JP6244179B2 - Heat treatment method for turbine rotor - Google Patents

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本発明は、タービンロータの熱処理方法に関し、特に発電用設備で用いる低圧タービンロータ材の耐SCC(Stress Corrosion Cracking)性を向上させる熱処理方法に関する。 The present invention relates to a heat treatment how the turbine rotor, to a heat treatment method to improve SCC (Stress Corrosion Cracking) resistance of the low-pressure turbine rotor material for use particularly in power generation facilities.

火力発電プラントや原子力発電プラントでは、燃料を燃やすことで流体にエネルギーを与え、これに伴って水を蒸気化し、発生した蒸気のエネルギーをタービン翼を介してタービンロータの回転運動へ変換し、タービンロータに連結されている発電機を回転させることによって発電する。蒸気はタービンを通過した後、復水器へ導かれ、復水器で冷却されることで水へ戻される。   In thermal power plants and nuclear power plants, energy is given to fluid by burning fuel, and water is vaporized along with this, and the generated steam energy is converted into rotational motion of the turbine rotor via turbine blades. Electricity is generated by rotating a generator connected to the rotor. After passing through the turbine, the steam is guided to the condenser, and returned to the water by being cooled by the condenser.

一般に、蒸気タービンは、蒸気条件などによって高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンの複数の構成で設計される。特に原子力発電プラントでは、高圧タービン1軸に対し、低圧タービン3軸で用いられるなど、低圧タービンは複数の軸から構成されることが多い。それぞれのタービンは、蒸気条件に合わせて複数のタービン翼が周方向に植えられた段落が軸方向に数段落構成される。低圧タービン入口側では、蒸気のエネルギーが大きいことからタービン翼の長さは小さく、蒸気出口に近づくにつれて蒸気のエネルギーが小さくなることからタービン翼の長さが大きくなる。低圧タービンへ導かれた蒸気は、蒸気が各段を通過する毎に徐々に圧力と温度が低下し、蒸気の性状としては、より湿った蒸気に変化していく。このような湿り蒸気環境にある低圧タービンの段において、応力腐食割れ(Stress Corrosion Cracking,以下、「SCC」と称す)が発生する場合がある。特に湿り蒸気環境下にあるタービン翼とタービンロータとの取付部においては大きな応力が作用するとともに、不純物が濃化しやすい環境にあり、SCCが発生しやすいと考えられる。   Generally, a steam turbine is designed with a plurality of configurations of a high-pressure turbine, an intermediate-pressure turbine, and a low-pressure turbine depending on steam conditions and the like. In particular, in a nuclear power plant, a low-pressure turbine is often composed of a plurality of shafts, such as being used with three low-pressure turbines with respect to one shaft of a high-pressure turbine. Each turbine has several stages in the axial direction in which a plurality of turbine blades are planted in the circumferential direction according to steam conditions. On the low-pressure turbine inlet side, the length of the turbine blade is small because the energy of the steam is large, and the length of the turbine blade is large because the energy of the steam is small as it approaches the steam outlet. The steam led to the low-pressure turbine gradually decreases in pressure and temperature each time the steam passes through each stage, and the steam property changes to moist steam. Stress corrosion cracking (hereinafter referred to as “SCC”) may occur in a low-pressure turbine stage in such a wet steam environment. In particular, a large stress acts on the attachment portion between the turbine blade and the turbine rotor in a humid steam environment, and it is considered that SCC is likely to occur because the impurities are likely to be concentrated.

一般的に、SCCは応力、使用環境(温度、湿り度、タービンが接する流体の種類等)、材料の三つの要因が重畳した場合に生じることが知られている。したがって、いずれか一つ以上の要因を改善することでSCCの発生を抑制できると推定される。タービンロータは3.5NiCrMoV鋼、2.5NiCrMoV鋼などの低合金鋼が用いられているが、低圧タービンにおいて、SCC発生の要因の一つである材料の観点からSCC性を改善することは、低圧タービンの信頼性向上に有用と考えられる。   In general, SCC is known to occur when three factors of stress, usage environment (temperature, wetness, type of fluid with which the turbine contacts, etc.) and material are superimposed. Therefore, it is estimated that the occurrence of SCC can be suppressed by improving any one or more factors. Low alloy steels such as 3.5NiCrMoV steel and 2.5NiCrMoV steel are used for the turbine rotor. In low-pressure turbines, improving the SCC property from the viewpoint of the material that is one of the causes of SCC generation, This is thought to be useful for improving turbine reliability.

