JP2001123801A - タービン用ロータ及びその製造方法 - Google Patents
タービン用ロータ及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 母材強度を確保しつつ溶接継手の性能を確保
できる蒸気タービン用ロータ、ガスタービン用ロータ、
及びこれらの製造方法を提供する。 【解決手段】 １２％Ｃｒ鋼２に溶接を施して９％Ｃｒ
鋼の肉盛溶接部１２を設けるステップと、この肉盛溶接
部１２と１２％Ｃｒ鋼２に高温熱処理を施すステップ
と、上記肉盛溶接部１２に２・１／４ＣｒＭｏＶ低合金
鋼６又は３．５ＣｒＭｏＶ低合金鋼７を溶接して接合す
るステップと、これらのロータ材２，６，７の全体に低
温熱処理を施すステップとを含んでなるタービン用ロー
タの製造方法である。これらのロータ材２，６，７には
それぞれバナジウムを含んでいる。
できる蒸気タービン用ロータ、ガスタービン用ロータ、
及びこれらの製造方法を提供する。 【解決手段】 １２％Ｃｒ鋼２に溶接を施して９％Ｃｒ
鋼の肉盛溶接部１２を設けるステップと、この肉盛溶接
部１２と１２％Ｃｒ鋼２に高温熱処理を施すステップ
と、上記肉盛溶接部１２に２・１／４ＣｒＭｏＶ低合金
鋼６又は３．５ＣｒＭｏＶ低合金鋼７を溶接して接合す
るステップと、これらのロータ材２，６，７の全体に低
温熱処理を施すステップとを含んでなるタービン用ロー
タの製造方法である。これらのロータ材２，６，７には
それぞれバナジウムを含んでいる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タービン用ロータ
及びその製造方法に関し、更に詳しくは、蒸気タービン
用ロータ、ガスタービン用ロータ、これらのロータを備
えたタービン、及びこれらの製造方法に関する。
及びその製造方法に関し、更に詳しくは、蒸気タービン
用ロータ、ガスタービン用ロータ、これらのロータを備
えたタービン、及びこれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の蒸気タービン用ロータを製造する
場合に用いる材料は、その蒸気タービン内の温度分布に
対する高温強度の観点から選定される。つまり、５６６
℃を超える高温領域の温度分布の部位においては１２％
Ｃｒ鋼が、５６６〜３８０℃の中間温度領域では２・１
／４ＣｒＭｏＶ低合金鋼が、３８０℃未満の低温領域で
は３．５ＣｒＭｏＶ低合金鋼が用いられる。また、高温
領域と中・低温領域が共存する環境では、高温領域に対
応するため、図７に示す１２％Ｃｒ鋼一体型のロータ１
００を用いねばならない。
場合に用いる材料は、その蒸気タービン内の温度分布に
対する高温強度の観点から選定される。つまり、５６６
℃を超える高温領域の温度分布の部位においては１２％
Ｃｒ鋼が、５６６〜３８０℃の中間温度領域では２・１
／４ＣｒＭｏＶ低合金鋼が、３８０℃未満の低温領域で
は３．５ＣｒＭｏＶ低合金鋼が用いられる。また、高温
領域と中・低温領域が共存する環境では、高温領域に対
応するため、図７に示す１２％Ｃｒ鋼一体型のロータ１
００を用いねばならない。
【０００３】しかし、１２％Ｃｒ鋼は高コストの材料で
あるため、蒸気タービン内の環境温度が中・低温の部位
には、コストが安価な上記の低合金鋼を用い、温度が高
温になる部位にのみ、高コストの１２％Ｃｒ鋼を用いる
ように構成した異鋼種溶接ロータが望まれている。ここ
で、１２％Ｃｒ鋼と低合金鋼とを溶接して接合する場
合、両者を溶接した後に施す溶接後熱処理によって、溶
接部と熱影響部の硬さ、靱性、及び強度を適正に調整す
る必要がある。しかし、１２％Ｃｒ鋼の溶接後熱処理温
度は、遅れ割れを防止するという観点から６６０〜６７
０℃に設定しているのに対し、低合金鋼の溶接後熱処理
温度は６２０〜６３０℃であり、両者は一致しない。６
６０〜６７０℃で溶接後熱処理をすると、低合金鋼母材
の強度が低下しすぎる問題があり、一方、６２０〜６３
０℃で溶接後熱処理をする場合には、１２％Ｃｒ鋼の熱
影響部の硬さはＨｖ４００以上になる。この熱影響部の
硬さがＨｖ３３０以上になると、タービンの使用中に遅
れ割れを生じるおそれがあるため、硬さをＨｖ３３０以
下にしなければならない。したがって、１２％Ｃｒ鋼と
低合金鋼とを溶接する場合に、母材強度を確保し、溶接
継手の性能を確保するのは難しく、従来は異鋼種の母材
同士を溶接した異鋼種ロータの製造は困難であった。
あるため、蒸気タービン内の環境温度が中・低温の部位
には、コストが安価な上記の低合金鋼を用い、温度が高
温になる部位にのみ、高コストの１２％Ｃｒ鋼を用いる
ように構成した異鋼種溶接ロータが望まれている。ここ
で、１２％Ｃｒ鋼と低合金鋼とを溶接して接合する場
合、両者を溶接した後に施す溶接後熱処理によって、溶
接部と熱影響部の硬さ、靱性、及び強度を適正に調整す
る必要がある。しかし、１２％Ｃｒ鋼の溶接後熱処理温
度は、遅れ割れを防止するという観点から６６０〜６７
０℃に設定しているのに対し、低合金鋼の溶接後熱処理
温度は６２０〜６３０℃であり、両者は一致しない。６
６０〜６７０℃で溶接後熱処理をすると、低合金鋼母材
の強度が低下しすぎる問題があり、一方、６２０〜６３
