JPH04120246A - 耐熱鋼とその用途 - Google Patents
耐熱鋼とその用途Info
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- JPH04120246A JPH04120246A JP23696990A JP23696990A JPH04120246A JP H04120246 A JPH04120246 A JP H04120246A JP 23696990 A JP23696990 A JP 23696990A JP 23696990 A JP23696990 A JP 23696990A JP H04120246 A JPH04120246 A JP H04120246A
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
デスクとそのガスタービンに関する。
用されている。
向上が望まれている。熱効率を向上させるにはガスター
ビンの燃焼ガス温度及び圧力を上げるのが最も有効な手
段である。そのためにガスタービンの燃焼ガス温度及び
圧力は年々上昇の傾向にある。これに伴って、ガスター
ビンのデスクな・どの使用条件も厳しくなり、これまで
のCr −M o −V鋼では強度不足で、より強度の
高い材料が必要である0強度としては高温特性の基本で
あるクリ−、ブ破断強度が要求される。またガスタービ
ンは、急速起動されるので、低温靭性の高い〔Vノツチ
シャルピー衝撃値が高く、破面遷移温度(FATT)が
低い〕ことも要求される。
料としてオーステナイト鋼、Ni基合金。
るが、熱間加工性、切削性及び振動減衰特性などの点で
Ni基合金及びCo基合金は望ましくない。また、オー
ステナイト鋼は400〜450℃付近の高温強度がそれ
ほど高くないことと更にガスタービン全体システムから
望ましくない。−方、マルテンサイト鋼は他の構造部品
とのマツチングが良く、高温強度も比較的高い。マルテ
ンサイト鋼として特開昭58−110661号公報、特
開昭60−138054号公報、特開昭46−279号
公報等が知られている。しかしこれらの材料は400〜
450℃クリープ破断強度及び低温靭性が必ずしも高く
なく、タービンデスクとして使用できず、ガスタービン
の効率向上は得られない。最近、このガスタービン用と
して特開昭63−171856号公報が開発されている
。しかし、近年のガスタービンの大型化及び急速起動等
により、デスクに作用する応力も高くなり、より靭性の
高い材料が求められている。
に対処するために、特開昭63−171856号公報の
靭性を更に高めたものである。
料を用いるだけではガス温度の上昇はできない。一般に
、強度を向上させると靭性が低下する。本発明の目的は
高温強度と高い靭性を兼ね備えた耐熱性を提供すること
にある。
ことにある。
.0〜13.0%、Mo 1.5〜3.0%、Ni1.
5〜3.0%、V0.05〜0.30%、Nb及びTa
の一種又は二種の合計量が0.02〜0.20%、及び
N0.02〜0.10%を含有し、残部がFe及び不可
避不純物からなり、該不可避不純物のうち、P 0.0
15%以下、S0.015%以下。
ある。
ように成分調整され、フェライト相を実質的に含まない
ようにすることが必要である。
+Cr+4Mo+11V+5Nb+2.5Ta〔各元素
は合金中の含有量(重量%)で計算される〕 本発明は、円盤上で、該円盤上の外周部に翼が植込まれ
る凹状の翼植込み部が設けられ、前記円盤の中心部で最
大の厚さを有し、前記円盤の外周部にボルトを挿入する
貫通孔を有し前記ボルトによって複数個の前記円盤を連
結する構造を有するデスクにおいて、該デスクは450
”C,105時間クリープ破断強度が50kg/−2以
上、20℃のVノツチシャルピー衝撃値がs kg−m
/ ad以上及びFATTが20℃以下である全焼戻
マルテンサイト組織を有するマルテンサイトかシなこと
を特徴とする。