材料の観点からSCC性を改善する方法として、従来、以下のような方法が提案されている。   Conventionally, the following methods have been proposed as a method for improving the SCC property from the viewpoint of materials.

特許文献1には、高強度が要求される最終段部分のみを個別に熱処理を行なって、それ以外の部位よりも低温で焼戻しを行なうことにより高強度化し、一方耐SCC性が必要な最終段部以外の部位は低強度化することによってSCC発生を防止し、高信頼性を確保するロータシャフトの製造方法が開示されている。   In Patent Document 1, only the final stage portion where high strength is required is individually heat-treated, and tempering is performed at a lower temperature than other parts to increase the strength, while the final stage where SCC resistance is required. A method for manufacturing a rotor shaft is disclosed in which SCC is prevented from occurring by lowering the strength of parts other than the part, and high reliability is ensured.

また、特許文献2および特許文献3には、タービンロータの耐SCC性を向上させるための方法として、タービンを構成する材料の表面をコーティングする表面処理方法が開示されている。特許文献2は白金(Pt)系元素を触媒層としてコーティングすることにより、触媒部位を表面に形成して環境中の酸素を低減し、合金の腐食電位をSCCを最小化する腐食電位未満とするものである。特許文献3はタービンロータ構成部材の表面に金メッキを施すことにより、タービンロータ構成部材の表面をSCCが発生する環境から遮断するものである。   Patent Documents 2 and 3 disclose a surface treatment method for coating the surface of a material constituting the turbine as a method for improving the SCC resistance of the turbine rotor. Patent Document 2 coats platinum (Pt) -based elements as a catalyst layer to form a catalytic site on the surface to reduce oxygen in the environment and make the corrosion potential of the alloy less than the corrosion potential that minimizes SCC. Is. In Patent Document 3, the surface of the turbine rotor constituent member is shielded from the environment where SCC occurs by applying gold plating to the surface of the turbine rotor constituent member.

また、非特許文献1には、タービンロータ材の降伏応力に上限値を設定することで、タービンロータ材の耐SCC性を向上する技術が開示されている。非特許文献1では、SCC感受性試験の結果、タービンロータ材の降伏応力の増加に伴ってSCC感受性が増加する傾向が認められたことが報告されている。この原因として、金属組織結晶粒界にFeを主成分とする炭化物が析出され、降伏応力の増加に伴ってこの種の炭化物が増加する傾向が認められたことから、耐SCC性の低いFeの皮膜しか生成しないこの種の炭化物の析出により、SCCき裂が進展しやすくなっているものと推定している。この検討結果に基づき、Feを主とする炭化物が材料の結晶粒界に認められなくなる降伏応力がタービンロータ材の耐SCCを向上させる目標値となることを報告している。 Non-Patent Document 1 discloses a technique for improving the SCC resistance of a turbine rotor material by setting an upper limit value for the yield stress of the turbine rotor material. Non-Patent Document 1 reports that, as a result of the SCC susceptibility test, a tendency for the SCC susceptibility to increase as the yield stress of the turbine rotor material increases was observed. As a cause of this, a carbide mainly composed of Fe is precipitated in the metal grain boundary, and this kind of carbide tends to increase as the yield stress increases. Therefore, Fe 2 having low SCC resistance is observed. It is presumed that the SCC cracks are likely to propagate due to the precipitation of this kind of carbide that produces only an O 3 film. Based on the results of this study, it has been reported that the yield stress at which carbides mainly composed of Fe are not recognized at the grain boundaries of the material is a target value for improving the SCC resistance of the turbine rotor material.

特開2002‐349206号JP 2002-349206 A 特開2005‐9491号JP 2005-9491 特開2013‐15123号JP 2013-15123 A

伊東 眸、「3.5%NiCrMoV鋼の403K水中での粒界応力腐食割れ感受性の強度依存性」、材料(J.Soc.Mat.Sci.,Japan)、2002年5月、Vol.51、No.5、p.549‐554Satoshi Ito, “Strength Dependence of Intergranular Stress Corrosion Cracking Susceptibility of 3.5% NiCrMoV Steel in 403K Water”, Materials (J. Soc. Mat. Sci., Japan), May 2002, Vol. 51, no. 5, p. 549-554

上記特許文献1〜3は、いずれもタービンロータの耐SCC性の改善に着目したものであるが、特許文献1では複数回の熱処理が必要になること、特許文献2および特許文献3ではメッキ処理を実施する過程が生じることから、製造コスト及び製造時間の増加が懸念される。   The above Patent Documents 1 to 3 all focus on improving the SCC resistance of the turbine rotor. However, Patent Document 1 requires a plurality of heat treatments, and Patent Document 2 and Patent Document 3 have a plating treatment. Since the process of carrying out the process occurs, there is a concern about an increase in manufacturing cost and manufacturing time.