０℃で溶接後熱処理をする場合には、１２％Ｃｒ鋼の熱
影響部の硬さはＨｖ４００以上になる。この熱影響部の
硬さがＨｖ３３０以上になると、タービンの使用中に遅
れ割れを生じるおそれがあるため、硬さをＨｖ３３０以
下にしなければならない。したがって、１２％Ｃｒ鋼と
低合金鋼とを溶接する場合に、母材強度を確保し、溶接
継手の性能を確保するのは難しく、従来は異鋼種の母材
同士を溶接した異鋼種ロータの製造は困難であった。
【０００４】一方、従来のガスタービン用ロータ２００
は、図８に示すように、図の左側に示す１２％Ｃｒ鋼か
らなる複数のリング材２０１と、右側に示す低合金鋼か
らなる複数のリング材２０２とが長い結合ボルト２１０
を介して結合したものである。しかし、大型のガスター
ビンの場合は、該タービンを構成するロータ２００の稼
働時に結合ボルト２１０にかかる応力が大きくなるた
め、結合ボルト２１０の強度上、限界があった。
は、図８に示すように、図の左側に示す１２％Ｃｒ鋼か
らなる複数のリング材２０１と、右側に示す低合金鋼か
らなる複数のリング材２０２とが長い結合ボルト２１０
を介して結合したものである。しかし、大型のガスター
ビンの場合は、該タービンを構成するロータ２００の稼
働時に結合ボルト２１０にかかる応力が大きくなるた
め、結合ボルト２１０の強度上、限界があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題を
解決し、母材強度を確保しつつ溶接継手の性能を確保で
きる蒸気タービン用ロータ、ガスタービン用ロータ、及
びこれらの製造方法を提供することを目的とする。
解決し、母材強度を確保しつつ溶接継手の性能を確保で
きる蒸気タービン用ロータ、ガスタービン用ロータ、及
びこれらの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るタービン用ロータの製造方法は、その
一態様として、高温用ロータ材に肉盛溶接を施して中間
材を設けるステップと、この中間材と高温用ロータ材に
高温熱処理を施すステップと、上記中間材に低温用ロー
タ材を溶接して接合するステップと、これらの高温用ロ
ータ材及び低温用ロータ材の全体に低温熱処理を施すス
テップとを含んでいる。上記タービンは、例えば蒸気タ
ービンやガスタービン等の種々のタービンが含まれる。
高温用ロータ材は、５６６℃以上の高温領域において
も、その高温強度が維持できるロータ材であり、例え
ば、１２％Ｃｒ鋼などを好適に用いることができる。ま
た、低温用ロータ材は、５６６℃未満の中・低温領域に
おいて、強度上の問題なく用いることが可能な低合金
鋼、例えば２・１／４ＣｒＭｏＶ鋼や３．５ＮｉＣｒＭ
ｏＶ鋼を好適に用いることができる。中間材は、高温用
ロータ材に溶接した肉盛溶接部であり、例えば、９％Ｃ
ｒ鋼を好適に用いることができる。高温熱処理は、中間
材を肉盛溶接したあとの溶接後熱処理であり、例えば、
６６０〜６７０℃の温度で３０〜４０時間保持する処理
である。この高温熱処理は高温用ロータに適した溶接後
処理であり、熱影響部の硬さを軟化させることができ
る。また、低温熱処理は、中間材に低温用ロータを溶接
したあとの溶接後熱処理であり、例えば、６２０〜６３
０℃の温度で３０〜４０時間保持する処理である。この
低温熱処理は、低合金鋼に適した溶接後処理であり、脱
炭層を生じることなく、母材、継手とも適正強度、靱性
を確保することができる。
め、本発明に係るタービン用ロータの製造方法は、その
一態様として、高温用ロータ材に肉盛溶接を施して中間
材を設けるステップと、この中間材と高温用ロータ材に
高温熱処理を施すステップと、上記中間材に低温用ロー
タ材を溶接して接合するステップと、これらの高温用ロ
ータ材及び低温用ロータ材の全体に低温熱処理を施すス
テップとを含んでいる。上記タービンは、例えば蒸気タ
ービンやガスタービン等の種々のタービンが含まれる。
高温用ロータ材は、５６６℃以上の高温領域において
も、その高温強度が維持できるロータ材であり、例え
ば、１２％Ｃｒ鋼などを好適に用いることができる。ま
た、低温用ロータ材は、５６６℃未満の中・低温領域に
おいて、強度上の問題なく用いることが可能な低合金
鋼、例えば２・１／４ＣｒＭｏＶ鋼や３．５ＮｉＣｒＭ
ｏＶ鋼を好適に用いることができる。中間材は、高温用
ロータ材に溶接した肉盛溶接部であり、例えば、９％Ｃ
ｒ鋼を好適に用いることができる。高温熱処理は、中間
材を肉盛溶接したあとの溶接後熱処理であり、例えば、
６６０〜６７０℃の温度で３０〜４０時間保持する処理
である。この高温熱処理は高温用ロータに適した溶接後
処理であり、熱影響部の硬さを軟化させることができ
る。また、低温熱処理は、中間材に低温用ロータを溶接
したあとの溶接後熱処理であり、例えば、６２０〜６３
０℃の温度で３０〜４０時間保持する処理である。この
低温熱処理は、低合金鋼に適した溶接後処理であり、脱
炭層を生じることなく、母材、継手とも適正強度、靱性
を確保することができる。
【０００７】本発明に係るタービン用ロータの製造方法
の別の態様は、上記高温用ロータ材、低温用ロータ材及
び中間材のそれぞれがバナジウムを含み、且つ、該中間
