JP2019011501A - Method for producing nozzle plate of steam turbine - Google Patents

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Abstract

To achieve high production efficiency and cost reduction.SOLUTION: A method for producing a nozzle plate of a steam turbine according to one embodiment includes a preparation step and a casting step. In the preparation step, a metal material formed by electroslag remelting is prepared. In the casting step, a nozzle plate is formed by casting using the metal material. Here, the metal material has a composition comprising, in mass%, C: 0.10-0.15, Si: 0.60 or less, Mn: 0.60 or less, Ni: 0.60 or less, Cr: 12.0-14.0 with the balance being Fe and inevitable impurities.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービンのノズル板の製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a method for manufacturing a nozzle plate of a steam turbine.

蒸気タービンにおいて、静翼翼列は、たとえば、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に複数のノズル板(静翼)が配置されたノズルダイアフラムによって構成されている。ノズルダイアフラムにおいて、ノズル板は、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪とのそれぞれに固定されている。   In a steam turbine, a stationary blade cascade is constituted by, for example, a nozzle diaphragm in which a plurality of nozzle plates (stationary blades) are arranged between a diaphragm outer ring and a diaphragm inner ring. In the nozzle diaphragm, the nozzle plate is fixed to each of the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring.

特許第4040922号Patent No. 4040922 特許第3106130号Japanese Patent No. 3106130 特開2010−242221号公報JP 2010-242221 A 特開2000−297606号公報JP 2000-297606 A 特開平5−125471号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-125471 特開2007−092122号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-092122

蒸気タービンのノズル板の成形は、一般に、鍛造や圧延で形成された角材について、切削加工を施すことで行われる。このため、上記のようにノズル板を作製する場合には、多くの時間を要する。また、原材料である角材の重量と、最終製品であるノズル板の重量との差が大きいため、歩留まりが低い。このような事情によって、ノズル板の作製は、製造効率が低く、コストの低減が容易でない。つまり、経済性の観点から合理的ではない。   The nozzle plate of a steam turbine is generally formed by cutting a square bar formed by forging or rolling. For this reason, when producing a nozzle plate as mentioned above, much time is required. Further, since the difference between the weight of the square material as the raw material and the weight of the nozzle plate as the final product is large, the yield is low. Under such circumstances, the production of the nozzle plate is low in manufacturing efficiency, and cost reduction is not easy. In other words, it is not reasonable from the viewpoint of economy.

したがって、本発明が解決しようとする課題は、製造効率が高く、コストの低減を容易に実現可能な、蒸気タービンのノズル板の製造方法を提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a nozzle plate of a steam turbine that has high manufacturing efficiency and can easily realize cost reduction.

実施形態に係る蒸気タービンのノズル板の製造方法は、準備工程と鋳造工程とを有する。準備工程では、エレクトロスラグ再溶解法で形成された金属材料を準備する。鋳造工程では、その金属材料を用いて鋳造によりノズル板を形成する。ここでは、金属材料の組成は、質量%で、C:0.10〜0.15、Si:0.60以下、Mn:0.60以下、Ni:0.60以下、Cr:12.0〜14.0を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。   The manufacturing method of the nozzle plate of the steam turbine which concerns on embodiment has a preparatory process and a casting process. In the preparation step, a metal material formed by an electroslag remelting method is prepared. In the casting process, a nozzle plate is formed by casting using the metal material. Here, the composition of the metal material is mass%, C: 0.10 to 0.15, Si: 0.60 or less, Mn: 0.60 or less, Ni: 0.60 or less, Cr: 12.0 to 14.0 is contained with the balance being Fe and inevitable impurities.

図1は、本実施形態のノズル板(静翼)で構成された静翼翼列を含む蒸気タービンを模式的に示す図を示している。FIG. 1 schematically shows a steam turbine including a stationary blade cascade composed of nozzle plates (static blades) of the present embodiment.

最初に、実施形態のノズル板(M1)〜(M5)に関して説明する。実施形態のノズル板(M1)〜(M5)は、各成分が以下に示す範囲である。   First, the nozzle plates (M1) to (M5) of the embodiment will be described. The nozzle plates (M1) to (M5) of the embodiment are in the ranges shown below for each component.

ノズル板(M1)の組成は、質量%で、C:0.10〜0.15、Si:0.60以下、Mn:0.60以下、Ni:0.60以下、Cr:12.0〜14.0、N:0.01〜0.03を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。   The composition of the nozzle plate (M1) is mass%, C: 0.10 to 0.15, Si: 0.60 or less, Mn: 0.60 or less, Ni: 0.60 or less, Cr: 12.0 to 14.0, N: 0.01 to 0.03, with the balance being Fe and inevitable impurities.

ノズル板(M2)の組成は、質量%で、C:0.10〜0.15、Si:0.60以下、Mn:0.40〜0.60、Ni:0.60以下、Cr:10.0〜11.5、Mo:0.80〜1.10、V:0.15〜0.25、Nb:0.05〜0.20、N:0.01〜0.03を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。   The composition of the nozzle plate (M2) is mass%, C: 0.10 to 0.15, Si: 0.60 or less, Mn: 0.40 to 0.60, Ni: 0.60 or less, Cr: 10 0.0 to 11.5, Mo: 0.80 to 1.10, V: 0.15 to 0.25, Nb: 0.05 to 0.20, N: 0.01 to 0.03, The balance consists of Fe and inevitable impurities.

ノズル板(M3)の組成は、質量%で、C:0.10〜0.15、Si:0.60以下、Mn:0.40〜0.60、Ni:0.60以下、Cr:9.2〜10.2、Mo:0.80〜1.10、V:0.15〜0.25、W:0.80〜1.10、Nb:0.05〜0.10、N:0.01〜0.03を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。   The composition of the nozzle plate (M3) is mass%, C: 0.10 to 0.15, Si: 0.60 or less, Mn: 0.40 to 0.60, Ni: 0.60 or less, Cr: 9 .2 to 10.2, Mo: 0.80 to 1.10, V: 0.15 to 0.25, W: 0.80 to 1.10, Nb: 0.05 to 0.10, N: 0 0.01 to 0.03, with the balance being Fe and inevitable impurities.

ノズル板(M4)の組成は、質量%で、C:0.10〜0.15、Si:0.30以下、Mn:0.40〜0.60、Ni:0.30以下、Cr:9.0〜10.5、Mo:0.50〜0.80、V:0.15〜0.25、W:1.60〜1.90、Nb:0.015〜0.025、Co:1.0〜3.0、N:0.01〜0.03を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。   The composition of the nozzle plate (M4) is mass%, C: 0.10 to 0.15, Si: 0.30 or less, Mn: 0.40 to 0.60, Ni: 0.30 or less, Cr: 9 .0 to 10.5, Mo: 0.50 to 0.80, V: 0.15 to 0.25, W: 1.60 to 1.90, Nb: 0.015 to 0.025, Co: 1 0.0 to 3.0, N: 0.01 to 0.03, with the balance being Fe and inevitable impurities.

