JP2001200333A - Rotor shaft for rotary electric machine and rotary electric machine using same - Google Patents

Rotor shaft for rotary electric machine and rotary electric machine using same

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JP2001200333A JP2000359383A JP2000359383A JP2001200333A JP 2001200333 A JP2001200333 A JP 2001200333A JP 2000359383 A JP2000359383 A JP 2000359383A JP 2000359383 A JP2000359383 A JP 2000359383A JP 2001200333 A JP2001200333 A JP 2001200333A
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寛 福井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotor shaft for a rotary electric machine provided with high strength, high toughness and high magnetic properties and to provide a large capacitance rotary electric machine and a large capacitance generator using the same. SOLUTION: This high strength low alloy steel has a composition containing, by weight, 0.15 to 0.30% C, <=0.1% Si, 0.05 to 1% Mn, 3.0 to 5.0% Ni, 2.05 to 3,0% Cr, 0.1 to 1.0% Mo, 0.03 to 0.35% V, and the balance substantial Fe, or containing 0.15 to 0.35% C, <=0.1% Si, 0.05 to 1% Mn, 3.25 to 5.0% Ni, 1.5 to 3.5% Cr, 0.1 to 1.0% Mo, 0.03 to 0.35% V, and the balance substantial Fe, and in which the above (Ni/Cr) ratio is 1.2 to 1.81, and the rotary shaft for a rotary electric machine uses the same. In this way, a large capacitance generator with the capacitance of 900 MVA or more and a motor with the rotating speed of 5,000 rpm or more can be produced.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は新規な回転電機用ロータ
シャフト及びそれを用いた大容量回転電機並びに大容量
発電機に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel rotor shaft for a rotating electric machine, a large-capacity rotating electric machine using the same, and a large-capacity generator.

【0002】[0002]

【従来の技術】容量800MVAまでのタービン発電機
のロータシャフト材としては、ASTM規格材Ni−Cr−
Mo鋼(A469−88,Class 6〜8)が使用されて
いる。近年、エネルギ多様化の観点から石油代替エネル
ギである石炭火力への移行並びに電源立地面積の有効活
用の要求から、タービン発電機は大容量化の傾向にあ
る。
2. Description of the Related Art As a rotor shaft material of a turbine generator up to a capacity of 800 MVA, ASTM standard material Ni-Cr-
Mo steel (A469-88, Classes 6 to 8) is used. In recent years, from the viewpoint of energy diversification, there has been a trend to increase the capacity of turbine generators due to a shift to coal-fired power, which is an alternative to oil, and a demand for effective utilization of a power supply site area.

【0003】タービン発電機の大容量化に伴って、ロー
タシャフトの使用条件も厳しくなり、上記の現用AST
M規格材では強度不足になってきた。
[0003] With the increase in capacity of the turbine generator, the operating conditions of the rotor shaft have become severe, and the above-mentioned current AST
With M standard materials, the strength has become insufficient.

【0004】一般に、強度を高めれば靭性が低下する傾
向にあるので、現用材よりも高強度高靭性のロータシャ
フト材の出現が望まれている。
In general, as the strength is increased, the toughness tends to decrease. Therefore, the emergence of a rotor shaft material having higher strength and toughness than the currently used material is desired.

【0005】ASTM規格クラス6〜8はC0.28%
以下,Mn0.60%以下,P0.015%以下,S0.01
5%以下,Si0.15〜0.30%,Ni3.25〜4.
00%,Cr1.25〜2.00%,Mo0.30〜0.6
0%,V0.05〜0.15%,残部が実質的にFeから
なり、クラス8が最も高い強度を有するもので、引張強
さ84kg/mm2 以上、0.02%耐力70.4kg/mm2
上,伸び率16%以上,絞り率45%以上,50%破面
遷移温度4℃以下等が規定されている。
[0005] ASTM standard class 6-8 is 0.28% C
Below, Mn 0.60% or less, P 0.015% or less, S0.01
5% or less, Si 0.15 to 0.30%, Ni 3.25 to 4.
00%, Cr 1.25 to 2.00%, Mo 0.30 to 0.6
0%, V 0.05 to 0.15%, balance substantially consisting of Fe, class 8 having the highest strength, tensile strength of 84 kg / mm 2 or more, 0.02% proof stress 70.4 kg / mm 2 or more, elongation of 16% or more, squeezing ratio of 45% or more, 50% fracture appearance transition temperature 4 ° C. or less and the like are defined.

【0006】特公昭47−25248 号公報には、C0.14
〜0.20%,Si0.05〜0.4%,Mn0.1〜0.
6%,Ni1.5〜2.8%,Cr0.75〜1.8%,M
o0.1〜0.5% ,V0.01〜0.12%及び残部Fe
からなる発電機ロータシャフト用低合金鋼が示されてい
る。
Japanese Patent Publication No. 47-25248 discloses C0.14.
-0.20%, Si 0.05-0.4%, Mn 0.1-0.1.
6%, Ni 1.5 to 2.8%, Cr 0.75 to 1.8%, M
o 0.1-0.5%, V 0.01-0.12% and balance Fe
A low alloy steel for a generator rotor shaft consisting of:

【0007】特公昭60−230965号公報には、C0.13
〜0.30%,Si0.10%以下 ,Mn0.60〜2.
00%,P0.010%以下 ,Cr0.40〜2.00
%,Ni0.20〜2.50%,Mo0.10〜0.50
%,V0.05〜0.15%,Al0.005〜0.04
%,N0.0050〜0.0150%,Ni+2Mn+2
Crが4〜8%、残部Feからなるタービン発電機軸用
低合金鋼が示されている。
[0007] JP-B-60-230965 discloses C0.13.
0.30%, Si 0.10% or less, Mn 0.60-2.
00%, P0.010% or less, Cr 0.40 to 2.00
%, Ni 0.20-2.50%, Mo 0.10-0.50
%, V 0.05 to 0.15%, Al 0.005 to 0.04
%, N 0.0050-0.0150%, Ni + 2Mn + 2
A low alloy steel for a turbine generator shaft composed of 4 to 8% of Cr and the balance of Fe is shown.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】容量900MVA以上
の発電機のロータシャフト材としては、引張強さ93kg
/mm2 以上,0.02% 耐力74kg/mm2 以上,破面遷
移温度(以下FATTと略称する)0℃以下の機械的性
質と21000ガウスにおける磁化力990AT/cm以
下の磁気特性が要求される。
As a rotor shaft material of a generator having a capacity of 900 MVA or more, a tensile strength of 93 kg is used.
/ Mm 2 , 0.02% Yield strength of 74 kg / mm 2 or more, mechanical properties of 0 ° C. or less of fracture transition temperature (hereinafter abbreviated as FATT) and magnetic properties of 990 AT / cm or less at 21,000 gauss are required. You.

【0009】更に、1200MVA級発電機のロータシ
ャフト材としては、引張強さ100kg/mm2 以上130
0MVA級発電機のロータシャフト材としては、引張強
さ104kg/mm2 以上が要求される。
Further, as a rotor shaft material of a 1200 MVA class generator, a tensile strength of 100 kg / mm 2 or more and 130
The rotor shaft material of the 0MVA class generator is required to have a tensile strength of 104 kg / mm 2 or more.

【0010】ASTM規格材(A469−Class 8)及
び従来技術で開示されたものでは、引張強さ≧84.1k
g/mm2,0.02%耐力 ≧70.4kg/mm2,FATT≦
4℃であり、900MVA以上の発電機用ロータシャフ
ト材としては強度及び靭性が不足であり、破壊に対する
安全性が確保できない。
In the case of ASTM standard materials (A469-Class 8) and those disclosed in the prior art, the tensile strength is ≧ 84.1 k.
g / mm 2 , 0.02% proof stress ≧ 70.4 kg / mm 2 , FATT ≦
The strength and toughness are insufficient for a rotor shaft material for a generator having a temperature of 4 ° C. and 900 MVA or more, and safety against breakage cannot be secured.

【0011】更に、従来強度を高めると靭性が低下し、
強度と靭性との両方を満足するものが得られなかった。
Further, conventionally, when the strength is increased, the toughness decreases,
A product satisfying both strength and toughness was not obtained.

【0012】本発明の目的は、高強度,高靭性で高い磁
気特性を備えた回転電機用ロータシャフト及びそれを用
いた大容量回転電機並びに大容量発電機を提供すること
にある。
An object of the present invention is to provide a rotor shaft for a rotating electric machine having high strength, high toughness and high magnetic properties, a large-capacity rotating electric machine using the same, and a large-capacity generator.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、重量で、C
0.15〜0.30%,Si0.1%以下,Mn0.05
〜1%, Ni3.0〜5.0%,Cr2.05〜3.0%,
Mo0.1〜1.0%,V0.03〜 0.35% 及び残部
が実質的にFeであることを特徴とする回転電機用ロー
タシャフトにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a C
0.15 to 0.30%, Si 0.1% or less, Mn 0.05
-1%, Ni 3.0-5.0%, Cr 2.05-3.0%,
Mo 0.1 to 1.0%, V 0.03 to 0.35%, and the balance being substantially Fe.

【0014】本発明は、重量で、C0.15〜0.35
%,Si0.1%以下,Mn0.05〜1%, Ni3.2
5〜5.0%,Cr1.5〜3.5%,Mo0.1〜1.0
%,V0.03〜 0.35%及び残部が実質的にFeで
あり、前記(Ni/Cr)比が1.2〜2.3 であるこ
とを特徴とする回転電機用ロータシャフトにある。
The present invention relates to a C.sub.0.15 to 0.35 by weight.
%, Si 0.1% or less, Mn 0.05-1%, Ni 3.2
5 to 5.0%, Cr 1.5 to 3.5%, Mo 0.1 to 1.0
%, V 0.03 to 0.35% and the balance substantially Fe, and the (Ni / Cr) ratio is 1.2 to 2.3.

【0015】本発明は、重量で、C0.15〜0.30
%,Si0.3%以下,Mn0.05〜1%, Ni3.0
〜5.0%,Cr2.05〜3.0%,Mo0.1〜1.0
%,V0.03 〜0.35% ,A10.006% 以下及
び残部が実質的にFeであることを特徴とする回転電機
用ロータシャフトにある。
[0015] The present invention relates to a method for producing C0.15 to 0.30 by weight.
%, Si 0.3% or less, Mn 0.05-1%, Ni 3.0
-5.0%, Cr 2.05-3.0%, Mo 0.1-1.0
%, V0.03 to 0.35%, A10.006% or less, and the balance is substantially Fe.

【0016】本発明は、前述したNi−Cr−Mo−V
鋼の室温の引張強さ93kg/mm2 以上,50%破面遷移
温度0℃以下、及び焼戻ベーナイト組織を有することを
特徴とする回転電機用ロータシャフトである。
The present invention relates to the Ni-Cr-Mo-V described above.
A rotor shaft for a rotating electric machine, characterized by having a room temperature tensile strength of steel of 93 kg / mm 2 or more, a 50% fracture surface transition temperature of 0 ° C. or less, and a tempered bainite structure.

【0017】本発明は、前述の鋼にIIa族元素及びIII
a 族元素の少なくとも1つを0.001〜0.1%含有する
ものである。
[0017] The present invention relates to the above steel, wherein a group IIa element and a group IIIa
It contains 0.001 to 0.1% of at least one group a element.

【0018】本発明は、前述の鋼に更にIVa族元素,N
b,Ta及びWの少なくとも1つの元素を0.2%以下
含有するものである。
The present invention further relates to the above steel by further adding a group IVa element, N
It contains at least one element of b, Ta and W in an amount of 0.2% or less.

【0019】本発明は、21kGにおける磁化率990
AT/cm以下とするのが好ましく、更に焼戻ベーナイト
組織を有する前述の組成のNi−Cr−Mo−V合金鋼
からなるものである。
According to the present invention, the susceptibility 990 at 21 kG is used.
It is preferably at most AT / cm, and more preferably is made of a Ni-Cr-Mo-V alloy steel having the above-mentioned composition and having a tempered bainite structure.