材のバナジウム含有量が０．１〜０．３ｗｔ％である方
法を用いることができる。通常、Ｃｒ含有量の異なる複
数の母材同士を溶接によって接合したのち、これらの母
材と溶接部に溶接後熱処理を施すと、溶接部と母材との
境界近傍で、Ｃｒ量が少ない母材側からＣｒ量の多い母
材側にＣが移動するため、Ｃｒ量が少ない母材側に脱炭
層が形成され、溶接継手の強度が低下することがある。
しかし、本発明に係る中間材には０．１〜０．３％のＶ
を添加しており、ＶはＣとの結合力がＣｒより強いこと
から、上記高温熱処理を行っても、母材側に脱炭層が生
じることはない。
の別の態様は、上記高温用ロータ材、低温用ロータ材及
び中間材のそれぞれがバナジウムを含み、且つ、該中間
材のバナジウム含有量が０．１〜０．３ｗｔ％である方
法を用いることができる。通常、Ｃｒ含有量の異なる複
数の母材同士を溶接によって接合したのち、これらの母
材と溶接部に溶接後熱処理を施すと、溶接部と母材との
境界近傍で、Ｃｒ量が少ない母材側からＣｒ量の多い母
材側にＣが移動するため、Ｃｒ量が少ない母材側に脱炭
層が形成され、溶接継手の強度が低下することがある。
しかし、本発明に係る中間材には０．１〜０．３％のＶ
を添加しており、ＶはＣとの結合力がＣｒより強いこと
から、上記高温熱処理を行っても、母材側に脱炭層が生
じることはない。
【０００８】本発明に係るタービン用ロータの製造方法
の更に別の態様は、上記高温用ロータ材として１２％Ｃ
ｒ鋼を、上記中間材として９％Ｃｒ鋼の溶加材からなる
肉盛溶接部を、上記低温用ロータ材として２・１／４Ｃ
ｒＭｏＶ低合金鋼又は３．５ＣｒＭｏＶ低合金鋼を用い
ることができる。本発明に係るタービン用ロータは、上
記の態様で説明した方法によって製造した異鋼種溶接ロ
ータである。つまり、高温用ロータ材と、該高温用ロー
タ材に溶接した肉盛溶接部と、該肉盛溶接部に溶接して
接合した低温用ロータ材とを備えている。上記ロータに
よれば、タービン内の温度分布に対して、最適な寸法、
最適な鋼種（３種類以内）からなる部材を溶接結合する
ことで、コスト面からも合理化が図れる。なお、本発明
に係るタービンは、上記異鋼種溶接ロータを構成部材と
して備えている。
の更に別の態様は、上記高温用ロータ材として１２％Ｃ
ｒ鋼を、上記中間材として９％Ｃｒ鋼の溶加材からなる
肉盛溶接部を、上記低温用ロータ材として２・１／４Ｃ
ｒＭｏＶ低合金鋼又は３．５ＣｒＭｏＶ低合金鋼を用い
ることができる。本発明に係るタービン用ロータは、上
記の態様で説明した方法によって製造した異鋼種溶接ロ
ータである。つまり、高温用ロータ材と、該高温用ロー
タ材に溶接した肉盛溶接部と、該肉盛溶接部に溶接して
接合した低温用ロータ材とを備えている。上記ロータに
よれば、タービン内の温度分布に対して、最適な寸法、
最適な鋼種（３種類以内）からなる部材を溶接結合する
ことで、コスト面からも合理化が図れる。なお、本発明
に係るタービンは、上記異鋼種溶接ロータを構成部材と
して備えている。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るタービン用
ロータ及びその製造方法について、図面を用いて詳細に
説明する。 ［第１の実施の形態］図１は、第１の実施の形態に係る
蒸気タービン用ロータ１の断面図である。該蒸気タービ
ン用ロータ１は、異なる鋼種からなる部材同士を溶接に
よって接合したものであり、中央に配設された１２％Ｃ
ｒ鋼部材２の両側に、中間材である溶接継手部３、４を
介して低合金鋼部材６，７を接合したものである。図２
は、図１における１２％Ｃｒ鋼部材２と低合金部材６と
の溶接継手部３の拡大断面図である。この溶接継手部３
は、中央側の１２％Ｃｒ鋼部材２と、該１２％Ｃｒ鋼部
材２に肉盛溶接して側面側に開先１０を加工した９％Ｃ
ｒ鋼肉盛溶接部１２と、該９％Ｃｒ鋼肉盛溶接部１２の
開先１０と低合金鋼部材６の開先１４との間に形成され
た間隙に設けられ、これらの９％Ｃｒ鋼肉盛溶接部１２
と低合金鋼部材６とを接合している溶接継手１６とから
構成されている。なお、図１に示した溶接継手部４につ
いても、これらと同様の断面構造をなしている。
ロータ及びその製造方法について、図面を用いて詳細に
説明する。 ［第１の実施の形態］図１は、第１の実施の形態に係る
蒸気タービン用ロータ１の断面図である。該蒸気タービ
ン用ロータ１は、異なる鋼種からなる部材同士を溶接に
よって接合したものであり、中央に配設された１２％Ｃ
ｒ鋼部材２の両側に、中間材である溶接継手部３、４を
介して低合金鋼部材６，７を接合したものである。図２
は、図１における１２％Ｃｒ鋼部材２と低合金部材６と
の溶接継手部３の拡大断面図である。この溶接継手部３
は、中央側の１２％Ｃｒ鋼部材２と、該１２％Ｃｒ鋼部
材２に肉盛溶接して側面側に開先１０を加工した９％Ｃ
ｒ鋼肉盛溶接部１２と、該９％Ｃｒ鋼肉盛溶接部１２の
開先１０と低合金鋼部材６の開先１４との間に形成され
た間隙に設けられ、これらの９％Ｃｒ鋼肉盛溶接部１２
と低合金鋼部材６とを接合している溶接継手１６とから
構成されている。なお、図１に示した溶接継手部４につ
いても、これらと同様の断面構造をなしている。
