DE69726524T2

DE69726524T2 - Beschaufelung für eine Dampfturbine eines Gas-Dampf-Kombikraftwerks

Info

Publication number: DE69726524T2
Application number: DE69726524T
Authority: DE
Inventors: Masao Hitachiota-shi Siga; Takeshi Hitachi-shi Onoda; Shigeyoshi Hitachinaka-shi Nakamura; Ryo Hitachiota-shi Hiraga
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2017-09-23
Also published as: US6074169A; JP3898785B2; JPH10103006A; DE69726524D1; US6182439B1; EP0831203B1; EP0831203A2; EP0831203A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, bei der die langen Schaufeln gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 verwendet werden.
Gegenwärtig wird 12Cr-Mo-Ni-V-N-Stahl für Dampfturbinenschaufeln verwendet. In den letzten Jahren ist das Bedürfnis aufgekommen, den Wärmewirkungsgrad eines Fossilbrennstoffkraftwerks im Hinblick auf eine Energieeinsparung zu erhöhen und deshalb die hierfür verwendeten Vorrichtungen kompakt zu gestalten, um Platz zu sparen.
Eine Verlängerung der Turbinenschaufeln ist ein effektives Mittel, den Wärmewirkungsgrad zu verbessern und die Vorrichtungen kompakt zu gestalten. Deshalb besteht die Tendenz, die Länge der Schaufeln der letzten Stufe Jahr für Jahr zu erhöhen. Dadurch werden die Bedingungen, unter denen die Dampfturbinenschaufeln verwendet werden, ebenfalls härter; ein herkömmlicher 12Cr-Mo-Ni-V-N-Stahl kann keine Turbinenschaufeln von ausreichender Stärke liefern. Deshalb ein stärkeres Material notwendig. Als Stärke des Materials für lange Schaufeln ist Zugfestigkeit nötig, die die Basis einer mechanischen Eigenschaft ist.
Außerdem ist Zähigkeit auch für eine Sicherheit gegenüber Bruch erforderlich.
Als Strukturmaterial mit größerer Zugfestigkeit als der herkömmliche 12Cr-Mo-Ni-V-N-Stahl (Martensitstahl) sind eine Ni-basierte Legierung und eine Co-basierte Legierung bekannt, diese reichen jedoch bezüglich ihrer Bearbeitbarkeit in heißem Zustand, ihrer maschinellen Schneidfähigkeit und ihrer vibrationsdämpfenden Eigenschaft nicht aus und sind deshalb nicht wünschenswert.
Ein Material für Gasturbinenscheiben ist in der JP-A-63-171856 offenbart, dieses besitzt jedoch keine hohe Zugfestigkeit.
Weiterhin wird eine so genannte integrale Turbine in der Praxis verwendet, bei der eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite zu einer Einheit integriert sind, um bei Turbinen von niedriger Leistung von weniger als 100.000 kW und mittlerer Leistung von 100.000 bis 300.000 kW Platz zu sparen. Die Länge der Schaufeln der letzten Stufe dieser integralen Turbine beträgt höchstens 33,5 Inch, weil die Stärke des Materials für Rotor und Schaufel begrenzt ist. Die Schaufellänge sollte jedoch weiter erhöht werden, um die Turbinenausgangsleistung zu erhöhen.
Die JP-A-3-130502 offenbart Schaufeln für Dampfturbinen, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigen, bei denen 12%-Cr-Stähle benutzt werden. Die Zugfestigkeit des Stahls ist jedoch zu niedrig, um lange Schaufeln moderner Niedrigdruck-Dampfturbinen zur Verfügung zu stellen.
Die EP-0 384 181 A2 offenbart eine Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, mit einem Rotor, der eine Monoblock-Rotorwelle aufweist, auf der Schaufeln in mehreren Stufen von einer Hochdruckseite zu einer Niedrigdruckseite eingesetzt sind. Die Einlasstemperatur des Dampfs ist 530°C. Die Schaufeln der letzten Stufe auf der Niedrigdruckseite, die eine Länge von nicht weniger als 101,6 cm haben, sind aus Ti-Legierung hergestellt, die 5 bis 7% Al und 3 bis 5% V enthält.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dampfturbine zur Verfügung zu stellen, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, die Schaufeln hat, bei denen Martensitstahl mit hoher Zugfestigkeit verwendet wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, erfüllt, die die Merkmale von Anspruch 1 aufweist. Bevor zugte Ausführungsformen der Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10.
(1) Die Gründe für die Beschränkung der Komponenten des Materials für lange Schaufeln für Dampfturbinen, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigen:
Die vorliegende Erfindung betrifft lange Schaufeln für eine Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite aufweist, die jeweils aus einem rostfreien Martensitstahl hergestellt sind, der in Gew.-% 0,08–0,18% C, nicht mehr als 0,25% Si, nicht mehr als 0,9% Mn, 8,0–13,0% Cr, 2–3% Ni, 1,5–3,0% Mo, 0,05–0,35% V, insgesamt 0,02–0,20% wenigstens einer Art von Nb und Ta, und 0,02–0,10% N enthält.
Die lange Dampfturbinenschaufel muss eine hohe Zugfestigkeit und gleichzeitig eine hohe Hochfrequenz-Ermüdungsfestigkeit haben, da sie hohe Zentrifugalspannungen durch die Hochgeschwindigkeitsdrehung und Vibrationsspannungen aushalten muss. Deshalb muss die metallurgische Struktur des Schaufelmaterials eine vollständig angelassene Martensitstruktur sein, da die Ermüdungsfestigkeit merklich reduziert wird, wenn das Material giftiges δ-Ferrit enthält.
Bei dem erfindungsgemäßen Stahl sind die Komponenten so eingestellt, dass ein Cr-Äquivalent, das mit einer unten beschriebenen Gleichung berechnet wird, 10 oder weniger ist, und es ist notwendig, dass keine wesentliche δ-Ferrit-Phase enthalten ist.
Die Zugfestigkeit der langen Schaufel beträgt nicht weniger als 120 kgf/mm², vorzugsweise nicht weniger als 128,5 kgf/mm².
Um lange, homogene Dampfturbinenschaufeln mit hoher Zugfestigkeit zu erhalten, wird vorzugsweise als thermisch feinbearbeitende Wärmebehandlung eine Härtung durchgeführt, bei der nach dem Schmelzen und Schmieden eine Erhitzung auf eine Temperatur von 1.000–1.100°C (vorzugsweise 1.000–1.055°C) erfolgt, wobei die Temperatur vorzugsweise über 0,5 bis 3 Stunden beibehalten wird und dann rasch eine Abkühlung von dieser Temperatur auf Raumtemperatur erfolgt (insbeson dere ist eine Ölabschreckung bevorzugt), und als Nächstes ein Anlassen bei einer Temperatur von 550–620°C erfolgt, insbesondere ein zwei- oder mehrfaches Primäranlassen bei einer Temperatur von 550–570°C, wobei die Temperatur vorzugsweise über 1 bis 6 Stunden beigehalten wird, und dann eine rasche Abkühlung auf Raumtemperatur und ein Sekundäranlassen bei einer Temperatur von vorzugsweise 560– 590°C erfolgt, wobei die Temperatur über 1 bis 6 Stunden beibehalten wird und anschließend eine rasche Abkühlung auf Raumtemperatur erfolgt. Es ist bevorzugt, dass die Temperatur des Sekundäranlassens höher als die Temperatur des Primäranlassens ist, insbesondere ist es bevorzugt, dass sie um 10–30°C und stärker bevorzugt um 15–20°C höher ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit 3.600 U/min für eine 60-Hz-Energieerzeugung, bei der die Länge jeder Schaufel der letzten Stufe einer Niedrigdruckturbine 838 mm oder mehr beträgt, bevorzugt 914 mm oder mehr, noch bevorzugter 965 mm oder mehr, und eine Dampfturbine mit 3.000 U/min für eine 50-Hz-Energieerzeugung, bei der die Länge jeder Schaufel der letzten Stufe einer Niedrigdruckturbine 1.016 mm oder mehr beträgt, bevorzugt 1.092 mm oder mehr, noch bevorzugter 1.168 mm oder mehr, wobei ein Wert von (Schaufelabschnittslänge (cm) × Umdrehung (U/min)) 304.800 oder mehr beträgt, bevorzugt 317.500 oder mehr, noch bevorzugter 350.520 oder mehr.
Bei dem hitzeresistenten Schaufelmaterial der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin bevorzugt, die Komponenten so einzustellen, dass ein Cr-Äquivalent, das unter Verwendung des Gehalts (in Gew.-%) jedes Elements durch die folgende Gleichung berechnet wird, 4 bis 10 beträgt, damit eine hohe Stärke, Niedrigtemperaturzähigkeit und Ermüdungsfestigkeit erreicht wird, indem Metallzusammensetzungen so eingestellt werden, dass sie vollständige Martensitstrukturen werden; Cr-Äquivalent = Cr + 6Si + 4Mo + 1,5W + 11V + 5Nb – 40C – 30N – 30B – 2Mn – 4Ni – 2Co – 2,5Ta
C muss wenigstens 0,08% betragen, um eine hohe Zugfestigkeit zu erreichen. Eine übergroße Menge an C verringert die Zähigkeit, so dass sie 0,2% oder weniger betragen sollte. Insbesondere ist 0,10–0,18% bevorzugt, und 0,12–0,16% ist noch stärker bevorzugt.
Si ist ein Desoxidationsmittel, Mn ist ein Desoxidations- und Entschwefelungsmittel. Sie werden zugefügt, wenn der Stahl geschmolzen wird, und sogar die Zugabe einer kleinen Menge ist wirkungsvoll. Si ist ein δ-Ferrit produzierendes Element. Die Zugabe einer großen Menge Si führt zur Entstehung von giftigem δ-Ferrit, das die Ermüdungsfestigkeit und die Zähigkeit verringert, so dass es 0,25% oder weniger sein muss. Außerdem ist es bei einem Kohlenstoff-Vakuum-Desoxidationsverfahren und einem Elektroschlacke-Schmelzverfahren nicht nötig, Si zuzufügen, und es ist besser, kein Si zuzufügen. Insbesondere ist 0,10% bevorzugt, und 0,05% oder weniger ist noch stärker bevorzugt.
Eine Zugabe einer kleinen Menge Mn erhöht die Zähigkeit, eine Zugabe einer großen Menge verringert die Zähigkeit jedoch, so dass sie 0,9% oder weniger betragen muss. Da Mn als Desoxidationsmittel wirkt, ist insbesondere eine Zugabe von 0,4% oder weniger bevorzugt, und 0,2% oder weniger ist stärker bevorzugt.
Cr erhöht den Korrosionswiderstand und die Zugfestigkeit, jedoch bewirkt eine Zugabe von 13% oder mehr die Entstehung einer δ-Ferrit-Struktur. Der Korrosionswiderstand und die Zugfestigkeit sind nicht ausreichend, wenn 8% oder weniger zugefügt wird, so dass eine Menge Cr auf 8–13% bestimmt wird. Im Hinblick auf die Stärke ist 10,5–12,5% bevorzugt und 11–12% stärker bevorzugt.
Mo bewirkt eine Erhöhung der Zugfestigkeit durch eine festlösungsverfestigende Wirkung und eine ausfällungsverstärkende Wirkung. Mo hat jedoch keine ausreichende Wirkung zur Verbesserung der Zugfestigkeit, und die Zugabe von 3% oder mehr bewirkt die Entstehung von δ-Ferrit, so dass Mo auf 1,5–3% begrenzt wird. Insbesondere ist 1,8–2,7% bevorzugt, und 2,0–2,5% ist stärker bevorzugt. W und Co haben eine ähnliche Wirkung wie Mo.
