(57)【要約】【課題】弁体や弁座に施されたステライト肉盛部の周方向の溶接残留応力を低減することにより、ステライト肉盛部における径方向亀裂の発生を防止した蒸気弁を提供する。【解決手段】弁体７及び弁座６の少なくとも一方のシート部１０の周方向にステライト肉盛部１１が施工された蒸気弁において、前記ステライト肉盛部１１の周方向に間隔を持って設けられたスリット部１２と、前記スリット部１２に埋め込まれた埋め込み部材１３とを備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体及び弁座の少なくとも一方のシート部の周方向にステライト肉盛部が施工された蒸気弁において、
前記ステライト肉盛部の周方向に間隔を持って設けられたスリット部と、
前記スリット部に埋め込まれた埋め込み部材とを備えた
ことを特徴とする蒸気弁。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気弁において、
前記スリット部は、前記ステライト肉盛部を前記シート部の径方向に切削して形成する
ことを特徴とする蒸気弁。
【請求項３】
請求項１記載の蒸気弁において、
前記スリット部は、前記ステライト肉盛部を前記シート部の径方向に対して傾斜を持って切削して形成する
ことを特徴とする蒸気弁。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蒸気弁において、
前記埋め込み部材は、その線膨張係数が、弁母材の線膨張係数とステライト材の線膨張係数のほぼ中間の値の部材である
ことを特徴とする蒸気弁。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蒸気弁において、
前記埋め込み部材は、前記スリット部に肉盛溶接される
ことを特徴とする蒸気弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン等に用いられる蒸気弁に係り、さらに詳しくは、弁体や弁座のシート部の耐熱衝撃性や耐食性を強化した蒸気弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンに用いられる例えば主蒸気加減弁などの蒸気弁においては、高温高圧の過熱蒸気の流入や流出による熱衝撃やエロージョン、コロージョン等の摩耗による損傷を防ぐために、弁座や弁体に、耐熱衝撃性と耐食性を有し、弁母材より硬度の高いコバルト基硬質合金（例えばステライト材（商品名））を肉盛溶接することが知られている。この蒸気弁の弁座の内面にステライト材とセラミックス材とからなり、その含有比率が肉厚方向に沿って連続的に変化する傾斜機能材料を肉盛り溶接し、熱応力の発生を小さくしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この傾斜機能材料は、弁本体と接触する境界面においてステライト材の含有率１００％，セラミックス材の含有率０％とし、溶接部表面に向かって除徐に変化させ、溶接部表面ではステライト材の含有率０％，セラミックス材の含有率１００％となるように形成されている。このため、傾斜機能材料の線膨張係数は、弁本体と接触する境界面において弁母材の線膨張係数とほぼ等しくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１３７１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、蒸気タービンの効率向上を目的として、近年、蒸気温度の高温化が実施されている。この蒸気温度の高温化に対応する蒸気弁の弁母材としては、従来の耐熱合金鋼として使用されているCr-Mo-V低合金鋼（クロムーモリブデンーバナジウム低合金鋼）から、強度向上や耐酸化向上のために、９Cr鋼や１２Cr鋼などのCr成分が多い鋼材に変わってきている。
【０００６】
このため、従来使用していたCr-Mo-V低合金鋼の線膨張係数が、ステライト材と同程度の約１３．０×１０−６／℃であったのに対して、９Cr鋼と１２Cr鋼の線膨張係数は、約９．２〜１０．５×１０−６／℃であり、ステライト材との線膨張係数差が大きくなってきている。つまり、９Cr鋼や１２Cr鋼を弁母材とする蒸気弁においては、弁体や弁座のシート部に肉盛溶接するステライト材との線膨張係数差が大きくなるため、弁体や弁座のシート部に施したステライト肉盛部と弁母材間の張力により発生する溶接残留応力が、従来のCr-Mo-V低合金鋼を弁母材とする蒸気弁における溶接残留応力より大きくなってきている。この溶接残留応力は、ステライト肉盛部の周方向側の応力が径方向側の応力より大きく作用している。また蒸気弁急閉時の衝撃荷重や、起動・停止などの運転サイクルによる繰り返し熱応力等の作用応力が、この溶接残留応力と重畳することになる。この結果、ステライト肉盛部の径方向に亀裂が発生し易くなる。
【０００７】
さらに、近年の高温化された蒸気タービンプラントの定期検査において、蒸気弁のステライト肉盛部の径方向の亀裂発生頻度が、従来と比較して増加していることが散見されている。
【０００８】
本発明は上述の事項に基づいてなされたもので、その目的は、弁体や弁座に施されたステライト肉盛部の周方向の溶接残留応力を低減し、亀裂の発生を防止した蒸気弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、弁体及び弁座の少なくとも一方のシート部の周方向にステライト肉盛部が施工された蒸気弁において、前記ステライト肉盛部の周方向に間隔を持って設けられたスリット部と、前記スリット部に埋め込まれた埋め込み部材とを備える。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記スリット部は、前記ステライト肉盛部を前記シート部の径方向に切削して形成されている。