【００１０】次いで、第１の実施の形態に係る蒸気ター
ビン用ロータの製造方法について、図３を用いて詳細に
説明する。ステップ１（母材の熱調質） まず、第１の実施の形態に係る蒸気タービン用ロータ１
を構成する母材を熱処理する。この母材は、高温域で用
いる１２％Ｃｒ鋼部材２、及び中・低温域で用いる低合
金鋼部材である２・１／４ＣｒＭｏＶ鋼部材６又は３．
５ＮｉＣｒＭｏＶ鋼部材７である。これらの母材に焼入
れと焼戻しによる熱処理を施し、所定の強度と靱性を確
保する。ステップ２（９％Ｃｒ鋼溶加材の肉盛溶接） 次いで、高温の溶接後熱処理が必要な母材である１２％
Ｃｒ鋼部材２に、表３に示す仕様範囲の成分を有する９
％Ｃｒ鋼溶加材を肉盛溶接する。この９％Ｃｒ鋼溶加材
には、０．１〜０．３ｗｔ％のＶが含有されており、ま
た肉盛溶接部１２が適当な厚さになるまで複数回にわた
り重ねて溶接することが好ましい。
ビン用ロータの製造方法について、図３を用いて詳細に
説明する。ステップ１（母材の熱調質） まず、第１の実施の形態に係る蒸気タービン用ロータ１
を構成する母材を熱処理する。この母材は、高温域で用
いる１２％Ｃｒ鋼部材２、及び中・低温域で用いる低合
金鋼部材である２・１／４ＣｒＭｏＶ鋼部材６又は３．
５ＮｉＣｒＭｏＶ鋼部材７である。これらの母材に焼入
れと焼戻しによる熱処理を施し、所定の強度と靱性を確
保する。ステップ２（９％Ｃｒ鋼溶加材の肉盛溶接） 次いで、高温の溶接後熱処理が必要な母材である１２％
Ｃｒ鋼部材２に、表３に示す仕様範囲の成分を有する９
％Ｃｒ鋼溶加材を肉盛溶接する。この９％Ｃｒ鋼溶加材
には、０．１〜０．３ｗｔ％のＶが含有されており、ま
た肉盛溶接部１２が適当な厚さになるまで複数回にわた
り重ねて溶接することが好ましい。
【００１１】ステップ３（高温熱処理） その後、６６０〜６７０℃の温度範囲で３０〜４０Ｈに
保持する溶接後熱処理を施す。この溶接後熱処理によ
り、１２％Ｃｒ鋼部材２の熱影響部の硬さをＨｖ３３０
以下に軟化させることができる。通常、Ｃｒ量の異なる
複数の母材同士を溶接によって接合したのち、これらの
母材と溶接部に溶接後熱処理を施した場合には、溶接部
と母材との境界近傍で、Ｃｒ量が少ない母材側からＣｒ
量の多い母材側にＣが移動するため、Ｃｒ量が少ない母
材側に脱炭層が形成され、溶接継手部の強度が低下する
ことがある。しかし、第１の実施の形態に用いる９％Ｃ
ｒ鋼溶加材には０．１〜０．３％のＶを添加しており、
ＶはＣとの結合力がＣｒより強いことから、表３の仕様
範囲の化学成分を有する９％Ｃｒ鋼溶加材を１２％Ｃｒ
鋼部材２に肉盛溶接し、６６０〜６７０℃×３０〜４０
Ｈの溶接後熱処理を行っても、母材側に脱炭層が生じる
ことはない。ステップ４（開先加工） そして、１２％Ｃｒ鋼部材２に溶接した９％Ｃｒ鋼溶加
材の肉盛溶接部１２に慣用の手段、例えば切削加工等に
よって開先１０を加工する。
保持する溶接後熱処理を施す。この溶接後熱処理によ
り、１２％Ｃｒ鋼部材２の熱影響部の硬さをＨｖ３３０
以下に軟化させることができる。通常、Ｃｒ量の異なる
複数の母材同士を溶接によって接合したのち、これらの
母材と溶接部に溶接後熱処理を施した場合には、溶接部
と母材との境界近傍で、Ｃｒ量が少ない母材側からＣｒ
量の多い母材側にＣが移動するため、Ｃｒ量が少ない母
材側に脱炭層が形成され、溶接継手部の強度が低下する
ことがある。しかし、第１の実施の形態に用いる９％Ｃ
ｒ鋼溶加材には０．１〜０．３％のＶを添加しており、
ＶはＣとの結合力がＣｒより強いことから、表３の仕様
範囲の化学成分を有する９％Ｃｒ鋼溶加材を１２％Ｃｒ
鋼部材２に肉盛溶接し、６６０〜６７０℃×３０〜４０
Ｈの溶接後熱処理を行っても、母材側に脱炭層が生じる
ことはない。ステップ４（開先加工） そして、１２％Ｃｒ鋼部材２に溶接した９％Ｃｒ鋼溶加
材の肉盛溶接部１２に慣用の手段、例えば切削加工等に
よって開先１０を加工する。
【００１２】ステップ５（低合金鋼部材の接合） 次いで、低合金鋼部材６の端部にも開先１４を加工し、
該低合金鋼部材６の開先１４と上記９％Ｃｒ鋼溶加材の
肉盛溶接部１２の開先１０とを突合せ、これらの開先同
士の間に形成される空隙に、０．１〜０．３ｗｔ％のＶ
を含有する２・１／４ＣｒＭｏＶ溶加材を用いてアーク
溶接をし、溶接継手１６を形成する。この２・１／４Ｃ
ｒＭｏＶ溶加材の成分は、表３の仕様範囲に示すものが
好ましい。ステップ６（低温熱処理） 最後に、異鋼種溶接ロータ全体１を６２０〜６３０℃×
３０〜４０Ｈの温度範囲で均一に加熱する溶接後熱処理
を施す。この熱処理によって、低合金鋼部材６の強度を
低下しない範囲で熱影響部を軟化することができる。
該低合金鋼部材６の開先１４と上記９％Ｃｒ鋼溶加材の
肉盛溶接部１２の開先１０とを突合せ、これらの開先同
士の間に形成される空隙に、０．１〜０．３ｗｔ％のＶ
を含有する２・１／４ＣｒＭｏＶ溶加材を用いてアーク
溶接をし、溶接継手１６を形成する。この２・１／４Ｃ
ｒＭｏＶ溶加材の成分は、表３の仕様範囲に示すものが
好ましい。ステップ６（低温熱処理） 最後に、異鋼種溶接ロータ全体１を６２０〜６３０℃×
３０〜４０Ｈの温度範囲で均一に加熱する溶接後熱処理
を施す。この熱処理によって、低合金鋼部材６の強度を
