CN1209186A - 蒸汽涡轮机发电设备及蒸汽涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供高热效率、小型化的超临界压力蒸汽涡轮机发电设备,因采用铁素体钢而能实现蒸汽温度600～660℃的高温化。本发明中,暴露于高温部的转子轴等主要部件用铁素体钢及铸钢构成,低压涡轮机最终级叶片用马氏体钢构成,使主蒸汽温度和再热蒸汽温度能达到600～660℃,实现小型化的超临界压力蒸汽涡轮机发电设备。最终级叶片由拉伸强度为120kgf/mm²以上的铁素体锻钢构成。转子轴由各使用温度下10万小时蠕变抗断强度为11kgf/mm²以上铁素体锻钢构成。内部壳体由10万小时蠕变抗断强度为10kgf/mm²以上铁素体铸钢构成。

Description

蒸汽涡轮机发电设备及蒸汽涡轮机

技术领域

本发明涉及蒸汽涡轮机，特别涉及低压蒸汽涡轮机的最后级转动叶片采用12％Cr钢的高温蒸汽涡轮机。

背景技术

现有技术中，蒸汽涡轮机的转动叶片采用12Cr-Mo-Ni-V-N钢。近年来，从节省能源方面考虑，希望提高蒸汽涡轮机的热效率，从节省空间方向考虑，希望机器小型化。

为了提高热效率和机器的小型化，蒸汽涡轮机叶片的长叶片化是有效的方法。因此，低压蒸汽涡轮机的最后级叶片有逐年加长的倾向。随之，蒸汽涡轮机的叶片使用条件也变得严格，以前所用的12Cr-Mo-Ni-V-N钢强度不够，需要更高强度的材料。长叶片材料要求具有拉伸强度，它是机械特性的基本要求。

另外，从抗破坏性考虑，要求高强度、高韧性。

拉伸强度高于12Cr-Mo-Ni-V-N钢(马氏体钢)的结构材料，公知的有Ni基合金和COo基合金，但其热加工性、切削性及振动衰减特性差，所以，作为叶片材料不理想。

在日本特开昭63-171856号公报及特开平4-120246号公报中，揭示了燃气轮机用的盘材。

现有的蒸汽涡轮机，蒸汽温度最高为566℃，蒸汽压力为246atg。

由于石油、煤等资源的减少，从节省能源及防止环境污染方面考虑，希望实现火力发电设备的高效率化。为了提高发电效率，提高蒸汽涡轮机的蒸汽温度是最有效的方法。在特开平7-233704号公报中揭示了这些高效率超高温蒸汽涡轮机用材料。

本发明是针对近年来低压蒸汽涡轮机叶片的长大化而作出的，在特开昭63-171856号公报和特开平4-120246号公报中，没有揭示关于蒸汽涡轮机的转动叶片材料方面的内容。

另外，在特开平7-233704号公报中，虽然揭示了转子材料和壳体材料等，但是，对于前述的高温下的高中压一体型蒸汽涡轮机及低压蒸汽涡轮机中、作为最后级转动叶片用的12％Cr马氏钢，没有记载。

本发明的目的是提供蒸汽涡轮机和采用该蒸汽涡轮机的蒸汽涡轮机发电设备，本发明的蒸汽涡轮机因采用铁素钢、耐热钢而能实现蒸汽温度600～660℃的高温化，具有高的热效率。

另外，本发明的目的是提供蒸汽涡轮机和采用该蒸汽涡轮机的蒸汽涡轮机发电设备，本发明的蒸汽涡轮机在600～660℃的各运转温度下其基本构造相同。

发明内容概要

本发明的蒸汽涡轮机发电设备中，高压涡轮机和中压涡轮机以及低压涡轮机和高中压涡轮机、或者高压涡轮机和低压涡轮机以及中压涡轮机和低压涡轮机相互连接，或者高中压一体式蒸汽涡轮机和1台、或2台低压涡轮机串联连接，其特征在于，上述高压涡轮机及中压涡轮机或高中压涡轮机，其初级转动叶片的水蒸汽入口温度是600～660℃(最好是600℃～620℃，620～630℃，630～640℃)的范围，低压涡轮机的初级转动叶片的水蒸汽入口温度是350～400℃的范围，曝露于高压涡轮机及中压涡轮机或高中压涡轮机的上述水蒸汽入口温度的转子轴、转动叶片、静止叶片及内部壳体，由含有Cr8～13重量％的高强度马氏钢构成，并且，低压涡轮机的最终级转动叶片由〔叶片长(英寸)×转速(rpm)〕的值为125000以上的马氏体钢构成。

本发明的高中压一体式蒸汽涡轮机，具有转子轴、植设在该转子轴上的转动叶片、导引水蒸汽流入转动叶片的静止叶片和保持该静止叶片的内部壳体，水蒸汽流入转动叶片的初级的温度是600～660℃，压力是250kgf/mm²以上(最好为246kgf/mm²～316kgf/mm²)或170～200kgf/mm²；加热从蒸汽涡轮机或高压侧涡轮机出来的蒸汽，加热到与高压侧入口温度同等以上后，送到中压侧涡轮机，其特征在于，上述转子轴、或转子轴和转动叶片及静止叶片中的至少初级，由含有Cr 9.5～13重量％(最好为10.5～11.5重量％)的全回火马氏体组织的高强度马氏钢构成；该马氏体钢在与各蒸汽温度(最好是610℃、625℃、640℃、650℃、660℃)对应的温度下，10⁵小时蠕变断裂强度是10kgf/mm²以上(最好是17kgf/mm²以上)；上述内部壳体由含有Cr 8～9.5重量％的马氏体铸钢构成，该马氏体铸钢在与上述蒸汽温度对应的温度下，10⁵小时蠕变断裂强度是10kgf/mm²以上(最好是10.5kgf/mm²以上)。

在高压涡轮机及中压涡轮机或高中压一体型蒸汽涡轮机中，其特征在于，上述转子轴或上述转动叶片及静止叶片的至少初级，由高强度马氏体钢构成，以重量计，该马氏体钢含有C0.05％～0.20％、Si 0.15％以下、Mn.0.05％～1.5％、Cr 9.5％～13.％、Ni 0.05％～1.0％、V 0.05～0.35％、Nb0.01～0.20％、N 0.01～0.06％、Mo 0.05～0.5％、W 1.0～4.0％、Co 2～10％、B 0.0005～0.03％、Fe 78％以上，最好对应于620～640℃的蒸汽温度；或者，该马氏体钢以重量计含有C0.1％～0.25％、Si 0.6％以下、Mn 1.5％以下、Cr 8.5％～13.％、Ni 0.05％～1.0％、V 0.05～0.5％、W 0.10～0.65％、A10.1％以下、Fe 80％以上，最好对应于不足600～620℃。上述内部壳体最好由高强度马氏体钢构成，以重量计，该马氏体钢含有C 0.06％～0.16％、Si 0.5％以下、Mn 1％以下、Ni 0.2～1.0％、Cr 8～12％、V 0.05～0.35％、Nb0.01～0.15％、N 0.01～0.8％、Mo  1％以下、W 1～4％、B 0.0005～0.003％、Fe 85％以上。

本发明的高压蒸汽涡轮机中，上述转动叶片有9级以上、最好10级以上，初级是复流式；上述转子轴由含有Cr 9～13重量％的高强度马氏体钢构成，转子轴的轴承中心间距离(L)为5000mm以上(最好为5100mm～6500mm)，设有静止叶片部分的最小直径(D)为660mm以上(最好为680～740mm)，上述(L/D)为6.8～9.9(最好为7.9～8.7)。

本发明的中压蒸汽涡轮机中，上述转动叶片左右对称地各有6级以上，是初级植设在转子轴中心部的复流构造，上述转子轴由含有Cr 9～13重量％的高强度马氏体钢构成，转子轴的轴承中心间距离(L)为5000mm以上(最好为5100～6500mm)，设有静止叶片部分的最小直径(D)为630mm以上(最好是650～710mm)，上述(L/D)为7.0～9.2(最好为7.8～8.3)。

在分别具有高压涡轮机和中压涡轮机的低压蒸汽涡轮机中，上述转动叶片左右对称地各有6级以上，为初级植设在转子轴中心部的复流构造，上述转子轴由含有Ni 3.25～4.25重量％的Ni-Cr-Mo-V低合金钢构成，转子轴的轴承中心间距离(L)为6500mm以上(最好为6600～7100mm)，设有静止叶片部分的最小直径(D)为750mm以上(最好为760～900mm)，上述(L/D)为7.8～10.2(最好为8.0～8.6)；最终级转动叶片由〔叶片长(英寸)×转速(rpm)〕的值为125000以上的高强度马氏体钢构成。

另外，本发明的蒸汽涡轮机发电设备，备有相互连接着的高压涡轮机和中压涡轮机以及低压涡轮机和低压涡轮机，或相互连接着的高压涡轮机、低压涡轮机以及中压涡轮机和低压涡轮机，或者高中压涡轮机和1台或2台串联连接的低压涡轮机相连接，其特征在于，上述高压涡轮机和中压涡轮机、或高中压涡轮机，其初级转动叶片的水蒸汽入口温度是600～660℃，上述低压涡轮机的初级转动叶片水蒸汽入口温度是350～400℃，为使上述高压涡轮机的转子轴的初级转动叶片植设部及上述初级转动叶片的金属温度低于通向上述高压涡轮机的初级转动叶片的水蒸汽入口温度40℃以上(最好比水蒸汽温度低20-35℃)；为使上述中压涡轮机的转子轴的初级转动叶片植设部及初级转动叶片的金属温度比上述中压涡轮机的初级转动叶片的水蒸汽入口温度低75℃以上(最好比水蒸汽温度低50-70℃)。上述低压涡轮机的最终级转动叶片由〔叶片长(英寸)×转速(rpm)〕的值为125000以上的高强度马氏体钢构成；上述高压涡轮机及中压涡轮机的转子轴和至少初级转动叶片由含有Cr9.5～13重量％的马氏体钢或Ni基合金钢构成。

本发明的烧煤火力发电设备，备有烧煤锅炉、被该锅炉产生的水蒸汽驱动的蒸汽涡轮机、被该蒸汽涡轮机驱动的1台或2台以上、最好2台具有1000MW以上发电输出功率的发电机，其特征在于，上述蒸汽涡轮机中高压涡轮机和中压涡轮机以及低压涡轮机和低压涡轮机、或高压涡轮机和低压涡轮机以及中压涡轮机和低压涡轮机被连接或上述高中压涡轮机和1台或2台串联的低压涡轮机相连接；上述高压涡轮机及中压涡轮机或高中压涡轮机，其初级转动叶片的水蒸汽入口温度是600～660℃，上述低压涡轮机的初级转动叶片的水蒸汽入口温度是350～400℃；被上述锅炉的过热器加热到比高压涡轮机的初级转动叶片的水蒸汽入口温度高3℃以上(最好3～10℃，更好为3～7℃)的水蒸汽流入高压涡轮机的初级转动叶片，由上述锅炉的再热器把从高压涡轮机出来的水蒸汽加热到比中压涡轮机初级转动叶片水蒸汽入口温度高2℃以上(最好2～10℃，更好2～5℃)的温度后，使其流入中压涡轮机的初级转动叶片，由上述锅炉的节煤器把从中压涡轮机出来的水蒸汽加热到比低压涡轮机的初级转动叶片水蒸汽入口温度高3℃以上(最好3～10℃，更好3～6℃)的温度后，使其流入低压涡轮机的初级转动叶片，并且，低压蒸汽涡轮机的最终级转动叶片由〔叶片长(英寸)×转速(rpm)〕的值为125000以上的高强度马氏体钢构成。

上述低压蒸汽涡轮机中，具有高压涡轮机和中压涡轮机、或高中压一体型涡轮机，上述初级转动叶片的水蒸汽入口温度是350～450℃(最好360～380℃)，上述转子轴由低合金钢构成，以重量％计，该低合金钢含有C 0.2％～0.3％、Si 0.05％以下、Mn 0.1％以下、Ni 3.25％～4.25％、Cr 1.25％～2.25％、Mo 0.07～0.2％、V 0.07～0.2％、Fe 92.5％以上。

上述高压蒸汽涡轮机中，转动叶片为7级以上(最好9～12级)，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧为25～180mm，转子轴的转动叶片植入部直径大于对应于静止叶片部分的直径，上述植入部的轴方向宽度，其上流侧阶梯地比下流侧大3级以上(最好4～7级)，相对于叶片部长度的比率是0.2～1.6(最好0.3～1.3，更好为0.65～0.95)，从上流侧朝下流侧减小。

上述的高压蒸汽涡轮机中，转动叶片为7级以上(最好为9级以上)，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧为25～180mm，相邻各级的叶片部长度之比为2.3以下，该比率往下流侧渐渐增大，上述叶片部长度最好是下流侧比上流侧渐渐增大。

上述的高压蒸汽涡轮机中，转动叶片为7级以上(最好为9级以上)，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧为25～180mm，转子轴的与静止叶片对应部分的轴方向宽度是，其下流侧比上流侧以2阶段以上(最好2～4阶段)阶段地减小，相对于该转动叶片的下流侧叶片部长度的比率在4.5以下范围，朝着下流侧上述比率阶段地减小。

上述中压蒸汽涡轮机中，转动叶片为有左右对称6级以上(最好为6～9级)的复流构造，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧为60～300mm，转子轴的转动叶片植入部直径大于对应于静止叶片部分的直径，植入部的轴方向宽度是，下流侧比上流侧以2阶段以上(最好2～6阶段)阶段地增大，相对于叶片部长度的比率为0.35～0.80(最好为0.5～0.7)，从上流侧朝着下流侧渐渐减小。

