JP2001049398A - High toughness heat resistant steel, and manufacture of turbine rotor - Google Patents

High toughness heat resistant steel, and manufacture of turbine rotor

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JP2001049398A
JP2001049398A JP11224250A JP22425099A JP2001049398A JP 2001049398 A JP2001049398 A JP 2001049398A JP 11224250 A JP11224250 A JP 11224250A JP 22425099 A JP22425099 A JP 22425099A JP 2001049398 A JP2001049398 A JP 2001049398A
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JP
Japan
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turbine rotor
resistant steel
toughness
creep rupture
temperature
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JP11224250A
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Japanese (ja)
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Yoichi Tsuda
陽一 津田
Ryuichi Ishii
龍一 石井
Masayuki Yamada
政之 山田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high toughness heat resistant steel excellent in creep rupture strength at high temperature as well as in tensile strength and toughness at relatively low temperature and suitable for use as a stock for a high- and low-pressure integrated type turbine rotor. SOLUTION: The steel has a composition consisting of, by weight ratio, 0.05 to 0.30% C, >0 to 0.20% Si, >0 to 1.0% Mn, 8.0 to 14.0% Cr, 0.5 to 3.0% Mo, 0.10 to 0.50% V, 1.5 to 5.0% Ni, 0.01 to 0.50% Nb, 0.01 to 0.08% N, 0.001 to 0.020% B, 0.1 to 2.0% Re, and the balance Fe with inevitable impurities. A steel ingot for a tubine rotor element body is manufactured from the high toughness heat resistant steel with the above composition by using an electroslag remelting process. The turbine rotor element body is heated to 950 to 1,120 deg.C, hardened, and then tempered at 550 to 740 deg.C one or more times and formed into a turbine rotor.

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、高低圧一体型ター
ビンロータの素材として好適な、比較的低温における引
張強度と靭性および高温におけるクリープ破断強度がそ
れぞれ優れた高靭性耐熱鋼に関し、また、この高靭性耐
熱鋼を使用して大容量・高効率発電プラントに好適な高
低圧一体型のタービンロータを製造する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-toughness heat-resistant steel which is suitable as a material for a high-low pressure integrated turbine rotor and has excellent tensile strength and toughness at a relatively low temperature and excellent creep rupture strength at a high temperature. The present invention relates to a method of manufacturing a high-low pressure integrated turbine rotor suitable for a large-capacity, high-efficiency power plant using high-toughness heat-resistant steel.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に蒸気タービンロータにおいては、
使用蒸気条件に応じて、複数の異なる材質のタービンロ
ータを機械的に結合して蒸気タービンを構成している。
例えば、高温・高圧側(例えば550 〜600 ℃)用のター
ビンロータ材としてはASTM-A470 (Class 8)に規定さ
れているようなCrMoV鋼や、特公昭60-54385号公報
に示されているような12Cr鋼が使用され、低温・低圧
側(例えば400 ℃以下)用のタービンロータ材としては
ASTM-A471 (Class 2〜7)に規定されているような2.
5 %以上のNiを含むNiCrMoV鋼が使用されてい
る。
2. Description of the Related Art Generally, in a steam turbine rotor,
A steam turbine is formed by mechanically connecting a plurality of different turbine rotors according to the used steam conditions.
For example, as a turbine rotor material for a high temperature / high pressure side (for example, 550 to 600 ° C.), CrMoV steel as specified in ASTM-A470 (Class 8) and JP-B-60-54385 are disclosed. Such 12Cr steel is used as a low-temperature, low-pressure side (eg, 400 ° C or lower) turbine rotor material.
2. As specified in ASTM-A471 (Class 2-7)
NiCrMoV steel containing more than 5% Ni is used.

【0003】一方、比較的小型の蒸気タービンにおいて
は、小型化および機構の簡略化という見地から、高圧側
から低圧側までを同一材質で一体構成とした高低圧一体
型のタービンロータが用いられている。
[0003] On the other hand, in the case of a relatively small steam turbine, from the viewpoint of miniaturization and simplification of the mechanism, a high-low pressure integrated turbine rotor in which the high pressure side to the low pressure side are integrally formed of the same material is used. I have.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】高低圧一体型タービン
ロータ用材料としては、通常、上述のCrMoV鋼やN
iCrMoV鋼が使用されているが、これらの材料で高
低圧一体型タービンロータを構成した場合には以下のよ
うな問題がある。
As materials for high-low pressure integrated turbine rotors, the above-mentioned CrMoV steel and N
Although iCrMoV steel is used, when the high-low pressure integrated turbine rotor is made of these materials, there are the following problems.

【0005】CrMoV鋼は550 ℃程度の高温における
クリープ破断強度は優れるが、低温域での引張強度およ
び靭性の点で十分満足のいくものではない。従ってCr
MoV鋼で高低圧一体型タービンロータを構成した場合
には、延性破壊および脆性破壊を防止するために低圧部
の作用応力を低くする必要があり、低圧段落、特に最終
段に装着できる翼の大きさが制限されるので、発電プラ
ントの大容量化が妨げられるという問題がある。
[0005] Although CrMoV steel has excellent creep rupture strength at a high temperature of about 550 ° C., it is not sufficiently satisfactory in tensile strength and toughness in a low temperature range. Therefore Cr
When a high-low pressure integrated turbine rotor is made of MoV steel, it is necessary to reduce the acting stress of the low-pressure part in order to prevent ductile fracture and brittle fracture. However, there is a problem that the capacity of the power plant is prevented from increasing.

【0006】また、最近では発電プラントの効率向上の
ために、更にタービン入口蒸気を高温(600 ℃程度)・
高圧化する要求があり、その場合はCrMoV鋼では高
温クリープ破断強度が不足する。更にクリープ破断強度
が優れた12Cr鋼を使用すれば、この問題は解決できる
が、12Cr鋼も靭性の点で十分に満足のいく材料ではな
いため、CrMoV鋼と同様に低圧段落に装着できる翼
の大きさが制限され、発電プラントの大容量化が妨げら
れるという問題がある。
Recently, in order to improve the efficiency of the power plant, the steam at the turbine inlet is further heated to a high temperature (about 600 ° C.).
There is a demand for increasing the pressure, in which case the CrMoV steel lacks high-temperature creep rupture strength. This problem can be solved by using 12Cr steel with excellent creep rupture strength.However, since 12Cr steel is not a material that is sufficiently satisfactory in terms of toughness, it can be used for blades that can be mounted on low-pressure paragraphs like CrMoV steel. There is a problem in that the size is limited, and increase in the capacity of the power plant is hindered.

【0007】一方、NiCrMoV鋼は低温域における
引張強度および靭性は優れるがクリープ破断強度の点で
満足のいくものではない。従って、NiCrMoV鋼で
高低圧一体型タービンロータを構成した場合には、高圧
部の強度不足のためにタービン入口蒸気の高温化を制限
しなければならず、発電プラントの効率向上が妨げられ
るという問題がある。
On the other hand, NiCrMoV steel has excellent tensile strength and toughness in a low temperature range, but is not satisfactory in creep rupture strength. Therefore, when a high-low pressure integrated turbine rotor is made of NiCrMoV steel, the high temperature of the turbine inlet steam must be limited due to insufficient strength of the high-pressure portion, which hinders improvement in efficiency of the power plant. There is.

【0008】このように、従来の高低圧一体型タービン
ロータでは、高温蒸気を使用し、かつ長尺の低圧最終段
翼を装着することにより蒸気タービンの大容量化・高効
率化を図ろうとする場合に大きな制限があった。
As described above, in the conventional high / low pressure integrated turbine rotor, it is intended to increase the capacity and efficiency of the steam turbine by using high-temperature steam and installing a long low-pressure last stage blade. There were great restrictions on the case.

【0009】本発明は上述した問題点に鑑みてなされた
もので、高低圧一体型のタービンロータの素材として好
適な、比較的低温における引張強度と靭性および高温に
おけるクリープ破断強度がそれぞれ優れた高靭性耐熱鋼
を提供すること、並びにこの高靭性耐熱鋼を使用して大
容量・高効率発電プラントに好適なタービンロータを製
造する方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has high tensile strength and toughness at a relatively low temperature and excellent creep rupture strength at a high temperature, which are suitable as materials for a high-low pressure integrated turbine rotor. An object of the present invention is to provide a tough heat-resistant steel and to provide a method for manufacturing a turbine rotor suitable for a large-capacity and high-efficiency power plant using the high-toughness heat-resistant steel.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の請求項
は、重量比で、C:0.05〜0.30%、Si:0%より多く
0.20%以下、Mn:0%より多く1.0 %以下、Cr:8.
0 〜14.0%、Mo:0.5〜3.0 %、V:0.10〜0.50%、
Ni:1.5 〜5.0 %、Nb:0.01〜0.50%、N:0.01〜
0.08%、B:0.001 〜0.020 %、Re:0.1 〜2.0 %を
含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを
特徴とする高靭性耐熱鋼である。
According to a first aspect of the present invention, C: 0.05 to 0.30% and Si: more than 0% by weight.
0.20% or less, Mn: more than 0% and 1.0% or less, Cr: 8.
0-14.0%, Mo: 0.5-3.0%, V: 0.10-0.50%,
Ni: 1.5 to 5.0%, Nb: 0.01 to 0.50%, N: 0.01 to
High toughness heat resistant steel containing 0.08%, B: 0.001 to 0.020%, Re: 0.1 to 2.0%, the balance being Fe and inevitable impurities.