低下しない範囲で熱影響部を軟化することができる。
【００１３】［第２の実施の形態］次いで、第２の実施
の形態では、ガスタービン用異鋼種溶接ロータについて
説明する。図４は、第２の実施の形態に係るガスタービ
ン用異鋼種溶接ロータ３０の断面図である。図の左側に
配設された複数のリング材３２は１２％Ｃｒ鋼であり、
各々のリング材３２は互いに供材溶接部３３により結合
されている。ここで、供材溶接とは、接合する母材同士
の材質がお互いにほぼ同等である母材に施す溶接をい
う。また、右側の複数のリング材３５は低合金鋼であ
り、これらも供材溶接部３６により結合されている。そ
して、低合金鋼部４０と１２％Ｃｒ鋼４１とを、上記第
１の実施の形態において説明した接合方法と同じ手順で
結合させており、この溶接継手部４３によって各リング
材４０，４１はより強固に結合している。
の形態では、ガスタービン用異鋼種溶接ロータについて
説明する。図４は、第２の実施の形態に係るガスタービ
ン用異鋼種溶接ロータ３０の断面図である。図の左側に
配設された複数のリング材３２は１２％Ｃｒ鋼であり、
各々のリング材３２は互いに供材溶接部３３により結合
されている。ここで、供材溶接とは、接合する母材同士
の材質がお互いにほぼ同等である母材に施す溶接をい
う。また、右側の複数のリング材３５は低合金鋼であ
り、これらも供材溶接部３６により結合されている。そ
して、低合金鋼部４０と１２％Ｃｒ鋼４１とを、上記第
１の実施の形態において説明した接合方法と同じ手順で
結合させており、この溶接継手部４３によって各リング
材４０，４１はより強固に結合している。
【００１４】上記構成を有する第２の実施の形態に係る
ガスタービン用ロータ３０によれば、それぞれのリング
材３２，３５同士の結合強度が大幅に向上するため、大
型機のロータを製造することが可能になり、またロータ
の信頼性が大幅に向上する。なお、本発明は、上述した
技術思想に基づいて種々の変形が可能であり、例えば、
９％Ｃｒ鋼肉盛溶接部１２に形成した開先１０、及び低
合金鋼６の開先１４は、図２に示す形状に限定されず、
その下部の形状を図６のように凹凸４６に形成し、これ
らの凹凸４６を互いに係合させても良い。
ガスタービン用ロータ３０によれば、それぞれのリング
材３２，３５同士の結合強度が大幅に向上するため、大
型機のロータを製造することが可能になり、またロータ
の信頼性が大幅に向上する。なお、本発明は、上述した
技術思想に基づいて種々の変形が可能であり、例えば、
９％Ｃｒ鋼肉盛溶接部１２に形成した開先１０、及び低
合金鋼６の開先１４は、図２に示す形状に限定されず、
その下部の形状を図６のように凹凸４６に形成し、これ
らの凹凸４６を互いに係合させても良い。
【００１５】
【実施例】次に、実施例によって、本発明の内容を更に
明確にする。本実施例においては、図３に示すように、
第１の実施の形態において説明した製造方法のステップ
に従って異鋼種ロータを作製し、溶接部及びその近傍部
の金属組織と機械的性質を検証した。まず、１２％Ｃｒ
鋼部材２、及び２・１／４ＣｒＭｏＶ鋼部材６又は３．
５ＮｉＣｒＭｏＶ鋼部材７に焼入れと焼戻しによる熱処
理を施し、所定の強度と靱性を確保した。これらの母材
２，６，７の化学成分は表１に示すとおりであり、母材
の熱処理条件は表２に示すとおりである。
明確にする。本実施例においては、図３に示すように、
第１の実施の形態において説明した製造方法のステップ
に従って異鋼種ロータを作製し、溶接部及びその近傍部
の金属組織と機械的性質を検証した。まず、１２％Ｃｒ
鋼部材２、及び２・１／４ＣｒＭｏＶ鋼部材６又は３．
５ＮｉＣｒＭｏＶ鋼部材７に焼入れと焼戻しによる熱処
理を施し、所定の強度と靱性を確保した。これらの母材
２，６，７の化学成分は表１に示すとおりであり、母材
の熱処理条件は表２に示すとおりである。
【表１】
【表２】 次いで、１２％Ｃｒ鋼部材２に、表３に示す分析値の成
分を有する９％Ｃｒ鋼溶加材を肉盛溶接した。この９％
Ｃｒ鋼溶加材には、０．１８ｗｔ％のＶが含有されてお
り、また肉盛溶接部１２が適当な厚さになるまで複数回
にわたり重ねて溶接した。
分を有する９％Ｃｒ鋼溶加材を肉盛溶接した。この９％
Ｃｒ鋼溶加材には、０．１８ｗｔ％のＶが含有されてお
り、また肉盛溶接部１２が適当な厚さになるまで複数回
にわたり重ねて溶接した。
【表３】
【００１６】その後、６６０〜６７０℃の温度範囲で３
０Ｈの溶接後熱処理（高温処理）を施した。この溶接後
熱処理により、１２％Ｃｒ鋼部材２の熱影響部の硬さを
Ｈｖ３３０以下に軟化させることができた。上記９％Ｃ
ｒ鋼溶加材には０．１８％のＶを添加しているため、９
％Ｃｒ鋼溶加材を１２％Ｃｒ鋼部材２に肉盛溶接し、６
６０〜６７０℃×３０Ｈの溶接後熱処理を行っても、母
材側に脱炭層が生じることはなかった。そして、１２％
Ｃｒ鋼部材２に溶接した９％Ｃｒ鋼溶加材の肉盛溶接部
１２に切削加工によって開先１０を加工した。次いで、
低合金鋼部材６，７の端部にも開先１４を加工し、該低
合金鋼部材６，７の開先１４，１４と上記９％Ｃｒ鋼溶
加材の肉盛溶接部１２の開先１０とを突合せ、これらの
開先同士の間に形成される空隙に２・１／４ＣｒＭｏＶ
