JP2001050007A - 高低圧または高中低圧タービンロータおよびその製造方法ならびに一体型蒸気タービン - Google Patents
高低圧または高中低圧タービンロータおよびその製造方法ならびに一体型蒸気タービンInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】蒸気タービンの大容量化および高効率化の要求
に伴い生じる、高圧側蒸気の高温化と低圧側最終段翼の
長尺化に対応可能な高低圧または高中低圧の一体型ター
ビンロータおよびこれを適用した一体型蒸気タービンを
得る。 【解決手段】高温側２と低温側３とを有するタービンロ
ータ１であって、高温側２はロータ胴部Ｂと軸受け部Ａ
とからなり、低温側３はロータ胴部Ｃ，Ｄと軸受け部Ｅ
とからなる高低圧または高中低圧タービンロータ１にお
いて、タービンロータ１の高温側２および低温側３に、
異なる化学組成を有する２個以上のロータ部分素材を適
用し、これらのロータ部分素材をエレクトロスラグ再溶
解、溶接接合、ボルト締結、またはこれらの２種以上の
組合せにより結合して一体としたことを特徴とする。
に伴い生じる、高圧側蒸気の高温化と低圧側最終段翼の
長尺化に対応可能な高低圧または高中低圧の一体型ター
ビンロータおよびこれを適用した一体型蒸気タービンを
得る。 【解決手段】高温側２と低温側３とを有するタービンロ
ータ１であって、高温側２はロータ胴部Ｂと軸受け部Ａ
とからなり、低温側３はロータ胴部Ｃ，Ｄと軸受け部Ｅ
とからなる高低圧または高中低圧タービンロータ１にお
いて、タービンロータ１の高温側２および低温側３に、
異なる化学組成を有する２個以上のロータ部分素材を適
用し、これらのロータ部分素材をエレクトロスラグ再溶
解、溶接接合、ボルト締結、またはこれらの２種以上の
組合せにより結合して一体としたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に、蒸気タービ
ンの大容量化および高効率化の要求に伴い生じるより過
酷な使用環境で適用可能な高低圧または高中低圧タービ
ンロータおよびその製造方法ならびにこのタービンロー
タを適用した一体型蒸気タービンに関する。
ンの大容量化および高効率化の要求に伴い生じるより過
酷な使用環境で適用可能な高低圧または高中低圧タービ
ンロータおよびその製造方法ならびにこのタービンロー
タを適用した一体型蒸気タービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、複数のタービンロータを機械的
に結合した蒸気タービンは、高圧側から低圧側までの使
用蒸気条件等に応じてロータ材が選定されている。例え
ば、５５０〜６００℃の高温高圧側で用いるタービンロ
ータ材として、１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４
７０（Ｃｌａｓｓ８））や特公昭６０−５４３８５号公
報に掲載の１２％Ｃｒ耐熱鋼等が採用されている。ま
た、４００℃以下の低温低圧側で用いるタービンロータ
材として、２．５％以上のＮｉを含むＮｉＣｒＭｏＶ鋼
（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２〜７））などが採
用されている。
に結合した蒸気タービンは、高圧側から低圧側までの使
用蒸気条件等に応じてロータ材が選定されている。例え
ば、５５０〜６００℃の高温高圧側で用いるタービンロ
ータ材として、１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４
７０（Ｃｌａｓｓ８））や特公昭６０−５４３８５号公
報に掲載の１２％Ｃｒ耐熱鋼等が採用されている。ま
た、４００℃以下の低温低圧側で用いるタービンロータ
材として、２．５％以上のＮｉを含むＮｉＣｒＭｏＶ鋼
（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２〜７））などが採
用されている。
【０００３】ところが、最近では、より大容量および高
効率化を指向した発電プラントが開発され、蒸気タービ
ンの小型化および機構の簡略化といった見地から、高圧
側から低圧側までを同一材質で一体に形成する、いわゆ
る高低圧または高中低圧一体型タービンロータが注目さ
れている。
効率化を指向した発電プラントが開発され、蒸気タービ
ンの小型化および機構の簡略化といった見地から、高圧
側から低圧側までを同一材質で一体に形成する、いわゆ
る高低圧または高中低圧一体型タービンロータが注目さ
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たタービンロータ用の従来鋼は、高圧側から低圧側まで
を同一材質で一体に形成し、使用条件のすべての要求を
満たす材質ではないため、これらの従来鋼を用いて高低
圧または高中低圧の一体型タービンロータを構成する場
合には、種々の問題を有していた。
たタービンロータ用の従来鋼は、高圧側から低圧側まで
を同一材質で一体に形成し、使用条件のすべての要求を
満たす材質ではないため、これらの従来鋼を用いて高低
圧または高中低圧の一体型タービンロータを構成する場
合には、種々の問題を有していた。
【０００５】例えば、一体型タービンロータの材料とし
て、高圧側から低圧側までを１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼で一
体に形成した場合には、５５０℃程度の高温域における
クリープ破断強度は優れているものの、低温域における
引張強さや靭性は必ずしも十分ではなく、延性破壊や脆
性破壊等が予想される。このため、延性破壊や脆性破壊
などの防止措置として、タービンロータ低圧部における
作用応力を低減させる必要があり、その結果、低圧段
落、特に最終段に装着される翼の大きさ（長さ）が制限
されてしまい、発電プラントの大容量化が困難になると
いう問題を有していた。また、１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼
は、５５０℃程度の高温域におけるクリープ破断強度は
優れているものの、最近における発電プラントの効率向
上のために要求される６００℃程度のタービン入口蒸気
の高温かつ高圧条件を必ずしも満足したものではなかっ
た。
て、高圧側から低圧側までを１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼で一
体に形成した場合には、５５０℃程度の高温域における
クリープ破断強度は優れているものの、低温域における
引張強さや靭性は必ずしも十分ではなく、延性破壊や脆
性破壊等が予想される。このため、延性破壊や脆性破壊
などの防止措置として、タービンロータ低圧部における
作用応力を低減させる必要があり、その結果、低圧段
落、特に最終段に装着される翼の大きさ（長さ）が制限
されてしまい、発電プラントの大容量化が困難になると
いう問題を有していた。また、１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼
は、５５０℃程度の高温域におけるクリープ破断強度は
優れているものの、最近における発電プラントの効率向
上のために要求される６００℃程度のタービン入口蒸気
の高温かつ高圧条件を必ずしも満足したものではなかっ
た。
【０００６】また、一体型タービンロータの材料とし
て、高圧側から低圧側までを１２％Ｃｒ耐熱鋼で一体に
形成した場合には、上述した１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼より
も高温クリープ破断強度に優れた特性を生かし、タービ
ン入口蒸気条件も満足できる。しかしながら、十分な靭
性を得られず、この改善措置として１％ＣｒＭｏＶ耐熱
鋼の場合と同様に、低圧段落に装着できる翼の大きさ
（長さ）が制限されてしまうという問題を有していた。
て、高圧側から低圧側までを１２％Ｃｒ耐熱鋼で一体に
形成した場合には、上述した１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼より
も高温クリープ破断強度に優れた特性を生かし、タービ
ン入口蒸気条件も満足できる。しかしながら、十分な靭
性を得られず、この改善措置として１％ＣｒＭｏＶ耐熱
鋼の場合と同様に、低圧段落に装着できる翼の大きさ
（長さ）が制限されてしまうという問題を有していた。
【０００７】一方、一体型タービンロータの材料とし
て、高圧側から低圧側までを２．５％以上のＮｉを含む
ＮｉＣｒＭｏＶ鋼で一体に形成した場合には、低温域で
の引張強さおよび靭性が優れているものの、クリープ破
断強度を必ずしも満足するものではなかった。このた