また、火力発電プラントおよび原子力発電プラントでは、タービン翼を長くすることで発電出力を向上させることができる。一方、これに伴ってタービンロータがタービン翼から受ける応力は増加する。また、蒸気出口に近づくにつれて、タービン翼の長さは大きくなることから、タービンロータのタービン翼との取付部に発生する応力は蒸気出口側の方が大きくなる。上記応力の増加に対する対策として、より高強度な材料を用いるか、タービンロータを大型化することが考えられるが、前述の非特許文献1の手法を用いる場合は、耐SCC性向上のためにタービンロータに用いる材料の強度に上限値を設定する必要があるため、タービンロータの溝部を大型化することによってタービンロータが受ける応力を小さくするといった対策をする必要がある。この場合、設定される上限値によってはタービンロータの軸長や外径の拡大、さらにタービンが取り付けられている車室も併せて大型化する必要があり、設備が大型化し、製造コスト及び製造時間の増加が懸念される。   In thermal power plants and nuclear power plants, the power generation output can be improved by lengthening the turbine blades. On the other hand, the stress that the turbine rotor receives from the turbine blades increases accordingly. Further, since the length of the turbine blade increases as it approaches the steam outlet, the stress generated at the attachment portion of the turbine rotor to the turbine blade is larger on the steam outlet side. As countermeasures against the increase in stress, it is conceivable to use a higher-strength material or increase the size of the turbine rotor. Since it is necessary to set an upper limit value for the strength of the material used for the rotor, it is necessary to take measures to reduce the stress received by the turbine rotor by enlarging the groove of the turbine rotor. In this case, depending on the set upper limit value, it is necessary to enlarge the axial length and outer diameter of the turbine rotor, and further increase the size of the cabin in which the turbine is mounted. There is concern about the increase.

したがって、本発明は上記事情に鑑み、設備の大型化や製造コスト及び製造時間を抑え、強度を低下させること無く、優れた耐SCC性を有するタービンロータを提供することが可能なタービンロータの熱処理方法を提供することにある。   Accordingly, in view of the above circumstances, the present invention is a heat treatment of a turbine rotor capable of providing a turbine rotor having excellent SCC resistance without reducing the size, manufacturing cost, and manufacturing time of equipment and reducing the strength. It is to provide a method.

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、火力発電プラントまたは原子力発電プラントで使用される低圧タービンの構成部材であるタービンロータの熱処理方法において、
上記熱処理方法は焼入れ処理工程を含み、
上記焼入れ処理工程における焼入れ処理温度での保持時間を、タービンロータの寸法やタービンロータ材料の強度によらず、上記タービンロータを使用する環境の温度が20℃超、250℃以下で、湿り度が0%超、18%以下である場合に、85時間以上とすることを特徴とするタービンロータの熱処理方法を提供する。
In one aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in a heat treatment method for a turbine rotor that is a component of a low-pressure turbine used in a thermal power plant or a nuclear power plant,
The heat treatment method includes a quenching process,
The holding time at the quenching treatment temperature in the quenching treatment step is the temperature of the environment in which the turbine rotor is used is over 20 ° C. and 250 ° C. or less, regardless of the dimensions of the turbine rotor and the strength of the turbine rotor material. Provided is a turbine rotor heat treatment method characterized in that when it is over 0% and 18% or less, it is 85 hours or longer.

本発明によれば、設備の大型化や製造コスト及び製造時間を抑え、強度を低下させること無く、優れた耐SCC性を有するタービンロータを提供することが可能なタービンロータの熱処理方法を提供することができる。 According to the present invention, provides limiting enlargement and manufacturing costs and manufacturing time of the equipment, without decreasing the strength, the heat treatment how the turbine rotor capable of providing a turbine rotor having excellent SCC resistance can do.