【0011】本発明の第2の請求項は、重量比で、C:
0.07〜0.25%、Si:0%より多く0.20%以下、Mn:
0%より多く1.0 %以下、Cr:9.0 〜13.0%、Mo:
0.7〜2.5 %、V:0.10〜0.40%、Ni:1.5 〜4.0
%、Nb:0.01〜0.30%、N:0.01〜0.06%、B:0.00
3 〜0.015 %、Re:0.1 〜1.2 %を含み、残部がFe
および不可避的不純物からなることを特徴とする高靭性
耐熱鋼である。
A second aspect of the present invention provides a method for manufacturing a fuel cell, comprising:
0.07 to 0.25%, Si: more than 0% and 0.20% or less, Mn:
More than 0% and 1.0% or less, Cr: 9.0 to 13.0%, Mo:
0.7 to 2.5%, V: 0.10 to 0.40%, Ni: 1.5 to 4.0
%, Nb: 0.01 to 0.30%, N: 0.01 to 0.06%, B: 0.00
3 to 0.015%, Re: 0.1 to 1.2%, the balance being Fe
And a high-toughness heat-resistant steel characterized by being composed of unavoidable impurities.

【0012】本発明の第3の請求項は、重量比で、C:
0.09〜0.20%、Si:0%より多く0.20%以下、Mn:
0%より多く1.0 %以下、Cr:9.5 〜12.0%、Mo:
0.9〜2.0 %、V:0.15〜0.30%、Ni:2.0 〜3.0
%、Nb:0.03〜0.20%、N:0.02〜0.04%、B:0.00
5 〜0.012 %、Re:0.1 〜1.2 %を含み、残部がFe
および不可避的不純物からなることを特徴とする高靭性
耐熱鋼である。
A third aspect of the present invention relates to a method for producing a C:
0.09 to 0.20%, Si: more than 0% and 0.20% or less, Mn:
More than 0% and 1.0% or less, Cr: 9.5 to 12.0%, Mo:
0.9-2.0%, V: 0.15-0.30%, Ni: 2.0-3.0
%, Nb: 0.03 to 0.20%, N: 0.02 to 0.04%, B: 0.00
5 to 0.012%, Re: 0.1 to 1.2%, the balance being Fe
And a high-toughness heat-resistant steel characterized by being composed of unavoidable impurities.

【0013】本発明の第4の請求項は、重量比で、C:
0.05〜0.30%、Si:0%より多く0.20%以下、Mn:
0%より多く1.0 %以下、Cr:8.0 〜14.0%、Mo:
0.1〜2.0 %、W:0.3 〜5.0 %、V:0.10〜0.50%、
Ni:1.5 〜5.0 %、Nb:0.01〜0.50%、N:0.01〜
0.08%、B:0.001 〜0.0 20%、Re:0.1 〜2.0 %を
含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを
特徴とする高靭性耐熱鋼である。
[0013] A fourth aspect of the present invention relates to a method for producing C:
0.05 to 0.30%, Si: more than 0% and 0.20% or less, Mn:
More than 0% and 1.0% or less, Cr: 8.0 to 14.0%, Mo:
0.1-2.0%, W: 0.3-5.0%, V: 0.10-0.50%,
Ni: 1.5 to 5.0%, Nb: 0.01 to 0.50%, N: 0.01 to
High toughness heat-resistant steel containing 0.08%, B: 0.001 to 0.020%, and Re: 0.1 to 2.0%, with the balance being Fe and unavoidable impurities.

【0014】本発明の第5の請求項は、重量比で、C:
0.07〜0.25%、Si:0%より多く0.20%以下、Mn:
0%より多く1.0 %以下、Cr:9.0 〜13.0%、Mo:
0.2〜1.5 %、W:0.5 〜3.0 %、V:0.10〜0.40%、
Ni:1.5 〜4.0 %、Nb:0.01〜0.30%、N:0.01〜
0.06%、B:0.003 〜0.0 15%、Re:0.1 〜1.2 %を
含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを
特徴とする高靭性耐熱鋼である。
[0014] A fifth aspect of the present invention relates to a C:
0.07 to 0.25%, Si: more than 0% and 0.20% or less, Mn:
More than 0% and 1.0% or less, Cr: 9.0 to 13.0%, Mo:
0.2-1.5%, W: 0.5-3.0%, V: 0.10-0.40%,
Ni: 1.5 to 4.0%, Nb: 0.01 to 0.30%, N: 0.01 to
High toughness heat-resistant steel containing 0.06%, B: 0.003 to 0.015%, and Re: 0.1 to 1.2%, with the balance being Fe and unavoidable impurities.

【0015】本発明の第6の請求項は、重量比で、C:
0.09〜0.20%、Si:0%より多く0.20%以下、Mn:
0%より多く1.0 %以下、Cr:9.5 〜12.0%、Mo:
0.5〜1.2 %、W:1.0 〜2.5 %、V:0.15〜0.30%、
Ni:2.0 〜3.0 %、Nb:0.03〜0.20%、N:0.02〜
0.04%、B:0.005 〜0.0 12%、Re:0.1 〜1.2 %を
含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを
特徴とする高靭性耐熱鋼である。
According to a sixth aspect of the present invention, C:
0.09 to 0.20%, Si: more than 0% and 0.20% or less, Mn:
More than 0% and 1.0% or less, Cr: 9.5 to 12.0%, Mo:
0.5-1.2%, W: 1.0-2.5%, V: 0.15-0.30%,
Ni: 2.0 to 3.0%, Nb: 0.03 to 0.20%, N: 0.02 to
High toughness heat-resistant steel containing 0.04%, B: 0.005 to 0.012%, and Re: 0.1 to 1.2%, with the balance being Fe and unavoidable impurities.

【0016】本発明の第7の請求項は、重量比でCoを
0.5 〜6.0 %含むようにしたことを特徴とする上述の第
1の請求項から第6の請求項のいずれかに記載の高靭性
耐熱鋼である。
[0016] A seventh aspect of the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
The high toughness heat-resistant steel according to any one of the first to sixth claims, wherein the high toughness is 0.5 to 6.0%.

【0017】本発明の第8の請求項は、上述の第1の請
求項から第7の請求項のいずれかに記載の高靭性耐熱鋼
からなるタービンロータ素体を950 〜1120℃に加熱して
焼入れし、その後、タービンロータ素体に550 〜740 ℃
の焼戻しを1回以上施すことを特徴とするタービンロー
タの製造方法である。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a turbine rotor element comprising the high toughness heat-resistant steel according to any one of the first to seventh aspects, wherein the element is heated to 950 to 1120 ° C. Quenching and then 550-740 ° C
Is a method for manufacturing a turbine rotor, wherein tempering is performed once or more.

【0018】本発明の第9の請求項は、焼入れ時の加熱
温度が、タービンロータ素体の高圧部あるいは中圧部に
相当する部分に対しては1030〜1120℃、低圧部に相当す
る部分に対しては950 〜1030℃であることを特徴とす
る、上述の第8の請求項に記載のタービンロータの製造
方法である。
According to a ninth aspect of the present invention, a heating temperature at the time of quenching is 1030 to 1120 ° C. for a portion corresponding to a high pressure portion or a medium pressure portion of the turbine rotor body, and a portion corresponding to a low pressure portion. 950-1030 ° C., the method of manufacturing a turbine rotor according to the eighth aspect.

【0019】本発明の第10の請求項は、少なくとも1回
の焼戻しにつき、その加熱温度が、タービンロータ素体
の高圧部あるいは中圧部に相当する部分に対しては630
〜740 ℃、低圧部に相当する部分に対しては550 〜630
℃であることを特徴とする、上述の第8または9の請求
項に記載のタービンロータの製造方法である。
According to a tenth aspect of the present invention, at least one tempering requires a heating temperature of 630 to a portion corresponding to a high pressure portion or a medium pressure portion of the turbine rotor body.
~ 740 ℃, 550 ~ 630 for low pressure part
The method for manufacturing a turbine rotor according to the eighth or ninth aspect, wherein the method is characterized in that the temperature is ℃.

【0020】本発明の第11の請求項は、第8の請求項か
ら第10の請求項のいずれかに記載のタービンロータの製
造方法において、タービンロータ素体を、請求項1ない
し7のいずれかに記載の高靭性耐熱鋼からエレクトロス
ラグ再溶解法によって製造された鋼塊から形成するよう
にしたものである。
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a turbine rotor according to any one of the eighth to tenth aspects, wherein the turbine rotor body is formed by any one of the first to seventh aspects. It is formed from a steel ingot manufactured from the high toughness heat-resistant steel according to the above-described method by electroslag remelting.

【0021】まず、本発明の高靭性耐熱鋼の組成範囲に
つき、限定理由を説明する。なお、以下の説明において
組成を表す%は、特に断らない限り重量比とする。Cは
Cr、Nb、Vなどと結合して炭化物を形成し、析出強
化に寄与するとともに焼入れ性の向上や、δフェライト
生成の抑制に必要不可欠な元素である。所望のクリ−プ
破断強度を確保するためには0.05%以上の添加が必要で
あるが、0.30%以上を添加すると炭化物の粗大化を促進
し、長時間でのクリープ破断強度を低下させるため、そ
の含有量を0.05〜0.30%とする。好ましくは0.07〜0.25
%、更に好ましくは0.09〜0.20%である。
First, the reasons for limiting the composition range of the high toughness heat-resistant steel of the present invention will be described. In the following description,% representing the composition is a weight ratio unless otherwise specified. C combines with Cr, Nb, V and the like to form a carbide, contributes to precipitation strengthening, and is an indispensable element for improving hardenability and suppressing the formation of δ ferrite. In order to secure the desired creep rupture strength, it is necessary to add 0.05% or more. However, if 0.30% or more is added, the coarsening of the carbide is promoted, and the creep rupture strength in a long time is lowered. The content is set to 0.05 to 0.30%. Preferably 0.07 to 0.25
%, More preferably 0.09 to 0.20%.

【0022】Siは溶解時の脱酸材として添加するが、
多量に添加するとその一部が酸化物として鋼中に残留
し、靭性が低下するため0%でない0.20%以下とする。
Mnは溶解時に脱酸・脱硫剤として添加される元素であ
るが、多量に添加するとクリープ破断強度が低下するた
め、0%でない1.0 %以下とする。
Si is added as a deoxidizing material at the time of melting,
If it is added in a large amount, part of it will remain in the steel as an oxide, and the toughness will be reduced.
Mn is an element added as a deoxidizing / desulfurizing agent during dissolution, but if added in a large amount, the creep rupture strength is reduced.