のスペーサを介しボルトによって連結される前記スペー
サは、上述の特性を有するマルテンサイト系鋼又は前述
組成を有する耐熱性によって構成されることを特徴とす
る。
のスペーサを介しボルトによって連結される前記スペー
サは、上述の特性を有する耐熱鋼によって構成されるこ
とを特徴とする。
タンドピースを介してボルトによって連結するデイスタ
ンドピース; 複数個のタービンデスクを連結するボルト及び複数個の
コンプレッサデイクを連結するボルトの少なくとも一方
のボルト; 円盤状で、該円盤状の外周部に翼が植込まれる凹状の翼
植込み部が設けられ、前記円盤の外周側にボルトによっ
て複数個の前記円盤を連結する構造を有し、前記円盤の
中心部及び貫通孔を有する部分で最大の厚さを有するコ
ンプレッサデスクは各々前述の特性を有するマルテンサ
イト鋼又は前述の組成を有する耐熱鋼によって構成され
ることを特徴とする。
ビンスタッキングボルトによって互いにスペーサを介し
て連結された複数個のタービンデスクと該デスクに植込
まれたタービンパケットと、該ボルトによって前記デス
クに連結されたデスタントビースと、該デスタントビー
スにコンプレッサスタッキングボルトによって連結され
た複数個のタービンデスクと、該デスクに植込まれたタ
ービンパケットと、該ボルトによって前記デスクに連結
されたデイスタンドピースと、該デイスタンドピースに
コンプレッサスタッキングボルトによって連結された複
数のコンプレッサデスクと、該デスクに植込まれたコン
プレッサブレードと、前記コンプレッサデスクの初段に
一体に形成されたコンプレッサスタブシャフトを備えた
ガスタービンにおいて、少なくとも前記タービンデスク
は。
2,20℃のVノツチシャルピー衝撃値が8y −m
/ aj以上、FATTが20℃以下である全焼戻マル
テンサイト組成を有するマルテンサイト系鋼からなるこ
とを特徴とするガスタービンにある。マルテンサイト系
鋼は特に前述の組成を有する耐熱鋼によって構成される
。
を適用することによって外径(D)を0.5〜0.3に
することができ、軽量化が可能である。特に、0.18
〜0.22とすることによりデスク間の距離を短縮でき
、熱効率の向上が期待できる。
要である。余りCを多くすると、高温に長時間さらされ
た場合に金属組織が不安定になり、10”hクリープ破
断強度を低下させるので0.20%以下にしなければな
らない。もつとも0.07〜0.15% が好ましい。
加するものであり、少量でも効果がある。
労及び靭性を低下させる有害なδフエライト生成の原因
になるので、0.1%以下、好ましくは0.01〜0.
1%である。なお、カーボン真空脱酸法及びエレクトロ
スラブ溶解法などによればSi添加の必要がなく、Si
無添加がよい。特に、0.05%以下が好ましい。
べきである。特に、Mnは脱酸剤として有効なので、靭
性向上の点から0.2%以下特に、0.05〜0.20
%が好ましい。
るとδフエライト組織生成の原因になる。
Crは8〜13%に決定された。特に強度の点から11
〜12.5% が好ましい。
強度を高める効果がある。1.5%以下ではクリープ破
断強度向上効果が不十分であり3.0%以上になるとδ
フエライト生成原因になるので1.5〜3.0%に限定
された。特に、1.8〜2.5%が好ましい、更に、M
oはNi量が2.1%を越える含有量のときMo量が多
いほどクリープ破断強度を高める効果があり、特に、M
o2〜3%以上での効果が大きい。
靭性向上効果がある。V0.1%、Nb0.02%以下
ではその効果が不十分であり、V0.3%、Nb0.2
%以上ではδフエライト生成の原因となると共にクリー
プ破断強度が低下する傾向を示すようになる。特にV0
.15〜0.25%、Nb0.04〜0.10%が好ま
しい、Nbの代わりにTaを全く同様に添加でき、複合
添加することができる。
ある。1.5%以下ではその効果が十分でなく、3%以
上では長時間クリープ破断強度を低下させる。特に2.