め、高圧部における強度不足のため、タービン入口蒸気
の高温化を制限する必要があり、発電プラントの効率向
上が困難となるなどの問題を有していた。
て、高圧側から低圧側までを２．５％以上のＮｉを含む
ＮｉＣｒＭｏＶ鋼で一体に形成した場合には、低温域で
の引張強さおよび靭性が優れているものの、クリープ破
断強度を必ずしも満足するものではなかった。このた
め、高圧部における強度不足のため、タービン入口蒸気
の高温化を制限する必要があり、発電プラントの効率向
上が困難となるなどの問題を有していた。
【０００８】上述したように、従来鋼を適用して同一材
質の高低圧または高中低圧一体型タービンロータを構成
する場合には、特に、高温蒸気を使用した際、長尺の低
圧最終段翼を装着する蒸気タービンの大容量化および高
効率化を図る際に、大きな制約を受けてしまうといった
問題を有していた。
質の高低圧または高中低圧一体型タービンロータを構成
する場合には、特に、高温蒸気を使用した際、長尺の低
圧最終段翼を装着する蒸気タービンの大容量化および高
効率化を図る際に、大きな制約を受けてしまうといった
問題を有していた。
【０００９】本発明は、これらの問題を解決するために
なされたものであり、蒸気タービンの大容量化および高
効率化の要求に伴い生じるより過酷な使用環境に対応さ
せた高低圧または高中低圧一体型としたタービンロータ
およびその製造方法ならびにこれを適用した一体型蒸気
タービンを提供することを目的とする。
なされたものであり、蒸気タービンの大容量化および高
効率化の要求に伴い生じるより過酷な使用環境に対応さ
せた高低圧または高中低圧一体型としたタービンロータ
およびその製造方法ならびにこれを適用した一体型蒸気
タービンを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
高温側と低温側とを有するタービンロータであって、前
記高温側はロータ胴部と軸受け部とからなり、前記低温
側はロータ胴部と軸受け部とからなるタービンロータに
おいて、前記タービンロータの高温側および低温側に、
異なる化学組成を有する２個以上のロータ部分素材を適
用し、これらのロータ部分素材をエレクトロスラグ再溶
解、溶接接合、ボルト締結、またはこれらの２種以上の
組合せにより結合して一体としたことを特徴とする。
高温側と低温側とを有するタービンロータであって、前
記高温側はロータ胴部と軸受け部とからなり、前記低温
側はロータ胴部と軸受け部とからなるタービンロータに
おいて、前記タービンロータの高温側および低温側に、
異なる化学組成を有する２個以上のロータ部分素材を適
用し、これらのロータ部分素材をエレクトロスラグ再溶
解、溶接接合、ボルト締結、またはこれらの２種以上の
組合せにより結合して一体としたことを特徴とする。
【００１１】本発明によれば、高低圧または高中低圧の
一体型タービンロータの高温高圧側から低温低圧側にお
ける各ロータ部位に必要とされるそれぞれの材料特性の
種類とその特性レベルに応じて最適な、異なった組成の
２個以上のロータ部分素材を結合することにより、高温
部（高圧部および高中圧部）におけるクリープ破断強
度、低温部（低圧部）における室温引張強さおよび靱性
に優れたタービンロータを得られる。
一体型タービンロータの高温高圧側から低温低圧側にお
ける各ロータ部位に必要とされるそれぞれの材料特性の
種類とその特性レベルに応じて最適な、異なった組成の
２個以上のロータ部分素材を結合することにより、高温
部（高圧部および高中圧部）におけるクリープ破断強
度、低温部（低圧部）における室温引張強さおよび靱性
に優れたタービンロータを得られる。
【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の高
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部およびロータ胴部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を
適用し、低温側の軸受部およびロータ胴部として３．５
％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用したことを特徴とする。
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部およびロータ胴部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を
適用し、低温側の軸受部およびロータ胴部として３．５
％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用したことを特徴とする。
【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１記載の高
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を適用し、高温側の
ロータ胴部として１２％Ｃｒ耐熱鋼を、低温側の軸受部
およびロータ胴部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適
用したことを特徴とする。
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を適用し、高温側の
ロータ胴部として１２％Ｃｒ耐熱鋼を、低温側の軸受部
およびロータ胴部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適
用したことを特徴とする。
【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１記載の高
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用し、高温
側のロータ胴部として１２Ｃｒ鋼を、低温側の軸受部お
よびロータ胴部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用
したことを特徴とする。
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用し、高温
側のロータ胴部として１２Ｃｒ鋼を、低温側の軸受部お
よびロータ胴部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用
したことを特徴とする。
【００１５】請求項５記載の発明は、請求項１記載の高
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を適用し、高温側の
ロータ胴部として１２％Ｃｒ耐熱鋼を、低温側の軸受部
として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を、低温側のロータ胴部と
して３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用したことを特徴と
する。
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を適用し、高温側の
ロータ胴部として１２％Ｃｒ耐熱鋼を、低温側の軸受部
として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を、低温側のロータ胴部と
して３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用したことを特徴と
する。
【００１６】請求項６記載の発明は、請求項１記載の高
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部およびロータ胴部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を
適用し、低温側の軸受部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ
鋼を、低温側のロータ胴部として３．５％ＮｉＣｒＭｏ
Ｖ鋼を、低温側の前記ロータ胴部の最終段胴部のみ高強
度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用したことを特徴とする。
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部およびロータ胴部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を
適用し、低温側の軸受部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ
鋼を、低温側のロータ胴部として３．５％ＮｉＣｒＭｏ