【0023】Crは、耐酸化性と耐食性を向上させると
ともに、固溶強化ならびに析出強化に寄与するM23C6
型析出物の構成元素として必要不可欠な元素であるが、
8.0%未満の添加量では上述の効果が小さい。一方、14.
0%を超えると、靭性およびクリープ破断強度に有害な
δフェライトが生成しやすくなるため、その含有量を8.
0 〜14.0%とする。好ましくは9.0 〜13.0%、更に好ま
しくは9.5 〜12.0%である。
Cr improves oxidation resistance and corrosion resistance and contributes to solid solution strengthening and precipitation strengthening.
It is an indispensable element as a constituent element of the type precipitate,
If the amount is less than 8.0%, the above-mentioned effect is small. Meanwhile, 14.
If it exceeds 0%, δ ferrite which is harmful to toughness and creep rupture strength is likely to be formed.
0 to 14.0%. Preferably it is 9.0-13.0%, more preferably 9.5-12.0%.

【0024】Moは固溶強化元素および炭化物の構成元
素として必要であるが、0.5 %未満の添加ではその効果
が小さい。一方、3.0 %を超えると、靭性を大きく低下
させるとともに、δフェライトが生成しやすくなるた
め、その含有量を0.5 〜3.0 %とする。好ましくは0.7
〜2.5 %、更に好ましくは0.9 〜2.0 %である。
Mo is necessary as a solid solution strengthening element and a constituent element of carbides, but its effect is small if added less than 0.5%. On the other hand, if it exceeds 3.0%, the toughness is greatly reduced, and δ ferrite is easily formed, so the content is made 0.5 to 3.0%. Preferably 0.7
~ 2.5%, more preferably 0.9 ~ 2.0%.

【0025】なお、後述するWもほぼ同様の作用を持っ
ており、Wを添加する場合にはMoの添加量を低下させ
る必要がある。Wを添加する場合、Moの添加量が0.1
%未満では固溶強化元素および炭化物元素としての効果
が小さく、一方、2.0 %を超えると靭性を大きく低下さ
せるとともに、δフェライトが生成しやすくなる。その
ため、Wとともに添加する場合のMoの添加量は0.1 〜
2.0 %とする。好ましくは0.2 〜1.5 %、更に好ましく
は0.5 〜1.2 %である。
It should be noted that W, which will be described later, has almost the same action, and when W is added, it is necessary to reduce the amount of Mo added. When adding W, the amount of Mo added is 0.1
%, The effect as a solid solution strengthening element and a carbide element is small. On the other hand, when it exceeds 2.0%, toughness is greatly reduced and δ ferrite is easily formed. Therefore, the amount of Mo added when added together with W is 0.1 to
2.0%. Preferably it is 0.2-1.5%, more preferably 0.5-1.2%.

【0026】Vは固溶強化および微細なV炭窒化物の形
成に寄与する。0.10%以上の添加量でこれらの微細析出
物は、クリ−プ中に主としてマルテンサイトラス境界上
に析出し回復を抑制するが、0.50%を超えるとδフェラ
イトが生成しやすくなる。また0.10%未満の添加量では
固溶量、析出量ともに少なく上述の効果が得られないた
め、その含有量を0.10〜0.50%とする。好ましくは0.10
〜0.40%、更に好ましくは0.15〜0.30%である。
V contributes to solid solution strengthening and formation of fine V carbonitride. At an addition amount of 0.10% or more, these fine precipitates precipitate mainly on the martensite lath boundary during creep and suppress the recovery, but when it exceeds 0.50%, δ ferrite is easily formed. If the addition amount is less than 0.10%, both the solid solution amount and the precipitation amount are small and the above-mentioned effects cannot be obtained, so the content is set to 0.10 to 0.50%. Preferably 0.10
0.40.40%, more preferably 0.15 to 0.30%.

【0027】Niは焼入れ性および靭性を大きく向上さ
せるとともにδフェライトの析出を抑制する元素である
が、1.5 %未満の添加ではその効果が小さい。一方、5.
0 %を超えるとクリ−プ抵抗を低下させるため、その含
有量を1.5 〜5.0 %とする。好ましくは1.5 〜4.0 %、
更に好ましくは2.0 〜3.0 %である。
Ni is an element which greatly improves the hardenability and toughness and suppresses the precipitation of δ-ferrite, but its effect is small if added less than 1.5%. Meanwhile, 5.
If it exceeds 0%, the creep resistance is reduced, so the content is made 1.5 to 5.0%. Preferably 1.5-4.0%,
More preferably, it is 2.0 to 3.0%.

【0028】NbはCおよびNと結合してNb(C,
N)の微細炭窒化物を形成することにより析出分散強化
に寄与する元素であるが、0.01%未満では析出密度が低
いため上述の効果が得られない。一方、0.50%を超える
と未固溶の粗大なNb(C,N)が生成しやすくなり、
延性や靭性を低下させるため、その含有量を0.01〜0.50
%とする。好ましくは0.01〜0.30%、更に好ましくは0.
03から0.20%である。
Nb bonds with C and N to form Nb (C,
N) is an element that contributes to precipitation dispersion strengthening by forming a fine carbonitride, but if it is less than 0.01%, the above-mentioned effects cannot be obtained because the precipitation density is low. On the other hand, if it exceeds 0.50%, undissolved coarse Nb (C, N) is easily generated,
In order to reduce ductility and toughness, its content is 0.01 to 0.50
%. Preferably 0.01 to 0.30%, more preferably 0.1%.
It is 0.20% from 03.

【0029】Nは窒化物あるいは炭窒化物を形成するこ
とにより析出強化に寄与し、更に母相中に残存している
Nは固溶強化にも寄与するが、0.01%未満ではこれらの
効果が得られない。一方、0.08%を超えると、窒化物あ
るいは炭窒化物の粗大化を促進しクリ−プ抵抗が低下す
るとともに延性や靭性が低下するため、その含有量を0.
01〜0.08%とする。好ましくは0.01〜0.06%、更に好ま
しくは0.02〜0.04%である。
N contributes to precipitation strengthening by forming nitrides or carbonitrides, and N remaining in the parent phase also contributes to solid solution strengthening. I can't get it. On the other hand, if it exceeds 0.08%, coarsening of the nitride or carbonitride is promoted, and the creep resistance is reduced and the ductility and toughness are reduced.
01 to 0.08%. Preferably it is 0.01 to 0.06%, more preferably 0.02 to 0.04%.

【0030】Bは微量の添加で結晶粒界への析出物の析
出を促進するとともに、炭窒化物の高温長時間安定性を
高める元素であるが、0.001 %未満ではその効果が得ら
れない。一方、0.020 %を超えると靭性を大幅に低下さ
せ、更に熱間加工性を損なうため、その含有量を0.001
〜0.020 %とする。好ましくは0.003 〜0.015 %、更に
好ましくは0.005 〜0.012 %である。
B is an element which, when added in a small amount, promotes the precipitation of precipitates at the crystal grain boundaries and enhances the high-temperature long-term stability of the carbonitride. However, if less than 0.001%, the effect cannot be obtained. On the other hand, if the content exceeds 0.020%, the toughness is significantly reduced, and the hot workability is further impaired.
~ 0.020%. Preferably it is 0.003 to 0.015%, more preferably 0.005 to 0.012%.

【0031】Reは固溶強化元素としてクリープ破断強
度向上に寄与するとともに、高温使用時における各種合
金元素の拡散を遅らせ、長時間安定性向上に寄与する
が、0.1 %未満の添加ではこれらの効果が得られない。
一方、2.0 %を超えると靭性を大幅に低下させるため、
その添加量を0.1 〜2.0 %とする。好ましくは0.1 〜1.
2 %である。
Re contributes to the improvement of creep rupture strength as a solid solution strengthening element, delays the diffusion of various alloying elements when used at high temperature, and contributes to the improvement of long-term stability. However, the addition of less than 0.1% results in these effects. Can not be obtained.
On the other hand, if it exceeds 2.0%, the toughness is greatly reduced,
The added amount is 0.1 to 2.0%. Preferably 0.1 to 1.
2%.

【0032】Wは固溶強化元素および炭化物元素として
寄与し、更にFe、Cr、Wからなる金属間化合物の形
成に寄与するため、より優れたクリープ破断強度が必要
な場合に添加する。0.3 %未満ではこれらの効果が得ら
れず、一方、5.0 %を超えるとδフェライトが生成しや
すくなるとともに、靭性および加熱脆化特性を著しく低
下させるため、その含有量を0.3 〜5.0 %とする。好ま
しくは0.5 〜3.0 %、更に好ましくは1.0 〜2.5 %であ
る。
W contributes as a solid solution strengthening element and a carbide element, and further contributes to the formation of an intermetallic compound composed of Fe, Cr and W. Therefore, W is added when higher creep rupture strength is required. If the content is less than 0.3%, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the content is more than 5.0%, δ ferrite is easily formed, and the toughness and the heat embrittlement property are remarkably reduced. . Preferably it is 0.5-3.0%, more preferably 1.0-2.5%.

【0033】Coは固溶強化に寄与し、更にδフェライ
トの生成を抑制する元素であるため、必要に応じて添加
する。0.5 %未満の添加ではこれらの効果が得られず、
一方、6.0 %を超えると加工性を損なうため、その含有
量を0.5 〜6.0 %とする。
Co is an element that contributes to solid solution strengthening and further suppresses the formation of δ ferrite, and is added as necessary. These effects cannot be obtained with the addition of less than 0.5%,
On the other hand, if it exceeds 6.0%, the workability is impaired, so its content is made 0.5 to 6.0%.

【0034】上記成分ならびに主成分であるFeを添加
する際に付随的に混入する不純物は極力低減することが
望ましい。次に、本発明のタービンロータの製造方法に
つき、その熱処理条件の限定理由を説明する。
It is desirable to reduce as much as possible the impurities incidentally added when the above components and the main component Fe are added. Next, the reason for limiting the heat treatment conditions of the method for manufacturing the turbine rotor of the present invention will be described.

