、所望の照射速度で照射することが可能となっている。
【００３８】
表面形状測定手段１０５は、マイクロメータからなり、Ｚ方向の位置を測定可能な表面位置測定部１０５ａと、表面位置測定部１０５ａをＸ方向及びＹ方向に走査する走査部１０５ｂとを有する。走査部１０５ｂは、制御部１０７による制御のもと表面位置測定部１０５ａを所定の位置に移動させる。また、表面位置測定部１０５ａで測定された測定情報であるＺ方向の位置は、制御部１０７に出力される。制御部１０７では、測定情報として取得されたＺ方向の位置と、走査部１０５ｂによって制御された表面位置測定部１０５ａのＸ方向及びＹ方向の位置に基づいて、３次元の表面形状データを構築する。
【００３９】
また、加熱手段１０６は、電源１０６ａと、電源１０６ａに接続されたヒータ１０６ｂと、ヒータ１０６ｂをＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に走査するヒータ移動部１０６ｃと、被加工物Ｗの表面に設置されて被加工物Ｗの表面温度を測定する温度センサ１０６ｄとを備える。温度センサ１０６ｄで検出された温度情報は、制御部１０７に出力される。制御部１０７では、取得した温度情報に基づいて、予め設定された温度となるように電源１０６ａ出力を制御し、ヒータ１０６ｂによる加熱温度を調整する。
【００４０】
このような製造装置１００によれば、表面形状測定工程においては、制御部１０７による制御のもと、表面形状測定手段１０５によって被加工物Ｗの形状を測定することができる。また、レーザＬ照射工程では、制御部１０７は、取得した３次元の表面形状データに基づいて、被加工物Ｗの各照射位置における適切な焦点位置を調整しつつ、所定の出力及び照射速度でレーザＬを、硬化層５４を形成する範囲全体にわたって照射することができる。なお、出力及び照射速度については、例えば、予め対象となる被加工物Ｗの母材の材質に基づいて決定される硬化深さと、レーザＬの出力・速度比との関係を記憶しておき、当該関係と入力部１０８で入力された硬化深さに基づいて、レーザＬの出力・速度比を決定し、レーザＬの出力と照射速度を設定するものとしても良い。
【００４１】
また、時効熱処理工程では、制御部１０７は、加熱手段１０６のヒータ移動部１０６ｃを制御して、硬化層５４を形成する範囲にヒータ１０６ｂを移動させる。そして、制御部１０７は、温度センサ１０６ｄから取得した温度情報に基づいて、電源１０６ａを制御し、ヒータ１０６ｂによって所定温度で、所定時間加熱を行う。なお、加熱温度や加熱時間は、上記のとおり母材の材質よって異なり、予め記憶されているものしても良いし、入力部１０８によって指定されるものでも良い。
【実施例】
【００４２】
次に、蒸気タービンの動翼５０の材質として好適に使用される析出硬化ステンレス鋼１７−４ＰＨからなる供試体に、上記製造方法により硬化層５４を形成した場合の実施例について説明する。
本実施例では、析出硬化ステンレス鋼１７−４ＰＨからなる供試体に、所定の条件にてレーザ照射工程及び時効熱処理工程を実施し、各条件において形成された硬化層５４の深さ、ビッカース硬さ、耐エロージョン性について評価を行った。本実施例で使用したレーザはディスクレーザで波長１０３０ｎｍであるが、他の種類のレーザを用いても条件調整可能であり、これに限定されるものではない。
【００４３】
表１は、各実施例での、レーザＬの出力、レーザＬの照射速度、形成された硬化層５４の深さ及びビッカース硬さＨＶを示している。
【００４４】
【表１】
【００４５】
ここで、ビッカース硬さＨＶは、マイクロビッカース測定機（ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠）で試験力０．４９０３Ｎで測定した。また、硬化層５４の深さは、深さ方向にビッカース硬度を測定する位置を２５μｍ単位で変化させ、ビッカース硬度ＨＶが４５０以下にまで著しく低下するまでの範囲を深さとした。また、時効熱処理工程における条件は、加熱温度４７０℃、加熱時間１時間で、その後空冷によって常温まで下げるものとして一定とした。
【００４６】
図５は、表１に示す試験結果についてレーザＬの出力・速度比と硬化層５４のビッカース硬さとの関係を示したグラフである。図５に示すように、レーザＬの照射条件（出力、照射速度）に係らず、ビッカース硬さＨＶが４５０以上となった。
【００４７】
図６は、表１に示す試験結果についてレーザＬの出力・速度比と硬化層５４の深さとの関係を示したグラフである。図６に示すように、レーザＬの出力・速度比（Ｐ／Ｖ）（Ｗ／（ｍ／ｍｉｎ））と硬化層５４の深さＨ（μｍ）との間には相関性を有することが明らかとなった。本実施例のように析出硬化ステンレス鋼１７−４ＰＨでは、両者の相関式は以下の＜数１＞とおりとなった。
