JP2000204447A - High strength martensitic steel, turbine disk for gas turbine using the same, gas turbine for power generation and combined power generating system - Google Patents

High strength martensitic steel, turbine disk for gas turbine using the same, gas turbine for power generation and combined power generating system

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JP2000204447A
JP2000204447A JP11002587A JP258799A JP2000204447A JP 2000204447 A JP2000204447 A JP 2000204447A JP 11002587 A JP11002587 A JP 11002587A JP 258799 A JP258799 A JP 258799A JP 2000204447 A JP2000204447 A JP 2000204447A
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JP
Japan
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turbine
less
stage
temperature
strength
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JP11002587A
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Japanese (ja)
Inventor
Kishio Hidaka
貴志夫 日▲高▼
Masahiko Arai
将彦 新井
Shigeyoshi Nakamura
重義 中村
Makoto Hiraga
平賀  良
Takeshi Onoda
武志 小野田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbine excellent in high temp. strength using steel in this invention and suitable for high efficiency power generation by specifying the contents of C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V, Nb, Co and N in the steel compsn. and specifying creep rupture strength therein. SOLUTION: The compsn. of martensitic steel for a turbine disk is composed of, by weight, 0.05 to 0.20% C, <=0.5% Si, <=0.6% Mn, 0.5 to 4.0% Ni, 8 to 13% Cr, <=4% Mo, 0.1 to 0.4% V, 0.06 to 0.25% Nb, and the balance substantial Fe. Moreover, the creep rupture strength at 450 deg.C for hundred thousand times is >=50 kg/mm2, and, to this creep rupture strength, the creep rupture strength at 500 deg.C for hundred thousand times is controlled to >=70% thereof. When this martensitic steel is adopted to a turbine disk for a gas turbine of about 1400 to 1650 deg.C nozzle inlet temp., a high efficiency turbine of >=37% by an LHV display can be obtd.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、タービン入り口温
度が1200℃以上である新規な高効率発電用ガスター
ビン及びコンバインド発電システムに係り、特にそれに
用いるタービンディスクとそれに用いる新規なマルテン
サイト鋼に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel gas turbine for high-efficiency power generation and a combined power generation system having a turbine inlet temperature of 1200 ° C. or higher, and more particularly to a turbine disk used in the gas turbine and a novel martensitic steel used in the turbine disk.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、省エネルギーの観点からガスター
ビンの熱効率の向上が望まれている。熱効率を向上させ
るにはガス温度及び圧力を上げるのが最も有効な手段で
あるが、ガス温度を1200℃から1650℃に高め、
圧縮比を15付近まで高めることにより従来の1200
℃以下のガスタービンに比較し約3%以上の効率向上が
期待できる。
2. Description of the Related Art In recent years, it has been desired to improve the thermal efficiency of a gas turbine from the viewpoint of energy saving. Raising the gas temperature and pressure is the most effective means for improving the thermal efficiency, but increasing the gas temperature from 1200 ° C. to 1650 ° C.
By increasing the compression ratio to around 15, the conventional 1200
An improvement in efficiency of about 3% or more can be expected as compared with a gas turbine at a temperature of not more than ℃.

【0003】しかし、これらの高温・高圧比に伴い、よ
り強度の高い材料が必要である。そして高温特性を最も
大きく左右するクリープ破断強度が要求される。クリー
プ破断強度が高い構造材料としてオーステナイト鋼,N
i基合金,Co基合金,マルテンサイト鋼等が一般に知
られているが、熱間加工性,切削性及び振動減衰特性等
の点でNi基合金及びCo基合金は望ましくない。ま
た、オーステナイト鋼は400〜450℃付近の高温強
度がそれ程高くないこと更にガスタービン全体システム
から望ましくない。一方、マルテンサイト鋼は他の構成
部品とのマッチングが良く、高温強度も十分である。マ
ルテンサイト鋼として特開昭63−60262 号公報,特開平
5−263657 号公報等が知られている。しかし、これらの
材料は400〜500℃で必ずしも高いクリープ破断強度
は得られず、タービンディスク等としてより高温化に対
するガスタービンにそのまま使用することはできない。
However, with these high-temperature / high-pressure ratios, materials having higher strength are required. In addition, creep rupture strength that greatly affects high-temperature characteristics is required. Austenitic steel and N as structural materials with high creep rupture strength
Although i-base alloys, Co-base alloys, martensitic steels and the like are generally known, Ni-base alloys and Co-base alloys are not desirable in terms of hot workability, machinability and vibration damping characteristics. In addition, austenitic steel does not have high strength at high temperatures around 400 to 450 ° C., which is undesirable from the viewpoint of the entire gas turbine system. On the other hand, martensitic steel has good matching with other components, and has sufficient high-temperature strength. As martensitic steels, JP-A-63-60262,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-263657 is known. However, these materials do not necessarily have high creep rupture strength at 400 to 500 ° C., and cannot be used as they are in a gas turbine for a higher temperature as a turbine disk or the like.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ガスタービンの高温・
高圧比に対して単に強度の高い材料を用いるだけではガ
ス温度の上昇はできない。ガスタービンの高温化には高
温強度が高いことと高い靭性とを兼ね備えた耐熱鋼を用
いなければならない。しかし、一般に、強度を向上させ
ると靭性が低下する。
SUMMARY OF THE INVENTION The high temperature of a gas turbine
The gas temperature cannot be increased simply by using a material having high strength with respect to the high pressure ratio. In order to increase the temperature of a gas turbine, heat-resistant steel having both high strength at high temperatures and high toughness must be used. However, generally, increasing the strength decreases the toughness.

【0005】従って、マルテンサイト鋼においても両者
の特性を十分に満足させることは困難である。
[0005] Therefore, it is difficult for martensitic steel to sufficiently satisfy both properties.

【0006】本発明の目的は、高温強度に優れたマルテ
ンサイト鋼とそれを用いたガスタービンディスク,発電
用ガスタービン及びそれと蒸気タービンとの組合せのコ
ンバインド発電システムを提供するにある。
An object of the present invention is to provide a martensitic steel excellent in high-temperature strength, a gas turbine disk using the same, a gas turbine for power generation, and a combined power generation system combining the same with a steam turbine.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、重量で、C
0.05〜0.20%,Si0.5%以下,Mn0.6%以
下,Ni0.5〜4.0%,Cr8〜13%,Mo4%以
下,V0.1〜0.4%,Nb0.06〜0.25%及びC
o1〜5%を含むマルテンサイト鋼からなり、450
℃,10万時間クリープ破断強度が50kg/mm2 以上で
あり、該クリープ破断強度に対して500℃,10万時
間クリープ破断強度がその70%以上であることを特徴
とする高強度マルテンサイト鋼にある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a C
0.05 to 0.20%, Si 0.5% or less, Mn 0.6% or less, Ni 0.5 to 4.0%, Cr 8 to 13%, Mo 4% or less, V 0.1 to 0.4%, Nb 0. 06-0.25% and C
consisting of martensitic steel containing 1-5% o
High strength martensitic steel characterized in that the creep rupture strength at 100 ° C. for 100,000 hours is 50 kg / mm 2 or more and the creep rupture strength at 500 ° C. for 100,000 hours is 70% or more of the creep rupture strength. It is in.

【0008】本発明は、重量で、C0.05〜0.20
%,Si0.5%以下,Mn0.6%以下,Ni0.5〜
4.0%,Cr8〜13%,Mo4%以下,V0.1〜
0.4%,Nb0.06〜0.25%,Co1〜5%,酸
素0.020%以下及び水素0.003%以下を有することを
特徴とする高強度マルテンサイト鋼にある。
[0008] The present invention relates to a method for preparing C05 to 0.20 by weight.
%, Si 0.5% or less, Mn 0.6% or less, Ni 0.5 to 0.5%
4.0%, Cr 8-13%, Mo 4% or less, V0.1-
A high-strength martensitic steel comprising 0.4%, Nb 0.06 to 0.25%, Co 1 to 5%, oxygen 0.020% or less and hydrogen 0.003% or less.

【0009】本発明は、重量で、C0.05〜0.20
%,Si0.5%以下,Mn0.6%以下,Ni0.5〜
4.0%,Cr8〜13%,Mo4%以下,W1〜5%,
V0.1〜0.4%,Nb0.06〜0.25%及びCo1
〜5%を有し、前記(W/Mo)比が2〜5であること
を特徴とする高強度マルテンサイト鋼にある。
The present invention relates to a method for preparing C 0.05 to 0.20 by weight.
%, Si 0.5% or less, Mn 0.6% or less, Ni 0.5 to 0.5%
4.0%, Cr 8-13%, Mo 4% or less, W1-5%,
V 0.1-0.4%, Nb 0.06-0.25% and Co1
High-strength martensitic steel, wherein the ratio (W / Mo) is 2-5.

【0010】本発明は、重量で、C0.05〜0.20
%,Si0.5%以下,Mn0.6%以下,Ni0.5〜
4.0%,Cr8〜13%,Mo0.2〜1.0%未満 ,
V0.1〜0.4%,Nb0.06〜0.25%及びCo1
〜5% を有することを特徴とする高強度マルテンサイ
ト鋼にある。
[0010] The present invention relates to a method for preparing C05 to 0.20 by weight.
%, Si 0.5% or less, Mn 0.6% or less, Ni 0.5 to 0.5%
4.0%, Cr 8 to 13%, Mo 0.2 to less than 1.0%,
V 0.1-0.4%, Nb 0.06-0.25% and Co1
High-strength martensitic steel, characterized by having

【0011】本発明は、請求項に記載の如く、更にW1
〜5%及びB0.0005〜0.01%の少なくとも一方
を有することを特徴とする。
[0011] The present invention further relates to the invention as defined in the claims.
-5% and B0.0005-0.01%.

【0012】本発明は、請求項のいずれかに記載のマル
テンサイト鋼よりなることを特徴とするガスタービン用
タービンディスクにある。
The present invention resides in a turbine disk for a gas turbine, comprising the martensitic steel according to any one of the claims.

【0013】本発明は、圧縮機と、燃焼器と、タービン
ディスクに固定された3段以上のタービンブレードと、
該タービンブレードに対応して設けられたタービンノズ
ルとを備えた発電用ガスタービンにおいて、前記タービ
ンディスクは請求項に記載のタービンディスクによって
構成される発電用ガスタービンにある。
[0013] The present invention provides a compressor, a combustor, three or more stages of turbine blades fixed to a turbine disk,
In a gas turbine for power generation having a turbine nozzle provided corresponding to the turbine blade, the turbine disk is a gas turbine for power generation constituted by the turbine disk described in the claims.

【0014】本発明は、高速で流れる燃焼ガスによって
駆動されるガスタービンと、該ガスタービンの排ガスの
エネルギーによって水蒸気を得る排熱回収ボイラと、高
低圧一体型蒸気タービン及びガスタービンによって発電
機を駆動するコンバインド発電システムにおいて、前記
ガスタービンは請求項に記載の発電用ガスタービンによ
って構成されることを特徴とするコンバインド発電シス
テムにある。
The present invention provides a gas turbine driven by combustion gas flowing at a high speed, an exhaust heat recovery boiler that obtains steam by the energy of exhaust gas from the gas turbine, and a high / low pressure integrated steam turbine and a generator using a gas turbine. In the combined power generation system to be driven, the gas turbine includes a power generation gas turbine according to the present invention.

【0015】本発明は、圧縮機と、燃焼器と、タービン
ディスクに固定された3段以上のタービンブレードと、
前記タービンブレードに対応して設けられた3段以上の
タービンノズルとを備えた発電用ガスタービンにおい
て、前記タービンディスクを前記圧縮機によって圧縮さ
れた空気によって前記タービンディスクの胴部から前記
タービンブレードに渡って冷却する空気冷却系統を有
し、前記タービンディスクはマルテンサイト鋼よりなる
ことが好ましい。
[0015] The present invention provides a compressor, a combustor, three or more stages of turbine blades fixed to a turbine disk,
In a gas turbine for power generation having three or more stages of turbine nozzles provided corresponding to the turbine blades, the turbine disk is moved from the body of the turbine disk to the turbine blade by air compressed by the compressor. Preferably, the turbine disk has an air cooling system for cooling over the turbine disk, and the turbine disk is made of martensitic steel.

【0016】本発明は、圧縮機と、燃焼器と、タービン
ディスクに固定された3段以上のタービンブレードと、
前記タービンブレードに対応して設けられた3段以上の
タービンノズルとを備えた発電用ガスタービンにおい
て、前記タービンディスクをその胴部から前記タービン
ブレードに渡り水蒸気によって冷却する水蒸気冷却系統
を有し、前記タービンディスクはマルテンサイト鋼より
なることが好ましい。
The present invention provides a compressor, a combustor, three or more turbine blades fixed to a turbine disk,
In a gas turbine for power generation having three or more stages of turbine nozzles provided corresponding to the turbine blades, a steam cooling system for cooling the turbine disk with steam from the trunk to the turbine blades, The turbine disk is preferably made of martensitic steel.

【0017】本発明は、圧縮機と、燃焼器と、タービン
ディスクに固定された3段以上のタービンブレードと、
前記タービンブレードに対応して設けられた3段以上の
タービンノズルとを備えた発電用ガスタービンにおい
て、初段タービンノズルへのガス入口温度が1200〜
1650℃であり、初段タービンノズル及び前記タービ
ンディスクをその胴部から初段と第2段のタービンブレ
ードに渡って前記圧縮機によって圧縮された空気を冷却
器により冷却した空気によって冷却する空気冷却系統を
有し、第2段及び第3段タービンノズルを空気によって
冷却する空気冷却系統を有し、前記タービンディスクは
マルテンサイト鋼よりなることが好ましい。
The present invention provides a compressor, a combustor, three or more stages of turbine blades fixed to a turbine disk,
In a gas turbine for power generation having three or more stages of turbine nozzles provided corresponding to the turbine blades, the gas inlet temperature to the first stage turbine nozzle is from 1200 to 1200
1650 ° C., an air cooling system for cooling the first stage turbine nozzle and the turbine disk with air cooled by the cooler from the body to the first stage and the second stage turbine blades, and the air compressed by the compressor. Preferably, the turbine disk has an air cooling system for cooling the second and third stage turbine nozzles with air, and the turbine disk is made of martensitic steel.

【0018】本発明は、圧縮機と、燃焼器と、タービン
ディスクに固定された3段以上のタービンブレードと、
前記タービンブレードに対応して設けられた3段以上の
タービンノズルとを備えた発電用ガスタービンにおい
て、初段タービンノズルへのガス入口温度が1200〜
1650℃であり、初段タービンノズル及び前記タービ
ンディスクをその胴部から初段と第2段のタービンブレ
ードに渡って水蒸気によって冷却する蒸気冷却系統を有
し、第2段及び第3段タービンノズルを空気によって冷
却する空気冷却系統を有し、前記タービンディスクはマ
ルテンサイト鋼よりなることが好ましい。
The present invention provides a compressor, a combustor, three or more stages of turbine blades fixed to a turbine disk,
In a gas turbine for power generation having three or more stages of turbine nozzles provided corresponding to the turbine blades, the gas inlet temperature to the first stage turbine nozzle is from 1200 to 1200
1650 ° C., having a steam cooling system for cooling the first stage turbine nozzle and the turbine disk from the body of the first stage and the second stage turbine blades with steam. It is preferable that the turbine disk has an air cooling system for cooling by cooling.

【0019】前述の発電用ガスタービンは、燃焼ガスの
タービンノズルのガス入口温度が1200℃〜1295
℃に対し、前述のタービンディスク用マルテンサイト鋼
は、重量で、C0.05〜0.20%,Si0.15% 以
下,Mn1.0% 以下,Ni0.50〜3.0%,Cr
8.0〜13.0%,Mo1.0〜4.0%,V0.10〜
0.40%及びN0.025〜0.125%を有すること
が好ましい。
In the gas turbine for power generation described above, the gas inlet temperature of the turbine nozzle of the combustion gas is 1200 ° C. to 1295.
The above-mentioned martensitic steel for a turbine disk is 0.05 to 0.20% C, 0.15% or less Si, 1.0% or less Mn, 0.50 to 3.0% Ni, Cr
8.0-13.0%, Mo 1.0-4.0%, V0.10
It preferably has 0.40% and N 0.025 to 0.125%.

【0020】前述のガス入口温度が、1300℃〜13
95℃に対し、前述のタービンディスク用マルテンサイ
ト鋼は、重量で、C0.05〜0.20%,Si0.15
% 以下,Mn1.0%以下,Ni0.50〜3.0%,C
r8.0〜13.0%,Mo1.0〜4.0%,V0.10〜
0.40%,Nb0.01〜0.20%及びN0.025〜
0.125%を有することが好ましい。
The aforementioned gas inlet temperature is 1300 ° C. to 13 ° C.
At 95 ° C., the above-mentioned martensitic steel for turbine disks is C 0.05 to 0.20% by weight and Si 0.15% by weight.
% Or less, Mn 1.0% or less, Ni 0.50 to 3.0%, C
r 8.0 to 13.0%, Mo 1.0 to 4.0%, V0.10
0.40%, Nb 0.01-0.20% and N 0.025-
Preferably it has 0.125%.

【0021】前述のガス入口温度が、1400℃〜16
50℃に対し、請求項に記載のタービンディスク用マル
テンサイト鋼になることが好ましい。このガス温度に対
するタービンディスク温度は初段で約500℃まで上昇
し、それに十分耐えるものである。2段及び3段では若
干温度が下がるが、450℃以上である。
The aforementioned gas inlet temperature is 1400 ° C. to 16 ° C.
It is preferable that the martensitic steel for a turbine disk described in the claims be used at 50 ° C. The turbine disk temperature with respect to this gas temperature rises to about 500 ° C. in the first stage, and can withstand it sufficiently. The temperature drops slightly in the second and third stages, but is 450 ° C. or higher.

【0022】本発明の請求項に記載のマルテンサイト鋼
は各対応の温度に対してディスタントピース,タービン
スペーサ,コンプレッサーディスクの最終段及びタービ
ンスタッキングボルト,コンプレッサースタッキングボ
ルトの少なくとも1つに用いることができる。
The martensitic steel according to the present invention is used for at least one of a distant piece, a turbine spacer, a final stage of a compressor disk, a turbine stacking bolt, and a compressor stacking bolt for each corresponding temperature. it can.

【0023】また、前述のマルテンサイト鋼はいずれの
ものも(Mn/Ni)比を0.11以下にすることが好
ましい。前述のMn+Ni+Co量を2.0〜7.0%が
好ましく、Mo+0.5Wは1.0〜2.0%が好まし
い。Cr+6Si+4Mo+1.5W+11V+5Nb
−40C−30N−2Mn−4Ni−2Coで求められ
るCr当量は8以下が好ましい。
Further, it is preferable that the (Mn / Ni) ratio of any of the above-mentioned martensitic steels be 0.11 or less. The content of Mn + Ni + Co is preferably 2.0 to 7.0%, and the content of Mo + 0.5W is preferably 1.0 to 2.0%. Cr + 6Si + 4Mo + 1.5W + 11V + 5Nb
The Cr equivalent obtained from -40C-30N-2Mn-4Ni-2Co is preferably 8 or less.

【0024】本発明は、高速で流れる燃焼ガスによって
駆動されるガスタービンと、該ガスタービンの排ガスの
エネルギーによって水蒸気を得る排熱回収ボイラと、高
低圧一体型蒸気タービン及びガスタービンによって発電
機を駆動するコンバインド発電システムにおいて、前記
ガスタービンは前述の発電用ガスタービンによって構成
されることが好ましい。
The present invention provides a gas turbine driven by a combustion gas flowing at a high speed, an exhaust heat recovery boiler for obtaining steam by the energy of exhaust gas from the gas turbine, and a high / low pressure integrated steam turbine and a generator using a gas turbine. In the driven combined power generation system, it is preferable that the gas turbine is constituted by the gas turbine for power generation described above.

【0025】本発明は、高低圧一体型蒸気タービン及び
ガスタービンによって発電機を駆動するコンバインド発
電システムにおいて、前記蒸気タービンの初段ノズル入
口での蒸気温度及び前記ガスタービンの初段ノズル入口
でのガス温度が、A点(515℃,1200℃),B点(5
38℃,1200℃),C点(593℃,1650℃)
及びD点(557℃,1650℃)の各点を結ぶ範囲内
であり、前記ガスタービンは圧縮機と、燃焼器と、ター
ビンディスクに固定された3段以上のタービンブレード
と、前記タービンブレードに対応して設けられた3段以
上のタービンノズル初段タービンノズル及び初段と第2
段タービンブレードを前記圧縮機によって圧縮された空
気を冷却器により冷却した空気によって冷却する空気冷
却系統又は蒸気によって冷却する蒸気冷却系統を有し、
第2段及び第3段タービンノズルを空気によって冷却す
る空気冷却系統を有することが好ましい。
According to the present invention, there is provided a combined power generation system in which a generator is driven by a high / low pressure integrated steam turbine and a gas turbine, wherein a steam temperature at a first stage nozzle inlet of the steam turbine and a gas temperature at a first stage nozzle inlet of the gas turbine are provided. Point A (515 ° C, 1200 ° C), point B (5
38 ° C, 1200 ° C), Point C (593 ° C, 1650 ° C)
And point D (557 ° C., 1650 ° C.), wherein the gas turbine includes a compressor, a combustor, three or more stages of turbine blades fixed to a turbine disk, and a turbine blade. Three or more stages of turbine nozzles corresponding to the first stage turbine nozzle and the first stage and the second stage
An air cooling system that cools the stage turbine blades with air that has been compressed by the compressor and air cooled by the cooler, or a steam cooling system that cools with steam.
It is preferable to have an air cooling system that cools the second and third stage turbine nozzles with air.

【0026】本発明は高低圧一体型蒸気タービン及びガ
スタービンによって発電機を駆動するコンバインド発電
システムにおいて、前記蒸気タービンの初段ノズル入口
での蒸気温度が500℃以上、前記ガスタービンの初段
ノズル入口でのガス温度が1100℃以上であり、前記
ガスタービンは圧縮機と、燃焼器と、タービンディスク
に固定された3段以上のタービンブレードと、前記ター
ビンブレードに対応して設けられた3段以上のタービン
ノズルとを備え、前記タービンディスクは請求項に記載
のマルテンサイト鋼よりなることが好ましい。
According to the present invention, there is provided a combined power generation system in which a generator is driven by a high-low pressure integrated steam turbine and a gas turbine, wherein the steam temperature at the inlet of the first stage nozzle of the steam turbine is 500 ° C. or more, and The gas turbine has a compressor, a combustor, three or more stages of turbine blades fixed to a turbine disk, and three or more stages provided corresponding to the turbine blades. And a turbine nozzle, wherein the turbine disk is preferably made of the martensitic steel described in the claims.

【0027】前述の高低圧一体型蒸気タービンの最終段
ブレードはその翼部長さ(インチ)×回転数(rpm )が
120000以上及びマルテンサイト鋼よりなることが好まし
い。本発明における前記ガスタービンの初段ブレード及
び初段ノズルの少なくとも一方は、前述のガス入口温度
が1400〜1650℃に対し、単結晶又は前述の温度
が1300〜1395℃に対し柱状晶Ni基合金よりな
ることが好ましい。前記ガスタービンは、前述の温度1
400〜1650℃に対し、第2段及び第3段タービン
ブレードが一方向凝固柱状晶Ni基合金よりなることが
好ましい。前記ガスタービンは、前述の温度1400〜
1650℃に対し、初段タービンブレード及び初段ター
ビンノズルが単結晶Ni基合金よりなり、第2段及び第
3段タービンブレードの少なくとも一方は一方向凝固柱
状晶Ni基合金よりなり、第2段及び第3段タービンノ
ズルは等軸晶Ni基合金よりなることが好ましい。 (A)ガスタービン 本発明においては、少なくともタービンディスクにマル
テンサイト鋼が用いられ、他ディスタントピース,ター
ビンスペーサ,最終段コンプレッサーディスク及びター
ビンスタッキングの少なくとも1つにも同様に用いるこ
とができる。そのマルテンサイト系鋼の成分範囲限定理
由について説明する。
The last stage blade of the high / low pressure integrated steam turbine has a blade length (inch) × rotation speed (rpm).
It is preferable to be composed of 120,000 or more and martensite steel. At least one of the first-stage blade and the first-stage nozzle of the gas turbine in the present invention is made of a single crystal or a columnar crystal Ni-based alloy with the above-mentioned gas inlet temperature of 1400 to 1650 ° C and the above-mentioned temperature of 1300 to 1395 ° C. Is preferred. The gas turbine is operated at the temperature 1 described above.
For 400 to 1650 ° C., it is preferable that the second and third stage turbine blades be made of a directionally solidified columnar crystal Ni-based alloy. The gas turbine has a temperature of 1400 to 1400.
For 1650 ° C., the first-stage turbine blade and the first-stage turbine nozzle are made of a single-crystal Ni-based alloy, and at least one of the second-stage and third-stage turbine blades is made of a unidirectionally solidified columnar-crystal Ni-based alloy. The three-stage turbine nozzle is preferably made of an equiaxed Ni-based alloy. (A) Gas Turbine In the present invention, martensitic steel is used for at least the turbine disk, and it can be used for at least one of the other distant pieces, turbine spacers, last-stage compressor disk, and turbine stacking. The reason for limiting the component range of the martensitic steel will be described.

【0028】Cは高い引張強さと耐力を得るために0.
05% 以上が好ましい。しかし、あまりCを多くする
と、高温に長時間さらされた場合に金属組織が不安定に
なり、105h クリープ破断強度を低下させるので、
0.20% 以下が好ましい。最も0.07〜0.15%が
好ましい。より、0.10〜0.14%が好ましい。
C is used in order to obtain high tensile strength and proof stress.
It is preferably at least 05%. However, if the amount of C is too large, the metal structure becomes unstable when exposed to a high temperature for a long time, and the 10 5 h creep rupture strength is reduced.
0.20% or less is preferable. Most preferably, it is 0.07 to 0.15%. More preferably, it is 0.10 to 0.14%.

【0029】Siは脱酸剤,Mnは脱酸・脱硫剤として
鋼の溶解の際に添加するものであり、少量でも効果があ
る。Siはδフェライト生成元素であり、多量の添加は
疲労及び靭性を低下させるδフェライト生成の原因にな
るので0.5% 以下が好ましい。なお、カーボン真空脱
酸法及びエレクトロスラグ溶解法などによればSi添加
の必要がなく、Si無添加がよい。特に、脆化の点から
0.2% 以下が好ましく、Si無添加では0.05%以
下が好ましい。
Si is added as a deoxidizing agent and Mn is added as a deoxidizing / desulfurizing agent when dissolving steel, and even a small amount is effective. Si is a δ-ferrite-forming element, and a large amount thereof causes the formation of δ-ferrite, which deteriorates fatigue and toughness. In addition, according to the carbon vacuum deoxidation method, the electroslag melting method, or the like, there is no need to add Si, and the addition of Si is preferable. In particular, the content is preferably 0.2% or less from the viewpoint of embrittlement, and 0.05% or less when Si is not added.

【0030】Mnは加熱による脆化を促進させるので、
0.6% 以下が好ましい。特に、Mnは脱硫剤として有
効なので、加熱脆化を生じないように0.01〜0.4%
が好ましい。更に0.02〜0.25%が最も好ましい。
また脆化防止の点からSi+Mn量を0.3% 以下にす
るのが好ましい。
Since Mn promotes embrittlement by heating,
0.6% or less is preferable. In particular, since Mn is effective as a desulfurizing agent, it is used in an amount of 0.01 to 0.4% so as not to cause heat embrittlement.
Is preferred. Further, 0.02 to 0.25% is most preferable.
From the viewpoint of preventing embrittlement, the amount of Si + Mn is preferably set to 0.3% or less.

【0031】Crは耐食性と高温強度を高めるが、13
%以上添加するとδフェライト組織生成の原因になる。
8%より少ないと耐食性及び高温強度が不十分なので、
Crは8〜13%が好ましい。特に強度の点から10.
5〜12.5% が好ましい。Moは固溶強化及び析出強
化作用によってクリープ破断強度を高めると同時に脆化
防止効果がある。高いクリープ破断強度を得るには4.
0% 以下が好ましい。4.0% を超えるとδフェライ
ト生成原因になる。Mo量はW量との関係によって定め
られ、Wを含まない場合には1.5〜2.5%が好まし
い。更に、MoはNi量が2.1% を超える含有量のと
きMo量が多いほどクリープ破断強度を高める効果があ
り、特にMo2.0% 以上での効果が大きい。更に、後
述するWを含むときは0.2〜1.0%未満好ましくは
0.3〜0.7%とするものである。
Cr enhances corrosion resistance and high-temperature strength.
% Or more causes formation of a δ ferrite structure.
If it is less than 8%, the corrosion resistance and high temperature strength are insufficient,
Cr is preferably 8 to 13%. Especially from the point of strength 10.
It is preferably from 5 to 12.5%. Mo has the effect of increasing the creep rupture strength by the action of solid solution strengthening and precipitation strengthening and at the same time has the effect of preventing embrittlement. 4. To obtain high creep rupture strength
0% or less is preferable. If it exceeds 4.0%, δ ferrite may be formed. The amount of Mo is determined by the relationship with the amount of W. When W is not contained, the amount is preferably 1.5 to 2.5%. Further, when the content of Mo is more than 2.1%, as the content of Mo increases, the creep rupture strength increases as the content of Mo increases. In particular, the effect is more significant when the content of Mo is 2.0% or more. Further, when W described later is included, the content is set to 0.2 to less than 1.0%, preferably 0.3 to 0.7%.

【0032】V及びNbは炭化物を析出し高温強度を高
めると同時に靭性向上効果があるので、V0.1%以
上,Nb0.01%以上が好ましく、V0.4%,Nb
0.2%以上ではδフェライト生成の原因となると共に
クリープ破断強度が低下する傾向を示し、好ましくな
い。特にV0.15〜0.25%,Nb0.04〜0.10
%が好ましい。Nbの代わりにTaを全く同様に添加で
き、複合添加することができる。
Since V and Nb precipitate carbides to increase high-temperature strength and also have an effect of improving toughness, V and Nb are preferably at least 0.1% and Nb at 0.01%, and are preferably at least 0.4% and Nb.
If it is 0.2% or more, δ ferrite is formed, and the creep rupture strength tends to decrease. In particular, V 0.15 to 0.25%, Nb 0.04 to 0.10
% Is preferred. Ta can be added in exactly the same manner as in place of Nb, and can be added in combination.