2〜3.0%好ましい。より好ましくは2.5% を越
える量である。
止に効果があるが0.02%未満ではその効果が十分で
なく、0.1% を越えると靭性を低下させる。特に、
0.04〜0.08%の範囲で優れた特性がある。
性を高める効果があり、極力低減することが好ましい。
5%以下、S 0.015%以下に限定した。特に、S
i 0.01%以下、P 0.010%以下、S 0
.010%以下が望ましい、sb。
極力低減することが望ましいが、現状製鋼技術レベルの
点から、S b 0.0015%以下、S n 0.0
1%以下、及びA s 0.02%以下に限定した。特
に、Sb0.001,Sn0.005%及びA s 0
.01%以下が望ましい、 P0.0005〜0.01
5%、S0.OO1〜0.015%、Sb0.0001
〜0.002%、Sn0.0O05〜0.o o s%
、 A s 0.001〜0.015%がよい。
するに十分な温度、最低900℃、最高1150’Cに
均一加熱し、100/h以上の速度で急冷し、次いで4
50〜600℃の温度に加熱保持しく第1次焼きもどし
)、次いで550〜650℃の温度に加熱保持し第2次
焼きもどしを行なう。焼き入れに当たっては、冷却をM
f点以上の温度で止めることが焼き割れを防止する上で
好ましい、具体的温度は150℃以上に止めるのが良い
。焼き入れ冷却は油中、水中又は水噴霧によって行なう
のが好ましく、均一なマルテンサイト組織が得られる。
ングボルト及びコンプレッサーデスクの少なくとも最終
段の1種以上を、重量比で、C0.20%、Si0.1
0%以下、Mn0.30%以下、Cr8.0〜13.0
%、Mol、5〜3.0%。
びTaの一種又は二種の合計量が0.02〜0.20%
、及びN0.02〜0.10%を含有し、残部がFe及
び不可避不純物からなり、該不可避不純物のうち、P
0.015%以下、 S0.015%以下、Sb0.0
015%以下、Sn0.01%以下、As0.02%以
下に抑えた組成からなり、全焼もどしマルテンサイト組
織を有する耐熱鋼によって構成することができるこれら
の部品の全部をこの耐熱鋼によって構成することによっ
てより高いガス温度にすることができ熱効率の向上が得
られる。
,05〜0.20%、Si0.05%以下。
%、V0.05〜0.30%、Nb及びTaの一種又は
二種の合計量が0.02〜0.20%、及びN0.02
〜0.10% を含有し、残部がFe及び不可避不純物
からなり、該不可避不純物のうち、P0.010%以下
、80.010%以下、Sb0.0O10%以下、Sn
0.005%以下、As0.01%以下に抑えた組成か
らなり、全焼もどしマルテンサイト組織を有する耐熱鋼
によって構成されるときに高い低温靭性が得られ、安全
性の高いガスタービンが得られる。
0℃Vノツチシャルピー衝撃値が8 kg −m /
d以上、FATTが20℃以下のマルテンサイト鋼が用
いられるが、特に好ましい組成においては450℃、1
0”クリープ破断強度が50kg/閣2以上、20℃V
ノツチシャルピー衝撃値が10kg−m / d以上、
FATTが10℃以下を有するものである。
前述の耐熱鋼によって構成することができるが、初段か
ら中心部まではガス温度が低いので、他の低合金鋼を用
いることができ、中心部から最終段までを前述の耐熱鋼
を用いることができる。
C0,15〜0.30%、Si0.5%以下、Mn0.
