CN101270454A - 涡轮机壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供作为在高温高压的蒸汽环境中使用的壳体材料具有较高的高温强度和较高的韧性且焊接性良好的壳体。本发明的壳体由在质量上包括C：0.08～0.20％、Si：0.05～0.45％、Mn：0.10～0.30％、Ni：0.80～1.40％、Cr：1.00～1.40％、Mo：1.20～1.60％、V：0.10～0.30％、Ti：0.06～0.10％、B：0.0005～0.0010％、P：0.01％以下、S：0.01％以下、Al：0.005％以下，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质元素构成的合金形成。

Description

涡轮机壳体
技术领域
本发明涉及涡轮机壳体或阀壳体，尤其涉及用于蒸汽轮机上的涡轮机壳体或阀壳体。
背景技术
由于用于火力发电用蒸汽轮机上的涡轮机壳体或阀壳体其形状极为复杂，因此，在大多数情况下使用铸钢。对这些高温部件，要求具有较高的高温强度及抗蠕变断裂强度，再有，在使用这些铸钢的情况下，由于有必要通过焊接修补缺陷部位，因此，要求具有良好的焊接性。
为了应对这种要求，开始使用了如专利文献1(专利文献1：特开平8-209293号公报)所公开的具有高强度并且焊接性良好的壳体材料。
另外，还有如专利文献2(专利文献2：特开2001-115230号公报)或专利文献3(专利文献3：特开2001-059130号公报)所记载的以作为高Cr系列耐热钢的代替材料的2.25Cr-2W-Mo-V铸钢和如专利文献4(专利文献4：特开2000-273570号公报)或专利文献5(专利文献5：特开平10-259449号公报)所记载的通过改善耐冲击性而提高了焊接性的Cr-Mo-V-W铸钢。
但近年来，对火力发电成套设备在要求具有较高的热效率的同时，要求具有良好的经济效益。对用于蒸汽轮机上的壳体材料来讲，也是仅凭一直所使用的材料不见得能够保证其充分的现况。
于是，本发明的目的在于提供作为在高温高压的蒸汽环境中使用的壳体材料具有较高的高温强度和较高的韧性且焊接性良好的壳体。
发明内容
作为本发明的壳体材料，其特征在于，在质量上，包括C：0.08～0.20％、Si：0.05～0.45％、Mn：0.10～0.30％、Ni：0.80～1.40％、Cr：1.00～1.40％、Mo：1.20～1.60％、V：0.10～0.30％、Ti：0.06～0.10％、B：0.0005～0.0010％、P：0.01％以下、S：0.01％以下、Al：0.005％以下，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质元素构成。
还有，作为本发明的壳体材料，其特征在于，在质量上，包括C：0.08～0.20％、Si：0.05～0.45％、Mn：0.10～0.30％、Ni：1.10～1.40％、Cr：1.00～1.40％、Mo：1.20～1.60％、V：0.10～0.30％、Ti：0.06～0.10％、B：0.0005～0.0010％、P：0.01％以下、S：0.01％以下、Al：0.005％以下，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质元素构成。
这些壳体材料用于涡轮机的涡轮机壳体或阀门的阀壳体上。
还有，这些涡轮机壳体或阀壳体用于蒸汽轮机上。
再有，作为壳体材料的特征，Mn/Ni为1.0以下，理想的是，0.5以下，更理想的是，0.07～0.38，特别理想的是0.07～0.27，(Mo+V)/Ni为3.0以下，理想的是，0.93～2.38，最理想的是，0.93～1.73。
还有，作为壳体材料的特征，(Mo+V)/Ni/B为1000～5000，理想的是，3500～5000。
根据本发明，能够提供作为在高温高压的蒸汽环境中使用的壳体材料具有较高的耐高温强度和韧性且焊接性良好的壳体。
附图说明
图1是表示本实施方式中所示的合金的Mn和Ni之间的平衡的图。
