JP2000356103A - Gas turbine, disc for gas turbine and heat resisting steel - Google Patents

Gas turbine, disc for gas turbine and heat resisting steel

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JP2000356103A
JP2000356103A JP11166341A JP16634199A JP2000356103A JP 2000356103 A JP2000356103 A JP 2000356103A JP 11166341 A JP11166341 A JP 11166341A JP 16634199 A JP16634199 A JP 16634199A JP 2000356103 A JP2000356103 A JP 2000356103A
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JP
Japan
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less
turbine
compressor
stage
temperature
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Japanese (ja)
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Masahiko Arai
将彦 新井
Shigeyoshi Nakamura
重義 中村
Masao Shiga
正男 志賀
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide high-temperature strength and to improve the toughness after high-temperature, long-time heating by using a martensite steel having tensile strength at room temperature, creep rupture strength, V-notch Charpy impact value of specified values for the component of a gas turbine. SOLUTION: In this gas turbine having a three-stage blade having closed steam cooling system, its components, for example, turbine discs 11-13, a turbine spacer 18, a compressor disc or the like are formed of a martensite steel having a tensile strength at room temperature of 120 kg/mm2 or more, a 105-hr creep rupture strength at 500 deg.C of 35 kg/mm2 or more and a V-notch Charpy impact value at 25 deg.C after heating at 540 deg.C for 103 hrs of 2 kg-m/cm2 or more. The martensite steel used has the composition consisting of 0.5-0.35 wt.% of C, 0.5 wt.% or more of Si, 0.5 wt.% or more of Mn, 8-13 wt.% or more of Cr, 1.5-4 wt.% of Mo, 2-3.5 wt.% of Ni, and 0.50-0.35 wt.% of V.

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】本発明は新規なガスタービ
ン,ガスタービン用ディスク及び高強度耐熱鋼に関す
る。
The present invention relates to a novel gas turbine, a disk for a gas turbine, and a high-strength heat-resistant steel.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、ガスタービン用ディスクには、C
r−Mo−V鋼,12Cr−Mo−Ni−V−N鋼が使
用されている。
2. Description of the Related Art Currently, gas turbine disks include C
r-Mo-V steel and 12Cr-Mo-Ni-VN steel are used.

【0003】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。高効率発電をするこ
とで化石燃料の節約,排出ガスの発生量を抑えることが
可能となり、地球環境保全に貢献できる。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。ガス温度を1300℃級から1500℃級に
高めることにより、大幅な効率向上が期待できる。
In recent years, it has been desired to improve the thermal efficiency of gas turbines from the viewpoint of energy saving. High-efficiency power generation can save fossil fuels and reduce the amount of exhaust gas generated, contributing to global environmental conservation. Increasing gas temperature and pressure is the most effective means for improving thermal efficiency. By increasing the gas temperature from the 1300 ° C. class to the 1500 ° C. class, a significant improvement in efficiency can be expected.

【0004】しかし、これらの高温・高圧化に伴い、従
来のCr−Mo−V鋼,12Cr−Mo−Ni−V−N
鋼では強度不足で、より強度の高い材料が必要である。
強度と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Cr−Mo−V
鋼より高い構造材料としてオーステナイト鋼,Ni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。熱間加工性,切削性及び振動減衰特性等の点でN
i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ほ
ど高くないこと、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58−110661号公報,特開昭60−
138054 号公報,特公昭46−279号公報等が知られてい
る。しかし、これらの材料は400〜450℃で必ずし
も高いクリープ破断強度が得られず、更に高温で長時間
加熱後の靭性が低く、タービンディスクとして使用でき
ず、ガスタービンの効率向上は得られない。特公平5-63
544号公報及び特開平4−120246号公報では400〜45
0℃のクリープ破断強度を高め、高温長時間加熱後の靭
性低下を抑制した耐熱鋼を提供しているが、450〜5
00℃では必ずしも高いクリープ破断強度が得られず、
より高効率の高温ガスタービンディスクとしては使用で
きない。
However, with the increase in temperature and pressure, conventional Cr-Mo-V steel and 12Cr-Mo-Ni-VN
Steel lacks strength and requires stronger materials.
Creep rupture strength, which greatly affects high temperature properties, is required as strength. Creep rupture strength is Cr-Mo-V
Austenitic steel, Ni-based alloy, Co-based alloy, martensitic steel and the like are generally known as structural materials higher than steel. N in terms of hot workability, machinability and vibration damping characteristics
i-based alloys and Co-based alloys are undesirable. Further, 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, Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
Japanese Patent Publication No. 138054 and Japanese Patent Publication No. 46-279 are known. However, these materials do not always provide high creep rupture strength at 400 to 450 ° C., have low toughness after long-time heating at high temperatures, cannot be used as turbine disks, and cannot improve the efficiency of gas turbines. Tokuhei 5-63
No. 544 and Japanese Unexamined Patent Publication No.
A heat-resistant steel having a 0 ° C. creep rupture strength and a reduced toughness after heating at a high temperature for a long time is provided.
At 00 ° C, high creep rupture strength is not necessarily obtained,
It cannot be used as a more efficient hot gas turbine disk.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、ガスタ
ービンの高温・高圧化に対して従来の単に強度の高い材
料を用いるだけではガス温度の上昇はできない。一般に
強度を向上させると靭性が低下する。
As described above, the gas temperature cannot be increased simply by using a conventional high-strength material for increasing the temperature and pressure of a gas turbine. Generally, increasing the strength lowers the toughness.

【0006】本発明の目的はより高温度に対応できるガ
スタービンとそのタービン用ディスク及び高温強度と高
温長時間加熱後に高い靭性を兼ね備えた耐熱鋼を提供す
るにある。
It is an object of the present invention to provide a gas turbine capable of coping with higher temperatures, a disk for the turbine, and a heat-resistant steel having high strength and high toughness after high-temperature heating for a long time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、タービンタブ
シャフトと、該シャフトにタービンスタッキングボルト
によって互いにタービンスペーサを介して連結された複
数個のタービンローターと、該ローターに植込まれ燃焼
器によって発生した高温の燃焼ガスによって回転するタ
ービンブレードと、前記ローターに連結されたディスタ
ントピースと、該ディスタントピースに連結された複数
個のコンプレッサローターと、該ローターに植込まれ空
気を圧縮するコンプレッサブレードと、前記コンプレッ
サローターに連結されたコンプレッサスタブシャフトを
備えたガスタービンにおいて、前記タービンディスク,
ディスタントピース,タービンスペーサ,コンプレッサ
ローターの最終段及びタービンスタッキングボルトの少
なくとも1つが、室温の引張強さが120kg/mm2
上,500℃で105 時間クリープ破断強度が35kg/
mm2 以上及び540℃で103 時間加熱後の25℃のV
ノッチシャルピー衝撃値が2kg−m/cm2 以上であるマ
ルテンサイト鋼からなることを特徴とするガスタービン
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a turbine tub shaft, a plurality of turbine rotors connected to the shaft by turbine stacking bolts via turbine spacers, and a combustor implanted in the rotor. A turbine blade that is rotated by the generated high-temperature combustion gas, a distant piece connected to the rotor, a plurality of compressor rotors connected to the distant piece, and a compressor that is implanted in the rotor and compresses air A gas turbine comprising a blade and a compressor stub shaft connected to the compressor rotor, wherein the turbine disk,
At least one of the distant piece, the turbine spacer, the final stage of the compressor rotor, and the turbine stacking bolt has a room temperature tensile strength of 120 kg / mm 2 or more, and a creep rupture strength of 35 kg / cm 2 at 500 ° C. for 10 5 hours.
mm 2 or more and V at 25 ° C after heating at 540 ° C for 10 3 hours
A gas turbine comprising a martensitic steel having a notch Charpy impact value of 2 kg-m / cm 2 or more.

【0008】本発明は、前記タービンローター,ディス
タントピース,タービンスペーサ,最終段のコンプレッ
サローター及びタービンスタッキングボルトの少なくと
も1つが重量で、C0.15〜0.35%,Si0.5%
以下,Mn0.5%以下,Cr8〜13%,Mo1.5〜
4%,Ni2〜3.5%,V0.05〜0.35%、Nb
及びTaの1種又は2種の合計量が0.02〜0.3%及
びN0.02〜0.1%を含み、前記(C/Nb)比
(y)が前記Nb量(x)との関係(y=−20x+
3.5)によって求められる値以上であるマルテンサイト
鋼からなることを特徴とする。
According to the present invention, at least one of the turbine rotor, the distant piece, the turbine spacer, the final stage compressor rotor and the turbine stacking bolt is C 0.15 to 0.35%, and Si 0.5%.
Below, Mn 0.5% or less, Cr 8-13%, Mo 1.5-
4%, Ni2-3.5%, V0.05-0.35%, Nb
And the total amount of one or two of Ta includes 0.02 to 0.3% and N 0.02 to 0.1%, and the (C / Nb) ratio (y) is the same as the Nb amount (x). (Y = −20x +
It is characterized by being composed of a martensitic steel having a value not less than the value obtained in 3.5).