ノズル板(M5)は、C:0.10〜0.15、Si:0.30以下、Mn:0.40〜0.60、Ni:0.30以下、Cr:9.0〜10.5、Mo:0.50〜0.80、V:0.15〜0.25、W:1.60〜1.90、Nb:0.015〜0.025、Co:1.0〜3.0、B:0.005〜0.009、N:0.01〜0.03を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。   The nozzle plate (M5) is C: 0.10 to 0.15, Si: 0.30 or less, Mn: 0.40 to 0.60, Ni: 0.30 or less, Cr: 9.0 to 10.5 , Mo: 0.50 to 0.80, V: 0.15 to 0.25, W: 1.60 to 1.90, Nb: 0.015 to 0.025, Co: 1.0 to 3.0 , B: 0.005 to 0.009, N: 0.01 to 0.03, with the balance being Fe and inevitable impurities.

実施形態のノズル板(M1)〜(M5)は、異方性がほとんど生じず、均質な機械的特性を備えると共に、経済性に優れる。なお、上記において、「C:0.11〜0.15」等は、C元素の含有率が0.11質量%以上、0.15質量%以下であること等を示している。また、「Si:0.60以下」等は、Si元素の含有率が0.60質量%以下であることを示しており、Si元素の含有率がゼロである場合を含む(以下同様)。   The nozzle plates (M1) to (M5) of the embodiment have almost no anisotropy, have uniform mechanical properties, and are excellent in economic efficiency. In the above, “C: 0.11 to 0.15” or the like indicates that the C element content is 0.11% by mass or more and 0.15% by mass or less. “Si: 0.60 or less” or the like indicates that the Si element content is 0.60 mass% or less, and includes the case where the Si element content is zero (the same applies hereinafter).

実施形態のノズル板(M1)〜(M5)において各成分が含有する割合(含有率)を上記範囲に設定した理由に関して説明する。   The reason why the ratio (content ratio) contained in each component in the nozzle plates (M1) to (M5) of the embodiment is set in the above range will be described.

・C(炭素)[(M1)〜(M5)…0.10〜0.15]
Cは、焼入れ性、および、鋳造時の湯流れ性を確保するために必要な成分であるとともに、析出強化に寄与する炭化物を構成する構成元素として不可欠な成分である。実施形態のノズル板(M1)〜(M5)において、Cの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が小さくなる。Cの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、炭化物の凝集が促進されるとともに、鋳造時の偏析傾向が高まるために、補修を含めた溶接性が低下する。このため、実施形態のノズル板(M1)〜(M5)では、Cの含有率が上記範囲に設定されている。
C (carbon) [(M1) to (M5) ... 0.10 to 0.15]
C is a component necessary for ensuring hardenability and hot water flow during casting, and is an indispensable component as a constituent element constituting the carbide contributing to precipitation strengthening. In the nozzle plates (M1) to (M5) of the embodiment, when the C content is less than the lower limit of the above range, the above-described functions and effects are reduced. When the C content exceeds the upper limit of the above range, the agglomeration of the carbide is promoted and the segregation tendency at the time of casting is increased, so that weldability including repair is lowered. For this reason, in the nozzle plates (M1) to (M5) of the embodiment, the C content is set in the above range.

・Si(ケイ素)[(M1),(M2),(M3)…0.60以下、(M4),(M5)…0.30以下]
Siは、脱酸剤として有用であるとともに、溶湯の湯流れ性を改善する成分である。実施形態のノズル板(M1),(M2),(M3)において、Siの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性の低下および脆化が著しく促進される。また、実施形態のノズル板(M4),(M5)においては、フェライト形成元素を多く含有するため、Siの含有率を上記範囲の上限値以下にすることで、組織の安定化を実現することができる。このため、実施形態のノズル板(M1)〜(M5)では、Siの含有率が上記範囲に設定されている。
Si (silicon) [(M1), (M2), (M3) ... 0.60 or less, (M4), (M5) ... 0.30 or less]
Si is a component that is useful as a deoxidizer and improves the flow of molten metal. In the nozzle plates (M1), (M2), and (M3) of the embodiment, when the Si content exceeds the upper limit of the above range, toughness reduction and embrittlement are significantly promoted. In addition, since the nozzle plates (M4) and (M5) of the embodiment contain a large amount of ferrite-forming elements, the stabilization of the structure is realized by making the Si content not more than the upper limit of the above range. Can do. For this reason, in the nozzle plates (M1) to (M5) of the embodiment, the Si content is set in the above range.

・Mn(マンガン)[(M1)…0.60以下、(M2)〜(M5)…0.40〜0.60]
Mnは、脱硫剤として有用な成分である。実施形態のノズル板(M1)〜(M5)において、Mnの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、クリープ強度の低下が生ずる。実施形態のノズル板(M2)〜(M5)においては、フェライト形成元素を含有するため、Mnの含有率を上記範囲の下限値以上にすることで、組織の安定化を実現することができる。Mnの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、脱硫効果が十分に発現されない。このため、実施形態のノズル板(M1)〜(M5)では、Mnの含有率が上記範囲に設定されている。
Mn (manganese) [(M1) ... 0.60 or less, (M2) to (M5) ... 0.40 to 0.60]
Mn is a component useful as a desulfurization agent. In the nozzle plates (M1) to (M5) of the embodiment, when the Mn content exceeds the upper limit of the above range, the creep strength is reduced. In the nozzle plates (M2) to (M5) of the embodiment, since the ferrite forming element is contained, the stabilization of the structure can be realized by setting the content of Mn to the lower limit value or more of the above range. When the Mn content is less than the lower limit of the above range, the desulfurization effect is not sufficiently exhibited. For this reason, in the nozzle plates (M1) to (M5) of the embodiment, the Mn content is set in the above range.

・Ni(ニッケル)[(M1),(M2),(M3)…0.60以下、(M4),(M5)…0.30以下]
Niは、焼入れ性および靭性を向上させる成分であるとともに、フェライトの生成を抑制する効果を有する成分である。実施形態のノズル板(M1),(M2),(M3)において、Niの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、クリープ強度の低下が生ずる。実施形態のノズル板(M4),(M5)においては、Co(コバルト)成分を含んでおり、Niの含有率を上記範囲の下限値以上にすることで、クリープ強度の低下を抑制し、組織の安定化および優れた高温特性を実現することができる。このため、実施形態のノズル板(M1)〜(M5)では、Niの含有率が上記範囲に設定されている。
Ni (nickel) [(M1), (M2), (M3) ... 0.60 or less, (M4), (M5) ... 0.30 or less]
Ni is a component that improves hardenability and toughness and has an effect of suppressing the formation of ferrite. In the nozzle plates (M1), (M2), and (M3) of the embodiment, when the Ni content exceeds the upper limit of the above range, the creep strength is reduced. In the nozzle plates (M4) and (M5) of the embodiment, a Co (cobalt) component is included, and by making the Ni content equal to or higher than the lower limit of the above range, a decrease in creep strength is suppressed, and the structure Stabilization and excellent high temperature characteristics can be realized. For this reason, in the nozzle plates (M1) to (M5) of the embodiment, the Ni content is set in the above range.