【0033】Niは高温長時間加熱後の靭性を高め、か
つδフェライト生成の防止効果があるので、0.5% 以
上が好ましく、3%以上では長時間クリープ破断強度を
低下させるので好ましくない。特に2.0〜3.0%が好
ましい。より好ましくは2.5%を超える量である。
Ni has an effect of increasing the toughness after heating at a high temperature for a long time and has an effect of preventing the formation of δ ferrite. Therefore, Ni is preferably not less than 0.5%, and if it is not less than 3%, the long-term creep rupture strength is undesirably lowered. Especially 2.0 to 3.0% is preferable. More preferably, the amount is more than 2.5%.

【0034】Niは加熱脆化防止に効果があるが、Mn
は逆に害を与える。従ってこれらの元素の間には密接に
相関関係があり、Mn/Niの比が0.11 以下にする
ことによりきわめて顕著に加熱脆化が防止され、特に、
0.10 以下が好ましく、0.04〜0.10が好まし
い。
Although Ni is effective in preventing heat embrittlement, Mn
Harms the other way around. Therefore, there is a close correlation between these elements, and by setting the ratio of Mn / Ni to 0.11 or less, the embrittlement due to heating is extremely remarkably prevented.
0.10 or less is preferable, and 0.04 to 0.10 is preferable.

【0035】Nはクリープ破断強度の改善及びδフェラ
イトの生成防止に効果があるので、0.025%以上が
好ましく、0.125%を超えると靭性を低下させる。
特に0.03〜0.08%の範囲で優れた特性が得られ
る。
N is effective in improving the creep rupture strength and preventing the formation of δ ferrite, so N is preferably at least 0.025%, and if it exceeds 0.125%, the toughness is reduced.
In particular, excellent characteristics can be obtained in the range of 0.03 to 0.08%.

【0036】Coはより高温での強度を高めるので、高
温化に対応させて含有量を高めるのが好ましく、1.0
〜5.0%好ましくは2〜4%含有させるのが好まし
い。
Since Co enhances the strength at higher temperatures, it is preferable to increase the content in accordance with the higher temperature.
55.0%, preferably 2-4%.

【0037】WはMoと同様に強化に寄与するので、1
〜5%とし、またMo量との組合せによって(W/M
o)比を2〜5とするものである。
Since W contributes to strengthening like Mo, 1
~ 5%, and (W / M
o) The ratio is 2-5.

【0038】特に、Mo+0.5W 量を1〜2%とする
のが好ましい。
In particular, the amount of Mo + 0.5W is preferably set to 1 to 2%.

【0039】Bは強化に顕著な効果を有し、0.000
5〜0.01%が好ましい。Al0.3%以下,Ti0.5
%以下,Zr0.1%以下,Hf0.1%以下,Ca0.
01%以下,Mg0.01%以下,Y0.01%以下,希
土類0.01%以下,Cu0.5%以下含有させることに
より高温強度を向上させることができる。
B has a remarkable effect on strengthening, with 0.000
5 to 0.01% is preferred. Al 0.3% or less, Ti 0.5
%, Zr 0.1% or less, Hf 0.1% or less, Ca 0.1% or less.
The high-temperature strength can be improved by containing 0.01% or less, Mg 0.01% or less, Y 0.01% or less, rare earth 0.01% or less, and Cu 0.5% or less.

【0040】本発明に係る鋼の熱処理はまず完全なオー
ステナイトに変態するに十分に温度、最低900℃,最
高1150℃に均一加熱し、マルテンサイト組織が得ら
れる。100℃/h以上の速度で急冷し、次いで450
〜600℃の温度に加熱保持し(第1次焼戻し)、次い
で550〜650℃の温度に加熱保持し第2次焼戻しを
行うのが好ましい。焼入れに当ってはMs点直上の温度
に止めることが焼割れを防止する上で好ましい。具体的
温度は150℃以上に止めるのが良い。焼入れは油中焼
入れ又は水噴霧焼入れによって行うのが好ましい。第1
次焼戻しはその温度より加熱する。
In the heat treatment of the steel according to the present invention, first, the steel is uniformly heated to a temperature sufficient to transform completely to austenite, at least 900 ° C. and at most 1150 ° C., thereby obtaining a martensitic structure. Rapid cooling at a rate of 100 ° C./h or more
It is preferable to heat and maintain at a temperature of 600600 ° C. (first tempering), and then heat and hold at a temperature of 550 to 650 ° C. to perform second tempering. During quenching, it is preferable to stop the temperature just above the Ms point in order to prevent quenching cracking. The specific temperature is preferably kept at 150 ° C. or higher. The quenching is preferably performed by quenching in oil or water spray quenching. First
The next tempering heats from that temperature.

【0041】コンプレッサーディスクの少なくとも最終
段又はその全部を前述の耐熱鋼によって構成することが
できるが、初段から中心部まではガス温度が低いので、
他の低合金鋼を用いることができ、中心部から最終段ま
でを前述の耐熱鋼を用いることができる。ガス上流側の
初段から中心部までの上流側を重量で、C0.15〜0.
30%,Si0.5%以下,Mn0.6%以下,Cr1〜
2%,Ni2.0〜4.0%,Mo0.5〜1%,V0.0
5〜0.2%及び残部が実質的にFeからなり、室温の
引張強さ80kg/mm2 以上、室温のVノッチシャルピー
衝撃値が20kg−m/cm2 以上のNi−Cr−Mo−V
鋼が用いられ、中心部から少なくとも最終段を除き重量
で、C0.2〜0.4%,Si0.1〜0.5%,Mn0.
5〜1.5%,Cr0.5〜1.5%,Ni0.5%以下,M
o1.0〜2.0%,V0.1〜0.3% 及び残部が実質
的にFeからなり、室温の引張強さが80kg/mm2
上、伸び率18%以上、絞り率50%以上を有するCr
−Mo−V鋼を用いることができる。
At least the last stage or the whole of the compressor disk can be made of the above-mentioned heat-resistant steel, but since the gas temperature is low from the first stage to the central part,
Other low alloy steels can be used, and the above-mentioned heat-resistant steel can be used from the center to the final stage. The upstream side from the first stage on the gas upstream side to the center is C0.15-0.1.
30%, Si 0.5% or less, Mn 0.6% or less, Cr1
2%, Ni 2.0 to 4.0%, Mo 0.5 to 1%, V 0.0
Ni-Cr-Mo-V having a tensile strength of 80 kg / mm 2 or more at room temperature and a V-notch Charpy impact value of 20 kg-m / cm 2 or more at room temperature consisting of 5 to 0.2% and the balance substantially Fe.
Steel is used, and C is 0.2 to 0.4%, Si is 0.1 to 0.5%, and Mn is 0.2% by weight except for at least the last stage from the center.
5 to 1.5%, Cr 0.5 to 1.5%, Ni 0.5% or less, M
o 1.0 to 2.0%, V 0.1 to 0.3%, and the balance substantially consisting of Fe, a tensile strength at room temperature of 80 kg / mm 2 or more, an elongation of 18% or more, and a drawing ratio of 50% or more Cr with
-Mo-V steel can be used.

【0042】コンプレッサースタブシャフトは重量でC
0.15〜0.3%,Si0.5% 以下,Mn0.6% 以
下,Ni2〜4%,Cr1〜2%,Mo0.5〜1%,
V0.05〜0.2%を含むNi−Cr−Mo−V鋼及び
タービンスタブシャフトは重量でC0.2〜0.4%,S
i0.1〜0.5%,Mn0.5〜1.5%,Cr0.5〜
1.5%,Ni0.5%以下,Mo1〜2%,V0.1〜
0.3%を含むCr−Mo−V鋼を用いることができ
る。
The compressor stub shaft is C by weight.
0.15 to 0.3%, Si 0.5% or less, Mn 0.6% or less, Ni 2 to 4%, Cr 1 to 2%, Mo 0.5 to 1%,
Ni-Cr-Mo-V steel containing 0.05 to 0.2% V and turbine stub shafts are 0.2 to 0.4% by weight, S
i 0.1 to 0.5%, Mn 0.5 to 1.5%, Cr 0.5 to
1.5%, Ni 0.5% or less, Mo 1-2%, V 0.1-
Cr-Mo-V steel containing 0.3% can be used.

【0043】コンプレッサーディスクの一例として、1
7段からなる場合には初段から12段目までを前述のN
i−Cr−Mo−V鋼,13段目から16段目をCr−
Mo−V鋼及び17段目を前述のマルテンサイト鋼によ
って構成することができる。初段及び最終段のコンプレ
ッサーディスクは初段のときは初段の次のもの又は最終
段の場合はその前のものもいずれも剛性を有する構造を
有している。また、このディスクは初段より徐々に厚さ
を小さくして高速回転による応力を軽減する構造になっ
ている。
As an example of a compressor disk, 1
In the case of seven stages, the first stage to the twelfth stage are the aforementioned N
i-Cr-Mo-V steel, the 13th to 16th stages are Cr-
The Mo-V steel and the 17th stage can be constituted by the aforementioned martensitic steel. The first-stage and last-stage compressor disks have a rigid structure both in the first stage and the next stage or in the last stage in the preceding stage. Further, this disk has a structure in which the thickness is gradually reduced from the initial stage to reduce the stress due to high-speed rotation.

【0044】コンプレッサのブレード及びノズルは0.
05〜0.2%,Si0.5% 以下,Mn1%以下,C
r10〜13%又はこれにMo0.5%以下及び、Ni
0.5%以下を含み、残部がFeからなるマルテンサイ
ト鋼によって構成されるのが好ましい。
The compressor blades and nozzles are
0.5-0.2%, Si 0.5% or less, Mn 1% or less, C
r 10 to 13% or Mo0.5% or less and Ni
It is preferable that the steel be comprised of a martensitic steel containing 0.5% or less, with the balance being Fe.

【0045】タービンブレードの先端部分と摺動接触し
リング状に形成されるシュラウドの初段部分には重量
で、C0.05〜0.2%,Si2%以下,Mn2%以
下,Cr17〜27%,Co5%以下,Mo5〜15
%,Fe10〜30%,W5%以下,B0.02% 以下
及び残部が実質的にNiからなる鋳造合金が用いられ、
他の部分には重量で、C0.3〜0.6%,Si2%以
下,Mn2%以下,Cr20〜27%,Ni20〜30
%以下,Nb0.1〜0.5%,Ti0.1〜0.5%及び
残部が実質的にFeからなる鋳造合金が用いられる。こ
れらの合金は複数個のブロックによってリング状に構成
されるものである。
The initial stage of the ring-shaped shroud which comes into sliding contact with the tip of the turbine blade has a weight of 0.05 to 0.2%, less than 2% Si, less than 2% Mn, 17 to 27% Cr, Co5% or less, Mo5-15
%, Fe 10 to 30%, W 5% or less, B 0.02% or less, and the balance is substantially Ni.
In other parts, by weight, C 0.3 to 0.6%, Si 2% or less, Mn 2% or less, Cr 20 to 27%, Ni 20 to 30
%, Nb 0.1-0.5%, Ti 0.1-0.5%, and a cast alloy substantially composed of Fe is used. These alloys are formed in a ring shape by a plurality of blocks.

【0046】タービンノズルを固定するダイヤフラムに
は初段タービン部分が重量で、C0.05% 以下,Si
1%以下,Mn2%以下,Cr16〜22%,Ni8〜
15%及び残部が実質的にFeからなり、他のタービン
ノズル部分には高C−高Ni系鋼鋳物によって構成され
る。
In the diaphragm for fixing the turbine nozzle, the first stage turbine portion has a C weight of 0.05% or less,
1% or less, Mn 2% or less, Cr 16 to 22%, Ni 8 to
15% and the balance substantially consist of Fe, and other turbine nozzle portions are made of a high C-high Ni-based steel casting.

【0047】燃焼器はタービンの周囲に複数個設けられ
るとともに、外筒と内筒との2重構造からなり、内筒は
重量でC0.05〜0.2%,Si2%以下,Mn2%以
下,Cr20〜25%,Co0.5〜5%,Mo5〜1
5%,Fe10〜30% ,W5%以下,B0.02%
以下及び残部が実質的にNiからなり、板厚2〜5mmの
塑性加工材を溶接によって構成され、円筒体全周にわた
って空気を供給する三ケ月形のルーバ孔が設けられ、全
オーステナイト組織を有する溶体化処理材が用いられ
る。
A plurality of combustors are provided around the turbine, and have a double structure of an outer cylinder and an inner cylinder. The inner cylinder has a weight of 0.05 to 0.2%, less than 2% of Si, less than 2% of Mn. , Cr 20-25%, Co 0.5-5%, Mo 5-1
5%, Fe 10 to 30%, W 5% or less, B 0.02%
The following and the remainder are substantially made of Ni, formed by welding a plastically processed material having a plate thickness of 2 to 5 mm, provided with a crescent-shaped louver hole for supplying air over the entire circumference of the cylindrical body, and provided with a solution having an all austenite structure. Chemical treatment material is used.

【0048】タービンブレードは燃焼ガスタービンノズ
ル入口温度で、1200〜1295℃に対しては、重量
で、C0.07〜0.25%,Si1%以下,Mn1%以
下,Cr12〜20%,Co5〜15%,Mo1.0〜
5.0%,W1.0〜5.0%,B0.005〜0.03
%,Ti2.0〜7.0%,Al3.0〜7.0%と、Nb
1.5%以下,Zr0.01〜0.5%,Hf0.01〜
0.5%,V0.01〜0.5%の1種以上と、残部が実質
的にNiからなり、オーステナイト相基地にγ′相及び
γ″相が析出した普通鋳造合金が用いられ、タービンノ
ズルには重量で、C0.20〜0.60%,Si2%以
下,Mn2%以下,Cr25〜35%,Ni5〜15
%,W3〜10%,B0.003〜0.03%及び残部が
実質的にCoからなり、又は更にTi0.1〜0.3%,
Nb0.1〜0.5%及びZr0.1〜0.3%の少なくと
も1種を含み、オーステナイト相基地に共晶炭化物及び
2次炭化物を含む鋳造合金によって構成される。これら
の合金はいずれも溶体処理された後時効処理が施され、
前述の析出物を形成させ、強化される。
The temperature of the turbine blade at the inlet of the combustion gas turbine nozzle is from 0.07 to 0.25%, Si 1% or less, Mn 1% or less, Cr 12 to 20%, Co 5 to 15%, Mo1.0-
5.0%, W 1.0 to 5.0%, B 0.005 to 0.03
%, Ti 2.0 to 7.0%, Al 3.0 to 7.0%, and Nb
1.5% or less, Zr 0.01 to 0.5%, Hf 0.01 to
0.5%, V 0.01 to 0.5% or more, and the balance is substantially Ni, and an ordinary cast alloy in which a γ ′ phase and a γ ″ phase are precipitated on an austenite phase matrix is used. In the nozzle, C 0.20 to 0.60%, Si 2% or less, Mn 2% or less, Cr 25 to 35%, Ni 5 to 15
%, W3 to 10%, B0.003 to 0.03% and the balance substantially consists of Co, or further Ti0.1 to 0.3%,
It is composed of a cast alloy containing at least one of Nb 0.1 to 0.5% and Zr 0.1 to 0.3% and containing eutectic carbide and secondary carbide in an austenite phase matrix. All of these alloys are subjected to aging treatment after solution treatment,
The aforementioned precipitates are formed and strengthened.

【0049】また、タービンブレードは高温の燃焼ガス
による腐食を防止するためにAl,Cr又はAl+Cr
拡散コーティングを施すことができる。コーティング層
の厚さは30〜150μmで、ガスに接する翼部に設け
るのが好ましい。
The turbine blade is made of Al, Cr or Al + Cr to prevent corrosion by high temperature combustion gas.
A diffusion coating can be applied. The coating layer has a thickness of 30 to 150 μm, and is preferably provided on the wing in contact with the gas.

【0050】発電用ガスタービンは1300℃級から次
世代の1500℃級ガスタービンでは冷却技術を考慮し
ても初段タービンブレードのメタル温度が700℃以上
から更に900℃以上になるため、材料そのものの耐用
温度は105 時間14kgf/mm2 でそのメタル温度より
20℃以上高いものが必要である。第2段以降のブレー
ドは初段よりも衝突するガス温度が50℃〜100℃低
くなるが、燃焼温度1300℃級のガスタービンと比べ
るとそのメタル温度は高くなり、材料特性として105
時間14kgf/mm2 で600℃以上から更に800℃以
上の耐用温度が必要である。それよりも強度の低い材料
を用いた場合は、運転中にブレードが破損する確立が非
常に高くなるばかりでなく、ガス流のエネルギーを十分
に回転力に変換できずに効率の低下を引き起こす。
In the gas turbine for power generation from the 1300 ° C. class to the next generation 1500 ° C. class gas turbine, the metal temperature of the first stage turbine blade is further increased from 700 ° C. or more to 900 ° C. or more even if cooling technology is taken into consideration. The service temperature must be 14 kgf / mm 2 for 10 5 hours and must be 20 ° C. or more higher than the metal temperature. The second and subsequent blades have a lower gas temperature of 50-100 ° C. than the first stage, but have a higher metal temperature and a material characteristic of 10 5 as compared with a gas turbine having a combustion temperature of 1300 ° C. class.
A service temperature of 600 ° C. or more to 800 ° C. or more at a time of 14 kgf / mm 2 is required. The use of a lower strength material not only increases the probability of blade breakage during operation, but also reduces the efficiency of the gas stream due to the inability to sufficiently convert the energy of the gas flow into rotational force.

【0051】初段ノズルは、燃焼ガスを最初に受けるた
め最も高温にさらされ、ガスタービンの起動,停止の繰
り返しにより著しい熱応力,熱衝撃を受ける。燃焼ガス
温度1300℃級から1500℃級のガスタービンで
は、冷却能力を考慮しても105時間6kgf/mm2における
耐用温度が700℃以上から更に900℃以上の合金を
用いる。2段目以降のタービンノズルは、初段ノズルと
比較して温度的にそれほど苛酷ではないが、燃焼温度1
300℃級のガスタービンと比べるとそのメタル温度は
高くなり105時間14kgf/mm2 耐用温度が600℃以
上から更に800℃の材料を用いる。
The first stage nozzle is exposed to the highest temperature because it receives the combustion gas first, and receives a remarkable thermal stress and thermal shock due to repeated start and stop of the gas turbine. In 1500 ° C. class gas turbine from the combustion gas temperature 1300 ° C. class, service temperature at 10 for 5 hours 6 kgf / mm 2 even considering the cooling capacity is further used 900 ° C. or more alloys from 700 ° C. or higher. The turbine nozzles of the second and subsequent stages are not so severe in temperature as compared with the first stage nozzle, but have a combustion temperature of 1
The metal temperature is higher than that of a gas turbine of 300 ° C. class, and a material having a service temperature of 14 kgf / mm 2 for 10 5 hours of 600 ° C. or more to 800 ° C. is used.

【0052】本発明は、初段タービンノズル入口でのガ
ス温度が1400〜1650℃,好ましくは1500〜
1650℃に対して前記初段タービンブレード及び初段
タービンノズルは単結晶Ni基合金からなり、また遮熱
コーティング層を有すること、前記第2段タービンブレ
ード及び第2段タービンノズルは合金コーティング層を
有すること、そして前記単結晶Ni重合金は重量で、C
r6〜8%,Mo0.5〜1%,W6〜8%,Re1〜4
%,Al4〜6%,Ta6〜9% ,Co0.5〜10%
及びHf0.03〜0.13%を含有するNi基合金であ
ること、前記単結晶Ni重合金はTi,Nbのうち一方
もしくは両方を0.1 〜2%を含有するNi基合金から
なるものが好ましい。本発明では、前述の温度として1
400〜1495℃に対して初段ブレード及び初段ノズ
ル、又は1500℃以上には第2段タービンブレードに
重量で、Cr5〜18%,Mo0.3〜5%,W2〜10
%,Al2.5〜6%,Ti0.5〜5%,C0.05〜
0.21% 及びB0.005〜0.025% を含有する
柱状晶Ni基合金であること、更に、これにTa1〜4
%,Co10%以下,Hf0.03〜0.2%,Zr0.
001〜0.05%,Re0.1〜5%及びNb0.1〜
3%の少なくとも1種とを含有する一方向凝固柱状晶N
i基合金が好ましい。特に、第2段ブレードの他第3段
或いは4段ブレードにも用いることができる。
According to the present invention, the gas temperature at the inlet of the first stage turbine nozzle is 1400 to 1650 ° C., preferably 1500 to 1650 ° C.
For 1650 ° C., the first-stage turbine blade and the first-stage turbine nozzle are made of a single-crystal Ni-based alloy and have a thermal barrier coating layer, and the second-stage turbine blade and the second-stage turbine nozzle have an alloy coating layer. And the single crystal Ni heavy metal is C
r 6-8%, Mo 0.5-1%, W 6-8%, Re 1-4
%, Al 4-6%, Ta 6-9%, Co 0.5-10%
And a Ni-based alloy containing 0.03 to 0.13% of Hf, and the single crystal Ni heavy alloy is made of a Ni-based alloy containing 0.1 to 2% of one or both of Ti and Nb. Is preferred. In the present invention, the above-mentioned temperature is 1
For 400 to 1495 ° C, the first stage blade and the first stage nozzle, or for 1500 ° C or higher, the second stage turbine blades by weight: Cr 5 to 18%, Mo 0.3 to 5%, W2 to 10
%, 2.5 to 6% of Al, 0.5 to 5% of Ti, 0.05 to 5% of C
A columnar crystal Ni-based alloy containing 0.21% and B 0.005 to 0.025%;
%, Co 10% or less, Hf 0.03 to 0.2%, Zr 0.
001-0.05%, Re 0.1-5% and Nb 0.1-0.1%
Unidirectionally solidified columnar crystal N containing at least 3%
i-base alloys are preferred. In particular, it can be used not only for the second stage blade but also for the third or fourth stage blade.

【0053】前記第2段及び第3段タービンノズルは重
量で、Cr21〜24%,Co18〜23%,C0.0
5〜0.20%,W1〜8%,Al1〜2%,Ti2〜
3%,Ta0.5〜1.5%及びB0.05〜0.15%を
含有する多結晶Ni基合金が好ましい。
The second and third stage turbine nozzles are, by weight, 21-24% Cr, 18-23% Co, and 0.00.0% C.
5 to 0.20%, W1 to 8%, Al1 to 2%, Ti2
A polycrystalline Ni-based alloy containing 3%, 0.5 to 1.5% Ta and 0.05 to 0.15% B is preferred.

【0054】ガスタービンの熱効率を向上させるために
は、前述したように燃焼ガス温度を上昇させることがも
っとも効果的である。高度なブレード,ノズルの冷却技
術,遮熱コーティング技術の併用を考え、初段タービン
ブレードのメタル温度を920℃以上にすれば、初段ター
ビンノズルへのガス入り口温度を1450〜1550℃
にすることが可能となる。そのことによりガスタービン
の発電効率を37%以上にすることができる。この場合
の発電効率は、LHV方式の表示である。また、その時
にタービン排ガス温度を590℃〜650℃とすれば、
蒸気タービンとの複合発電システムにした場合の総合発
電効率が50%以上、好ましくは55%以上にすること
ができ、優れた高効率発電システムが提供できる。
In order to improve the thermal efficiency of the gas turbine, it is most effective to raise the temperature of the combustion gas as described above. Considering the combination of advanced blade, nozzle cooling technology and thermal barrier coating technology, if the metal temperature of the first stage turbine blade is 920 ° C or higher, the gas inlet temperature to the first stage turbine nozzle will be 1450-1550 ° C.
It becomes possible to. Thereby, the power generation efficiency of the gas turbine can be made 37% or more. The power generation efficiency in this case is represented by the LHV method. At that time, if the turbine exhaust gas temperature is 590 ° C. to 650 ° C.,
The total power generation efficiency of a combined power generation system with a steam turbine can be 50% or more, preferably 55% or more, and an excellent high efficiency power generation system can be provided.

【0055】本発明によれば、高効率で、更により高温
のガスタービンを達成することができ、タービン入り口
温度1500℃〜1650℃級ではLHV表示で37%
以上の高効率が得られる。
According to the present invention, it is possible to achieve a gas turbine having a higher efficiency and a still higher temperature. At a turbine inlet temperature of 1500 ° C. to 1650 ° C., 37% in LHV is displayed.
The above high efficiency is obtained.

【0056】(B)高低圧一体型蒸気タービンについて (1)長翼材 本発明に係る長翼材は、8〜13重量%クロームを含む
マルテンサイト系ステンレス鋼からなる翼部長さが30
インチ以上、好ましくは40インチ以上、より好ましく
は43〜46インチのものを50サイクル発電用高低圧
又は高中低圧一体型蒸気タービンの最終段動翼に用いる
のが好ましい。
(B) High / Low Pressure Integrated Steam Turbine (1) Long Wing Material The long wing material according to the present invention has a blade length of 30%, which is made of martensitic stainless steel containing 8 to 13% by weight of chrome.
It is preferable to use a diameter of at least 40 inches, preferably at least 40 inches, and more preferably 43 to 46 inches as the final stage rotor blade of a 50-cycle high / low or high / medium / low pressure integrated steam turbine.

【0057】本発明は、更に最終段動翼として前述のマ
ルテンサイト系ステンレス鋼からなる30インチ以上、
好ましくは33インチ以上、より好ましくは35〜38
インチのものを60サイクル発電用高低圧又は高中低圧
一体型蒸気タービンに用いるのが好ましい。50サイク
ルにおいては46インチ、60サイクルにおいては38
インチを超えるものは重量でAl4〜8%,V3〜7%
を含むTi合金が好ましい。
The present invention further provides a final stage rotor blade comprising at least 30 inches of the above-mentioned martensitic stainless steel,
Preferably 33 inches or more, more preferably 35-38
It is preferable to use the inch type for a high / low pressure or high / medium / low pressure integrated steam turbine for 60 cycle power generation. 46 inches for 50 cycles, 38 inches for 60 cycles
For those exceeding inches, Al 4-8%, V3-7% by weight
Is preferred.

【0058】前述のマルテンサイト系ステンレス鋼は、
回転数と翼部長さの129000rpm・インチ以下に対し重量比
で、C0.08〜0.18%,Si0.25%以下,Mn
1.00%以下,Cr8.0〜13.0%,Ni1.5〜3
%、好ましくは2.1を超え3%以下,Mo1.5〜3.
0%,V0.05〜0.35%,Nb及びTaの1種又は
2種の合計量が0.02〜0.20%、及びN0.02〜
0.10%を含有するものが好ましい。それ以上のrpm・
インチを超えるものに対してはC0.19〜0.25%を
含む他同じ組成を有するマルテンサイト鋼が好ましい。
The aforementioned martensitic stainless steel is:
C. 0.08% to 0.18%, Si 0.25% or less, Mn with respect to the rotation speed and the blade length of 129000rpm • in.
1.00% or less, Cr 8.0-13.0%, Ni 1.5-3
%, Preferably more than 2.1 and 3% or less, Mo 1.5 to 3.3%.
0%, V 0.05 to 0.35%, the total amount of one or two of Nb and Ta is 0.02 to 0.20%, and N 0.02 to 0.25%
Those containing 0.10% are preferred. Higher rpm
For those over inches, martensitic steels having the same composition but containing 0.19 to 0.25% C are preferred.

【0059】更に本発明は、重量比で、C0.18〜0.
28%,Si0.1%以下,Mn0.1〜0.3%,Cr1.
5〜2.5%,Ni1.5〜2.5%,Mo1〜2%及び
V0.1〜0.35%を有し、高圧部の538℃・105
平滑及び切欠クリープ破断強度が13kg/mm2以上,低
圧部の引張強さが84kg/mm2以上,破面遷移温度が3
5℃であるマルテンサイト系耐熱鋼からなるロータシャ
フトに、引張強さ120kg/mm2 以上の前述の長翼を取
り付けた高中低圧又は高低圧一体型蒸気タービンが好ま
しい。
Further, according to the present invention, C0.18 to 0.1% by weight.
28%, Si 0.1% or less, Mn 0.1-0.3%, Cr 1.
5~2.5%, Ni1.5~2.5%, Mo1~2% and has a V0.1~0.35%, of the high-pressure portion 538 ℃ · 10 5 h
Smooth and notched creep rupture strength of 13 kg / mm 2 or more, tensile strength of low-pressure part of 84 kg / mm 2 or more, fracture surface transition temperature of 3
A high / medium / low pressure or high / low pressure integrated steam turbine in which a long shaft having a tensile strength of 120 kg / mm 2 or more is attached to a rotor shaft made of martensitic heat-resistant steel at 5 ° C.

【0060】最終段のブレードの先端リーディングエッ
ヂ部にはエロージョン防止層が設けられているのが好ま
しい。エロージョン防止層は重量で、C0.5〜1.5
%,Si1.0%以下,Mn1.0%以下,Cr25〜3
0%,W2.5〜6.0%を含むCo基合金を用いること
が好ましい。
It is preferable that an erosion prevention layer is provided on the leading edge of the blade at the last stage. The erosion-preventing layer is C0.5-1.5 by weight.
%, Si 1.0% or less, Mn 1.0% or less, Cr 25-3
It is preferable to use a Co-based alloy containing 0% and 2.5 to 6.0% W.

【0061】この蒸気タービン長翼は、高速回転による
高い遠心応力と振動応力に耐えるため引張強さが高いと
同時に、高サイクル疲労強度が高くなければならない。
そのために、翼材の金属組織は、有害なδフェライトが
存在すると、疲労強度を著しく低下させるので、全焼戻
しマルテンサイト組織でなければならない。
The long blade of the steam turbine must have high tensile strength and high cycle fatigue strength in order to withstand high centrifugal stress and vibration stress due to high-speed rotation.
Therefore, the metal structure of the blade material must be a fully tempered martensitic structure, since the presence of harmful δ ferrite significantly reduces the fatigue strength.

【0062】本発明鋼は前述した式で計算されるCr当
量が10以下になるように成分調整され、δフェライト
相を実質的に含まないようにすることが好ましい。
The steel of the present invention is preferably adjusted so that the Cr equivalent calculated by the above-mentioned formula becomes 10 or less, and is substantially free of a δ ferrite phase.