上述的中压蒸汽涡轮机中，转动叶片是具有左右对称6级以上的复流构造，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧为60～300mm，相邻叶片部长度是，下流侧大于上流侧，其比率为1.3以下(最好为1.1～1.2)，朝着下流侧渐渐增大。

上述的中压蒸汽涡轮机中，转动叶片为有左右对称6级以上的复流构造，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧为60～300mm，转子轴的对应于静止叶片部分的轴方向宽度是，下流侧比上流侧以2阶段以上(最好3～6阶段)阶段地减小。相对于转动叶片的下流侧叶片长度的比率是0.8～2.50(最好是1.0～2.0)的范围，该比率朝着下流侧阶段地减小。

在分别设有上述高压涡轮机和中压涡轮机的发电设备的低压涡轮机中，转动叶片为有左右对称6级以上(最好为8～10级)的复流构造，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧为80～1300mm，转子轴的转动叶片植入部直径大于对应于静止叶片部分的直径，植入部的轴方向宽度是，下流侧比上流侧最好以3阶段以上(最好为4～7阶段)阶段地增大，相对于叶片部长度的比率为0.2～0.7(最好为0.3～0.55)，从上流侧朝着下流侧渐渐减小。

在分别设有上述高压涡轮机和中压涡轮机时的低压蒸汽涡轮机中，转动叶片为有左右对称6级以上的复流构造，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧为80～1300mm，相邻各级的叶片部长度是下流侧大于上流侧，其比率是1.2～1.8(最好为1.4～1.6)的范围，该比率往下流侧渐渐增大。

在上述低压蒸汽涡轮机中，转动叶片为有左右对称6级以上、最好为8级以上的复流构造，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧为80～1300mm，转子轴的对应于静止叶片部分的轴方向宽度是，下流侧比上流侧以3阶段以上(最好4～7阶段)阶段地增大。相对于转动叶片的相邻下流侧叶片部长度的比率是0.2～1.4(最好为0.25～1.25，更好为0.5～0.9)的范围，该比率往下流侧减小。

上述高压蒸汽涡轮机中，转动叶片为7级以上，最好为9级以上，转子轴的与转动叶片植入部对应部分的直径大于与静止叶片部分对应的直径，对应于静止叶片的直径轴方向宽度，其水蒸汽流的上流侧与下流侧相比，以2阶段以上(最好2～4阶段)阶段地增大，转动叶片的最终级与其前一级之间的宽度，是转动叶片的第2级与第3级之间宽度的0.75～0.95倍(最好为0.8～0.9倍，更好为0.82～0.88倍)，转子轴的转动叶片植入部轴方向宽度是，水蒸汽流的下流侧与上流侧相比，以3阶段以上(最好4～7阶段)阶段地增大，转动叶片的最终级轴方向宽度是第2级的轴方向宽度的1～2倍(最好1.4～1.7倍)。

上述中压蒸汽涡轮机中，转动叶片有6级以上，转子轴的与转动叶片植入部对应的直径大于与静止叶片部分对应的直径，对应于静止叶片的直径的轴方向宽度，水蒸汽流的上流侧与下流侧相比，以2阶段以上(最好3～6阶段)阶段地增大，转动叶片的最终级与其前一级之间的宽度，是转动叶片的初级与第2级之间宽度的0.5～0.9倍(最好为0.65～0.75倍)，转子轴的转动叶片植入部轴方向宽度是，水蒸汽流的下流侧与上流侧相比，以2阶段以上(最好3～6阶段)阶段地增大，转动叶片的最终级轴方向宽度是初级的轴方向宽度的0.8～2倍(最好1.2～1.5倍)。

上述低压蒸汽涡轮机中，转动叶片是左右对称地有8级以上的复流构造，转子轴的与转动叶片植入部对应的直径大于与静止叶片部分对应的直径，对应于静止叶片的直径的轴方向宽度，其水蒸汽流的上流侧与下流侧相比，以3阶段以上(最好4～7阶段)阶段地增大，转动叶片的最终级与其前一级之间的宽度，是转动叶片的初级与第2级之间宽度的1.5～3.0倍(最好为2.0～2.7倍)，转子轴的转动叶片植入部轴方向宽度是，水蒸汽流的下流侧与上流侧相比，最好以3阶段以上(最好4～7阶段)阶段地增大，转动叶片的最终级轴方向宽度是初级的轴方向宽度的5～8倍(最好6.2～7.0倍)。

上述的高压、中压或高中压一体型涡轮机及低压涡轮机的构造，对于610℃～660℃的各使用蒸汽温度中的任一温度，都可以是同样的构造。

本发明的转子材料，作为全回火马氏体组织，为了得到高的高温强度和低温韧性以及高疲劳强度，最好把用下式计算的Cr当量成分调节为4～8。

本发明的高中压一体型蒸汽涡轮机，高压侧转动叶片为7级以上最好为8级以上，中压侧转动叶片为5级以上最好为6级以上，转子轴由含有Cr 9～13重量％的高强度马氏体钢构成。转子轴的轴承中心间距离(L)为6000mm以上(最好为6100～7000mm)，转子轴设有静止叶片部分的最小直径(D)为660mm以上(最好为620～760mm)，上述(L/D)为8.0～11.3(最好为9.0～10.0)。

相对于本发明的高中压一体型涡轮机的低压涡轮机，有以下的特征。在低压蒸汽涡轮机中，转动叶片左右对称地各有5级以上，最好有6级以上。是初级设在转子轴中心部的复流构造。转子轴由含有Ni 3.25～4.25重量％的Ni-Cr-Mo-V低合金钢构成，转子轴的轴承中心间距离(L)为6500mm以上(最好6600～7500mm)，转子轴设有静止叶片部分的最小直径(D)为750mm以上(最好760～900mm)，上述(L/D)为7.2～10.0(最好8.0～9.0)。最终级转动叶片由〔叶片长(英寸)×转速(rpm)〕的值为125000以上的高强度马氏体钢构成。

上述转子轴的静止叶片部分的直径(D)为750～1300mm，轴承中心间距离(L)是上述(D)的5.0～9.5倍，转子轴由低合金钢构成，以重量计，该低合金钢含有C 0.2％～0.3％、Si 0.05％以下、Mn 0.1％以下、Ni 3.0％～4.5％、Cr 1.25％～2.25％、Mo 0.07～0.2％、V 0.07～0.2％、Fe 92.5％以上。

上述转动叶片是具有左右对称各5级以上最好6级以上的复流构造，叶片部长度从水蒸汽流上流侧到下流侧，在80～1300mm的范围内，转子轴的转动叶片植入部直径大于对应于静止叶片部分的直径，植入部的轴方向根部宽度逐渐扩展地大于叶片植入部的宽度，从下流侧朝上流侧阶段地减小，相对于叶片部长度的比率是0.25～0.80。

上述转动叶片是具有左右对称各5级以上最好6级以上的复流构造，叶片部长度从水蒸汽流上流侧到下流侧，在80～1300mm的范围内，相邻各级的叶片部长度是，下流侧大于上流侧，其比率在1.2～1.7的范围内，在下流侧，上述叶片部长度渐渐增大。

上述转动叶片是具有左右对称各5级以上最好6级以上的复流构造，叶片部长度从水蒸汽流上流侧到下流侧增大，在80～1300mm的范围内，转子轴的转动叶片植入部根部的轴方向宽度，至少以3阶段，下流侧比上流侧扩大，逐渐扩展地大于叶片植入部的宽度。

本发明的高中压一体型蒸汽涡轮机具有以下构造。

高压侧转动叶片为7级以上，叶片部长度从水蒸汽流上流侧到下流侧为40～200mm，转子轴的转动叶片植入部直径大于对应于静止叶片部分的直径，转子轴的转动叶片植入部根部的轴方向宽度，其下流侧比上流侧阶段地增大，相对于叶片部长度的比率是0.2～1.6，最好为0.25～1.3，从上流侧往下流侧渐渐增大。中压侧的转动叶片左右对称地有5级以上，叶片部长度从水蒸汽流上流侧到下流侧有100～350mm，转子轴的转动叶片植入部直径大于对应于静止叶片部分的直径，转子轴的转动叶片植入部根部的轴方向宽度，除了最终级外，其下流侧比上流侧增大，相对于叶片部长度的比率是0.35～0.8，最好为0.4～0.75，从上流侧往下流侧渐渐减小。

上述转动叶片为7级以上，叶片部长度从水蒸汽流上流侧到下流侧为25～200mm，相邻各级的叶片部长度之比为1.05～1.35，叶片部长度是下流侧比上流侧渐渐增大。中压部转动叶片为5级以上，叶片部长度从水蒸汽流上流侧到下流侧为100～350mm，相邻叶片部长度是下流侧比上流侧增大，其比率是1.10～1.30，往下流侧渐渐增大。

高压侧的转动叶片为6级以上，最好为7级以上，转子轴的对应于转动叶片植入部直径大于对应于静止叶片部分的直径，转子轴的转动叶片植入部根部的轴方向宽度是，初级最大，从水蒸汽流的上流侧到下流侧，以2阶段以上、最好3阶段以上阶段地增大。中压侧的转动叶片为5级以上，转子轴的对应于转动叶片植入部的直径大于对应于静止叶片部分的直径，转子轴的转动叶片植入部根部的轴方向宽度是，水蒸汽流的上流侧与下流侧相比，最好以4阶段以上阶段地不同，转动叶片的初级比2级大，最终级比其它级大，初级和第2级成为逐渐扩张。

本发明的蒸汽涡轮机长叶片，由马氏体钢构成，以重量计，该马氏体钢含有C 0.08％～0.18％、Si 0.25％以下、Mn 0.90％以下、Cr 8.0％～13.0％、Ni 2～3％以下、Mo 1.5～3％、V 0.05～0.35％、Nb 和Ta中的一种或二种合计量0.02～0.20％、N 0.02～0.1％。

该蒸汽涡轮机的长叶片，用于抵耐高速旋转时的高离心应力和振动应力的拉伸强度高，同时还必须有高的循环疲劳强度。因此，叶片材的金属组织中如果存在有害的δ铁素体，则疲劳强度会显著降低，所以，必须采用全回火马氏体组织。

本发明的钢，用上式计算的Cr当量被调节至10以下，基本上不含有δ铁素体相。

长叶片材的拉伸强度为120kgf/mm²以上，最好为128.5kgf/mm²以上。

为了得到均质且高强度的蒸汽涡轮机长叶片材料，作为调质热处理，在熔化、锻造后，要以1000℃～1100℃、最好进行0.5～3小时加热保持后，急冷至室温的淬火，再进行2次以上的回火热处理，即，用550℃～570℃、最好进行1～6小时加热保持后，冷却到室温的1次回火，再用560℃～590℃、最好1～6小时的加热保持后，冷却到室温的2次回火。

本发明中，低压涡轮机最终级叶片部长度为914mm(36″)以上，最好为965mm(38″)以上的3600rpm蒸汽涡轮机、以及低压涡轮机最终级长叶片为1092mm(43″)以上、最好为1168mm(46″)以上的3000rpm蒸汽涡轮机，〔叶片长(英寸)×转速(rpm)〕的值为125000以上，最好为138000以上。

本发明的由耐热铸钢构成的壳体材料，是调节合金成分以得到95％以上的回火马氏体(δ铁素体5％以下)组织，并且为了得到高温强度和低温韧性及高疲劳强度，最好把下列各元素的含有量(重量％)计算出的Cr当量，调节至4～10。

Cr当量＝Cr+6Si+4Mo+1.5W+11V+5Nb

-40C-30N-30B-2Mn-4Ni-2Co

+2.5Ta

本发明的12％Cr耐热钢，特别是在621℃以上的蒸汽中使用时，625℃、10⁵ h蠕变抗断强度最好为10kgf/mm²以上，室温冲击吸收能量最好为1kgf-m以上。

(1)下面，说明本发明低压蒸汽涡轮机的最终级叶片所用12％Cr钢的成分范围限定理由。

为了得到高拉伸强度，C最低需要0.08％。如果C过多，则韧性降低，所以，C必须在0.20％以下，最好为0.10～0.18％，更好为0.12～0.16％。

Si是脱氧剂，Mn是脱硫剂·脱氧剂，在钢的熔化时添加，只需少量即可。Si是δ铁素体的生成元素，如果多量添加，则生成使疲劳强度和韧性降低的有害δ铁素体，所以，必须在0.25％以下。另外，采用碳真空脱氧法及电渣熔化法等时，可以不添加Si。添加时最好是0.1％以下，更好为0.05％以下。

多量的Mn会使韧性降低，所以，其添加量应在0.9％以下。另外，Mn作为脱氧剂也有效，从提高韧性方面考虑，其量最好在0.4％以下，更好在0.2％以下。

Cr能提高耐腐蚀性和拉伸强度，但是如果添加量超过13％则会产生δ铁素体组织。如果少于8％则耐蚀性和拉伸强度不足，所以，Cr定为8～13％。从强度方面考虑，最好为10.5～12.5％，更好为11～12％。

Mo因其固溶强化和析出强化作用，具有提高拉伸强度的效果。如果少于1.5％则提高拉伸强度的效果不充分，如果多于3％则生成δ铁素体，所以限定为1.5～3％。最好为1.8～2.7％，更好为2.0～2.5％。另外，W和Co也与Mo具有同样的效果。