图2是表示本实施方式中所示的合金的高温强度的强化元素和韧性的强化元素之间的平衡的图。
图3是表示本实施方式中所示的合金的高温强度的强化元素/韧性的强化元素和B之间的平衡的图。
图4是焊接SR开裂试样的结构图。
图5是表示Ni的含量和10万小时蠕变断裂强度之间的关系的图。
图6是表示Ni的含量和冲击断面转变温度(FATT)之间的关系的图。
图7是高压蒸汽轮机的结构剖视图。
图8是高中压一体型蒸汽轮机的结构剖视图。
图中：
10-高压外部壳体、11-高压内部壳体、12-高压动叶、13-转子轴、20-中压外部壳体、21-中压内部壳体、22-中压动叶、30-弯头、31-喷嘴箱、40-高中压一体转子。
具体实施方式
在本实施方式中所说明的蒸汽轮机用的涡轮机壳体和阀壳体，其特征在于，在质量上，包括C：0.08～0.20％、Si：0.05～0.45％、Mn：0.10～0.30％、Ni：0.80～1.40％、Cr：1.00～1.40％、Mo：1.20～1.60％、V：0.10～0.30％、Ti：0.06～0.10％、B：0.0005～0.0010％、P：0.01％以下、S：0.01％以下、Al：0.005％以下，剩余部分通过由Fe以及不可避免的杂质元素构成的合金形成。
另外，作为Ni的含量，理想的是1.10～1.40％。
还有，最近蒸汽轮机的运行不太正常，也时常出现起动反复停止的情况，因此，有必要降低伴随蒸汽轮机的启动停止的热应力。
通过实现这种材料构成的壳体，即使在启动停止时的应力条件下也具备良好的特性，而且，可提供具有在焊接性和制造性上也良好的涡轮机壳体及阀壳体的蒸汽轮机。
这种材料构成的壳体，也提高机械性能，而且经济效益也良好。而且，能够实现具有较高的高温强度和较高的韧性且焊接性良好的耐热钢。
在本实施方式中所说明的壳体，作为强化材料不合有大量的Cr或W、Nb，因此，也不会降低焊接性、制造性、铸造性。还有，在超临界环境下也能稳定地使用，因此，强度或韧性也充分。
特别是关于焊接性，通过焊接后的应力消除热处理，能够实现降低了产生在焊接热影响部上的开裂(SR开裂)敏感度的耐热钢。
还有，对于蒸汽轮机的壳体，虽然具有许多必要的特性，但作为特征性的特性可举出大型产品的制造性、韧性及焊接性。因此，不能把锅炉配管的材料或转子的材料作为壳体的材料转用。也就是说，即使是低合金耐热钢也随用途的不同带来材料构成的设计不同。
尤其对于具有566℃以上的温度上的较高的蠕变断裂强度，且韧性及焊接性良好，而且用于主蒸汽温度及压力分别为：温度为566℃以上，压力为24Mpa以上的超临界压力涡轮的高压及中压上的涡轮机壳体和阀壳体的材料，必须进行独自的研究开发。
C是提高高温强度所必要的元素，需要0.05％以上的含量。若该含量超过0.25％，则在高温下长时间暴露的情况下，产生由碳化物等的过量析出引起的脆化，使得蠕变断裂强度下降，还有，由于提高焊接上的焊接部的开裂敏感度，因此，限定在0.25％以下。尤其，为了得到较高的强度及韧性，理想的是0.08～0.20％。
Si一般作为脱酸材料添加，虽然是增加淬火性的元素，但由于含量过高则提高回火脆化敏感度，因此，有必要定为0.05％～0.75％，理想的是，使其含量的上限为0.45％，更理想的是，使其含量的上限为0.40％。
Mn虽然与Si同样地作为脱酸材料添加，是增加淬火性而且提高强度及韧性的元素，但由于含量过高则提高回火脆化敏感度，降低蠕变断裂强度，而且在含量过低时，降低蠕变断裂延性和铸造性。因此，当与Ni一起混合添加而且要提高韧性及蠕变断裂强度时，理想的是0.10～0.30％，更理想的是0.10～0.25％。
Ni是对提高韧性有效的元素。但由于添加Ni则降低蠕变断裂强度，因此，在过去的CrMoV的组成合金中，其含量限制在大致0.50％以下的情况居多。我们经研究发现通过使Mn的含量为0.10～0.30％，能够在保持蠕变断裂强度的同时，增加Ni的含量，提高韧性。而且发现在使用温度566℃上，当Mn的含量为0.10～0.30％时，Ni的含量定为0.80～1.40％为宜。在要求更高的韧性的情况下，Ni的含量定为1.10～1.40％为宜，这种情况下的Mn的含量以0.10～0.30％为宜，更理想的是0.10～0.25％。