【００４８】
【数１】
【００４９】
このため、当該相関式に基づいてレーザＬの照射条件（出力、照射速度）を決定することで、所望の深さの硬化層５４を形成することができる。
【００５０】
次に、析出硬化ステンレス鋼１７−４ＰＨ母材に各々の条件の時効処理を施し、硬さを変化させた各試験片の耐エロージョン性を評価した結果を表２及び図７に示す。なお、比較例は、母材従来条件の硬さにおける耐エロージョン性を評価した結果を示す。
【００５１】
【表２】
【００５２】
耐エロージョン性は、ウォータジェット法により、エロージョンを発生させその深さを測定することによる。
ウォータジェット法とは、具体的には、平板の試験片に高圧水を高速で所定の時間照射して、平板の減肉量を加速条件にて比較評価する手法である。本試験におけるウォータジェット試験条件は、噴射時間５ｍｉｎ、ノズル径０．３ｍｍ、ノズルと試験片の距離３０ｍｍ、水圧７００気圧にて実施した。
また、エロージョン深さは、表面形状（粗さ）測定により最深部のエロージョン深さを測定した。
【００５３】
図７に示すように、ビッカース硬さＨＶとエロージョン深さとは、線形の相関性を有している。そして、ビッカース硬さＨＶが４５０以上の場合には、エロージョン深さが、析出硬化ステンレス鋼１７−４ＰＨである母材従来条件に対して１／２以下となり、すなわち耐エロージョン性が２倍以上に向上したことが確認できる。
【００５４】
以上のように、本実施形態の製造方法で、硬化層５４を有する動翼５０Ａを製造することにより、耐エロージョン性を向上させた動翼５０Ａを得ることができる。ここで、加熱する手段をレーザＬとすることにより、所定の範囲を限定的にかつ均一に加熱することができ、加熱よる歪等が基体５３に生じてしまうことを抑制することができる。また、加熱する手段をレーザＬとすることにより、硬化層５４を形成する範囲が、翼本体５１とシュラウド５２との接合部分のように、表面の位置及び向きが変化する複雑な表面形状でも、正確に同じ条件で加熱することができる。また、硬化層５４を形成する範囲以外を不必要に加熱してしまうことを防止できる。
【００５５】
また、上記のとおり、硬化層５４を形成する部分の温度を４７０℃とし、保持時間を１時間として時効熱処理を行うことで、最高硬さを有する硬化層５４が形成することができる。
さらに、レーザＬの出力・速度比を調整することによって硬化層５４の深さを目標とする深さに正確に形成することができる。
【００５６】
また、表面形状測定工程として、基体５３の所定の範囲に対して表面形状を測定することで、レーザ照射工程では、測定した表面形状に倣って正確にレーザＬを照射することができる。このため、所定の範囲において、所望の条件で正確に加熱することができ、所望の範囲に、所望の深さの硬化層を正確に形成することができる。
【００５７】
なお、上記においては、最終段の動翼５０Ａに硬化層５４を形成するものとして説明したが、これに限るものではなく、上流側の動翼５０にも適用可能である。また、動翼５０に限らず、静翼４０やその他作動流路に面し、蒸気に曝されることでエロージョン対策を必要とする構造部材に好適に適用可能である。また、蒸気タービンの構造部材に限らず、ガスタービンやその他、様々な耐エロージョン対策を必要とする装置の構造部材に好適に適用可能である。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
４０ 静翼（翼体、構造部材）
５０、５０Ａ 動翼（翼体、構造部材）
５１ 翼本体
５２ シュラウド
５３ 基体
５４ 硬化層
Ｌ レーザ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造部材の製造方法に関する
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンにおいては、蒸気を作動流体として静翼及び動翼が配された作動流路に流通させることにより、動翼にトルクを与えてロータを回転させる。このため、作動流路内に配される静翼や動翼などの構造部材は、稼動中常に蒸気に曝される環境となっており、必要に応じて蒸気によるエロージョンを防止する対策が施されている。特に、最終段翼が配される下流側の蒸気は、温度が上流側と比較して低く、水滴が含まれる湿り蒸気となりやすいため、エロージョンの原因となりやすい。また、最終段の動翼では、上流側の動翼と比較して翼高さが高くなり、それ故に外周側においては周速が高くなって、よりエロージョンが発生しやすい条件となっている。
【０００３】