V und Nb bewirken eine Erhöhung der Zugfestigkeit durch Ausfällen von Carbiden und gleichzeitig eine Erhöhung der Zähigkeit. Die Wirkung ist nicht ausreichend, wenn nicht mehr als 0,05% V und nicht mehr als 0,02% Nb zugefügt werden, und eine Zugabe von 0,35% oder mehr V bzw. 0,2% oder mehr Nb bewirken die Entstehung von δ-Ferrit. Insbesondere ist bei V 0,15–0,30% bevorzugt und 0,25–0,30% ist stärker bevorzugt. Bei Nb ist 0,04–0,15% bevorzugt und 0,06–0,12% ist stärker bevorzugt. Ta kann auf die gleiche Art an Stelle von Nb zugefügt werden, und sie können als Verbindung zugefügt werden.
Ni bewirkt eine Verbesserung der Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und verhindert die Entstehung von δ-Ferrit. Die Wirkung ist nicht ausreichend, wenn 2% oder weniger Ni vorhanden ist, und sättigt bei Zugabe von 3% oder mehr. Insbesondere ist 2,3–2,9% bevorzugt, und 2,4–2,8% ist stärker bevorzugt.
N bewirkt eine Verbesserung der Zugfestigkeit und verhindert die Entstehung von δ-Ferrit, die Wirkung ist jedoch bei 0,02% oder weniger nicht ausreichend, und eine Zugabe von 0,1% oder mehr verringert die Stärke. Insbesondere können ausgezeichnete Eigenschaften in einem Bereich von 0,04–0,08% erzielt werden, und verstärkt in einem Bereich von 0,06–0,08%.
Eine Verringerung von Si, P und S bewirkt eine Verbesserung der Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen, ohne die Zugfestigkeit zu verringern, so dass es wünschenswert ist, sie extrem stark zu reduzieren. Im Hinblick auf die Verbesserung der Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen ist 0,1% oder weniger Si, 0,015% oder weniger P und 0,015% oder weniger S bevorzugt, insbesondere ist 0,05% oder weniger Si, 0,010% oder weniger P und 0,010% oder weniger S bevorzugt. Eine Reduzierung von Sb, Sn und As bewirken ebenfalls eine Erhöhung der Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen, und es ist wünschenswert, sie extrem stark zu reduzieren. Vom Standpunkt des gegenwärtigen Niveaus der Stahlerzeugungstechnik sind sie jedoch auf 0,0015% oder weniger Sb, 0,01% oder weniger Sn und 0,02% oder weniger As beschränkt. Insbesondere ist 0,0010% oder weniger Sb, 0,005% oder weniger Sn und 0,01% As oder weniger bevorzugt.
Weiterhin ist bei der vorliegenden Erfindung ein Mn/Ni-Verhältnis von 0,11 oder weniger bevorzugt.
Die Wärmebehandlung des Materials der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise wie folgt: Zuerst wird das Material gleichmäßig auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um es zu vollkommenem Austenit umzuwandeln, d. h. auf minimal 1.000°C und maximal 1.100°C, wird rasch abgekühlt (vorzugsweise durch Ölabschreckung) und anschließend erhitzt und auf einer Temperatur von 550–570°C gehalten und abgekühlt (primäres Anlassen), als Nächstes wird es erhitzt und auf einer Temperatur von 560–680°C gehalten, um ein sekundäres Anlassen zu bewirken, um es zu einer vollständig angelassenen Martensitstruktur zu machen.
(2) Erläuterung der Zusammensetzungen und Gründe für die Beschränkung der Wärmebehandlungsbedingungen eines Niedriglegierungsstahls, der einen Rotor einer erfindungsgemäßen Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, bildet:
C ist ein Element, das nötig ist, um die Härtbarkeit zu erhöhen und Stärke zu gewährleisten. Der Gehalt von 0,18% oder weniger kann keine ausreichende Härtbarkeit liefern, eine weiche Ferritstruktur entsteht im Zentrum eines Rotors, und eine ausreichende Zugfestigkeit und Dehnfestigkeit können nicht erzielt werden. 0,28% oder mehr C senken die Zähigkeit, so dass ein Bereich von C vorzugsweise bei 0,18– 0,28% liegt.
Si und Mn wurden hierzu als Desoxidationsmittel zugefügt, jedoch kann bei einem Vakuum-C-Desoxidationsverfahren und einem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren ein stabiler Rotor durch Schmelzen hergestellt werden, ohne dass solche Elemente speziell zugefügt werden. Si und Mn müssen im Hinblick auf Sprödigkeit bei Langzeitgebrauch niedriger sein, Si und Mn sind bevorzugt 0,1% oder weniger bzw. 0,3% oder weniger, insbesondere sind 0,05% oder weniger Si und 0,1–0,25% Mn bevorzugt und 0,01% oder weniger Si und 0,20% oder weniger Mn stärker bevorzugt.
Ni ist ein wesentliches Element zur Verbesserung der Härtbarkeit und Zähigkeit. 1,5% oder mehr ist bevorzugt, um die Zähigkeit zu verbessern, und 2,5% oder weniger ist bevorzugt, um eine Verringerung der Zeitstandfestigkeit zu verhindern. Insbesondere ist ein Bereich von 1,6–2,0% bevorzugt und ein Bereich von 1,7–1,9% stärker bevorzugt. Weiterhin kann eine Zugabe von Ni Eigenschaften einer hohen Stärke bei hohen Temperaturen und einer hohen Zähigkeit erzielen, indem eine Menge Ni um höchstens 0,20% größer als eine Menge Cr ist oder um 30% oder weniger kleiner als eine Menge Cr ist.
Eine Zugabe von 1,5% oder mehr Cr verbessert die Härtbarkeit und bewirkt eine Verbesserung der Zähigkeit und der Stärke, außerdem wird dadurch der Korrosionswiderstand gegenüber Dampf verbessert. Eine Zugabe von 1,5% oder weniger Cr ist nicht ausreichend, um eine solche Wirkung zu erzielen. Eine Zugabe von 2,5% oder weniger Cr ist bevorzugt, um eine Verringerung der Zeitstandfestigkeit zu verhindern. Insbesondere ein Bereich von 1,9–2,1% ist hierfür stärker bevorzugt.
1% oder mehr Mo fällt während der Anlassbehandlung sehr feine Carbide in Kristallkörnern aus und bewirkt eine Erhöhung der Stärke bei hohen Temperaturen und eine Verhinderung von Sprödigkeit aufgrund des Anlassens. 2,0% oder weniger ist bevorzugt, um eine Verringerung der Zähigkeit zu verhindern. Insbesondere 1,0– 1,5% ist vom Standpunkt der Stärke und Zähigkeit bevorzugt, und 1,1–1,3% ist stärker bevorzugt.
0,15% oder mehr V fällt während der Anlassbehandlung sehr feine Carbide in Kristallkörnern aus und bewirkt eine Erhöhung der Stärke bei hohen Temperaturen und eine Verhinderung von Sprödigkeit aufgrund des Anlassens. Jedoch ist 0,35% oder weniger ausreichend, um eine solche Wirkung zu erzielen. Insbesondere ist ein Bereich von 0,20–0,30% bevorzugt, und der Bereich von mehr als 0,25% und nicht mehr als 0,30% ist stärker bevorzugt.
Wenn eine niedrige Legierung der oben genannten Zusammensetzungen durch Schmelzen gebildet wird, wird die Zähigkeit verbessert, indem ein beliebiges Element der Seltenerdmetalle, Ca, Zr und Al zugefügt werden. Eine solche Wirkung ist nicht ausreichend, wenn weniger als 0,05% eines Seltenerdmetalls zugefügt wird, und die Wirkung sättigt, wenn mehr als 0,4% zugefügt werden. Ca hat eine zähigkeitssteigernde Wirkung, wenn eine geringe Menge zugefügt wird, die Wirkung ist jedoch nicht ausreichend, wenn weniger als 0,0005% zugefügt werden, und sättigt, wenn mehr als 0,01% zugefügt werden. Weniger als 0,01% Zr bewirkt keine ausrei chende Steigerung der Zähigkeit, und die Wirkung sättigt bei Zugabe von mehr als 0,2% Zr. 0,001–0,02% Al bewirkt eine Erhöhung der Zähigkeit und der Zeitstandfestigkeit.
Außerdem haben Sauerstoffe eine Auswirkung auf die Stärke bei hohen Temperaturen. Bei dem erfindungsgemäßen Stahl kann eine höhere Zeitstandfestigkeit erzielt werden, indem O₂ so gesteuert wird, dass es im Bereich von 5 bis 25 ppm liegt.
Es ist bevorzugt, 0,005–0,15% wenigstens einer Art von Nb und Ta zuzufügen. Bei einem großen Aufbau wie einer Dampfturbinen-Rotorwelle ist eine Zugabe von 0,005–0,15% bevorzugt, um die Kristallisierung der großen Carbide zu unterdrücken und die Stärke und Zähigkeit zu steigern. Insbesondere ist 0,01–0,05% bevorzugt.
Eine Zugabe von 0,1% oder mehr W ist bevorzugt, um die Stärke zu erhöhen, jedoch führt eine Zugabe von mehr als 1,0% zu dem Problem, dass eine Ausfällung in einem großen Stück stattfindet und die Stärke verringert wird, so dass 0,1–1,0% bevorzugt ist und 0,1–0,5% stärker bevorzugt ist.
Ein Mn/Ni-Verhältnis und ein (Si + Mn)/Ni-Verhältnis sind bevorzugt 0,13 bzw. 0,18 oder weniger. Dadurch kann Sprödigkeit aufgrund von Erhitzung bei einem Niedriglegierungs-Ni-Cr-Mo-V-Stahl mit Bainitstruktur deutlich verhindert werden, der Legierungsstahl kann für eine Monoblock-Rotorwelle, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruck-Seite vereinigt, verwendet werden. Außerdem kann eine hohe Zeitstandfestigkeit von 12 kg/mm² für 538°C und 10⁵ Stunden erzielt werden, indem ein Ni/Mo-Verhältnis wenigstens 1,25 ist, ein Cr/Mo-Verhältnis wenigstens 1,1 ist oder ein Cr/Mo-Verhältnis wenigstens 1,45 ist und ein Cr/Mo-Verhältnis höher als ein Wert ist, der durch (–1,11 × Ni/Mo + 2,78) berechnet wird, und indem eine Wärmebehandlung der gesamten Legierung unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wird.
Außerdem kann eine Legierungsstruktur mit größerer Stärke an einer Hochdruckseite und hoher Zähigkeit an einer Niedrigdruckseite erzielt werden, indem diese eine Menge Ni in einem spezifischen Bereich bezüglich einer Menge Cr enthält.
Bei einer Dampfturbinen-Rotorwelle, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, ist es bevorzugt, dass eine Flachheit- und Kerbschlag-Zeitstandfestigkeit bei 538°C und 10⁵ h 13 kg/mm² oder mehr an deren Hochdruckseite beträgt, die Zugfestigkeit 84 kg/mm² oder mehr beträgt und die Übergangstemperatur, bei der Brüche auftreten (fracture appeareance transition temperature – FATT) 35°C oder weniger beträgt. Um eine solche ausgezeichnete mechanische Eigenschaft zu erzielen, wird vorzugsweise die folgende geneigte Fein-Wärmebehandlung durchgeführt. Bevor diese Fein-Wärmebehandlung durchgeführt wird, wird vorzugsweise eine Perlitbehandlung durchgeführt, bei der eine Temperatur von 650–710°C 70 Stunden oder mehr aufrechterhalten wird, um eine feine metallurgische Struktur herzustellen.
Eine Hochdruckseite oder Hoch- und Mitteldruckseite einer Rotorwelle: Erzielen einer hohen Hochtemperaturstärke.

– Härten: Erhitzen und Aufrechterhalten der Temperatur von 930–970°C und anschließend abkühlen.
– Anlassen: Erhitzen und Aufrechterhalten der Temperatur von 570–670°C und anschließend schrittweise abkühlen.