本発明に係るタービンロータの熱処理方法を適用可能な低圧タービンの一部の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of a part of low pressure turbine which can apply the heat processing method of the turbine rotor which concerns on this invention. タービンロータ材の調質熱処理工程(焼入れ・焼戻し処理工程)の温度プロファイルの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the temperature profile of the tempering heat treatment process (quenching / tempering process) of a turbine rotor material. 実施例1のタービンロータ材の焼入れ処理温度での保持時間とSCC発生の有無との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the holding time in the quenching process temperature of the turbine rotor material of Example 1, and the presence or absence of SCC generation | occurrence | production. 実施例2のタービンロータ材の焼入れ処理温度での保持時間とSCC発生の有無との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the holding time in the quenching process temperature of the turbine rotor material of Example 2, and the presence or absence of SCC generation | occurrence | production.

また、本発明に係るタービンロータの熱処理方法及びタービンロータは、以下のような態様を任意に含むことができる。
上記タービンロータは、3.5NiCrMoV鋼または2.5NiCrMoV鋼からなる。
ii上記低圧タービンが、60Hz域で使用される火力発電プラントまたは原子力発電プラントの低圧タービンである。
iii上記低圧タービンが、新規に建設されるプラントに適用するために新規に製造されるものである。
iv上記低圧タービンが、既設のプラントで使用されているタービンの取替用として新規に製造されるものである。
The turbine rotor heat treatment method and the turbine rotor according to the present invention can optionally include the following aspects.
( I ) The turbine rotor is made of 3.5NiCrMoV steel or 2.5NiCrMoV steel.
( Ii ) The low pressure turbine is a low pressure turbine of a thermal power plant or a nuclear power plant used in a 60 Hz region.
( Iii ) The low-pressure turbine is newly manufactured for application to a newly constructed plant.
( Iv ) The low-pressure turbine is newly manufactured for replacement of a turbine used in an existing plant.

以下、本発明に係る実施形態について、より具体的に説明する。ただし、本発明は、ここで取り上げた実施の形態に限定されることはなく、要旨を変更しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described more specifically. However, the present invention is not limited to the embodiment taken up here, and can be appropriately combined and improved without departing from the scope of the invention.

上述したように、本発明に係るタービンロータの熱処理方法は、焼入れ処理工程を含み、焼入れ処理工程における焼入れ処理温度での保持時間を、タービンロータの寸法やタービンロータ材料の強度によらず、上記タービンロータを使用する環境の温度が20℃超、250℃以下で、湿り度が0%超、18%以下である場合に、85時間以上とすることを特徴とする。 As described above, the heat treatment method of a turbine rotor according to the invention comprises a quenching process step, the retention time at the quenching treatment temperature in the hardening treatment process, irrespective of the strength of the dimensions of the turbine rotor and the turbine rotor materials, the When the temperature of the environment in which the turbine rotor is used is more than 20 ° C. and 250 ° C. or less and the wetness is more than 0% and 18% or less, it is characterized in that it is 85 hours or more.

図2は、タービンロータ材の調質熱処理工程(焼入れ・焼戻し処理工程)の温度プロファイルの一例を示す模式図である。図2に示したように、鉄(Fe)を主成分とする鍛鋼品であるタービンロータ材は、その機械的性質(強度、硬さ、靭性等)を調整することを目的として調質熱処理(焼入れ・焼戻し熱処理)が行われる。調質熱処理は、具体的には(1)タービンロータ材を焼入れ処理温度(図2では900℃)まで昇温し、一定の時間(図2では保持時間T)保持した後、急冷を行って鋼を高強度化する焼入れ処理工程と、(2)(1)の焼き入れ処理工程後に、タービンロータ材を焼戻し処理温度(図2では600℃)まで昇温し、一定の時間(図2では保持時間T)保持した後、徐冷を行って鋼を高靭性化する焼戻し処理工程とを含む。 FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a temperature profile of a tempering heat treatment process (quenching / tempering process) of the turbine rotor material. As shown in FIG. 2, the turbine rotor material, which is a forged steel product mainly composed of iron (Fe), is subjected to a tempering heat treatment for the purpose of adjusting its mechanical properties (strength, hardness, toughness, etc.) Quenching / tempering heat treatment) is performed. Specifically, the tempering heat treatment is performed by (1) raising the temperature of the turbine rotor material to the quenching treatment temperature (900 ° C. in FIG. 2), holding it for a certain time (holding time T 1 in FIG. 2), and then performing rapid cooling. After the quenching treatment step for increasing the strength of the steel and the quenching treatment steps (2) and (1), the turbine rotor material is heated to the tempering treatment temperature (600 ° C. in FIG. 2), and is kept for a certain time (FIG. 2). in after holding time T 2) holding, and a tempering step of high toughness of the steel by performing slow cooling.

