JP6901415B2 - Deterioration evaluation method for turbine parts and turbine maintenance method - Google Patents
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Description
本開示は、タービン部品の劣化評価方法及びタービンのメンテナンス方法に関する。 The present disclosure relates to a method for evaluating deterioration of turbine parts and a method for maintaining a turbine.
高温部品等のタービン部品は、タービンの運転中に高温に曝される等の理由により経時的に劣化することから、タービン部品の劣化状態を把握するための方法が提案されている。 Since turbine parts such as high-temperature parts deteriorate over time due to exposure to high temperatures during operation of the turbine, a method for grasping the deteriorated state of the turbine parts has been proposed.
例えば、特許文献１には、タービン翼から採取した試験片からタービン翼の温度を推定することにより、タービン翼の遮熱コートの劣化状態を評価することが開示されている。この評価方法においては、タービン翼の表面部分から遮熱コート層を含む試料片を採取して、試料片の遮熱コート部分に存在するスケール層（すなわち、タービン運転中に生じたスケール層）の厚さを計測し、該厚さに基づいてタービン翼の基材の温度を推定するようになっている。 For example, Patent Document 1 discloses that the deterioration state of the heat shield coat of a turbine blade is evaluated by estimating the temperature of the turbine blade from a test piece collected from the turbine blade. In this evaluation method, a sample piece containing a heat shield coat layer is sampled from the surface portion of a turbine blade, and a scale layer existing in the heat shield coat portion of the sample piece (that is, a scale layer generated during turbine operation) is measured. The thickness is measured, and the temperature of the base material of the turbine blade is estimated based on the thickness.
ところで、タービン部品の劣化の評価指標として、引張強さが採用されることがある。タービン部品材料の引張試験を行うためには、試料となるタービン部品から所定の形状及び大きさを有する試験片を作製する必要があり、このように試験片を作製する際には、通常、タービンから抜き出されたタービン部品を破壊せざるを得ない。したがって、引張試験の結果、仮にタービン部品の劣化がそれほど進行していないと判定される場合であっても、該タービン部品を試験後に再使用することができないため、試験を行う分だけ、タービン部品を廃却及び製造するコストがかかる。このため、タービン部品を破壊せずに引張強さを把握してタービン部品の劣化評価を行うことが望まれる。 By the way, tensile strength may be adopted as an evaluation index of deterioration of turbine parts. In order to perform a tensile test of a turbine component material, it is necessary to prepare a test piece having a predetermined shape and size from a sample turbine part, and when the test piece is manufactured in this way, a turbine is usually produced. There is no choice but to destroy the turbine parts extracted from. Therefore, even if it is determined as a result of the tensile test that the deterioration of the turbine parts has not progressed so much, the turbine parts cannot be reused after the test. It costs money to dispose of and manufacture. Therefore, it is desired to grasp the tensile strength without destroying the turbine parts and evaluate the deterioration of the turbine parts.
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、評価対象のタービン部品の廃却又は作製にかかるコストを低減可能なタービン部品の劣化評価方法及びタービンのメンテナンス方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, at least one embodiment of the present invention aims to provide a method for evaluating deterioration of turbine parts and a method for maintaining turbines, which can reduce the cost of disposing or manufacturing the turbine parts to be evaluated. And.
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン部品の劣化評価方法は、
タービン部品から採取した試料の硬さを計測するステップと、
前記試料を構成する材料の硬さと引張強さとの相関関係に基づいて、前記試料の前記硬さの計測結果から前記試料の引張強さを推定するステップと、を備える。
(1) The method for evaluating deterioration of turbine parts according to at least one embodiment of the present invention is
Steps to measure the hardness of the sample taken from the turbine parts,
A step of estimating the tensile strength of the sample from the measurement result of the hardness of the sample based on the correlation between the hardness of the material constituting the sample and the tensile strength is provided.
上述したように、タービン部品の劣化の評価指標となる引張強さを直接測定しようとすると、試験片を得るためには、通常、タービン部品を破壊せざるを得ない。この点、上記（１）の方法では、タービン部品から補修可能な範囲で採取した試料の硬さの計測結果から該試料の引張強さを推定することができる。よって、評価の結果、劣化があまり進行していないと判定されたタービン部品については、再使用可能である。したがって、劣化評価対象のタービン部品の廃却や再作製にかかるコストを低減することができる。 As described above, when an attempt is made to directly measure the tensile strength, which is an evaluation index of deterioration of a turbine component, the turbine component is usually forced to be destroyed in order to obtain a test piece. In this regard, in the method (1) above, the tensile strength of the sample can be estimated from the measurement result of the hardness of the sample collected from the turbine parts within a repairable range. Therefore, as a result of the evaluation, the turbine parts that are determined to have not deteriorated so much can be reused. Therefore, it is possible to reduce the cost of disposing of or remanufacturing the turbine parts subject to deterioration evaluation.
