DE112020006308T5

DE112020006308T5 - TURBINE ROTOR MATERIAL

Info

Publication number: DE112020006308T5
Application number: DE112020006308.9T
Authority: DE
Inventors: Masatomo Kamada; Makoto Yamaguchi; Kimmitsu Maruyama; Kenichi Murakami
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2022-12-01
Also published as: CN114667361A; WO2021131805A1; JP2021102802A; JP7315454B2

Abstract

Ein Turbinenrotormaterial, das einen Kohlenstoffgehalt von 0,18 Masse-% bis 0,28 Masse-%, einen Siliciumgehalt von 0 Masse-% bis 0,25 Masse-%, einen Mangangehalt von 0,10 Masse-% bis 1,20 Masse-%, einen Nickelgehalt von 0,50 Masse-% bis 1,20 Masse-%, einen Chromgehalt von 1, 80 Masse-% bis 2,80 Masse-%, einen Molybdängehalt von 0,40 Masse-% bis 1,50 Masse-%, einen Vanadiumgehalt von mehr als 0,35 Masse-%, aber nicht mehr als 0,45 Masse-%, und einen Wolframgehalt von 0,40 Masse-% bis 1,10 Masse-% aufweist, wobei ein Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.A turbine rotor material having a carbon content of 0.18% to 0.28% by mass, a silicon content of 0% to 0.25% by mass, a manganese content of 0.10% to 1.20% by mass -%, a nickel content of 0.50% by mass to 1.20% by mass, a chromium content of 1.80% by mass to 2.80% by mass, a molybdenum content of 0.40% by mass to 1.50 % by mass, a vanadium content of more than 0.35% by mass but not more than 0.45% by mass, and a tungsten content of 0.40% by mass to 1.10% by mass, the balance being iron and unavoidable impurities.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Turbinenrotormaterial.The present disclosure relates to a turbine rotor material.

Priorität wird in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-234468 beansprucht, die am 25. Dezember 2019 eingereicht wurde und deren Inhalt hierin durch Referenz aufgenommen wird.Priority is given in Japanese Patent Application No. 2019-234468 claimed, filed December 25, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.

Stand der TechnikState of the art

In den letzten Jahren wurde die effektive Nutzung geothermischer Energie als stabile und nachhaltige erneuerbare Energie untersucht. Stromerzeugung unter Verwendung von Dampf, der durch geothermische Energie überhitzt wird, als eine Wärmequelle (nachstehend als geothermische Stromerzeugung bezeichnet) ist typischerweise als ein Verfahren des Nutzens von geothermischer Energie als Energie bekannt.In recent years, the effective use of geothermal energy as a stable and sustainable renewable energy has been studied. Power generation using steam superheated by geothermal energy as a heat source (hereinafter referred to as geothermal power generation) is typically known as a method of utilizing geothermal energy as power.

Der als eine Wärmequelle genutzte Dampf beinhaltet oft korrosives Gas, wie Schwefelwasserstoff. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass ein Turbinenrotor eines Generators, der für geothermische Stromerzeugung verwendet wird, Korrosionsbeständigkeit gegen das in dem Dampf beinhaltete korrosive Gas aufweist.The steam used as a heat source often includes corrosive gas such as hydrogen sulfide. For this reason, a turbine rotor of a generator used for geothermal power generation is required to have corrosion resistance against the corrosive gas contained in the steam.

Insbesondere ist es wahrscheinlich, dass korrosives Gas an einem Abschnitt in einem Turbinengehäuse konzentriert wird, der aufgrund von Temperaturänderungen, die durch das Starten und Stoppen einer Anlage verursacht werden, wiederholt zwischen trocken und nass wechselt. Darüber hinaus wird Belastung während Betrieb auf Schaufelnuten des Turbinenrotors konzentriert. Aus diesem Grund ist es wahrscheinlich, dass in den Schaufelnuten des Turbinenrotors an einem Abschnitt, an dem korrosives Gas, wie oben beschrieben, wahrscheinlich konzentriert wird, ein Phänomen auftritt, das als Spannungsrisskorrosion bezeichnet wird. Da der Bruch des Turbinenrotors in einem Fall, in dem Spannungsrisskorrosion auftritt, verursacht wird, ist ein Material, bei dem Spannungsrisskorrosion nicht so leicht auftritt, als das Material des Turbinenrotors erforderlich.In particular, corrosive gas is likely to be concentrated at a portion in a turbine casing that repeatedly switches between dry and wet due to temperature changes caused by starting and stopping of a plant. In addition, stress during operation is concentrated on blade grooves of the turbine rotor. For this reason, a phenomenon called stress corrosion cracking is likely to occur in the blade grooves of the turbine rotor at a portion where corrosive gas is likely to be concentrated as described above. Since the breakage of the turbine rotor is caused in a case where stress corrosion cracking occurs, a material in which stress corrosion cracking does not occur easily than the material of the turbine rotor is required.

In den letzten Jahren wurde eine Vergrößerung eines Turbinenrotors erforderlich, um Wirkungsgrad geothermischer Stromerzeugung zu erhöhen und die Menge an erzeugtem Strom zu erhöhen. In einem Fall, in dem der Turbinenrotor vergrößert wird, ist es wahrscheinlich schwierig, während Herstellung des Turbinenrotors ein gleichmäßiges Abschrecken von der Oberfläche des Rotors bis zu dem Mittelabschnitt davon durchzuführen.In recent years, in order to increase geothermal power generation efficiency and increase the amount of generated power, enlargement of a turbine rotor has been required. In a case where the turbine rotor is enlarged, it is likely to be difficult to perform uniform quenching from the surface of the rotor to the central portion thereof during manufacture of the turbine rotor.

Dementsprechend wurde in den letzten Jahren eine Legierung, die für einen Turbinenrotor für geothermische Stromerzeugung geeignet ist, anstelle von 1%CrMoV-Stahl, der als das Material eines Turbinenrotor für geothermische Stromerzeugung in dem Stand der Technik entwickelt wurde (siehe zum Beispiel PTL 1), untersucht.Accordingly, in recent years, an alloy suitable for a geothermal power generation turbine rotor instead of 1%CrMoV steel developed as the material of a geothermal power generation turbine rotor in the prior art (see, for example, PTL 1) , examined.

Ein Legierungsmaterial für einen Turbinenrotor kann bei der folgenden Beschreibung einfach als „Turbinenrotormaterial“ bezeichnet werden.An alloy material for a turbine rotor may be referred to simply as “turbine rotor material” in the following description.

Zusätzlich zu dem Turbinenrotor für geothermische Stromerzeugung wird ferner auch ein mit Hoch- und Niederdruck integrierter Turbinenrotor vergrößert, der Strom unter Verwendung von Dampf erzeugt, der von einem Kessel für Dampfstromerzeugung und von einem Abhitzedampferzeuger für kombinierte Stromerzeugung mit Gasturbinen erzeugt wird. Selbst in dem Fall des mit Hoch- und Niederdruck integrierten Turbinenrotors muss die Leichtigkeit von Abschreckbehandlung zum Zeitpunkt einer Vergrößerung gewährleistet sein.Further, in addition to the turbine rotor for geothermal power generation, a high and low pressure integrated turbine rotor that generates power using steam generated by a boiler for steam power generation and a heat recovery steam generator for combined power generation with gas turbines is also enlarged. Even in the case of the high and low pressure integrated turbine rotor, ease of quenching treatment at the time of upsizing needs to be ensured.

Darüber hinaus ist ein Abschnitt, der wie bei einem geothermischen Turbinenrotor wiederholt zwischen trocken und nass wechselt, in einem Niederdruckabschnitt des mit Hoch- und Niederdruck integrierten Turbinenrotors vorhanden. Da die Spurenkomponenten von Wasser, das für Dampfstromerzeugung oder für kombinierte Stromerzeugung mit Gasturbinen verwendet wird, verwaltet werden, ist die Menge an korrosiven Gaskomponenten, die in dem erzeugten Dampf beinhaltet sind, extrem klein. Beispiele der Spurenkomponenten enthalten Na-Ionen, Cl-Ionen, SulfatIonen, Siliciumoxid und dergleichen. Es wurde jedoch bestätigt, dass in den Schaufelnuten Spannungsrisskorrosion wie bei einer geothermischen Turbine in einem Fall, in dem die Wasserverwaltung ungeeignet ist, in einem Fall, in dem zur Kühlung von Dampf verwendetes Meerwasser austritt, oder dergleichen auftritt.In addition, a portion that repeatedly alternates between dry and wet like a geothermal turbine rotor is present in a low-pressure portion of the high-low pressure integrated turbine rotor. Since the trace components of water used for steam power generation or for combined power generation with gas turbines are managed, the amount of corrosive gas components included in the generated steam is extremely small. Examples of the trace components include Na ion, Cl ion, sulfate ion, silicon oxide and the like. However, it has been confirmed that stress corrosion cracking occurs in the blade grooves as in a geothermal turbine in a case in in which water management is inappropriate, in a case where seawater used for cooling steam leaks, or the like.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass der mit Hoch- und Niederdruck integrierte Turbinenrotor auch hohe Beständigkeit gegen die oben erwähnte Spannungsrisskorrosion aufweist, um über eine lange Zeitspanne stabil verwendet werden zu können.In addition, it is preferable that the high and low pressure integrated turbine rotor also has high resistance to the above-mentioned stress corrosion cracking in order to be used stably for a long period of time.

Zitatlistequote list

Patentliteraturpatent literature

[PTL 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2012-225222[PTL 1] Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2012-225222

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Technisches ProblemTechnical problem

Ein Bedarf an einer Vergrößerung eines Turbinenrotors steigt von Jahr zu Jahr. In PTL 1 wird ein großer Rotor mit einem Körperdurchmesser von 1600 mm angenommen, aber in den letzten Jahren wurde ein größerer Turbinenrotor erforderlich. Um eine solche Vergrößerung des Turbinenrotors bewältigen zu können, gibt es noch Raum zur Verbesserung eines Turbinenrotormaterials, das sowohl Leichtigkeit von Abschreckbehandlung als auch Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion erzielt.A demand for enlargement of a turbine rotor is increasing year by year. In PTL 1, a large rotor with a body diameter of 1600 mm is adopted, but a larger turbine rotor has been required in recent years. In order to cope with such enlargement of the turbine rotor, there is still room for improvement of a turbine rotor material that achieves both ease of quenching treatment and resistance to stress corrosion cracking.

Die vorliegende Offenbarung wurde unter Berücksichtigung solcher Umstände gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein Turbinenrotormaterial bereitzustellen, das sowohl die Leichtigkeit von Abschreckbehandlung als auch die Korrosionsbeständigkeit erzielen kann.The present disclosure has been made with such circumstances in mind, and an object of the present disclosure is to provide a turbine rotor material that can achieve both the ease of quenching treatment and the corrosion resistance.