本発明は、タービンロータ材の製造過程のうち、図2に示す焼入れ処理温度での保持時間Tに着目したものである。本発明者らは、タービンロータの熱処理工程の条件と、タービンロータのSCC発生有無の関係について鋭意研究を重ねた。その結果、焼入れ処理温度での保持時間を、タービンロータの寸法やタービンロータ材料の強度によらず、上記タービンロータを使用する環境の温度が20℃超、250℃以下で、湿り度が0%超、18%以下である場合に、85時間以上とすることによって、タービンロータのSCC発生を抑制できることを見出した。本発明は該知見に基づくものである。 The present invention, in the manufacturing process of the turbine rotor material is obtained by focusing on the retention time T 1 of the at quenching temperature shown in FIG. The inventors of the present invention have made extensive studies on the relationship between the heat treatment process conditions of the turbine rotor and the presence or absence of SCC generation in the turbine rotor. As a result, the holding time at the quenching treatment temperature is set to be higher than 20 ° C. and 250 ° C. or lower in the environment in which the turbine rotor is used regardless of the size of the turbine rotor and the strength of the turbine rotor material , and the wetness is 0%. It has been found that the SCC generation of the turbine rotor can be suppressed by setting it to 85 hours or more when the content is 18% or less . The present invention is based on this finding.

焼入れ処理時の焼入れ処理温度(仕様温度)における保持には、材料組織を所定の組織(オーステナイト)にするとともに、材料中の元素を固溶させる目的があることから、焼入れ処理時の保持時間を長くすることによって、オーステナイト化および元素の固溶がより促進され、このため材料の耐SCC性が向上するものと考えられる。したがって、焼入れ処理時の保持時間を使用環境(温度、湿り度)に対応して十分に長く(30時間以上)設定することで、材料の強度によらず、耐SCC性を向上させることができると考えられる。具体的には、タービンロータを使用する環境の温度が高いほど、湿り度が高いほど、焼入れ処理時の保持時間を長くすることで、材料の強度を維持しつつ、耐SCC性を向上させることができる。   Holding at the quenching treatment temperature (specific temperature) during the quenching process has the purpose of making the material structure a predetermined structure (austenite) and solidifying the elements in the material. By increasing the length, it is considered that austenitization and solid solution of elements are further promoted, and thus the SCC resistance of the material is improved. Therefore, the SCC resistance can be improved regardless of the strength of the material by setting the holding time at the time of quenching sufficiently long (30 hours or more) corresponding to the use environment (temperature, wetness). it is conceivable that. Specifically, the higher the temperature of the environment in which the turbine rotor is used, the higher the wetness, the longer the holding time during the quenching process, thereby improving the SCC resistance while maintaining the strength of the material. Can do.

従来技術では、上述した非特許文献1のように、タービンロータ材の耐SCC性及び強度をバランスさせるために焼戻し処理工程の条件の最適化が行われている。本発明は、タービンロータ材の強度に直接影響する焼戻し処理工程の条件を変更しないため、強度への影響(低下)を最小限として耐SCC性を向上させることができる。このため、上述した非特許文献1のように、材料の強度に上限値を設定し、一方でタービンロータ等にかかる応力を低減するために、タービンロータ等のサイズ(寸法)を大型化する必要がない。このことにより、設備の大型化や製造コスト及び製造時間を抑えて強度を従来と同等以上に保ちつつ、耐SCC性に優れた高出力のタービンロータを製造することができる。   In the prior art, as in Non-Patent Document 1 described above, the conditions of the tempering process are optimized in order to balance the SCC resistance and strength of the turbine rotor material. Since the present invention does not change the conditions of the tempering process that directly affects the strength of the turbine rotor material, the SCC resistance can be improved with minimal influence (decrease) on the strength. Therefore, as in Non-Patent Document 1 described above, it is necessary to increase the size (dimensions) of the turbine rotor or the like in order to set an upper limit value for the strength of the material and reduce the stress applied to the turbine rotor or the like. There is no. As a result, it is possible to manufacture a high-output turbine rotor having excellent SCC resistance while keeping the strength equal to or higher than that of the conventional one by suppressing the increase in size of the facility, the manufacturing cost, and the manufacturing time.

焼入れ処理温度としては、特に限定されるものではないが、タービンロータ材の一般的な調質熱処理条件を適用することが好ましい。具体的には、800℃以上、900℃以下であることが好ましい。   The quenching treatment temperature is not particularly limited, but it is preferable to apply general tempering heat treatment conditions for the turbine rotor material. Specifically, it is preferably 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.