【0009】本発明は、前記タービンローター,ディス
タントピース,タービンスペーサ,コンプレッサロータ
ーの最終段及びタービンスタッキングボルトの少なくと
も1つが、重量で、C0.15〜0.35%,Si0.5
%以下,Mn0.5%以下,Cr8〜13%,Mo1.5
〜4%,Ni2〜3.5%,V0.05〜0.35%、N
b及Taの1種又は2種の合計量が0.02〜0.3%及
びN0.02〜0.1%と、W1%以下,Co0.5以
下,Cu0.5%以下,B0.01%以下,Ti0.5%以
下,Al0.3以下,Zr0.1%以下,Hf0.1%以
下,Ca0.01%以下,Mg0.01以下,Y0.01
% 以下及び希土類元素0.01%以下の少なくとも1種
を含み、前記(C/Nb)比(y)が前記Nb量(x)
との関係(y=−20x+3.5 )によって求められる
値以上であるマルテンサイト鋼からなることを特徴とす
る。
According to the present invention, at least one of the turbine rotor, the distant piece, the turbine spacer, the last stage of the compressor rotor and the turbine stacking bolt is C 0.15 to 0.35% by weight and Si 0.5.
%, Mn 0.5% or less, Cr 8-13%, Mo 1.5
-4%, Ni2-3.5%, V 0.05-0.35%, N
The total amount of one or two of b and Ta is 0.02 to 0.3% and N is 0.02 to 0.1%, W1% or less, Co0.5 or less, Cu0.5% or less, B0.01. % Or less, Ti 0.5% or less, Al 0.3 or less, Zr 0.1% or less, Hf 0.1% or less, Ca 0.01% or less, Mg 0.01 or less, Y 0.01 or less
% Or less and rare earth elements of 0.01% or less, and the (C / Nb) ratio (y) is equal to the Nb amount (x).
(Y = −20x + 3.5) or more.

【0010】更に、本発明は前述のマルテンサイト鋼か
らなることを特徴とするガスタービン用ディスク及びそ
の鋼からなることを特徴とする耐熱鋼にある。
Further, the present invention resides in a gas turbine disk comprising the above-mentioned martensitic steel and a heat-resistant steel comprising the steel.

【0011】本発明は、重量で、C0.15〜0.35
%,Si0.5%以下,Mn0.5%以下,Cr8〜13
%,Mo1.5〜4%,Ni2〜3.5%,V0.05〜
0.35%、Nb及Taの1種又は2種の合計量が0.0
2〜0.3%及びN0.02〜0.1%を含むマルテンサイ
ト鋼、更にこれにW1%以下,Co0.5以下,Cu0.
5%以下,B0.01%以下,Ti0.5%以下,Al
0.3以下,Zr0.1%以下,Hf0.1%以下,Ca
0.01%以下,Mg0.01以下,Y0.01%以下及
び希土類元素0.01% 以下の少なくとも1種を含むマ
ルテンサイト鋼よりなり、前述の引張強さ,クリープ破
断強度及び加熱脆化後の衝撃値を有するものであること
を特徴とするガスタービン,ガスタービン用ディスク及
び耐熱鋼にある。本発明は、重量で、C0.21〜0.3
5%,Si0.5%以下,Mn0.5%以下,Cr8〜1
3%,Mo1.5〜4%,Ni2〜3.5%,V0.05
〜0.35%、Nb及Taの1種又は2種の合計量が0.
02〜0.3%及びN0.02〜0.1%を含むマルテンサ
イト鋼、更にこれにW1%以下,Co0.5%以下,C
u0.5%以下,B0.01%以下,Ti0.5%以下,A
l0.3%以下,Zr0.1%以下,Hf0.1%以下,
Ca0.01%以下,Mg0.01%以下,Y0.01%
以下及び希土類元素0.01% 以下の少なくとも1種を
含むマルテンサイト鋼よりなり、好ましくは前述の引張
強さ,クリープ破断強度及び加熱脆化後の衝撃値を有す
るものであること又は前述のC量とNb量との特定の関
係を有することを特徴とするガスタービン,ガスタービ
ン用ディスク及び耐熱鋼にある。
[0011] The present invention relates to a method for producing C 0.15 to 0.35 by weight.
%, Si 0.5% or less, Mn 0.5% or less, Cr 8-13
%, Mo 1.5 to 4%, Ni 2 to 3.5%, V 0.05 to 5%
0.35%, the total amount of one or two of Nb and Ta is 0.0
Martensitic steel containing 2 to 0.3% and N 0.02 to 0.1%, further containing W 1% or less, Co 0.5 or less, Cu 0.5 or less.
5% or less, B 0.01% or less, Ti 0.5% or less, Al
0.3 or less, Zr 0.1% or less, Hf 0.1% or less, Ca
A martensitic steel containing at least one of 0.01% or less, Mg 0.01 or less, Y 0.01% or less and a rare earth element 0.01% or less, and has the above-described tensile strength, creep rupture strength and after heat embrittlement. Gas turbine, gas turbine disk, and heat-resistant steel, characterized by having an impact value of: The invention is based on C 0.21-0.3 by weight.
5%, Si 0.5% or less, Mn 0.5% or less, Cr 8-1
3%, Mo 1.5 to 4%, Ni 2 to 3.5%, V 0.05
~ 0.35%, the total amount of one or two of Nb and Ta is 0.3%.
Martensitic steel containing 0.2-0.3% of N and 0.02-0.1% of N, and further containing 1% or less of W, 0.5% or less of Co, C
u 0.5% or less, B 0.01% or less, Ti 0.5% or less, A
l0.3% or less, Zr 0.1% or less, Hf 0.1% or less,
Ca 0.01% or less, Mg 0.01% or less, Y 0.01%
And a martensitic steel containing at least one kind of rare earth element of 0.01% or less, preferably having the above-mentioned tensile strength, creep rupture strength and impact value after heat embrittlement or the above-mentioned C A gas turbine, a gas turbine disk, and heat-resistant steel having a specific relationship between the amount of Nb and the amount of Nb.

【0012】ガスタービンディスク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
同時に疲労強度が高くなければならない。そのためにガ
スタービンディスク材の金属組織は、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とするのが好ましい。
A gas turbine disk must have high tensile strength and high fatigue strength in order to withstand high centrifugal stress and vibration stress due to high-speed rotation. For this reason, the metal structure of the gas turbine disk material preferably has a fully tempered martensitic structure, since the presence of harmful δ ferrite significantly reduces the fatigue strength.

【0013】本発明に係る鋼は、次式で計算されるCr
当量 Cr当量=Cr+6Si+4Mo+1.5W+11V+
5Nb−40C−30N−30B−2Mn−4Ni−2
CO+2.5Ta 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 according to the present invention has a Cr content calculated by the following equation:
Equivalent Cr equivalent = Cr + 6Si + 4Mo + 1.5W + 11V +
5Nb-40C-30N-30B-2Mn-4Ni-2
It is preferable that the components are adjusted so that CO + 2.5 Ta becomes 10 or less and that the δ ferrite phase is not substantially contained.

【0014】ガスタービンディスク材の引張強さは12
0kgf/mm2以上、好ましくは123kgf/mm2以上及び5
00℃,105 時間クリープ破断強度は42kgf/mm2
上が好ましい。
The tensile strength of the gas turbine disk material is 12
0 kgf / mm 2 or more, preferably 123kgf / mm 2 or more and 5
00 ° C., 10 5 h creep rupture strength is 42kgf / mm 2 or more.

【0015】本発明材の成分範囲限定理由について説明
する。Cは高い引張強さを得るために0.15% 以上必
要である。あまりCを多くすると、靭性を低下させるの
で0.35% 以下にする。特に、0.17〜0.33%が
好ましく、より0.20〜0.30%が好ましい。更に、
0.21〜0.30%が好ましい。
The reason for limiting the component range of the material of the present invention will be described. C is required to be 0.15% or more in order to obtain high tensile strength. If C is too large, the toughness is reduced, so the content is made 0.35% or less. In particular, it is preferably from 0.17 to 0.33%, more preferably from 0.20 to 0.30%. Furthermore,
0.221 to 0.30% is preferred.

【0016】Siは脱酸剤、Mnは脱硫・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、0.50% 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再溶解法などによれ
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0.05%以下が好ましい。
Si is a deoxidizing agent, and Mn is a desulfurizing and 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 0.55% or less is preferable. In addition, according to the carbon vacuum deoxidation method, the electroslag re-dissolution method, or the like, there is no need to add Si, and it is preferable to add no Si. In particular,
0.10% or less, more preferably 0.05% or less.

【0017】少量のMn添加は靭性を向上するが多量の
添加は靭性を低下させるので、0.5%以下であり、0.3
3% 以下が好ましい。特に、Mnは脱硫剤として有効
なので、靭性向上の点から0.30%以下、特に0.25
%以下、より0.20% 以下が好ましい。0.05%以
上、好ましくは0.1%以上含有させることは靭性の点
から好ましい。
The addition of a small amount of Mn improves the toughness, but the addition of a large amount decreases the toughness.
It is preferably at most 3%. In particular, since Mn is effective as a desulfurizing agent, 0.30% or less, especially 0.25%, from the viewpoint of improving toughness.
% Or less, more preferably 0.20% or less. It is preferable to contain 0.05% or more, preferably 0.1% or more from the viewpoint of toughness.

【0018】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高温強度が不十分なので、C
rは8〜13%が好ましい。特に強度の点から10.5
〜12.8%が、より11〜12.5% が好ましい。
[0018] Cr enhances the corrosion resistance and tensile 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, so that C
r is preferably 8 to 13%. Especially 10.5 from the point of strength
1212.8%, more preferably 11-12.5%.

