JPH02145750A

JPH02145750A - 高低圧一体型タービンロータ

Info

Publication number: JPH02145750A
Application number: JP29604788A
Authority: JP
Inventors: Daizo Saito; 斉藤　大蔵; Masayuki Yamada; 政之山田; Yoichi Tsuda; 陽一津田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-25
Filing date: 1988-11-25
Publication date: 1990-06-05

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、比較的低温における引張強度と靭性および
高温におけるクリープラブチャー強度かそれぞれ侵れた
高低圧一体型タービンロータに関する。

（従来の技術）一般に大型蒸気タービンにおいては、使用蒸気条件に応
じて、異なる材質のロータを「■械的に接合して蒸気タ
ービンを構成している。例えば、高温・高圧側（例えば
５６６℃近ｆ′Ａ）用のロータ材としてはＡＳＴ）ｌ−
Ａ４７０（ＣＩａｓｓ８）に規定されているようなＣｒ
ＭＯＶ鋼が使用され、低圧側（例えば３５０℃以下）の
ロータ材としてはＡＳＴＨ−Ａ４７１　（ＣＩａｓｓ２
〜７）に規定されているような２．５％以上のＮｉを含
むＮ　ｒ　ＣｒＮｏＶｍが使用されている。

一方、比較的小型の蒸気タービンにおいては、小型化お
よび機構の簡略化という見地から、高圧側から低圧側ま
でを同一材質で構成した高低圧−体型ロータが用いられ
ている。

（発明が解決しようとする課題）高低圧一体型ロータ用材料としては、通常、上述のＣｒ
ＭｏＶ鋼やＮ　ｒ　ＣｒＭＯＶ鋼が使用されているが、
これらの材料で高低圧一体型タービンロータを構成した
場合には以下のような問題点がおる。

ＣｒＭＯＶ鋼は高温におけるクリープラブチャー強度は
優れるが、低温域での引張強度および靭性の点で充分満
足のいくものではない。従ってＣｒＭＯＶ鋼で高低圧一
体型タービンロータを構成した場合には、延性破壊およ
び脆性破壊を防止するために低圧部の作用応力を低くす
る必要があり、低圧段落、特に最終段に装着できる翼の
大きさが制限されるという問題が必る。

一方、Ｎ　ｉ　ＣｒＭｏＶ鋼は低温域における引張強度
および靭性は優れるがクリープラブチャー強度の点で充
分満足のいくものではなく、また３５０℃以上の温度域
において、脆性が進行し易い。従ってＮｉＣｒＭｏＶ鋼
で高低圧一体型ロータを構成した場合には高圧部の強度
不足のために蒸気の高温化を制限しなければならず、か
つ長時間使用（運転）における信頼性が十分でないとい
う問題がある。

上述のように、従来の高低圧一体型ロータでは、高温蒸
気を使用し、かつ長尺の低圧最終段翼を装着することに
より蒸気タービンの効率向上を図ろうとする場合に大き
な制限があった。

また、比較的低温における引張強度や靭性に優れ、しか
も高温におけるクリープラブチャー強度にも優れたロー
タ材としては、既に１２Ｃｒ鋼が開発されているが、１
２０ｒ鋼は高価であるため、これをロータ材として用い
ると製造コストの増大をもたらすという問題がある。

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、
比較的低温の蒸気条件下において高い引張強度および靭
性を有し、かつ高温の蒸気条件においてもクリープラブ
チャー強度が高く、脆化の少ない高低圧一体型タービン
ロータを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段および作用）本発明は、重
量比でＣ０．１０−、，０，３５％、Ｓ０．１以下、Ｍ
ｎ１．０％以下、Ｎｉ２．５〜４．０％、Ｃｒ０．５〜
　２．０％、ＭＯ０．５〜２．０％、Ｖ　　０．０５〜
０．３５％、ｗ０．ｉ〜２．（）％、さらにＮｂもしく
はＨａのいずれか又は両方が０．０１〜０．１５％、残
部がＦｅおよび付随的不純物で構成した高低圧一体型タ
ービンロータである。この高低圧一体型タービンロータ
は、比較的低温の蒸気条件下において高い引張強度およ
び靭性を有し、かつ高温の蒸気条件下においてもクリー
プラブチャー強度が高く、脆化が少なく、実用に充分供
し１ｑるものである。

以下に本発明の高低圧一体型タービンロータ用鋼の組成
および構成比を限定した理由につき説明する。なお、数
字は重量比である。

Ｃ：　　０．１０−、−０．３５％炭素は焼入性を向上し、また引張強度さや、耐力を高め
るのに奇与し、さらに炭化物を形成するのに必要な元素
である。その聞が０．１０％未満では好ましくないフェ
ライト相を生成して、必要な引張強度さや耐力が得られ
ず、また、０．３５％を越えると靭性が低下するため０
．１０〜０．３５％とするが好ましくは０．１５〜０．
２８％である。

Ｓ＋：０．１％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０．１％以下とする。

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。

Ｎｉ：２．５〜４．０％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２．５％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おるので２．５〜４．０％
とする。好ましくは３．０〜３．７％である。

Ｃｒ　：　　０．５〜２．０％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０．５〜２．０
％とする。好ましくは１．０〜１．８％で必る。

Ｍｏ：０．５〜２．０％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おるが０
．５％未満では、その効果が充分でなく、また多量に添
加すると靭性が低下するため０．５〜２．０％とする。