蒸気タービンの翼のエロージョン対策としては、翼のエロージョンが発生しやすい翼前縁部に、母材よりも耐エロージョン性に優れる材料、例えばステライトをロウ付け、溶射または溶接する対策が知られている。また、電子ビームを照射することで、当該部位に異種材料の微粒子を溶融させて表面改質する方法も示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９１７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、長時間の使用に伴ってエロージョンを受ける範囲が広がり、上記対策を施した翼前縁部以外の周囲（例えば、シュラウド付根部近傍）にまでエロージョンが及ぶことがある。シュラウド付根部は曲面形状を有しており、従来技術のステライトをロウ付けする方法では、複雑な表面形状では板の成型や施工が困難である。また、溶射や電子ビーム照射による異種材料の肉盛では、複雑な表面形状の部分での応力集中に対して必ずしも十分な密着力を得るのが困難である。さらに、溶接による肉盛では、局所的に大きな熱量が付与されることによる熱変形の問題が懸念される。このため、異種材料を用いたエロージョン防止技術では、シュラウド付根部のような曲面形状に対する補修技術としては課題があり、密着力の観点からは母材の表面改質が望ましく、所定の範囲を効果的に硬化させて翼を継続使用させられる方法が望まれていた。
【０００６】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、曲面形状を有する構造部材に対しても、母材の表面改質により強固な硬化層を形成可能な製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の構造部材の製造方法は、母材からなる基体の所定の範囲にレーザを照射して、オーステナイト逆変態が完了する温度である８００℃以上かつ融点未満の温度まで加熱するレーザ照射工程と、該レーザ照射工程でレーザが照射された基体に対して時効熱処理を行うことにより、前記所定の範囲に、母材が析出硬化することで形成される硬化層を形成する時効熱処理工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この方法では、レーザ照射工程として、基体の所定の範囲にレーザを照射することによって、所定の範囲ではオーステナイト逆変態が完了する温度である８００℃以上かつ融点未満の温度まで加熱され溶体化する。次に、時効熱処理工程として、時効熱処理を行うことで、溶体化した所定の範囲では、母材が析出硬化し硬化層が形成されることとなる。また、加熱する手段をレーザとすることにより、所定の範囲を限定的にかつ均一に加熱することができ、加熱よる歪等が基体に生じてしまうことを抑制することができる。このため、構造部材に対して、母材の表面改質により強固な硬化層を形成可能である。
【０００９】
また、上記の構造部材の製造方法において、前記母材が析出硬化ステンレス鋼であり、前記時効熱処理工程では、硬化層を形成する部分の温度を４７０℃とし、保持時間を１時間として時効熱処理を行うことを特徴としている。
【００１０】
この方法では、上記条件で時効熱処理を行うことにより、より強固な硬化層が形成されることとなる。
【００１１】
また、上記の構造部材の製造方法において、前記レーザ照射工程では、前記硬化層の目標とする深さに応じて、前記レーザの出力を照射速度で除した値を調整することを特徴とする。
【００１２】
この方法では、レーザの出力を照射速度で除した値を調整することによって硬化層の深さを目標とする深さに正確に形成することができる。
【００１３】
また、上記の構造部材の製造方法において、前記レーザ照射工程の前工程として、前記基体の前記所定の範囲に対して表面形状の測定を行う表面形状測定工程を備えることを特徴とする。
【００１４】
この方法では、表面形状測定工程として、基体の所定の範囲に対して表面形状を測定することで、レーザ照射工程では、測定した表面形状に倣って正確にレーザを照射することができる。このため、所定の範囲において、所望の条件で正確に加熱することができる。
【００１５】
また、上記の構造部材の製造方法において、前記構造部材はタービンの翼体であり、 前記所定の範囲は、該翼体の前縁部の一部であることを特徴としている。
【００１６】
この方法では、タービンの翼体において、作動流体に曝され、エロージョンが発生しやすい前縁部の一部を所定の範囲としてレーザ照射工程及び時効熱処理工程を実施することで、耐エロージョン性の高い翼体を製造することができる。
【００１７】
また、上記の構造部材の製造方法において、前記翼体は、翼本体と、該翼本体の端部に設けられたシュラウドとを有し、前記所定の範囲は、前記翼体の前記前縁部で、前記シュラウドとの接続部分を含むことを特徴としている。