【0035】焼入れはタービンロータ素体に優れた強度
を付与するために必要な熱処理であるが、その加熱温度
が950 ℃未満ではオーステナイト化が十分ではなく焼入
れが不可能となる。一方、1120℃を超えるとオーステナ
イト結晶粒が著しく粗大化し、延性を低下させるため、
その加熱温度を950 〜1120℃とする。なお、ロータ素体
の高圧部あるいは中圧部に相当する部分においてはクリ
ープ破断強度が重要となるため、1030〜1120℃の高い加
熱温度範囲における焼入れにより各種析出物を十分に固
溶させ、その後の焼戻しにより微細再析出させることが
望ましい。また、ロータ素体の低圧部においては比較的
低温における引張強度と靭性が重要となるため、950 〜
1030℃の低い加熱温度範囲における焼入れにより、結晶
粒の細粒化を図ることが望ましい。
[0035] Quenching is a heat treatment necessary for imparting excellent strength to the turbine rotor element. If the heating temperature is lower than 950 ° C, austenitization is not sufficient and quenching becomes impossible. On the other hand, when the temperature exceeds 1120 ° C, austenite crystal grains are significantly coarsened, and the ductility is reduced.
The heating temperature is 950 to 1120 ° C. Since the creep rupture strength is important in the high pressure part or the medium pressure part of the rotor element, various precipitates are sufficiently dissolved by quenching in a high heating temperature range of 1030 to 1120 ° C. It is desirable to cause fine re-precipitation by tempering. In the low-pressure portion of the rotor body, tensile strength and toughness at relatively low temperatures are important, so that
It is desirable to refine the crystal grains by quenching in a low heating temperature range of 1030 ° C.

【0036】焼戻しはタービンロータ素体を所望の強度
に調整するために、1回以上行うことが必要な熱処理で
あるが、その加熱温度が550 ℃未満では十分な焼戻し効
果が得られず、優れた靭性を得ることができない。一
方、740 ℃を超えると所望の強度が得られないため、そ
の加熱温度を550 〜740 ℃とする。なお、ロータ素体の
高圧部あるいは中圧部に相当する部分においてはクリー
プ破断強度が重要となるため、630 〜740 ℃の高い温度
範囲における焼戻しを少なくとも1回行い、焼入れによ
り固溶させた析出物を十分に再析出させることが望まし
い。また、ロータ素体の低圧部においては比較的低温に
おける引張強度と靭性が重要となるため、550 〜630 ℃
の低い加熱温度範囲における焼戻しを少なくとも1回行
い、所望の引張強度と優れた靭性を両立させることが望
ましい。次に、本発明のタービンロータの製造方法につ
き、そのタービンロータ素体を構成する鋼塊をエレクト
ロスラグ再溶解法を用いて製造する理由を説明する。
Tempering is a heat treatment that needs to be performed one or more times to adjust the turbine rotor body to a desired strength. However, if the heating temperature is lower than 550 ° C., a sufficient tempering effect cannot be obtained, and Toughness cannot be obtained. On the other hand, if the temperature exceeds 740 ° C, the desired strength cannot be obtained, so the heating temperature is set to 550 to 740 ° C. Since the creep rupture strength is important in the high pressure part or the medium pressure part of the rotor body, tempering in a high temperature range of 630 to 740 ° C is performed at least once and the solid solution is formed by quenching. It is desirable that the substance be sufficiently reprecipitated. In the low-pressure part of the rotor element, tensile strength and toughness at relatively low temperature are important, so that the temperature is 550 to 630 ° C.
It is desirable to perform tempering at least once in a low heating temperature range to achieve both desired tensile strength and excellent toughness. Next, the reason why the steel ingot constituting the turbine rotor body is manufactured by using the electroslag remelting method in the method for manufacturing the turbine rotor of the present invention will be described.

【0037】蒸気タービン用ロータに代表される大型素
材においては、鋼塊凝固時に添加元素の偏析や凝固組織
の不均一を生じやすい。特に、材料特性の向上を狙って
種々の元素を添加していくと、鋼塊中心部の偏析傾向が
高まり、ロータ素体中心部の延性や靭性が低下する傾向
がある。本発明のタービンロータの製造方法に係るター
ビンロータ素体を構成する鋼塊は真空カーボン脱酸など
に代表される通常の方法でも製造可能であるが、均質・
清浄な鋼塊を得るためにエレクトロスラグ再溶解を用い
ることが好ましい。
In a large-sized material typified by a rotor for a steam turbine, segregation of added elements and unevenness of a solidified structure are liable to occur when the steel ingot is solidified. In particular, when various elements are added in order to improve the material properties, the tendency of segregation in the center of the steel ingot increases, and the ductility and toughness in the center of the rotor element tend to decrease. The steel ingot constituting the turbine rotor body according to the method for manufacturing a turbine rotor of the present invention can be manufactured by a normal method represented by vacuum carbon deoxidation or the like.
It is preferable to use electroslag remelting to obtain a clean steel ingot.

【0038】なお、本発明に係る鋼およびタービンロー
タの引張強度、靭性、延性、クリープ破断強度などの特
性は以下に説明する引張試験、シャルピー衝撃試験、ク
リープ破断試験などによって評価することができる。
The properties of the steel and turbine rotor according to the present invention, such as tensile strength, toughness, ductility, and creep rupture strength, can be evaluated by the following tensile test, Charpy impact test, creep rupture test, and the like.

【0039】引張試験は供試材の引張強さ、耐力、伸
び、絞りなどを求めることを目的とする材料試験であ
る。引張強さおよび耐力は供試材の引張強度を、伸びお
よび絞りは供試材の延性をあらわし、それぞれの値が大
きい方が特性として優れていることを示す。
The tensile test is a material test for the purpose of determining the tensile strength, proof stress, elongation, drawing, etc. of the test material. Tensile strength and proof stress indicate the tensile strength of the test material, and elongation and drawing indicate the ductility of the test material. The larger the value of each, the better the properties.

【0040】シャルピー衝撃試験は供試材の衝撃値、FA
TT(衝撃試験片の破面率から求めた延性−脆性遷移温
度)などを求めることを目的とする材料試験である。一
般に「衝撃値」といった場合は、室温(20℃)における
特性をいう。衝撃値は、衝撃的な力が加わったときの壊
れにくさ、すなわち靭性を表すが、引張特性と同様に、
値が大きい方が性質が優れていることを示す。また、本
発明に係る鋼およびタービンロータの供試材は温度によ
って衝撃値が変化し、同一の供試材でも、温度の高い領
域では衝撃値は大きく、破面は延性破面を呈するが、逆
に温度の低い領域では衝撃値は小さく、破面は脆性破面
を呈する。これらの中間の温度域では、延性破面と脆性
破面が混在している。この両方の破面の面積率を計算
し、ちょうど50%−50%になるような温度を求め、この
温度をFATTとしている。従って、FATTの値は小さい方が
靭性が高い。
In the Charpy impact test, the impact value of the test material, FA
This is a material test for the purpose of obtaining TT (ductility-brittle transition temperature determined from the fracture surface area of the impact test piece) and the like. In general, the term “impact value” refers to characteristics at room temperature (20 ° C.). The impact value indicates how hard it is to break when an impact force is applied, that is, toughness.
Larger values indicate better properties. Further, the impact value of the steel and turbine rotor test material according to the present invention changes depending on the temperature, and even in the same test material, the impact value is large in a high temperature region, and the fracture surface exhibits a ductile fracture surface. Conversely, in a low temperature region, the impact value is small, and the fracture surface exhibits a brittle fracture surface. In the intermediate temperature range, a ductile fracture surface and a brittle fracture surface are mixed. The area ratio of both fractured surfaces is calculated, and a temperature that is exactly 50% -50% is obtained, and this temperature is defined as FATT. Therefore, the smaller the value of FATT, the higher the toughness.

【0041】クリープ破断試験は供試材のクリープ破断
強度などを求めることを目的とする材料試験である。ク
リープ破断強度はクリープ破断時間と対応する特性であ
り、クリープ破断時間が長ければ、それに応じてクリー
プ破断強度も高くなる。また、複数の試験片のクリープ
破断試験結果(試験温度、試験応力、破断時間)をラー
ソン・ミラー・パラメータで整理することにより、種々
の温度におけるクリープ破断強度(105 時間破断強度、
等)を求めることができる。
The creep rupture test is a material test aimed at obtaining the creep rupture strength and the like of the test material. The creep rupture strength is a characteristic corresponding to the creep rupture time, and the longer the creep rupture time, the higher the creep rupture strength. In addition, the creep rupture strength (105-hour rupture strength, 105-hour rupture strength,
Etc.).

【0042】[0042]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例により説明
する。 (実施例1)実施例1では、特に化学組成の影響につい
て説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments. (Example 1) In Example 1, the influence of the chemical composition will be particularly described.

【0043】供試材として用いた70種類の試料の化学組
成を図1および図2に示す。このうち、図1に示した実
施例M1からM45は本発明に係る高靭性耐熱鋼の化学組
成範囲の鋼である。そして、図2に示した比較例のうち
S1はASTM-A470 に規定されるCrMoV鋼、S2はAS
TM-A470 に規定されるNiCrMoV鋼、S3は特公昭
60-54385号公報に開示されている12Cr鋼であり、S1
およびS3は高温用タービンロータに、S2は低温用タ
ービンロータに使用されている鋼である。また、図2に
示した比較例のうちS4からS25は化学組成が本発明の
範囲に入らない鋼である。
FIGS. 1 and 2 show the chemical compositions of 70 kinds of samples used as test materials. Of these, Examples M1 to M45 shown in FIG. 1 are steels having a chemical composition range of the high toughness heat-resistant steel according to the present invention. In the comparative example shown in FIG. 2, S1 is CrMoV steel specified in ASTM-A470, and S2 is AS
NiCrMoV steel and S3 specified in TM-A470
No. 60-54385, which is a 12Cr steel disclosed in
S3 and S3 are steels used for the high-temperature turbine rotor, and S2 is steel used for the low-temperature turbine rotor. Further, among the comparative examples shown in FIG. 2, S4 to S25 are steels whose chemical compositions do not fall within the scope of the present invention.

