(57)【要約】【課題】金属部材において高温酸化反応およびこれによる減肉の発生を抑制する。【解決手段】実施形態によれば、金属部材の防食方法は、対象金属部材１０１の基体１１の対象表面１１ａに、溶射コーティングを施す溶射コーティングステップと、溶射コーティングステップの後に、溶射コーティングを施された対象表面１１ａにメッキ処理を施すメッキ処理ステップとを有する。メッキ処理ステップは、電解メッキによってメッキ層１３を形成するステップまたは無電解メッキによってメッキ層１３を形成するステップを有し、メッキ処理により形成されるメッキ層１３は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌの少なくとも１つの組成またはＮｉ、Ｃｒ、Ａｌの少なくとも１つを含む合金組成を有することでもよい。また、メッキ層１３の膜厚は、５μｍ〜５０μｍの範囲であることでもよい。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象金属部材の基体の対象表面に、溶射コーティングを施す溶射コーティングステップと、
前記溶射コーティングステップの後に、前記溶射コーティングを施された前記対象表面にメッキ処理を施すメッキ処理ステップと、
を有することを特徴とする金属部材の防食方法。
【請求項２】
前記メッキ処理ステップは、電解メッキまたは無電解メッキによってメッキ層を形成するステップを有し、
前記メッキ処理により形成されるメッキ層は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌの少なくとも１つの組成またはＮｉ、Ｃｒ、Ａｌの少なくとも１つを含む合金組成を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の金属部材の防食方法。
【請求項３】
前記メッキ層の膜厚は、５μｍ〜５０μｍの範囲であることを特徴とする請求項２に記載の金属部材の防食方法。
【請求項４】
前記溶射コーティングは溶射粉末粒子を溶射するステップを有し、
前記溶射粉末粒子は、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｙ、Ｆｅ、Ｃの少なくとも１つの粉末、または、複数の合金組成を含む、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の金属部材の防食方法。
【請求項５】
前記溶射粉末粒子は、Ｃｒの含有量が２０〜４０質量％、Ｗの含有量が３〜１５質量％、Ｃの含有量が１〜３質量％、Ｆｅの含有量が１〜５質量％、Ｃｏの含有量が３７〜７５質量％の組成を有することを特徴とする請求項４に記載の金属部材の防食方法。
【請求項６】
前記溶射粉末粒子の大きさは、１μｍ〜２０μｍの範囲であることを特徴とする請求項５に記載の金属部材の防食方法。
【請求項７】
前記溶射コーティングにより形成される溶射コーティング層の膜厚は、１０μｍないし２００μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の金属部材の防食方法。
【請求項８】
前記対象金属部材は、火力発電プラントまたは地熱発電プラントの蒸気タービンの動翼、静翼、主蒸気止め弁の弁棒、弁座のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の金属部材の防食方法。
【請求項９】
対象金属部材の基体と、
前記基体の対象表面を覆う溶射コーティング層と、
前記溶射コーティング層が形成された前記対象表面を覆うメッキ層と、
を有することを特徴とする防食性金属部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、金属部材の防食方法および防食性金属部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラントや地熱発電プラントを構成する設備、機器の金属部材のうち、蒸気タービン本体のタービン翼（動翼、静翼）、主蒸気止め弁（ＭＳＶ：Ｍａｉｎ  Ｓｔｏｐ  Ｖａｌｖｅ）の弁棒などの部材は、水蒸気、あるいは硫化水素を含む水蒸気などの雰囲気に曝される。このため、雰囲気中の酸素や水蒸気と金属部材の金属元素（たとえば、鉄、クロム）との間で反応が起こることによって、金属部材の表面に金属酸化物の皮膜が形成される。金属酸化物の皮膜は、一定の膜厚以上の厚みになると、金属部材の表面から剥離する。このようにして、金属部材の表面では、金属酸化物の皮膜の形成と皮膜の剥離とが繰り返し発生する。その結果、金属部材において減肉（肉厚の減少）が発生するため、火力発電プラントや地熱発電プラントの運転や寿命に悪影響を与える。
