JPH0453928B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕 この発明は蒸気タービンのケーシング、バルブ
ケーシング、ノズルボツクス等として用いられる
12％Cr系鋳鋼の欠陥部補修溶接により劣化した
材料特性を回復させる12％Cr系鋳鋼品の製造方
法に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 現在ケーシング、バルブケーシング、ノズルボ
ツクスなどの蒸気タービン部品には1Cr−1Mo−
0.25V鋳鋼が使用されているが、今後熱効率アツ
プを目的とした高温、高圧タービンを目指した場
合、従来の低合金鋳鋼では高温強度が不足する。 そこで、更に高温特性のすぐれている12％Cr
系鋳鋼の使用が考えられている。しかし、高温で
優れたクリープ強度を示す材料には、それと相反
する性質としてクリープき裂伝播速度の加速とい
う欠点があり、このクリープき裂伝播速度の加速
は、ケーシング材料の破壊寿命を大幅に低下させ
る。 このため、高温化に対処できるケーシング材料
としては優れたクリープ強度に加えて、遅いクリ
ープき裂伝播速度をも兼ね備えることが要求され
る。 ところで、従来の1Cr−1Mo−0.25V鋳造製ケ
ーシング等を製造する場合に、鋳造欠陥が発見さ
れた場合にはそれを除去し、補修溶接後、直ちに
550℃〜650℃の温度で歪取り焼鈍を行なつた後で
使用している。この補修溶接を行なつたケーシン
グは補修溶接に伴なう加熱により溶接部および熱
影響部の焼入れ作用や焼なまし作用などに起因し
て、補修溶接部および熱影響部の材料特性の劣
化、たとえば高温クリープ強度の低下やクリープ
き裂伝播速度の加速を生ずる。この部分に、もし
ピンホールや非金属介在物などが存在した場合に
は、蒸気タービンの動作時にケーシングの補修溶
接部あるいは熱影響部にき裂を生じ、このき裂が
動作時間の経過とともに伝播して大きな割れとな
つたり、極端な場合には破壊にまで至る。 この補修溶接部および熱影響部の材料特性の劣
化は高温特性、たとえば高温クリープ強度や熱疲
労強度の優れた12％Cr系鋳鋼においても例外と
は言えない。 たとえば、溶接部および溶接部にごく近い熱影
響部は補修溶接後の冷却過程で焼入れされ、高温
クリープ強度が上昇する反面、クリープき裂伝播
速度が速くなる。 一方、溶接部から遠い熱影響部は補修溶接に伴
なう加熱により、焼なましされ高温クリープ強度
が大幅に低下する。 〔発明の目的〕 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、
蒸気タービンのケーシング、バルブケーシング、
ノズルボツクス等に用いられる12％Cr系鋳鋼の
欠陥部補修溶接により劣化した材料特性を回復さ
せる、すなわち高温において優れたクリープ強度
および遅いクリープき裂伝播速度を兼ね備えさせ
る12％Cr系鋳鋼品の製造方法を提供することを
目的とする。 〔発明の概要〕 本発明に係る12％Cr系鋳鋼品の製造方法は、
12％Cr系鋳鋼品を製造する工程において、欠陥
部を補修溶接した後、1020℃〜1080℃でオーステ
ナイト化処理した後焼入れ、つづいて焼戻しする
ことを特徴としている。もちろん、大型鋳鋼品の
場合、補修溶接後、応力除去焼鈍や焼なましをす
ることは通常行なわれていることである。 本発明に係る12％Cr系鋳鋼品の製造方法は、
欠陥部補修溶接によつて出来た溶接部および溶接
部にごく近い熱影響部の高温クリープ強度の上昇
とクリープき裂伝播速度の加速を、また溶接部よ
りはなれた熱影響部のクリープ強度の低下を補修
溶接後に限定した熱処理温度範囲にて焼入れ処理
を行なうことによつて改善し、高温でのクリープ
強度を低下させることなく、クリープき裂伝播速
度を遅くすることを究明してなされたものであ
る。 ここで、本発明に係る12％Cr系鋳鋼の限定し
た熱処理温度の範囲について説明すると、補修溶
接後の熱処理は、溶接部および熱影響部を完全な
オーステナイト組織にするための温度で、合金の
固溶体強化と析出強化を充分発揮でき、高温で優
れたクリープ強度と遅いクリープき裂伝播速度を
兼備させるに必要な温度範囲で、1080℃を越える
と熱処理時にCr，Mo，Ｖ，NbなどとＣ，Ｎが
化合した炭窒化物の析出量が増加し、クリープ強
度を高める反面、結晶粒の粗大化とともに、これ
がクリープ延性を低下させることとなるため、蒸
気タービンケーシングとして使用した場合、補修
溶接部に発生した割れ先端の応力緩和とクリープ