Lösung für das Problemsolution to the problem

Um die oben erwähnte Aufgabe zu erzielen, enthält ein Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung Kohlenstoff in einem Gehalt von 0,18 Masse-% bis 0,28 Masse-%, Silicium in einem Gehalt von 0 Masse-% bis 0,25 Masse-%, Mangan in einem Gehalt von 0,10 Masse-% bis 1,20 Masse-%, Nickel in einem Gehalt von 0,50 Masse-% bis 1,20 Masse-%, Chrom in einem Gehalt von 1,80 Masse-% bis 2,80 Masse-%, Molybdän in einem Gehalt von 0,40 Masse-% bis 1,50 Masse-%, Vanadium in einem Gehalt von mehr als 0,35 Masse-% und nicht mehr als 0,45 Masse-%, Wolfram in einem Gehalt von 0,40 Masse-% bis 1,10 Masse-% und einen Rest, der aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.In order to achieve the above-mentioned object, a turbine rotor material according to the present disclosure contains carbon in a content of 0.18% by mass to 0.28% by mass, silicon in a content of 0% by mass to 0.25% by mass , manganese in a content of 0.10% to 1.20% by mass, nickel in a content of 0.50% to 1.20% by mass, chromium in a content of 1.80% by mass up to 2.80% by mass, molybdenum in a content of 0.40% by mass to 1.50% by mass, vanadium in a content of more than 0.35% by mass and not more than 0.45% by mass , tungsten in a content of 0.40% by mass to 1.10% by mass and a balance consisting of iron and unavoidable impurities.

Vorteilhafte Effekte der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention

Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, ein Turbinenrotormaterial bereitzustellen, das sowohl die Leichtigkeit von Abschreckbehandlung als auch die Korrosionsbeständigkeit erzielen kann.According to the present disclosure, it is possible to provide a turbine rotor material that can achieve both ease of quenching treatment and corrosion resistance.

Figurenlistecharacter list

1 Fig. 12 is a schematic diagram showing a test piece used for an SCC test.
2 Fig. 12 is a schematic diagram showing a test method for the SCC test.
3 13 is a schematic diagram showing a crack generated in the test piece during the SCC test.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of Embodiments

Ein Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine Legierung, die einen Kohlenstoffgehalt von 0,18 Masse-% bis 0,28 Masse-%, einen Siliciumgehalt von 0 Masse-% bis 0,25 Masse-%, einen Mangangehalt von 0,10 Masse-% bis 1,20 Masse-%, einen Nickelgehalt von 0,50 Masse-% bis 1,20 Masse-%, einen Chromgehalt von 1,80 Masse-% bis 2,80 Masse-%, einen Molybdängehalt von 0,40 Masse-% bis 1,50 Masse-%, einen Vanadiumgehalt von mehr als 0,35 Masse-% und nicht mehr als 0,45 Masse-% und einen Wolframgehalt von 0,40 Masse-% bis 1,10 Masse-% aufweist, wobei ein Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.A turbine rotor material according to the present disclosure is an alloy having a carbon content of 0.18% to 0.28% by mass, a silicon content of 0% to 0.25% by mass, a manganese content of 0.10% by mass -% to 1.20% by mass, a nickel content of 0.50% to 1.20% by mass, a chromium content of 1.80% to 2.80% by mass, a molybdenum content of 0.40 % by mass to 1.50% by mass, a vanadium content of more than 0.35% by mass and not more than 0.45% by mass and a tungsten content of 0.40% by mass to 1.10% by mass , with a balance consisting of iron and unavoidable impurities.

Ein Turbinenrotormaterial, das in dem Stand der Technik bekannt ist, verursacht verschiedene Probleme in einem Fall, in dem der Turbinenrotor vergrößert wird.A turbine rotor material known in the art causes various problems in a case where the turbine rotor is enlarged.

Wenn 1%CrMoV-Stahl als ein Turbinenrotormaterial in einem Fall verwendet wird, in dem angenommen wird, dass ein großer Turbinenrotor mit einem Durchmesser von beispielsweise etwa ϕ 1900 mm hergestellt wird, ist es schwierig, während Abschreckbehandlung ein gleichmäßiges Abschrecken von der Oberfläche des Rotors bis zu dem Mittelabschnitt davon durchzuführen. Insbesondere ist es unwahrscheinlich, dass Festigkeit oder Zähigkeit gewährleistet werden können, da in dem Mittelabschnitt des Rotors, in dem eine Abkühlungsrate während Abschreckbehandlung niedrig ist, eine Ferritphase (Weichphase) gebildet ist.When 1%CrMoV steel is used as a turbine rotor material in a case where it is assumed that a large turbine rotor having a diameter of about φ1900 mm, for example, is manufactured, it is difficult to uniformly quench the surface of the rotor during quenching treatment up to the middle portion thereof. In particular, since a ferrite phase (soft phase) is formed in the central portion of the rotor where a cooling rate during quenching treatment is low, strength or toughness is unlikely to be secured.

Andererseits ist das Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung, das die oben erwähnte Zusammensetzung aufweist, ein Legierungsmaterial, das leicht einer Abschreckbehandlung unterzogen wird und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist.On the other hand, the turbine rotor material according to the present disclosure, which has the above-mentioned composition, is an alloy material that is easily subjected to quenching treatment and has excellent corrosion resistance.

„Abschreckbehandlung“ bedeutet Behandlung zur schnellen Abkühlung des Turbinenrotormaterials nach Erwärmen des Turbinenrotormaterials auf eine Temperatur, die gleich oder höher als eine Umwandlungstemperatur ist. Das Turbinenrotormaterial weist bei einer Temperatur, die gleich oder höher als eine Umwandlungstemperatur ist, eine Austenitphase auf, wird jedoch während schneller Abkühlung in eine feine nadelförmige Struktur umgewandelt, die als Martensit oder Bainit bezeichnet wird, und wird in Festigkeit erhöht."Quenching treatment" means treatment to rapidly cool the turbine rotor material after heating the turbine rotor material to a temperature equal to or greater than a transformation temperature. The turbine rotor material has an austenite phase at a temperature equal to or higher than a transformation temperature, but is transformed into a fine acicular structure called martensite or bainite during rapid cooling and is increased in strength.

„Leicht einer Abschreckbehandlung unterzogen“ bedeutet, dass es unwahrscheinlich ist, dass eine weiche Phase, die als eine Ferritphase bezeichnet wird, induziert wird, selbst wenn das Turbinenrotormaterial mit einer niedrigeren Rate abgekühlt wird. Weiter insbesondere bedeutet „leicht einer Abschreckbehandlung unterzogen“ eine Eigenschaft, bei der es unwahrscheinlich ist, dass in dem Mittelabschnitt des Turbinenrotormaterials eine Ferritphase induziert wird, nachdem es einem Abschrecken unterzogen wurde."Easily quenched" means that a soft phase called a ferrite phase is unlikely to be induced even if the turbine rotor material is cooled at a slower rate. More specifically, “easily subjected to quenching treatment” means a property in which a ferrite phase is unlikely to be induced in the center portion of the turbine rotor material after it is subjected to quenching.

Ferner kann „eine Eigenschaft, die es ermöglicht, dass ein Material leicht einer Abschreckbehandlung unterzogen wird“, in der folgenden Beschreibung als „Härtbarkeit“ bezeichnet werden.Further, “a property that enables a material to be easily subjected to a quenching treatment” may be referred to as “hardenability” in the following description.

„Hohe Härtbarkeit“ bedeutet, dass ein Grad, bis zu dem ein Material leicht einer Abschreckbehandlung unterzogen wird, hoch ist."High hardenability" means that a degree to which a material is easily subjected to quenching treatment is high.

Ferner bedeutet „Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit“ Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion. Weiter insbesondere bedeutet „Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit“ Beständigkeit gegen ein Phänomen, bei dem Risse in einem Material aufgrund der Einwirkung von Zugspannung auf das Material und der korrosiven Wirkung einer spezifischen Umgebung erzeugt werden.Furthermore, "stress corrosion cracking resistance" means resistance to stress corrosion cracking. More specifically, "stress corrosion cracking resistance" means resistance to a phenomenon in which cracks are generated in a material due to the application of tensile stress to the material and the corrosive action of a specific environment.

Das Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung wird unten in der Reihenfolge beschrieben.The turbine rotor material according to the present disclosure is described below in order.

(In Bezug auf Kohlenstoffgehalt)(Regarding carbon content)

Der Kohlenstoff-(C)-gehalt des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung liegt in dem Bereich von 0,18 Masse-% bis 0,28 Masse-%.The carbon (C) content of the turbine rotor material according to the present disclosure is in the range of 0.18% to 0.28% by mass.

Im Allgemeinen ist C nützlich, um die Härtbarkeit von Stahl zu verbessern und mechanische Festigkeit zu gewährleisten. Bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beträgt der C-Gehalt 0,18 Masse-% oder mehr, und erforderliche Härtbarkeit und mechanische Eigenschaften werden erhalten.In general, C is useful for improving the hardenability of steel and ensuring mechanical strength. In the turbine rotor material according to the present disclosure, the C content is 0.18% by mass or more, and required hardenability and mechanical properties are obtained.

Insbesondere ist es bevorzugt, dass der C-Gehalt 0,20 Masse-% oder mehr beträgt.In particular, it is preferable that the C content is 0.20% by mass or more.

Andererseits neigt ein niederlegierter Stahl, dem übermäßig viel C hinzugefügt wird, dazu, eine geringe Zähigkeit aufzuweisen.On the other hand, a low alloy steel to which excessive C is added tends to have poor toughness.

Ferner wird in einem Fall, in dem der C-Gehalt von niederlegiertem Stahl hoch ist, wahrscheinlich eine große Menge an Chrom(Cr)-Carbid während des Temperns des niederlegierten Stahls erzeugt, und die Menge an Cr, die in der Matrix des niederlegierten Stahls fest aufgelöst ist, wird wahrscheinlich reduziert. In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass sich die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit des niederlegierten Stahls verschlechtert.Further, in a case where the C content of low alloy steel is high, a large amount of chromium (Cr) carbide is likely to be generated during tempering of the low alloy steel, and the amount of Cr contained in the matrix of the low alloy steel solidly dissolved is likely to be reduced. In In this case, the low alloy steel is likely to deteriorate in stress corrosion cracking resistance.

Darüber hinaus neigt C im Allgemeinen dazu, während Verfestigung bei Herstellungsschritt von Barren leicht in einem geschmolzenen Metall konzentriert zu werden. Aus diesem Grund wird der C-Gehalt eines Barrens in einem Fall, in dem mehr C als erforderlich in niederlegiertem Stahl beinhaltet ist, wahrscheinlich von der frühzeitigen Verfestigung während der kontinuierlichen Herstellung des Barrens bei dem Herstellungsschritt von Barren zu der Endstufe von Verfestigung hin erhöht. Infolgedessen ist es in einem Fall, in dem der C-Gehalt hoch ist, schwierig, niederlegierten Stahl mit gleichmäßigen Eigenschaften zu erhalten.In addition, in general, C tends to be easily concentrated in a molten metal during solidification in the manufacturing step of ingots. For this reason, in a case where more C than required is contained in low alloy steel, the C content of an ingot is likely to be increased from the early solidification during the continuous manufacture of the ingot in the manufacturing step of ingot to the final stage of solidification. As a result, in a case where the C content is high, it is difficult to obtain low alloy steel with uniform properties.