溶加材を用いてアーク溶接をし、溶接継手１６を形成し
た。この２・１／４ＣｒＭｏＶ溶加材の成分は、表３の
分析値に示したものである。
０Ｈの溶接後熱処理（高温処理）を施した。この溶接後
熱処理により、１２％Ｃｒ鋼部材２の熱影響部の硬さを
Ｈｖ３３０以下に軟化させることができた。上記９％Ｃ
ｒ鋼溶加材には０．１８％のＶを添加しているため、９
％Ｃｒ鋼溶加材を１２％Ｃｒ鋼部材２に肉盛溶接し、６
６０〜６７０℃×３０Ｈの溶接後熱処理を行っても、母
材側に脱炭層が生じることはなかった。そして、１２％
Ｃｒ鋼部材２に溶接した９％Ｃｒ鋼溶加材の肉盛溶接部
１２に切削加工によって開先１０を加工した。次いで、
低合金鋼部材６，７の端部にも開先１４を加工し、該低
合金鋼部材６，７の開先１４，１４と上記９％Ｃｒ鋼溶
加材の肉盛溶接部１２の開先１０とを突合せ、これらの
開先同士の間に形成される空隙に２・１／４ＣｒＭｏＶ
溶加材を用いてアーク溶接をし、溶接継手１６を形成し
た。この２・１／４ＣｒＭｏＶ溶加材の成分は、表３の
分析値に示したものである。
【００１７】最後に、異鋼種溶接ロータ全体１を６２０
〜６３０℃×３０Ｈの温度範囲で均一に加熱する溶接後
熱処理（低温熱処理）を施した。この熱処理によって、
低合金鋼部材６，７の強度を低下しない範囲で熱影響部
を軟化することができた。上記実施例によれば、２・１
／４ＣｒＭｏＶ鋼溶加材にもＶを含有しているため、９
％Ｃｒ鋼肉盛溶接部１２との境界部で、脱炭層を生じる
ことはなかった。また、低合金鋼母材６，７にもＶが添
加されており、低合金鋼６，７側の溶接境界部でも脱炭
層を生じることはなかった。なお、ロータは回転体であ
り、溶接欠陥は許容されないため、溶接方法は、９％Ｃ
ｒ鋼の肉盛溶接及び２・１／４ＣｒＭｏＶ鋼溶加材によ
る溶接ともにティグ溶接法を用い、超音波探傷試験法に
より、溶接欠陥のないことを確認した。溶接部の硬さ分
布は図５に示すとおりであり、図５（ａ）に示した部位
の硬度を測定し、図５（ｂ）のグラフに記入した。この
グラフによって、最高硬さはＨｖ３３０以下であること
を確認した。また、衝撃特性も表４に示すとおり、母材
規格値を十分満足する結果を得た。継手引張強度も、表
５に示すとおり、異鋼種溶接ロータに必要な強度レベル
を満足した。また、１２Ｃｒ鋼部材及び低合金部材の強
度、衝撃特性はそれぞれの母材規格値を十分満足した。
〜６３０℃×３０Ｈの温度範囲で均一に加熱する溶接後
熱処理（低温熱処理）を施した。この熱処理によって、
低合金鋼部材６，７の強度を低下しない範囲で熱影響部
を軟化することができた。上記実施例によれば、２・１
／４ＣｒＭｏＶ鋼溶加材にもＶを含有しているため、９
％Ｃｒ鋼肉盛溶接部１２との境界部で、脱炭層を生じる
ことはなかった。また、低合金鋼母材６，７にもＶが添
加されており、低合金鋼６，７側の溶接境界部でも脱炭
層を生じることはなかった。なお、ロータは回転体であ
り、溶接欠陥は許容されないため、溶接方法は、９％Ｃ
ｒ鋼の肉盛溶接及び２・１／４ＣｒＭｏＶ鋼溶加材によ
る溶接ともにティグ溶接法を用い、超音波探傷試験法に
より、溶接欠陥のないことを確認した。溶接部の硬さ分
布は図５に示すとおりであり、図５（ａ）に示した部位
の硬度を測定し、図５（ｂ）のグラフに記入した。この
グラフによって、最高硬さはＨｖ３３０以下であること
を確認した。また、衝撃特性も表４に示すとおり、母材
規格値を十分満足する結果を得た。継手引張強度も、表
５に示すとおり、異鋼種溶接ロータに必要な強度レベル
を満足した。また、１２Ｃｒ鋼部材及び低合金部材の強
度、衝撃特性はそれぞれの母材規格値を十分満足した。
【表４】
【表５】
【００１８】
【発明の効果】本発明に係る異鋼種溶接ロータは、１２
％Ｃｒ鋼部材、低合金鋼部材ともに、十分な特性を確保
しており、溶接部も健全で実用が可能である。また、異
鋼種溶接ロータは溶接による接合を採用しているため、
タービン車室内の温度分布に応じて部材長さの調節が可
能であり、不必要に高価な１２％Ｃｒ鋼を用いることが
ないため、コスト面からも極めて合理的なロータであ
る。また、熱応力低減にはロータの中心部に空洞を設け
ることが効果的であるが、異鋼種溶接ロータでは容易に
この空洞を形成することができる。
％Ｃｒ鋼部材、低合金鋼部材ともに、十分な特性を確保
しており、溶接部も健全で実用が可能である。また、異
鋼種溶接ロータは溶接による接合を採用しているため、
タービン車室内の温度分布に応じて部材長さの調節が可
能であり、不必要に高価な１２％Ｃｒ鋼を用いることが
ないため、コスト面からも極めて合理的なロータであ
る。また、熱応力低減にはロータの中心部に空洞を設け
ることが効果的であるが、異鋼種溶接ロータでは容易に
この空洞を形成することができる。
【図１】第１の実施の形態に係る蒸気タービン用ロータ
の断面図である。
の断面図である。
【図２】図１の溶接継手部の拡大断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る蒸気タービン用ロータ
の製造方法の製作手順を示す説明図である。
の製造方法の製作手順を示す説明図である。
【図４】第２の実施の形態に係るガスタービン用ロータ