【0063】長翼材の引張強さは120kg/mm2 以上、
好ましくは128kgf/mm2以上、より好ましくは12
8.5kgf/mm2以上である。また耐力は80kg/mm2
上、好ましくは88kg/mm2 以上である。伸び率は長さ
方向10%以上、周方向5%以上、衝撃値は3.45kgf
−m以上が好ましい。
The tensile strength of the long wing material is 120 kg / mm 2 or more,
It is preferably at least 128 kgf / mm 2 , more preferably 12 kgf / mm 2 or more.
8.5 kgf / mm 2 or more. The proof stress is 80 kg / mm 2 or more, preferably 88 kg / mm 2 or more. The elongation is 10% or more in the length direction, 5% or more in the circumferential direction, and the impact value is 3.45kgf
-M or more is preferable.

【0064】また均質で高強度の蒸気タービン長翼材を
得るために、調質熱処理として、溶解・鍛造後に、10
00℃〜1100℃(好ましくは1000〜1070
℃)で好ましくは0.5 〜3時間加熱保持後室温まで急
冷する(特に油焼入れが好ましい)焼入れを行い、次
に、550〜620℃で焼戻し、特に550℃〜570
℃で好ましくは1〜6時間加熱保持後室温まで冷却する
1次焼戻しと、560℃〜590℃で好ましくは1〜6
時間加熱保持後室温まで冷却する2次焼戻しの2回以上
の焼戻し熱処理が施されるのが好ましい。2次焼戻し温
度は1次焼戻し温度より高くするのが好ましく、特に1
0〜30℃高くするのが好ましく、より15〜20℃高
くするのが好ましい。
In addition, in order to obtain a homogeneous and high-strength steam turbine long blade material, a refining heat treatment is performed after melting and forging.
00 ° C to 1100 ° C (preferably 1000 to 1070
C.) for 0.5 to 3 hours, and then quenched by quenching to room temperature (particularly oil quenching is preferred), followed by tempering at 550 to 620.degree.
C. for 1 to 6 hours, followed by primary tempering to cool to room temperature and 560 to 590.degree. C., preferably 1 to 6 hours.
It is preferable to perform two or more tempering heat treatments of a secondary tempering of cooling to room temperature after heating and holding for a time. The secondary tempering temperature is preferably higher than the primary tempering temperature.
Preferably, the temperature is increased by 0 to 30 ° C, more preferably by 15 to 20 ° C.

【0065】本発明に係る低圧タービン最終段翼部長さ
は914mm(36″)以上、好ましくは965mm(3
8″)以上にした60サイクル発電用の3600rpm 蒸
気タービン及び低圧タービン最終段翼長を1041mm
(41″)以上、好ましくは1092mm(43″)以上、
より好ましくは1168mm(46″)以上にした50サ
イクル発電用の3000rpm 蒸気タービンにし、〔翼部
長さ(インチ)×回転数(rpm)〕値を125000以上、好ま
しくは138000以上としたものである。
The length of the last stage blade section of the low pressure turbine according to the present invention is 914 mm (36 ″) or more, preferably 965 mm (3 ″).
8 ") 3600 rpm steam turbine for 60 cycle power generation and low pressure turbine final stage blade length 1041 mm
(41 ") or more, preferably 1092 mm (43") or more,
More preferably, the steam turbine is a 3000 rpm steam turbine for 50-cycle power generation having a length of 1168 mm (46 ") or more, and the value of [wing length (inch) × rotation speed (rpm)] is 125,000 or more, preferably 138000 or more.

【0066】また本発明に係る長翼材においては、全マ
ルテンサイト組織となるように合金組成を調整して高い
強度と低温靭性並びに疲労強度を得るために、次式の各
元素の含有量を重量%として計算されるCr当量を4〜
10に成分調整することが好ましい。
In the long wing material according to the present invention, in order to obtain a high strength, a low temperature toughness, and a fatigue strength by adjusting the alloy composition so as to have the entire martensite structure, the content of each element of the following formula is adjusted. The Cr equivalent calculated as% by weight is 4 to
It is preferable to adjust the components to 10.

【0067】Cr当量=Cr+6Si+4Mo+1.5
W+11V+5Nb−40C−30N−30B−2Mn
−4Ni−2Co+2.5Ta Cは高い引張強さを得るために0.08% 以上、靭性を
低下させないように0.2%以下が好ましい。特に、0.
10〜0.18%が好ましい。より、0.12〜0.16
%が好ましい。
Cr equivalent = Cr + 6Si + 4Mo + 1.5
W + 11V + 5Nb-40C-30N-30B-2Mn
The content of -4Ni-2Co + 2.5TaC is preferably 0.08% or more in order to obtain high tensile strength, and 0.2% or less so as not to lower the toughness. In particular, 0.
10 to 0.18% is preferred. From 0.12 to 0.16
% Is preferred.

【0068】Siは脱酸剤、Mnは脱硫酸・脱酸剤で鋼
の溶解の際に添加するものであり、少量でも効果があ
る。Siはδフェライト生成元素であり、多量の添加
は、疲労及び靭性を低下させる有害なδフェライト生成
の原因になるので、0.25% 以下が好ましい。なお、
カーボン真空脱酸法及びエレクトロスラグ溶解法などに
よればSi添加の必要がなく、Si無添加がよい。特
に、0.10% 以下、より0.07%以下が好ましい。
Si is a deoxidizing agent, and Mn is a desulfurizing / deoxidizing agent added during melting of steel, and is effective even in a small amount. Si is a δ-ferrite forming element, and if added in a large amount, causes harmful δ-ferrite formation which deteriorates fatigue and toughness, so is preferably not more than 0.25%. In addition,
According to the carbon vacuum deoxidation method, the electroslag melting method, or the like, there is no need to add Si, and it is preferable to add no Si. In particular, it is preferably 0.10% or less, more preferably 0.07% or less.

【0069】0.9% 以下のMn添加は靭性を向上させ
る。特に、Mnは脱酸剤として有効なので、靭性向上の
点から0.6% 以下、より0.1〜0.5% 、最も0.2
〜0.4%が好ましい。
Addition of Mn of 0.9% or less improves toughness. In particular, since Mn is effective as a deoxidizing agent, it is 0.6% or less, more preferably 0.1% to 0.5%, most preferably 0.2%, from the viewpoint of improving toughness.
~ 0.4% is preferred.

【0070】Crは耐食性と引張強さを高めるが、13
%以上添加するとδフェライト組織生成の原因になる。
8%より少ないと耐食性と引張強さが不十分なので、C
rは8〜13%が好ましい。特に強度の点から10.5
〜12.5%が、より11〜12%が好ましい。
Cr enhances corrosion resistance and tensile strength.
% Or more causes formation of a δ ferrite structure.
If it is less than 8%, the corrosion resistance and tensile strength are insufficient, so that C
r is preferably 8 to 13%. Especially 10.5 from the point of strength
1212.5% is more preferable.

【0071】Moは固溶強化及び析出強化作用によって
引張強さを高める効果がある。Moは引張強さ向上効果
が不十分であり3%以上になるとδフェライト生成原因
になるので1.5〜3.0%が好ましい。特に、1.8〜
2.7%、より2.0〜2.5%が好ましい。なお、W及
びCoもMoと同じ様な効果がある。
Mo has the effect of increasing the tensile strength by the action of solid solution strengthening and precipitation strengthening. Mo has an insufficient effect of improving the tensile strength, and if it is 3% or more, it causes the formation of δ ferrite. Therefore, Mo is preferably 1.5 to 3.0%. Especially 1.8 ~
2.7%, more preferably 2.0-2.5%. Note that W and Co have the same effect as Mo.

【0072】V及びNbは炭化物を析出し引張強さを高
めると同時に靭性向上効果がある。V0.05%,Nb
0.02%以下ではその効果が不十分であり、V0.40
%,Nb0.2%以上ではδフェライト生成の原因とな
る。特にVは0.20〜0.36%、より0.25〜0.31
%、Nbは0.04〜0.16%、より0.06〜0.14
%が好ましい。Nbの代わりにTaを全く同様に添加で
き、複合添加することができる。
V and Nb have the effect of precipitating carbide and increasing the tensile strength, and at the same time have the effect of improving the toughness. V 0.05%, Nb
At 0.02% or less, the effect is insufficient, and V0.40
%, Nb 0.2% or more causes the formation of δ ferrite. Especially V is 0.20 to 0.36%, more preferably 0.25 to 0.31.
%, Nb is 0.04 to 0.16%, more preferably 0.06 to 0.14.
% Is preferred. Ta can be added in exactly the same manner as in place of Nb, and can be added in combination.

【0073】Niは2〜3%で低温靭性を高めると共
に、δフェライト生成の防止効果がある。特に、2.3
〜2.9%が好ましい。より好ましくは2.4〜2.8%
である。Nは0.02〜0.1%で靭性,引張強さの向上
及びδフェライトの生成防止に効果がある。特に、0.
04〜0.08%、より0.045〜0.08%の範囲で
優れた特性が得られる。
Ni has an effect of improving low-temperature toughness at a content of 2 to 3% and preventing the formation of δ ferrite. In particular, 2.3
~ 2.9% is preferred. More preferably, 2.4 to 2.8%
It is. N is 0.02 to 0.1%, which is effective for improving toughness and tensile strength and preventing the formation of δ ferrite. In particular, 0.
Excellent characteristics can be obtained in the range of 04 to 0.08%, more preferably 0.045 to 0.08%.

【0074】Si,P及びSの低減は、引張強さを損な
わず、低温靭性を高める効果があり、極力低減すること
が望ましい。低温靭性向上の点からSi0.1%以下,
P 0.015%以下,S0.015% 以下が好まし
い。特に、Si0.05%以下,P0.010%以下,S
0.010%以下が望ましい。Sb,Sn及びAsの低
減も、低温靭性を高める効果があり、極力低減すること
が望ましいが、現状製鋼技術レベルの点から、Sb0.
0015%以下,Sn0.01%以下、及びAs0.02%
以下に限定した。特に、Sb0.001%以下,Sn0.
005%及びAs0.01%以下が望ましい。
The reduction of Si, P and S has the effect of increasing the low-temperature toughness without impairing the tensile strength, and it is desirable to reduce as much as possible. From the viewpoint of improving low-temperature toughness, Si 0.1% or less,
P is preferably 0.015% or less, and S is preferably 0.015% or less. In particular, Si 0.05% or less, P 0.010% or less, S
0.010% or less is desirable. The reduction of Sb, Sn and As also has the effect of increasing the low temperature toughness, and it is desirable to reduce it as much as possible. However, from the point of the current steelmaking technology level, Sb0.
0015% or less, Sn 0.01% or less, and As 0.02%
Limited to the following. In particular, Sb 0.001% or less, Sn0.
005% and As0.01% or less are desirable.

【0075】さらに、本発明においては、Mn/Ni比
を0.11 以下にするのが好ましい。
Further, in the present invention, the Mn / Ni ratio is preferably set to 0.11 or less.

【0076】本発明材の熱処理は、まず完全なオーステ
ナイトに変態するに十分な温度,最低1000℃,最高
1100℃に均一加熱し、急冷し(好ましくは油冷)、
次いで550〜570℃の温度に加熱保持・冷却し(第
1次焼戻し)、次いで560〜680℃の温度に加熱保
持し第2次焼戻しを行い、全焼戻しマルテンサイト組織
とするものが好ましい。
In the heat treatment of the material of the present invention, first, the material is uniformly heated to a temperature sufficient to transform completely into austenite, at least 1000 ° C. and at most 1100 ° C., and rapidly cooled (preferably oil-cooled).
Next, it is preferable to heat and hold at a temperature of 550 to 570 ° C. and cool (first tempering), and then to heat and hold at a temperature of 560 to 680 ° C. to perform second tempering to obtain a fully tempered martensitic structure.

【0077】(2)高低圧又は高中低圧一体型蒸気ター
ビン用ロータシャフト Cは0.15〜0.4%で焼入性を向上し靭性と強度を確
保するのに必要な元素である。特にCは0.20〜0.2
8%の範囲が好ましい。
(2) The rotor shaft C for a high / low pressure or high / medium / low pressure integrated steam turbine is an element necessary for improving hardenability and ensuring toughness and strength at 0.15 to 0.4%. In particular, C is 0.20 to 0.2.
A range of 8% is preferred.

【0078】Si及びMnは従来脱酸剤として添加して
いたが、真空C脱酸法及びエレクトロスラグ再溶解法な
どの製鋼技術によれば、特に添加しなくとも健全なロー
タが溶製可能である。長時間使用による脆化の点から、
Si及びMnは低目にすべきであり、それぞれ0.1%
及び0.5%以下がよい。特にSi0.05% 以下,M
n0.05〜0.25%、より前者が0.01%以下,後
者が0.20%以下が好ましい。
Conventionally, Si and Mn have been added as deoxidizing agents. However, according to steelmaking techniques such as vacuum C deoxidizing method and electroslag remelting method, a sound rotor can be melted and manufactured without any particular addition. is there. From the point of embrittlement due to long use,
Si and Mn should be low, each 0.1%
And 0.5% or less. In particular, Si 0.05% or less, M
n 0.05 to 0.25%, more preferably 0.01% or less for the former and 0.20% or less for the latter.

【0079】一方、極少量のMn添加は、熱間加工性を
悪くする有害なSを、硫化物MnSとして固定する作用
があるために、Mnの極微量添加は、前述のSの害を減
少する効果があるので、蒸気タービン用ロータシャフト
のような大型鍛造品の製造においては0.01% 以上含
有するのが好ましい。しかし、製鋼上Sを少なくできれ
ばMnの添加は靭性,高温強度を低めるので、S及びP
量を低めるスパークリーン化できればゼロがよく、0.
01〜0.2%が好ましい。
On the other hand, the addition of a very small amount of Mn has the effect of fixing harmful S, which deteriorates hot workability, as sulfide MnS. Therefore, the addition of a very small amount of Mn reduces the aforementioned harm of S. Therefore, the content is preferably 0.01% or more in the production of a large forged product such as a rotor shaft for a steam turbine. However, if S can be reduced on steelmaking, the addition of Mn lowers toughness and high-temperature strength.
If it is possible to reduce the amount of super clean, zero is good, and 0.
It is preferably from 0.01 to 0.2%.

【0080】Niは1.5〜2.7%で焼入性を向上さ
せ、クリープ破断強度及び靭性を向上させる。特に1.
6〜2.0%より1.7〜1.9%の範囲が好ましい。更
に、Ni量はCr量より0.20% まで高く又はCr量
より0.30% 以下に低くする範囲内とすることにより
高い高温強度と靭性とを兼ね備えた特性が得られる。
Ni improves the hardenability by 1.5 to 2.7% and improves the creep rupture strength and toughness. Especially 1.
The range is preferably from 6 to 2.0% to 1.7 to 1.9%. Further, by setting the Ni content to a range higher than the Cr content by 0.20% or lower than the Cr content by 0.30% or less, characteristics having both high-temperature strength and toughness can be obtained.

【0081】Crは1.5〜2.5%で焼入性を向上さ
せ、靭性及びクリープ破断強度向上に効果がある。また
蒸気中の耐食性も向上させる。特に1.7〜2.3%、よ
り1.9〜2.1%が好ましい。
When Cr is 1.5 to 2.5%, hardenability is improved, and it is effective in improving toughness and creep rupture strength. It also improves corrosion resistance in steam. In particular, it is preferably 1.7 to 2.3%, more preferably 1.9 to 2.1%.

【0082】Moは0.8〜2.5%で焼戻し処理中に結
晶粒内に微細炭化物を析出させ、高温強度向上及び焼戻
し脆化防止効果がある。特に強度と靭性の点から1.0
〜1.5%、より1.1〜1.3%が好ましい。
Mo is in the range of 0.8 to 2.5% and precipitates fine carbides in the crystal grains during the tempering treatment, thereby improving the high-temperature strength and preventing temper embrittlement. Particularly, from the viewpoint of strength and toughness, it is 1.0.
-1.5%, more preferably 1.1-1.3%.

【0083】Vは、0.15〜0.35%で焼戻し処理中
に結晶粒内に微細炭化物を析出させ、高温強度及び靭性
向上効果がある。特に0.20〜0.30% 、より0.2
5を超え0.30%以下の範囲が好ましい。
V is 0.15 to 0.35%, and precipitates fine carbides in crystal grains during tempering, and has an effect of improving high-temperature strength and toughness. In particular, 0.20 to 0.30%, more preferably 0.2%
The range of more than 5 and 0.30% or less is preferable.

【0084】また上記の組成からなる低合金を溶製する
ときに、希土類元素,Ca,Zr及びAlのいずれかを
添加することにより靭性が向上する。希土類元素は0.
05〜0.4%,Caは0.0005〜0.01%,Zr
は0.01〜0.2%,Alは0.001〜0.02%が好
ましい。
In addition, when a low alloy having the above composition is melted, toughness is improved by adding any of the rare earth elements, Ca, Zr and Al. The rare earth element is 0.
0.05-0.4%, Ca is 0.0005-0.01%, Zr
Is preferably 0.01 to 0.2%, and Al is preferably 0.001 to 0.02%.

【0085】さらに、酸素は高温強度に関与し、本発明
鋼においては、O2 を5〜25ppmの範囲に制御するこ
とにより、より高いクリープ破断強度が得られる。
Further, oxygen contributes to the high-temperature strength, and in the steel of the present invention, a higher creep rupture strength can be obtained by controlling O 2 in the range of 5 to 25 ppm.

【0086】Nb及びTaの少なくとも1種を0.00
5〜0.15%添加するのが好ましい。これらの含有量
が0.005% 未満では強度の向上に十分な効果が得ら
れず、逆に0.15% を超えると蒸気タービン用ロータ
シャフトの如く大型構造物ではこれらの巨大な炭化物が
晶出し強度及び靭性を低めるので0.005〜0.15%
とする。特に0.01〜0.05%が好ましい。
At least one of Nb and Ta is 0.00
It is preferable to add 5 to 0.15%. If these contents are less than 0.005%, a sufficient effect for improving the strength cannot be obtained, while if it exceeds 0.15%, these large carbides are formed in large structures such as a rotor shaft for a steam turbine. 0.005 to 0.15% because of lowering strength and toughness
And Especially 0.01 to 0.05% is preferable.

【0087】Wは強度を高めるため0.1%以上加える
のが好ましいが、1.0%を超えると大型鋼塊において
は偏析の問題が生じる等強度を低めるので、0.1〜1.
0%とするのが好ましい。好ましくは0.1〜0.5%で
ある。
It is preferable to add W in an amount of 0.1% or more in order to increase the strength. However, if it exceeds 1.0%, the strength of a large steel ingot is reduced, for example, a problem of segregation occurs.
It is preferably set to 0%. Preferably it is 0.1-0.5%.

【0088】Mn/Ni比又は(Si+Mn)/Ni比
は各々0.13又は0.18以下が好ましい。これによ
り、ベーナイト組織を有するNi−Cr−Mo−V低合
金鋼における加熱脆化を顕著に防止でき、高低圧又は高
中低圧一体型ロータシャフトとして適用できる。また、
(Ni/Mo)比が1.25 以上及び(Cr/Mo)比
が1.1 以上、又は(Cr/Mo)比が1.45 以上及
び(Cr/Mo)比が〔−1.11×(Ni/Mo)+
2.78〕によって求められる値以上とすることにより
全体を同じ条件で熱処理することにより538℃,10
5 時間クリープ破断強度が12kg/mm2 以上の高い強度
が得られる。
The Mn / Ni ratio or (Si + Mn) / Ni ratio is preferably 0.13 or 0.18 or less, respectively. Thereby, the heat embrittlement in the Ni-Cr-Mo-V low alloy steel having the bainite structure can be significantly prevented, and it can be applied as a high / low pressure or high / medium / low pressure integrated rotor shaft. Also,
(Ni / Mo) ratio is 1.25 or more and (Cr / Mo) ratio is 1.1 or more, or (Cr / Mo) ratio is 1.45 or more and (Cr / Mo) ratio is [−1.11 × (Ni / Mo) +
2.78] or more, the whole is heat-treated under the same conditions, so that
High strength with a 5- hour creep rupture strength of 12 kg / mm 2 or more can be obtained.

【0089】また、Ni量をCr量に対して特定の範囲
で含有させることにより高圧側でより高強度で、低圧側
でより靭性の高い強度とを兼ね備えたものが得られる。
Further, by including the Ni content in a specific range with respect to the Cr content, a material having both higher strength on the high pressure side and higher toughness on the low pressure side can be obtained.

【0090】本発明は、高低圧又は高中低圧一体型蒸気
タービン用ロータシャフトとして、その高圧部又は高中
圧部の538℃,105 h平滑及び切欠クリープ破断強
度が13kg/mm2 以上,低圧部又は中低圧部の引張強さ
が84kg/mm2 以上,破面遷移温度が35℃以下とする
のが好ましい。このように優れた機械的性質を得るため
次の様な傾斜調質熱処理を施すのが好ましい。この調質
熱処理を施す前に、金属組織を微細にするために、65
0℃〜710℃で70時間以上保持のパーライト処理を
施すのが好ましい。
The present invention provides a rotor shaft for a high / low pressure or high / medium / low pressure integrated steam turbine, in which the high pressure portion or the high / medium pressure portion has a smooth and notched creep rupture strength of 538 ° C. and 10 5 h of 13 kg / mm 2 or more. Alternatively, it is preferable that the tensile strength of the middle and low pressure part is 84 kg / mm 2 or more and the fracture surface transition temperature is 35 ° C. or less. In order to obtain such excellent mechanical properties, it is preferable to perform the following gradient refining heat treatment. Before performing this tempering heat treatment, 65
It is preferable to perform a pearlite treatment at 0 ° C. to 710 ° C. for 70 hours or more.

【0091】ロータシャフトの高圧部又は高中圧部:高
い高温強度を得る。
High pressure part or high medium pressure part of rotor shaft: High high temperature strength is obtained.

【0092】 ○焼入れ:930〜970℃に加熱・保持後冷却 ○焼戻し:570〜670℃に加熱・保持後徐冷 (2回焼戻しが好ましく、うち1回は650〜670℃
に加熱・保持するのが好ましい) ロータシャフトの低圧部又は中低圧部:高い引張強さと
低温靭性を得る。
○ Quenching: heating and holding at 930 to 970 ° C. followed by cooling ○ Tempering: heating and holding at 570 to 670 ° C. and slow cooling (preferably twice tempering, one of which is 650 to 670 ° C.)
It is preferable to heat and hold the rotor shaft at a low pressure portion or a medium / low pressure portion of the rotor shaft: high tensile strength and low-temperature toughness are obtained.

【0093】 ○焼入れ:880〜910℃に加熱・保持後急冷 ○焼戻し:570〜640℃に加熱・保持後徐冷 (2回焼戻しが好ましく、うち1回は615〜635℃
に加熱・保持するのが好ましい) 即ち、本発明は高圧側を低圧側より高い焼入温度で焼入
れすることにより高圧側では550℃,30kg/mm2
180hr以上のクリープ破断時間が得られるように低
圧側より高温強度を高くし、低圧側は高圧側より遷移温
度を中心孔で10℃以下とするように傾斜熱処理するこ
とが好ましい。焼戻し温度においても高圧側を低圧側に
くらべ高い温度で焼戻しするのがよい。
○ Quenching: Rapid cooling after heating and holding to 880 to 910 ° C. Tempering: Slow cooling after heating and holding to 570 to 640 ° C. (Tempering twice is preferable, and one time is 615 to 635 ° C.
That is, in the present invention, by quenching the high-pressure side at a higher quenching temperature than the low-pressure side, a creep rupture time of 180 hours or more at 550 ° C. and 30 kg / mm 2 can be obtained on the high-pressure side. It is preferable that the high-temperature strength be higher than that of the low-pressure side and that the gradient heat treatment be performed so that the transition temperature of the low-pressure side is 10 ° C. or less at the center hole from the high-pressure side. Even at the tempering temperature, it is preferable to temper the high pressure side at a higher temperature than the low pressure side.

【0094】このようにクリープ破断強度が高く、衝撃
値が高い両者の特性を備えた鋼を得ることができ、本発
明の高低圧一体型ロータシャフトにおいて最終段動翼と
して、特に50サイクル発電に対しては40インチ以上
好ましくは43インチ以上、60サイクル発電に対して
は33インチ以上好ましくは35インチ以上の長さのも
のを植設することが好ましい。
As described above, it is possible to obtain steel having both characteristics of high creep rupture strength and high impact value, and as a final stage rotor blade in the high / low pressure integrated rotor shaft of the present invention, particularly for 50 cycle power generation. It is preferable to plant a plant having a length of 40 inches or more, preferably 43 inches or more, and a length of 33 inches or more, preferably 35 inches or more for 60 cycle power generation.

【0095】(3)本発明の蒸気タービンにおける他の
動翼,静翼及びその他 高圧側ブレードは初段又は初段〜3段を重量で、C0.
2〜0.3%,Si0.5%以下,Mn1%以下,Cr1
0〜13%,Ni0.5%以下,Mo0.5〜1.5%,W
0.5〜1.5%,V0.15〜0.35%を含むマルテン
サイト鋼、それ以外の前記26インチ未満の低圧側ブレ
ードは重量で、C0.05〜0.15%,Si0.5%以
下,Mn1% 以下、好ましくは0.2〜1.0%,Cr
10〜13%,Ni0.5%以下,Mo0.5%以下を含
むマルテンサイト鋼が好ましい。
(3) Other moving blades, stationary blades, and other high-pressure side blades in the steam turbine of the present invention, the first stage or the first to third stages are weighted at C0.
2 to 0.3%, Si 0.5% or less, Mn 1% or less, Cr1
0 to 13%, Ni 0.5% or less, Mo 0.5 to 1.5%, W
Martensitic steel containing 0.5 to 1.5%, V 0.15 to 0.35%, and other low pressure side blades of less than 26 inches by weight are C 0.05 to 0.15%, Si 0.5 %, Mn 1% or less, preferably 0.2 to 1.0%, Cr
A martensitic steel containing 10 to 13%, Ni 0.5% or less, and Mo 0.5% or less is preferable.

【0096】本発明における静翼は重量で、C0.05
〜0.15%,Si0.5% 以下,Mn0.2〜1%,C
r10〜13%,Ni0.5%以下,Mo0.5% 以下
を含む焼戻し全マルテンサイト鋼からなるものが好まし
い。
The stationary blade according to the present invention has a weight of C0.05.
0.15%, Si 0.5% or less, Mn 0.2-1%, C
It is preferable to use a tempered all martensitic steel containing 10 to 13% of r, 0.5% or less of Ni, and 0.5% or less of Mo.

【0097】本発明におけるケーシングは、重量でC
0.10〜0.20% ,Si0.75%以下,Mn1%以
下,Cr1〜2%,Mo0.5〜1.5%,V0.05〜
0.2%,Ti0.05% 以下を含むベーナイト組織を
有するCr−Mo−V鋳鋼よりなるものが好ましい。
In the present invention, the casing is C by weight.
0.10 to 0.20%, Si 0.75% or less, Mn 1% or less, Cr 1 to 2%, Mo 0.5 to 1.5%, V 0.05 to 0.5
It is preferable to use a Cr-Mo-V cast steel having a bainite structure containing 0.2% or less and 0.05% or less of Ti.

【0098】[0098]

【発明の実施の形態】〔実施例1〕図1は本発明に係る
マルテンサイト鋼をタービンディスクに用いるととも
に、初段及び第2段のブレードと初段のノズルとを水蒸
気によって冷却するとともに、第2段及び第3段の静翼
を空気によって冷却するコンバインド発電サイクルシス
テム図である。蒸気タービンとガスタービンとを組合せ
て発電するコンバインド発電サイクルにおいては排熱回
収ボイラによって発生する水蒸気を用いることができ、
また別途水蒸気を発生させて用いることができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [Embodiment 1] FIG. 1 shows a case where the martensitic steel according to the present invention is used for a turbine disk, the first and second stage blades and the first stage nozzle are cooled by steam, and the second stage is cooled. It is a combined power generation cycle system diagram which cools a stage and a 3rd stage stationary blade by air. In a combined power generation cycle that generates power by combining a steam turbine and a gas turbine, steam generated by an exhaust heat recovery boiler can be used,
In addition, steam can be separately generated and used.

【0099】A.ガスタービン 図2は同じくマルテンサイト鋼をタービン用ディスクに
用いたクローズド水蒸気冷却方式を有する3段のブレー
ドを有するガスタービン上半部の断面図である。水蒸気
による冷却流路6は図中矢印で示すようにタービンロー
タ1の中心部を通って初段ブレード51及び第2段ブレ
ード52にディスクとスペーサとの間から入り、各々の
動翼を冷却した水蒸気は同じくディスクとスペーサとの
間を通ってタービンロータ1の水蒸気入口に対してその
外周より外部に流出するものである。初段ノズル81の
水蒸気冷却にはケーシング80を通ってその入口と同じ
経路を通って外部に流出する。
A. Gas Turbine FIG. 2 is a cross-sectional view of the upper half of a gas turbine having three stages of blades having a closed steam cooling system using martensitic steel for a turbine disk. As shown by the arrow in the figure, the steam cooling passage 6 enters the first-stage blade 51 and the second-stage blade 52 from between the disk and the spacer through the center of the turbine rotor 1 and cools each blade. Also flows out of the outer periphery of the steam inlet of the turbine rotor 1 through the space between the disk and the spacer. For the steam cooling of the first stage nozzle 81, it flows out through the casing 80 and the outside through the same path as the inlet.

【0100】一方、第2段及び第3段ノズルの空気冷却
の冷却流路6は図中矢印に示すように空気の圧縮機の抽
気部31,32より抽気し、抽気部31からの空気は若
干圧縮比が低いので第3段のノズルを冷却するのに用
い、抽気部32からの空気は抽気部31より若干圧縮比
が高くより冷却能力が大きいので2段静翼の冷却に用い
られる。
On the other hand, the cooling passage 6 for air cooling of the second-stage and third-stage nozzles extracts air from the air extraction units 31 and 32 of the air compressor as shown by arrows in the figure. Since the compression ratio is slightly lower, it is used to cool the third stage nozzle. The air from the bleed portion 32 has a slightly higher compression ratio than the bleed portion 31 and has a higher cooling capacity, and is used for cooling the two-stage stationary blade.