Cr是形成碳化物的元素，用来提高高温强度及耐氧化性能，是作为高温材料不可缺少的元素。因此，虽然有必要包含0.50％以上，但在含量超过2.00％的情况下，因高温下的长时间加热发生析出物的粗化，并降低蠕变断裂强度。尤其是，为了得到较高的蠕变断裂强度，最好是1.00～1.40％。
Mo是通过固溶强化及析出强化作用提高蠕变断裂强度，而且是防止回火脆化的元素。在含量不足0.50％的情况下得不到充分的强度。再有，在含量超过2.00％的情况下，得不到其以上的效果。尤其是，为了得到较高的蠕变断裂强度，以1.20～1.60％为宜。
V与C结合形成碳化物并提高蠕变断裂强度。虽然在不足0.05％的情况下得不到充分的强度，但若超过0.50％则提高焊接后的SR开裂敏感度，因此，有必要避免。尤其是，为了得到较高的蠕变断裂强度及延性，以0.10～0.30％为宜。
B提高淬火性能并显著地提高蠕变断裂强度。虽然在其含量不足0.0003％的情况下得不到充分的强度，但在含量超过0.0030％的情况下，显著地提高焊接后的SR开裂敏感度，因此，有必要避免。尤其是，为了具有较高的蠕变断裂强度，降低焊接后的SR开裂敏感度，最好是0.0005％～0.0010％。
Ti与Si同样地作为脱酸材料添加。若超过0.15％，则由高温下的长时间加热所引起的脆化敏感度增高，因此，有必要避免。作为Ti的含量，以0.06～0.10％为宜。
Al与Si同样地具有作为脱酸材料的效果。我们从对CrMoV的组分铸钢的研究结果发现Al降低蠕变断裂强度及蠕变断裂延性并提高焊接后的SR开裂敏感度。在本实施方式中，含量定为0.005％为宜。作为其含量的下限，最好尽量为0％。
P及S由于是杂质元素，有时引起回火脆化，因此，虽然尽可能降低为宜，但很难做到完全不包含，因此，在本实施方式中，含量定为0.01％以下为宜。作为其含量的下限，P及S都要尽量为0％。
(其它的元素)
另外，从本实施方式中所未添加的元素中，对于已确认出在一般的低合金耐热钢中添加有的W、Nb及N，说明其特征和在本实施方式中避免了添加的理由。
W与Mo相同地通过固溶强化及析出强化作用提高蠕变断裂强度，并在更高的温度下发挥其作用。但若包含W，则具有降低延性、韧性及焊接性的倾向，还有，降低铸造性。
Nb与C结合形成碳化物并提高高温强度。但若包含Nb，则降低焊接性及铸造性。还有，低合金耐热钢中所含Nb，不具有从高Cr钢等的高合金耐热钢中所能得到的程度的强度提高效应。
N在本实施方式中却是有害的元素。由于若含有N，则与B结合而析出BN，因此，使得B的固容量减少，降低根据B的淬火性，并减少蠕变断裂强度的提高效应。再有，降低韧性及焊接性。
(材料组分设计)
对于壳体材料的强化，需要平衡蠕变断裂强度及韧性。
虽然已确认出一般来讲作为CrMoV组分铸钢的强化材料添加W、Nb及N，但从焊接性或延性及铸造性的观点出发，本实施方式中不使用这些。
在本实施方式中所说明的壳体材料的基本设想在于用Mo、V、B补偿蠕变断裂强度，用Ni确保韧性，其含量如前所述。
但为了使该考虑方式成立，有必要将随Ni的含量的增加而降低的蠕变断裂强度保持在给定值上。为此，有必要减少降低Mn的适宜化及韧性或焊接性的P、S、Al等的杂质元素。
在考虑了这些情况的基础上，为了在Mn和Ni之间，而且在蠕变断裂强度和韧性之间保持平衡，以组分设计编制高温强度的强化元素和韧性的强化元素之间的组合平衡。
如图1所示，在Mn和Ni之间的关系上，采用积极地添加Ni的设计，使得Ni的含量比Mn还多。而且，发现作为较理想的范围，Mn的含量为0.1～0.3％，Ni的含量为0.8～1.4％。若对此以Mn/Ni表示，则其范围为0.07～0.32。还有，在要求具有更高的韧性的情况下，Ni的含量定为1.1～1.4％。在这种情况下，Mn/Ni为0.07～0.27％。Mn/Ni的最宽的范围为0.05～0.50％。
另外，图1以图示的方式表示了本实施方式中所示的10种合金组分(表1所示试样No.1～No.3及No.7～No.13)。
为保持蠕变断裂强度和韧性之间的平衡，高温强度的强化元素和韧性的强化元素的关系尤为重要。