の断面図である。
の断面図である。
【図５】本図のうち、（ａ）は実施例１で作製した溶接
継手部の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の溶接継手部の
部位別の硬さを示すグラフである。
継手部の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の溶接継手部の
部位別の硬さを示すグラフである。
【図６】本発明の変形例に係る開先形状を示す拡大断面
図である。
図である。
【図７】従来の一体型の蒸気タービン用ロータの断面図
である。
である。
【図８】従来のボルト結合によるガスタービン用ロータ
の断面図である。
の断面図である。
１ 蒸気タービン用ロータ ２ １２％Ｃｒ鋼部材 ３，４，４３ 溶接継手部 ６ ２・１／４ＣｒＭｏＶ鋼低合金鋼部材 ７ ３．５ＮｉＣｒＭｏＶ鋼低合金鋼部材 １０，１４ 開先 １２ ９％Ｃｒ鋼肉盛溶接部 １６ 溶接継手 ３０ ガスタービン用ロータ ３２、３５ リング材 ３３，３６ 供材溶接部 ４０ 低合金鋼 ４１ １２％Ｃｒ鋼 ４６ 凹凸形状の開先
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 城 克英 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 馬越 龍太郎 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 小西 哲 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 Ｆターム(参考） 3G002 AA08 AA11 AA13 AB00
Claims (5)
- 【請求項１】 高温用ロータ材に肉盛溶接を施して中間
材を設けるステップと、この中間材と高温用ロータ材に
高温熱処理を施すステップと、上記中間材に低温用ロー
タ材を溶接して接合するステップと、これらの高温用ロ
ータ材及び低温用ロータ材の全体に低温熱処理を施すス
テップとを含んでなるタービン用ロータの製造方法。 - 【請求項２】 上記高温用ロータ材、低温用ロータ材及
び中間材のそれぞれがバナジウムを含み、且つ、該中間
材のバナジウム含有量が０．１〜０．３ｗｔ％であるこ
とを特徴とする請求項１に記載のタービン用ロータの製
造方法。 - 【請求項３】 上記高温用ロータ材として１２％Ｃｒ鋼
を、上記中間材として９％Ｃｒ鋼の溶加材からなる肉盛
溶接部を、上記低温用ロータ材として２・１／４ＣｒＭ
ｏＶ低合金鋼又は３．５ＣｒＭｏＶ低合金鋼を用いたこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン用ロー
タの製造方法。 - 【請求項４】 請求項１〜３に記載の方法によって製造
したことを特徴とするタービン用ロータ。 - 【請求項５】 請求項４に記載のタービン用ロータを備
えたことを特徴とするタービン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30040699A JP2001123801A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | タービン用ロータ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30040699A JP2001123801A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | タービン用ロータ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001123801A true JP2001123801A (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=17884421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30040699A Withdrawn JP2001123801A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | タービン用ロータ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001123801A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003049223A (ja) * | 2001-08-03 | 2003-02-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | タービン用ロータの製造方法 |
| JP2009520603A (ja) * | 2005-12-22 | 2009-05-28 | アルストム テクノロジー リミテッド | 低圧タービンにおける溶接されたロータの製造方法 |
| EP2149690A2 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-03 | Hitachi Ltd. | Turbine rotor |
