JP2002235116A - 高強度蒸気タービンロータ並びに応力腐蝕割れを増大させずにロータを製造する方法 - Google Patents
高強度蒸気タービンロータ並びに応力腐蝕割れを増大させずにロータを製造する方法Info
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低圧蒸気タービン用のモノブロック低合金鋼
ロータを製造するための熱処理法の提供。 【解決手段】 この方法では、約８４０℃の実質的に均
一な処理温度でロータをオーステナイト化処理し、ロー
タを焼入れし、次いでロータの軸方向の異なる位置で温
度差焼戻しする。ロータの焼戻しは、各領域で異なる温
度に維持できるように耐火ボードで複数の領域に分割し
た炉で行う。１以上の軸方向位置の焼戻し温度を低くす
ることで、普通よりも高い強度状態が達成される。低い
温度で焼戻しする１以上の軸方向位置は応力腐蝕割れを
起こし難い位置に近く、正味の応力腐蝕割れ感受性を増
大させずにロータの強度が増大する。
ロータを製造するための熱処理法の提供。 【解決手段】 この方法では、約８４０℃の実質的に均
一な処理温度でロータをオーステナイト化処理し、ロー
タを焼入れし、次いでロータの軸方向の異なる位置で温
度差焼戻しする。ロータの焼戻しは、各領域で異なる温
度に維持できるように耐火ボードで複数の領域に分割し
た炉で行う。１以上の軸方向位置の焼戻し温度を低くす
ることで、普通よりも高い強度状態が達成される。低い
温度で焼戻しする１以上の軸方向位置は応力腐蝕割れを
起こし難い位置に近く、正味の応力腐蝕割れ感受性を増
大させずにロータの強度が増大する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気タービンロー
タに沿った１以上の部分を、応力腐蝕割れ（「ＳＣ
Ｃ」）感受性を増大させずに選択的に強化する方法に関
する。さらに具体的には、本発明は、ロータの軸方向の
１以上の選ばれた位置で、応力腐食割れ感受性を正味増
加させずに強度状態を通常よりも高めることのできる熱
処理法に関する。
タに沿った１以上の部分を、応力腐蝕割れ（「ＳＣ
Ｃ」）感受性を増大させずに選択的に強化する方法に関
する。さらに具体的には、本発明は、ロータの軸方向の
１以上の選ばれた位置で、応力腐食割れ感受性を正味増
加させずに強度状態を通常よりも高めることのできる熱
処理法に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】蒸気タービンの全体的な熱力学的
効率を高めるべく、ロータから半径方向に延在する翼形
部の長さは、特に最終段で、大型化している。翼形部長
の増加に伴い、ロータの局所応力も増す。いうまでもな
く、翼形部の長さはロータの軸方向位置によって異な
る。そのため、最終段の翼形部は最も高い負荷を受ける
ので、この軸方向位置では他の軸方向位置のロータ強度
よりも高いロータ強度が必要とされる。
効率を高めるべく、ロータから半径方向に延在する翼形
部の長さは、特に最終段で、大型化している。翼形部長
の増加に伴い、ロータの局所応力も増す。いうまでもな
く、翼形部の長さはロータの軸方向位置によって異な
る。そのため、最終段の翼形部は最も高い負荷を受ける
ので、この軸方向位置では他の軸方向位置のロータ強度
よりも高いロータ強度が必要とされる。
【０００３】しかし、ロータ強度が増すと、ロータの応
力腐蝕割れ（ＳＣＣ）感受性も高まる。ＳＣＣは、鋼そ
の他の合金が湿気、汚染物質（苛性アルカリイオンな
ど）及び応力に暴露されたときに起こる環境現象であ
る。ＳＣＣは酸化物保護皮膜の孔食や溶解と共に起こる
こともある。ＳＣＣは金属中で枝分れ及び伝播する小さ
な亀裂として現れる。蒸気タービンは、飽和が起こる点
及び翼形部取付け位置で最もＳＣＣを受け易い。
力腐蝕割れ（ＳＣＣ）感受性も高まる。ＳＣＣは、鋼そ
の他の合金が湿気、汚染物質（苛性アルカリイオンな
ど）及び応力に暴露されたときに起こる環境現象であ
る。ＳＣＣは酸化物保護皮膜の孔食や溶解と共に起こる
こともある。ＳＣＣは金属中で枝分れ及び伝播する小さ
な亀裂として現れる。蒸気タービンは、飽和が起こる点
及び翼形部取付け位置で最もＳＣＣを受け易い。
【０００４】所望の強度特性を達成すべくロータ全体を
均一に熱処理することでロータ強度を向上させることが
種々行われてきた。ある部品が他の部品よりも高い強度
をもつように多数の部品からロータを製造することも行
われてきた。このプロセスは各部品を別々に処理しなけ
ればならないので非効率的である。種々の変更を加えた
熱処理法がロータに適用されているが、本出願人の知る
限りＳＣＣの抑制を目的としたものはない。低圧領域で
低い破面遷移温度をもたらすとともに中圧及び／又は高
圧領域で高い破断強さを生じさせるため、オーステナイ
ト化処理時にローの温度差加熱が用いられている。しか
し、熱力学的効率の向上のため重さと長さの増した翼形
部に適合させるため、ＳＣＣ感受性を実質的に増大させ
ずに所定の領域を強化することのできるロータに対する
ニーズは依然として存在する。
均一に熱処理することでロータ強度を向上させることが
種々行われてきた。ある部品が他の部品よりも高い強度
をもつように多数の部品からロータを製造することも行