作为高温强度的强化元素的Mo、V、B和作为韧性的强化元素的Ni之间的关系尤为重要，Mo+V和Ni的关系表示在图2中。如图2所示，本实施方式中所示的(Mo+V)/Ni的范围在斜率为3的直线小的区域内，理想的是，(Mo+V)/Ni为0.93～2.83。再有，若使Ni的含量为1.1～1.4％，则(Mo+V)/Ni最好为0.93～1.73。另外，  (Mo+V)/Ni的最宽的范围为0.71～3.16。
提高本实施方式的蠕变断裂强度所必不可少的元素B和(Mo+V)/Ni之间的关系如图3所示。
当B的单位为ppm时，可知本实施方式中的较理想的范围在斜率为0.5的直线小的区域内。另外，(Mo+V)/Ni/B以1000～5000为宜，当Ni的含量定为1.1～1.4％时，(Mo+V)/Ni/B以3500～5000为宜。还有，(Mo+V)/Ni/B的最宽的范围为200～5000。
在图2及图3中，也以图示的方式表示了本实施方式中所示的10种合金组分(表1所示的试样No.1～No.3及No.7～No.13)。
(热处理)
热处理实施淬火或正火，而后实施回火处理。
淬火或正火其温度保持在1000～1100℃，最好进行强制冷却。回火处理其温度保持在680～750℃，最好进行慢冷却。通过重复两次以上进行回火处理来提高韧性。再有，最好重复两次以上进行淬火或正火和回火处理。
本实施方式最好具有全回火贝氏体组织，由此，能够得到高温强度较高的钢。
(焊接)
本实施方式的焊接条件及修补的施工条件，希望以在予热温度150℃以上进行焊接，而且在焊接后的冷却过程中在150℃以上开始后热处理。焊接后热处理以在650～700℃下保持一个小时以上为宜。还有，若重复进行焊接后的应力消除退火处理，则焊接热影响部的缺口韧性提高，再有，能够降低焊接部的残余应力。
作为焊接方法，适用TIG焊接或MIG焊接等的弧焊法。
作为焊条，理想的是Cr-Mo系列的焊条。还有，在有必要进行焊接后的淬火(正火)回火处理的情况下，为得到蠕变断裂强度，最好采用Cr-Mo-V系列焊条。
(实施例1)
作为本实施例中所要说明的材料，用高频感应熔化炉进行了熔化后浇注到砂型内而制作了铸锭。其形状为宽300mm×高160mm×进深80mm。
在热处理上，无论是哪一个试样都实施了以1050℃保持五个小时后以400℃/h冷却的正火处理，而后，以725℃保持十二个小时后实施了冷却炉的回火处理。
试验上所用试样的化学组分如表1所示。
试样的组分无论是哪一个均为全回火贝氏体组织。No.1～No.3及No.7～No.13是本实施例的钢，No.4～No.6及No.14～No.18是为了进行比较而制作的参考例的钢。
用平行部的直径为6mm、平行部的长度为30mm的蠕变试件进行了蠕变破裂试验。另外，用V槽口试件进行了冲击试验。
用y型坡口试件(板厚20mm)进行了焊接热影响部开裂试验。焊接上使用了表2所示组分的Cr-Mo钢用药皮弧焊条(焊条直径为4mm)，并预热到250℃后在表3所示的条件下进行了一次通过焊接。而且，对试件的焊接部附近，使焊接热影响部开始温度为200℃，并以690℃且两个小时的退火进行了后热处理。
Figure A20071008946900121
表2
  C   Si   Mn   P   S   Cr   Mo   V   Cu   Ni   Sb   Sn   As
  0.03   0.69   0.63   0.005   0.008   1.98   0.87   -   -   -   0.004   0.0052   0.004
表3
电流 170A
电压 22V
焊接速度 110mm/min
预热温度 250℃
SR开始温度 200℃
后热处理条件 690℃x2h
焊接热影响部开裂试件的结构图如图4所示。
表4表示表1所示合金的冲击断口转变温度(FATT)和蠕变断裂强度(566℃×10万个小时强度)及焊接SR开裂的有无。
表4
    试样No. 566℃×10万个小时强度(MPa)     FATT(℃) 焊接SR开裂(有·无)
    1     136.7     103     无
    2     134.0     93     无