・Cr(クロム)[(M1)…Cr:12.0〜14.0、(M2)…Cr:10.0〜11.5、(M3)…Cr:9.2〜10.2、(M4),(M5)…Cr:9.0〜10.5]
Crは、耐酸化性および耐食性の向上に有効な成分であるとともに、析出強化に寄与する炭窒化物の構成元素として不可欠な成分である。実施形態のノズル板(M1)から(M5)において、Crの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、調質熱処理の実施においてCrを構成元素として析出する析出物(炭窒化物)が少なくなるため、高温安定性が十分に確保できない場合がある。Crの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、デルタフェライトの生成量が増加する。実施形態のノズル板(M1)から(M5)においては、フェライト形成元素(Mo、W、Nb、Vなど)の含有割合に応じて、Crの含有割合を制御することで、特性のバランスを調整している。
Cr (chromium) [(M1) ... Cr: 12.0 to 14.0, (M2) ... Cr: 10.0 to 11.5, (M3) ... Cr: 9.2 to 10.2, (M4 ), (M5) ... Cr: 9.0 to 10.5]
Cr is an effective component for improving oxidation resistance and corrosion resistance, and is an indispensable component as a constituent element of carbonitride contributing to precipitation strengthening. In the nozzle plates (M1) to (M5) of the embodiment, when the Cr content is less than the lower limit of the above range, a precipitate (carbonitride) that precipitates with Cr as a constituent element in the tempering heat treatment is performed. Therefore, sufficient stability at high temperatures may not be ensured. When the Cr content exceeds the upper limit of the above range, the amount of delta ferrite produced increases. In the nozzle plates (M1) to (M5) of the embodiment, the balance of characteristics is adjusted by controlling the Cr content ratio according to the content ratio of the ferrite forming elements (Mo, W, Nb, V, etc.). doing.

・Mo(モリブデン)[(M1)…0、(M2),(M3)…0.80〜1.10、(M4),(M5)…0.50〜0.80]
Moは、固溶強化に寄与する成分であると共に、炭窒化物の構成元素であって析出強化に寄与する成分である。Moは、高温環境において長時間の加熱処理が行われるときに析出される析出物の構成元素である。実施形態のノズル板(M2)〜(M5)において、Moの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、固溶強化に寄与するMoの量を長時間にわたって高く維持することが困難になる。Moの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性が低下すると共に、フェライトの生成が促進される。このため、実施形態のノズル板(M2)〜(M5)では、Moの含有率を上記範囲にした。なお、実施形態のノズル板(M4),(M5)は、W(タングステン)成分の含有割合が大きいので、高温特性を維持すると共にフェライトの生成を抑制するために、ノズル板(M2),(M3)の場合よりも、Moの含有割合が小さい。
Mo (molybdenum) [(M1) ... 0, (M2), (M3) ... 0.80 to 1.10, (M4), (M5) ... 0.50 to 0.80]
Mo is a component that contributes to solid solution strengthening, and is a constituent element of carbonitride and a component that contributes to precipitation strengthening. Mo is a constituent element of a precipitate that is deposited when a long-time heat treatment is performed in a high-temperature environment. In the nozzle plates (M2) to (M5) of the embodiment, when the Mo content is less than the lower limit of the above range, it is difficult to keep the amount of Mo contributing to solid solution strengthening high for a long time. . When the Mo content exceeds the upper limit of the above range, toughness is reduced and the formation of ferrite is promoted. For this reason, in the nozzle plates (M2) to (M5) of the embodiment, the Mo content is in the above range. The nozzle plates (M4) and (M5) of the embodiment have a large W (tungsten) component content, so that the nozzle plates (M2) and (M2) can be used to maintain high temperature characteristics and suppress the formation of ferrite. The content ratio of Mo is smaller than in the case of M3).

・V(バナジウム)[(M1)…0、(M2)〜(M5)…0.15〜0.25]
Vは、固溶強化に寄与する成分であると共に、微細な炭窒化物の形成に寄与する成分である。実施形態のノズル板(M2)〜(M5)において、Vの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が十分でない。Vの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性の低下が生ずる。このため、実施形態のノズル板(M2)〜(M5)では、Vの含有率を上記範囲にした。
V (Vanadium) [(M1) ... 0, (M2)-(M5) ... 0.15-0.25]
V is a component contributing to solid solution strengthening and a component contributing to the formation of fine carbonitrides. In the nozzle plates (M2) to (M5) of the embodiment, when the V content is less than the lower limit of the above range, the above-described functions and effects are not sufficient. When the V content exceeds the upper limit of the above range, toughness is reduced. For this reason, in the nozzle plates (M2) to (M5) of the embodiment, the V content is in the above range.

・W(タングステン)[(M1),(M2)…0、(M3)…0.80〜1.10、(M4),(M5)…1.60〜1.90]
Wは、固溶強化に寄与する成分であると共に、炭窒化物の構成元素であって析出強化に寄与する成分である。Wは、特にMoと共に複合的に添加された場合には、析出物の高温安定性を著しく高めることができる。Wは、高温環境において長時間の加熱処理が行われるときに、析出物の構成元素になる。実施形態のノズル板(M3),(M4),(M5)において、Wの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、固溶強化に寄与するWの量を長時間にわたって高く維持することが困難になる。Wの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性が低下すると共に、フェライトの生成が促進される。このため、実施形態のノズル板(M3),(M4),(M5)では、Wの含有率を上記範囲にした。なお、ノズル板(M4),(M5)においては、ノズル板(M3)の場合よりもWの含有割合が大きいので、さらに良好な高温特性を実現することが可能であって、上述したように、フェライトの生成を抑制するために、Moの含有割合がノズル板(M3)の場合よりも小さくなっている。
W (tungsten) [(M1), (M2) ... 0, (M3) ... 0.80 to 1.10, (M4), (M5) ... 1.60 to 1.90]
W is a component that contributes to solid solution strengthening and is a constituent element of carbonitride and a component that contributes to precipitation strengthening. W can remarkably enhance the high-temperature stability of the precipitate, particularly when added in combination with Mo. W becomes a constituent element of precipitates when long-time heat treatment is performed in a high-temperature environment. In the nozzle plates (M3), (M4), and (M5) of the embodiment, when the W content is less than the lower limit of the above range, the amount of W contributing to solid solution strengthening is maintained high for a long time. Becomes difficult. When the W content exceeds the upper limit of the above range, toughness decreases and the formation of ferrite is promoted. For this reason, in the nozzle plates (M3), (M4), and (M5) of the embodiment, the W content is within the above range. In the nozzle plates (M4) and (M5), since the W content is larger than that in the nozzle plate (M3), it is possible to realize better high temperature characteristics, as described above. In order to suppress the formation of ferrite, the Mo content is smaller than that of the nozzle plate (M3).

・Nb(ニオブ)[(M1)…0、(M2)…0.05〜0.20、(M3)…0.05〜0.10、(M4),(M5)…0.015〜0.025]
Nbは、固溶強化に寄与する成分であると共に、微細な炭窒化物の形成に寄与する。実施形態のノズル板(M2)〜(M5)において、Nbの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が十分でない。Nbの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、粗大なNb炭窒化物の生成量が増加する。このため、実施形態のノズル板(M2)〜(M5)では、Nbの含有率を上記範囲にしている。なお、ノズル板(M4),(M5)では、Wの含有割合が大きく、粗大なNb炭窒化物の生成量が増加しやすいため、ノズル板(M2),(M3)の場合よりもNb成分の含有割合が小さい。
Nb (niobium) [(M1) ... 0, (M2) ... 0.05-0.20, (M3) ... 0.05-0.10, (M4), (M5) ... 0.015-0. 025]
Nb is a component that contributes to solid solution strengthening and contributes to the formation of fine carbonitrides. In the nozzle plates (M2) to (M5) of the embodiment, when the Nb content is less than the lower limit of the above range, the above-described functions and effects are not sufficient. When the Nb content exceeds the upper limit of the above range, the amount of coarse Nb carbonitrides generated increases. For this reason, in the nozzle plates (M2) to (M5) of the embodiment, the Nb content is in the above range. In the nozzle plates (M4) and (M5), the content ratio of W is large, and the amount of coarse Nb carbonitride is easily increased. Therefore, the Nb component is higher than that in the nozzle plates (M2) and (M3). The content ratio of is small.

