JP2002339036A - Integrated turbine rotor for high-low pressure and production method therefor - Google Patents

Integrated turbine rotor for high-low pressure and production method therefor

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JP2002339036A
JP2002339036A JP2001147914A JP2001147914A JP2002339036A JP 2002339036 A JP2002339036 A JP 2002339036A JP 2001147914 A JP2001147914 A JP 2001147914A JP 2001147914 A JP2001147914 A JP 2001147914A JP 2002339036 A JP2002339036 A JP 2002339036A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an integrated turbine rotor for a high-low pressure which gives excellent high temperature strength and no creep embrittlement as a high pressure part and as a low pressure part excellent toughness, and a production method therefor. SOLUTION: The integrated turbine rotor for the high-low pressure in which high creep strength is realized without generating creep embrittlement by forming a structure of the high pressure part of CrMoV heat resistant steel containing tungsten into the martensitic one where a pro-eutectoid ferritic phase of >10% to <=40% is contained in a bainitic phase is adopted. Alternatively, the integrated turbine rotor for the high-low pressure which has increased smooth creep strength by adding elements such as Co, Nb, Ta, N and B to the steel is provided. Further, the method for producing the high-low integrated type turbine rotor using the steel having the above composition is provided.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はタービンロータおよ
びその製造方法に関するものであり、特に火力発電等で
使用する蒸気タービンに使用される、高低圧一体型のタ
ービンロータおよびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbine rotor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a high-low pressure integrated turbine rotor used for a steam turbine used in thermal power generation and the like, and a method of manufacturing the same. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、火力発電用蒸気タービン等のター
ビンロータの一つとして、高圧部から低圧部まで一体化
された素材を使用した高低圧一体型タービンロータが知
られている。蒸気タービンは蒸気の入口側では高温高圧
の蒸気に曝されるが、末端部に近づくにつれて蒸気の温
度と圧力が低下し、体積が大幅に膨張した蒸気に曝され
る。このため高圧部ではタービンブレードの長さも短
く、タービンロータにかかる応力も比較的小さいのでタ
ービンロータの直径も小さいものでよい。一方、低圧部
では多量の蒸気の力を受け止めるためタービンブレード
の長さを長くして、タービンロータの直径を大きくせね
ばならず、タービンロータにかかる応力は大きなものと
なる。従って、高低圧一体型のタービンロータに要求さ
れる特性としては、高圧部では高温強度、特に優れたク
リープ強度が要求され、一方、低圧部では常温における
機械的強度および優れた靱性が求められる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as one of turbine rotors for a steam turbine for thermal power generation, a high / low pressure integrated turbine rotor using a material integrated from a high pressure portion to a low pressure portion is known. Although the steam turbine is exposed to high-temperature and high-pressure steam at the steam inlet side, the temperature and pressure of the steam decrease as approaching the terminal end, and the steam is exposed to the steam which has significantly expanded in volume. Therefore, in the high pressure part, the length of the turbine blade is short, and the stress applied to the turbine rotor is relatively small. Therefore, the diameter of the turbine rotor may be small. On the other hand, in the low-pressure section, the length of the turbine blade must be increased to receive a large amount of steam force, and the diameter of the turbine rotor must be increased, so that the stress applied to the turbine rotor becomes large. Therefore, as the characteristics required for the high-low pressure integrated turbine rotor, high-pressure parts require high-temperature strength, particularly excellent creep strength, while low-pressure parts require mechanical strength at room temperature and excellent toughness.

【0003】従来、高低圧一体型のタービンロータに用
いられる耐熱鋼の例としては、低合金系のCrMoV鋼
や高Cr系の12Cr鋼(特開昭60−165359、
特開昭62−103345参照)が専ら使用されてき
た。そしてCrMoV系の鋼種を使用してタービンロー
タ素材に加工し、タービンロータの高圧部と低圧部に分
けて異なった条件で熱処理を施し、クリープ特性と靱性
を兼ね備えたタービンロータを得る方法が提案されてい
る。例えば特開平5−195068公報には、前記ター
ビンロータ素材の高圧部を低圧部よりも高温に加熱して
焼き入れをした後、タービンロータ素材全体を所定の温
度で焼き戻すことにより、優れた高温クリープ強度と靱
性を兼ね備えた高低圧一体型のタービンロータを得る方
法が開示されている。
Conventionally, examples of heat-resistant steels used in high-low pressure integrated turbine rotors include low-alloy CrMoV steel and high-Cr 12Cr steel (Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-165359;
JP-A-62-103345) has been exclusively used. A method has been proposed in which a CrMoV-based steel type is used to process a turbine rotor material, and the turbine rotor is divided into a high-pressure portion and a low-pressure portion and subjected to heat treatment under different conditions to obtain a turbine rotor having both creep characteristics and toughness. ing. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei. 5-195068 discloses that a high-pressure portion of the turbine rotor material is heated to a temperature higher than that of a low-pressure portion and then quenched, and then the entire turbine rotor material is tempered at a predetermined temperature to obtain an excellent high-temperature portion. A method for obtaining a high-low pressure integrated turbine rotor having both creep strength and toughness is disclosed.

【0004】また、特開平8−176671公報にはタ
ービンロータ素材を1000〜1150℃で焼準したの
ちパーライト変態させ、さらに920〜950℃で焼準
したのち、高圧部と低圧部を異なる温度で焼入れし、そ
の後タービンロータ素材全体を焼戻しして優れた高温ク
リープ特性と靱性を兼ね備えた高低圧一体型のタービン
ロータを得る方法が開示されている。
Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 8-176671 discloses that a turbine rotor material is normalized at 1000 to 1150 ° C., then transformed into pearlite, further normalized at 920 to 950 ° C., and then a high pressure part and a low pressure part are treated at different temperatures. There is disclosed a method of quenching and thereafter tempering the entire turbine rotor material to obtain a high-low pressure integrated turbine rotor having both excellent high-temperature creep characteristics and toughness.

【0005】しかしながら、近年エネルギー効率の一層
の向上が望まれるようになり、タービンに導入される蒸
気温度はますます高くなる傾向にあり、これに伴って発
生する蒸気の量も増大する傾向にあるので、タービンロ
ータに要求される特性も一層厳しいものとなってきた。
このため、従来の低合金鋼製タービンロータでは、その
高圧部における高温機械特性、特にクリープ強度の点で
不十分であり、より高い蒸気温度での使用に耐える材料
を開発する必要がでてきた。
[0005] However, in recent years, further improvement in energy efficiency has been desired, and the temperature of steam introduced into the turbine tends to be higher and the amount of generated steam tends to increase accordingly. Therefore, the characteristics required for the turbine rotor have become more severe.
For this reason, conventional low-alloy steel turbine rotors are insufficient in high-temperature mechanical properties in the high-pressure part, particularly in creep strength, and it is necessary to develop a material that can withstand use at higher steam temperatures. .

【0006】また、タービンロータの低圧部において
は、従来より大きな応力に耐えかつ靱性に富んだ材料が
要求されるようになってきた。高級材料の12Cr鋼を
用いればこれらの材質的な問題は解決できるが、素材の
製造に長期間を要するため、急なニーズに応えることが
できず、また、高コスト化を招くという欠点がある。
[0006] In the low-pressure portion of the turbine rotor, a material which withstands a larger stress and has high toughness has been required. The use of 12Cr steel as a high-grade material can solve these material problems. However, since the production of the material requires a long period of time, it cannot meet the urgent needs, and has the drawback of increasing the cost. .

【0007】そこで、低コストかつ高性能の高低圧一体
型タービンを短納期に作り上げるために、安価な低合金
鋼を用い、かつ高圧部における高温機械特性、特にクリ
ープ強度に優れた高低圧一体型タービンロータの開発が
望まれている。しかしながら、上記の特性を備えた低合
金鋼製の高低圧一体型タービンロータは得られていなか
った。
[0007] Therefore, in order to produce a low-cost, high-performance, high-low pressure integrated turbine in a short delivery time, an inexpensive low-alloy steel is used, and a high-low pressure integrated turbine excellent in high-temperature mechanical properties in a high-pressure part, particularly excellent in creep strength. Development of a turbine rotor is desired. However, a high-low pressure integrated turbine rotor made of low alloy steel having the above characteristics has not been obtained.

【0008】従来、低合金鋼であるCrMoV鋼は、約
950℃の温度から焼入れして使用されてきた。焼入れ
温度を高めると軟らかい初析フェライト相の析出が抑え
られ、強化元素の固溶も促進されて材料強度は高まる
が、新たにクリープ脆化を起こすという問題が発生する
ので、焼入れ温度を高めることができなかった。また、
各種合金元素の添加や熱処理方法の工夫により脆化を抑
制する試みもなされてきたがまだ満足いくものは得られ
ていない。
Hitherto, CrMoV steel, which is a low alloy steel, has been used after being quenched from a temperature of about 950 ° C. Increasing the quenching temperature suppresses the precipitation of the soft pro-eutectoid ferrite phase and promotes solid solution of the strengthening element, increasing the material strength.However, there is a problem that creep embrittlement occurs. Could not. Also,
Attempts have been made to suppress embrittlement by adding various alloying elements and devising a heat treatment method, but no satisfactory one has been obtained.

【0009】また、焼入れ温度を高めると結晶粒の粗大
化が進み、材料の靱性が劣化するという問題があり、こ
の点からも焼入れ温度を1,000℃以上に高めること
ができなかった。このようにCrMoV鋼の高温強度と
脆性は、製造上は相反する熱処理条件によらねばならな
いという難しさを含んでいる。
Further, when the quenching temperature is increased, the crystal grains become coarser and the toughness of the material deteriorates. From this point, the quenching temperature cannot be increased to 1,000 ° C. or higher. As described above, the high-temperature strength and brittleness of the CrMoV steel include difficulty in manufacturing due to the conflicting heat treatment conditions.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、材料
成分を最適化するとともに高圧部の焼入れ温度を高め、
平滑クリープ試験において従来の高低圧一体型ロータ材
の高圧部より高いクリープ破断特性を備え、しかもクリ
ープ脆化を起こしにくく、かつ高圧部、低圧部ともに従
来材と同等以上の高い靱性を有する材料を提供し、この
新規な耐熱鋼で構成されたタービンロータを提供しよう
とするものである。
Accordingly, the present invention is to optimize the material components and raise the quenching temperature of the high pressure section,
In a smooth creep test, a material with higher creep rupture characteristics than the high-pressure part of the conventional high-low pressure integrated rotor material, less likely to cause creep embrittlement, and high toughness equivalent to or higher than the conventional material in both the high-pressure part and the low-pressure part The present invention seeks to provide a turbine rotor made of this novel heat-resistant steel.

【0011】すでに本発明者らは、材料成分の最適化と
高圧部の焼入れ温度上昇を主な改善点とすることで、平
滑クリープ試験において従来の高低圧一体型ロータ材の
高圧部より高いクリープ破断特性を備え、しかもクリー
プ脆化を起こしにくく、かつ高圧部、低圧部ともに従来
材と同等以上の高い靱性を有する低合金耐熱鋼を提案し
ている。(特願2000−031002)
The inventors of the present invention have already optimized the material components and increased the quenching temperature in the high-pressure part as the main improvements, so that the smooth creep test has a higher creep than that of the conventional high-low pressure integrated rotor material. A low-alloy heat-resistant steel having fracture characteristics, hardly causing creep embrittlement, and having high toughness equivalent to or higher than conventional materials in both high-pressure and low-pressure parts has been proposed. (Japanese Patent Application 2000-031002)

【0012】先の提案では、高温特性、特にクリープ脆
化特性には不純物の影響が大きいことを突き止め、所定
の合金配合をするのみならず、燐、硫黄、銅、アルミニ
ウム、砒素、錫、アンチモンといった有害な微量不純物
元素を極力低く抑えることで、980℃以上の高温度か
らの焼入れを可能にし、高い靱性を有し、高温特性に優
れた、特にクリープ脆化を起こしにくい低合金耐熱鋼と
その製造方法並びにその低合金耐熱鋼からなるタービン
ロータを提案した。
In the previous proposal, it was found that the high temperature properties, particularly the creep embrittlement properties, were greatly affected by impurities, and not only were the prescribed alloys blended, but also phosphorus, sulfur, copper, aluminum, arsenic, tin, antimony. By suppressing harmful trace impurity elements as low as possible, it enables quenching from a high temperature of 980 ° C or higher, has high toughness, has excellent high temperature properties, and is especially suitable for low alloy heat-resistant steel that is unlikely to cause creep embrittlement. The manufacturing method and the turbine rotor made of the low alloy heat resistant steel were proposed.

【0013】また、本発明者らは、主として高圧タービ
ンロータ材として用いることを目的とした低合金耐熱鋼
において、クリープ脆化と結晶粒径とに密接な関係が有
ることを付き止め、結晶粒径を適切な範囲内に制御する
ことでクリープ脆化を回避できることを示した。(特願
2001−61842号)
In addition, the present inventors have found that in low-alloy heat-resistant steel mainly intended for use as a material for a high-pressure turbine rotor, it has been found that creep embrittlement has a close relationship with crystal grain size, It was shown that creep embrittlement can be avoided by controlling the diameter within an appropriate range. (Japanese Patent Application No. 2001-61842)

【0014】ところで、結晶粒を適切な範囲内の粒径に
微細化するためには、強い鍛造や急速加熱処理を施した
り、あるいは熱処理を繰り返し行う等の手段を講じるの
が一般的である。比較的小型部材であれば強鍛造・急速
加熱が可能なので、目標の結晶粒を保つことは比較的容
易であるが、タービンロータのような大型部材では、素
材の鍛造工程において鍛伸と据え込みを繰り返し行った
り、熱処理を繰り返し行うしか方法が無く、工程が長時
間に及ぶために、大幅なコスト高を余儀なくされて実質
的には採用が困難である。
By the way, in order to refine the crystal grains to a grain size within an appropriate range, it is common to take measures such as performing strong forging, rapid heating treatment, or repeatedly performing heat treatment. It is relatively easy to maintain the target crystal grains because relatively small members can be strongly forged and rapidly heated, but for large members such as turbine rotors, forging and upsetting in the material forging process. There is no other method than repeating the heat treatment or repeating the heat treatment, and the process takes a long time, so that the cost is greatly increased and it is practically difficult to adopt the method.

【0015】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、高圧部の靭性、低圧部の強度特性や靭性等、
高低圧一体型ロータとして必要な特性は確保した上で、
大型の素材でも高圧部において、その表層部と中心部で
均一な優れた高温特性、特に耐クリープ脆化特性を有す
る強度の高い部材を得ることを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made in consideration of, for example, the toughness of a high-pressure part and the strength characteristics and toughness of a low-pressure part.
After securing the characteristics required for a high-low pressure integrated rotor,
It is an object of the present invention to obtain a high-strength member having excellent high-temperature characteristics, particularly high creep embrittlement resistance, which is uniform in the surface layer and the center of a high-pressure part even in a large-sized material.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、従来、強度や靭
性の低下要因とされ、金属組織中に含有されることを避
けられてきた初析フェライト相に着目し、特定の成分系
であれば初析フェライト相を積極的に利用することによ
って強度や靭性を確保したままクリープ脆化を回避でき
ることを突き止めた。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, have conventionally been considered to be factors causing a decrease in strength and toughness, and can be prevented from being contained in a metal structure. Focusing on the pro-eutectoid ferrite phase, it has been found that creep embrittlement can be avoided while ensuring strength and toughness by actively using the pro-eutectoid ferrite phase in a specific component system.

【0017】しかし、タービンロータのような大型部材
では、表層部と中心部とで冷却条件が異なり、表層部近
傍に適量の初析フェライトを析出させるような冷却条件
を採用すると、中心部には必要以上に多量の初析フェラ
イトが析出する不具合があった。また、特に基地強化元
素を固溶させて強度を増すために焼入れ温度を高めた材
料では結晶粒が粗大になり易いため、クリープ脆化を引
き起こす可能性を残していた。
However, in the case of a large member such as a turbine rotor, the cooling conditions are different between the surface layer and the central portion. There was a problem that an unnecessarily large amount of proeutectoid ferrite was deposited. Further, particularly in a material in which the quenching temperature is increased in order to increase the strength by dissolving the matrix strengthening element as a solid solution, the crystal grains are likely to become coarse, so that there is a possibility that creep embrittlement may be caused.

【0018】そこで、所定の合金成分を有する素材の熱
処理過程において、高圧部を従来より高温度領域から冷
却速度を制御しながら焼入れて所定量の初析フェライト
相を析出させ、かつ低圧部を従来と同等またはそれ以上
の温度に加熱した後、冷却効果の大きい手法で冷却する
ことによって、高圧部では優れたクリープ強度を有し、
特にクリープ脆化を起こさず、しかも低圧部においては
高い靱性を有する高低圧一体型のタービンロータを得ら
れることを見出して、本発明を完成させた。
Therefore, in the process of heat treatment of a material having a predetermined alloy component, the high pressure portion is quenched from a higher temperature region while controlling the cooling rate to precipitate a predetermined amount of a pro-eutectoid ferrite phase, and the low pressure portion is formed by a conventional method. After heating to a temperature equal to or higher than that, by cooling with a method with a large cooling effect, it has excellent creep strength at high pressure parts,
In particular, they have found that it is possible to obtain a high-low pressure integrated turbine rotor that does not cause creep embrittlement and has high toughness in a low-pressure portion, and completed the present invention.

【0019】本発明の高低圧一体型タービンロータにお
いて高圧蒸気で使用される部分(高圧部)は、600℃
で応力176MPaの条件での平滑クリープ破断試験に
おけるクリープ破断時間が2,500時間以上で、かつ
同条件での切欠きクリープ破断試験におけるクリープ破
断時間が5,000時間以上のすぐれた高温特性を有す
るものである。
In the high / low pressure integrated turbine rotor of the present invention, the portion used for high pressure steam (high pressure portion) is 600 ° C.
It has excellent high-temperature properties in which the creep rupture time in a smooth creep rupture test under the condition of a stress of 176 MPa is 2,500 hours or more, and the creep rupture time in the notch creep rupture test under the same conditions is 5,000 hours or more. Things.

【0020】また、本発明の高低圧一体型タービンロー
タの低圧蒸気で使用される部分(低圧部)は、0.2%
耐力が686MPa以上で、かつシャルピー衝撃吸収エ
ネルギーが98J以上の優れた靭性を有するものであ
る。
The part (low-pressure part) used for low-pressure steam of the high-low pressure integrated turbine rotor of the present invention is 0.2%
It has excellent toughness with a proof stress of 686 MPa or more and a Charpy impact absorption energy of 98 J or more.

【0021】このように本発明の高低圧一体型のタービ
ンロータは、高圧部の優れたクリープ特性と、低圧部の
優れた靭性とを兼ね備えた特性を有するものである。
尚、本発明者は上記の特性を後述の実施例により検証し
ている。この試験方法及び試験結果については(実施
例)に詳述する。
As described above, the high / low pressure integrated turbine rotor of the present invention has excellent creep characteristics in the high pressure portion and excellent toughness in the low pressure portion.
The inventor has verified the above-mentioned characteristics in Examples described later. This test method and test results will be described in detail in (Example).