Ｖ鋼を、低温側の前記ロータ胴部の最終段胴部のみ高強
度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用したことを特徴とする。
【００１７】請求項７記載の発明は、請求項１記載の高
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部およびロータ胴部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を
適用し、低温側の軸受部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼
を、低温側のロータ胴部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ
鋼を、低温側の前記ロータ胴部の最終段胴部のみ高強度
ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用したことを特徴とする。
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部およびロータ胴部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を
適用し、低温側の軸受部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼
を、低温側のロータ胴部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ
鋼を、低温側の前記ロータ胴部の最終段胴部のみ高強度
ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用したことを特徴とする。
【００１８】請求項８記載の発明は、請求項１記載の高
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用し、高温
側のロータ胴部として１２％Ｃｒ耐熱鋼を、低温側の軸
受部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、低温側のロー
タ胴部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、低温側の前
記ロータ胴部の最終段胴部のみ高強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼
を適用したことを特徴とする。
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用し、高温
側のロータ胴部として１２％Ｃｒ耐熱鋼を、低温側の軸
受部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、低温側のロー
タ胴部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、低温側の前
記ロータ胴部の最終段胴部のみ高強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼
を適用したことを特徴とする。
【００１９】請求項９記載の発明は、請求項１記載の高
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を適用し、高温側の
ロータ胴部として１２％Ｃｒ耐熱鋼を、低温側の軸受部
として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を、低温側のロータ胴部と
して３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、低温側の前記ロータ
胴部の最終段胴部のみ高強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用し
たことを特徴とする。
低圧または高中低圧タービンロータにおいて、高温側の
軸受部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を適用し、高温側の
ロータ胴部として１２％Ｃｒ耐熱鋼を、低温側の軸受部
として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を、低温側のロータ胴部と
して３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、低温側の前記ロータ
胴部の最終段胴部のみ高強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用し
たことを特徴とする。
【００２０】請求項１０記載の発明は、高温側と低温側
とを有し、前記高温側はロータ胴部と軸受け部とからな
り、前記低温側はロータ胴部と軸受け部とからなる高低
圧または高中低圧タービンロータの製造方法において、
前記タービンロータの高温側および低温側に、異なる化
学組成を有する２個以上のロータ部分素材を適用し、こ
れらのロータ部分素材を電極継ぎ足しによるエレクトロ
スラグ再溶解、電極接合後のエレクトロスラグ再溶解、
素材製造およびロータ加工プロセス中のいくつかの時期
における溶接接合、素材完成後のボルト締結、またはこ
れらの２種以上の組合せにより結合して一体としたター
ビンロータを得ることを特徴とする。
とを有し、前記高温側はロータ胴部と軸受け部とからな
り、前記低温側はロータ胴部と軸受け部とからなる高低
圧または高中低圧タービンロータの製造方法において、
前記タービンロータの高温側および低温側に、異なる化
学組成を有する２個以上のロータ部分素材を適用し、こ
れらのロータ部分素材を電極継ぎ足しによるエレクトロ
スラグ再溶解、電極接合後のエレクトロスラグ再溶解、
素材製造およびロータ加工プロセス中のいくつかの時期
における溶接接合、素材完成後のボルト締結、またはこ
れらの２種以上の組合せにより結合して一体としたター
ビンロータを得ることを特徴とする。
【００２１】請求項１１記載の発明は、請求項１０記載
の高低圧または高中低圧タービンロータの製造方法にお
いて、電極継ぎ足しによるエレクトロスラグ再溶解とし
て、異なる化学組成を有する２個以上のロータ部分素材
の消耗電極を別々に作製し、前記消耗電極のうちのいず
れかの消耗電極をエレクトロスラグ再溶解した後、直ち
に他の消耗電極を順次エレクトロスラグ再溶解して継ぎ
足し、一体としたことを特徴とする。
の高低圧または高中低圧タービンロータの製造方法にお
いて、電極継ぎ足しによるエレクトロスラグ再溶解とし
て、異なる化学組成を有する２個以上のロータ部分素材
の消耗電極を別々に作製し、前記消耗電極のうちのいず
れかの消耗電極をエレクトロスラグ再溶解した後、直ち
に他の消耗電極を順次エレクトロスラグ再溶解して継ぎ
足し、一体としたことを特徴とする。
【００２２】請求項１２記載の発明は、請求項１０記載
の高低圧または高中低圧タービンロータの製造方法にお
いて、電極接合後のエレクトロスラグ再溶解として、異
なる化学組成を有する２個以上のロータ部分素材の消耗
電極を別々に作製し、これらの消耗電極を接合して長手
方向に部分的に異なる化学組成を有する１本の消耗電極
とした後、エレクトロスラグ再溶解して一体としたこと
を特徴とする。
の高低圧または高中低圧タービンロータの製造方法にお
いて、電極接合後のエレクトロスラグ再溶解として、異
なる化学組成を有する２個以上のロータ部分素材の消耗
電極を別々に作製し、これらの消耗電極を接合して長手
方向に部分的に異なる化学組成を有する１本の消耗電極
とした後、エレクトロスラグ再溶解して一体としたこと
を特徴とする。
【００２３】請求項１３記載の発明は、請求項１０記載
の高低圧または高中低圧タービンロータの製造方法にお
いて、素材製造およびロータ加工プロセス中における、
異なる化学組成を有する２個以上のロータ部分素材の溶
接接合を、粗鍛造工程と仕上鍛造工程との間、または鍛
造および焼鈍工程と調質熱処理工程との間、または調質
熱処理工程後、またはロータ素材完成後のいずれかにお
いて行うことを特徴とする。
の高低圧または高中低圧タービンロータの製造方法にお
いて、素材製造およびロータ加工プロセス中における、
異なる化学組成を有する２個以上のロータ部分素材の溶
接接合を、粗鍛造工程と仕上鍛造工程との間、または鍛
造および焼鈍工程と調質熱処理工程との間、または調質
熱処理工程後、またはロータ素材完成後のいずれかにお
いて行うことを特徴とする。
【００２４】請求項１４記載の発明は、請求項１から９
までのいずれかに記載の高低圧または高中低圧タービン
ロータを適用した高低圧または高中低圧の一体型蒸気タ
ービンである。