【0101】図2に示すように、本実施例のガスタービ
ンは、ケーシング80,圧縮機ロータ2と外周部の翼列
からなる圧縮機,燃焼器84,ノズル81〜83及びブ
レード51〜53を交互に配置して形成されたガスパス
85,タービンロータ1等によって構成されている。
As shown in FIG. 2, the gas turbine of this embodiment comprises a casing 80, a compressor comprising a compressor rotor 2 and a cascade of outer peripheral portions, a combustor 84, nozzles 81 to 83, and blades 51 to 53. It is constituted by gas paths 85, turbine rotors 1 and the like formed alternately.

【0102】タービンロータ1は3個のタービンディス
ク11,12,13及びスタブシャフト34からなり、
高速回転体として密着接合されている。各ディスクの外
周にはブレード51〜53が植設されているほか、ディ
スタントピース33を介して圧縮機ロータ2と連結され
ており、軸受によって回転支持されている。
The turbine rotor 1 comprises three turbine disks 11, 12, 13 and a stub shaft 34.
It is closely bonded as a high-speed rotating body. Blades 51 to 53 are implanted on the outer periphery of each disk, and are connected to the compressor rotor 2 via a distant piece 33, and are rotatably supported by bearings.

【0103】かかる構成において、圧縮機で圧縮された
空気を用いて燃焼器84で生成された高温・高圧の作動
ガスが、ガスパスを膨脹しながら流れることによってタ
ービンロータが回転され、動力が発生される。
In this configuration, the high-temperature and high-pressure working gas generated in the combustor 84 using the air compressed by the compressor flows while expanding the gas path, thereby rotating the turbine rotor and generating power. You.

【0104】燃焼器出口の作動ガスの圧力を22〜25
ata 、温度を1500℃にすると、ロータ外径が2.5
m 程度のガスタービンでも400MW以上の動力が発
生できるが、動翼入口のガス相対全温は初段が約125
0〜1300℃、2段が約950〜1000℃で翼の許容
温度(通常の翼材料で850〜900℃)を緩るやかに
超え、熱負荷はそれぞれ出力の約1.5%(約6000
kW)及び1.2%(5000kW)にもなる。
The pressure of the working gas at the outlet of the combustor is 22 to 25.
ata, when the temperature is 1500 ℃, the rotor outer diameter is 2.5
Although the power of 400 MW or more can be generated even with a gas turbine of about m 2, the relative gas total temperature at the blade entrance is about 125 in the first stage.
0 to 1300 ° C, the two stages gently exceed the allowable temperature of the blade (850 to 900 ° C for normal wing material) at about 950 to 1000 ° C, and the heat load is about 1.5% (about 6000
kW) and 1.2% (5000 kW).

【0105】また作動ガスの圧力を22〜25ata にす
るためには、圧縮比を22以上にする必要があり、この
場合の圧縮機の吐出温度は約500℃となり、通常のロ
ータ材(許容温度450℃)を使用する場合には圧縮機
ロータ2の外周部を冷却する必要がある。
In order to set the pressure of the working gas at 22 to 25 at, it is necessary to set the compression ratio to 22 or more. In this case, the discharge temperature of the compressor becomes about 500 ° C. and the normal rotor material (allowable temperature) (450 ° C.), it is necessary to cool the outer periphery of the compressor rotor 2.

【0106】本実施例において、他タービンスタッキン
グボルト54,コンプレッサーディスク,コンプレッサ
ーブレード17,コンプレッサースタッキングボルト、
及びコンプレッサースタブシャフトを有する。本実施例
のガスタービンはタービンブレード及びタービンノズル
がそれぞれ3段ずつある。
In this embodiment, other turbine stacking bolts 54, compressor discs, compressor blades 17, compressor stacking bolts,
And a compressor stub shaft. The gas turbine of this embodiment has three stages of turbine blades and turbine nozzles.

【0107】本実施例におけるガスタービンの初段ノズ
ル81及び初段ブレード51はNi基超合金の単結晶鋳
造物であり、重量でCr4〜10%,Mo0.5〜1.5
%,W4〜10%,Re1〜4%,Al3〜6%,Ta
4〜10%,Co0.5〜10%及びHf0.03〜0.2
%を有するNi基合金で構成する。初段ブレードは翼部
先端からダブティル方向に凝固した翼部長さ130mm、
その全長は約220mmである。この単結晶鋳造物の10
5 時間14kgf/mm2 の耐用温度は930〜940℃であ
り、いずれも内部に複雑な水蒸気冷却孔を設けており運
転中は圧縮水蒸気により冷却する。冷却方式はクローズ
ド方式で、ダブティルによって入って翼部の内部に設け
られた複数の通路を通って再びダブティルに戻る経路を
有するものである。本単結晶鋳造物は1250〜135
0℃で固溶化処理後、1000〜1100℃及び850
〜950℃での2段時効処理を行い、一辺が1μm以下
の長さのγ′相を50〜70体積%で析出させたもので
ある。
The first-stage nozzle 81 and the first-stage blade 51 of the gas turbine in this embodiment are single crystal castings of a Ni-base superalloy, and are Cr 4 to 10% by weight, Mo 0.5 to 1.5.
%, W4-10%, Re1-4%, Al3-6%, Ta
4-10%, Co 0.5-10% and Hf 0.03-0.2
% Ni-based alloy. The first stage blade has a wing length of 130 mm solidified in the dove-til direction from the wing tip,
Its total length is about 220 mm. 10% of this single crystal casting
The service temperature of 14 kgf / mm 2 for 5 hours is 930 to 940 ° C. All of them have complicated steam cooling holes inside and cool with compressed steam during operation. The cooling system is a closed system, and has a path for entering by a dovetil and returning to the dovetil again through a plurality of passages provided inside the wing portion. This single crystal casting is 1250-135
After solution treatment at 0 ° C., 1000 to 1100 ° C. and 850
A two-stage aging treatment at ~ 950 ° C is performed to precipitate a γ 'phase having a length of 1 µm or less on one side at 50-70% by volume.

【0108】初段ノズル81は初段ブレード51よりC
r量を1〜3%高くしたものを用い、Cr量を6〜10
%とした。
The first stage nozzle 81 has a C
The amount of Cr was increased by 1 to 3%, and the amount of Cr was increased by 6 to 10%.
%.

【0109】本実施例における初段ブレード51は全体
が単結晶であるが、翼部以外のシャンクとダブティルを
柱状晶とすることもできる。本実施例においては、一方
向凝固において翼部側より凝固し、シャンク及びダブテ
ィルへと凝固させ、全体を単結晶とすること、又はシャ
ンク部分に凝固が達したときに冷却速度を高めて柱状晶
とすることができる。
Although the first stage blade 51 in this embodiment is a single crystal as a whole, the shank and the dovetail other than the wing portion may be columnar crystals. In the present embodiment, in the one-way solidification, solidification is performed from the wing side and solidified into a shank and a dovetail, and the whole is made a single crystal, or when the solidification reaches the shank portion, the cooling rate is increased to increase the columnar crystal. It can be.

【0110】本実施例における初段ノズル81はべーン
及び外周側のサイドウォールと内周側のサイドウォール
とを有する。
The first stage nozzle 81 in this embodiment has a vane, a sidewall on the outer peripheral side, and a sidewall on the inner peripheral side.

【0111】初段ブレード51は上流側で一端が丸みを
帯び下流側に三ケ月状になっている翼部,プラットフォ
ーム,シャンク,クリスマスツリー型のダブティル,両
サイドに2個ずつのシールフィンを有する。シールフィ
ンはいずれも翼部側に凸状に突起を有するものである。
ダブティルにはその底部にシール用の突起が設けられて
いる。シャンクは中心部で凹状になっている。内部に複
数の冷却孔が設けられ、ダブティル側より冷媒が入り排
出する経路を有している。シールフィンは燃焼ガスのも
れを防ぐものである。
The first stage blade 51 has a wing portion, one end of which is rounded on the upstream side and a crescent shape on the downstream side, a platform, a shank, a Christmas tree type dovetil, and two seal fins on each side. Each of the seal fins has a projection on the wing side.
The dovetail is provided with a sealing projection on the bottom thereof. The shank is concave at the center. A plurality of cooling holes are provided inside, and have a passage through which the refrigerant enters and exits from the dovetail side. The seal fins prevent leakage of the combustion gas.

【0112】第2段ブレード52及び第3段ブレード5
3は、いずれも重量でCr5〜18%,Mo0.3〜6
%,W2〜10%,Al2.5〜6%,Ti0.5〜5
%,Ta1〜4%,Nb0.1〜3%,Co0〜10%,
C0.05〜0.21%,B0.005〜0.025% ,Hf
0.03〜2%,Re0.1〜5%を有する一方向凝固柱
状晶Ni基超合金で構成する。これらのブレードは全体
が一方向に先端部からダブティルの方向に凝固により得
られる柱状晶組織を有する。第2段ブレードは初段ブレ
ードと同様の内部冷却孔を有しダブティルより入ってダ
ブティルに戻る構造を有しており、高圧水蒸気により冷
却する。これらの材料の105時間14kgf/mm2 の耐用
温度は840〜860℃であるのが好ましい。これらの
ブレード表面には重量でAl2〜5%,Cr20〜30
%及びY0.1 〜1%を含むNi基又はNi+Co基合
金からなる合金層を非酸化性減圧雰囲気下でプラズマ溶
射によって50〜150μmの厚で設け、耐食性が高め
られる。合金層は翼部とプラットフォームの火炎に接す
る側に設けられる。ダブティルにはシールフィンを有す
る。第3段ブレードは中実で、冷却孔はない。
Second Stage Blade 52 and Third Stage Blade 5
No. 3 is Cr 5 to 18% by weight, Mo 0.3 to 6
%, W2 to 10%, Al 2.5 to 6%, Ti 0.5 to 5
%, Ta 1-4%, Nb 0.1-3%, Co 0-10%,
C 0.05-0.21%, B 0.005-0.025%, Hf
It is made of a unidirectionally solidified columnar Ni-base superalloy having 0.03 to 2% and Re of 0.1 to 5%. These blades all have a columnar structure obtained by solidification in one direction from the tip to the dovetail direction. The second stage blade has the same internal cooling hole as the first stage blade, and has a structure to enter from the dovetil and return to the dovetil, and is cooled by high-pressure steam. The service temperature of 14 kgf / mm 2 for 10 5 hours of these materials is preferably 840 to 860 ° C. On these blade surfaces, Al2-5% by weight, Cr20-30
% And an alloy layer made of a Ni-based or Ni + Co-based alloy containing 0.1 to 1% of Y and having a thickness of 50 to 150 μm by plasma spraying in a non-oxidizing reduced-pressure atmosphere to enhance corrosion resistance. The alloy layer is provided on the side of the wing and the platform that contacts the flame. Dovetil has seal fins. The third stage blade is solid and has no cooling holes.

【0113】本実施例における初段ノズルは外側サイド
ウォールと内側サイドウォール間に2個のベーンが一体
の単結晶Ni基合金によって形成され、一端が丸みを帯
びた三ケ月状で内部に冷却用水蒸気が流入及び流出する
ように空洞の薄肉材によって構成され、ベーン部分には
冷却空気が外周側のサイドウォール側から流入し再び外
周側サイドウォール側に戻るように冷却孔が複数設けら
れている。
The first stage nozzle in this embodiment is formed of a single crystal Ni-based alloy in which two vanes are integrated between an outer side wall and an inner side wall, and has a crescent shape with one end rounded and cooling water vapor inside. A plurality of cooling holes are formed in the vane portion so that cooling air flows in from the outer peripheral side wall side and returns to the outer peripheral side wall side again in the vane portion.

【0114】本実施例における初段ノズルの単結晶Ni
基合金の105 時間6kgf/mm2の耐用温度は920〜9
40℃である。冷却流路は、クローズド方式で、翼部に
複数の冷却孔が設けられる外周側のサイドウォール側よ
り入って複数の冷却孔を通って外周側のサイドウォール
に戻る構造を有する。初段ブレード及び初段ノズルの外
表面の火炎に接する翼部とプラットフォーム及び翼部と
サイドウォールには、遮熱コーティング層が設けられ
る。これは、堆積方向に微細な柱状晶からなり、微細な
直径50〜200μmのマクロな柱状晶の中に直径10
μm以下の柱状晶を有する2重構造の柱状晶組織を有す
るY2310%以下を含む安定化ジルコニア層を蒸着に
よって100〜200μmの厚さに設け、ベース金属と
ジルコニア層との間の結合層とからなる。該結合層は重
量でAl2〜5%,Cr20〜30%,Y0.1 〜1%
を含み残部Ni又はNi+Coからなる合金からなる溶
射層である。合金層は耐食性を向上させる効果も併せも
つ。本鋳造材は1150〜1200℃で溶体化処理後、
820〜880℃で1段時効処理の熱処理が施される。
In the present embodiment, single crystal Ni of the first stage nozzle was used.
The service temperature of 6 kgf / mm 2 for 10 5 hours of the base alloy is 920 to 9
40 ° C. The cooling flow path has a closed type and has a structure in which the cooling blade enters the outer peripheral side wall side where a plurality of cooling holes are provided in the blade portion, and returns to the outer peripheral side wall through the plurality of cooling holes. A thermal barrier coating layer is provided on the wing portion and the platform, and the wing portion and the sidewall, which are in contact with the flame on the outer surface of the first stage blade and the first stage nozzle. This is composed of fine columnar crystals in the direction of deposition, and a fine columnar crystal having a diameter of 10 to 200 μm.
stabilized zirconia layer comprising Y 2 O 3 10% or less having a columnar double structure crystal structure having the columnar crystal μm by vapor deposition provided to a thickness of 100-200 [mu] m, between the base metal and zirconia layer And a bonding layer. The bonding layer is composed of Al 2 to 5%, Cr 20 to 30%, Y 0.1 to 1% by weight.
Is a thermal sprayed layer made of an alloy composed of Ni or Ni + Co. The alloy layer also has the effect of improving corrosion resistance. This cast material after solution treatment at 1150-1200 ° C,
Heat treatment of a one-stage aging treatment is performed at 820 to 880 ° C.

【0115】第2段ノズルおよび第3段ノズルは重量
で、Cr21〜24%,Co18〜23%,C0.05
〜0.20%,W1〜8%,Al1〜2%,Ti2〜3
%,Ta0.5〜1.5%及びB0.05〜0.15%を含
有するNi基超合金で構成する。これらのノズルは通常
の鋳造により得られる等軸晶組織である。特に遮熱コー
ティング層を設ける必要はないが、第2段ノズルには耐
食性を高めるためにCrあるいはAlの拡散コーティン
グを施す。第3段ノズルに同様の拡散コーティング層を
設けることができる。それぞれ内部冷却孔を有してお
り、リーディング側より入ってトレーリング側より外部
に流出する経路にて圧縮空気により冷却される。これら
の材料の105 時間6kgf/mm2の耐用温度は840℃〜
860℃である。本鋳造材においても同様の熱処理が施
される。2段及び3段ノズルは各中心が各ブレード間の
ほぼ中心位置に配置される。
The second stage nozzle and the third stage nozzle are, by weight, 21 to 24% of Cr, 18 to 23% of Co, and 0.05% of C.
~ 0.20%, W1 ~ 8%, Al ~ 2%, Ti2 ~ 3
%, 0.5 to 1.5% of Ta and 0.05 to 0.15% of B. These nozzles have an equiaxed structure obtained by ordinary casting. Although it is not particularly necessary to provide a thermal barrier coating layer, a diffusion coating of Cr or Al is applied to the second stage nozzle in order to enhance corrosion resistance. A similar diffusion coating layer can be provided on the third stage nozzle. Each has an internal cooling hole, and is cooled by compressed air through a path that enters from the leading side and exits from the trailing side. The service temperature of 6 kgf / mm 2 of these materials for 10 5 hours is 840 ° C.
860 ° C. The same heat treatment is applied to the cast material. The two-stage and three-stage nozzles are arranged such that each center is located substantially at the center between the blades.

【0116】2段タービンノズルの全体構造は初段ノズ
ルとほぼ同じであり、本実施例においては2個のベーン
を有するもので、冷却空気による冷却構造を有するもの
である。その冷却構造は外側サイドウォールより入り、
内側サイドウォール側より流出させるとともに、ベーン
の下流側のトレーリングエッジより流出する冷却孔がベ
ーン先端に設けられている。ベーンの内部は空洞になっ
ており、ベーンは0.5〜3mmの厚さの薄肉部材によって
構成される。本実施例では2個のベーンを持つが、1個
〜3個のいずれでも可能である。
The overall structure of the two-stage turbine nozzle is substantially the same as that of the first-stage nozzle. In this embodiment, the two-stage turbine nozzle has two vanes and has a cooling structure using cooling air. The cooling structure enters from the outer sidewall,
A cooling hole that flows out from the inner side wall side and flows out from the trailing edge downstream of the vane is provided at the vane tip. The inside of the vane is hollow, and the vane is constituted by a thin member having a thickness of 0.5 to 3 mm. In the present embodiment, two vanes are provided, but any one to three vanes can be used.

【0117】第3段ノズルは第2段の全体構造とほぼ同
じであり、外周側サイドウォールより冷却用空気が流入
し、厚さ0.5 〜3mm程度の薄肉部材からなるベーンの
内部を通って燃焼ガス下流側のトレーリングエッジより
流出する構造を有する。本実施例においては2個のベー
ンがサイドウォール間に一体に形成されたものである
が、1個のノズルは1,2又は3個のベーンのいずれで
も可能である。
The third-stage nozzle has substantially the same structure as the second-stage nozzle. Cooling air flows from the outer peripheral side wall and passes through the inside of a vane made of a thin member having a thickness of about 0.5 to 3 mm. And flows out from the trailing edge on the downstream side of the combustion gas. In the present embodiment, two vanes are formed integrally between the sidewalls, but one nozzle may be any of one, two or three vanes.

【0118】初段ブレードにおいては、冷却孔用の中空
構造を有する中子の周囲に製品形状と同じワックス模型
が形成される。さらにその外層に後述の鋳物砂によるコ
ーティング層を形成後、脱ろう及び焼成を行いこれを鋳
型とした。次に、真空一方向凝固炉中で前述の組成のマ
スターインゴットを上記鋳型中に鋳込み、引き下げ速度
5〜30cm/hでスタータ部より翼部,プラットフォー
ム,シャンク部及びダブティルへと順次一方向凝固さ
せ、セレクターを用いたNi基合金からなる単結晶鋳造
物とした。続いて、中子をアルカリで除去し、スタータ
ー部,セレクター及び伸び湯部等を切断し、所定の形状
のガスタービンブレードを得た。
In the first stage blade, a wax model having the same product shape is formed around a core having a hollow structure for a cooling hole. Further, after forming a coating layer of molding sand described later on the outer layer, dewaxing and firing were performed to obtain a mold. Next, the master ingot having the above-described composition is cast into the mold in a vacuum unidirectional solidification furnace, and is unidirectionally solidified from the starter portion to the wing portion, platform, shank portion and dovetil at a pulling rate of 5 to 30 cm / h. And a single crystal casting made of a Ni-based alloy using a selector. Subsequently, the core was removed with an alkali, and the starter portion, the selector, the hot water portion, and the like were cut to obtain a gas turbine blade having a predetermined shape.

【0119】2段及び3段ガスタービンブレードはNi
基合金からなる一方向凝固柱状晶鋳造物からなり、同様
の製法により単結晶の場合よりも速い引き下げ速度の3
0〜50cm/hで一方向凝固させることにより得ること
ができる。
The two-stage and three-stage gas turbine blades are made of Ni
It is made of a unidirectionally solidified columnar crystal casting made of a base alloy, and has a lower pulling speed than that of a single crystal by a similar manufacturing method.
It can be obtained by unidirectional solidification at 0 to 50 cm / h.

【0120】得られたブレードは、所定の強度を発揮さ
せるために、非酸化雰囲気中で溶体化処理と時効処理を
行い組織を制御する。
The obtained blade is subjected to a solution treatment and an aging treatment in a non-oxidizing atmosphere to control the structure in order to exhibit a predetermined strength.

【0121】本実施例における初段ノズルは冷却孔用の
中空構造の中子の周囲に設けたワックス模型をメチルエ
チルケトンにアクリル樹脂を溶解した液を浸漬し、通風
乾燥した後、スラリー(ジルコンフラワー+コロイダル
シリカ+アルコール)に浸漬してスタック(初層ジルコ
ンサンド,2層以降シャモットサンド)を吹き付け、こ
れを何回か繰り返して鋳型を用いて形成される。鋳型は
脱ろうした後に900℃で焼成した。
In the first stage nozzle of this embodiment, a wax model provided around a core having a hollow structure for a cooling hole is immersed in a liquid obtained by dissolving an acrylic resin in methyl ethyl ketone, air-dried, and then slurried (zircon flower + colloidal). A stack (first layer zircon sand, second layer and subsequent chamotte sand) is sprayed by dipping in silica + alcohol, and this is repeated several times to form a mold. The mold was fired at 900 ° C. after dewaxing.

【0122】次に、この鋳型を真空炉に設けるととも
に、真空溶解によってマスターインゴットを溶解し、真
空中で鋳型に鋳込み、前述のブレードと同様にスタータ
部より外周側サイドウォール,ベーン及び内周側サイド
ウォールへと順次一方向凝固し、Ni基合金からなる単
結晶鋳造からなるノズルとした。このノズルはサイドウ
ォール間の翼部の幅が約74mm,長さ110mm、最も厚
い部分で25mm,肉厚が3〜4mmで、先端で約0.7mm
厚さを有するものである。
Next, this mold is provided in a vacuum furnace, and the master ingot is melted by vacuum melting, cast into a mold in a vacuum, and the outer peripheral side wall, the vane and the inner peripheral side are moved from the starter portion in the same manner as the blade. A nozzle formed by single crystal casting made of a Ni-based alloy was sequentially unidirectionally solidified into side walls. This nozzle has a wing portion between the sidewalls of about 74 mm in width, 110 mm in length, 25 mm in the thickest part, 3 to 4 mm in thickness, and about 0.7 mm in the tip.
It has a thickness.

【0123】得られたノズルは、所定の強度を発揮させ
るために、前述のように非酸化雰囲気中で溶体化処理と
時効処理を行い組織を制御する。
The obtained nozzle is subjected to a solution treatment and an aging treatment in a non-oxidizing atmosphere to control the structure in order to exhibit a predetermined strength.

【0124】以下、表1のNo.1〜4は、本実施例にお
ける具体的な初段ブレード及び初段ノズルの単結晶Ni
基合金の例である(単結晶:SC,柱状晶:DS,等軸
晶:CC)。
Hereinafter, No. 1 to No. 4 in Table 1 indicate specific single-crystal Ni of the first-stage blade and the first-stage nozzle in this embodiment.
This is an example of a base alloy (single crystal: SC, columnar crystal: DS, equiaxed crystal: CC).

【0125】Crは合金の耐酸化性,耐食性を向上させ
る。AlはNi基超耐熱合金を析出強化する金属間化合
物であるγ′相を形成する主要強化元素である。γ′相
は基本組成はNi3Al で表されるが、Al以外のT
i,Ta,W,Mo,Nbなどの元素を固溶することに
よりさらに強化される。またNbは、Reとともに合金
の耐食性を高めるのに、重要な添加元素である。Coの
添加は、耐食性,耐酸化性を向上させる。強度面では、
Coの添加は合金の積層欠陥エネルギーを低下させて、
比較的低温域のクリープ強度を向上させる作用と、高温
域では逆にγ′相の固溶度を増加させて、析出強化を弱
め、高温域でのクリープ強度を不十分にする作用をも
つ。両者の相反する作用のために、Coには強度面でも
最適な添加量が存在する。Hfは合金の耐酸化性および
高温強度を改善するための重要な元素であり、その効果
はごく微量の添加量から現れるが、過度の添加は合金の
融点を下げ、共晶γ′相を十分に固溶できなくなる。R
eは、γ相に固溶して基地を強化するとともに、合金の
耐食性を高めるが、4%を超える過度の添加は、Re−
W,Re−Mo,Re−Taなどの有害相の析出を招
く。
Cr improves the oxidation resistance and corrosion resistance of the alloy. Al is a main strengthening element that forms a γ ′ phase, which is an intermetallic compound that precipitates and strengthens a Ni-base superalloy. The basic composition of the γ 'phase is represented by Ni 3 Al.
It is further strengthened by dissolving elements such as i, Ta, W, Mo, and Nb. Further, Nb is an important additive element together with Re to enhance the corrosion resistance of the alloy. Addition of Co improves corrosion resistance and oxidation resistance. In terms of strength,
The addition of Co lowers the stacking fault energy of the alloy,
It has the effect of improving the creep strength in a relatively low temperature range and the effect of increasing the solid solubility of the γ 'phase in the high temperature range, weakening the precipitation strengthening and making the creep strength in the high temperature range insufficient. Due to the opposing effects of both, Co has an optimum addition amount in terms of strength. Hf is an important element for improving the oxidation resistance and high-temperature strength of the alloy, and its effect appears only in a very small amount. However, excessive addition lowers the melting point of the alloy and sufficiently reduces the eutectic γ 'phase. Can not be dissolved. R
e forms a solid solution in the γ phase and strengthens the matrix, and enhances the corrosion resistance of the alloy.
It causes precipitation of harmful phases such as W, Re-Mo and Re-Ta.

【0126】表1のNo.5及び6は本実施例における第
2段及び第3段ブレードの一方向凝固柱状晶Ni基合金
の例である。
Nos. 5 and 6 in Table 1 are examples of the unidirectionally solidified columnar crystal Ni-base alloys of the second and third stage blades in this embodiment.

【0127】[0127]

【表1】 [Table 1]

【0128】本発明による発電用ガスタービンに使用さ
れる第2段及び第3段のノズルに用いる材料について、
合金組成(重量%)、鋳造する場合の鋳造方法105
間6kgf/mm2の耐用温度、及び溶接性を表2に示した。
それぞれの合金成分の働きは、おおむね前述で説明した
とおりであるが、本実施例の合金は前述したNi基合金
よりも溶接性を重視した組成となっている。表2中で、
No.8は高温強度に優れる溶接性がNo.7,8より劣
る。2N2はこの中で最も溶接性が優れているが、高温
強度が劣る。従って、溶接性と高温強度のバランスを考
慮すればNo.7が最も優れているといえる。これは、A
l+Ti量の厳密な制御とW添加の効果である。なお、
溶接性の評価は、長さ80mm,幅8mmで1パスのTIG
溶接で形成されたビード内に割れが発生しない予熱温度
が400℃以下であるかどうかを基準とした。
The materials used for the second-stage and third-stage nozzles used in the gas turbine for power generation according to the present invention are as follows.
Table 2 shows the alloy composition (% by weight), the casting method when casting, the service temperature of 6 kgf / mm 2 for 5 hours, and the weldability.
The function of each alloy component is substantially as described above, but the alloy of the present embodiment has a composition in which the weldability is more important than the Ni-based alloy described above. In Table 2,
No. 8 is inferior to Nos. 7 and 8 in weldability which is excellent in high-temperature strength. 2N2 has the best weldability among them, but is inferior in high-temperature strength. Therefore, in consideration of the balance between weldability and high-temperature strength, it can be said that No. 7 is the most excellent. This is A
This is the effect of strict control of the l + Ti amount and the addition of W. In addition,
Weldability is evaluated by a 1 pass TIG with a length of 80 mm and a width of 8 mm.
The reference was based on whether the preheating temperature at which cracks did not occur in the bead formed by welding was 400 ° C. or less.

【0129】本実施例ではタービンディスク11,12,
13に重量で、C0.05〜0.20%,Si0.5%以
下,Mn0.6%以下,Cr8〜13%,Ni0.5〜
4.0%,Mo4.0%以下,V0.1〜0.4%,Nb
0.06〜0.25%,N0.025〜0.125 %及び
Co1.0〜5.0%を含む全マルテンサイト鋼の鍛造材
が用いられる。この具体的なマルテンサイト鋼を表3
(重量%)に示す。残部はFeである。
In this embodiment, the turbine disks 11, 12,
13 by weight, C 0.05 to 0.20%, Si 0.5% or less, Mn 0.6% or less, Cr 8 to 13%, Ni 0.5 to 0.5%
4.0%, Mo 4.0% or less, V 0.1 to 0.4%, Nb
Forgings of all martensitic steels containing 0.06 to 0.25%, N 0.025 to 0.125% and 1.0 to 5.0% Co are used. Table 3 shows the specific martensitic steel.
(% By weight). The balance is Fe.

【0130】表4は450℃及び500℃,105 hク
リープ破断強度及び(500℃強度/450℃強度)比
を示すものである。
Table 4 shows the creep rupture strength at 450 ° C. and 500 ° C. for 10 5 h and the (500 ° C. strength / 450 ° C. strength) ratio.

【0131】[0131]

【表2】 [Table 2]

【0132】[0132]

【表3】 [Table 3]

【0133】[0133]

【表4】 [Table 4]

【0134】これらのマルテンサイト鋼は、150kg鋼
塊を高周波誘導溶解炉で溶解後、真空カーボン脱酸して
鋳造し、1150℃に加熱した後、熱間鍛造により板状
に成形した。その後、板材を1050℃で溶体化し空冷
による焼入れを行った。室温まで冷却した後、570℃
又は590℃にて1次焼戻しを行った。これらの試料か
ら平滑クリープ破断試験片(JIS Z 2272,ASTM E292),引
張試験片(JIS G 0567)、およびシャルピー衝撃試験片
(JIS Z 2202)を採取し、実験に供した。
These martensite steels were prepared by melting 150 kg steel ingot in a high-frequency induction melting furnace, casting it by deoxidizing with vacuum carbon, heating it to 1150 ° C., and forming it into a plate by hot forging. Thereafter, the plate material was melted at 1050 ° C. and quenched by air cooling. After cooling to room temperature, 570 ° C
Alternatively, primary tempering was performed at 590 ° C. From these samples, a smooth creep rupture test specimen (JIS Z 2272, ASTM E292), a tensile test specimen (JIS G 0567), and a Charpy impact test specimen (JIS Z 2202) were sampled and subjected to an experiment.