V和Nb能析出碳化物，具有提高拉伸强度和提高韧性的效果。如果V为0.05％、Nb为0.02％以下，则其效果不理想，如果V为0.35％、Nb为0.2％以上，则产生δ铁素体。因此，V限定为0.15～0.30％，最好是0.25～0.30％，Nb限定为0.04～0.15％，最好为0.06～0.12％。也可用同量的Ta代替Nb，可复合添加。

Ni能提高低温韧性，并具有防止δ铁素体生成的效果。当Ni为2％以下时，该效果不充分，如果超过3％，则效果饱和。所以，最好为2.3～2.9％，更好为2.4～2.8％。

N具有提高拉伸强度和防止δ铁素体生成的效果，如果不足0.02％，则其效果不充分，如果超过0.1％则韧性降低。所以最好在0.04～0.08％的范围内，更好在0.06～0.08％的范围内，可得到优良的特性。

Si、P和S的减少，不有损于拉伸强度，能提高低温韧性，所以应尽量减少。从提高低温韧性方面考虑，最好是Si为0.1％以下，P为0.015％以下，S为0.015％以下。尤其是Si为0.05％以下、P为0.01％以下、S为0.01％以下为更好。Sb、Sn和As的减少也具有提高韧性的效果，最好尽量减少之，但从目前的制钢技术水平考虑，限定为Sb为0.0015％以下，Sn为0.01％以下，As为0.02％以下。最好是Sb0.001％以下、Sn0.005％以下、As0.01％以下。

本发明中，Mn/Ni之比最好在0.11以下。

本发明材料的热处理，先用能完全变态为奥氏体的温度即最低1000℃、最高1100℃均匀加热后急冷(最好油冷)，接着，再加热保持·冷却在550～570℃的温度(第1次回火)，再加热保持为560～680℃的温度，进行第2次回火，最好使其成为全回火马氏体组织。

(2)下面，说明本发明中构成620～640℃蒸汽涡轮机的高压、中压或高中压一体型的转子、叶片、喷嘴、内部壳体紧固螺栓以及中压部初级隔板的铁素体耐热钢的成分限定理由。

C可确保淬火性，在回火热处理过程中，使碳化物析出，是提高高温强度不可缺少的元素。另外，为了得到高拉伸强度，需要0.05％以上，但如果超过0.2％，则长时间地处于高温下时，引起金属组织不稳定，长时间蠕变抗断强度降低。所以，限定为0.05～0.2％。最好为0.08～0.13％，更好为0.09～0.12％。

Mn作为脱氧剂添加，只需少量即可达到效果。如果超过1.5％，则降低蠕变抗断强度。所以，最好为0.03～0.2％或0.3～0.7。多则最好为0.35～0.65％。Mn量少可得到高强度，Mn量多则加工性好。

Si也作为脱氧剂添加，如果采用真空C脱氧法等的制钢技术，则不需要Si脱氧。通过降低Si可防止有害的δ铁素体组织生成以及防止晶界偏析引起的韧性降低。因此，在添加时，必须抑制在0.15％以下，最好为0.07％以下，更好在0.04％以下。

Ni对提高韧性、防止δ铁素体的生成是非常有效的元素。如果不足0.05％，则其效果不充分，如果超过1.0％，则使蠕变抗断强度降低。所以最好为0.3～0.7％，更好为0.4～0.65％。

Cr是提高高温强度和高温耐氧化性不可缺少的元素，最少需要9％，如果超过13％，则生成有害的δ铁素体组织，使高温强度和韧性降低。所以限定为9～12％，最好是10～12％，更好为10.8～11.8％。

Mo的添加是为了提高高温强度。但是，象本发明钢这样，当含有超过1％的W时，添加0.5％以上的Mo会降低韧性和疲劳强度，所以，限定为0.5％以下，最好为0.05～0.45％，更好为0.1～0.2％。

W可抑制高温时碳化物的凝聚粗大化，并且固熔强化基体，所以，具有显著提高620℃以上高温长时间强度的效果。最好是，在620℃时为1～1.5％，在630℃时为1.6～2.0％，在640℃时为2.1～2.5％，在650℃时为2.6～3.0％，在660℃时为3.1～3.5％。另外，如果W超过3.5％，则生成δ铁素体，使韧性降低，所以，限定为1～3.5％。最好为2.4～3.0％，更好为2.5～2.7％。

V能析出V的碳氮化物，具有提高蠕变抗断强度的效果。如果不足0.05％，则其效果不充分，如果超过0.3％则生成δ铁素体，降低疲劳强度。所以，限定为0.1～0.25％，最好为0.15～0.23％。

Nb能析出NbC碳化物，在提高高温强度方面具有非常好的效果。但是如果过多量添加，则在大型钢块中生成粗大的共晶NbC碳化物，反而降低强度，或析出δ铁素体而降低疲劳强度，所以必须抑制在0.2％以下。如果不足0.01％，则效果不充分。所以，限定为0.02～0.15％，最好为0.04～0.1％。

Co是本发明区别于现有技术的重要元素。本发明中，Co的添加能显著改善高温强度，同时也提高韧性。这是它与W相互作用的结果，是含有1％以上W的本发明合金的特征现象。为了实现该Co的效果，本发明合金中Co的下限为2.0％，过多添加时，不但得不到好的效果，而且会降低延展性，所以上限为10％。最好在620℃时为2～3％，在630℃时为3.5～4.5％，在640℃时为5～6％，在650℃时为6.5～7.5％，在660℃时为8～9％。

N也是本发明区别于现有技术的重要元素。N具有改善蠕变抗断强度和防止δ铁素体生成的效果。如果在0.01％以下则其效果不充分，如果超过0.05％，则韧性降低，蠕变抗断强度也降低。所以，最好为0.01～0.03％，更好为0.015～0.025％。

B因其晶界强度作用和固溶于M₂₃C₆碳化物中、阻碍M₂₃C₆型碳化物的凝聚粗大化作用而具有提高高温强度的效果，添加量超过0.001％即有效。但超过0.03时对焊接性和锻造性不利。所以限制为0.001～0.03％范围内，最好为0.001～0.01％或者0.01～0.02％。

Ta、Ti和Zr的添加具有提高韧性的效果，单独添加或复合添加Ta0.15％以下、Ti0.1％以下及Zr0.1％以下，可得到理想的效果。当添加Ta0.1％以上时，可不添加Nb。

本发明中的转子轴及转动叶片和静止叶片的至少初级，最好由具有全回火马氏体组织的钢构成，该马氏体钢相对于620～630℃的蒸汽温度，含有C 0.09～0.2％、Si 0.15％以下、Mn 0.05～1.0％、Cr9.5～12.5％、Ni 0.1～1.0％、V 0.05～0.3％、N 0.01～0.06％、Mo 0.05～0.5％、W 2～3.5％、Co 2～4.5％、B 0.001～0.03％、Fe 77％。

另外，对于630～660℃的蒸汽温度，最好由具有Co量为5～8％、  Fe为78％以上的全回火马氏体组织的钢构成。相对于两者的温度，将Mn量减少为0.03～0.2％以及将B量减少为0.001～0.01％，可得到高强度。最好含有C 0.09～0.2％、Mn 0.1～0.7％、Ni 0.1～1.0％、V 0.1～0.3％、N 0.02～0.05％、Mo 0.05～0.5％、W 2～3.5％；对于630℃以下，最好是，Co 2～4％、B 0.001～0.01％，对于630～660℃，最好是，Co 5.5～9％、B 0.01～0.03％。

后述式求得的Cr当量，对于转子轴来说为4～10.5，最好为6.5～9.5，其它的也同样。

本发明蒸汽涡轮机的高压和中压的旋转体材料中，如果混有δ铁素体组织，则疲劳强度和韧性降低，所以，最好是组织均匀的回火马氏体组织。为了得到回火马氏体组织，必须将前述式计算的Cr当量调节至10以下。当Cr量过低时，蠕变抗断强度降低，所以，Cr当量必须为4以上。最好为5～8。

本发明的旋转体，用电气炉熔化具有所需组成的合金原料，进行碳真空脱氧后铸入金属铸模内，锻拉制成电极棒。将该电极棒进行电渣重熔，锻拉成型为旋转体形状。为了防止锻造裂纹，该锻拉必须在1150℃以下的温度进行。对该锻钢进行退火热处理后，进行加热到1000～1100℃再急冷的淬火处理，再以550～650℃和670～770℃的顺序，进行2次回火，可制造出能在620℃以上蒸汽中使用的蒸汽涡轮机旋转体。

本发明中的叶片、喷嘴、内部壳体紧固螺栓、中压部初级隔板，用真空熔化法熔化，在真空下用金属模铸造，制成钢锭。用与上述同样的温度，将钢锭热锻成预定形状，加热到1050～1150℃后水冷或油冷淬火，接着进行700～800℃的回火处理，用切削加工制成所需形状的叶片。真空熔化在10^-1～10^-4mmHg下进行。本发明中，耐热钢可用于高压部和中压部的叶片及喷嘴的全级，尤其对于两者的初级是必需的。

(3)本发明中，构成不足600～620℃的蒸汽涡轮机的高压和中压或高中压一体型转子轴的组成，最好如下。

为了得到高拉伸强度，C含量必须为0.05％。如果超过0.25％，则长时间曝露于高温时，引起组织不稳定，降低长时间蠕变抗断强度，所以限定为0.05～0.25％，最好为0.1～0.2％。

Nb对提高高温强度非常有效，但如果多量添加，则在大块钢中析出粗大的Nb碳化物，另外，降低基体的C浓度，反而降低强度，或者析出δ铁素体而降低疲劳强度，所以必须抑制在0.15％以下。另外，如果不足0.02％，则效果不理想。所以最好为0.07～0.12％。

N具有改善蠕变抗断强度和防止生成δ铁素体的效果。如果不足0.025％则其效果不充分，如果超过0.1％，则韧性显著降低。所以，最好为0.04～0.07％。

Cr能改善高温强度，但如果超过13％，则生成δ铁素体，如果少于8％，则对于高温高压蒸汽的耐蚀性不够。所以，最好为10～11.5％。

V具有提高蠕变抗断强度的效果，如果不足0.02％，则其效果不充分，如果超过0.5％，则生成δ铁素体，使疲劳强度降低。所以，最好为0.1～0.3％。

Mo因其固溶强化和析出硬化作用而能改善蠕变抗断强度，如果不足0.5％，则其效果小，如果超过2％，则生成δ铁素体，降低韧性和蠕变抗断强度。所以，最好为0.75～1.5％。

Ni对于提高韧性和防止δ铁素体生成非常有效。但是如果超过了1.5％，则降低蠕变抗断强度，所以，最好为0.4～1％。

Mn作为脱氧剂添加，少量即可达到其效果，如果超过1.5％，则降低蠕变抗断强度。所以，最好为0.5～1％。

Si也作为脱氧剂添加，如果采用真空C脱氧法等制钢技术，可不要Si脱氧。另外，减少Si量可以防止δ铁素体析出和改善韧性，所以，必须抑制在0.6％以下。添加时，最好为0.25％。

微量的W可以显著提高高温强度。如果不足0.1％，则其效果小，如果超过0.65％，则强度急剧降低。W应为0.1～0.65％以下。如果W超过0.5％，则韧性显著降低，所以，对于要求韧性的部件，最好不超过0.5％，以0.2～0.45％更好。

Al作为脱氧剂很有效，应添加0.02％以下。如果超过0.02％，则降低高温强度。

(4)本发明中，由12重量％Cr系马氏体钢构成的蒸汽涡轮机转子轴，在形成其轴颈的母材表面，最好形成轴承特性高的堆焊层，采用由钢构成的焊接材，最好形成3层～10层的堆焊层，从首层到第2层～第4层的任何一层，使焊接材的Cr量依次降低，同时，在第4层以后，采用具有相同Cr量的钢构成的焊接材焊接，把用于首层焊接的焊接材的Cr量比母材的Cr量少2～6重量％，4层以后的焊接层的Cr量为0.5～3重量％(最好1～2.5重量％)。

本发明中，为了改善轴颈的轴承特性，堆焊是最安全的。另外，也可以采用具有1～3％Cr量的低合金钢构成的套筒的热装、嵌入等构造。

随着焊接层数增多，Cr量下降，所以，最好是3层以上，超过10层以上时得不到更大的效果。最终精加工约要求有18mm的厚度。为了形成该厚度，除了切削余量外，最好至少有5层堆焊。第3层以上最好主要具有回火马氏体组织并且碳化物析出。另外，第4层以后的焊接层组成，以重量计最好是含有C 0.01～0.1％、Si 0.3～1％、Mn 0.3～1.5％、Cr 0.5～3％、Mo 0.1～1.5％、其余为Fe。

(5)下面，说明本发明中，构成高压涡轮机、中压涡轮机、高中压涡轮机的内部壳体调节阀阀箱、组合再热阀阀箱、主蒸汽导管、主蒸汽入口管、再热入口管、高压涡轮机喷嘴箱、中压涡轮机初级隔板、高压涡轮机主蒸汽入口法兰、弯头、主蒸汽断流阀的铁素体耐热钢的成分限定理由。

铁素体耐热铸钢壳体材料，通过将Ni/W之比调节为0.25～0.75，可得到621℃、250kgf/cm²以上的超临界压涡轮机高压及中压内部壳体及主蒸汽断流阀及调节阀所要求的、625℃、105h蠕变抗断强度9kgf/mm²以上、室温冲击吸收能量1khf-m以上的耐热铸钢壳体材料。

本发明的铁素体耐热铸钢壳体材料，为了得到高的高温强度和低温韧性及高疲劳强度，最好将前述式计算得到的Cr当量调节到4～10。

本发明的12％Cr耐热钢，用于621℃以上的蒸汽中，所以，必须是，625℃、10⁵h蠕变抗断强度9kgf/mm²以上、室温冲击吸收能量1khf-m以上。另外，为了更加确保高可靠性，最好是，625℃、10⁵h蠕变抗断强度为10kgf/mm²以上、室温冲击吸收能量为2khf-m以上。