われてきた。このプロセスは各部品を別々に処理しなけ
ればならないので非効率的である。種々の変更を加えた
熱処理法がロータに適用されているが、本出願人の知る
限りＳＣＣの抑制を目的としたものはない。低圧領域で
低い破面遷移温度をもたらすとともに中圧及び／又は高
圧領域で高い破断強さを生じさせるため、オーステナイ
ト化処理時にローの温度差加熱が用いられている。しか
し、熱力学的効率の向上のため重さと長さの増した翼形
部に適合させるため、ＳＣＣ感受性を実質的に増大させ
ずに所定の領域を強化することのできるロータに対する
ニーズは依然として存在する。
【０００５】
【発明の概要】本発明の好ましい実施形態では、ロータ
の長さに沿った１以上の所定の軸方向位置のみの強度を
高めるためタービンロータを熱処理する。ただし、ロー
タ強度を増すと、強度の向上した位置でのＳＣＣ感受性
も増す。強度を向上させるロータ上の位置はもともと局
所作動条件のためＳＣＣを起こし難い位置である。こう
した位置は、長い翼形部が固定される軸方向位置だけな
く、温度・圧力条件が最低で軸方向位置及び作動時に絶
えず濡れた状態にある位置にも概して存在する。そこ
で、かかる所定位置で強度を高めてもロータの正味のＳ
ＣＣ感受性は増加しない。換言すれば、強度を向上させ
た１以上の位置でのＳＣＣ感受性は、作動条件に付され
る強度の低いロータ位置でのＳＣＣ感受性と同程度に近
づく。この結果、ＳＣＣ感受性はロータの全長にわたっ
て実質的に均一となる。ＳＣＣ感受性は、苛酷な作動条
件に付される位置を含めたロータのすべての位置で強度
を高めた場合よりも低い。この新規ロータ製造法は、Ｓ
ＣＣ感受性を増大させずに強度を高めた位置での、長さ
及び重さの増した翼形部の使用を可能にし、低圧蒸気タ
ービンでの熱力学的効率が向上したロータを与える。
の長さに沿った１以上の所定の軸方向位置のみの強度を
高めるためタービンロータを熱処理する。ただし、ロー
タ強度を増すと、強度の向上した位置でのＳＣＣ感受性
も増す。強度を向上させるロータ上の位置はもともと局
所作動条件のためＳＣＣを起こし難い位置である。こう
した位置は、長い翼形部が固定される軸方向位置だけな
く、温度・圧力条件が最低で軸方向位置及び作動時に絶
えず濡れた状態にある位置にも概して存在する。そこ
で、かかる所定位置で強度を高めてもロータの正味のＳ
ＣＣ感受性は増加しない。換言すれば、強度を向上させ
た１以上の位置でのＳＣＣ感受性は、作動条件に付され
る強度の低いロータ位置でのＳＣＣ感受性と同程度に近
づく。この結果、ＳＣＣ感受性はロータの全長にわたっ
て実質的に均一となる。ＳＣＣ感受性は、苛酷な作動条
件に付される位置を含めたロータのすべての位置で強度
を高めた場合よりも低い。この新規ロータ製造法は、Ｓ
ＣＣ感受性を増大させずに強度を高めた位置での、長さ
及び重さの増した翼形部の使用を可能にし、低圧蒸気タ
ービンでの熱力学的効率が向上したロータを与える。
【０００６】これを達成すべく、本発明の好ましい実施
形態に係る方法では、モノリシックな蒸気タービンロー
タを最初に均一な温度（例えば８４０℃）で所定時間オ
ーステナイト化処理し、しかる後に焼入れする。次いで
ロータを温度差焼戻しする。すなわち、焼戻しに用いる
炉を様々な温度に加熱できる複数の領域に分割する。強
度の向上を要する軸方向位置のロータを加熱する領域に
は低い焼戻し温度が加えられる。したがって、強度の向
上を要するロータの領域だけが低い温度で加熱される。
かかる領域はＳＣＣ感受性が高くないロータ軸方向位置
であるので、当該１以上の軸方向位置で強度を高めても
ロータの正味のＳＣＣ感受性は増大しない。
形態に係る方法では、モノリシックな蒸気タービンロー
タを最初に均一な温度（例えば８４０℃）で所定時間オ
ーステナイト化処理し、しかる後に焼入れする。次いで
ロータを温度差焼戻しする。すなわち、焼戻しに用いる
炉を様々な温度に加熱できる複数の領域に分割する。強
度の向上を要する軸方向位置のロータを加熱する領域に
は低い焼戻し温度が加えられる。したがって、強度の向
上を要するロータの領域だけが低い温度で加熱される。
かかる領域はＳＣＣ感受性が高くないロータ軸方向位置
であるので、当該１以上の軸方向位置で強度を高めても
ロータの正味のＳＣＣ感受性は増大しない。
【０００７】本発明の好ましい実施形態では、ターボ機
械用ロータの製造方法であって、ロータの長さに沿っ
て、ロータの軸方向隣接位置よりも所要強度条件が高く
かつ稼働時の所要応力腐食割れ感受性が低い１以上の軸
方向位置を同定する段階、及び、焼戻し時に、隣接位置
の強度よりも高い強度を上記１以上の軸方向位置に付与
すべくロータに沿って上記１以上の軸方向位置と隣接位
置とを温度差加熱し、もってロータの応力腐食割れ感受
性を実質的に増大させずに前記１以上の軸方向位置での
強度状態を高める段階を含んでなる方法が提供される。
械用ロータの製造方法であって、ロータの長さに沿っ
て、ロータの軸方向隣接位置よりも所要強度条件が高く
かつ稼働時の所要応力腐食割れ感受性が低い１以上の軸
方向位置を同定する段階、及び、焼戻し時に、隣接位置
の強度よりも高い強度を上記１以上の軸方向位置に付与
すべくロータに沿って上記１以上の軸方向位置と隣接位
置とを温度差加熱し、もってロータの応力腐食割れ感受
性を実質的に増大させずに前記１以上の軸方向位置での