【０００３】
たとえば火力発電プラントの場合は、蒸気タービンを構成するタービン翼および主蒸気止め弁を構成する弁棒は、通常、９質量％以上３５質量％以下のクロム（Ｃｒ）を組成に含む合金鋼、コバルト（Ｃｏ）基合金、ニッケル（Ｎｉ）基合金で形成されている。また、主蒸気止め弁を構成する弁棒は、たとえば、９質量％以上のＣｒを組成に含む合金鋼、Ｃｏ基合金、Ｎｉ基合金で形成されている。
【０００４】
蒸気タービンを構成するタービン翼および主蒸気止め弁を構成する弁棒は、温度が５００℃以上である高温環境で使用される。このため、下記の反応式（１）〜（３）で示す高温酸化反応が生じる。その結果、上述のように、金属部材の表面に金属酸化物の皮膜が形成され、かつ、その皮膜の剥離が生ずる。
【０００５】
火力発電プラントにおける主な腐食（高温酸化）反応：
４Ｃｒ＋３Ｏ２→２Ｃｒ２Ｏ３（Ｃｒの高温酸化反応物）        ・・・（１）
３Ｆｅ＋２Ｏ２→Ｆｅ３Ｏ４（Ｆｅの高温酸化反応物）  ・・・（２）
地熱発電プラントにおける主な硫化水素（Ｈ２Ｓ）腐食反応：
Ｆｅ＋Ｈ２Ｓ→ＦｅＳ＋Ｈ２（Ｆｅの腐食反応物）          ・・・（３）
例えば、火力発電プラントや地熱発電プラントの蒸気タービンシステムを構成する金属部材において、高温酸化反応や腐食反応が生ずることを抑制して腐食を防止するために、さまざまな技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３１７８１号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２１２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらの技術を用いても、金属部材において高温酸化反応や腐食が生ずることを十分に防止することは困難である。たとえば、金属部材を構成する基体の表面を酸化防止層（アモルファス状膜）で被覆することが提案されているが、その酸化防止層の耐熱温度（４５０℃以下）が低く分解され易いために、高温酸化反応を十分に防止できない場合がある。また、酸化防止層の形成には熱処理等が必要であって、その熱処理を高温条件（１０００℃以上）で行う必要があるので、高温酸化反応の防止を実現することが容易でない。
【０００８】
そこで、本発明の実施形態は、金属部材において高温酸化反応およびこれによる減肉の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本実施形態に係る金属部材の防食方法は、対象金属部材の基体の対象表面に、溶射コーティングを施す溶射コーティングステップと、前記溶射コーティングステップの後に、前記溶射コーティングを施された前記対象表面にメッキ処理を施すメッキ処理ステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本実施形態に係る防食性金属部材は、対象金属部材の基体と、前記基体の対象表面を覆う溶射コーティング層と、前記溶射コーティング層が形成された前記対象表面を覆うメッキ層と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、金属部材において高温酸化反応およびこれによる減肉の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る金属部材の防食方法の手順を示すフロ―図である。
【図２】第１の実施形態に係る金属部材の防食方法において用いる溶射用の粉末粒子の組成の例を分類的に並べた概念的は説明図である。