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記試料は、前記タービン部品のうち、母材の表面からの深さが１．５ｍｍ以下の表面領域から採取された部分である。
(2) In some embodiments, in the method of (1) above,
The sample is a portion of the turbine component taken from a surface region having a depth of 1.5 mm or less from the surface of the base metal.
上記（２）の方法によれば、タービン部品の母材の表面近傍の部分から試料を採取するので、該試料を用いて劣化評価を行った後に該タービン部品を再使用する際の強度を確保しやすく、あるいは、再使用する場合の補修がしやすい。 According to the method (2) above, a sample is collected from a portion near the surface of the base material of the turbine component, so that the strength when the turbine component is reused after the deterioration evaluation is performed using the sample is ensured. Easy to use, or easy to repair when reused.
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の方法において、
前記硬さを計測するステップでは、前記タービン部品の母材の断面に打痕することにより前記硬さを計測する。
(3) In some embodiments, in the method (1) or (2) above,
In the step of measuring the hardness, the hardness is measured by denting the cross section of the base material of the turbine component.
タービン部品の表面は、通常、曲面形状を有するため、母材表面で硬さを計測したのでは、計測精度が良好でない場合がある。また、母材表面には、タービン運転中にスケールが生成する場合があるため、母材の硬さを正確に計測することができない場合がある。この点、上記（３）の方法によれば、母材の断面に打痕するようにしたので、タービン部品の母材の硬さを精度良好に計測することができる。 Since the surface of the turbine component usually has a curved surface shape, the measurement accuracy may not be good if the hardness is measured on the surface of the base material. Further, since scale may be generated on the surface of the base metal during turbine operation, it may not be possible to accurately measure the hardness of the base metal. In this regard, according to the method (3) above, since the cross section of the base material is dented, the hardness of the base material of the turbine component can be measured with good accuracy.
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの方法において、
前記硬さを計測するステップでは、前記試料のビッカース硬さを計測する。
(4) In some embodiments, in any of the above methods (1) to (3),
In the step of measuring the hardness, the Vickers hardness of the sample is measured.
上記（４）の方法によれば、タービン部品のビッカース硬さを計測するようにしたので、比較的小さな試料で硬さを計測可能である。よって、タービン部品から比較的小さな試料を採取して、該試料を用いて劣化評価を行った後に、タービン部品を再使用する際の強度を確保しやすく、あるいは、再使用する場合の補修がしやすい。 According to the method (4) above, since the Vickers hardness of the turbine component is measured, the hardness can be measured with a relatively small sample. Therefore, after a relatively small sample is taken from the turbine parts and deterioration evaluation is performed using the sample, it is easy to secure the strength when the turbine parts are reused, or repairs are performed when the turbine parts are reused. Cheap.
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの方法において、
前記試料の組織観察を行うステップと、
前記推定するステップでの前記試料の前記引張強さの推定結果、及び、前記組織観察の結果に基づいて、前記タービン部品の劣化度を評価するステップと、をさらに備える。
(5) In some embodiments, in any of the methods (1) to (4) above,
The step of observing the structure of the sample and
A step of evaluating the degree of deterioration of the turbine component based on the estimation result of the tensile strength of the sample in the estimation step and the result of the structure observation is further provided.
上記（５）の方法によれば、タービン部品の劣化評価にあたり、試料の引張強さの推定結果のみならず、試料の組織観察の結果にも基づいて評価を行うようにしたので、より精度の高いタービン部品の劣化評価が可能である。 According to the method (5) above, when evaluating the deterioration of turbine parts, the evaluation is based not only on the estimation result of the tensile strength of the sample but also on the result of the microstructure observation of the sample, so that the evaluation is more accurate. High deterioration evaluation of turbine parts is possible.
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの方法において、
前記タービン部品は、ガスタービンの動翼、静翼、分割環、又は燃焼器である。
(6) In some embodiments, in any of the methods (1) to (5) above,
The turbine component is a moving blade, a stationary blade, a split ring, or a combustor of a gas turbine.
ガスタービンの動翼、静翼、分割管又は燃焼器等の高温部品は、ガスタービンの運転中に高温環境下に曝され、時効による材料劣化が生じる。上記（６）の方法によれば、このような高温部品について、上述の（１）の方法を適用することで、廃却や再作製にかかるコストを低減しながら材料劣化を適切に評価可能である。 High-temperature parts such as moving blades, stationary blades, split pipes, and combustors of gas turbines are exposed to high-temperature environments during operation of gas turbines, causing material deterioration due to aging. According to the method (6) above, by applying the method (1) above to such high-temperature parts, it is possible to appropriately evaluate material deterioration while reducing the cost of disposal and remanufacturing. is there.
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービンのメンテナンス方法は、
上記（１）乃至（６）の何れか一項に記載の劣化評価方法と、
前記推定するステップにおいて推定された前記タービン部品の引張強さが閾値以上であるとき、前記タービン部品を補修するステップと、を備える。
(7) The turbine maintenance method according to at least one embodiment of the present invention is
The deterioration evaluation method according to any one of (1) to (6) above, and
When the tensile strength of the turbine component estimated in the estimation step is equal to or greater than a threshold value, the step of repairing the turbine component is provided.