【0019】Moは固溶強化及び炭化物・窒化物析出強
化作用によってクリープ破断強度を高める効果がある。
Moは1.5% 以下ではクリープ破断強度向上効果が不
十分であり、4%以上になるとδフェライト生成原因に
なるので1.5〜4.0%が好ましい。特に、1.7〜3.
5%、より1.9〜3.0%が好ましい。なお、W及びC
oもMoと同じ様な効果があり、より高強度化のために
上限で同等の含有量まで含有させることができる。
Mo has the effect of increasing the creep rupture strength by solid solution strengthening and carbide / nitride precipitation strengthening.
If the Mo content is less than 1.5%, the effect of improving the creep rupture strength is insufficient, and if the Mo content is more than 4%, δ ferrite is formed. In particular, 1.7 to 3.
5%, more preferably 1.9 to 3.0%. Note that W and C
o also has the same effect as Mo, and can be contained up to the same content at the upper limit for higher strength.

【0020】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、V0.35
%,Nb0.3% 以下がδフェライト生成の抑制から好
ましい。特にVは0.15〜0.30%、より0.20〜
0.30%、Nbは0.10〜0.30%、より0.12〜
0.22% が好ましい。Nbの代わりにTaを全く同様
に添加でき、複合添加においても合計量で同様の含有量
とすることができる。
V and Nb precipitate carbides to increase tensile strength and also have an effect of improving toughness. V 0.05%, Nb
If the content is less than 0.02%, the effect is insufficient.
%, Nb 0.3% or less is preferable from the viewpoint of suppressing the formation of δ ferrite. In particular, V is 0.15 to 0.30%, more preferably 0.20 to
0.30%, Nb is 0.10% to 0.30%, more than 0.12%
0.22% is preferred. Ta can be added in exactly the same manner as in place of Nb, and the total content can be made the same in the case of composite addition.

【0021】Niは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。この効果は、Ni2%以下
では不十分で、3.5% を超える添加で効果が飽和す
る。特に、2.3〜3.2%が好ましい。
Ni enhances the low-temperature toughness and has the effect of preventing the formation of δ ferrite. This effect is insufficient when Ni is less than 2%, and the effect is saturated when added over 3.5%. In particular, 2.3 to 3.2% is preferable.

【0022】Nはクリープ破断強度の向上及びδフェラ
イトの生成防止に効果があるが0.02%未満ではその効果
が十分でなく、0.15% を超えると靭性を低下させ
る。特に、0.04〜0.10%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, but if it is less than 0.02%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 0.15%, the toughness is reduced. In particular, excellent characteristics can be obtained in the range of 0.04 to 0.10%.

【0023】Bは粒界強度を高くする作用があり、クリ
ープ破断強度を高める効果がある。0.001%以下で
はこの効果が不十分であ、0.01%を超える添加で靭
性が低下する。特に0.002〜0.008%が望まし
い。
B has the effect of increasing the grain boundary strength and has the effect of increasing the creep rupture strength. If the content is less than 0.001%, this effect is insufficient, and if the content exceeds 0.01%, the toughness decreases. In particular, 0.002 to 0.008% is desirable.

【0024】Si,P及びSの低減は、クリープ破断強
度を損なわず、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Si 0.5
0%以下、好ましくは0.1%以下,P0.015%以
下,S0.015% 以下が好ましい。特に、Si0.0
5%以下,P0.010%以下,S0.010% 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 creep rupture strength, and it is desirable to reduce as much as possible. From the viewpoint of improving low-temperature toughness, Si 0.5
0% or less, preferably 0.1% or less, P 0.015% or less, and S0.015% or less. In particular, Si 0.0
5% or less, P0.010% or less, S0.010% or less are desirable.

【0025】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,S
n0.01%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 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.
n is limited to 0.01% or less and As is 0.02% or less.
In particular, Sb 0.001 or less, Sn 0.005%, and As 0.005%.
01% or less is desirable.

【0026】さらに、本発明においては、Mn/Ni比
を0.11以下にすること、又Ti,Zr,Hf,Ta等
のMC炭化物形成元素を1種又は2種,3種,4種の各
々の組合せで合計で0.5% 以下含むものが好ましい。
Further, in the present invention, the Mn / Ni ratio is set to 0.11 or less, and one, two, three or four types of MC carbide forming elements such as Ti, Zr, Hf and Ta are used. It is preferable that each combination contains not more than 0.5% in total.

【0027】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
1150℃に均一加熱し、急冷し(好ましくは油冷また
ま水噴霧)、次いで540〜600℃の温度に加熱保持
・冷却し(第1次焼戻し)、次いで550〜650℃の
温度に加熱保持・冷却し(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。第2次
焼戻しは第1次焼戻し温度より高い温度とするものであ
る。焼入れにあたっては、Ms点直上の温度に止めるこ
とが焼き割れを防止する点で好ましい。具体的温度は1
50℃以上に止めるのが良い。第1次焼戻しはその温度
より加熱する。
In the heat treatment of the material of the present invention, the material is first uniformly heated to a temperature sufficient to transform into austenite at a minimum of 1000 ° C. and a maximum of 1150 ° C., quenched (preferably oil-cooled or sprayed with water), and then 540-500 ° C. It is preferable to heat and hold and cool to a temperature of 600 ° C (first tempering), and then heat and hold and cool to a temperature of 550 to 650 ° C (second tempering) to obtain a fully tempered martensite structure. The second tempering is performed at a temperature higher than the first tempering temperature. In quenching, it is preferable to stop the temperature just above the Ms point in order to prevent quenching cracks. The specific temperature is 1
It is better to stop at 50 ° C or higher. The first tempering heats from that temperature.

【0028】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前述のマルテンサイト鋼よ
りなることを特徴とする。
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. It has an air cooling system for cooling over, and the turbine disk is made of the aforementioned martensitic steel.

【0029】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前述のマルテンサイト
鋼よりなることを特徴とする。
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, a steam cooling system for cooling the turbine disk with steam from the trunk to the turbine blades, The turbine disk is made of the aforementioned martensite steel.

【0030】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
前述のマルテンサイト鋼よりなることを特徴とする。
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. And an air cooling system for cooling the second and third stage turbine nozzles with air, wherein the turbine disk is made of the aforementioned martensitic steel.

【0031】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前
述のマルテンサイト鋼よりなることを特徴とする。
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. Wherein the turbine disk is made of the aforementioned martensitic steel.

【0032】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
されることを特徴とする。
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 is constituted by the gas turbine for power generation described above.

【0033】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
(538℃,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を特徴とする。
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. Are point A (515 ° C, 1200 ° C), point B (538 ° C, 1200 ° C), point C (593 ° C, 1650 ° C).
C) and point D (557 ° C., 1650 ° C.), and the gas turbine includes a compressor, a combustor,
Three or more stages of turbine blades fixed to a turbine disk, and three turbine blades provided corresponding to the turbine blades.
An air cooling system or a steam cooling system for cooling the first stage turbine nozzle and the first stage and the second stage turbine blades with air cooled by a cooler, or a steam cooling system for cooling the first stage and the second stage turbine blades with a cooler. It has an air cooling system for cooling the second and third stage turbine nozzles with air.

【0034】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前述のマルテ
ンサイト鋼よりなることを特徴とする。
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 made of the aforementioned martensitic steel.

【0035】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12
0000以上及びマルテンサイト鋼又はTi基合金よりなる
ことが好ましい。
The last stage blade of the above-mentioned high / low pressure integrated steam turbine has a blade length (inch) × rotation speed (rpm) of 12
Preferably, it is composed of 0000 or more and a martensitic steel or a Ti-based alloy.

【0036】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1400〜1650℃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1
400〜1650℃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 発電用ガスタービンは1300℃級から次世代の150
0℃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90
0℃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 present invention, at least one of the first-stage blade and the first-stage nozzle of the gas turbine may be a single crystal or a columnar crystal Ni-based with the above-mentioned gas inlet temperature of 1400 to 1650 ° C. and the above-mentioned temperature of 1300 to 1395 ° C. Preferably, it is made of an alloy. In the gas turbine, it is preferable that the second and third stage turbine blades are made of a unidirectionally solidified columnar crystal Ni-based alloy at the above-mentioned temperature of 1400 to 1650 ° C. The gas turbine is operated at the temperature 1 described above.
For 400 to 1650 ° C., the first-stage turbine blade and the first-stage turbine nozzle are made of a single crystal Ni-based alloy,
Preferably, at least one of the stage and third stage turbine blades is made of a unidirectionally solidified columnar crystal Ni-based alloy, and the second and third stage turbine nozzles are made of an equiaxed crystal Ni-based alloy. (A) Gas turbine The gas turbine for power generation is from the 1300 ° C class to the next generation 150.
In the 0 ° C class gas turbine, the metal temperature of the first stage turbine blade is increased from 700 ° C
Since the temperature is 0 ° C or higher, the service temperature of the material itself is 10 5
It is necessary that the temperature be higher than the metal temperature by 20 ° C. or more at a time of 14 kgf / mm 2 . The blades in the second and subsequent stages have a gas temperature of 50-100 ° C. lower than that of the first stage, but their metal temperature is higher than that of a gas turbine having a combustion temperature of 1300 ° C., and the material characteristics are 10 5 hours 14 kgf /
A service temperature of 600 ° C. or more to 800 ° C. or more in 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.

【0037】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.

【0038】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1500〜16
50℃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、Cr6
〜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%,W2〜1
0%,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 16 ° C.
At 50 ° 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 Cr6
88%, Mo0.5 11%, W6〜8%, Re144
%, 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 blade by weight: Cr 5 to 18%, Mo 0.3 to 5%, W2 to 1
0%, Al 2.5-6%, Ti 0.5-5%, C 0.05-
A columnar crystal Ni-base 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.