好ましくは０．７〜１．５％である。

Ｖ　：　　０．０５〜０．３５　％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
多聞に添加すると靭性を低下させるので０．０５〜０．
３５％とする。好ましくは０．１０〜０．２８％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、その効果は充
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のいずれかまたは両方：　　０．０１〜０．１５％ニオブおよびタ
ンタルは、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充分で
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、０．０１〜０．１５％とする
。好ましくは０．０３〜０．１０％である。

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、例えばＰ、Ｓなどでおり、通常の冶金的手段に
より除くことができない程度のωであるが、できるだけ
少ない方が望ましい。

（実施例）次に本発明の高低圧一体型タービンロータについて実施
例を挙げて説明゛する。

第１表に示す化学組成より成る低合金鋼を電弧炉で溶製
し、脱酸処理、真空造塊を行った後、円柱状に鍛造して
タービンロータ形状素体とした。

こうして作製したタービンロータ形状素体は直径６００
＃、長さ１０００．のちのであり、実際のタービンロー
タの一部を市られすモデルとして十分な大きさである。

かかるタービンロータ形状素体に第２表に示１熱処理を
施し、実施例１〜５および比較例１〜２を１７だ。実施
例１〜５は本発明の高低圧一体型タービンロータを構成
するものである。

これに対し、比較例１は高温用タービンロータに使用さ
れるＣｒＭｏＶ鋼で市り、比較例２は低温用タービンロ
ータに使用されるＮ　Ｉ　ＣｒＭＯＶ鋼である。

こうして得られた実施例１〜５および比較例１〜２より
試験片を切り出し、引張試験、衝撃試験、クリープラブ
チャー試験および脆化試験（ステツノクール法）を行っ
た。

（以下余白）第３表は、室温における引張試験およびシャルピー衝撃
試験の結果を示すものである。本発明の高低圧一体型タ
ービンロータを構成する実施例１〜５は高温用タービン
ロータ材で必る比較例１に比較し、同等もしくはそれ以
上の引張強さ、耐力、伸び、絞りを示しており、特に引
張強ざ、耐力の向上が著しく、低温用タービンロータ材
である比較例２と比較しても、はぼ同等の引張性質を有
している。また、本発明の高低圧一体型タービンロータ
を構成する実施例１〜５は、室温の衝撃値およびＦＡＴ
Ｔ！、：おいても高温用タービンロータ材である比較例
１に比較して優れており、低温用タービンロータ材であ
る比較例２と比較しても同等もしくはそれ以上の値を示
している。これらの結果より本発明の高低圧一体型ター
ビンロータを構成する実施例１〜５は、比較的低温にお
ける強度、延性および靭性を十分に備えていることが理
解される。

第４表は、試験温度６００℃において、負荷応力１４Ｋ
ｇｆ／−および１７？（ｙｆ／！ｒｕ／ｉの２種類のク
リープラプブヤー試験を行った結果を示すものでおる。

本発明の高低圧一体型タービンロータを構成する実施例
１〜５は低温用タービンロータ材である比較例２に比較
して極めて優れたクリープラプヂャー強度を示しており
、高温用タービンロータ材である比較例１と遜色のない
値となっている。ざらに、クリープ延性を示す伸び、絞
りも十分満足しうる結果となってあり、本発明の高低圧
一体型タービンロータを構成する実施例１〜５は高温に
おける強度および延性を十分に備えていることが理解さ
れる。

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１〜５および比較例１〜２に対し第１図に示す
ステップクール法と呼ばれる熱処理を施し、加速して脆
化させた後、衝撃試験を行った結果を示している。この
第５表においてΔＦＡＴＴはステップクール法によって
加速脆化させる前後のＦＡＴ丁の差であり、脆化量を示
す指標となっている。すなわち、このΔＦＡＴ丁が小さ
いほど、焼戻し脆化感受性が低いことになる。本発明の
高低圧一体型タービンロータを構成する実施例１〜５は
低温用タービンロータ材である比較例２に比較してΔＦ
ＡＴＴＴが小さく、高温用タービンロータ材である比較
例１とほぼ同等の優れた焼戻し脆化感受性を示しており
、長時間使用（運転）においても十分な信頼性を備えて
いることが理解される。

（以下余白）第　５　表〔発明の効果）上記実施例にて明らかなように、本発明によれば比較的
低温の蒸気条件下において高い引張強度および靭性を有
し、かつ高温の蒸気条件下においてもクリープラブチャ
ー強度が高く、脆化の少ない高低圧一体型タービンロー
タを提供できる。この高低圧一体型タービン［］−タは
、低圧段落に長翼の使用を可能にするとともに高温蒸気
環境での使用も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１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　侑同　　第子丸　健

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比で、Ｃ０．１０〜０．３５％、Ｓｉ０．１
％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｎｉ２．５〜４．０％、Ｃ
ｒ０．５〜２．０％、Ｍｏ０．５〜２．０％、Ｖ０．０
５〜０．３５％、Ｗ０．１〜２．０％を含み、残部がＦ
ｅおよび付随的不純物で構成したことを特徴とする高低
圧一体型タービンロータ。
（２）重量比で、Ｃ０．１０〜０．３５％、Ｓｉ０．１
％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｎｉ２．５〜４．０％、Ｃ
ｒ０．５〜２．０％、Ｍｏ０．５〜２．０％、Ｖ０．０
５〜０．３５％、Ｗ０．１〜２．０％、ＮｂおよびＴａ
のうち少なくとも一方０．０１〜０．１５％を含み、残
部がＦｅおよび付随的不純物で構成したことを特徴とす
る高低圧一体型タービンロータ。