【0135】図3は450℃及び500℃クリープ破断
時間をラルソン−ミラーパラメーターによって示した線
図である。この線図より表4に示す10万時間強度を求
めた。本発明に係るマルテンサイト鋼は450℃で50
kg/mm2 以上、500℃で40kg/mm2 以上有し、各試
料とも500℃強度は450℃強度に対して70%以上
の強度を示す強度の高いものであった。
FIG. 3 is a diagram showing the creep rupture times at 450 ° C. and 500 ° C. according to the Larson-Miller parameter. From this diagram, the intensity of 100,000 hours shown in Table 4 was obtained. The martensitic steel according to the invention has a 50
kg / mm 2 or more, have at 500 ℃ 40kg / mm 2 or more, 500 ° C. strength in each sample was as high strength showing a 70% or more strength to 450 ° C. strength.

【0136】更に、室温の引張強さは107.5kg/mm2
以上及び0.2%耐力は86.5kg/mm2 以上であった。
Further, the tensile strength at room temperature is 107.5 kg / mm 2.
The above and the 0.2% proof stress were 86.5 kg / mm 2 or more.

【0137】図4はFATT(℃)とNi量との関係を
示す線図である。図に示す様にNi量が0.5%以上含
有させることによってFATTとして要求される26.
6℃以下を満足するものであることが分る。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between FATT (° C.) and the amount of Ni. As shown in the figure, when the Ni content is 0.5% or more, it is required as FATT 26.
It can be seen that the temperature is below 6 ° C.

【0138】図5はFATT(℃)とNi量との関係を
示す線図である。図に示す様にNi量が3%付近のもの
であり、W量にあまり関係しないものであることが分
る。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between FATT (° C.) and the amount of Ni. As shown in the figure, the Ni content is around 3%, and it is understood that the Ni content is not so related to the W content.

【0139】図6及び図7は衝撃値とNi量及びW量と
の関係を示す線図である。図に示す様に衝撃値は要求さ
れる4.14kg・m以上を大幅に超えており、十分に満
足するものである。
FIGS. 6 and 7 are diagrams showing the relationship between the impact value and the amounts of Ni and W. FIG. As shown in the figure, the impact value significantly exceeds the required value of 4.14 kg · m or more, which is satisfactory.

【0140】以上の実験結果により明らかな如く、燃焼
ガス温度として初段タービンノズル入口で1500℃級
のガスタービンディスクの他に、本実施例ではスタッキ
ングボルト,ディスタントピース,スペーサに本発明材
を用いた。
As is apparent from the above experimental results, the material of the present invention is used for stacking bolts, distant pieces, and spacers in this embodiment, in addition to the gas turbine disk of the 1500 ° C. class at the inlet of the first stage turbine nozzle as the combustion gas temperature. Was.

【0141】本発明におけるガスタービンの初段ノズル
でのガス入り口温度は1500℃,2段ノズルのガス入
り口温度は1100℃,3段ノズルガス入り口温度は8
50℃であり、冷却を考えても初段ノズルのメタル温度
は900℃以上となる。この初段ノズルに受ける温度で
はCo基合金の強度がノズル用Ni基合金の強度を凌ぐ
領域となるため、初段ノズルには溶接性にも優れるCo
基合金が最も望ましい。一方、2段目以降のノズルのメ
タル温度は800℃以下となるが、その温度域ではCo
基よりもノズル用Ni基の方がクリープ強度が高くな
る。従って、2段目以降のノズルには多結晶Ni基合金
の適用が望ましく、タービン入り口温度が1500℃級
となるガスタービンでは、初段ノズルに単結晶Ni基合
金,2段目以降ノズルに多結晶Ni基合金、となる材料
構成が最適である。
The gas inlet temperature of the first stage nozzle of the gas turbine of the present invention is 1500 ° C., the gas inlet temperature of the second stage nozzle is 1100 ° C., and the gas inlet temperature of the third stage nozzle is 8 ° C.
The temperature is 50 ° C., and the metal temperature of the first stage nozzle is 900 ° C. or more even when cooling is considered. Since the strength of the Co-based alloy exceeds the strength of the Ni-based alloy for the nozzle at the temperature received by the first-stage nozzle, the first-stage nozzle has excellent weldability.
Base alloys are most desirable. On the other hand, the metal temperature of the second and subsequent nozzles is 800 ° C. or less, but in that temperature range, Co
The creep strength of the Ni base for the nozzle is higher than that of the base. Therefore, it is desirable to use a polycrystalline Ni-based alloy for the second and subsequent nozzles. In a gas turbine having a turbine inlet temperature of 1500 ° C., a single-crystal Ni-based alloy is used for the first nozzle and a polycrystalline Ni is used for the second and subsequent nozzles. The material composition to be a Ni-based alloy is optimal.

【0142】コンプレッサーブレードは17段で、得ら
れる空気圧縮比は18である。
The compressor blades have 17 stages and the resulting air compression ratio is 18.

【0143】使用燃料として、天然ガス,軽油が使用さ
れる。
As the fuel used, natural gas and light oil are used.

【0144】以上の構成によって、回転部の軸となるコ
ンプレッサーディスク,ディスタントピース,タービン
ディスク,スペーサをマルテンサイト鋼により構成する
ことにより、ガスタービン全体を保持する構造部材とし
てフェライト系の鉄系部材との熱膨脹率が同等であるた
め起動時の効率が高いことから短時間で定常運転に達す
ることができ、装置全体として総合的により信頼性が高
くバランスされたガスタービンが得られる。また、初段
タービンノズルへのガス入り口温度が1500℃、初段
タービンブレードのメタル温度が920℃、ガスタービ
ンの排ガス温度は650℃であり、発電効率がLHV表
示で37%以上の発電用ガスタービンが達成できる。
With the above structure, the compressor disk, the distant piece, the turbine disk, and the spacer, which are the shafts of the rotating part, are made of martensitic steel, so that a ferrite-based iron-based member is used as a structural member for holding the entire gas turbine. Since the coefficient of thermal expansion is the same, the efficiency at the time of start-up is high, so that steady operation can be reached in a short time, and a gas turbine with higher reliability as a whole as a whole as a whole can be obtained. In addition, the gas inlet temperature to the first stage turbine nozzle is 1500 ° C, the metal temperature of the first stage turbine blade is 920 ° C, the exhaust gas temperature of the gas turbine is 650 ° C, and the power generation efficiency is 37% or more in LHV display. Can be achieved.

【0145】本実施例ではタービンは3段のものである
が、4段に対しても本実施例の蒸気タービンとの組合せ
に同様に適用できる。4段に対しては初段及び2段目の
ブレード及びノズルを本実施例と同様に材料及び冷却を
行い、3段及び4段を本実施例の3段と同様に材料及び
冷却を行うことができる。
In this embodiment, the turbine has three stages, but the present invention can be similarly applied to the four stages in combination with the steam turbine of this embodiment. For the fourth stage, the blades and nozzles of the first stage and the second stage perform the material and cooling in the same manner as in the present embodiment, and the third and fourth stages perform the material and cooling in the same manner as the third stage in the present embodiment. it can.

【0146】B.高中低圧一体型蒸気タービン 図8に本発明に係る再熱型高中低圧一体型蒸気タービン
の部分断面図を示す。本発明に係る蒸気タービンは再熱
型で高低圧一体型のロータシャフト3に植設されたブレ
ード4を高圧部6段,中圧部4段,低圧部4段の14段
備えている。他の蒸気タービンにおいては高圧部7段,
中圧部6段及び低圧部5段の18段備えたものも同様の
構造である。高圧部と中圧部には内部ケーシングが設け
られる。本実施例では、前述の如くガスタービンから出
た排ガスの温度は650℃であり、その排ガスを排熱回
収ボイラ(HRSG)に送り、538℃の高圧蒸気を得
る。この高圧蒸気は蒸気のコントロールバルブ55を通
って蒸気入口121より前述の如く538℃,169at
g の高温高圧側に流入する。蒸気は入口より左側方向に
流れ、高圧蒸気出口122より出て、再び538℃に加
熱されて再熱蒸気入口123より中圧タービン部に送ら
れる。中圧タービン部に入った蒸気は低圧タービン部へ
と送られるとともに低圧蒸気入口124からも蒸気が送
られる。そして蒸気温度33℃,722mmHgとなって
最終段のブレード4より排出される。本発明に係る高低
圧一体型ロータシャフト3は538℃の蒸気から33℃
の温度までさらされるので、前述した特性のNi−Cr
−Mo−V低合金鋼の鍛鋼が用いられる。高低圧一体型
ロータシャフト3のブレード4の植込み部はディスク状
になっており、高低圧一体型ロータシャフト3より一体
に切削されて製造される。ディスク部の長さはブレード
の長さが短いほど長くなり、振動を少なくするようにな
っている。蒸気入口に対し高圧側のブレード4は5段以
上の6段あり、2段以降同じ間隔で配置され、初段と2
段との間隔は2段以降の間隔の1.5〜2.0 倍であ
り、更にブレード植込部の軸方向の幅は初段が最も厚
く、2段目より最終段にかけて段階的に徐々に厚く、初
段の厚さは2段目の厚さの2〜2.6倍である。
B. FIG. 8 shows a partial cross-sectional view of a reheat-type high-medium-low pressure integrated steam turbine according to the present invention. The steam turbine according to the present invention includes 14 stages of a high-pressure section, a middle-pressure section, and a low-pressure section having four stages of blades 4 implanted on a reheat-type high-low pressure integrated rotor shaft 3. In other steam turbines, the high pressure section is 7 stages,
The same structure is also provided for the 18-stage having 6 stages of the medium pressure section and 5 stages of the low pressure section. An internal casing is provided in the high pressure section and the medium pressure section. In this embodiment, the temperature of the exhaust gas discharged from the gas turbine is 650 ° C. as described above, and the exhaust gas is sent to an exhaust heat recovery boiler (HRSG) to obtain high-pressure steam at 538 ° C. The high-pressure steam passes through the steam control valve 55 and is supplied from the steam inlet 121 at 538 ° C. and 169 at, as described above.
g flows into the high temperature and high pressure side. The steam flows leftward from the inlet, exits from the high-pressure steam outlet 122, is heated again to 538 ° C., and is sent from the reheat steam inlet 123 to the medium-pressure turbine section. The steam that has entered the medium-pressure turbine section is sent to the low-pressure turbine section, and is also sent from the low-pressure steam inlet 124. Then, the steam temperature becomes 33 ° C. and 722 mmHg, and is discharged from the blade 4 at the final stage. The high-low pressure integrated rotor shaft 3 according to the present invention is heated from 538 ° C steam to 33 ° C.
To the temperature of Ni-Cr
Forged steel of -Mo-V low alloy steel is used. The implanted portion of the blade 4 of the high / low pressure integrated rotor shaft 3 has a disk shape, and is manufactured by being integrally cut from the high / low pressure integrated rotor shaft 3. The length of the disk portion increases as the length of the blade decreases, so that vibration is reduced. The blades 4 on the high pressure side with respect to the steam inlet have six stages of five or more stages, and are arranged at the same intervals after the second stage.
The interval between the steps is 1.5 to 2.0 times the interval after the second step, and the axial width of the blade implantation section is the thickest in the first step, and gradually increases gradually from the second step to the final step. Thick, the thickness of the first stage is 2 to 2.6 times the thickness of the second stage.

【0147】蒸気入口に対して中圧側のブレード4は4
段あり、ブレード植込部の軸方向の幅は初段と最終段が
同等の厚さで最も厚く、2段及び3段目と下流側に向っ
て大きくなる。低圧部は4段で、ブレード植込部の軸方
向の幅は最終段の厚さはその直前の厚さの2.7〜3.3
倍、最終段の直前の厚さはその直前の厚さの1.1 〜
1.3倍 である。中圧部の初段から4段目までのブレー
ドの中心間の間隔はほぼ同じ間隔であり、低圧部は初段
以降最終段にかけて間隔が大きくなり、各段の間隔の前
段の間隔に対する比が下流側で大きくなっており、更に
初段の間隔が前段の間隔に対する比が1.1〜1.2倍及
び最終段と前段との間隔の前段における間隔に対する比
が1.5〜1.7倍である。
The blade 4 on the medium pressure side with respect to the steam inlet
There is a step, and the axial width of the blade implantation portion is the same at the first stage and the last stage at the same thickness and is the thickest, and increases toward the second stage and the third stage toward the downstream side. The low pressure part has four stages, and the axial width of the blade implantation part is 2.7 to 3.3 of the thickness just before the last stage.
Double, the thickness immediately before the last stage is 1.1 to
It is 1.3 times. The intervals between the centers of the blades from the first stage to the fourth stage of the medium pressure part are almost the same, and the intervals of the low pressure part become larger from the first stage to the last stage. In addition, the ratio of the interval of the first stage to the interval of the previous stage is 1.1 to 1.2 times, and the ratio of the interval between the last stage and the previous stage to the interval of the previous stage is 1.5 to 1.7 times. .

【0148】ブレードの長さは中圧・低圧側が初段から
最終段にかけて徐々に大きくなり、各段の前段に対する
長さは1.2〜2.1倍有し、5段目まで1.2〜1.35
倍で長くなり、低圧部2段目が1.5〜1.7倍、3段及
び4段が各々1.9〜2.1倍である。
The length of the blade gradually increases from the first stage to the last stage on the medium pressure / low pressure side, and the length of each stage with respect to the preceding stage is 1.2 to 2.1 times. 1.35
The second stage of the low pressure section is 1.5 to 1.7 times, the third stage and the fourth stage are 1.9 to 2.1 times respectively.

【0149】本実施例における各段の長さは中圧部より
2.5″,3″,4″,5″,6.3″,10″,20.7″
及び40″である。
In this embodiment, the length of each step is 2.5 ", 3", 4 ", 5", 6.3 ", 10", 20.7 "from the intermediate pressure part.
And 40 ".

【0150】14は内部ケーシング、15は外部ケーシ
ングである。
Reference numeral 14 denotes an inner casing, and 15 denotes an outer casing.

【0151】(1)ロータシャフト 表5は本発明に係る高中低圧一体型蒸気タービンロータ
の靭性及びクリープ破断試験に供した代表的な試料の化
学組成を示す。試料は真空高周波溶解炉で溶解・造塊
し、温度850〜1150℃で30mm角に熱間鍛造し
た。試料No.3〜No.12は本発明に係る材料である。
試料No.1及び2は比較のため溶製したものであり、N
o.1はASTM規格A470class8 相当材、No.2は
ASTM規格A470class7 相当材である。これら試
料は、高中低圧一体型蒸気タービンロータシャフト中心
部の条件をシュミレートして、950℃に加熱しオース
テナイト化した後、100℃/hの速度で冷却し焼入れ
した。ついで、665℃×40h加熱し炉冷し、焼戻し
処理した。本発明に係るCr−Mo−V鋼はフェライト
相を含まず、全ベーナイト組織であった。
(1) Rotor Shaft Table 5 shows the chemical composition of a representative sample subjected to the toughness and creep rupture tests of the high, medium and low pressure integrated steam turbine rotor according to the present invention. The sample was melted and formed in a vacuum high-frequency melting furnace and hot forged into a 30 mm square at a temperature of 850 to 1150 ° C. Samples No. 3 to No. 12 are materials according to the present invention.
Samples Nos. 1 and 2 were melted for comparison.
No. 1 is a material equivalent to ASTM standard A470 class 8, and No. 2 is a material equivalent to ASTM standard A470 class 7. These samples were simulated under the conditions at the center of the high, middle and low pressure integrated steam turbine rotor shaft, heated to 950 ° C., austenitized, and then cooled and quenched at a rate of 100 ° C./h. Then, it was heated at 665 ° C. for 40 hours, cooled in a furnace, and tempered. The Cr-Mo-V steel according to the present invention did not contain a ferrite phase and had an all-bainite structure.

【0152】本実施例におけるロータシャフトは、重量
で、C0.05〜0.30%、好ましくは0.18〜0.2
5%,Si0.1%以下、好ましくは0.06%以下,M
n0.3%以下、好ましくは0.02〜0.20%,Ni
1.0〜2.5% 、好ましくは1.5〜2.0%,Cr0.
8〜3.0%、好ましくは1.5〜2.5%,Mo0.5〜
2.5%、好ましくは0.8〜1.5%,V0.10〜0.
35%、好ましくは0.15〜0.30%を含む全焼戻し
ベーナイト組織を有する鍛鋼が好ましい。更に、この鋼
にはNb0.01〜0.10%、好ましくは0.015〜
0.050%及びW0.1〜0.5%を1種以上含むこと
が好ましい。
The rotor shaft in this embodiment has a C value of 0.05 to 0.30% by weight, preferably 0.18 to 0.2%.
5%, Si 0.1% or less, preferably 0.06% or less, M
n 0.3% or less, preferably 0.02 to 0.20%, Ni
1.0 to 2.5%, preferably 1.5 to 2.0%, Cr
8 to 3.0%, preferably 1.5 to 2.5%, Mo 0.5 to 0.5%
2.5%, preferably 0.8-1.5%, V0.10-0.1.
Forged steels having a fully tempered bainite structure containing 35%, preferably 0.15 to 0.30%, are preferred. Furthermore, this steel has an Nb of 0.01 to 0.10%, preferably 0.015 to 0.15%.
It is preferable to contain one or more of 0.050% and W0.1 to 0.5%.

【0153】[0153]

【表5】 [Table 5]

【0154】本発明に係る鋼のオーステナイト化温度は
900〜1000℃にする必要である。900℃未満で
は高い靭性が得られるもので、クリープ破断強度が低く
なってしまう。1000℃を超える温度では高いクリー
プ破断強度が得られるものの、靭性が低くなってしま
う。焼戻し温度は630℃〜700℃にする必要があ
る。630℃未満では高い靭性が得られず、700℃を
超える温度では高いクリープ破断強度が得られない。
The austenitizing temperature of the steel according to the present invention needs to be 900-1000 ° C. If the temperature is lower than 900 ° C., high toughness can be obtained, and the creep rupture strength decreases. If the temperature exceeds 1000 ° C., a high creep rupture strength is obtained, but the toughness is lowered. The tempering temperature needs to be 630 ° C to 700 ° C. If the temperature is lower than 630 ° C, high toughness cannot be obtained, and if the temperature exceeds 700 ° C, high creep rupture strength cannot be obtained.

【0155】表6は引張,衝撃及びクリープ破断試験結
果を示す。靭性は温度20℃で試験したVノッチシャル
ピー衝撃吸収エネルギーで示した。クリープ破断強度は
ラルソンミラー法で求めた538℃,105h 強度で示
した。表から明らかなように本発明に係る材料は、室温
の引張強さが88kg/mm2以上、0.2%耐力70kg/mm
2以上、FATT40℃以下、衝撃吸収エネルギーが加
熱前後でいずれも2.5kg−m以上及びクリープ破断強
度が約11kg/mm2 以上と高く、高中低圧一体型タービ
ンロータとしてきわめて有用であると言える。特に、3
3.5 インチ長翼を植設するタービンロータ材としては
約15kg/mm2 以上の強度を有するものがよい。
Table 6 shows the results of the tensile, impact and creep rupture tests. Toughness was expressed as V-notch Charpy impact energy tested at a temperature of 20 ° C. The creep rupture strength was represented by a strength of 538 ° C. and 10 5 h determined by the Larson-Miller method. As is clear from the table, the material according to the present invention has a room temperature tensile strength of 88 kg / mm 2 or more and a 0.2% proof stress of 70 kg / mm 2.
2 or more, FATT of 40 ° C. or less, impact absorption energy before and after heating of 2.5 kg-m or more, and creep rupture strength of about 11 kg / mm 2 or more, which can be said to be extremely useful as a high-medium-low pressure integrated turbine rotor. In particular, 3
A 3.5-inch long blade implanted turbine rotor material preferably has a strength of about 15 kg / mm 2 or more.

【0156】[0156]

【表6】 [Table 6]

【0157】No.7〜No.12は、それぞれ、希土類元
素(La−Ce),Ca,Zr,Ta及びAl添加材で
あるが、これらの元素添加により靭性が向上する。特に
希土類元素の添加が靭性向上に有効である。La−Ce
のほかY添加材についても調べ、著しい靭性向上効果の
あることを確認している。
Nos. 7 to 12 are rare earth elements (La-Ce), Ca, Zr, Ta and Al additive materials, respectively, and the toughness is improved by adding these elements. In particular, the addition of rare earth elements is effective for improving toughness. La-Ce
In addition, Y additives were also examined, and it was confirmed that there was a remarkable toughness improving effect.

【0158】また、O2 を100ppm以下にすることに
より約12kg/mm2以上の高い強度が得られ、特に80p
pm以下で15kg/mm2以上で、更に40ppm以下で18kg
/mm2以上の高いクリープ破断強度が得られる。
By setting O 2 to 100 ppm or less, a high strength of about 12 kg / mm 2 or more can be obtained.
15 kg / mm 2 or more at pm or less, and 18 kg at 40 ppm or less
/ Mm 2 or higher creep rupture strength is obtained.

【0159】538℃,105 時間クリープ破断強度
は、Ni量が増加するにつれて低下傾向を示し、特に、
Ni量が2%以下では約11kg/mm2 以上の強度を示
す。特に、1.9%以下では12kg/mm2以上の強度を有
する。
The creep rupture strength at 538 ° C. for 10 5 hours shows a tendency to decrease as the amount of Ni increases.
When the Ni content is 2% or less, the strength is about 11 kg / mm 2 or more. In particular, if it is 1.9% or less, it has a strength of 12 kg / mm 2 or more.

【0160】Ni量が1.52〜2.0%を含むもののM
n/Ni又は(Si+Mn)/Ni比との関係を調べた
結果、Mn/Ni比が0.12 以下、Si+Mn/Ni
比が0.04〜0.18で2.5kg−m 以上の高い衝撃値
を示すことが分った。
Although the amount of Ni contained 1.52 to 2.0%, M
As a result of examining the relationship with n / Ni or (Si + Mn) / Ni ratio, it was found that Mn / Ni ratio was 0.12 or less, and Si + Mn / Ni ratio
It was found that a high impact value of 2.5 kg-m or more was exhibited at a ratio of 0.04 to 0.18.

【0161】本発明に係る鋼のオーステナイト化温度は
870〜1000℃が好ましい。高い靭性と高いクリー
プ破断強度を得るには870〜1000℃が好ましい。
焼戻し温度は高い靭性とクリープ破断強度を得るに61
0℃〜700℃が好ましい。引張,衝撃及び切欠クリー
プ破断試験結果から、靭性は温度20℃で試験したVノ
ッチシャルピー衝撃吸収エネルギーで示した。クリープ
破断強度はラルソンミラー法で求めた538℃,105
h 強度で示した。表から明らかなように本発明材は、
室温の引張強さが88kg/mm2 以上,0.2%耐力70k
g/mm2以上,FATT40℃以下,衝撃吸収エネルギー
が加熱前後でいずれも2.5kg−m 以上及びクリープ破
断強度が約12kg/mm2 以上と高く、高中低圧一体型タ
ービンロータとしてきわめて有用であると言える。特
に、33.5 インチ長翼を植設するタービンロータ材と
しては約15kg/mm2 以上の強度を有するものがよい。
The austenitizing temperature of the steel according to the present invention is preferably from 870 to 1000 ° C. In order to obtain high toughness and high creep rupture strength, 870 to 1000 ° C is preferable.
The tempering temperature is 61 to obtain high toughness and creep rupture strength.
0 ° C to 700 ° C is preferred. From the results of the tensile, impact and notch creep rupture tests, the toughness was indicated by the V-notch Charpy impact energy tested at a temperature of 20 ° C. Creep rupture strength was 538 ° C., 10 5 determined by the Larson-Miller method.
h Indicated by strength. As is clear from the table, the material of the present invention is:
Tensile strength at room temperature is 88 kg / mm 2 or more, 0.2% 70k
g / mm 2 or more, FATT 40 ° C. or less, shock absorption energy before and after heating is 2.5 kg-m or more and creep rupture strength is as high as about 12 kg / mm 2 or more, making it extremely useful as a high-medium-low pressure integrated turbine rotor. It can be said. In particular, a turbine rotor material on which a 33.5 inch long blade is to be implanted preferably has a strength of about 15 kg / mm 2 or more.

【0162】更に、(Ni/Mo)比が1.25以上及
び(Cr/Mo)比が1.1以上、又は(Cr/Mo)
比が1.45 以上、及び(Cr/Mo)比が〔−1.1
1×(Ni/Mo)+2.78〕によって求められる値以
上とすることにより全体を同じ熱処理とすることにより
538℃,105時間クリープ破断強度が12kg/mm2
上の高い強度が得られる。
Further, the (Ni / Mo) ratio is 1.25 or more and the (Cr / Mo) ratio is 1.1 or more, or (Cr / Mo)
The ratio is 1.45 or more, and the (Cr / Mo) ratio is [-1.1.
1 × (Ni / Mo) +2.78] or more so that the same heat treatment can be performed to obtain a high creep rupture strength of 538 ° C. for 10 5 hours of 12 kg / mm 2 or more.

【0163】図9は本発明に係る高中低圧一体型ロータ
シャフト3の形状である。本実施例のロータシャフトは
表7に示す合金組成の鍛鋼をアーク溶解炉にて溶解後、
取鍋に注湯し、次いで取鍋の下部よりArガスを吹き込
み真空精錬して、造塊した。次いで、900〜1150
℃で最大直径1.7m 、長さ約8mに鍛造し、高圧側1
6を950℃,10時間,中圧・低圧側17を880
℃,10時間加熱保持した後、中心部で約100℃/h
となるようにシャフトを回転しながら水噴霧冷却又は水
中に浸漬させて行った。次いで高圧側116を650℃
で40時間,中圧・低圧側117を625℃で40時間
加熱保持の焼戻しを行った。このロータシャフト中心部
より試験片を切り出しクリープ破断試験、Vノッチ衝撃
試験(試験片の断面積0.8cm2)、引張試験を行った。
表8は試験結果を示すものである。尚、図に示すように
高圧側116及び中圧・低圧側117の各ブレードの植
込み部18の軸方向の幅と間隔は前述のとおりである。
19は軸受の部分、20はカップリングである。
FIG. 9 shows the shape of the high, medium and low pressure integrated rotor shaft 3 according to the present invention. The rotor shaft of this embodiment was prepared by melting a forged steel having an alloy composition shown in Table 7 in an arc melting furnace.
The molten metal was poured into a ladle, and then Ar gas was blown from the lower part of the ladle to perform vacuum refining to form an ingot. Then, 900-1150
Forged to a maximum diameter of 1.7m and a length of about 8m at ℃, high pressure side 1
6 at 950 ° C for 10 hours, medium pressure / low pressure side 17 at 880
After heating and holding for 10 hours at about 100 ° C / h at the center
While cooling the shaft, water spray cooling or immersion in water was performed. Then, the high pressure side 116 is set to 650 ° C.
For 40 hours, and tempering by heating and holding the medium pressure / low pressure side 117 at 625 ° C. for 40 hours. A test piece was cut out from the center of the rotor shaft and subjected to a creep rupture test, a V-notch impact test (cross-sectional area of the test piece: 0.8 cm 2 ), and a tensile test.
Table 8 shows the test results. As shown in the figure, the axial width and spacing of the implanted portion 18 of each blade on the high pressure side 116 and the medium pressure / low pressure side 117 are as described above.
19 is a bearing part, and 20 is a coupling.

【0164】[0164]

【表7】 [Table 7]

【0165】[0165]

【表8】 [Table 8]

【0166】高圧部の動翼部及び静翼部における直径は
各段において同一であり、中圧部から低圧部においては
動翼部では徐々に直径が大きくなり、中圧部初段から4
段までは静翼部での直径は同じ、4段〜6段間での静翼
部での直径は同じ、6段〜8段までの静翼部での直径は
同じで、後段になるにつれて直径が大きくなった。
The diameter of the moving blade portion and the stationary blade portion of the high pressure portion is the same in each stage, and the diameter gradually increases in the moving blade portion from the intermediate pressure portion to the low pressure portion.
The diameter at the stationary blade portion is the same up to the stage. The diameter at the stationary blade portion between the 4th stage and the 6th stage is the same. The diameter at the stationary blade portion from the 6th stage to the 8th stage is the same. The diameter has increased.

【0167】また、最終段の翼植込部の軸方向幅は翼部
長さに対し0.3倍であり、0.28〜0.35倍とする
のが好ましい。
The axial width of the last stage blade implant is 0.3 times the length of the blade, preferably 0.28 to 0.35 times.

【0168】ロータシャフトはその最終段での翼部直径
が最も大きく、その直径は翼部長さの1.72 倍であ
り、1.60〜1.85倍とするのが好ましい。
The rotor shaft has the largest blade diameter at the last stage, and the diameter is 1.72 times the length of the blade, preferably 1.60 to 1.85 times.

【0169】更に、軸受間長さは最終段ブレードにおけ
る翼部先端間の直径に対して1.65倍であり、1.55〜
1.75倍とするのが好ましい。
Further, the length between the bearings is 1.65 times the diameter between the blade tips in the final stage blade, and
Preferably it is 1.75 times.

【0170】本実施例では発電機により10〜20万K
Wの発電ができる。本実施例におけるロータシャフトの
軸受32の間は約520cm、最終段ブレードにおける外
径316cmであり、この外径に対する軸間比が1.65
である。この軸受間の長さは発電出力1万KW当り0.
52m である。
In this embodiment, 100,000 to 200,000 K
W power can be generated. The distance between the bearings 32 of the rotor shaft in this embodiment is about 520 cm, and the outer diameter of the last stage blade is 316 cm.
It is. The length between these bearings is 0,000 per 10,000 kW of power output.
52m2.

【0171】また、本実施例において、最終段ブレード
として40インチを用いた場合の外径は365cmとな
り、この外径に対する軸受間比が1.43 となる。これ
により発電出力20万KWが可能であり、1万KW当り
の軸受間距離が0.26m となる。
In this embodiment, when a 40-inch blade is used as the last stage blade, the outer diameter is 365 cm, and the bearing ratio to this outer diameter is 1.43. As a result, a power generation output of 200,000 KW is possible, and the distance between bearings per 10,000 KW is 0.26 m.

【0172】これらの最終段ブレードの長さに対するロ
ータシャフトのブレード植込み部の外径との比は33.
5″ブレードでは1.70及び40″ブレードでは1.7
1 である。
The ratio of the length of these last stage blades to the outer diameter of the blade implant portion of the rotor shaft is 33.
1.70 for 5 "blades and 1.7 for 40" blades
1.