・Co(コバルト)[(M1),(M2),(M3)…0、(M4),(M5)…1.0〜3.0]
Coは、フェライトの生成を抑制する効果に寄与する成分である。実施形態のノズル板(M4),(M5)において、Coの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が十分でない。Coの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、金属間化合物の析出が促進され、クリープ強度が低下する。このため、実施形態のノズル板(M4),(M5)では、Coの含有率を上記範囲にした。
Co (cobalt) [(M1), (M2), (M3) ... 0, (M4), (M5) ... 1.0-3.0]
Co is a component that contributes to the effect of suppressing the formation of ferrite. In the nozzle plates (M4) and (M5) of the embodiment, when the Co content is less than the lower limit of the above range, the above-described functions and effects are not sufficient. When the Co content exceeds the upper limit of the above range, the precipitation of intermetallic compounds is promoted, and the creep strength decreases. For this reason, in the nozzle plates (M4) and (M5) of the embodiment, the Co content is within the above range.

・N(窒素)[(M1)〜(M5)…0.01〜0.03]
Nは、窒化物あるいは炭窒化物を形成することによって析出強化に寄与する成分である。さらに、母相に残存するNは、固溶強化にも寄与する。Nは、たとえば、大気中で鋳造が行われたときにノズル板に溶解して吸収される。実施形態のノズル板(M1)〜(M5)において、Nの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、調質熱処理の実施によって生成される炭窒化物の生成量が少なくなり、十分でなくなる。Nの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、窒化物の粗大化を促進し、析出強化作用が低下する。このため、実施形態のノズル板(M1)〜(M5)では、Nの含有率を上記範囲にした。
N (nitrogen) [(M1) to (M5) ... 0.01 to 0.03]
N is a component that contributes to precipitation strengthening by forming nitrides or carbonitrides. Further, N remaining in the matrix contributes to solid solution strengthening. For example, N is dissolved and absorbed in the nozzle plate when casting is performed in the atmosphere. In the nozzle plates (M1) to (M5) of the embodiment, when the N content is less than the lower limit of the above range, the amount of carbonitride produced by the tempering heat treatment is reduced, which is sufficient. Disappear. When the N content exceeds the upper limit of the above range, the coarsening of the nitride is promoted and the precipitation strengthening action is reduced. For this reason, in the nozzle plates (M1) to (M5) of the embodiment, the N content is in the above range.

・B(ホウ素)[(M1)〜(M4)…0、(M5)…0.005〜0.009]
Bは、粒界近傍の変形抵抗を高め、高温クリープ強度の向上に寄与する成分である。
実施形態のノズル板(M5)において、Bの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、高温クリープ強度の向上が十分でない。Bの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、溶接の際に割れが生ずる場合がある。このため、実施形態のノズル板(M5)では、Bの含有率を上記範囲にした。
-B (boron) [(M1)-(M4) ... 0, (M5) ... 0.005-0.009]
B is a component that increases the deformation resistance near the grain boundary and contributes to the improvement of the high temperature creep strength.
In the nozzle plate (M5) of the embodiment, when the B content is less than the lower limit of the above range, the high temperature creep strength is not sufficiently improved. If the B content exceeds the upper limit of the above range, cracking may occur during welding. For this reason, in the nozzle plate (M5) of the embodiment, the B content is within the above range.

以下より、実施形態において、上記のノズル板(M1)〜(M5)を製造する方法について説明する。   Hereinafter, in the embodiment, a method for manufacturing the nozzle plates (M1) to (M5) will be described.

本実施形態では、まず、エレクトロスラグ再溶解法で形成された金属材料を準備する準備工程を行う。ここでは、エレクトロスラグ再溶解法で形成された金属材料の組成は、質量%で、C:0.10〜0.15、Si:0.60以下、Mn:0.60以下、Ni:0.60以下、Cr:12.0〜14.0を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。なお、エレクトロスラグ再溶解法では、消耗電極を溶融スラグに浸漬させて通電し、スラグのジュール熱によって消耗電極を再溶解し、溶融スラグ中を通過した溶鋼の液滴を水冷鋳型内で積層させて凝固させることによって、金属材料であるインゴットを得る。   In the present embodiment, first, a preparation process for preparing a metal material formed by an electroslag remelting method is performed. Here, the composition of the metal material formed by the electroslag remelting method is mass%, C: 0.10 to 0.15, Si: 0.60 or less, Mn: 0.60 or less, Ni: 0.00. 60 or less, Cr: 12.0 to 14.0, with the balance being Fe and inevitable impurities. In the electroslag remelting method, the consumable electrode is immersed in the molten slag and energized, the consumable electrode is remelted by the Joule heat of the slag, and the molten steel droplets that have passed through the molten slag are stacked in a water-cooled mold. By solidifying, an ingot that is a metal material is obtained.

つぎに、準備工程で準備した金属材料を用いて、鋳造によりノズル板(M1)〜(M5)を形成する鋳造工程を行う。ここでは、エレクトロスラグ再溶解法で形成された金属材料を、再度、溶解する。このとき、必要に応じて、ノズル板(M1)〜(M5)の各成分になるように金属成分を添加して、溶解を行うことで、溶湯を形成する。そして、その溶湯を用いて鋳造を行うことで、ノズル板(M1)〜(M5)の形成を行う。   Next, the casting process which forms nozzle plates (M1) to (M5) by casting is performed using the metal material prepared in the preparation process. Here, the metal material formed by the electroslag remelting method is melted again. At this time, as needed, a metal component is added so that it may become each component of nozzle plate (M1)-(M5), and a molten metal is formed by melting. And nozzle plates (M1) to (M5) are formed by casting using the molten metal.

本実施形態では、たとえば、大気中において精密鋳造法で鋳造を行うことによって、ノズル板(M1)〜(M5)の形成を行う。具体的には、ロウ(ワックス)でノズル板の形状に原型を形成する。つぎに、その原型の周囲を鋳砂で覆って固めた後に、ロウを溶解させて除去することで砂型を作製する。つぎに、上記のノズル板を構成する各成分を溶解した溶湯を砂型に流し込んだ後に、冷却することで、鋳物(鋳鋼)であるノズル板(M1)〜(M5)を形成する。   In the present embodiment, for example, the nozzle plates (M1) to (M5) are formed by casting in the atmosphere by a precision casting method. Specifically, a prototype is formed in the shape of a nozzle plate with wax. Next, the periphery of the original mold is covered with cast sand and hardened, and then the wax is dissolved and removed to produce a sand mold. Next, after pouring a molten metal in which each component constituting the nozzle plate is poured into a sand mold, the nozzle plates (M1) to (M5), which are castings (cast steel), are formed.