焼入れ処理温度での保持時間は、タービンロータの寸法やタービンロータ材料の強度によらず、タービンロータを使用する環境の温度が20℃超、250℃以下で、湿り度が0%超、18%以下である場合に、85時間以上とする。焼入れ処理温度での保持時間をこのように設定することで、上記環境下でタービンロータのSCC発生を防ぐことができる。 The retention time at the quenching temperature, regardless of the intensity of the size of the turbine rotor and the turbine rotor material, the temperature of the environment is 20 ° C. than the use of data Binrota, at 250 ° C. or less, wetness 0 percent, 18 percent If it is less than 85 hours . The retention time in the quenching process temperature by setting like this, it is possible to prevent the occurrence of SCC of the turbine rotor under the environment.

焼入れ処理温度での保持時間を長くしても、材料の強度に顕著な違いはない。したがって、本発明は材料の強度を低下させること無く、優れた耐SCC性を有するタービンロータを提供することが可能である。   Even if the holding time at the quenching temperature is increased, there is no significant difference in the strength of the material. Therefore, this invention can provide the turbine rotor which has the outstanding SCC resistance, without reducing the intensity | strength of material.

なお、焼戻し処理工程における焼戻し処理温度での保持時間については、焼入れ処理温度での保持時間のような傾向は見られない。すなわち、焼戻し処理温度での保持時間を長くするだけでは、SCC発生を抑制することはできない。   In addition, about the holding time in the tempering process temperature in a tempering process, the tendency like the holding time in the quenching process temperature is not seen. That is, the occurrence of SCC cannot be suppressed only by lengthening the holding time at the tempering temperature.

また、焼入れ処理工程における「急冷」及び焼戻し処理工程における「徐冷」の条件は、タービンロータを製造する際の一般的な条件を用いることができる。本発明の主眼とするところは、焼入れ処理温度での保持時間であり、それ以外の熱処理条件について限定されるものではないので、ここでは詳細な説明を省略する。   Moreover, the general conditions at the time of manufacturing a turbine rotor can be used for the conditions of “rapid cooling” in the quenching process and “slow cooling” in the tempering process. The main point of the present invention is the holding time at the quenching treatment temperature, and the heat treatment conditions other than that are not limited. Therefore, detailed description thereof is omitted here.

図1は本発明に係るタービンロータの熱処理方法を適用可能な低圧タービンの一部の一例を示す模式図である。図1に示したように、本発明が適用されるタービンロータ1は、タービン翼2が周方向に植えられた段落が軸方向に数段落構成されたものである。タービンロータの材料としては特に限定は無いが、3.5NiCrMoV鋼または2.5NiCrMoV鋼からなるものであることが好ましい。また、前記タービンとしては、火力発電プラントまたは原子力発電プラントで使用される低圧タービンであることが好ましい。本発明は、高圧、中圧または低圧のいずれのタービンにも適用可能であるが、特に使用環境中の湿り度が高い低圧タービンに好適である。   FIG. 1 is a schematic view showing an example of a part of a low-pressure turbine to which a heat treatment method for a turbine rotor according to the present invention can be applied. As shown in FIG. 1, a turbine rotor 1 to which the present invention is applied has a configuration in which a number of stages in which turbine blades 2 are planted in the circumferential direction are configured in several stages in the axial direction. The material of the turbine rotor is not particularly limited, but is preferably made of 3.5NiCrMoV steel or 2.5NiCrMoV steel. The turbine is preferably a low-pressure turbine used in a thermal power plant or a nuclear power plant. The present invention can be applied to any turbine of high pressure, medium pressure, or low pressure, but is particularly suitable for a low pressure turbine having high wetness in a use environment.