【0022】本発明の高低圧一体型のタービンロータの
製造方法は、特定組成の合金鋼からなるタービンロータ
素材を、その高圧部に相当する部分と低圧部に相当する
部分においてそれぞれ異なった熱処理をする方法であ
る。すなわち、タービンロータ素材の高圧部に相当する
部分を980℃以上1100℃以下に加熱し、タービン
ロータ素材の低圧部に相当する部分を850℃以上98
0℃未満に加熱した後、タービンロータ素材の高圧部に
相当する部分は900℃から700℃の所定の温度まで
は噴水冷却または衝風冷却のうち1種以上の手法を用い
て冷却し、次いで5分間から5時間空冷した後、300
℃まで噴水冷却または衝風冷却もしくは油冷却のうち1
種以上の手法を用いて冷却し、タービンロータ素材の低
圧部に相当する部分は油焼入れ以上の速度速度が得られ
る手法で冷却する。
According to the method of manufacturing a high-low pressure integrated turbine rotor of the present invention, a turbine rotor material made of an alloy steel having a specific composition is subjected to different heat treatments in a portion corresponding to a high pressure portion and a portion corresponding to a low pressure portion. How to That is, the portion corresponding to the high-pressure portion of the turbine rotor material is heated to 980 ° C. or more and 1100 ° C. or less, and the portion corresponding to the low-pressure portion of the turbine rotor material is heated to 850 ° C. or more.
After heating to less than 0 ° C., the portion corresponding to the high pressure portion of the turbine rotor material is cooled to a predetermined temperature of 900 ° C. to 700 ° C. by using one or more of fountain cooling or blast cooling, and then After air cooling for 5 minutes to 5 hours, 300
One of fountain cooling, blast cooling or oil cooling down to ℃
Cooling is performed using more than one method, and the portion corresponding to the low-pressure portion of the turbine rotor material is cooled by a method capable of obtaining a speed higher than that of oil quenching.

【0023】つまり、本発明のタービンロータの製造方
法は、タービンロータ素材の高圧部に相当する部分は高
い温度から焼入れをして高い温度で焼戻しを施し、一
方、低圧部に相当する部分は比較的低い温度から焼入れ
して比較的低い温度で焼戻しする方法を採用している。
In other words, according to the method for manufacturing a turbine rotor of the present invention, a portion corresponding to a high pressure portion of a turbine rotor material is quenched from a high temperature and tempered at a high temperature, while a portion corresponding to a low pressure portion is compared with a high pressure portion. It employs a method of quenching at a relatively low temperature and tempering at a relatively low temperature.

【0024】前記高圧部と低圧部に相当する部分に対し
てそれぞれ異なった熱処理を施すことにより、高圧部に
相当する部分は、600℃で応力176MPaの条件で
の平滑クリープ破断試験におけるクリープ破断時間が
2,500時間以上であり、かつ同条件での切欠きクリ
ープ破断試験におけるクリープ破断時間が5,000時
間以上のすぐれた高温特性を有し、また、低圧部は0.
2%耐力が686MPa以上で、かつシャルピー衝撃吸
収エネルギーが98J以上の優れた靭性を有するものと
することができる。
By applying different heat treatments to the high pressure portion and the low pressure portion, the portion corresponding to the high pressure portion has a creep rupture time in a smooth creep rupture test at 600 ° C. and a stress of 176 MPa. Is 2,500 hours or more, and has excellent high-temperature characteristics in which the creep rupture time in the notch creep rupture test is 5,000 hours or more under the same conditions.
It can have excellent toughness with a 2% proof stress of 686 MPa or more and a Charpy impact absorption energy of 98 J or more.

【0025】ここで、前記高温特性のうち、切欠クリー
プ破断強度について説明する。通常、鋼材に応力を加え
ると、比較的低い応力でも高温度の時は非常に徐々にで
はあるが塑性変形を起こして伸びを呈し、やがては急速
に伸びが進行してくびれ、破断に至る。この現象がクリ
ープ現象(クリープ破断現象)である。このクリープ現
象は結晶粒界における粘性流れや結晶内の転位の移動に
よるものと考えられる。高温クリープ破断試験は、高温
度で材料に一定静荷重を長時間作用させて破断するまで
の時間を測定している。試験片は一定断面積を持つ丸棒
が使用され、測定方法はJISのZ−2272に規定さ
れている。JISに規定されているのは平滑クリープ破
断試験であり、試験片の測定部分の標点間は滑らかに削
って仕上げたものが使用される。
Here, the notch creep rupture strength among the high temperature characteristics will be described. Normally, when stress is applied to a steel material, even at a relatively low stress, at a high temperature, plastic deformation occurs very gradually, and elongation is exhibited, and then elongation progresses rapidly, causing constriction and breakage. This phenomenon is a creep phenomenon (creep rupture phenomenon). This creep phenomenon is considered to be due to the viscous flow at the grain boundaries and the movement of dislocations in the crystal. In the high-temperature creep rupture test, a material is subjected to a constant static load for a long time at a high temperature to measure the time until rupture. As the test piece, a round bar having a constant cross-sectional area is used, and the measuring method is specified in JIS Z-2272. What is specified in JIS is a smooth creep rupture test, and a test piece which is finished by smooth cutting between the reference points of the measurement portion of the test piece is used.

【0026】これに対して切欠クリープ破断試験では、
評点間に切欠(ノッチ)を設けた試験片を使用する。引
張られる測定部分の断面積(切欠底の断面積)は平滑ク
リープ破断試験の場合と同じにして応力を定めている。
また、試験片の平行部(上記平滑試験に用いる試験片の
評点間に相当)の直径はノッチ底の直径の1.2倍と
し、ノッチは開き角度60°、ノッチ底の曲率半径0.
13mmとし、引張り方向と垂直に切り込んでいる。上
記平滑クリープ破断試験では、引張応力を加えると標点
間が次第に伸び、標点間がくびれてやがては破断に至
る。これに対して試験片に切欠を設けた切欠クリープ破
断試験では、試験片が引張られた時に、切欠部を変形さ
せまいとする応力が切欠部を取り巻くように働き(いわ
ゆる多軸応力)、均一伸び現象を呈することなく破断に
至る。
On the other hand, in the notch creep rupture test,
Use a test piece with a notch between scores. The stress is determined in the same manner as in the case of the smooth creep rupture test with respect to the cross-sectional area (cross-sectional area of the notch bottom) of the measurement portion to be pulled.
The diameter of the parallel portion of the test piece (corresponding to the score of the test piece used in the above-mentioned smoothing test) was 1.2 times the diameter of the notch bottom, the notch was opened at an angle of 60 °, and the radius of curvature of the notch bottom was 0.1 mm.
It is 13 mm and is cut perpendicular to the pulling direction. In the above-mentioned smooth creep rupture test, when tensile stress is applied, the gap between the gauge points gradually expands, the gap between the gauge points narrows, and eventually breaks. On the other hand, in the notch creep rupture test in which a notch is provided in the test piece, when the test piece is pulled, the stress that does not deform the notch acts to surround the notch (so-called multiaxial stress), and It breaks without exhibiting the elongation phenomenon.

【0027】一般に延性の高い材料では、切欠によって
変形が拘束されることによって破断に至るまでの時間が
平滑クリープ破断試験より長くなるが、鋼種によって
は、クリープ破断試験中に材料の脆化が徐々に進み、ボ
イドの発生やその連結によってき裂が生じる現象が加速
されてクリープ破断を起こすものが現れる。この場合は
この切欠クリープ破断試験を行った方が、前記平滑クリ
ープ破断試験を行った場合より短時間で試験片が破断す
る。このような現象を切欠弱化と呼び、クリープ脆化を
示す指標として用いることができる。すなわち、応力や
温度条件をそろえて、平滑クリープ破断試験と切欠クリ
ープ破断試験をそれぞれ行い、両者のクリープ破断時間
を比較することで、クリープ脆化の程度を明確に示すこ
とが可能となる。
In general, in a material with high ductility, the time required to break due to the restraint of deformation by the notch is longer than that in the smooth creep rupture test. However, depending on the type of steel, the material gradually becomes brittle during the creep rupture test. The phenomenon in which cracks are generated due to the generation of voids and their connection is accelerated, and some creep ruptures appear. In this case, the test piece breaks faster in the notch creep rupture test than in the smooth creep rupture test. Such a phenomenon is called notch weakening and can be used as an index indicating creep embrittlement. That is, a smooth creep rupture test and a notch creep rupture test are performed under the same stress and temperature conditions, and by comparing the creep rupture times of the two, it is possible to clearly indicate the degree of creep embrittlement.

【0028】タービンロータは、運転中は応力がかかっ
た状態で長時間高温度に曝されるので、経時的な材料強
度の低下が問題となる。従来、タービンロータに用いる
材料についてはJISに規定された平滑高温クリープ破
断試験のみで品質が評価されていたが、本発明者らは切
欠高温クリープ破断試験を行うことにより、材料の高温
強度特性、特にクリープ脆化特性を評価する手段を見い
だした。この手段により、所定成分のタービンロータ素
材に対して、高圧部の金属組織が従来材と同様にベーナ
イト単相のものと、ベーナイト相に初析フェライト相が
混合した複合組織を有するものの比較評価を行い、体積
%で10%を超え40%以下の初析フェライト相が含ま
れるものにおいてクリープ脆化が抑制されることを明ら
かにした。
During operation, the turbine rotor is exposed to a high temperature for a long time under a stress, so that the material strength is degraded with time. Conventionally, the quality of a material used for a turbine rotor has been evaluated only by a smooth high-temperature creep rupture test specified in JIS. In particular, a means for evaluating creep embrittlement properties has been found. By this means, with respect to the turbine rotor material of a predetermined component, a comparative evaluation of a metal structure of a high pressure part having a single structure of bainite as in the conventional material and a structure having a composite structure in which a bainite phase is mixed with a proeutectoid ferrite phase is performed. It was clarified that creep embrittlement was suppressed in those containing a pro-eutectoid ferrite phase of more than 10% and not more than 40% by volume%.

【0029】しかしながら、前記高圧部の熱処理時に従
来法による冷却を採用した場合、冷却速度が遅くなるタ
ービンロータ素材の中心部(直径方向の中心部)では所定
量の初析フェライト相を析出させることができるが、表
層部では冷却速度が速いため初析フェライト相は析出し
にくい。そこで本発明者は、この問題を解決するために
鋭意検討を行い、その結果、高圧部の冷却に際しては、
900℃から700℃の所定の温度までは冷却手段とし
て噴水冷却および/または衝風冷却を用いて冷却し、次
いで5分間から5時間空冷した後、300℃まで、噴水
冷却または衝風冷却若しくは油冷却のうち1種以上の冷
却手段を用いて冷却することによって、大型のタービン
ロータ素材の高圧部各位置(最終的に切削加工される表
層部分は除く)において適切量の初析フェライト相を析
出させることを可能とした。
However, when cooling by the conventional method is employed during the heat treatment of the high-pressure section, a predetermined amount of a pro-eutectoid ferrite phase is precipitated at the center (diameter-center) of the turbine rotor material where the cooling rate is slow. However, the proeutectoid ferrite phase hardly precipitates at the surface layer because the cooling rate is high. Therefore, the present inventor has conducted intensive studies to solve this problem, and as a result, when cooling the high-pressure part,
Cool down to a predetermined temperature of 900 ° C. to 700 ° C. using fountain cooling and / or blast cooling as a cooling means, then air-cool for 5 minutes to 5 hours, and then fountain cooling or blast cooling or oil to 300 ° C. By cooling using one or more types of cooling means, an appropriate amount of pro-eutectoid ferrite phase is precipitated at each position (excluding the surface layer that is finally cut) in the high-pressure part of a large turbine rotor material. It was made possible.

【0030】本発明の成分系の一部では、タービンロー
タの直径が大きいため高圧部に比べて特に冷却速度が遅
くなるタービンロータ素材の低圧部の中心部(直径方向
の中心部)において、体積%で30%以下のフェライト
相が析出するものもあった。しかし、0.2%耐力や衝
撃特性のいずれもタービンロータとしての目標値を上回
っており体積%で30%以下のフェライト相であれば、
タービンロータの低圧部を構成する材料として実質的に
問題が無いことも明らかにした。
In a part of the component system of the present invention, since the diameter of the turbine rotor is large, the cooling speed is particularly low as compared with the high pressure part. In some cases, 30% or less of a ferrite phase was precipitated. However, if both the 0.2% proof stress and the impact characteristics exceed the target values as a turbine rotor and the ferrite phase is 30% or less by volume%,
It has also been found that there is substantially no problem as a material constituting the low-pressure portion of the turbine rotor.

【0031】以上の研究に基づき、本発明は以下の構成
を採用した。
Based on the above research, the present invention has adopted the following constitution.

【0032】すなわち、請求項1に記載の発明は、高圧
部と低圧部とが一体に形成された高低圧一体型タービン
ロータであって、重量%で炭素:0.20〜0.35
%、珪素:0.15%以下、マンガン:0.05〜1.
0%、ニッケル:0.3〜2.5%、クロム:1.0〜
3.0%、モリブデン:0.5〜1.5%、タングステ
ン:0.1〜3.0%、バナジウム:0.1〜0.3%
を含み、燐:0.012%以下、硫黄:0.005%以
下、銅:0.15%以下、アルミニウム:0.01%以
下、砒素:0.01%以下、錫:0.01%以下、アン
チモン:0.003%以下であって、残部が不可避的不
純物を含む鉄からなる組成を有し、前記高圧部の金属組
織が、体積%で10%を超え40%以下の初析フェライ
ト相と残部のベーナイト相からなることを特徴とする高
低圧一体型タービンロータである。
That is, the first aspect of the present invention is a high-low pressure integrated turbine rotor in which a high-pressure portion and a low-pressure portion are integrally formed, wherein carbon is 0.20 to 0.35% by weight.
%, Silicon: 0.15% or less, manganese: 0.05-1.
0%, nickel: 0.3-2.5%, chromium: 1.0-
3.0%, molybdenum: 0.5 to 1.5%, tungsten: 0.1 to 3.0%, vanadium: 0.1 to 0.3%
Phosphorus: 0.012% or less, Sulfur: 0.005% or less, Copper: 0.15% or less, Aluminum: 0.01% or less, Arsenic: 0.01% or less, Tin: 0.01% or less , Antimony: 0.003% or less, the balance being composed of iron containing unavoidable impurities, wherein the metal structure of the high-pressure portion is more than 10% by volume and more than 40% or less pro-eutectoid ferrite phase And a balance of the bainite phase.

【0033】本発明の高低圧タービンロータに用いられ
ている合金は従来の高低圧一体型ロータ用低合金耐熱鋼
にWを添加して高圧部の高温強度の向上を図っている。
ここで、高温部のクリープ強度の向上を重視する場合に
は、タングステンの含有量を多めにし、低温部の靱性の
向上を重視する場合には、タングステンの含有量を少な
目にすると良い。そして、高圧部の金属組織は、体積%
で10%を超え40%以下の初析フェライト相と残部の
ベーナイト相からなるよう制御されており、これによっ
て高圧部のクリープ脆化を回避している。
The alloy used in the high / low pressure turbine rotor of the present invention is intended to improve the high temperature strength of the high pressure portion by adding W to the conventional low alloy heat resistant steel for the high / low pressure integrated rotor.
Here, when importance is placed on the improvement of the creep strength in the high-temperature part, the content of tungsten is increased. When importance is placed on the improvement of the toughness in the low-temperature part, the content of tungsten is preferably reduced. And the metal structure of the high pressure part is
, And is controlled to be composed of a pro-eutectoid ferrite phase of more than 10% and 40% or less and a remaining bainite phase, thereby avoiding creep embrittlement of the high-pressure part.

【0034】次に、請求項2に記載の発明は、高圧部と
低圧部とが一体に形成された高低圧一体型タービンロー
タであって、重量%で炭素:0.20〜0.35%、珪
素:0.15%以下、マンガン:0.05〜1.0%、
ニッケル:0.05〜2.5%、クロム:1.0〜3.
0%、モリブデン:0.5〜1.5%、タングステン:
0.1〜3.0%、バナジウム:0.1〜0.3%、コ
バルト:0.1〜3.0%を含み、燐:0.012%以
下、硫黄:0.005%以下、銅:0.15%以下、ア
ルミニウム:0.01%以下、砒素:0.01%以下、
錫:0.01%以下、アンチモン:0.003%以下で
あって、残部が不可避的不純物を含む鉄からなる組成を
有し、前記高圧部の金属組織が、体積%で10%を超え
40%以下の初析フェライト相と残部のベーナイト相か
らなることを特徴とする高低圧一体型タービンロータで
ある。
Next, a second aspect of the present invention is a high-low pressure integrated turbine rotor in which a high-pressure portion and a low-pressure portion are integrally formed, wherein carbon: 0.20 to 0.35% by weight. , Silicon: 0.15% or less, manganese: 0.05 to 1.0%,
Nickel: 0.05-2.5%, chromium: 1.0-3.
0%, molybdenum: 0.5 to 1.5%, tungsten:
0.1-3.0%, vanadium: 0.1-0.3%, cobalt: 0.1-3.0%, phosphorus: 0.012% or less, sulfur: 0.005% or less, copper : 0.15% or less, aluminum: 0.01% or less, arsenic: 0.01% or less,
Tin: 0.01% or less, antimony: 0.003% or less, with the balance being iron containing unavoidable impurities, and the metal structure of the high-pressure part is more than 10% by volume and exceeds 40%. % Of the pro-eutectoid ferrite phase and the rest of the bainite phase.

【0035】請求項2に記載のタービンロータに用いら
れている合金は、前記請求項1の合金をベースに、コバ
ルトを添加して高温強度や靭性を高めたものである。高
圧部のクリープ強度を重視する際には、ニッケル量やマ
ンガン量を下げると良いが、その分コバルトを添加する
ことで熱処理特性や材質特性のバランスを保つことがで
きる。この合金も高圧部の金属組織は体積%で10%を
超え40%以下の初析フェライト相と残部のベーナイト
相からなるよう制御されており、これによって高圧部の
クリープ脆化を回避している。
The alloy used in the turbine rotor according to the second aspect is obtained by increasing the high-temperature strength and toughness by adding cobalt to the alloy according to the first aspect. When emphasizing the creep strength of the high-pressure part, it is good to reduce the amount of nickel or manganese, but by adding cobalt accordingly, the balance of heat treatment characteristics and material characteristics can be maintained. This alloy is also controlled so that the metal structure in the high-pressure part is composed of a pro-eutectoid ferrite phase of more than 10% and 40% or less by volume and the remaining bainite phase, thereby avoiding creep embrittlement in the high-pressure part. .