    3     130.7     83     无
    4     117.3     65     无
    5     97.2     62     无
    6     121.9     93     无
    7     132.0     83     无
    8     132.7     85     无
    9     132.0     84     无
    10     124.0     75     无
    11     122.6     74     无
    12     134.7     120     无
    13     136.0     122     无
    14     98.5     114     有
    15     100.5     80     无
    16     36.9     52     无
    17     134.7     134     无
    18     33.5     124     无
从表4可知，无论是本实施例的试样No.1～No.3及No.7～No.13的哪一个其结果对冲击断口转变温度(FATT)和蠕变断裂强度(566℃×10万个小时强度)及是否有焊接SR开裂均良好。
图5表示Ni的含量和566℃下的10万个小时蠕变断裂强度之间的关系。图6表示Ni的含量和冲击断口转变温度(FATT)之间的关系。
从图5及图6也可知，无论是本实施例的试样No.1～No.3及No.7～No.13的哪一个其冲击断口转变温度(FATT)和蠕变断裂强度(566℃×10万个小时强度)均良好。
这样，调查Ni的含量给机械性能带来的影响的结果，可知若Ni的含量增加，则蠕变断裂强度降低而韧性提高。
图7及图8是使用了本实施方式中所示的高强度耐热钢的高压蒸汽轮机的截面结构图。另外，图7所示的蒸汽轮机是高压蒸汽轮机，图8所示的蒸汽轮机是高中压一体型蒸汽轮机。
如图7所示，高压蒸汽轮机具有高压外部壳体10和位于其内侧的高压内部壳体11，在该高压内部壳体11的内部设有配设了高压动叶12的转子轴13。
还有，如图8所示，高中压一体型蒸汽轮机，在高压一侧具有高压外部壳体10和位于其内侧的高压内部壳体11，在该高压内部壳体11的内部设有配设了高压动叶12的转子轴。中压一侧也与高压一侧同样地、具有中压外部壳体20和位于其内侧的中压内部壳体21，在该中压内部壳体21的内部设有配设了中压动叶22的转子轴。另外，符号40是高中压一体转子。
引导到蒸汽轮机上的高温高压的蒸汽，无论是在高压蒸汽轮机及高中压一体型蒸汽轮机中的任意一个的情况下，均由锅炉得到，并经由主蒸汽管通过构成主蒸汽入口的法兰盘、弯头30后，通过喷嘴箱31引导到最初动叶上。对应这些动叶设有各个静叶。
在本实施例中，作为外部壳体、内部壳体、阀壳体(主蒸汽止回阀壳体及蒸汽调节阀壳体)均使用实施例1的表1所记载的No.8的铸钢。在电炉上熔化50吨并真空浇包精炼后，浇注到砂型的铸型上。
将该铸钢以1050℃保持10个小时并进行炉冷却的正火处理后，以1050℃保持10个小时并进行气流淬火，接着，以725℃进行两次保持12小时的回火。
对具有全回火贝氏体组织的这些壳体进行了切断调查，结果在充分满足566℃、24Mpa高温高压壳体上所要求的特性(温度566℃下的10万个小时强度≥98Mpa、FATT≤135℃)的同时，在焊接SR开裂试验中也得到了不开裂的良好的结果。
使用了这种壳体的涡轮机壳体或阀壳体对于在高温高压的蒸汽环境中使用的蒸汽轮机具有可利用性。

Claims (19)

1. 一种壳体，其特征在于，
由在质量上包括C：0.08～0.20％、Si：0.05～0.45％、Mn：0.10～0.30％、Ni：0.80～1.40％、Cr：1.00～1.40％、Mo：1.20～1.60％、V：0.10～0.30％、Ti：0.06～0.10％、B：0.0005～0.0010％、P：0.0l％以下、S：0.01％以下、Al：0.005％以下，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质元素构成的合金形成。