Im Gegensatz dazu können, da der C-Gehalt bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung 0,28 Masse-% oder weniger beträgt, ausreichende Zähigkeit und hohe Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit gewährleistet werden. Da der C-Gehalt 0,28 Masse-% oder weniger beträgt, ist es darüber hinaus leicht, ein Turbinenrotormaterial mit gleichmäßigen Eigenschaften herzustellen.In contrast, since the C content is 0.28% by mass or less in the turbine rotor material according to the present disclosure, sufficient toughness and high resistance to stress corrosion cracking can be secured. In addition, since the C content is 0.28% by mass or less, it is easy to manufacture a turbine rotor material having uniform properties.

Insbesondere ist es bevorzugt, dass der C-Gehalt 0,25 Masse-% oder weniger beträgt.In particular, it is preferable that the C content is 0.25% by mass or less.

Die Obergrenze und die Untergrenze des C-Gehalts des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung können beliebig kombiniert werden. Es ist bevorzugt, dass der C-Gehalt in dem Bereich von 0,20 Masse-% bis 0,25 Masse-% liegt.The upper limit and the lower limit of the C content of the turbine rotor material according to the present disclosure can be arbitrarily combined. It is preferable that the C content is in the range of 0.20% by mass to 0.25% by mass.

(In Bezug auf Siliciumgehalt)(Regarding silicon content)

Der Silicium-(Si)-gehalt des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung liegt in dem Bereich von 0 Masse-% bis 0,25 Masse-%.The silicon (Si) content of the turbine rotor material according to the present disclosure is in the range of 0% to 0.25% by mass.

Si ist als ein Desoxidationsmittel für niederlegierten Stahl nützlich. Andererseits neigt die Zähigkeit von niederlegiertem Stahl dazu, reduziert zu werden, wenn eine große Menge an Si dem niederlegierten Stahl hinzugefügt wird.Si is useful as a deoxidizer for low alloy steel. On the other hand, when a large amount of Si is added to the low alloy steel, the toughness of low alloy steel tends to be reduced.

Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass der Si-Gehalt des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung 0,25 Masse-% oder weniger beträgt und bevorzugt 0,15 Masse-% oder weniger beträgt. Der Minimalwert des Si-Gehalts beträgt 0 Masse-%.For this reason, it is preferable that the Si content of the turbine rotor material according to the present disclosure is 0.25% by mass or less, and more preferably 0.15% by mass or less. The minimum value of the Si content is 0% by mass.

(In Bezug auf Mangangehalt)(Regarding manganese content)

Der Mangan-(Mn)-gehalt des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung liegt in dem Bereich von 0,10 Masse-% bis 1,20 Masse-%.The manganese (Mn) content of the turbine rotor material according to the present disclosure is in the range of 0.10% to 1.20% by mass.

Mn ist nützlich, um die Härtbarkeit von niederlegiertem Stahl zu gewährleisten. Ferner ist Mn als ein Desoxidationsmittel für niederlegierten Stahl nützlich und unterdrückt Risse während Warmschmieden. Bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beträgt der Mn-Gehalt 0,10 Masse-% oder mehr, und diese Effekte werden effektiv erhalten.Mn is useful to ensure hardenability of low alloy steel. Further, Mn is useful as a deoxidizer for low alloy steel and suppresses cracks during hot forging. In the turbine rotor material according to the present disclosure, the Mn content is 0.10% by mass or more, and these effects are effectively obtained.

Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Mn-Gehalt 0,50 Masse-% oder mehr beträgt.In particular, it is preferable that the Mn content is 0.50% by mass or more.

Andererseits neigt Mn dazu, die Zähigkeit von niederlegiertem Stahl zu reduzieren. Bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beträgt der Mn-Gehalt 1,20 Masse-% oder weniger, und die erforderliche Zähigkeit wird erhalten.On the other hand, Mn tends to reduce the toughness of low alloy steel. In the turbine rotor material according to the present disclosure, the Mn content is 1.20% by mass or less, and the required toughness is obtained.

Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Mn-Gehalt 1,00 Masse-% oder weniger beträgt.In particular, it is preferable that the Mn content is 1.00% by mass or less.

Die Obergrenze und die Untergrenze des Mn-Gehalts des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung können beliebig kombiniert werden. Es ist bevorzugt, dass der Mn-Gehalt in dem Bereich von 0,50 Masse-% bis 1,00 Masse-% liegt.The upper limit and the lower limit of the Mn content of the turbine rotor material according to the present disclosure can be arbitrarily combined. It is preferable that the Mn content is in the range of 0.50% by mass to 1.00% by mass.

(In Bezug auf Nickelgehalt)(Regarding nickel content)

Der Nickel-(Ni)-gehalt des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung liegt in dem Bereich von 0,50 Masse-% bis 1,20 Masse-%.The nickel (Ni) content of the turbine rotor material according to the present disclosure is in the range of 0.50% to 1.20% by mass.

Ni ist nützlich, um die Härtbarkeit von niederlegiertem Stahl zu gewährleisten. Ferner verbessert Ni die Zähigkeit von niederlegiertem Stahl. Bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beträgt der Ni-Gehalt 0,50 Masse-% oder mehr, und diese Effekte werden effektiv erhalten.Ni is useful to ensure hardenability of low alloy steel. Further, Ni improves the toughness of low alloy steel. In the turbine rotor material according to the present disclosure, the Ni content is 0.50% by mass or more, and these effects are effectively obtained.

Andererseits neigt Ni dazu, die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit von niederlegiertem Stahl zu reduzieren, wenn der Ni-Gehalt des niederlegierten Stahls erhöht wird. Bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beträgt der Ni-Gehalt 1,20 Masse-% oder weniger, und die erforderliche Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit kann gewährleistet werden.On the other hand, Ni tends to reduce the stress corrosion cracking resistance of low alloy steel as the Ni content of the low alloy steel is increased. In the turbine rotor material according to the present disclosure, the Ni content is 1.20% by mass or less, and the required resistance to stress corrosion cracking can be secured.

(In Bezug auf Chromgehalt)(Regarding chromium content)

Der Chrom-(Cr)-gehalt des Turbinenrotormaterials liegt in dem Bereich von 1,80 Masse-% bis 2,80 Masse-%.The chromium (Cr) content of the turbine rotor material ranges from 1.80% to 2.80% by mass.

Cr ist nützlich, um die Härtbarkeit von niederlegiertem Stahl zu gewährleisten. Ferner verbindet sich Cr mit C, um Carbid zu erzeugen. Das erzeugte Cr-Carbid verbessert die Festigkeit von niederlegiertem Stahl. Darüber hinaus weist Cr einen Effekt des Unterdrückens von Spannungsrisskorrosion in einem Fall auf, in dem Cr in der Matrix fest aufgelöst ist. Bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beträgt der Cr-Gehalt 1,80 Masse-% oder mehr, und diese Effekte werden effektiv erhalten.Cr is useful to ensure hardenability of low alloy steel. Further, Cr combines with C to generate carbide. The generated Cr carbide improves the strength of low alloy steel. In addition, Cr has an effect of suppressing stress corrosion cracking in a case where Cr is solidly dissolved in the matrix. In the turbine rotor material according to the present disclosure, the Cr content is 1.80% by mass or more, and these effects are effectively obtained.

Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Cr-Gehalt 2,00 Masse-% oder mehr beträgt.In particular, it is preferable that the Cr content is 2.00% by mass or more.

Andererseits neigt Cr dazu, das Risswachstum in einem Fall zu beschleunigen, in dem Spannungsrisskorrosion in niederlegiertem Stahl auftritt, wenn der Cr-Gehalt des niederlegierten Stahls erhöht wird. Der Grund dafür ist, dass, da die Rissspitzen als das Ergebnis von Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von niederlegiertem Stahl in einem Fall, in dem die Risse in dem niederlegierten Stahl erzeugt werden, eine scharfe, spitz zulaufende Form beibehalten und nicht korrodiert werden, die Spannungskonzentration an den Rissspitzen beibehalten wird.On the other hand, if the Cr content of the low alloy steel is increased, Cr tends to accelerate crack growth in a case where stress corrosion cracking occurs in low alloy steel. The reason for this is that since the crack tips maintain a sharp, pointed shape and are not corroded as the result of improvement of the corrosion resistance of low alloy steel in a case where the cracks are generated in the low alloy steel, the stress concentration increases the crack tips is retained.

Das heißt, bei niederlegiertem Stahl ist ein hoher Cr-Gehalt zum Unterdrücken des Auftretens von Spannungsrisskorrosion selbst vorteilhaft, und ein hoher Cr-Gehalt ist zum Unterdrücken des Wachstums der erzeugten Risse nachteilig.That is, in low alloy steel, a high Cr content is advantageous for suppressing the occurrence of stress corrosion cracking itself, and a high Cr content is disadvantageous for suppressing the growth of generated cracks.

Bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beträgt der Cr-Gehalt 2,80 Masse-% oder weniger, und das Wachstum von Rissen zum Zeitpunkt von Erzeugung der Risse wird unterdrückt. Dementsprechend wird gewünschte Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit erhalten.In the turbine rotor material according to the present disclosure, the Cr content is 2.80% by mass or less, and the growth of cracks at the time of generation of the cracks is suppressed. Accordingly, desired resistance to stress corrosion cracking is obtained.

Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Cr-Gehalt 2,50 Masse-% oder weniger beträgt.In particular, it is preferable that the Cr content is 2.50% by mass or less.

Die Obergrenze und die Untergrenze des Cr-Gehalts des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung können beliebig kombiniert werden. Es ist bevorzugt, dass der Cr-Gehalt in dem Bereich von 2,00 Masse-% bis 2,50 Masse-% liegt.The upper limit and the lower limit of the Cr content of the turbine rotor material according to the present disclosure can be combined arbitrarily. It is preferable that the Cr content is in the range of 2.00% by mass to 2.50% by mass.

(In Bezug auf Molybdängehalt)(Regarding molybdenum content)

Der Molybdän-(Mo)-gehalt des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung liegt in dem Bereich von 0,30 Masse-% bis 1,20 Masse-%.The molybdenum (Mo) content of the turbine rotor material according to the present disclosure is in the range of 0.30% to 1.20% by mass.

Mo ist nützlich, um die Härtbarkeit von niederlegiertem Stahl zu gewährleisten. Ferner verbindet sich Mo mit C, um Carbid zu erzeugen. Das erzeugte Mo-Carbid verbessert die Festigkeit von niederlegiertem Stahl. Bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beträgt der Mo-Gehalt 0,50 Masse-% oder mehr, und diese Effekte werden effektiv erhalten.Mo is useful to ensure hardenability of low alloy steel. Further, Mo combines with C to generate carbide. The Mo carbide produced improves the strength of low-alloy steel. In the turbine rotor material according to the present disclosure, the Mo content is 0.50% by mass or more, and these effects are effectively obtained.