(Zweimaliges Anlassen ist bevorzugt, und es ist bevorzugt, dabei wenigstens einmal ein Erhitzen und Aufrechterhalten der Temperatur von 650–670°C durchzuführen.) Eine Niedrigdruck- oder Mittel- und Niedrigdruckseite der Rotorwelle: Erzielen einer hohen Zugfestigkeit und Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen.

– Härten: Erhitzen und Aufrechterhalten der Temperatur bei 880–910°C und anschließend abkühlen.
– Anlassen: Erhitzen und Aufrechterhalten der Temperatur bei 570–640°C und anschließend schrittweise abkühlen.

(Zweimaliges Anlassen ist bevorzugt, und es ist bevorzugt, dabei wenigstens einmal ein Erhitzen und Aufrechterhalten der Temperatur von 615–635°C durchzuführen.)
D. h., dass bei der vorliegenden Erfindung bei einer solchen geneigten Wärmebehandlung die Hochdruck- oder Hochdruck- und Mitteldruckseite bei einer höheren Härtungstemperatur gehärtet wird als die Niedrigdruckseite, wodurch eine Hochtemperaturstärke an der Hochdruck- oder Hochdruck- und Mitteldruckseite höher als an der Niedrigdruckseite wird, um eine Standfestigkeitszeit von 180 Stunden oder mehr bei 550°C und 30 kg/mm² zu erzielen, und die Übergangstemperatur an der Niedrigdruckseite ist um 10°C oder mehr niedriger als an der Hochdruckseite oder Hoch- und Mitteldruckseite. Eine Anlasstemperatur ist ebenfalls an der Hochdruckseite oder Hoch- und Mitteldruckseite vorzugsweise höher als an der Niedrigdruckseite. Beim Härten und Anlassen ist ein abweichendes Erhitzen und gleiches Abkühlen bevorzugt, so dass sich die Erhitzungstemperatur ändert und die Abkühlung mit den gleichen Mitteln erreicht wird. Außerdem kann die geneigte Wärmebehandlung auch zwischen der Hochdruckseite und der Mittel- und Niederdruckseite durchgeführt werden.
Auf diese Art kann Stahl erzielt werden, der sowohl eine hohe Standfestigkeit als auch einen hohen Kerbschlagzähigkeitswert hat. Bei der Rotorwelle, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, können Schaufeln an der Rotorwelle eingesetzt werden, von denen jede eine Länge von 40 Inch oder mehr hat, vorzugsweise 43 Inch oder mehr für eine 50-Hz-Energieerzeugung, und 33 Inch oder mehr, vorzugsweise 35 Inch oder mehr, für eine 60-Hz-Energieerzeugung.
Indem ein solches Edelmaterial für die Rotorwelle verwendet wird, können die oben erwähnten langen Schaufeln als Schaufeln der letzten Stufe eingesetzt werden, und ein L/D-Verhältnis zwischen einer Länge L zwischen Lagern für die Rotorwelle und einem Schaufeldurchmesser D kann kompakt gemacht werden, d. h. 1,4–2,3, vorzugsweise 1,6–2,0. Weiterhin kann ein Verhältnis (d/l) zwischen dem maximalen Durchmesser (d) der Rotorwelle und der Länge (l) der langen Schaufel der letzten Stufe auf 1,5–2,0 gesetzt werden, wodurch eine Menge Dampf in einem Verhältnis zu der Rotorwellenkennlinie auf ein Maximum gesetzt werden kann, und ein Energieerzeugungssystem mit großer Größe und großer Kapazität ist möglich. Insbesondere liegt dieses Verhältnis bevorzugt bei 1,6–1,8. Das Verhältnis von 1,5 oder mehr kann aus einem Verhältnis der Anzahl der Schaufeln erzielt werden, und je höher die Zahl ist, desto besser ist die Effizienz, jedoch ist 2,0 oder weniger bevorzugt im Hinblick auf die Zentrifugalkraft.
Eine Dampfturbine, die die erfindungsgemäße Monoblock-Rotorwelle verwendet, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, kann mit einem kompakten Typ eine Leistung zwischen 100.000 kW bis 300.000 kW erzeugen. Wenn ein Abstand zwischen den Lagern der Rotorwelle als Abstand pro Energieerzeugungseinheit ausgedrückt wird, kann der Abstand zwischen den Lagern sehr klein sein, d. h. 0,8 m oder weniger pro 10.000 kW, vorzugsweise 0,25–0,6 m pro 10.000 kW.
Durch Verwendung des oben genannte Ni-Cr-Mo-V-Niedriglegierungsstahls für die Monoblock-Rotorwelle, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, können Schaufeln mit einer Länge von 762 mm oder mehr, insbesondere 851 mm oder mehr, für wenigstens eine letzte Phase vorgesehen sein, eine Ausgangsleistung pro Maschineneinheit und die Effizienz der Maschine können erhöht werden, und sie kann kompakt gemacht werden.
Erfindungsgemäß kann eine Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, mit langen Schaufeln von 838 mm oder mehr, die bei einer höheren Temperatur verwendbar sind, hergestellt werden. Die Turbinenleistung pro Maschine kann bei einer kompakten Größe erhöht werden. Das führt dazu, dass der Wärmewirkungsgrad erhöht werden kann und die Energieerzeugungskosten gesenkt werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Zugfestigkeit und (Ni-Mo) zeigt;
2 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen Kerbschlagzähigkeitswerten und (Ni-Mo) zeigt;
3 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Zugfestigkeit und der Härtungstemperatur zeigt;
4 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Zugfestigkeit und der Anlasstemperatur zeigt;
5 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen Kerbschlagzähigkeitswerten und der Anlasstemperatur zeigt;
6 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen Kerbschlagzähigkeitswerten und der Anlasstemperatur zeigt;
7 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen Kerbschlagzähigkeitswerten und der Zugfestigkeit zeigt;
8 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen 0,2%iger Dehnfestigkeit und der Zugfestigkeit zeigt;
9 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen 0,2%iger Dehnfestigkeit und 0,02%iger Dehnfestigkeit zeigt;
10 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen Kerbschlagzähigkeitswerten nach dem Erhitzen und Ni zeigt;
11 ist eine Schnittansicht einer Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt;
12 ist eine Schnittansicht einer Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt;
13 ist eine Schnittansicht einer Rotorwelle für eine Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt;
14 ist eine Schnittansicht einer Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt;
15 ist eine Schnittansicht einer Rotorwelle für eine Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt;
16 ist eine perspektivische Ansicht einer Schaufel der letzten Stufe;
17 ist eine perspektivische Ansicht eines Spitzenabschnitts einer Schaufel;
18 ist ein Diagramm, das ein Energieerzeugungssystem mit kombiniertem Zyklus zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
AUSFÜHRUNGSFORM 1
Tabelle 1 zeigt chemische Zusammensetzungen (Gew.-%) von 12% Cr-Stahl, der zu einem Material für eine lange Schaufel für eine Dampfturbine gehört, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt. Proben Nr. 1–6 sind experimentelles Rohmaterial, das gebildet wird, indem 150 kg durch Vakuum-Hochfrequenz-Schmelzen gewonnen werden, auf 1.150°C erhitzt und dann geschmiedet werden. Probe Nr. 1 wird 1 Stunde auf 1.000°C erhitzt, dann durch Härten oder Abschrecken auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend auf 570°C erhitzt, 1 Stunde auf dieser Temperatur gehalten und danach auf Raumtemperatur luftgekühlt. Probe Nr. 2 wird 1 Stunde lang auf 1.050°C erhitzt, dann durch Ölabschreckung auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend auf 570°C erhitzt, 2 Stunden auf dieser Temperatur gehalten und danach auf Raumtemperatur luftgekühlt. Proben 3 bis 7 werden jeweils 1 Stunde auf 1.050°C erhitzt, dann durch Ölabschreckung auf Raumtemperatur abgekühlt, als Nächstes auf 560°C erhitzt, 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, danach auf eine Raumtemperatur luftgekühlt (primäres Anlassen), weiterhin auf 580°C erhitzt, 1 Stunde lang bei dieser Temperatur gehalten und anschließend in einem Ofen auf eine Raumtemperatur abgekühlt (sekundäres Anlassen).
Tabelle 1
In Tabelle 1 sind Nr. 3, 4 und 7 erfindungsgemäße Materialien, Nr. 5 und 6 sind Vergleichsmaterialien, und Nr. 1 und 2 sind Materialien für lange Schaufeln, die gegenwärtig verwendet werden.
Tabelle 2 zeigt mechanische Eigenschaften der Proben bei Raumtemperatur. Es wurde bestätigt, dass die erfindungsgemäßen Materialien (Nr. 3, 4 und 7) eine Zugfestigkeit (1.177 N/mm² oder mehr, oder 1.256 N/mm² oder mehr) und eine Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen (20°C-Charpy-V-Kerbschlagzähigkeitswert von 39,2 Nm/cm² oder mehr) besitzen, die für Material für lange Dampfturbinenschaufeln erforderlich sind.
Wenn im Gegensatz dazu die Vergleichsmaterialien Nr. 1, 5 und 6 für lange Schaufeln für Dampfturbinen verwendet werden, sind die Zugfestigkeit und/oder der Kerbschlagzähigkeitswert niedrig. Das Vergleichsmaterial Nr. 2 hat eine niedrige Zugfestigkeit und Zähigkeit. Nr. 5 hat einen etwas geringen Kerbschlagzähigkeitswert, d. h. 37,3 Nm/cm², was als Wert für 1.092 mm lange Schaufeln etwas zu gering ist, weil 39,2 Nm/cm² oder mehr für die langen Schaufeln erforderlich ist.
Tabelle 2
1 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen einer Menge (Ni-Mo) und der Zugfestigkeit darstellt. Bei dieser Ausführungsform sind so viel Ni und Mo enthalten, dass ihr Gehalt äquivalent ist, wodurch sowohl die Stärke als auch die Zähigkeit bei niedriger Temperatur erhöht werden. Die Stärke neigt zu einer Abnahme entsprechend einer Erhöhung der Differenz (Ni-Mo) des Gehalts an beiden. Die Stärke nimmt rasch ab, wenn eine Menge Ni um 0,6% oder mehr unter einer Menge Mo liegt, und die Stärke nimmt auch rasch ab, wenn die Menge Ni um mehr als 1,0% oder mehr über einer Menge Mo liegt. Deshalb ist die Stärke am größten, wenn eine Menge (Ni-Mo) –0,6% – +1% beträgt.
2 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen einer Menge (Ni-Mo) und dem Kerbschlagzähigkeitswert zeigt. Wie in 2 gezeigt, sinkt ein Kerbschlagzähigkeitswert um eine Mengte (Ni-Mo) von etwa –0,5%, jedoch ist der Kerbschlagzähigkeitswert hoch, wenn die Menge kleiner oder größer als etwa –0,5% ist.
3 bis 6 sind Graphen, die einen Einfluss der Wärmebehandlung (Härtungstemperatur und sekundäre Anlasstemperatur) auf eine Zugfestigkeit und Zähigkeit der Probe Nr. 3 zeigen. Nachdem das Härten bei einer Temperatur von 975– 1.125°C durchgeführt wurde und ein einstündiges Anlassen bei einer Temperatur von 550–560°C durchgeführt wurde, wurde ein sekundäres Anlassen bei einer Temperatur von 560–590°C durchgeführt. Wie in dieser Figur gezeigt ist, wurde bestätigt, dass die Eigenschaft (Zugfestigkeit ≥ 1.260,6/mm², 20°C-Charpy-Kerbschlagzähigkeit ≥ 39,2 Nm/cm²), die für die langen Schaufeln erforderlich ist, erfüllt ist. Weiterhin ist die in 3 und 5 gezeigte sekundäre Anlasstemperatur 575°C, und die in 4 und 6 gezeigte Härtungstemperatur ist 1.050°C.