【0044】これらの供試材を50kgの真空高周波誘導電
気炉にて溶解し鋳造した後、1200℃に加熱してプレス鍛
造を行い、直径60mmの丸棒に鍛伸した。その後、それぞ
れの丸棒に対し、調質熱処理を施した。なお、調質熱処
理の条件は実施例M1からM45および比較例S4からS
25については図3に示すHM1(1030℃焼入れ、630℃
焼戻し)とし、比較例S1からS3については、それぞ
れ一般的に行われている熱処理条件である図3に示すH
S1からHS3とした。
These test materials were melted and cast in a 50 kg vacuum high-frequency induction electric furnace, heated to 1200 ° C., press-forged, and forged into round bars having a diameter of 60 mm. Thereafter, each round bar was subjected to a tempering heat treatment. The conditions of the heat treatment were as follows: Examples M1 to M45 and Comparative Examples S4 to S45.
For 25, HM1 (hardened at 1030 ° C, 630 ° C
Tempering), and in Comparative Examples S1 to S3, H shown in FIG.
From S1 to HS3.

【0045】こうして得られた丸棒供試材より試験片を
切り出し、室温における引張試験、シャルピー衝撃試験
およびクリープ破断試験に供し、引張強さ、0.02%耐
力、伸び、絞り、FATT、590 ℃における105 時間破断強
度を求めた。その結果を実施例については図4に、比較
例については図5に示す。
A test piece was cut out from the thus obtained round bar test material and subjected to a tensile test, a Charpy impact test and a creep rupture test at room temperature. The tensile strength, 0.02% proof stress, elongation, drawing, FATT at 590 ° C. The 105-hour breaking strength was determined. The results are shown in FIG. 4 for the example and in FIG. 5 for the comparative example.

【0046】まず、比較例のうち、現用タービンロータ
に使用されているS1からS3を比較する。105 時間破
断強度はS3が最も高く、次いでS1、S2の順番であ
る。FATTはS2が最も低く、次いでS3、S1の順番で
ある。また、引張強さおよび0.02%耐力はS3が最も高
く、次いでS2、S1の順番である。従って、これらの
結果から「S1はクリープ破断強度は優れるものの、引
張強度および靭性が劣る材料」、「S2は靭性は非常に
優れ、引張強度も優れるものの、クリープ破断強度が劣
る材料」、「S3は引張強度およびクリープ破断強度は
非常に優れるものの、靭性は決して優れてはいない材
料」ということができる。
First, among the comparative examples, S1 to S3 used for the current turbine rotor are compared. The 105-hour breaking strength is highest in S3, followed by S1 and S2. For FATT, S2 is the lowest, followed by S3 and S1. The tensile strength and the 0.02% proof stress of S3 are the highest, followed by S2 and S1. Therefore, from these results, "S1 is a material having excellent creep rupture strength but inferior in tensile strength and toughness", "S2 is a material having very excellent toughness and excellent in tensile strength, but inferior in creep rupture strength", "S3 Can be said to be a material that has very excellent tensile strength and creep rupture strength, but never excellent toughness.

【0047】次に本発明に係る供試材である実施例M1
からM45と、比較例S1からS3を比較する。引張強さ
および0.02%耐力において、実施例M1からM45はいず
れも比較例S3を上回る値を示しており、非常に優れた
引張強度を有することがわかる。一方、FATTにおいて
は、実施例M1からM45はいずれも比較例S2と同等も
しくは下回る値を示しており、非常に優れた靭性を有す
ることがわかる。また、クリープ破断強度においては、
実施例M1からM45はいずれも比較例S1を上回る値を
示し、更に比較例S3と同等の値を示すものもあること
から、非常に優れたクリープ破断強度を有することがわ
かる。なお、伸びおよび絞りにおいては、実施例M1か
らM45は比較例S1からS3とほぼ同等の値を示してお
り、十分な延性を有していることがわかる。
Next, Example M1 which is a test material according to the present invention
To M45 and Comparative Examples S1 to S3. With respect to the tensile strength and the 0.02% proof stress, Examples M1 to M45 all show values exceeding those of Comparative Example S3, indicating that they have extremely excellent tensile strength. On the other hand, in FATT, Examples M1 to M45 all show values equal to or lower than Comparative Example S2, indicating that they have extremely excellent toughness. Also, in the creep rupture strength,
Examples M1 to M45 all show values higher than Comparative Example S1, and some also show values equivalent to Comparative Example S3, indicating that they have extremely excellent creep rupture strength. In the elongation and the drawing, the examples M1 to M45 show almost the same values as the comparative examples S1 to S3, indicating that they have sufficient ductility.

【0048】すなわち、本発明に係る高靭性耐熱鋼は、
従来より蒸気タービンロータとして使用されている鋼を
上回る引張強度および靭性を有し、また、CrMoV鋼
を上回り12Cr鋼に迫る優れたクリープ破断強度を有す
る。
That is, the high toughness heat-resistant steel according to the present invention comprises:
It has higher tensile strength and toughness than steel conventionally used as a steam turbine rotor, and has excellent creep rupture strength exceeding that of CrMoV steel and approaching that of 12Cr steel.

【0049】なお、化学組成が本発明の範囲に入らない
鋼である比較例S4からS25においては、引張強度、靭
性、クリープ破断強度ともに優れた供試材は見られな
い。すなわちS4、S5、S6、S7、S8、S10、S
13、S14、S16、S17、S18、S20、S22、S24はクリ
ープ破断強度が低く、S9、S11、S12、S15、S17、
S19、S21、S23、S25は靭性が低く、S4、S16は引
張強度が低い。この結果から、鋼の組成を本発明の化学
組成の範囲に調整することにより、優れた引張強度、靭
性、クリープ破断強度を兼ね備えた高靭性耐熱鋼が得ら
れることが明らかである。
In Comparative Examples S4 to S25, which are steels whose chemical composition does not fall within the range of the present invention, no test material having excellent tensile strength, toughness and creep rupture strength is found. That is, S4, S5, S6, S7, S8, S10, S
13, S14, S16, S17, S18, S20, S22, and S24 have low creep rupture strengths, and S9, S11, S12, S15, S17,
S19, S21, S23 and S25 have low toughness, and S4 and S16 have low tensile strength. From these results, it is clear that by adjusting the composition of the steel to the range of the chemical composition of the present invention, a high toughness heat-resistant steel having excellent tensile strength, toughness and creep rupture strength can be obtained.

【0050】(実施例2)実施例2では特に熱処理の影
響について説明する。素材として、本発明に係る高靭性
耐熱鋼である図1の実施例のうち、M1、M32、M42を
用い、それぞれに対して図2に示す熱処理のうち、HM
1からHM10(実施例)およびHS4からHS7(比較
例)の熱処理を施して、供試材とした。ここで、HM1
からHM10は本発明に係るタービンロータの製造方法に
はいる熱処理条件であり、HS4からHS7は本発明に
係るタービンロータの製造方法の熱処理条件に入らない
ものである。
(Embodiment 2) In Embodiment 2, the influence of the heat treatment will be particularly described. As a material, M1, M32, and M42 are used in the embodiment of FIG. 1 which is the high toughness heat-resistant steel according to the present invention.
Samples 1 to HM10 (Example) and HS4 to HS7 (Comparative Example) were heat-treated to obtain test materials. Here, HM1
To HM10 are heat treatment conditions in the method for manufacturing a turbine rotor according to the present invention, and HS4 to HS7 are not heat treatment conditions in the method for manufacturing a turbine rotor according to the present invention.

【0051】こうして得られた供試材より試験片を切り
出し、室温における引張試験、シャルピー衝撃試験およ
びクリープ破断試験をおこない、引張強さ、0.02%耐
力、伸び、絞り、FATT、590 ℃における105 時間破断強
度を求めた。その結果を図6に示す。
A test piece was cut out from the test material thus obtained, and subjected to a tensile test, a Charpy impact test and a creep rupture test at room temperature. Tensile strength, 0.02% proof stress, elongation, drawing, FATT, 105 hours at 590 ° C. for 105 hours The breaking strength was determined. FIG. 6 shows the result.

【0052】なお、熱処理条件HM1(1030℃焼入れ、
630 ℃焼戻し)により、本発明に係る高靭性耐熱鋼にお
いて優れた引張強度、靭性、クリープ破断強度が得られ
ることは実施例1で述べたので、以下、HM2からHM
10について述べる。
The heat treatment conditions HM1 (hardened at 1030 ° C.
(Tempering at 630 ° C.) described in Example 1 that excellent tensile strength, toughness, and creep rupture strength can be obtained in the high-toughness heat-resistant steel according to the present invention.
10 is described.

【0053】HM2はHM1(1030℃焼入れ、630 ℃焼
戻し)に対して、475 ℃における2回目の焼戻しを加え
たものである。熱処理HM1を施した場合と比較して、
熱処理HM2により、素材M1、M32、M42のいずれに
おいても0.02%耐力が大きく上昇し、FATTおよびクリー
プ破断強度はほとんど変化しないことがわかる。すなわ
ち、2回目焼戻しは引張強度を上昇させる効果を持って
おり、ロータ素材を製造する際には2回の焼戻しを行う
ことがより好ましい。
HM2 is obtained by adding a second tempering at 475 ° C. to HM1 (quenched at 1030 ° C. and tempered at 630 ° C.). Compared to the case where heat treatment HM1 is performed,
It can be seen that the heat treatment HM2 significantly increases the 0.02% proof stress in any of the materials M1, M32, and M42, and hardly changes the FATT and the creep rupture strength. That is, the second tempering has an effect of increasing the tensile strength, and it is more preferable to perform the second tempering when manufacturing the rotor material.