为了得到高的拉伸强度，C含有量要在0.06％以上。如果超过0.16％，则长时间曝露于高温时，金属组织不稳定，降低长时间蠕变抗断强度，所以限定为0.06～0.16％，最好为0.09～0.14％。

N具有改善蠕变抗断强度和防止生成δ铁素体组织的效果，如果不足0.01％，则其效果不理想，如果超过0.1％，则无显著效果，而且韧性降低，蠕变抗断强度也降低。最好为0.02～0.06％。

Mn作为脱氧剂添加，少量即可达到效果，如果超过1％，则蠕变抗断强度降低，最好为0.4～0.7％。

Si也作为脱氧剂添加，如果采用真空C脱氧法等的制钢技术，则不要Si脱氧。减少Si能防止有害的δ铁素体组织生成。因此，在添加时，必须抑制在0.5％以下，最好为0.1～0.4％。

V具有提高蠕变抗断强度的效果，如果不足0.05％则其效果不充分，如果超过0.35％则生成δ铁素体，降低疲劳强度。最好为0.15～0.25％。

Nb对于提高高温强度具有显著的效果，但如果量太多，则在大型钢块中产生粗大的结晶Nb碳化物，反而降低强度，或者析出δ铁素体，使疲劳强度降低。所以，必须抑制在0.15％以下。如果不足0.01％，则效果不充分。在大型钢块的情况下，最好为0.02～0.1％，更好为0.04～0.08％。

Ni对提高韧性和防止δ铁素体的生成非常有效，如果不足0.2％，则其效果不充分，如果超过1.0％，则降低蠕变抗断强度。所以最好为0.4～0.8％。

Cr具有提高强度和改善高温氧化的效果。如果超过12％则产生有害的δ铁素体组织，如果少于8％，则对高温高压蒸汽的耐氧化性不够。另外，Cr的添加虽然能提高蠕变抗断强度，但过量的添加会产生有害的δ铁素体和降低韧性。所以，最好为8.0～10％，更好为8.5～9.5％。

W具有显著提高高温长时间强度的效果。如果少于1％，则作为在620～660℃使用的耐热钢，效果不充分。如果W超过4％，则韧性降低。最好是，在620℃时，为1.0～1.5％，在630℃时，为1.6～2.0％，640℃时，为2.1～2.5％，650℃时，为2.6～3％，660℃时，为3.1～3.5％。

W与Ni相互间具有相关性，将Ni/W之比设定为0.25～0.75时，可得到高强度和高韧性。

Mo的添加可提高高温强度。但是，象本发明的铸钢这样含有超过1％的W时，添加1.5％以上的Mo会降低韧性和疲劳强度，所以，应在1.5％以下，最好为0.4～0.8％，更好为0.55～0.7％。

Ta、Ti、Zr的添加能提高韧性，单独或复合添加Ta0.15％以下、Ti0.1％以下和Zr0.1％以下，可得到很好的效果。添加0.1％以上的Ta时，可以不添加Nb。

本发明的耐热铸钢壳体材，如果混有δ铁素体组织，则疲劳强度和韧性降低，所以，最好是组织均匀的回火马氏体组织。为了得到回火马氏体组织，必须将前述式算出的Cr当量调节为10以下。如果Cr当量过分低，则蠕变抗断强度降低，所以，Cr当量必须为4以上。最好为6～9。

B的添加能显著提高高温(620℃以上)蠕变抗断强度。B含量超过0.003％时，焊接性变差，所以，上限为0.003％。大型壳体的B含有量的上限为0.0028％，最好为0.0005～0.0025％，更好为0.001～0.002％。

壳体要复盖620℃以上的高压蒸汽，所以，内压作用着高应力。因此，为了防止蠕变破坏，要求具有10kgf/mm²以上的10⁵ h蠕变抗断强度。另外，起动时，由于在金属温度低时有热应力作用，为了防止脆性破坏，要求有1kgf-m以上的室温冲击吸收能量。对于更高温度侧，通过使其含有10％以下的Co，能实现强化。因此，其添加量最好是，在620℃时，为1～2％，在630℃时，为2.5～3.5％，640℃时，为4～5％，650℃时，为5.5～6.5％，660℃时，为7～8％。在600～620℃可以不添加。

为了制作缺陷少的壳体，由于铸块很大，其重量为50吨左右，所以要求高的制造技术。本发明的铁素体耐热铸钢壳体材料，是用电气炉熔化所需组成的合金原料，浇包精炼后，铸入砂模铸模内成形，从而制成为健全的壳体。在铸入前，通过充分的精炼和脱氧，可减少气孔等的铸造缺陷。

对上述铸钢用1000～1150℃退火热处理后，进行加热至1000～1100℃后的急冷正火热处理，用550～750℃和670～770℃的顺序，进行2次回火，这样，可制造出能在621℃以上蒸汽中使用的蒸汽涡轮机壳体。退火和正火温度在1000℃以下时，不能充分固溶碳氮化物，如果过高，则导致结晶粒粗大化。另外，2次回火使残留的奥氏体完全分解，可成为均匀回火马氏体组织。通过用上述的制法制作，可得到10kgf/mm²以上的、625℃、10⁵h蠕变抗断强度和1kgf-m以上的室温冲击吸收能量，可制造出能在620℃以上蒸汽中使用的蒸汽涡轮机壳体。

O超过0.015％时，高温强度和韧性降低，所以，最好为0.015％以下，更好为0.010％以下。

本发明中的壳体中作为上述的Cr当量，最好δ铁素体量在5％以下，更好为0％。

除了用铸钢制造内部壳体外，最好用锻钢制造。

(6)其它

(A)低压蒸汽涡轮机转子轴，最好由具有全回火贝氏体组织的低合金钢用与上述高压、中压转子轴同样的制法制造，以重量计，该低合金钢含有C 0.2～0.3％、Si 0.1％以下、Mn 0.2％以下、Ni 3.2～4.0％、Cr 1.25～2.25％、Mo 0.1～0.6％、V 0.05～0.25％。采用除了Si量为0.05％以下、Mn为0.1％以下外，其它P、S、As、Sb、Sn等的不纯物尽量低的原料，采用不纯物总量为0.025％以下的原材料，用超精炼化制造。P、S最好各为0.01％以下，Sn、As为0.005％以下，Sb为0.001％以下。

(B)低压涡轮机用叶片的最终级以外及喷嘴，最好由全回火马氏体钢构成，该马氏体钢含有C 0.05～0.2％、Si 0.1～0.5％、Mn0.2～1.0％、Cr 10～13％、Mo 0.04～0.2％。

(C)低压涡轮机用内部及外部壳体最好由碳素铸钢构成，该碳素铸钢含有C 0.2～0.3％，Si 0.3～0.7％，Mn 1％以下。

(D)主蒸汽断流阀壳体和蒸汽调节阀壳体，最好由全回火马氏体钢构成，该马氏体钢含有C 0.1～0.2％、Si 0.1～0.4％、Mn 0.2～1.0％、Cr 8.5～10.5％、Mo 0.3～1.0％、W 1.0～3％、V 0.1～0.3％、N b0.03～0.1％、N 0.03～0.08％、B 0.0005～0.003％。

(E)低压涡轮机的最终转动叶片，除了12％Cr钢，还采用Ti合金，对于长度超过40英寸的叶片，采用含有Al 5～8重量％和V 3～6重量％的Ti合金。对43英寸，采用Al 5.5～6.5％、V 3.5～4.5％的高强度材料，对于46英寸，采用A 14～7％，V 4～7％和Sn1～3％的高强度材料。

(F)高压涡轮机、中压涡轮机、高中压一体型涡轮机用外部壳体，最好由具有全回火贝氏体组织的铸钢构成，该贝氏体铸钢含有C 0.1～0.2％、Si 0.05～0.6％、Mn 0.1～1.0％、Ni 0.1～0.5％、Cr 1～2.5％、Mo 0.5～1.5％、V 0.1～0.35％，最好含有A10.025％以下，B 0.0005～0.004％和Ti0.05～0.2％中的至少一种。最好是含有C0.1～0.18％、Si 0.2～0.6％、Mn 0.2～0.5％、Ni 0.1～0.5％、Cr 1.0～1.5％、Mo 0.9～1.2％、V 0.2～0.3％、A10.001～0.005％、Ti0.045～0.1％及B 0.0005～0.002％的铸钢。更好是Ti/Al之比0.5～10。

(G)蒸汽温度为625～650℃的高压、中压、高中压涡轮机(高压侧和中压侧)的初级叶片，最好由Ni基合金构成。以重量计，该Ni基合金除了含有C 0.03～0.2％(最好0.03～0.15％)、Cr 12～20％、Mo 9～20％(最好12～20％)、Co 12％以下(最好5～12％)、A10.5～1.5％、Ti1～3％、Fe 5％以下、Si 0.3％以下、Mn 0.2％以下、B 0.003～0.015％以下外，还含有Mg 0.1％以下、稀土类元素0.5％以下、Zr 0.5％以下的一种以上。上述的“以下”也包含0％。锻造后，经固熔热处理，在700～870℃下进行时效处理。

附图简单说明

图1是表示拉伸强度与Ni-Mo(％)关系的曲线图。

图2是表示冲击值与Ni-Mo(％)关系的曲线图。

图3是表示拉伸强度与淬火温度关系的曲线图。

图4是表示拉伸强度与回火温度关系的曲线图。

图5是表示冲击值与淬火温度关系的曲线图。

图6是表示冲击值与回火温度关系的曲线图。

图7是表示冲击值与拉伸强度关系的曲线图。

图8是本发明的高压、中压蒸汽涡轮机的断面图。

图9是本发明的低压蒸汽涡轮机的断面构造图。

图10是本发明涡轮机转动叶片的立体图。

图11是本发明高中压蒸汽涡轮机的断面图。

图12是本发明高中压蒸汽涡轮机的转子轴的断面图。

图13是本发明低压蒸汽涡轮机的断面图。

图14是本发明低压蒸汽涡轮机的转子轴的断面图。

图15是本发明的涡轮机的转动叶片前端部立体图。

实施发明的最佳形态〔实施例1〕

表1表示蒸汽涡轮机长叶片所用12％Cr钢的化学成分(重量％)。各试样分别是经150kg真空电弧熔化，加热至1150℃并锻造得到的试验材料。试样No.1是，用1000℃加热1h后，用油淬火冷却至室温，再加热至570℃保持2h后，空冷至室温。试样No.2是，用1050℃加热1h后，用油淬火冷却至室温，再加热至570℃并保持2h后，空冷至室温。试样No.3～No.6是，用1050℃加热1h后，用油淬火冷却至室温，再加热至560℃并保持2h后，空冷至室温(1次回火)，再加热至580℃并保持2h后，炉冷至室温(2次回火)。

表1中，No.3、4、5是本发明材料，No.6是比较材料，No.1、2是现有的长叶片材料。

表2表示这些试样的室温下机械性质。确认了本发明材料(No.3～No.5)充分满足作为蒸汽涡轮机用长叶片材料所要求的拉伸强度(120kgf/mm²以上或128.5kgf/mm²以上)和低温韧性(20℃V形缺口夏氏冲击值2.5kgf-m/cm²以上)。

而比较材料No.1和6，用于蒸汽涡轮机长叶片时，其拉伸强度和冲击值低。比较材料的No.2，拉伸强度和韧性低。No.5冲击值低，为3.8kgf-m/cm²，低于43″叶片所要求的4kgf-m/cm²以上。

表1

No.	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	W	V	Nb	N	Ni-Mo	Nb——C	C+Nb	Nb——N
															1	0.12	0.15	0.75	11.5	2.60	1.70	-	0.36	-	0.03	0.90	-	-	-
2	0.28	0.28	0.71	11.6	0.73	1.10	1.12	0.21	-	0.04	-	-	-	-
															3	0.14	0.04	0.16	11.4	2.70	2.10	-	0.26	0.08	0.06	0.60	0.57	0.22	1.33
4	0.13	0.04	0.15	11.5	2.50	2.40	-	0.28	0.10	0.05	0.10	0.77	0.23	2.0
															5	0.13	0.06	0.15	11.4	2.65	3.10	-	0.25	0.11	0.06	-0.45	0.85	0.22	1.83
6	0.14	0.04	0.17	11.4	2.61	3.40	-	0.26	0.10	0.06	-0.79	0.71	0.24	1.67
															7	0.14	0.04	0.15	11.5	2.60	2.30	-	0.27	0.10	0.07	0.30	0.71	0.24	1.43

表2

试样No.	拉伸强度(kgf/mm2)	延伸率(％)	挤压(％)	冲击值(kgf-m/cm2)
					1	114.4	19.0	60.1	8.0
2	114.6	18.6	59.7	1.2
					3	132.5	21.0	67.1	5.2
4	134.9	20.8	66.8	4.8
					5	137.0	18.5	59.8	3.8
6	118.7	21.1	67.3	5.2
					7	133.5	20.1	60.4	5.1

图1是表示(Ni-Mo)量与拉伸强度关系的曲线图。本实施例中，使Ni和Mo的含有量相等，可同时提高低温时的强度和韧性，随着两者之差的增大，强度有降低的倾向。当Ni量比Mo量少0.6％以上时，强度急剧降低，反之，多于1.0％以上时，强度也急剧降低。因此，(Ni-Mo)量为-0.6～1.％时，强度高。