【0036】次に、請求項3に記載の発明は、高圧部と
低圧部とが一体に形成された高低圧一体型タービンロー
タであって、重量%で炭素:0.20〜0.35%、珪
素:0.15%以下、マンガン:0.05〜1.0%、
ニッケル:0.3〜2.5%、クロム:1.0〜3.0
%、モリブデン:0.5〜1.5%、タングステン:
0.1〜3.0%、バナジウム:0.1〜0.3%を含
み、さらにニオブ:0.01〜0.15%、タンタル:
0.01〜0.15%、窒素:0.001〜0.05
%、硼素:0.001〜0.015%のうちから選ばれ
たいずれか一種以上を含み、燐:0.012%以下、硫
黄:0.005%以下、銅:0.15%以下、アルミニ
ウム:0.01%以下、砒素:0.01%以下、錫:
0.01%以下、アンチモン:0.003%以下であっ
て、残部が不可避的不純物を含む鉄からなる組成を有
し、前記高圧部の金属組織が、体積%で10%を超え4
0%以下の初析フェライト相と残部のベーナイト相から
なることを特徴とする高低圧一体型タービンロータであ
る。
A third aspect of the present invention is a high-low pressure integrated turbine rotor in which a high-pressure portion and a low-pressure portion are integrally formed, wherein carbon: 0.20 to 0.35% by weight. , Silicon: 0.15% or less, manganese: 0.05 to 1.0%,
Nickel: 0.3-2.5%, chromium: 1.0-3.0
%, Molybdenum: 0.5 to 1.5%, tungsten:
0.1-3.0%, vanadium: 0.1-0.3%, niobium: 0.01-0.15%, tantalum:
0.01-0.15%, nitrogen: 0.001-0.05
%, Boron: at least one selected from 0.001 to 0.015%, phosphorus: 0.012% or less, sulfur: 0.005% or less, copper: 0.15% or less, aluminum : 0.01% or less, arsenic: 0.01% or less, tin:
0.01% or less, antimony: 0.003% or less, with the balance being composed of iron containing unavoidable impurities, and the metal structure of the high-pressure part is more than 10% by volume and exceeds 4%.
A high / low pressure integrated turbine rotor comprising a 0% or less pro-eutectoid ferrite phase and the balance of a bainite phase.

【0037】請求項3に記載のタービンロータに用いら
れている合金は、高温部のクリープ強度の向上を目標と
し、請求項1のタービンロータに用いられている合金
に、さらにニオブ、タンタル、窒素、または硼素のうち
少なくとも1種の微量元素を添加して、平滑クリープ特
性の一層の向上を図るとともに、高圧部の金属組織を体
積%で10%を超え40%以下の初析フェライト相と残
部のベーナイト相からなるように制御してクリープ脆化
を回避している。
The alloy used in the turbine rotor according to the third aspect aims at improving the creep strength in a high-temperature portion. Niobium, tantalum and nitrogen are further added to the alloy used in the turbine rotor according to the first aspect. , Or at least one of boron, to further improve the smooth creep characteristics, and to increase the metal structure of the high-pressure part by more than 10% by volume to 40% or less of the pro-eutectoid ferrite phase and the balance. To control creep embrittlement.

【0038】次に、請求項4に記載の発明は、高圧部と
低圧部とが一体に形成された高低圧一体型タービンロー
タであって、重量%で炭素:0.20〜0.35%、珪
素:0.15%以下、マンガン:0.05〜1.0%、
ニッケル:0.05〜2.5%、クロム:1.0〜3.
0%、モリブデン:0.5〜1.5%、タングステン:
0.1〜3.0%、バナジウム:0.1〜0.3%、コ
バルト:0.1〜3.0%を含み、さらにニオブ:0.
01〜0.15%、タンタル:0.01〜0.15%、
窒素:0.001〜0.05%、硼素:0.001〜
0.015%のうちから選ばれたいずれか一種以上を含
み、燐:0.012%以下、硫黄:0.005%以下、
銅:0.15%以下、アルミニウム:0.01%以下、
砒素:0.01%以下、錫:0.01%以下、アンチモ
ン:0.003%以下であって、残部が不可避的不純物
を含む鉄からなる組成を有し、前記高圧部の金属組織
が、体積%で10%を超え40%以下の初析フェライト
相と残部のベーナイト相からなることを特徴とする高低
圧一体型タービンロータである。
Next, a fourth aspect of the present invention is a high-low pressure integrated turbine rotor in which a high-pressure portion and a low-pressure portion are integrally formed, wherein carbon: 0.20 to 0.35% by weight. , Silicon: 0.15% or less, manganese: 0.05 to 1.0%,
Nickel: 0.05-2.5%, chromium: 1.0-3.
0%, molybdenum: 0.5 to 1.5%, tungsten:
0.1 to 3.0%, vanadium: 0.1 to 0.3%, cobalt: 0.1 to 3.0%, and niobium: 0.1 to 3.0%.
01-0.15%, tantalum: 0.01-0.15%,
Nitrogen: 0.001 to 0.05%, boron: 0.001 to
Containing at least one selected from 0.015%, phosphorus: 0.012% or less, sulfur: 0.005% or less,
Copper: 0.15% or less, Aluminum: 0.01% or less,
Arsenic: 0.01% or less, Tin: 0.01% or less, Antimony: 0.003% or less, the balance being iron containing unavoidable impurities, and the metal structure of the high-pressure part is: A high / low pressure integrated turbine rotor comprising a pro-eutectoid ferrite phase of more than 10% and 40% or less by volume% and a balance of a bainite phase.

【0039】請求項4に記載のタービンロータに用いら
れている合金は、請求項2のタービンロータの合金にさ
らにニオブ、タンタル、窒素、または硼素のうち少なく
とも1種の微量元素を添加することにより高温部のクリ
ープ強度を向上させたものであり、特に平滑クリープ特
性の一層の向上を図るとともに、高圧部の金属組織を体
積%で10%を超え40%以下の初析フェライト相と残
部のベーナイト相からなるよう制御してクリープ脆化を
回避している。
The alloy used for the turbine rotor according to claim 4 is obtained by further adding at least one trace element of niobium, tantalum, nitrogen, or boron to the alloy of the turbine rotor according to claim 2. The creep strength of the high-temperature portion is improved. In particular, the smooth creep characteristics are further improved, and the metal structure of the high-pressure portion is more than 10% by volume% and 40% or less of the proeutectoid ferrite phase and the remaining bainite. It is controlled to be composed of phases to avoid creep embrittlement.

【0040】次に、本発明の請求項5に記載の発明は、
請求項1から4のいずれか1項に記載の高低圧一体型タ
ービンロータにおいて、前記初析フェライト相中に平均
粒径0.5μm以下の炭・窒化物が微細分散しているこ
とを特徴とするものである。
Next, the invention described in claim 5 of the present invention is as follows.
5. The high-low pressure integrated turbine rotor according to claim 1, wherein carbon / nitride having an average particle size of 0.5 μm or less is finely dispersed in the pro-eutectoid ferrite phase. 6. Is what you do.

【0041】次に、本発明の請求項6に記載の発明は、
請求項1から5のいずれか1項に記載の高低圧一体型タ
ービンロータにおいて、前記高圧部の金属組織の結晶粒
度番号が、3以上6以下であることを特徴とするもので
ある。
Next, the invention described in claim 6 of the present invention is:
The high-low pressure integrated turbine rotor according to any one of claims 1 to 5, wherein a crystal grain size number of a metal structure of the high-pressure portion is 3 or more and 6 or less.

【0042】本発明の高低圧一体型タービンロータの高
圧部は、高温クリープ特性、特に、優れた切欠クリープ
特性と、優れた靱性とを兼ね備えたものである。すなわ
ち、600℃で応力176MPaの条件での平滑クリー
プ破断試験におけるクリープ破断時間が、2,500時
間以上(従来材:2,000時間以下)で、かつ同条件
での切欠きクリープ破断試験におけるクリープ破断時間
が5,000時間以上のすぐれた高温特性を有するもの
である。
The high-pressure portion of the high-low pressure integrated turbine rotor of the present invention has both high-temperature creep characteristics, especially excellent notch creep characteristics, and excellent toughness. That is, the creep rupture time in the smooth creep rupture test at 600 ° C. and the stress of 176 MPa is 2,500 hours or more (conventional material: 2,000 hours or less), and the creep in the notch creep rupture test under the same conditions. It has excellent high temperature properties with a rupture time of 5,000 hours or more.

【0043】さらに高温クリープ特性は、平滑クリープ
破断時間の長短に加えて、クリープ脆化を起こさないよ
うにするためにクリープ破断時間比を用いて判断がなさ
れた材料である。すなわち、切欠クリープ破断試験にお
けるクリープ破断時間と平滑クリープ破断試験における
クリープ破断時間との比で示されるところのクリープ破
断時間比が、高圧部において最低限2.0以上、好まし
くは2.5以上、より好ましくは3.0以上のものであ
る。
Further, the high-temperature creep property is a material determined using the ratio of the creep rupture time to prevent the creep embrittlement in addition to the length of the smooth creep rupture time. That is, the creep rupture time ratio as indicated by the ratio of the creep rupture time in the notch creep rupture test to the creep rupture time in the smooth creep rupture test is at least 2.0 or more, preferably 2.5 or more in the high-pressure part, More preferably, it is 3.0 or more.

【0044】また、本発明の高低圧一体型のタービンロ
ータの低圧蒸気で使用する部分は、0.2%耐力が68
6 MPa以上で、かつシャルピー衝撃吸収エネルギー
が98J以上の優れた靭性を有するものである。
The part used for low-pressure steam of the high-low pressure integrated turbine rotor of the present invention has a 0.2% proof stress of 68%.
It has an excellent toughness of 6 MPa or more and a Charpy impact absorption energy of 98 J or more.

【0045】以上説明したとおり、優れたクリープ強度
と靱性とを兼ね備えた高低圧一体型タービンロータは、
本発明によって初めてもたらされたものである。
As described above, a high-low pressure integrated turbine rotor having both excellent creep strength and toughness is:
This is the first one brought about by the present invention.

【0046】次に、本発明の請求項7に記載の発明は、
高圧部と低圧部とが一体に形成された高低圧一体型ター
ビンロータの製造方法であって、所定の組成を有するタ
ービンロータ素材の高圧部に相当する部分を980℃以
上1100℃以下に加熱し、該タービンロータ素材の低
圧部に相当する部分を850℃以上980℃未満に加熱
した後、前記タービンロータ素材の高圧部に相当する部
分は、900℃から700℃の所定の温度までは噴水冷
却または衝風冷却のうち1種以上の冷却手段によって冷
却し、次いで5分間から5時間空冷した後、300℃ま
で噴水冷却または衝風冷却もしくは油冷却のうち1種以
上の冷却手段によって冷却し、前記タービンロータ素材
の低圧部に相当する部分は、油焼入れ以上の速度が得ら
れる冷却手段により冷却することを特徴とする高低圧一
体型タービンロータの製造方法である。
Next, the invention according to claim 7 of the present invention is:
A method for manufacturing a high / low pressure integrated turbine rotor in which a high pressure portion and a low pressure portion are integrally formed, wherein a portion corresponding to a high pressure portion of a turbine rotor material having a predetermined composition is heated to 980 ° C or more and 1100 ° C or less. After heating the portion corresponding to the low-pressure portion of the turbine rotor material to 850 ° C. or more and less than 980 ° C., the portion corresponding to the high-pressure portion of the turbine rotor material cools the fountain to a predetermined temperature of 900 ° C. to 700 ° C. Alternatively, cooling by one or more cooling means of blast cooling, and then air cooling for 5 minutes to 5 hours, and then cooling to 300 ° C by one or more cooling means of fountain cooling or blast cooling or oil cooling; A portion corresponding to the low pressure portion of the turbine rotor material is cooled by cooling means capable of obtaining a speed higher than oil quenching, It is a method of manufacture.

【0047】次に、本発明の請求項8に記載の発明は、
請求項7に記載の高低圧一体型タービンロータの製造方
法において、前記タービンロータ素材を、重量%で炭
素:0.20〜0.35%、珪素:0.15%以下、マ
ンガン:0.05〜1.0%、ニッケル:0.3〜2.
5%、クロム:1.0〜3.0%、モリブデン:0.5
〜1.5%、タングステン:0.1〜3.0%、バナジ
ウム:0.1〜0.3%を含み、燐:0.012%以
下、硫黄:0.005%以下、銅:0.15%以下、ア
ルミニウム:0.01%以下、砒素:0.01%以下、
錫:0.01%以下、アンチモン:0.003%以下で
あって、残部が不可避的不純物を含む鉄からなる組成を
有する合金鋼としたことを特徴とする高低圧一体型ター
ビンロータの製造方法である。
Next, the invention according to claim 8 of the present invention provides:
The method for manufacturing a high / low pressure integrated turbine rotor according to claim 7, wherein the turbine rotor material is 0.20 to 0.35% by weight of carbon, 0.15% or less of silicon, and 0.05% of manganese by weight%. 1.0%, nickel: 0.3-2.
5%, chromium: 1.0 to 3.0%, molybdenum: 0.5
1.5 to 1.5%, tungsten: 0.1 to 3.0%, vanadium: 0.1 to 0.3%, phosphorus: 0.012% or less, sulfur: 0.005% or less, copper: 0.1 to 0.3%. 15% or less, aluminum: 0.01% or less, arsenic: 0.01% or less,
A method for manufacturing a high-low pressure integrated turbine rotor, comprising: an alloy steel having a composition of iron containing not more than 0.01% of tin and not more than 0.003% of antimony, and the balance being iron containing unavoidable impurities. It is.

【0048】次に、本発明の請求項9に記載の発明は、
請求項7に記載の高低圧一体型タービンロータの製造方
法において、前記タービンロータ素材を、重量%で炭
素:0.20〜0.35%、珪素:0.15%以下、マ
ンガン:0.05〜1.0%、ニッケル:0.05〜
2.5%、クロム:1.0〜3.0%、モリブデン:
0.5〜1.5%、タングステン:0.1〜3.0%、
バナジウム:0.1〜0.3%、コバルト:0.1〜
3.0%を含み、燐:0.012%以下、硫黄:0.0
05%以下、銅:0.15%以下、アルミニウム:0.
01%以下、砒素:0.01%以下、錫:0.01%以
下、アンチモン:0.003%以下であって、残部が不
可避的不純物を含む鉄からなる組成を有する合金鋼とし
たことを特徴とする高低圧一体型タービンロータの製造
方法である。
Next, the invention according to claim 9 of the present invention provides
The method for manufacturing a high / low pressure integrated turbine rotor according to claim 7, wherein the turbine rotor material is 0.20 to 0.35% by weight of carbon, 0.15% or less of silicon, and 0.05% of manganese by weight%. ~ 1.0%, nickel: 0.05 ~
2.5%, chromium: 1.0 to 3.0%, molybdenum:
0.5-1.5%, tungsten: 0.1-3.0%,
Vanadium: 0.1-0.3%, Cobalt: 0.1-
3.0%, phosphorus: 0.012% or less, sulfur: 0.0
05% or less, copper: 0.15% or less, aluminum: 0.
01% or less, arsenic: 0.01% or less, tin: 0.01% or less, antimony: 0.003% or less, the balance being an alloy steel having a composition of iron containing unavoidable impurities. A method for manufacturing a high-low pressure integrated turbine rotor characterized by the following.

【0049】次に、本発明の請求項10に記載の発明
は、請求項7に記載の高低圧一体型タービンロータの製
造方法において、前記タービンロータ素材を、重量%で
炭素:0.20〜0.35%、珪素:0.15%以下、
マンガン:0.05〜1.0%、ニッケル:0.3〜
2.5%、クロム:1.0〜3.0%、モリブデン:
0.5〜1.5%、タングステン:0.1〜3.0%、
バナジウム:0.1〜0.3%を含み、さらにニオブ:
0.01〜0.15%、タンタル:0.01〜0.15
%、窒素:0.001〜0.05%、硼素:0.001
〜0.015%のうちから選ばれたいずれか一種以上を
含み、燐:0.012%以下、硫黄:0.005%以
下、銅:0.15%以下、アルミニウム:0.01%以
下、砒素:0.01%以下、錫:0.01%以下、アン
チモン:0.003%以下であって、残部が不可避的不
純物を含む鉄からなる組成を有する合金鋼としたことを
特徴とする請求項7に記載の高低圧一体型タービンロー
タの製造方法である。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a high / low pressure integrated turbine rotor according to the seventh aspect, wherein the turbine rotor material is 0.20 to 0.20% by weight of carbon. 0.35%, silicon: 0.15% or less,
Manganese: 0.05-1.0%, Nickel: 0.3-
2.5%, chromium: 1.0 to 3.0%, molybdenum:
0.5-1.5%, tungsten: 0.1-3.0%,
Vanadium: containing 0.1-0.3%, and further niobium:
0.01 to 0.15%, tantalum: 0.01 to 0.15
%, Nitrogen: 0.001 to 0.05%, boron: 0.001
-0.015% or less, phosphorus: 0.012% or less, sulfur: 0.005% or less, copper: 0.15% or less, aluminum: 0.01% or less, An alloy steel having a composition of arsenic: 0.01% or less, tin: 0.01% or less, antimony: 0.003% or less, and the balance being iron containing unavoidable impurities. Item 8. A method for manufacturing a high-low pressure integrated turbine rotor according to Item 7.

【0050】次に、本発明の請求項11に記載の発明
は、請求項7に記載の高低圧一体型タービンロータの製
造方法において、前記タービンロータ素材を、重量%で
炭素:0.20〜0.35%、珪素:0.15%以下、
マンガン:0.05〜1.0%、ニッケル:0.05〜
2.5%、クロム:1.0〜3.0%、モリブデン:
0.5〜1.5%、タングステン:0.1〜3.0%、
バナジウム:0.1〜0.3%、コバルト:0.1〜
3.0%を含み、さらにニオブ:0.01〜0.15
%、タンタル:0.01〜0.15%、窒素:0.00
1〜0.05%、硼素:0.001〜0.015%のう
ちから選ばれたいずれか一種以上を含み、燐:0.01
2%以下、硫黄:0.005%以下、銅:0.15%以
下、アルミニウム:0.01%以下、砒素:0.01%
以下、錫:0.01%以下、アンチモン:0.003%
以下であって、残部が不可避的不純物を含む鉄からなる
組成を有する合金鋼としたことを特徴とする請求項7に
記載の高低圧一体型タービンロータの製造方法である。
Next, according to an eleventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a high / low pressure integrated turbine rotor according to the seventh aspect, the turbine rotor material is prepared by mixing carbon: 0.35%, silicon: 0.15% or less,
Manganese: 0.05-1.0%, Nickel: 0.05-
2.5%, chromium: 1.0 to 3.0%, molybdenum:
0.5-1.5%, tungsten: 0.1-3.0%,
Vanadium: 0.1-0.3%, Cobalt: 0.1-
3.0%, and niobium: 0.01-0.15
%, Tantalum: 0.01 to 0.15%, nitrogen: 0.00
1 to 0.05%, boron: at least one selected from 0.001 to 0.015%, phosphorus: 0.01
2% or less, sulfur: 0.005% or less, copper: 0.15% or less, aluminum: 0.01% or less, arsenic: 0.01%
Below, tin: 0.01% or less, antimony: 0.003%
The method of manufacturing a high-low pressure integrated turbine rotor according to claim 7, wherein the remainder is an alloy steel having a composition consisting of iron containing unavoidable impurities.

【0051】タービンロータの高圧部に相当する部分を
高温度に加熱するのは、合金元素を十分に溶け込ませる
ためである。一方、タービンロータの低圧部を高圧部よ
り低温に加熱するのは、結晶粒を微細にして靭性を高め
るためである。
The portion corresponding to the high-pressure portion of the turbine rotor is heated to a high temperature in order to sufficiently dissolve the alloying elements. On the other hand, the reason why the low-pressure portion of the turbine rotor is heated to a temperature lower than that of the high-pressure portion is to make the crystal grains fine and increase the toughness.