その後、ノズル板(M1)〜(M5)について調質熱処理を行う。ここでは、調質熱処理として、焼鈍、焼ならし、焼入れ(冷却)、および、焼戻しを順次行う。最後に、仕上げ加工を行うことによって、ノズル板(M1)〜(M5)を完成させる。   Thereafter, tempering heat treatment is performed on the nozzle plates (M1) to (M5). Here, annealing, normalizing, quenching (cooling), and tempering are sequentially performed as the tempering heat treatment. Finally, the nozzle plates (M1) to (M5) are completed by finishing.

上記のように、本実施形態の準備工程では、エレクトロスラグ再溶解法で形成された金属材料を準備する。このため、ノズル板(M1)〜(M5)は、不純物の含有率が小さく、均質性が高い。つまり、本実施形態では、スクラップを使用しないため、スクラップに含有する各成分元素の含有割合および不純物の含有割合を溶解時に分析して、精錬等で調整する必要がない。数10トンを超える規模で溶解を行って製作した金属材料を用いているので、鋳造品であるノズル板(M1)〜(M5)は、安定した品質で最終的に作製される。また、本実施形態では、エレクトロスラグ再溶解法で形成された金属材料の組成が上記の含有割合であるので、ノズル板(M1)〜(M5)の作製を効率的に行うことができる。このように、本実施形態に係るノズル板の製造方法は、製造効率が高く、コストの低減を容易に実現することができる。なお、エレクトロスラグ再溶解法で形成された金属材料の組成について上記した含有割合にする理由は、エレクトロスラグ再溶解法で形成された金属材料が、ノズル板(M1)〜(M5)の基本組成となる含有割合であるため、Mo,V,W,Nb等の強化元素を添加していくこと、および、Cr量を希釈することによって、容易にノズル板(M1)〜(M5)の形成を行うことが可能になるためである。   As described above, in the preparation step of the present embodiment, a metal material formed by the electroslag remelting method is prepared. For this reason, the nozzle plates (M1) to (M5) have a low impurity content and high homogeneity. That is, in this embodiment, since scrap is not used, it is not necessary to analyze the content ratio of each component element and the content ratio of impurities contained in the scrap at the time of melting and adjust by refining or the like. Since a metal material manufactured by melting on a scale exceeding several tens of tons is used, the nozzle plates (M1) to (M5), which are cast products, are finally manufactured with stable quality. Moreover, in this embodiment, since the composition of the metal material formed by the electroslag remelting method is the above content ratio, the nozzle plates (M1) to (M5) can be efficiently manufactured. Thus, the manufacturing method of the nozzle plate according to the present embodiment has high manufacturing efficiency and can easily realize cost reduction. In addition, the reason for making the above-mentioned content ratio about the composition of the metal material formed by the electroslag remelting method is that the metal material formed by the electroslag remelting method is the basic composition of the nozzle plates (M1) to (M5). Therefore, nozzle plates (M1) to (M5) can be easily formed by adding reinforcing elements such as Mo, V, W, and Nb and diluting the Cr amount. This is because it becomes possible to do this.

さらに、上記のように、本実施形態の鋳造工程では、精密鋳造法でノズル板の作製を行うため、製作期間を短縮化することができる。たとえば、鍛造や圧延で形成された角材について切削加工を施すことでノズル板を作製する場合には、7〜9ヶ月の製作期間が必要になる。これに対して、ノズル板を精密鋳造法で作製する場合には、製作期間は、2〜3ヶ月であり、製作期間を効果的に短縮することができる。   Furthermore, as described above, in the casting process of the present embodiment, the nozzle plate is manufactured by a precision casting method, so that the manufacturing period can be shortened. For example, when a nozzle plate is manufactured by cutting a square bar formed by forging or rolling, a manufacturing period of 7 to 9 months is required. On the other hand, when the nozzle plate is produced by the precision casting method, the production period is 2 to 3 months, and the production period can be effectively shortened.

以下より、本実施形態において、上記のノズル板(静翼)で構成された静翼翼列を含む蒸気タービンに関して図1を用いて説明する。図1では、鉛直面(yz面)に沿った断面を示している。   Hereinafter, in the present embodiment, a steam turbine including a stationary blade cascade composed of the nozzle plate (static blade) will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a cross section along a vertical plane (yz plane).

図1に示すように、蒸気タービン1は、回転機械であって、蒸気が作動流体として供給されることによって、タービンロータ22が回転するように構成されている。ここでは、蒸気タービン1は、軸流タービンであって、タービンロータ22の回転軸AXに沿った水平方向yを流れ方向として蒸気が流れる。蒸気タービン1は、多段式であって、動翼21と静翼25とで構成されたタービン段落が回転軸AXに沿った軸方向に複数段並んでおり、蒸気が複数のタービン段落のそれぞれにおいて仕事を行う。これにより、蒸気タービン1においてタービンロータ22が回転する。以下より、蒸気タービン1を構成する各部の詳細について説明する。   As shown in FIG. 1, the steam turbine 1 is a rotating machine, and is configured such that a turbine rotor 22 rotates when steam is supplied as a working fluid. Here, the steam turbine 1 is an axial turbine, and the steam flows with the horizontal direction y along the rotation axis AX of the turbine rotor 22 as the flow direction. The steam turbine 1 is a multistage type, in which turbine stages composed of moving blades 21 and stationary blades 25 are arranged in a plurality of stages in the axial direction along the rotation axis AX, and the steam is in each of the plurality of turbine stages. Do the job. As a result, the turbine rotor 22 rotates in the steam turbine 1. Below, the detail of each part which comprises the steam turbine 1 is demonstrated.

ケーシング20は、内部にタービンロータ22を収容している。タービンロータ22は、一端が発電機(図示省略)に連結されており、タービンロータ22の回転によって、発電機(図示省略)が駆動して発電が行われる。タービンロータ22には、ロータディスク221が外周面に複数設けられている。タービンロータ22に設けられたロータディスク221の外周面には、動翼21が設置されている。動翼21は、タービンロータ22の外周面を囲うように、複数がタービンロータ22の周方向R(回転方向)において間を隔てて配置されており、動翼翼列を構成している。動翼翼列は、複数段であって、複数段の動翼翼列のそれぞれは、タービンロータ22の回転軸AXに沿って並んでいる。   The casing 20 accommodates the turbine rotor 22 therein. One end of the turbine rotor 22 is connected to a generator (not shown), and the generator (not shown) is driven by the rotation of the turbine rotor 22 to generate power. The turbine rotor 22 is provided with a plurality of rotor disks 221 on the outer peripheral surface. A rotor blade 21 is installed on the outer peripheral surface of a rotor disk 221 provided in the turbine rotor 22. A plurality of moving blades 21 are arranged in the circumferential direction R (rotational direction) of the turbine rotor 22 so as to surround the outer peripheral surface of the turbine rotor 22, and constitute a moving blade cascade. The moving blade cascade has a plurality of stages, and each of the plurality of moving blade cascades is arranged along the rotation axis AX of the turbine rotor 22.