【図３】第１の実施形態に係る金属部材の防食方法を適用する対象物を有する蒸気タービンの構成を示す概念図である。
【図４】第１の実施形態に係る金属部材の防食方法を適用する対象物としての蒸気タービンの静翼および動翼を示す部分縦断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る金属部材の防食方法の施工対象の対象表面の洗浄段階の状態を示す概念的な部分断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る金属部材の防食方法の施工対象に溶射コーティングを行う段階の状態を示す概念的な部分断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る金属部材の防食方法の施工対象にメッキ処理を行った後の状態を示す概念的な部分断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る金属部材の防食方法の効果を説明するためのメッキ処理がなされない場合の状態を説明する概念的な部分断面図である。
【図９】第１の実施形態に係る金属部材の防食方法の効果を説明するためのメッキ処理がなされている場合の状態を説明する概念的な部分断面図である。
【図１０】第２の実施形態に係る金属部材の防食方法を適用する対象物を有する主蒸気止め弁の構成を示す概念的断面図である。
【図１１】第２の実施形態に係る金属部材の防食方法を適用する対象物としての主蒸気止め弁の弁座および弁体を示す部分縦断面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る金属部材の防食方法を適用する対象物としての主蒸気止め弁の弁箱の貫通部を示す部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る金属部材の防食方法および防食性金属部材について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重畳する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る金属部材の防食方法の手順を示すフロ―図である。
【００１５】
図２は第１の実施形態に係る金属部材の防食方法において用いる溶射用の粉末粒子の組成の例を分類的に並べた概念的は説明図である。
【００１６】
まず、溶射粉末粒子２０１（図２）を準備する（ステップＳ０１）。
【００１７】
本実施形態では、後述するようにコーティング層を溶射コーティングによって形成する場合を例にとって示す。このため、溶射粉末粒子２０１を準備する。溶射粉末粒子２０１としては、組成が単一の単体粉末粒子２０２の場合と、組成が複数の金属元素からなる合金粉末粒子２０３の場合とがある。
【００１８】
単体粉末粒子２０２としては、例えば、コバルト（Ｃｏ）をはじめ、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、ケイ素（Ｓｉ）、イットリウム（Ｙ）、鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）を組成とするものである。
【００１９】
合金粉末粒子２０３の場合としては、「Ｃｏ」、「Ｃｒ」、「Ｗ」、「Ｎｉ」、「Ａｌ」、「Ｍｏ」、「Ｓｉ」、「Ｙ」、「Ｆｅ」、「Ｃ」の少なくとも２つの組み合わせによる組成の合金である。
【００２０】
単体粉末粒子２０２あるいは合金粉末粒子２０３の溶射粉末粒子２０１の大きさは、０．１μｍ〜２００μｍ程度である。また、溶射コーティングにより形成される溶射コーティング層１２（図６）の緻密性および密着性を確保するために、１μｍ〜２０μｍの粉末粒子を用いることが望ましい。
【００２１】
合金粉末粒子２０３は、具体的には、たとえば、「Ｃｏ」と「Ｃｒ」の合金である第１合金粉末粒子２０３ａ、さらに「Ｗ」を加えた第２合金粉末粒子２０３ｂ、さらに「Ｎｉ」を加えた第３合金粉末粒子２０３ｃ、さらに「Ｍｏ」を加えた第４合金粉末粒子２０３ｄ、さらに「Ｓｉ」および「Ｙ」を加えた第５合金粉末粒子２０３ｅ、さらに「Ｆｅ」を加えた第６合金粉末粒子２０３ｆを用いることができる。また、図示していないが、さらに、「Ａｌ」および「Ｃ」を加えた合金粉末粒子を用いることができる。