【0052】上記高低圧一体型タービンロータの製造方
法によれば、上記のようにタービンロータ素材を冷却す
ることにより、タービンロータ素材の高圧部に相当する
部分がベーナイト相に体積%で10%を超え40%以下
の初析フェライト相を含む金属組織に制御され、タービ
ンロータ素材の低圧部に相当する部分がベーナイト単相
もしくはベーナイト相に体積%で30%以下の初析フェ
ライト相を含む金属組織に制御される。そして、冷却後
に前記高圧部に相当する部分、低圧部に相当する部分の
それぞれに設定された所定温度に再加熱・保持(焼戻し
処理)して、所定の材料特性が得られるように調整され
た後、高圧一体型タービンロータの素材として供せられ
る。
According to the method of manufacturing the high / low pressure integrated turbine rotor, by cooling the raw material of the turbine rotor as described above, a portion corresponding to the high pressure portion of the raw material of the turbine rotor is reduced by 10% by volume to the bainite phase. Metal structure containing a pro-eutectoid ferrite phase controlled by a metal structure containing a pro-eutectoid ferrite phase of not more than 40% and a portion corresponding to a low-pressure portion of a turbine rotor material being 30% or less by volume% of a bainite single phase or a bainite phase Is controlled. After cooling, the material was reheated and held (tempering) at a predetermined temperature set for each of the portion corresponding to the high-pressure portion and the portion corresponding to the low-pressure portion, and adjusted to obtain predetermined material characteristics. Thereafter, it is provided as a material for a high-pressure integrated turbine rotor.

【0053】[0053]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定される
ものではない。まず、本発明で使用する合金における各
成分範囲の限定理由を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following embodiments. First, the reasons for limiting the range of each component in the alloy used in the present invention will be described.

【0054】炭素(C): 炭素は熱処理時の焼入れ性
を確保するとともに材料強度を高める効果がある。ま
た、炭化物及び/または炭窒化物を形成して高温におけ
るクリープ破断強度の向上に寄与する。本合金系では
0.20%未満の含有量では材料強度が十分でないの
で、下限値を0.20%とする。一方、炭素の含有量が
多すぎると靱性が低下するとともに、高温度で使用中に
炭化物及び/または炭窒化物が凝集して粗大化し、クリ
ープ破断強度の低下やクリープ脆化の原因となる。従っ
て炭素含有量の上限は0.35%とする。材料強度と靱
性を兼ね備えるために特に好ましい範囲は0.22〜
0.30%である。
Carbon (C): Carbon has the effect of securing hardenability during heat treatment and increasing the material strength. Further, it forms carbides and / or carbonitrides and contributes to improvement in creep rupture strength at high temperatures. In the present alloy system, if the content is less than 0.20%, the material strength is not sufficient, so the lower limit is set to 0.20%. On the other hand, if the content of carbon is too large, toughness is reduced, and carbides and / or carbonitrides are agglomerated and coarsened during use at a high temperature, causing a reduction in creep rupture strength and creep embrittlement. Therefore, the upper limit of the carbon content is set to 0.35%. A particularly preferred range for combining material strength and toughness is 0.22 to 0.22.
0.30%.

【0055】珪素(Si): 珪素は脱酸材としての効
果がある反面、素材の基地を脆化させる。珪素は製鋼原
料から入って来るものであり、極端に珪素を低くするた
めには原料の厳選が必要となり、コスト高を招くため、
0.15%までの含有は許容する。好ましい範囲は0.
10%以下である。
Silicon (Si): While silicon has an effect as a deoxidizing material, it makes the base of the material brittle. Silicon comes from steelmaking raw materials, and in order to reduce silicon extremely, it is necessary to carefully select raw materials, resulting in high costs.
Content up to 0.15% is acceptable. The preferred range is 0.
10% or less.

【0056】マンガン(Mn): マンガンは脱酸材と
して作用するとともに鍛造時の熱間割れを防止する効果
を有する。又熱処理時の焼入れ性を高める効果もある。
しかし、マンガン含有量が多くなるとクリープ破断強度
が劣化するため、最大量を1.0%とした。ただし、マ
ンガン含有量を0.05%未満に抑えるには原料の厳選
と過度の精錬工程が必要となり、コスト高を招くので最
低量は0.05%とする。したがって、マンガンの含有
量の範囲は0.05〜1.0%とし、好ましくは0.1
5〜0.9%とする。
Manganese (Mn): Manganese acts as a deoxidizing material and has an effect of preventing hot cracking during forging. It also has the effect of increasing the hardenability during heat treatment.
However, as the manganese content increases, the creep rupture strength deteriorates, so the maximum amount was set to 1.0%. However, in order to reduce the manganese content to less than 0.05%, strict selection of raw materials and an excessive refining process are required, which leads to an increase in cost. Therefore, the range of the manganese content is 0.05 to 1.0%, preferably 0.1 to 1.0%.
5 to 0.9%.

【0057】ニッケル(Ni): ニッケルは熱処理時
の焼入れ性を高め、引張強さや耐力を向上させるほか、
特に靱性を高める効果がある。その含有量が0.3%に
満たないと効果が認められない。しかしその一方で長時
間クリープ破断強度はニッケル添加により低下する。本
発明のタービンロータに用いる合金では、ニッケル添加
による焼入れ性や靱性向上にはあまり期待せず、逆に長
時間クリープ破断強度に及ぼすニッケルの悪影響を排除
するために、ニッケル含有量の上限を2.5%以下に抑
えることとした。一方、ニッケルを後述するコバルトに
置き換えることで、クリープ強度を落とすことなく、引
張強さや耐力靱性を高めることが可能である。そこでコ
バルトを含む成分系に関してはニッケルの下限値を0.
05%まで下げることを許容することとする。下限値を
0.05%にしたのは、この値以下にするためには原料
の厳選等が必要でコストが上昇するためである。
Nickel (Ni): Nickel enhances hardenability during heat treatment, improves tensile strength and proof stress,
In particular, it has the effect of increasing toughness. If the content is less than 0.3%, no effect is recognized. However, on the other hand, the long-term creep rupture strength decreases with the addition of nickel. The alloy used for the turbine rotor of the present invention does not expect much improvement in hardenability and toughness due to the addition of nickel. Conversely, in order to eliminate the adverse effect of nickel on long-term creep rupture strength, the upper limit of the nickel content is set to 2%. 0.5% or less. On the other hand, by replacing nickel with cobalt described below, it is possible to increase tensile strength and proof toughness without reducing creep strength. Therefore, regarding the component system containing cobalt, the lower limit of nickel is set to 0.1.
It is allowed to lower to 05%. The lower limit is set to 0.05% because lowering the lower limit requires careful selection of raw materials and the like, which increases the cost.

【0058】クロム(Cr): クロムは熱処理時の焼
入れ性を高めるとともに、炭化物及び/又は炭窒化物を
形成してクリープ破断強度の改善に寄与し、かつマトリ
ックス中に溶け込んで耐酸化性を改善する。またマトリ
ックス自体を強化してクリープ破断強度を向上させる効
果を有する。クロム含有量は1.0%未満では効果が十
分でなく、3.0%を越える量を含有するとかえってク
リープ破断強度が低下する。したがってクロムの含有量
の範囲は1.0〜3.0%、好ましくは2.0〜2.5
%とした。
Chromium (Cr): Chromium enhances hardenability during heat treatment, forms carbides and / or carbonitrides, contributes to improvement in creep rupture strength, and dissolves in the matrix to improve oxidation resistance. I do. It also has the effect of strengthening the matrix itself and improving the creep rupture strength. If the chromium content is less than 1.0%, the effect is not sufficient, and if the chromium content exceeds 3.0%, the creep rupture strength is rather reduced. Therefore, the range of the chromium content is 1.0 to 3.0%, preferably 2.0 to 2.5%.
%.

【0059】モリブデン(Mo): モリブデンは熱処
理時の焼入れ性を高めるとともに、マトリックス中や炭
化物及び/又は炭窒化物中に固溶してクリープ破断強度
を向上させる効果を有する。その含有量が0.5%未満
では効果が十分認められず、1.5%を越えて添加して
もかえって靱性が低下し、コスト高にもなる。したがっ
てモリブデンの含有量は0.5〜1.5%、好ましくは
0.9〜1.3%とした。
Molybdenum (Mo): Molybdenum has the effect of improving hardenability during heat treatment and improving the creep rupture strength by forming a solid solution in a matrix or in a carbide and / or carbonitride. If the content is less than 0.5%, the effect is not sufficiently recognized, and even if added over 1.5%, the toughness is rather lowered and the cost is increased. Therefore, the content of molybdenum is set to 0.5 to 1.5%, preferably 0.9 to 1.3%.

【0060】バナジウム(V): バナジウムは熱処理
時の焼入れ性を高めるとともに炭化物及び/又は炭窒化
物となってクリープ破断強度を改善する効果を有する。
その含有量が0.1%未満では十分な効果が得られな
い。また0.3%を越えて含有するとクリープ破断強度
がむしろ低下する。したがって、バナジウムの含有量は
0.1〜0.3%、好ましくは0.21〜0.28%と
した。
Vanadium (V): Vanadium has the effect of improving the hardenability during heat treatment and improving the creep rupture strength by becoming carbide and / or carbonitride.
If the content is less than 0.1%, a sufficient effect cannot be obtained. When the content exceeds 0.3%, the creep rupture strength is rather lowered. Therefore, the content of vanadium is set to 0.1 to 0.3%, preferably 0.21 to 0.28%.

【0061】タングステン(W): タングステンはマ
トリックス中や炭化物中に固溶してクリープ破断強度を
改善する効果を有する。その含有量が0.1%未満では
十分な効果が得られない。また3.0%を越えて含有す
ると偏析する恐れが有り、フェライト相が出やすくなっ
て強度が低下する。従って、タングステンを使用する場
合は、その含有量は0.1〜3.0%が適当である。
Tungsten (W): Tungsten has the effect of improving the creep rupture strength by forming a solid solution in a matrix or carbide. If the content is less than 0.1%, a sufficient effect cannot be obtained. If the content exceeds 3.0%, segregation may occur, and a ferrite phase is likely to appear and the strength is reduced. Therefore, when tungsten is used, its content is suitably from 0.1 to 3.0%.

【0062】コバルト(Co): コバルトはニッケル
と同様に熱処理時の焼入れ性を高め、引張強さや耐力を
向上させるほか、特に靱性を高める効果を有する。ま
た、ニッケルとは異なり、3.0%以下の添加であれば
クリープ強度特性に悪影響を及ぼさない。従って、機械
的強度、クリープ強度および靱性のバランスをとるのに
有効である。コバルトはその添加量が0.1%未満では
効果が現れず、3.0%を越えると炭化物の析出を促進
してクリープ特性を劣化させる。したがってコバルトの
含有許容範囲は0.1%〜3.0%とする。より好まし
くは0.5〜2.2%である。
Cobalt (Co): Like nickel, cobalt enhances the hardenability during heat treatment, improves the tensile strength and proof stress, and particularly has the effect of increasing the toughness. Also, unlike nickel, addition of 3.0% or less does not adversely affect the creep strength characteristics. Therefore, it is effective in balancing mechanical strength, creep strength and toughness. If the addition amount of cobalt is less than 0.1%, no effect is exhibited, and if it exceeds 3.0%, the precipitation of carbides is promoted and the creep characteristics are deteriorated. Therefore, the allowable range of cobalt content is 0.1% to 3.0%. More preferably, it is 0.5 to 2.2%.

【0063】ニオブ(Nb): ニオブは焼入れ性を高
めるとともに炭化物及び/又は炭窒化物を形成してクリ
ープ破断強度を向上させる。また、高温加熱時の結晶粒
の成長を抑制し、組織の均質化に寄与する効果を有す
る。その添加量が0.01%未満ではその効果は認めら
れず、また、0.15%を越えると鋼塊の凝固時に著し
い偏析を生じたり、靱性の著しい低下を招く。したがっ
てニオブの含有許容量は0.01%〜0.15%とし
た。好ましくは0.05〜0.10%の範囲である。
Niobium (Nb): Niobium enhances hardenability and forms carbide and / or carbonitride to improve creep rupture strength. Further, it has the effect of suppressing the growth of crystal grains during high-temperature heating and contributing to homogenization of the structure. If the addition amount is less than 0.01%, the effect is not recognized, and if it exceeds 0.15%, remarkable segregation occurs at the time of solidification of the steel ingot or remarkable decrease in toughness. Therefore, the allowable amount of niobium is set to 0.01% to 0.15%. Preferably, it is in the range of 0.05 to 0.10%.

【0064】タンタル(Ta): タンタルもニオブと
同様に焼入れ性を高めるとともに、炭化物及び/又は炭
窒化物を形成してクリープ破断強度を向上させる効果を
有する。その添加量が0.01%未満では前記効果は認
められず、また、0.15%を越えると鋼塊の凝固時に
著しい偏析を生じたり、靱性の著しい低下を招く。した
がってタンタルの含有許容量は0.01%〜0.15%
とした。好ましくは0.05〜0.1%の範囲である。
Tantalum (Ta): Tantalum, like niobium, has the effect of improving hardenability and forming carbides and / or carbonitrides to improve creep rupture strength. If the addition amount is less than 0.01%, the above effect is not recognized, and if it exceeds 0.15%, remarkable segregation occurs at the time of solidification of the steel ingot or remarkable decrease in toughness. Therefore, the allowable content of tantalum is 0.01% to 0.15%.
And Preferably, it is in the range of 0.05 to 0.1%.

【0065】窒素(N): 窒素は炭素とともに合金元
素と結合して炭窒化物を形成して、クリープ破断強度の
向上に寄与する効果を有する。その添加量が0.001
%未満では炭窒化物を生成することができないため前記
効果は認められず、0.05%を越えると長時間の間に
炭窒化物が凝集して粗大化するので十分なクリープ強度
が得られない。したがって窒素の含有許容量は0.00
1%〜0.05%とした。好ましくは0.005〜0.
01%の範囲である。
Nitrogen (N): Nitrogen combines with carbon with an alloying element to form a carbonitride and has an effect of contributing to an improvement in creep rupture strength. 0.001
If it is less than 0.05%, a carbonitride cannot be formed, and the above effect is not recognized. If it exceeds 0.05%, a sufficient creep strength can be obtained since the carbonitride is aggregated and coarsened for a long time. Absent. Therefore, the allowable amount of nitrogen is 0.00
1% to 0.05%. Preferably 0.005-0.
It is in the range of 01%.

【0066】硼素(B): 硼素は焼入れ性を高めると
共に、粒界強度を高めてクリープ破断強度の向上に寄与
する効果を有する。その添加量が0.001%未満では
前記効果は認められず、また、0.015%を越えると
焼入れ性がかえって悪化する。したがって硼素の含有許
容量は0.001%〜0.015%とした。好ましくは
0.003〜0.010%の範囲である。
Boron (B): Boron has the effect of improving the hardenability and increasing the grain boundary strength to contribute to the improvement of the creep rupture strength. If the addition amount is less than 0.001%, the above effect is not recognized, and if it exceeds 0.015%, the hardenability is rather deteriorated. Therefore, the allowable amount of boron is set to 0.001% to 0.015%. Preferably it is in the range of 0.003 to 0.010%.

【0067】次に、有害な不純物である燐、硫黄、銅、
アルミニウム、砒素、錫、アンチモンについて説明す
る。鋼材の機械的性質にとってこれらの不純物は低い方
が好ましいことは論を待たない。しかし一般に鋼材中の
不純物として含有許容量が規格化されているのは、製鋼
原料から必然的に持ち込まれる燐と硫黄のみにすぎな
い。燐と硫黄は鋼材の材質を脆くすることから、おおか
たの鋼種で許容量を定めているが、精錬の困難さからか
なり高い水準に定められている。
Next, harmful impurities such as phosphorus, sulfur, copper,
Aluminum, arsenic, tin, and antimony will be described. It goes without saying that the lower these impurities are preferable for the mechanical properties of the steel material. However, generally, only phosphorus and sulfur that are necessarily brought in from steelmaking raw materials have standardized allowable contents as impurities in steel materials. Phosphorus and sulfur make the material of the steel brittle, so the allowable amount is generally determined for each steel type, but is set to a considerably high level due to the difficulty of refining.

【0068】本発明者らはタービンロータ用のCrMo
V鋼の高温特性、特に切欠クリープ破断強度の向上を目
指して鋭意研究した結果、微量不純物が切欠クリープ破
断強度に大きな影響を与えることを見出した。また、前
記微量不純物としては、燐、硫黄ばかりでなく、銅、ア
ルミニウム、砒素、錫、アンチモン等も悪影響を及ぼす
ことが判明した。これまで微量不純物は漠然と低い方が
良いと認識されているのみで、具体的な許容量は明らか
にされていなかったが、本発明者らはこれら不純物につ
いて詳細に検討し、温度:600℃、応力178MPa
の条件における切欠クリープ破断試験での破断時間5,
000時間以上を目標に、これらの含有量の許容量を具
体的に示すこととした。
The present inventors have developed a CrMo for turbine rotor.
As a result of intensive studies aimed at improving the high-temperature properties of V steel, especially the notch creep rupture strength, it was found that trace impurities had a significant effect on the notch creep rupture strength. Further, it has been found that not only phosphorus and sulfur but also copper, aluminum, arsenic, tin, antimony, and the like as the trace impurities have an adverse effect. Until now, it has been vaguely recognized that the lower the amount of impurities, the better, and the specific allowable amount has not been clarified. However, the present inventors have examined these impurities in detail, Stress 178MPa
Rupture time in notch creep rupture test under the conditions of
For the purpose of 000 hours or more, the allowable amounts of these contents are specifically shown.

【0069】燐(P)、硫黄(S): 燐と硫黄はとも
に製鋼原料から持ち込まれる不純物であり、鋼材の中で
燐化物や硫化物を形成して鋼材の靱性を著しく低下させ
る有害な不純物である。本発明者らの研究では、高温特
性にも悪影響を及ぼすことが判明した。燐は偏析しやす
く、二次的に炭素の偏析も招来し材質を脆化させる。特
に高温で高い応力を長時間負荷した場合の脆化に大きな
影響を及ぼすことが判明した。
Phosphorus (P), Sulfur (S): Phosphorus and sulfur are both impurities introduced from steelmaking raw materials, and are harmful impurities that form phosphides and sulfides in the steel and significantly lower the toughness of the steel. It is. Our studies have shown that high temperature properties are also adversely affected. Phosphorus is easily segregated, and secondary segregation of carbon is also caused, thus embrittle the material. In particular, it has been found that when a high stress is applied for a long time at a high temperature, the embrittlement is greatly affected.

【0070】燐や硫黄の含有量を極端に低下させるのは
製鋼工程の負担が大きくなるので、温度:600℃、応
力178MPaの条件における切欠クリープ破断試験の
破断時間5,000時間以上を目途に上限を求めた結
果、燐についてはその含有量の上限を0.012%、硫
黄の上限は0.005%とした。より好ましくは燐は
0.010%以下、硫黄は0.002%以下である。
The extreme reduction of the phosphorus and sulfur contents increases the burden on the steelmaking process. Therefore, the breaking time of the notch creep rupture test at a temperature of 600 ° C. and a stress of 178 MPa should be about 5,000 hours or more. As a result of finding the upper limit, the upper limit of the content of phosphorus was set to 0.012%, and the upper limit of sulfur was set to 0.005%. More preferably, the content of phosphorus is 0.010% or less, and the content of sulfur is 0.002% or less.