ケーシング20の内部には、ノズルダイアフラム10が設置されている。ノズルダイアフラム10は、ダイアフラム外輪23とダイアフラム内輪24と静翼25とによって構成されている。ノズルダイアフラム10において、ダイアフラム外輪23は、ケーシング20の内周面に設置されている。ダイアフラム内輪24は、ダイアフラム外輪23の内側にダイアフラム外輪23から間を隔てて設置されている。静翼25は、ダイアフラム外輪23とダイアフラム内輪24との間に複数が設置されている。   A nozzle diaphragm 10 is installed inside the casing 20. The nozzle diaphragm 10 includes a diaphragm outer ring 23, a diaphragm inner ring 24, and a stationary blade 25. In the nozzle diaphragm 10, the diaphragm outer ring 23 is installed on the inner peripheral surface of the casing 20. The diaphragm inner ring 24 is installed inside the diaphragm outer ring 23 and spaced from the diaphragm outer ring 23. A plurality of stationary blades 25 are installed between the diaphragm outer ring 23 and the diaphragm inner ring 24.

ここでは、複数の静翼25は、タービンロータ22の外周面を囲うように周方向Rに間を隔てて配置されており、静翼翼列を構成している。静翼翼列は、動翼翼列と同様に、複数段であって、複数段の静翼翼列がタービンロータ22の回転軸AXに沿って並ぶように設けられている。   Here, the plurality of stationary blades 25 are arranged at intervals in the circumferential direction R so as to surround the outer peripheral surface of the turbine rotor 22, and constitute a stationary blade cascade. Like the moving blade cascade, the stationary blade cascade is provided in a plurality of stages, and the multiple stages of stationary blade cascades are arranged along the rotation axis AX of the turbine rotor 22.

蒸気タービン1においては、蒸気入口管28がケーシング20の入口を貫通しており、その蒸気入口管28を介して、蒸気がケーシング20の内部に作動流体として導入される。   In the steam turbine 1, a steam inlet pipe 28 passes through the inlet of the casing 20, and steam is introduced into the casing 20 as a working fluid via the steam inlet pipe 28.

本実施形態において、静翼25は、上記したノズル板であって、運転温度に応じたノズル板を用いて形成されている。   In the present embodiment, the stationary blade 25 is the nozzle plate described above, and is formed using a nozzle plate corresponding to the operating temperature.

なお、ダイアフラム外輪23とダイアフラム内輪24との間に静翼25としてノズル板を配置する他に、ケーシング20(タービン車室)に静翼25として複数のノズル板を周方向Rに配置してもよい。   In addition to arranging a nozzle plate as the stationary blade 25 between the diaphragm outer ring 23 and the diaphragm inner ring 24, a plurality of nozzle plates may be arranged in the circumferential direction R as the stationary blade 25 in the casing 20 (turbine casing). Good.

以下より、上記したノズル板の実施例および比較例に関して、表1から表4を用いて説明する。   Hereinafter, Examples and Comparative Examples of the nozzle plate described above will be described using Tables 1 to 4.

表1から表4において、P1〜P14は、実施例であり、C1〜C8は、比較例である。ここでは、強化元素成分(Cr元素以外のフェライト形成元素を組成に含まないノズル板(M1)に関しては、実施例がP7〜P9であって、比較例がC1,C2である(ノズル板(M1)は、C、Si、Mn、Ni、Cr、N、Fe、および、不可避的不純物からなる)。W(タングステン)成分を組成に含まないノズル板(M2)に関しては、実施例がP4〜P6であって、比較例がC3,C4である(ノズル板(M2)は、C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、Nb、N、Fe、および、不可避的不純物からなる)。W(タングステン)成分を組成に含むノズル板(M3)に関しては、実施例がP1〜P3であって、比較例がC1,C2である(ノズル板(M3)は、C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、W、Nb、N、Fe、および、不可避的不純物からなる)。Co(コバルト)成分を組成に含むノズル板(M4)に関しては、実施例がP10〜P12であって、比較例がC7である(ノズル板(M4)は、C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、W、Nb、Co、N、Fe、および、不可避的不純物からなる)。Co(コバルト)成分とホウ素(B)成分とを組成に含むノズル板(M5)に関しては、実施例がP13,P14であって、比較例がC6,C8である(ノズル板(M5)は、C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、W、Nb、Co、B、N、Fe、および、不可避的不純物からなる。)。   In Tables 1 to 4, P1 to P14 are examples, and C1 to C8 are comparative examples. Here, with respect to the nozzle element (M1) that does not contain a reinforcing element component (a ferrite forming element other than Cr element in the composition), the examples are P7 to P9, and the comparative examples are C1 and C2 (nozzle plate (M1 ) Is composed of C, Si, Mn, Ni, Cr, N, Fe, and inevitable impurities) For the nozzle plate (M2) that does not include the W (tungsten) component, the examples are P4 to P6. The comparative examples are C3 and C4 (the nozzle plate (M2) is made of C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V, Nb, N, Fe, and inevitable impurities). Regarding the nozzle plate (M3) containing the (tungsten) component, the examples are P1 to P3, and the comparative examples are C1 and C2 (the nozzle plate (M3) includes C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V, W, Nb, N, Fe For the nozzle plate (M4) containing a Co (cobalt) component in the composition, the examples are P10 to P12, and the comparative example is C7 (nozzle plate (M4) C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V, W, Nb, Co, N, Fe, and inevitable impurities) Nozzle containing in its composition a Co (cobalt) component and a boron (B) component Regarding the plate (M5), the examples are P13 and P14, and the comparative examples are C6 and C8 (the nozzle plate (M5) is C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V, W, Nb. , Co, B, N, Fe, and inevitable impurities).

[ノズル板の作製]
まず、各例のノズル板を作製するために、エレクトロスラグ再溶解法で形成された金属材料を準備した。ここでは、表1に示す成分を有し、直径が100mmである円柱形状の丸棒を金属材料として準備した。
[Preparation of nozzle plate]
First, in order to produce the nozzle plate of each example, a metal material formed by an electroslag remelting method was prepared. Here, a cylindrical round bar having the components shown in Table 1 and having a diameter of 100 mm was prepared as a metal material.

Figure 2019011501
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つぎに、準備した金属材料を用いて、鋳造により各例のノズル板を形成した。ここでは、エレクトロスラグ再溶解法で形成された金属材料を、再度、溶解した。このとき、表2に示すように、各例のノズル板の成分になるように必要に応じて金属成分を添加して溶解を行った。そして、大気中で鋳造を行うことで、ノズル板形状の鋳物を作製した。なお、表2において「<0.01」の表示は、成分分析の検出限界未満であることを示しており、0.00質量%を超え、0.01質量%未満であることを示している。   Next, the nozzle plate of each example was formed by casting using the prepared metal material. Here, the metal material formed by the electroslag remelting method was melted again. At this time, as shown in Table 2, the metal component was added and dissolved as necessary so as to be a component of the nozzle plate of each example. And the casting of a nozzle plate shape was produced by casting in air | atmosphere. In Table 2, the indication of “<0.01” indicates that it is less than the detection limit of the component analysis, and indicates that it exceeds 0.00 mass% and is less than 0.01 mass%. .

Figure 2019011501
Figure 2019011501

つぎに、ノズル板形状の鋳物について調質熱処理を行った。ここでは、調質熱処理として、焼鈍、焼ならし、焼入れ、および、焼戻しを順次行うことで、各例のノズル板を作製した。焼鈍、焼ならし、焼入れ、および、焼戻しは、表3に示す条件で行った。各例のノズル板は、常温での引張強さが700MPa程度になるように作製された。   Next, a tempering heat treatment was performed on the nozzle plate-shaped casting. Here, the nozzle plate of each example was produced by performing annealing, normalization, quenching, and tempering sequentially as the tempering heat treatment. Annealing, normalizing, quenching, and tempering were performed under the conditions shown in Table 3. The nozzle plate of each example was produced so that the tensile strength at room temperature was about 700 MPa.

