JPH02161104A

JPH02161104A - 蒸気タービンロータシヤフトの製造法

Info

Publication number: JPH02161104A
Application number: JP30311889A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Yoshioka; 吉岡　孝利; Seishin Kirihara; 桐原　誠信; Masao Shiga; 志賀　正男; Takehiko Yoshida; 武彦吉田; Katsukuni Kuno; 久野　勝邦; Toshimi Tan; 丹　敏美; Masahiro Kobayashi; 正宏小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-11-24
Filing date: 1989-11-24
Publication date: 1990-06-21
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPH0627481B2

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】本発明は新規な蒸気タービンロータシャフトの製造法に
係り、特に耐き装態受性の優れた肉盛溶接層からなるジ
ャーナル部を有するマルテンサイト系高Ｃｒ１ｌロータ
シャフトの製造法に関する。

近年蒸気タービンのロータには強度及び靭性の優れた１
２％クロム鋼が使用されている。従来のロータシャフト
は、そのロータの端部には発電側シャフトと接続するた
めにカップリングが焼ばめによって施されている。しか
しながら、カップリング部をロータシャフト本体と一体
構造とすることが最良であると考えられる。

しかし、かかるロータシャフトに使用されている１２％
クロム鋼は軸受特性が悪く、１２％クロム鋼ジャーナル
部分で軸受を損傷し易い欠点がある。

このロータシャフトの軸受特性を改善するために、ジャ
ーナル部を０．１層程度のクロム含有量の溶接棒を用い
て、溶接肉盛によって盛り上げる構造が、特開昭５５−
１６７４４号公報で知られている。

しかし、０．１層程度のＣｒ量では高温での耐摩耗性が
低く、また高温強度、耐酸化性が劣り、十分でないこと
を発明者らは究明したのである。さらに、高Ｃｒ鋼に低
クロム溶接棒を用いて肉盛溶接することは溶接１〜２層
において、溶接金属の延性が極端に減少し、稼動中のそ
の部分からき裂が発生し、ロータの破壊事故にまで発展
する可能性を有している。

本発明の目的は、軸受特性の優れたジャーナル部を有す
る蒸気タービンロータシャフトの製造法を提供するにあ
る。

本発明は、マルテンサイト系高Ｃｒ鋼からなる蒸気ター
ビンロータシャフトのジャーナル部表面に肉盛溶接層を
形成する方法において、前記肉盛溶接層の最外表面の少
なくとも３層をＣｒ０．５〜３重量％を有する溶接材に
よって形成した後。

応力除去焼鈍を施すことを特徴とする蒸気タービンロー
タシャフトの製造法にある。

本発明法によって得られる肉盛溶接層は主に焼戻マルテ
ンサイト組織を有し、炭化物が析出していることが好ま
しく、溶接材の組成として重量で。

Ｃ０，０１〜０．１％、Ｓｉ０．３〜１％、Ｍｎ０．３
〜１．５％、Ｃｒ０．５〜３％２Ｍ００．１〜１．５％
を含み残部Ｆｅからなるものが好ましい。

さら゛に１本発明に係る高Ｃｒ鋼は、重量でＣ０．１〜
０．３％、Ｍｎ０．４〜１．２％、Ｓ　ｉ　０．６％以
下、Ｎｉ　１．２％以下、Ｃｒ８〜１３％。

Ｍ　ｏ　０　、５〜１　、５％、　Ｎｂ　０．０３〜０
．１５層％。

Ｖｏ、１〜０．３％及びＮ０．０４〜０．２％を含有し
、残部Ｆｅからなる合金が好ましく、主に基地が焼戻し
マルテンサイト組織で、炭化物が析出している。

また、肉盛溶接層は内部より外側に向って徐々にＣｒ量
が減少しているのが好ましく、特に肉盛溶接にあたって
層毎に徐々にＣｒ含有量を低めた溶接棒を用いて溶接す
れば、初層溶接部のクロム含有量の大幅な違いによる初
層溶接部の延性低下の問題が生ぜず、溶接割れを生じる
ことなく所望の組成の肉盛溶接層を形成することができ
る。これにより、本発明は母材と初層部付近のクロム含
有量が極端に差を示すことなく、しかも最終層に上述の
軸受特性の高い肉盛溶接層を形成することができる。