【0071】銅(Cu): 銅は鋼材中の結晶粒界に沿
って拡散して、材質を脆化させる。特に高温特性を劣化
させる。切欠クリープ破断試験の結果から銅の含有量の
上限は0.15%とした。より好ましくは0.04%以
下である。
Copper (Cu): Copper diffuses along the crystal grain boundaries in a steel material to embrittle the material. In particular, it degrades high temperature characteristics. From the results of the notch creep rupture test, the upper limit of the copper content was set to 0.15%. More preferably, it is 0.04% or less.

【0072】アルミニウム(Al): アルミニウム
は、主として製鋼工程の脱酸材からもたらされるもので
あり、鋼材中で酸化物系の介在物を形成して、材質を脆
化させるものである。切欠クリープ破断試験の結果から
アルミニウムの含有量の上限は0.01%とした。より
好ましくは0.005%以下である。
Aluminum (Al): Aluminum is mainly derived from the deoxidizing material in the steel making process, and forms oxide-based inclusions in the steel material to embrittle the material. From the results of the notch creep rupture test, the upper limit of the aluminum content was set to 0.01%. More preferably, it is 0.005% or less.

【0073】砒素(As)、錫(Sn)、アンチモン
(Sb): 砒素、錫、アンチモンは製鋼原料から混入
する場合が多く、ともに結晶の粒界に沿って析出して材
質の靱性を低下させるものである。特にこれらの元素は
高温になると結晶粒界への凝集が著しくなり、合金は急
速に脆化する。切欠クリープ破断試験の結果からこれら
不純物の含有量の上限は、砒素は0.01%、錫は0.
01%、アンチモンは0.003%とした。より好まし
くは砒素は0.007%以下、錫は0.007%以下、
アンチモンは0.0015%以下である。
Arsenic (As), Tin (Sn), Antimony (Sb): Arsenic, tin, and antimony are often mixed from steelmaking raw materials, and both precipitate along the crystal grain boundaries to lower the toughness of the material. Things. In particular, when these elements are heated to a high temperature, aggregation at crystal grain boundaries becomes remarkable, and the alloy rapidly becomes brittle. From the results of the notch creep rupture test, the upper limits of the contents of these impurities were 0.01% for arsenic and 0.1% for tin.
01% and 0.003% of antimony. More preferably, arsenic is 0.007% or less, tin is 0.007% or less,
Antimony is 0.0015% or less.

【0074】(高低圧一体型タービンロータの製造方
法)次に、本発明の高低圧一体型タービンロータの製造
方法について説明する。
(Method of Manufacturing High-Low Pressure Integrated Turbine Rotor) Next, a method of manufacturing the high-low pressure integrated turbine rotor of the present invention will be described.

【0075】本発明の高低圧一体型タービンロータの製
造方法は、上述の如く、先ず所定の合金組成となるよう
に母材を溶製する。ここで微量不純物を下げる方法は特
に制限はなく、原材料の厳選を含めて公知のあらゆる精
錬方法を利用することができる。
In the method of manufacturing a high / low pressure integrated turbine rotor according to the present invention, as described above, first, a base material is melted to have a predetermined alloy composition. Here, the method for reducing the trace impurities is not particularly limited, and any known refining method can be used, including careful selection of raw materials.

【0076】次に、所定の組成に溶解した合金溶湯を公
知の方法で鋼塊に鋳造し、所定の鍛造・成形加工を施し
てタービンロータ素材とする。
Next, a molten alloy melted to a predetermined composition is cast into a steel ingot by a known method, and is subjected to predetermined forging and forming to obtain a turbine rotor material.

【0077】次いで、このタービンロータ素材を、ター
ビンロータの高圧部に相当する部分と低圧部に相当する
部分の2区分に分けて熱処理する。前記2区分に分けて
熱処理するには、熱処理炉のそれぞれの部分が収容され
る空間の間に耐熱性の隔壁を設け、熱処理炉内を2室に
区分してそれぞれの室内を独立して温度制御することに
より達成することができる。
Next, the turbine rotor material is heat-treated in two sections: a portion corresponding to the high-pressure portion and a portion corresponding to the low-pressure portion of the turbine rotor. In order to perform the heat treatment separately in the two sections, a heat-resistant partition is provided between the spaces in which the respective parts of the heat treatment furnace are accommodated, and the inside of the heat treatment furnace is divided into two chambers and the respective chambers are independently temperature-controlled. This can be achieved by controlling.

【0078】このように構成した熱処理炉内に、前記タ
ービンロータ素材を収容し、高圧部に相当する部分は9
80℃以上1100℃以下の温度に加熱する。また、低
圧部に相当する部分は850℃以上980℃未満の温度
に加熱する。高圧部は980℃以上に加熱しないと高温
クリープ強度が不十分であり、また、1100℃を越え
た加熱は設備上の制約が大きくコスト高を招くとともに
靱性も低下するため、この高圧部に相当する部分の加熱
温度範囲を980℃以上1100℃以下とした。低圧部
は850℃以上に加熱しないと炭化物の固溶が進まない
ため強度や靱性が不十分となり、980℃以上に加熱す
ると結晶粒が粗大化して靱性が低下するため、この低圧
部に相当する部分の加熱温度範囲を850℃以上980
℃以下とした。
The turbine rotor material is accommodated in the heat treatment furnace configured as described above, and the portion corresponding to the high-pressure section is 9 parts.
Heat to a temperature of 80 ° C or higher and 1100 ° C or lower. Further, the portion corresponding to the low pressure portion is heated to a temperature of 850 ° C. or more and less than 980 ° C. If the high-pressure part is not heated to 980 ° C. or higher, the high-temperature creep strength will be insufficient, and if it exceeds 1100 ° C., equipment restrictions will be large, cost will be increased and toughness will be reduced. The heating temperature range of the portion to be heated was 980 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower. Unless heated to 850 ° C. or higher, the solid solution of the carbide does not progress unless heated to 850 ° C. or more, whereby the strength and toughness become insufficient. If heated to 980 ° C. or higher, the crystal grains become coarse and the toughness is reduced. The heating temperature range of the part is 850 ° C or more and 980
° C or less.

【0079】次に、上記の温度範囲に加熱したタービン
ロータ素材の高圧部に相当する部分は、900℃から7
00℃の所定の温度までは噴水冷却はたは衝風冷却のう
ち1種以上の冷却手段を用いて冷却し、次いで5分間か
ら5時間空冷した後、300℃まで噴水冷却または衝風
冷却もしくは油冷却のうち1種以上の冷却手段を用いて
冷却し、タービンロータ素材の低圧部に相当する部分は
油焼入れ以上の速度が得られる冷却手段により冷却す
る。この油焼入れ以上の速度で冷却できる冷却手段とし
ては、油冷、水冷又は噴水冷却等が挙げられる。
Next, the portion corresponding to the high-pressure portion of the turbine rotor material heated to the above temperature range is from 900 ° C. to 7 ° C.
Cool down to a predetermined temperature of 00 ° C. using one or more cooling means of fountain cooling or blast cooling, then air-cool for 5 minutes to 5 hours, and then fountain cooling or blast cooling to 300 ° C. Oil cooling is performed using one or more types of cooling means, and a portion corresponding to the low-pressure portion of the turbine rotor material is cooled by a cooling means capable of obtaining a speed higher than oil quenching. The cooling means capable of cooling at a speed higher than the oil quenching includes oil cooling, water cooling, fountain cooling, and the like.

【0080】前記本発明の熱処理方法における温度の管
理は、最終製品の製品形状における最表層部に相当する
位置で行うこととされている。熱処理時のタービンロー
タ素材はおおよそ30〜200mmの余肉を付けた状態
とされているので、その余肉を除いた製品の最表層部と
なる位置で温度管理する。温度管理にあたっては、管理
位置の温度を直接計測する方法、前記タービンロータ素
材の別の場所と管理位置との対応関係を予め把握してお
き、別の位置の温度で管理する方法、予め取得していた
データや熱計算シミュレーションに基づいて、冷却媒体
の放出量・放出速度や放出時間を管理する方法等を、自
由に選択することができる。
The temperature control in the heat treatment method of the present invention is performed at a position corresponding to the outermost layer in the product shape of the final product. Since the turbine rotor material at the time of heat treatment is provided with a surplus of approximately 30 to 200 mm, the temperature is controlled at the position of the outermost layer of the product excluding the surplus. In the temperature management, a method of directly measuring the temperature at the management position, a method of previously managing the correspondence between the different positions of the turbine rotor material and the management position, and a method of managing the temperature at another position, and acquiring the temperature in advance. Based on the data and the heat calculation simulation, a method of managing the amount, speed and time of release of the cooling medium can be freely selected.

【0081】このように冷却パターンを制御するのは、
適正範囲内の量の初析フェライト相を析出させるためで
ある。本発明の範囲内の各種合金成分の量やタービンロ
ータ素材の大きさに応じて、空冷を開始する温度、空冷
の時間およびその前後の冷却速度を本発明で規定する範
囲内で適切に組合わせることによって狙いの量の初析フ
ェライト相を得ることができる。
Controlling the cooling pattern in this way is as follows.
This is for precipitating a pro-eutectoid ferrite phase in an appropriate range. Depending on the amount of various alloy components and the size of the turbine rotor material within the scope of the present invention, the temperature at which air cooling is started, the time of air cooling, and the cooling rates before and after that are appropriately combined within the range specified in the present invention. Thereby, a desired amount of pro-eutectoid ferrite phase can be obtained.

【0082】そして、上記の焼入れ処理を施したロータ
素材には、焼戻しをして結晶組織を整え、その機械的性
質を調整する処理が施される。この焼戻し処理は、高圧
部に相当する部分においては、0.2%耐力の値が58
8〜686MPaの特性を得ることを目標とし、低圧部
に相当する部分においては0.2%耐力の値が686〜
784MPaの特性を得ることを目標とする。具体的に
は高圧部に相当する部分に対しては、600℃〜750
℃の温度で焼戻しを行い、低圧部に相当する部分に対し
ては、550℃〜700℃の温度で焼戻しを行うのが好
ましい。
The quenched rotor material is subjected to tempering to adjust the crystal structure and adjust its mechanical properties. In this tempering treatment, the value of 0.2% proof stress is 58% in the portion corresponding to the high pressure portion.
The aim is to obtain a characteristic of 8 to 686 MPa, and the 0.2% proof stress value of the portion corresponding to the low pressure portion is 686 to 686 MPa.
The goal is to obtain a property of 784 MPa. Specifically, for the portion corresponding to the high pressure portion,
Tempering is performed at a temperature of 550C, and a portion corresponding to the low pressure part is preferably tempered at a temperature of 550C to 700C.

【0083】なお、前記焼戻し処理は1回に限らず、2
回以上繰り返しても良い。このような一連の熱処理を行
うことにより、高圧部と低圧部に相当する部分がそれぞ
れ所定の機械特性を具備した高低圧一体型タービンロー
タを得ることができる。
The tempering process is not limited to one time,
It may be repeated more than once. By performing such a series of heat treatments, it is possible to obtain a high-low pressure integrated turbine rotor in which portions corresponding to the high-pressure portion and the low-pressure portion have predetermined mechanical characteristics.

【0084】次に、本発明の高低圧一体型タービンロー
タの顕微鏡組織について図1を参照して説明する。図1
は、本発明に係るタービンロータの高圧部分の顕微鏡像
を示す図である。
Next, the microstructure of the high / low pressure integrated turbine rotor of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a microscope image of a high-pressure portion of the turbine rotor according to the present invention.

【0085】前述のような熱処理を施した本発明の高低
圧一体型タービンロータの顕微鏡組織は、前記高圧部が
体積%で10%を超え40%以下の初析フェライト相を
含むベーナイト相、前記低圧部がベーナイト単相もしく
は体積%で30%以下の初析フェライト相を含むベーナ
イト相に制御されている。しかも、本発明の合金は焼入
れ性が良好であるため、初析フェライト相は通常の鋼よ
り低い温度で析出し、通常の初析フェライト相より微細
に分散している。
The microstructure of the high-low pressure integrated turbine rotor of the present invention subjected to the heat treatment as described above is such that the high-pressure portion has a bainite phase containing more than 10% by volume and not more than 40% of a pro-eutectoid ferrite phase. The low-pressure part is controlled to a bainite single phase or a bainite phase containing a pro-eutectoid ferrite phase of 30% or less by volume. Moreover, since the alloy of the present invention has good hardenability, the pro-eutectoid ferrite phase precipitates at a lower temperature than ordinary steel, and is more finely dispersed than the ordinary eutectoid ferrite phase.

【0086】さらに、タングステンやモリブデンをはじ
めとする炭・窒化物形成元素を多量に含有しているた
め、初析フェライト相を焼戻すと、図1に示すような平
均粒径0.5μm以下の微細な炭・窒化物が初析フェラ
イト相内に微細析出する。一般に初析フェライト相は軟
質であり、多量に析出すると0.2%耐力やクリープ破
断強度を低下させてしまう。しかし、本発明に係るター
ビンロータにおいては、この初析フェライト相に炭・窒
化物が微細分散しているため、ベーナイト相と比較して
もさほど遜色の無い強度特性を有している。この点は本
発明に係るタービンロータの大きな特徴である。なお、
顕微鏡組織中でフェライト相の占める割合は、通常用い
られる画像解析装置で判定することができる。
Further, since a large amount of carbon / nitride forming elements such as tungsten and molybdenum are contained, tempering of the proeutectoid ferrite phase results in an average grain size of 0.5 μm or less as shown in FIG. Fine carbon / nitride precipitates finely in the pro-eutectoid ferrite phase. Generally, the pro-eutectoid ferrite phase is soft, and when precipitated in a large amount, the 0.2% proof stress and the creep rupture strength decrease. However, since the carbon / nitride is finely dispersed in the pro-eutectoid ferrite phase, the turbine rotor according to the present invention has strength characteristics not inferior to those of the bainite phase. This is a major feature of the turbine rotor according to the present invention. In addition,
The proportion occupied by the ferrite phase in the microstructure can be determined by a commonly used image analyzer.

【0087】一方、上記の初析フェライト相の析出によ
って、タービンロータの金属組織は、もとのオーステナ
イト結晶粒径に比べて結晶粒が微細化され、このことが
クリープ脆化を抑制する大きな要因となっている。本発
明では元のオーステナイトの結晶粒に比べて結晶粒が微
細になっており、初析フェライト粒とベーナイト粒(そ
の大きさは初析フェライトが析出し終わった時点のオー
ステナイト粒の大きさに相当)の大きさが、平均して結
晶粒度番号で3乃至6となっていることが好ましい。結
晶粒度番号が3未満では粗粒過ぎてクリープ脆化を起こ
す恐れがある。また、結晶粒度番号が6を越えると微細
になりすぎて高温強度が低下する場合がある。したがっ
て、適当な結晶粒の大きさは結晶粒度番号で3乃至6の
範囲、より好ましくは3.2乃至4.5の範囲である。
On the other hand, due to the precipitation of the pro-eutectoid ferrite phase, the crystal structure of the metal structure of the turbine rotor is refined as compared with the original austenite crystal grain size, which is a major factor for suppressing creep embrittlement. It has become. In the present invention, the crystal grains are finer than the original austenite crystal grains, and the pro-eutectoid ferrite grains and the bainite grains (the sizes correspond to the size of the austenite grains at the time when the pro-eutectoid ferrite is completely precipitated) ) Is preferably 3 to 6 in terms of crystal grain size number on average. If the grain size number is less than 3, there is a possibility that creep embrittlement may occur due to excessively coarse grains. On the other hand, when the crystal grain size number exceeds 6, the fine particles may be too fine and the high-temperature strength may be reduced. Therefore, a suitable crystal grain size is in the range of 3 to 6, more preferably 3.2 to 4.5, in terms of crystal grain size number.

【0088】尚、ここでいう結晶粒とは、ベーナイト相
と初析フェライト相の境界、初析フェライト相同士の境
界、ベーナイト相に変態した旧オーステナイト粒同士の
境界を結晶粒界と定義した場合に、この結晶粒界で囲ま
れた部分である。
Here, the crystal grains are defined as a boundary between a bainite phase and a pro-eutectoid ferrite phase, a boundary between pro-eutectoid ferrite phases, and a boundary between old austenite grains transformed into a bainite phase as crystal grain boundaries. Is a portion surrounded by the crystal grain boundaries.

【0089】ここで、前記結晶粒の結晶粒度の測定方法
について説明する。結晶粒度の測定方法については、JI
S G 0551(1998)に「鋼のオーステナイト結晶粒度試験方
法」が、またJIS G 0552(1998)に「鋼のフェライト結晶
粒度試験方法」が規定されている。本発明の低合金耐熱
鋼は、オーステナイト安定領域の高温度から焼入れを施
し、初析フェライト相を析出させてフェライト相とベー
ナイト相が混在した金属組織を呈するものとなってい
る。したがって、本発明ではフェライト相とベーナイト
相が混在した複合組織について結晶粒度を規定するのが
合理的である。前述の定義のとおり、ベーナイト相と初
析フェライト相の境界、初析フェライト相同士の境界、
ベーナイト相に変態した旧オーステナイト粒同士の境界
を結晶粒界とし、これらの結晶粒界で囲まれた部分の大
きさを結晶粒度とする。結晶粒度の測定方法はJIS G 05
52(1998)「鋼のフェライト結晶粒度試験方法」に規定さ
れている「混粒の場合」の測定方法に準ずる。すなわ
ち、試験片の腐食面に現れた結晶粒を顕微鏡写真に撮影
し、交差線分(粒径)による判定方法を用いて決定して
いる。なお、結晶粒度番号は、その値が小さいほど、結
晶粒度が大きいことを示している。
Here, a method of measuring the crystal grain size of the crystal grains will be described. Please refer to JI
SG 0551 (1998) defines “Austenitic grain size test method for steel”, and JIS G 0552 (1998) defines “Ferrite grain size test method for steel”. The low-alloy heat-resistant steel of the present invention is quenched from a high temperature in an austenite stable region to precipitate a pro-eutectoid ferrite phase and exhibit a metal structure in which a ferrite phase and a bainite phase are mixed. Therefore, in the present invention, it is reasonable to define the crystal grain size for the composite structure in which the ferrite phase and the bainite phase are mixed. As defined above, the boundary between the bainite phase and the pro-eutectoid ferrite phase, the boundary between the pro-eutectoid ferrite phases,
The boundary between the prior austenite grains transformed into the bainite phase is defined as a crystal grain boundary, and the size of the portion surrounded by these crystal grain boundaries is defined as the crystal grain size. JIS G 05
52 (1998) “Steel ferrite grain size test method”, in accordance with the “mixed grain” measurement method. That is, the crystal grains appearing on the corroded surface of the test piece are photographed in a microscopic photograph, and are determined by using a judgment method based on the crossing line (particle size). The smaller the crystal grain size number, the larger the crystal grain size.

【0090】[0090]

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明するが、以下の実施例は本発明の内容を限定する
ものではない。
EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to the following examples, but the following examples do not limit the contents of the present invention.

【0091】(実施例1)タービンロータ高圧部の材料
特性に及ぼす熱処理条件や初析フェライト相量および結
晶粒度の影響について検討するため、表1に示す合金番
号1の組成の合金材を用いて種々の熱処理を行い、0.
2%耐力、シャルピー衝撃吸収エネルギー及び600℃
−176MPaにおけるクリープ破断時間を平滑試料と
切欠試料について測定し、それに基づいてクリープ破断
時間比を計算した。
Example 1 In order to examine the effects of heat treatment conditions, the amount of proeutectoid ferrite phase, and the crystal grain size on the material characteristics of the turbine rotor high-pressure section, an alloy material having an alloy number 1 shown in Table 1 was used. Various heat treatments are performed.
2% proof stress, Charpy impact absorption energy and 600 ° C
The creep rupture time at -176 MPa was measured for the smooth sample and the notched sample, and the creep rupture time ratio was calculated based on the measured values.