までのいずれかに記載の高低圧または高中低圧タービン
ロータを適用した高低圧または高中低圧の一体型蒸気タ
ービンである。
【００２５】本発明によれば、高温高圧側から低温低圧
側における各ロータ部位に必要とされるそれぞれの材料
特性が得られるため、蒸気タービンの大容量化と高効率
化の要求に伴って生じる、より苛酷な使用環境、すなわ
ち高圧側蒸気の高温化と低圧側最終段翼の長尺化に対応
することができる。
側における各ロータ部位に必要とされるそれぞれの材料
特性が得られるため、蒸気タービンの大容量化と高効率
化の要求に伴って生じる、より苛酷な使用環境、すなわ
ち高圧側蒸気の高温化と低圧側最終段翼の長尺化に対応
することができる。
【００２６】請求項１５記載の発明は、請求項１０から
１３までのいずれかに記載の高低圧または高中低圧ター
ビンロータの製造方法により作製されたタービンロータ
を適用した高低圧または高中低圧の一体型蒸気タービン
である。
１３までのいずれかに記載の高低圧または高中低圧ター
ビンロータの製造方法により作製されたタービンロータ
を適用した高低圧または高中低圧の一体型蒸気タービン
である。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図１および表１〜表５を用いて具体的に説明する。
て、図１および表１〜表５を用いて具体的に説明する。
【００２８】図１は、結合構造を有するタービンロータ
の断面を示す図である。
の断面を示す図である。
【００２９】図１に示すように、高低圧一体型の蒸気タ
ービンロータ１は、高温側２および低温側３から構成さ
れる。そして、高温側３は軸受部Ａとロータ胴部Ｂとか
らなり、一方、低温側３は、ロータ胴部Ｃと、このロー
タ胴部Ｃの最終段の最終段胴部Ｄと、軸受け部Ｅとから
構成される。そして、Ａ〜Ｅまでの各部位は、以下の実
施例で示すように、２個以上の部分ロータ素材の組合せ
からなる。
ービンロータ１は、高温側２および低温側３から構成さ
れる。そして、高温側３は軸受部Ａとロータ胴部Ｂとか
らなり、一方、低温側３は、ロータ胴部Ｃと、このロー
タ胴部Ｃの最終段の最終段胴部Ｄと、軸受け部Ｅとから
構成される。そして、Ａ〜Ｅまでの各部位は、以下の実
施例で示すように、２個以上の部分ロータ素材の組合せ
からなる。
【００３０】そして、この蒸気タービンロータ１は、２
個以上の各部分ロータ素材を、電極継ぎ足しによるエレ
クトロスラグ再溶解（ＥＳＲ）、電極接合後のエレクト
ロスラグ再溶解（ＥＳＲ）、素材製造およびロータ加工
プロセス中のいくつかの時期における溶接接合、素材完
成後のボルト締結、または、これらの２種以上の組合せ
により結合することにより製造される。
個以上の各部分ロータ素材を、電極継ぎ足しによるエレ
クトロスラグ再溶解（ＥＳＲ）、電極接合後のエレクト
ロスラグ再溶解（ＥＳＲ）、素材製造およびロータ加工
プロセス中のいくつかの時期における溶接接合、素材完
成後のボルト締結、または、これらの２種以上の組合せ
により結合することにより製造される。
【００３１】電極継ぎ足しによるエレクトロスラグ再溶
解は、異なる化学組成を有する２個以上のロータ部分素
材の消耗電極を別々に作製した後、一つの消耗電極をエ
レクトロスラグ再溶解し、直ちに他の消耗電極を順次エ
レクトロスラグ再溶解して継ぎ足し、各部分ロータ素材
を一体とする。
解は、異なる化学組成を有する２個以上のロータ部分素
材の消耗電極を別々に作製した後、一つの消耗電極をエ
レクトロスラグ再溶解し、直ちに他の消耗電極を順次エ
レクトロスラグ再溶解して継ぎ足し、各部分ロータ素材
を一体とする。
【００３２】また、電極接合後のエレクトロスラグ再溶
解は、異なる化学組成を有する２個以上のロータ部分素
材の消耗電極を別々に作製した後、これらの消耗電極を
接合して長手方向に部分的に異なる化学組成を有する１
本の消耗電極とし、その後、エレクトロスラグ再溶解し
て各部分ロータ素材を一体とする。
解は、異なる化学組成を有する２個以上のロータ部分素
材の消耗電極を別々に作製した後、これらの消耗電極を
接合して長手方向に部分的に異なる化学組成を有する１
本の消耗電極とし、その後、エレクトロスラグ再溶解し
て各部分ロータ素材を一体とする。
【００３３】さらに、溶接接合は、素材製造およびロー
タ加工プロセス中における、異なる化学組成を有する２
個以上のロータ部分素材の溶接接合を、粗鍛造工程と仕
上鍛造工程との間、または鍛造および焼鈍工程と調質熱
処理工程との間、または調質熱処理工程後、またはロー
タ素材完成後のいずれかにおいて行う。
タ加工プロセス中における、異なる化学組成を有する２
個以上のロータ部分素材の溶接接合を、粗鍛造工程と仕
上鍛造工程との間、または鍛造および焼鈍工程と調質熱
処理工程との間、または調質熱処理工程後、またはロー
タ素材完成後のいずれかにおいて行う。
【００３４】本実施形態においては、表１に示す実施例
および従来例における試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．１１
までの１１種類の試料を用いた。
および従来例における試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．１１
までの１１種類の試料を用いた。
【００３５】
【表１】
【００３６】実施例（試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．８） 試料Ｎｏ．１ 本試料は、表１に示すように、高温側軸受部Ａおよび高
温側ロータ胴部Ｂのロータ部分素材として、１％ＣｒＭ
ｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ８））を
適用し、低温側ロータ胴部Ｃ、低温側最終段胴部Ｄおよ
び低温側軸受部Ｅのロータ部分素材として、３．５％Ｎ
ｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２〜
７））を適用した。
温側ロータ胴部Ｂのロータ部分素材として、１％ＣｒＭ
ｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ８））を
適用し、低温側ロータ胴部Ｃ、低温側最終段胴部Ｄおよ
び低温側軸受部Ｅのロータ部分素材として、３．５％Ｎ
ｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２〜
７））を適用した。
【００３７】試料Ｎｏ．２ 本試料は、表１に示すように、高温側軸受部Ａのロータ
部分素材として、１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ
４７０（Ｃｌａｓｓ８））を適用し、高温側ロータ胴部
Ｂのロータ部分素材として特公昭６０−５４３８５号公
報に掲載の１２％Ｃｒ耐熱鋼を適用した。また、低温側
ロータ胴部Ｃ、低温側最終段胴部Ｄおよび低温側軸受部
Ｅのロータ部分素材として、３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼
（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２〜７））を適用し
た。
部分素材として、１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ
４７０（Ｃｌａｓｓ８））を適用し、高温側ロータ胴部
Ｂのロータ部分素材として特公昭６０−５４３８５号公
報に掲載の１２％Ｃｒ耐熱鋼を適用した。また、低温側
ロータ胴部Ｃ、低温側最終段胴部Ｄおよび低温側軸受部
Ｅのロータ部分素材として、３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼
（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２〜７））を適用し
た。
【００３８】試料Ｎｏ．３ 本試料は、表１に示すように、高温側軸受部Ａのロータ
部分素材として、３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ
−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２〜７））を適用し、高温側ロ
ータ胴部Ｂのロータ部分素材として、特公昭６０−５４
３８５号公報に掲載の１２％Ｃｒ耐熱鋼を適用した。ま
た、低温側ロータ胴部Ｃ、低温側最終段胴部Ｄおよび低
温側軸受部Ｅのロータ部分素材として、３．５％ＮｉＣ
ｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２〜
７））を適用した。