【００１１】
更に、第３の発明は、第１の発明において、前記スリット部は、前記ステライト肉盛部を前記シート部の径方向に対して傾斜を持って切削して形成されている。
【００１２】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記埋め込み部材は、その線膨張係数が、弁母材の線膨張係数とステライト材の線膨張係数のほぼ中間の値の部材であるものとする。
【００１３】
更に、第５の発明は、第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、前記埋め込み部材は、前記スリット部に肉盛溶接されるものとする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、蒸気弁の弁体や弁座のシート部に施したステライト肉盛部の径方向にスリット加工を施したので、溶接残留応力を低減することができる。この結果、ステライト肉盛部の亀裂の発生を防止することができ、ステライト肉盛部の保守作業を軽減することができる。また、弁母材及びステライト材の材料選定の範囲を広げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の蒸気弁の一実施の形態を適用した蒸気タービン用加減弁の内部を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す本発明の蒸気弁の一実施の形態における弁座シート部を示す縦断面図である。
【図３】図２に示す本発明の蒸気弁の一実施の形態のＡ部を拡大して示す縦断面図である。
【図４】図１に示す本発明の蒸気弁の一実施の形態における弁座シート部を示す斜視図である。
【図５】本発明の蒸気弁の一実施の形態におけるスリットの設定を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の蒸気弁の実施の形態を図面を用いて説明する。  
図１乃至図３は本発明の蒸気弁の一実施の形態を示すもので、図１は本発明の蒸気弁の一実施の形態を適用した蒸気タービン用加減弁の内部を示す縦断面図、図２は図１に示す本発明の蒸気弁の一実施の形態における弁座シート部を示す縦断面図、図３は図２に示す本発明の蒸気弁の一実施の形態のＡ部を拡大して示す縦断面図である。
【００１７】
図１において、蒸気弁の弁本体１に弁蓋２をボルト３で締結することにより、圧力容器としての加減弁のケーシング４が形成されている。このケーシング４内には、弁棒５を介して弁座６に対して接離される弁体７が配設され、弁体７の外周部に蒸気中の異物を留めるストレーナ８が設けられている。弁棒５は案内部材９により保持されていて、その端部に弁体７を上下方向に作動させる駆動装置（図示せず）が設けられている。
【００１８】
蒸気弁における蒸気は、矢印Ａに示すように例えば図示しない蒸気管からケーシング４に流入し、図１に示す弁体７が上方向に移動することにより形成される弁体７と弁座６との間の流路を通過して矢印Ｂへと流出する。弁体７と弁座６の接合部にシート部１０が形成されている。
【００１９】
図２及び図３は、蒸気弁の弁座６におけるシート部１０を示す側面図である。ステライト肉盛部１１は、図３に示すように、このシート部１０の周方向全周にわたって、コバルト基耐食耐熱合金であるステライト材が肉盛溶接され、当たり部の調整加工を行うことによって形成されている。このようなステライト材の肉盛溶接方法として具体的には、例えば、コバルト基硬質合金溶接ワイヤを用いた酸素アセチレン法、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）法、ＰＴＡ（Plasma Transferred Arc）法、コバルト基質合金粉末を溶射する方法等がある。本実施の形態においては、ＰＴＡ法によりステライト肉盛部１１を形成している。なお、上述したように、近年の蒸気弁母材の変化に伴い、ステライト材と弁母材との線膨張係数差が大きくなり、弁体や弁座のシート部に施したステライト肉盛部１１と弁母材間の張力により発生する溶接残留応力が、従来のCr-Mo-V低合金鋼を弁母材とする蒸気弁における溶接残留応力より大きくなってきている。この結果、ステライト肉盛部１１の径方向に亀裂が発生し易くなってきている。
【００２０】
次に、本発明の蒸気弁の一実施の形態におけるステライト肉盛部の製造方法を図４及び図５を用いて説明する。図４は図１に示す本発明の蒸気弁の一実施の形態における弁座シート部を示す斜視図、図５は本発明の蒸気弁の一実施の形態におけるスリットの設定を説明する模式図である。図４及び図５において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２１】
まず、図４に示すように、蒸気弁の弁座６における弁座シート部１０にステライト肉盛溶接を行い、ステライト肉盛部１１の周方向に間隔を持って、スリット部１２を設ける。スリット部１２は、ステライト肉盛部１１の外径部から内径部の方向に形成され、その深さは、少なくとも弁母材が露出する程度まで切削することが好ましい。またスリット部１２を形成する方向は、弁座６における蒸気の流れを考慮すると、弁座６の径方向に平行するのではなく、径方向に対して傾斜を持って斜めに加工することが好ましい。このようにスリット部１２を形成することによって、蒸気の流れによるスリット肉盛部１１のエロージョンの発生を防止することができる。