【0092】各試料に対する焼入温度および冷却方法を
表2に示す。また、上記の測定の結果を表3に示す。
尚、本例の各試験では、胴径1200mmのタービンロ
ータ素材(高圧部に相当)を想定しており、前記熱処理
は、それぞれの冷却を施した場合のタービンロータ高圧
部の中心部(直径方向の中心部)の位置を模擬して行っ
た。
Table 2 shows the quenching temperature and cooling method for each sample. Table 3 shows the results of the above measurements.
In each of the tests of this example, a turbine rotor material having a body diameter of 1200 mm (corresponding to a high-pressure portion) is assumed, and the heat treatment is performed in the center portion (diameter direction) of the turbine rotor high-pressure portion when each cooling is performed. (The center part of) was simulated.

【0093】表2,3に示すように、焼入れ温度以外の
熱処理条件を揃えた、試料番号1A(比較材)、試料番
号1B,試料番号1Dを比較すると、焼入れ温度が95
0℃(試料番号1A)の試料は平滑クリープ強度、切欠
クリープ強度ともに目標値を満たさないのに対して、焼
入れ温度を980℃以上に上げた試料(試料番号1B,
試料番号1D)は、平滑クリープ強度、切欠クリープ強
度ともに目標値を上回り、しかも0.2%耐力、衝撃吸
収エネルギー、クリープ破断時間比も目標値を上回って
いることがわかる。
As shown in Tables 2 and 3, a comparison of Sample No. 1A (comparative material), Sample No. 1B, and Sample No. 1D in which heat treatment conditions other than the quenching temperature were prepared, showed that the quenching temperature was 95%.
The sample at 0 ° C. (Sample No. 1A) did not satisfy the target values in both the smooth creep strength and the notch creep strength, whereas the sample with the quenching temperature raised to 980 ° C. or higher (Sample No. 1B,
Sample No. 1D) shows that both the smooth creep strength and the notch creep strength exceeded the target values, and that the 0.2% proof stress, the impact absorption energy, and the creep rupture time ratio also exceeded the target values.

【0094】尚、これらの目標値は、600℃で応力1
76MPaの条件での平滑クリープ破断試験におけるク
リープ破断時間が2,500時間以上であり、かつ同条
件での切欠きクリープ破断試験におけるクリープ破断時
間が5,000時間以上である。また、0.2%耐力が
686MPa以上で、かつシャルピー衝撃吸収エネルギ
ーが98J以上であり、クリープ破断時間比が高圧部に
おいて最低限2.0以上、好ましくは2.5以上、より
好ましくは3.0以上である。
Note that these target values are set at a stress of 1 at 600 ° C.
The creep rupture time in the smooth creep rupture test under the conditions of 76 MPa is 2,500 hours or more, and the creep rupture time in the notch creep rupture test under the same conditions is 5,000 hours or more. In addition, the 0.2% proof stress is 686 MPa or more, the Charpy impact absorption energy is 98 J or more, and the creep rupture time ratio is at least 2.0, preferably 2.5 or more, more preferably 3. 0 or more.

【0095】次に、焼入れ温度を1050℃一定とし
た、試料番号1C(比較材)、試料番号1D,試料番号
1E,試料番号1F、試料番号1G(比較材)の試料を
比較すると、初析フェライト相量および結晶粒径が材料
特性に及ぼす影響が明らかとなる。すなわち、初析フェ
ライト相を全く含まない金属組織を有し、結晶粒度番号
も3.0より小さい(粗粒であることを示す)試料番号
1Cの試料は、平滑クリープ破断時間は他のものより優
れているが、切欠クリープ破断時間は短く、クリープ破
断時間比が2.0を大幅に下回っており、クリープ脆化
を引き起こすおそれのある材料であることが分かる。ま
た、初析フェライト相量が40%を越える試料番号1G
の試料は、0.2%耐力が確保できず、また平滑クリー
プ破断時間も目標値に達していない。その一方で、初析
フェライト相の量が体積%で10%を越え40%以下の
範囲内にある試料番号1D、試料番号1E、試料番号1
Fの試料は、いずれの材料特性もタービンロータの高圧
部に用いる合金材としての目標値を上回っている。
Next, when the quenching temperature was kept constant at 1050 ° C., the samples of Sample No. 1C (Comparative Material), Sample No. 1D, Sample No. 1E, Sample No. 1F, and Sample No. 1G (Comparative Material) were compared. The effects of the ferrite phase content and the crystal grain size on the material properties become clear. That is, the sample of sample No. 1C having a metal structure containing no pro-eutectoid ferrite phase and having a grain size number smaller than 3.0 (indicating that the sample is coarse) has a smooth creep rupture time longer than that of the other samples. Although excellent, the notch creep rupture time is short, and the creep rupture time ratio is significantly lower than 2.0, which indicates that the material is likely to cause creep embrittlement. Sample No. 1G in which the amount of proeutectoid ferrite phase exceeds 40%
In the sample No., the 0.2% proof stress could not be secured, and the smooth creep rupture time did not reach the target value. On the other hand, Sample No. 1D, Sample No. 1E, and Sample No. 1 in which the amount of pro-eutectoid ferrite phase is in the range of more than 10% by volume and 40% or less.
In the sample of F, all the material properties exceeded the target value as the alloy material used for the high-pressure part of the turbine rotor.

【0096】以上のことから、高低圧一体型タービンロ
ータの高圧部用いるための合金材として本発明が狙いと
する優れた材料特性の目標値を満たすためには、焼入れ
温度を980℃以上にすること、初析フェライト相量を
体積%で10%を越え40%以下にすることが必要であ
ることが分かる。
From the above, in order to satisfy the target value of the excellent material characteristics aimed at by the present invention as an alloy material for use in the high pressure portion of the high / low pressure integrated turbine rotor, the quenching temperature is set to 980 ° C. or higher. This indicates that the amount of the proeutectoid ferrite phase needs to be more than 10% and not more than 40% by volume.

【0097】(実施例2)表1に実施例2に供した材料
(合金番号1〜3)および比較材料(合金番号4〜5)
の化学組成を示す。また、胴径1200mmのタービン
ロータ素材(高圧部に相当)および胴径2000mmの
タービンロータ素材(低圧部に相当)を想定し、各冷却
を施した場合のタービンロータの中心部(直径方向の中
心部)および表層部の位置を模擬して熱処理を施して試
料を作製した。各試料における焼入温度と冷却方法を表
4に示す。
(Example 2) The materials (alloy numbers 1 to 3) and comparative materials (alloy numbers 4 to 5) used in Example 2 are shown in Table 1.
Shows the chemical composition of Further, assuming a turbine rotor material having a body diameter of 1200 mm (corresponding to a high-pressure portion) and a turbine rotor material having a body diameter of 2000 mm (corresponding to a low-pressure portion), the center of the turbine rotor (the center in the diametric direction) when each cooling is performed. ) And the surface layer were simulated and heat-treated to produce a sample. Table 4 shows the quenching temperature and cooling method for each sample.

【0098】次いで、前記の各試料について初析フェラ
イト相量、結晶粒度番号、0.2%耐力、シャルピー衝
撃吸収エネルギー及び600℃−176MPaにおける
クリープ破断時間(平滑試料と切欠試料)の測定結果、
および平滑試料と切欠試料のクリープ破断時間に基づい
て計算したクリープ破断時間比を表5に示す。
Next, for each of the above samples, the results of measurement of the amount of proeutectoid ferrite phase, crystal grain size number, 0.2% proof stress, Charpy impact absorption energy and creep rupture time at 600 ° C.-176 MPa (smooth sample and notched sample)
Table 5 shows the creep rupture time ratios calculated based on the creep rupture times of the smooth sample and the notched sample.

【0099】表5に示すように、本発明が規定する成分
範囲の合金を用いた試料に、本発明が規定する範囲の適
切な熱処理を行うことで、高圧部はタービンロータ素材
の中心部および表層部ともに体積%で10%を越え40
%以下の初析フェライト相が得られ、その結果、結晶粒
径度番号も3.5以上に制御されている。また、0.2
%耐力、シャルピー衝撃吸収エネルギー及び600℃−
176MPaにおけるクリープ破断時間(平滑試料と切
欠試料)、クリープ破断時間比はすべて高圧部としての
目標値を上回っており、従来にない優れた材料特性を有
していることが分かる。
As shown in Table 5, by subjecting a sample using an alloy having the component range specified by the present invention to an appropriate heat treatment within the range specified by the present invention, the high-pressure part was formed at the center of the turbine rotor material and The volume of both surface layers exceeds 10% by volume 40
% Or less of the proeutectoid ferrite phase, and as a result, the crystal grain size number is controlled to 3.5 or more. Also, 0.2
% Proof stress, Charpy impact absorption energy and 600 ° C-
The creep rupture time at 176 MPa (smooth sample and notched sample) and the creep rupture time ratio all exceeded the target values for the high-pressure part, indicating that the material has unprecedented superior material properties.

【0100】一方、低圧部を想定して作製した試料につ
いては、表層部には初析フェライト相は無く、一部の試
料で中心部に体積%で30%以下の初析フェライト相が
析出している。ただし、前記初析フェライト相の析出の
有無に係らず0.2%耐力、シャルピー衝撃吸収エネル
ギーはタービンロータの低圧部として必要な目標値
(0.2%耐力:686MPa以上、シャルピー衝撃吸
収エネルギー:98J以上)を確実に上回っている。
On the other hand, in the sample prepared assuming the low-pressure part, there was no pro-eutectoid ferrite phase in the surface layer, and in some samples, 30% or less by volume of the pro-eutectoid ferrite phase precipitated in the center. ing. However, irrespective of the presence or absence of the pro-eutectoid ferrite phase, the 0.2% proof stress and the Charpy impact absorption energy are the target values (0.2% proof stress: 686 MPa or more, necessary for the low-pressure part of the turbine rotor; 98J or more).

【0101】一方、炭素量やバナジウム量が本発明が指
定する成分範囲を下回る合金番号4の合金を用いた試料
では、高圧部、低圧部ともに多量の初析フェライト相が析
出し、0.2%耐力や衝撃吸収エネルギー、クリープ強
度(平滑試験および切欠試験)が目標値を下回ってい
る。炭素量、珪素量、マンガン量、クロム量、タングステ
ン量が成分範囲を上回る合金番号5の合金を用いた試料
では、高圧部、低圧部とも衝撃吸収エネルギーの目標値
に達することができず、また高圧部のクリープ破断時間
比が目標値の2.0を大きく下回ってクリープ脆化が生
じることを示唆している。
On the other hand, in the sample using the alloy of alloy No. 4 in which the amount of carbon and the amount of vanadium are below the component ranges specified by the present invention, a large amount of pro-eutectoid ferrite phase was precipitated in both the high-pressure part and the low-pressure part, % Proof stress, impact absorption energy, and creep strength (smoothness test and notch test) are below target values. In the sample using alloy No. 5 in which the carbon content, silicon content, manganese content, chromium content, and tungsten content exceed the component range, the high-pressure part and the low-pressure part cannot reach the target value of the impact absorption energy, and This indicates that the creep rupture time ratio of the high-pressure part is significantly lower than the target value of 2.0, and that creep embrittlement occurs.

【0102】このように、本発明の要件を満たす合金組
成及び金属組織を有する高低圧一体型タービンロータ
は、高圧部では優れた高温クリープ強度を有し、かつク
リープ脆化も起さず、低圧部では優れた強度と靱性を兼
ね備えたものであることが確認された。
As described above, the high-low pressure integrated turbine rotor having the alloy composition and the metal structure satisfying the requirements of the present invention has excellent high-temperature creep strength in the high-pressure portion, does not cause creep embrittlement, and has a low pressure. It was confirmed that the part had both excellent strength and toughness.

【0103】(実施例3)次に、表6に実施例3で使用
した合金(合金番号6,7)の化学組成を示す。実施例
3では上記実施例2の合金番号2の合金をベースに、さ
らにコバルトを添加した合金を使用した。
Example 3 Next, Table 6 shows the chemical compositions of the alloys (alloy numbers 6, 7) used in Example 3. In Example 3, an alloy obtained by further adding cobalt based on the alloy No. 2 of Example 2 was used.

【0104】合金番号6の合金は、タービンロータの高
圧部における高温クリープ強度の更なる改善を狙って、
先の合金番号2の合金のニッケル量、マンガン量を減
じ、代わりにコバルトを添加したものである。試料番号
7の合金は、高圧部の高温クリープ強度をある程度保っ
たままタービンロータ素材の高圧部および低圧部の靭性
を改善することを狙って、先の試料番号2の合金をベー
スに、タングステンの僅かな増量とコバルトの添加を行
ったものである。
The alloy of alloy No. 6 aims at further improving the high temperature creep strength in the high pressure part of the turbine rotor,
In this alloy, the amount of nickel and the amount of manganese of the alloy No. 2 are reduced, and cobalt is added instead. The alloy of Sample No. 7 is based on the alloy of Sample No. 2 described above, with the aim of improving the toughness of the high and low pressure parts of the turbine rotor material while maintaining the high temperature creep strength of the high pressure part to some extent. A slight increase and the addition of cobalt were performed.

【0105】上記の合金を用いた試料に、胴径1200
mmのロータ素材(高圧部に相当)および胴径2000
mmのロータ素材(低圧部に相当)を想定し、各冷却を
施した場合のロータの中心部(直径方向の中心部)および
表層部の位置を模擬して熱処理を施した。それぞれの焼
入温度及び冷却方法を表7に示す。
A sample using the above alloy was provided with a body diameter of 1200.
mm rotor material (equivalent to high pressure part) and body diameter 2000
Assuming a rotor material of mm (corresponding to a low-pressure part), heat treatment was performed by simulating the center of the rotor (the center in the diameter direction) and the position of the surface layer when each cooling was performed. Table 7 shows the respective quenching temperatures and cooling methods.

【0106】次に、初析フェライト相量、結晶粒度番
号、0.2%耐力、シャルピー衝撃吸収エネルギー及び
600℃−176MPaにおけるクリープ破断時間(平
滑試料と切欠試料)の測定を行った結果、および平滑試
料と切欠試料のクリープ破断時間に基づいて計算したク
リープ破断時間比を表8に示す。
Next, the results of measurement of the amount of proeutectoid ferrite phase, crystal grain size number, 0.2% proof stress, Charpy impact absorption energy and creep rupture time at 600 ° C. and 176 MPa (smooth sample and notched sample), and Table 8 shows the creep rupture time ratio calculated based on the creep rupture time of the smooth sample and the notched sample.

【0107】表8に示すように、本発明が規定する成分
範囲の合金を用いた試料に、本発明が規定する範囲の適
切な熱処理を行うことで、高圧部は素材の中心部および
表層部ともに体積%で10%を越え40%以下の初析フ
ェライト相が得られ、その結果、結晶粒径度番号も3.
5以上に制御されることがわかる。
As shown in Table 8, by subjecting a sample using an alloy having the component range specified by the present invention to an appropriate heat treatment within the range specified by the present invention, the high-pressure part was formed in the central part and the surface layer part of the material. In both cases, a pro-eutectoid ferrite phase of more than 10% and not more than 40% by volume% was obtained, and as a result, the crystal grain size number was also 3.
It turns out that it is controlled to 5 or more.

【0108】また、表8に示す本発明材では、0.2%
耐力、シャルピー衝撃吸収エネルギー及び600℃−1
76MPaにおけるクリープ破断時間(平滑試料と切欠
試料)、クリープ破断時間比はすべて高圧部の目標値を
上回っており、従来にない優れた材料特性を有している
ことが分かる。特に先に示した表5の試料記号2A,2
Bと比較すると、合金番号6を用いた試料6A,6Bの
クリープ破断時間は平滑試験、切欠試験ともに長くなっ
ており、コバルトの添加を中心とした成分の変更がクリ
ープ特性の改善に有効に作用していることを示唆してい
る。
In the present invention material shown in Table 8, 0.2%
Strength, Charpy impact absorption energy and 600 ° C-1
The creep rupture time at 76 MPa (smooth sample and notched sample) and the creep rupture time ratio all exceeded the target values for the high-pressure portion, indicating that the material has unprecedented superior material properties. In particular, the sample symbols 2A, 2
Compared with B, the creep rupture times of Samples 6A and 6B using Alloy No. 6 were longer in both the smoothness test and the notch test, and the change of the components, mainly the addition of cobalt, was effective in improving the creep characteristics. Suggests that

【0109】一方、低圧部を想定して作製した試料は、
初析フェライト相は無く0.2%耐力、シャルピー衝撃
吸収エネルギーは低圧部として必要な目標値(0.2%
耐力:686 MPa以上、シャルピー衝撃吸収エネル
ギー:98J以上)を確実に上回っている。特に先に示
した表5の試料記号2A,2B、2C、2Dと比較する
と、合金番号7を用いた試料7A,7B、7C、7Dの
衝撃吸収エネルギーはいずれの部位でも大きな値を示し
ており、コバルトの添加を中心とした成分の変更が靭性
の改善に有効に作用していることを示唆している。
On the other hand, the sample manufactured assuming the low pressure part
There is no pro-eutectoid ferrite phase and 0.2% proof stress, and the Charpy impact absorption energy is the target value (0.2%
Proof stress: 686 MPa or more, Charpy impact absorption energy: 98 J or more). In particular, when compared with the sample symbols 2A, 2B, 2C, and 2D shown in Table 5 above, the impact absorption energies of the samples 7A, 7B, 7C, and 7D using the alloy No. 7 show large values in any portions. It suggests that the change of the components, mainly the addition of cobalt, is effective in improving the toughness.

【0110】以上から、本発明の要件を満たす合金組成
の高低圧一体型タービンロータは、高圧部では優れた高
温クリープ強度を有し、かつクリープ脆化も起さず、低
圧部では優れた強度と靱性を兼ね備えたものであること
が確認された。また、コバルトの添加により、高圧部で
はクリープ特性の改善、低圧部では靱性の改善効果が得
られることが確認された。
As described above, the high-low pressure integrated turbine rotor having the alloy composition satisfying the requirements of the present invention has excellent high-temperature creep strength in the high-pressure portion, does not cause creep embrittlement, and has excellent strength in the low-pressure portion. And toughness were confirmed. Also, it was confirmed that the addition of cobalt can improve the creep characteristics in the high-pressure part and improve the toughness in the low-pressure part.

【0111】(実施例4)次に、表9に実施例4で使用
した合金の化学組成を示す。実施例4では表1に示す実
施例2の合金番号1をベースに、さらにニオブ、タンタ
ル、窒素、硼素のいずれか一種以上を適宜添加した合金
を使用した。
Example 4 Next, Table 9 shows the chemical composition of the alloy used in Example 4. In Example 4, an alloy was used in which one or more of niobium, tantalum, nitrogen, and boron were appropriately added based on the alloy number 1 of Example 2 shown in Table 1.