2. 一种涡轮机壳体，其特征在于，
将权利要求1所述的壳体使用在涡轮机上。
3. 根据权利要求2所述的涡轮机壳体，其特征在于，
Mn/Ni为0.07～0.32。
4. 根据权利要求2所述的涡轮机壳体，其特征在于，
(Mo+V)/Ni为0.93～2.38。
5. 根据权利要求2所述的涡轮机壳体，其特征在于，
(Mo+V)/Ni/B为1000～5000。
6. 一种阀壳体，其特征在于，
将权利要求1所述的壳体使用在阀门上。
7. 根据权利要求1所述的壳体，其特征在于，
所述合金是铸钢。
8. 一种涡轮机壳体，其特征在于，
由在质量上包括C：0.08～0.20％、Si：0.05～0.45％、Mn：0.10～0.30％、Ni：1.10～1.40％、Cr：1.00～1.40％、Mo：1.20～1.60％、V：0.10～0.30％、Ti：0.06～0.10％、B：0.0005～0.0010％、P：0.01％以下、S：0.01％以下、Al：0.005％以下，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质元素构成。
9. 一种涡轮机壳体，其特征在于，
将权利要求8所述的壳体使用在涡轮机上。
10. 根据权利要求9所述的涡轮机壳体，其特征在于，
Mn/Ni为0.07～0.27。
11. 根据权利要求9所述的涡轮机壳体，其特征在于，
(Mo+V)/Ni为0.93～1.73。
12. 根据权利要求9所述的涡轮机壳体，其特征在于，
(Mo+V)/Ni/B为3500～5000。
13. 一种阀壳体，其特征在于，
将权利要求8所述的壳体使用在阀门上。
14. 根据权利要求8所述的壳体，其特征在于，
所述合金是铸钢。
15. 一种蒸汽轮机，其特征在于，
使用权利要求2所述的涡轮机壳体。
16. 一种蒸汽轮机，其特征在于，
使用权利要求6所述的阀壳体。
17. 一种蒸汽轮机，其特征在于，
使用权利要求9所述的涡轮机壳体。
18. 一种蒸汽轮机，其特征在于，
使用权利要求13所述的阀壳体。
19. 一种壳体，其特征在于，
由在质量上包括C：0.05～0.25％、Si：0.05～0.75％、Mn：0.10～0.30％、Ni：0.80～1.40％、Cr：0.50～2.00％、Mo：0.05～2.00％、V：0.05～0.50％、Ti：0.06～0.15％、B：0.0003～0.0030％、P：0.01％以下、S：0.01％以下、Al：0.005％以下，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质元素构成，而且Mn/Ni为0.05～0.50、(Mo+V)/Ni为0.71～3.16以及(Mo+V)/Ni/B为200～5000的合金形成。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101949311A (zh) * 2009-11-18 2011-01-19 西峡县西泵特种铸造有限公司 一种涡轮增压器壳及其制备方法
CN104388839A (zh) * 2014-11-05 2015-03-04 无锡阳工机械制造有限公司 一种汽轮机转子用合金
CN109161650A (zh) * 2018-10-30 2019-01-08 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 一种低合金铸钢、制造方法及其应用
CN113046640A (zh) * 2021-03-10 2021-06-29 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种用于生物质发电汽轮机转子的锻件材料及其制备方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8523519B2 (en) * 2009-09-24 2013-09-03 General Energy Company Steam turbine rotor and alloy therefor
