JPH01298135A

JPH01298135A - 高低圧一体型蒸気タービンロータ

Info

Publication number: JPH01298135A
Application number: JP12705588A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Tsuda; 陽一津田; Masayuki Yamada; 政之山田; Daizo Saito; 斉藤　大蔵
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-05-26
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1989-12-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、比較的低温時において引張強度と靭性に優
れ、また、高温時においてクリープラブチャー強度に優
れた、両方に優れた特性を併有する高低圧一体型蒸気タ
ービンロータに関する６（従来の技術）大型の原動機、例えば蒸気タービンやガスタービンなど
では、一つのロータ（回転軸）に対して場所毎に作動流
体の温度が異なって使用されるため、その温度毎に耐え
得る異性質の組成を混成させて使用することがある。こ
の場合のロータ材は、高温側ではＡＳＴＭ−Ａ４７０　
（クラス８０）で規定するＣｒ−Ｍｏ・Ｖ鋼が使用され
、低温側では重量比で２．５％以上Ｎ。

のｈを有するＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−ｖ鋼が使用されている
。

このような異材質を混成させて一つのロータに作製して
も実機適用に当って不十分な場合がある。

すなわち、Ｃｒ−Ｍｏ−ｖ鋼は、高温時においてクリー
プラブチャー強度に優れているものの、低温時において
引張強度および靭性の点で不十分であるにのため、一つ
のロータのうち、比較的低温蒸気にさらされる部位は、
延性破壊および脆性破壊を考慮するあまり、最終段落に
植設されるタービン羽根の高さを低くせざるを得す、そ
の羽根の高出力を求めようにもできない不都合がある。

一方、Ｎｉ−Ｃｒ−ＭＯ−ｖｆｌｌは、低温時において
引張強度および靭性に優れているものの、高温時におい
てクリープラブチャー強度の点で不十分である。　この
ため、一つのロータのうち、高温蒸気（３５０℃）にさ
らされる部位は、脆化を考慮するあまり、蒸気の高温化
にブレーキがかかり、長時間運転での耐久的信頼性に欠
けるきらいがある。

上記二つの優れた点を兼ね偉えた素材として１２Ｃｒ［
が種々提案されているが、あまりに高価のため経済的効
果がうすれる。

（発明が解決しようとする課題）以上のように、従来の高低圧一体型蒸気タービンロータ
では、一つのロータのうち、高温蒸気にさらされる部位
にはクリープラブチャー強度に優れ、比較的低温蒸気に
さらされる部位には引張強度および靭性に優れた相反す
る特性を同時に兼ね備えていないという問題に鑑み、こ
の発明は、一つのロータで、上記相反する特性を同時に
兼ね備えるようにした高低圧一体型蒸気タービンロータ
を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

ＣＩＲＭを解決するための手段および作用）上記目的に
沿って、第１の発明は、重量比でＣ０．１５〜０．３５
％、ＳＬ　０．３５％以下、Ｍｎ　１．０％以下。

Ｎｉ　０．５〜１．５％、Ｃｒ　０．５〜］−，５％、
　Ｍｏ　０．３〜１．５％。

Ｖ　０．０５〜０．３０％、Ｗ　０．１〜２．０％、　
ＮｂもしくはＴａのいずれかまたは両方が０．０１〜０
．１５％、残部がＦｅおよび付随的不純物からなる構成
にする。

また、第２の発明は、重量比でＧ　０．１５〜０．３５
％、　ＳＬ　０．３５％以下、Ｍｎ　１．０％以下、Ｎ
ｉ　０．５〜１．５％、Ｃｒ　０．５〜１．５％、Ｍｏ
　０．３〜１．５％、　Ｖｏ、０５〜０．３０％、Ｗ０
．１〜２．０％、ＮｂもしくはＴａのいずれかまたは両
方が０．０１〜０．１５％、残部がＦｅおよび付随的不
純物に、　Ｎ　０．０１〜０．１０％もしくはＢ　０．
００２〜０．０１５％のいずれかまた両方を添加してな
る構成にする。

以下にこの発明にかかる高低圧一体型蒸気タービンロー
タを構成する合金鋼の組成およびそれらの構成比を限定
した理由について説明する。なお、数字は重量比である
。

Ｃ：　０．１５〜０．３５％炭素は焼入性を向上し、また引張強さや耐力を高めるの
に寄与し、さらに炭化物を形成するのに必要な元素であ
る。その量が０．１５％未満では好ましくないフェライ
ト相を生成して、必要な引張強さや耐力が得られず、ま
た０、３５％を越えると靭性が低下するため０゜１５〜
０．３５％とする。好ましくは０．１８〜０．２８％で
ある。