【0173】本実施例は蒸気温度566℃に対しても適
用でき、その圧力を121,169及び224atg とす
る場合にも適用できる。
This embodiment can be applied to a steam temperature of 566 ° C., and can be applied to a case where the pressure is set to 121, 169 and 224 atg.

【0174】単機出力の増加は、最終段動翼の翼長を増
大し、蒸気流量を増す必要がある。例えば、最終段動翼
の翼長を26インチを超える33.5 インチ長翼にする
と環帯面積が1.7 倍程度増える。したがって、従来出
力100MWから170MWに、さらに40インチまで
翼長を長くすれば、単機出力を2倍以上に増大すること
ができる。
To increase the output of a single machine, it is necessary to increase the blade length of the final stage rotor blade and increase the steam flow rate. For example, if the blade length of the last stage rotor blade is set to 33.5 inches longer than 26 inches, the annulus area increases by about 1.7 times. Therefore, if the blade length is increased from the conventional output of 100 MW to 170 MW, and further to 40 inches, the output of a single unit can be increased more than twice.

【0175】30インチ以上40インチクラスの長翼を
使用する場合、引張強さ88kg/mm2 以上の材料が好ま
しい。
When using a long wing of a class of 30 inches or more and 40 inches or more, a material having a tensile strength of 88 kg / mm 2 or more is preferable.

【0176】さらに、30インチ以上の長翼を取付ける
高中低圧一体型蒸気タービンロータ材としては、高圧側
の高温破壊に対する安定性確保の点から538℃,10
5hクリープ破断強度15kg/mm2以上、低圧側の脆性破
壊に対する安全性確保の点から室温の衝撃吸収エネルギ
ー2.5kg−m(3kg−m/cm2)以上が好ましい。ロー
タシャフトの焼入れ方法として、以下の方法によって行
うことができる。 (イ)各素体を940℃に均一に加熱した後、18段の
蒸気タービンにおいては高圧部および中圧部に相当する
部分又は14段の蒸気タービンにおいては高圧部分を、
実体のタービンロータ素体を強制空冷した場合の中心部
冷却速度を想定した25℃/hの冷却速度で冷却し、低
圧部又は中圧・低圧部に相当する部分を、噴水又は水中
冷却した場合の中心部冷却速度を想定した50℃/hの
冷却速度で冷却して、冷却速度に差異を設け焼入れする
方法(均一加熱・偏差冷却)。
Further, as a high-medium-low pressure integrated steam turbine rotor material on which a long blade of 30 inches or more is mounted, 538 ° C., 10 ° C.
5 h The creep rupture strength is preferably 15 kg / mm 2 or more, and the impact absorption energy at room temperature is preferably 2.5 kg-m (3 kg-m / cm 2 ) or more from the viewpoint of ensuring safety against brittle fracture on the low pressure side. The method of hardening the rotor shaft can be performed by the following method. (A) After uniformly heating each element body to 940 ° C., a portion corresponding to a high pressure portion and a medium pressure portion in an 18-stage steam turbine or a high pressure portion in a 14-stage steam turbine is
Cooling at a cooling rate of 25 ° C / h assuming the cooling rate of the central part when the actual turbine rotor body is forcibly air-cooled, and the low-pressure part or the part corresponding to the medium-pressure / low-pressure part is cooled with fountain or water Cooling at a cooling rate of 50 ° C./h assuming the cooling rate of the central part, and quenching with a different cooling rate (uniform heating / deviation cooling).

【0177】(ロ)タービンロータ素体を(イ)と同様
に高圧部および中圧部に相当する部分又は高圧部を97
0℃,低圧部又は中圧・低圧部に相当する部分を930
℃に加熱し、その後、実体のタービンロータ素体を噴水
又は水中冷却した場合の中心部冷却速度を想定した50
℃/hの冷却速度で冷却して、焼入れする方法(偏差加
熱・均一冷却)。
(B) As in (a), the turbine rotor body is replaced with a portion corresponding to the high pressure portion and the medium pressure portion or a high pressure portion of 97%.
0 ° C, 930 parts corresponding to low pressure part or medium pressure / low pressure part
° C, and then the cooling rate at the center is assumed to be 50 when the actual turbine rotor body is cooled by fountain or water.
Cooling at a cooling rate of ° C./h and quenching (deviation heating / uniform cooling).

【0178】(ハ)タービンロータ素体を(イ)と同様
に高圧部および中圧部に相当する部分又は高圧部を97
0℃、低圧部又は中圧・低圧部に相当する部分を930
℃に加熱し、さらに、高・中圧部に相当する部分又は高
圧部を、実体のタービンロータ素体を強制空冷した場合
の中心部冷却速度を想定した25℃/hの冷却速度で冷
却し、低圧部又は中圧・低圧部に相当する部分を、噴水
冷却した場合の中心部冷却速度を想定した50℃/hの
冷却速度で冷却して、焼入れする方法(偏差加熱・偏差
冷却)。各素体は、焼入れの冷却として水槽の中に浸漬
させるとともに水を撹拌させる方法によって行うことも
でき、その焼入れ後に、650℃で20時間の焼戻しを
施す。
(C) The parts corresponding to the high-pressure part and the medium-pressure part or the high-pressure part are 97
0 ° C, 930 parts corresponding to low pressure part or medium pressure / low pressure part
℃, and further cools the part corresponding to the high / medium pressure part or the high pressure part at a cooling rate of 25 ° C./h assuming a central part cooling rate when the actual turbine rotor element is forcibly air-cooled. A method of cooling a low pressure part or a part corresponding to a medium pressure / low pressure part at a cooling rate of 50 ° C./h assuming a central part cooling rate in the case of fountain cooling (deviation heating / deviation cooling). Each element can be cooled by immersing it in a water bath and stirring the water. After the quenching, the element is tempered at 650 ° C. for 20 hours.

【0179】熱処理後の供試鋼の材料試験結果から本発
明法によれば、従来法に比べて、高圧部では高温クリー
プ強度が向上し、低圧部では靭性が向上している。ま
た、本発明法中では、偏差加熱・偏差冷却及び均一加熱
・偏差冷却より偏差加熱・均一冷却による方法が顕著な
効果が得られる。
According to the material test results of the test steel after the heat treatment, according to the method of the present invention, the high-temperature creep strength is improved in the high-pressure part and the toughness is improved in the low-pressure part, as compared with the conventional method. Further, in the method of the present invention, the method using the deviation heating / uniform cooling has a more remarkable effect than the deviation heating / deviation cooling and the uniform heating / deviation cooling.

【0180】(2)ブレード 高温高圧側の3段の長さが約40mmで、重量でC0.2
0〜0.30%,Cr10〜13%,Mo0.5〜1.5
%,W0.5〜1.5%,V0.1 〜0.3%,Si0.5
% 以下,Mn1%以下及び残部Feからなるマルテン
サイト鋼の鍛鋼で構成した。
(2) Blade The length of the three steps on the high temperature and high pressure side is about 40 mm, and the weight is C0.2.
0 to 0.30%, Cr 10 to 13%, Mo 0.5 to 1.5
%, W 0.5 to 1.5%, V 0.1 to 0.3%, Si 0.5
%, Mn 1% or less and the balance Fe.

【0181】中圧部は低圧側になるに従って徐々に長さ
が大きくなり、重量でC0.05〜0.15%,Mn1%
以下,Si0.5% 以下,Cr10〜13%,Mo0.
5%以下,Ni0.5% 以下,残部Feからなるマルテ
ンサイト鋼の鍛造で構成した。
The medium pressure portion gradually increases in length as it goes to the low pressure side, and has a C weight of 0.05 to 0.15% and a Mn of 1%.
Below, Si0.5% or less, Cr10-13%, Mo0.5.
Forging of martensitic steel consisting of 5% or less, Ni 0.5% or less, and the balance Fe.

【0182】最終段として、60サイクルに対して翼部
長さ35インチでは、一周で約90本あり、重量でC
0.08〜0.18%,Mn1%以下,Si0.25%以
下,Cr8〜13%,Ni2.0〜3.5%,Mo1.5〜
3.0%,V0.05〜0.35%,N0.02〜0.10
%,Nb及びTaの一種以上を合計量で0.02〜0.2
0%を含むマルテンサイト鋼の鍛造によって構成した。
特に、本実施例では実施例1の表1のNo.2の合金を用
いた。また、この最終段にはステライト板からなるエロ
ージョン防止のシールド板が溶接によってその先端で、
リーデングエッヂ部に設けられる。またシールド板以外
に部分的な焼入れ処理が施される。更に、50サイクル
には43インチ以上の翼部長さのものが同様のマルテン
サイト鋼の鍛造材が用いられる。
As the final stage, when the wing length is 35 inches for 60 cycles, there are about 90 wings per round, and the weight is C
0.08 to 0.18%, Mn 1% or less, Si 0.25% or less, Cr 8 to 13%, Ni 2.0 to 3.5%, Mo 1.5 to 1.5
3.0%, V 0.05 to 0.35%, N 0.02 to 0.10
%, Nb and / or Ta in a total amount of 0.02 to 0.2.
It was constituted by forging a martensitic steel containing 0%.
In particular, in this embodiment, the alloy No. 2 shown in Table 1 of Embodiment 1 was used. In addition, a shield plate of stellite plate for preventing erosion is welded at the tip of this last stage,
Provided in the leading edge section. In addition to the shield plate, a partial quenching process is performed. In addition, a forging of martensitic steel having a wing length of 43 inches or more is used for 50 cycles.

【0183】これらのブレードは各段で4〜5枚をその
先端に設けられた突起テノンのかしめによる同材質から
なるシュラウド板によって固定される。
Each of these blades is fixed by a shroud plate made of the same material by caulking four to five blades at each end by a protruding tenon.

【0184】表9は高低圧一体型蒸気タービン用長翼材
に係る12%Cr鋼の化学組成(重量%)を示すもので
ある。試料No.1〜No.6はそれぞれ150kg真空高周
波溶解し、1150℃に加熱し鍛造して実験素材とし
た。試料No.1は、1000℃で1h加熱後油焼入れ
(冷却速度100℃/分以上)により室温まで冷却し、
次いで、570℃に加熱し、2h保持後室温まで空冷し
た。No.2は、1050で1h加熱後油焼入れにより室
温まで冷却し、次いで、570℃に加熱し2h保持後室
温まで空冷した。試料No.3〜No.7は、1050℃で
1h加熱後油焼入れにより室温まで冷却し、次いで、5
60℃に加熱し2h保持後室温まで空冷し(1次焼戻
し)、更に580℃に加熱し2h保持後室温まで炉冷し
た(2次焼戻し)。
Table 9 shows the chemical composition (% by weight) of 12% Cr steel for the long blade material for the high / low pressure integrated steam turbine. Samples No. 1 to No. 6 were each subjected to high-frequency vacuum melting of 150 kg, heated to 1150 ° C. and forged to obtain experimental materials. Sample No. 1 was cooled to room temperature by oil quenching (cooling rate of 100 ° C./min or more) after heating at 1000 ° C. for 1 hour,
Next, the mixture was heated to 570 ° C., kept at room temperature for 2 hours, and air-cooled to room temperature. No. 2 was heated at 1050 for 1 h, cooled to room temperature by oil quenching, then heated to 570 ° C., held for 2 h and air-cooled to room temperature. Samples No. 3 to No. 7 were heated at 1050 ° C. for 1 hour, cooled to room temperature by oil quenching,
After heating to 60 ° C. and holding for 2 hours, it was air-cooled to room temperature (primary tempering), further heated to 580 ° C., and kept for 2 hours and furnace-cooled to room temperature (secondary tempering).

【0185】[0185]

【表9】 [Table 9]

【0186】表9において、No.3,4及び7は本発明
材、No.5及びNo.6は比較材、No.1及び2は、現用
の長翼材である。
In Table 9, Nos. 3, 4 and 7 are materials of the present invention, Nos. 5 and 6 are comparative materials, and Nos. 1 and 2 are current long wing materials.

【0187】表10はこれら試料の室温の機械的性質を
示す。本発明材(No.3,4及び7)は、蒸気タービン用
長翼材として要求される引張強さ(120kgf/mm2以上
又は128.5kgf/mm2以上)及び低温靭性(20℃V
ノッチシャルピー衝撃値4kgf−m/cm2以上)を十分満
足することが確認された。
Table 10 shows the mechanical properties of these samples at room temperature. The materials of the present invention (Nos. 3, 4 and 7) have the tensile strength (120 kgf / mm 2 or more or 128.5 kgf / mm 2 or more) and low temperature toughness (20 ° C.
Notch Charpy impact value of 4 kgf-m / cm 2 or more) was confirmed to be sufficiently satisfied.

【0188】これに対し、比較材のNo.1,No.5及び
6は、蒸気タービン用長翼に使用するには、引張強さと
衝撃値とで示される両方又はいずれかの値が低い。比較
材No.2は、引張強さ及び靭性が低い。No.5は、衝撃
値が3.8kgf−m/cm2と若干低く、43″以上に対し
ては4kgf−m/cm2 以上の要求に若干不足である。
On the other hand, the comparative materials No. 1, No. 5 and No. 6 have low values of both or any of the tensile strength and the impact value for use in long blades for steam turbines. Comparative material No. 2 has low tensile strength and toughness. No.5 is impact value 3.8kgf-m / cm 2 and slightly lower, for 43 "or more is slightly deficient in 4kgf-m / cm 2 or more requests.

【0189】[0189]

【表10】 [Table 10]

【0190】本実施例においてはNiとMo量とは同等
の含有量で含有させることによって低温における強度と
靭性とをともに高めるものであり、両者の含有量の差が
大きくなるに従って強度が低下する傾向を示す。Ni量
がMo量より0.6% 以上少なくなると急激に強度が低
下し、逆に1.0% 以上多くなることによっても急激に
強度が低下する。従って、(Ni−Mo)量が−0.6
〜1.0%が高い強度を示す。(Ni−Mo)量は−0.
5%付近で衝撃値が低下するがその前後では高い値を示
す。0.1〜0.5%が好ましい。
In this embodiment, the Ni and Mo contents are contained in the same content to increase both low-temperature strength and toughness, and the strength decreases as the difference between the two contents increases. Show the trend. When the amount of Ni is less than 0.6% or less than the amount of Mo, the strength is sharply reduced, and conversely, when the amount of Ni is more than 1.0%, the strength is sharply reduced. Therefore, the (Ni-Mo) amount is -0.6.
11.0% indicates high strength. (Ni-Mo) amount is -0.0.
The impact value decreases around 5%, but shows a high value before and after that. 0.1-0.5% is preferable.

【0191】試料No.3の引張強さ及び衝撃値に及ぼす
熱処理条件(焼入れ温度及び2次焼戻し温度)の影響を
見ると、焼入れ温度は975〜1125℃,1h焼戻し
550〜560℃で行った後、2次焼戻し温度は560
〜590℃である。表に示すように、長翼材として要求
される特性(引張強さ≧128.5kgf/mm2 ,20℃ノ
ッチシャルピー衝撃値≧4kgf−m/cm2)を、満足するこ
とが確認された。
Looking at the effects of heat treatment conditions (quenching temperature and secondary tempering temperature) on the tensile strength and impact value of Sample No. 3, the quenching temperature was 975 to 1125 ° C, and the tempering was performed at 550 to 560 ° C for 1 hour. After that, the secondary tempering temperature is 560
5590 ° C. As shown in the table, it was confirmed that the characteristics required for the long blade material (tensile strength ≧ 128.5 kgf / mm 2 , notch Charpy impact value at 20 ° C. ≧ 4 kgf-m / cm 2 ) were satisfied.

【0192】本発明に係る12%Cr鋼は特に、C+N
b量が0.18〜0.35%で(Nb/C)比が0.45
〜1.00、(Nb/N)比が0.8〜3.0が好まし
い。C+Nb量は0.19〜0.29%、より0.21〜
0.27%又はC+V/2+Nb量は0.33〜0.43
%、より0.35〜0.41%が好ましい。
The 12% Cr steel according to the present invention is particularly suitable for C + N
The amount of b is 0.18 to 0.35% and the (Nb / C) ratio is 0.45.
1.00 and (Nb / N) ratio of 0.8 to 3.0 are preferred. The amount of C + Nb is 0.19 to 0.29%, more preferably 0.21 to 0.29%.
0.27% or the amount of C + V / 2 + Nb is 0.33 to 0.43.
%, More preferably 0.35 to 0.41%.

【0193】全試料とも全焼戻しマルテンサイト組織を
有し、各試料の平均結晶粒径は粒度番号(GSNo.)で
5.5〜6.0である。また、(Nb/C)比は0.5〜
1.0,(Nb/N)比は1.3〜2.0が好ましい。更
に、(Mn/Ni)比は0.11以下、より0.04〜0.
10が好ましい。
All samples have a fully tempered martensite structure, and the average crystal grain size of each sample is 5.5 to 6.0 in terms of particle size number (GSNo.). The (Nb / C) ratio is 0.5 to
1.0, the (Nb / N) ratio is preferably 1.3 to 2.0. Further, the (Mn / Ni) ratio is 0.11 or less, more preferably from 0.04 to 0.1.
10 is preferred.

【0194】0.2%耐力と引張強さとの関係を示す線
図から本発明に係る材料は特に、0.2%耐力(y)が3
6.0に引張強さ(x)を0.5倍した値を加えた値以上
とするものが好ましい。0.2%耐力と0.02%耐力と
の関係を示す線図から本発明に係る材料は特に0.2%
耐力(y)が58.4に0.02%耐力(x)を0.54
倍した値を加えた値以上とするものが好ましい。
From the diagram showing the relationship between the 0.2% proof stress and the tensile strength, the material according to the present invention has a 0.2% proof stress (y) of especially 3%.
Preferably, the value is not less than 6.0 plus a value obtained by multiplying the tensile strength (x) by 0.5. From the diagram showing the relationship between the 0.2% proof stress and the 0.02% proof stress, the material according to the present invention is particularly 0.2%.
The yield strength (y) is 58.4 and the 0.02% yield strength (x) is 0.54.
It is preferable that the value be equal to or more than the value obtained by adding the multiplied values.

【0195】図10は3000rpm 用の翼部長さが10
92mm(43″)である最終段ブレードの斜視図であ
る。図11はその側面図である。41は、高速蒸気が突
き当たる翼部、42はロータシャフトへの植込部、43
は翼の遠心力を支えるためのピンを挿入するピン穴、4
4は蒸気中の水滴によるエロージョンを防止するための
エロージョンシールド(Co基合金のステライト板を溶
接で接合)、47はカバーである。本実施例においては
全体一体の鍛造後に切削加工によって形成されたもので
ある。尚、カバー47は機械的に一体に形成することも
できる。
FIG. 10 shows that the wing length for 3000 rpm is 10
Fig. 11 is a perspective view of a final stage blade having a diameter of 92 mm (43 "). Fig. 11 is a side view thereof. 41 is a wing portion against which high-speed steam is impinged.
Are pin holes for inserting pins to support the centrifugal force of the wing,
Reference numeral 4 denotes an erosion shield (welding a stellite plate of a Co-based alloy by welding) for preventing erosion due to water droplets in steam, and 47 denotes a cover. In this embodiment, it is formed by cutting after the whole forging. Note that the cover 47 can be formed integrally mechanically.

【0196】図10及び図11に示す様に、翼植込み部
42は8本の植込み部を有するフォーク型になってい
る。図11の側面にはフォーク型にピンを挿入するピン
挿入孔43が3段に設けられ、それに対応して凹部が設
けられている。ピン挿入孔43は翼部側が最も直径が大
きく、徐々に小さくなっている。翼部41はその幅方向
の傾きが車軸の軸方向に対して翼植込み部42がほぼ平
行であり、翼先端部で約75度に徐々に傾いている。本
実施例における翼植込み部42の最大幅は翼部先端の幅
に対して約2.4 倍であり、2.2〜2.6が好ましい。
48は翼部41の翼植込み部42近傍に対する接線の延
長上の幅を示し、翼部41の有効幅となるもので、翼部
先端の幅に対して約1.79倍有するものであり、1.6
0〜1.85倍が好ましい。
As shown in FIGS. 10 and 11, the wing implant 42 is of a fork type having eight implants. 11, pin insertion holes 43 for inserting pins into a fork shape are provided in three stages, and corresponding recesses are provided. The diameter of the pin insertion hole 43 is the largest on the wing side and is gradually reduced. The inclination of the wing portion 41 in the width direction is substantially parallel to the axial direction of the axle, and the wing implantation portion 42 is gradually inclined at about 75 degrees at the tip of the wing. In this embodiment, the maximum width of the wing implant 42 is about 2.4 times the width of the tip of the wing, and preferably 2.2 to 2.6.
Reference numeral 48 denotes an extension width of a tangent line to the vicinity of the wing implantation portion 42 of the wing portion 41, which is an effective width of the wing portion 41 and has about 1.79 times the width of the wing tip. 1.6
It is preferably from 0 to 1.85 times.

【0197】43″長翼は、エレクトロスラグ再溶解法
により溶製し、鍛造後・処理を行ったものである。鍛造
は850〜1150℃の温度範囲内で、熱処理は実施例
1に示した条件(焼入:1050℃,1次焼戻し:56
0℃,2次焼戻し:580℃)で行った。表9のNo.7
はこの長翼材の化学組成(重量%)を示す。この長翼の
金属組織は全焼戻しマルテンサイト組織であった。
The 43 ″ long blade was produced by forging and processing after electroslag remelting and forging. The forging was performed at a temperature in the range of 850 to 1150 ° C., and the heat treatment was performed in Example 1. Conditions (quenching: 1050 ° C, primary tempering: 56
(0 ° C., secondary tempering: 580 ° C.). No. 7 in Table 9
Indicates the chemical composition (% by weight) of this long wing material. The metal structure of this long wing was a fully tempered martensite structure.

【0198】表9のNo.7には室温引張及び20℃Vノ
ッチシャルピー衝撃値を示す。本43″長翼の機械的性
質は、要求される特性,引張強さ128.5kgf/mm2
上,20℃Vノッチシャルピー衝撃値4kgf−m/cm2
上を有し、十分満足することが確認された。
No. 7 in Table 9 shows room temperature tensile and 20 ° C. V notch Charpy impact values. The mechanical properties of this 43 ”long blade have the required properties, tensile strength of 128.5 kgf / mm 2 or more, 20 ° C V notch Charpy impact value of 4 kgf-m / cm 2 or more, and can be sufficiently satisfied. confirmed.

【0199】本実施例におけるエロージョンシールド
(重量で、C1.0%,Si0.6%,Mn0.6%,C
r28%,W1.0% ,残Coからなるステライト合
金)44を電子ビーム溶接又はTIG溶接によって接合
される。エロージョンシールド44は表と裏側との2個
所で溶接される。ブレード先端部はその翼部と一体に形
成したコンティニュアスカバー47が設けられる。
The erosion shield in this embodiment (by weight, C 1.0%, Si 0.6%, Mn 0.6%, C
(a stellite alloy composed of 28% r, 1.0% W, and the balance of Co) 44 is joined by electron beam welding or TIG welding. The erosion shield 44 is welded at two places, a front side and a back side. The blade tip is provided with a continuous cover 47 formed integrally with the wing.

【0200】[0200]

【表11】 [Table 11]

【0201】表11は25℃での長翼材の機械的特性を
示すものである。
Table 11 shows the mechanical properties of the long wing material at 25 ° C.

【0202】(3)静翼7には、高圧の3段までは動翼
と同じ組成のマルテンサイト鋼が用いられるが、他には
前述の中圧部の動翼材と同じものが用いられる。
(3) Martensite steel having the same composition as that of the moving blade is used for the stationary blade 7 up to the third stage of high pressure. .

【0203】(4)ケーシングには、内部ケーシング1
4と外部ケーシング15があり、内部ケーシングは重量
でC0.15〜0.3%,Si0.5% 以下,Mn1%以
下,Cr1〜2%,Mo0.5〜1.5%,V0.05〜
0.2%,Ti0.1% 以下のCr−Mo−V鋳鋼が用
いられる。
(4) The inner casing 1
4 and an outer casing 15. The inner casing has a weight of C 0.15 to 0.3%, Si 0.5% or less, Mn 1% or less, Cr 1 to 2%, Mo 0.5 to 1.5%, V 0.05 to 0.5%.
A Cr-Mo-V cast steel of 0.2% or less and 0.1% or less of Ti is used.

【0204】発電機により10〜20万KWの発電がで
きる。本実施例におけるロータシャフトの軸受62の間
は約520cm、最終段ブレードにおける外径316cmで
あり、この外径に対する軸間比が1.65 である。発電
容量として10万KWが可能である。この軸受間の長さ
は発電出力1万KW当り0.52m である。
The generator can generate 100,000 to 200,000 KW. The distance between the bearings 62 of the rotor shaft in this embodiment is about 520 cm, the outer diameter of the last stage blade is 316 cm, and the ratio of the center to the outer diameter is 1.65. A power generation capacity of 100,000 KW is possible. The distance between the bearings is 0.52 m per 10,000 KW of power output.

【0205】また、本実施例において、最終段ブレード
として40インチを用いた場合の外径は365cmとな
り、この外径に対する軸受間比が1.43 となる。これ
により発電出力20万KWが可能であり、1万KW当り
の軸受間距離が0.26m となる。
In this embodiment, when a 40-inch blade is used as the last stage blade, the outer diameter is 365 cm, and the ratio of bearings to this outer diameter is 1.43. As a result, a power generation output of 200,000 KW is possible, and the distance between bearings per 10,000 KW is 0.26 m.

【0206】これらの最終段ブレードの長さに対するロ
ータシャフトのブレード植込部の外径との比は33.
5″ブレードでは1.70及び40″ブレードでは1.7
1 である。
The ratio of the length of these last stage blades to the outer diameter of the blade implantation portion of the rotor shaft is 33.
1.70 for 5 "blades and 1.7 for 40" blades
1.

【0207】本実施例によれば、回転部の構造材を全て
熱膨脹係数の小さいフェライト鋼で構成されるとともに
それを被い、タービンノズル,コンプレッサーノズルを
支持する全体が同じ熱膨脹係数を有するフェライト鋼で
構成されるので、起動時停止時での急速な対応ができ、
熱効率の向上に寄与するものである。
According to this embodiment, all the structural members of the rotating part are made of ferrite steel having a small thermal expansion coefficient and are covered with the ferrite steel having the same thermal expansion coefficient as the whole supporting the turbine nozzle and the compressor nozzle. , So that it can respond quickly when starting and stopping,
This contributes to improvement in thermal efficiency.

【0208】本実施例では前述のガスタービンと蒸気タ
ービンとを一軸に結合して発電したものであるが、発電
のHHV効率は50%以上である高いコンバインド発電
プラントが得られた。
In this embodiment, the above-described gas turbine and steam turbine are uniaxially connected to generate electric power. A high combined power generation plant having an HHV efficiency of 50% or more for electric power generation was obtained.

【0209】本実施例では蒸気温度を566℃としても
適用でき、その圧力を121,169及び224atg の各
々の圧力でも適用できる。
In this embodiment, the steam temperature can be applied at 566 ° C., and the pressure can be applied at 121, 169 and 224 atg.

【0210】〔実施例2〕図12は実施例1の水蒸気冷
却に代えてクローズド空気冷却方式を有する空気圧縮型
3段タービンのタービン上半部の断面構造である。本実
施例におけるタービン構造の基本構造及び材料構成は実
施例1とほぼ同じものである。
[Embodiment 2] FIG. 12 shows a sectional structure of an upper half of an air compression type three-stage turbine having a closed air cooling system in place of the steam cooling of the embodiment 1. The basic structure and material configuration of the turbine structure in this embodiment are almost the same as those in the first embodiment.

【0211】本実施例における空気冷却方式は初段ブレ
ード51及び第2段ブレード52が実施例1の水蒸気冷
却と同じ冷却通路を有しており、更に第2段ノズル82
及び第3段ノズル83の冷却は実施例1と同様の冷却流
路を有している。初段ノズルの冷却は初段ブレード及び
2段ブレードの冷却と同じ圧縮機によって圧縮され、ケ
ーシング80の内側から抽気し、クーラー67によって
冷却するとともにブースター65によって圧縮された空
気によって行われる。初段ノズル81及びブレード5
1,52を冷却した空気はケーシング80内に放出され
る。
In the air cooling system of this embodiment, the first stage blade 51 and the second stage blade 52 have the same cooling passage as the steam cooling of the first embodiment, and the second stage nozzle 82
The cooling of the third stage nozzle 83 has the same cooling channel as that of the first embodiment. The first stage nozzle is cooled by the same compressor as that of the first stage blade and the second stage blade, is extracted from the inside of the casing 80, is cooled by the cooler 67, and is cooled by the air compressed by the booster 65. First stage nozzle 81 and blade 5
The air that has cooled the first and the second 52 is discharged into the casing 80.

【0212】タービン部を出た燃焼ガスは排熱回収ボイ
ラ(HRSG)に送られ、それにより水蒸気を作る。
The combustion gas exiting the turbine section is sent to an exhaust heat recovery boiler (HRSG), thereby producing steam.

【0213】本実施例における初段ノズル81は冷却孔
を有し、外周側サイドウォール側より冷却空気が入り、
複数の冷却孔が設けられたベーンを通り、内周側サイド
ウォールを通ってケーシング80内に放出される構造を
有する。
The first stage nozzle 81 in this embodiment has a cooling hole, and cooling air enters from the outer side wall.
It has a structure in which it is discharged into the casing 80 through a vane provided with a plurality of cooling holes, through an inner peripheral side wall.