Insbesondere bei dem erfindungsgemäßen 12%-Cr-Stahl ist es bevorzugt, dass eine Menge (C + Nb) 0,18–0,35% beträgt, ein Verhältnis Nb/C 0,45–1,00 beträgt und ein Verhältnis Nb/N 0,8–3,0 beträgt.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Tabelle 3 zeigt chemische Zusammensetzungen (in Gew.-%) von 12%-Cr-Stahl, die zu einer langen Schaufel einer Dampfturbine gehören, wie bei Ausfüh rungsform 1. Jede Probe wird durch Vakuumbogen-Schmelzen geschmolzen und bei etwa 1.150°C geschmiedet.
Tabelle 4 zeigt die Wärmebehandlung, mechanische Eigenschaften bei dieser Temperatur und die metallurgische Struktur jeder Probe. Alle Proben haben eine vollständig angelassene Martensitstruktur. Die durchschnittliche Kristallkorngröße jeder Probe ist 5,5–6,0 in Korngrößennummern (KGN).
Tabelle 3
Tabelle 4
7 ist ein Graph, der die Verhältnisse zwischen dem 20°C-Charpy-V-Kerbschlagzähigkeitswert und der Zugfestigkeit zeigt, zusammen mit den Proben der Ausführungsform 1. Wie in 7 gezeigt, ist ein Kerbschlagzähigkeitswert jeder Probe hoch und beträgt 24,5 Nm/cm² oder mehr. Der Kerbschlagzähigkeitswert (y) ist bevorzugt wenigstens ein Wert, der gewonnen wird, indem (Zugfestigkeit (x) × 0,6) aus 77,2 extrahiert wird, und stärker bevorzugt wenigstens ein Wert, der gewonnen wird, indem (Zugfestigkeit (x) × 0,6) von 80,4 extrahiert wird, und besonders bevorzugt wenigstens ein Wert, der gewonnen wird, indem (Zugfestigkeit (x) × 0,6) von 84,0 extrahiert wird.
8 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen 0,2% Dehnfestigkeit und Zugfestigkeit zeigt. Insbesondere bei dem erfindungsgemäßen Material ist es bevorzugt, dass 0,2% Dehnfestigkeit wenigstens ein Wert ist, der durch das Addieren von (Zugfestigkeit (x) × 0,5) zu 36,0 erhalten wird.
9 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen 0,02% Dehnfestigkeit und Zugfestigkeit zeigt. Insbesondere bei dem erfindungsgemäßen Material ist es bevorzugt, dass 0,2% Dehnfestigkeit wenigstens ein Wert ist, der durch das Addieren von (0,02% Dehnfestigkeit (x) × 0,54) zu 58,4 erhalten wird.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
11 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt.
Bei dieser Dampfturbine kann eine Ausgangsleistung für jede Turbine erhöht werden, indem Dampfdruck und Temperatur an einem Haupt-Dampfeinlass auf 100 atü bzw. 536°C erhöht werden. Um eine Ausgangsleistung pro Turbine zu erhöhen, ist es notwendig, die Länge von Schaufeln der letzten Stufe und eines Dampfdurchsatzes zu erhöhen. Wenn z. B. die Länge der Schaufeln der letzten Stufe von 66 cm auf 85 cm verlängert wird, wird ein Kreisringbereich auf das etwa 1,7-fache vergrößert. Wenn eine Ausgangsleistung einer herkömmlichen Dampfturbine 100 MW beträgt, wird eine Ausgangsleistung der Turbine mit solchen langen Schaufeln auf 170 MW erhöht. Indem die Schaufeln auf 101,6 cm verlängert werden, kann die Ausgangsleistung pro Turbine auf das Doppelte oder mehr erhöht werden.
In einem Fall, wenn entsprechend Energieerzeugungszyklen lange Schaufeln von 83,8 cm oder mehr oder 101,6 cm oder mehr verwendet werden, ist als Material für die Monoblock-Rotorwelle, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, ein Material bevorzugt, das eine Zugfestigkeit von 88 kg/mm² oder mehr, eine Zeitstandfestigkeit von 15 kg/mm² oder mehr bei 538°C für 10⁵ h, und eine schlagabsorbierende Energie von 2,5 kg-m (3 kg-m/cm²) bei Raumtemperatur vom Standpunkt des Schutzes vor Sprödigkeitsbrüchen einer Niedrigdruckseite hat.
Ein Mitteldruck-Abschnitt weist Schaufeln auf, deren Länge sich schrittweise in Richtung der Niedrigdruckseite erhöht, und die Schaufeln werden durch Schmieden eines Martensitstahls gebildet, der nach Gewicht, 0,05–0,15% C, nicht mehr als 1% Mn, nicht mehr als 0,5% Si, 10–13% Cr, nicht mehr als 0,5% Mo, nicht mehr als 0,5% Ni und ausgleichend Fe enthält.
Die letzte Stufe weist ungefähr 90 Schaufeln pro Zyklus auf, wobei deren Schaufelabschnittslänge 89 cm für eine 60 Hz-Energieerzeugung beträgt, und die Schaufeln durch Schmieden eines Martensitstahls gebildet werden, der nach Gewicht 0,08–0,18% C, nicht mehr als 1% Mn, nicht mehr als 0,25% Si, 8–13% Cr, 2,0– 3,5% Ni, 1,5–3,0% Mo, 0,05–0,35% V, 0,02–0,10% N, wenigstens eine Art, 0,02–0,2% insgesamt, Nb und Ta enthält. Insbesondere wurde bei dieser Ausführungsform die Legierung von Nr. 2 in Tabelle 1 der Ausführungsform 1 verwendet. Weiterhin ist bei der letzten Stufe ein Abschirmblech aus Stellit zur Erosionsverhinderung an einem Leitkantenabschnitt der Spitze jeder Schaufel durch Schweißen vorgesehen. Weiterhin wird bei jeder Schaufel ein teilweises Härten durchgeführt, unabhängig vom Vorsehen des Abschirmblechs. Für Schaufeln für 50 Hz, deren Schaufelabschnittslänge 109 cm oder mehr beträgt, wird ein Schmiedematerial des gleichen Martensitstahls wie oben verwendet.
Diese Schaufeln werden befestigt, indem 4–5 Schaufeln pro Stufe durch an der Spitze jeder der Schaufeln (3) vorgesehene Stemmzapfen an einem Deckband des gleichen Materials befestigt werden. Bei stehenden Leitschaufeln 7 sind die ste henden Leitschaufeln bis zur dritten Stufe des Hochdruckabschnitts aus einem Martensitstahl hergestellt, der dieselben Zusammensetzungen wie die Schaufeln hat, jedoch wird für die anderen Leitschaufeln das gleiche Material wie das Schaufelmaterial des Mitteldruckabschnitts verwendet.
(4) Für das Gehäuse 6 wird Cr-Mo-V-Gussstahl verwendet, der nach Gewicht 0,15–0,3% C, nicht mehr als 1% Mn, nicht mehr als 0,5% Si, 1–2% Cr, 0,5–1,5% Mo, 0,05–0,2% V und nicht mehr als 0,1% Ti aufweist.
Ein Generator 8 kann elektrische Energie von 100.000–200.000 kW erzeugen. Bei dieser Ausführungsform beträgt ein Abstand zwischen Lagern 12 der Rotorwelle etwa 520 cm, der Außendurchmesser an den Schaufeln der letzten Stufe beträgt 316 cm, und ein Verhältnis des Abstands zu dem Außendurchmesser beträgt 1,65. Eine Energieerzeugungskapazität beträgt 100.000 kW. Der Abstand zwischen den Lagern beträgt 0,52 m pro Energieerzeugungs-Ausgangsleistung von 10.000 kW.
Weiterhin beträgt bei dieser Ausführungsform in einem Fall, wenn Schaufeln von 101,6 cm für die letzte Stufe benutzt werden, der Außendurchmesser der Schaufeln 363 cm, ein Verhältnis des Abstands zwischen den Lagern zu dem Außendurchmesser ist 1,43. Dadurch ist eine Energieerzeugung von 200.000 kW möglich, und der Abstand zwischen den Lagern pro 10.000 kW beträgt 0,26 m.
Ein Verhältnis eines Außendurchmessers eines Schaufelanbringungsabschnitts der Rotorwelle zu der Schaufellänge beträgt bei der letzten Stufe 1,70 für 85-cm-Schaufeln und 1,71 für 101,6-cm-Schaufeln.
Bei dieser Ausführungsform kann sogar eine Dampftemperatur von 566°C aufgebracht werden, und sogar ein Dampfdruck von 121 atü, 169 atü und 224 atü kann aufgebracht werden.
Eine erfindungsgemäße Dampfturbine weist Schaufeln von 13 Stufen auf, die an einer Monoblock-Rotorwelle 3, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, angebracht sind, und Dampf strömt bei einer Hochtemperatur von 538°C und einem Hochdruck von 8,6 × 10⁶ Pa von einem Dampfeinlass 1 durch ein Dampf regelventil 5 zwischen die Schaufeln ein. Der Dampf strömt von dem Einlass 1 in eine Richtung, um eine Temperatur von 33°C und einen Druck von 9,6 × 10⁴ Pa zu erhalten, und wird aus einem Dampfauslass 2 durch die Schaufeln 4 der letzten Stufe ausgelassen. Die erfindungsgemäße Monoblock-Rotorwelle 3, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, wird dem Dampf mit 538°C und einem Fluid von 33°C ausgesetzt, wobei der Ni-Cr-Mo-V-Schmiedestahl, der die bei dieser Ausführungsform beschriebenen Eigenschaften hat, für die Welle 3 verwendet wird. Ein Anbringungsabschnitt der Rotorwelle 3, an dem die Schaufeln angebracht werden, ist scheibenförmig ausgebildet und einteilig mit der Welle 3 durch Bearbeiten gebildet. Je kürzer die Schaufellänge, desto länger ist die Länge des Scheibenabschnitts, wodurch Vibrationen verringert werden.
Die Zusammensetzungen des Materials jedes Teils bei dieser Ausführungsform sind wie folgt:
(1) Rotorwelle
Rotorwellen werden jeweils durch Elektroschlacken-Umschmelzen mit Wellenmaterialien der Legierungszusammensetzungen hergestellt, die in Tabelle 5 aufgelistet sind, und mit einem Durchmesser von 1,2 m geschmiedet. Jede Rotorwelle wird auf 950°C erhitzt, was 10 Stunden lang aufrechterhalten wird, und wird dann mit Sprühwasser abgekühlt, während die Rotorwelle gedreht wird, so dass eine Abkühlungsgeschwindigkeit in einem zentralen Abschnitt etwa 100°C/h beträgt. Als Nächstes wird jede Rotorwelle angelassen, indem sie auf 665°C erhitzt wird, was 40 h aufrechterhalten wird. Teststücke werden aus einem zentralen Abschnitt jeder Rotorwelle geschnitten, und ein Zeitstandfestigkeitstest, ein V-Kerbschlagtest (Querschnittsfläche des Teststücks 0,8 cm²) vor und nach dem Erhitzen (500°C, 3.000 h) und ein Zugfestigkeitstest wurden durchgeführt. Die Testwerte sind im Wesentlichen die gleichen wie die weiter unten beschriebenen Werte.
(2) Schaufel
Die Länge von 3 Stufen an einer Hochtemperatur- und Hochdruckseite beträgt 40 mm, und die Schaufel wird aus geschmiedetem Stahl aus Martensitstahl hergestellt, der nach Gewicht 0,20–0,30% C, 10–13% Cr, 0,5–1,5% Mo, 0,5–1,5 W, 0,1–0,3% V, nicht mehr als 0,5% Si, nicht mehr als 1% Mn und ausgleichend Fe enthält.