Figure 2019011501
Figure 2019011501

[試験]
各例のノズル板に関して試験を行った結果を表4に示す。
[test]
Table 4 shows the results of the tests performed on the nozzle plate of each example.

Figure 2019011501
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表4に示すように、各例のノズル板に関して、500℃における引張強さ(JIS Z 2241)、および、550℃における10万時間クリープ破断強度(JIS Z 2271)を求めた。ここでは、JIS4号試験片を用いて、500℃で引張試験を行った。これにより、500℃における引張強さを測定すると共に、クリープ破断強度の測定結果から、「550℃における10万時間クリープ破断強度」を算出した。   As shown in Table 4, the tensile strength at 500 ° C. (JIS Z 2241) and the 100,000-hour creep rupture strength at 550 ° C. (JIS Z 2271) were determined for the nozzle plates of each example. Here, a tensile test was performed at 500 ° C. using a JIS No. 4 test piece. Thus, the tensile strength at 500 ° C. was measured, and “100,000 hours creep rupture strength at 550 ° C.” was calculated from the measurement result of the creep rupture strength.

表4に示すように、各例のノズル板に関して、「溶接施工」の試験を行った。「溶接施工」の試験は、以下の手順で行った。焼戻しが施されたノズル板を板厚が10ミリである平板に加工した。そして、その平板を250℃に予熱した後、ArガスとCOガスとが混合されたガスシールド環境で、9%Cr溶接棒を用いて平板に溶接ビードを施工した。そして、その平板のうち溶接部の近傍について割れの発生有無を確認した。表4では、溶接時に溶接部に割れが発生しない場合を「○」で示し、溶接時に溶接部に割れが発生した場合を「×」で示している。 As shown in Table 4, the “welding” test was performed on the nozzle plate of each example. The “welding” test was performed according to the following procedure. The tempered nozzle plate was processed into a flat plate having a thickness of 10 mm. Then, after preheating the flat plate to 250 ° C., a weld bead was applied to the flat plate using a 9% Cr welding rod in a gas shield environment in which Ar gas and CO 2 gas were mixed. And the presence or absence of generation | occurrence | production of a crack was confirmed about the vicinity of the welding part among the flat plates. In Table 4, the case where no crack occurs in the weld during welding is indicated by “◯”, and the case where a crack occurs in the weld during welding is indicated by “x”.

P1〜P3と、C1,C2との間で試験結果を比較すると、「500℃における引張強さ」は、両者の間で同等である。しかし、「10万時間クリープ破断強度」は、P1〜P3の方がC1よりも高い。「溶接施工」において、P1〜P3は、溶接部に割れが生じていないが、C2は、溶接部に割れが発生した。P1〜P3を構成する各成分の含有割合は、C1,C2の場合と異なり、上記したノズル板(M3)を構成する各成分の含有割合の範囲内である。このため、P1〜P3は、上記のように、優れた機械的特性を備える。   When the test results are compared between P1 to P3 and C1 and C2, the “tensile strength at 500 ° C.” is equivalent between the two. However, “100,000 hour creep rupture strength” is higher in P1 to P3 than in C1. In “welding”, P1 to P3 had no cracks in the welded part, but C2 had cracks in the welded part. Unlike the case of C1 and C2, the content rate of each component which comprises P1-P3 is in the range of the content rate of each component which comprises the above-mentioned nozzle plate (M3). For this reason, P1-P3 is equipped with the outstanding mechanical characteristic as mentioned above.

P4〜P6と、C3,C4との間で試験結果を比較すると、「500℃における引張強さ」は、P4〜P6の方がC3,C4よりも高い。「10万時間クリープ破断強度」も同様に、P4〜P6の方がC3,C4よりも高い。「溶接施工」において、P4〜P6は、溶接部に割れが生じていないが、C3は、溶接部に割れが発生した。P4〜P6を構成する各成分の含有割合は、C3,C4の場合と異なり、上記したノズル板(M2)を構成する各成分の含有割合の範囲内である。このため、P4〜P6は、上記のように、優れた機械的特性を備える。   When test results are compared between P4 to P6 and C3 and C4, “tensile strength at 500 ° C.” is higher in P4 to P6 than in C3 and C4. Similarly, “100,000 hours creep rupture strength” is higher for P4 to P6 than for C3 and C4. In “welding construction”, cracks occurred in the welded part in P4 to P6, but cracked in the welded part in C3. Unlike the case of C3 and C4, the content rate of each component which comprises P4-P6 is in the range of the content rate of each component which comprises the above-mentioned nozzle plate (M2). Therefore, P4 to P6 have excellent mechanical properties as described above.

P7〜P9と、C5との間で試験結果を比較すると、「500℃における引張強さ」は、P7〜P9の方がC5よりも高い。「10万時間クリープ破断強度」も同様に、P4〜P6の方がC5よりも高い。「溶接施工」において、P7〜P9は、溶接部に割れが生じていない。P7〜P9を構成する各成分の含有割合は、C5の場合と異なり、上記したノズル板(M1)を構成する各成分の含有割合の範囲内である。このため、P7〜P9は、上記のように、優れた機械的特性を備える。   When the test results are compared between P7 to P9 and C5, “tensile strength at 500 ° C.” is higher in P7 to P9 than in C5. Similarly, “100,000 hours creep rupture strength” is higher for P4 to P6 than for C5. In “welding construction”, P7 to P9 are not cracked in the welded portion. Unlike the case of C5, the content rate of each component which comprises P7-P9 is in the range of the content rate of each component which comprises the above-mentioned nozzle plate (M1). For this reason, P7-P9 is equipped with the outstanding mechanical characteristic as mentioned above.

P10〜P12と、C7との間で試験結果を比較すると、「500℃における引張強さ」は、互いに同様であるが、「10万時間クリープ破断強度」は、P10〜P12の方がC7よりも高い。「溶接施工」において、P10〜P12は、溶接部に割れが生じていない。P10〜P12を構成する各成分の含有割合は、C7の場合と異なり、上記したノズル板(M4)を構成する各成分の含有割合の範囲内である。このため、P10〜P12は、上記のように、優れた機械的特性を備える。   When the test results are compared between P10 to P12 and C7, the “tensile strength at 500 ° C.” is similar to each other, but the “100,000 hour creep rupture strength” is higher for P10 to P12 than for C7. Is also expensive. In “welding”, P10 to P12 are not cracked in the welded portion. Unlike the case of C7, the content ratio of each component constituting P10 to P12 is within the range of the content ratio of each component constituting the nozzle plate (M4). Therefore, P10 to P12 have excellent mechanical properties as described above.