【0020】本発明は、重量で、C0.15〜0.30
%,Si0.1〜0.3%以下,Mn0.05〜0.5%,
Ni3.25〜4.5%,Cr2.05〜2.60%,Mo
0.25〜 0.60% ,V0.05〜0.20%,Al
0.01% 以下及び残部が実質的にFeであり、焼戻ベ
ーナイト組織を有することを特徴とする回転電機用ロー
タシャフトにある。
The present invention relates to a C.sub.0.15 to 0.30 by weight.
%, Si 0.1 to 0.3% or less, Mn 0.05 to 0.5%,
Ni 3.25 to 4.5%, Cr 2.05 to 2.60%, Mo
0.25 to 0.60%, V 0.05 to 0.20%, Al
0.01% or less, with the balance being substantially Fe, and having a tempered bainite structure.

【0021】本発明に係る前述に記載の組成を有する回
転電機用ロータシャフトは、大気中溶解した後、取鍋精
錬,真空脱ガス処理等を行い、次いで該溶湯を鋳型に注
湯して造塊後あるいはさらに大気溶解後エレクトロスラ
グ溶解して造塊後熱間鍛造し、800〜900℃にて焼
入れ後550〜650℃にて10時間以上保持する焼戻
し処理を行うことが好ましい。
The rotor shaft for a rotating electric machine having the above-described composition according to the present invention is melted in the atmosphere, subjected to ladle refining, vacuum degassing, and the like, and then poured into a mold to form a mold. It is preferable to perform a hot forging after the ingot after the ingot is melted or further melted in the air and then the electroslag is melted, and then tempered at 800 to 900 ° C., and then tempered at 550 to 650 ° C. for 10 hours or more.

【0022】本発明は、軸方向にコイルを埋込むスロッ
トを有する胴部,動力の伝達を授受するフランジ部及び
軸受部を備えた前述の組成を有する回転電機用ロータシ
ャフトにあり、該シャフトは室温引張強さ93kg/mm2
以上,50%破面遷移温度0℃以下及び21kGにおけ
る磁化力が990AT/cm以下及び20kGにおける磁
化力が400AT/cm以下であり、前記胴部直径が1m
以上及び前記胴部長さが前記胴部直径の5.5〜6.5倍
とすることが好ましい。
The present invention resides in a rotor shaft for a rotating electric machine having the above-mentioned composition, comprising a body having a slot into which a coil is embedded in the axial direction, a flange for transmitting and receiving power, and a bearing. Room temperature tensile strength 93 kg / mm 2
As described above, the magnetizing force at 0% or less at 50% fracture surface transition temperature and 21 kG is 990 AT / cm or less, the magnetizing force at 20 kG is 400 AT / cm or less, and the body diameter is 1 m.
It is preferable that the length of the trunk is 5.5 to 6.5 times the diameter of the trunk.

【0023】本発明は、前記シャフトとして前記胴部直
径が1m以上、胴部長さが前記胴部直径の5.5〜6.5
倍である前述の高強度Ni−Cr−Mo−V合金鋼より
なり、前記胴部直径D(mm)は電機容量1MVA当り
0.2mm に1000mmを加えた値以下及び前記発電機容
量1MVA当り0.2mm に900mmを加えた値以上とす
ることが好ましい。
In the present invention, the shaft may have a body diameter of 1 m or more and a body length of 5.5 to 6.5 of the body diameter.
Of the high-strength Ni-Cr-Mo-V alloy steel described above, wherein the body diameter D (mm) is equal to or less than a value obtained by adding 1000 mm to 0.2 mm per 1 MVA of the electrical capacity and 0 or less per 1 MVA of the generator capacity. It is preferably at least the value obtained by adding 900 mm to .2 mm.

【0024】本発明は、前述のシャフトは前記胴部直径
D(mm)が1m以上、胴部長さが前記胴部直径の5.5
〜6.5倍である前述の高強度Ni−Cr−Mo−V合
金鋼よりなり、該シャフトの回転数R(rpm)との関係か
ら求められる(D2×R2)の値が1.0×107〜3.0
×107となるように前記回転数に対して前記胴部直径
を設定することが好ましい。
According to the present invention, the shaft has a body diameter D (mm) of 1 m or more and a body length of 5.5 mm of the body diameter.
It is made of the above-mentioned high-strength Ni-Cr-Mo-V alloy steel which is up to 6.5 times, and the value of (D 2 × R 2 ) obtained from the relationship with the rotation speed R (rpm) of the shaft is 1. 0 × 10 7 to 3.0
It is preferable to set the body diameter with respect to the number of rotations so as to be × 10 7 .

【0025】本発明は、重量で、C0.15〜0.30
%,Si0.3%以下,Mn0.05〜0.5%,Ni
3.0〜5.0%,Cr2.05〜3.5%,Mo0.1〜
1.0%,V0.03〜0.35%,Al0.006% 以下、
P,S,Sn,Sb及びAsの総量0.025%以下、前記
(Ni/Cr)比が1.2〜2.3である低合金鋼から
なることを特徴とする回転電機用ロータシャフトにあ
る。
The present invention relates to a method for preparing C.sub.0.15 to 0.30 by weight.
%, Si 0.3% or less, Mn 0.05-0.5%, Ni
3.0-5.0%, Cr 2.05-3.5%, Mo0.1-
1.0%, V 0.03 to 0.35%, Al 0.006% or less,
A rotor shaft for a rotating electric machine, wherein the rotor shaft is made of a low alloy steel having a total amount of P, S, Sn, Sb and As of 0.025% or less and the (Ni / Cr) ratio is 1.2 to 2.3.

【0026】本発明は、室温引張強さ93kg/mm2
上,50%破面遷移温度0℃以下,21kGにおける磁
化力が990AT/cm以下,20kGにおける磁化力4
00AT/cm以下を有する前述の高強度高靭性Ni−C
r−Mo−V合金鋼よりなる一体中実シャフトによって
構成されている回転電機用ロータシャフトとするのが好
ましい。
According to the present invention, a room temperature tensile strength of 93 kg / mm 2 or more, a 50% fracture surface transition temperature of 0 ° C. or less, a magnetizing force at 21 kG of 990 AT / cm or less, and a magnetizing force of 20 kG or less.
The aforementioned high-strength and high-toughness Ni—C having a value of not more than 00 AT / cm
It is preferable to use a rotating shaft for a rotating electrical machine, which is constituted by an integral solid shaft made of r-Mo-V alloy steel.

【0027】本発明は、重量で、C0.15〜0.30
%,Si0.01〜0.05%,Mn0.05〜0.5%,
Ni3.0〜5.0%,Cr2.05〜3.5%,Mo0.
1〜1.0%,V0.03〜0.35%,Al0.0005〜
0.006%、P,S,Sn,Sb及びAsの総量0.0
01〜0.025%、残部が実質的にFeよりなること
を特徴とする回転電機用ロータシャフトにある。
The present invention relates to a C.sub.0.15 to 0.30 by weight.
%, Si 0.01 to 0.05%, Mn 0.05 to 0.5%,
Ni 3.0 to 5.0%, Cr 2.05 to 3.5%, Mo 0.5%.
1 to 1.0%, V 0.03 to 0.35%, Al 0.0005 to
0.006%, total amount of P, S, Sn, Sb and As 0.0
01 to 0.025%, with the balance substantially consisting of Fe.

【0028】本発明は、コイルが埋込まれた積層鉄心か
らなる固定子,該固定子内を回転する回転子を備え容量
900MVA以上の大容量回転電機に好適であり、前記
回転子としては前述の回転電機用ロータシャフトよりな
るシャフト胴部にコイルが埋込まれ、該胴部直径が1m
以上、該胴部長さが胴部直径の5.5〜6.5倍であり、3
000rpm又は360rpmの回転を受け、回転電機の床面
積が前記電機容量1MVA当りの0.08〜0.12m2
とするものが好ましいものである。
The present invention is suitable for a large-capacity rotating electric machine having a capacity of 900 MVA or more, comprising a stator composed of a laminated iron core having a coil embedded therein, and a rotor rotating in the stator. A coil is embedded in a shaft body made of a rotor shaft for a rotating electric machine having a diameter of 1 m.
As described above, the trunk length is 5.5 to 6.5 times the trunk diameter, and 3
000 rpm or 360 rpm, and the floor area of the rotating electric machine is 0.08 to 0.12 m 2 per 1 MVA of the electric machine capacity.
Are preferred.

【0029】本発明は、電機容量900MVA以上,固
定子電流が前記電機容量1MVA当り19.0〜24
A、前記固定子が直接水冷、回転子が電機容量1MVA
当り0.003〜0.006kg/cm2 の水素圧力にて冷却
され、該回転子シャフトの胴部直径が1.0m 以上であ
る前述の高強度Ni−Cr−Mo−V合金鋼よりなる大
容量回転電機とするのが好ましい。
According to the present invention, the electric capacity is 900 MVA or more, and the stator current is 19.0 to 24 per 1 MVA of the electric capacity.
A, The stator is directly water-cooled, and the rotor is 1 MVA in electrical capacity
The rotor shaft is cooled at a hydrogen pressure of 0.003 to 0.006 kg / cm 2 , and the rotor shaft has a body diameter of 1.0 m or more, and is made of the above-mentioned high-strength Ni-Cr-Mo-V alloy steel. It is preferable to use a capacity rotating electric machine.

【0030】本発明は、定格容量1,120,000KVA にお
いて、固定子を直接水冷,回転子を水素冷却とし、回転
子胴部直径を1.15〜1.35mとし、胴部長さを胴部
直径の5.5〜6.5倍であり、3600rpm の回転を受
けるものが好ましい。特に、マシンサイズとして9〜1
0m3 とするのが好ましい。
According to the present invention, at a rated capacity of 1,120,000 KVA, the stator is directly water-cooled, the rotor is hydrogen-cooled, the rotor body diameter is 1.15 to 1.35 m, and the body length is 5% of the body diameter. It is preferable that the rotation speed is 3.5 to 6.5 times and the rotation speed is 3600 rpm. In particular, 9-1 as the machine size
It is preferably 0 m 3 .

【0031】本発明は、重量で、C0.15〜0.30
%,Si0.3%以下,Mn0.05〜0.5%,Ni
3.0〜5.0%,Cr2.05〜3.5%,Mo0.1〜
1.0%,V0.03〜0.35%,Al0.010% 以下、
P,S,Sn,Sb及びAsの総量0.025%以下、前記
(Ni/Cr)比が1.2〜2.3である低合金鋼から
なることを特徴とする回転電機用ロータシャフトにあ
る。
The present invention relates to a method for preparing C 0.15 to 0.30 by weight.
%, Si 0.3% or less, Mn 0.05-0.5%, Ni
3.0-5.0%, Cr 2.05-3.5%, Mo0.1-
1.0%, V 0.03 to 0.35%, Al 0.010% or less,
A rotor shaft for a rotating electric machine, wherein the rotor shaft is made of a low alloy steel having a total amount of P, S, Sn, Sb and As of 0.025% or less and the (Ni / Cr) ratio is 1.2 to 2.3.

【0032】[0032]

【作用】Cは強度の向上になくてはならないもので、そ
のため0.15% 以下では十分な焼入性が得られず、ロ
ータ中心に軟らかいフェライト組織が生成し、十分な引
張強さ及び耐力が得られない。また、0.3% 以上にな
ると靭性を低下させるので、Cの範囲は0.15〜0.3
%に限定される。(Ni/Cr)比を1.2〜2.0とすれ
ば、0.15〜0.35とすることができる。特に、Cは
0.20〜0.28%の範囲が好ましい。
[Function] C is indispensable for the improvement of strength. Therefore, if the content is less than 0.15%, sufficient hardenability cannot be obtained, a soft ferrite structure is formed at the center of the rotor, and sufficient tensile strength and proof stress are obtained. Can not be obtained. Further, when the content exceeds 0.3%, the toughness is reduced, so that the range of C is 0.15 to 0.3.
%. If the (Ni / Cr) ratio is 1.2 to 2.0, it can be 0.15 to 0.35. In particular, C is preferably in the range of 0.20 to 0.28%.