图2是表示(Ni-Mo)量与冲击值关系的曲线图。如图所示，当(Ni-Mo)在-0.5％附近时，冲击值低，在其前后时冲击值高。

图4至图6是表示热处理条件(淬火温度和2次回火温度)对试样No.3的拉伸强度及冲击值影响的曲线图。淬火温度为975～1125℃，用550～560℃进行了1次回火后，2次回火温度是560～590℃。如图所示，能满足长叶片材所要求的特性(拉伸强度≥128.5kgf/mm²，20℃V形缺口夏氏冲击值≥4kgf-m/cm²)。另外，图3和图5的2次回火温度是575℃，图4和图6的淬火温度是1050℃。

图7是表示拉伸强度与冲击值关系的曲线图。本实施例中，12％Cr钢最好具有上述的拉伸强度120kgf/mm²以上和冲击值4kgf-m/cm²以上。冲击值(Y)最好为由式〔-0.45×(拉伸强度)+61.5〕所求的值以上。

本发明的12％Cr钢，其C+Nb量最好为0.18～0.35％，(Nb/C)之比最好为0.45～1.00，(Nb/N)之比最好为0.8～3.0％。〔实施例2〕

石油危机后，燃料价格高涨，为了提高蒸汽条件而提高热效率，需求蒸汽温度为600～649℃的微粉碳直接燃烧锅炉和蒸汽涡轮机。该蒸汽条件的锅炉之一例如表3所示。

表3

设备输出功率运用方式		1050MW定压式
			锅炉规格	形式	放射再热式超临界压贯流锅炉
蒸发量	3170t/h
		蒸汽压力		24.12MPa[G]
蒸汽温度	630℃/630℃
		性能		燃烧特性Nox灰中未燃烧成分	120ppm3.2％
负荷变化速度(50100％)	4％/min
			最低负荷	33％ECR

随着大容量化，微粉碳燃烧锅炉也大型化，1050MW级中，锅炉宽度31m，锅炉进深16m，1400MW中，锅炉宽度34m，锅炉进深18m。

表4是蒸汽温度为625℃、1050MW蒸汽涡轮机的主要规格。本实施例中，横置复合型4流排气、低压涡轮机中最终级叶片长度是43英寸，A是HP-IP及LP2台，3000r/min，B是HP-LP及IP-LP，分别具有3000r/min的转速，在高温部中由表所示的主要材料构成。高压部(HP)的蒸汽温度是625℃，250kgf/cm²的压力。中压部(IP)的蒸汽温度由再热器加热至625℃，以45～65kgf/cm²的压力运转。低压部(LP)的蒸汽温度是400℃，在100℃以下、以722mmHg的真空送到冷凝器。

表4

图8是表4中涡轮机构造A中的高压和中压蒸汽涡轮机的断面构造图。高压蒸汽涡轮机设有高压轮轴(高压转子轴)23，该高压轮轴23的高压转动叶片植设在高压内部轮室18和其外侧的高压外部轮室19内。上述的高温高压蒸汽从锅炉得到，通过主蒸汽管，从构成主蒸汽入口的法兰、弯头25通过主蒸汽入口28，从喷嘴箱38导向初级复流的转动叶片。初级是复流式，在一侧设有8级。与这些转动叶片对应地设有静止叶片。转动叶片是鞍型燕尾形、双榫形，初级叶片长约为35mm。轴承间的长度约为5.8m，与静止叶片对应部分的最小部分直径约为710mm，长度相对于直径之比是8.2。

转子轴的初级和最终级的转动叶片植入部分的宽度约相等，以第2级、第3～5级、第6级、第7～第8级这样5级往下流侧阶段地减小，第2级的植入部轴方向宽度为最终级轴向宽度的0.71倍。

转子轴的对应于静止叶片的部分，相对于转动叶片植入部，转子轴的直径减小。该部分的轴方向宽度，相对于第2级转动叶片与第3级转动叶片之间的宽度，阶段地减小到最终级转动叶片与其跟前的转动叶片之间的宽度，后者的宽度是前者的宽度的0.86倍地减小。是以第2～第6级和第6～9级的2阶段减小的宽度。

本实施例中，除了初级叶片和喷嘴使用表5所示材料外，其它都由不含W、Co、B的12％Cr钢构成。本实施例中的转动叶片的叶片部长度是，初级为35～50mm，从第2级到最终级各级变长，根据蒸汽涡轮机的输出功率，从第2级到最终级的长度为65～180mm，级数是9～12级，各级的叶片长度，下流侧相对于上流侧、相邻长度以1.1～1.15的比例加长，同时，在下流侧其比率渐渐增大。

中压蒸汽涡轮机借助蒸汽(该蒸汽是从高压蒸汽涡轮机排出的蒸汽被再热器再次加热至625℃的蒸汽)，与高压蒸汽涡轮机一起使发电机旋转，用3000转/min的转速旋转。中压涡轮机与高压涡轮机同样地，具有中压内部轮室21和外部轮室22，与中压转动叶片相向地设有静止叶片。转动叶片17是6级2组，相对于中压轮轴(中压转子轴)的长度方向左右对称。轴承中心间距离约为5.8m，初级叶片长约为100mm，最终级叶片长约为230mm。初级、2级的燕尾是倒栗子形。最终级转动叶片前的对应于静止叶片的转子轴直径约为630mm，轴承间距离相对于该直径之比为9.2倍。

本实施例中的中压蒸汽涡轮机的转子轴，其转动叶片植入部的轴向宽度是，从初级到4级、5级及最终级，以3个阶段阶段地增大，最终级的宽度变大为是初级的约1.4倍。

本蒸汽涡轮机的转子轴，对应于静止叶片部分的直径减小，其宽度是，从初级转动叶片到2～3级及最终级转动叶片，以4个阶段阶段地减小，后者减小为前者的轴向宽度约0.75倍。

本实施例中，除了初级叶片和喷嘴使用表5所示材料外，都由不含W、Co、B的12％Cr钢构成。本实施例中的转动叶片的叶片部长度是，从初级到最终级，各级加长，根据蒸汽涡轮机输出功率，从初级到最终级的长度为60～300mm，级数是6～9级，各级的叶片长度，下流侧相对于上流侧、相邻的长度以1.1～1.2的比例加长。

转动叶片植入部相对于对应静止叶片部分的直径加大，其宽度是，转动叶片的叶片长度越大，其植入宽度越大。该宽度相对于转动叶片的叶片部长度的比率是，从初级到最终级为0.35～0.8，从初级到最终级，阶段地减小。

图9是低压涡轮机的断面图。低压涡轮机2台串联连接，具有约相同的构造。各转动叶片41左右有8级，左右对称，另外，与转动叶片对应地设有静止叶片42。最终级转动叶片长度是43英寸，使用表1的No.7所示12％Cr钢，具有图10所示的双榫鞍型燕尾形。喷嘴箱44是复流型。转子轴43采用超精炼材料的具有全回火贝氏体组织的锻钢，该锻钢由Ni 3.75％、Cr 1.75％、Mo 0.4％、V 0.15％、C 0.25％、Si 0.05％、Mn 0.1％、其余Fe构成。最终级以外的转动叶片及静止叶片都使用含有0.1％的Mo的12％Cr钢，内外部壳体材料使用C 0.25％的铸钢。本实施例中，轴承43的中心间距离为7500mm，对应于静止叶片的转子轴的直径为1280mm，转动叶片植入部的直径为2275mm。轴承中心间距离与转子轴直径之比为5.9。

图10是1092mm(43″)长叶片的立体图。51是与高速蒸汽相碰的叶片部，52是转子轴的植入部，53是支承叶片离心力的销插入孔，54是防止蒸汽中水滴侵蚀的防蚀屏蔽层(用焊接接合Co基合金的钨铬钴合金板)，57是盖。本实施例中，该长叶片是由整体锻造成一体后、用切削加工成形。盖57也可以用机械方法一体成形。

43″长叶片，用电渣重熔法熔制，进行锻造热处理而成。锻造在850～1150℃的温度范围内进行，热处理用实施例1所示条件进行。表1的No.7，表示该长叶片材料的化学成分(重量％)。该长叶片的金属组织，是全回火马氏体组织。

表1的No.7中，表示室温拉伸及20℃V形缺口夏氏冲击值。本43″长叶片的机械性质，充分满足所要求的特性，即，拉伸强度128.5kgf/mm²以上，20℃V形缺口夏氏冲击值4kgf-m/cm²以上。

本实施例的低压涡轮机，其转动叶片植入部的轴向宽度是，从初级到3级、4级、5级、6～7级和8级，以4个阶段渐渐地增大，最终级的比初级的宽度大约6.8倍。

另外，对应于静止叶片部分的直径减小，该部分的轴向宽度是，从初级转动叶片侧到第5级、第6级、第7级，以3个阶段渐渐地增大，最终级的宽度相对于初级与2级之间，约大2.5倍。

本实施例中，转动叶片是6级，其叶片部长度是，从初级的约3″到43″的最终级，各级加长。根据蒸汽涡轮机输出功率，从初级到最终级的长度为80～1100mm，级数是8级或9级，各级叶片部长度是，下流侧相对于上流侧、相邻长度以1.2～1.8倍的比例加长。

转动叶片植入部相对于对应静止叶片部分的直径加大，其宽度是，转动叶片的叶片长度越大，其植入宽度越大。该宽度相对于转动叶片的叶片部长度的比率是，从初级到最终级为0.15～0.91，从初级到最终级，阶段地减小。

另外，转子轴的对应于各静止叶片部分的宽度，初级与第2级之间到最终级与其前级之间，各级阶段地增大。该宽度相对于转动叶片的叶片部长度之比是0.25～1.25，从上流侧往下流侧渐渐减小。

除了本实施例外，对于高压蒸汽涡轮机及中压蒸汽涡轮机的蒸汽入口温度为610℃、2台低压蒸汽涡轮机的蒸汽入口温度为385℃的1000MW级大容量发电设备，也可以是同样的构造。

本实施例中，高温高压蒸汽涡轮机设备，主要由烧煤锅炉、高压涡轮机、中压涡轮机、低压涡轮机2台、冷凝器、凝结水泵、低压给水加热器系统、脱气器、升压泵、给水泵、高压给水加热器系统等构成。即，锅炉产生的超高温高压蒸汽，进入高压涡轮机产生了动力后，再被锅炉再热，进入中压涡轮机产生动力，该中压涡轮排气蒸汽进入低压涡轮产生动力后，由冷凝器冷凝。该冷凝液由凝结水泵供给低压给水加热器系统、脱气器。由脱气器脱气了的给水，由升压泵、给水泵送到高压给水加热器，升温后返回锅炉。

在锅炉中，给水通过节煤器、蒸发器、过热器，成为高温高压蒸汽。另一方面，加热了蒸汽的锅炉燃烧气体出了节煤器后，进入空气加热器，加热空气。给水泵由给水泵驱动用涡轮机驱动，该驱动涡轮机由来自中压涡轮机的蒸汽作动。

这样构成的高温高压蒸汽涡轮机设备中，出了高压给水加热器系统的给水温度，比已往火力设备中的给水温度高很多。所以，必然地从锅炉内节煤器出来的燃烧气体温度也比已往锅炉高很多。因此，来自该锅炉排气中的热回收不使气体温度降低。

另外，除了本实施例外，也可以用相同的高压涡轮机、中压涡轮机和1台或2台低压涡轮机串联连接，构成使1台发电机旋转发电的串联复合型发电设备。如本实施例所述，在功率为1050MW级的发电机中，其发电机轴采用更高强度的材料。最好具有全回火贝氏组织，含有C0.15～0.3％、Si 0.1～0.3％、Mn 0.5％以下、Ni 3.25～4.5％、Cr 2.05～3％、Mo 0.25～0.6％、V 0.05～0.2％。室温拉伸强度为93kgf/mm²以上，最好为100kgf/mm²以上，50％FATT为0℃以下，最好在-20℃以下。21.2KG中的磁化力为985AT/cm以下，不纯物P、S、Sn、Sb、As的总量在0.025％以下，Ni/Cr之比为2.0以下。

高压涡轮机轴，以其多级侧的初级叶片植设部为中心，植设着9级叶片。在中压涡轮机轴上设有用于左右对称地各分别植设6极叶片的叶片植设部，基本上以中心为界。高压、中压、低压涡轮机的转子轴上都设有中心孔(低压涡轮机转子轴图未示)，通过该中心孔进行超声波检查、目视检查和荧光探伤，检查有无缺陷。另外，从外表面进行超声波检查时，也可以不设中心孔。

表5表示使用于本实施例的高压涡轮机、中压涡轮机和低压涡轮机的主要部的化学成分(重量％)。本实施例中，高压部和中压部的高温部，由具有全部铁素体结晶构造的热膨张系数为12×10-6/℃的材料构成，所以，完全没有热膨张系数的不同所产生的问题。

高压涡轮机和中压涡轮机的转子轴这样制作：用电气炉熔化30吨表5所示耐热铸钢，进行碳真空脱氧后铸入金属铸模，拉伸制成电极棒，将该电极棒从铸钢的上部熔化到下部地进行电渣重熔，锻拉成形为转子轴形状(直径1050mm、长度3700mm)。为了防止锻造裂纹，该锻拉在1150℃以下的温度下进行。对该锻钢进行退火热处理后，加热至1050℃后进行水喷雾冷却的淬火处理。再用570℃和690℃进行2次回火，用切削加工成形为所需的形状。本实施例中，将电渣钢块的上部侧作为初级叶片侧，将下部作为最终级侧。