Tabelle 5 zeigt chemische Zusammensetzungen typischer Proben, die für Tests der Zähigkeit und Standfestigkeit eines Dampfturbinenrotors, der eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, dienen. Die Proben werden geschmolzen und in einem Vakuum-Hochfrequenz-Schmelzofen zu einem Stück geformt und mit 30-mm² im Querschnitt bei einer Temperatur von 850–1.150°C heißgeschmiedet. Proben Nr. 21 bis 23 und 27 bis 31 sind erfindungsgemäße Materialien, Proben Nr. 24 bis 26 sind zum Vergleich geschmolzen und geschmiedet, Probe Nr. 25 ist ein Material gemäß ASTM-Norm A 470, Klasse 8, und Probe Nr. 26 ist ein Material gemäß ASTM-Norm A 470, Klasse 7. Diese Proben, die durch die Bedingungen eines zentralen Abschnitts einer Monoblock-Dampfturbinenrotorwelle, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, simuliert werden, werden auf 950°C erhitzt, in eine Austenitstruktur umgeformt und dann mit einer Geschwindigkeit von 100°C/h zum Härten abgekühlt. Als Nächstes werden sie bei 665°C 40 h erhitzt und dann abgekühlt, wobei sie angelassen werden. Ein erfindungsgemäßer Cr-Mo-V-Stahl umfasst keine Ferritphase und hat eine vollständige Bainitstruktur.
Tabelle 5
Eine Temperatur, bei der erfindungsgemäßer Stahl in eine Austenitstruktur umgewandelt wird, muss 900–1.000°C betragen. Eine hohe Zähigkeit kann bei Temperaturen unter 900°C erzielt werden, jedoch wird eine Zeitstandfestigkeit gering. Eine hohe Zeitstandfestigkeit kann bei einer Temperatur über 1.000°C erzielt werden, jedoch wird die Zähigkeit gering. Eine Anlasstemperatur muss 630–700°C betragen. Eine hohe Zähigkeit kann nicht bei einer Temperatur unter 630°C erzielt werden, und eine hohe Zeitstandfestigkeit kann nicht bei einer Temperatur über 700°C erzielt werden.
Tabelle 6 zeigt Ergebnisse des Zugfestigkeitstests, des Kerbschlagzähigkeitstests und des Zeitstandfestigkeitstests. Die Zähigkeit ist durch V-Kerben-Charpy-Kerbschlagaufnahmeenergie ausgedrückt, die bei einer Temperatur von 20°C getestet wurde. Eine Zeitstandfestigkeit ist durch eine 538°C/10⁵ h-Stärke ausgedrückt, die durch das Rurson-Spiegelverfahren erzielt wurde. Wie aus der Tabelle hervorgeht, beträgt bei den erfindungsgemäßen Materialien eine Zugfestigkeit bei Raumtemperatur 88 kg/mm² oder mehr, eine 0,2%ige Dehnfestigkeit ist 70 kg/mm² oder mehr, FATT ist 40°C oder weniger, die Kerbschlagaufnahmeenergie vor oder nach dem Erhitzen beträgt 2,5 kg-m oder mehr, und die Zeitstandfestigkeit beträgt etwa 11 kg/mm² oder mehr, und deren Wert ist in allen Fällen hoch. Die erfindungsgemäßen Materialien sind jeweils nützlich für Monoblock-Dampfturbinenrotoren, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigen. Insbesondere sind Materialien, die eine Stärke von etwa 147,1 N/mm² oder mehr haben, besser für die Turbinenrotoren, an denen lange Schaufeln von 851 mm eingesetzt werden.
Tabelle 6
Weiterhin wurden, um die Kennlinien der Sprödigkeit der Proben Nr. 24 und 25 (die jeweils einem gegenwärtig verwendeten Hochdruckrotormaterial entsprechen) sowie Nr. 26 (gegenwärtig verwendetes Niedrigdruckrotormaterial) zu untersuchen, Kerbschlagzähigkeitstests der Proben vor und nach der Behandlung über 3.000 h bei 500°C zur Versprödung durchgeführt, und eine 50%-Bruchauftritts-Übergangstemperatur (FATT) wurde untersucht. FATT steigt (d. h. die Sprödigkeit steigt) durch die Versprödungsbehandlung von 119°C auf 135°C (ΔFATT = 16°C) bei Nr. 25, von –20°C auf 18°C (ΔFATT = 38°C) bei Nr. 26. Im Gegensatz dazu wurde bestätigt, dass FATT der Probe Nr. 23 gemäß der vorliegenden Erfindung vor und nach der Versprödungsbehandlung 38°C beträgt, d. h. es tritt keine Versprödung auf.
Zu den Proben Nr. 28 bis 31 wurden Seltenerdmetalle von (La-Ce), Ca, Zr und Al hinzugefügt, und die Zähigkeit jeder der Proben wird erhöht, indem das Element oder die Elemente zugefügt werden. Insbesondere ist eine Zufügung von Seltenerdmetallen wirksam zur Erhöhung der Zähigkeit.
Ein Material, dem Y außer La-Ce zugefügt wird, wurde ebenfalls untersucht, und das Ergebnis bestätigte, dass die Zufügung wirksam war, indem sie die Zähigkeit deutlich erhöhte.
Weiterhin kann eine hohe Zeitstandfestigkeit von 12 kg/mm² oder mehr erzielt werden, indem O₂ auf eine Menge von 100 ppm oder weniger reduziert wird, insbesondere 15 kg/mm² oder mehr durch eine Reduzierung auf 80 ppm oder weniger und 18 kg/mm² oder mehr durch eine Reduzierung auf 40 ppm oder weniger.
Eine Zeitstandfestigkeit von 10⁵ h bei 538°C neigt dazu, sich abhängig von einem Anstieg einer Menge Ni zu verringern, insbesondere wird die Stärke etwa 11 kg/mm² oder mehr, wenn eine Menge Ni 2% oder weniger ist, insbesondere werden bei einer Menge Ni von 1,9% oder weniger 12 kg/mm² oder mehr gezeigt.
10 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen Kerbschlagzähigkeitswerten nach dem Erhitzen über 3.000 h und einer Menge Ni zeigt. Wie in 10 gezeigt, haben die Materialien, deren Verhältnis von (Si + Mn)/Ni 0,18 oder weniger ist, oder deren Verhältnis Mn/Ni 0,12 oder weniger ist, einen hohen Kerbschlagzähigkeitswert entsprechend einem Anstieg einer Menge Ni, ein Material oder Materialien der Vergleichsbeispiele Nr. 12 bis Nr. 14, deren Verhältnis von (Si + Mn)/Ni höher als 0,18 ist, oder deren Verhältnis von Mn/Ni 0,12 oder weniger ist, hat jedoch einen niedrigen Kerbschlagzähigkeitswert von 2,4 kg-m oder weniger, und sogar wenn eine Menge Ni auf einen hohen Wert ansteigt, hat dies wenig Auswirkung auf den Kerbschlagzähigkeitswert. Es ist offensichtlich, dass ein Einfluss von Mn oder (Si + Mn) auf den Kerbschlagzähigkeitswert bei einer spezifischen Menge Ni sehr groß ist. Wenn eine Menge Mn 0,2% oder weniger beträgt oder eine Menge (Si + Mn) 0,25% oder weniger beträgt, zeigt sich ein sehr hoher Kerbschlagzähigkeitswert. Wenn deshalb ein Verhältnis von (Si + Mn)/Ni 0,18 oder weniger beträgt oder ein Verhältnis von Mn/Ni 0,12 oder weniger beträgt, zeigt sich ein hoher Kerbschlagzähigkeitswert von 2,5 kg-m oder mehr.
Bis ein Zusammensetzungsverhältnis zwischen (V + Mo)/(Ni + Cr), das sich auf die Zeitstandfestigkeit und die Kerbschlagaufnahmeenergie bezieht, etwa 0,7 erreicht, wobei V und Mo Elemente sind, die Carbide bilden, und Ni und Cr Elemente sind, die die Härtbarkeit verbessern, steigen die Zeitstandfestigkeit und die Kerbschlagaufnahmeenergie, wenn das Zusammensetzungsverhältnis (V + Mo)/(Ni + Cr) steigt. Die Kerbschlagaufnahmeenergie sinkt auf einen niedrigen Wert, wenn das oben genannte Zusammensetzungsverhältnis größer wird. Zähigkeit und Zeitstandfestigkeit, die für den Monoblock-Turbinenrotor, der eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, notwendig sind, können ausgezeichnete Eigenschaften erhalten, indem das Zusammensetzungsverhältnis (V + Mo)/(Ni + Cr) in einen Bereich von 0,45–0,7 gebracht wird.
Die Verhältnisse zwischen Kerbschlagzähigkeitswerten nach dem Erhitzen zur Versprödung und einer Menge Mn oder einer Menge (Si + Mn) eines Materials, das 1,6–1,9% Ni enthielt, wurden untersucht, als Ergebnis wurde festgestellt, dass ein Einfluss einer Menge Mn oder einer Menge (Si + Mn) auf den Kerbschlagzähigkeitswert bei einer spezifischen Menge Ni sehr groß ist, ein sehr hoher Kerbschlagzähigkeitswert zeigt sich bei 0,2% oder weniger Mn oder bei 0,07–0,25% (Si + Mn).
Die Verhältnisse zwischen Kerbschlagzähigkeitswerten und einem Verhältnis von Mn/Si oder (Si + Mn)/Ni bei Material, das 1,52–2,0% Ni enthält, wurden untersucht, und als Ergebnis wurde festgestellt, dass ein hoher Kerbschlagzähigkeitswert von 2,5 kg-m oder mehr sich zeigte, wenn das Verhältnis von Mn/Ni 0,12 oder weniger ist bzw. das Verhältnis von (Si + Mn)/Ni 0,04 bis 0,18 ist.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
Tabelle 7 zeigt die chemischen Zusammensetzungen (nach Gew.-%) typischer Proben, die sich auf eine erfindungsgemäße Dampfturbinen-Rotorwelle, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, beziehen.
Proben Nr. 41 und 42 sind herkömmliche Stähle, die für Hochdruck-Rotorwellen bzw. Niedrigdruck-Rotorwellen verwendet werden. Nr. 43–52 sind erfindungsgemäße Stähle. Jeder erfindungsgemäße Stahl wird in einem Hochfrequenz-Vakuum-Schmelzofen geschmolzen, zu einem Stück geformt und dann bei 900– 1.150°C heißgeschmiedet. Unter Simulierung der Bedingungen eines zentralen Abschnitts einer Dampfturbinen-Rotorwelle, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, wurden diese Proben erhitzt, um zu einer Austenitstruktur umgeformt zu werden, und dann mit einer Geschwindigkeit von 100°C/h abgekühlt, um eine Härtung zu bewirken. Als Nächstes wurden sie 40 h lang bei 665°C erhitzt und in dem Ofen abgekühlt, wodurch eine Anlassbehandlung bewirkt wurde. Ein erfindungsgemäßer Ni-Cr-Mo-V-Stahl war von vollständiger Bainitstruktur, ohne eine Ferritphase aufzuweisen.
Eine Temperatur, bei der der erfindungsgemäße Stahl in eine Austenitstruktur umgewandelt wird, muss 870–1.000°C betragen. Eine Erhitzungstemperatur von weniger als 870°C kann eine hohe Zähigkeit erzielen, aber die Zeitstandfestigkeit sinkt auf einen niedrigen Wert. Wenn die Temperatur höher als 1.000°C ist, kann eine hohe Zeitstandfestigkeit erzielt werden, aber die Zähigkeit sinkt auf einen niedrigen Wert. Die Anlasstemperatur muss 610–700°C betragen. Eine Erhitzungstemperatur von weniger als 610°C kann keine hohe Zähigkeit erzielen, und wenn sie höher als 700°C beträgt, kann keine hohe Zeitstandfestigkeit erzielt werden.