【００２２】
たとえば、耐高温酸化性、耐エロージョン性および耐食性を考慮してその一つの代表組成としては、「Ｃｒ」含有量が２０〜４０質量％、「Ｗ」含有量が３〜１５質量％、「Ｃ」含有量が１〜３質量％、「Ｆｅ」含有量が１〜５質量％、「Ｃｏ」含有量が３７〜７５質量％を有する合金粉末を用いて溶射によって成膜する。
【００２３】
ここで、「Ｃｒ」含有量が２５〜３５質量％、「Ｗ」含有量が４〜１２質量％、「Ｃ」含有量が１〜２．５質量％、「Ｆｅ」含有量が２〜４質量％、「Ｃｏ」含有量が４６．５〜６８質量％を有する合金粉末の組成が望ましい。
【００２４】
合金粉末粒子２０３の場合は、単体粉末粒子２０２の場合に比べて、原子の径が単一ではなく、元素間で原子の径が互いに異なるため、大きな原子の間の隙間に小さな原子が入り込むことができるため、より高い密度を確保し、より緻密なコーティング層を実現することができる。
【００２５】
次に、対象金属部材と溶射装置を設定する（ステップＳ０２）。
【００２６】
図３は、第１の実施形態に係る金属部材の防食方法を適用する対象物を有する蒸気タービンの構成を示す概念図である。ここで、防食方法の適用対象の代表例として火力発電プラントなどの蒸気タービンシステムを構成する蒸気タービン１１０の構成を模式的に示している。
【００２７】
蒸気タービン１１０は、軸方向に沿って、中圧タービン１１２、高圧タービン１１１、および２つの低圧タービン１１３を有する。高圧タービン１１１と中圧タービン１１２は、作動蒸気によるスラスト荷重のアンバランスを緩和するために互いに反対方向に作動蒸気が流れるような方向となるように配されており、ともに、第１ケーシング１２１内に収納される。
【００２８】
２つの低圧タービン１１３についても、作動蒸気によるスラスト荷重のアンバランスを緩和するために互いに反対方向に作動蒸気が流れるような方向となるように配されており、ともに、第２ケーシング１２２内に収納される。
【００２９】
ボイラ側の過熱器５１で過熱状態に加熱された蒸気は、高圧タービン１１１に作動蒸気として導入され仕事を行った後に、ボイラ側の再熱器５２において再度加熱された後に、中圧タービン１１２に流入する。中圧タービン１１２から排出された作動蒸気は、低圧タービン１１３に作動流体として導入され仕事を行う。低圧タービン１１３から排出された蒸気は、復水器（図示しない）で凝縮された後に、再びボイラ側に送られる。
【００３０】
図４は、第１の実施形態に係る金属部材の防食方法を適用する対象物としての蒸気タービンの静翼および動翼を示す部分縦断面図である。防食方法を適用する対象物１００としての蒸気タービン１１０のうち、高圧タービン１１１の場合を示している。
【００３１】
高圧タービン１１１は、第１ケーシング１２１の径方向内側に全周に亘り取り付けられた複数の静翼１２６と、その下流側に隣接してタービンロータ１２３の径方向外側に全周に亘り取り付けられた複数の動翼１２７とを有する。動翼１２７の先端には、周方向に連続してシール部１２７ａが取り付けられている。静翼１２６とその下流に隣接する動翼１２７とは、１つのタービン段落１２５を形成する。高圧タービン１１１は、軸方向に順次並んだ複数のタービン段落１２５を有する。
【００３２】
図５は、第１の実施形態に係る金属部材の防食方法の施工対象の対象表面の洗浄段階の状態を示す概念的な部分断面図である。
【００３３】
次に、対象金属部材１０１の基体１１の対象表面１１ａを洗浄する（ステップＳ０３）。対象金属部材１０１は、静翼１２６および動翼１２７である。すなわち、対象金属部材１０１である静翼１２６および動翼１２７の基体１１の対象表面１１ａを洗浄する。例えば、炭化水素などの有機溶剤を用いて対象表面１１ａに付着した油分などを除去する。このステップＳ０３は必須の工程ではないが、基体１１の対象表面１１ａが洗浄されていることが好ましい。
【００３４】
図６は、第１の実施形態に係る金属部材の防食方法の施工対象に溶射コーティングを行う段階の状態を示す概念的な部分断面図である。
【００３５】