| WO2010041506A1 (ja) * | 2008-10-08 | 2010-04-15 | 三菱重工業株式会社 | タービンロータ及びタービンロータの製造方法 |
| EP2527073A1 (en) | 2011-05-23 | 2012-11-28 | Hitachi Ltd. | Dissimilar metal weld and its manufacturing method of large welded structures such as the turbine rotor |
| JP2015117625A (ja) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 蒸気タービン低圧ロータ及びその製造方法 |
| CN106736300A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-05-31 | 上海电气电站设备有限公司 | 由异种材料构成的涡轮转子的制造方法 |
| CN109570692A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-04-05 | 山东豪迈机械制造有限公司 | 一种焊接方法 |
-
1999
- 1999-10-22 JP JP30040699A patent/JP2001123801A/ja not_active Withdrawn
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003049223A (ja) * | 2001-08-03 | 2003-02-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | タービン用ロータの製造方法 |
| JP2009520603A (ja) * | 2005-12-22 | 2009-05-28 | アルストム テクノロジー リミテッド | 低圧タービンにおける溶接されたロータの製造方法 |
| EP2149690A3 (en) * | 2008-07-31 | 2011-02-16 | Hitachi Ltd. | Turbine rotor |
| EP2149690A2 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-03 | Hitachi Ltd. | Turbine rotor |
| JP2010031812A (ja) * | 2008-07-31 | 2010-02-12 | Hitachi Ltd | タービンロータ |
| CN101790595B (zh) * | 2008-10-08 | 2011-09-21 | 三菱重工业株式会社 | 涡轮转子及涡轮转子的制造方法 |
| WO2010041506A1 (ja) * | 2008-10-08 | 2010-04-15 | 三菱重工業株式会社 | タービンロータ及びタービンロータの製造方法 |
| KR101141828B1 (ko) | 2008-10-08 | 2012-05-07 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | 터빈 로터 및 터빈 로터의 제조 방법 |
| US9109449B2 (en) | 2008-10-08 | 2015-08-18 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Turbine rotor and manufacturing method of turbine rotor |
| EP2527073A1 (en) | 2011-05-23 | 2012-11-28 | Hitachi Ltd. | Dissimilar metal weld and its manufacturing method of large welded structures such as the turbine rotor |
| JP2015117625A (ja) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 蒸気タービン低圧ロータ及びその製造方法 |
| CN106736300A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-05-31 | 上海电气电站设备有限公司 | 由异种材料构成的涡轮转子的制造方法 |
| CN106736300B (zh) * | 2017-01-10 | 2019-01-25 | 上海电气电站设备有限公司 | 由异种材料构成的涡轮转子的制造方法 |
| CN109570692A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-04-05 | 山东豪迈机械制造有限公司 | 一种焊接方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070109 |