Andererseits neigt Mo dazu, die Zähigkeit von niederlegiertem Stahl zu reduzieren, wenn der Mo-Gehalt des niederlegierten Stahls erhöht wird. Da Mo ein teures Element ist, werden ferner Materialkosten wahrscheinlich erhöht, wenn der Mo-Gehalt des Turbinenrotormaterials erhöht wird.On the other hand, Mo tends to reduce the toughness of low alloy steel as the Mo content of the low alloy steel is increased. Furthermore, since Mo is an expensive element, material cost is likely to be increased as the Mo content of the turbine rotor material is increased.

Darüber hinaus neigt Mo dazu, die Bildung von Vanadium(V)-Carbid während Tempern zu hemmen, wenn der Mo-Gehalt von niederlegiertem Stahl erhöht wird. Wie später beschrieben, weist V-Carbid einen Effekt des Verbesserns von Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit auf.In addition, when the Mo content of low alloy steel is increased, Mo tends to inhibit the formation of vanadium(V) carbide during tempering. As described later, V carbide has an effect of improving stress corrosion cracking resistance.

Bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beträgt der Mo-Gehalt 1,20 Masse-% oder weniger, und die erforderliche Zähigkeit kann gewährleistet werden. Da der Mo-Gehalt bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung 1,20 Masse-% oder weniger beträgt, ist es ferner schwierig, die Bildung von V-Carbid zu hemmen.In the turbine rotor material according to the present disclosure, the Mo content is 1.20% by mass or less, and the required toughness can be secured. Further, since the Mo content in the turbine rotor material according to the present disclosure is 1.20% by mass or less, it is difficult to inhibit the formation of V carbide.

Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Mo-Gehalt 1,00 Masse-% oder weniger beträgt.In particular, it is preferable that the Mo content is 1.00% by mass or less.

Die Obergrenze und die Untergrenze des Mo-Gehalts des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung können beliebig kombiniert werden. Es ist bevorzugt, dass der Mo-Gehalt in dem Bereich von 0,50 Masse-% bis 1,00 Masse-% liegt.The upper limit and the lower limit of the Mo content of the turbine rotor material according to the present disclosure can be arbitrarily combined. It is preferable that the Mo content is in the range of 0.50% by mass to 1.00% by mass.

(In Bezug auf Vanadiumgehalt)(Regarding vanadium content)

Der Vanadium-(V)-gehalt des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung übersteigt 0,35 Masse-% und beträgt nicht mehr als 0,43 Masse-%.The vanadium (V) content of the turbine rotor material according to the present disclosure exceeds 0.35% by mass and is not more than 0.43% by mass.

V ist nützlich, um die Härtbarkeit von niederlegiertem Stahl zu gewährleisten. Ferner verbindet sich V mit C, um Carbid zu erzeugen. Das erzeugte V-Carbid verbessert die Festigkeit von niederlegiertem Stahl.V is useful to ensure hardenability of low alloy steel. Further, V combines with C to produce carbide. The V-carbide produced improves the strength of low-alloy steel.

Darüber hinaus wird V als V-Carbid ausgefällt, das während Tempern bei Abschreckbehandlung an die Matrix angepasst wird (angepasstes V-Carbid). Das erzeugte V-Carbid nimmt Wasserstoff auf, der durch die Korrosion eines Materials erzeugt wird, und verbessert Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit.In addition, V is precipitated as V carbide, which is adapted to the matrix during tempering in quenching treatment (adapted V carbide). The generated V carbide absorbs hydrogen generated by corrosion of a material and improves resistance to stress corrosion cracking.

Darüber hinaus unterdrückt V-Carbid, das während Abschrecken nicht in der Matrix fest aufgelöst wurde, das Kornwachstum (Vergröberung) der Matrix des Turbinenrotormaterials und verbessert Zähigkeit und Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit.In addition, V carbide, which has not been solidly dissolved in the matrix during quenching, suppresses grain growth (coarsing) of the matrix of the turbine rotor material and improves toughness and stress corrosion cracking resistance.

In allgemein bekanntem V-haltigem Stahl liegt der V-Gehalt in dem Bereich von 0,15 Masse-% bis 0,3 Masse-%. Im Gegensatz dazu übersteigt der V-Gehalt bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung 0,35 Masse-%, um die Menge an V-Carbid ausreichend zu gewährleisten, so dass die zwei oben erwähnten Rollen erfüllt werden können.In well-known V-containing steel, the V content is in the range of 0.15% by mass to 0.3% by mass. In contrast, in the turbine rotor material according to the present disclosure, the V content exceeds 0.35% by mass in order to ensure the amount of V carbide sufficiently so that the two roles mentioned above can be fulfilled.

Andererseits neigt V dazu, Zähigkeit zu reduzieren, wenn der V-Gehalt von niederlegiertem Stahl erhöht wird. Bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beträgt der V-Gehalt 0,43 Masse-% oder weniger, und die erforderliche Zähigkeit kann gewährleistet werden.On the other hand, V tends to reduce toughness as the V content of low alloy steel is increased. In the turbine rotor material according to the present disclosure, the V content is 0.43% by mass or less, and required toughness can be secured.

Im Allgemeinen nimmt man an, dass die Spannungsrisskorrosion von niederlegiertem Stahl durch den folgenden Mechanismus auftritt.In general, it is believed that the stress corrosion cracking of low alloy steel occurs by the following mechanism.

Zunächst wird in einem Fall, in dem niederlegierter Stahl einer korrosiven Umgebung ausgesetzt ist, Wasserstoff durch eine Reaktion (Korrosionsreaktion) zwischen dem niederlegierten Stahl und einer korrosiven Substanz erzeugt. Der erzeugte Wasserstoff wird in die Matrix des niederlegierten Stahls aufgenommen. Der in die Matrix aufgenommene Wasserstoff wird in einem Abschnitt akkumuliert, auf den Spannung in dem niederlegierten Stahl konzentriert werden soll, während er in der Matrix diffundiert. Es gibt verschiedene Theorien über das Verhalten von Wasserstoff im Zusammenhang mit Spannungsrisskorrosion, aber man nimmt an, dass die Erzeugung und das Wachstum von Rissen beschleunigt werden, da beispielsweise akkumulierter Wasserstoff Kohäsionskräfte zwischen den Atomen von Matrixmetall reduziert.First, in a case where low alloy steel is exposed to a corrosive environment, hydrogen is generated by a reaction (corrosion reaction) between the low alloy steel and a corrosive substance. The generated hydrogen is absorbed into the matrix of the low-alloy steel. The hydrogen taken into the matrix is accumulated in a portion to which stress is to be concentrated in the low alloy steel while diffusing in the matrix. There are various theories on the behavior of hydrogen in the context of stress corrosion cracking, but it is believed that crack generation and growth is accelerated because, for example, accumulated hydrogen reduces cohesive forces between atoms of matrix metal.

Andererseits, da das Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung V mit dem oben erwähnten Gehalt beinhaltet, enthält das Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung eine große Menge an angepasstem V-Carbid in der Materialstruktur. Man nimmt an, dass dieses angepasste V-Carbid Wasserstoff, der in die Struktur des Turbinenrotormaterials eindringt, aufnimmt, um zu hemmen, dass Wasserstoff in den Spitzenabschnitten von Rissen akkumuliert wird. Dementsprechend nimmt man an, dass die Erzeugung und das Wachstum von Rissen verzögert werden, das heißt, die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit wird selbst in einem Fall verbessert, in dem das Turbinenrotormaterial einer korrosiven Umgebung, wie zum Beispiel geothermischem Dampf, in einem Zustand ausgesetzt ist, in dem Spannung auf das Turbinenrotormaterial einwirkt.On the other hand, since the turbine rotor material according to the present disclosure includes V in the above-mentioned content, the turbine rotor material according to the present disclosure includes a large amount of adjusted V carbide in the material structure. It is believed that this matched V-carbide absorbs hydrogen entering the structure of the turbine rotor material to inhibit that hydrogen is accumulated in the tip portions of cracks. Accordingly, it is believed that generation and growth of cracks are retarded, that is, stress corrosion cracking resistance is improved even in a case where the turbine rotor material is exposed to a corrosive environment such as geothermal steam in a state where Stress acts on the turbine rotor material.

(In Bezug auf Wolframgehalt)(Regarding tungsten content)

Der Wolfram-(W)-gehalt des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung liegt in dem Bereich von 0,40 Masse-% bis 1,10 Masse-%.The tungsten (W) content of the turbine rotor material according to the present disclosure is in the range of 0.40% to 1.10% by mass.

W ist nützlich, um die Kriechfestigkeit von niederlegiertem Stahl zu erhöhen. Ferner neigt W dazu, die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit von niederlegiertem Stahl zu verbessern, wenn der W-Gehalt des niederlegierten Stahls erhöht wird. Insbesondere wird ein Effekt des Verbesserns von Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit effektiv in einem Fall erhalten, in dem der W-Gehalt 0,40 Masse-% oder mehr bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beträgt.W is useful to increase the creep strength of low alloy steel. Furthermore, W tends to improve the stress corrosion cracking resistance of low alloy steel as the W content of the low alloy steel is increased. In particular, an effect of improving resistance to stress corrosion cracking is effectively obtained in a case where the W content is 0.40% by mass or more in the turbine rotor material according to the present disclosure.

Andererseits neigt W dazu, Härtbarkeit zu reduzieren, und neigt dazu, Zähigkeit zu reduzieren, wenn der W-Gehalt von niederlegiertem Stahl erhöht wird. Bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beträgt der W-Gehalt 1,10 Masse-% oder weniger, und die erforderliche Härtbarkeit und Zähigkeit können gewährleistet werden.On the other hand, when the W content of low alloy steel is increased, W tends to reduce hardenability and tends to reduce toughness. In the turbine rotor material according to the present disclosure, the W content is 1.10% by mass or less, and required hardenability and toughness can be secured.

Insbesondere ist es bevorzugt, dass der W-Gehalt 0,80 Masse-% oder weniger beträgt.In particular, it is preferable that the W content is 0.80% by mass or less.

(In Bezug auf Niobgehalt)(Regarding niobium content)

Das Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet Niob (Nb) in dem Bereich von 0,01 Masse-% bis 0,15 Masse-%.The turbine rotor material according to the present disclosure includes niobium (Nb) in the range of 0.01% to 0.15% by mass.