上記（７）の方法によれば、推定するステップにおいて、タービン部品の引張強さが閾値以上であるとき、すなわち、該タービン部品が再使用不可能なほどまでは劣化していないと判定されたときに、硬さ計測のための試料が採取されたタービン部品を補修するようにしたので、劣化評価対象のタービン部品の廃却や再作製にかかるコストを低減しつつ、該タービン部品の再使用時におけるタービン性能の低下を抑制することができる。 According to the method (7) above, in the estimation step, it was determined that when the tensile strength of the turbine component is equal to or greater than the threshold value, that is, the turbine component has not deteriorated to the extent that it cannot be reused. Occasionally, the turbine parts from which samples were taken for hardness measurement were repaired, so that the turbine parts to be evaluated for deterioration were reused while reducing the cost of discarding or remanufacturing them. It is possible to suppress a decrease in turbine performance over time.
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の方法において、
前記補修するステップでは、前記試料の採取時に形成された前記タービン部品の凹部にろう材を充填する。
(8) In some embodiments, in the method of (7) above,
In the repair step, the recesses of the turbine parts formed at the time of collecting the sample are filled with a brazing material.
上記（８）の方法によれば、試料の採取時に形成されたタービン部品の凹部にろう材を充填することにより、簡素なやり方で、タービン部品を補修することができる。 According to the method (8) above, the turbine parts can be repaired in a simple manner by filling the recesses of the turbine parts formed at the time of sampling with a brazing material.
本発明の少なくとも一実施形態によれば、評価対象のタービン部品の廃却又は作製にかかるコストを低減可能なタービン部品の劣化評価方法及びタービンのメンテナンス方法が提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, there is provided a method for evaluating deterioration of turbine parts and a method for maintaining turbines, which can reduce the cost of discarding or manufacturing the turbine parts to be evaluated.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention to this, but are merely explanatory examples. Absent.
以下の説明では、主に、ガスタービンのタービン翼（動翼又は静翼）を評価対象として本発明に係る劣化評価方法を実施する例について説明するが、本発明に係る劣化評価方法は、ガスタービンのタービン翼のみならず、ガスタービン又は蒸気タービン等のタービンを構成する部品全般に適用可能である。 In the following description, an example in which the deterioration evaluation method according to the present invention is implemented mainly for the turbine blades (moving blades or stationary blades) of the gas turbine will be described, but the deterioration evaluation method according to the present invention is the gas. It can be applied not only to turbine blades of turbines but also to all parts constituting a turbine such as a gas turbine or a steam turbine.
図１は、一実施形態に係るタービン部品の劣化評価方法の概要を示すフローチャートである。図１に示すように、一実施形態に係る劣化評価方法では、まず、評価対象のタービン部品から試料を採取する（試料採取ステップＳ２）。次に、試料採取ステップＳ２で採取した試料の組織観察を行う（組織観察ステップＳ３）。また、試料採取ステップＳ２で採取した試料の硬さを計測し（計測ステップＳ４）、計測ステップＳ４での硬さの計測結果に基づいて試料の引張強さを推定する（推定ステップＳ６）。そして、推定ステップＳ６での試料の引張強さの推定結果に基づいて、タービン部品の劣化評価を行う（評価ステップＳ１０）。 FIG. 1 is a flowchart showing an outline of a deterioration evaluation method for turbine parts according to an embodiment. As shown in FIG. 1, in the deterioration evaluation method according to the embodiment, first, a sample is sampled from the turbine component to be evaluated (sample sampling step S2). Next, the tissue of the sample collected in the sampling step S2 is observed (tissue observation step S3). Further, the hardness of the sample collected in the sample collection step S2 is measured (measurement step S4), and the tensile strength of the sample is estimated based on the measurement result of the hardness in the measurement step S4 (estimation step S6). Then, based on the estimation result of the tensile strength of the sample in the estimation step S6, the deterioration evaluation of the turbine parts is performed (evaluation step S10).
以下、幾つかの実施形態に係る劣化評価方法の各ステップについて、より具体的に説明する。ここでは、ガスタービンのタービン翼を評価対象のタービン部品として各ステップの説明をする。 Hereinafter, each step of the deterioration evaluation method according to some embodiments will be described more specifically. Here, each step will be described with the turbine blades of the gas turbine as the turbine parts to be evaluated.
（試料採取ステップＳ２）
試料採取ステップＳ２では、例えば、切削工具等の切削手段によってタービン翼を切削することにより、組織観察ステップＳ３及び計測ステップＳ４で用いる試料をタービン翼から採取する。
(Sampling step S2)
In the sampling step S2, for example, by cutting the turbine blade with a cutting means such as a cutting tool, the sample used in the structure observation step S3 and the measurement step S4 is sampled from the turbine blade.