強度状態を高める段階を含んでなる方法が提供される。
【０００８】本発明の別の実施形態では、ターボ機械用
ロータの製造方法であって、ロータの長さに沿って、ロ
ータの軸方向隣接位置よりも高い強度を必要とする１以
上の軸方向位置を同定する段階、ロータのオーステナイ
ト化処理時に、ロータの全長にわたり実質的に均一な強
度を有するロータを得るためロータを長さに沿って実質
的に均一に加熱する段階、及び、ロータのオーステナイ
ト化処理後、ロータの正味の応力腐蝕割れ感受性を実質
的に増大させずにロータの上記１以上の軸方向位置の強
度をロータの上記軸方向隣接位置の強度よりも高めるべ
くロータを温度差焼戻しする段階を含んでなる方法が提
供される。
ロータの製造方法であって、ロータの長さに沿って、ロ
ータの軸方向隣接位置よりも高い強度を必要とする１以
上の軸方向位置を同定する段階、ロータのオーステナイ
ト化処理時に、ロータの全長にわたり実質的に均一な強
度を有するロータを得るためロータを長さに沿って実質
的に均一に加熱する段階、及び、ロータのオーステナイ
ト化処理後、ロータの正味の応力腐蝕割れ感受性を実質
的に増大させずにロータの上記１以上の軸方向位置の強
度をロータの上記軸方向隣接位置の強度よりも高めるべ
くロータを温度差焼戻しする段階を含んでなる方法が提
供される。
【０００９】本発明のさらに別の実施形態では、タービ
ン用ロータの製造方法であって、（ａ）ロータを炉内で
所定時間オーステナイト化処理する段階、（ｂ）オース
テナイト化したロータを焼入れする段階、及び（ｃ）ロ
ータの低い温度で焼戻した軸方向位置の応力腐食割れ感
受性を高い温度で焼戻した軸方向隣接位置の応力腐食割
れ感受性を超えて増大させることなく、ロータの異なる
軸方向位置を異なる温度で所定時間焼戻しする段階を含
んでなる方法が提供される。
ン用ロータの製造方法であって、（ａ）ロータを炉内で
所定時間オーステナイト化処理する段階、（ｂ）オース
テナイト化したロータを焼入れする段階、及び（ｃ）ロ
ータの低い温度で焼戻した軸方向位置の応力腐食割れ感
受性を高い温度で焼戻した軸方向隣接位置の応力腐食割
れ感受性を超えて増大させることなく、ロータの異なる
軸方向位置を異なる温度で所定時間焼戻しする段階を含
んでなる方法が提供される。
【００１０】さらに、本発明の別の実施形態では、ター
ボ機械用のロータであって、所定の軸方向位置での強度
がロータ本体の軸方向隣接位置の強度よりも高く、上記
所定の軸方向位置でのロータ本体の応力腐食割れ感受性
が実質的に上記軸方向隣接位置でのロータ本体の応力腐
食割れ感受性を超えないロータ本体を含んでなるロータ
が提供される。
ボ機械用のロータであって、所定の軸方向位置での強度
がロータ本体の軸方向隣接位置の強度よりも高く、上記
所定の軸方向位置でのロータ本体の応力腐食割れ感受性
が実質的に上記軸方向隣接位置でのロータ本体の応力腐
食割れ感受性を超えないロータ本体を含んでなるロータ
が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】ここで、添付図面について簡単に
説明すると、図１は、本発明による蒸気ロータの品質熱
処理の温度と時間の関係を示すオーステナイト化と焼戻
しの熱サイクルを示し、図２は複流蒸気タービンロータ
の焼戻しを概略的に示し、図３は単流低圧ロータの焼戻
しを概略的に示す。
説明すると、図１は、本発明による蒸気ロータの品質熱
処理の温度と時間の関係を示すオーステナイト化と焼戻
しの熱サイクルを示し、図２は複流蒸気タービンロータ
の焼戻しを概略的に示し、図３は単流低圧ロータの焼戻
しを概略的に示す。
【００１２】図２は、複流タービンロータ１２の熱処理
に必要な複数のゾーンと異なる焼成温度を有する好まし
い垂直炉１０を示す。図３には、単流ロータ１６の熱処
理のための同様の炉１４を示す。なお、いずれの場合も
水平炉を使用できる。各炉は複数の領域に分けられてい
る。例えば、複流タービンロータ炉１０は耐火ボード２
８で５つの領域１８，２０，２２，２４，２６に分割さ
れている。耐火ボードは熱伝達特性が低く、焼戻し時の
各領域の炉温度を異なる温度に維持することができる。
図３の単流タービンロータ炉１４は耐火ボード３６で３
つの領域３０，３２，３４に分割されている。単流ター
ビンロータ１６は軸方向の異なる位置に２つの低強度区
域、すなわち、領域３０，３４にそれぞれ面したロータ
部分４０，４２と、その隣の高強度区域（例えば区域４
４）を有している。複流タービンロータは軸方向の異な
る位置に３つの低強度区域、すなわち領域１８，２２，
２６にそれぞれ面したロータ部分４６，４８，５０を有
している。これらの低強度区域に隣接して高強度区域
（例えば区域５２，５４）がある。低強度区域は従来の
蒸気タービンロータに典型的な強度をもつ区域と考えて
もよい。
に必要な複数のゾーンと異なる焼成温度を有する好まし
い垂直炉１０を示す。図３には、単流ロータ１６の熱処
理のための同様の炉１４を示す。なお、いずれの場合も
水平炉を使用できる。各炉は複数の領域に分けられてい
る。例えば、複流タービンロータ炉１０は耐火ボード２
８で５つの領域１８，２０，２２，２４，２６に分割さ
れている。耐火ボードは熱伝達特性が低く、焼戻し時の
各領域の炉温度を異なる温度に維持することができる。
