JP6049331B2 - 蒸気タービンの動翼、蒸気タービンの動翼の製造方法および蒸気タービン - Google Patents
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- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
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Description
[Cr]/([Cr]+[Fe]) …式(1)
[Cr]+3.3[Mo] …式(2)
195−1200([C]−0.006)−23([Cr]−12)−40([Ni]−9)−16([Mo]+0.5[W]−1.5)−3.75[Al]−34[Ti]−20[Cu] …式(3)
Crは、優れた耐食性を得るために重要な元素である。この効果を発揮させるために、Crを8.5%以上含有することが必要である。一方、Crの含有率が12.5%を越えると、δフェライトの析出により靭性が低下する。また、強度や靭性などの向上に有効なその他の元素の添加が制限される。そのため、Crの含有率を8.5〜12.5%とした。同様の理由により、Crの含有率を9〜10%とすることがより好ましい。
Moは、Crと同様に、耐食性の向上に有効な元素である。この効果を発揮させるために、Moを1%以上含有することが必要である。一方、Moの含有率が2%を越えると、δフェライトの析出により靭性が低下する。また、Moは、比較的高価な元素であるため、製造コストが増加する。そのため、Moの含有率を1〜2%とした。同様の理由により、Moの含有率を1.3〜1.8%とすることがより好ましい。
Niは、Tiと金属間化合物を形成して析出硬化に寄与し、靭性を向上させ、δフェライトの析出を抑制する効果がある。目標とする靭性を達成するには、Niを8.5%以上含有することが必要である。一方、Niの含有率が11.5%を越えると、前述した式(3)で示される評価指標Msが低下し、残留オーステナイトが生成される。また、Niは、比較的高価な元素であるため、製造コストが増加する。そのため、Niの含有率を8.5〜11.5%とした。同様の理由により、Niの含有率を10〜11.5%とすることがより好ましい。
Tiは、Niと金属間化合物を形成して析出硬化に寄与する。この効果を発揮させるために、Tiを0.6%以上含有することが必要である。一方、Tiの含有率が1.4%を越えると、靭性が低下する。そのため、Tiの含有率を0.6〜1.4%とした。同様の理由により、Tiの含有率を0.7〜1.3%とすることがより好ましい。
Cは、δフェライトの析出の抑制に有効である。この効果を発揮させるために、Cを0.0005%以上含有することが必要である。一方、Cの含有率が0.05%を越えると、前述した式(3)で示される評価指標Msが低下し、残留オーステナイトが生成される。また、炭化物の析出は、耐食性を低下させる。そのため、Cの含有率を0.0005〜0.05%とした。同様の理由により、Cの含有率を0.01〜0.02%とすることがより好ましい。
Alは、析出硬化に寄与する。この効果を発揮させるために、Alを0.0005%以上含有することが必要である。一方、Alの含有率が0.25%を越えると、靭性が低下する。そのため、Alの含有率を0.0005〜0.25%とした。同様の理由により、Alの含有率を0.001〜0.025%とすることがより好ましい。
Cuは、析出硬化に寄与する。この効果を発揮させるために、Cuを0.005%以上含有することが必要である。一方、Cuの含有率が0.75%を越えると、靭性、延性、強度が低下する。そのため、Cuの含有率を0.005〜0.75%とした。同様の理由により、Cuの含有率を0.005〜0.25%とすることがより好ましい。
Nbは、析出硬化に寄与する。この効果を発揮させるために、Nbを0.0005%以上含有することが必要である。一方、Nbの含有率が0.3%を越えると、靭性が低下する。そのため、Nbの含有率を0.0005〜0.3%とした。同様の理由により、Nbの含有率を0.001〜0.025%とすることがより好ましい。
Siは、脱酸剤としての機能を備える。この効果を発揮させるために、Siを0.005%以上含有することが必要である。一方、Siの含有率が0.75%を越えると、δフェライトの析出によって靭性が低下する。そのため、Siの含有率を0.005〜0.75%とした。同様の理由により、Siの含有率を0.005〜0.1%とすることが好ましい。
Mnは、脱酸剤の効果があり、δフェライトの析出の抑制に有効である。この効果を発揮させるために、Mnを0.005%以上含有することが必要である。一方、Mnの含有率が1%を越えると、残留オーステナイトを生成する。そのため、Mnの含有率を0.005〜1%とした。同様の理由により、Mnの含有率を0.005〜0.1%とすることが好ましい。
Nは、δフェライトの析出の抑制に有効である。この効果を発揮させるために、Nを0.0001%以上含有することが必要である。一方、Nの含有率が0.03%を越えると、残留オーステナイトを生成する。また、NがTiと化合物を形成し、強度に寄与するNiとTiとによる金属間化合物の形成が抑制される。そのため、Nの含有率を0.0001〜0.03%とした。同様の理由により、Nの含有率を0.0005〜0.01%とすることが好ましい。
実施の形態の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼において、P、S、As、Sn およびSbは、不可避的不純物に分類される成分である。これらの不可避的不純物は、可能な限りその残存含有率を0%に近づけることが望ましい。
(化学組成の影響)
以下に、実施の形態の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼が、強度および靭性に優れていることを説明する。まず、強度および靭性に及ぼす化学組成の影響について説明する。
ここでは、溶体化処理および時効処理における熱処理温度が強度および靭性に及ぼす影響について説明する。表3には、溶体化処理条件、時効処理条件、強度および靭性の評価結果を示している。
Claims (6)
- 質量%で、Cr:8.5〜12.5、Mo:1〜2、Ni:8.5〜11.5、Ti:0.60〜1.40、C:0.0005〜0.05、Al:0.0005〜0.25、Cu:0.005〜0.75、Nb:0.0005〜0.3、Si:0.005〜0.75、Mn:0.005〜1、N:0.0001〜0.03を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、引張強さが1500MPa以上であり、かつシャルピ吸収エネルギが40Jを超える析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼を用いて構成されたことを特徴とする蒸気タービンの動翼。
- 前記析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼において、式(1)によって算出された値が0.10以上であることを特徴とする請求項1記載の蒸気タービンの動翼。
[Cr]/([Cr]+[Fe]) …式(1) (ここで、式(1)中の各括弧書きは、各括弧書き内の元素の含有率(質量%)を意味する。) - 前記析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼において、式(2)によって算出された値が12.5以上であることを特徴とする請求項1または2記載の蒸気タービンの動翼。
[Cr]+3.3[Mo] …式(2) (ここで、式(2)中の各括弧書きは、各括弧書き内の元素の含有率(質量%)を意味する。) - 前記析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼において、式(3)によって算出された値が100以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の蒸気タービンの動翼。
195−1200([C]−0.006)−23([Cr]−12)−40([Ni]−9)−16([Mo]+0.5[W]−1.5)−3.75[Al]−34[Ti]−20[Cu] …式(3) (ここで、式(3)中の各括弧書きは、各括弧書き内の元素の含有率(質量%)を意味する。) - 請求項1乃至4のいずれか1項記載の蒸気タービンの動翼を製造する際に、940〜980℃の温度で溶体化処理、490〜580℃の温度で時効処理が施されたことを特徴とする蒸気タービンの動翼の製造方法。
- 請求項1乃至4のいずれか1項記載の蒸気タービンの動翼を少なくとも1つのタービン段落に備えたことを特徴とする蒸気タービン。
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