図２は、評価対象のタービン翼の断面の一例を示す模式図であり、図３は、図２に示すタービン翼の表面部分（図２の部分Ａ）の断面を拡大した模式図である。図４は、図３に示すタービン翼から採取される試料の一例を示す模式図である。 FIG. 2 is a schematic view showing an example of a cross section of a turbine blade to be evaluated, and FIG. 3 is an enlarged schematic view of a cross section of a surface portion (part A of FIG. 2) of the turbine blade shown in FIG. FIG. 4 is a schematic view showing an example of a sample collected from the turbine blade shown in FIG.
図２に示すタービン翼１は、母材２と、母材２の表面を覆うように設けられた遮熱コーティング（ＴＢＣ）４と、を含む。
母材２は、例えば、ニッケル基耐熱合金を材料として形成されていてもよい。遮熱コーティング４は、母材２を高温から保護するためのコーティング層である。特に図示しないが、遮熱コーティング４は、母材２との密着性及び耐酸化性を向上するために母材２側に設けられるボンドコート層と、遮熱のためにボンドコート層よりも外側に設けられるトップコート層と、を含んでいてもよい。ボンドコート層は、例えば金属材料から形成されていてもよい。トップコート層は、例えば、セラミックスから形成されていてもよい。
The turbine blade 1 shown in FIG. 2 includes a
The
タービン翼１から採取する試料には、劣化評価の対象となる部分が含まれるようにする。
幾つかの実施形態では、タービン翼１の母材２の部分の劣化の評価を行うため、タービン翼１か採取される試料には母材２の部分が含まれるようにする。
The sample collected from the turbine blade 1 shall include a portion to be evaluated for deterioration.
In some embodiments, in order to evaluate the deterioration of the
この場合、タービン翼１からの試料の採取は、例えば、以下の手順で行ってもよい。
まず、円筒状の刃を備えたカッタ（例えば超音波カッタ）を用いて、タービン翼１の表面（すなわち遮熱コーティング４の表面）から、母材２に向かって刃を侵入させ、遮熱コーティング４の厚さ分の距離だけ刃を送り、円筒状の切込み１２ａ（図３参照）を入れる。
次に、円盤状の刃を有する回転カッタで、母材１２の部分に円錐状の切込み１２ｂ（図３参照）を入れる。
このようにして、部分的に円筒形状及び円錐形状を有する試料１０を、タービン翼１から採取することができる。
In this case, the sample may be collected from the turbine blade 1 by, for example, the following procedure.
First, using a cutter provided with a cylindrical blade (for example, an ultrasonic cutter), the blade is penetrated from the surface of the turbine blade 1 (that is, the surface of the heat shield coating 4) toward the
Next, with a rotary cutter having a disk-shaped blade, a
In this way, the
幾つかの実施形態では、上述のようにタービン翼１から採取した試料１０を切断して、母材２の断面３を露出させて、後の組織観察ステップＳ３及び計測ステップＳ４で用いる。
例えば、図４に示すように、母材２の円錐形状部分の頂点を通るように、試料１０を深さ方向（即ち、タービン翼１の表面に直交する方向；以下、単に「深さ方向」ともいう。）に沿って切断して（即ち、半分に割って）得られた試料１０’は、母材２の断面３が露出している。この試料１０’を、後の組織観察ステップＳ３及び計測ステップＳ４で用いるようにしてもよい。
In some embodiments, the
For example, as shown in FIG. 4, the
上述のように、試料１０を切断することによって露出した母材２の断面３は、組織観察ステップＳ３及び計測ステップＳ４の前に、研磨処理を施してもよい。これにより、計測ステップＳ４における硬さ計測の精度を良好なものとすることができる。あるいは、組織観察ステップＳ３における金属組織観察をより適切に行うことができる。
As described above, the cross section 3 of the
なお、タービン翼１から採取した試料１０そのままの形状では、計測ステップＳ４での硬さ計測に用いることができない場合、あるいは、該硬さ計測に適した形状に切断することができない場合には、例えば、上述の試料１０を樹脂に埋め込んだ状態で、試料１０及び試料１０を保持する樹脂が硬さ計測に適した形状となるように、試料１０を樹脂ごと切断するようにしてもよい。
If the shape of the
幾つかの実施形態では、試料１０は、タービン翼１のうち、母材２の表面２ａからの深さが１．５ｍｍ以下の表面領域から採取された部分である。言い換えると、タービン翼１から採取される試料１０の母材２部分の高さｈは、１．５ｍｍ以下である（図３及び図４参照）。
In some embodiments, the
このように、タービン翼１の母材２の表面２ａ近傍の部分から試料１０を採取するので、該試料１０を用いて劣化評価（評価ステップＳ１０）を行った後に該タービン翼１を再使用する際の強度を確保しやすく、あるいは、再使用する場合の補修がしやすい。
In this way, since the
（組織観察ステップＳ３）
組織観察ステップＳ３では、試料採取ステップＳ２で得られた試料１０（又は試料１０’）の組織観察を行い、例えば、タービン翼１の使用前と比べた組織変化の有無や、γ’（ガンマプライム）相の析出状況のデータを取得する。
組織観察の結果は、例えば、計測ステップＳ４での試料１０（又は試料１０’）の硬さ測定位置を決定するために用いることができる。高温長時間使用された金属組織は、変質している場合があるため、計測ステップＳ４での打痕時には、そのような特異な箇所を避けて打痕する必要がある。また、タービン翼１の母材２の材料として用いられるニッケル基超合金のγ’相は硬いため、硬さ計測時にγ’相のところで打痕してしまうと、硬さが高く計測されてしまうため、計測ステップＳ４での打痕時にはγ’相も避けて打痕する必要がある。よって、組織観察の結果に基づいて、試料１０（又は試料１０’）の硬さ測定位置を適切に決定することができる。
(Tissue Observation Step S3)
In the structure observation step S3, the structure of the sample 10 (or sample 10') obtained in the sampling step S2 is observed. ) Obtain data on the state of phase precipitation.