【００１８】
この方法では、翼本体とシュラウドとの接続部分を含んで所定の範囲として、レーザ照射工程及び時効熱処理工程を実施し、硬化層を形成する。ここで、翼本体とシュラウドとの接続部分は一般に複雑な表面形状を有している。しかしながら、本方法では、レーザを照射し、その後時効熱処理を実施するだけであるので、複雑な表面形状であっても他の範囲と同様に正確に硬化層を形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の構造部材の製造方法では、構造部材に、より強固な硬化層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態の動翼を備えた蒸気タービンを示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態の蒸気タービンの最終段動翼群を内周側から外周側を視た斜視図である。
【図３】本発明の実施形態の蒸気タービンの最終段動翼群を外周側から内周側を視た平面図である。
【図４】本発明の実施形態の動翼を製造する製造装置の概略構成図である。
【図５】本発明の実施例において、供試体における硬化層のビッカース硬さＨＶと、レーザの出力・照射速度比の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例において、供試体の硬化層の深さと、レーザの出力・照射速度比の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例において、供試体の硬化層におけるエロージョン深さと、ビッカース硬さＨＶとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態について図１から図７を参照して説明する。図１から図３は、本実施形態の構造部材の製造方法で製造される動翼を備えた蒸気タービンを示している。
【００２２】
蒸気タービン１は、ケーシング１０と、ケーシング１０に流入する蒸気Ｊの流量と圧力を調整する調整弁２０と、ケーシング１０の内方に回転自在に設けられ、動力を不図示の発電機等の機械に伝達する軸体（ロータ）３０と、ケーシング１０に保持された翼体である静翼４０と、軸体３０に設けられた翼体である動翼５０と、軸体３０を軸回りに回転可能に支持する軸受部６０とを備えている。
【００２３】
ケーシング１０は、内部空間が気密に封止されているとともに、静翼４０及び動翼５０が配される内部が作動流体である蒸気Ｊの作動流路１０Ａとされている。このケーシング１０の内壁面には、軸体３０が挿通されたリング状の仕切板外輪１１が強固に固定されている。
【００２４】
軸体３０は、軸本体３１と、この軸本体３１の外周から径方向に延出した複数のディスク３２とを備えている。この軸体３０は、不図示の発電機等の機械に回転エネルギーを伝達するようになっている。
【００２５】
静翼４０は、軸体３０を囲繞するように放射状に複数配置されて環状静翼群を構成しており、それぞれ仕切板外輪１１に保持されている。これら静翼４０の径方向内側（先端側）には、軸体３０が挿通されたリング状のハブシュラウド４１で連結されている。また、複数の静翼４０からなる環状静翼群は、回転軸方向に間隔をあけて６段設けられている。環状静翼群は、蒸気Ｊの圧力エネルギーを速度エネルギーに変換し、下流側に隣接する動翼５０側に案内するようになっている。
【００２６】
また、動翼５０は、軸体３０が有するディスク３２の外周部に強固に取り付けられている。動翼５０は、各環状静翼群の下流側において、放射状に複数配置されて環状動翼群を構成している。複数の静翼４０からなる環状静翼群は、回転軸方向に間隔をあけて６段設けられている。このうち、最終段における動翼５０は、断面翼形状をした翼本体５１を備えるとともに、翼本体５１の先端に設けられたシュラウド５２を備える。
【００２７】
図２及び図３に示すように、翼本体５１は、蒸気Ｊから正圧が作用する正圧面５１ａと、蒸気Ｊから正圧面５１ａに対して相対的に負圧が作用する負圧面５１ｂとを有する。また、シュラウド５２は、翼本体５１の前縁５１ｃ側で、負圧面５１ｂ側に張り出す前縁張出部５２ａと、翼本体５１の後縁５１ｄ側で、正圧面５１ａ側に張り出す後縁張出部５２ｂとを有する。そして、隣り合う動翼５０Ａ同士は、互いのシュラウド５２の一方の前縁張出部５２ａが、他方の後縁張出部５２ｂに当接することで、互いに連結されている。また、本実施形態の動翼５０Ａでは、前縁５１ｃ側には、負圧面５１ｂ側において、翼本体５１とシュラウド５２の前縁張出部５２ａとが接続される部分として凹面５０ａが前縁５１ｃ側に向くように形成されている。
【００２８】