【0039】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 to 24% Cr, 18 to 23% Co, and 0.00% 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.

【0040】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.

【0041】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.

【0042】(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、Ti基合金又はマルテンサイト
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インチ以
上のものを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 blade material The long blade material according to the present invention has a blade length of 30 inches or more, preferably 40, made of a Ti-based alloy or martensitic stainless steel. It is preferable to use a diameter of not less than 43 inches, more preferably not less than 43 inches, as the last stage rotor blade of a 50-cycle high / low or high / medium / low pressure integrated steam turbine.

【0043】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インチ
以上のものを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。
The present invention further provides a final stage rotor blade comprising at least 30 inches of the aforementioned martensitic stainless steel,
It is preferable to use a steam turbine of 33 inches or more, more preferably 35 inches or more, for a high-low pressure or high-medium-low pressure integrated steam turbine for 60-cycle power generation.

【0044】前述のマルテンサイト系ステンレス鋼は、
重量比で、C0.08〜0.18%、Si0.25%以
下,Mn1.00%以下,Cr8.0〜13.0%,Ni
1.5 〜3%、好ましくは2.1を超え3%以下,Mo
1.5〜3.0%,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、又はC0.03〜0.1
%,Si0.5%以下,Mn0.5%以下,Ni2〜6
%,Cu2〜6%,Nb0.2〜0.45%及びN0.06%
以下を含むものが好ましい。
The above-mentioned martensitic stainless steel is
By weight ratio, C: 0.08 to 0.18%, Si: 0.25% or less, Mn: 1.00% or less, Cr: 8.0 to 13.0%, Ni
1.5-3%, preferably more than 2.1 and less than 3%, Mo
1.5 to 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 N0.
Containing 02 to 0.10%, or C 0.03 to 0.1%
%, Si 0.5% or less, Mn 0.5% or less, Ni 2-6
%, Cu 2-6%, Nb 0.2-0.45% and N 0.06%
Those containing the following are preferred.

【0045】前述のTi基合金は重量でAl5〜8%及
びV3〜6%を含むものが好ましい。
The above-mentioned Ti-based alloy preferably contains 5 to 8% of Al and 3 to 6% of V by weight.

【0046】更に本発明は、重量比で、C0.18〜0.
28%,Si0.1%以下,Mn0.1〜0.3%,C
r1.5〜2.5%,Ni1.5〜2.5%,Mo1〜2%
及びV0.1〜0.35%を有し、高圧部の538℃・10
5h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
35℃であるベーナイト組織を有する耐熱鋼からなるロ
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, C 0.18 to 0.1
28%, Si 0.1% or less, Mn 0.1-0.3%, C
r 1.5-2.5%, Ni 1.5-2.5%, Mo 1-2%
And V of 0.1 to 0.35%, 538 ° C.
5 h smooth and notched creep rupture strength of 13 kg / mm 2 or more,
The above-mentioned long wing having a tensile strength of 120 kg / mm 2 or more was attached to a rotor shaft made of heat-resistant steel having a bainite structure with a tensile strength of a low-pressure part of 84 kg / mm 2 or more and a fracture transition temperature of 35 ° C. High, medium and low pressure or high and low pressure integrated steam turbines are preferred.

【0047】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。具体的な翼の長さとして、33.5″,40″,
46.5″等のものを用いることができる。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,Cr25〜30%,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 at the leading edge of the blade at the last stage. Specific wing lengths are 33.5 ", 40",
46.5 "etc. The erosion preventing layer is, by weight, C0.5-1.5%, Si 1.0% or less, Mn 1.0% or less, Cr 25-30%, W2.5-2.5%.
It is preferable to use a Co-based alloy containing 6.0%.

【0048】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、前述の
Cr当量を10以下とする全焼戻しマルテンサイト組織
とするのが好ましい。
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 caused by high-speed rotation.
For this reason, the metal structure of the blade material is preferably a fully tempered martensite structure in which the Cr equivalent is 10 or less, since the presence of harmful δ ferrite significantly reduces the fatigue strength.

【0049】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。
It is preferable that the composition of the steel of the present invention is adjusted so that the Cr equivalent calculated by the above-mentioned formula becomes 10 or less, and the steel does not substantially contain a δ ferrite phase.

【0050】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 long wing material has a tensile strength of 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.

【0051】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。
Further, in order to obtain a uniform 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.

【0052】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 portion 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, it is a 3000 rpm steam turbine for power generation of 50 cycles, 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.

【0053】(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.

【0054】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 produced 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 is good. Especially 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.

【0055】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%.

【0056】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 at 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.

【0057】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。
Cr improves the hardenability at 1.5 to 2.5% and 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%.

【0058】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 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%.

【0059】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 the tempering treatment, and has an effect of improving high-temperature strength and toughness. Especially 0.20 to 0.30%, more preferably 0.2%
The range of more than 5 and 0.30% or less is preferable.

【0060】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。
When a low alloy having the above composition is melted, the toughness is improved by adding a rare earth element, Ca, Zr or Al. The rare earth element is 0.
0.5-0.4%, Ca is 0.0005-0.01%, Zr
Is preferably 0.01 to 0.2%, and Al is preferably 0.001 to 0.02%.

【0061】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, higher creep rupture strength can be obtained by controlling O 2 in the range of 5 to 25 ppm.

【0062】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.

【0063】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。
W is preferably added 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%.

【0064】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)+2.7
8〕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℃,105 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) +2.7
8] or more, the whole is heat-treated under the same conditions to obtain a high creep rupture strength of 12 kg / mm 2 or more at 538 ° C. for 10 5 hours.

【0065】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 relates to 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 13 kg / mm 2 or more at 538 ° C. and 10 5 h. 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.

【0066】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.

【0067】 ○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: cooling after heating and holding to 930 to 970 ° C. Tempering: Slow cooling after heating and holding to 570 to 670 ° C. (Tempering twice is preferable, of which one is heated and held at 650 to 670 ° C. once) The low-pressure part or the medium-low pressure part of the rotor shaft: high tensile strength and low-temperature toughness are obtained.

【0068】 ○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 at 880 to 910 ° C. Tempering: Slow cooling after heating and holding at 570 to 640 ° C. (preferably twice tempering, one of which is heated and held at 615 to 635 ° C. once) That is, in the present invention, the quenching of the high pressure side at a quenching temperature higher than that of the low pressure side is carried out so that a creep rupture time of 180 hours or more at 550 ° C. and 30 kg / mm 2 is obtained at the high pressure side. It is preferable to increase the strength and perform a gradient heat treatment on the low-pressure side such that the transition temperature at the center hole is 10 ° C. or lower than 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.

【0069】[0069]

【発明の実施の形態】〔実施例1〕表1はガスタービン
ディスク材に係る12%Cr鋼の化学組成(重量%)を
示し、残部はFeである。各試料はそれぞれ150kg真
空アーク溶解し、1150℃に加熱し鍛造して実験素材
とした。この素材に1050℃で2時間加熱後衝風冷却
を行い、冷却温度を150℃で止め、その温度より56
0℃で2時間加熱後空冷の一次焼戻しを行い、ついで5
80℃で5時間加熱後炉冷の二次焼戻しを行った。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Table 1 shows the chemical composition (% by weight) of a 12% Cr steel for a gas turbine disk material, with the balance being Fe. Each sample was melted in a vacuum arc of 150 kg, heated to 1150 ° C. and forged to obtain an experimental material. This material was heated at 1050 ° C. for 2 hours and then subjected to blast cooling. The cooling temperature was stopped at 150 ° C.
After heating at 0 ° C for 2 hours, air-cooled primary tempering was performed.
After heating at 80 ° C. for 5 hours, furnace-cooled secondary tempering was performed.

【0070】[0070]

【表1】 [Table 1]

【0071】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
実験に供した。衝撃試験は熱処理のままの材料と、54
0℃,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500℃で1
5 時間加熱された物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 collected and used for the experiment. The impact test was performed on the as-heat treated material and 54
The test was performed on the embrittled material heated at 0 ° C. for 1000 hours. This embrittlement material is 1 degree at 500 ° C according to Larson-Miller parameter.
0 is 5 hours heated ones equivalent conditions.

【0072】表2はこれら試料の機械的性質を示す。本
発明材(試料No.1,2及び8)は、高温・高圧ガスタ
ービンディスク材として要求される室温引張強さ(>1
20kgf/mm2),500℃,105 時間クリープ破断強
度(>42kgf/mm2)及び脆化処理後の20℃Vノッチ
シャルピー衝撃値(>5kgf−m/cm2)を充分満足する
事が確認された。これに対し、現用ガスタービンに使用
されている素材(試料No.7)は、高温・高圧ガスター
ビンディスク材として要求される機械的特性を同時に満
足できない。脆化処理後の20℃Vノッチシャルピー衝
撃値は要求値を満足するものの、C量が低く、引張強さ
及び500℃,105 時間クリープ破断強度が低い。さ
らに、比較材試料No.3〜6においても高温・高圧ガス
タービンに要求される機械的性質を同時に満足できな
い。
Table 2 shows the mechanical properties of these samples. The material of the present invention (sample Nos. 1, 2 and 8) has a room temperature tensile strength (> 1) required as a high-temperature and high-pressure gas turbine disk material.
20kgf / mm 2), it is 500 ° C., 10 5 h creep rupture strength (> 42kgf / mm 2) and the embrittlement process 20 ° C. V-notch Charpy impact value after (> 5kgf-m / cm 2 ) that is fully satisfactory confirmed. On the other hand, the material (sample No. 7) used in the current gas turbine cannot satisfy the mechanical properties required for the high-temperature / high-pressure gas turbine disk material at the same time. Although the notch Charpy impact value at 20 ° C after embrittlement treatment satisfies the required value, the C content is low, and the tensile strength and the creep rupture strength at 500 ° C for 10 5 hours are low. Furthermore, the comparative material samples Nos. 3 to 6 cannot simultaneously satisfy the mechanical properties required for the high-temperature and high-pressure gas turbine.