【0033】Si及びMnは従来、脱酸材として添加し
ていたが、真空取鍋精錬によるC脱酸法及びエレクトロ
スラグ再溶解法などの製鋼技術により、特に添加しなく
とも健全なロータが溶製可能である。焼もどし脆化防止
の点から、Si及びMnは低めにすべきであり、それぞ
れ0.1% 及び1.0% 以下に限定され、特にSi0.
05%以下 ,Mn0.25% 以下、より0.20% 以
下が好ましい。Siは添加しないときでも不純物として
0.019〜0.1%含有される。Mnは若干加えた方が
好ましく、0.05%以上とし、より好ましくは0.1%
以上とする。
Conventionally, Si and Mn have been added as deoxidizing materials. However, by using steelmaking techniques such as C deoxidizing method by vacuum ladle refining and electroslag remelting method, a sound rotor can be melted without any particular addition. It can be manufactured. From the viewpoint of preventing temper embrittlement, Si and Mn should be set low, and are limited to 0.1% and 1.0% or less, respectively.
It is preferably 0.05% or less, Mn 0.25% or less, more preferably 0.20% or less. Even when Si is not added, it is contained as an impurity in an amount of 0.019 to 0.1%. Mn is preferably slightly added, and is set to 0.05% or more, more preferably 0.1%.
Above.

【0034】Niは焼入性を向上させ、靭性を向上させ
るのに不可欠の元素である。3.0%未満では靭性向上
効果が十分でない。又、5%を越える多量添加は有害な
残留オーステナイト組織が出て、均一な焼もどしベーナ
イト組織が得られない。特に、3.25% 以上、より
3.5% を越え4.5%までの範囲が好ましい。
Ni is an element indispensable for improving hardenability and improving toughness. If it is less than 3.0%, the effect of improving toughness is not sufficient. On the other hand, a large amount of addition exceeding 5% causes a harmful residual austenite structure to appear, and a uniform tempered bainite structure cannot be obtained. In particular, the range is preferably 3.25% or more, more preferably more than 3.5% and up to 4.5%.

【0035】Crは焼入性を向上させ、靭性を顕著に向
上させる効果がある。また、耐食性も向上させる効果が
ある。1.5% 以下ではこれらの効果が十分でなく、
3.0%を越える多量の添加は有害な残留オーステナイ
ト組織が出て、均一な焼もどしベーナイト組織が得られ
ない。特に、2.05%以上とし、更に2.05〜2.6
0%の範囲が好ましい。
Cr has the effect of improving hardenability and significantly improving toughness. It also has the effect of improving corrosion resistance. Below 1.5% these effects are not enough,
When added in a large amount exceeding 3.0%, a harmful retained austenite structure appears, and a uniform tempered bainite structure cannot be obtained. In particular, 2.05% or more, and 2.05 to 2.6
A range of 0% is preferred.

【0036】Moは焼もどし処理中に結晶粒内に微細炭
化物を析出させ、炭化物分散強化作用により、引張強さ
及び0.02% 耐力を高める効果がある。また、焼もど
し中に不純物元素が結晶粒界に偏析するのを抑制する作
用があるので焼もどし脆化防止効果がある。0.1% 未
満では、これらの効果が十分でなく、1.0% を越えて
多量に添加しても効果が飽和する傾向がある。特に、
0.25〜0.6%、より0.35〜0.45%が好まし
い。
Mo precipitates fine carbides in crystal grains during the tempering treatment, and has an effect of increasing tensile strength and 0.02% proof stress by a carbide dispersion strengthening action. In addition, it has an effect of suppressing segregation of impurity elements at crystal grain boundaries during tempering, and thus has an effect of preventing temper embrittlement. If the content is less than 0.1%, these effects are not sufficient, and even if added in a large amount exceeding 1.0%, the effects tend to be saturated. In particular,
0.25 to 0.6%, more preferably 0.35 to 0.45%.

【0037】Vは焼もどし処理中に結晶粒界に微細炭化
物を析出させ、炭化物分散強化作用により引張強さ及び
0.02%耐力を高める効果がある。0.03%未満では
これらの効果が十分でなく、0.35% を越える多量添
加は効果が飽和する傾向がある。特に、0.05〜0.2
%、より0.10〜0.15%の範囲が好ましい。
V has the effect of precipitating fine carbides at the crystal grain boundaries during the tempering treatment and increasing the tensile strength and 0.02% proof stress by the carbide dispersion strengthening action. If the amount is less than 0.03%, these effects are not sufficient, and if the amount exceeds 0.35%, the effect tends to be saturated. In particular, 0.05 to 0.2
%, More preferably in the range of 0.10 to 0.15%.

【0038】Alは靭性、磁気特性を低下させるので、
低めにすべきである。Alの低減は靭性、及び磁気特性
向上効果が大きい。Alは特に、靭性確保の点から0.
01%を上限とする。特に、0.005% 以下が好まし
い。Alを全くなくすると逆に強度を低めることにもな
るので、製鋼上の限界の点からも0.0005% 以上特
に、0.001% 以上とすることがよい。
Since Al reduces the toughness and magnetic properties,
Should be lower. Reduction of Al has a large effect of improving toughness and magnetic properties. Al is particularly preferred from the viewpoint of securing toughness.
01% is the upper limit. In particular, 0.005% or less is preferable. If Al is eliminated altogether, the strength will be reduced conversely, so from the viewpoint of steelmaking, 0.0005% or more, particularly 0.001% or more is preferable.

【0039】更に、不純物としてP,S,Sn,Sb及
びAsがあり、これらは靭性、磁気的特性を低下させる
ので、これらの元素を低める必要がある。特に、これら
の元素はSiとの相関があり、Si量とこれら元素の総
和とを乗算した値を30×10-4以下とするのが好まし
い。特に15×10-4以下が好ましい。また、Siを除
くこれらの元素の総和量を0.030% 以下、より0.
025% 以下が好ましい。これらの不純物を皆無にす
ることは困難であり、特に総量の下限として0.001
%、より0.010%とする。
Further, there are P, S, Sn, Sb, and As as impurities, and these lower the toughness and the magnetic properties. Therefore, it is necessary to lower these elements. In particular, these elements have a correlation with Si, and it is preferable that the value obtained by multiplying the amount of Si by the total sum of these elements be 30 × 10 −4 or less. Particularly, it is preferably 15 × 10 −4 or less. Further, the total amount of these elements excluding Si is 0.030% or less, and
025% or less is preferable. It is difficult to eliminate these impurities at all, especially 0.001 as the lower limit of the total amount.
%, And 0.010%.

【0040】(Ni/Cr)比は引張強さに関係し、そ
の値を2.3 以下、より2.1以下とすることにより高
い強度が得られる。その値が同じ場合にはNi量が高い
ほど強度が高く、3%を越えるNi量ではより高い強度
が得られる。特に、3%以上のNi含有量に対して(N
i/Cr)比を1.2〜2.3、より1.2〜2.0、更
により1.4〜1.9とすることが好ましい。
The (Ni / Cr) ratio is related to the tensile strength, and high strength can be obtained by setting the value to 2.3 or less, more preferably 2.1 or less. When the values are the same, the higher the Ni content, the higher the strength, and the higher the Ni content, the higher the strength. In particular, for a Ni content of 3% or more, (N
The (i / Cr) ratio is preferably 1.2 to 2.3, more preferably 1.2 to 2.0, and even more preferably 1.4 to 1.9.

【0041】IIa族元素(Be,Mg,Ca),IIIa
族元素(Sc,Y,ランタノイド元素)の少なくとも1
種又は2種以上を0.1% 以下含有する。これらの元素
は強力な脱酸剤として作用し、靭性の向上,磁気特性の
向上に顕著な効果が得られる。特に、0.001〜0.0
5%とするのが好ましい。これらは非放射性元素であ
り、放射性元素は取扱い上好ましくない。
Group IIa elements (Be, Mg, Ca), IIIa
Group 1 element (Sc, Y, lanthanoid element)
0.1% or less of two or more species. These elements act as a strong deoxidizing agent, and have remarkable effects on improving toughness and magnetic properties. In particular, 0.001 to 0.0
It is preferably set to 5%. These are non-radioactive elements, and radioactive elements are not preferred in handling.

【0042】IVa族元素(Ti,Zr,Hf),Nb,
Ta,Wの炭化物形成元素は少なくとも1つを0.2%
以下含有させることにより靭性を低めることなく強度を
高める。特に、0.02〜0.1%が好ましい。WはMo
と同等の作用をするので、Moの一部をWで置換するこ
とができる。従って、Mo+W量を0.1〜1.0%とし
て、W量の上限を0.5%とし、Mo量の半分以下とす
るのがよい。
Group IVa elements (Ti, Zr, Hf), Nb,
At least one of the carbide forming elements of Ta and W is 0.2%.
By increasing the content below, the strength is increased without lowering the toughness. In particular, 0.02 to 0.1% is preferable. W is Mo
Since Mo has the same effect as described above, a part of Mo can be replaced with W. Therefore, it is preferable that the Mo + W amount is set to 0.1 to 1.0%, the upper limit of the W amount is set to 0.5%, and the Mo amount is set to half or less of the Mo amount.

【0043】本発明に係る低合金鋼は焼戻ベーナイト組
織を有するもので、5%以下のフェライトを含むことが
できるが、全ベーナイト組織とすることが強度及び靭性
の点で好ましい。
The low-alloy steel according to the present invention has a tempered bainite structure and can contain 5% or less of ferrite. However, it is preferable to have an all-bainite structure in terms of strength and toughness.

【0044】本発明に係る低合金鋼はSi不純物を顕著
に少なくすることによって強度,靭性を高めるとともに
磁気特性を高めることができるもので、そのために大気
溶解後エレクトロスラグ再溶解又は大気中溶解した後真
空取鍋精錬によって溶湯を形成するものである。溶湯は
金型にて鋳造され、熱間鍛造により所定の形状にされ
る。その後800〜900℃で焼入れが施され、次いで
550〜650℃にて10h以上の焼戻しが施される。
焼入温度は鋼のAc3 点より30〜70℃高い温度で行
われ、特に、Ac3 より50℃高い温度で行うのが好ま
しい。焼戻しは靭性を高めるもので、550〜650
℃、特に、560〜600℃が好ましく、10〜60h
保持するのが好ましい。焼戻後切削加工によって最終形
状となるが、その切削加工によって内部応力が発生する
ので、応力除去焼純が焼戻温度より低い温度で行われ
る。また、鍛造後均一化焼純が行われ、焼入温度より約
50℃高い温度で行い、除冷される。焼入時の冷却速度
はシャフト中心部で50〜150 ℃/hが好ましい。これ
によってベーナイト組織が得られ、特に全ベーナイト組
織が得られる。
The low-alloy steel according to the present invention is capable of increasing strength and toughness and improving magnetic properties by remarkably reducing Si impurities. A molten metal is formed by post-vacuum ladle refining. The molten metal is cast in a mold and is formed into a predetermined shape by hot forging. Thereafter, quenching is performed at 800 to 900 ° C, and then tempering is performed at 550 to 650 ° C for 10 hours or more.
The quenching temperature is 30 to 70 ° C. higher than the Ac 3 point of the steel, and particularly preferably 50 ° C. higher than Ac 3 . Tempering increases toughness, and is 550 to 650.
° C, especially 560-600 ° C, preferably 10-60 h
It is preferable to hold. After the tempering, the final shape is obtained by the cutting process. However, since the internal stress is generated by the cutting process, the stress relief refining is performed at a temperature lower than the tempering temperature. After forging, homogenization and sintering are performed, performed at a temperature about 50 ° C. higher than the quenching temperature, and then cooled. The cooling rate during quenching is preferably 50 to 150 ° C / h at the center of the shaft. As a result, a bainite structure is obtained, and in particular, a whole bainite structure is obtained.

【0045】また、Si量は前述のAl量を0.01%
以下にすることにより0.1〜0.3%とすることがで
き、更にP,S,Sn,Sb及びAs量を0.025%
以下にすることにより高Siでも良好な特性を得ること
ができる。
The Si content is 0.01% of the above-mentioned Al content.
The content can be reduced to 0.1 to 0.3% by the following, and the P, S, Sn, Sb and As amounts are set to 0.025%.
By setting the content below, good characteristics can be obtained even with high Si.