【0054】HM3はHM1(1030℃焼入れ、630 ℃焼
戻し)に対して、焼入れ温度を1000℃に低下させたもの
である。熱処理HM1を施した場合と比較して、熱処理
HM3により、素材M1、M32、M42のいずれにおいて
もクリープ破断強度は低下するものの、引張強さおよび
0.02%耐力はほとんど変化せず、FATTが大きく低下する
ことがわかる。すなわち、焼入れを950 〜1030℃の低い
加熱温度範囲で施すことにより、高低圧一体型蒸気ター
ビンロータ素体の低圧部の特性として好適な、優れた靭
性を実現することができる。
HM3 is obtained by lowering the quenching temperature to 1000 ° C. with respect to HM1 (quenched at 1030 ° C. and tempered at 630 ° C.). As compared with the case where the heat treatment HM1 is performed, the heat treatment HM3 reduces the creep rupture strength in any of the materials M1, M32, and M42, but the tensile strength and
It can be seen that the 0.02% proof stress hardly changes, and the FATT greatly decreases. That is, by performing the quenching in a low heating temperature range of 950 to 1030 ° C., it is possible to realize excellent toughness suitable as a characteristic of a low pressure portion of a high / low pressure integrated steam turbine rotor body.

【0055】HM4はHM1(1030℃焼入れ、630 ℃焼
戻し)に対して、焼入れ温度を1070℃に上昇させたもの
である。熱処理HM1を施した場合と比較して、熱処理
HM3により、素材M1、M32、M42のいずれにおいて
もFATTは上昇するものの、引張強さおよび0.02%耐力は
ほとんど変化せず、クリープ破断強度が上昇することが
わかる。すなわち、焼入れを1030〜1120℃の高い加熱温
度範囲で施すことにより、高低圧一体型蒸気タービンロ
ータ素体の高圧部あるいは中圧部の特性として好適な、
優れたクリープ破断強度を実現することができる。
HM4 is obtained by increasing the quenching temperature to 1070 ° C with respect to HM1 (quenched at 1030 ° C and tempered at 630 ° C). Compared with the case where the heat treatment HM1 is performed, the heat treatment HM3 increases the FATT in any of the materials M1, M32, and M42, but hardly changes the tensile strength and the 0.02% proof stress, and increases the creep rupture strength. You can see that. That is, by performing quenching in a high heating temperature range of 1030 to 1120 ° C., it is suitable as a characteristic of a high-pressure portion or a medium-pressure portion of a high-low pressure integrated steam turbine rotor body.
Excellent creep rupture strength can be realized.

【0056】HM5はHM1(1030℃焼入れ、630 ℃焼
戻し)に対して、焼戻し温度を600℃に低下させたもの
である。熱処理HM1を施した場合と比較して、熱処理
HM5により、素材M1、M32、M42のいずれにおいて
もクリープ破断強度はわずかに低下、FATTはわずかに上
昇するものの、引張強さおよび0.02%耐力が大きく上昇
することがわかる。すなわち、焼戻しを550 〜630 ℃の
低い加熱温度範囲で施すことにより、高低圧一体型蒸気
タービンロータ素体の低圧部の特性として好適な、優れ
た引張強度を実現することができる。
HM5 is obtained by lowering the tempering temperature to 600 ° C. with respect to HM1 (quenching at 1030 ° C., tempering at 630 ° C.). Compared with the case where the heat treatment HM1 is performed, the heat treatment HM5 slightly reduces the creep rupture strength and slightly increases the FATT in any of the materials M1, M32, and M42, but increases the tensile strength and the 0.02% proof stress. It can be seen that it rises. That is, by performing the tempering in a low heating temperature range of 550 to 630 ° C., it is possible to realize an excellent tensile strength suitable as a characteristic of a low pressure portion of a high / low pressure integrated steam turbine rotor element.

【0057】HM6はHM1(1030℃焼入れ、630 ℃焼
戻し)に対して、焼戻し温度を660℃に上昇させたもの
である。熱処理HM1を施した場合と比較して、熱処理
HM6により、素材M1、M32、M42のいずれにおいて
も引張強さおよび0.02%耐力は低下するものの、FATTは
わずかに低下し、クリープ破断強度が上昇することがわ
かる。すなわち、焼戻しを630 〜740 ℃の高い加熱温度
範囲で施すことにより、高低圧一体型蒸気タービンロー
タ素体の高圧部あるいは中圧部の特性として好適な、優
れたクリープ破断強度を実現することができる。
HM6 is obtained by raising the tempering temperature to 660 ° C. with respect to HM1 (quenching at 1030 ° C. and tempering at 630 ° C.). Compared with the case where the heat treatment HM1 is performed, the heat treatment HM6 decreases the tensile strength and the 0.02% proof stress in any of the materials M1, M32, and M42, but slightly decreases the FATT and increases the creep rupture strength. You can see that. In other words, by performing tempering in a high heating temperature range of 630 to 740 ° C., it is possible to realize excellent creep rupture strength suitable for high-pressure or medium-pressure parts of a high-low pressure integrated steam turbine rotor element. it can.

【0058】HM7はHM1(1030℃焼入れ、630 ℃焼
戻し)に対して、焼入れ温度を1000℃に低下させ、更に
焼戻し温度を600 ℃に低下させたものである。熱処理H
M1を施した場合と比較して、熱処理HM7により、素
材M1、M32、M42のいずれにおいてもクリープ破断強
度は低下するものの、FATTが大きく低下し、引張強さお
よび0.02%耐力が大きく上昇することがわかる。すなわ
ち、焼入れを950 〜1030℃の低い温度範囲で施し、更に
焼戻しを550 〜630 ℃の低い加熱温度範囲で施すことに
より、高低圧一体型蒸気タービンロータ素体の低圧部の
特性として好適な、優れた引張強度と靭性を実現するこ
とができる。
HM7 is obtained by lowering the quenching temperature to 1000 ° C. and further lowering the tempering temperature to 600 ° C. with respect to HM1 (quenching at 1030 ° C., tempering at 630 ° C.). Heat treatment H
Compared with the case where M1 is applied, the heat treatment HM7 reduces the creep rupture strength of any of the materials M1, M32 and M42, but greatly reduces the FATT and greatly increases the tensile strength and the 0.02% proof stress. I understand. That is, by performing quenching in a low temperature range of 950 to 1030 ° C. and further performing tempering in a low heating temperature range of 550 to 630 ° C., it is suitable as a characteristic of a low-pressure portion of a high-low pressure integrated steam turbine rotor element. Excellent tensile strength and toughness can be realized.

【0059】HM8はHM1(1030℃焼入れ、630 ℃焼
戻し)に対して、焼入れ温度を1070℃に上昇させ、更に
焼戻し温度を660 ℃に上昇させたものである。熱処理H
M1を施した場合と比較して、熱処理HM8により、素
材M1、M32、M42のいずれにおいても引張強さおよび
0.02%耐力は低下し、FATTは上昇するものの、クリープ
破断強度が大きく上昇することがわかる。すなわち、焼
入れを1030℃〜1120℃の高い温度範囲で施し、更に焼戻
しを630 〜740 ℃の高い加熱温度範囲で施すことによ
り、高低圧一体型蒸気タービンロータ素体の低圧部の特
性として好適な、非常に優れたクリープ破断強度を実現
することができる。
HM8 is obtained by increasing the quenching temperature to 1070 ° C and further increasing the tempering temperature to 660 ° C with respect to HM1 (quenching at 1030 ° C, tempering at 630 ° C). Heat treatment H
Compared with the case where M1 was applied, the tensile strength and the tensile strength of any of the materials M1, M32 and M42 were increased by the heat treatment HM8.
It can be seen that the 0.02% proof stress decreases and the FATT increases, but the creep rupture strength greatly increases. That is, by performing quenching in a high temperature range of 1030 ° C. to 1120 ° C. and further performing tempering in a high heating temperature range of 630 to 740 ° C., the characteristics of the low-pressure portion of the high-low pressure integrated steam turbine rotor element are suitable. And very excellent creep rupture strength can be realized.

【0060】HM9はHM7(1000℃焼入れ、600 ℃焼
戻し)に対して、475 ℃における2回目の焼戻しを加え
たものである。熱処理HM7を施した場合と比較して、
熱処理HM9により、素材M1、M32、M42のいずれにお
いても0.02%耐力が大きく上昇し、FATTおよびクリープ
破断強度はほとんど変化しないことがわかる。すなわ
ち、焼入れを950 〜1030℃の低い温度範囲で施し、焼戻
しを550 〜630 ℃の低い加熱温度範囲で施し、更に2回
目の焼戻しを施すことにより、高低圧一体型蒸気タービ
ンロータ素体の低圧部の特性として好適な、非常に優れ
た引張強度と靭性を実現することができる。
HM9 is obtained by adding a second tempering at 475 ° C. to HM7 (quenched at 1000 ° C. and tempered at 600 ° C.). Compared to the case where heat treatment HM7 is performed,
It can be seen that the heat treatment HM9 significantly increases the 0.02% proof stress in any of the materials M1, M32, and M42, and hardly changes the FATT and the creep rupture strength. That is, the quenching is performed in a low temperature range of 950 to 1030 ° C., the tempering is performed in a low heating temperature range of 550 to 630 ° C., and the second tempering is further performed to reduce the low pressure of the high-low pressure integrated steam turbine rotor body. Very good tensile strength and toughness suitable for the properties of the part can be realized.