【0073】[0073]

【表2】 [Table 2]

【0074】Mn/Ni比と脆化後のVノッチシャルピ
ー衝撃値との関係から明らかなように、Mn/Ni比が
高い(>0.25)と脆化後のVノッチシャルピー衝撃
値が低い傾向にある。また、Mo量,C量が多い試料N
o.5及び6では、Mn/Ni比は低いが脆化後のVノッ
チシャルピー衝撃値が低くなっている。Mn,Mo,C
は強度を高める効果があるものの、脆化を促進すること
が明らかである。
As is clear from the relationship between the Mn / Ni ratio and the V-notch Charpy impact value after embrittlement, the higher the Mn / Ni ratio (> 0.25), the lower the V-notch Charpy impact value after embrittlement. There is a tendency. In addition, the sample N having a large amount of Mo and C
In o.5 and 6, the Mn / Ni ratio was low, but the V-notch Charpy impact value after embrittlement was low. Mn, Mo, C
Although has the effect of increasing the strength, it is clear that it promotes embrittlement.

【0075】図1はW量と500℃,105 時間クリー
プ破断強度及び540℃,1000h加熱後の衝撃値と
の関係を示す線図である。図1に示す様にクリープ破断
強度はW0.5% 付近まではほとんど変らないが、それ
以上ではわずかに低める。そして、加熱脆化はWを加え
ることによって促進される。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of W, the creep rupture strength at 500 ° C. for 10 5 hours, and the impact value after heating at 540 ° C. for 1000 hours. As shown in FIG. 1, the creep rupture strength hardly changes up to around W0.5%, but decreases slightly above W0.5%. Heat embrittlement is promoted by adding W.

【0076】図2は同じくB量との関係を示す線図であ
る。B添加においてもW添加と同様であり、B0.00
3% 付近まではともに大きな影響が見られない。
FIG. 2 is a graph showing the relationship with the B amount. B addition is the same as W addition, and B0.00
No significant effect is seen up to around 3%.

【0077】本発明に係るマルテンサイト鋼は(C/N
b)比を縦軸(y)とし、Nb量を横軸(x)として図
示したときに、y=−20x+3.5 で求められる値以
上のyとすること、更にy=−20x+4.2 で求めら
れる値以上のyとすることが好ましい。
The martensitic steel according to the present invention has a (C / N
b) When the ratio is shown on the vertical axis (y) and the Nb amount is shown on the horizontal axis (x), y is equal to or more than the value obtained by y = −20x + 3.5, and y = −20x + 4.2. It is preferable that y is equal to or larger than the required value.

【0078】表3に示す化学組成の試料を溶解及び鍛造
によって製造し、同じ熱処理を行い実験に供した。試験
結果を表4に示す。
Samples having the chemical compositions shown in Table 3 were produced by melting and forging, and subjected to the same heat treatment and subjected to experiments. Table 4 shows the test results.

【0079】[0079]

【表3】 [Table 3]

【0080】表4に示すように、Bを0.01% 以下添
加した試料No.9は、No.1,2及びNo.8に対して高
温強度が高められると共に脆化後の衝撃値の低下が小さ
く高靭性が得られるが、Bが0.01% を超えるNo.1
0は高温強度が高められるが、脆化後の衝撃値が著しく
低下する。
As shown in Table 4, Sample No. 9 to which B was added in an amount of 0.01% or less had higher high-temperature strength than Nos. 1, 2, and 8, and also had a lower impact value after embrittlement. Although the decrease is small and high toughness is obtained, B is more than 0.01%.
A value of 0 increases the high-temperature strength, but significantly reduces the impact value after embrittlement.

【0081】Wを1%以下添加した試料No.11は高温
強度が高められると共に脆化後の衝撃値の低下が小さく
高靭性が得られるが、W量が1%を超えるNo.12は引
張強さが大幅に向上し、クリープ破断強度は逆に低下
し、更に脆化後の衝撃値の低下が著しく低下する。
Sample No. 11 to which W was added at 1% or less has high temperature strength and a small decrease in impact value after embrittlement, and high toughness can be obtained. The strength is greatly improved, the creep rupture strength is reduced, and the reduction in impact value after embrittlement is significantly reduced.

【0082】[0082]

【表4】 [Table 4]

【0083】〔実施例2〕図3は初段及び第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
て用いることが出来る。
Embodiment 2 FIG. 3 is a diagram of a combined power generation cycle system in which first and second stage blades and first stage nozzles are cooled by steam, and second and third stage vanes are cooled by air. It is. 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, or steam can be separately generated and used.

【0084】A.ガスタービン 図4は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. 4 is a sectional view of the upper half of a gas turbine having three stages of blades having a closed steam cooling system. 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.

【0085】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.

【0086】図4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. 4, the gas turbine of the present 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.

【0087】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.

【0088】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.

【0089】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6000k
W)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 gradually exceed the permissible temperature of the blade at about 950 to 1000 ° C (850 to 900 ° C for normal blade material), and the heat load is about 1.5% (about 6000k
W) and 1.2% (5000 kW).

【0090】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。
Further, in order to set the pressure of the working gas to 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 is about 500 ° C. (450 ° C.), it is necessary to cool the outer periphery of the compressor rotor 2.

【0091】本実施例において、他タービンスタッキン
グボルト54,コンプレッサディスク,コンプレッサブ
レード17,コンプレッサスタッキングボルト、及びコ
ンプレッサ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 the present embodiment, another turbine stacking bolt 54, a compressor disk, a compressor blade 17, a compressor stacking bolt, and a compressor stub shaft are provided. The gas turbine of this embodiment has three stages of turbine blades and turbine nozzles.

【0092】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1250〜1350℃
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 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 930-940 ° C,
In each case, a complicated steam cooling hole is provided inside, and during operation, it is cooled by compressed steam. 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 1250-1350 ° C
After the solution treatment at 1000 to 1100 ° C and 850 to 950
A two-stage aging treatment was carried out at 50 ° C. to precipitate a γ ′ phase having a length of 1 μm or less on one side at 50 to 70% by volume.

【0093】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%.
%.

【0094】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21以外のシャンク24とダブ
ティル26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24及びダブティル26へと凝固させ、全体を単結晶
とすること、又はシャンク24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 24 and the dovetail 26 other than the wing portion 21 may be columnar crystals. In the present embodiment, in the one-way solidification, solidification is performed from the wing side and solidified into the shank 24 and the dovetail 26 to form a single crystal as a whole, or when the solidification reaches the shank 24, the cooling rate is increased. Columnar crystals.

【0095】本実施例における初段ノズル81はべーン
36及び外周側のサイドウォール38と内周側のサイド
ウォール37とを有する。
The first stage nozzle 81 in this embodiment has the vane 36, the outer peripheral side wall 38, and the inner peripheral side wall 37.

【0096】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 dovetail, 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.

【0097】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%,Cr20〜3
0%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 composed of a unidirectionally solidified columnar Ni-based 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, Cr20-3
An alloy layer made of a Ni-based or Ni + Co-based alloy containing 0% and Y 0.1-1% is provided with a thickness of 50-150 [mu] m by plasma spraying under 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.

【0098】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 the outer side wall and the 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.

【0099】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.

【0100】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.

【0101】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 almost 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.

【0102】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.

【0103】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 shape as the product is formed around a core having a hollow structure for cooling holes. 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.

【0104】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.

【0105】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.

【0106】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 solution in which an acrylic resin is dissolved in methyl ethyl ketone, dried by ventilation, 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.

【0107】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 described above. 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.

【0108】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.

【0109】以下、表5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 5 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).

【0110】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.

【0111】表5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 5 are examples of the unidirectionally solidified columnar crystal Ni-based alloys of the second and third stage blades in this embodiment.

【0112】[0112]

【表5】 [Table 5]

【0113】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6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6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 and third stage nozzles used in the gas turbine for power generation according to the present invention are as follows.
Alloy composition (wt%), the useful temperature of the casting process 10 5 hours 6 kgf / mm 2 in the case of casting, and the weldability are shown in Table 6.
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 6,
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.

【0114】本実施例ではタービンディスク11,1
2,13に実施例1に記載の全マルテンサイト組織を有
する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は実施例1に記載のように本実施
例に記載の高温ガスタービン用材として十分に満足する
ものであった。
In this embodiment, the turbine disks 11, 1
The forged material of martensitic steel having the entire martensite structure described in Example 1 is used in Examples 2 and 13. This specific martensitic steel was sufficiently satisfactory as the material for the high-temperature gas turbine described in the present embodiment as described in the first embodiment.