6%以下、Cr1〜2%、Ni2.0〜4.0%、Mo
0.5〜1%、V0.05〜0.2%及び残部が実質的
にFeからなり、室温の引張強さ80kg/wn”以上
、室温のVノツチシャルビ衝撃値が20 kg −m
/−以上のNi−Cr−M。
重量比で、C0,2〜0.4%、Si0.5%以下、M
n1.0%以下、Cr0.5〜1.5%。
%及び残部が実質的にFeからなり、室温の引張強さ8
0kg/m”以上、伸び率18%以上、絞り率50%以
上を有するC r −M o −V鋼を用いることがで
きる。コンプレッサスタブシャフト及びタービンスタブ
シャフトは上述のCr−M。
溶解し、1150℃に加熱し鍛造して実験素材とした。
を行い、冷却を150℃で止め(焼入れ)、その温度か
ら570℃に加熱し5h保持後室温まで空冷しく1次焼
もどし)、次いで590℃に加熱し5h保持後室温まで
炉冷した(2次焼もどし)。
び及びVノツチシャルピー衝撃試験片を採取し実験に供
した。
処理した。熱処理は、975℃で2h加熱後衝風冷却を
行い(焼入れ)、665℃に加熱し5h保持後室温まで
空冷しく1次隼もどし)、次いで675℃に加熱し5h
保持後室温まで炉冷した(2次焼もどし)、。
香1〜5)は、高温・高圧大形ガスタービン用デスク材
として要求される高温強度(450”C,10’ hク
リープ破断強度≧50kg/■2)及び低温靭性(20
℃Vノツチシャルピー衝撃値≧8kg/m” 、FAT
T≦20℃)ヲ十分満足スることが確認された。450
℃1103h クリープ破断強度は一般に用いられて
いるラルソンミラー法によって求めた。
高い比較材(賦香6〜9)は、高温・高圧大形ガスター
ビン用デスク材に使用するには、低温靭性が低い、比較
材賦香10は強度特にクリープ破断強度が著しく低く、
高温・高圧大形ガスタービン用デスク材には使用できな
い。
すガスタービンの回転部の断面図である。
フト、3はタービンスタッキングボルト、4はタービン
スペーサ、5はデスタントピース、6はコンプレッサデ
スク、7はコンプレッサブレード、8はコンブレラサス
クツキングボルト、9はコンプレッサスタブシャフト、
10はタービンデスク、11はボルトである。本発明の
ガスタービンはコンプレッサ6が17段あり、又タービ
ンパケット2が2段のものである。タービンパケット2
が3段の場合もあり、いずれも本発明の鋼が適用できる
。
り溶製し、鍛造熱・処理を行った。鍛造は850〜11
50℃の温度範囲内で、熱処理は第3表に示した条件で
行った。第3表はこのデスクの化学組織を示す。このデ
スクの組織は全焼ももどしマルテンサイト組織であった
。第2図はこの本発明のガスタービンデスクの断面図で
ある。
熱処理後に図に示す形状に加工したも、のである。中心
孔はφ700mである。第3表には室温引張、20’C
ノツチシャルピー衝撃値、FATT及びクリープ破断強
度を示す0本デスクの機械的性質は、高温・高圧大形ガ
スタービン用デスクに要求される特性(室温引張強さ≧
110kg/mm”20℃V・ノツチシャルピー衝撃値
≧8kg−7m / ai 。
”)を十分満足することが確認された。
を有する一実施例を示すガスタービンの回転部分の部分
断面図である6本実施例におけるタービンデスク1oは
3段有しており、ガス流れの上流側より初段及び2段目
には中心孔11が設けられている0本実施例においては
いずれも第3表に示す耐熱鋼によって構成したものであ
る。
ノズル入口の燃焼ガス温度を1260℃まで高められ、
ガスタービンの熱効率を32%以上にまで向上できる。
に要求されるクリープ破断強度及び低温靭性が満足する
ものが得られ、これを使用したガスタービンは極めて高
い熱効率が達成される顕著な効果が発揮される。
断面図、第2図は本発明のタービンデスクの一実施例を
示す断面図、第3図は本発明の一実施例を示すガスター
ビン回転部付近の部分断面図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、重量比で、C0.05〜0.20%、Si0.10
%以下、Mn0.30%以下、Cr8.0〜13.0%
、Mo1.5〜3.0%、Ni1.5〜3.0%、V0
.05〜0.30%、Nb及びTaの一種又は二種の合
計量が0.02〜0.20%、及びN0.02〜0.1
0%を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、
該不可避不純物のうち、P0.015%以下、S0.0
15%以下、Sb0.0015%以下、Sn0.01%
以下、As0.02%以下に抑えることを特徴とする耐
熱鋼。 2、重量比で、C0.05〜0.20%、Si0.10
%以下、Mn0.30%以下、Cr8.0〜13.0%
、Mo1.5〜3.0%、Ni1.5〜3.0%、V0
.05〜0.30%、Nb及びTaの一種又は二種の合
計量が0.02〜0.20%、及びN0.02〜0.1
0%を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、
該不可避不純物のうち、P0.015%以下、S0.0
15%以下、Sb0.0015%以下、Sn0.01%
以下、As0.02%以下に抑えた組成からなり、全焼
もどしマルテンサイト組織を有することを特徴とする耐
熱鋼。 3、重量比で、C0.05〜0.20%、Si0.10
%以下、Mn0.30%以下、Cr8.0〜13.0%
、Mo1.5〜3.0%、Ni1.5〜3.0%、V0
.05〜0.30%、Nb及びTaの一種又は二種の合
計量が0.02〜0.20%、及びN0.02〜0.1
0%を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、
該不可避不純物のうち、P0.015%以下、S0.0
15%以下、Sb0.0015%以下、Sn0.01%