P13,P14と、C6,C8との間で試験結果を比較すると、「500℃における引張強さ」、および、「10万時間クリープ破断強度」は、互いに同様である。しかし、「溶接施工」において、P13,P14は、溶接部に割れが生じていないが、C6,C8は、溶接部に割れが生じている。P13,P14を構成する各成分の含有割合は、C6,C8の場合と異なり、上記したノズル板(M5)を構成する各成分の含有割合の範囲内である。このため、P13,P14は、上記のように、優れた機械的特性を備える。   When test results are compared between P13 and P14 and C6 and C8, “tensile strength at 500 ° C.” and “100,000 hours creep rupture strength” are the same. However, in “welding work”, P13 and P14 have no crack in the welded portion, but C6 and C8 have a crack in the welded portion. Unlike the case of C6 and C8, the content rate of each component which comprises P13 and P14 is in the range of the content rate of each component which comprises the above-mentioned nozzle plate (M5). Therefore, P13 and P14 have excellent mechanical characteristics as described above.

上記の結果から、ノズル板(M1)〜(M5)は、優れた機械的特性を備えることが判る。つまり、ノズル板(M1)〜(M5)においては、「500℃における引張強さ」および「10万時間クリープ破断強度」が十分に高く、かつ、「溶接施工」において溶接部に割れが生じないことが判る。   From the above results, it can be seen that the nozzle plates (M1) to (M5) have excellent mechanical properties. That is, in the nozzle plates (M1) to (M5), “tensile strength at 500 ° C.” and “100,000 hours creep rupture strength” are sufficiently high, and cracks do not occur in the welded part in “welding operation”. I understand that.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…蒸気タービン、10…ノズルダイアフラム、20…ケーシング、21…動翼、22…タービンロータ、221…ロータディスク、23…ダイアフラム外輪、24…ダイアフラム内輪、25…静翼(ノズル板)、28…蒸気入口管、AX…回転軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Steam turbine, 10 ... Nozzle diaphragm, 20 ... Casing, 21 ... Moving blade, 22 ... Turbine rotor, 221 ... Rotor disc, 23 ... Diaphragm outer ring, 24 ... Diaphragm inner ring, 25 ... Stator blade (nozzle plate), 28 ... Steam inlet pipe, AX ... Rotating shaft

Claims (6)

エレクトロスラグ再溶解法で形成された金属材料を準備する準備工程と、
前記金属材料を用いて鋳造により蒸気タービンのノズル板を形成する鋳造工程と
を有し、
前記金属材料の組成は、質量%で、
C:0.10〜0.15、
Si:0.60以下、
Mn:0.60以下、
Ni:0.60以下、
Cr:12.0〜14.0
を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる、
蒸気タービンのノズル板の製造方法。
A preparation step of preparing a metal material formed by an electroslag remelting method;
Forming a steam turbine nozzle plate by casting using the metal material, and
The composition of the metal material is mass%,
C: 0.10 to 0.15,
Si: 0.60 or less,
Mn: 0.60 or less,
Ni: 0.60 or less,
Cr: 12.0 to 14.0
Containing
The balance consists of Fe and inevitable impurities,
A method for manufacturing a nozzle plate of a steam turbine.
前記ノズル板の組成は、質量%で、
C:0.10〜0.15、
Si:0.60以下、
Mn:0.60以下、
Ni:0.60以下、
Cr:12.0〜14.0、
N:0.01〜0.03
を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる、
請求項1に記載の蒸気タービンのノズル板の製造方法。
The composition of the nozzle plate is mass%,
C: 0.10 to 0.15,
Si: 0.60 or less,
Mn: 0.60 or less,
Ni: 0.60 or less,
Cr: 12.0 to 14.0,
N: 0.01-0.03
Containing
The balance consists of Fe and inevitable impurities,
The manufacturing method of the nozzle plate of the steam turbine of Claim 1.
前記ノズル板の組成は、質量%で、
C:0.10〜0.15、
Si:0.60以下、
Mn:0.40〜0.60、
Ni:0.60以下、
Cr:10.0〜11.5、
Mo:0.80〜1.10、
V:0.15〜0.25、
Nb:0.05〜0.20
N:0.01〜0.03
を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる、
請求項1に記載の蒸気タービンのノズル板の製造方法。
The composition of the nozzle plate is mass%,
C: 0.10 to 0.15,
Si: 0.60 or less,
Mn: 0.40 to 0.60,
Ni: 0.60 or less,
Cr: 10.0 to 11.5,
Mo: 0.80 to 1.10,
V: 0.15-0.25,
Nb: 0.05-0.20
N: 0.01-0.03
Containing
The balance consists of Fe and inevitable impurities,
The manufacturing method of the nozzle plate of the steam turbine of Claim 1.
前記ノズル板の組成は、質量%で、
C:0.10〜0.15、
Si:0.60以下、
Mn:0.40〜0.60、
Ni:0.60以下、
Cr:9.2〜10.2、
Mo:0.80〜1.10、
V:0.15〜0.25、
W:0.80〜1.10、
Nb:0.05〜0.10、
N:0.01〜0.03
を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる、
請求項1に記載の蒸気タービンのノズル板の製造方法。
The composition of the nozzle plate is mass%,
C: 0.10 to 0.15,
Si: 0.60 or less,
Mn: 0.40 to 0.60,
Ni: 0.60 or less,
Cr: 9.2 to 10.2,
Mo: 0.80 to 1.10,
V: 0.15-0.25,
W: 0.80 to 1.10,
Nb: 0.05 to 0.10,
N: 0.01-0.03
Containing
The balance consists of Fe and inevitable impurities,
The manufacturing method of the nozzle plate of the steam turbine of Claim 1.
前記ノズル板の組成は、質量%で、
C:0.10〜0.15、
Si:0.30以下、
Mn:0.40〜0.60、
Ni:0.30以下、
Cr:9.0〜10.5、
Mo:0.50〜0.80、
V:0.15〜0.25、
W:1.60〜1.90、
Nb:0.015〜0.025、
Co:1.0〜3.0、
N:0.01〜0.03
を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる、
請求項1に記載の蒸気タービンのノズル板の製造方法。
The composition of the nozzle plate is mass%,
C: 0.10 to 0.15,
Si: 0.30 or less,
Mn: 0.40 to 0.60,
Ni: 0.30 or less,
Cr: 9.0 to 10.5
Mo: 0.50 to 0.80,
V: 0.15-0.25,
W: 1.60 to 1.90,
Nb: 0.015-0.025,
Co: 1.0-3.0,
N: 0.01-0.03
Containing
The balance consists of Fe and inevitable impurities,
The manufacturing method of the nozzle plate of the steam turbine of Claim 1.
前記ノズル板の組成は、質量%で、
C:0.10〜0.15、
Si:0.30以下、
Mn:0.40〜0.60、
Ni:0.30以下、
Cr:9.0〜10.5、
Mo:0.50〜0.80、
V:0.15〜0.25、
W:1.60〜1.90、
Nb:0.015〜0.025、
Co:1.0〜3.0、
B:0.005〜0.009
N:0.01〜0.03
を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる、
請求項1に記載の蒸気タービンのノズル板の製造方法。
The composition of the nozzle plate is mass%,
C: 0.10 to 0.15,
Si: 0.30 or less,
Mn: 0.40 to 0.60,
Ni: 0.30 or less,
Cr: 9.0 to 10.5
Mo: 0.50 to 0.80,
V: 0.15-0.25,
W: 1.60 to 1.90,
Nb: 0.015-0.025,
Co: 1.0-3.0,
B: 0.005 to 0.009
N: 0.01-0.03
Containing
The balance consists of Fe and inevitable impurities,
The manufacturing method of the nozzle plate of the steam turbine of Claim 1.
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