The result of the tissue observation can be used, for example, to determine the hardness measurement position of the sample 10 (or the sample 10') in the measurement step S4. Since the metal structure used at a high temperature for a long time may be deteriorated, it is necessary to avoid such a peculiar portion at the time of denting in the measurement step S4. Further, since the γ'phase of the nickel-based superalloy used as the material of the
（計測ステップＳ４）
計測ステップＳ４では、試料採取ステップＳ２で得られた試料１０（又は試料１０’）の硬さを計測する。ここで、劣化評価の対象がタービン翼１の母材２である場合には、試料１０（又は試料１０’）の母材２部分の硬さを計測する。
(Measurement step S4)
In the measurement step S4, the hardness of the sample 10 (or the sample 10') obtained in the sampling step S2 is measured. Here, when the target of deterioration evaluation is the
硬さの計測方法は特に限定されず、周知の計測方法を採用することができる。
幾つかの実施形態では、採取した試料１０（又は試料１０’）について、ビッカース硬さ試験によりビッカース硬さを計測するようにしてもよい。また、幾つかの実施形態では、ブリネル硬さ試験、ロックウェル硬さ試験、又はヌープ硬さ試験等の硬さ試験により、各硬さを計測するようにしてもよい。
The hardness measuring method is not particularly limited, and a well-known measuring method can be adopted.
In some embodiments, the Vickers hardness of the collected sample 10 (or sample 10') may be measured by a Vickers hardness test. Further, in some embodiments, each hardness may be measured by a hardness test such as a Brinell hardness test, a Rockwell hardness test, or a Knoop hardness test.
ビッカース硬さ試験では、比較的小さな試料で硬さを計測可能である。よって、ビッカース硬さ試験により試料１０（又は試料１０’）のビッカース硬さを計測すれば、タービン翼１から比較的小さな試料１０（又は試料１０’）を採取して、該試料を用いて劣化評価を行った後に、タービン翼１を再使用する際の強度を確保しやすく、あるいは、再使用する場合の補修がしやすい。 In the Vickers hardness test, the hardness can be measured with a relatively small sample. Therefore, if the Vickers hardness of sample 10 (or sample 10') is measured by the Vickers hardness test, a relatively small sample 10 (or sample 10') is taken from the turbine blade 1 and deteriorated using the sample. After the evaluation, it is easy to secure the strength when the turbine blade 1 is reused, or it is easy to repair when the turbine blade 1 is reused.
幾つかの実施形態では、試料採取ステップＳ２で得られた試料１０’のうち、母材２の断面３（図４参照）に打痕することにより試料１０’の硬さを計測する。
In some embodiments, of the sample 10'obtained in the sampling step S2, the hardness of the sample 10'is measured by denting the cross section 3 (see FIG. 4) of the
タービン翼１の母材２の表面２ａは、通常、曲面形状を有するため、母材２の表面２ａで硬さを計測したのでは、計測精度が良好でない場合がある。また、母材２の表面２ａには、タービン運転中にスケールが生成する場合があるため、母材２の硬さを正確に計測することができない場合がある。この点、上述のように、母材２の断面３に打痕することにより試料１０’の硬さを計測することで、タービン翼１の母材２の硬さを精度良好に計測することができる。
Since the
（推定ステップＳ６）
推定ステップＳ６では、試料１０（又は試料１０’）を構成する材料（即ち、劣化評価対象である母材２を構成する材料）の硬さと引張強さとの相関関係に基づいて、計測ステップＳ４で得られた試料１０（又は試料１０’）の硬さの計測結果から、該試料１０（又は試料１０’）の引張強さを推定する。
(Estimation step S6)
In the estimation step S6, in the measurement step S4, based on the correlation between the hardness and the tensile strength of the material constituting the sample 10 (or the sample 10') (that is, the material constituting the
ここで、図５は、タービン翼１の母材２を構成する材料のビッカース硬さ（横軸）と引張強さ（縦軸）との相関関係の一例を示すグラフである。
推定ステップＳ６では、例えば、計測ステップＳ４で得られた試料の硬さの計測結果を上述の相関関係を示すグラフに当てはめて、該計測結果に対応する引張強さを、引張強さの推定値として取得することができる。
Here, FIG. 5 is a graph showing an example of the correlation between the Vickers hardness (horizontal axis) and the tensile strength (vertical axis) of the material constituting the
In the estimation step S6, for example, the measurement result of the hardness of the sample obtained in the measurement step S4 is applied to the graph showing the above-mentioned correlation, and the tensile strength corresponding to the measurement result is the estimated value of the tensile strength. Can be obtained as.