以下、As0.02%以下に抑えた組成からなり、45
0℃、10^5時間クリープ破断強度が50kg/mm
^2以上、20℃Vノッチシャルピー衝撃値が8kg−
m/cm^2以上及び破面遷移温度が20℃以下である
ことを特徴とする耐熱鋼。 4、円盤状で、該円盤状の外周部に翼が植え込まれる凹
状の翼植込み部が設けられ、前記円盤の中心部で最大の
厚さを有し、前記円盤外周部にボルトを挿入する貫通孔
を有し前記ボルトによつて複数個の前記円盤を連結する
構造を有するデスクにおいて、該デスクは量比で、C0
.05〜0.20%、Si0.10%以下、Mn0.3
0%以下、Cr8.0〜13.0%、Mo1.5〜3.
0%、Ni1.5〜3.0%、V0.05〜0.30%
、Nb及びTaの一種又は二種の合計量が0.02〜0
.20%、及びN0.02〜0.10%を含有し、残部
がFe及び不可避不純物からなり、該不可避不純物のう
ち、P 0.015%以下、S0.015%以下、Sb0.00
15%以下、Sn0.01%以下、As0.02%以下
に抑えた組成からなり、全焼もどしマルテンサイト組織
を有することを特徴とするガスタービンデスク。 5、デスク、スペーサ、スタッキングボルトおよびデス
タントピースの少なくとも1つ以上が、重量比で、C0
.05〜0.20%、Si0.10%以下、Mn0.3
0%以下、Cr8.0〜13.0%、Mo1.5〜3.
0%、Ni1.5〜3.0%、V0.05〜0.30%
、Nb及びTaの一種又は二種の合計量が0.02〜0
.20%、及びN0.02〜0.10%を含有し、残部
がFe及び不可避不純物からなり、該不可避不純物のう
ち、P0.015%以下、S0.015%以下、Sb0
.0015%以下、Sn0.01%以下、As0.02
%以下に抑えた組成からなり、全焼もどしマルテンサイ
ト組織を有し、450℃、10^5時間クリープ破断強
度が50kg/mm^2以上、20℃Vノッチシャルピ
ー衝撃値が8kg−m/cm^2以上及び破面遷移温度
が20℃以下である耐熱鋼で作製したものであることを
特徴とするガスタービン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23696990A JP3296816B2 (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | 耐熱鋼とその用途 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23696990A JP3296816B2 (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | 耐熱鋼とその用途 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04120246A true JPH04120246A (ja) | 1992-04-21 |
JP3296816B2 JP3296816B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=17008451
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23696990A Expired - Lifetime JP3296816B2 (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | 耐熱鋼とその用途 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3296816B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6129514A (en) * | 1996-02-16 | 2000-10-10 | Hitachi, Ltd. | Steam turbine power-generation plant and steam turbine |
US6305078B1 (en) | 1996-02-16 | 2001-10-23 | Hitachi, Ltd. | Method of making a turbine blade |
US6358004B1 (en) | 1996-02-16 | 2002-03-19 | Hitachi, Ltd. | Steam turbine power-generation plant and steam turbine |
-
1990
- 1990-09-10 JP JP23696990A patent/JP3296816B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6129514A (en) * | 1996-02-16 | 2000-10-10 | Hitachi, Ltd. | Steam turbine power-generation plant and steam turbine |
US6305078B1 (en) | 1996-02-16 | 2001-10-23 | Hitachi, Ltd. | Method of making a turbine blade |
US6358004B1 (en) | 1996-02-16 | 2002-03-19 | Hitachi, Ltd. | Steam turbine power-generation plant and steam turbine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3296816B2 (ja) | 2002-07-02 |
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