【0046】前述の合金鋼を用いることにより回転電機
用ロータシャフトはコイルが埋込まれる胴部の直径を1
m以上とし、その胴部長さを直径の5.5〜6.5倍とす
ることにより装置全体をコンパクトにできる。5.5未
満及び6.5を越える比率にする回転子はその振動感度
上好ましくない。特に、5.6〜6.0が好ましい。
By using the above-mentioned alloy steel, the rotor shaft for the rotating electric machine can be adjusted so that the diameter of the body in which the coil is embedded is 1 unit.
m or more and the body length is 5.5 to 6.5 times the diameter, so that the entire apparatus can be made compact. Rotors with ratios less than 5.5 and greater than 6.5 are not preferred due to their vibration sensitivity. Particularly, 5.6 to 6.0 is preferable.

【0047】その胴部直径は発電機容量に応じて大きく
する必要があるが、容量1MVA当り0.2mmに100
0mmが加えた値以下とし、1MVA当り0.2mmに90
0mmを加えた値以上とすることが好ましい。
The diameter of the body must be increased in accordance with the capacity of the generator.
0 mm or less, plus 90 mm to 0.2 mm per MVA
It is preferable that the value be equal to or more than the value obtained by adding 0 mm.

【0048】更に、胴部直径D(m)は回転子の回転数
R(rpm)とによっても設定されるが、(D2×R2)の値
を1.0×107以上となるように設定するのが好まし
い。特に、上限は3.0×107とするのが好ましい。特
に1.5〜2.2×107 が好ましく、1.8〜2.0×1
7がよい。
Further, the body diameter D (m) is also set by the rotation speed R (rpm) of the rotor, and the value of (D 2 × R 2 ) is set to 1.0 × 10 7 or more. It is preferable to set In particular, the upper limit is preferably set to 3.0 × 10 7 . In particular, 1.5 to 2.2 × 10 7 is preferable, and 1.8 to 2.0 × 1 is preferable.
0 7 is good.

【0049】本発明においては、発電機及び電動機は容
量の増加により大型化するのが、前述の如く高強度合金
鋼を用いることによりコンパクトな装置とすることがで
き、特に床面積として容量1MVA当り0.08〜0.1
2m2 とすることができる。そしてエネルギー損失が小
さくできるので、効率がより高められる。その固定子電
流も容量当り小さくできるので、電動機又は発電機容量
1MVA当り19.0〜24Aとすることができ、特に
容量の増大につれて単位容量当りの電流を小さくでき
る。容量2000MVAに対しては約19.0〜20.0
Aでできる。そのときの回転子は水素によって冷却され
るが、発電機出力に応じて水素圧力を高める必要がある
が、その圧力を1MVA当り0.003〜0.006kg/
cm2・g とすることができる。特に、0.004〜0.0
05kg/cm2・g が好ましい。
In the present invention, the generator and the motor are increased in size due to the increase in capacity. However, as described above, the use of high-strength alloy steel makes it possible to provide a compact device. 0.08-0.1
It can be 2 m 2 . Since the energy loss can be reduced, the efficiency is further improved. Since the stator current can also be reduced per capacity, it can be set to 19.0 to 24 A per 1 MVA of the motor or generator capacity. In particular, the current per unit capacity can be reduced as the capacity increases. Approximately 19.0 to 20.0 for 2000 MVA capacity
A can do it. At this time, the rotor is cooled by hydrogen, and it is necessary to increase the hydrogen pressure in accordance with the generator output. The pressure is increased from 0.003 to 0.006 kg / MVA.
cm 2 · g. In particular, 0.004 to 0.0
05 kg / cm 2 · g is preferred.

【0050】本発明は、発電機及び電動機に適用される
が、電動機としては同期電動機,同期発電電動機,誘導
同期電動機がある。電動機及び発電機の構造はほぼ同じ
ものである。特に、電動機として5000〜6000rp
m の回転数を有する高速回転のモータにおいて好ましい
ものである。
The present invention is applied to a generator and a motor. Examples of the motor include a synchronous motor, a synchronous generator motor, and an induction synchronous motor. The structures of the motor and the generator are almost the same. In particular, 5000-6000rp as a motor
This is preferable for a high-speed motor having a rotation number of m.

【0051】本発明におけるロータシャフトの引張強さ
は93kg/mm2 以上が好ましく、より100kg/mm2
上で、特に104kg/mm2以上を得るように成分調整す
るのが好ましい。同時に、50%破面遷移温度を0℃以
下とし、より好ましくは−50℃以下が好ましい。結晶
粒の大きさはASTMの結晶粒度番号で4以上とするこ
とが好ましい。更に、磁気特性として磁束密度21kG
における磁化力990AT/cm以下とすること、20k
Gにおける磁化力を400AT/cm以下とするのが好ま
しく、特に前者で500AT/cm以下とするのが好まし
い。
The tensile strength of the rotor shaft in the present invention is preferably at least 93 kg / mm 2, more preferably at least 100 kg / mm 2 , particularly preferably at least 104 kg / mm 2 . At the same time, the 50% fracture surface transition temperature is set to 0 ° C or lower, more preferably -50 ° C or lower. The size of the crystal grains is preferably 4 or more in ASTM crystal grain number. Further, as a magnetic property, a magnetic flux density of 21 kG
990AT / cm or less at 20k
The magnetizing force in G is preferably 400 AT / cm or less, and particularly preferably the former is 500 AT / cm or less.

【0052】[0052]

【実施例】実施例1 表1は供試鋼の化学組成(重量%)を示す。試料は高周
波溶解炉で各20kg造塊し、温度850〜1150℃厚
さ30mm,幅90mmに熱間鍛造した。試料No.2〜6及
び15は本発明材である。試料No.1は発明材と比較の
ために溶製したものである。No.1は発電機ロータシャ
フト材のASTM規格A469−88class 8相当材で
あり、No.5は高Al鋼である。これらの試料には、大
容量発電機の大形ロータシャフト中心部の条件をシミュ
レートした熱処理を施した。まず、840℃まで加熱し
てオーステナイト化後100℃/hの速度で冷却し焼入
した。ついで、575〜590℃にて32時間加熱保持
後15℃/hの速度で冷却した。焼もどし処理は、引張
強さが100〜105kg/mm2 の範囲に入る温度を各試
料ごとに選んで行った。
EXAMPLES Example 1 Table 1 shows the chemical composition (% by weight) of the test steel. Each sample was ingoted in an amount of 20 kg in a high-frequency melting furnace, and hot forged to a temperature of 850 to 1150 ° C and a thickness of 30 mm and a width of 90 mm. Samples Nos. 2 to 6 and 15 are the materials of the present invention. Sample No. 1 was melted for comparison with the inventive material. No. 1 is a material corresponding to ASTM standard A469-88 class 8 of the generator rotor shaft material, and No. 5 is a high Al steel. These samples were subjected to a heat treatment simulating the conditions at the center of a large rotor shaft of a large capacity generator. First, it was heated to 840 ° C., austenitized, cooled at a rate of 100 ° C./h, and quenched. Then, after heating and holding at 575 to 590 ° C for 32 hours, it was cooled at a rate of 15 ° C / h. The tempering treatment was performed by selecting a temperature at which the tensile strength falls within a range of 100 to 105 kg / mm 2 for each sample.

【0053】No.7〜12は比較鋼で、820℃で16
〜34時間加熱保持後同じく100℃/hの速度で焼入
した後、625〜635℃で40〜50時間加熱保持
後、15℃/hの速度の炉冷による焼戻し処理を行っ
た。
Nos. 7 to 12 are comparative steels at 820.degree.
After quenching at a rate of 100 ° C./h after heating and holding for 3434 hours, a tempering treatment was performed by furnace cooling at a rate of 15 ° C./h after heating and holding at 625-635 ° C. for 40-50 hours.

【0054】No.13及び14は比較鋼で、900℃で
2時間加熱後炉冷の均一化焼純を行い、次いで850℃
で2時間加熱後120℃/hの速度で冷却する焼入を行
い、更に575℃で60時間加熱保持後40℃/hの速
度で冷却する焼戻しを行った。
Nos. 13 and 14 are comparative steels which were heated at 900.degree.
After heating for 2 hours, quenching for cooling at a rate of 120 ° C./h was performed. Further, after heating and holding at 575 ° C. for 60 hours, tempering for cooling at a rate of 40 ° C./h was performed.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】表2は引張試験,衝撃試験,磁気特性,電
気特性結果を示すものである。表中、磁化力は20kG
及び21kGにおけるものを求めた。表に記載のものは
21kGにおけるものである。
Table 2 shows the results of the tensile test, impact test, magnetic properties, and electrical properties. In the table, the magnetizing force is 20 kG
And at 21 kG. The values shown in the table are at 21 kG.

【0057】[0057]

【表2】 [Table 2]

【0058】図2は引張強さに及ぼすCr含有量の影響
を示す線図である。図に示すようにNi量2.60〜4.
15%においてCr量の増加によって引張強さは高くな
る。特に、Cr量が1.4%を越えると急激に高くな
り、Crの効果が大きい。2.0%を越えると引張強さ
が100kg/mm2 以上の高い値が得られる。
FIG. 2 is a diagram showing the effect of the Cr content on the tensile strength. As shown in the figure, the Ni content is 2.60-4.
At 15%, the tensile strength increases as the Cr content increases. In particular, when the amount of Cr exceeds 1.4%, the amount rapidly increases, and the effect of Cr is large. If it exceeds 2.0%, a high value of tensile strength of 100 kg / mm 2 or more can be obtained.

【0059】図3は同じく(Ni/Cr)比との関係を
示す線図である。図に示すように(Ni/Cr)比が大
きくなるほど引張強さが低下する。特に、(Ni/C
r)比が2.1 以下とすることにより高い強度が得られ
る。Ni量との関係もあり、3.50%以上の高Niと
することにより100kg/mm2以上の高強度のものが得
られる。目標とする引張強さの93kg/mm2 以上に対し
ては(Ni/Cr)比は2.3以下とし、Ni3.5%以
下とすることにより得られる。Ni3%未満では得られ
にくい。
FIG. 3 is a graph showing the relationship with the (Ni / Cr) ratio. As shown in the figure, the tensile strength decreases as the (Ni / Cr) ratio increases. In particular, (Ni / C
r) By setting the ratio to 2.1 or less, high strength can be obtained. There is also a relationship with the amount of Ni, and a high strength of 100 kg / mm 2 or more can be obtained by setting a high Ni of 3.50% or more. For a target tensile strength of 93 kg / mm 2 or more, the (Ni / Cr) ratio can be obtained by setting the Ni / Cr ratio to 2.3 or less and Ni to 3.5% or less. If the Ni content is less than 3%, it is difficult to obtain.

【0060】図4は同じくSi量との関係を示すもの
で、Si量の増加によって強度が高められることがわか
る。Si量を0.17%以上にすれば93kg/mm2以上が
Cr1.3〜1.8%,Ni2.6〜3.5%で得られが、
Cr2%を越えるものでは0.1% 以下の低Siで93
kg/mm2 以上、特に100kg/mm2 以上が得られる。
FIG. 4 also shows the relationship with the amount of Si. It can be seen that the strength is increased by increasing the amount of Si. If the Si content is 0.17% or more, 93 kg / mm 2 or more can be obtained with 1.3 to 1.8% of Cr and 2.6 to 3.5% of Ni.
If the Cr content exceeds 2%, 93% or less of the low Si content is 0.1% or less.
kg / mm 2 or more, especially 100 kg / mm 2 or more.

【0061】図5は50%破面遷移温度に及ぼすNi又
はCr量の影響を示す線図である。図に示すようにNi
及びCrのいずれもその含有量の増加によってFATT
が低くなり、特に、低Siの0.1%以下ではCr量を
0.5%以上含有させれば0℃以下のFATTが得られ
る。特に0.1% を越えるSi量ではNi及びCrを高
めても0℃以下のFATTは得られにくい。
FIG. 5 is a diagram showing the effect of the amount of Ni or Cr on the 50% fracture surface transition temperature. As shown in FIG.
Both Cr and Cr increase the content of FATT.
In particular, if the content of Cr is 0.5% or more when the content of low Si is 0.1% or less, a FATT of 0 ° C. or less can be obtained. In particular, if the amount of Si exceeds 0.1%, it is difficult to obtain a FATT of 0 ° C. or less even if Ni and Cr are increased.