ここで、翼本体５１及びシュラウド５２からなる最終段の動翼５０Ａは、母材からなり翼本体５１及びシュラウド５２を概略形成する基体５３と、基体５３の一部に形成された硬化層５４とを有する。基体５３を形成する母材としては、１２％クロム鋼、析出硬化ステンレス鋼、チタン合金など様々な材質が選択されるが、強度および耐食性に優れる析出硬化ステンレス鋼のうち、例えば１７−４ＰＨ（ＳＵＳ６３０）が好ましい。
【００２９】
また、硬化層５４は、基体５３を形成する母材が、後述する製造方法により析出硬化することで形成されるものである。また、硬化層５４は、基体５３の表面から所定の深さまで形成されている。また、硬化層５４の表面上の範囲は、前縁５１ｃ先端側において、翼本体５１とシュラウド５２の凹面５０ａを含む範囲として設定されている。なお、選択される範囲としては、特に制限はなく、エロージョン対策を必要とする範囲に適宜設定することが可能である。また、硬化層５４の硬さとしては、ビッカース硬さＨＶで４５０以上であることが好ましい。４５０以上であることで、効果的に耐エロージョン性を発揮することができる。また、硬化層５４の深さとしては、ビッカース硬さＨＶ４５０以上となる範囲で１００μｍ以上であることが好ましい。１００μｍ以上であることで効果的に長期の使用に耐えうる耐エロージョン性を発揮することができる。
【００３０】
次に、このような動翼５０Ａを製造する方法の詳細について説明する。具体的には、まず、基体形成工程として、母材から所望の形状の基体５３を形成する。本実施形態では、例えば、鍛造により、翼体５１及びシュラウド５２の外形をなす基体５３が形成される。なお、基体５３を形成する方法は限定されるものではなく、例えば鋳造などでも良く、さらに切削等の機械加工を組み合わせても良い。
【００３１】
次に、表面形状測定工程として、上記硬化層５４を形成する範囲について表面形状を測定する。表面形状の測定方法としては特に限定されるものではなく、例えばマイクロメータを基体５３の表面上に操作させて表面形状を測定するような接触式でも良いし、基体５３を撮像して画像処理を行うことで表面形状を測定するような非接触式の測定方法でも良い。
【００３２】
次に、レーザ照射工程として、上記硬化層５４を形成する範囲についてレーザを照射して加熱し、基体５３を溶体化させる。加熱に際しては、オーステナイト逆変態が完了する温度である８００℃以上かつ融点未満の温度まで加熱され溶体化することが好ましい。
また、レーザの出力を照射速度で除した値である出力・速度比と、形成された硬化層５４の深さとの間には相関性があり、形成する硬化層５４に応じて、出力・速度比を決定し、出力・速度比に基づいてレーザの出力と照射速度とを設定する。
【００３３】
次に、時効熱処理工程として、レーザが照射された基体５３を一定温度で保持し、時効熱処理を行う。時効熱処理の時間及び温度条件としては、基体５３を形成する母材によって異なる。
例えば、析出硬化ステンレス鋼１７−４ＰＨでは、硬化層５４を形成する部分の温度を４７０℃とし、保持時間を１時間として時効熱処理を行うことにより最高硬さを得ることが好ましい。
なお、加熱する手段としては特に限定されないが、ヒータや高周波加熱器による加熱が局所的な温度上昇を抑制し均一に加熱できる点で好ましい。そして、このように時効熱処理を行うことで、レーザが照射された範囲においては、母材が析出硬化して硬化層５４が形成されることとなる。また、本レーザ照射後の時効温度は、母材製作時の時効温度よりも十分低いため、翼全体を加熱してレーザ照射後の時効処理を行っても良い。
【００３４】
なお、上記においては、新規の動翼５０Ａを製造するものとして説明したが、これに限るものではなく、既設の動翼５０について、エロージョン対策を施す必要がある部位に硬化層５４を形成して耐エロージョン性が向上した新たな動翼５０を製造するものとしても良い。この場合には、上記基体形成工程は不要であり、基体形成工程後の工程から行えば良い。また、この場合、レーザ照射工程の前工程として、表面処理工程を実施しても良い。具体的には、表面形状測定工程に先立って、表面処理工程として、硬化層５４を形成する範囲についてグラインダーで研磨処理を行うなどにより、表面を平滑化させる。そして、表面処理が施された範囲について表面形状測定工程で表面形状を測定し、測定された結果に基づいてレーザ照射工程及び時効熱処理工程を実施すれば良い。
【００３５】
次に、上記製造方法において、基体形成工程よりも後工程を実現する製造装置の一例について図４に基づいて説明する。