Nb ist nützlich, um die Härtbarkeit von niederlegiertem Stahl zu gewährleisten. Ferner verbindet sich Nb mit C, um Carbid zu erzeugen. Das erzeugte Nb-Carbid wird bei der Abschrecktemperatur des niederlegierten Stahls nicht vollständig fest aufgelöst und weist eine Funktion des Unterdrückens der Vergröberung von Matrixkörnern wie in dem Fall von V auf. Um diese Funktionen bereitzustellen, ist es bevorzugt, dass der Nb-Gehalt des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung 0,01 Masse-% oder mehr beträgt.Nb is useful to ensure hardenability of low alloy steel. Further, Nb combines with C to generate carbide. The generated Nb carbide is not completely solidly dissolved at the quenching temperature of the low alloy steel and has a function of suppressing the coarsening of matrix grains as in the case of V. In order to provide these functions, it is preferable that the Nb content of the turbine rotor material according to the present disclosure is 0.01% by mass or more.

Andererseits neigt Nb dazu, Zähigkeit zu reduzieren, wenn der Nb-Gehalt von niederlegiertem Stahl erhöht wird. Der Nb-Gehalt bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beträgt 0,15 Masse-% oder weniger, und Zähigkeit kann selbst in einem Fall, in dem Nb hinzugefügt wird, gewährleistet werden.On the other hand, when the Nb content of low alloy steel is increased, Nb tends to reduce toughness. The Nb content in the turbine rotor material according to the present disclosure is 0.15% by mass or less, and toughness can be secured even in a case where Nb is added.

(In Bezug auf Phosphorgehalt und Schwefelgehalt)(Regarding phosphorus content and sulfur content)

Der Phosphor-(P)-gehalt des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung liegt in dem Bereich von 0 Masse-% bis 0,02 Masse-%.The phosphorus (P) content of the turbine rotor material according to the present disclosure is in the range of 0% to 0.02% by mass.

Der Schwefel-(S)-gehalt des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung liegt in dem Bereich von 0 Masse-% bis 0,01 Masse-%.The sulfur (S) content of the turbine rotor material according to the present disclosure is in the range of 0% to 0.01% by mass.

Sowohl P als auch S sind Verunreinigungen, die aus einem zur Stahlherstellung verwendeten Rohstoff eingebracht werden, und sind schädliche Verunreinigungen, die in einem Stahlmaterial Phosphid und Sulfid bilden, so dass die Zähigkeit des Stahlmaterials erheblich reduziert wird. Aus diesem Grund sind bessere Eigenschaften zu erwarten, wenn der P-Gehalt und der S-Gehalt niedriger sind.Both P and S are impurities introduced from a raw material used for steel making, and are harmful impurities that form phosphide and sulfide in a steel material, so that the toughness of the steel material is reduced significantly. For this reason, better properties can be expected when the P content and the S content are lower.

Aus diesem Grund beträgt die Obergrenze des P-Gehalts 0,02 Masse-%, und der P-Gehalt beträgt bevorzugt 0,01 Masse-% oder weniger und weiter bevorzugt nicht nachweisbar (0 Masse-%).For this reason, the upper limit of the P content is 0.02% by mass, and the P content is preferably 0.01% by mass or less, and more preferably undetectable (0% by mass).

Ähnlich beträgt die Obergrenze des S-Gehalts 0,01 Masse-%, und der S-Gehalt beträgt bevorzugt 0,005 Masse-% oder weniger und weiter bevorzugt nicht nachweisbar (0 Masse-%).Similarly, the upper limit of the S content is 0.01% by mass, and the S content is preferably 0.005% by mass or less, and more preferably undetectable (0% by mass).

(In Bezug auf unvermeidbare Verunreinigungen)(Regarding unavoidable contamination)

Bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es zulässig, dass zusätzlich zu den oben erwähnten Elementen jede der unvermeidbaren Verunreinigungen, wie Stickstoff (N), Sauerstoff (O), Kupfer (Cu), Arsen (As), Stibium (Sb) und Zinn (Sn), die im Allgemeinen in einem Eisenstahlmaterial beinhaltet sind, mit dem unvermeidbar zu beinhaltenden Gehalt vorhanden sind.In the turbine rotor material according to the present disclosure, it is allowable that, in addition to the above-mentioned elements, each of the unavoidable impurities such as nitrogen (N), oxygen (O), copper (Cu), arsenic (As), stibium (Sb), and tin (Sn), which are generally included in an iron steel material, are present in the content to be unavoidably included.

(Verhältnis von Molybdängehalt zu Vanadiumgehalt)(ratio of molybdenum content to vanadium content)

Wie oben beschrieben, wird die Bildung von Vanadium(V)-Carbid, das einen Effekt des Verbesserns von Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit aufweist, wahrscheinlich während Tempern in einem Fall gehemmt, in dem die Menge an Mo erhöht wird.As described above, the formation of vanadium(V) carbide, which has an effect of improving resistance to stress corrosion cracking, is likely to be inhibited during tempering in a case where the amount of Mo is increased.

Aus diesem Grund ist ein Verhältnis des Mo-Gehalts zu dem V-Gehalt bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung auf 2 oder weniger eingestellt, so dass die Menge an angepasstem V-Carbid bei dem Turbinenrotormaterial gewährleistet ist und Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit wahrscheinlich gewährleistet ist. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass ein Verhältnis des Mo-Gehalts zu dem V-Gehalt auf 2 oder weniger eingestellt ist.For this reason, according to the present disclosure, a ratio of the Mo content to the V content in the turbine rotor material is set to 2 or less, so that the amount of adjusted V carbide in the turbine rotor material is secured and stress corrosion cracking resistance is likely to be secured. Accordingly, it is preferable that a ratio of the Mo content to the V content is set to 2 or less.

(Bevorzugter Aspekt)(Preferred Aspect)

Es ist bevorzugt, dass das Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Kohlenstoffgehalt von 0,20 Masse-% bis 0,25 Masse-%, einen Siliciumgehalt von 0 Masse-% bis 0,25 Masse-%, einen Mangangehalt von 0,50 Masse-% bis 1,00 Masse-%, einen Nickelgehalt von 0,50 Masse-% bis 0,90 Masse-%, einen Chromgehalt von 2,00 Masse-% bis 2,50 Masse-%, einen Molybdängehalt von 0,50 Masse-% bis 1,00 Masse-%, einen Vanadiumgehalt von mehr als 0,35 Masse-% und nicht mehr als 0,40 Masse-% und einen Wolframgehalt von 0,40 Masse-% bis 0,80 Masse-% aufweist, wobei ein Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.It is preferable that the turbine rotor material according to the present disclosure has a carbon content of 0.20% to 0.25% by mass, a silicon content of 0% to 0.25% by mass, a manganese content of 0.50% by mass -% to 1.00% by mass, a nickel content of 0.50% to 0.90% by mass, a chromium content of 2.00% to 2.50% by mass, a molybdenum content of 0.50 % by mass to 1.00% by mass, a vanadium content of more than 0.35% by mass and not more than 0.40% by mass and a tungsten content of 0.40% by mass to 0.80% by mass , with a balance consisting of iron and unavoidable impurities.

(Härtbarkeit)(hardenability)

Wie oben beschrieben, weist das Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung hohe Härtbarkeit auf.As described above, the turbine rotor material according to the present disclosure has high hardenability.

Die Abkühlungsrate des Mittelabschnitts des Turbinenrotormaterials zum Zeitpunkt des Abschreckens wird aus einer Simulation erhalten, und die Härtbarkeit des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung wird unter Verwendung eines Verhältnisses von proeutektoidem Ferrit aus einem Teststück bewertet, das der gleichen Abkühlung wie das erhaltene Ergebnis unterzogen wurde.The cooling rate of the center portion of the turbine rotor material at the time of quenching is obtained from a simulation, and the hardenability of the turbine rotor material according to the present disclosure is evaluated using a ratio of proeutectoid ferrite from a test piece subjected to the same cooling as the result obtained.

In einem Fall, in dem eine Metallstruktur vergrößert und mit einem Mikroskop beobachtet wird, erscheint eine Ferritstruktur weißer als eine umgebende Struktur. Aus diesem Grund ist es möglich, das Vorhandensein der Ferritstruktur via mikroskopische Beobachtung zu erfassen.In a case where a metal structure is enlarged and observed with a microscope, a ferrite structure appears whiter than a surrounding structure. For this reason, it is possible to grasp the presence of the ferrite structure via microscopic observation.

Das Verhältnis von proeutektoidem Ferrit ist ein Verhältnis (Prozentsatz) der Fläche der Struktur, die in einer vergrößerten Fotografie der Metallstruktur, die mit einem Lichtmikroskop bei 100-facher Vergrößerung aufgenommen wurde, weiß erscheint, zu der Fläche des gesamten Abbildungsbereichs einer Fotografie.The ratio of proeutectoid ferrite is a ratio (percentage) of the area of the structure that appears white in an enlarged photograph of the metal structure taken with an optical microscope at 100× magnification to the area of the entire imaging range of a photograph.

Simulationsbedingungen sind bei der Simulation eingestellt, wobei ein Turbinenrotormaterial angenommen wird, das einem Durchmesser von ϕ 1900 mm entspricht, um die Abkühlungsrate des Mittelabschnitts des Turbinenrotormaterials zu erhalten. Ferner kann die Simulation unter Verwendung allgemeiner Software für thermische Analyse durchgeführt werden, und die spezifische Wärme, die Wärmeleitfähigkeit und die Umwandlungstemperatur jedes Metalls, das das Turbinenrotormaterial bildet, werden als physikalische Konstanten verwendet.Simulation conditions are set in the simulation assuming a turbine rotor material corresponding to a diameter of φ 1900 mm to obtain the cooling rate of the center portion of the turbine rotor material. Further, the simulation can be performed using general thermal analysis software, and the specific heat, thermal conductivity and transformation temperature of each metal constituting the turbine rotor material are used as physical constants.

(Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit)(stress corrosion cracking resistance)

Ferner weist das Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung hohe Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit auf.Further, the turbine rotor material according to the present disclosure has high resistance to stress corrosion cracking.

Die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung wird durch einen Test (SCC-Test) bestätigt, der in „Proceedings 23rd NZ Geothermal Workshop 2001 p137-142“ offenbart ist. 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Teststück zeigt, das für den SCC-Test verwendet wird. 2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Testverfahren für den SCC-Test zeigt, 3 ist ein schematisches Diagramm, das einen Riss zeigt, der während des SCC-Tests in dem Teststück erzeugt wurde.The stress corrosion cracking resistance of the turbine rotor material according to the present disclosure is confirmed by a test (SCC test) disclosed in "Proceedings 23rd NZ Geothermal Workshop 2001 p137-142". 1 Fig. 12 is a schematic diagram showing a test piece used for the SCC test. 2 is a schematic diagram showing a test method for the SCC test, 3 13 is a schematic diagram showing a crack generated in the test piece during the SCC test.