【0062】図6は同じくFATTに及ぼすSi量の影
響を示す線図である。図に示す如く、Si量を下げるこ
とによってFATTは低くなり高靭性が得られる。特
に、Ni2.5〜3.0%及びCr1.3〜1.8%付近で
はSi量を0.08% 以下、Ni3.5〜4.0%及びC
r1.5〜2.2%付近では0.13% 以下とすることに
より0℃以下とすることができる。Cr2.2%を越
え、Ni3.5%以上のものでは0.20% 以下で0℃
以下とすることが可能である。
FIG. 6 is a graph showing the effect of the amount of Si on FATT. As shown in the figure, lowering the amount of Si lowers FATT, thereby obtaining high toughness. In particular, in the vicinity of Ni 2.5 to 3.0% and Cr 1.3 to 1.8%, the Si content is 0.08% or less, Ni 3.5 to 4.0% and C
When r is in the vicinity of 1.5 to 2.2%, the temperature can be reduced to 0 ° C. or lower by setting it to 0.13% or lower. Cr over 2.2%, Ni over 3.5%, 0.20% or less at 0 ° C
It is possible to:

【0063】図7は同じくFATTとAl量との関係を
示す線図である。Alの含有もFATTを高める元素である
ので、Cr2.05〜2.2%及びNi3〜4%付近では
0.014%以下、Cr2.2〜2.5%及びNi3.5〜
4.5%付近では0.018%以下で0℃以下とすることがで
きる。Cr1.65%付近ではNi量が3.5%と高くて
もAl量を下げても0℃以下は得られにくい。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between FATT and the amount of Al. Since the content of Al is also an element that enhances FATT, it is 0.014% or less in the vicinity of Cr 2.05 to 2.2% and Ni 3 to 4%, and Cr 2.2 to 2.5% and Ni 3.5 to 2.5%.
In the vicinity of 4.5%, the temperature can be reduced to 0.01 ° C. or less and 0 ° C. or less. When the amount of Ni is as high as 3.5% and the amount of Al is reduced near Cr 1.65%, it is difficult to obtain the temperature of 0 ° C. or less.

【0064】図8は磁化力とSi量との関係を示すもの
である。図に示すようにSi量の増加は磁化力を高める
ので、低い方がよい。特に、Cr1.5〜2.5%及びN
i2.5〜4.5%付近ではSi量を0.18% 以下とす
ることにより21kGにおける磁化力900AT/cm以
下とすることができる。特に、Si量を0.1% 以下で
は700AT/cm以下の磁化力で得られる。
FIG. 8 shows the relationship between the magnetizing force and the amount of Si. As shown in the figure, an increase in the amount of Si increases the magnetizing force. In particular, Cr 1.5-2.5% and N
By setting the amount of Si to 0.18% or less around i2.5-4.5%, the magnetizing force at 21 kG can be made 900 AT / cm or less. In particular, when the amount of Si is 0.1% or less, a magnetizing force of 700 AT / cm or less can be obtained.

【0065】図9に同じく磁化力とP,S,Sn,S
b,Asの総量との関係を示す線図である。これらの不
純物は磁化力を高めるので好ましくなく、990AT/
cm以下にするには0.040% 以下にすべきである。特
に、700AT/cm以下にするには0.03% 以下がよ
い。
FIG. 9 also shows the magnetization force and P, S, Sn, S
It is a diagram showing the relationship between the total amount of b, As. These impurities are not preferable because they increase the magnetizing force.
In order to make it less than cm, it should be made less than 0.040%. In particular, in order to make it 700 AT / cm or less, 0.03% or less is preferable.

【0066】図10は同じく磁化力とAl量との関係を
示すものである。図に示す如く、Alは磁化力を高める
ので好ましくないものである。前述のCr,Ni量及び
Si0.1% 以下においてAl量は990AT/cm以下
の磁化力とするには0.025% 以下とすべきで、特に
700AT/cm以下とするには0.015%以下が好ま
しい。0.1% を越えるSiではAl量を0.01% 以
下にするのがよい。
FIG. 10 shows the relationship between the magnetizing force and the amount of Al. As shown in the figure, Al is not preferable because it increases the magnetizing force. When the above-mentioned Cr, Ni content and Si content are 0.1% or less, the Al content should be 0.025% or less in order to obtain a magnetizing force of 990 AT / cm or less, and particularly 0.015% in order to make the magnetization force 700 A / cm or less. The following is preferred. For Si exceeding 0.1%, the amount of Al is preferably set to 0.01% or less.

【0067】図11は同じく磁化力に及ぼすSiと
(P,S,Sn,Sb,Asの総量)と乗算した値の影
響を示すもので、この値の高いものほど磁化力を高める
のでまずい。70×10-4以下の値にすれば990AT
/cm以下とすることができる。
FIG. 11 also shows the effect of a value obtained by multiplying Si and (the total amount of P, S, Sn, Sb, and As) on the magnetizing force. The higher the value, the worse the magnetizing force. If the value is 70 × 10 -4 or less, 990AT
/ Cm or less.

【0068】実施例2 表3は、本発明鋼No.2〜4,6 を高強度化した(実
施例1よりも焼戻し温度を5℃低くした)試料の引張試
験,衝撃試験及び磁気特性試験結果を示す。
Example 2 Table 3 shows a tensile test, an impact test and a magnetic property test of a sample in which the steels Nos. 2 to 4 and 6 of the present invention were strengthened (the tempering temperature was lower by 5 ° C. than in Example 1). The results are shown.

【0069】表から明らかなように本発明材は、引張強
さ105kg/mm2 以上,0.02%耐力82kg/mm2
上,FATT−44℃以下,磁化力400AT/cm以下
で、1200MVA級及び1300MVA級発電機ロー
タシャフト材に要求される機械的性質及び磁気特性を十
分満足する。従って、本発明材は1200MVA以上の
大容量発電機用ロータシャフトとして極めて有用である
と言える。
As is clear from the table, the material of the present invention has a tensile strength of 105 kg / mm 2 or more, a 0.02% proof stress of 82 kg / mm 2 or more, a FATT of −44 ° C. or less, a magnetizing force of 400 AT / cm or less, and a 1200 MVA class. And 1300 MVA class generator sufficiently satisfy the mechanical and magnetic properties required for the rotor shaft material. Therefore, it can be said that the material of the present invention is extremely useful as a rotor shaft for a large-capacity generator of 1200 MVA or more.

【0070】[0070]

【表3】 本実施例は実施例1及び2の材料からなるロータシャフ
トを適用した火力、または原子力によって駆動される交
流のタービン発電機は、通常2極または4極の円筒回転
界磁形同期発電機の例である。
[Table 3] In this embodiment, an AC turbine generator driven by thermal power or nuclear power using the rotor shaft made of the material of Embodiments 1 and 2 is an example of a two- or four-pole cylindrical rotary field synchronous generator. It is.

【0071】火力用タービン発電機はほとんどが2極の
高速機であり、回転速度は50Hzで3,000rpm,6
0Hzで3,600rpmとなる。これは高速のほうがター
ビンの効率が良く小形となるためである。1軸で出力を
出すタンデムコンパウンド形がほとんどであるが、大容
量機では2軸で出力を出すクロスコンパウンド形も採用
される。
Most of the turbine generators for thermal power are high speed machines having two poles, and have a rotation speed of 3,000 rpm, 6 at 50 Hz.
It becomes 3,600 rpm at 0 Hz. This is because the higher the speed, the more efficient and smaller the turbine. In most cases, tandem compound type that outputs power by one axis is used, but cross-compound type that outputs power by two axes is used in large capacity machines.

【0072】原子力用タービン発電機は通常4極で1,
500rpmまたは1,800rpmで使用される。原子炉の
発生蒸気が火力に比べて多量・低温・低圧で、タービン
が長翼・低回転速度となるためである。
Nuclear turbine generators are usually 4 poles and 1,
Used at 500 rpm or 1,800 rpm. This is because the steam generated by the reactor is large, low temperature and low pressure compared to the thermal power, and the turbine has long blades and low rotation speed.

【0073】タービン発電機の冷却方式としては間接冷
却方式と直接冷却方式があり、冷却媒体には、空気・水
素・水が主として使用される。
As a cooling system of the turbine generator, there are an indirect cooling system and a direct cooling system, and air, hydrogen and water are mainly used as a cooling medium.

【0074】水素冷却は大容量で用いられ、間接・直接
両方式があり、すべてガス冷却器が発電機本体内に組み
込まれた防爆密閉構造となる。また、水冷却の場合は直
接冷却方式となり、大容量機では固定子・回転子の両方
を水冷却方式とすることもある。
[0074] Hydrogen cooling is used in a large capacity, and there are both indirect and direct types, all of which have an explosion-proof sealed structure in which a gas cooler is incorporated in the generator body. In the case of water cooling, a direct cooling system is used, and in a large-capacity machine, both a stator and a rotor may be a water cooling system.

【0075】図12は本発明に係る固定子コイル直接水
冷却形タービン発電機の一例である。 (固定子)固定子わくは溶接構造鋼板などでつくられ通
風路を形成し、鉄心を支えるとともに振動を防ぐように
強固につくられる。磁気吸引力により鉄心はだ円に変形
し、回転子の回転に伴い二倍周波数の振動が発生する。
この振動は大形機ほど大きくなるので、鉄心と固定子わ
くとをばねを介して取り付ける弾性支持構造とする。
FIG. 12 shows an example of a stator coil direct water-cooled turbine generator according to the present invention. (Stator) The stator frame is made of welded steel plate to form a ventilation path, and is made firmly to support the iron core and prevent vibration. The iron core is deformed into an elliptical shape by the magnetic attraction, and the vibration of the double frequency is generated with the rotation of the rotor.
Since this vibration increases as the size of the machine increases, an elastic support structure is used in which the iron core and the stator frame are attached via a spring.

【0076】固定子鉄心2には、0.35または0.5mm
厚のけい素鋼板が用いられ、方向性けい素鋼板が使用さ
れる。鉄心は軸方向に50〜60mm程度ずつ積層され、
間に通風ダクトを形成するようにI形鋼の間隔片を入れ
る。
The stator core 2 has 0.35 or 0.5 mm
A thick silicon steel sheet is used, and a directional silicon steel sheet is used. The iron core is laminated about 50-60mm in the axial direction,
An I-beam spacing piece is inserted so as to form a ventilation duct between them.

【0077】固定子巻線7は通常2層巻が用いられる
が、2極機の場合、特に巻線端部が長くなるため強固に
保持しなければならない。漂遊負荷損が大きくなるの
で、端部の構造物には非磁性材を使用する。 (回転子)タービン発電機の大きな特徴は高速回転する
ことであり、遠心力が大きくなるので回転子直径が制限
される。回転子構造材料に機械的強度を確保するととも
に、危険速度を避け振動を抑えるため一体鍛造され、図
14に示すスロット16を加工し、その中に界磁巻線が
おさめられる。回転子1の形状を図13に示す。
The stator winding 7 is usually a two-layer winding, but in the case of a two-pole machine, the winding ends are particularly long and must be firmly held. A non-magnetic material is used for the end structure because the stray load loss increases. (Rotor) A major feature of the turbine generator is that it rotates at high speed, and the centrifugal force increases, so that the rotor diameter is limited. A rotor 16 is integrally forged to secure mechanical strength to the rotor structural material and to avoid a critical speed and to suppress vibration. A slot 16 shown in FIG. 14 is machined, and a field winding is inserted therein. FIG. 13 shows the shape of the rotor 1.

【0078】主軸の材料は本発明に係るNi−Cr−M
o−V鋼からなる。図中には示されていないが、フラン
ジ15とセンタリング18との間にファン20の取付け
用リング17が設けられる。
The material of the main shaft is Ni-Cr-M according to the present invention.
It consists of oV steel. Although not shown in the drawing, a mounting ring 17 for the fan 20 is provided between the flange 15 and the centering 18.