次に、図６に示すように、対象金属部材１０１の基体１１の対象表面１１ａに、溶射装置２００を用い、溶射コーティングにより溶射コーティング層１２を形成する（ステップＳ０４）。
【００３６】
対象金属部材１０１である静翼１２６および動翼１２７の基体１１の対象表面１１ａ（図５）に対応する位置に溶射装置２００を設定する。溶射装置２００に溶射粉末粒子２０１を充填し、基体１１の対象表面１１ａに溶射コーティングを施し、溶射コーティング層１２を形成する。
【００３７】
ここで、溶射方法は、ガスフレーム溶射法、アーク溶射法、プラズマ溶射法のいずれの方法も使用できる。ここで、溶射コーティング層１２の膜厚は、１μｍ〜５００μｍの範囲であり、施工性、耐食性および耐久性を考慮して１０μｍ〜２００μｍの範囲の膜厚が望ましい。
【００３８】
図７は、第１の実施形態に係る金属部材の防食方法の施工対象にメッキ処理を行った後の状態を示す概念的な部分断面図である。
【００３９】
次に、対象金属部材１０１において溶射コーティング層１２が形成された基体１１の対象表面１１ａに、さらに、メッキ処理を行い、図７に示すようにメッキ層１３を形成する（ステップＳ０５）。
【００４０】
この結果、溶射コーティング層１２とメッキ層１３とにより複合耐食層１５が形成され、対象金属部材１０１は、防食性金属部材１０となる。
【００４１】
表層のメッキ層１３は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌの少なくとも１つの組成またはそれらの合金組成によって構成され、電解メッキまたは無電解メッキによって成膜される。表層のメッキ層１３の膜厚は、１μｍ〜２００μｍの範囲であり、施工性、耐食性および耐久性を考慮して５μｍ〜５０μｍの範囲のメッキ層の膜厚が望ましい。
【００４２】
ここで、溶射コーティング層１２とメッキ層１３とにより形成される複合耐食層１５の膜厚は、２μｍ以上３００μｍ以下の程度の範囲でよい。なお、対象機器の運転時間、補修期間、および酸化防止層の施工時間、施工コストを考慮すると、複合耐食層１５は、２０μｍ以上２００μｍ以下にすることが望ましい。
【００４３】
なお、メッキ層１３は、必ずしも、溶射コーティング層１２の表面を覆っていわゆる層状をなしていなくともよい。すなわち、少なくとも、溶射コーティング層１２の外側から基体１１に至る酸素等の侵入通路が形成されないように形成されていれば、いわゆる層状をなしていなくともよい。たとえば、部分的に凹凸のある表面形状であってもよい。あるいは、表面は削れていても、溶射コーティング層１２に形成された酸素等の侵入通路を形成する孔を塞いでいるような状態でもよい。
【００４４】
図８は、第１の実施形態に係る金属部材の防食方法の効果を説明するためのメッキ処理がなされない場合の状態を説明する概念的な部分断面図である。
【００４５】
静翼１２６および動翼１２７の材料はそれぞれ、１２質量％以上１５質量％以下のＣｒを含有する合金鋼であり、約６００℃の高温環境で高温酸化反応が生じる。ここで、表面に溶射コーティング層が成膜されているので、高温酸化反応の発生や腐食を防止可能であって、耐高温酸化性や耐食性に優れる。
【００４６】
しかしながら、溶射コーティング層を形成する粒子はたとえば１μｍないし２００μｍ程度である。したがって、溶射コーティング層を形成する粒子の間には、１μｍオーダ程度の断面寸法を有するコーティング空隙８が存在する。
【００４７】
この程度の断面寸法を有するコーティング空隙８が、溶射コーティング層の表面から基体１１の表面まで到達している場合、溶射コーティング層の外側に存在する酸素は、容易に基体１１の表面まで移行してくる。このため、部分的に基体１１の表面で基体１１の酸化反応が起こり、酸化物が生成される。酸化物が生成は、この部分に形成されていた溶射コーティング層１２の剥離を招き、この結果、基体１１の表面での基体１１の酸化反応の範囲の拡大を招くことになる。
【００４８】
図９は、第１の実施形態に係る金属部材の防食方法の効果を説明するためのメッキ処理がなされている場合の状態を説明する概念的な部分断面図である。
【００４９】