Tabelle 7
Tabelle 8 zeigt die Testergebnisse der Zugfestigkeits-, Kerbschlagzähigkeits- und Kerb-Zeitstandfestigkeitstests. Die Zähigkeit ist durch V-Kerben-Charpy-Kerbschlagaufnahmeenergie ausgedrückt, getestet bei einer Temperatur von 20°C. Die Zeitstandfestigkeit ist durch eine Stärke über 10⁵ h bei 538°C ausgedrückt, erhalten durch das Raruson-Spiegelverfahren. Wie aus der Tabelle deutlich wird, hat jedes der erfindungsgemäßen Materialien eine Zugfestigkeit von 863,3 N/mm² oder mehr bei Raumtemperatur, eine 0,2%-ige Dehnfestigkeit von 686,7 N/mm² oder mehr, FATT von 40°C oder weniger, eine Kerbschlagaufnahmeenergie vor und nach dem Erhitzen von 24,5 Nm oder mehr und eine Zeitstandfestigkeit von 686,7 N/mm² oder mehr, was ausgezeichnete Werte sind, und die Materialien sind sehr nützlich für Monoblock-Turbinenrotoren, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigen. Insbesondere ist das Material von etwa 15 kg/mm² oder mehr besser für einen Turbinenrotor, der Schaufeln von 33,5'' Länge hat.
Zu den Proben Nr. 47–52 wurden jeweils Seltenerdmetalle (La-Ce), Ca, Zr und Al zugefügt, und die Zähigkeit steigt durch Zufügung dieser Elemente. Insbesondere ist eine Zufügung der Seltenerdmetalle wirksam für die Verbesserung der Zähigkeit. Ein Material, dem Y zugefügt wurde, außer dem Seltenerdmetall (La-Ce), wurde untersucht, und es wurde festgestellt, dass das Material auch eine deutliche Wirkung auf die Verbesserung der Zähigkeit hatte.
Tabelle 8
Weiterhin ist ein Verhältnis Ni/Mo 1,25 oder mehr, und ein Verhältnis Cr/Mo ist 1,1 oder mehr, oder ein Verhältnis Cr/Mo ist 1,45 oder mehr, oder ein Verhältnis Cr/Mo ist ein Wert oder mehr, der durch (–1,11 × (Ni/Mo) + 2,78) erhalten wird, wobei das Ganze der gleichen Wärmebehandlung unterzogen wird, und eine hohe Zeitstandfestigkeit für 10⁵ h bei 538°C von 12 kg/mm² oder mehr kann erzielt werden.
12 zeigt eine Teilschnittansicht einer erfindungsgemäßen Dampfturbine vom Wiedererhitzungstyp, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt.
Die erfindungsgemäße Dampfturbine ist ein Wiedererhitzungstyp und weist 14 Stufen von Schaufeln 4 auf, die an der Monoblock-Rotorwelle 3, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, eingesetzt sind, d. h. 6 Stufen eines Hochdruckabschnitts oder einer Hochdruckseite, 4 Stufen eines Mitteldruckabschnitts oder einer Mitteldruckseite und 14 Stufen eines Niedrigdruckabschnitts oder einer Niedrigdruckseite. Ein Hochdruckdampf strömt in eine Hochtemperatur- und Hochdruckseite bei 538°C und 169 atü von einem Dampfeinlass 21 durch ein Regelventil 5 wie bereits erwähnt. Der Dampf strömt in eine linke Richtung von 12 von dem Dampfeinlass und strömt von einem Hochdruck-Dampfauslass 22 aus, und der Dampf wird wieder auf 538°C erhitzt und anschließend von einem Einlass 23 für wiedererhitzten Dampf einem Mitteldruck-Turbinenabschnitt zugeführt. Der Dampf, der in den Mitteldruck-Turbinenabschnitt eingeströmt ist, wird zusammen mit Dampf von einem Niedrigdruck-Dampfeinlass 24 einem Niedrigdruck-Turbinenabschnitt zugeführt. Der Dampf wird zu einem Dampf von 33°C und 9,6 × 10⁴ Pa gemacht und von Schaufeln 4 der letzten Stufe ausgelassen. Die erfindungsgemäße Monoblock-Rotorwelle 3, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, wird einer Temperatur von 538°C bis 33°C ausgesetzt, und ein Schmiedestahl des oben genannten Ni-Cr-Mo-V-Niedriglegierungsstahls wird verwendet. Ein Abschnitt der Welle 3, in dem die Schaufeln eingesetzt sind, ist scheibenförmig und durch Bearbeiten der Welle 3 einteilig hergestellt. Je kürzer die Länge der Schaufeln ist, desto länger ist die Länge des Scheibenabschnitts, wodurch Vibrationen reduziert werden.
Die Schaufeln 4 des Hochdruckabschnitts sind in wenigstens 5 Stufen angeordnet, im vorliegenden Fall 6 Stufen. Die Stufen außer der ersten und der zweiten Stufe sind mit gleichem Abstand zueinander angeordnet, und ein Abstand zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe ist das 1,5- bis 2,0-fache des Abstands zwischen den anderen Stufen. Die axiale Dicke des Schaufeleinsatzabschnitts der Welle 3 ist bei der ersten Stufe am größten, und die Dicke von der zweiten Stufe zu der letzten Stufe wird schrittweise größer, und die Dicke der ersten Stufe beträgt das 2– 2,6-fache der Dicke der zweiten Stufe.
Die Schaufeln des Mitteldruckabschnitts sind in 4 Stufen angeordnet, wobei die axiale Dicke eines Schaufeleinsatzabschnitts bei der ersten und der letzten Stufe jeweils gleich und am dicksten ist und die Dicke der zweite, dritten Stufe sich jeweils in Richtung einer stromabwärtigen Seite eines Dampfstroms vergrößert. Der Niedrigdruckabschnitt weist Schaufeln auf, die in 4 Stufen angeordnet sind. Die axiale Dicke eines Schaufeleinsatzabschnitts der letzten Stufe beträgt das 2,7- bis 3,3-fache der axialen Dicke eines Schaufeleinsatzabschnitts an einem Stufeneinsatzabschnitt unmittelbar an einer stromaufwärtigen Seite des Dampfstroms, und die axiale Dicke des Schaufeleinsatzabschnitts an der unmittelbar stromaufwärtigen Seite der letzten Stufe beträgt das 1,1- bis 1,3-fache der axialen Dicke des Schaufeleinsatzabschnitts der Stufe unmittelbar an der stromaufwärtigen Seite dieser Stufe. Abstände zwischen den zentralen Abschnitten der Schaufeln von der ersten Stufe zu der vierten Stufe des Mitteldruckabschnitts sind etwa jeweils gleich, Abstände zwischen dem zentralen Abschnitt der Schaufeln des Niedrigdruckabschnitts vergrößern sich von der ersten Stufe zu der letzten Stufe. Ein Verhältnis des Abstands bei jeder Stufe zu dem bei der Stufe an der stromaufwärtigen Seite wird zu der stromaufwärtigen Seite größer, ein Verhältnis des Abstands bei der ersten Stufe zu dem bei der Stufe an der stromaufwärtigen Seite der ersten Stufe des Niedrigdruckabschnitts ist 1,1 bis 1,2, und ein Verhältnis des Abstands bei der letzten Stufe zu dem bei der Stufe an der stromaufwärtigen Seite beträgt 1,5 bis 1,7.
Die Länge jeder Schaufel der Mittel- und der Niedrigdruckseite vergrößert sich schrittweise von der ersten Stufe zu der letzten Stufe. Die Länge jeder Schaufel bei jeder Stufe beträgt das 1,2- bis 2,1-fache der Schaufellänge bei der Stufe an ihrer stromaufwärtigen Seite und das 1,2- bis 1,35-fache und mehr bis zur 5. Stufe, das 1,5- bis 1,7-fache bei der zweiten Stufe des Niedrigdruckabschnitts und das 1,9- bis 2,1-fache jeweils bei der dritten und vierten Stufe.
Die Schaufellänge bei jeder Stufe von dem Mitteldruckabschnitt zu dem Niedrigdruckabschnitt beträgt bei dieser Ausführungsform 6,35 cm, 7,62 cm, 12,7 cm, 16 cm, 25,4 cm, 52,6 cm und 101,6 cm.
Das Bezugszeichen 14 bezeichnet ein Innengehäuse und 15 ein Außengehäuse.
13 zeigt eine Form einer erfindungsgemäßen Monoblock-Rotorwelle 3, die eine Hochruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt. Die Rotorwelle 3 ist wie folgt gebildet: Ein Schmiedestahl aus Legierungszusammensetzungen, die in Tabelle 9 dargestellt sind, wird in einem Lichtbogen-Schmelzofen geschmolzen, dann in eine Pfanne gegossen und und dann in einem Vakuum gefrischt, indem Ar-Gas von dem unteren Abschnitt in die Pfanne geblasen wird, und zu einem Stück geformt.
Tabelle 9
Als Nächstes wird er bei einer Temperatur von 900–1.150°C geschmiedet, so dass er einen maximalen Durchmesser von 1,7 m und etwa 8 m Länge hat, seine Hochdruckseite 16 wird auf 950°C erhitzt und dies 10 h aufrechterhalten, seine Mittel- und Niedrigdruckseite 17 wird auf 880°C erhitzt und dies 10 h aufrechterhalten, und anschließend durch Besprühen mit Wasser abgekühlt, während die Rotorwelle gedreht wird, so dass die Abkühlungsgeschwindigkeit 100°C/h im zentralen Abschnitt beträgt. Als Nächstes wird die Hochdruckseite 16 angelassen, indem sie auf 650°C erhitzt wird und dies 40 h aufrechterhalten wird, und die Niedrigdruckseite 17 wird ebenfalls angelassen, indem sie auf 625°C erhitzt wird und dies 40 h aufrechterhalten wird. Teststücke werden aus einem zentralen Abschnitt der Rotorwelle geschnitten, und es werden ein Zeitstandfestigkeitstest, ein V-Kerben-Kerbschlagzähigkeitstest (der Schnittbereich des Teststücks beträgt 0,8 cm²), und ein Zugfestigkeitstest durchgeführt. Tabelle 10 zeigt die Testergebnisse.
Weiterhin hat, wie in 13 gezeigt, der Schaufeleinsatzabschnitt 18 der Hochdruckseite 16 und der Mittel- und Niedrigdruckseite 17 die folgende Dicke und den folgenden Abstand wie oben genannt. Bezugszeichen 19 bezeichnet Lagerabschnitte und 20 eine Kupplung.
Tabelle 10
Durchmesser der beweglichen Schaufelabschnitte und stehenden Leitschaufelabschnitte des Hochdruckabschnitts sind bei jeder Stufe gleich. Der Durchmesser des beweglichen Schaufelabschnitts von dem Mitteldruckabschnitt zu dem Niedrigdruckabschnitt vergrößert sich schrittweise, der Durchmesser des stehenden Leitschaufelabschnitts ist von der vierten Stufe bis zur sechsten Stufe gleich, von der sechsten Stufe bis zur achten Stufe gleich und vergrößert sich von der achten Stufe zur letzten Stufe.
Die Dicke eines Schaufeleinsatzabschnitts der letzten Stufe in axialer Richtung beträgt das 0,3-fache der Länge des Schaufelabschnitts, und die Dicke beträgt vorzugsweise das 0,28- bis 0,35-fache der Länge.
Die Rotorwelle hat einen maximalen Schaufelabschnittsdurchmesser an der letzten Stufe, der Durchmesser beträgt das 1,72-fache der Schaufelabschnittslänge, und vorzugsweise das 1,60- bis 1,85-fache.
Weiterhin beträgt die Länge zwischen den Lagern vorzugsweise das 1,65-fache des Durchmessers, den die Spitzenabschnitte der Schaufeln der letzten Stufe bilden.
Bei dieser Ausführungsform erzeugt der Generator 100.000 bis 200.000 kW. Der Abstand zwischen den Lagern 32 der Rotorwelle beträgt bei dieser Ausführungsform etwa 520 cm, der Außendurchmesser der Schaufeln der letzten Stufe beträgt 316 cm, und ein Verhältnis des Abstands zwischen den Lagern zu dem Außendurchmesser ist 1,65. Der Abstand (die Länge) zwischen den Lagern beträgt 0,52 m pro Ausgangsleistung von 10.000 kW.