変形を難しくし、クリープき裂伝播速度を加速さ
せ、また、1020℃未満の熱処理温度は、炭窒化物
を十分に固溶させたオーステナイト組織をつくる
ことができないため、未固溶の合金元素が補修溶
接した後での熱処理合金中に塊状として残留した
り、固溶体強化と析出強化が充分発揮できないた
め高温でのクリープ強度を大幅に低下させるので
この範囲とする。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、蒸気ター
ビン用のケーシング、バルブケーシング、ノズル
ボツクス等の補修溶接に伴なう溶接部および熱影
響部の材料特性の劣化した12％Cr系鋳鋼に、限
定した温度範囲での熱処理を施すことにより、溶
接部の高温クリープ強度を高め、かつクリープき
裂伝播速度を遅くすることが出来る。 このため12％Cr系鋳鋼品の破壊寿命を大幅に
伸ばし、かつ長時間安全に使用でき、運転効率と
信頼性を大幅に向上できる効果がある。 さらに、本発明に係る12％Cr系鋳鋼品を使用
することによつて蒸気温度を上げてタービン熱効
率を向上させることも可能となり工業上頻る有用
である。 〔発明の実施例〕 高周波真空誘導溶解炉を用いて第１表に示す化
学組成の12％Cr鋼素体を溶解、鋳造した。鋳造
した12％Cr鋳鋼素体には一般に行なわれる焼入
れ、焼戻し処理として1050℃４時間加熱後焼入れ
725℃で４時間加熱後焼戻し処理を処した。

【表】 次に上記焼入れ、焼戻し処理を行なつた12％
Cr鋳鋼素体より試験素材を２個切り出し、１個
について補修溶接に伴なう熱影響部の加熱温度に
相当する代表的温度として1150℃と1000℃の２種
の温度で１時間加熱後焼入れし次いで600℃で４
時間の歪取り焼鈍を行なつた。この熱処理を行な
つた試験素材をそれぞれ1150℃−Ａ処理材、1000
℃−Ａ処理材とする。 また、他の１個について、補修溶接に伴なう熱
影響部の加熱温度に相当する代表的温度として
1150℃と1000℃の２種の温度で１時間加熱後、焼
入れしつづいて725℃の温度で４時間焼戻しを行
なつた。この熱処理を行なつた試験素材をそれぞ
れ1150℃−Ｂ処理材、1000℃−Ｂ処理材とする。
次にこれら準備したＢ処理材をそれぞれ４分割
し、４個のＢ処理材に対して1150℃、1100℃、
1050℃および1000℃で４時間加熱後、焼入れ、つ
づいて725℃で約４時間加熱後焼戻し処理した。
この熱処理を行なつた試験素材をそれぞれ1150℃
−Ｃ処理材、1100℃−Ｃ処理材、1050℃−Ｃ処理
材および1000℃−Ｃ処理材とする。 以上のＡおよびＣ処理材からクリープ試験片お
よびクリープき裂伝播試験用CT試験片を作成し、
それぞれ試験を行なつた。 これらの試験結果を第２表に示す。

【表】 第２表より明らかなように、本発明に係る12％
Cr系鋳鋼品はＣ処理におけるオーステナイト化
温度の高いものほど高いクリープ破断強度を示し
ている。しかし、クリープき裂伝播速度はＣ処理
におけるオーステナイト化温度の高いものほど早
いクリープき裂伝播速度を示し、本発明に係る
1050℃−Ｃ処理を行なつた12％Cr鋳鋼は、1100
℃−Ｃ処理を行なつた比較例３、あるいは比較例
７に比べ約3.5〜４倍遅い、また1150℃−Ｃ処理
を行なつた比較例２あるいは比較例６に比べ約８
倍遅いクリープき裂伝播速度を、すなわち、それ
ぞれ約3.5〜４倍あるいは約８倍の破壊寿命を示
している。 また、従来の1Cr−1Mo−0.25V鋳鋼品におい
て行なわれていた1150℃−Ａ処理を行なつた比較
例１では高温クリープ強度は高いが、クリープき
裂伝播速度が約5.5倍早く、1000℃−Ａ処理を行
なつた比較例５では高温クリープ強度が約1/2と
なつている。 このように本発明に係る12％Cr系鋳鋼品を製
造する工程において、欠陥部を補修溶接後に、限
定した温度範囲でオーステナイト化処理した後、
焼入れ、つづいて焼戻し処理を行なつた（本発明
例１、２）合金においては、他の熱処理を行なつ
た（比較例１〜８）合金に比べはるかに優れたク
リープ破断強度を持ち、かつクリープ破断強度を
低下させることなく遅いクリープき裂伝播速度を
持つことが確認できた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 12％Cr系鋳鋼品を製造する工程において、
   欠陥部を補修溶接した後、1020℃〜1080℃でオー
   ステナイト化処理した後焼入れ、つづいて、焼戻
   しすることを特徴とする12％Cr系鋳鋼品の製造
   方法。