部分素材として、３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ
−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２〜７））を適用し、高温側ロ
ータ胴部Ｂのロータ部分素材として、特公昭６０−５４
３８５号公報に掲載の１２％Ｃｒ耐熱鋼を適用した。ま
た、低温側ロータ胴部Ｃ、低温側最終段胴部Ｄおよび低
温側軸受部Ｅのロータ部分素材として、３．５％ＮｉＣ
ｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２〜
７））を適用した。
【００３９】試料Ｎｏ．４ 本試料は、高温側軸受部Ａのロータ部分素材として、１
％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ
８））を適用し、高温側ロータ胴部Ｂのロータ部分素材
として、特公昭６０−５４３８５号公報に掲載の１２％
Ｃｒ耐熱鋼を適用した。また、低温側ロータ胴部Ｃおよ
び低温側最終段胴部Ｄのロータ部分素材として３．５％
ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２
〜７））を、低温側軸受部Ｅのロータ部分素材として１
％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ
８））を適用した。
％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ
８））を適用し、高温側ロータ胴部Ｂのロータ部分素材
として、特公昭６０−５４３８５号公報に掲載の１２％
Ｃｒ耐熱鋼を適用した。また、低温側ロータ胴部Ｃおよ
び低温側最終段胴部Ｄのロータ部分素材として３．５％
ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２
〜７））を、低温側軸受部Ｅのロータ部分素材として１
％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ
８））を適用した。
【００４０】試料Ｎｏ．５ 本試料は、表１に示すように、高温側軸受部Ａおよび高
温側ロータ胴部Ｂのロータ部分素材として、１％ＣｒＭ
ｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ８））を
適用し、低温側ロータ胴部Ｃのロータ部分素材として
３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌ
ａｓｓ２〜７））を適用した。また、低温側最終段胴部
Ｄのロータ部分素材として高強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、
低温側軸受部Ｅのロータ部分素材として３．５％ＮｉＣ
ｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２〜
７））を適用した。
温側ロータ胴部Ｂのロータ部分素材として、１％ＣｒＭ
ｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ８））を
適用し、低温側ロータ胴部Ｃのロータ部分素材として
３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌ
ａｓｓ２〜７））を適用した。また、低温側最終段胴部
Ｄのロータ部分素材として高強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、
低温側軸受部Ｅのロータ部分素材として３．５％ＮｉＣ
ｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２〜
７））を適用した。
【００４１】試料Ｎｏ．６ 本試料は、表１に示すように、高温側軸受部Ａおよび高
温側ロータ胴部Ｂのロータ部分素材として、１％ＣｒＭ
ｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ８））を
適用し、低温側ロータ胴部Ｃのロータ部分素材として
３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌ
ａｓｓ２〜７））を適用した。また、低温側最終段胴部
Ｄのロータ部分素材として高強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、
低温側軸受部Ｅのロータ部分素材として１％ＣｒＭｏＶ
耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ８））を適用
した。
温側ロータ胴部Ｂのロータ部分素材として、１％ＣｒＭ
ｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ８））を
適用し、低温側ロータ胴部Ｃのロータ部分素材として
３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌ
ａｓｓ２〜７））を適用した。また、低温側最終段胴部
Ｄのロータ部分素材として高強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、
低温側軸受部Ｅのロータ部分素材として１％ＣｒＭｏＶ
耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ８））を適用
した。
【００４２】試料Ｎｏ．７ 本試料は、高温側軸受部Ａのロータ部分素材として３．
５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓ
ｓ２〜７））を適用し、高温側ロータ胴部Ｂのロータ部
分素材として特公昭６０−５４３８５号公報に掲載の１
２％Ｃｒ耐熱鋼を、また、低温側ロータ胴部Ｃのロータ
部分素材として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−
Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２〜７））を適用した。また、低
温側最終段胴部Ｄのロータ部分素材として高強度ＮｉＣ
ｒＭｏＶ鋼を、低温側軸受部Ｅのロータ部分素材として
３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌ
ａｓｓ２〜７））を適用した。
５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓ
ｓ２〜７））を適用し、高温側ロータ胴部Ｂのロータ部
分素材として特公昭６０−５４３８５号公報に掲載の１
２％Ｃｒ耐熱鋼を、また、低温側ロータ胴部Ｃのロータ
部分素材として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−
Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２〜７））を適用した。また、低
温側最終段胴部Ｄのロータ部分素材として高強度ＮｉＣ
ｒＭｏＶ鋼を、低温側軸受部Ｅのロータ部分素材として
３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌ
ａｓｓ２〜７））を適用した。
【００４３】試料Ｎｏ．８ 本試料は、高温側軸受部Ａのロータ部分素材として１％
ＣｒＭｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ
８））を、高温側ロータ胴部Ｂのロータ部分素材として
特公昭６０−５４３８５号公報に掲載の１２％Ｃｒ耐熱
鋼を、低温側ロータ胴部Ｃのロータ部分素材として３．
５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓ
ｓ２〜７））を適用した。また、低温側最終段胴部Ｄの
ロータ部分素材として高強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、低温
側軸受部Ｅのロータ部分素材として１％ＣｒＭｏＶ耐熱
鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ８））を適用し
た。
ＣｒＭｏＶ耐熱鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ
８））を、高温側ロータ胴部Ｂのロータ部分素材として
特公昭６０−５４３８５号公報に掲載の１２％Ｃｒ耐熱
鋼を、低温側ロータ胴部Ｃのロータ部分素材として３．
５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓ
ｓ２〜７））を適用した。また、低温側最終段胴部Ｄの
ロータ部分素材として高強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、低温
側軸受部Ｅのロータ部分素材として１％ＣｒＭｏＶ耐熱
鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃｌａｓｓ８））を適用し
た。
【００４４】従来例（試料Ｎｏ．９〜試料Ｎｏ．１１） 本従来例においては、図１に示すＡからＥまでのロータ
部分素材を同一材料とし、以下に示す試料Ｎｏ．９から
試料Ｎｏ．１１までに示す材料を適用した。
部分素材を同一材料とし、以下に示す試料Ｎｏ．９から
試料Ｎｏ．１１までに示す材料を適用した。
【００４５】試料Ｎｏ．９ 本試料として、１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を適用した。
【００４６】試料Ｎｏ．１０ 本試料として、３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ耐熱鋼を適用し
た。
た。
【００４７】試料Ｎｏ．１１ 本試料として、１２％Ｃｒ耐熱鋼を適用した。
【００４８】上述した実施例および従来例におけるＮ
ｏ．１からＮｏ．１１までの試料を用いて、まずクリー
プ破断強度試験を行った。試験条件は、５８０℃の温度
で１０ ５時間とし、この時のクリープ破断強度（ＭＰ
ａ）を求めた。その結果を表２に示す。
ｏ．１からＮｏ．１１までの試料を用いて、まずクリー
プ破断強度試験を行った。試験条件は、５８０℃の温度
で１０ ５時間とし、この時のクリープ破断強度（ＭＰ
ａ）を求めた。その結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】表２に示すように、試料Ｎｏ．１から試料
Ｎｏ．８までのいずれの試料においても、高温側ロータ
胴部Ｂのクリープ破断強度は１７７ＭＰａまたは９０Ｍ
Ｐａの値となっており、大きなクリープ破断強度を要求
されない高温側軸受部Ａ、低温側ロータ胴部Ｃ、低温側
最終段胴部Ｄおよび低温側軸受部Ｅに比べて同等または
それ以上の値が確保され、大きなクリープ破断強度を満
足するものであった。
Ｎｏ．８までのいずれの試料においても、高温側ロータ
胴部Ｂのクリープ破断強度は１７７ＭＰａまたは９０Ｍ
Ｐａの値となっており、大きなクリープ破断強度を要求
されない高温側軸受部Ａ、低温側ロータ胴部Ｃ、低温側
最終段胴部Ｄおよび低温側軸受部Ｅに比べて同等または
それ以上の値が確保され、大きなクリープ破断強度を満
足するものであった。
【００５１】一方、従来例における試料Ｎｏ．９〜試料
Ｎｏ．１１は、Ａ〜Ｅまでの各部位を同一材料により構
成したため、クリープ破断強度は各ロータ部位では同一
の値であり、試料Ｎｏ．９は９０ＭＰａ、試料Ｎｏ．１
０は２１ＭＰａ、試料Ｎｏ．１１は１７７ＭＰａであっ
た。
Ｎｏ．１１は、Ａ〜Ｅまでの各部位を同一材料により構
成したため、クリープ破断強度は各ロータ部位では同一
の値であり、試料Ｎｏ．９は９０ＭＰａ、試料Ｎｏ．１
０は２１ＭＰａ、試料Ｎｏ．１１は１７７ＭＰａであっ
た。
【００５２】次に、試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．１１ま
での試料を用いて、引張強さ試験を行った。試験条件と
して、温度を室温とした。その結果を表３に示す。
での試料を用いて、引張強さ試験を行った。試験条件と
して、温度を室温とした。その結果を表３に示す。
【００５３】
【表３】
【００５４】表３に示すように、試料Ｎｏ．１から試料
Ｎｏ．８までのいずれの試料においても、低温側ロータ
胴部Ｃおよび低温側最終段胴部Ｄの室温引張強さは、９
０６ＭＰａまたは１０７８ＭＰａとなっており、大きな
室温引張強さを必要としない他の部位に比べて同等もし
くはそれ以上の値が確保されている。
Ｎｏ．８までのいずれの試料においても、低温側ロータ
胴部Ｃおよび低温側最終段胴部Ｄの室温引張強さは、９
０６ＭＰａまたは１０７８ＭＰａとなっており、大きな
室温引張強さを必要としない他の部位に比べて同等もし
くはそれ以上の値が確保されている。
【００５５】また、試料Ｎｏ．２、試料Ｎｏ．３、試料
Ｎｏ．４、試料Ｎｏ．７および試料Ｎｏ．８は、特公昭
６０−５４３８５号公報に掲載の１２％Ｃｒ耐熱鋼を適
用したため、高温側ロータ胴部Ｂは大きな室温引張強さ
を必要としないが、必然的に大きな引張強さが得られ
る。
Ｎｏ．４、試料Ｎｏ．７および試料Ｎｏ．８は、特公昭
６０−５４３８５号公報に掲載の１２％Ｃｒ耐熱鋼を適
用したため、高温側ロータ胴部Ｂは大きな室温引張強さ
を必要としないが、必然的に大きな引張強さが得られ
る。
【００５６】試料Ｎｏ．５、試料Ｎｏ．６、試料Ｎｏ．
７および試料Ｎｏ．８は、低温側最終段胴部Ｄとして高
強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用したため、最終段落に相当
するこの部位Ｄにおいて、より長尺の翼を装着する場合
にはロータに作用する遠心応力が大きくなり、３．５％
ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２
〜７））よりも大きな室温引張強さを得られる。
７および試料Ｎｏ．８は、低温側最終段胴部Ｄとして高
強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用したため、最終段落に相当
するこの部位Ｄにおいて、より長尺の翼を装着する場合
にはロータに作用する遠心応力が大きくなり、３．５％
ＮｉＣｒＭｏＶ鋼（ＡＳＴＭ−Ａ４７１（Ｃｌａｓｓ２
〜７））よりも大きな室温引張強さを得られる。
【００５７】一方、従来例における試料Ｎｏ．９〜試料
Ｎｏ．１１は、Ａ〜Ｅまでの各部位を同一材料により構
成したため、クリープ破断強度は各ロータ部位では同一
の値であり、室温引張強さは、試料Ｎｏ．９が８３５Ｍ
Ｐａ、試料Ｎｏ．１０が９０６ＭＰａ、試料Ｎｏ．１１
が９３８ＭＰａであった。
Ｎｏ．１１は、Ａ〜Ｅまでの各部位を同一材料により構
成したため、クリープ破断強度は各ロータ部位では同一
の値であり、室温引張強さは、試料Ｎｏ．９が８３５Ｍ
Ｐａ、試料Ｎｏ．１０が９０６ＭＰａ、試料Ｎｏ．１１
が９３８ＭＰａであった。
【００５８】次に、試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．１１ま
での試料を用いて、衝撃性質を調査した。衝撃性質とし
て、衝撃性質を表示する代表的な特性である衝撃破面遷
移温度（ＦＡＴＴ）を用いた。なお、衝撃破面遷移温度
では、この衝撃破面遷移温度が低い方と衝撃性質が優れ
ていることを示す。この結果を表４に示す。
での試料を用いて、衝撃性質を調査した。衝撃性質とし
て、衝撃性質を表示する代表的な特性である衝撃破面遷
移温度（ＦＡＴＴ）を用いた。なお、衝撃破面遷移温度
では、この衝撃破面遷移温度が低い方と衝撃性質が優れ
ていることを示す。この結果を表４に示す。
【００５９】
【表４】
【００６０】表４に示すように、試料Ｎｏ．１から試料
Ｎｏ．８までのいずれの試料においても、大きな衝撃性
質を必要とする部位である低温側ロータ胴部Ｃおよび低
温側最終段胴部Ｄは大きな衝撃性質を必要としない他の
部位に比べて同等もしくはそれ以上の衝撃性質が確保さ
れている。
Ｎｏ．８までのいずれの試料においても、大きな衝撃性
質を必要とする部位である低温側ロータ胴部Ｃおよび低
温側最終段胴部Ｄは大きな衝撃性質を必要としない他の
部位に比べて同等もしくはそれ以上の衝撃性質が確保さ
れている。
【００６１】一方、従来例における試料Ｎｏ．９〜試料
Ｎｏ．１１は、Ａ〜Ｅまでの各ロータ部位を同一材料に
より構成したため、ＦＡＴＴ（衝撃破面遷移温度）は各
ロータ部位で同一であり、試料Ｎｏ．９は１０４℃、試
料Ｎｏ．１０は−２６℃、試料Ｎｏ．１１は５８℃であ
った。
Ｎｏ．１１は、Ａ〜Ｅまでの各ロータ部位を同一材料に
より構成したため、ＦＡＴＴ（衝撃破面遷移温度）は各
ロータ部位で同一であり、試料Ｎｏ．９は１０４℃、試
料Ｎｏ．１０は−２６℃、試料Ｎｏ．１１は５８℃であ
った。
【００６２】最後に、試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．１１
までの試料を用いて、それぞれの素材の軸受部における
ジャーナル特性を調査した。ここでいうジャーナル特性
とは、軸受への潤滑油の給油に鉄粉などの異物が混入し
たときにロータジャーナルがあたかも機械加工を受けた
ように削り取られ、それと潤滑油が高熱で反応したであ
ろう黒い層がホワイトメタル上に付着する、いわゆるゴ
ーリング損傷現象の起こしにくさを表すこととする。ジ