試料１０（又は試料１０’）を構成する材料の硬さと引張強さとの相関関係を示すグラフは、実施形態に係る劣化評価方法を実施するのに前もって、予め取得することができる。その方法は、例えば、およそ以下のようになる。
まず、タービン翼１の母材２を構成する材料（母材２と同一組成の材料）を用いて、引張強さ計測用の試験片を複数個作製し、それぞれの試験片について、異なる時効条件（温度及び時間条件）において加熱炉（電気炉等）にて熱処理を行う。そして、各試験片について、ビッカース硬さ試験及び引張試験を行い、ビッカース硬さ及び引張強さの計測を行う。図５のグラフ内の各プロットは、各々の試験片について計測されたビッカース硬さと引張強さとを示す点である。このようにして、複数の試験片について得られたグラフ上のプロットから、タービン翼１の母材２と同一組成の材料のビッカース硬さと引張強さとの相関関係を示す近似曲線（図５のグラフにおける直線Ｌ１）を得ることができる。
A graph showing the correlation between the hardness and the tensile strength of the material constituting the sample 10 (or the sample 10') can be obtained in advance before the deterioration evaluation method according to the embodiment is carried out. The method is, for example, approximately as follows.
First, a plurality of test pieces for measuring tensile strength are prepared using the material constituting the
硬さと引張強さとの相関関係は、金属材料の組成によって異なるので、劣化評価の対象となるタービン部品の材料ごとに上述の相関関係を示すグラフを取得するのが適切である。 Since the correlation between hardness and tensile strength differs depending on the composition of the metal material, it is appropriate to obtain a graph showing the above-mentioned correlation for each material of the turbine component to be evaluated for deterioration.
（評価ステップＳ１０）
評価ステップＳ１０では、推定ステップＳ６での試料の引張強さの推定結果に基づいて、タービン翼１の劣化度を評価する。
例えば、推定ステップＳ６でのタービン翼１の母材２の材料の引張強さの推定結果（推定値）が予め設定された閾値Ｓｔｈ以上である場合には、評価対象となったタービン翼１の劣化があまり進んでいないと判断し、上述の推定結果が上述の閾値未満である場合には、評価対象となったタービン翼１の劣化が進んでいると判断することができる。
(Evaluation step S10)
In the evaluation step S10, the degree of deterioration of the turbine blade 1 is evaluated based on the estimation result of the tensile strength of the sample in the estimation step S6.
For example, when the estimation result (estimated value) of the tensile strength of the material of the
このように、ステップＳ２〜Ｓ６では、タービン翼１から採取された試料１０（又は試料１０’）の硬さの計測結果から該試料の引張強さを推定するようにしたので、引張試験のための試験片に比べて小さな試料を用いて硬さを計測するとともに引張強さを推定することができる。よって、比較的小さな試料からステップＳ１０においてタービン翼１の劣化を評価することができるため、評価の結果、劣化があまり進行していないと判定されたタービン翼１については再使用可能である。したがって、劣化評価対象のタービン翼１の廃却や再作製にかかるコストを低減することができる。 As described above, in steps S2 to S6, the tensile strength of the sample 10 (or the sample 10') collected from the turbine blade 1 is estimated from the measurement result of the hardness. It is possible to measure the hardness and estimate the tensile strength using a sample smaller than the test piece of. Therefore, since the deterioration of the turbine blade 1 can be evaluated in step S10 from a relatively small sample, the turbine blade 1 which is determined to have not progressed so much as a result of the evaluation can be reused. Therefore, it is possible to reduce the cost of disposing of or remanufacturing the turbine blade 1 to be evaluated for deterioration.
評価ステップＳ１０では、推定ステップＳ６での引張強さの推定結果に加え、組織観察ステップＳ３での組織観察の結果をさらに考慮して、タービン翼１の劣化評価を行ってもよい。この場合、推定ステップＳ６での引張強さの推定結果のみに基づいて評価を行うよりも、精度の高いタービン翼１の劣化評価が可能である。 In the evaluation step S10, in addition to the estimation result of the tensile strength in the estimation step S6, the deterioration evaluation of the turbine blade 1 may be performed in consideration of the result of the structure observation in the structure observation step S3. In this case, it is possible to evaluate the deterioration of the turbine blade 1 with higher accuracy than the evaluation based only on the estimation result of the tensile strength in the estimation step S6.