図３の単流タービンロータ炉１４は耐火ボード３６で３
つの領域３０，３２，３４に分割されている。単流ター
ビンロータ１６は軸方向の異なる位置に２つの低強度区
域、すなわち、領域３０，３４にそれぞれ面したロータ
部分４０，４２と、その隣の高強度区域（例えば区域４
４）を有している。複流タービンロータは軸方向の異な
る位置に３つの低強度区域、すなわち領域１８，２２，
２６にそれぞれ面したロータ部分４６，４８，５０を有
している。これらの低強度区域に隣接して高強度区域
（例えば区域５２，５４）がある。低強度区域は従来の
蒸気タービンロータに典型的な強度をもつ区域と考えて
もよい。
【００１３】前述の通り、ロータの上記その他の軸方向
位置の１以上でロータ強度を増大させることができる。
これは、ロータをオーステナイト化処理して焼入れした
後、ロータを温度差焼戻しすることによって達成され
る。具体的には、最初に、高強度を要する位置を同定す
る。通例、これらは、１又は複数の最終段の軸方向位置
に相当するロータの軸方向位置である。これらの位置
は、作動環境による応力腐食割れへの感受性が低い軸方
向位置でもある。すなわち、かかるロータ位置は絶えず
濡れていて、高濃度の汚染物質が存在しない。例えば、
図２では、複流ロータの最終段はロータの軸方向位置５
２及び５４にあり、炉領域２０及び２４に面している。
図３に示した単流ロータは、強度を高める必要がある部
分として同定されるロータ部分４４を炉領域３２に面し
た位置に有している。前述の通り、蒸気タービンの作動
条件のため、これらのロータ部分のＳＣＣ感受性はロー
タの長さ方向の他の部分のＳＣＣ感受性よりも低い。
位置の１以上でロータ強度を増大させることができる。
これは、ロータをオーステナイト化処理して焼入れした
後、ロータを温度差焼戻しすることによって達成され
る。具体的には、最初に、高強度を要する位置を同定す
る。通例、これらは、１又は複数の最終段の軸方向位置
に相当するロータの軸方向位置である。これらの位置
は、作動環境による応力腐食割れへの感受性が低い軸方
向位置でもある。すなわち、かかるロータ位置は絶えず
濡れていて、高濃度の汚染物質が存在しない。例えば、
図２では、複流ロータの最終段はロータの軸方向位置５
２及び５４にあり、炉領域２０及び２４に面している。
図３に示した単流ロータは、強度を高める必要がある部
分として同定されるロータ部分４４を炉領域３２に面し
た位置に有している。前述の通り、蒸気タービンの作動
条件のため、これらのロータ部分のＳＣＣ感受性はロー
タの長さ方向の他の部分のＳＣＣ感受性よりも低い。
【００１４】図１に、独特な焼戻しプロセスを含む本発
明の好ましい実施形態に係る熱処理サイクルを示す。具
体的には、図１は、オーステナイト化処理６０、焼入れ
処理６２及び焼戻し処理６４を示している。オーステナ
イト化処理６０では、低合金鋼ロータを所定時間所定温
度に加熱する。例えば、ロータ全体を約８４０℃の温度
に加熱してその温度に保つ。オーステナイト化処理はロ
ータ材料の相を変化させて、焼入れ後に材料が最大強度
状態に達するようになる。ロータ全体をオーステナイト
化温度に所定時間保持した後、温度を急激に降下させる
冷却媒体にロータを浸漬して焼入れする。焼入れは、望
ましい相変態を容易にする。次に、ロータを焼戻し段階
６４に移して、強度を最高レベルから所望レベルまで下
げる。すなわち、ロータを約５８０℃の通常の焼戻し温
度に（例えば線形的に）加熱する。ロータがほぼ完全に
加熱されたら、低い（通常の）強度を要するロータの１
以上の所定の軸方向位置を一段と高い温度（例えば約５
９５℃）にさらに加熱する。耐火ボードにより、こうし
た位置でのロータのセクション毎の温度差加熱が可能に
なる。こうした異なるロータ温度を所定時間（例えば５
５時間）維持する。次にロータを適当な速度で冷却す
る。
明の好ましい実施形態に係る熱処理サイクルを示す。具
体的には、図１は、オーステナイト化処理６０、焼入れ
処理６２及び焼戻し処理６４を示している。オーステナ
イト化処理６０では、低合金鋼ロータを所定時間所定温
度に加熱する。例えば、ロータ全体を約８４０℃の温度
に加熱してその温度に保つ。オーステナイト化処理はロ
ータ材料の相を変化させて、焼入れ後に材料が最大強度
状態に達するようになる。ロータ全体をオーステナイト
化温度に所定時間保持した後、温度を急激に降下させる
冷却媒体にロータを浸漬して焼入れする。焼入れは、望
ましい相変態を容易にする。次に、ロータを焼戻し段階
６４に移して、強度を最高レベルから所望レベルまで下
げる。すなわち、ロータを約５８０℃の通常の焼戻し温
度に（例えば線形的に）加熱する。ロータがほぼ完全に
加熱されたら、低い（通常の）強度を要するロータの１
以上の所定の軸方向位置を一段と高い温度（例えば約５
９５℃）にさらに加熱する。耐火ボードにより、こうし
た位置でのロータのセクション毎の温度差加熱が可能に
なる。こうした異なるロータ温度を所定時間（例えば５
５時間）維持する。次にロータを適当な速度で冷却す
る。
【００１５】好ましい形態では、タービンロータは一体
のモノリシックなデザインの３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ合