一般的に、焼入れ処理温度での保持時間は部品の寸法に応じて設定されていることが多い。タービンロータの寸法は、基本的にプラントの出力に応じて設定されるが、これに加えて、適用される地域の周波数帯の影響も受ける。具体的には、50Hz域で使用されるものと60Hz域で使用されるものでは回転数の違いにより発生応力が異なるため、60Hz域で使用されるものよりも50Hz域で使用されるものの方が寸法が大きくなる傾向にある。したがって、これまでの熱処理方法を用いると必然的に60Hz域で使用されるタービンロータは50Hz域で使用されるものと比べて焼入れ処理温度の保持時間は短くなる傾向にあった。本発明は、焼入れ処理温度での保持時間をタービンロータの材料や強度によらずに30時間以上とする。このため、従来は60Hz域で使用されるタービンロータに対して85時間以上の熱処理を施すことは考えられなかったが、本発明ではタービンロータを使用する環境の温度が20℃超、250℃以下で、湿り度が0%超、18%以下である場合には、60Hz域で使用されるタービンロータに85時間以上の熱処理を施す。 In general, the holding time at the quenching temperature is often set according to the dimensions of the parts. The size of the turbine rotor is basically set according to the output of the plant, but in addition to this, it is also affected by the frequency band of the applied region. Specifically, since the generated stress differs depending on the rotational speed between the one used in the 50 Hz region and the one used in the 60 Hz region, the one used in the 50 Hz region is more than the one used in the 60 Hz region. The size tends to increase. Accordingly, when the conventional heat treatment methods are used, the turbine rotor used in the 60 Hz region inevitably tends to have a shorter holding time for the quenching treatment temperature than that used in the 50 Hz region. In the present invention, the holding time at the quenching treatment temperature is set to 30 hours or more regardless of the material and strength of the turbine rotor. For this reason, conventionally, it was not considered to heat-treat the turbine rotor used in the 60 Hz region for 85 hours or more. However, in the present invention, the temperature of the environment in which the turbine rotor is used exceeds 20 ° C. and 250 ° C. or less. In the case where the wetness is over 0% and 18% or less, the turbine rotor used in the 60 Hz region is subjected to heat treatment for 85 hours or more.

また、本発明に係るタービンロータの熱処理方法は、新規に建設されるプラントに適用するために新規に製造されるものに適用可能であり、既設のプラントで使用されているタービンの取替用として新規に製造されるものにも適用可能である。   Further, the turbine rotor heat treatment method according to the present invention is applicable to a newly manufactured plant for application to a newly constructed plant, and is used for replacement of a turbine used in an existing plant. It can also be applied to newly manufactured products.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.

参考例1)
タービンロータの本発明の範囲外の使用環境である使用環境条件1(温度50℃以上、150℃以下で、湿り度が0%超、12%以下)における、焼入れ処理温度での保持時間とSCC発生の有無について調査した。タービンロータ材には3.5NiCrMoV鋼を用い、サイズは発電プラントで使用される実機と同様のものとした。各タービンロータ材のSCCの有無は、非破壊試験を行って評価した。また、タービンロータ材の強度を引張試験を行って評価した。
( Reference Example 1)
Holding time and SCC at the quenching treatment temperature in use environment condition 1 (temperature of 50 ° C. or more and 150 ° C. or less and wetness of more than 0%, 12% or less) which is a use environment outside the scope of the present invention of the turbine rotor The presence or absence of occurrence was investigated. 3.5NiCrMoV steel was used for the turbine rotor material, and the size was the same as the actual machine used in the power plant. The presence or absence of SCC in each turbine rotor material was evaluated by performing a nondestructive test. Further, the strength of the turbine rotor material was evaluated by performing a tensile test.

図3は、本実施例におけるタービンロータ材の焼入れ処理温度での保持時間とSCC発生の有無との関係を示すグラフである。図3に示したように、使用環境条件1では、焼入れ処理温度での保持時間が30時間未満である場合SCCが発生することがあったが、保持時間を30時間以上とすることで、SCCの発生を抑制できることがわかった。また、引張試験の評価結果から、各タービンロータ材の強度はほぼ同程度であることを確認した。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the holding time at the quenching temperature of the turbine rotor material in this embodiment and the presence or absence of occurrence of SCC. As shown in FIG. 3, in the use environment condition 1, SCC may occur when the holding time at the quenching treatment temperature is less than 30 hours. However, by setting the holding time to 30 hours or more, the SCC It has been found that the occurrence of can be suppressed. In addition, from the evaluation results of the tensile test, it was confirmed that the strength of each turbine rotor material was approximately the same.

(実施例
タービンロータの本発明の範囲の使用環境である使用環境条件2(温度20℃超、250℃以下で、湿り度が0%超、18%以下)における、焼入れ処理温度での保持時間とSCC発生の有無について調査した。タービンロータ材には3.5NiCrMoV鋼を用い、サイズは発電プラントで使用される実機と同様のものとした。各タービンロータ材のSCCの有無は、非破壊試験を行って評価した。また、タービンロータ材の強度を引張試験を行って評価した。
(Example 1 )
Holding time and SCC generation at the quenching treatment temperature in use environment condition 2 (temperature of over 20 ° C., 250 ° C. or less, wetness of over 0%, 18% or less) which is the use environment of the scope of the present invention of the turbine rotor The presence or absence of was investigated. 3.5NiCrMoV steel was used for the turbine rotor material, and the size was the same as the actual machine used in the power plant. The presence or absence of SCC in each turbine rotor material was evaluated by performing a nondestructive test. Further, the strength of the turbine rotor material was evaluated by performing a tensile test.