図４に示すように、製造装置１００は、動翼５０などの被加工物Ｗが載置される載置台１０１と、載置台１０１を囲むように設けられたシールド１０２と、レーザＬを発振し、載置台１０１に載置された被加工物Ｗに向かって照射するレーザ発振器１０３と、レーザ発振器１０３から発振されたレーザＬの照射方向を設定するビーム走査手段１０４と、載置台１０１に載置された被加工物Ｗの表面形状を測定する表面形状測定手段１０５と、被加工物Ｗに加熱を行う加熱手段１０６と、各構成を制御する制御部１０７と、各種条件を入力可能な入力部１０８とを備える。ここで、図４において、Ｘ方向及びＹ方向は互いに直交する水平方向を示しており、Ｚ方向は鉛直方向を示している。
【００３６】
入力部１０８で入力する各種条件としては、例えば、被加工物Ｗにおける硬化層５４を形成する表面上の範囲を示し、Ｘ方向の位置及びＹ方向の位置で特定される２次元データや、硬化層５４の深さなどが挙げられる。レーザ発振器１０３は、制御部１０７の制御に基づいて所望の出力でレーザＬを発振させることが可能である。
【００３７】
ビーム走査手段１０４は、図示しないが、レーザＬの照射方向を設定するための反射ミラーと、レーザＬの焦点位置を設定するためのレンズとを備える。レンズ位置及び反射ミラーの角度は、制御部１０７により制御されており、これにより、被加工物Ｗに対して所望の位置に所望の照射面積で、また、所望の照射速度で照射することが可能となっている。
【００３８】
表面形状測定手段１０５は、マイクロメータからなり、Ｚ方向の位置を測定可能な表面位置測定部１０５ａと、表面位置測定部１０５ａをＸ方向及びＹ方向に走査する走査部１０５ｂとを有する。走査部１０５ｂは、制御部１０７による制御のもと表面位置測定部１０５ａを所定の位置に移動させる。また、表面位置測定部１０５ａで測定された測定情報であるＺ方向の位置は、制御部１０７に出力される。制御部１０７では、測定情報として取得されたＺ方向の位置と、走査部１０５ｂによって制御された表面位置測定部１０５ａのＸ方向及びＹ方向の位置に基づいて、３次元の表面形状データを構築する。
【００３９】
また、加熱手段１０６は、電源１０６ａと、電源１０６ａに接続されたヒータ１０６ｂと、ヒータ１０６ｂをＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に走査するヒータ移動部１０６ｃと、被加工物Ｗの表面に設置されて被加工物Ｗの表面温度を測定する温度センサ１０６ｄとを備える。温度センサ１０６ｄで検出された温度情報は、制御部１０７に出力される。制御部１０７では、取得した温度情報に基づいて、予め設定された温度となるように電源１０６ａ出力を制御し、ヒータ１０６ｂによる加熱温度を調整する。
【００４０】
このような製造装置１００によれば、表面形状測定工程においては、制御部１０７による制御のもと、表面形状測定手段１０５によって被加工物Ｗの形状を測定することができる。また、レーザＬ照射工程では、制御部１０７は、取得した３次元の表面形状データに基づいて、被加工物Ｗの各照射位置における適切な焦点位置を調整しつつ、所定の出力及び照射速度でレーザＬを、硬化層５４を形成する範囲全体にわたって照射することができる。なお、出力及び照射速度については、例えば、予め対象となる被加工物Ｗの母材の材質に基づいて決定される硬化深さと、レーザＬの出力・速度比との関係を記憶しておき、当該関係と入力部１０８で入力された硬化深さに基づいて、レーザＬの出力・速度比を決定し、レーザＬの出力と照射速度を設定するものとしても良い。
【００４１】
また、時効熱処理工程では、制御部１０７は、加熱手段１０６のヒータ移動部１０６ｃを制御して、硬化層５４を形成する範囲にヒータ１０６ｂを移動させる。そして、制御部１０７は、温度センサ１０６ｄから取得した温度情報に基づいて、電源１０６ａを制御し、ヒータ１０６ｂによって所定温度で、所定時間加熱を行う。なお、加熱温度や加熱時間は、上記のとおり母材の材質よって異なり、予め記憶されているものしても良いし、入力部１０８によって指定されるものでも良い。
【実施例】
【００４２】
次に、蒸気タービンの動翼５０の材質として好適に使用される析出硬化ステンレス鋼１７−４ＰＨからなる供試体に、上記製造方法により硬化層５４を形成した場合の実施例について説明する。
本実施例では、析出硬化ステンレス鋼１７−４ＰＨからなる供試体に、所定の条件にてレーザ照射工程及び時効熱処理工程を実施し、各条件において形成された硬化層５４の深さ、ビッカース硬さ、耐エロージョン性について評価を行った。本実施例で使用したレーザはディスクレーザで波長１０３０ｎｍであるが、他の種類のレーザを用いても条件調整可能であり、これに限定されるものではない。
【００４３】
表１は、各実施例での、レーザＬの出力、レーザＬの照射速度、形成された硬化層５４の深さ及びビッカース硬さＨＶを示している。
【００４４】