金鋼で作られるが、組立型の設計で作ることもできる。
例示的な例では、タービンは低圧蒸気タービンであり、
ロータの加熱・冷却時にその垂れと反りを避けるため炉
は垂直である。別の形態では、ロータは他の合金から作
ることができ、タービンロータであっても圧縮器ロータ
であってもよく、炉は水平でもよい。なお、上述の温度
は代表例であり、ロータ材料その他の要因に応じて異な
る。本発明ではロータの軸方向の異なる位置で異なる強
度特性を与えるために熱処理時の温度差が必要とされる
にすぎない。
のモノリシックなデザインの３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ合
金鋼で作られるが、組立型の設計で作ることもできる。
例示的な例では、タービンは低圧蒸気タービンであり、
ロータの加熱・冷却時にその垂れと反りを避けるため炉
は垂直である。別の形態では、ロータは他の合金から作
ることができ、タービンロータであっても圧縮器ロータ
であってもよく、炉は水平でもよい。なお、上述の温度
は代表例であり、ロータ材料その他の要因に応じて異な
る。本発明ではロータの軸方向の異なる位置で異なる強
度特性を与えるために熱処理時の温度差が必要とされる
にすぎない。
【００１６】本発明の各種実施形態を以下に示す。 １．ターボ機械用ロータの製造方法であって、ロータ
（１６，１２）の長さに沿って、ロータの軸方向隣接位
置（４４，５２，５４）よりも所要強度条件が高くかつ
稼働時の所要応力腐食割れ感受性が低い１以上の軸方向
位置（４０，４２，４６，４８，５０）を同定する段
階、及び焼戻し時に、隣接位置の強度よりも高い強度を
上記１以上の軸方向位置に付与すべくロータに沿って上
記１以上の軸方向位置と隣接位置とを温度差加熱し、も
ってロータの応力腐食割れ感受性を実質的に増大させず
に前記１以上の軸方向位置での強度状態を高める段階を
含んでなる方法。 ２．焼戻し前のオーステナイト化処理時にロータの長さ
に沿ってロータを実質的に均一に加熱し、次いで焼戻し
前にロータを焼入れする、実施形態１の方法。 ３．前記１以上の軸方向位置がタービンロータの１以上
の最終段からなる、実施形態１の方法。 ４．前記温度差加熱段階が、ロータの前記１以上の軸方
向位置をロータの前記軸方向隣接位置の温度よりも低い
温度に加熱することを含む、実施形態３の方法。 ５．ロータを実質的に垂直な位置においた状態でロータ
の温度差加熱段階を実施することを含む、実施形態１の
方法。 ６．前記温度差加熱段階を炉（１０，１４）内で実施
し、炉を互いに軸方向に離隔し断熱した複数の領域（１
８，２０，２２，２４，２６，３０，３２，３４）に分
割する、実施形態１の方法。 ７．前記ロータが３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼からなり、
最初にロータをその長さに沿って実質的に均一な温度で
オーステナイト化処理（６０）し、オーステナイト化し
たロータを焼入れ（６２）し、次いで前記隣接位置より
も高い強度を前記１以上の軸方向位置に付与すべくロー
タを温度差加熱（６４）する段階を含む、実施形態１の
方法。 ８．約８４０℃の温度でロータをオーステナイト化処理
すること、及びロータの前記隣接位置の温度よりも低い
温度にロータの前記１以上の軸方向位置を加熱すること
によってロータを温度差焼戻しすることを含む、実施形
態７の方法。 ９．前記隣接位置で約５９５℃の温度に加熱するととも
に前記１以上の軸方向位置を約５８０℃の温度に加熱す
ることによってロータを焼戻しすることを含む、実施形
態８の方法。 １０．ターボ機械用ロータの製造方法であって、ロータ
の長さに沿って、ロータの軸方向隣接位置よりも高い強
度を必要とする１以上の軸方向位置（４０，４２，４
６，４８，５０）を同定する段階、ロータのオーステナ
イト化処理（６０）時に、長さ方向に実質的に均一な強
度を有するロータを得るためロータを長さに沿って実質
的に均一に加熱する段階、及びロータのオーステナイト
化処理後、ロータの正味の応力腐蝕割れ感受性を実質的
に増大させずにロータの上記１以上の軸方向位置の強度
をロータの上記軸方向隣接位置の強度よりも高めるべく
ロータを温度差焼戻し（６４）する段階を含んでなる方
法。 １１．前記ターボ機械がタービンを含み、前記１以上の
軸方向位置がタービンロータの最終段からなる、実施形
態１０の方法。 １２．前記温度差加熱段階が、ロータの１以上の軸方向
位置をロータの前記軸方向隣接位置の温度よりも低い温
度に加熱することを含む、実施形態１０の方法。 １３．前記温度差加熱段階を炉（１０，１４）内で実施
し、炉を互いに軸方向に離隔し断熱した複数の領域（３
０，３２，３４，１８，２０，２２，２４，２６）に分
割する、実施形態１０の方法。 １４．約８４０℃の温度でロータをオーステナイト化処
理すること、及びロータの前記軸方向隣接位置の温度よ
りも低い温度にロータの前記１以上の軸方向位置を加熱
することによってロータを温度差焼戻しすることを含
む、実施形態１０の方法。 １５．前記軸方向隣接位置で約５９５℃の温度に加熱す
るとともにロータの前記１以上の軸方向位置を約５８０
℃の温度に加熱することによってロータを焼戻しするこ
とを含む、実施形態１４の方法。 １６．タービン用ロータの製造方法であって、（ａ）ロ