なお、計測ステップＳ４で硬さを計測する試料１０（又は試料１０’）として、組織観察ステップＳ３で用いた試料１０（又は試料１０’）と同一の試料を用いることができる。
よって、例えば、組織観察に加えて従来の引張試験により引張強さを計測する場合等、組織観察のための試料と硬さ計測のための試料を別々に用意せざるを得ない場合に比べて、タービン翼１の劣化評価にかかるコストをより効果的に低減することができる。
As the sample 10 (or sample 10') whose hardness is measured in the measurement step S4, the same sample as the sample 10 (or sample 10') used in the tissue observation step S3 can be used.
Therefore, compared to the case where the sample for tissue observation and the sample for hardness measurement have to be prepared separately, for example, when the tensile strength is measured by a conventional tensile test in addition to the structure observation. , The cost for evaluating the deterioration of the turbine blade 1 can be reduced more effectively.
次に、上述のタービン翼１を含むガスタービンのメンテナンス方法の一例について説明する。
幾つかの実施形態に係るメンテナンス方法では、既に説明したステップＳ１〜Ｓ１０を行うことによって、タービン翼１の劣化評価を行う。そして、評価ステップＳ１０において、タービン翼１の引張強さ（すなわち、試料１０又は試料１０’の引張強さ）の推定値が閾値Ｓｔｈ以上である場合に、該タービン翼１をガスタービンにおいて再使用する。一方、評価ステップＳ１０において、タービン翼１の引張強さ（すなわち、試料１０又は試料１０’の引張強さ）の推定値が閾値Ｓｔｈ未満であるときには、該タービン翼１は再使用負荷であるため、該タービン翼１を新たなタービン翼と交換する。
Next, an example of the maintenance method of the gas turbine including the above-mentioned turbine blade 1 will be described.
In the maintenance method according to some embodiments, the deterioration of the turbine blade 1 is evaluated by performing steps S1 to S10 already described. Then, in the evaluation step S10, when the estimated value of the tensile strength of the turbine blade 1 (that is, the tensile strength of the
幾つかの実施形態では、劣化評価が行われたタービン翼１を再使用する場合、該タービン翼１を補修するステップを行ってから、該タービン翼１を再使用してもよい。劣化評価のために試料が採取されたタービン翼１を補修してから再使用することで、該タービン翼１の再使用時におけるタービン性能の低下を抑制することができる。 In some embodiments, when the deterioration-evaluated turbine blade 1 is reused, the turbine blade 1 may be reused after performing the step of repairing the turbine blade 1. By repairing and then reusing the turbine blade 1 from which the sample was taken for deterioration evaluation, it is possible to suppress a deterioration in turbine performance when the turbine blade 1 is reused.
上述の補修するステップでは、例えば、ろう付けによりタービン翼１の補修を行ってもよい。
図６は、タービン翼１のろう付けによる補修の一例を示すフローチャートである。
図６に示すように、タービン翼１を補修する際には、まず、上述の試料採取ステップＳ２で試料１０の採取時に形成されたタービン翼１の母材２（図３参照）の凹部に、ろう材を充填する（ステップＳ２２）。次に、ろう付け熱処理を行う（ステップＳ２４）。すなわち、ろう材を加熱して融解させた後、ゆっくりと冷却して凝固させる。そして、ろう付け部分を研磨などにより表面処理を行う（ステップＳ２６）。最後に、ろう付け部分に対して、遮熱コーティングを施す（ステップＳ２８）。このようにして、上述のステップＳ１〜Ｓ１０を含む劣化評価を行ったタービン翼１の補修を行うことができる。
In the above-mentioned repair step, the turbine blade 1 may be repaired by brazing, for example.
FIG. 6 is a flowchart showing an example of repair by brazing the turbine blade 1.
As shown in FIG. 6, when repairing the turbine blade 1, first, in the recess of the base material 2 (see FIG. 3) of the turbine blade 1 formed at the time of sampling the
なお、ろう材を充填するステップＳ２２の前に、タービン翼１の遮熱コーティング４（図３参照）を全体的に除去するようにしてもよい。この場合、表面仕上げ（ステップＳ２６）を行った後の再コーティング（ステップＳ２８）では、母材２及びろう付け部分の全体を覆うように、遮熱コーティング４を再度設けるようにしてもよい。
Before the step S22 for filling the brazing material, the heat shield coating 4 (see FIG. 3) of the turbine blade 1 may be completely removed. In this case, in the recoating (step S28) after the surface finishing (step S26), the
ろう材としては、例えば、母材２の融点（例えば１２００℃程度）よりも低く、かつ、タービン運転時のタービン翼１の温度（例えば９００℃程度）よりも高い融点（例えば１０００℃程度）を有する材料を用いることができる。 The brazing material has, for example, a melting point (for example, about 1000 ° C.) that is lower than the melting point of the base material 2 (for example, about 1200 ° C.) and higher than the temperature of the turbine blade 1 (for example, about 900 ° C.) during turbine operation. You can use the material you have.