【0112】合金番号8の合金は、高圧部の高温クリー
プ強度の更なる改善を狙って、先の合金番号1の合金に
ニオブおよび窒素を添加したものである。試料番号9の
合金は、高圧部の高温クリープ強度の更なる改善を狙っ
て、先の合金番号1の合金にニオブ、タンタルおよび窒
素を添加したものである。試料番号10の合金は、高圧
部の高温クリープ強度の更なる改善を狙って、先の合金
番号1の合金にニオブおよび硼素を添加したものであ
る。試料番号11の合金は、高圧部の高温クリープ強度
の更なる改善を狙って、先の合金番号1の合金にタンタ
ルおよび硼素を添加したものである。
The alloy of alloy No. 8 is obtained by adding niobium and nitrogen to the alloy of alloy No. 1 in order to further improve the high temperature creep strength of the high pressure part. The alloy of sample No. 9 is obtained by adding niobium, tantalum and nitrogen to the alloy of alloy No. 1 in order to further improve the high-temperature creep strength of the high-pressure portion. The alloy of Sample No. 10 is obtained by adding niobium and boron to the alloy of Alloy No. 1 in order to further improve the high-temperature creep strength of the high-pressure portion. The alloy of Sample No. 11 is obtained by adding tantalum and boron to the alloy of Alloy No. 1 in order to further improve the high-temperature creep strength of the high-pressure portion.

【0113】上記各試料に対して、胴径1200mmの
タービンロータ素材(高圧部に相当)および胴径200
0mmのタービンロータ素材(低圧部に相当)を想定
し、各冷却を施した場合のロータの中心部(直径方向の
中心部)および表層部位置を模擬して熱処理を施した。
各試料に対する焼入温度及び冷却方法を表10に示す。
A turbine rotor material (corresponding to a high pressure part) having a body diameter of 1200 mm and a body diameter of 200 mm
Assuming a turbine rotor material of 0 mm (corresponding to a low-pressure portion), heat treatment was performed by simulating the center portion (diameter center portion) and surface portion position of the rotor when each cooling was performed.
Table 10 shows the quenching temperature and cooling method for each sample.

【0114】次に、初析フェライト相量、結晶粒度番
号、0.2%耐力、シャルピー衝撃吸収エネルギー及び
600℃−176MPaにおけるクリープ破断時間(平
滑試料と切欠試料)の測定結果、および平滑試料と切欠
試料のクリープ破断時間に基づいて計算したクリープ破
断時間比を表11に示す。
Next, the results of measurement of the amount of proeutectoid ferrite phase, crystal grain size number, 0.2% proof stress, Charpy impact absorption energy and creep rupture time at 600 ° C.-176 MPa (smooth sample and notched sample), and Table 11 shows the creep rupture time ratio calculated based on the creep rupture time of the notched sample.

【0115】表11に示すように、本発明の規定する成
分範囲の試料に、本発明が規定する範囲の適切な熱処理
を行うことで、高圧部においてはタービンロータの中心
部および表層部ともに体積%で10%を越え40%以下
の初析フェライト相が得られ、その結果、結晶粒径度番
号も3.5以上に制御されていることが分かる。
As shown in Table 11, by subjecting a sample having the component range specified by the present invention to an appropriate heat treatment within the range specified by the present invention, the volume of both the central portion and the surface portion of the turbine rotor in the high-pressure portion was increased. %, A proeutectoid ferrite phase of more than 10% and not more than 40% is obtained, and as a result, it can be seen that the crystal grain size number is controlled to 3.5 or more.

【0116】また、0.2%耐力、シャルピー衝撃吸収
エネルギー及び600℃−176MPaにおけるクリー
プ破断時間(平滑試料と切欠試料)、クリープ破断時間
比はすべて高圧部の目標値を上回っており、従来にない
優れた材料特性を有していることが分かる。
Further, the 0.2% proof stress, the Charpy impact absorption energy, the creep rupture time at 600 ° C. and 176 MPa (smooth sample and notched sample), and the creep rupture time ratio all exceeded the target values of the high pressure part. It can be seen that it has excellent material properties.

【0117】特に先に示した表3の試料記号1A,1B
の試料と比較すると、合金番号8の合金を用いた試料番
号8A,8Bの試料、合金番号9の合金を用いた試料番
号9A,9Bの試料、合金番号10の合金を用いた試料
番号10A,10Bの試料および合金番号11の合金を
用いた試料番号11A,11Bの試料のクリープ破断時
間は平滑試験、切欠試験ともに長くなっており、ニオブ、
タンタル、窒素、硼素のいずれか一種以上を適宜添加し
たことがクリープ特性の改善に有効に作用していること
を示している。
In particular, the sample symbols 1A and 1B in Table 3 shown above were used.
8A and 8B using alloy No. 8, sample Nos. 9A and 9B using alloy No. 9 and sample No. 10A using alloy No. 10 The creep rupture times of the sample of No. 10B and the samples of Sample Nos. 11A and 11B using the alloy of Alloy No. 11 were long in both the smoothness test and the notch test,
This indicates that the addition of any one or more of tantalum, nitrogen, and boron is effective in improving the creep characteristics.

【0118】一方、低圧部を想定して作製した試料で
は、初析フェライト相は無く0.2%耐力、シャルピー
衝撃吸収エネルギーは低圧部として必要な目標値(0.
2%耐力:686 MPa以上、シャルピー衝撃吸収エ
ネルギー:98J以上)を確実に上回っている。
On the other hand, in the sample prepared assuming the low-pressure part, there was no pro-eutectoid ferrite phase and the 0.2% proof stress, and the Charpy impact absorption energy required the target value (0.
2% proof stress: 686 MPa or more, Charpy impact absorption energy: 98 J or more).

【0119】以上から、本発明の要件を満たす高低圧一
体型タービンロータは、高圧部では優れた高温クリープ
強度を有し、かつクリープ脆化も起さず、低圧部では優
れた強度と靱性を兼ね備えたものであることが確認され
た。また、ニオブ、タンタル、窒素、硼素のいずれか一
種以上を添加することにより、本発明のタービンロータ
においては高圧部におけるクリープ特性の改善効果が得
られることが確認された。
As described above, the high-low pressure integrated turbine rotor satisfying the requirements of the present invention has excellent high-temperature creep strength in the high-pressure portion, does not cause creep embrittlement, and has excellent strength and toughness in the low-pressure portion. It was confirmed that it had both. In addition, it was confirmed that by adding at least one of niobium, tantalum, nitrogen, and boron, in the turbine rotor of the present invention, the effect of improving the creep characteristics in the high-pressure portion can be obtained.

【0120】(実施例5)次に、表12に実施例5で使
用した合金の化学組成を示す。実施例5では表6に示す
実施例3の合金番号6の合金をベースに、さらにニオ
ブ、タンタル、窒素、硼素のいずれか一種以上を適宜添
加した合金を使用した。
Example 5 Next, Table 12 shows the chemical composition of the alloy used in Example 5. In Example 5, an alloy obtained by adding one or more of niobium, tantalum, nitrogen, and boron as appropriate based on the alloy of Alloy No. 6 of Example 3 shown in Table 6 was used.

【0121】合金番号12の合金は、高圧部の高温クリ
ープ強度の更なる改善を狙って、先の合金番号6の合金
にニオブ、タンタルおよび窒素を添加したものである。
合金番号13の合金は、高圧部の高温クリープ強度の更
なる改善を狙って、先の合金番号6の合金にタンタルお
よび硼素を添加したものである。合金番号14の合金
は、高圧部の高温クリープ強度の更なる改善を狙って、
先の合金番号6の合金にニオブ、タンタルおよび硼素を
添加したものである。
The alloy of alloy No. 12 is obtained by adding niobium, tantalum and nitrogen to the alloy of alloy No. 6 in order to further improve the high-temperature creep strength of the high-pressure portion.
The alloy No. 13 is obtained by adding tantalum and boron to the alloy No. 6 in order to further improve the high-temperature creep strength of the high-pressure portion. The alloy of alloy number 14 aims to further improve the high temperature creep strength of the high pressure part,
This is obtained by adding niobium, tantalum and boron to the alloy of alloy number 6 above.

【0122】上記各合金を用い、胴径1200mmのロ
ータ素材(高圧部相当)および胴径2000mmのロー
タ素材(低圧部相当)を想定し、各冷却を施した場合の
ロータの中心部(直径方向の中心部)および表層部位置を
模擬して熱処理を施した。各試料に対する焼入温度及び
冷却方法を、表13に示す。
Using each of the above alloys, assuming a rotor material having a body diameter of 1200 mm (corresponding to a high pressure portion) and a rotor material having a body diameter of 2000 mm (corresponding to a low pressure portion), the center of the rotor (diameter direction) when each cooling is performed. At the center) and at the surface layer position. Table 13 shows the quenching temperature and cooling method for each sample.

【0123】また、上記各試料の初析フェライト相量、
結晶粒度番号、0.2%耐力、シャルピー衝撃吸収エネ
ルギー及び600℃−176MPaにおけるクリープ破
断時間(平滑試料と切欠試料)の測定結果、および平滑
試料と切欠試料のクリープ破断時間に基づいて計算した
クリープ破断時間比を表14に示す。
The amount of the proeutectoid ferrite phase in each of the above samples was
Creep calculated based on crystal grain size number, 0.2% proof stress, Charpy impact absorption energy, creep rupture time at 600 ° C-176 MPa (smooth sample and notched sample), and creep rupture time of smooth sample and notched sample Table 14 shows the breaking time ratio.

【0124】表14に示すように、本発明が規定する範
囲の合金組成を有する試料に、本発明が規定する範囲の
適切な熱処理を施すことで、高圧部ではタービンロータ
素材の中心部および表層部ともに体積%で10%を越え
40%以下の初析フェライト相が得られ、その結果、結
晶粒径度番号も3.5以上に制御されていることが確認
された。
As shown in Table 14, a sample having an alloy composition within the range specified by the present invention was subjected to an appropriate heat treatment within the range specified by the present invention, so that in the high-pressure part, the center portion and the surface layer of the turbine rotor material were formed. In each part, a pro-eutectoid ferrite phase of more than 10% and not more than 40% by volume% was obtained, and as a result, it was confirmed that the crystal grain size number was controlled to 3.5 or more.

【0125】また、高圧部を想定して作製した試料で
は、0.2%耐力、シャルピー衝撃吸収エネルギー及び
600℃−176MPaにおけるクリープ破断時間(平
滑試料と切欠試料)、クリープ破断時間比はすべて高圧
部の目標値を上回っており、従来にない優れた材料特性
を有していることが分かる。
In the samples prepared assuming the high pressure portion, the 0.2% proof stress, the Charpy impact absorption energy, the creep rupture time at 600 ° C. and 176 MPa (smooth sample and notched sample), and the creep rupture time ratio were all high pressure. The value exceeds the target value of the portion, and it can be seen that the material has excellent material characteristics that have not been achieved in the past.

【0126】特に先に示した表8の試料記号6A,6B
の試料と比較すると、合金番号12の合金を用いた試料
番号12A,12Bの合金、合金番号13の合金を用い
た試料番号13A,13Bの試料および合金番号14の
合金を用いた試料番号14A,14B試料のクリープ破
断時間は平滑試験、切欠試験ともに長くなっており、ニオ
ブ、タンタル、窒素、ホウ素のいずれか一種以上を適宜
添加したことがクリープ特性の改善に有効に作用してい
ることを示している。
In particular, sample symbols 6A and 6B in Table 8 shown above were used.
In comparison with the sample of No. 12, the alloys of Sample Nos. 12A and 12B using the alloy of Alloy No. 12, the samples No. 13A and 13B using the alloy of No. 13 and the sample No. 14A using the alloy of No. 14 The creep rupture time of the 14B sample was longer in both the smoothness test and the notch test, indicating that the addition of any one or more of niobium, tantalum, nitrogen, and boron was effective in improving the creep properties. ing.

【0127】一方低圧部を想定して作製した試料では、
初析フェライト相は無く、0.2%耐力、シャルピー衝
撃吸収エネルギーは低圧部として必要な目標値(0.2
%耐力:686 MPa以上、シャルピー衝撃吸収エネ
ルギー:98J以上)を確実に上回っている。
On the other hand, in a sample manufactured assuming a low pressure part,
There is no proeutectoid ferrite phase, 0.2% proof stress, Charpy impact absorption energy is the target value (0.2
% Yield strength: 686 MPa or more, Charpy impact absorption energy: 98 J or more).

【0128】以上から、本発明の高低圧一体型タービン
ロータは、高圧部では優れた高温クリープ強度を有し、
かつクリープ脆化も起さず、低圧部では優れた強度と靱
性を兼ね備えたものであることが確認された。また、コ
バルトを添加した合金に、さらにニオブ、タンタル、窒
素、硼素のいずれか一種以上を添加することにより、さ
らなるクリープ特性の改善効果が得られることが確認さ
れた。
As described above, the high-low pressure integrated turbine rotor of the present invention has excellent high-temperature creep strength in a high-pressure portion,
In addition, no creep embrittlement occurred, and it was confirmed that the low-pressure portion had both excellent strength and toughness. In addition, it was confirmed that by further adding one or more of niobium, tantalum, nitrogen, and boron to the alloy to which cobalt was added, a further effect of improving the creep characteristics could be obtained.

【0129】[0129]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の高
低圧一体型タービンロータは、重量%で炭素:0.20
〜0.35%、珪素:0.15%以下、マンガン:0.
05〜1.0%、ニッケル:0.3〜2.5%、クロ
ム:1.0〜3.0%、モリブデン:0.5〜1.5
%、タングステン:0.1〜3.0%、バナジウム:
0.1〜0.3%を含み、燐:0.012%以下、硫
黄:0.005%以下、銅:0.15%以下、アルミニ
ウム:0.01%以下、砒素:0.01%以下、錫:
0.01%以下、アンチモン:0.003%以下であっ
て、残部が不可避的不純物を含む鉄からなる組成を有
し、前記高圧部の金属組織が、体積%で10%を超え4
0%以下の初析フェライト相と残部のベーナイト相から
なる構成としたので、高圧部では優れた強度と高温クリ
ープ特性を備え、低圧部では優れた強度と靱性を兼ね備
えるタービンロータである。従って、より高温で大容量
の蒸気タービンでの使用が可能となり、エネルギー効率
の高い発電プラントが実現できるので極めて有用であ
る。
As described above in detail, the high-low pressure integrated turbine rotor of the present invention has a carbon content of 0.20% by weight.
0.35%, silicon: 0.15% or less, manganese: 0.1% or less.
05-1.0%, nickel: 0.3-2.5%, chromium: 1.0-3.0%, molybdenum: 0.5-1.5
%, Tungsten: 0.1 to 3.0%, vanadium:
0.1 to 0.3%, phosphorus: 0.012% or less, sulfur: 0.005% or less, copper: 0.15% or less, aluminum: 0.01% or less, arsenic: 0.01% or less ,tin:
0.01% or less, antimony: 0.003% or less, with the balance being composed of iron containing unavoidable impurities, and the metal structure of the high-pressure part is more than 10% by volume and exceeds 4%.
A turbine rotor having excellent strength and high-temperature creep characteristics in a high-pressure part and having excellent strength and toughness in a low-pressure part because it is constituted by a pro-eutectoid ferrite phase of 0% or less and a residual bainite phase. Therefore, it can be used in a high-temperature, large-capacity steam turbine, and a power plant with high energy efficiency can be realized, which is extremely useful.

【0130】次に、本発明の高低圧一体型タービンロー
タにおいて、0.1〜3.0重量%のコバルトを添加し
た合金を採用するならば、高圧部ではクリープ特性の改
善、低圧部では靱性の改善効果を得ることができる。
Next, if the alloy added with 0.1 to 3.0% by weight of cobalt is employed in the high / low pressure integrated turbine rotor of the present invention, the creep characteristics are improved in the high pressure portion and the toughness is reduced in the low pressure portion. The effect of improvement can be obtained.

【0131】次に、本発明の高低圧一体型タービンロー
タにおいて、ニオブ:0.01〜0.15%、タンタ
ル:0.01〜0.15%、窒素:0.001〜0.0
5%、硼素:0.001〜0.015%のうちから選ば
れたいずれか一種以上を含む合金を採用するならば、高
圧部におけるクリープ特性の改善効果を得ることができ
る。
Next, in the high / low pressure integrated turbine rotor of the present invention, niobium: 0.01 to 0.15%, tantalum: 0.01 to 0.15%, nitrogen: 0.001 to 0.05%
If an alloy containing any one or more selected from 5% and boron: 0.001 to 0.015% is adopted, the effect of improving the creep characteristics in the high pressure part can be obtained.

【0132】次に、本発明の高低圧一体型タービンロー
タにおいて、0.1〜3.0重量%のコバルトと、ニオ
ブ:0.01〜0.15%、タンタル:0.01〜0.
15%、窒素:0.001〜0.05%、硼素:0.0
01〜0.015%のうちから選ばれたいずれか一種以
上を含む合金を採用するならば、低圧部における靱性の
改善効果とともに、高圧部においては、さらなるクリー
プ特性の改善効果を得ることができる。
Next, in the high / low pressure integrated turbine rotor of the present invention, 0.1 to 3.0% by weight of cobalt, 0.01 to 0.15% of niobium, and 0.01 to 0.1% of tantalum.
15%, nitrogen: 0.001 to 0.05%, boron: 0.0
If an alloy containing at least one selected from 01 to 0.015% is employed, the effect of improving the toughness in the low-pressure part and the effect of further improving the creep characteristics in the high-pressure part can be obtained. .

【0133】また、本発明の高低圧一体型タービンロー
タ製造方法によれば、所定の組成を有するタービンロー
タ素材の高圧部に相当する部分を980℃以上1100
℃以下に加熱し、該タービンロータ素材の低圧部に相当
する部分を850℃以上980℃未満に加熱した後、前
記タービンロータ素材の高圧部に相当する部分を、90
0℃から700℃の所定の温度までは噴水冷却または衝
風冷却のうち1種以上の冷却手段によって冷却し、次い
で5分間から5時間空冷した後、300℃まで噴水冷却
または衝風冷却若しくは油冷却のうち1種以上の冷却手
段によって冷却し、前記タービンロータ素材の低圧部に
相当する部分は、油焼入れ以上の速度が得られる冷却手
段により冷却する構成としたので、高圧部を980℃以
上1100℃以下の高温度領域からの焼入れてもクリー
プ脆化を起こさない高低圧一体型タービンロータを容易
に製造することができる。
Further, according to the method for manufacturing a high / low pressure integrated turbine rotor of the present invention, the portion corresponding to the high pressure portion of the turbine rotor material having a predetermined composition is heated to 980 ° C. or higher and 1100 ° C.
° C or less, and a portion corresponding to a low-pressure portion of the turbine rotor material is heated to 850 ° C or more and less than 980 ° C.
Cooling to a predetermined temperature of 0 ° C. to 700 ° C. by one or more of fountain cooling or blast cooling, then air cooling for 5 minutes to 5 hours, and then fountain cooling or blast cooling or oil to 300 ° C. Cooling is performed by one or more types of cooling means, and a portion corresponding to a low-pressure portion of the turbine rotor material is cooled by a cooling device capable of obtaining a speed higher than oil quenching. A high / low pressure integrated turbine rotor that does not cause creep embrittlement even when quenched from a high temperature region of 1100 ° C. or less can be easily manufactured.

【0134】また、0.2%耐力に優れ、シャルピー衝
撃値も高く、靱性に優れた低圧部を備えた高低圧一体型
タービンロータが容易に得られる。
Further, a high / low pressure integrated turbine rotor having a low pressure portion excellent in 0.2% proof stress, high Charpy impact value and excellent toughness can be easily obtained.