高压部和中压部的叶片及喷嘴这样制作：用真空电弧熔化炉熔化表5所示的耐热铸钢，锻拉成形为叶片和喷嘴坯材形状(宽150mm、高50mm、长1000mm)。为了防止锻造裂纹，该锻拉在1150℃以下的温度下进行。将该锻钢加热至1050后进行油淬火处理，再用690℃进行回火，再切削加工成预定形状。

高压部和中压部的内部壳体、主蒸汽断流阀壳体和蒸汽调整阀壳体这样制作：用电气炉熔化表5所示的耐热铸钢，浇包精炼后铸入砂模铸模内制成。在铸入前，由于进行充分的精炼和脱氧，所以没有气孔等铸造缺陷。用JIS、Z 3158标准对该壳体材进行焊接性评价。预热、程间及后热开始温度为200℃，后热处理是400℃×30分。本发明材中未发现焊接裂纹，焊接性良好。

表5                                                                                                                                                                                (wt.％)

主要部件名		C	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	W	V	Nb	N	Co	B	其它	Cr当量	摘要
																	高压部和中压部	转子轴	0.11	0.03	0.52	0.49	10.98	0.19	2.60	0.21	0.07	0.019	2.70	0.015	-	5.11(≤9.5)	锻钢
叶片(初级)	0.10	0.04	0.47	0.51	11.01	0.15	2.62	0.19	0.08	0.020	2.81	0.016	-	5.07(≤10)	锻钢
																喷嘴(初级)		0.09	0.04	0.55	0.59	10.50	0.14	2.54	0.18	0.06	0.015	2.67	0.013	-	4.54(”)	锻钢
内部壳体	0.12	0.19	0.50	0.68	8.95	0.60	1.68	0.18	0.06	0.040	-	0.002	-	7.57	铸钢
																外部壳体		0.12	0.21	0.32	0.08	1.51	1.22	-	0.22	-	-	-	0.0007	Ti 0.05AL 0.010	-	铸钢
内部壳体紧固螺栓	0.11	0.10	0.50	0.60	10.82	0.23	2.80	0.23	0.08	0.021	3.00	0.020	-	4.72	锻钢
																低压部		转子轴	0.25	0.03	0.04	3.68	1.75	0.36	-	0.13	-	-	-	-	-	-	锻钢
叶片	0.11	0.20	0.53	0.39	12.07	0.07	-	-	-	-	-	-	-	-	锻钢
																	喷嘴	0.12	0.18	0.50	0.43	12.13	0.10	-	-	-	-	-	-	-	-	锻钢
内部壳体	0.25	0.51	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	铸钢
																	外部壳体	0.24	0.50	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	铸钢
主蒸汽断流阀壳体		0.10	0.19	0.48	0.65	8.96	0.60	1.62	0.20	0.05	0.042	-	0.002	-	8.56																		铸钢
																蒸汽调节阀壳体		0.12	0.21	0.52	0.63	9.00	0.63	1.70	0.17	0.06	0.039	-	0.001	-	7.97	铸钢

表6表示对上述铁素体钢制高温蒸汽涡轮机主要构件切断调查得到的机械性质以及热处理条件。

对该转子轴中心部调查的结果是，能充分满足高压、中压涡轮机转子轴所要求的特性(625℃、10⁵h强度≥10kgf/mm²，20℃冲击吸收能量≥1.5kgf-m)。这样，证明可制造出能在620℃以上蒸汽中使用的蒸汽涡轮机转子轴。

另外，对叶片特性调查的结果是，能充分满足高压、中压涡轮机的初级叶片所要求的特性(625℃、10⁵h强度≥15kgf/mm²)。这样，证明可制造出能在620℃以上蒸汽中使用的蒸汽涡轮机叶片。

另外，对壳体特性调查的结果是，能充分满足高压、中压涡轮机壳体所求的特性(625℃、10⁵h强度≥10kgf/mm²，20℃冲击吸收能量≥1kgf-m)。这样，证明可制造出能在620℃以上蒸汽中使用的蒸汽涡轮机壳体。

表6

主要部件名		拉伸强度(kgf/mm2)	0.2％耐力(kgf/mm2)	延伸(％)	熔化(％)	冲击值(kgf-m)	FATT(％)	105h蠕变抗断强度(kgf/mm2)
											625℃	575℃	450℃
								高压部	转子轴	90.5				76.6	20.6	66.8	3.8	40	17.0	-	-
和中压部	中片(初级)	93.4	81.5	20.9	69.8	4.1	-				18.1	-	-
								喷嘴(初级)	93.0	80.9				21.4	70.3	4.8	-	17.8	-	-
	内部壳体	79.7	60.9	19.8	65.3	5.3	-				11.2	-	-
								外部壳体	69.0	53.8				21.4	65.4	1.5	-	-	12.5	-
	内部壳体紧固螺栓	107.1	91.0	19.5	88.7	2.0	-				18.0	-	-
								低压部	转子轴	91.8				80.0	22.0	70.1	19.1	-50	-	-	36
叶片	80.0	66.0	22.1	67.5	3.5	-	-				-	27
									喷嘴	79.8			65.7	22.4	69.6	3.8	-	-	-	26
内部壳体	41.5	22.2	22.2	81.0	-	-	-				-	-
									外部壳体	41.1			20.3	24.5	80.5	-	-	-	-	-
主蒸汽断流阀壳体		77.0	61.0	18.6	65.0	2.5	-				11.2	-									-
								蒸汽调节阀壳体		77.5			61.6	18.2	64.8	2.4	-	11.0	-	-

热处理条件
	1050℃×15h水喷雾冷却，570℃×20h炉冷，690℃×20h炉冷
1075℃×1.5h油冷，740℃×5h空冷
	1050℃×1.5h油冷，690℃×5h空冷
1050℃×8h吹风冷，600℃×20h炉冷， 30℃×10h炉冷
	1050℃×8h吹风冷，725℃×10h炉冷
1075℃×2h油冷，740℃×5h空冷
	950℃×30h水喷雾冷却，605℃×45h炉冷
950℃×1.5h油冷，650℃×5h空冷
	950℃×1.5h油冷，650℃×5h空冷
-
	-
1050℃×8h吹风冷，600℃×20h炉冷，730℃×10h炉冷
	1050℃×8h吹风冷，600℃×20h炉冷，730℃×10h炉冷

本实施例中，为了改善轴承特性，在转子轴的轴颈部堆焊Cr-Mo低合金钢。堆焊如下地进行。

采用复盖电弧焊接棒(直径4.0φ)作为试验用焊接棒。表7表示用该焊接棒焊接的焊接金属化学成分(重量％)。该焊接金属的成分与焊接材的成分基本相同。

焊接条件是，焊接电流170A，电压24V，速度26cm/min。

表7

No.	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	Fe
										A	0.06	0.45	0.65	0.010	0.011	-	7.80	0.50	其余部分
B	0.03	0.65	0.70	0.009	0.008	-	5.13	0.53	″
										C	0.03	0.79	0.56	0.009	0.012	0.01	2.34	1.04	″
D	0.03	0.70	0.90	0.007	0.016	0.03	1.30	0.57	″

在上述试验用母材表面上用堆焊组合表8所示各层使用的焊接棒，进行8层的焊接。各层的厚度为3～4mm，全部厚度约为28mm，将表面磨削5mm。

焊接施工条件是，预热、焊层间、去除应力退火(SR)开始温度是250～350℃，SR处理条件是630℃×36小时保持。

表8

1层目	2层目	3层目	4层目	5层目	6层目	7层目	8层目
								A	B	C	D	D	D	D	D

为了确认焊接部的性能，在板材上也同样地堆焊，进行160℃的侧弯试验，在焊接部未发现裂纹。

另外，进行了旋转的轴承滑动试验，均对轴承无不良影响，耐氧化性也好。

另外，即使对将高压蒸汽涡轮机、中压蒸汽涡轮机和1台或2台低压蒸汽涡轮机串联连接，3600r/min的串联型发电设备以及表4中涡轮机构成中，也可以同样地组合本实施例的高压涡轮机、中压涡轮机和低压涡轮机进行构成。〔实施例3〕

表9表示蒸汽温度600℃、600MW蒸汽涡轮机的主要规格。本实施例中，串联复合双流型、低压涡轮机中最终级叶片长度是43英寸，为HP·IP一体型和LP1台(C)或2台(D)，有3000r/min的转速，高温部中主要由表9所示材料构成。高压部(HP)的蒸汽温度是600℃，压力是250kgf/cm²，中压部(IP)的蒸汽温度被再热器加热至600℃，以45～65kgf/cm²的压力运转。低压部(LP)蒸汽温度400℃，以100℃以下、722mm Hg的真空送到冷凝器。表9

图11是高压中压一体型蒸汽涡轮机的断面构造图，图12是其转子轴的断面图。在高压蒸汽涡轮机中，植设了高压转动叶片的高压轮轴23(高压转子轴)设在高压内部轮室18和其外侧的高压外部轮室19内。上述的高温高压蒸汽从上述锅炉得到，通过主蒸汽管，从构成主蒸汽入口的法兰、弯头25通过主蒸汽入口28，从喷嘴箱38导向初级复流的转动叶片。转动叶片在图中左侧的高压侧有8级，在(图中右侧约一半)中压侧有6级。与这些转动叶片对应地设有静止叶片。转动叶片是鞍型或木屐形、燕尾形、双榫形，高压侧初级叶片长约为40mm，中压侧初级叶片长约为100mm。轴承43间的长度约为6.7m，与静止叶片对应部分的最小部分的直径约为740mm，长度相对于直径之比是9.0。

高压侧转子轴的初级和最终级转动叶片植入根部的宽度是，初级最大，第2级～第7级为同样大小但比初级小，为初级的0.4～0.56倍。最终级的大小在初级与第2～7级之间，为初级的0.46～0.62倍。

在高压侧，叶片和喷嘴由后述表5所示12％Cr钢构成。本实施例中，转动叶片的叶片部的长度是，初级为35～50mm，从第2级到最终级，各级加长，根据蒸汽涡轮机输出功率，从第2级到最终级的长度在50～150mm范围内，级数是7～12级，各级的叶片部长度是，下流侧相对于上流侧，相邻长度在1.05～1.35倍的范围内加长，并且，在下流侧该比率渐渐增大。

中压蒸汽涡轮机借助蒸汽(该蒸汽是从高压侧蒸汽涡轮机排出的蒸汽被再热器再次加热至600℃的蒸汽)，与高压蒸汽涡轮机一起使发电机旋转，用3000rpm的转速旋转。中压侧涡轮机与高压侧涡轮机同样地具有内部轮室21和外部轮室22，与转动叶片17相向地设有静止叶片。转动叶片17是6级。初级叶片长约为130mm，最终级叶片长约为260mm。燕尾是倒栗子形。对应于静止叶片的转子轴直径约为740mm。

中压蒸汽涡轮机的转子轴，其转动叶片植入根部的轴向宽度是，初级最大，第2级比初级小，第3～5级相同但比第2级小，最终级的宽度在第3～5级与第2级之间、并且是初级的0.48～0.64倍。初级是第2级的1.1～1.5倍。

中压侧中，叶片和喷嘴采用表5所示12％Cr钢。本实施例中的转动叶片的叶片部长度是，从初级到最终级各级加长，根据蒸汽涡轮机输出功率，从初级到最终级的长度是90～350mm，级数是6～9级，各级的叶片部长度是，下流侧相对于上流侧，相邻长度以1.1～1.25的比例加长。

转动叶片的植入部与静止叶片对应的部分相比，直径加大。其宽度与转动叶片的叶片长度和位置有关。该宽度相对于转动叶片的叶片部长度的比率是，初级最大，为1.35～1.80倍；第2级为0.88～1.18倍；第3～6级到最终级渐渐减小，为0.4～0.65倍。

图13是低压涡轮机断面图，图14是其转子轴的断面图。低压涡轮机是1台，并与高中压串联连接。转动叶片41左右有6级，左右大致对称。与转动叶片对应地设有静止叶片42。最终级的转动叶片长度是43英寸，采用表1所示12％Cr钢或Ti基合金。Ti基合金经过时效硬化处理，含有AL6重量％和V4重量％。转子轴采用超精炼材料的具有全回火贝氏体组织的锻钢，以重量计该锻钢含有Ni 3.75％、Cr1.75％、Mo 0.4％、V 0.15％、C 0.25％、Si 0.05％、Mn 0.1％、其余Fe。最终级和其前级以外的转动叶片和静止叶片，都采用含有0.1％Mo的12％Cr钢。内外部壳体材采用C 0.25％的铸钢。本实施例中，轴承43的中心间距离是7000mm，对应于静止叶片的转子轴直径为800mm，转动叶片植入部的直径各级相同。轴承中心间距离对与静止叶片部对应的转子轴直径之比是8.8。

低压涡轮机，其转动叶片植入根部的轴向宽度是，初级最小，往下流以2、3级相等，4、5级相等这样4个阶段渐渐加大，最终级的宽度比初级宽度大6.2～7.0倍。2、3级是初级的1.15～1.4倍，4、5级是2、3级的2.2～2.6倍。最终级是4、5级的2.8～3.2倍。根部的宽度用渐渐扩开的延伸线与转子轴直径的连接点表示。

本实施例中转动叶片的叶片部长度是，从初级的4″到43″的最终级，各级加长，根据蒸汽涡轮机输出功率，从初级到最终级的长度在100～1270mm的范围内，最大8级，各级的叶片部长度是，下流侧相对于上流侧，相邻长度在1.2～1.9倍的范围内加长。