以上、ガスタービンのタービン翼（動翼又は静翼）に適用する場合を例として、幾つかの実施形態に係る劣化評価方法、及び、該劣化評価方法を含むタービンのメンテナンス方法について説明したが、本発明の劣化評価方法の適用対象は、タービン翼に限られない。
幾つかの実施形態では、ガスタービンの動翼、静翼、分割環又は燃焼器が劣化評価の対象であってもよい。これらの高温部品は、ガスタービンの運転中に高温環境下に曝され、時効による材料劣化が生じる。したがって、これらの高温部品について、実施形態にかかる劣化評価方法を適用することにより、廃却や再作製にかかるコストを低減しながら材料劣化を適切に評価可能である。
As described above, the deterioration evaluation method according to some embodiments and the turbine maintenance method including the deterioration evaluation method have been described by taking the case of applying to the turbine blade (moving blade or stationary blade) of the gas turbine as an example. The application target of the deterioration evaluation method of the present invention is not limited to turbine blades.
In some embodiments, the blades, vanes, split rings or combustors of the gas turbine may be subject to degradation assessment. These high temperature parts are exposed to a high temperature environment during the operation of the gas turbine, and the material deteriorates due to aging. Therefore, by applying the deterioration evaluation method according to the embodiment to these high temperature parts, it is possible to appropriately evaluate the material deterioration while reducing the cost for disposal or remanufacturing.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes a modified form of the above-described embodiments and a combination of these embodiments as appropriate.
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
In the present specification, expressions representing relative or absolute arrangements such as "in a certain direction", "along a certain direction", "parallel", "orthogonal", "center", "concentric" or "coaxial". Strictly represents not only such an arrangement, but also a tolerance or a state of relative displacement at an angle or distance to the extent that the same function can be obtained.
For example, expressions such as "same", "equal", and "homogeneous" that indicate that things are in the same state not only represent exactly the same state, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the existing state.
Further, in the present specification, the expression representing a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also within a range in which the same effect can be obtained. , The shape including the uneven portion, the chamfered portion, etc. shall also be represented.
Further, in the present specification, the expression "comprising", "including", or "having" one component is not an exclusive expression excluding the existence of another component.
１ タービン翼
２ 母材
２ａ 表面
３ 断面
４ 遮熱コーティング
１０ 試料
１２ 母材
１２ａ 切込み
１２ｂ 切込み
1
Claims (7)
前記試料を構成する材料の硬さと引張強さとの相関関係に基づいて、前記試料の前記硬さの計測結果から前記試料の引張強さを推定するステップと、
前記試料の組織観察を行うステップと、
前記推定するステップでの前記試料の前記引張強さの推定結果、及び、前記組織観察の結果に基づいて、前記タービン部品の劣化度を評価するステップと、
を備え、
前記硬さを計測するステップでは、前記組織観察を行うステップでの観察結果に基づき決定された前記試料の測定位置で前記硬さを計測する
タービン部品の劣化評価方法。 Steps to measure the hardness of the sample taken from the turbine parts,
A step of estimating the tensile strength of the sample from the measurement result of the hardness of the sample based on the correlation between the hardness of the material constituting the sample and the tensile strength.
The step of observing the structure of the sample and
A step of evaluating the degree of deterioration of the turbine component based on the estimation result of the tensile strength of the sample in the estimation step and the result of the structure observation.
Equipped with a,
In the step of measuring the hardness, a method for evaluating deterioration of turbine parts, in which the hardness is measured at a measurement position of the sample determined based on the observation result in the step of observing the structure.
ことを特徴とする請求項１に記載のタービン部品の劣化評価方法。 The deterioration evaluation method for a turbine component according to claim 1, wherein the sample is a portion of the turbine component collected from a surface region having a depth from the surface of the base material of 1.5 mm or less. ..
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン部品の劣化評価方法。 The turbine component according to claim 1 or 2, wherein in the step of measuring the hardness, the hardness is measured by denting a cross section of a base material portion of the turbine component in the sample. Deterioration evaluation method.
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のタービン部品の劣化評価方法。 The deterioration evaluation method for a turbine component according to any one of claims 1 to 3, wherein in the step of measuring the hardness, the Vickers hardness of the sample is measured.
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のタービン部品の劣化評価方法。 The method for evaluating deterioration of a turbine component according to any one of claims 1 to 4 , wherein the turbine component is a moving blade, a stationary blade, a split ring, or a combustor of a gas turbine.
前記推定するステップにおいて推定された前記タービン部品の引張強さが閾値以上であるとき、前記タービン部品を補修するステップと、を備える
ことを特徴とするタービンのメンテナンス方法。 The deterioration evaluation method according to any one of claims 1 to 5,
A turbine maintenance method comprising: a step of repairing the turbine component when the tensile strength of the turbine component estimated in the estimation step is equal to or greater than a threshold value.
ことを特徴とする請求項６に記載のタービンのメンテナンス方法。 The turbine maintenance method according to claim 6 , wherein in the repair step, a brazing material is filled in a recess of the turbine component formed at the time of collecting the sample.
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