初層溶接に適用する溶接棒としてはクロム含有量が母材
のクロム量より２％低く、２．２４％以上のクロムを含
有するもの、好ましくは母材よりも２〜５％程度少ない
ものを選択し適用する。それを溶接に適用した場合、初
層溶接部のクロム含有量は母材と混合するため、母材よ
りも約１〜３％低くなる程度にとどまる。、２層目以降
は順次クロム量の低い溶接棒を適用する。かつ、最終仕
上面のクロム含有量は従来のスリーブと同程になるよう
に溶接棒を選択する。

ジャーナル部は摩擦によってかなり高温に加熱される。

そのため耐酸化性、高温強度及び高温での耐摩耗性の高
いものが要求される。Ｃｒ量が０．５％未満では、要求
される特性が満たされない。逆に、３％を越えると炭化
物が形成され、その炭化物が非常に硬いため軸受けを損
う。特に、１〜２％が好ましい。

肉盛溶接にあたって、予熱することが好ましい。

溶接後は応力除去焼鈍（Ｓ　Ｒ）処理を施すが、ＳＲ開
始温度を高Ｃｒ鋼のＭｓ点付近の２５０〜３５０℃で行
うのが好ましい。層間温度は２５０〜３５０℃が好まし
い。

実施例１゜第１図は、本発明の蒸気タービンロータシャフトの一例
を示す構成図である。１はロータシャフト本体、２は発
電側シャフト、３はカップリング、４は軸受、５は肉盛
溶接層である。使用したロータシャフト本体として、そ
の母材の化学組成（重量％）を第１表に示す。

第　　　１　　　表母材の形状は板厚７２ｎ＋ｍ、幅１３５ｍｍ、長さ２０
０ｍである。

供試溶接棒として被覆アーク溶接棒（直径４．０φ）を
用いた。その溶接棒を用いて溶接したものの溶着金属の
化学組成（重量％）を第２表に示す。

この溶着金属の組成は溶接材の組成とほぼ同じである。

第　　２　　表溶接条件は溶接電流１７０Ａ、電圧２４Ｖ、速度２６１
／鳳ｉｎである。

肉盛溶接を上述の供試母材表面に第３表に示すごとく、
各層ごとに使用溶接棒を組合せて、５層の溶接を行なづ
た。各層の厚さは３〜４ａｓであり。

全厚さは約１８ｎｍであり、表面を数■研削した。

第　　３　　表（ローマ字は用いた溶接棒のＮｏを示す）溶接施工条件
は予熱、パス間、応力除去焼（Ｓ　Ｒ）開始温度が２５
０〜３５０℃及びＳＲ処理条件は６３０℃Ｘ３６時間保
持である。

Ｎα１，２及び３のいずれも５層目の組成は第２表に示
すＮαＤの組成であった。

溶接部の性能を確認するために１６０°の側曲げ試験を
行ない割れ発生の有無を顕微鏡により調査した。

初層から最終層までＤ棒（１，３％クロム）を使用した
試料魔１ではＮα２及び＆３と同じ条件で溶接した結果
、初層及び２Ｍ目にき裂が発生した。

それに対して、初層から順次クロム量を低下させるよう
した試料Ｎα２及び＆３において、割れは発生していな
かった。

各溶接の層ごとに溶接棒のクロム量を加減することによ
って、良好な溶接部が得られることが明らかである。そ
こで、上記実施例で使用した他に、１２クロムロータ材
の規格値内でクロム含有量の異なる母材及び各種溶接棒
を適用し、更にクロム含有量と割れ発生との関係を詳細
に求めた。その結果、各層毎のクロム含有量として、１
層目８〜１１％、２層目５〜８％、３層目３〜５％、４
層目以降０．５〜３％の範囲になるように溶接棒の組成
を選べば割れの発生がなく、良好な溶接部すなわち、ロ
ータのジャーナル部が得られることが明らかとなった。