ャーナル回転摩耗試験を実施し、潤滑油への鉄粉投入に
伴うホワイトメタル温度上昇の大きい方がゴーリング損
傷現象の発生が顕著であった。その結果を表５に示す。
までの試料を用いて、それぞれの素材の軸受部における
ジャーナル特性を調査した。ここでいうジャーナル特性
とは、軸受への潤滑油の給油に鉄粉などの異物が混入し
たときにロータジャーナルがあたかも機械加工を受けた
ように削り取られ、それと潤滑油が高熱で反応したであ
ろう黒い層がホワイトメタル上に付着する、いわゆるゴ
ーリング損傷現象の起こしにくさを表すこととする。ジ
ャーナル回転摩耗試験を実施し、潤滑油への鉄粉投入に
伴うホワイトメタル温度上昇の大きい方がゴーリング損
傷現象の発生が顕著であった。その結果を表５に示す。
【００６３】
【表５】
【００６４】表５に示すように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８の
いずれの試料においても、それぞれの素材の軸受部にお
けるジャーナル特性は、高温側軸受部Ａおよび低温側軸
受部Ｅは、ホワイトメタル温度上昇が低く、良好なジャ
ーナル特性が確保されている。
いずれの試料においても、それぞれの素材の軸受部にお
けるジャーナル特性は、高温側軸受部Ａおよび低温側軸
受部Ｅは、ホワイトメタル温度上昇が低く、良好なジャ
ーナル特性が確保されている。
【００６５】一方、従来鋼を適用した同一組成の高低圧
または高中低圧の一体型蒸気タービンロータでは、まず
従来例における試料Ｎｏ．９においては、高温側軸受部
Ａおよび低温側軸受部Ｅで良好なジャーナル特性、高温
側ロータ胴部Ｂで良好なクリープ破断強度が確保される
ものの、低温側ロータ胴部Ｃおよび低温側最終段胴部Ｄ
の室温引張強さ、衝撃性質が不十分であった。また、試
料Ｎｏ．１０においては、高温側軸受部Ａおよび低温側
軸受部Ｅで良好なジャーナル特性、低温側ロータ胴部Ｃ
および低温側最終段胴部Ｄで良好な室温引張強さ、衝撃
性質が確保されるものの、高温側ロータ胴部Ｂのクリー
プ破断強度が不十分であった。さらに、試料Ｎｏ．１１
においては、高温側ロータ胴部Ｂで良好なクリープ破断
強度、低温側ロータ胴部Ｃおよび低温側最終段胴部Ｄで
良好な室温引張強さが確保されるものの、前述した低温
側ロータ胴部Ｃおよび低温側最終段胴部Ｄの衝撃性質、
高温側軸受部Ａおよび低温側軸受部Ｅのジャーナル特性
が不十分であった。
または高中低圧の一体型蒸気タービンロータでは、まず
従来例における試料Ｎｏ．９においては、高温側軸受部
Ａおよび低温側軸受部Ｅで良好なジャーナル特性、高温
側ロータ胴部Ｂで良好なクリープ破断強度が確保される
ものの、低温側ロータ胴部Ｃおよび低温側最終段胴部Ｄ
の室温引張強さ、衝撃性質が不十分であった。また、試
料Ｎｏ．１０においては、高温側軸受部Ａおよび低温側
軸受部Ｅで良好なジャーナル特性、低温側ロータ胴部Ｃ
および低温側最終段胴部Ｄで良好な室温引張強さ、衝撃
性質が確保されるものの、高温側ロータ胴部Ｂのクリー
プ破断強度が不十分であった。さらに、試料Ｎｏ．１１
においては、高温側ロータ胴部Ｂで良好なクリープ破断
強度、低温側ロータ胴部Ｃおよび低温側最終段胴部Ｄで
良好な室温引張強さが確保されるものの、前述した低温
側ロータ胴部Ｃおよび低温側最終段胴部Ｄの衝撃性質、
高温側軸受部Ａおよび低温側軸受部Ｅのジャーナル特性
が不十分であった。
【００６６】本実施形態によれば、各ロータ部位で異な
る材料を適用することで、高温側軸受部Ａおよび低温側
軸受部Ｅで良好なジャーナル特性、高温側ロータ胴部Ｂ
で良好なクリープ破断強度、低温側ロータ胴部Ｃおよび
低温側最終段胴部Ｄで良好な室温引張強さ、衝撃性質を
同時に確保することができる。
る材料を適用することで、高温側軸受部Ａおよび低温側
軸受部Ｅで良好なジャーナル特性、高温側ロータ胴部Ｂ
で良好なクリープ破断強度、低温側ロータ胴部Ｃおよび
低温側最終段胴部Ｄで良好な室温引張強さ、衝撃性質を
同時に確保することができる。
【００６７】また、本実施形態によれば、異なる化学組
成を有する２個以上のロータ部分素材を、電極継ぎ足し
によるエレクトロスラグ再溶解、電極接合後のエレクト
ロスラグ再溶解、素材製造およびロータ加工プロセス中
のいくつかの時期における溶接接合、素材完成後のボル
ト締結、あるいはこれらの２種以上の組合せにより結合
して一体とすることにより、高温部（高圧部および高中
圧部）における優れたクリープ破断強度と低温部（低圧
部）における優れた室温引張強さおよび靱性を同時に確
保することができ、コンパクトなタービンロータを提供
することができる。また、この結合構造を有するタービ
ンロータを蒸気タービン、特に高低圧または高中低圧に
おける一体型蒸気タービンに組込むことにより、高温蒸
気環境使用できると同時に、長尺の低圧最終段翼を装着
できる優れた利点があり、従来では実現されていない高
低圧または高中低圧の一体型蒸気タービンを用いた大容
量および高効率発電プラントを構築できる。
成を有する２個以上のロータ部分素材を、電極継ぎ足し
によるエレクトロスラグ再溶解、電極接合後のエレクト
ロスラグ再溶解、素材製造およびロータ加工プロセス中
のいくつかの時期における溶接接合、素材完成後のボル
ト締結、あるいはこれらの２種以上の組合せにより結合
して一体とすることにより、高温部（高圧部および高中
圧部）における優れたクリープ破断強度と低温部（低圧
部）における優れた室温引張強さおよび靱性を同時に確
保することができ、コンパクトなタービンロータを提供
することができる。また、この結合構造を有するタービ
ンロータを蒸気タービン、特に高低圧または高中低圧に
おける一体型蒸気タービンに組込むことにより、高温蒸
気環境使用できると同時に、長尺の低圧最終段翼を装着
できる優れた利点があり、従来では実現されていない高
低圧または高中低圧の一体型蒸気タービンを用いた大容
量および高効率発電プラントを構築できる。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
蒸気タービンの大容量化および高効率化の要求に伴うよ
り苛酷な使用環境に対応でき、高圧側蒸気の高温化と低
圧側最終段翼の長尺化に対応可能な高低圧または高中低
圧一体型のタービンロータおよびこれを適用した一体型
蒸気タービンを得られる。
蒸気タービンの大容量化および高効率化の要求に伴うよ
り苛酷な使用環境に対応でき、高圧側蒸気の高温化と低
圧側最終段翼の長尺化に対応可能な高低圧または高中低
圧一体型のタービンロータおよびこれを適用した一体型
蒸気タービンを得られる。
【図１】本発明の実施形態における、結合構造を有する
タービンロータの概略を示す断面図。
タービンロータの概略を示す断面図。
１ 蒸気タービンロータ ２ 高温側タービンロータ ３ 低温側タービンロータ Ａ 高温側軸受部 Ｂ 高温側ロータ胴部 Ｃ 低温側ロータ胴部 Ｄ 低温側最終段胴部 Ｅ 低温側軸受部
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） Ｆ０１Ｋ 7/22 Ｆ０１Ｋ 7/22 Ｆ (72)発明者 津田 陽一 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 石井 龍一 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 藤山 一成 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 3G002 AA08 AA11 AA13 AB00
Claims (15)
- 【請求項１】 高温側と低温側とを有するタービンロー
タであって、前記高温側はロータ胴部と軸受け部とから
なり、前記低温側はロータ胴部と軸受け部とからなるタ
ービンロータにおいて、前記タービンロータの高温側お
よび低温側に、異なる化学組成を有する２個以上のロー
タ部分素材を適用し、これらのロータ部分素材をエレク
トロスラグ再溶解、溶接接合、ボルト締結、またはこれ
らの２種以上の組合せにより結合して一体としたことを
特徴とする高低圧または高中低圧タービンロータ。 - 【請求項２】 請求項１記載の高低圧または高中低圧タ
ービンロータにおいて、高温側の軸受部およびロータ胴
部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を適用し、低温側の軸受
部およびロータ胴部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を
適用したことを特徴とする高低圧または高中低圧タービ
ンロータ。 - 【請求項３】 請求項１記載の高低圧または高中低圧タ
ービンロータにおいて、高温側の軸受部として１％Ｃｒ