【表１】
【００４５】
ここで、ビッカース硬さＨＶは、マイクロビッカース測定機（ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠）で試験力０．４９０３Ｎで測定した。また、硬化層５４の深さは、深さ方向にビッカース硬度を測定する位置を２５μｍ単位で変化させ、ビッカース硬度ＨＶが４５０以下にまで著しく低下するまでの範囲を深さとした。また、時効熱処理工程における条件は、加熱温度４７０℃、加熱時間１時間で、その後空冷によって常温まで下げるものとして一定とした。
【００４６】
図５は、表１に示す試験結果についてレーザＬの出力・速度比と硬化層５４のビッカース硬さとの関係を示したグラフである。図５に示すように、レーザＬの照射条件（出力、照射速度）に係らず、ビッカース硬さＨＶが４５０以上となった。
【００４７】
図６は、表１に示す試験結果についてレーザＬの出力・速度比と硬化層５４の深さとの関係を示したグラフである。図６に示すように、レーザＬの出力・速度比（Ｐ／Ｖ）（Ｗ／（ｍ／ｍｉｎ））と硬化層５４の深さＨ（μｍ）との間には相関性を有することが明らかとなった。本実施例のように析出硬化ステンレス鋼１７−４ＰＨでは、両者の相関式は以下の＜数１＞とおりとなった。
【００４８】
【数１】
【００４９】
このため、当該相関式に基づいてレーザＬの照射条件（出力、照射速度）を決定することで、所望の深さの硬化層５４を形成することができる。
【００５０】
次に、析出硬化ステンレス鋼１７−４ＰＨ母材に各々の条件の時効処理を施し、硬さを変化させた各試験片の耐エロージョン性を評価した結果を表２及び図７に示す。なお、比較例は、母材従来条件の硬さにおける耐エロージョン性を評価した結果を示す。
【００５１】
【表２】
【００５２】
耐エロージョン性は、ウォータジェット法により、エロージョンを発生させその深さを測定することによる。
ウォータジェット法とは、具体的には、平板の試験片に高圧水を高速で所定の時間照射して、平板の減肉量を加速条件にて比較評価する手法である。本試験におけるウォータジェット試験条件は、噴射時間５ｍｉｎ、ノズル径０．３ｍｍ、ノズルと試験片の距離３０ｍｍ、水圧７００気圧にて実施した。
また、エロージョン深さは、表面形状（粗さ）測定により最深部のエロージョン深さを測定した。
【００５３】
図７に示すように、ビッカース硬さＨＶとエロージョン深さとは、線形の相関性を有している。そして、ビッカース硬さＨＶが４５０以上の場合には、エロージョン深さが、析出硬化ステンレス鋼１７−４ＰＨである母材従来条件に対して１／２以下となり、すなわち耐エロージョン性が２倍以上に向上したことが確認できる。
【００５４】
以上のように、本実施形態の製造方法で、硬化層５４を有する動翼５０Ａを製造することにより、耐エロージョン性を向上させた動翼５０Ａを得ることができる。ここで、加熱する手段をレーザＬとすることにより、所定の範囲を限定的にかつ均一に加熱することができ、加熱よる歪等が基体５３に生じてしまうことを抑制することができる。また、加熱する手段をレーザＬとすることにより、硬化層５４を形成する範囲が、翼本体５１とシュラウド５２との接合部分のように、表面の位置及び向きが変化する複雑な表面形状でも、正確に同じ条件で加熱することができる。また、硬化層５４を形成する範囲以外を不必要に加熱してしまうことを防止できる。
【００５５】
また、上記のとおり、硬化層５４を形成する部分の温度を４７０℃とし、保持時間を１時間として時効熱処理を行うことで、最高硬さを有する硬化層５４が形成することができる。
さらに、レーザＬの出力・速度比を調整することによって硬化層５４の深さを目標とする深さに正確に形成することができる。
【００５６】
また、表面形状測定工程として、基体５３の所定の範囲に対して表面形状を測定することで、レーザ照射工程では、測定した表面形状に倣って正確にレーザＬを照射することができる。このため、所定の範囲において、所望の条件で正確に加熱することができ、所望の範囲に、所望の深さの硬化層を正確に形成することができる。
【００５７】
なお、上記においては、最終段の動翼５０Ａに硬化層５４を形成するものとして説明したが、これに限るものではなく、上流側の動翼５０にも適用可能である。また、動翼５０に限らず、静翼４０やその他作動流路に面し、蒸気に曝されることでエロージョン対策を必要とする構造部材に好適に適用可能である。また、蒸気タービンの構造部材に限らず、ガスタービンやその他、様々な耐エロージョン対策を必要とする装置の構造部材に好適に適用可能である。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
４０ 静翼（翼体、構造部材）