【0079】界磁巻線3は銅帯を平巻きに成形してティ
ース12間に形成された回転子鉄心スロット内に分布巻
きし、導体の1ターンごとに層間絶縁を注入する。巻線
の端部は保持環(リティニングリング)9で押える。コ
イルには通常の銅の代りにクリープ特性の良好な銀入銅
が使用される。
The field winding 3 is formed by flat-winding a copper strip, and is distributed-wound in a rotor core slot formed between the teeth 12 to inject interlayer insulation every turn of the conductor. The end of the winding is held down by a retaining ring 9. Silver-containing copper having good creep characteristics is used for the coil instead of ordinary copper.

【0080】保持環9はC0.1% 以下,N0.4% 以
上,10〜25%Mn,15〜20%Crを含む非磁性
ステンレス鋼が用いられる。巻線3がスロット16に埋
込まれた後、スロット16の最も広い部分に超ジュラル
ミン合金によるウェッジ13がはめ込まれることによっ
て固定される。エンドダンパリング14には端部又は全
長ダンパが用いられ、端部Al合金,胴部銀入銅合金が
用いられる。8はシャフト、11は磁極、15はカップ
リングである。 (通風方式)1000MVA級以上の大形機で鉄心長が
長くなると均一に冷却することがむずかしいため、複式
通風方式をとる。
The retaining ring 9 is made of a non-magnetic stainless steel containing C 0.1% or less, N 0.4% or more, 10 to 25% Mn, and 15 to 20% Cr. After the winding 3 is embedded in the slot 16, it is fixed by fitting a wedge 13 made of a super duralumin alloy into the widest part of the slot 16. For the end damper ring 14, an end portion or a full-length damper is used, and an end Al alloy or a body silver-containing copper alloy is used. 8 is a shaft, 11 is a magnetic pole, and 15 is a coupling. (Ventilation system) A large-sized machine of 1000 MVA class or more and having a long iron core have difficulty in uniform cooling, so a double ventilation system is used.

【0081】この方式では、鉄心背後の固定子わく内に
数区分の給気室および排気室が軸方向に交互に配列され
ており、冷却空気は発電機両端より固定子わく内の風胴
を経て各給気室に集められ、これより固定子鉄心を冷却
し、回転子内部を冷却した気体とともに外径側に流れ、
冷却器を経てファンの吸気側に至り循環する。
In this system, several air supply chambers and exhaust chambers are alternately arranged in the axial direction in the stator frame behind the iron core, and the cooling air is supplied from both ends of the generator to the wind tunnel in the stator frame. After that, it is collected in each air supply chamber, cools the stator core from this, flows to the outer diameter side together with the gas cooled inside the rotor,
It circulates through the cooler to the intake side of the fan.

【0082】水素冷却のガス圧は間接水素冷却機で2at
g ,直接水素冷却機で2〜5atg が使用される。水素ガ
ス圧を上げた場合、熱伝達率が向上するとともにガスの
熱容量が密度に比例して増加するので、ガス自身の温度
上昇がガスの絶対圧力に逆比例して減少し、冷却効果が
増大する。同一寸法の機械の出力は一般に間接冷却形
0.05atgのときの出力を100とすれば1atg で11
5,2atg で125の出力となる。
The gas pressure for hydrogen cooling was 2 at with an indirect hydrogen cooler.
g, 2 to 5 atg of direct hydrogen cooler is used. When the hydrogen gas pressure is increased, the heat transfer coefficient increases and the heat capacity of the gas increases in proportion to the density, so the temperature rise of the gas itself decreases in inverse proportion to the absolute pressure of the gas, increasing the cooling effect. I do. The output of a machine of the same size is generally 11 at 1 atg if the output at indirect cooling type 0.05 atg is 100.
125 outputs at 5.2 atg.

【0083】水素冷却方式は、空気と混合した場合水素
の容積が10〜70%の範囲では爆発性になる。これを
防ぐため自動的に水素純度を約90%以上に維持するよ
うにしているが、このため機内水素ガスが軸に沿って機
外に漏れないように軸受の内側に油膜による密封装置を
備えている。軸の狭いすき間に機内の水素ガスより高い
圧力の油を流すことにより、機内からのガス漏れを防い
でいる。
The hydrogen cooling system becomes explosive when the volume of hydrogen is 10 to 70% when mixed with air. To prevent this, the hydrogen purity is automatically maintained at about 90% or more. For this reason, a sealing device with an oil film is provided inside the bearing to prevent hydrogen gas inside the machine from leaking along the shaft to the outside of the machine. ing. Gas leakage from inside the machine is prevented by flowing oil at a higher pressure than the hydrogen gas inside the machine in the narrow gap of the shaft.

【0084】水素冷却タービン発電機において固定子を
間接冷却とする場合でも、回転子は直接冷却とする場合
が多い。 (直接冷却)発電機コイルの導体最高温度が出力を制限
する場合、その温度上昇中に大きな割合を占める絶縁物
内での温度差を除くために、導体を直接冷却媒体で冷却
する。
Even when the stator is indirectly cooled in the hydrogen-cooled turbine generator, the rotor is often directly cooled. (Direct cooling) When the maximum temperature of the conductor of the generator coil limits the output, the conductor is directly cooled by a cooling medium in order to eliminate the temperature difference in the insulator, which accounts for a large part of the temperature rise.

【0085】冷却媒体としては、水素ガスや油・水など
の液体がある。水は空気の場合の約50倍の熱伝達能力
を有し、冷却媒体として優れている。
As a cooling medium, there is a liquid such as hydrogen gas or oil or water. Water has about 50 times the heat transfer capacity of air and is an excellent cooling medium.

【0086】(1)水素ガス直接冷却固定子コイルの例
を示し、素線の間にはさんだ四角なベントチューブの内
部にガスを通して導体を直接冷却する。導体の発生熱量
の一部は熱抵抗の大きな主絶縁を通って鉄心に伝わり冷
却されるが、大部分は熱抵抗の小さな冷却管を通って水
素ガスが持ち去る。
(1) Direct cooling of hydrogen gas An example of a stator coil is shown, in which a conductor is directly cooled by passing gas into the inside of a square vent tube sandwiched between wires. Some of the heat generated by the conductor is transferred to the iron core through the main insulation having a large thermal resistance and is cooled, but most of the hydrogen gas is carried away through a cooling pipe having a small thermal resistance.

【0087】液体冷却には、比熱が大きく、かつ対流に
よる熱伝達率も非常に大きい純水が使用される。
For liquid cooling, pure water having a large specific heat and a very high heat transfer coefficient by convection is used.

【0088】液体通路となる配管には、ステンレス鋼が
使用され、コイルおよびコイル端部のクリップなどには
無酸素銅または脱酸銅が使用される。絶縁接続管には機
械的強度が高く、たわみ性に富み、絶縁性の良いテフロ
ン(登録商標)管が普通使用される。固定子コイルの断
面は素線を中空とし、この中を液体が流れるようにして
いる。
Stainless steel is used for the piping serving as the liquid passage, and oxygen-free copper or deoxidized copper is used for the coil and the clips at the ends of the coil. A Teflon (registered trademark) tube having high mechanical strength, high flexibility, and good insulation is usually used for the insulated connection tube. The cross section of the stator coil is such that the element wire is hollow, through which liquid flows.

【0089】(2)回転子の冷却媒体としては水素ガス
又は水が使用され、次の方式がある。 エンドフィード
方式には回転子端部より回転子コイル内に押し込まれた
水素ガスは、回転子中央部にあけられた穴よりエアギャ
ップに放出される。また、回転子の一端よりコイル銅帯
に入り他端より出る方式も好ましい。
(2) Hydrogen gas or water is used as a cooling medium for the rotor, and the following methods are available. In the end feed method, the hydrogen gas pushed into the rotor coil from the rotor end is discharged to the air gap through a hole formed in the center of the rotor. It is also preferable to use a system in which the coil enters the copper band from one end of the rotor and exits from the other end.

【0090】回転子コイルの断面形状は側路式と中空銅
帯式とのいずれでもよい。この方式をとった場合は、固
定子コイルにもガス直接冷却が採用し、高圧のブロワが
回転子の一端に取り付けられる。
The cross-sectional shape of the rotor coil may be either a bypass type or a hollow copper band type. In this case, the stator coil is directly cooled by gas, and a high-pressure blower is attached to one end of the rotor.

【0091】エアギャップピックアップ方式においては
回転子表面に吸入および排出の穴部を交互に設けて、回
転による風速を利用して、エアギャップ部における水素
ガスをコイルウェッジ表面より吸入し、コイル銅帯内を
一定距離流して発生熱を奪い、排気穴を通ってエアギャ
ップ部に出る方式、或いは回転子の水冷却技術において
回転体中に水を通す方式がある。
In the air gap pickup system, suction and discharge holes are alternately provided on the rotor surface, and hydrogen gas in the air gap is sucked from the surface of the coil wedge using the wind speed due to rotation, and the coil copper band is used. There is a method in which the generated heat is deprived by flowing through the inside through a certain distance to exit through an exhaust hole to an air gap portion, or a method in which water is passed through a rotating body in a water cooling technique for a rotor.

【0092】水冷却方式は、水素ガス冷却方式に比較し
て構造が複雑であるために、信頼性上は不利となるが、
発電機の重量が15〜25%程度軽くなり、また部分負
荷での効率を向上させることができる。
The water cooling system is disadvantageous in terms of reliability because of its complicated structure as compared with the hydrogen gas cooling system.
The weight of the generator is reduced by about 15 to 25%, and the efficiency at a partial load can be improved.

【0093】図中、15はタービンに結合されるフラン
ジ、20はファン、21は固定子コイル、22はブラ
シ、23はスリップリングである。
In the figure, 15 is a flange connected to the turbine, 20 is a fan, 21 is a stator coil, 22 is a brush, and 23 is a slip ring.

【0094】図1は本発明からなる材料を用いたタービ
ン出力1000MW級(発電機容量1120MVA級)
以上の大型タービン発電機用ロータシャフトの斜視図で
ある。本発明に係るロータシャフトを次の様に製造し
た。
FIG. 1 shows a turbine output of 1000 MW class (generator capacity of 1120 MVA class) using the material of the present invention.
It is a perspective view of the above-mentioned rotor shaft for large turbine generators. The rotor shaft according to the present invention was manufactured as follows.

【0095】実施例1に記載のNo.2とほぼ同じ組成を
目標に大気溶解後真空取鍋精錬によって製造した約15
0tの溶湯を金型に鋳造した。次いで、プレスによる熱
間鍛造を行い、据込み(鍛造比1/2U)後鍛伸(鍛造
比3S)を行った。更に、900℃で均一化焼純を行
い、所定の形状に切削加工した後、840℃で全体を2
0時間たて型炉で加熱保持した後、水噴霧によって中心
孔で100℃/hの冷却速度で冷却する焼入をした。次
いで580℃で60h加熱保持後15℃/hの速度で冷
却する焼戻処理を施した。その後、図1に示す最終形状
に切削加工を施した。本実施例は2極用で、11は磁
極、12はティース、17はファン取付用リング、18
はリティニングリング取付け用センタリングリング、1
9は中心孔である。この部分で材料の機械的性質,電気
的性質,磁気的性質を検査するための試料を採取した。
センタリングリング18はシャフト形成時一体となって
いるが、リング状に切削された後リティニングリングが
焼ばめされる。
About 15 compositions produced by vacuum ladle refining after melting in the air with the aim of substantially the same composition as No. 2 described in Example 1
0t of molten metal was cast in a mold. Next, hot forging was performed by a press, followed by upsetting (forging ratio 1/2 U) and then forging (forging ratio 3S). Furthermore, after performing homogenizing and sintering at 900 ° C. and cutting into a predetermined shape, the whole is cut at 840 ° C. for 2 hours.
After heating and holding in a vertical furnace for 0 hour, quenching was performed at a cooling rate of 100 ° C./h in the center hole by water spray. Next, a tempering treatment was performed in which the steel sheet was heated and held at 580 ° C. for 60 hours and then cooled at a rate of 15 ° C./h. Thereafter, cutting was performed on the final shape shown in FIG. This embodiment is for two poles, 11 is a magnetic pole, 12 is a tooth, 17 is a fan mounting ring, 18
Is the centering ring for mounting the retaining ring, 1
9 is a center hole. In this part, samples were taken to examine the mechanical, electrical, and magnetic properties of the material.
The centering ring 18 is integrated when the shaft is formed, but after being cut into a ring shape, the retaining ring is shrink-fitted.