【0214】本実施例ではタービンディスク11,1
2,タービンスタブシャフト,タービンスタッキングボ
ルトを実施例1に示した全焼戻しマルテンサイト鋼を使
用し、タービンディスク13に重量で、C0.05〜0.
2%,Si0.5% 以下,Mn1%以下,Cr8〜13
%,Ni3%以下,Mo1.5〜3%,V0.05%〜
0.3% ,Nb0.02〜0.2%,N0.02〜0.1%
及び残部が実質的にFeからなる全焼戻しマルテンサイ
ト組織を有する耐熱鋼を用いる。この耐熱鋼として実施
例5の表10に示すものを用いた。後述するように、4
50℃,105hクリープ破断強度が50kgf/mm2
上,20℃Vノッチシャルピー衝撃値が7kgf−m/cm
以上であり、高温ガスタービン用材として必要な強度を
十分満足する。また、これらのマルテンサイト鋼はフェ
ライト系の結晶構造を持つが、フェライト系材料は、N
i基合金のようなオーステナイト系材料に比べて熱膨脹
率が小さい。タービンディスクにNi基合金を用いるよ
りも耐熱鋼を使用する本実施例の方が、熱効率が高く、
更にディスク材の熱脹張率が小さいディスクに発生する
熱応力を低減し、亀裂の発生,破壊を抑制できる。他各
部の材料及び構造は実施例1と同じである。
In this embodiment, the turbine disks 11, 1
2. The turbine stub shaft and the turbine stacking bolts are made of the fully tempered martensitic steel shown in the first embodiment, and the weight of the turbine disk 13 is 0.05 to 0.5%.
2%, Si 0.5% or less, Mn 1% or less, Cr 8-13
%, Ni 3% or less, Mo 1.5-3%, V 0.05%-
0.3%, Nb 0.02 to 0.2%, N0.02 to 0.1%
A heat-resistant steel having a fully tempered martensite structure substantially consisting of Fe is used. The heat resistant steels shown in Table 10 of Example 5 were used. As described below, 4
50 ° C, 10 5 h Creep rupture strength of 50 kgf / mm 2 or more, 20 ° C V Notch Charpy impact value of 7 kgf-m / cm
Thus, the strength required as a material for a high-temperature gas turbine is sufficiently satisfied. These martensitic steels have a ferrite-based crystal structure.
The coefficient of thermal expansion is smaller than that of an austenitic material such as an i-base alloy. This embodiment using heat-resistant steel than using a Ni-based alloy for the turbine disk has higher thermal efficiency,
Further, the thermal stress generated in the disk having a small coefficient of thermal expansion of the disk material can be reduced, and the generation and breakage of cracks can be suppressed. The materials and structures of other parts are the same as in the first embodiment.

【0215】コンプレッサーブレードは17段で、得ら
れる空気圧縮比は18である。
The compressor blades have 17 stages and the resulting air compression ratio is 18.

【0216】使用燃料として、天然ガス,軽油が使用さ
れる。
As the fuel used, natural gas and light oil are used.

【0217】以上の構成によって、総合的により信頼性
が高くバランスされたガスタービンが得られ、初段ター
ビンノズルへのガス入り口温度が1500℃,初段ター
ビンブレードのメタル温度が900℃,ガスタービンの
排ガス温度は650℃であり、発電効率がLHV表示で
37%以上の発電用ガスタービンが達成できる。
With the above configuration, a more reliable and balanced gas turbine is obtained overall, the gas inlet temperature to the first stage turbine nozzle is 1500 ° C., the metal temperature of the first stage turbine blade is 900 ° C., and the exhaust gas of the gas turbine is exhausted. The temperature is 650 ° C., and a power generation gas turbine having a power generation efficiency of 37% or more in LHV display can be achieved.

【0218】図13は実施例1と同様にガスタービン1
台と高中低圧一体型蒸気タービンと各々に発電機を備え
た組合せの多軸型コンバインドサイクル発電システムを
示す構成図である。本実施例におけるガスタービンは前
述の通りであり、圧縮機で圧縮された空気はそれを冷却
する空気予冷器(I.C)を通り、更にその空気を圧縮
するブースト圧縮機(B.C)を通って前述の経路によ
ってブレード(動翼)とノズル(静翼)とを冷却し、そ
の冷却に用いた空気は暖められて燃焼器に用いられる。
本実施例における燃焼ガス温度は1500℃以上であ
り、排ガス温度は600℃以上で、前述と同様に脱硝装
置(DeNOx)が設けられた排熱回収ボイラ(HRS
G)により530℃以上の水蒸気が発生する。530℃
以上の水蒸気は高中低圧一体型蒸気タービンの高圧部
(HP)に入り、高圧部(HP)より出た水蒸気は再び
HRSGの先頭部に入って再加熱され、HPの入口温度
と同じ温度に加熱されて中圧部(IP)から低圧部(L
P)へと流入して、復水器に入り、次いでHRSG後段
部に入って再加熱されて530℃以上になってHP部に
入る経路を有する。
FIG. 13 shows a gas turbine 1 similar to the first embodiment.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a multi-shaft combined cycle power generation system in which a table, a high-medium / low-pressure integrated steam turbine, and a generator are respectively provided. The gas turbine in the present embodiment is as described above, and the air compressed by the compressor passes through an air pre-cooler (IC) for cooling it, and further a boost compressor (BC) for further compressing the air. Through the above-described path, the blade (rotor blade) and the nozzle (stationary blade) are cooled by the above-described path, and the air used for the cooling is warmed and used in the combustor.
The combustion gas temperature in this embodiment is 1500 ° C. or higher, the exhaust gas temperature is 600 ° C. or higher, and an exhaust heat recovery boiler (HRS) provided with a denitration device (DeNOx) as described above.
G) generates 530 ° C. or higher steam. 530 ° C
The above steam enters the high pressure section (HP) of the high, middle and low pressure integrated steam turbine, and the steam discharged from the high pressure section (HP) again enters the head of the HRSG and is reheated, and is heated to the same temperature as the inlet temperature of the HP. From the medium pressure section (IP) to the low pressure section (L
It has a path into the HP section after flowing into P), entering the condenser, and then entering the latter part of the HRSG and being reheated to 530 ° C. or higher.

【0219】本実施例におけるガスタービン及び高中低
圧一体型蒸気タービンの構成は実施例1とほぼ同様のも
のである。本実施例においてはガスタービンが20〜3
0万KW及び蒸気タービンが10〜20万KWを有し、
プラントのHHV効率が50%以上得られる。また複数
台のガスタービン及び蒸気タービンにより全体で70〜
100万KWの発電が可能である。本実施例では多軸型
としたものであるが、ガスタービンと蒸気タービンとを
一軸で直結し、発電機1台で発電する方式にも実施でき
る。また、本実施例では蒸気温度は538℃(1000
°F)及び566℃(1050°F)に適用可能である
が、更に593℃(1100°F)に対しては高中低圧
一体型ロータシャフトとして本発明に係るタービンディ
スクに用いた8〜12.5 重量%Crを含有するマルテ
ンサイト鋼が好ましい。
The constructions of the gas turbine and the high, medium and low pressure integrated steam turbine in this embodiment are almost the same as those in the first embodiment. In this embodiment, the gas turbine is 20 to 3
100,000 KW and steam turbine has 100,000-200,000 KW,
HHV efficiency of the plant of 50% or more is obtained. In addition, a total of 70 to 70 gas turbines and steam turbines
1,000,000 KW of power generation is possible. In the present embodiment, a multi-shaft type is used. However, a gas turbine and a steam turbine may be directly connected by a single shaft and power may be generated by one generator. In this embodiment, the steam temperature is 538 ° C. (1000 ° C.).
° F) and 566 ° C (1050 ° F), but also for 593 ° C (1100 ° F) used as the high, medium and low pressure integrated rotor shaft for the turbine disk according to the present invention. A martensitic steel containing 5% by weight Cr is preferred.

【0220】本実施例ではタービンは3段のものである
が、4段に対しても本実施例の蒸気タービンとの組合せ
に同様に適用できる。4段に対しては初段及び2段目の
ブレード及びノズルを本実施例と同様に材料及び冷却を
行い、3段及び4段を本実施例の3段と同様に材料及び
冷却を行うことができる。
In this embodiment, the turbine has three stages. However, the present invention can be similarly applied to the four stages in combination with the steam turbine of this embodiment. For the fourth stage, the blades and nozzles of the first stage and the second stage perform the material and cooling in the same manner as in the present embodiment, and the third and fourth stages perform the material and cooling in the same manner as the third stage in the present embodiment. it can.

【0221】本実施例によれば、実施例1と同様にガス
タービンにおいては、急速に起動と停止ができることか
らより高い熱効率が得られ、発電のHHV効率は50%
以上を有するコンバインド発電プラントが得られる。
According to the present embodiment, as in the first embodiment, the gas turbine can be started and stopped quickly, so that a higher thermal efficiency can be obtained, and the HHV efficiency of power generation is 50%.
A combined power plant having the above is obtained.

【0222】〔実施例3〕図14は前述のガスタービン
から出た排ガスを排熱回収ボイラ(HRSG)に供給し
て発生し、その水蒸気によって前述の様にガスタービン
を冷却するとともに蒸気タービンとして高圧蒸気タービ
ン(HP),中圧蒸気タービン(IP)及び低圧蒸気ター
ビン(LP)に分割された蒸気タービンを備えたコンバ
インドサイクル発電システムの構成図である。本実施例
は実施例1と異なるのは蒸気タービンを高圧,中圧及び
低圧蒸気タービンに分けて構成するとともに、高圧部と
中圧部とを一体のロータシャフトとし、低圧部は別の組
成のロータシャフトによって構成した点である。水蒸気
の入口温度はHP及びIPが同じ温度で入り、538℃
又は566℃で実施され、LPではその入口温度は約3
00℃となる。HPから出た蒸気は排熱回収ボイラにて
加熱され、IPに入る。蒸気タービンにおけるHP及び
IPは一軸の一体のロータシャフトからなり、LPとは
ロータシャフト材は異なった材料が用いられる。HPと
IPのロータシャフトには表3のNo.1の材料及びLP
には表3のNo.2の材料が用いられる。本実施例でのL
Pの最終段ブレードは実施例1と同様に翼部長さが43
インチの12%Cr系マルテンサイト鋼が用いられる。
ケーシングはHPとIPで一車室及びLPで一車室の二
車室によって構成される。IPから出た水蒸気はHRS
Gから出た約300℃の水蒸気とともに左右対称のター
ビン構造を有するLPの中心部に流入される。本実施例
におけるガスタービンの構成は実施例1とほぼ同じであ
り、ガスタービン及び蒸気タービンの出力はいずれも実
施例1と同様であり、発電のHHV効率は50%以上得
られる。
[Embodiment 3] FIG. 14 shows that exhaust gas from the above-mentioned gas turbine is supplied to an exhaust heat recovery boiler (HRSG) and generated, and the steam is used to cool the gas turbine as described above and to operate as a steam turbine. 1 is a configuration diagram of a combined cycle power generation system including a steam turbine divided into a high-pressure steam turbine (HP), a medium-pressure steam turbine (IP), and a low-pressure steam turbine (LP). This embodiment is different from the first embodiment in that the steam turbine is divided into high-pressure, medium-pressure and low-pressure steam turbines, the high-pressure part and the medium-pressure part are formed as an integral rotor shaft, and the low-pressure part has a different composition. This is the point constituted by the rotor shaft. The inlet temperature of water vapor is 538 ° C with the same temperature of HP and IP
Or 566 ° C., and the inlet temperature of LP is about 3
It will be 00 ° C. The steam discharged from the HP is heated by an exhaust heat recovery boiler and enters the IP. The HP and the IP in the steam turbine are composed of a single shaft and an integral rotor shaft, and the rotor shaft material is different from that of the LP. No. 1 material and LP in Table 3 are used for HP and IP rotor shafts.
No. 2 in Table 3 is used. L in the present embodiment
The last blade of P has a wing length of 43 as in the first embodiment.
An inch of 12% Cr-based martensitic steel is used.
The casing is composed of two compartments, one compartment for HP and IP and one compartment for LP. Water vapor from IP is HRS
Along with the steam of about 300 ° C. that has exited from G, it flows into the center of the LP having a symmetrical turbine structure. The configuration of the gas turbine according to the present embodiment is almost the same as that of the first embodiment. The outputs of the gas turbine and the steam turbine are the same as those of the first embodiment, and the HHV efficiency of power generation is 50% or more.

【0223】〔実施例4〕本実施例は実施例1〜3のガ
スタービンに代えて以下の要件を有するものである。
Embodiment 4 This embodiment has the following requirements in place of the gas turbines of Embodiments 1 to 3.

【0224】ガスタービンの初段ブレード51は、Ni
基超合金の単結晶鋳造物であり、重量でCr6〜8%,
Mo0.5 〜1%,W6〜8%,Re1〜4%,Al4
〜6%,Ta6〜9%,Co0.5〜10%,Hf0.0
3〜0.13% 、および残部不可避の不純物とNiから
なる合金で構成する。初段ブレードは翼部130mm、そ
の全長は約220mmである。この単結晶鋳造物の105
時間14kgf/mm2 の耐用温度は930℃〜940℃で
あり、内部に複雑な空気冷却孔を設けており運転中は圧
縮空気により冷却する。冷却方式はクローズド方式,冷
却構造はスタッガードリブ方式である。ブレードの表面
には、重量でAl2〜5%,Cr20〜30%,Y0.
1 〜1%を含み残部Ni又はNi+Coからなる合金
層を非酸化性減圧雰囲気下でプラズマ溶射によって50
〜150μmの厚さに設け耐食性を高めた。本単結晶鋳
造物は1250〜1350℃で固溶化処理後、1000
〜1100℃及び850〜950℃での2段時効処理を
行い、一辺が1μm以下の長さのγ′相を50〜70体
積%で析出させたものである。
The first stage blade 51 of the gas turbine is made of Ni
It is a single crystal casting of a base superalloy with Cr 6-8% by weight,
Mo 0.5-1%, W 6-8%, Re 1-4%, Al4
-6%, Ta 6-9%, Co 0.5-10%, Hf 0.0
It is composed of 3 to 0.13%, and an alloy consisting of Ni and impurities inevitable in the balance. The first blade has a wing portion of 130 mm and a total length of about 220 mm. 10 5 of this single crystal casting
The service temperature of 14 kgf / mm 2 is 930 ° C. to 940 ° C., and a complicated air cooling hole is provided inside, so that it is cooled by compressed air during operation. The cooling system is a closed system and the cooling structure is a staggered rib system. On the blade surface, Al 2 to 5%, Cr 20 to 30%, Y0.
An alloy layer containing 1 to 1% and the balance of Ni or Ni + Co is subjected to plasma spraying in a non-oxidizing reduced pressure atmosphere by plasma spraying.
It was provided with a thickness of about 150 μm to enhance corrosion resistance. This single crystal casting is subjected to a solution treatment at 1250 to 1350 ° C.
A two-stage aging treatment at 1100 ° C. and 850-950 ° C. was performed to precipitate a γ ′ phase having a length of 1 μm or less on one side at 50-70% by volume.

【0225】第2段ブレード52および第3段ブレード
53は重量で、Cr12〜16%,Mo0.5〜2%,
W2〜5%,Al2.5〜5%,Ti3〜5%,Ta1.
5 〜3%,Co8〜10%,C0.05〜0.15%,
B0.005〜0.02%、および残部不可避の不純物と
NiからなるNi基超合金で構成する。これらのブレー
ドは通常の鋳造により得られる等軸晶組織を有する。第
2段ブレードは内部冷却孔を有しており、圧縮空気によ
り冷却する。これらの材料の105時間14kgf/mm2
耐用温度は840℃〜860℃である。ブレード表面に
は、CrあるいはAlの拡散コーティングを施し、耐食
性を高めた。これらのNi基合金は前述と同様に熱処理
が施される。
The second stage blade 52 and the third stage blade 53 are, by weight, 12 to 16% Cr, 0.5 to 2% Mo,
W2-5%, Al2.5-5%, Ti3-5%, Ta1.
5 to 3%, Co 8 to 10%, C 0.05 to 0.15%,
B is comprised of a Ni-based superalloy consisting of 0.005% to 0.02% and the balance of unavoidable impurities and Ni. These blades have an equiaxed structure obtained by ordinary casting. The second stage blade has an internal cooling hole, and is cooled by compressed air. The service temperature of 14 kgf / mm 2 for 10 5 hours for these materials is 840 ° C. to 860 ° C. The blade surface was provided with a diffusion coating of Cr or Al to enhance corrosion resistance. These Ni-based alloys are subjected to heat treatment as described above.

【0226】初段ノズル81には重量で、Cr24〜3
0%,Ni8〜12%,W6〜9%,Ti0.1〜0.4
%,Co8〜10%,C0.2〜0.4%,B0.005
%以下,Fe1.0%以下,Zr1.0%以下,Nb0.
3%以下,Hf1.0%以下,Ta2.0 %以下、およ
び残部不可避の不純物とCoからなるCo基超合金の普
通鋳造材(等軸晶組織)を用いる。この合金の105
間6kgf/mm2 の耐用温度は900℃〜910℃であ
る。冷却は、クローズド方式のインピンジ冷却である。
初段ノズルの外表面の火炎に接する部分には、遮熱コー
ティング層が設けられる。これは、微細な柱状晶からな
り、微細な直径50〜200μmのマクロな柱状晶の中
に直径10μm以下の柱状晶を有する2重構造の柱状晶
組織を有するY23安定化ジルコニア層を蒸着によって
100〜200μmの厚さに設け、ベース金属とジルコ
ニア層との間の結合層とからなる。該結合層は重量でA
l2〜5%,Cr20〜30%,Y0.1 〜1%を含み
残部Ni又はNi+Coからなる合金からなる溶射層で
ある。合金層は耐食性を向上させる効果も併せもつ。本
鋳造材は1150〜1200℃で溶体化処理後、820
〜880℃で1段時効処理の熱処理が施される。
The first stage nozzle 81 has a weight of Cr 24-3.
0%, Ni 8-12%, W 6-9%, Ti 0.1-0.4
%, Co 8 to 10%, C 0.2 to 0.4%, B 0.005
% Or less, Fe 1.0% or less, Zr 1.0% or less, Nb 0.
An ordinary cast material (equiaxed structure) of a Co-based superalloy containing 3% or less, Hf 1.0% or less, Ta 2.0% or less, and Co, which is unavoidable, and Co is used. The service temperature of 6 kgf / mm 2 for 10 5 hours of this alloy is 900 ° C. to 910 ° C. The cooling is a closed impingement cooling.
A portion of the outer surface of the first stage nozzle that is in contact with the flame is provided with a thermal barrier coating layer. It consists of fine columnar crystal, a Y 2 O 3 stabilized zirconia layer having a columnar crystal structure of the double structure having a columnar crystal macroscopic columnar crystals of the following diameters 10μm in fine diameter 50~200μm It is provided to a thickness of 100 to 200 μm by vapor deposition and comprises a bonding layer between a base metal and a zirconia layer. The tie layer is A
This is a sprayed layer made of an alloy containing 12 to 5%, Cr 20 to 30%, and Y 0.1 to 1%, and the balance being Ni or Ni + Co. The alloy layer also has the effect of improving corrosion resistance. The cast material was subjected to a solution treatment at 1150 to 1200 ° C.
A heat treatment of a one-stage aging treatment is performed at 8880 ° C.

【0227】第2段ノズル82および第3段ノズル83
には重量で、Cr21〜24%,Co18〜23%,C
0.05〜0.20%,W1〜8%,Al1〜2%,Ti
2〜3%,Ta0.5〜1.5%,B0.05〜0.15
%、および残部不可避の不純物とNiからなる合金Ni
基超合金で構成する。これらのノズルは通常の鋳造によ
り得られる等軸晶組織である。特に遮熱コーティング層
を設ける必要はないが、第2段ノズルには耐食性を高め
るためにCrあるいはAlの拡散コーティングを施す。
それぞれ内部冷却孔を有しており、圧縮空気により冷却
される。これらの材料の105時間6kgf/mm2 の耐用温
度は840℃〜860℃である。本鋳造材においても同
様の熱処理が施される。
Second Stage Nozzle 82 and Third Stage Nozzle 83
In weight, Cr 21-24%, Co 18-23%, C
0.05 to 0.20%, W1 to 8%, Al1 to 2%, Ti
2-3%, Ta 0.5-1.5%, B 0.05-0.15
%, And alloy Ni consisting of Ni and unavoidable impurities
It is composed of a base superalloy. These nozzles have an equiaxed structure obtained by ordinary casting. Although it is not particularly necessary to provide a thermal barrier coating layer, a diffusion coating of Cr or Al is applied to the second stage nozzle in order to enhance corrosion resistance.
Each has an internal cooling hole and is cooled by compressed air. The service temperature of 6 kgf / mm 2 for 10 5 hours for these materials is 840 ° C. to 860 ° C. The same heat treatment is applied to the cast material.

【0228】本実施例ではタービンディスク11,12
に実施例1で用いた全焼戻しマルテンサイト鋼を用い
た。また、タービンディスク13には、重量で、C0.
05〜0.2%,Si0.5%以下,Mn1%以下,Ni
3%以下,Cr8〜13%,Mo1.5〜3.0%,V
0.05〜0.3%,Nb0.02〜0.10%及びN0.02
〜0.10 %を含む全焼戻しマルテンサイト鋼を用い
た。このものの具体例は実施例2と同様であり、その特
性は、450℃,105h クリープ破断強度が50kgf
/mm2以上であり、高温ガスタービン用材として必要な
強度は十分満足する。コンプレッサーブレードは17段
で、得られる空気圧縮比は18である。使用燃料とし
て、天然ガス,軽油が使用される。
In this embodiment, the turbine disks 11, 12
The fully tempered martensitic steel used in Example 1 was used. The turbine disk 13 has a C.O.
0.5 to 0.2%, Si 0.5% or less, Mn 1% or less, Ni
3% or less, Cr 8 to 13%, Mo 1.5 to 3.0%, V
0.05-0.3%, Nb 0.02-0.10% and N0.02
A fully tempered martensitic steel containing 00.10% was used. Specific examples of this compound are the same as in Example 2, the characteristics of, 450 ° C., 10 5 h creep rupture strength 50kgf
/ Mm 2 or more, which sufficiently satisfies the strength required for high-temperature gas turbine materials. The compressor blades have 17 stages and the resulting air compression ratio is 18. Natural gas and light oil are used as fuels.

【0229】以上の構成によって、前述と同様に総合的
により信頼性が高く、高いバランスのガスタービンが得
られ、初段タービンノズルへのガス入り口温度が150
0℃,初段タービンブレードのメタル温度が920℃,
ガスタービンの排ガス温度は650℃であり、発電効率
がLHV表示で37%以上の発電用ガスタービンが達成
できるとともに、発電のHHV効率が50%以上である
高いコンバインド発電プラントが得られる。
With the above configuration, a gas turbine with higher reliability and a higher balance can be obtained overall as described above, and the gas inlet temperature to the first stage turbine nozzle is 150 ° C.
0 ℃, the metal temperature of the first stage turbine blade is 920 ℃,
The exhaust gas temperature of the gas turbine is 650 ° C., and a gas turbine for power generation having a power generation efficiency of 37% or more in LHV display can be achieved, and a high combined power generation plant having an HHV efficiency of power generation of 50% or more can be obtained.

【0230】〔実施例5〕本実施例は実施例1〜3のガ
スタービンに代えて以下の要件を有するものである。
[Embodiment 5] This embodiment has the following requirements in place of the gas turbines of Embodiments 1 to 3.

【0231】本実施例におけるガスタービンの初段ブレ
ード51は、実施例1とほぼ同じ構造を有し、Ni基超
合金の一方向凝固柱状晶鋳物であり、重量でCr5〜1
6%,Mo0.3〜2%,W2〜9%,Al2.5〜6
%,Ti0.5 〜5%,Ta1〜4%,Co8〜10
%,C0.05〜0.15%,B0.005〜0.02%、
および残部不可避の不純物とNiからなるNi基超合金
で構成する。初段ブレードの全長は約220mmである。
この一方向凝固柱状晶鋳物の105 時間14kgf/mm2
の耐用温度は890〜900℃であることから、材料の
メタル温度を下げるための遮熱コーティング層が実施例
1と同様に設けられる。一方向凝固は翼部側より順次ダ
ブティルにわたって行われ、柱状晶によって構成され
る。柱状晶の直径は2〜10mmで、翼部は小さく、シャ
ンク部からは大きくなっている。一方向凝固鋳造物は1
200〜1280℃で溶体化処理を施した後、1000
〜1150℃及び800〜950℃での2段時効処理が施さ
れ、一辺の長さで2μm以下のγ′相を50〜70体積
%析出される。特に60〜65体積%析出させるのが好
ましい。
The first stage blade 51 of the gas turbine according to the present embodiment has substantially the same structure as that of the first embodiment, and is a unidirectionally solidified columnar crystal casting of a Ni-based superalloy.
6%, Mo 0.3-2%, W2-9%, Al 2.5-6
%, Ti 0.5-5%, Ta 1-4%, Co 8-10
%, C 0.05 to 0.15%, B 0.005 to 0.02%,
And a Ni-based superalloy consisting of Ni and the unavoidable impurities. The total length of the first stage blade is about 220 mm.
14 kgf / mm 2 of the unidirectionally solidified columnar casting for 10 5 hours
Since the durable temperature is 890-900 ° C., a thermal barrier coating layer for lowering the metal temperature of the material is provided in the same manner as in Example 1. Unidirectional solidification is performed sequentially over the dovetails from the wing side, and is constituted by columnar crystals. The diameter of the columnar crystals is 2 to 10 mm, the wings are small, and the shanks are large from the shank. 1 directionally solidified casting
After subjecting to a solution treatment at 200 to 1280 ° C, 1000
A two-stage aging treatment is performed at 1150 ° C. and 800-950 ° C., and 50-70% by volume of a γ ′ phase having a side length of 2 μm or less is precipitated. In particular, it is preferable to precipitate 60 to 65% by volume.

【0232】第2段ブレード52,第3段ブレード53
には、実施例1と同様のものを用いる。
Second stage blade 52, third stage blade 53
Is the same as that used in the first embodiment.

【0233】初段ノズル81は、実施例1と同様の合金
を使用するが、遮熱コーティング層は以下の構造を有す
る。表面部から基材に向かい順番に、Y23安定化ジル
コニア溶射層,合金層,セラミックスと合金の混合層,
合金層の4層構造をもち、遮熱,熱応力緩和,耐食性の
機能をもつ。該結合層は重量でAl2〜5%,Cr20
〜30%,Y0.1 〜1%を含み残部Ni又はNi+C
oからなる合金からなる。
The first-stage nozzle 81 uses the same alloy as in Example 1, but the thermal barrier coating layer has the following structure. Sequentially directed from the surface portion to the base material, Y 2 O 3 stabilized zirconia thermal sprayed layer, an alloy layer, a mixed layer of ceramic and alloy,
It has a four-layer structure of an alloy layer and has functions of heat shielding, thermal stress relaxation, and corrosion resistance. The tie layer is 2-5% Al, Cr20 by weight.
~ 30%, Y0.1 ~ 1%, balance Ni or Ni + C
o.

【0234】第2段ノズル82および第3段ノズル83
も実施例1と同様、重量で、Cr21〜24%,Co1
8〜23%,C0.05〜0.20%,W1〜8%,Al
1〜2%,Ti2〜3%,Ta0.5〜1.5%,B0.
05〜0.15%、および残部不可避の不純物とNiか
らなるNi基超合金で構成する。特に遮熱コーティング
層を設ける必要はないが、第2段ノズルには耐食性を高
めるために重量でAl2〜5%,Cr20〜30%,Y
0.1 〜1%を含み残部Ni又はNi+Coからなる合
金からなり合金層を設ける。それぞれ内部冷却孔を有し
ており、圧縮空気により冷却される。これらの材料の1
5時間6kgf/mm2 の耐用温度は840℃〜860℃で
ある。
Second-stage nozzle 82 and third-stage nozzle 83
Also, as in Example 1, Cr 21 to 24% by weight, Co 1
8-23%, C 0.05-0.20%, W1-8%, Al
1-2%, Ti 2-3%, Ta 0.5-1.5%, B0.
It is composed of a Ni-based superalloy containing 0.5 to 0.15% and the balance of unavoidable impurities and Ni. Although it is not particularly necessary to provide a thermal barrier coating layer, the second-stage nozzle has Al 2 to 5%, Cr 20 to 30%, Y
An alloy layer composed of an alloy containing 0.1 to 1% and the balance being Ni or Ni + Co is provided. Each has an internal cooling hole and is cooled by compressed air. One of these materials
0 tolerable temperature for 5 hours 6 kgf / mm 2 is 840 ℃ ~860 ℃.

【0235】本実施例ではタービンディスク11,ター
ビンスタブシャフト34,タービンスタッキングボルト
に実施例1で用いたマルテンサイト鋼を用い、タービン
ディスク12,13には実施例2と同様に重量で、C
0.05〜0.2% ,Si0.5%以下,Mn1%以下,
Cr8〜13%,Ni3%以下,Mo1.5 〜3%,V
0.05〜0.3%,Nb0.02〜0.2%,N0.02
〜0.1%及び残部が実質的にFeからなる全焼戻しマ
ルテンサイト組織を有する耐熱鋼を用いた。
In the present embodiment, the martensitic steel used in the first embodiment is used for the turbine disk 11, the turbine stub shaft 34, and the turbine stacking bolt, and the turbine disks 12, 13 have the same weight as in the second embodiment.
0.05-0.2%, Si 0.5% or less, Mn 1% or less,
Cr 8 to 13%, Ni 3% or less, Mo 1.5 to 3%, V
0.05 to 0.3%, Nb 0.02 to 0.2%, N 0.02
A heat-resistant steel having a fully tempered martensitic structure of about 0.1% and the balance substantially consisting of Fe was used.

【0236】コンプレッサーブレードは17段で、得ら
れる空気圧縮比は18である。使用燃料として、天然ガ
ス,軽油が使用される。
The compressor blades have 17 stages and the resulting air compression ratio is 18. Natural gas and light oil are used as fuels.

【0237】本実施例のマルテンサイト鋼は、Ni基合
金のようなオーステナイト系材料に比べて熱膨脹率が小
さい。タービンディスクにNi基合金に比較し耐熱鋼を
使用する本実施例の方が、ディスク系の熱膨脹率が小さ
いので、スタート時から熱効率が高い発電ができる。ま
た、熱応力を低減し、亀裂の発生,破壊を抑制できる。
The martensitic steel of this example has a smaller coefficient of thermal expansion than an austenitic material such as a Ni-based alloy. In this embodiment, in which the heat-resistant steel is used for the turbine disk as compared with the Ni-based alloy, since the thermal expansion coefficient of the disk system is smaller, it is possible to generate power with high thermal efficiency from the start. Further, thermal stress can be reduced, and generation and fracture of cracks can be suppressed.