Weiterhin beträgt der Außendurchmesser der Spitzenabschnitte der Schaufeln der letzten Stufe 365 cm in einem Fall, wenn die Schaufeln der letzten Stufe jeweils eine Länge von 101,6 cm haben, und ein Verhältnis des Abstands zwischen den Lagern zu dem Außendurchmesser beträgt 1,43. Dadurch ist eine Ausgangsleistung von 200.000 kW möglich, und der Abstand zwischen den Lagern pro 10.000 kW beträgt 0,26 m.
Ein Verhältnis des Außendurchmessers eines Schaufeleinsatzabschnitts der Rotorwelle zu der Länge der Schaufeln der letzten Stufe ist 1,70, wenn die Schaufeln 85 cm lang sind, und 1,71, wenn sie 101,6 cm lang sind.
Diese Ausführungsform kann sogar angewandt werden, wenn eine Dampftemperatur 566°C beträgt, und jeder Dampfdruck von 1,19 × 10⁷ Pa, 1,66 × 10⁷ Pa und 2,2 × 10⁷ Pa kann aufgebracht werden.
AUSFÜHRUNGSFORM 5
14 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines Dampfturbinenaufbaus des Wiedererhitzungstyps, der eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, zeigt.
Bei der Dampfturbine strömt ein Dampf von 538°C und 1,24 × 10⁷ Pa in einen Einlass 21, verändert sich zu 367°C und 3,73 × 10⁶ Pa und wird von einem Hochdruck-Dampfauslass 22 durch einen Hochdruckabschnitt einer Rotorwelle 3, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, ausgelassen. Der Dampf, der durch einen Zwischenüberhitzer auf 538°C und 3,43 × 10⁶ Pa erhitzt wurde, strömt in einen Mitteldruckabschnitt der Rotorwelle 3 von einem Einlass 23 für wiedererhitzten Dampf, strömt in einen Niedrigdruckabschnitt und wird zu einem Dampf von etwa 46°C und 0,98 × 10⁴ Pa und wird dann von einem Auslass ausgelassen. Ein Teil des Dampfes, der aus dem Hochdruck-Dampfauslass 22 ausgelassen wurde, wird als Wärmequelle für den Rest verwendet und wird wieder von einem Niedrigdruck-Dampfeinlass 24 als Wärmequelle der Turbine eingelassen.
Bei dieser Ausführungsform wird auch als Material der Monoblock-Rotorwelle 3, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, der Schaufeln 4, der stehenden Leitschaufeln 7 und eines Gehäuses 6 das gleiche Material verwendet wie bei den Ausführungsformen 2 oder 3. Schaufeln von 109,2 cm werden bei der letzten Stufe verwendet, und eine Energieerzeugungs-Ausgangsleistung liegt bei 1.250.000 kW. Die Schaufeln der letzten Stufe sind aus dem gleichen Martensitstahl hergestellt wie bei Ausführungsform 3. Ein Abstand zwischen Lagern der Rotorwelle 3 beträgt etwa 655 cm, ein Durchmesser bei den Schaufeln der letzten Stufe von 109,2 cm beträgt 382 cm, und ein Verhältnis des Abstands zum Durchmesser ist 1,72.
Die erfindungsgemäße Dampfturbine ist ein Wiedererhitzungstyp und weist eine Vielzahl von Schaufeln 4 auf, die an der Monoblock-Rotorwelle 3, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, in 7 Stufen an einer Hochdruckseite, 6 Stufen an einer Mitteldruckseite und 5 Stufen an einer Niedrigdruckseite eingesetzt sind, d. h. insgesamt 18 Stufen. Ein Hochdruckdampf strömt in eine Hochtemperatur- und Hochdruckseite mit 538°C und 1,66 × 10⁷ Pa von dem Dampfeinlass 21 durch ein Regelventil, wie zuvor erwähnt. Der Hochdruckdampf strömt in eine Richtung von dem Dampfeinlass und strömt aus dem Hochdruck-Dampfauslass 22 aus, und der Dampf wird wieder erhitzt und anschließend von dem Einlass 23 für wiedererhitzten Dampf in den Mitteldruck-Turbinenabschnitt geleitet. Der Dampf, der in den Mitteldruck-Turbinenabschnitt eingeströmt ist, wird zusammen mit Dampf von dem Niedrigdruck-Dampfeinlass 24 in den Niedrigdruck-Turbinenabschnitt geleitet. Der Dampf wird zu einem Dampf mit 33°C und 9,6 × 10⁴ Pa und wird von den Schaufeln 4 der letzten Stufe ausgelassen. Die erfindungsgemäße Monoblock-Rotorwelle 3, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, wird einer Temperatur zwischen 538°C bis 33°C ausgesetzt, ein Schmiedestahl des oben genannten Ni-Cr-Mo-V-Niedriglegierungsstahls wird verwendet. Ein Abschnitt der Welle 3, in dem die Schaufeln eingesetzt sind, ist scheibenförmig ausgebildet und einteilig durch Bearbeiten der Welle 3 gebildet. Je kürzer die Länge der Schaufeln, desto länger ist die Länge des Scheibenabschnitts, wodurch Vibrationen reduziert werden.
Die Schaufeln 4 des Hochdruck-Turbinenabschnitts sind in 7 Stufen oder wenigstens 5 Stufen angeordnet. Die Stufen von der ersten Stufe bis zu der Stufe unmittelbar vor der letzten Stufe sind mit gleichen Abständen zwischen ihnen angeordnet, und ein Abstand zwischen der letzten Stufe und der Stufe unmittelbar vor der letzten Stufe beträgt das 1,1- bis 1,3-fache des Abstands zwischen den übrigen Stufen außer der ersten Stufe. Die axiale Dicke des Schaufeleinsatzabschnitts der Welle 3 ist bei der ersten und der letzten Stufe am größten, und die Dicke ist bei den anderen Stufen außer der ersten und der letzten Stufe im Wesentlichen gleich. Die Dicke der ersten Stufe beträgt das 2- bis 2,6-fache der Dicke der zweiten Stufe.
Die Schaufeln des Mitteldruckabschnitts sind in 6 Stufen angeordnet, der Abstand zwischen den Schaufelzentren ist bei der ersten und der zweiten Stufe am größten und ist von der zweiten Stufe bis zur letzten Stufe im Wesentlichen gleich. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Stufe beträgt das 1,1- bis 1,5-fache des Abstands zwischen den anderen Stufen.
Der Niedrigdruckabschnitt weist in 5 Stufen angeordnete Schaufeln auf. Der Abstand zwischen den zentralen Abschnitten der Stufenschaufeln vergrößert sich schrittweise von der ersten Stufe zur letzten Stufe und beträgt bei der letzten Stufe das 4,0- bis 4,8-fache der ersten Stufe. Die Dicke eines Schaufeleinsatzabschnitts in axialer Richtung ist bei der letzten Stufe am größten, wird von der letzten Stufe zu der stromaufwärtigen Seite des Dampfstroms schrittweise kleiner, und die axiale Dicke der letzten Stufe beträgt das 2,0- bis 2,8-fache der Stufe unmittelbar stromaufwärts der letzten Stufe, und die axiale Dicke des Schaufeleinsatzabschnitts der Stufe unmittelbar stromaufwärts dieser Stufe beträgt das 1,0- bis 1,5-fache der axialen Dicke des Schaufeleinsatzabschnitts der Stufe unmittelbar stromaufwärts dieser Stufe. Die erste Stufe hat eine Dicke, die das 0,20- bis 0,25-fache derjenigen der letzten Stufe beträgt.
Die Länge des Schaufelabschnitts jeder Schaufel wird von der ersten Stufe zur letzten Stufe des Niedrigdruckabschnitts schrittweise größer, die Schaufellänge der letzten Stufe beträgt 109,2 cm, und die Schaufellänge der letzten Stufe beträgt das 1,8- bis 2,2-fache derjenigen der Stufe unmittelbar stromaufwärts der letzten Stufe. Die Schaufellänge der Stufe unmittelbar vor der letzten Stufe beträgt das 1,7- bis 2,1-fache derjenigen der Stufe unmittelbar vor dieser Stufe, und die Schaufellänge der Stufe unmittelbar vor dieser Stufe beträgt das 1,1- bis 1,5-fache derjenigen der Stufe unmittelbar vor der oben zuletzt genannten Stufe.
Die Länge jeder Schaufel des Mitteldruckabschnitts wird von der ersten Stufe zu der letzten Stufe schrittweise größer. Die Länge der Schaufeln der letzten Stufe beträgt das 3- bis 3,5-fache der Schaufellänge der Schaufeln der ersten Stufe.
Die Schaufellänge jeder Stufe von dem Mitteldruckabschnitt 25 zu dem Niedrigdruckabschnitt 26 beträgt bei dieser Ausführungsform 4 cm, 5,3 cm, 5,3 cm, 6,6 cm, 7,6 cm, 11,5 cm, 15,7 cm, 23,6 cm, 30,2 cm, 56,4 cm und 109,2 cm.
Das Bezugszeichen 14 bezeichnet ein Innengehäuse und 15 ein Außengehäuse.
15 zeigt eine Form einer erfindungsgemäßen Monoblock-Rotorwelle 3, die eine Hochruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt.
Die Rotorwelle 3 dieser Ausführungsform ist wie folgt gebildet: Ein Schmiedestahl mit im Wesentlichen den gleichen Legierungszusammensetzungen wie in Tabelle 9 wird hergestellt und wie bei Ausführungsform 4 geschmiedet, so dass er 1,7 m maximalen Durchmesser und etwa 8 m Länge hat. Seine Hochdruck- und seine Mitteldruckseite werden auf 950°C erhitzt, dies wird 10 h aufrechterhalten, und seine Niedrigdruckseite wird auf 880°C erhitzt, dies wird 10 h aufrechterhalten, und wird anschließend mit Sprühwasser gekühlt, während die Rotorwelle gedreht wird, so dass die Abkühlungsgeschwindigkeit im zentralen Abschnitt 100°C/h beträgt. Als Nächstes werden die Hochdruck- und die Mitteldruckseite durch Erhitzen auf 655°C und Aufrechterhalten für 40 h angelassen, und die Niedrigdruckseite wird ebenfalls durch Erhitzen auf 620°C und Aufrechterhalten für 40 h angelassen. Teststücke werden aus einem zentralen Abschnitt der Rotorwelle geschnitten, und es werden ein Zeitstandfestigkeitstest, ein V-Kerben-Kerbschlagzähigkeitstest (Schnittfläche des Teststücks ist 0,8 cm²) sowie ein Zugfestigkeitstest durchgeführt. Die Testergebnisse sind die gleichen wie bei Ausführungsform 4.
Der Durchmesser des Schaufelabschnitts der letzten Stufe beträgt 380 cm, ein Verhältnis des Abstands zwischen Lagern zu dem Durchmesser ist 1,72, vorzugsweise 1,60 bis 1,85. Der Abstand zwischen Lagern pro Energieerzeugungs-Ausgangsleistung von 10.000 kW beträgt 0,52 m und vorzugsweise 0,45 bis 0,70.
Durchmesser der beweglichen Schaufelabschnitte und stehenden Leitschaufelabschnitte der Hoch- und der Mitteldruckseite sind bei jeder Stufe gleich. Der Durchmesser des beweglichen Schaufelabschnitts der letzten Stufe des Mitteldrucks ist etwas größer, der Durchmesser in dem Niedrigdruckabschnitt wird bei dem beweglichen Schaufelabschnitt und dem stehenden Leitschaufelabschnitt schrittweise größer. Weiterhin beträgt die Dicke eines Schaufeleinsatzabschnitts in axialer Richtung das 0,30-fache der Länge des Schaufelabschnitts der letzten Stufe, und die Dicke beträgt vorzugsweise das 0,28- bis 0,32-fache der Länge. Der Durchmesser des Schaufeleinsatzabschnitts der letzten Stufe beträgt das 1,50-fache der Schaufelabschnittslänge und vorzugsweise das 1,46- bis 1,55-fache.