转动叶片植入根部与静止叶片对应部分相比，直径加大成渐渐扩开状，转动叶片的叶片部长度越大，其植入宽度越大。该宽度相对于转动叶片的叶片部长度的比率是，从初级到最终级的前面产0.3～1.5，该比率从初级到最终级的前面渐渐减小，后级的比率比其前一个在0.15～0.4的范围内渐渐减小。最终级是0.5～0.65的比率。

本实施例中的最终级转动叶片与实施例2相同。图15是表示本实施例中，用电子束焊接或TIG焊接56接合着防蚀屏蔽层(钨铬钴合金)54状态的断面图和立体图。如图所示，屏蔽层54在表侧和里侧的2个部位焊接。

除了本实施例外，对高中压蒸汽涡轮机的蒸汽入口温度为610℃以上、低压蒸汽涡轮机的蒸汽入口温度为400℃和出口温度为60℃的1000MW级大容量发电设备也可以采用同样的构造。

本实施例中，高温高压蒸汽涡轮机发电设备，主要由烧煤锅炉、高中压涡轮机、低压涡轮机、冷凝器、凝结水泵、低压给水加热器系统、脱气器、升压泵、给水泵、高压给水加热器系统等构成。即，锅炉产生的超高温高压蒸汽，进入高压侧涡轮机产生了动力后，再被锅炉再热，进入中压侧涡轮机，使其产生动力。该高中压涡轮机的排出蒸汽，进入低压涡轮机产生了动力后，由冷凝器冷凝。该冷凝液由凝结水泵供给低压给水加热器系统、脱气器。由脱气器脱气了的给水，由升压泵、给水泵送到高压给水加热器，升温后返回锅炉。

在锅炉中，给水通过节煤器、蒸发器、过热器，成为高温高压蒸汽。另一方面，加热了蒸汽的锅炉燃烧气体出了节煤器后，进入空气加热器，加热空气。给水泵由给水泵驱动用涡轮机驱动，该驱动涡轮机由从中压涡轮机中抽出的蒸汽作动。

这样构成的高温高压蒸汽涡轮机设备中，出了高压给水加热器系统的给水温度，比已往火力设备中的给水温度高很多，所以，必然地从锅炉内节煤器出来的燃烧气体温度也比已往锅炉高很多。因此，从该锅炉排气中回收的热不使气体温度降低。

本实施例中，是把高中压涡轮机和1台低压涡轮机与1台发电机串联连接构成为发电的串联复合双流型发电设备。作为另一实施例，对采用表9所示的涡轮机构造(D)，将2台低压涡轮机串联连接，输出功率为1050MW的发电设备，也可以采用与实施例同样的构造。该发电机轴采用更高强度的材料。最好具有全回火贝氏组织，含有C0.15～0.3％、Si 0.1～0.3％、Mn 0.5％以下、Ni 3.25～4.5％、Cr 2.05～3％、Mo 0.25～0.6％、V 0.05～0.2％。其室温拉伸强度为93kgf/mm²以上，最好为100kgf/mm²以上，50％FATT为0℃以下，最好在-20℃以下。21.2KG中的磁化力为985AT/cm以下，不纯物P、S、Sn、Sb、As的总量在0.025％以下，Ni/Cr之比为2.0以下。

表5表示使用于本实施例的高中压涡轮机和低压涡轮机的主要部的化学成分(重量％)。本实施例中，高压侧和中压侧一体化的高温部，除了采用后述实施例4的No.9的马氏体钢外，也采用表5所示者。由于具有全部铁素结晶构造，热膨长系数是12×10^-6/℃，所以，完全没有膨长系数的不同所造成的问题。

高中压部的转子轴这样制作：用电气炉熔化30吨表10的No.9所示耐热铸钢，进行碳真空脱氧后铸入金属铸模，拉伸制成电极棒，将该电极棒从铸钢的上部熔化到下部地进行电渣重熔，锻拉成形为转子轴形状(直径1450mm、长度5000mm)。为了防止锻造裂纹，该锻拉在1150℃以下的温度下进行。对该锻钢进行退火热处理后，加热至1050℃进行水喷雾冷却的淬火处理。再用570℃和690℃进行2次回火，用切削加工成形为图12所示形状。其它各部的材料和制作条件与实施例2相同。轴承轴颈部45的堆焊也同样地进行。〔实施例4〕

用真空熔化法将表10所示组成的合金铸造成10kg、30mm见方的钢锭。制作大型蒸汽涡轮机转子轴时，模拟其中心部，1050℃×5小时保持后，以中心部的冷却速度100℃/h进行冷却淬火，进行570℃×20小时的1次回火和690℃×20小时的2次回火；制作叶片时，进行1100℃×1小时的淬火，进行750℃×1小时的回火。用625℃、30kgf/mm²进行蠕变抗断试验，结果如表7所示。

表10中No.1～No.6的本发明合金，适用于620℃以上的蒸汽条件，其蠕变抗断寿命长。虽然Co量越多蠕变抗断时间越提高，但Co量过多时，受到600～660℃的加热，有产生加热脆化的倾向，所以，为了提高强度和韧性这两方面。在620～630℃，最好为2～5％；在630～660℃，最好为5.5～8％。B为0.03％以下时，具有高强度。在620～630℃，B量为0.001～0.01％，Co量为2～4％，在630～660℃的高温侧，B量为0.01～0.03％，通过将Co量提高为5～7.5％，可以得到高强度。

本实施例中，在超过600℃的温度时，N量少被强化，与N量多者相比，强度高。N量最好为0.01～0.04％。在真空熔化中，由于几乎不含有N，用母合金添加。

如表10所示，转子轴材料相当于本实施例的No.2的合金，可得到高强度。与No.8的Mn量为作为0.09者，在Co量相同时，明显地表示出较高强度。为了更强化，Mn量最好为0.03～0.2％。

表10

No.	化学成分(重量％)													蠕变抗断时间625℃-30kgf/mm2
																	C	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	W	V	Nb	Co	N	B	Fe	旋转轴	叶片
1	0.11	0.01	0.50	0.54	10.72	0.15	2.61	0.20	0.09	2.15	0.025	0.014	Bal	140	278
																2	0.11	0.01	0.50	0.50	10.98	0.15	2.59	0.21	0.09	2.87	0.025	0.014	″	161	315
3	0.11	0.01	0.51	0.53	11.00	0.16	2.55	0.22	0.08	5.79	0.027	0.015	″	241	508
																4	0.11	0.01	0.48	0.49	11.03	0.18	2.60	0.19	0.08	9.43	0.030	0.016	″	240	488
5	0.12	0.01	1.30	0.11	11.24	0.20	2.65	0.18	0.11	2.98	0.051	0.003	″	192	392
																6	0.13	0.01	0.15	0.89	11.35	0.09	2.91	0.27	0.10	4.50	0.045	0.027	″	219	456

表11表示适用于600℃级的转子轴材料化学成分(重量％)。热处理是，用1100℃×2h→100℃/h冷却后，用560℃×15h→20℃/h冷却，用665℃×45h→20℃/h冷却。热处理都是使转子轴一边绕中心旋转一边进行的。

表12表示转子轴材料的机械特性。冲击值是V形缺口夏氏冲击值，FATT是50％断面过渡温度。

表11

No.	C	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	V	Nb	N	W	Al	Cr当量
													7	0.17	0.21	0.57	0.60	11.15	1.29	0.22	0.07	0.049	0.24	0.007	8.89
8	0.18	0.24	0.60	0.59	11.20	1.24	0.19	0.06	0.048	0.41	0.019	8.41
													9	0.17	0.22	0.57	0.60	11.10	1.24	0.21	0.06	0.045	0.49	0.015	9.04

表12

No.	拉伸强度(kgf/mm2)	延伸率(％)	挤压率(％)	冲击值(kgf-m)	FATT(℃)	600℃，105h蠕变抗断强度(kgf/mm2)
							7	90.5	20.1	60.0	2.05	49	11.6
8	90.4	20.0	58.1	1.97	52	10.8
							9	91.0	19.5	58.3	2.00	56	11.7

从蠕变抗断强度看，本发明材料的600℃、10⁵h蠕变抗断强度是11kgf/mm²，高于高效率涡轮机材料所要求的强度(10kgf/mm²)，其韧性是1kgf-m以上。

No.2中，Al超过了0.015％，其10⁵h蠕变抗断强度稍有降低，为11kgf/mm²以下。W多达1.0％时，δ铁素体析出，强度和韧性都降低，不能达到本发明目的。

W为0.1～0.65％时，可得到高强度。

W对FATT的影响是，W在0.1～0.65％的范围内时FATT低，具有高韧性，在该范围以下或以上时，韧性降低。在0.2～0.5％的范围时，可得到低的FATT。

本实施例的马氏体钢，在600℃附近的高温，蠕变抗断强度显著增高，可充分满足超高温高压蒸汽涡轮机转子轴所要求的强度。另外，也适用于600℃附近的高效率涡轮机用叶片。〔实施例5〕

表13表示本发明高压、中压和高中压涡轮机的内部壳体材料化学成分(重量％)。试样设定为大型壳体的厚壁厚部，用高频感应熔化炉熔化200kg，铸入最大厚度200mm，宽380mm，高440mm的砂模，制作成铸块。试样经过1050℃×8h炉冷退火处理后，设定大型蒸汽涡轮机壳体的厚度，进行正火(1050℃×8h→空冷)，2次回火(710℃×7h→空冷，710℃×7h→空冷)的热处理。

用JIS、Z 3158标准进行焊接性评价。预热、层间和后热开始温度是150℃，后热处理是400℃×30分。

表13

试样	C	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	W	V	Nb	N	B	Cr当量	Ni/W
														1	0.12	0.22	0.51	0.80	9.05	0.59	1.59	0.21	0.06	0.05	0.0031	7.13	0.52
2	0.13	0.20	0.50	0.61	8.97	0.11	1.60	0.19	0.07	0.05	0.0019	5.31	0.38
														3	0.12	0.20	0.48	0.61	9.00	0.62	1.66	0.19	0.07	0.03	0.0010	8.21	0.37

表14表示室温的拉伸特性、20℃V形缺口夏氏冲击吸收能量、650℃的10⁵h蠕变抗断强度和焊接裂纹试验结果。

添加了适量B、Mo和W的本发明材料的蠕变抗断强度和冲击吸收能量，能充分满足高温高压涡轮机壳体所要求的特性(625℃、10⁵h强度≥8kgf/mm²，20℃冲击吸收能量≥1kgf-m)。其强度高达9kgf/mm²。另外，本发明材中未发现焊接裂纹，焊接性良好。B量与焊接裂纹的关系是，当B量超过0.0035％时，产生焊接裂纹。No.1材料可能会产生一些裂纹。Mo对机械性质的影响是，当Mo量多达1.18％时，虽然蠕变抗断强度高，但冲击值低，不能满足所要求的韧性。当Mo为0.11时，虽然韧性高，但蠕变抗断强度低，不能满足所要求的强度。

W对机械性质的影响是，当W量为1.1％以上时，蠕变抗断强度显著增高，但W量高达2％以上时，室温冲击吸收能量降低。通过将Ni/W之比调节在0.25～0.75的范围内，可得到能满足温度621℃、压力250kgf/cm²以上的高温高压涡轮机的高压和中压内部壳体、以及主蒸汽断流阀和调节阀壳体所要求的625℃、10⁵h蠕变抗断强度9kgf/mm²以上、室温冲击吸收能量1kgf-m以上的耐热铸钢壳体材。特别是，通过将W量调节为1.2～2％、Ni/W之比调节为0.25～0.75，可以得到625℃、10⁵h蠕变抗断强度为10kgf/mm²以上、室温冲击吸收能量为2kgf-m以上的优质耐热铸钢壳体材。

表14

试样	拉伸强度(kgf/mm2)	延伸率(％)	挤压率(％)	冲击吸收能量(kgf-m)	625℃，105h蠕变抗断强度(kgf/mm2)	有无焊接裂纹
							1	72.8	19.7	64.8	2.1	9.7	有
2	71.6	19.9	65.8	2.1	8.5	无
							3	72.5	20.2	64.8	2.4	10	无

W量为1.0％以上时，强度显著强化；在1.5％以上时，可得到8kgf/mm²以上的值。本发明的No.7，在640℃以下能充分满足要求的强度。

用电气炉熔化1吨以本发明耐热铸钢为目标组成的合金原料，浇包精炼后铸入砂模铸模内，得到实施例3记载的高中压部的内部壳体。对该壳体进行1050℃×8h炉冷退火热处理后，进行1050℃×8h的风冷正火热处理，再进行2次730℃×8h的炉冷回火。对具有全回火马氏体组织的该试样壳体进行切断调查的结果是，能充分满足250气压、625℃高温高压涡轮机壳体所要求的特性(625℃、10⁵h强度≥9kgf/mm²，20℃冲击吸收能量≥1kgf-m)。并且可以焊接。〔实施例6〕

本实施例中，高压蒸汽涡轮机和中压蒸汽涡轮机或高中压蒸汽涡轮机的蒸汽温度不是625℃，而是649℃。构造和大小与实施例2或实施例3基本相同。与实施例2不同之处是，与该温度直接接触的高压、中压或高中压一体型蒸汽涡轮机的转子轴、初级转动叶片和初级静止叶片和内部壳体。除了内部壳体外，这些材料中，是在前述表7所示材料中，将B量提高到0.01～0.03％，将Co量提高到5～7％。内部壳体材是，将实施例2的W量提高到2～3％，将Co量增加3％，这样可满足要求的强度，而且可采用现有的设计。即，本实施例中，曝露于高温的结构材料全用铁素体钢构成，这一点可沿用现有的设计思想。另外，第2级转动叶片和静止叶片的蒸汽入口温度约为610℃，所以，最好采用实施例1的初级所用的材料。