【0061】HM10はHM8(1070℃焼入れ、660 ℃焼
戻し)に対して、475 ℃における2回目の焼戻しを加え
たものである。熱処理HM8を施した場合と比較して、
熱処理HM10により、素材M1、M32、M42のいずれに
おいても0.02%耐力が上昇し、FATTおよびクリープ破断
強度はほとんど変化しないことがわかる。すなわち、焼
入れを1030〜1120℃の高い温度範囲で施し、焼戻しを63
0 〜740 ℃の高い加熱温度範囲で施した場合、2回目の
焼戻しを施しても、高低圧一体型蒸気タービンロータ素
体の高圧部の特性として好適な、非常に優れたクリープ
破断強度は維持される。
HM10 is obtained by subjecting HM8 (quenched at 1070 ° C., tempered at 660 ° C.) to a second tempering at 475 ° C. Compared to the case where heat treatment HM8 is performed,
It can be seen that the heat treatment HM10 increases the proof stress by 0.02% in any of the materials M1, M32, and M42, and hardly changes the FATT and the creep rupture strength. That is, quenching is performed in a high temperature range of 1030 to 1120 ° C and tempering is performed in 63
When applied at a high heating temperature range of 0 to 740 ° C, it maintains very good creep rupture strength, which is suitable for the high-pressure part of the high-low pressure integrated steam turbine rotor element even after the second tempering. Is done.

【0062】なお、本発明に係るタービンロータの製造
方法の範囲に入らない熱処理条件である比較例HS4か
らHS7を施した場合、素材M1、M32、M42のいずれ
においても引張強度、靭性、クリープ破断強度ともに優
れたものは見られない。すなわちHS4を施した場合は
引張強度、靭性、クリープ破断強度ともに低く、HS5
あるいはHS6を施した場合は靭性とともに延性も低
く、HS7を施した場合は引張強度とクリープ破断強度
が低い。
When Comparative Examples HS4 to HS7, which are heat treatment conditions that do not fall within the scope of the method for manufacturing a turbine rotor according to the present invention, were applied, tensile strength, toughness, and creep rupture were observed in all of the materials M1, M32, and M42. No excellent strength was observed. That is, when HS4 was applied, the tensile strength, toughness, and creep rupture strength were all low.
Alternatively, when HS6 is applied, ductility and ductility are low, and when HS7 is applied, tensile strength and creep rupture strength are low.

【0063】これらの結果から、熱処理条件を本発明に
係るタービンロータの製造方法の範囲に調整することに
より、高低圧一体型タービンロータ用として好適な、低
圧部においては非常に優れた引張強度および靭性を有
し、高圧部においては非常に優れたクリープ破断強度を
有するロータ素体が得られることが明らかである。
From these results, by adjusting the heat treatment conditions to the range of the method for manufacturing the turbine rotor according to the present invention, it is possible to obtain a very excellent tensile strength and excellent tensile strength in the low-pressure portion, which is suitable for a high-low pressure integrated turbine rotor. It is clear that a rotor element having toughness and excellent creep rupture strength in the high pressure part can be obtained.

【0064】(実施例3)実施例3では特にタービンロ
ータ素体を形成する鋼塊をエレクトロスラグ再溶解法を
用いて製造する効果について説明する。
(Embodiment 3) In Embodiment 3, the effect of manufacturing the steel ingot forming the turbine rotor body by using the electroslag remelting method will be described.

【0065】供試材として用いた4種類の試料の化学組
成を図7に示す。これらはすべて本発明に係る高靭性耐
熱鋼の組成範囲の鋼であり、実施例E1は比較例V1と
ほぼ同一の化学組成を有し、実施例E2は比較例V2と
ほぼ同一の化学組成を有する。これらのうち、実施例E
1およびE2については、電気炉溶解後、エレクトロス
ラグ再溶解の電極用モールドに鋳込み、次いでその鋳塊
を消耗電極としてエレクトロスラグ再溶解を実施して鋼
塊を製造し、1200℃に加熱してプレス鍛造を行い、1000
mmφ×800mm のロータ部分モデルを得た。一方比較例V
1およびV2については、電気炉溶解後、真空カーボン
脱酸を実施して鋼塊を製造し、1200℃に加熱してプレス
鍛造を行い、1000mmφ×800mm のロータ部分モデルを得
た。これら4種類のロータ部分モデルに対し、1030℃に
おける焼入れおよび加熱温度630℃における焼戻しを施
した。
FIG. 7 shows the chemical compositions of four types of samples used as test materials. These are all steels in the composition range of the high-toughness heat-resistant steel according to the present invention. Example E1 has almost the same chemical composition as Comparative Example V1, and Example E2 has almost the same chemical composition as Comparative Example V2. Have. Of these, Example E
Regarding 1 and E2, after melting in an electric furnace, casting into an electrode mold for electroslag remelting, then performing electroslag remelting using the ingot as a consumable electrode to produce a steel ingot, and heating to 1200 ° C. Press forging, 1000
A rotor partial model of mmφ × 800 mm was obtained. On the other hand, Comparative Example V
With respect to 1 and V2, after melting in an electric furnace, vacuum carbon deoxidation was performed to produce a steel ingot, and the steel ingot was heated to 1200 ° C. and press forged to obtain a rotor partial model of 1000 mmφ × 800 mm. These four types of rotor partial models were quenched at 1030 ° C and tempered at a heating temperature of 630 ° C.

【0066】こうして得られた供試材の表層部並びに中
心部より試験片を切り出し、室温における引張試験、シ
ャルピー衝撃試験およびクリープ破断試験に供し、引張
強さ、0.02%耐力、伸び、絞り、FATT、590 ℃における
105 時間破断強度を求めた。その結果を図8に示す。
A test piece was cut out from the surface layer and the center of the test material thus obtained, and subjected to a tensile test, a Charpy impact test and a creep rupture test at room temperature. The tensile strength, 0.02% proof stress, elongation, drawing, FATT At 590 ° C
The 105-hour breaking strength was determined. FIG. 8 shows the result.

【0067】実施例E1およびE2では、表層部と中心
部の引張強さ、0.02%耐力、伸び、絞り、FATT、クリー
プ破断強度はほぼ同等である。一方、比較例V1および
V2では、表層部と中心部の引張強さ、0.02%耐力、ク
リープ破断強度はほぼ同等であるが、伸び、絞りは中心
部において低下し、FATTは中心部において上昇する傾向
が見られる。また、この傾向は合金元素をより多く添加
したV2において著しい。すなわち、特に合金元素を多
く添加した場合、本発明に係る高靭性耐熱鋼を用いたタ
ービンロータ素体を形成する鋼塊をエレクトロスラグ再
溶解法を用いて製造することにより、表層部と中心部の
引張強度、延性、靭性、クリープ破断強度に差がない均
質なロータ素体が得られることが明らかである。
In Examples E1 and E2, the tensile strength, the 0.02% proof stress, the elongation, the drawing, the FATT, and the creep rupture strength of the surface layer portion and the central portion are almost the same. On the other hand, in Comparative Examples V1 and V2, the tensile strength, the 0.02% proof stress, and the creep rupture strength of the surface layer portion and the central portion are almost the same, but the elongation and the reduction decrease in the central portion, and the FATT increases in the central portion. There is a tendency. This tendency is remarkable in V2 in which more alloying elements are added. In other words, especially when a large amount of alloying elements are added, the ingot forming the turbine rotor body using the high toughness heat-resistant steel according to the present invention is manufactured by using the electroslag remelting method, so that the surface layer portion and the central portion are manufactured. It is clear that a homogeneous rotor body having no difference in tensile strength, ductility, toughness and creep rupture strength can be obtained.

【0068】[0068]

【発明の効果】上記説明にて明らかなように、本発明に
よれば、高温の蒸気条件下において高いクリープ破断強
度を有し、かつ比較的低温の蒸気条件下においても引張
強度および靭性が高い高靭性耐熱鋼およびこの高靭性耐
熱鋼を用いた高低圧一体型タービンロータを提供するこ
とができる。この高低圧一体型タービンロータは高温蒸
気環境での使用が可能であり、かつ長尺の低圧最終段翼
を装着できるため、従来にない大容量・高効率発電プラ
ントの高低圧一体型タービンによる構成が可能となり、
産業上有益な効果がもたらされる。
As apparent from the above description, the present invention has a high creep rupture strength under high-temperature steam conditions and a high tensile strength and toughness even under relatively low-temperature steam conditions. It is possible to provide a high-toughness heat-resistant steel and a high-low pressure integrated turbine rotor using the high-toughness heat-resistant steel. This high-low pressure integrated turbine rotor can be used in a high-temperature steam environment and can be equipped with a long, low-pressure last stage blade, making it an unprecedented high-capacity, high-efficiency power plant with a high-low pressure integrated turbine. Becomes possible,
Industrially beneficial effects are brought about.

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

【図1】本発明の高靭性耐熱鋼の実施例の組成を示す
表。
FIG. 1 is a table showing the composition of an example of a high toughness heat-resistant steel of the present invention.

【図2】本発明の高靭性耐熱鋼に対する比較例の組成を
示す表。
FIG. 2 is a table showing the composition of a comparative example for the high toughness heat-resistant steel of the present invention.

【図3】供試材に対する調質熱処理条件を示す表。FIG. 3 is a table showing heat treatment conditions for a test material.

【図4】実施例供試材に対する引張試験等の結果を示す
表。
FIG. 4 is a table showing the results of tensile tests and the like on the test materials of the examples.

【図5】比較例供試材に対する引張試験等の結果を示す
表。
FIG. 5 is a table showing the results of a tensile test and the like for a test material of a comparative example.

【図6】熱処理条件についての試験の結果を示す表。FIG. 6 is a table showing the results of tests on heat treatment conditions.

【図7】エレクトロスラグ再溶解法を試験するための供
試材の組成を示す表。
FIG. 7 is a table showing a composition of a test material for testing an electroslag remelting method.