ータを炉内で所定時間オーステナイト化処理（６０）す
る段階、（ｂ）オーステナイト化したロータを焼入れ
（６２）する段階、及び（ｃ）ロータの低い温度で焼戻
した軸方向位置の応力腐食割れ感受性を高い温度で焼戻
した軸方向隣接位置の応力腐食割れ感受性を超えて増大
させることなく、ロータの異なる軸方向位置を異なる温
度で所定時間焼戻し（６４）する段階を含んでなる方
法。 １７．ターボ機械用のロータであって、所定の軸方向位
置（４０，４２，４６，４８，５０）での強度がロータ
本体の軸方向隣接位置（４４，５２，５４）の強度より
も高く、上記所定の軸方向位置でのロータ本体の応力腐
食割れ感受性が実質的に上記軸方向隣接位置でのロータ
本体の応力腐食割れ感受性を超えないロータ本体を含ん
でなるロータ。 １８．前記ロータ本体が３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ合金鋼
からなる、実施形態１７のロータ。 １９．前記ロータ本体がＣｒＭｏＶ合金鋼からなる、実
施形態１７のロータ。 ２０．前記ロータ本体がモノリシックである、実施形態
１７のロータ。
（１６，１２）の長さに沿って、ロータの軸方向隣接位
置（４４，５２，５４）よりも所要強度条件が高くかつ
稼働時の所要応力腐食割れ感受性が低い１以上の軸方向
位置（４０，４２，４６，４８，５０）を同定する段
階、及び焼戻し時に、隣接位置の強度よりも高い強度を
上記１以上の軸方向位置に付与すべくロータに沿って上
記１以上の軸方向位置と隣接位置とを温度差加熱し、も
ってロータの応力腐食割れ感受性を実質的に増大させず
に前記１以上の軸方向位置での強度状態を高める段階を
含んでなる方法。 ２．焼戻し前のオーステナイト化処理時にロータの長さ
に沿ってロータを実質的に均一に加熱し、次いで焼戻し
前にロータを焼入れする、実施形態１の方法。 ３．前記１以上の軸方向位置がタービンロータの１以上
の最終段からなる、実施形態１の方法。 ４．前記温度差加熱段階が、ロータの前記１以上の軸方
向位置をロータの前記軸方向隣接位置の温度よりも低い
温度に加熱することを含む、実施形態３の方法。 ５．ロータを実質的に垂直な位置においた状態でロータ
の温度差加熱段階を実施することを含む、実施形態１の
方法。 ６．前記温度差加熱段階を炉（１０，１４）内で実施
し、炉を互いに軸方向に離隔し断熱した複数の領域（１
８，２０，２２，２４，２６，３０，３２，３４）に分
割する、実施形態１の方法。 ７．前記ロータが３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼からなり、
最初にロータをその長さに沿って実質的に均一な温度で
オーステナイト化処理（６０）し、オーステナイト化し
たロータを焼入れ（６２）し、次いで前記隣接位置より
も高い強度を前記１以上の軸方向位置に付与すべくロー
タを温度差加熱（６４）する段階を含む、実施形態１の
方法。 ８．約８４０℃の温度でロータをオーステナイト化処理
すること、及びロータの前記隣接位置の温度よりも低い
温度にロータの前記１以上の軸方向位置を加熱すること
によってロータを温度差焼戻しすることを含む、実施形
態７の方法。 ９．前記隣接位置で約５９５℃の温度に加熱するととも
に前記１以上の軸方向位置を約５８０℃の温度に加熱す
ることによってロータを焼戻しすることを含む、実施形
態８の方法。 １０．ターボ機械用ロータの製造方法であって、ロータ
の長さに沿って、ロータの軸方向隣接位置よりも高い強
度を必要とする１以上の軸方向位置（４０，４２，４
６，４８，５０）を同定する段階、ロータのオーステナ
イト化処理（６０）時に、長さ方向に実質的に均一な強
度を有するロータを得るためロータを長さに沿って実質
的に均一に加熱する段階、及びロータのオーステナイト
化処理後、ロータの正味の応力腐蝕割れ感受性を実質的
に増大させずにロータの上記１以上の軸方向位置の強度
をロータの上記軸方向隣接位置の強度よりも高めるべく
ロータを温度差焼戻し（６４）する段階を含んでなる方
法。 １１．前記ターボ機械がタービンを含み、前記１以上の
軸方向位置がタービンロータの最終段からなる、実施形
態１０の方法。 １２．前記温度差加熱段階が、ロータの１以上の軸方向
位置をロータの前記軸方向隣接位置の温度よりも低い温
度に加熱することを含む、実施形態１０の方法。 １３．前記温度差加熱段階を炉（１０，１４）内で実施
し、炉を互いに軸方向に離隔し断熱した複数の領域（３
０，３２，３４，１８，２０，２２，２４，２６）に分
割する、実施形態１０の方法。 １４．約８４０℃の温度でロータをオーステナイト化処
理すること、及びロータの前記軸方向隣接位置の温度よ
りも低い温度にロータの前記１以上の軸方向位置を加熱
することによってロータを温度差焼戻しすることを含
む、実施形態１０の方法。 １５．前記軸方向隣接位置で約５９５℃の温度に加熱す
るとともにロータの前記１以上の軸方向位置を約５８０
℃の温度に加熱することによってロータを焼戻しするこ
とを含む、実施形態１４の方法。 １６．タービン用ロータの製造方法であって、（ａ）ロ
ータを炉内で所定時間オーステナイト化処理（６０）す
る段階、（ｂ）オーステナイト化したロータを焼入れ
（６２）する段階、及び（ｃ）ロータの低い温度で焼戻