試料Ｎα１，２．３のいずれも少なくとも３層の各層の
Ｃｒ量は０．５〜３重量％を有していた。

以上のようにして形成したものについて、摩耗試験を行
った結果、マルテンサイト組織を有する高Ｃｒ鋼のロー
タシャフト本体のものより軸受特性が著しく改善された
。なお、肉盛溶接層は主にマルテンサイト組織であり、
これに若干のベーナイトを含み、炭化物が析出していた
。

また、本発明の製造法によって肉盛溶接したものは、高
温耐酸化性がすぐれ、耐摩耗性及び高温強度もすぐれて
いた。

実施例２ジャーナル部にＣｒ量が異なる肉盛溶接層を有する溶接
試験片を作成し１回転摺動試験を実施した。

第４表には、実験で用いた溶着金属の化学組成（重量％
）を示す。残部はＦｅである。石４及び８は比較のもの
である。母材の組成は第１表のものである。

回転試験材は、直径１５０ｍ、長さ６３０ｍの母材に第
４表に示すＣｒ量が異なる溶接棒にてそれぞれ５層肉盛
溶接（肉盛幅＝２００ｍ）を実施し、その後肉盛溶接部
を機械加工により直径１７７．８閣９幅１６３園に加工
した。肉感溶接施工条件は、実施例１と同じである。な
お、本発明のロータ材料の最終焼戻し温度は、６５５℃
で実施されている。溶接後のＳＲ温度を６１０〜６３０
℃とした。

第　　４　　表回転試験の条件は、回転数４００Ｏｒｐｍ、軸受面圧１
９　ｋｇ／　ｍ２．使用油タービン油＃９０．試験時間
４２時間、軸受にはバビットメタルを用いたものである
。

なお、回転中は、油と一緒に鉄粉（２２５〜４００μｍ
）を投入し、石材は試験を実施した。

第２図は、回転試験結果を示す線図である０図に示すよ
うに表面アラサは、Ｃｒ量が０．５％未満及び３％を越
えると急激に上昇する。それに対して、本発明のＣｒ　
０．５〜３％の範囲においては、表面アラサが約４μｍ
以下で前２者の１／２以下と良好な結果を示した。

なお、Ｃｒ量が０．５％未満で表面アラサが大きいのは
、Ｃｒ量が低く過ぎるために表面硬さが低く、耐摩耗性
が低下したためである。一方、Ｃｒ３％を越えると硬さ
が著しく高いＣｒ炭化物の形成量が多くなり、それが回
転中に剥離して肉盛部表面に疵を付は表面アラサを大き
くするものと考えられる。

前述と同様に側曲げ試験を行った結果、Ｎα４〜Ｎα６
は割れが認められたが、初層をＣｒ量２．２４％以上で
溶接したＮα７，８には割れは認められなかった。

以上、本発明によれば、軸受特性が優れ、特に溶接棒の
Ｃｒ量を変えて肉盛溶接しているので溶接割れも同時に
防止できるため、より一層信頼性の高いロータシャフト
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気タービンロータシャフトのジャーナル部近
辺の構成図及び第２図は肉盛ｉｆ［Ｅ層のＣｒ量と表面
アラサとの関係を示す線図である。１・・・ロータシャフト本体、２・・・発電側シャフト
。第１図第２図ｃｒ＜％）

Claims

【特許請求の範囲】

１、マルテンサイト系高Ｃｒ鋼からなる蒸気タービンロ
ータシャフトのジャーナル部に肉盛溶接層を形成する方
法において、該肉盛溶接層の最外表面の少なくとも３層
をＣｒ０．５〜３重量％を含有する鋼からなる溶接棒に
よつて形成した後、応力除去焼鈍を施すことを特徴とす
る蒸気タービンロータシャフトの製造法。