【図8】エレクトロスラグ再溶解法および他の方法によ
って製作した供試材の引張試験等の結果を示す表。
FIG. 8 is a table showing results of tensile tests and the like of test materials manufactured by the electroslag remelting method and other methods.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 38/18 C22C 38/18 38/40 38/40 38/44 38/44 38/46 38/46 38/48 38/48 38/54 38/54 F01D 5/28 F01D 5/28 // C22B 9/18 C22B 9/18 (72)発明者 山田 政之 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 Fターム(参考) 3G002 EA06 4K001 AA42 BA23 FA01 GA14 4K042 AA25 BA01 BA02 BA14 CA02 CA07 CA08 CA09 CA10 CA13 CA15 DA01 DA02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) C22C 38/18 C22C 38/18 38/40 38/40 38/44 38/44 38/46 38/46 38 / 48 38/48 38/54 38/54 F01D 5/28 F01D 5/28 // C22B 9/18 C22B 9/18 (72) Inventor Masayuki Yamada 2-4 Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Co., Ltd. F-term in Toshiba Keihin Works (reference) 3G002 EA06 4K001 AA42 BA23 FA01 GA14 4K042 AA25 BA01 BA02 BA14 CA02 CA07 CA08 CA09 CA10 CA13 CA15 DA01 DA02

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重量比で、C:0.05〜0.30%、Si:0
%より多く0.20%以下、Mn:0%より多く1.0 %以
下、Cr:8.0 〜14.0%、Mo:0.5 〜3.0 %、V:0.
10〜0.50%、Ni:1.5 〜5.0 %、Nb:0.01〜0.50
%、N:0.01〜0.08%、B:0.001 〜0.020 %、Re:
0.1 〜2.0 %を含み、残部がFeおよび不可避的不純物
からなることを特徴とする高靭性耐熱鋼。
1. A weight ratio of C: 0.05 to 0.30%, Si: 0
%: 0.20% or less, Mn: more than 0% and 1.0% or less, Cr: 8.0-14.0%, Mo: 0.5-3.0%, V: 0.
10-0.50%, Ni: 1.5-5.0%, Nb: 0.01-0.50
%, N: 0.01 to 0.08%, B: 0.001 to 0.020%, Re:
A high toughness heat-resistant steel containing 0.1 to 2.0%, with the balance being Fe and unavoidable impurities.
【請求項2】 重量比で、C:0.07〜0.25%、Si:0
%より多く0.20%以下、Mn:0%より多く1.0 %以
下、Cr:9.0 〜13.0%、Mo:0.7 〜2.5 %、V:0.
10〜0.40%、Ni:1.5 〜4.0 %、Nb:0.01〜0.30
%、N:0.01〜0.06%、B:0.003 〜0.015 %、Re:
0.1 〜1.2 %を含み、残部がFeおよび不可避的不純物
からなることを特徴とする高靭性耐熱鋼。
2. C: 0.07 to 0.25% by weight, Si: 0 by weight ratio
%: More than 0.20%, Mn: more than 0% and 1.0% or less, Cr: 9.0-13.0%, Mo: 0.7-2.5%, V: 0.
10 to 0.40%, Ni: 1.5 to 4.0%, Nb: 0.01 to 0.30
%, N: 0.01 to 0.06%, B: 0.003 to 0.015%, Re:
A high toughness heat-resistant steel containing 0.1 to 1.2%, with the balance being Fe and unavoidable impurities.
【請求項3】 重量比で、C:0.09〜0.20%、Si:0
%より多く0.20%以下、Mn:0%より多く1.0 %以
下、Cr:9.5 〜12.0%、Mo:0.9 〜2.0 %、V:0.
15〜0.30%、Ni:2.0 〜3.0 %、Nb:0.03〜0.20
%、N:0.02〜0.04%、B:0.005 〜0.012 %、Re:
0.1 〜1.2 %を含み、残部がFeおよび不可避的不純物
からなることを特徴とする高靭性耐熱鋼。
3. A weight ratio of C: 0.09 to 0.20%, Si: 0
% To 0.20%, Mn: more than 0% to 1.0%, Cr: 9.5 to 12.0%, Mo: 0.9 to 2.0%, V: 0.
15-0.30%, Ni: 2.0-3.0%, Nb: 0.03-0.20
%, N: 0.02 to 0.04%, B: 0.005 to 0.012%, Re:
A high toughness heat-resistant steel containing 0.1 to 1.2%, with the balance being Fe and unavoidable impurities.
【請求項4】 重量比で、C:0.05〜0.30%、Si:0
%より多く0.20%以下、Mn:0%より多く1.0 %以
下、Cr:8.0 〜14.0%、Mo:0.1 〜2.0 %、W:0.
3 〜5.0 %、V:0.10〜0.50%、Ni:1.5 〜5.0 %、
Nb:0.01〜0.50%、N:0.01〜0.08%、B:0.001 〜
0.020 %、Re:0.1 〜2.0 %を含み、残部がFeおよ
び不可避的不純物からなることを特徴とする高靭性耐熱
鋼。
4. A weight ratio of C: 0.05 to 0.30%, Si: 0
%: 0.20% or less, Mn: more than 0% and 1.0% or less, Cr: 8.0-14.0%, Mo: 0.1-2.0%, W: 0.
3 to 5.0%, V: 0.10 to 0.50%, Ni: 1.5 to 5.0%,
Nb: 0.01 to 0.50%, N: 0.01 to 0.08%, B: 0.001 to
A high toughness heat-resistant steel containing 0.020% and Re: 0.1 to 2.0%, with the balance being Fe and unavoidable impurities.
【請求項5】 重量比で、C:0.07〜0.25%、Si:0
%より多く0.20%以下、Mn:0%より多く1.0 %以
下、Cr:9.0 〜13.0%、Mo:0.2 〜1.5 %、W:0.
5 〜3.0 %、V:0.10〜0.40%、Ni:1.5 〜4.0 %、
Nb:0.01〜0.30%、N:0.01〜0.06%、B:0.003 〜
0.015 %、Re:0.1 〜1.2 %を含み、残部がFeおよ
び不可避的不純物からなることを特徴とする高靭性耐熱
鋼。
5. C: 0.07 to 0.25% by weight, Si: 0 by weight ratio
%: 0.20% or less, Mn: more than 0% and 1.0% or less, Cr: 9.0-13.0%, Mo: 0.2-1.5%, W: 0.
5 to 3.0%, V: 0.10 to 0.40%, Ni: 1.5 to 4.0%,
Nb: 0.01 to 0.30%, N: 0.01 to 0.06%, B: 0.003 to
High toughness heat-resistant steel containing 0.015% and Re: 0.1 to 1.2%, with the balance being Fe and unavoidable impurities.
【請求項6】 重量比で、C:0.09〜0.20%、Si:0
%より多く0.20%以下、Mn:0%より多く1.0 %以
下、Cr:9.5 〜12.0%、Mo:0.5 〜1.2 %、W:1.
0 〜2.5 %、V:0.15〜0.30%、Ni:2.0 〜3.0 %、
Nb:0.03〜0.20%、N:0.02〜0.04%、B:0.005 〜
0.012 %、Re:0.1 〜1.2 %を含み、残部がFeおよ
び不可避的不純物からなることを特徴とする高靭性耐熱
鋼。
6. A weight ratio of C: 0.09 to 0.20%, Si: 0
% To 0.20%, Mn: more than 0% to 1.0%, Cr: 9.5 to 12.0%, Mo: 0.5 to 1.2%, W: 1.
0 to 2.5%, V: 0.15 to 0.30%, Ni: 2.0 to 3.0%,
Nb: 0.03 to 0.20%, N: 0.02 to 0.04%, B: 0.005 to
High toughness heat-resistant steel containing 0.012% and Re: 0.1 to 1.2%, with the balance being Fe and inevitable impurities.
【請求項7】 重量比で、Coを0.5 〜6.0 %含むこと
を特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の高靭
性耐熱鋼。
7. The high-toughness heat-resistant steel according to claim 1, which contains 0.5 to 6.0% of Co by weight.
【請求項8】 請求項1ないし7のいずれかに記載の高
靭性耐熱鋼からなるタービンロータ素体を950 〜1120℃
に加熱して焼入れし、その後、タービンロータ素体に55
0 〜740 ℃の焼戻しを1回以上施すことを特徴とするタ
ービンロータの製造方法。
8. A turbine rotor element made of the high-toughness heat-resistant steel according to any one of claims 1 to 7, wherein the temperature is 950 to 1120 ° C.
And then quenched.
A method for manufacturing a turbine rotor, wherein tempering at 0 to 740 ° C is performed at least once.
【請求項9】 焼入れ時の加熱温度は、タービンロータ
素体の高圧部あるいは中圧部に相当する部分に対しては
1030〜1120℃であり、タービンロータ素体の低圧部に相
当する部分に対しては950 〜1030℃であることを特徴と
する請求項8記載のタービンロータの製造方法。
9. The heating temperature at the time of quenching is set for a portion corresponding to a high pressure portion or a medium pressure portion of the turbine rotor body.
9. The method according to claim 8, wherein the temperature is 1030 to 1120 [deg.] C. and the temperature is 950 to 1030 [deg.] C. for a portion corresponding to a low pressure portion of the turbine rotor body.
【請求項10】 少なくとも1回の焼戻しの加熱温度
が、タービンロータ素体の高圧部あるいは中圧部に相当
する部分に対しては630 〜740 ℃であり、タービンロー
タ素体の低圧部に相当する部分に対しては550 〜630 ℃
であることを特徴とする請求項8または9記載のタービ
ンロータの製造方法。
10. The heating temperature of at least one tempering is 630 to 740 ° C. for a portion corresponding to a high pressure portion or a medium pressure portion of the turbine rotor body, and corresponds to a low pressure portion of the turbine rotor body. 550 to 630 ° C
The method for manufacturing a turbine rotor according to claim 8, wherein:
【請求項11】 タービンロータ素体は、請求項1ない
し7のいずれかに記載の高靭性耐熱鋼からエレクトロス
ラグ再溶解法によって製造された鋼塊から形成すること
を特徴とする請求項8ないし10のいずれかに記載のター
ビンロータの製造方法。
11. The turbine rotor body is formed from a steel ingot produced from the high toughness heat-resistant steel according to any one of claims 1 to 7 by an electroslag remelting method. 11. The method for manufacturing a turbine rotor according to any one of 10.
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