５０、５０Ａ 動翼（翼体、構造部材）
５１ 翼本体
５２ シュラウド
５３ 基体
５４ 硬化層
Ｌ レーザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材からなる基体の所定の範囲にレーザを照射して、オーステナイト逆変態が完了する温度である８００℃以上かつ融点未満の温度まで加熱するレーザ照射工程と、
該レーザ照射工程でレーザが照射された基体に対して時効熱処理を行うことにより、前記所定の範囲に、母材が析出硬化することで形成される硬化層を形成する時効熱処理工程とを備えることを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の構造部材の製造方法において、
前記母材が析出硬化ステンレス鋼であり、
前記時効熱処理工程では、硬化層を形成する部分の温度を４７０℃とし、保持時間を１時間として時効熱処理を行うことを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の構造部材の製造方法において、
前記レーザ照射工程では、前記硬化層の目標とする深さに応じて、前記レーザの出力を照射速度で除した値を設定することを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の構造部材の製造方法において、
前記レーザ照射工程の前工程として、前記基体の前記所定の範囲に対して表面形状の測定を行う表面形状測定工程を備えることを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の構造部材の製造方法において、
前記構造部材はタービンの翼体であり、
前記所定の範囲は、該翼体の前縁部の一部であることを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の構造部材の製造方法において、
前記翼体は、翼本体と、該翼本体の端部に設けられたシュラウドとを有し、
前記所定の範囲は、前記翼体の前記前縁部で、前記シュラウドとの接続部分を含むことを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項１】
母材からなる基体の所定の範囲にレーザを照射して、オーステナイト逆変態が完了する温度である８００℃以上かつ融点未満の温度まで加熱するレーザ照射工程と、
該レーザ照射工程でレーザが照射された基体に対して時効熱処理を行うことにより、前記所定の範囲に、母材が析出硬化することで形成される硬化層を形成する時効熱処理工程とを備えることを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の構造部材の製造方法において、
前記母材が析出硬化ステンレス鋼であり、
前記時効熱処理工程では、硬化層を形成する部分の温度を４７０℃とし、保持時間を１時間として時効熱処理を行うことを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の構造部材の製造方法において、
前記レーザ照射工程では、前記硬化層の目標とする深さに応じて、前記レーザの出力を照射速度で除した値を設定することを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の構造部材の製造方法において、
前記レーザ照射工程の前工程として、前記基体の前記所定の範囲に対して表面形状の測定を行う表面形状測定工程を備えることを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の構造部材の製造方法において、
前記構造部材はタービンの翼体であり、
前記所定の範囲は、該翼体の前縁部の一部であることを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の構造部材の製造方法において、
前記翼体は、翼本体と、該翼本体の端部に設けられたシュラウドとを有し、
前記所定の範囲は、前記翼体の前記前縁部で、前記シュラウドとの接続部分を含むことを特徴とする構造部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−７７３５５（Ｐ２０１２−７７３５５Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２４１０９（Ｐ２０１０−２２４１０９）
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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