Zunächst werden mehrere der in 1 gezeigten Teststücke unter Verwendung des Turbinenrotormaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung produziert. Das Teststück weist Abmessungen von 108 mm x 8 mm x 5 mm (eine Bearbeitungsgenauigkeit von ±0,02 mm) auf und enthält eine V-Kerbe, die in der Mitte in einer Längsrichtung auf einer Oberfläche, die Abmessungen von 108 mm x 5 mm aufweist, gebildet ist und deren Tiefe 1,25 mm beträgt, der Winkel beträgt 45° und das R der Spitze beträgt 0,2.First, several of the 1 test pieces shown are produced using the turbine rotor material according to the present disclosure. The test piece has dimensions of 108mm x 8mm x 5mm (a machining accuracy of ±0.02mm) and includes a V-notch cut at the center in a longitudinal direction on a surface measuring 108mm x 5mm and the depth of which is 1.25 mm, the angle is 45° and the R of the tip is 0.2.

Danach werden die mehreren produzierten Teststücke in einen Testtank eingesetzt, in dem geothermischer Dampf zum Strömen gebracht wird, und sind dem geothermischen Dampf ausgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird jedes Teststück A an drei Punkten unter Verwendung einer Vorrichtung X, wie in 2 gezeigt, gestützt. Ferner wird nahe der V-Kerbe jedes Teststücks ein Auslenkungsbetrag angewendet, der einer Dehngrenze von 0,2 % entspricht, was für ein Turbinenrotormaterial geeignet ist.Thereafter, the plural test pieces produced are set in a test tank in which geothermal steam is flown, and are exposed to the geothermal steam. At this time, each test piece A is cut at three points using an apparatus X as shown in FIG 2 shown, supported. Also, near the V-notch of each test piece, an amount of deflection corresponding to a yield strength of 0.2%, which is suitable for a turbine rotor material, is applied.

Dann werden die Teststücke periodisch aus dem Testtank entnommen. Wie in 3 gezeigt, wird je nach dem Grad an Spannungsrisskorrosion ein Riss in dem Teststück von der Spitze der V-Kerbe in Richtung der Innenseite des Teststücks erzeugt.Then, the test pieces are periodically taken out from the test tank. As in 3 1, depending on the degree of stress corrosion cracking, a crack is generated in the test piece from the tip of the V notch toward the inside of the test piece.

Danach wird das entnommene Teststück geschnitten und eine Länge (L) des Risses gemessen. Eine Rissausbreitungsgeschwindigkeit wird aus einer Entsprechung zwischen der Länge des Risses und einer Testzeit erhalten. Die erhaltene Rissausbreitungsgeschwindigkeit wird als ein Index von Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit verwendet. Es wird bewertet, dass ein Turbinenrotormaterial, dessen Rissausbreitungsgeschwindigkeit niedriger ist, höhere Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit aufweist.Thereafter, the sample taken out is cut, and a length (L) of the crack is measured. A crack propagation speed is obtained from a correspondence between the length of the crack and a test time. The obtained crack propagation rate is used as an index of stress corrosion cracking resistance. It is evaluated that a turbine rotor material whose crack propagation speed is lower has higher resistance to stress corrosion cracking.

(Zähigkeit)(Toughness)

Ferner ist es bevorzugt, dass das Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung hohe Zähigkeit aufweist, um die Festigkeit eines herzustellenden Turbinenrotors zu gewährleisten.Further, it is preferable that the turbine rotor material according to the present disclosure has high toughness in order to ensure the strength of a turbine rotor to be manufactured.

Ein Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy bei Raumtemperatur wird gemäß JIS Z 2242 durchgeführt, um Zähigkeit zu bewerten.A Charpy impact test at room temperature is conducted in accordance with JIS Z 2242 to evaluate toughness.

(Verfahren zum Herstellen von Turbinenrotormaterial)(Method of Manufacturing Turbine Rotor Material)

Das Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung kann mit denselben Herstellungsprozessen wie ein Verfahren zum Herstellen eines allgemeinen Turbinenrotormaterials hergestellt werden.The turbine rotor material according to the present disclosure can be manufactured with the same manufacturing processes as a method for manufacturing a general turbine rotor material.

Zunächst werden die Basismetalle der jeweiligen oben beschriebenen Elemente in einem Schmelzofen gemischt, während sie geschmolzen werden. Infolgedessen wird geschmolzenes Metall, das die oben erwähnte chemische Zusammensetzung aufweist, erhalten.First, the base metals of the respective elements described above are mixed in a melting furnace while being melted. As a result, molten metal having the chemical composition mentioned above is obtained.

Nachdem das geschmolzene Metall entgast wurde oder Einschlüsse aus dem geschmolzenen Metall nach Bedarf entfernt wurden, wird dann das geschmolzene Metall in eine Gussform gegossen und abgekühlt.Then, after the molten metal is degassed or inclusions are removed from the molten metal as needed, the molten metal is poured into a mold and cooled.

Dann wird das abgekühlte Metall in die Form eines Turbinenrotors bearbeitet und anschließend einer Abschreckbehandlung unterzogen, so dass ein Turbinenrotormaterial erhalten wird.Then, the cooled metal is machined into the shape of a turbine rotor, and then subjected to quenching treatment, so that a turbine rotor material is obtained.

Alternativ wird das Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beispielsweise wie folgt hergestellt.Alternatively, the turbine rotor material according to the present disclosure is manufactured as follows, for example.

Zunächst werden Eisen- oder Legierungskomponenten, die als ein Rohstoff dienen, geschmolzen und durch einen Lichtbogenofen oder dergleichen raffiniert, und geschmolzenes Metall, dessen Verhältnisse der jeweiligen Metalle auf die gleichen Verhältnisse wie die Gehalte in einer Legierung eingestellt sind, wird in eine Gussform gegossen und verfestigt, so dass ein Barren erhalten wird.First, iron or alloy components serving as a raw material are melted and refined by an arc furnace or the like, and molten metal whose ratios of the respective metals are adjusted to the same ratios as the contents in an alloy is poured into a mold and solidified so that an ingot is obtained.

Danach wird der erhaltene Barren warmgeschmiedet und in eine Form warmgeformt, die einem Turbinenrotor nahe kommt, und weiter einer Wärmebehandlung unterzogen, beispielsweise einer Normalisierungsbehandlung zum Homogenisieren der Struktur, einer Abschreckbehandlung zum Erhalten erforderlicher mechanischer Eigenschaften und einer Temperbehandlung. Infolgedessen wird das Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt.Thereafter, the obtained billet is hot forged and hot worked into a shape close to a turbine rotor, and further subjected to heat treatment such as normalizing treatment for homogenizing the structure, quenching treatment for obtaining required mechanical properties, and tempering treatment. As a result, the turbine rotor material is manufactured according to the present disclosure.

Jedes der Verfahren zu dem Schmelzen, dem Warmschmieden und der Wärmebehandlung, die oben erwähnt wurden, kann ein allgemein bekanntes Verfahren sein, das zur Herstellung von niederlegiertem Stahl eingesetzt wird, und ist nicht besonders eingeschränkt.Each of the melting, hot forging and heat treatment methods mentioned above may be a publicly known method used for manufacturing low alloy steel and is not particularly limited.

(Effekte)(effects)

Bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung wird der V-Gehalt im Vergleich zu dem V-Gehalt von allgemein bekanntem V-haltigem Stahl erhöht, um die Menge an angepasstem V-Carbid zu erhöhen, das in der Struktur erzeugt wird, und um Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit zu verbessern.In the turbine rotor material according to the present disclosure, the V content is increased compared to the V content of well-known V-containing steel in order to increase the amount of adjusted V carbide generated in the structure and to increase resistance to stress corrosion cracking to enhance.

Ferner wird der geeignete Bereich der Menge an angepasstem V-Carbid auch unter Berücksichtigung der Festigkeit oder Zähigkeit des Turbinenrotormaterials bestimmt.Further, the appropriate range of the amount of adjusted V-carbide is also determined considering the strength or toughness of the turbine rotor material.

Aus diesem Grund können gemäß dem Turbinenrotormaterial, das die oben erwähnte Konfiguration aufweist, sowohl die Leichtigkeit von Abschreckbehandlung als auch die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit erzielt werden.For this reason, according to the turbine rotor material having the above-mentioned configuration, both the ease of quenching treatment and the stress corrosion cracking resistance can be obtained.

<Zusätzliche Hinweise><Additional Notes>

Das Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung wird beispielsweise wie folgt verstanden.For example, the turbine rotor material according to the present disclosure is understood as follows.

[1] Ein Turbinenrotormaterial gemäß einem ersten Aspekt enthält Kohlenstoff in einem Gehalt von 0,18 Masse-% bis 0,28 Masse-%, Silicium in einem Gehalt von 0 Masse-% bis 0,25 Masse-%, Mangan in einem Gehalt von 0,10 Masse-% bis 1,20 Masse-%, Nickel in einem Gehalt von 0,50 Masse-% bis 1,20 Masse-%, Chrom in einem Gehalt von 1,80 Masse-% bis 2,80 Masse-%, Molybdän in einem Gehalt von 0,40 Masse-% bis 1,50 Masse-%, Vanadium in einem Gehalt von mehr als 0,35 Masse-% und nicht mehr als 0,45 Masse-%, Wolfram in einem Gehalt von 0,40 Masse-% bis 1,10 Masse-% und einen Rest, der aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.[1] A turbine rotor material according to a first aspect contains carbon in a content of 0.18% by mass to 0.28% by mass, silicon in a content of 0% by mass to 0.25% by mass, manganese in a content from 0.10% to 1.20% by mass, nickel in a content from 0.50% to 1.20% by mass, chromium in a content from 1.80% to 2.80% by mass -%, molybdenum in a content of 0.40% by mass to 1.50% by mass, vanadium in a content of more than 0.35% by mass and not more than 0.45% by mass, tungsten in a content from 0.40% by mass to 1.10% by mass and a balance consisting of iron and unavoidable impurities.

Gemäß diesem Aspekt wird der V-Gehalt im Vergleich zu dem V-Gehalt von allgemein bekanntem V-haltigem Stahl erhöht, um die Menge an angepasstem V-Carbid zu erhöhen, das in der Struktur erzeugt wird, und um Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit zu verbessern. Ferner wird der geeignete Bereich der Menge an angepasstem V-Carbid auch unter Berücksichtigung der Festigkeit oder Zähigkeit des Turbinenrotormaterials bestimmt.According to this aspect, the V content is increased compared to the V content of well-known V-containing steel to increase the amount of adjusted V carbide generated in the structure and to improve stress corrosion cracking resistance. Further, the appropriate range of the amount of adjusted V-carbide is also determined considering the strength or toughness of the turbine rotor material.

Aus diesem Grund können gemäß dem Turbinenrotormaterial, das die oben erwähnte Konfiguration aufweist, sowohl die Leichtigkeit von Abschreckbehandlung als auch die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit erzielt werden.For this reason, according to the turbine rotor material having the above-mentioned configuration, both the ease of quenching treatment and the stress corrosion cracking resistance can be achieved.

[2] Gemäß einem zweiten Aspekt enthält das Turbinenrotormaterial ferner Niob in einem Gehalt von 0,01 Masse-% bis 0,15 Masse-%.[2] According to a second aspect, the turbine rotor material further contains niobium in a content of 0.01% by mass to 0.15% by mass.