【0115】特に、ガスタービンディスクとして具体的
には、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℃にて1次焼戻しを行い、590および
620℃にて2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試験
片(JIS Z 2202)を採取した。
Specifically, as a gas turbine disk, a 150 kg steel ingot is melted in a high-frequency induction melting furnace, vacuum carbon deoxidized and cast, heated to 1150 ° C., and formed into a plate by hot forging. did. After that, the plate material is
After cooling to room temperature, it was subjected to primary tempering at 570 ° C, and secondary tempering at 590 and 620 ° 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 collected.

【0116】[0116]

【表6】 [Table 6]

【0117】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 1500 ° C. class at the inlet of the first stage turbine nozzle as the combustion gas temperature. Was.

【0118】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
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.

【0119】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.

【0120】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.

【0121】以上の構成によって、回転部の軸となるコ
ンプレッサディスク,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 configuration, the compressor disk, the distant piece, the turbine disk, and the spacer, which are the shafts of the rotating part, are made of martensite 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.

【0122】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
冷却を行うことが出来る。
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. I can do it.

【0123】B.高中低圧一体型蒸気タービン図5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℃,169atg 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. High / Medium / Low Pressure Integrated Steam Turbine FIG. 5 is a partial 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 medium pressure section 6
The same structure is also provided for 18 stages including 5 stages 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 flows through the steam control valve 55 from the steam inlet 121 to the high-temperature high-pressure side of 538 ° C. and 169 atg as described above. 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. Since the high / low pressure integrated rotor shaft 3 according to the present invention is exposed from steam at 538 ° C. to a temperature of 33 ° C., the Ni—Cr—Mo—
Forged steel of 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 blade 4 on the high pressure side with respect to the steam inlet
There is a step, and it is arranged at the same interval after the second step, the interval between the first step and the second step is 1.5 to 2.0 times the interval after the second step, and the axial width of the blade implantation part is the first step It is the thickest, gradually increasing in thickness from the second stage to the final stage, and the thickness of the first stage is 2 to 2.6 times the thickness of the second stage.

【0124】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 times, the thickness immediately before the final stage is 1.1 to 1.1
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. .

【0125】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.

【0126】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 medium pressure part.
And 40 ".

【0127】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.

【0128】(1)ロータシャフト 表7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。
No.1及び2は比較のため溶製したものであり、No.1
はASTM規格A470class8 相当材、No.2はAS
TM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 7 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.
Nos. 1 and 2 were melted for comparison.
Is ASTM A470 class 8 equivalent material, No. 2 is AS
It is equivalent to TM standard A470 class7. 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.

【0129】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。
In this embodiment, the rotor shaft has a C weight of 0.05 to 0.30%, 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%.

【0130】[0130]

【表7】 [Table 7]

【0131】本発明に係る鋼のオーステナイト化温度は
900〜1000℃にする必要がある。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 to 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.

【0132】表8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 8 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 tensile strength at room temperature 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, shock 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.

【0133】[0133]

【表8】 [Table 8]

【0134】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 additives, respectively. 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.

【0135】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.

【0136】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.

【0137】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%,
As a result of examining the relationship with the n / Ni or (Si + Mn) / Ni ratio, a high impact of 2.5 kg-m or more when the Mn / Ni ratio is 0.12 or less and the Si + Mn / Ni ratio is 0.04 to 0.18. Value was found.

【0138】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。
[0138] 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.

【0139】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〔−1.11×
(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熱処理とすることにより53
8℃,105 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。
Further, the (Ni / Mo) ratio is 1.25 or more and
The (Cr / Mo) ratio is 1.1 or more, or the (Cr / Mo) ratio is 1.45 or more, and the (Cr / Mo) ratio is [−1.11 ×
(Ni / Mo) +2.78] or more, so that the same heat treatment is applied to the whole to obtain 53
8 ° C., 10 5 h creep rupture strength of 12 kg / mm 2 or more high strength can be obtained.

【0140】本実施例のロータシャフトは表9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16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10は試験
結果を示すものである。
The rotor shaft of this embodiment was prepared by melting a forged steel having an alloy composition shown in Table 9 in an arc melting furnace, pouring it into a ladle, then blowing Ar gas from the lower part of the ladle to vacuum refining. Lumped. Next, forging to a maximum diameter of 1.7 m and a length of about 8 m at 900 to 1150 ° C.
After heating and holding the medium / low-pressure side 17 at 880 ° C. for 10 hours at 10 ° C. for 10 hours, water spray cooling or immersion in water was performed while rotating the shaft at about 100 ° C./h at the center. . Next, the high pressure side 116 was heated at 650 ° C. for 40 hours,
The medium- and low-pressure side 117 was tempered by heating and holding 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 10 shows the test results.

【0141】[0141]

【表9】 [Table 9]

【0142】[0142]

【表10】 [Table 10]

【0143】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 diameters of the moving blade portion and the stationary blade portion of the high pressure portion are the same in each stage. From the intermediate pressure portion to the low pressure portion, the diameter gradually increases in the moving blade 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.

【0144】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, preferably 0.28 to 0.35 times, the length of the blade.

【0145】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 final stage, and the diameter is 1.72 times the length of the blade, preferably 1.60 to 1.85 times.

【0146】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.

【0147】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 the present 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.

【0148】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 the present embodiment, the outer diameter when using 40 inches as the last stage blade is 365 cm, and the ratio between 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.

【0149】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.

【0150】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 121, 169 and 224 atg.

【0151】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た焼入れす
る方法(均一加熱・偏差冷却)。 (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970℃,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)。
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 center part, and quenching with a difference in cooling rate (uniform heating / deviation cooling). (B) The turbine rotor body is heated to 970 ° C in the high pressure part and the medium pressure part or 930 ° C in the low pressure part or the medium pressure / low pressure part in the same manner as in (a),
After that, the actual turbine rotor body is cooled at a cooling rate of 50 ° C./h assuming a cooling rate at the center when the body is cooled by fountain or water, and then quenched (deviation heating / uniform cooling).

【0152】(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 replaced by 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.

【0153】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。
From 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.

【0154】(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.

【0155】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%,Mo
0.5%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 length of the medium pressure portion gradually increases as the pressure decreases, and the C value is 0.05 to 0.15% by weight and Mn 1
% Or less, Si 0.5% or less, Cr 10 to 13%, Mo
Forging of martensitic steel consisting of 0.5% or less, Ni 0.5% or less, and the balance Fe.

【0156】最終段の翼部長さとして、60サイクルに
対して33.5 インチ以上,50サイクルに対して40
インチ以上であり、一周で約90本あり、重量でC 0.
15〜0.35%,Mn1%以下,Si0.25% 以
下,Cr8〜13%,Ni2.0〜3.5%,Mo1.5
〜3.0% ,V0.05〜0.35%,N0.02〜0.1
0%,Nb及びTaの1種以上を合計量で0.02〜0.
30%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及び表2の合金
を用いた。また、この最終段には重量で、C1.0%,
Si0.6%,Mn0.6%,Cr28%,W1.0% ,
残部Coからなるステライト板からなるエロージョン防
止のシールド板が電子ビーム又はTIG溶接によってそ
の先端で、リーディ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を施すことができ
る。
The final stage wing length should be 33.5 inches or more for 60 cycles and 40 for 50 cycles.
Inch or more, there are about 90 per round, and C.O.
15 to 0.35%, Mn 1% or less, Si 0.25% or less, Cr 8 to 13%, Ni 2.0 to 3.5%, Mo 1.5
33.0%, V 0.05 to 0.35%, N 0.02 to 0.1
0%, one or more of Nb and Ta in a total amount of 0.02 to 0.2.
It was constituted by forging a martensitic steel containing 30%. In particular, in the present embodiment, the alloys shown in Tables 1 and 2 of Embodiment 1 were used. Also, in this final stage, C1.0% by weight,
Si 0.6%, Mn 0.6%, Cr 28%, W 1.0%,
An erosion-preventing shield plate made of a stellite plate made of the remainder Co is provided at the leading edge by electron beam or TIG welding at the leading edge portion. In addition, a partial quenching process can be performed on a part other than the shield plate.

【0157】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 provided at the tip thereof.

【0158】高低圧一体型蒸気タービン用長翼材はそれ
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。試料は、1000℃又は105
0℃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℃又は56
0℃に加熱し、2h保持後室温まで空冷した。次いで、
560℃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)。
Each of the long blade materials for the high and low pressure integrated steam turbine was subjected to high frequency melting in a vacuum of 150 kg, heated to 1150 ° C., and forged to obtain experimental materials. The sample is at 1000 ° C. or 105
After heating at 0 ° C for 1 hour, the mixture was cooled to room temperature by oil quenching (cooling rate of 100 ° C / min or more), and then cooled to 570 ° C or 56 ° C.
The mixture was heated to 0 ° C., kept at room temperature for 2 hours, and air-cooled to room temperature. Then
After heating to 560 ° 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 cooled to room temperature (secondary tempering).

【0159】(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. .

【0160】(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.

【0161】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出来、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, and the entire ferrite steel supporting the turbine nozzle and the compressor nozzle has the same thermal expansion coefficient. Therefore, a rapid response at the time of starting and stopping can be performed, which contributes to improvement of thermal efficiency.

【0162】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 combined into a single shaft to generate power. A high combined power generation plant having an HHV efficiency of 50% or more for power generation was obtained.

【0163】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.

【0164】〔実施例3〕図6は実施例2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2とほぼ同じものである。
[Embodiment 3] FIG. 6 shows an air compression type 3 having a closed air cooling system in place of the steam cooling of the embodiment 2.
It is a cross-sectional structure of the turbine upper half part of the step turbine. The basic structure and material configuration of the turbine structure in this embodiment are almost the same as those in the second embodiment.

