JP6113456B2 - 析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼とそれを用いた蒸気タービン長翼 - Google Patents
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Description
添加の下限を10.0%とすることで耐食性を十分に確保できる。一方で、Crを過剰に添加すると有害相が析出し機械的性質を著しく悪化させるので、上限を15.0%とした。以上から、Crの添加量は10.0〜15.0%とする必要がある。11.0〜14.0%が望ましく、特に12.0〜13.0%が好ましい。
その他の元素として、タングステン(W)はMoと同様に耐食性を向上させる効果がある。WはMoとの複合添加により一層この効果を高めることができる。この場合、MoとWの添加量の合計は有害相の析出を防ぐためにMo単独添加と同量にする必要がある。
また、ニオブ(Nb)は炭化物を形成して強度向上に寄与するが、製造性を悪化させる。
このため、Nbを添加する場合は、Nbの添加量は1.0%以下とする必要がある。また、Nbをバナジウム(V)に置き換えることもできる。Nb、Vを複合添加する場合、添加量の合計はNb単独添加と同量にする必要がある。これらの元素の添加は必須ではないが、析出硬化をより顕著にする。
(試料作製)
本発明に係る析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼の化学組成と、引張強さ、0.02%耐力、シャルピー衝撃吸収エネルギー、孔食電位、ミクロ組織の関係性を評価するために試料を作製した。表1に、各試料の化学組成を示す。
(試験方法)
引張試験は、前記で得られた各試料から試験片(評点間距離 30 mm、外径6 mm)を用意しJIS Z 2241に準拠して室温で行った。引張強さ、0.02%耐力の判定基準は、それぞれ、1500 MPa以上、1000 MPa以上を「合格」とし、その値未満を「不合格」とした。また、伸び、絞りは、それぞれ、10 %以上、30 %以上を「合格」とし、その値未満を「不合格」とした。
孔食電位の判定基準は、150 mV以上を「合格」とし、その値未満を「不合格」とした。
(試験結果)
本発明に係る発明合金1〜13は、引張強さ、0.02%耐力、伸び、絞りおよび衝撃吸収エネルギーの機械的特性も合格であった。さらに、孔食電位も良好な結果が得られた。また、金属組織中にδフェライト相や残留オーステナイトは目標範囲内であり、マルテンサイト組織となっていることが確認された。
本発明を用いた蒸気タービン長翼について説明する。本実施形態では、発明材である表1記載の合金1を用いて翼長が48インチのアクシャルエントリー型蒸気タービン長翼を作製した。長翼の作製方法として、まず、5.0×10-3Pa以下の高真空状態で、C + O → COとなる化学反応によって溶鋼を脱酸する真空カーボン脱酸を行った。続いて、鍛伸により電極棒に成形した。この電極棒を溶融スラグに浸漬し電流を流した際に発生するジュール熱で自己溶解させ、水冷鋳型内で凝固させ高品位の鋼塊を得るエレクトロスラグ再溶解を行った。次に、熱間鍛造を行った後に48インチ翼型によって型打ち鍛造を行った。この後に、溶体化処理として、980℃で2.0時間加熱保持後、送風機で急冷する強制冷却した。次に、切削工程を経て所定の形状に加工し、続いて時効処理として525℃で4.0時間加熱保持後、空冷した。最終的な仕上げ加工として、曲がり取りや表面の研磨を行い48インチの長翼とした。
Claims (8)
- 質量比で、C:0.1%以下、N:0.1%以下、Cr:10.0〜15.0%、Ni:12.06〜13.0%、Mo:0.5〜2.5%、Al:1.0〜3.0%、Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下を含み、残部がFeと不可避不純物であることを特徴とする析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼。
- 質量比で、C:0.1%以下、N:0.1%以下、Cr:10.0〜15.0%、Ni:10.0〜15.0%、Mo:0.5〜2.5%、Al:1.0〜3.0%、Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、Nb、Vのうち少なくとも一方を質量比で1.0%以下含み、かつNbとVとをともに含むときは合計で質量比で1.0%以下含み、残部がFeと不可避不純物であることを特徴とする析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼。
- 質量比で、C:0.1%以下、N:0.1%以下、Cr:10.0〜15.0%、Ni:10.0〜15.0%、Mo:0.5〜2.5%、Al:1.0〜3.0%、Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、Wを含み、MoとWの合計量が、質量比で0.5〜2.5%であり、残部がFeと不可避不純物であることを特徴とする析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼。
- 請求項1乃至3のいずれかにおいて、前記不可避不純物が、P、S、Sb、Sn及びAsから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼を用いることを特徴とする蒸気タービン長翼。
- 請求項5において、翼先端部に、Co系合金のステライト(登録商標)が接合されていることを特徴とする蒸気タービン長翼。
- 請求項6に記載の蒸気タービン長翼を備えたことを特徴とするタービンロータ。
- 請求項7に記載のタービンロータを備えたことを特徴とする蒸気タービン。
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