Da gemäß diesem Aspekt das Turbinenrotormaterial Niob mit dem oben erwähnten Gehalt beinhaltet, ist Nb-Carbid in der Matrix fest aufgelöst, und ein Effekt des Verbesserns von Härtbarkeit kann erwartet werden. Da die Vergröberung von Matrixkörnern, die durch mit Abschrecken einhergehende Erwärmen verursacht wird, unterdrückt wird, kann ferner die Zähigkeit des Turbinenrotormaterials gewährleistet werden.According to this aspect, since the turbine rotor material includes niobium in the above-mentioned content, Nb carbide is solidly dissolved in the matrix, and an effect of improving hardenability can be expected. Further, since the coarsening of matrix grains caused by heating accompanying quenching is suppressed, the toughness of the turbine rotor material can be ensured.

[3] Gemäß einem dritten Aspekt beträgt der Molybdängehalt bei dem Turbinenrotormaterial nicht mehr als das Doppelte des Vanadiumgehalts.[3] According to a third aspect, the molybdenum content in the turbine rotor material is not more than twice the vanadium content.

Gemäß diesem Aspekt ist ein Verhältnis des Mo-Gehalts zu dem V-Gehalt auf 2 oder weniger eingestellt, so dass die Menge an angepasstem V-Carbid bei dem Turbinenrotormaterial gewährleistet ist und Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit wahrscheinlich gewährleistet ist.According to this aspect, a ratio of the Mo content to the V content is set to 2 or less, so that the amount of V carbide adjusted is secured to the turbine rotor material and stress corrosion cracking resistance is likely to be secured.

Beispieleexamples

Die vorliegende Offenbarung wird nachstehend anhand von Beispielen beschrieben, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die Beispiele beschränkt.The present disclosure is described below based on examples, but the present disclosure is not limited to the examples.

In Bezug auf Turbinenrotormaterialien der jeweiligen Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden Stahlbarren, die chemische Komponenten, die in Tabellen 1 und 2 gezeigt sind, aufwiesen und 50 kg wogen, unter Verwendung eines Vakuum-Induktionserwärmungsofens produziert. Während der Produktion der Stahlbarren wurde Vakuum-Kohlenstoff-Entgasung (vacuum carbon degassing, VCD) durchgeführt.Regarding turbine rotor materials of the respective examples and comparative examples, steel ingots having chemical components shown in Tables 1 and 2 and weighing 50 kg were produced using a vacuum induction heating furnace. During the production of the steel ingots, vacuum carbon degassing (VCD) was performed.

Danach wurden die erhaltenen Stahlbarren mit einem Schmiedeverhältnis in dem Bereich von 3 bis 16 warmgeschmiedet und anschließend auf 1010 °C erwärmt und einer Normalisierungsbehandlung unterzogen.Thereafter, the obtained steel ingots having a forging ratio ranging from 3 to 16 were hot forged, and then heated to 1010°C and subjected to normalizing treatment.

Als nächstes wurden die Stahlbarren auf 930 °C erwärmt und anschließend zwei Arten von Abkühlung unterzogen, die den Oberflächenschichtabschnitt und den Mittelabschnitt des Turbinenrotormaterials mit einem Durchmesser von ϕ 1900 mm als Abschreckbehandlung imitieren. Ein Stahlbarren, der einer Abkühlung unterzogen wird, die den Oberflächenschichtabschnitt imitiert, wird als „Stahlbarren A“ bezeichnet, und ein Stahlbarren, der einer Abkühlung unterzogen wird, die den Mittelabschnitt imitiert, wird als „Stahlbarren B“ bezeichnet.Next, the steel ingots were heated to 930°C and then subjected to two kinds of cooling imitating the surface layer portion and the center portion of the turbine rotor material with a diameter of φ1900mm as the quenching treatment. A steel ingot subjected to cooling imitating the surface layer portion is referred to as "steel ingot A", and a steel ingot subjected to cooling imitating the middle portion is referred to as "steel ingot B".

Vor der Abschreckbehandlung wurde angenommen, dass ein Turbinenrotormaterial, das einem Durchmesser von ϕ 1900 mm entspricht, einem Abschrecken unterzogen wurde, und die Abkühlungsraten des Oberflächenschichtabschnitts und des Mittelabschnitts des Turbinenrotormaterials wurden aus einer Simulation erhalten. Die erhaltene Abkühlungsrate des Oberflächenschichtabschnitts wurde als eine Abkühlungsbedingung für „Stahlbarren A“ verwendet, und die Abkühlungsrate des Mittelabschnitts wurde als eine Abkühlungsbedingung für „Stahlbarren B“ verwendet. Die Simulation kann unter Verwendung allgemeiner Software für thermische Analyse durchgeführt werden, und die spezifische Wärme, die Wärmeleitfähigkeit und die Umwandlungstemperatur jedes Metalls, das das Turbinenrotormaterial bildet, werden als physikalische Konstanten verwendet.Before the quenching treatment, it was assumed that a turbine rotor material corresponding to a diameter of φ 1900 mm was subjected to quenching, and the cooling rates of the surface layer portion and the center portion of the turbine rotor material were obtained from a simulation. The obtained cooling rate of the surface layer portion was used as a cooling condition for "Steel Ingot A", and the cooling rate of the center portion was used as a cooling condition for "Steel Ingot B". The simulation can be performed using general thermal analysis software, and the specific heat, thermal conductivity and transformation temperature of each metal constituting the turbine rotor material are used as physical constants.

Danach wurden die jeweiligen Stahlbarren A und B auf eine Temperatur erwärmt, bei der Dehngrenze 730±20 MPa betrug, und einer Temperbehandlung unterzogen, so dass Turbinenrotormaterialien erhalten wurden.Thereafter, the respective steel billets A and B were heated to a temperature at which the yield strength was 730±20 MPa and subjected to an annealing treatment, so that turbine rotor materials were obtained.

Das aus dem Stahlbarren A erhaltene Turbinenrotormaterial wurde für die später zu beschreibende Bewertung von Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit verwendet.The turbine rotor material obtained from the steel ingot A was used for the evaluation of stress corrosion cracking resistance to be described later.

Das aus dem Stahlbarren B erhaltene Turbinenrotormaterial wurde für die später zu beschreibende Bewertung eines Verhältnisses von proeutektoidem Ferrit und einer Zähigkeit verwendet.The turbine rotor material obtained from the steel ingot B was used for evaluation of a ratio of proeutectoid ferrite and a toughness to be described later.

Die Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1 erfüllt die Komponenten eines DIN-Normmaterials (2.2CrMoNiWV8-8).

The composition of Comparative Example 1 meets the components of a DIN standard material (2.2CrMoNiWV8-8).

Jedes der erhaltenen Turbinenrotormaterialien wurde der folgenden Bewertung unterzogen.Each of the turbine rotor materials obtained was subjected to the following evaluation.

(Bewertung 1: Härtbarkeit)(Rating 1: hardenability)

In Bezug auf den oben erwähnten Stahlbarren B wurde ein Verhältnis von proeutektoidem Ferrit erhalten und Härtbarkeit wurde bewertet.With respect to the above-mentioned steel ingot B, a ratio of proeutectoid ferrite was obtained and hardenability was evaluated.

Das Verhältnis von proeutektoidem Ferrit war ein Verhältnis (Prozentsatz) der Fläche der Struktur, die in einer vergrößerten Fotografie der Metallstruktur, die mit einem Lichtmikroskop bei 100-facher Vergrößerung aufgenommen wurde, weiß erschien, zu der Fläche des gesamten Abbildungsbereichs einer Fotografie.The ratio of proeutectoid ferrite was a ratio (percentage) of the area of the structure that appeared white in an enlarged photograph of the metal structure taken with an optical microscope at 100× magnification to the area of the entire imaging range of a photograph.

Ein Turbinenrotormaterial, dessen Verhältnis von proeutektoidem Ferrit „0“ war, wurde als ein fehlerfreies Produkt bewertet.A turbine rotor material whose proeutectoid ferrite ratio was “0” was evaluated as a non-defective product.

Ferner wurde ein Turbinenrotormaterial, dessen Verhältnis von proeutektoidem Ferrit höher als 0 war, als ein fehlerhaftes Produkt bewertet.Further, a turbine rotor material whose ratio of proeutectoid ferrite was higher than 0 was evaluated as a defective product.

Bewertungsergebnisse sind in Tabellen 3 und 4 gezeigt.Evaluation results are shown in Tables 3 and 4.

(Bewertung 2: Zähigkeit)(Rating 2: Toughness)

Ein Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy bei Raumtemperatur (20 °C) wurde gemäß JIS Z 2242 unter Verwendung eines Teststücks eines aus dem Stahlbarren B erhaltenen Turbinenrotormaterials durchgeführt, um die Zähigkeit eines Turbinenrotormaterials zu bewerten. Der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy wurde dreimal unter Verwendung eines Teststücks durchgeführt, das mit einer V-Kerbe von 2 mm Tiefe versehen war, und ein Mittelwert der an drei Punkten gemessenen Werte wurde als das Bewertungsergebnis von Zähigkeit verwendet.A Charpy impact test at room temperature (20°C) was carried out according to JIS Z 2242 using a test piece of a turbine rotor material obtained from the steel ingot B to evaluate the toughness of a turbine rotor material. The Charpy impact test was carried out three times using a test piece provided with a V-notch of 2 mm deep, and an average of the values measured at three points was used as the evaluation result of toughness.

Ein Turbinenrotormaterial, dessen erhaltene Schlagabsorptionsenergie 50 J oder mehr betrug, wurde als ein fehlerfreies Produkt bewertet.A turbine rotor material whose received impact absorption energy was 50 J or more was evaluated as a non-defective product.

Ferner wurde ein Turbinenrotormaterial, dessen Schlagabsorptionsenergie weniger als 50 J betrug, als ein fehlerhaftes Produkt bewertet.Furthermore, a turbine rotor material whose impact absorption energy was less than 50 J was evaluated as a defective product.

(Bewertung 3: Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit)(Rating 3: Stress corrosion cracking resistance)

In Bezug auf Turbinenrotormaterialien, die in Bewertung 1 und Bewertung 2 als ein fehlerfreies Produkt bestimmt wurden, wurde die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit unter Verwendung eines Teststücks des aus dem Stahlbarren A erhaltenen Turbinenrotormaterials bewertet.With respect to turbine rotor materials which were determined to be a non-defective product in Evaluation 1 and Evaluation 2, the stress corrosion cracking resistance was evaluated using a test piece of the turbine rotor material obtained from Steel Ingot A.

Die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit des Turbinenrotormaterials wurde durch einen Test (SCC-Test) bestätigt, der in „Proceedings 23rd NZ Geothermal Workshop 2001 p137-142“ offenbart ist.The stress corrosion cracking resistance of the turbine rotor material was confirmed by a test (SCC test) disclosed in "Proceedings 23rd NZ Geothermal Workshop 2001 p137-142".