16 ist eine perspektivische Ansicht der Schaufel der letzten Stufe, deren Schaufelabschnittslänge 1.092 mm beträgt.
In 16 bezeichnet das Bezugszeichen 51 einen Schaufelabschnitt, auf den Dampf mit hoher Geschwindigkeit trifft, 52 einen Einsatzabschnitt in der Rotorwelle, 53 Öffnungen zum Einsetzen von Stiften zum Unterstützen der Zentrifugalkraft der Schaufeln, 54 einen Erosionsschutz (eine Stellitplatte aus einer Co-basierten Legierung wird durch Schweißen befestigt), um eine Erosion durch Wassertropfen in dem Dampf zu verhindern, und 57 eine Abdeckung. Bei dieser Ausführungsform wird die Schaufel als ein Stück geschmiedet und dann durch Bearbeiten geformt. Die Abdeckung kann mechanisch einteilig mit der Schaufel ausgebildet werden.
109,2 cm lange Schaufeln wurden jeweils geschmolzen und durch ein Elektroschlacken-Umschmelzverfahren geformt, geschmiedet und einer Wärmebehandlung unterzogen. Das Schmieden erfolgte in einem Bereich von 850–1.150°C, und die Wärmebehandlung wurde unter den gleichen Bedingungen (Härtung: 1.050°C, primäres Anlassen: 560°C und sekundäres Anlassen: 580°C) wie bei Ausführungsform 1 durchgeführt. Probe Nr. 7 der Tabelle 1 zeigt die chemischen Zusammensetzungen dieses Materials der langen Schaufeln. Die metallurgische Struktur dieser langen Schaufel war eine vollständig angelassene Martensitstruktur.
Nr. 7 der Tabelle 1 hat eine ausgezeichnete Zugfestigkeit bei Raumtemperatur und einen ausgezeichneten V-Kerben-Charpy-Kerbschlagzähigkeitswert bei 20°C. Es wurde bestätigt, dass diese 1.092 mm lange Schaufel die erforderlichen mechanischen Eigenschaften besitzt, d. h. eine Zugfestigkeit von 1.260,6 N/mm² oder mehr und einen V-Kerben-Charpy-Kerbschlagzähigkeitswert bei 20°C von 39,2 Nm/cm² oder mehr sowie ausreichende mechanische Eigenschaften.
17 ist eine perspektivische, zum Teil geschnittene Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Erosionsschutz (Stellitlegierung) 54 durch Elektronenstrahlschweißung oder WIG-Schweißung 56 befestigt wird. Wie in 17 gezeigt, ist der Schutz 54 an 2 Stellen an der Vorder- und Rückseite verschweißt.
AUSFÜHRUNGSFORM 6
18 ist ein schematisches Diagramm eines Vielachsen-Energieerzeugungssystems mit kombiniertem Zyklus, in dem 2 Gasturbinen sowie eine Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, verwendet werden.
In einem Fall, wenn unter Verwendung einer Gasturbine elektrische Energie erzeugt wird, besteht in den letzten Jahren die Tendenz, dass ein so genanntes Verbund-Energieerzeugungssystem verwendet wird, bei dem die Gasturbine mit verflüssigtem Naturgas als Kraftstoff betrieben wird, eine Dampfturbine mit Dampf betrieben wird, der erhalten wird, indem Energie aus Abfallgas oder Abgas des Gassystems wiedergewonnen wird, und ein Generator von der Gasturbine und der Dampfturbine angetrieben wird. Durch Verwendung des Verbund-Energieerzeugungssystems kann der thermische Wirkungsgrad stark auf etwa 44% erhöht werden, im Vergleich zu einer herkömmlichen einfachen Dampfturbinen-Energieerzeugung, deren thermischer Wirkungsgrad 40% beträgt.
Bei einer solchen Verbund-Energieerzeugungsanlage ist in jüngster Zeit weiterhin die Verwendung von flüssigem Naturgas und flüssigem Erdölgas geplant, an Stelle der Nutzung von flüssigem Naturgas allein, und ein reibungsloser Betrieb der Anlage und eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit sind geplant, indem sowohl flüssiges Naturgas als auch flüssiges Erdölgas verbrannt werden.
Bei dem Energieerzeugungssystem wird zunächst Luft einem Luftverdichter der Gasturbine durch einen Einlassluftfilter und einen Einlassluftschalldämpfer zugeführt, und der Luftverdichter verdichtet die Luft und transportiert die verdichtete Luft zu Niedrig-NO_x-Brennern.
In den Brennern wird Kraftstoff in die verdichtete Luft eingespritzt und verbrannt, um Hochtemperaturgas von 1.200°C oder mehr zu erzeugen, und das Gas wirkt in der Gasturbine, um Energie zu erzeugen.
Abgas von 530°C oder mehr wird aus der Gasturbine durch einen Abgas-Schalldämpfer in einen Abgas- oder Abfallgas-Wiedergewinnungsboiler geleitet. Der Boiler gewinnt die Energie des Abgases zurück, um einen Hochdruckdampf von 530°C oder mehr zu erzeugen. Der Boiler ist mit einer Denitrierungsvorrichtung versehen, die ein Trocken-Ammoniak-Kontaktreduzierungssystem verwendet. Das Abgas wird von einem mehrere hundert Meter hohen Schacht mit Dreifußbefestigung ausgelassen.
Der erzeugte Hochdruckdampf und Niedrigdruckdampf werden in die Dampfturbine geleitet, die einen Rotor aufweist, der eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite verbindet. Die Turbine wird später beschrieben.
Weiterhin strömt der Dampf, der die Dampfturbine verlässt, in einen Kondensator, in dem er unter Vakuum entlüftet wird, um zu Kondensat zu werden. Das Kondensat wird durch eine Kondensatpumpe mit Druck beaufschlagt und als Zufuhrwasser dem Boiler zugeführt. Die Gasturbine und die Dampfturbine treiben den Generator an beiden Wellenenden des Generators an, um elektrische Energie zu erzeugen. Um Gasturbinenschaufeln zu kühlen, die in einer solchen Verbund-Energieerzeugungsanlage verwendet werden, kann in manchen Fällen Dampf, der in der Dampfturbine verwendet wird, als Kühlmittel genutzt werden.
Allgemein wird Luft als Kühlmittel für Schaufeln verwendet. Jedoch wird auch Dampf als ein solches Kühlmittel verwendet. Dampf hat eine starke Kühlwirkung, weil der Dampf im Vergleich zu Luft eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität und nur geringes Gewicht hat. Da der Dampf eine hohe spezifische Wärmekapazität hat, wird die Temperatur eines Hauptströmungsgases deutlich reduziert, und der thermische Wirkungsgrad der gesamten Anlage sinkt, wenn der als Kühlmittel verwendete Dampf in das Hauptströmungsgas strömt, so dass Dampf von relativ niedriger Temperatur (von z. B. etwa 300–400°C) den Turbinenschaufeln von Kühlmittelzufuhröffnungen zugeführt wird, Schaufelkörper kühlt, das Kühlmittel, dessen Temperatur durch Wärmeaustausch auf eine relativ hohe Temperatur erhöht wird, wiedergewonnen wird und dann in die Dampfturbine zurückgeführt wird. Dadurch wird ein Sinken der Temperatur (etwa 1.300–1.500°C) des Hauptströmungsgases verhindert, und die Effizienz der Dampfturbine wird erhöht, wodurch die Effizienz der gesamten Anlage verbessert werden kann. Durch dieses kombinierte Vielachsen-Energieerzeugungssystem können insgesamt 100.000–500.000 kW erzeugt werden, wobei die Gasturbine 50.000–300.000 kW und die Dampfturbine 50.000–200.000 kW erzeugen kann. Dadurch wird die Dampfturbine der Ausführungsform kompakt, und die gesamte Anlage, einschließlich einer Vielzahl von Gasturbinen und Dampfturbinen, kann 700.000–1.000.000 kW Energie erzeugen. Die Anlage, die die gleiche Kapazität wie eine Dampfturbine mit großen Abmessungen hat, kann im Vergleich zu der Dampfturbine mit großen Abmessungen kostengünstig hergestellt werden, und hat den großen Vorteil, dass die Turbine wirksam oder wirtschaftlich betrieben werden kann, abhängig von der Fluktuation der Menge der zu erzeugenden Energie.

Claims

Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niedrigdruckseite vereinigt, mit einem Rotor, der eine Monoblock-Rotorwelle (3) aufweist, auf der Schaufeln (4) in mehreren Stufen von einer Hochdruckseite zu einer Niedrigdruckseite eingesetzt sind, und einem Gehäuse (6), das den Rotor abdeckt, wobei eine Einlasstemperatur des Dampfes zu Schaufeln (4) einer ersten Stufe auf der Hochdruckseite nicht geringer ist als 530°C, und die Schaufeln (4) der letzten Stufe auf der Niedrigdruckseite einen Wert der Schaufellänge in Zentimetern multipliziert mit Umdrehungen pro Minute von nicht weniger als 304.800 haben, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Schaufeln (4) der letzten Stufe auf der Niedrigdruckseite aus einem rostfreien Martensitstahl hergestellt ist, der in Gew.-% 0,08 bis 0,18% C, nicht mehr als 0,25% Si, nicht mehr als 1,00% Mn, 8,0 bis 13,0% Cr, mehr als 2,1% und nicht mehr als 3% Ni, 1,5 bis 3,0% Mo, 0,05 bis 0,35% V, insgesamt 0,02 bis 0,20% wenigstens einer Art von Nb und Ta, und 0,02 bis 0,10% N enthält.
Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niederdruckseite vereinigt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rostfreie Martensitstahl, der die Schaufeln (4) der letzten Stufe auf der Niedrigdruckseite bildet, eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 128,5 kg/mm² bei Raumtemperatur hat.
Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niederdruckseite vereinigt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfturbine, die die Hochdruck- und die Niederdruckseite verbindet, für 50 Hz dient, und die Schaufeln (4) der letzten Stufe auf der Niederdruckseite jeweils eine Schaufelabschnittslänge von wenigstens 101,6 cm haben.
Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niederdruckseite vereinigt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfturbine, die die Hochdruck- und die Niederdruckseite verbindet, für 60 Hz dient, und die Schaufeln der letzten Stufe auf der Niederdruckseite jeweils eine Schaufelabschnittslänge von wenigstens 83,82 cm haben.
Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niederdruckseite vereinigt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rostfreie Markensitstahl eine vollkommen angelassene Martensitstruktur aufweist.
Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niederdruckseite vereinigt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rostfreie Martensitstahl im Wesentlichen kein δ-Ferrit enthält.
Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niederdruckseite vereinigt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rostfreie Martensitstahl ein Verhältnis von Mn/Ni von 0,11 oder weniger hat.
Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niederdruckseite vereinigt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rostfreie Martensitstahl ein Cr-Äquivalent von 4 bis 10 hat, das durch folgende Gleichung erhalten wird: Cr-Äquivalent = Cr + 6Si + 4Mo + 1,5W + 11V + 5Nb – 40C – 30N – 30B – 2Mn – 4Ni – 2CO + 2,5Ta.
Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niederdruckseite vereinigt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem rostfreien Martensitstahl P, S, Sb, Sn und As so unterdrückt werden, dass sie 0,015% oder weniger, 0,015% oder weniger, 0,0015% oder weniger, 0,01% oder weniger bzw. 0,02% oder weniger betragen.
Dampfturbine, die eine Hochdruck- und eine Niederdruckseite vereinigt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (3) aus einem Ni-Cr-Mo-V-Niedriglegierungsstahl hergestellt ist, der in Gewichts-Prozent 0,18 bis 0,28% C, nicht mehr als 0,1% Si, 0,1 bis 0,3% Mn, 1,5 bis 2,5% Cr, 1,5 bis 2,5% Ni, 1 bis 2% Mo, 0,1 bis 0,35% V und nicht mehr als 0,003% O enthält.