CN102605238B (zh) * 2012-03-30 2013-12-25 宝山钢铁股份有限公司 50公斤级具有良好耐sr特性的正火钢板及其制造方法
KR101822292B1 (ko) 2016-08-17 2018-01-26 현대자동차주식회사 고강도 특수강
KR101822295B1 (ko) 2016-09-09 2018-01-26 현대자동차주식회사 고강도 특수강

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54107416A (en) * 1978-02-10 1979-08-23 Hitachi Ltd Heat-resistant low alloy steel casting and its heating treatment
JPS59205449A (ja) * 1983-05-06 1984-11-21 Hitachi Ltd 耐熱鋼
JPS60258451A (ja) * 1984-06-06 1985-12-20 Toshiba Corp 高低圧一体型蒸気タ−ビン
JPS63171856A (ja) * 1987-01-09 1988-07-15 Hitachi Ltd 耐熱鋼
JPS63199850A (ja) * 1987-02-16 1988-08-18 Toshiba Corp 低合金耐熱鋳鋼
JPH0243347A (ja) * 1988-08-03 1990-02-13 Japan Steel Works Ltd:The 耐経年劣化に優れた高温高圧用鋳鋼
JP2624224B2 (ja) * 1995-11-27 1997-06-25 株式会社日立製作所 蒸気タービン
JP3504835B2 (ja) 1997-01-17 2004-03-08 三菱重工業株式会社 低合金耐熱鋳鋼及び蒸気タービン用鋳鋼部品
JP3483493B2 (ja) 1999-03-19 2004-01-06 日本鋳鍛鋼株式会社 圧力容器用鋳鋼材及びそれを用いる圧力容器の製造方法
JP3639155B2 (ja) 1999-08-20 2005-04-20 株式会社東芝 耐熱鋳鋼及びそれを用いて作製される耐熱鋳鋼部品
JP3662151B2 (ja) 1999-10-20 2005-06-22 株式会社東芝 耐熱鋳鋼及びその熱処理方法
US6574966B2 (en) * 2000-06-08 2003-06-10 Hitachi, Ltd. Gas turbine for power generation
JP4256311B2 (ja) * 2004-07-06 2009-04-22 株式会社日立製作所 蒸気タービン用ロータシャフト及び蒸気タービン並びに蒸気タービン発電プラント

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101949311A (zh) * 2009-11-18 2011-01-19 西峡县西泵特种铸造有限公司 一种涡轮增压器壳及其制备方法
CN101949311B (zh) * 2009-11-18 2013-06-05 西峡县众德汽车部件有限公司 一种涡轮增压器壳及其制备方法
CN104388839A (zh) * 2014-11-05 2015-03-04 无锡阳工机械制造有限公司 一种汽轮机转子用合金
CN109161650A (zh) * 2018-10-30 2019-01-08 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 一种低合金铸钢、制造方法及其应用
CN113046640A (zh) * 2021-03-10 2021-06-29 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种用于生物质发电汽轮机转子的锻件材料及其制备方法

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