Zunächst wurden mehrere der in 1 gezeigten Teststücke unter Verwendung des Turbinenrotormaterials produziert. Das Teststück weist Abmessungen von 108 mm × 8 mm × 5 mm (eine Bearbeitungsgenauigkeit von ±0,02 mm) auf und enthält eine V-Kerbe, die in der Mitte in einer Längsrichtung auf einer Oberfläche, die Abmessungen von 108 mm × 5 mm aufweist, gebildet ist und deren Tiefe 1,25 mm beträgt, der Winkel beträgt 45° und das R der Spitze beträgt 0,2.First, several of the 1 Test pieces shown were produced using the turbine rotor material. The test piece has dimensions of 108 mm × 8 mm × 5 mm (a machining accuracy of ±0.02 mm) and includes a V-notch cut at the center in a longitudinal direction on a surface measuring 108 mm × 5 mm and the depth of which is 1.25 mm, the angle is 45° and the R of the tip is 0.2.

Danach wurden die mehreren produzierten Teststücke in einen Testtank eingesetzt, in dem geothermischer Dampf zum Strömen gebracht wurde, und waren dem geothermischen Dampf ausgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wurde jedes Teststück A an drei Punkten unter Verwendung einer Vorrichtung X, wie in 2 gezeigt, gestützt. Ferner wurde nahe der V-Kerbe jedes Teststücks ein Auslenkungsbetrag angewendet, der einer Dehngrenze von 0,2 % entspricht, was für ein Turbinenrotormaterial geeignet ist.Thereafter, the plural test pieces produced were set in a test tank in which geothermal steam was flown, and were exposed to the geothermal steam. At this time, each test piece A was cut at three points using an apparatus X as in FIG 2 shown, supported. Also, near the V-notch of each test piece, an amount of deflection corresponding to a yield strength of 0.2%, which is suitable for a turbine rotor material, was applied.

Dann wurden die Teststücke periodisch aus dem Testtank entnommen, das entnommene Teststück wurde geschnitten und die Länge (L) des Risses wurde gemessen. Eine Rissausbreitungsgeschwindigkeit wird aus einer Entsprechung zwischen der Länge des Risses und einer Testzeit erhalten und wird als ein Index von Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit verwendet. Es wurde bewertet, dass ein Turbinenrotormaterial, dessen Rissausbreitungsgeschwindigkeit geringer war, höhere Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit aufweist.Then, the test pieces were taken out from the test tank periodically, the taken out test piece was cut, and the length (L) of the crack was measured. A crack propagation speed is obtained from a correspondence between the length of the crack and a test time, and is used as an index of stress corrosion cracking resistance. It was evaluated that a turbine rotor material whose crack propagation speed was slower exhibited higher resistance to stress corrosion cracking.

Bei diesem Beispiel wurde die Rissausbreitungsgeschwindigkeit jedes Teststücks unter Verwendung eines Verhältnisses (nachstehend als ein relatives Verhältnis bezeichnet) der Rissausbreitungsgeschwindigkeit jedes Teststücks zu der Rissausbreitungsgeschwindigkeit eines DIN-Normmaterials von Vergleichsbeispiel 1 bewertet.In this example, the crack propagation rate of each test piece was evaluated using a ratio (hereinafter referred to as a relative ratio) of the crack propagation rate of each test piece to the crack propagation rate of a DIN standard material of Comparative Example 1.

Das Bewertungsergebnis von Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit eines Materials, dessen relatives Verhältnis in dem Bereich von 0,75 bis 1,25 lag, wurde unter Berücksichtigung von Datenvariationen als äquivalent zu demjenigen von Vergleichsbeispiel 1 bewertet.The evaluation result of stress corrosion cracking resistance of a material whose relative ratio was in the range of 0.75 to 1.25 was evaluated to be equivalent to that of Comparative Example 1 considering data variation.

Da die Rissausbreitungsgeschwindigkeit eines Materials, dessen relatives Verhältnis niedriger als 0,75 war, niedriger als die von Vergleichsbeispiel 1 war, wurde ferner das Material, dessen relatives Verhältnis niedriger als 0,75 war, als ein fehlerfreies Produkt bewertet.Further, since the crack propagation speed of a material whose relative ratio was lower than 0.75 was lower than that of Comparative Example 1, the material whose relative ratio was lower than 0.75 was evaluated as a non-defective product.

Da die Rissausbreitungsgeschwindigkeit eines Materials, dessen relatives Verhältnis höher als 1,25 war, höher als die von Vergleichsbeispiel 1 war, wurde darüber hinaus das Material, dessen relatives Verhältnis höher als 1,25 war, als ein fehlerhaftes Produkt bewertet.In addition, since the crack propagation speed of a material whose relative ratio was higher than 1.25 was higher than that of Comparative Example 1, the material whose relative ratio was higher than 1.25 was evaluated as a defective product.

In Tabellen 3 und 4 sind die Bewertungsergebnisse wie folgt gezeigt.

A: das relative Verhältnis der Rissausbreitungsgeschwindigkeit ist niedriger als 0,50
B: das relative Verhältnis der Rissausbreitungsgeschwindigkeit ist 0,50 oder mehr und niedriger als 0,75
C: das relative Verhältnis der Rissausbreitungsgeschwindigkeit ist 0,75 oder mehr und 1,25 oder weniger
D: das relative Verhältnis der Rissausbreitungsgeschwindigkeit übersteigt 1,25

In Tables 3 and 4, the evaluation results are shown as follows.

A: the relative ratio of the crack propagation speed is lower than 0.50
B: the relative ratio of the crack propagation speed is 0.50 or more and lower than 0.75
C: the relative ratio of the crack propagation speed is 0.75 or more and 1.25 or less
D: the relative ratio of the crack propagation speed exceeds 1.25

Ferner wurde in den Spalten „Umfassende Bewertung“, die in Tabellen 3 und 4 gezeigt sind, ein Material, das in Bewertungen 1 bis 3 als ein fehlerfreies Produkt bewertet wurde, mit „B“ geschrieben, und ein Material, das in irgendeiner der Bewertungen 1 bis 3 als ein fehlerhaftes Produkt bewertet wurde, wurde mit „D“ geschrieben.Further, in the columns of "Overall Evaluation" shown in Tables 3 and 4, a material rated as a non-defective product in evaluations 1 to 3 was written as "B", and a material that was rated as a non-defective product in any of the evaluations 1 to 3 rated as a defective product was written as "D".

[Tabelle 3] Verhältnis von proeutektoidem Ferrit (%) Zähigkeit (J, bei Raumtemperatur) Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit Umfassende Bewertung Beispiel 1 0 98 B B Beispiel 2 0 104 A B Beispiel 3 0 114 A B Beispiel 4 0 94 A B Beispiel 5 0 147 A B Beispiel 6 0 116 B B Beispiel 7 0 131 A B Beispiel 8 0 110 A B Beispiel 9 0 107 B B Beispiel 10 0 93 B B Beispiel 11 0 75 B B [Table 3] Ratio of proeutectoid ferrite (%) Toughness (J, at room temperature) Stress corrosion cracking resistance Comprehensive assessment example 1 0 98 B B example 2 0 104 A B Example 3 0 114 A B example 4 0 94 A B Example 5 0 147 A B Example 6 0 116 B B Example 7 0 131 A B example 8 0 110 A B example 9 0 107 B B Example 10 0 93 B B Example 11 0 75 B B

[Tabelle 4] Verhältnis von proeutektoidem Ferrit (%) Zähigkeit (J, bei Raumtemperatur) Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit Umfassende Bewertung Vergleichsbeispiel 1 0 92 C D Vergleichsbeispiel 2 50 27 - D Vergleichsbeispiel 3 0 120 D D Vergleichsbeispiel 4 0 132 D D Vergleichsbeispiel 5 0 117 C D Vergleichsbeispiel 6 30 44 - D Vergleichsbeispiel 7 0 83 D D Vergleichsbeispiel 8 25 92 - D Vergleichsbeispiel 9 0 84 D D Vergleichsbeispiel 10 10 88 - D Vergleichsbeispiel 11 0 46 - D Vergleichsbeispiel 12 5 61 - D Vergleichsbeispiel 13 0 168 C D Vergleichsbeispiel 14 0 136 C D Vergleichsbeispiel 15 0 45 - D Vergleichsbeisdiel 16 0 101 C D Vergleichsbeispiel 17 5 75 - D Vergleichsbeispiel 18 25 20 - D [Table 4] Ratio of proeutectoid ferrite (%) Toughness (J, at room temperature) Stress corrosion cracking resistance Comprehensive assessment Comparative example 1 0 92 C D Comparative example 2 50 27 - D Comparative example 3 0 120 D D Comparative example 4 0 132 D D Comparative example 5 0 117 C D Comparative example 6 30 44 - D Comparative example 7 0 83 D D Comparative example 8 25 92 - D Comparative example 9 0 84 D D Comparative example 10 10 88 - D Comparative Example 11 0 46 - D Comparative Example 12 5 61 - D Comparative Example 13 0 168 C D Comparative Example 14 0 136 C D Comparative Example 15 0 45 - D Comparative example 16 0 101 C D Comparative Example 17 5 75 - D Comparative Example 18 25 20 - D

Als ein Ergebnis von Bewertung wurde festgestellt, dass Beispiele 1 bis 10, die bei dem Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung enthalten sind, Materialien waren, von denen sowohl Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit als auch Härtbarkeit erzielt wurden.As a result of evaluation, it was found that Examples 1 to 10 included in the turbine rotor material according to the present disclosure were materials of which both stress corrosion cracking resistance and hardenability were achieved.

Ferner wurde festgestellt, dass die Turbinenrotormaterialien von Beispielen 2 bis 5, 7 und 8 einen Mo-Gehalt von höchstens dem Doppelten des V-Gehalts aufwiesen und ausgezeichnete Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit aufwiesen.Furthermore, it was found that the turbine rotor materials of Examples 2 to 5, 7 and 8 had a Mo content of at most twice the V content and were excellent in stress corrosion cracking resistance.

Die oben erwähnten Ergebnisse bestätigten, dass das Turbinenrotormaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung nützlich war.The above results confirmed that the turbine rotor material according to the present disclosure was useful.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

JP 2019234468 [0002]

Claims

Turbine rotor material, which includes: carbon in a content of 0.18% to 0.28% by mass; silicon at a level of from 0% to 0.25% by weight; manganese in a content of 0.10% to 1.20% by weight; nickel in a content of 0.50% to 1.20% by weight; chromium in a content of 1.80% to 2.80% by mass; molybdenum in a content of 0.40% to 1.50% by mass; vanadium in a content of more than 0.35% by weight and not more than 0.45% by weight; tungsten in a content of 0.40% to 1.10% by mass; and a remainder consisting of iron and unavoidable impurities.

turbine rotor material claim 1 , further comprising: niobium in a content of 0.01% by mass to 0.15% by mass.

turbine rotor material claim 1 or 2 , where the molybdenum content is not more than twice the vanadium content.