【0238】以上の構成によって、前述と同様に総合的
により信頼性が高く、より高いバランスを有するガスタ
ービンが得られ、初段タービンノズルへのガス入り口温
度が1350℃,初段タービンブレードのメタル温度が
850℃,ガスタービンの排ガス温度は600℃であ
り、定常運転までの時間が短かく、そのわずかな時間の
短縮がスタート・ストップの頻度の激しいガスタービン
ではきわめて熱効率の向上に重要なものである。
With the above configuration, a gas turbine having higher overall reliability and a higher balance can be obtained as described above, the gas inlet temperature to the first stage turbine nozzle is 1350 ° C., and the metal temperature of the first stage turbine blade is lower. The gas turbine exhaust gas temperature is 850 ° C and the exhaust gas temperature of the gas turbine is 600 ° C. The time required for steady operation is short, and the slight reduction of the time is extremely important for improving the thermal efficiency of a gas turbine with a frequent start / stop. .

【0239】発電効率がLHV表示で37%以上の発電
用ガスタービンが達成できる。
A gas turbine for power generation having a power generation efficiency of 37% or more in LHV display can be achieved.

【0240】また、発電のHHV効率が50%以上であ
るコンバインド発電プラントが得られる。
Further, a combined power plant having an HHV efficiency of power generation of 50% or more can be obtained.

【0241】〔実施例6〕図15は本発明に係るガスタ
ービンの空気冷却系統とタービン回転部の断面図であ
る。タービン回転部の構成は図2とほぼ同一である。図
示されていないが本実施例におけるガスタービンの主な
構成は空気圧縮機,燃焼器及びタービンを有する。更
に、詳細な部品としてタービンスタブシャフト,タービ
ンスタッキングボルト,タービンスペーサ,ディスタン
トピース,コンプレッサーディスク,コンプレッサーブ
レード,コンプレッサースタッキングボルト,コンプレ
ッサースタブシャフト,タービンディスクを有し、コン
プレッサーディスクが17段、タービンブレードが3段
である。4段に対しても同様に実施できる。
[Embodiment 6] FIG. 15 is a sectional view of an air cooling system and a turbine rotating section of a gas turbine according to the present invention. The configuration of the turbine rotating section is almost the same as that of FIG. Although not shown, the main configuration of the gas turbine in this embodiment has an air compressor, a combustor, and a turbine. Furthermore, detailed parts include a turbine stub shaft, a turbine stacking bolt, a turbine spacer, a distant piece, a compressor disk, a compressor blade, a compressor stacking bolt, a compressor stub shaft, and a turbine disk. There are three stages. The same can be applied to four stages.

【0242】本実施例では、図15の矢印で示した空気
の流れに示すように圧縮機にて圧縮された空気を用いて
各部品が冷却される。初段ノズル81,第2段ノズル8
2では空気は外側のサイドウォールより流入し、翼部よ
り排出される。2段ノズルは内側のサイドウォールに渡
って冷却される。第3段ノズル83では空気は外側のサ
イドウォールより流入し、内側のサイドウォールより出
てスペーサ部分より外側に排出される。初段ブレード5
1は圧縮された空気がタービンディスク11の中心部か
らその側壁を通り、スペーサ18部分を通って、ブレー
ド内部に設けられた冷却孔を通ってその先端と翼部のト
レーリング部より排出されることによりブレード及びデ
ィスクがともに冷却される。ブレードにおいてはシール
フィンより燃焼ガスが内部に流入しないように空気が流
される。第2段ブレード52も同様にタービンディスク
12からスペーサ18を通ってブレード内部に設けられ
た冷却孔を通って先端部より排出され、冷却される。第
3段ブレード53には冷却孔はないが、タービンディス
ク13の中心部からその側壁を通り、シールフィンを通
ってこれらを冷却しながら燃焼ガスとともに排熱回収ボ
イラに入り、そこで水蒸気が形成され、蒸気タービンの
動力源となる。
In this embodiment, as shown by the flow of air shown by the arrow in FIG. 15, each component is cooled using the air compressed by the compressor. First stage nozzle 81, second stage nozzle 8
In 2, air flows in from the outer side wall and is discharged from the wing. The two-stage nozzle is cooled over the inner sidewall. In the third stage nozzle 83, air flows in from the outer side wall, exits from the inner side wall, and is discharged outside the spacer portion. First stage blade 5
Numeral 1 indicates that compressed air passes from the center of the turbine disk 11 through the side wall thereof, passes through the spacer 18, passes through cooling holes provided inside the blade, and is discharged from the trailing portion of the tip and the blade. This cools both the blade and the disk. In the blade, air is flown from the seal fin so that combustion gas does not flow into the inside. Similarly, the second stage blade 52 is discharged from the tip portion through the cooling hole provided in the blade through the spacer 18 from the turbine disk 12 and is cooled. Although the third stage blade 53 has no cooling holes, it passes through the side wall of the turbine disk 13 from the center thereof, passes through the seal fins, cools them, and enters the exhaust heat recovery boiler together with the combustion gas, where steam is formed. , Power source of the steam turbine.

【0243】本実施例におけるタービンディスク11,
12,13に用いる材料として表12に示す組成(重量
%)の試料をそれぞれ20kg溶解し、1150℃に加熱
し鋳造して実験素材とした。この素材に、1150℃で
2h加熱後衝風冷却を行い、冷却温度を150℃で止
め、その温度より580℃で2h加熱後空冷の2次焼戻
しを行い、次いで605℃で5h加熱後炉冷の2次焼戻
しを行った。
In this embodiment, the turbine disk 11,
20 kg of each sample having the composition (% by weight) shown in Table 12 was dissolved as a material used in 12 and 13, and heated to 1150 ° C. and cast to obtain an experimental material. This material was heated at 1150 ° C for 2 hours and then subjected to impingement cooling, the cooling temperature was stopped at 150 ° C, the temperature was heated at 580 ° C for 2 hours, then air-cooled, and then tempered at 605 ° C for 5 hours, followed by furnace cooling. Was subjected to secondary tempering.

【0244】熱処理後の素材からクリープ破断試験片,
引張試験片及びVノッチシャルピー衝撃試験片を採取し
実験を供した。衝撃試験は熱処理のまま材料を500
℃,1000時間加熱脆化材について行った。この脆化
材はラルソン・ミラーのパラメータより450℃で10
5 時間加熱されたものと同等の条件である。
From the material after the heat treatment, a creep rupture test piece,
Tensile test pieces and V-notch Charpy impact test pieces were sampled and used for the experiment. In the impact test, the material was heat treated 500
The test was performed on the embrittled material heated at 1000C for 1000 hours. The embrittlement material is 10 ° C at 450 ° C according to Larson-Miller parameters
The conditions are the same as those heated for 5 hours.

【0245】[0245]

【表12】 [Table 12]

【0246】表13はこれら試料の機械的性質を示す。
No.1及び6は、高温・高圧ガスタービンディスク材と
して要求される450℃,105h クリープ破断強度
(>50kg/mm2)及び脆化処理後の25℃Vノッチシャ
ルピー衝撃値[4kg−m(5kg−mcm2)以上]を十分満
足することが確認された。Mn/Ni比が0.12 以上
の高い鋼(試番3〜7)の機械的性質を見ると、クリー
プ破断強度は高温・高圧ガスタービンディスク材として
要求される値を満足できるが、脆化後のVノッチシャル
ピー衝撃値は3.5kg−m 以下と低いものであった。
Table 13 shows the mechanical properties of these samples.
Nos. 1 and 6 have the following requirements: 450 ° C, 10 5 h creep rupture strength (> 50 kg / mm 2 ) and 25 ° C V notch Charpy impact value [4 kg- m (5 kg-mcm 2 ) or more]. Looking at the mechanical properties of a high steel having an Mn / Ni ratio of 0.12 or more (sample numbers 3 to 7), the creep rupture strength can satisfy the value required for a high-temperature / high-pressure gas turbine disk material, The subsequent V notch Charpy impact value was as low as 3.5 kg-m or less.

【0247】[0247]

【表13】 [Table 13]

【0248】(Mn/Ni)比が0.11 以下で脆化が
急激に改善され、4kg−m(5kg−m/cm2)以上とな
り、更に0.10以下で6kg−m(7.5kg−m/cm2
以上の優れた特性が得られる最も好ましいものであっ
た。しかし、Mnは脱酸剤及び脱硫剤として欠かせない
ものであり、0.05〜0.20%とするのが好ましい。
また、脆化後の衝撃値はNi量が2.1% 以下ではMn
量を減らすことにより衝撃値が若干向上するが、Ni量
2.1% を超えた含有量とすることによりMnを減らす
ことによる効果が顕著である。特に、Ni量が2.4%
以上で、効果が大きい。
When the (Mn / Ni) ratio is 0.11 or less, the embrittlement is sharply improved, becomes 4 kg-m (5 kg-m / cm 2 ) or more, and when it is 0.10 or less, 6 kg-m (7.5 kg). −m / cm 2 )
It was the most preferable one that provided the above excellent characteristics. However, Mn is indispensable as a deoxidizing agent and a desulfurizing agent, and is preferably 0.05 to 0.20%.
Also, the impact value after embrittlement is Mn when the Ni content is 2.1% or less.
Although the impact value is slightly improved by reducing the amount, the effect of reducing the Mn by setting the Ni amount to more than 2.1% is remarkable. In particular, the Ni content is 2.4%
As described above, the effect is great.

【0249】更に、Mn量が0.7% 付近ではNi量に
よらず衝撃値の改善は得られないが、Mn量を0.6%
以下にすればMn量が低いほどNi量が2.4% 以上で
衝撃値の高いものが得られる。特に0.15〜0.4%の
Mn量では2.2% 以上のNi量で顕著に向上し、2.
4%以上で6kg−m(7.5kg−m/cm2)以上、更に2.
5% 以上のNi量では(7kg−m/cm2)以上の高い値
が得られる。
Further, when the Mn content is around 0.7%, no improvement in the impact value is obtained regardless of the Ni content, but the Mn content is reduced to 0.6%.
If the amount of Mn is lower, a Ni content of 2.4% or more and a higher impact value can be obtained. Particularly, when the amount of Mn is 0.15 to 0.4%, the amount of Ni is more than 2.2%.
6 kg-m (7.5 kg-m / cm 2 ) at 4% or more, and 2.
With a Ni content of 5% or more, a high value of (7 kg-m / cm 2 ) or more can be obtained.

【0250】450℃×105h クリープ破断強度は、
Ni量が2.5% 付近までは強度はほとんど影響はない
が、3.0%を超えると50kg/mm2を下回り、目標とす
る強度が得られない。尚、Mnは少ない方が強度が高
く、0.15〜0.25%付近で最も強化され、高い強度
が得られる。
The creep rupture strength at 450 ° C. × 10 5 h was as follows:
The strength is hardly affected until the Ni content is around 2.5%, but when it exceeds 3.0%, the strength is less than 50 kg / mm 2 and the target strength cannot be obtained. The smaller the Mn, the higher the strength. When Mn is near 0.15 to 0.25%, the Mn is most strengthened, and a high strength is obtained.

【0251】表12のNo.1の化学組成とほぼ同一の鋼
の溶解をカーボン真空脱酸法にて行い、鍛造後、105
0℃で2h加熱後、150℃の油中に焼入れし、次いで
その温度から520℃で5h加熱後空冷及び590℃で
5h加熱後炉冷の焼戻しを行った。このディスクは外径
1000mm、厚さ200mmであり、熱処理後図に示す形
状に機械加工したものである。このディスクをタービン
ディスク11,12,13に用いた。中心部には冷媒が
通る貫通穴が設けられており、更に、スタッキングボル
ト54の挿入用孔が設けられる。本ディスクの特性は前
述と同様に脆化後の衝撃値は8.0kg−m(10kg/c
m2)及び450℃×105 時間クリープ破断強度は5
5.2kg/mm2であり、優れた特性を有していた。
Dissolution of steel having almost the same chemical composition as No. 1 in Table 12 was performed by carbon vacuum deoxidation, and after forging,
After heating at 0 ° C. for 2 hours, it was quenched in oil at 150 ° C., then heated at 520 ° C. for 5 hours, air-cooled, and heated at 590 ° C. for 5 hours, and then tempered by furnace cooling. This disk had an outer diameter of 1000 mm and a thickness of 200 mm, and was machined into the shape shown in the figure after heat treatment. This disk was used for turbine disks 11, 12, and 13. A through hole through which the refrigerant passes is provided at the center, and a hole for inserting the stacking bolt 54 is further provided. As for the characteristics of this disk, the impact value after embrittlement was 8.0 kg-m (10 kg / c
m 2 ) and creep rupture strength at 450 ° C. × 10 5 hours
It was 5.2 kg / mm 2 and had excellent properties.

【0252】表14は本実施例のガスタービンの各部材
に用いた材料組成(重量%)を示すものである。尚、表1
2に示す材料はディスタントピース,コンプレッサーデ
ィスク最終段側,タービンスペーサ,タービンスタッキ
ングボルトに用いることができる。いずれの鋼もエレク
トロスラグ再溶解法により溶製し、鍛造・熱処理を行っ
た。鋳造は850〜1150℃の温度範囲内で、熱処理
は表14に示す条件で行った。これら材料の顕微鏡組織
は、No.10〜15が全焼戻しマルテンサイト組織、N
o.14及びNo.15が全焼戻しベーナイト組織であっ
た。No.10はディスタントピース及びNo.11最終段
のコンプレッサーディスクに使用し、前者は厚さ60mm
×幅500mm×長さ1000mm、後者は直径1000m
m,厚さ180mm、No.7はディスクとして直径1000mm
×厚さ180mmに、No.12はスペーサとして外径10
00mm×内径400mm×厚さ100mmに、No.13はタ
ービン,コンプレッサーのいずれかのスタッキングボル
トとして直径40mm×長さ500mm、No.13の鋼を用
い同様にディスタントピースとコンプレッサーディスク
とを結合するボルトも製造した。No.14及び15はそ
れぞれタービンスタブシャフト及びコンプレッサースタ
ブシャフトとして直径250mm×長さ300に鍛伸し
た。更に、No.14の合金をコンプレッサーディスク6
の13〜16段に使用し、No.15の鋼をコンプレッサ
ーディスク6の初段から12段まで使用された。これら
はいずれもタービンディスクと同様の大きさに製造し
た。試験片は熱処理後、試料の中心部分から、No.13
を除き、軸(長手)方向に対して直角方向に採取した。
この例は長手方向に試験片を採取した。
Table 14 shows the material composition (% by weight) used for each member of the gas turbine of this embodiment. Table 1
The material shown in 2 can be used for the distant piece, the last stage of the compressor disk, the turbine spacer, and the turbine stacking bolt. All steels were smelted by the electroslag remelting method and forged and heat-treated. The casting was performed within a temperature range of 850 to 1150 ° C., and the heat treatment was performed under the conditions shown in Table 14. The microstructures of these materials are as follows: No. 10 to 15 are all tempered martensite structures;
No. 14 and No. 15 were all tempered bainite structures. No.10 is used for the distant piece and the final stage compressor disk of No.11. The former is 60mm thick.
× width 500mm × length 1000mm, the latter 1000m in diameter
m, thickness 180mm, No.7 is 1000mm diameter disk
× 180mm in thickness, No. 12 has an outer diameter of 10 as a spacer
No. 13 has a diameter of 40 mm, length of 500 mm and steel of No. 13 as a stacking bolt for either a turbine or a compressor. Bolts were also manufactured. Nos. 14 and 15 were forged to a diameter of 250 mm and a length of 300 as a turbine stub shaft and a compressor stub shaft, respectively. Further, the alloy of No. 14 was added to the compressor disk 6
No. 15 was used for the compressor disk 6 from the first stage to the 12th stage. These were all manufactured to the same size as the turbine disk. After heat treatment, the test piece was No. 13 from the center of the sample.
, Except in the direction perpendicular to the axis (longitudinal) direction.
In this example, a test piece was taken in the longitudinal direction.

【0253】[0253]

【表14】 [Table 14]

【0254】表13はその室温引張、20℃Vノッチシ
ャルピー衝撃およびクリープ破断試験結果を示すもので
ある。450℃×105h クリープ破断強度は一般に用
いられているラルソン−ミラー法によって求めた。
Table 13 shows the results of room temperature tensile, 20 ° C. V notch Charpy impact and creep rupture test. 450 ° C. × 10 5 h Creep rupture strength was determined by a generally used Larson-Miller method.

【0255】本発明のNo.10〜13(12Cr鋼)を
見ると、450℃,105 hクリープ破断強度が51kg
/mm2 以上、20℃Vノッチシャルピー衝撃値が7kg−
m/cm2 以上であり、高温ガスタービン用材料として必
要な強度を十分満足することが確認された。
Looking at Nos. 10 to 13 (12Cr steel) of the present invention, the creep rupture strength at 450 ° C. for 10 5 h was 51 kg.
/ Mm 2 or more, is 20 ° C. V-notch Charpy impact value 7kg-
m / cm 2 or more, and it was confirmed that the strength required as a material for a high-temperature gas turbine was sufficiently satisfied.

【0256】次にスタブシャフトのNo.14及び15
(低合金鋼)は、450℃クリープ破断強度は低いが、
引張強さが86kg/mm2 以上、20℃Vノッチシャルピ
ー衝撃値が7kg−m/cm2 以上であり、スタブシャフト
として必要な強度(引張強さ≧81kg/mm2 ,20℃ノ
ッチシャルピー衝撃値≧5kg−m/cm2)を十分満足する
ことが確認された。
Next, the stub shaft Nos. 14 and 15
(Low alloy steel) has low creep rupture strength at 450 ° C,
Tensile strength of 86 kg / mm 2 or more, 20 ° C V notch Charpy impact value of 7 kg-m / cm 2 or more, strength required for stub shaft (tensile strength ≧ 81 kg / mm 2 , 20 ° C notch Charpy impact value ≧ 5 kg-m / cm 2 ).

【0257】[0257]

【表15】 [Table 15]

【0258】ディスタントピースの温度及び最終段のコ
ンプレッサーディスクの温度は最高450℃となる。前
者は25〜30mm及び後者は40〜70mmの肉厚が好ま
しい。タービン及びコンプレッサーディスクはいずれも
中心に貫通孔が設けられる。タービンディスクには貫通
孔に圧縮残留応力が形成される。
The temperature of the distant piece and the temperature of the final stage compressor disk are 450 ° C. at the maximum. The former preferably has a thickness of 25 to 30 mm, and the latter has a thickness of 40 to 70 mm. Each of the turbine and the compressor disk is provided with a through hole at the center. A compressive residual stress is formed in the through hole in the turbine disk.

【0259】タービンブレード,ノズル,燃焼器ライ
ナ,コンプレッサーブレード,ノズル,シュラウドセグ
メント,ダイヤフラムは表16に示す各合金を用いた。
The alloys shown in Table 16 were used for the turbine blade, nozzle, combustor liner, compressor blade, nozzle, shroud segment, and diaphragm.

【0260】前述の様に、タービンディスクを冷却する
ことによって強化に対して合金元素を低い含有量に押え
たマルテンサイト鋼を使用できることから高い靭性を有
するので、起動・停止運転に際して急速な起動と停止を
行うことができ、起動停止時の時間を短縮できる。
As described above, by cooling the turbine disk, it is possible to use a martensitic steel in which the content of alloying elements is reduced to a low level for strengthening, so that the steel has high toughness. Stopping can be performed, and the time when starting and stopping can be reduced.

【0261】以上の材料の組合わせによって構成した本
発明のガスタービンは、定格出力150MW,定格回転
数3600rpm,圧縮比3.7、初段ノズル入口のガス温
度約1260℃で、34.5% の熱効率(LHV)が得
られる。
The gas turbine of the present invention constituted by a combination of the above materials has a rated output of 150 MW, a rated rotational speed of 3600 rpm, a compression ratio of 3.7, a gas temperature of about 1260 ° C. at the inlet of the first stage nozzle, and a 34.5% Thermal efficiency (LHV) is obtained.

【0262】[0262]

【表16】 [Table 16]

【0263】また、本実施例のタービンディスク13を
表17に示すマルテンサイト鋼を用いることができる。
Further, for the turbine disk 13 of this embodiment, martensitic steel shown in Table 17 can be used.

【0264】[0264]

【表17】 [Table 17]

【0265】本実施例記載のガスタービンに対し、実施
例1に記載の高低圧一体型蒸気タービンとを組合せたコ
ンバインド発電により、発電端熱効率は約47%であっ
た。尚、高低圧一体型蒸気タービンの主な仕様は、蒸気
温度が538℃、最終段動翼の翼部長さが33.5 イン
チである。
With the combined use of the gas turbine described in the present embodiment and the high / low pressure integrated steam turbine described in the first embodiment, the power generation end thermal efficiency was about 47%. The main specifications of the high and low pressure integrated steam turbine are a steam temperature of 538 ° C. and a blade length of the last stage rotor blade of 33.5 inches.

【0266】[0266]

【発明の効果】本発明によれば、高強度マルテンサイト
鋼が得られ、タービンノズル入り口温度1400〜16
50℃での各種温度のガスタービン用タービンディスク
に採用することにより、LHV表示で37%以上の高効
率ガスタービンを得ることができる。更に、適切な材料
からなるロータシャフト,最終段ブレードとの組合せか
らなる高中低圧一体型蒸気タービンと組合せによって発
電のHHV熱効率50%以上のコンバインド発電システ
ムが達成できる。
According to the present invention, high-strength martensitic steel can be obtained, and the inlet temperature of the turbine nozzle is 1400 to 16
By adopting the turbine disk for a gas turbine at various temperatures of 50 ° C., a highly efficient gas turbine having an LHV display of 37% or more can be obtained. Further, a combined power generation system with an HHV heat efficiency of 50% or more for power generation can be achieved by combining with a high, medium and low pressure integrated steam turbine composed of a combination of a rotor shaft made of an appropriate material and a final stage blade.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】水蒸気冷却によるコンバインド発電システム構
成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of a combined power generation system using steam cooling.

【図2】水蒸気冷却によるガスタービンの回転部断面
図。
FIG. 2 is a sectional view of a rotating part of a gas turbine by steam cooling.

【図3】クリープ破断強度を示す線図。FIG. 3 is a diagram showing creep rupture strength.

【図4】FATTとNi量との関係を示す線図。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between FATT and Ni content.

【図5】FATTとW量との関係を示す線図。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between FATT and W amount.

【図6】衝撃値とNi量との関係を示す線図。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an impact value and an amount of Ni.

【図7】衝撃値とNi量との関係を示す線図。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an impact value and an amount of Ni.

【図8】高中低圧一体型蒸気タービンの平面図。FIG. 8 is a plan view of a high, medium and low pressure integrated steam turbine.

【図9】高中低圧一体型蒸気タービン用ロータシャフト
の平面図。
FIG. 9 is a plan view of a rotor shaft for a high, medium and low pressure integrated steam turbine.

【図10】蒸気タービン用長翼の斜視図。FIG. 10 is a perspective view of a long blade for a steam turbine.

【図11】図10の蒸気タービン用長翼の側面図。FIG. 11 is a side view of the long blade for the steam turbine of FIG. 10;

【図12】クローズド空気冷却によるコンバインド発電
システム構成図。
FIG. 12 is a configuration diagram of a combined power generation system using closed air cooling.

【図13】空気冷却によるガスタービンの回転部断面
図。
FIG. 13 is a sectional view of a rotating part of a gas turbine by air cooling.

【図14】水蒸気冷却によるコンバインド発電システム
構成図。
FIG. 14 is a configuration diagram of a combined power generation system using steam cooling.

【図15】空気冷却によるガスタービンの回転部断面
図。
FIG. 15 is a sectional view of a rotating part of a gas turbine by air cooling.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…タービンロータ、2…圧縮機ロータ、11,12,
13…タービンディスク、18…スペーサ、51…初段
ブレード、52…第2段ブレード、53…第3段ブレー
ド、81…初段ノズル、82…第2段ノズル、83…第
3段ノズル。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Turbine rotor, 2 ... Compressor rotor, 11, 12,
13: turbine disk, 18: spacer, 51: first stage blade, 52: second stage blade, 53: third stage blade, 81: first stage nozzle, 82: second stage nozzle, 83: third stage nozzle.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 重義 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 平賀 良 東京都千代田区神田駿河台四丁目6番地 株式会社日立製作所内 (72)発明者 小野田 武志 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 Fターム(参考) 3G002 AA02 AA11 AB00 EA06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Shigeyoshi Nakamura 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Ryo Hiraga 4-6-Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo Address Hitachi, Ltd. (72) Inventor Takeshi Onoda 3-1-1, Sachimachi, Hitachi-shi, Ibaraki F-term in Hitachi, Ltd. Hitachi Plant F-term (reference) 3G002 AA02 AA11 AB00 EA06

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】重量で、C0.05〜0.20%,Si0.
5%以下,Mn0.6%以下,Ni0.5〜4.0%,C
r8〜13%,Mo4%以下,V0.1〜0.4%,Nb
0.06〜0.25%,Co1〜5%及びN0.025〜0.
125% を含むマルテンサイト鋼からなり、450
℃,10万時間クリープ破断強度が50kg/mm2 以上で
あり、該クリープ破断強度に対して500℃,10万時
間クリープ破断強度がその70%以上であることを特徴
とする高強度マルテンサイト鋼。
(1) 0.05 to 0.20% by weight of C, 0.2% by weight of Si
5% or less, Mn 0.6% or less, Ni 0.5 to 4.0%, C
r 8 to 13%, Mo 4% or less, V 0.1 to 0.4%, Nb
0.06 to 0.25%, Co 1 to 5% and N 0.025 to 0.2.
Consists of martensitic steel containing 125%
High strength martensitic steel having a creep rupture strength at 100 ° C. for 100,000 hours of 50 kg / mm 2 or more and a creep rupture strength at 500 ° C. for 100,000 hours of 70% or more of the creep rupture strength. .
【請求項2】重量で、C0.05〜0.20%,Si0.
5%以下,Mn0.6%以下,Ni0.5〜4.0%,C
r8〜13%,Mo4%以下,V0.1〜0.4%,Nb
0.06〜0.25%,Co1〜5%,N0.025〜0.1
25%,酸素0.020%以下及び水素0.003% 以
下を有することを特徴とする高強度マルテンサイト鋼。
2. 0.05 to 0.20% of C, 0.2% of Si by weight.
5% or less, Mn 0.6% or less, Ni 0.5 to 4.0%, C
r 8 to 13%, Mo 4% or less, V 0.1 to 0.4%, Nb
0.06 to 0.25%, Co 1 to 5%, N 0.025 to 0.1
A high-strength martensitic steel comprising 25%, oxygen of 0.020% or less and hydrogen of 0.003% or less.
【請求項3】重量で、C0.05〜0.20%,Si0.
5%以下,Mn0.6%以下,Ni0.5〜4.0%,C
r8〜13%,Mo4%以下,W1〜5%,V0.1〜
0.4%,Nb0.06〜0.25%,Co1〜5%及び
N0.025〜0.125%を有し、前記(W/Mo)比
が2〜5であることを特徴とする高強度マルテンサイト
鋼。
3. The composition according to claim 1, wherein the content of C is 0.05 to 0.20% and the content of Si is 0.2.
5% or less, Mn 0.6% or less, Ni 0.5 to 4.0%, C
r8-13%, Mo4% or less, W1-5%, V0.1-
0.4%, Nb 0.06 to 0.25%, Co 1 to 5% and N 0.025 to 0.125%, and the (W / Mo) ratio is 2 to 5. Strength martensitic steel.
【請求項4】重量で、C0.05〜0.20%,Si0.
5%以下,Mn0.6%以下,Ni0.5〜4.0%,C
r8〜13%,Mo0.2〜1.0%未満,W1〜5%,
V0.1〜0.4%,Nb0.06〜0.25%,Co1〜
5%及びN0.025〜0.125%を有することを特徴
とする高強度マルテンサイト鋼。
4. The composition according to claim 1, wherein the content of C is 0.05 to 0.20% and the content of Si is 0.2%.
5% or less, Mn 0.6% or less, Ni 0.5 to 4.0%, C
r8 to 13%, Mo 0.2 to less than 1.0%, W1 to 5%,
V0.1-0.4%, Nb0.06-0.25%, Co1-
High strength martensitic steel characterized by having 5% and N 0.025-0.125%.
【請求項5】請求項1又は2において、重量で、W1〜
5%及びB0.0005〜0.01%の少なくとも一方を
有することを特徴とする高強度マルテンサイト鋼。
5. The method according to claim 1, wherein W1 to W1 is used.
A high-strength martensitic steel having at least one of 5% and B 0.0005 to 0.01%.
【請求項6】請求項3において、B0.0005〜0.0
1重量%を有することを特徴とする高強度マルテンサイ
ト鋼。
6. The method according to claim 3, wherein B is 0.0005 to 0.0.
High strength martensitic steel characterized by having 1% by weight.
【請求項7】請求項1〜6のいずれかに記載のマルテン
サイト鋼よりなることを特徴とするガスタービン用ター
ビンディスク。
7. A turbine disk for a gas turbine, comprising the martensitic steel according to any one of claims 1 to 6.
【請求項8】圧縮機と、燃焼器と、タービンディスクに
固定された3段以上のタービンブレードと、該タービン
ブレードに対応して設けられたタービンノズルとを備え
た発電用ガスタービンにおいて、前記タービンディスク
は請求項7に記載のタービンディスクによって構成され
る発電用ガスタービン。
8. A gas turbine for power generation comprising a compressor, a combustor, three or more stages of turbine blades fixed to a turbine disk, and turbine nozzles provided corresponding to the turbine blades. A gas turbine for power generation comprising a turbine disk according to claim 7.
【請求項9】高速で流れる燃焼ガスによって駆動される
ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスのエネルギー
によって水蒸気を得る排熱回収ボイラと、高低圧一体型
蒸気タービン及びガスタービンによって発電機を駆動す
るコンバインド発電システムにおいて、前記ガスタービ
ンは請求項8に記載の発電用ガスタービンによって構成
されることを特徴とするコンバインド発電システム。
9. A gas turbine driven by combustion gas flowing at a high speed, an exhaust heat recovery boiler for obtaining steam by the energy of exhaust gas from the gas turbine, and a generator driven by a high / low pressure integrated steam turbine and the gas turbine. A combined power generation system, wherein the gas turbine includes the gas turbine for power generation according to claim 8.
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