【0096】本実施例では全長約15m,ティース12
が設けられる胴部直径が1.2m ,胴部長さが約7m
で、胴部直径約5.7倍 である。このもののマシンサイ
ズは約10m3 で、このようにすることにより回転子の
振動感度を低くし、同相アンバランス感度を低く押える
ことができるとともに、軸のフレキシビリティが低下し
軸受安定性が高いものが得られる。
In this embodiment, the total length is about 15 m and the teeth 12
The body diameter is 1.2m and the body length is about 7m
The body diameter is about 5.7 times. The machine size is about 10 m 3 of this compound, and thus reduce the vibration sensitivity of the rotor by, it is possible to suppress the phase imbalance sensitivity low, has high bearing stability decreased flexibility of the shaft Is obtained.

【0097】マシンサイズは(回転子胴部外径)2×(回
転子胴長)で表わされる。
The machine size is represented by (rotor trunk outer diameter) 2 × (rotor trunk length).

【0098】本発明におけるロータシャフトのマシンサ
イズと発電機容量(MVA)との関係は次式数1と数2
の範囲内が好ましい。
The relationship between the machine size of the rotor shaft and the generator capacity (MVA) in the present invention is expressed by the following equations (1) and (2).
Is preferably within the range.

【0099】 マシンサイズ(m3)=4.7+3.2×10-3×発電機容量(MVA) …(1) マシンサイズ(m3)=4.5+5.7×10-3×発電機容量(MVA) …(2) 本実施例における機械的特性,磁気的特性及び電気的特
性は実施例1のNo. 2の合金の値と同等のものであっ
た。
Machine size (m 3 ) = 4.7 + 3.2 × 10 −3 × Generator capacity (MVA) (1) Machine size (m 3 ) = 4.5 + 5.7 × 10 −3 × Generator capacity (MVA) (2) The mechanical properties, magnetic properties, and electrical properties in this example were equivalent to those of the alloy No. 2 in Example 1.

【0100】本実施例における仕様は次の通りである。The specifications in this embodiment are as follows.

【0101】発電機容量:1120MVA,固定子電
流:発電機容量1MVA当り22A,力率:0.9,回
転数3600rpm,周波数60Hz,固定子:直接水冷
却,回転子:直接水素冷却(発電機容量1MVA当り0.
0047kg/cm2・g),ケーシング材:SM41鋼,鉄
心材:方向性ケイ素鋼板,コイル:電気銅,絶縁材料,
エポキシレジン及びマイカ,コイル埋込み部の胴長/胴
径=5.83 ,リティニング材:C0.1% 以下,N
0.7 以上,Si1%以下の18%Mn−18%Cr
鋼,全長ダンパ,回転子コイル:銀入銅,軸受:炭素鋼
鋳鋼,全体寸法:長さ16m,幅6m,床面積96
2
Generator capacity: 1120 MVA, Stator current: 22 A per MVA of generator capacity, power factor: 0.9, rotation speed: 3600 rpm, frequency: 60 Hz, stator: direct water cooling, rotor: direct hydrogen cooling (generator 0.1 per MVA capacity.
0047 kg / cm 2 · g), casing material: SM41 steel, iron core material: oriented silicon steel sheet, coil: electric copper, insulating material,
Epoxy resin and mica, body length / body diameter of coil embedded part = 5.83, retaining material: C0.1% or less, N
18% Mn-18% Cr not less than 0.7 and not more than 1% of Si
Steel, full length damper, rotor coil: silver-copper, bearing: carbon steel cast steel, overall dimensions: length 16m, width 6m, floor area 96
m 2 .

【0102】以上の構造とすることにより、1000M
W級のタービン出力に対し、発電機容量1120MVA
が得られ、1MVA当りの発電機の床面積が0.086
2であり、従来の700MW級タービンの発電機(容
量800MVA)の1MVA当りの床面積0.098m2
より約13%コンパクト化できる。この床面積は発電機
容量1MVA当り0.08〜0.09m2とすることがで
きる。
With the above structure, 1000M
For a W-class turbine output, the generator capacity is 1120 MVA
And the floor area of the generator per MVA is 0.086.
m 2, and the floor area per 1MVA generator of conventional 700MW class turbine (capacity 800MVA) 0.098m 2
The size can be reduced by about 13%. This floor area can be between 0.08 and 0.09 m 2 per 1 MVA of generator capacity.

【0103】また、本発明の低合金鋼によれば、胴部直
径は上限及び下限を前述のマシンサイズの値から求めら
れる値とし、更に上限の直径D(mm)を次の数3によって
求められる値及び下限の直径を数4によって求められる
値とすることが好ましい。胴部長さはその直径の5.5
〜6.5倍が好ましい。
According to the low-alloy steel of the present invention, the upper and lower limits of the body diameter are determined from the above machine size values, and the upper limit diameter D (mm) is determined by the following equation (3). It is preferable that the value to be obtained and the lower limit diameter are values obtained by Expression 4. The torso length is 5.5 of its diameter
~ 6.5 times is preferred.

【0104】 胴部直径D(mm)=0.2×発電機容量(MVA)+1000 …(3) 胴部直径D(mm)=0.2×発電機容量(MVA)+900 …(4) 以上の構造とすることにより回転子の振動感度が小さ
く、発電機全体をコンパクトにできる。
Body diameter D (mm) = 0.2 × Generator capacity (MVA) +1000 (3) Body diameter D (mm) = 0.2 × Generator capacity (MVA) +900 (4) With this structure, the vibration sensitivity of the rotor is small, and the entire generator can be made compact.

【0105】[0105]

【発明の効果】本発明によれば、室温引張強さ93kg/
mm2 以上,50%破面遷移温度0℃以下,21kGにお
ける磁化力が990AT/cm以下の特性が得られ、発電
機容量900MVA以上の大容量発電機或いは回転数5
000rpm 以上の同期電動機がコンパクトに製造でき
る。これにより、設置面積の有効活用ができ、特に発電
においては石油,石炭,原子力のエネルギの多様化に貢
献できる。
According to the present invention, the room temperature tensile strength is 93 kg /
mm 2 or more, 50% fracture appearance transition temperature 0 ℃ below magnetizing force at 21kG is obtained has the following characteristics 990AT / cm, generator capacity 900MVA more mass generator or rotation number 5
A synchronous motor of 000 rpm or more can be manufactured compactly. As a result, the installation area can be effectively used, and particularly in power generation, it can contribute to diversification of energy of oil, coal, and nuclear power.

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

【図1】本発明に係る回転電機用ロータシャフトの斜視
図。
FIG. 1 is a perspective view of a rotor shaft for a rotating electric machine according to the present invention.

【図2】引張強さとCrとの関係を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between tensile strength and Cr.

【図3】引張強さと(Ni/Cr)比との関係を示す
図。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between tensile strength and (Ni / Cr) ratio.

【図4】引張強さとSiとの関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between tensile strength and Si.

【図5】FATTとNi又はCrとの関係を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between FATT and Ni or Cr.

【図6】FATTとSiとの関係を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between FATT and Si.

【図7】FATTとAlとの関係を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between FATT and Al.

【図8】磁化力とSiとの関係を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a magnetizing force and Si.

【図9】磁化力とP+S+Sn+Sb+Asとの関係を
示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a magnetizing force and P + S + Sn + Sb + As.

【図10】磁化力とAlとの関係を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a magnetizing force and Al.

【図11】磁化力とSi×(P+S+Sn+Sb+A
s)との関係を示す図。
FIG. 11 shows magnetization force and Si × (P + S + Sn + Sb + A).
The figure which shows the relationship with s).

【図12】タービン発電機の断面図。FIG. 12 is a sectional view of a turbine generator.

【図13】タービン発電機用回転子の斜視図。FIG. 13 is a perspective view of a rotor for a turbine generator.

【図14】回転子のスロット断面図。FIG. 14 is a sectional view of a slot of a rotor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…回転子、2…固定子、3…界磁巻線、4…軸受ブラ
ケット、5…固定子フレーム、6…軸受、8…シャフ
ト、9…リティニングリング、10…クロス・スロッ
ト、11…磁極、12…ティース、13…ウェッジ、1
4…エンドタンパリング、15…カップリング、16…
スロット、17…ファン取付け用リング、18…センタ
リングリング、19…中心孔、20…ファン、21…固
定子コイル、22…ブラシ(黒鉛)、23…スリップリ
ング。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotor, 2 ... Stator, 3 ... Field winding, 4 ... Bearing bracket, 5 ... Stator frame, 6 ... Bearing, 8 ... Shaft, 9 ... Retaining ring, 10 ... Cross slot, 11 ... Magnetic pole, 12: teeth, 13: wedge, 1
4 ... End tampering, 15 ... Coupling, 16 ...
Slot, 17: Fan mounting ring, 18: Centering ring, 19: Center hole, 20: Fan, 21: Stator coil, 22: Brush (graphite), 23: Slip ring.

───────────────────────────────────────────────────── 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) H02K 19/22 H02K 19/22 (72)発明者 森 誉延 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 福井 寛 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 石塚 達郎 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H02K 19/22 H02K 19/22 (72) Inventor Yoshinobu Mori 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref. Hiroshi Fukui, Inventor Hiroshi Fukui 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Tatsuro Ishizuka 3-1-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Co., Ltd. Inside the Hitachi Works of Hitachi, Ltd.