した軸方向位置の応力腐食割れ感受性を高い温度で焼戻
した軸方向隣接位置の応力腐食割れ感受性を超えて増大
させることなく、ロータの異なる軸方向位置を異なる温
度で所定時間焼戻し（６４）する段階を含んでなる方
法。 １７．ターボ機械用のロータであって、所定の軸方向位
置（４０，４２，４６，４８，５０）での強度がロータ
本体の軸方向隣接位置（４４，５２，５４）の強度より
も高く、上記所定の軸方向位置でのロータ本体の応力腐
食割れ感受性が実質的に上記軸方向隣接位置でのロータ
本体の応力腐食割れ感受性を超えないロータ本体を含ん
でなるロータ。 １８．前記ロータ本体が３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ合金鋼
からなる、実施形態１７のロータ。 １９．前記ロータ本体がＣｒＭｏＶ合金鋼からなる、実
施形態１７のロータ。 ２０．前記ロータ本体がモノリシックである、実施形態
１７のロータ。
【００１７】現時点で最も実用的で好ましい実施形態で
あると思料される実施形態に関して本発明を説明してき
たが、本発明は開示した実施形態に限られることはな
く、逆に特許請求の範囲に記載された技術的思想及び技
術的範囲に属する様々な修正及び均等な構成を包含する
ものである。
あると思料される実施形態に関して本発明を説明してき
たが、本発明は開示した実施形態に限られることはな
く、逆に特許請求の範囲に記載された技術的思想及び技
術的範囲に属する様々な修正及び均等な構成を包含する
ものである。
【図１】 本発明による蒸気ロータの品質熱処理の温度
と時間の関係を示すオーステナイト化と焼戻しの熱サイ
クルを示す図。
と時間の関係を示すオーステナイト化と焼戻しの熱サイ
クルを示す図。
【図２】 複流蒸気タービンロータの焼戻しを概略的に
示す図。
示す図。
【図３】 単流低圧ロータの焼戻しを概略的に示す図。
１０，１４ 炉 １２，１６ ロータ ２８，３６ 耐火ボード ６０ オーステナイト化 ６２ 焼戻し ６４ 温度差加熱
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０１Ｄ 5/28 Ｆ０１Ｄ 5/28 (72)発明者 ロビン・カール・シュワント アメリカ合衆国、ニューヨーク州、パター ソンビル、ミューゼルバック・ロード、 309番 Ｆターム(参考） 3G002 AA07 AA11 AA13 AB08 EA04 EA06 4K042 AA25 BA07 CA06 CA08 CA10 DA01 DA02 DC05
Claims (20)
- 【請求項１】 ターボ機械用ロータの製造方法であっ
て、 ロータの長さに沿って、ロータの軸方向隣接位置よりも
所要強度条件が高くかつ稼働時の所要応力腐食割れ感受
性が低い１以上の軸方向位置を同定する段階、及び焼戻
し時に、隣接位置の強度よりも高い強度を上記１以上の
軸方向位置に付与すべくロータに沿って上記１以上の軸
方向位置と隣接位置とを温度差加熱し、もってロータの
応力腐食割れ感受性を実質的に増大させずに前記１以上
の軸方向位置での強度状態を高める段階を含んでなる方
法。 - 【請求項２】 焼戻し前のオーステナイト化処理時にロ
ータの長さに沿ってロータを実質的に均一に加熱し、次
いで焼戻し前にロータを焼入れする、請求項１記載の方
法。 - 【請求項３】 前記１以上の軸方向位置がタービンロー
タの１以上の最終段からなる、請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記温度差加熱段階が、ロータの前記１
以上の軸方向位置をロータの前記軸方向隣接位置の温度
よりも低い温度に加熱することを含む、請求項３記載の
方法。 - 【請求項５】 ロータを実質的に垂直な位置においた状
態でロータの温度差加熱段階を実施することを含む、請
求項１記載の方法。 - 【請求項６】 前記温度差加熱段階を炉内で実施し、炉
を互いに軸方向に離隔し断熱した複数の領域に分割す
る、請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 前記ロータが３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼
からなり、最初にロータをその長さに沿って実質的に均
一な温度でオーステナイト化処理し、オーステナイト化
したロータを焼入れし、次いで前記隣接位置よりも高い
強度を前記１以上の軸方向位置に付与すべくロータを温
度差加熱する段階を含む、請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 約８４０℃の温度でロータをオーステナ
イト化処理すること、及びロータの前記隣接位置の温度
よりも低い温度にロータの前記１以上の軸方向位置を加
熱することによってロータを温度差焼戻しすることを含
む、請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 前記隣接位置で約５９５℃の温度に加熱
するとともに前記１以上の軸方向位置を約５８０℃の温
度に加熱することによってロータを焼戻しすることを含
む、請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 ターボ機械用ロータの製造方法であっ