【００２２】
次に、このスリット部１２において、延性が高くその線膨張係数が、弁母材の線膨張係数とステライト材の線膨張係数のほぼ中間の値の部材である埋め込み部材１３を用いて、スリット部を埋める肉盛溶接を行う。この肉盛溶接の目的は、弁座６のシート部１０を流れる蒸気の乱れを少なくするために、弁座６のシート部１０の表面形状を滑らかにすることである。したがって、このスリット部１２に埋め込む埋め込み部材１３は、ステライト材に比べて硬さを確保する必要はない。例えば、インコネル系の溶接材などの線膨張係数は、９Cr鋼や１２Cr鋼などの弁母材の線膨張係数とステライト材の線膨張係数のほぼ中間にあり、その延性も高いことから、本実施の形態においては、これらの溶接材の使用が好ましい。
【００２３】
次に、ステライト肉盛部１１とスリット部１２に埋め込まれた埋め込み部材１３の両方の表面を滑らかに形成加工すると共に、弁体７との当たり部を調整する最終加工が行われる。
【００２４】
このようにして、ステライト肉盛部１１が形成されることから、弁座６のシート部１０は硬度の高いステライト材で覆われ、エロージョンの防止を図りつつ、溶接残留応力を低減することが可能となる。
【００２５】
次に、ステライト肉盛部１１において形成されるスリット部１２の設定について図５を用いて、さらに説明する。  
まず、スリット部１２は、図５に示すように、ステライト肉盛部１１を外径部から内径部の方向に向けて切削することで形成される。切削することにより、ステライト肉盛部１１は、スリット部１２を挟んで連続せず独立している。つまり、図５に示すように、スリット部１２の切削深さは、弁母材１４が少なくとも点状または面状に露出する程度まで切削することが好ましい。
【００２６】
スリット部１２を形成する方向としては、上述したように弁座６の径方向に平行するのではなく、径方向に対して傾斜を持って斜めに加工することが好ましく、その設定の一例を以下に示す。  
図５に示すステライト肉盛部１１において、一のスリット部１２と他のスリット部１２との間隙をＬとした場合、下記式に従って間隙Ｌを算出することができる。  
Ｌ≧Ｄ×cosθ／sinθ・・・・（１）  
ここで、Ｄはステライト肉盛部１１の幅、θはスリット部１２のステライト肉盛部１１内径部に対する径方向傾斜角度である。
【００２７】
上述の式（１）は、一のスリット部１２と他のスリット部１２が、ステライト肉盛部１１の径方向において重ならない間隔Ｌで形成すべきことを示している。つまり、このような、スリット部１２，１２の重なりが生じない範囲において、間隔Ｌは大きくすることができる。この間隙Ｌの値は、弁母材とステライト材と埋め込み部材のそれぞれの線膨張係数によって、定められる。
【００２８】
一方、スリット部１２の径方向傾斜角度のθは６０°以下であることが、蒸気の流れによるエロージョンを防止する上で好ましい。
【００２９】
上述した本発明の蒸気弁の実施の形態によれば、蒸気弁の弁体７や弁座６のシート部１０に施したステライト肉盛部１１の径方向にスリット部１２加工を施したので、溶接残留応力を低減することができる。この結果、ステライト肉盛部１１の亀裂の発生を防止することができる。また、弁母材及びステライト材の材料選定の範囲を広げることが可能となる。
【００３０】
また、本発明の蒸気弁の実施の形態によれば、いかなる弁母材とステライト材との組み合わせであっても、ステライト肉盛部１１の残留応力を低減することが可能となり、ステライト肉盛部１１の亀裂の発生を防止することができ、ステライト肉盛部１１の保守作業を軽減することができる。
【００３１】
また、本発明の蒸気弁の実施の形態によれば、延性が高く、その線膨張係数が、弁母材の線膨張係数とステライト材の線膨張係数のほぼ中間の値の部材である埋め込み部材１３を用いて、スリット部を埋める肉盛溶接を行っているので、蒸気弁の弁座６のシート部１０を硬度の高いステライト材で覆うことで、エロージョンの防止を図りつつ、溶接残留応力を低減することができる。
【００３２】
なお、本実施の形態の説明においては、蒸気弁の弁座６のシート部１０におけるステライト肉盛部１１の形成について説明したが、例えば、弁体７のシート部１０にのみステライト肉盛部１１を形成してもよいし、弁座６のシート部１０及び弁体７のシート部１０の両方にステライト肉盛部１１を形成してもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１              弁本体
２              弁蓋
３              ボルト
４              ケーシング
５              弁棒
６              弁座
７              弁体
８              ストレーナ
９              案内部材
１０            シート部
１１            ステライト肉盛部
１２            スリット部
１３            埋め込み部材
１４            弁母材
【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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