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】重量で、C0.15〜0.30%,Si0.
1%以下,Mn0.05〜1%,Ni3.0〜5.0%,
Cr2.05〜3.0%,Mo0.1〜1.0%,V0.0
3〜0.35%及び残部が実質的にFeであることを特
徴とする回転電機用ロータシャフト。
(1) By weight, C 0.15 to 0.30%, Si 0.
1% or less, Mn 0.05-1%, Ni 3.0-5.0%,
Cr 2.05 to 3.0%, Mo 0.1 to 1.0%, V0.0
A rotor shaft for a rotating electric machine, wherein 3 to 0.35% and the balance are substantially Fe.
【請求項2】重量で、C0.15〜0.35%,Si0.
1%以下,Mn0.05〜1%,Ni3.25〜5.0
%,Cr1.5〜3.5%,Mo0.1〜1.0%,V0.
03〜0.35% 及び残部が実質的にFeであり、前記
(Ni/Cr)比が1.2〜2.3であることを特徴と
する回転電機用ロータシャフト。
2. 0.15% to 0.35% by weight of C.O.
1% or less, Mn 0.05-1%, Ni 3.25-5.0
%, Cr 1.5 to 3.5%, Mo 0.1 to 1.0%, V0.
A rotor shaft for a rotating electric machine, characterized in that the ratio (Ni / Cr) is from 1.2 to 2.3, and the balance is substantially 0.3 to 0.35% and the balance is substantially Fe.
【請求項3】重量で、C0.15〜0.30%,Si0.
3%以下,Mn0.05〜1%,Ni3.0〜5.0%,
Cr2.05〜3.0%,Mo0.1〜1.0%,V0.0
3〜0.35 %,A10.006% 以下及び残部が実質
的にFeであることを特徴とする回転電機用ロータシャ
フト。
3. The composition according to claim 1, wherein C is 0.15 to 0.30% by weight and Si is 0.1%.
3% or less, Mn 0.05-1%, Ni 3.0-5.0%,
Cr 2.05 to 3.0%, Mo 0.1 to 1.0%, V0.0
3 to 0.35%, A10.006% or less, and the balance is substantially Fe.
【請求項4】重量で、C0.15〜0.30%,Si0.
2%以下,Mn0.05〜1%,Ni3.0〜5.0%,
Cr2.05〜3.0%,Mo0.1〜1.0%,V0.0
3〜0.35% 及び残部が実質的にFeであり、室温の
引張強さ93kg/mm2 以上,50%破面遷移温度0℃以
下、及び焼戻ベーナイト組織を有することを特徴とする
回転電機用ロータシャフト。
4. The composition according to claim 1, wherein C is 0.15 to 0.30% by weight and Si is 0.1%.
2% or less, Mn 0.05-1%, Ni 3.0-5.0%,
Cr 2.05 to 3.0%, Mo 0.1 to 1.0%, V0.0
3 to 0.35%, with the balance being substantially Fe, having a tensile strength at room temperature of 93 kg / mm 2 or more, a 50% fracture surface transition temperature of 0 ° C. or less, and a tempered bainite structure. Rotor shaft for electric machines.
【請求項5】重量で、C0.15〜0.30%,Si0.
1%以下,Mn0.05〜1%,Ni3.0〜5.0%,
Cr2.05〜3.0%,Mo0.1〜1.0%,V0.0
3〜0.35%,IIa族元素及びIIIa 族元素の少なくと
も1つの元素0.001〜0.1%及び残部が実質的にF
eであることを特徴とする回転電機用ロータシャフト。
5. The method according to claim 5, wherein C is 0.15 to 0.30% by weight and Si is 0.1%.
1% or less, Mn 0.05-1%, Ni 3.0-5.0%,
Cr 2.05 to 3.0%, Mo 0.1 to 1.0%, V0.0
3 to 0.35%, 0.001 to 0.1% of at least one element of the group IIa element and the group IIIa element, and the balance substantially F
e. A rotor shaft for a rotating electric machine, wherein
【請求項6】重量で、C0.15〜0.30%,Si0.
1%以下,Mn0.05〜1%,Ni3.0〜5.0%,
Cr2.05〜3.0%,Mo0.1〜1.0%,V0.0
3〜0.35%及び残部が実質的にFeであり、21kG
における磁化率が990AT/cm以下及び焼戻ベーナイ
ト組織を有することを特徴とする回転電機用ロータシャ
フト。
6. 0.15% to 0.30% by weight of Si, 0.3% by weight.
1% or less, Mn 0.05-1%, Ni 3.0-5.0%,
Cr 2.05 to 3.0%, Mo 0.1 to 1.0%, V0.0
3 to 0.35% and the balance substantially Fe, 21 kG
Characterized by having a magnetic susceptibility of 990 AT / cm or less and a tempered bainite structure.
【請求項7】重量で、C0.15〜0.30%,Si0.
1%以下,Mn0.05〜1%,Ni3.0〜5.0%,
Cr2.05〜3.0%,Mo0.1〜1.0%,V0.0
3〜0.35%,IVa族元素,Nb,Ta及びWの少なく
とも1つの元素0.2% 以下及び残部が実質的にFeで
あることを特徴とする回転電機用ロータシャフト。
7. 0.15% to 0.30% by weight of C.O.
1% or less, Mn 0.05-1%, Ni 3.0-5.0%,
Cr 2.05 to 3.0%, Mo 0.1 to 1.0%, V0.0
A rotor shaft for a rotating electric machine, characterized in that 3 to 0.35%, at least one element of group IVa element, Nb, Ta and W is 0.2% or less and the balance is substantially Fe.
【請求項8】重量で、C0.15〜0.30%,Si0.
1〜0.3%,Mn0.05〜0.5%,Ni3.25〜
4.5%,Cr2.05〜2.60%,Mo0.25〜0.
60%,V0.05〜0.20%,Al0.01%以下及び残
部が実質的にFeであり、焼戻ベーナイト組織を有する
ことを特徴とする回転電機用ロータシャフト。
8. The composition according to claim 1, wherein C is 0.15 to 0.30% by weight and Si is 0.1%.
1-0.3%, Mn 0.05-0.5%, Ni 3.25-
4.5%, Cr 2.05 to 2.60%, Mo 0.25 to 0.2
A rotor shaft for a rotating electric machine, characterized in that the rotor shaft is 60%, V 0.05 to 0.20%, Al 0.01% or less, and the balance is substantially Fe, and has a tempered bainite structure.
【請求項9】重量で、C0.15〜0.30%,Si0.
3%以下,Mn0.05〜0.5%,Ni3.0〜5.0
%,Cr1.5〜3.5%,Mo0.1〜1.0%,V0.
03〜0.35 %,Al0.01%以下、P,S,Sn,S
b及びAsの総量0.03%以下、前記(Ni/Cr)
比が1.2〜2.3である低合金鋼からなることを特徴
とする回転電機用ロータシャフト。
9. 0.15% to 0.30% by weight of C.O.
3% or less, Mn 0.05-0.5%, Ni 3.0-5.0
%, Cr 1.5 to 3.5%, Mo 0.1 to 1.0%, V0.
03-0.35%, Al 0.01% or less, P, S, Sn, S
b and As total amount of not more than 0.03%, (Ni / Cr)
A rotor shaft for a rotating electric machine, comprising a low alloy steel having a ratio of 1.2 to 2.3.
【請求項10】重量で、C0.15〜0.30%,Si
0.01〜0.30%,Mn0.05〜0.5%,Ni3.0
〜5.0%,Cr2.05〜3.5%,Mo0.1〜1.0
%,V0.03〜0.35% ,Al0.0005〜0.006
%、P,S,Sn,Sb及びAsの総量0.001〜0.
025%、残部が実質的にFeよりなることを特徴とす
る回転電機用ロータシャフト。
10. The composition according to claim 1, wherein C is 0.15 to 0.30% by weight,
0.01 to 0.30%, Mn 0.05 to 0.5%, Ni 3.0
5.0%, Cr 2.05 to 3.5%, Mo 0.1 to 1.0%
%, V 0.03 to 0.35%, Al 0.0005 to 0.006
%, The total amount of P, S, Sn, Sb and As is 0.001 to 0.00.
025%, with the balance substantially consisting of Fe.
【請求項11】コイルを埋込む軸方向のスロットを有す
る胴部,動力の伝達を授受するフランジ部及び軸受部を
備えた回転電機用ロータシャフトにおいて、該シャフト
は室温の引張強さ100kg/mm2 以上,50%破面遷移
温度−44℃以下及び21kGにおける磁化力が500
AT/cm以下である請求項1〜10のいずれかに記載の
回転電機用ロータシャフトからなることを特徴とする回
転電機用ロータシャフト。
11. A rotor shaft for a rotating electrical machine having a body having an axial slot into which a coil is embedded, a flange for transmitting and receiving power, and a bearing, wherein the shaft has a tensile strength at room temperature of 100 kg / mm. 2 or more, 50% fracture surface transition temperature -44 ° C or less and magnetizing force at 21 kG is 500
A rotor shaft for a rotating electrical machine, comprising the rotor shaft for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 10 having an AT / cm or less.
【請求項12】請求項11において、前記シャフトは前
記胴部直径が1m以上及び胴部長さが前記胴部直径の
5.5〜6.5倍であることを特徴とする回転電機用ロー
タシャフト。
12. A rotor shaft for a rotating electric machine according to claim 11, wherein said shaft has a body diameter of 1 m or more and a body length of 5.5 to 6.5 times the body diameter. .
【請求項13】請求項11又は12において、前記該シ
ャフトは胴部直径D(mm)と回転数R(rpm)との関係から
求められる(D2×R2)の値が1.0〜3.0×107
なるように前記回転数に対して前記胴部直径を設定して
なることを特徴とする回転電機用ロータシャフト。
13. The shaft according to claim 11, wherein the value of (D 2 × R 2 ) obtained from the relationship between the body diameter D (mm) and the rotational speed R (rpm) is 1.0 to 1.0. A rotor shaft for a rotating electric machine, wherein the body diameter is set with respect to the number of revolutions so as to be 3.0 × 10 7 .
【請求項14】請求項11又は12において、前記胴部
直径D(mm)は発電機容量1MVA当り0.2mmに10
00mmを加えた値以下及び前記発電機容量1MVA当り
0.2mmに900mmを加えた値とすることを特徴とする
回転電機用ロータシャフト。
14. The body diameter D (mm) according to claim 11 or 12, wherein the diameter D (mm) is reduced to 0.2 mm per 1 MVA of the generator capacity.
A rotor shaft for a rotating electric machine, wherein the rotor shaft has a value equal to or less than a value obtained by adding 00 mm and a value obtained by adding 900 mm to 0.2 mm per 1 MVA of the generator capacity.
【請求項15】コイルが埋込まれた積層鉄心からなる固
定子,該固定子内を回転し、導体コイルが埋込まれた回
転子を備え、容量900MVA以上の大容量回転電機で
あって、前記回転子は室温の引張強さ100kg/mm2
上,50%破面遷移温度−44℃以下及び21kGにお
ける磁化力が500AT/cmである請求項1〜14のい
ずれかに記載の回転電機用ロータシャフトによって構成
され、該シャフト胴部直径が1.15m 以上、該胴部長
さが胴部直径の5.5〜6.5倍であり、3000rpm 又
は3600rpm の回転を受けることを特徴とする大容量
回転電機。
15. A large-capacity rotating electric machine having a stator having a laminated core having a coil embedded therein, a rotor rotating within the stator and having a conductor coil embedded therein, and having a capacity of 900 MVA or more, 15. The rotating electric machine according to claim 1, wherein the rotor has a tensile strength at room temperature of 100 kg / mm 2 or more, a 50% fracture surface transition temperature of −44 ° C. or less, and a magnetizing force at 21 kG of 500 AT / cm. It is constituted by a rotor shaft, the shaft body diameter is 1.15 m or more, the body length is 5.5 to 6.5 times the body diameter, and receives a rotation of 3000 rpm or 3600 rpm. Capacity rotating electric machine.
【請求項16】発電機容量900MVA以上、固定子電
流が前記回転電機容量1MVA当り19〜24A、前記
固定子が直接水冷、回転子が容量1MVA当り0.00
3 〜0.006kg/cm2・gの水素圧力にて冷却され、
前記回転子は室温の引張強さ100kg/mm2 以上,50
%破面遷移温度−44℃以下及び21kGにおける磁化
力が500AT/cm以下である請求項1〜14のいずれ
かに記載の回転電機用ロータシャフトによって構成さ
れ、該シャフトの胴部直径が1.0m 以上であることを
特徴とする大容量回転電機。
16. A generator capacity of 900 MVA or more, a stator current of 19 to 24 A per 1 MVA of the rotating electric machine capacity, the stator being directly water-cooled, and a rotor of 0.000 per 1 MVA capacity.
Cooled at a hydrogen pressure of 3 to 0.006 kg / cm 2 · g,
The rotor has a room temperature tensile strength of 100 kg / mm 2 or more, 50
The rotor shaft for a rotating electric machine according to any one of claims 1 to 14, wherein the magnetizing force at a% fracture surface transition temperature of -44 ° C or lower and 21 kG is 500 AT / cm or lower, and the body diameter of the shaft is 1. A large-capacity rotating electric machine having a length of 0 m or more.
【請求項17】発電機定格容量が1,120,000KVA であ
り、固定子と、該固定子内を回転し、導体コイルが埋込
まれた回転子を備えた発電機であって、前記固定子は直
接水冷され、前記回転子は水素ガス冷却され、該回転子
は室温の引張強さ100kg/mm 2 以上,50%破面遷移
温度−44℃以下及び21kGにおける磁化力が500 A
T/cm以下である請求項1〜14のいずれかに記載の回
転電機用ロータシャフトによって構成され、該シャフト
の胴部直径が1.15〜1.35m及び((胴部直径)2×
(胴部長さ))によって求められるマシンサイズが9〜
10m3、前記回転子が3600rpm の回転を受けるこ
とを特徴とする大容量発電機。
17. A generator having a rated capacity of 1,120,000 KVA.
And the stator and the inside of the stator are rotated and the conductor coil is embedded.
A generator comprising a rotor, wherein the stator is
The rotor is water-cooled, and the rotor is cooled with hydrogen gas.
Is the tensile strength at room temperature 100kg / mm Two Above, 50% fracture surface transition
Magnetization force of 500 A at temperatures below -44 ° C and 21 kG
The cycle according to any one of claims 1 to 14, wherein the cycle is not more than T / cm.
A rotor shaft for a rotary electric machine;
The body diameter of 1.15 to 1.35 m and ((body diameter)Two×
(Body length)) required machine size is 9 ~
10mThreeThe rotor receives 3600 rpm rotation.
And a large capacity generator.
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