図4は、本実施例におけるタービンロータ材の焼入れ処理温度での保持時間とSCC発生の有無との関係を示すグラフである。図4に示したように、使用環境条件2では、焼入れ処理温度での保持時間を85時間以上とすることで、SCCの発生を抑制できることがわかった。また、引張試験の評価結果から、各タービンロータ材の強度はほぼ同程度であることを確認した。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the holding time at the quenching temperature of the turbine rotor material in this embodiment and the presence or absence of occurrence of SCC. As shown in FIG. 4, it was found that the use environment condition 2 can suppress the occurrence of SCC by setting the holding time at the quenching treatment temperature to 85 hours or longer. In addition, from the evaluation results of the tensile test, it was confirmed that the strength of each turbine rotor material was approximately the same.

以上説明したように、本発明によれば、設備の大型化や製造コスト及び製造時間を抑え、強度を低下させること無く、優れた耐SCC性を有するタービンロータを提供することが可能なタービンロータの熱処理方法を提供することができることが示された。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a turbine rotor having excellent SCC resistance without reducing the size, manufacturing cost, and manufacturing time of the equipment, and reducing the strength. It has been shown that a heat treatment method can be provided.

なお、上述した実施形態や実施例は、本発明の理解を助けるために説明したものであり、本発明は、記載した具体的な構成のみに限定されるものではない。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。すなわち、本発明は、本明細書の実施形態や実施例の構成の一部について、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能である。   The above-described embodiments and examples have been described for the purpose of facilitating understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the specific configurations described. For example, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. That is, according to the present invention, a part of the configurations of the embodiments and examples of the present specification can be deleted, replaced with other configurations, and added with other configurations.

1…タービンロータ、2…タービン翼、3…タービンロータ中心軸。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Turbine rotor, 2 ... Turbine blade, 3 ... Turbine rotor central axis.

Claims (5)

火力発電プラントまたは原子力発電プラントで使用される低圧タービンの構成部材であるタービンロータの熱処理方法において、
前記熱処理方法は焼入れ処理工程を含み
前記焼入れ処理工程における焼入れ処理温度での保持時間を、タービンロータの寸法やタービンロータ材料の強度によらず、前記タービンロータを使用する環境の温度が20℃超、250℃以下で、湿り度が0%超、18%以下である場合に、85時間以上とすることを特徴とするタービンロータの熱処理方法。
In a heat treatment method for a turbine rotor that is a component of a low-pressure turbine used in a thermal power plant or a nuclear power plant,
The heat treatment method includes a quenching process ,
The holding time at the quenching treatment temperature in the quenching treatment step is such that the temperature of the environment in which the turbine rotor is used is more than 20 ° C. and 250 ° C. or less, regardless of the dimensions of the turbine rotor or the strength of the turbine rotor material. greater than 0%, when 18% or less, a heat treatment method features and to filter Binrota to be at least 85 hours.
前記タービンロータは、3.5NiCrMoV鋼または2.5NiCrMoV鋼からなることを特徴とする請求項1記載のタービンロータの熱処理方法。 The turbine rotor, the heat treatment method of the turbine rotor of claim 1 Symbol mounting characterized by comprising the 3.5NiCrMoV steel or 2.5NiCrMoV steel. 前記低圧タービンが、60Hz域で使用される火力発電プラントまたは原子力発電プラントの低圧タービンであることを特徴とする請求項1又は2に記載のタービンロータの熱処理方法。 The heat treatment method for a turbine rotor according to claim 1 or 2 , wherein the low-pressure turbine is a low-pressure turbine of a thermal power plant or a nuclear power plant used in a 60 Hz region. 前記低圧タービンが、新規に建設されるプラントに適用するために新規に製造されるものであることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載のタービンロータの熱処理方法。 The turbine rotor heat treatment method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the low-pressure turbine is newly manufactured for application to a newly constructed plant. 前記低圧タービンが、既設のプラントで使用されているタービンの取替用として新規に製造されるものであることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載のタービンロータの熱処理方法。 The low-pressure turbine, a heat treatment method of the turbine rotor according to any one of claims 1 to 4, characterized in that is manufactured in the new for the replacement of the turbine used in existing plants .
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