て、 ロータの長さに沿って、ロータの軸方向隣接位置よりも
高い強度を必要とする１以上の軸方向位置を同定する段
階、 ロータのオーステナイト化処理時に、長さ方向に実質的
に均一な強度を有するロータを得るためロータを長さに
沿って実質的に均一に加熱する段階、及びロータのオー
ステナイト化処理後、ロータの正味の応力腐蝕割れ感受
性を実質的に増大させずにロータの上記１以上の軸方向
位置の強度をロータの上記軸方向隣接位置の強度よりも
高めるべくロータを温度差焼戻しする段階を含んでなる
方法。 - 【請求項１１】 前記ターボ機械がタービンを含み、前
記１以上の軸方向位置がタービンロータの最終段からな
る、請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 前記温度差加熱段階が、ロータの１以
上の軸方向位置をロータの前記軸方向隣接位置の温度よ
りも低い温度に加熱することを含む、請求項１０記載の
方法。 - 【請求項１３】 前記温度差加熱段階を炉内で実施し、
炉を互いに軸方向に離隔し断熱した複数の領域に分割す
る、請求項１０記載の方法。 - 【請求項１４】 約８４０℃の温度でロータをオーステ
ナイト化処理すること、及びロータの前記軸方向隣接位
置の温度よりも低い温度にロータの前記１以上の軸方向
位置を加熱することによってロータを温度差焼戻しする
ことを含む、請求項１０記載の方法。 - 【請求項１５】 前記軸方向隣接位置で約５９５℃の温
度に加熱するとともにロータの前記１以上の軸方向位置
を約５８０℃の温度に加熱することによってロータを焼
戻しすることを含む、請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 タービン用ロータの製造方法であっ
て、 （ａ）ロータを炉内で所定時間オーステナイト化処理す
る段階、 （ｂ）オーステナイト化したロータを焼入れする段階、
及び （ｃ）ロータの低い温度で焼戻した軸方向位置の応力腐
食割れ感受性を高い温度で焼戻した軸方向隣接位置の応
力腐食割れ感受性を超えて増大させることなく、ロータ
の異なる軸方向位置を異なる温度で所定時間焼戻しする
段階を含んでなる方法。 - 【請求項１７】 ターボ機械用のロータであって、 所定の軸方向位置での強度がロータ本体の軸方向隣接位
置の強度よりも高く、上記所定の軸方向位置でのロータ
本体の応力腐食割れ感受性が実質的に上記軸方向隣接位
置でのロータ本体の応力腐食割れ感受性を超えないロー
タ本体を含んでなるロータ。 - 【請求項１８】 前記ロータ本体が３．５％ＮｉＣｒＭ
ｏＶ合金鋼からなる、請求項１７記載のロータ。 - 【請求項１９】 前記ロータ本体がＣｒＭｏＶ合金鋼か
らなる、請求項１７記載のロータ。 - 【請求項２０】 前記ロータ本体がモノリシックであ
る、請求項１７記載のロータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/733642 | 2000-12-08 | ||
| US09/733,642 US6344098B1 (en) | 2000-12-08 | 2000-12-08 | High strength steam turbine rotor and methods of fabricating the rotor without increased stress corrosion cracking |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002235116A true JP2002235116A (ja) | 2002-08-23 |
| JP4713796B2 JP4713796B2 (ja) | 2011-06-29 |
Family
ID=24948511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001373575A Expired - Fee Related JP4713796B2 (ja) | 2000-12-08 | 2001-12-07 | 高強度蒸気タービンロータ並びに応力腐蝕割れを増大させずにロータを製造する方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6344098B1 (ja) |
| EP (1) | EP1213443B1 (ja) |
| JP (1) | JP4713796B2 (ja) |
| KR (1) | KR20020046181A (ja) |
| DE (1) | DE60137902D1 (ja) |
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| JP2016511325A (ja) * | 2012-12-28 | 2016-04-14 | テラパワー， エルエルシー | 燃料要素のための鉄をベースとした組成物 |
| US10930403B2 (en) | 2012-12-28 | 2021-02-23 | Terrapower, Llc | Iron-based composition for fuel element |
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