【0165】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2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2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 second embodiment, and the second stage nozzle 82
The cooling of the third stage nozzle 83 has the same cooling channel as that of the second 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.

【0166】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.

【0167】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.

【0168】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2に示した全焼戻しマルテンサイト鋼を使
用した。本実施例においても、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、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2と同じ
である。
In this embodiment, the turbine disks 11, 1
2. The completely tempered martensitic steel shown in Example 2 was used for the turbine stub shaft and the turbine stacking bolt. Also in this embodiment, the strength required as a material for a high-temperature gas turbine is sufficiently satisfied. Further, these martensitic steels have a ferrite-based crystal structure, but the ferrite-based material has a smaller coefficient of thermal expansion than an austenitic-based material such as a Ni-based alloy. Ni for turbine disk
The present embodiment, which uses heat-resistant steel, has higher thermal efficiency than the base alloy, and further reduces the thermal stress generated in the disk having a small coefficient of thermal expansion of the disk material, and can suppress the generation and fracture of cracks. . The materials and structures of other parts are the same as in the second embodiment.

【0169】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.

【0170】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.

【0171】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 can be 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.

【0172】図7は実施例2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. 7 is a configuration diagram showing a multi-shaft combined cycle power generation system in which a single gas turbine, a high, medium and low pressure integrated steam turbine, and a generator are provided in each of them, as in the second embodiment. 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.

【0173】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2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 second 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.

【0174】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
冷却を行うことが出来る。
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. I can do it.

【0175】本実施例によれば、実施例2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 second embodiment, the gas turbine can be started and stopped quickly, so that higher heat efficiency can be obtained, and the HHV efficiency of power generation is 50%.
A combined power plant having the above is obtained.

【0176】〔実施例4〕図8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30
0℃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I
P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I
Pのロータシャフトには第3表のNo.1の材料及びLP
には第3表のNo.2の材料が用いられる。本実施例での
LPの最終段ブレードは実施例2と同様に翼部長さが4
3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H
RSG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2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2と同様であり、発電のHHV効率は50%以
上得られる。
[Embodiment 4] FIG. 8 shows that the exhaust gas discharged from the above-mentioned gas turbine is supplied to an exhaust heat recovery boiler (HRSG) and is generated. High pressure steam turbine
1 is a configuration diagram of a combined cycle power generation system including a steam turbine divided into (HP), an intermediate-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 at 538 ° C. or 566 ° C. with HP and IP entering at the same temperature, while LP has an inlet temperature of about 30 ° C.
It will be 0 ° C. The steam discharged from the HP is heated by an exhaust heat recovery boiler and enters the IP. HP and I in steam turbine
P is composed of a single shaft integral rotor shaft, and a material different from that of LP is used for the rotor shaft material. HP and I
No. 1 material and LP in Table 3 are used for the rotor shaft of P.
No. 2 material shown in Table 3 is used. The last blade of the LP in this embodiment has a wing length of 4 as in the second embodiment.
A 3 inch 12% Cr martensitic steel is used. The casing is composed of two compartments, one compartment for HP and IP and one compartment for LP. The water vapor from IP is H
The steam of about 300 ° C. from the RSG flows into the center of the LP having a symmetric turbine structure. The configuration of the gas turbine according to the present embodiment is almost the same as that of the second embodiment. The outputs of the gas turbine and the steam turbine are the same as those of the second embodiment, and the HHV efficiency of power generation is 50% or more.

【0177】[0177]

【発明の効果】本発明によれば、高効率高温ガスタービ
ン(ガス温度:1500℃級)用ディスクに要求される
クリープ破断強度及び加熱脆化後の衝撃値を満足させる
ものが得られる。更に、加熱脆化域の高温に晒される他
の部材への適用も可能な耐熱鋼が得られる。本発明によ
り、ガスタービン発電プラントの燃焼温度を上げること
ができ、高効率発電をすることで化石燃料の節約,排出
ガスの発生量を抑えることが可能となり、地球環境保全
に貢献できる。
According to the present invention, a disk which satisfies the creep rupture strength and the impact value after heat embrittlement required for a disk for a high-efficiency high-temperature gas turbine (gas temperature: 1500 ° C. class) can be obtained. Further, a heat-resistant steel which can be applied to other members exposed to a high temperature in a heating embrittlement region is obtained. According to the present invention, the combustion temperature of a gas turbine power plant can be increased, and fossil fuel can be saved and the amount of generated exhaust gas can be suppressed by performing high-efficiency power generation, thereby contributing to global environmental conservation.

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

【図1】B量とクリープ破断強度及び加熱脆化後のVノ
ッチシャルピー衝撃値との関係を示す線図。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of B, creep rupture strength, and V-notch Charpy impact value after heat embrittlement.

【図2】W量とクリープ破断強度及び加熱脆化後のVノ
ッチシャルピー衝撃値との関係を示す線図。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the W content, the creep rupture strength, and the V-notch Charpy impact value after heat embrittlement.

【図3】水蒸気冷却によるコンバインド発電システム構
成図。
FIG. 3 is a configuration diagram of a combined power generation system using steam cooling.

【図4】水蒸気冷却によるガスタービンの回転部断面
図。
FIG. 4 is a sectional view of a rotating part of a gas turbine by steam cooling.

【図5】高中低圧一体型蒸気タービンの断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of a high, medium and low pressure integrated steam turbine.

【図6】空気冷却によるガスタービンの回転部断面図。FIG. 6 is a sectional view of a rotating part of a gas turbine by air cooling.

【図7】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. 7 is a configuration diagram of a combined power generation system using closed air cooling.

【図8】水蒸気冷却によるコンバインド発電システム構
成図。
FIG. 8 is a configuration diagram of a combined power generation system using steam cooling.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…タービンローター、11,12,13…タービンデ
ィスク、18…タービンスペーサ、33…ディスタント
ピース、54…タービンスタッキングボルト。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Turbine rotor, 11, 12, 13 ... Turbine disk, 18 ... Turbine spacer, 33 ... Distant piece, 54 ... Turbine stacking bolt.

フロントページの続き (72)発明者 志賀 正男 茨城県日立市弁天町三丁目10番2号 日立 協和エンジニアリング株式会社内 Fターム(参考) 3G002 EA06 Continuation of the front page (72) Inventor Masao Shiga 3-10-2 Bentencho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture F-term in Hitachi Kyowa Engineering Co., Ltd. (reference) 3G002 EA06