本実施形態における金属部材の防食方法においては、溶射コーティング層１２を形成し、さらに、メッキ処理によりメッキ層１３を形成することにより複合耐食層１５が形成される。
【００５０】
溶射コーティング層１２に、溶射コーティング層１２の表面から基体１１の表面まで到達するコーティング空隙１２ａが存在している場合においても、メッキ処理の際にこのコーティング空隙１２ａ内を、メッキ金属イオンが侵入し定着する。このコーティング空隙１２ａ内へのメッキ浸透部１３ａにより、酸素の侵入通路が閉止される。
【００５１】
この際、メッキ層１３は、溶射コーティング層１２の表面を覆っていれば、すなわち、溶射コーティング層１２の外側から基体１１に至る酸素の侵入通路が形成されないように形成されていれば、部分的に凹凸のある表面形状であってもよい。
【００５２】
したがって、溶射コーティング層１２の表面から基体１１の表面まで到達していたコーティング空隙１２ａは、メッキ層１３により外部との連通を断たれることになり、基体１１の表面への酸素の侵入を防止することができる。この結果、本実施形態による金属部材の防食方法および防食性金属部材は、金属部材において高温酸化反応およびこれによる減肉の発生を抑制することができる。
【００５３】
［第２の実施形態］
図１０は、第２の実施形態に係る金属部材の防食方法を適用する対象物を有する主蒸気止め弁の構成を示す概念的断面図である。本実施形態は、主蒸気止め弁１３０を金属部材の防食方法の対象物１００とし、以下に述べる各部を防食性金属部材１０とする場合を例にとって示しており、その他の点では、第１の実施形態と同様である。
【００５４】
主蒸気止め弁１３０は、ボイラ側の過熱器５１から高圧タービン１１１に流入する作動蒸気の配管に設けられており、高圧タービン１１１に流入する高温の作動蒸気の流れを停止する機能を有する。
【００５５】
主蒸気止め弁１３０は、図１０に示すように、弁体１３１、弁棒１３２、弁座１３３、弁箱１３５、弁棒ブッシュ１３６、および弁蓋１３７を備える。弁体１３１は弁棒１３２の一端に設けられ、同じく弁箱１３５内に収容された弁座１３３に着座した状態で作動蒸気の流れを阻止し、弁座１３３から上方に移動することにより作動蒸気が流れる開口を形成する。
【００５６】
弁箱１３５には、蒸気入口１３０ａおよび蒸気出口１３０ｂが形成されている。
【００５７】
主蒸気止め弁１３０を構成する弁体１３１、弁棒１３２、弁座１３３および弁棒ブッシュ１３６は、たとえば、約９質量％以上のＣｒを含む組成の合金鋼、Ｃｏ基合金、Ｎｉ基合金であり、また、部材の一部はＣｏ基合金、Ｎｉ基合金である。
【００５８】
図１１は、第２の実施形態に係る金属部材の防食方法を適用する対象物としての主蒸気止め弁の弁座および弁体を示す部分縦断面図である。
【００５９】
弁体１３１には、弁座１３３に着座する際に弁座１３３と接触する部分を中心にした領域に、肉盛溶接部１３１ａが形成されている。また、これに対向する弁座１３３の部分にも、肉盛溶接部１３３ａが形成されている。
【００６０】
この多くは、ステライト盛である。ステライト盛の方法としては、肉盛溶接による場合と、溶射による場合とがある。肉盛溶接の場合は、溶接部が緻密であるという利点の一方、基体が熱的な影響を受けるという問題がある。また、肉盛溶接のための電気炉が必要となる。一方、溶射による場合は、多孔質となり緻密性において肉盛溶接より劣り、また剥離しやすく密着性においても肉盛溶接より劣るが、肉盛溶接より施工が楽で低コストであり、再施工にも多く用いられる。
【００６１】
肉盛溶接部１３１ａおよび肉盛溶接部１３３ａの表面には、従来、窒化処理やＣｏ基合金、Ｎｉ基合金の肉盛溶接によって耐高温酸化対策が行われている場合もある。しかしながら、たとえば、窒化処理の場合は、表面にＦｅＮの皮膜が形成されると、Ｎ２の基体内への拡散が妨げられ、ＦｅＮの皮膜の厚みは１０μｍ程度にとどまる。
【００６２】
一方、弁体１３１および弁座１３３は、９質量％のＣｒ を含有する合金鋼であり、約６００℃の高温環境で高温酸化反応が生じ、高温酸化による減肉現象が起き、場合によって破損することもある。
【００６３】
このため、肉盛溶接部１３１ａおよび肉盛溶接部１３３ａを対象金属部材１０１として、金属部材の防食方法を適用する。