ＳＬ　：　０．３５％以下ケイ素は、溶解時に脱酸剤として添加されるが、多量に
添加するとその一部が酸化物として鋼中に残留し、靭性
が低下するため０．３５％以下とする。

好ましくは０．１０％以下である。

Ｍｎ　：　１．０％以下マンガンは、溶解時に脱酸・脱硫剤として添加され、焼
入性も改善する元素であるが、多量に添加すると靭性が
低下するため１，０％以下とする。

好ましくは０．３〜０．８％である。

Ｎｉ　：　０．５〜１．５％ニッケルは焼入性を向上し低温における強度および靭性
を向上させる元素であるが０．５％未満ではその効果が
充分でなく、また多量に添加すると高温強度が低下し、
脆化が促進される傾向があるので０．５〜１．５％とす
る。好ましくは０．７〜１．３％である。

Ｃｒ　：　０．５〜１．５％クロムは焼入性を向上し、引張強度を向上させる元素で
あるが、０．５％未満ではその効果が充分でなく、また
多量に添加すると高温強度が低下するため０．５〜１．
５％とする。好ましくは０．８〜１．３％である。

Ｍｏ　：　０．３〜１．５％モリブデンは焼入性を向上し高温強度を向上させるとと
もに焼戻し脆性を防止するのに必要な元素であるが、０
．３％未満ではその効果が充分でなく、また多量に添加
すると靭性が低下するため０．３〜１．５％とする。好
ましくは０．７〜１．２％である。

Ｖ　：　０．０５〜０．３０％バナジウムは高温強度を向上させるのに必要な元素であ
るが、　０．０５％未満ではその効果が充分でなく、ま
た多量に添加すると靭性を低下させるので０．０５〜０
．３０％とする。好ましくはｏ、ｉｏ〜０．２８％であ
る。

Ｗ：０．１〜２．０％タングステンは、固溶体強化により高温強度をさらに向
上させる元素であるが、０．１％未満ではその効果が十
分でなく、また多量に添加するとフェライト相を析出し
て高温強度や靭性を低下させるので０．１〜２．０％と
する。好ましくは０．３〜１．０％である。

ＮｂもしくはＴａのいずれか又は両方：０．０１〜０．
１５％ニオブおよびＴａは、結晶粒を微細にし靭性を向
上させ、また微細な炭化物を形成して高温強度を向上さ
せるために必要な元素であるが、０．０１％未満ではそ
の効果が十分でなく、また多量に添加すると逆に粗大な
炭化物を形成して、靭性を低下させるので、０．Ｏ１〜
０．１５％とする。好ましくは０．０３〜０．１０％で
ある。

さらに上記成分に加えて、Ｎ、Ｂを添加することにより
、引張９強度、靭性、クリープラブチャー強度をさらに
一層向上させることができる。以下に各合金元素の構成
比を限定した理由につき説明する。

Ｎ　：　０．０１〜０．１０％窒素はフェライト相の生成を抑制し、微細な炭窒化物を
形成して高温強度を向上させるのに有効な元素であるが
、０．０１％未満ではその効果が乏しく、また多量に添
加すると靭性が低下するので０．０１〜０，１０％とす
る。

Ｂ　：　０．００２〜０．０１５％ホウ素は、焼入性を向上し、高温強度を向上させるのに
有効な元素であるが、　　０．００２％未満ではその効
果が乏しく、また多量に添加すると製造時の鍛造性が著
しく損われるので、０．００２〜０．０１５％とする。

なお、上記に含まれないＦｅ以外のその他の付随的不純
物とは、たとえばＰ、Ｓなどであり、通常の冶金的手段
により除くことができない程度の量であるが、できるだ
け少ない方が望ましい。

以上の組成を構成することによって、一つのロータで高
温蒸気にさらされる部位ではクリープラブチャー強度に
優れ、比較的低温蒸気にさらされる部位では引張強度お
よび靭性に優れた効果を奏する。

（実　施　例）この発明にかかる高低圧一体型蒸気タービンロータにつ
いて詳しく説明する。

第１図は、この発明にかかる組成物を蒸気タービンロー
タ等に適用した概略横断面図で１図中ａおよびｂは高温
の蒸気にさらされる部位である。

この部位はタービン翼の植込部になっており、ロータ表
層部の高温強度が必要である。また、図中Ｃは比較的低
温の蒸気にさらされる部位で、ロータ表層部は高温強度
を必要としないが、その中心層部は靭性が必要である。