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】タービンタブシャフトと、該シャフトにタ
ービンスタッキングボルトによって互いにタービンスペ
ーサを介して連結された複数個のタービンディスクと、
該ディスクに植込まれ燃焼器によって発生した高温の燃
焼ガスによって回転するタービンブレードと、前記ディ
スクに連結されたディスタントピースと、該ディスタン
トピースに連結された複数個のコンプレッサローター
と、該ローターに植込まれ空気を圧縮するコンプレッサ
ブレードと、前記コンプレッサローターに連結されたコ
ンプレッサスタブシャフトを備えたガスタービンにおい
て、 前記タービンディスク,ディスタントピース,タービン
スペーサ,コンプレッサディスクの最終段及びタービン
スタッキングボルトの少なくとも1つが、室温の引張強
さが120kg/mm2 以上,500℃で105 時間クリー
プ破断強度が35kg/mm2 以上及び540℃で103
間加熱後の25℃のVノッチシャルピー衝撃値が2kg−
m/cm2 以上であるマルテンサイト鋼からなることを特
徴とするガスタービン。
1. A turbine tab shaft, and a plurality of turbine disks connected to each other by a turbine stacking bolt via a turbine spacer.
A turbine blade implanted in the disk and rotated by hot combustion gas generated by a combustor; a distant piece connected to the disk; a plurality of compressor rotors connected to the distant piece; A compressor blade implanted in the compressor and a compressor stub shaft connected to the compressor rotor, wherein the turbine disk, the distant piece, the turbine spacer, the last stage of the compressor disk and the turbine at least one tensile strength at room temperature is 120 kg / mm 2 or more, 10 5 h creep rupture strength at 500 ° C. has a V-notch Charpy impact value of 25 ° C. after 10 3 hours heating at 35 kg / mm 2 or more and 540 ° C. 2kg-
A gas turbine comprising a martensitic steel having a m / cm 2 or more.
【請求項2】タービンタブシャフトと、該シャフトにタ
ービンスタッキングボルトによって互いにタービンスペ
ーサを介して連結された複数個のタービンディスクと、
該ディスクに植込まれ燃焼器によって発生した高温の燃
焼ガスによって回転するタービンブレードと、前記ディ
スクに連結されたディスタントピースと、該ディスタン
トピースに連結された複数個のコンプレッサローター
と、該ローターに植込まれ空気を圧縮するコンプレッサ
ブレードと、前記コンプレッサローターに連結されたコ
ンプレッサスタブシャフトを備えたガスタービンにおい
て、 前記タービンディスク,ディスタントピース,タービン
スペーサ,最終段のコンプレッサディスク及びタービン
スタッキングボルトの少なくとも1つが重量で、C0.
15〜0.35%,Si0.5%以下,Mn0.5%以
下,Cr8〜13%,Mo1.5〜4%,Ni2〜3.5
%,V0.05〜0.35%、Nb及ばTaの1種又は2
種の合計量が0.02〜0.3%及びN0.02〜0.1%
を含み、前記(C/Nb)比(y)が前記Nb量(x)
との関係(y=−20x+3.5)によって求められる値
以上であるマルテンサイト鋼からなることを特徴とする
ガスタービン。
2. A turbine tub shaft, and a plurality of turbine disks connected to the shaft by turbine stacking bolts via a turbine spacer.
A turbine blade implanted in the disk and rotated by hot combustion gas generated by a combustor; a distant piece connected to the disk; a plurality of compressor rotors connected to the distant piece; A compressor blade implanted in the compressor and a compressor stub shaft connected to the compressor rotor, wherein the turbine disk, the distant piece, the turbine spacer, the last stage compressor disk and the turbine At least one is by weight, C0.
15 to 0.35%, Si 0.5% or less, Mn 0.5% or less, Cr 8 to 13%, Mo 1.5 to 4%, Ni 2 to 3.5
%, V 0.05 to 0.35%, one or two of Nb and Ta
The total amount of seeds is 0.02-0.3% and N 0.02-0.1%
Wherein the (C / Nb) ratio (y) is the Nb amount (x)
Characterized by the following relationship (y = −20x + 3.5).
【請求項3】タービンタブシャフトと、該シャフトにタ
ービンスタッキングボルトによって互いにタービンスペ
ーサを介して連結された複数個のタービンディスクと、
該ディスクに植込まれ燃焼器によって発生した高温の燃
焼ガスによって回転するタービンブレードと、前記ディ
スクに連結されたディスタントピースと、該ディスタン
トピースに連結された複数個のコンプレッサローター
と、該ローターに植込まれ空気を圧縮するコンプレッサ
ブレードと、前記コンプレッサローターに連結されたコ
ンプレッサスタブシャフトを備えたガスタービンにおい
て、 前記タービンディスク,ディスタントピース,タービン
スペーサ,コンプレッサディスクの最終段及びタービン
スタッキングボルトの少なくとも1つが、重量で、C
0.15〜0.35%,Si0.5%以下,Mn0.5%以
下,Cr8〜13%,Mo1.5〜4%,Ni2〜3.5
%,V0.05〜0.35%、Nb及Taの1種又は2種
の合計量が0.02〜0.3%及びN0.02〜0.1%
と、W1%以下,Co0.5%以下,Cu0.5%以下,
B0.01%以下,Ti0.5%以下,Al0.3%以
下,Zr0.1%以下,Hf0.1%以下,Ca0.01
%以下,Mg0.01%以下,Y0.01%以下及び希土
類元素0.01% 以下の少なくとも1種を含み、前記
(C/Nb)比(y)が前記Nb量(x)との関係(y
=−20x+3.5)によって求められる値以上であるマ
ルテンサイト鋼からなることを特徴とするガスタービ
ン。
3. A turbine tub shaft, and a plurality of turbine disks connected to the shaft by turbine stacking bolts via a turbine spacer.
A turbine blade implanted in the disk and rotated by hot combustion gas generated by a combustor; a distant piece connected to the disk; a plurality of compressor rotors connected to the distant piece; A compressor blade implanted in the compressor and a compressor stub shaft connected to the compressor rotor, wherein the turbine disk, the distant piece, the turbine spacer, the last stage of the compressor disk and the turbine At least one is by weight, C
0.15 to 0.35%, Si 0.5% or less, Mn 0.5% or less, Cr 8 to 13%, Mo 1.5 to 4%, Ni 2 to 3.5
%, V 0.05 to 0.35%, the total amount of one or two of Nb and Ta is 0.02 to 0.3% and N 0.02 to 0.1%
And W 1% or less, Co 0.5% or less, Cu 0.5% or less,
B 0.01% or less, Ti 0.5% or less, Al 0.3% or less, Zr 0.1% or less, Hf 0.1% or less, Ca 0.01
% Or less, 0.01% or less of Mg, 0.01% or less of Y, and 0.01% or less of rare earth elements, and the (C / Nb) ratio (y) is related to the Nb amount (x) ( y
= -20x + 3.5). A gas turbine comprising a martensitic steel having a value equal to or greater than a value determined by:
【請求項4】重量で、C0.15〜0.35%,Si0.
5%以下,Mn0.5%以下,Cr8〜13%,Mo1.
5〜4%,Ni2〜3.5%,V0.05〜0.35%、
Nb及Taの1種又は2種の合計量が0.02〜0.3%
及びN0.02〜0.1%を含み、前記(C/Nb)比
(y)が前記Nb量(x)との関係(y=−20x+3.
5)によって求められる値以上であるマルテンサイト鋼
からなることを特徴とするガスタービン用ディスク。
4. The composition according to claim 1, wherein C is 0.15 to 0.35% by weight and Si is 0.1%.
5% or less, Mn 0.5% or less, Cr 8 to 13%, Mo 1.
5-4%, Ni 2-3.5%, V 0.05-0.35%,
The total amount of one or two of Nb and Ta is 0.02 to 0.3%
And the (C / Nb) ratio (y) is related to the Nb amount (x) (y = −20x + 3.
A gas turbine disk comprising a martensitic steel having a value not less than the value obtained in 5).
【請求項5】重量で、C0.15〜0.35%,Si0.
5%以下,Mn0.5%以下,Cr8〜13%,Mo1.
5〜4%,Ni2〜3.5%,V0.05〜0.35%、
Nb及Taの1種又は2種の合計量が0.02〜0.3%
及びN0.02〜0.1%と、W1%以下,Co0.5%
以下,Cu0.5%以下,B0.01%以下,Ti0.5
%以下,Al0.3%以下,Zr0.1%以下,Hf0.
1%以下,Ca0.01%以下,Mg0.01% 以下,
Y0.01%以下及び希土類元素0.01%以下の少なく
とも1種を含み、前記(C/Nb)比(y)が前記Nb
量(x)との関係(y=−20x+3.5)によって求め
られる値以上であるマルテンサイト鋼からなることを特
徴とするガスタービン用ディスク。
5. The composition according to claim 1, wherein C is 0.15 to 0.35% by weight and Si is 0.1%.
5% or less, Mn 0.5% or less, Cr 8 to 13%, Mo 1.
5-4%, Ni 2-3.5%, V 0.05-0.35%,
The total amount of one or two of Nb and Ta is 0.02 to 0.3%
And N 0.02 to 0.1%, W 1% or less, Co 0.5%
Hereinafter, Cu 0.5% or less, B 0.01% or less, Ti 0.5
% Or less, Al 0.3% or less, Zr 0.1% or less, Hf 0.3%.
1% or less, Ca 0.01% or less, Mg 0.01% or less,
At least one of Y 0.01% or less and a rare earth element 0.01% or less, wherein the (C / Nb) ratio (y) is Nb
A gas turbine disk comprising a martensitic steel having a value equal to or greater than a value determined by a relationship with an amount (x) (y = −20x + 3.5).
【請求項6】重量で、C0.15〜0.35%,Si0.
5%以下,Mn0.5%以下,Cr8〜13%,Mo1.
5〜4%,Ni2〜3.5%,V0.05〜0.35%、
Nb及Taの1種又は2種の合計量が0.02〜0.3%
及びN0.02〜0.1%を含み、前記(C/Nb)比
(y)が前記Nb量(x)との関係(y=−20x+3.
5)によって求められる値以上であるマルテンサイト鋼
からなることを特徴とする耐熱鋼。
6. 0.15 to 0.35% by weight of C.O.
5% or less, Mn 0.5% or less, Cr 8 to 13%, Mo 1.
5-4%, Ni 2-3.5%, V 0.05-0.35%,
The total amount of one or two of Nb and Ta is 0.02 to 0.3%
And the (C / Nb) ratio (y) is related to the Nb amount (x) (y = −20x + 3.
A heat-resistant steel comprising a martensitic steel having a value not less than the value obtained in 5).
【請求項7】重量で、C0.15〜0.35%,Si0.
5%以下,Mn0.5%以下,Cr8〜13%,Mo1.
5〜4%,Ni2〜3.5%,V0.05〜0.35%、
Nb及Taの1種又は2種の合計量が0.02〜0.3%
及びN0.02〜0.1%と、W1%以下,Co0.5以
下,Cu0.5%以下,B0.01%以下,Ti0.5%
以下,Al0.3以下,Zr0.1%以下,Hf0.1%
以下,Ca0.01%以下,Mg0.01以下,Y0.0
1%以下及び希土類元素0.01% 以下の少なくとも1
種を含み、前記(C/Nb)比(y)が前記Nb量(x)
との関係(y=−20x+3.5 )によって求められる
値以上であるマルテンサイト鋼からなることを特徴とす
る耐熱鋼。
7. 0.15% to 0.35% by weight of Si, 0.3% by weight.
5% or less, Mn 0.5% or less, Cr 8 to 13%, Mo 1.
5-4%, Ni 2-3.5%, V 0.05-0.35%,
The total amount of one or two of Nb and Ta is 0.02 to 0.3%
And N 0.02 to 0.1%, W 1% or less, Co 0.5 or less, Cu 0.5% or less, B 0.01% or less, Ti 0.5%
Below, Al 0.3 or less, Zr 0.1% or less, Hf 0.1%
Below, Ca 0.01% or less, Mg 0.01 or less, Y0.0
1% or less and at least 1 of rare earth element 0.01% or less
The (C / Nb) ratio (y) is equal to the Nb amount (x).
A heat-resistant steel comprising a martensitic steel having a value not less than the value determined by the relationship (y = −20x + 3.5).
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