另外，低压蒸汽涡轮机的蒸汽温度约为405℃，虽然稍高于实施例2或实施例3的380℃，实施例2的材料具有足够高的强度，所以，转子轴本身采用相同的超精炼材。

另外，对于本实施例中的并联多轴型；即使在用全部直连的串联型、3600rpm的转速中也能实施。

工业实用性

根据本发明，可得到在600～660℃下的蠕变抗断强度和室温韧性高的马氏体耐热锻钢及铸钢，所以，各温度下的超临界压涡轮机用主要构件都可以用铁素体耐热钢制作。可沿用已往的蒸汽涡轮机的基本设计思想，得到高可靠性的火力发电设备。

已往，在这样的温度下，不得不使用奥氏体合金，因此从其制造性看，不能制造出健全的大型转子轴，而用本发明的铁素体耐热锻钢，可制造出健全的大型转子轴。

本发明的全铁素体钢制高温蒸汽涡轮机，由于不使用热膨长系数大的奥氏合金，所以，涡轮机的急起动容易，并且不容易受热疲劳损伤。

Claims (18)

1.蒸汽涡轮机发电设备，备有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机、或高中压涡轮机及低压涡轮机，其特征在于，高压涡轮机及中压涡轮机或高中压涡轮机，其初级转动叶片的水蒸汽入口温度是600～660℃，低压涡轮机的初级转动叶片的水蒸汽入口温度是380～475℃，曝露于高压涡轮机及中压涡轮机或高中压涡轮机的上述水蒸汽入口温度的转子轴、转动叶片、静止叶片及内部壳体，由含有Cr 8～13重量％的高强度马氏钢构成，并且，低压涡轮机的最终级转动叶片的〔叶片长(英寸×转速(rpm)〕值为125000以上。

2.高中压一体型蒸汽涡轮机，具有转子轴、植设在该转子轴上的转动叶片、导引水蒸汽流入转动叶片的静止叶片和保持该静止叶片的内部壳体，水蒸汽流入转动叶片的初级的温度是600～660℃，加热从高压侧涡轮机出来的蒸汽，加热到与高压侧入口温度同等以上后，送到中压侧涡轮机，其特征在于，上述转子轴、或转子轴和转动叶片及静止叶片中的至少初级，由含有Cr 9～13重量％的全回火马氏体组织高强度马氏体钢构成；该马氏体钢在与转动叶片初级的流入蒸汽温度对应的温度下，10⁵小时蠕变断裂强度是10kgf/mm²以上；上述内部壳体由含有Cr8～12重量％的马氏体铸钢构成，该马氏体铸钢在与上述蒸汽温度对应的温度下，10⁵小时蠕变抗断强度是10kgf/mm²以上。

3.高中压一体型蒸汽涡轮机，具有转子轴、植设在该转子轴上的转动叶片、导引水蒸汽流入该转动叶片的静止叶片和保持该静止叶片的内部壳体，其特征在于，上述转子轴和上述转动叶片及静止叶片的至少初级，由高强度马氏体钢构成，以重量计，该马氏体钢含有C 0.05％～0.20％、Si0.15％以下、Mn.0.03％～1.5％、Cr 9.5％～13.％、Ni 0.05％～1.0％、V 0.05～0.35％、Nb0.01～0.20％、N 0.01～0.06％、Mo 0.05～0.5％、W 1.0～3.5％、Co 2～10％、B 0.0005～0.03％、Fe 78％以上；上述内部壳体由高强度马氏体钢构成，以重量计，该马氏体钢含有C0.06～0.16％、Si 0.5％以下、Mn 1％以下、Ni 0.2～1.0％、Cr 8～12％、V 0.05～0.35％、Nb0.01～0.15％、N 0.01～0.1％、Mo 0.15％以下、W 1～4％、B 0.0005～0.003％、Fe 85％以上。

4.高中压一体型蒸汽涡轮机，具有转子轴、植设在该转子轴上的转动叶片、导引水蒸汽流入该转动叶片的静止叶片和保持该静止叶片的内部壳体，其特征在于，上述转动叶片的高压侧是7级以上，中压侧是5级以上；上述转子轴由含有Cr 9～13重量％的高强度马氏体钢构成，转子轴的轴承中心间距离(L)为6000mm以上，设有静止叶片部分的最小直径(D)为660mm以上，上述(L/D)为8.0～11.3。

5.高中压一体型蒸汽涡轮机，具有转子轴、植设在该转子轴上的转动叶片、导引水蒸汽流入该转动叶片的静止叶片和保持该静止叶片的内部壳体，其特征在于，上述转子轴和转动叶片及静止叶片的至少初级，由高强度马氏体钢构成，以重量％计，该马氏体钢含有C 0.1％～0.25％、Si 0.6％以下、Mn 1.5％以下、Cr 8.5％～13.％、Ni 0.05～1.0％、V 0.05～0.5％、Nb0.02～0.20％、N 0.01～0.1％、Mo 0.5～2.5％、W 0.10～0.65％、Al0.1％以下、Fe 80％以上。

6.低压蒸汽涡轮机，具有转子轴、植设在该转子轴上的转动叶片、导引水蒸汽流入该转动叶片的静止叶片和保持该静止叶片的内部壳体，其特征在于，上述转动叶片左右对称地各有5级以上，为初级植设在转子轴中心部的复流构造，上述转子轴由含有Cr 1～2.5重量％和Ni 3.0～4.5重量％的Ni-Cr-Mo-V低合金钢构成，转子轴的轴承中心间距离(L)为6500mm以上，设有静止叶片部分的最小直径(D)为750mm以上，上述(L/D)为7.2～10.0；最终级转动叶片由〔叶片长(英寸)×转速(rpm)〕的值为125000以上的高强度马氏体钢构成。

7.蒸汽涡轮机发电设备，备有相互连接着的高压涡轮机和中压涡轮机和2台串联连接的低压涡轮机、或高中压涡轮机和1台低压涡轮机，其特征在于，上述高压涡轮机和中压涡轮机、或高中压涡轮机，其初级转动叶片的水蒸汽水入口温度是600～660℃，上述低压涡轮机的初级转动叶片水蒸汽入口温度是350～400℃，上述低压涡轮机的最终级转动叶片由〔叶片长(英寸)×转速(rpm)〕的值为125000以上的高强度马氏体钢构成；上述高压涡轮机及中压涡轮机的初级转动叶片由含有Cr 9.5～13重量％的高强度马氏体钢或Ni基合金钢构成。

8.烧煤火力发电设备，备有烧煤锅炉、被该锅炉产生的水蒸汽驱动的蒸汽涡轮机、被该蒸汽涡轮机驱动的1台或2台的具有1000MW以上发电输出功率的发电机，其特征在于，上述蒸汽涡轮机具有高压涡轮机、与该高压涡轮机连接的中压涡轮机和2台低压涡轮机，或者具有高中压涡轮机和低压涡轮机；上述高压涡轮机及中压涡轮机或高中压涡轮机，其初级转动叶片的水蒸汽入口温度是600～660℃，上述低压涡轮机的初级转动叶片的水蒸汽入口温度是380～400℃；被上述锅炉的过热器加热到比高压涡轮机的初级转动叶片水蒸汽入口温度高3℃以上的水蒸汽流入高压涡轮机的初级转动叶片，由上述锅炉的再热器把从高压涡轮机出来的水蒸汽加热到比中压涡轮机初级转动叶片水蒸汽入口温度高2℃以上的温度后，使其流入中压涡轮机的初级转动叶片，由上述锅炉的节煤器把从中压涡轮机出来的水蒸汽加热到比低压涡轮机的初级转动叶片水蒸汽入口温度高3℃以上的温度后，使其流入低压涡轮机的初级转动叶片，并且，低压蒸汽涡轮机的最终级转动叶片由〔叶片长(英寸)×转速(rpm)〕的值为125000以上的高强度马氏体钢构成。

9.低压蒸汽涡轮机，具有转子轴、植设在该转子轴上的转动叶片、导引水蒸汽流入该转动叶片的静止叶片和保持该静止叶片的内部壳体，其特征在于，上述初级转动叶片的水蒸汽入口温度是350～450℃，上述转子轴的静止叶片部分的直径(D)是750～1000mm，轴承中心间距离(L)是上述(D)的7.2～10.0倍；上述转子轴由低合金钢构成，以重量％计，该低合金钢含有C 0.2％～0.3％、Si 0.05％以下、Mn 0.1％以下、Ni3.0～4.5％、Cr 1.25～2.25％、Mo 0.07～0.2％、V 0.07～0.2％、Fe 92.5％以上。

10.高中压一体型蒸汽涡轮机，具有转子轴、植设在该转子轴上的转动叶片、导引水蒸汽流入该转动叶片的静止叶片和保持该静止叶片的内部壳体，其特征在于，高压侧的转动叶片为7级以上，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧为30～150mm，转子轴的转动叶片植入部直径大于对应于静止叶片部分的直径，上述植入部的轴方向根部宽度，上流侧与下流侧相比阶段地增大，相对于叶片部长度的比率是0.2～1.6，从上流侧朝下流侧增大；中压侧转动叶片左右对称地具有5级以上，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧至下流侧为100～350mm，转子轴的上述转动叶片植入部的直径大于对应于静止叶片部分的直径，上述植入部根部的轴方向宽度，除了最终级外，下流侧小于上流侧，相对于叶片部长度的比率是0.35～0.80，从上流侧朝着下流侧变小。

11.高中压一体型蒸汽涡轮机，具有转子轴、植设在该转子轴上的转动叶片、导引水蒸汽流入该转动叶片的静止叶片和保持该静止叶片的内部壳体，其特征在于，上述转动叶片为7级以上，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧为25～200mm，相邻各级的叶片部长度之比为1.05～1.35，上述叶片部长度是下流侧比上流侧渐渐增大；中压部转动叶片为5级以上，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧为100～300mm，相邻叶片部长度是下流侧比上流侧增大，其比是1.05～1.35，朝下流侧渐渐增大。

12.低压蒸汽涡轮机，具有转子轴、植设在该转子轴上的转动叶片、导引水蒸汽流入该转动叶片的静止叶片和保持该静止叶片的内部壳体，其特征在于，上述转动叶片是具有左右对称5级以上的复流构造，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧处在80～1300mm的范围内，转子轴的转动叶片植入部直径大于对应于静止叶片部分的直径，植入部的轴方向根部宽度渐渐扩展地大于叶片部植入部的宽度，从下流侧朝上流侧阶段地增大，相对于叶片部长度的比率是，从最终级的跟前到初级以0.2～1.6渐渐增大。

13.低压蒸汽涡轮机，具有转子轴、植设在该转子轴上的转动叶片、导引水蒸汽流入该转动叶片的静止叶片和保持该静止叶片的内部壳体，其特征在于，上述转动叶片是具有左右对称5级以上的复流构造，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧处在80～1300mm的范围内，相邻各级的叶片部长度是下流侧比上流侧大，其比为1.2～1.7的范围，在下流侧，上述叶片部长度渐渐增大。

14.低压蒸汽涡轮机，具有转子轴、植设在该转子轴上的转动叶片、导引水蒸汽流入该转动叶片的静止叶片和保持该静止叶片的内部壳体，其特征在于，上述转动叶片是具有左右对称5级以上的复流构造，叶片部长度从水蒸汽流的上流侧到下流侧处在80～1300mm的范围内，上述转子轴的转动叶片植入部根部的轴方向宽度，至少以3阶段增大，下流侧大于上流侧，渐渐扩展地大于上述叶片部植入部宽度。

15.高中压一体型蒸汽涡轮机，具有转子轴、植设在该转子轴上的转动叶片、导引水蒸汽流入该转动叶片的静止叶片和保持该静止叶片的内部壳体，其特征在于，高压侧的转动叶片为6级以上，转子轴的与静止叶片对应部分的直径小于与转动叶片植入部对应的部分的直径，转动叶片植入部根部的轴方向宽度是，初级部最大，从水蒸汽流的上流侧到下流侧，以3个阶段阶段地增大；中压侧的转动叶片有5级以上，转子轴的与静止叶片对应部分的直径小于与转动叶片植入部对应部分的直径，转动叶片的植入部根部轴方向的宽度，水蒸汽流的上流侧与下流侧相比，以4阶段阶段性地不同，上述转动叶片的初级、2级和最终级比其它级大。

16.蒸汽涡轮机，其特征在于，由马氏体钢构成，以重量比计，该马氏体钢含有C 0.08％～0.18％、Si 0.25％以下、Mn 0.90％以下、Cr 8.0～13.0％、Ni 2～3％以下、  Mo 1.5～3％、V 0.05～0.35％、Nb和Ta中的一种或二种总计量0.02～0.20％、N 0.02～0.1％。

17.如权利要求16所述的蒸汽涡轮机，其特征在于，上述马氏体钢的室温拉伸强度是120kgf/mm²以上，叶片部长度是36英寸以上，〔叶片长(英寸)×转速(rpm)〕的值为125000以上。

18.蒸汽涡轮机叶片的制造方法，其特征在于，由马氏体钢构成，以重量比计，该马氏体钢含有C 0.08％～0.18％、Si 0.25％以下、Mn 0.90％以下、Cr 8.0～13.0％、Ni 2～3％以下、Mo 1.5～3％、V 0.05～0.35％、Nb和Ta中的一种或二种总计量0.02～0.20％、N 0.02～0.1％，熔化及锻造后，用1000℃～1100℃加热并保持后，实施急冷淬火处理，再用550℃～570℃加热保持后冷却实施1次回火，再用560℃～570℃加热保持冷却实施2次回火热处理。

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