【００６４】
図１２は、第２の実施形態に係る金属部材の防食方法を適用する対象物としての主蒸気止め弁の弁箱の貫通部を示す部分縦断面図である。
【００６５】
弁蓋１３７は、弁箱１３５（図１０）を弁棒１３２が貫通する部分を覆っており、弁棒１３２の貫通部に設けられた円筒状の弁棒ブッシュ１３６は弁蓋１３７に組み込まれている。弁棒１３２の径方向の外面には、肉盛溶接部１３２ａが形成されている。また、弁棒ブッシュ１３６の径方向の内面には、肉盛溶接部１３６ａが形成されている。
【００６６】
弁蓋１３７および弁棒ブッシュ１３６には、従来、弁棒ブッシュ１３６に対して窒化処理やＣｏ基合金、Ｎｉ基合金の肉盛溶接を行い、基体１表面での耐高温酸化性、摺動性の改善を図っている。
【００６７】
弁棒１３２と弁棒ブッシュ１３６との間は、径方向にある一定の間隙があり、弁開閉時に互いに摺動する。この摺動部には、蒸気タービンの運転中に、この摺動部に高温酸化で生じた酸化スケールや飛来した酸化スケールが堆積し、弁棒１３２がスティックするというトラブルが生じることがある。
【００６８】
このため、肉盛溶接部１３２ａおよび肉盛溶接部１３６ａを対象金属部材１０１として、金属部材の防食方法を適用する。
【００６９】
この結果、弁棒１３２の肉盛溶接部１３２ａおよび弁棒ブッシュ１３６の肉盛溶接部１３６ａには、複合耐食層１５が形成され、弁棒１３２および弁棒ブッシュ１３６の表面高温酸化を抑制し、酸化スケールの発生および堆積を抑制することができる。
【００７０】
［その他の実施形態］
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態では、火力プラントの蒸気タービンの静翼および動翼、あるいは主蒸気止め弁について、金属部材の防食方法を適用する場合を例にとって示したが、これらに限定されない。すなわち、火力プラントの蒸気タービンシステムを構成する他の機器においても、高温酸化反応や腐食が生じ得る基体の表面について、実施形態と同様に、複合耐食層を適宜形成してもよい。あるいは、地熱発電プラントの蒸気タービンシステムを構成する同様の機器の金属部材について適用してもよい。さらに、蒸気タービンシステム以外の機器においても、高温酸化反応や腐食が生じ得る基体の表面について、実施形態と同様に、複合耐食層を適宜形成してもよい。
【００７１】
また、実施形態では、溶射コーティングとして、粉末式フレーム溶射の場合を例にとって示したが、これに限定されない。たとえば、溶線式フレーム溶射あるいは溶棒式フレーム溶射を用いてもよい。この場合、溶射粉末粒子に代えて、溶射粉末粒子と同様の組成を有する線材あるいは棒材を用いる。
【００７２】
これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
８…コーティング空隙、１０…防食性金属部材、１１…基体、１１ａ…対象表面、１２…溶射コーティング層、１２ａ…コーティング空隙、１３…メッキ層、１３ａ…メッキ浸透部、１５…複合耐食層、５１…過熱器、５２…再熱器、１００…対象物、１０１…対象金属部材、１１０…蒸気タービン、１１１…高圧タービン、１１２…中圧タービン、１１３…低圧タービン、１２１…第１ケーシング、１２２…第２ケーシング、１２３…タービンロータ、１２５…タービン段落、１２６…静翼、１２７…動翼、１２７ａ…シール部、１３０…主蒸気止め弁、１３０ａ…蒸気入口、１３０ｂ…蒸気出口、１３１…弁体、１３１ａ…肉盛溶接部、１３２…弁棒、１３２ａ…肉盛溶接部、１３３…弁座、１３３ａ…肉盛溶接部、１３５…弁箱、１３６…弁棒ブッシュ、１３６ａ…肉盛溶接部、１３７…弁蓋、２００…溶射装置、２０１…溶射粉末粒子、２０２…単体粉末粒子、２０３…合金粉末粒子、２０３ａ…第１合金粉末粒子、２０３ｂ…第２合金粉末粒子、２０３ｃ…第３合金粉末粒子、２０３ｄ…第４合金粉末粒子、２０３ｅ…第５合金粉末粒子、２０３ｆ…第６合金粉末粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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