ＭｏＶ耐熱鋼を適用し、高温側のロータ胴部として１２
％Ｃｒ耐熱鋼を、低温側の軸受部およびロータ胴部とし
て３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用したことを特徴とす
る高低圧または高中低圧タービンロータ。 - 【請求項４】 請求項１記載の高低圧または高中低圧タ
ービンロータにおいて、高温側の軸受部として３．５％
ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用し、高温側のロータ胴部として
１２Ｃｒ鋼を、低温側の軸受部およびロータ胴部として
３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用したことを特徴とする
高低圧または高中低圧タービンロータ。 - 【請求項５】 請求項１記載の高低圧または高中低圧タ
ービンロータにおいて、高温側の軸受部として１％Ｃｒ
ＭｏＶ耐熱鋼を適用し、高温側のロータ胴部として１２
％Ｃｒ耐熱鋼を、低温側の軸受部として１％ＣｒＭｏＶ
耐熱鋼を、低温側のロータ胴部として３．５％ＮｉＣｒ
ＭｏＶ鋼を適用したことを特徴とする高低圧または高中
低圧タービンロータ。 - 【請求項６】 請求項１記載の高低圧または高中低圧タ
ービンロータにおいて、高温側の軸受部およびロータ胴
部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を適用し、低温側の軸受
部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、低温側のロータ
胴部として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、低温側の前記
ロータ胴部の最終段胴部のみ高強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を
適用したことを特徴とする高低圧または高中低圧タービ
ンロータ。 - 【請求項７】 請求項１記載の高低圧または高中低圧タ
ービンロータにおいて、高温側の軸受部およびロータ胴
部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を適用し、低温側の軸受
部として１％ＣｒＭｏＶ耐熱鋼を、低温側のロータ胴部
として３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、低温側の前記ロー
タ胴部の最終段胴部のみ高強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用
したことを特徴とする高低圧または高中低圧タービンロ
ータ。 - 【請求項８】 請求項１記載の高低圧または高中低圧タ
ービンロータにおいて、高温側の軸受部として３．５％
ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用し、高温側のロータ胴部として
１２％Ｃｒ耐熱鋼を、低温側の軸受部として３．５％Ｎ
ｉＣｒＭｏＶ鋼を、低温側のロータ胴部として３．５％
ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を、低温側の前記ロータ胴部の最終段
胴部のみ高強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用したことを特徴
とする高低圧または高中低圧タービンロータ。 - 【請求項９】 請求項１記載の高低圧または高中低圧タ
ービンロータにおいて、高温側の軸受部として１％Ｃｒ
ＭｏＶ耐熱鋼を適用し、高温側のロータ胴部として１２
％Ｃｒ耐熱鋼を、低温側の軸受部として１％ＣｒＭｏＶ
耐熱鋼を、低温側のロータ胴部として３．５％ＮｉＣｒ
ＭｏＶ鋼を、低温側の前記ロータ胴部の最終段胴部のみ
高強度ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を適用したことを特徴とする高
低圧または高中低圧タービンロータ。 - 【請求項１０】 高温側と低温側とを有し、前記高温側
はロータ胴部と軸受け部とからなり、前記低温側はロー
タ胴部と軸受け部とからなる高低圧または高中低圧ター
ビンロータの製造方法において、前記タービンロータの
高温側および低温側に、異なる化学組成を有する２個以
上のロータ部分素材を適用し、これらのロータ部分素材
を電極継ぎ足しによるエレクトロスラグ再溶解、電極接
合後のエレクトロスラグ再溶解、素材製造およびロータ
加工プロセス中のいくつかの時期における溶接接合、素
材完成後のボルト締結、またはこれらの２種以上の組合
せにより結合して一体としたタービンロータを得ること
を特徴とする高低圧または高中低圧タービンロータの製
造方法。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の高低圧または高中低
圧タービンロータの製造方法において、電極継ぎ足しに
よるエレクトロスラグ再溶解として、異なる化学組成を
有する２個以上のロータ部分素材の消耗電極を別々に作
製し、前記消耗電極のうちのいずれかの消耗電極をエレ
クトロスラグ再溶解した後、直ちに他の消耗電極を順次
エレクトロスラグ再溶解して継ぎ足し、一体としたこと
を特徴とする高低圧または高中低圧タービンロータの製
造方法。 - 【請求項１２】 請求項１０記載の高低圧または高中低
圧タービンロータの製造方法において、電極接合後のエ
レクトロスラグ再溶解として、異なる化学組成を有する
２個以上のロータ部分素材の消耗電極を別々に作製し、
これらの消耗電極を接合して長手方向に部分的に異なる
化学組成を有する１本の消耗電極とした後、エレクトロ
スラグ再溶解して一体としたことを特徴とする高低圧ま
たは高中低圧タービンロータの製造方法。 - 【請求項１３】 請求項１０記載の高低圧または高中低
圧タービンロータの製造方法において、素材製造および
ロータ加工プロセス中における、異なる化学組成を有す
る２個以上のロータ部分素材の溶接接合を、粗鍛造工程
と仕上鍛造工程との間、または鍛造および焼鈍工程と調
質熱処理工程との間、または調質熱処理工程後、または
ロータ素材完成後のいずれかにおいて行うことを特徴と
する高低圧または高中低圧タービンロータの製造方法。 - 【請求項１４】 請求項１から９までのいずれかに記載
の高低圧または高中低圧タービンロータを適用した高低
圧または高中低圧の一体型蒸気タービン。 - 【請求項１５】 請求項１０から１３までのいずれかに
記載の高低圧または高中低圧タービンロータの製造方法
により作製されたタービンロータを適用した高低圧また
は高中低圧の一体型蒸気タービン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11221196A JP2001050007A (ja) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | 高低圧または高中低圧タービンロータおよびその製造方法ならびに一体型蒸気タービン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11221196A JP2001050007A (ja) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | 高低圧または高中低圧タービンロータおよびその製造方法ならびに一体型蒸気タービン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001050007A true JP2001050007A (ja) | 2001-02-23 |
Family
ID=16762985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11221196A Withdrawn JP2001050007A (ja) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | 高低圧または高中低圧タービンロータおよびその製造方法ならびに一体型蒸気タービン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001050007A (ja) |
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-
1999
- 1999-08-04 JP JP11221196A patent/JP2001050007A/ja not_active Withdrawn
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