第１表は、高低圧一体型蒸気タービンロータの組成を、
従来の比較例１，２と対比させながらあられしたもので
ある。実施例１から実施例５までの組成物は、電弧炉で
溶解し、脱酸処理、真空造塊を行った後、円柱状に鍛造
して蒸気タービンロータの素体としたものである。この
場合の素体の大きさは、直径６００ｍ＋ｍ、長１０００
＋ｕａとしであるが、実機適用のモデルとしては十分な
大きさである。

（以下余白）ｆＪＳａ表＊ＦＡＴＴ　：延性−脆性破面遷移温度第３表からも容
易に理解されるように、実施例１から５までの組成物は
、比較例１にくらべ引張強さ、耐力、伸びおよび絞りが
高くなっており、とリオ〕け引張強さ、耐力の向上が著
しく高くなっている。また、比較例２とくらべても引張
強さは遜色がない、さらに、実施例１から５までの組成
物は、ｍ’ｌ！値およびＦＡＴＴの点でも比較例１より
すぐれており、比較例２に近い値となっている。なお、
比較例１は高温用の蒸気タービンロータの例であり、ま
た比較例２は低温用の蒸気タービンロータの例である。

第４表は、試験温度６００℃で、負荷応力１．４ｋｇｆ
／ｍＩＩ＋２および１７ｋｇｆ／ｍｍ２の二種類のクリ
ープラブチャー試験を行った結果を示すものである。

第４表この発明にかかる高低圧一体型蒸気タービンロータに適
用される実施例１から５は、低温用蒸気タービンロータ
材である比較例２にくらべ、クリープラブチャー強度が
極めてすぐ九た値を示しており、また高温用蒸気タービ
ンロータ材である比較例１と遜色のない値になっている
。さらに、クリープ延性を示す伸び、絞りも十分満足で
きる結果になっている。

第５表は、長時間脆化に対する感受性を評価したもので
、実施例１から比較例２までの組成物を第２図に示すス
テップクール法で熱処理し、さらに加速して脆化させた
後、衝撃試験を行った結果である。

（以下余白）第５表東ΔＦＡＴＴ＝ＦＡＴＴ（脆化後）−ＦＡＴＴ（＃ｉｉ
化前）この表において、ΔＦＡＴＴはステップクール法
により、加速脆化させる前後のＦＡＴＴの差であり、脆
化量を示す指標となっている。つまり、ΔＦＡＴＴがｉ
ｔｓさいほど、焼戻し脆化感受性が低い。

この表によれば、実施例１から５は、比較例２よりもΔ
ＦＡＴＴが小さく、比較例１のそ九と同等にすぐれた焼
戻し脆化感受性を示している。しだがって、この実施例
１から５までの組成物を実機に適用すれば、長時間運転
に対しても十分な信頼性のちとに使用できる。

〔発明の効果〕

以上の説明の通り、この発明にかかる高低圧−体型蒸気
タービンロータは、比較的低温の蒸気にさらされていて
も高い引張強度および靭性を鍔え丸るとともに、高温の蒸圧にさらされていてもクリープラ
ブチャー強度を高く、脆化の少ないものにしたもので、
こうした一つのロータであっても互いに相反する機能を
十分に満することができ、その結果、この種分野の技術
が一段と飛費的に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高低圧一体型蒸気タービンロータとしで適用さ
れるロータの概略横断面図、第２図は加速脆化を行うた
めの熱処理工程を示す模式図である。代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　第子丸　健第　１　図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比でＣ０．１５〜０．３５％、Ｓｉ０．３５
％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｎｉ０．５〜１．５％、Ｃ
ｒ０．５〜１．５％、Ｍｏ０．３〜１．５％、Ｖ０．０
５〜０．３０％、Ｗ０．１〜２．０％、ＮｂもしくはＴ
ａのいずれかまたは両方が０．０１〜０．１５％、残部
がＦｅおよび付随的不純物からなる高低圧一体型蒸気タ
ービンロータ。
（２）重量比でＣ０．１５〜０．３５％、Ｓｉ０．３５
％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｎｉ０．５〜１．５％、Ｃ
ｒ０．５〜１．５％、Ｍｏ０．３〜１．５％、Ｖ０．０
５〜０．３０％、Ｗ０．１〜２．０％、ＮｂもしくはＴ
ａのいずれかまたは両方が０．０１〜０．１５％、残部
がＦｅおよび付随的不純物に、Ｎ０．０１〜０．１０％
もしくはＢ０．００２〜０．０１５％のいずれかまた両
方を添加してなる高低圧一体型蒸気タービンロータ。