【0135】[0135]

【表1】 [Table 1]

【0136】[0136]

【表2】 [Table 2]

【0137】[0137]

【表3】 [Table 3]

【0138】[0138]

【表4】 [Table 4]

【0139】[0139]

【表5】 [Table 5]

【0140】[0140]

【表6】 [Table 6]

【0141】[0141]

【表7】 [Table 7]

【0142】[0142]

【表8】 [Table 8]

【0143】[0143]

【表9】 [Table 9]

【0144】[0144]

【表10】 [Table 10]

【0145】[0145]

【表11】 [Table 11]

【0146】[0146]

【表12】 [Table 12]

【0147】[0147]

【表13】 [Table 13]

【0148】[0148]

【表14】 [Table 14]

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

【図1】 図1は、本発明に係る高低圧一体型タービン
ロータ素材の顕微鏡写真である。
FIG. 1 is a micrograph of a high / low pressure integrated turbine rotor material according to the present invention.

【符号の説明】 1 初析フェライト相 2 ベーナイト相 3 結晶粒界 4 炭・窒化物[Description of Signs] 1 Proeutectoid ferrite phase 2 Bainite phase 3 Grain boundary 4 Carbon / nitride

───────────────────────────────────────────────────── 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 山口 亮 長崎県長崎市深堀町五丁目717番地1 長 菱エンジニアリング株式会社内 Fターム(参考) 3G002 AA07 AA11 AA13 AB08 4K042 AA14 BA02 BA14 CA02 CA04 CA06 CA08 CA09 CA10 CA13 DA01 DC02 DD03 DD04 DD05 DE02 DE03 DE06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) F01D 5/28 F01D 5/28 (72) Inventor Ryo Yamaguchi 5-717-1, Fukahori-cho, Nagasaki City, Nagasaki Prefecture Rishi Engineering Co., Ltd. F-term (reference) 3G002 AA07 AA11 AA13 AB08 4K042 AA14 BA02 BA14 CA02 CA04 CA06 CA08 CA09 CA10 CA13 DA01 DC02 DD03 DD04 DD05 DE02 DE03 DE06

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高圧部と低圧部とが一体に形成された高
低圧一体型タービンロータであって、 重量%で炭素:0.20〜0.35%、珪素:0.15
%以下、マンガン:0.05〜1.0%、ニッケル:
0.3〜2.5%、クロム:1.0〜3.0%、モリブ
デン:0.5〜1.5%、タングステン:0.1〜3.
0%、バナジウム:0.1〜0.3%を含み、燐:0.
012%以下、硫黄:0.005%以下、銅:0.15
%以下、アルミニウム:0.01%以下、砒素:0.0
1%以下、錫:0.01%以下、アンチモン:0.00
3%以下であって、残部が不可避的不純物を含む鉄から
なる組成を有し、 前記高圧部の金属組織が、体積%で10%を超え40%
以下の初析フェライト相と残部のベーナイト相からなる
ことを特徴とする高低圧一体型タービンロータ。
1. A high-low pressure integrated turbine rotor in which a high-pressure part and a low-pressure part are integrally formed, wherein 0.20 to 0.35% by weight of carbon and 0.15% by weight of carbon.
% Or less, manganese: 0.05 to 1.0%, nickel:
0.3-2.5%, chromium: 1.0-3.0%, molybdenum: 0.5-1.5%, tungsten: 0.1-3.
0%, vanadium: 0.1-0.3%, phosphorus: 0.
012% or less, sulfur: 0.005% or less, copper: 0.15
% Or less, aluminum: 0.01% or less, arsenic: 0.0
1% or less, tin: 0.01% or less, antimony: 0.00
3% or less, and the balance has a composition composed of iron containing unavoidable impurities, and the metal structure of the high-pressure part is more than 10% by volume and more than 40%.
A high-low pressure integrated turbine rotor comprising the following pro-eutectoid ferrite phase and the remaining bainite phase.
【請求項2】 高圧部と低圧部とが一体に形成された高
低圧一体型タービンロータであって、 重量%で炭素:0.20〜0.35%、珪素:0.15
%以下、マンガン:0.05〜1.0%、ニッケル:
0.05〜2.5%、クロム:1.0〜3.0%、モリ
ブデン:0.5〜1.5%、タングステン:0.1〜
3.0%、バナジウム:0.1〜0.3%、コバルト:
0.1〜3.0%を含み、燐:0.012%以下、硫
黄:0.005%以下、銅:0.15%以下、アルミニ
ウム:0.01%以下、砒素:0.01%以下、錫:
0.01%以下、アンチモン:0.003%以下であっ
て、残部が不可避的不純物を含む鉄からなる組成を有
し、 前記高圧部の金属組織が、体積%で10%を超え40%
以下の初析フェライト相と残部のベーナイト相からなる
ことを特徴とする高低圧一体型タービンロータ。
2. A high-low pressure integrated turbine rotor in which a high-pressure part and a low-pressure part are integrally formed, wherein carbon: 0.20 to 0.35% and silicon: 0.15% by weight.
% Or less, manganese: 0.05 to 1.0%, nickel:
0.05-2.5%, chromium: 1.0-3.0%, molybdenum: 0.5-1.5%, tungsten: 0.1-
3.0%, vanadium: 0.1-0.3%, cobalt:
0.1 to 3.0%, phosphorus: 0.012% or less, sulfur: 0.005% or less, copper: 0.15% or less, aluminum: 0.01% or less, arsenic: 0.01% or less ,tin:
0.01% or less, antimony: 0.003% or less, and the balance has a composition composed of iron containing unavoidable impurities, and the metal structure of the high-pressure part is more than 10% by volume and more than 40%.
A high-low pressure integrated turbine rotor comprising the following pro-eutectoid ferrite phase and the remaining bainite phase.
【請求項3】 高圧部と低圧部とが一体に形成された高
低圧一体型タービンロータであって、 重量%で炭素:0.20〜0.35%、珪素:0.15
%以下、マンガン:0.05〜1.0%、ニッケル:
0.3〜2.5%、クロム:1.0〜3.0%、モリブ
デン:0.5〜1.5%、タングステン:0.1〜3.
0%、バナジウム:0.1〜0.3%を含み、さらにニ
オブ:0.01〜0.15%、タンタル:0.01〜
0.15%、窒素:0.001〜0.05%、硼素:
0.001〜0.015%のうちから選ばれたいずれか
一種以上を含み、燐:0.012%以下、硫黄:0.0
05%以下、銅:0.15%以下、アルミニウム:0.
01%以下、砒素:0.01%以下、錫:0.01%以
下、アンチモン:0.003%以下であって、残部が不
可避的不純物を含む鉄からなる組成を有し、 前記高圧部の金属組織が、体積%で10%を超え40%
以下の初析フェライト相と残部のベーナイト相からなる
ことを特徴とする高低圧一体型タービンロータ。
3. A high-low pressure integrated turbine rotor in which a high-pressure part and a low-pressure part are integrally formed, wherein 0.20 to 0.35% by weight of carbon and 0.15% by weight of carbon.
% Or less, manganese: 0.05 to 1.0%, nickel:
0.3-2.5%, chromium: 1.0-3.0%, molybdenum: 0.5-1.5%, tungsten: 0.1-3.
0%, vanadium: 0.1-0.3%, niobium: 0.01-0.15%, tantalum: 0.01-
0.15%, nitrogen: 0.001 to 0.05%, boron:
At least one selected from 0.001 to 0.015%, phosphorus: 0.012% or less, sulfur: 0.0
05% or less, copper: 0.15% or less, aluminum: 0.
01% or less, arsenic: 0.01% or less, tin: 0.01% or less, antimony: 0.003% or less, with the balance being composed of iron containing unavoidable impurities. Metal structure is more than 10% by volume% and 40%
A high-low pressure integrated turbine rotor comprising the following pro-eutectoid ferrite phase and the remaining bainite phase.
【請求項4】 高圧部と低圧部とが一体に形成された高
低圧一体型タービンロータであって、 重量%で炭素:0.20〜0.35%、珪素:0.15
%以下、マンガン:0.05〜1.0%、ニッケル:
0.05〜2.5%、クロム:1.0〜3.0%、モリ
ブデン:0.5〜1.5%、タングステン:0.1〜
3.0%、バナジウム:0.1〜0.3%、コバルト:
0.1〜3.0%を含み、さらにニオブ:0.01〜
0.15%、タンタル:0.01〜0.15%、窒素:
0.001〜0.05%、硼素:0.001〜0.01
5%のうちから選ばれたいずれか一種以上を含み、燐:
0.012%以下、硫黄:0.005%以下、銅:0.
15%以下、アルミニウム:0.01%以下、砒素:
0.01%以下、錫:0.01%以下、アンチモン:
0.003%以下であって、残部が不可避的不純物を含
む鉄からなる組成を有し、 前記高圧部の金属組織が、体積%で10%を超え40%
以下の初析フェライト相と残部のベーナイト相からなる
ことを特徴とする高低圧一体型タービンロータ。
4. A high-low pressure integrated turbine rotor in which a high-pressure part and a low-pressure part are integrally formed, wherein carbon: 0.20 to 0.35% and silicon: 0.15% by weight.
% Or less, manganese: 0.05 to 1.0%, nickel:
0.05-2.5%, chromium: 1.0-3.0%, molybdenum: 0.5-1.5%, tungsten: 0.1-
3.0%, vanadium: 0.1-0.3%, cobalt:
0.1-3.0%, and niobium: 0.01-
0.15%, tantalum: 0.01 to 0.15%, nitrogen:
0.001 to 0.05%, boron: 0.001 to 0.01
Containing at least one selected from 5%, and phosphorus:
0.012% or less, sulfur: 0.005% or less, copper: 0.1% or less.
15% or less, aluminum: 0.01% or less, arsenic:
0.01% or less, tin: 0.01% or less, antimony:
0.003% or less, with the balance having a composition consisting of iron containing unavoidable impurities, and the metal structure of the high-pressure part is more than 10% by volume and more than 40%
A high-low pressure integrated turbine rotor comprising the following pro-eutectoid ferrite phase and the remaining bainite phase.
【請求項5】 前記初析フェライト相中に平均粒径0.
5μm以下の炭・窒化物が微細分散していることを特徴
とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の高
低圧一体型タービンロータ。
5. An average particle size of 0.5 in said pro-eutectoid ferrite phase.
The high / low pressure integrated turbine rotor according to any one of claims 1 to 4, wherein carbon / nitride having a diameter of 5 µm or less is finely dispersed.
【請求項6】 前記高圧部の金属組織の結晶粒度番号
が、3以上6以下であることを特徴とする請求項1から
請求項5のいずれか1項に記載の高低圧一体型タービン
ロータ。
6. The high / low pressure integrated turbine rotor according to claim 1, wherein a crystal grain size number of a metal structure of the high pressure portion is 3 or more and 6 or less.
【請求項7】 高圧部と低圧部とが一体に形成された高
低圧一体型タービンロータの製造方法であって、 所定の組成を有するタービンロータ素材の高圧部に相当
する部分を980℃以上1100℃以下に加熱し、該タ
ービンロータ素材の低圧部に相当する部分を850℃以
上980℃未満に加熱した後、 前記タービンロータ素材の高圧部に相当する部分を、9
00℃から700℃の所定の温度までは噴水冷却または
衝風冷却のうち1種以上の冷却手段によって冷却し、 次いで5分間から5時間空冷した後、300℃まで噴水
冷却または衝風冷却若しくは油冷却のうち1種以上の冷
却手段によって冷却し、 前記タービンロータ素材の低圧部に相当する部分は、油
焼入れ以上の速度が得られる冷却手段により冷却するこ
とを特徴とする高低圧一体型タービンロータの製造方
法。
7. A method for manufacturing a high / low pressure integrated turbine rotor in which a high pressure portion and a low pressure portion are integrally formed, wherein a portion corresponding to the high pressure portion of a turbine rotor material having a predetermined composition is heated to 980 ° C. C. or less, and a portion corresponding to a low pressure portion of the turbine rotor material is heated to 850 ° C. or more and less than 980 ° C., and a portion corresponding to a high pressure portion of the turbine rotor material is
Cool down to a predetermined temperature from 00 ° C to 700 ° C by one or more cooling means of fountain cooling or blast cooling, then air-cool for 5 minutes to 5 hours, then fountain cooling or blast cooling or oil to 300 ° C A high-low pressure integrated turbine rotor characterized in that a portion corresponding to a low-pressure portion of the turbine rotor material is cooled by a cooling device capable of obtaining a speed higher than oil quenching. Manufacturing method.
【請求項8】 前記タービンロータ素材を、重量%で炭
素:0.20〜0.35%、珪素:0.15%以下、マ
ンガン:0.05〜1.0%、ニッケル:0.3〜2.
5%、クロム:1.0〜3.0%、モリブデン:0.5
〜1.5%、タングステン:0.1〜3.0%、バナジ
ウム:0.1〜0.3%を含み、燐:0.012%以
下、硫黄:0.005%以下、銅:0.15%以下、ア
ルミニウム:0.01%以下、砒素:0.01%以下、
錫:0.01%以下、アンチモン:0.003%以下で
あって、残部が不可避的不純物を含む鉄からなる組成を
有する合金鋼としたことを特徴とする請求項7に記載の
高低圧一体型タービンロータの製造方法。
8. The turbine rotor material is, by weight percent, carbon: 0.20 to 0.35%, silicon: 0.15% or less, manganese: 0.05 to 1.0%, nickel: 0.3 to 0.3%. 2.
5%, chromium: 1.0 to 3.0%, molybdenum: 0.5
1.5 to 1.5%, tungsten: 0.1 to 3.0%, vanadium: 0.1 to 0.3%, phosphorus: 0.012% or less, sulfur: 0.005% or less, copper: 0.1 to 0.3%. 15% or less, aluminum: 0.01% or less, arsenic: 0.01% or less,
8. The high-low pressure steel according to claim 7, wherein the alloy steel has a composition of tin: 0.01% or less, antimony: 0.003% or less, and the balance being iron containing unavoidable impurities. A method for manufacturing a body type turbine rotor.
【請求項9】 前記タービンロータ素材を、重量%で炭
素:0.20〜0.35%、珪素:0.15%以下、マ
ンガン:0.05〜1.0%、ニッケル:0.05〜
2.5%、クロム:1.0〜3.0%、モリブデン:
0.5〜1.5%、タングステン:0.1〜3.0%、
バナジウム:0.1〜0.3%、コバルト:0.1〜
3.0%を含み、燐:0.012%以下、硫黄:0.0
05%以下、銅:0.15%以下、アルミニウム:0.
01%以下、砒素:0.01%以下、錫:0.01%以
下、アンチモン:0.003%以下であって、残部が不
可避的不純物を含む鉄からなる組成を有する合金鋼とし
たことを特徴とする請求項7に記載の高低圧一体型ター
ビンロータの製造方法。
9. The turbine rotor material is, by weight%, 0.20 to 0.35% carbon, 0.15% or less silicon, 0.05 to 1.0% manganese, 0.05 to 0.05% nickel.
2.5%, chromium: 1.0 to 3.0%, molybdenum:
0.5-1.5%, tungsten: 0.1-3.0%,
Vanadium: 0.1-0.3%, Cobalt: 0.1-
3.0%, phosphorus: 0.012% or less, sulfur: 0.0
05% or less, copper: 0.15% or less, aluminum: 0.
01% or less, arsenic: 0.01% or less, tin: 0.01% or less, antimony: 0.003% or less, the balance being an alloy steel having a composition of iron containing unavoidable impurities. The method for manufacturing a high / low pressure integrated turbine rotor according to claim 7, wherein:
【請求項10】 前記タービンロータ素材を、重量%で
炭素:0.20〜0.35%、珪素:0.15%以下、
マンガン:0.05〜1.0%、ニッケル:0.3〜
2.5%、クロム:1.0〜3.0%、モリブデン:
0.5〜1.5%、タングステン:0.1〜3.0%、
バナジウム:0.1〜0.3%を含み、さらにニオブ:
0.01〜0.15%、タンタル:0.01〜0.15
%、窒素:0.001〜0.05%、硼素:0.001
〜0.015%のうちから選ばれたいずれか一種以上を
含み、燐:0.012%以下、硫黄:0.005%以
下、銅:0.15%以下、アルミニウム:0.01%以
下、砒素:0.01%以下、錫:0.01%以下、アン
チモン:0.003%以下であって、残部が不可避的不
純物を含む鉄からなる組成を有する合金鋼としたことを
特徴とする請求項7に記載の高低圧一体型タービンロー
タの製造方法。
10. The turbine rotor material is, by weight%, carbon: 0.20 to 0.35%, silicon: 0.15% or less,
Manganese: 0.05-1.0%, Nickel: 0.3-
2.5%, chromium: 1.0 to 3.0%, molybdenum:
0.5-1.5%, tungsten: 0.1-3.0%,
Vanadium: containing 0.1-0.3%, and further niobium:
0.01 to 0.15%, tantalum: 0.01 to 0.15
%, Nitrogen: 0.001 to 0.05%, boron: 0.001
-0.015% or less, phosphorus: 0.012% or less, sulfur: 0.005% or less, copper: 0.15% or less, aluminum: 0.01% or less, An alloy steel having a composition of arsenic: 0.01% or less, tin: 0.01% or less, antimony: 0.003% or less, and the balance being iron containing unavoidable impurities. Item 8. A method for manufacturing a high-low pressure integrated turbine rotor according to Item 7.
【請求項11】 前記タービンロータ素材を、重量%で
炭素:0.20〜0.35%、珪素:0.15%以下、
マンガン:0.05〜1.0%、ニッケル:0.05〜
2.5%、クロム:1.0〜3.0%、モリブデン:
0.5〜1.5%、タングステン:0.1〜3.0%、
バナジウム:0.1〜0.3%、コバルト:0.1〜
3.0%を含み、さらにニオブ:0.01〜0.15
%、タンタル:0.01〜0.15%、窒素:0.00
1〜0.05%、硼素:0.001〜0.015%のう
ちから選ばれたいずれか一種以上を含み、燐:0.01
2%以下、硫黄:0.005%以下、銅:0.15%以
下、アルミニウム:0.01%以下、砒素:0.01%
以下、錫:0.01%以下、アンチモン:0.003%
以下であって、残部が不可避的不純物を含む鉄からなる
組成を有する合金鋼としたことを特徴とする請求項7に
記載の高低圧一体型タービンロータの製造方法。
11. The turbine rotor material is, by weight percent, 0.20 to 0.35% carbon, 0.15% or less silicon,
Manganese: 0.05-1.0%, Nickel: 0.05-
2.5%, chromium: 1.0 to 3.0%, molybdenum:
0.5-1.5%, tungsten: 0.1-3.0%,
Vanadium: 0.1-0.3%, Cobalt: 0.1-
3.0%, and niobium: 0.01-0.15
%, Tantalum: 0.01 to 0.15%, nitrogen: 0.00
1 to 0.05%, boron: at least one selected from 0.001 to 0.015%, phosphorus: 0.01
2% or less, sulfur: 0.005% or less, copper: 0.15% or less, aluminum: 0.01% or less, arsenic: 0.01%
Below, tin: 0.01% or less, antimony: 0.003%
The method for manufacturing a high-low pressure integrated turbine rotor according to claim 7, wherein the alloy steel is a steel alloy having the following composition, the balance being iron containing unavoidable impurities.
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