JPH0665678A - 高純度耐熱鋼及び高純度耐熱鋼からなる高低圧一体型タービンロータの製造方法 - Google Patents
高純度耐熱鋼及び高純度耐熱鋼からなる高低圧一体型タービンロータの製造方法Info
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- JPH0665678A JPH0665678A JP24711692A JP24711692A JPH0665678A JP H0665678 A JPH0665678 A JP H0665678A JP 24711692 A JP24711692 A JP 24711692A JP 24711692 A JP24711692 A JP 24711692A JP H0665678 A JPH0665678 A JP H0665678A
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- low pressure
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高強度、高靱性でクリープ特性に優れた高
純度耐熱鋼及び高低圧一体型タービンロータの製造方法
を提供する。 【構成】 C:0.2〜0.35%、Ni:1.6〜2.4%、Cr:1.2〜2.
5%、Mo:0.9〜1.5%、V:0.2〜0.3%、W:0.3〜2と所望によ
り、Nb:0.01〜0.05%を含有し、Si:0.1%以下、Mn:0.1%以
下、P:0.005%以下、S:0.005%を許容含有量とする耐熱
鋼。この耐熱鋼を用いて、高中圧部と低圧部に対して、
偏差加熱と偏差冷却の一方又は両方を組み合わせた熱処
理で高低圧一体型タービンロータを製造する。 【効果】 優れた高温クリープ強度と低温靱性を有す
る材料が得られ、大型の高低圧一体型タービンロータへ
の適用が可能になり、大型化によってエネルギー効率を
向上させることができる。低応力長時間のクリープ特性
が向上し、安全性が増す。
純度耐熱鋼及び高低圧一体型タービンロータの製造方法
を提供する。 【構成】 C:0.2〜0.35%、Ni:1.6〜2.4%、Cr:1.2〜2.
5%、Mo:0.9〜1.5%、V:0.2〜0.3%、W:0.3〜2と所望によ
り、Nb:0.01〜0.05%を含有し、Si:0.1%以下、Mn:0.1%以
下、P:0.005%以下、S:0.005%を許容含有量とする耐熱
鋼。この耐熱鋼を用いて、高中圧部と低圧部に対して、
偏差加熱と偏差冷却の一方又は両方を組み合わせた熱処
理で高低圧一体型タービンロータを製造する。 【効果】 優れた高温クリープ強度と低温靱性を有す
る材料が得られ、大型の高低圧一体型タービンロータへ
の適用が可能になり、大型化によってエネルギー効率を
向上させることができる。低応力長時間のクリープ特性
が向上し、安全性が増す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、発電機の高低圧一体
型タービンロータなどに用いられる高純度耐熱鋼および
この高純度耐熱鋼を用いた高低圧一体型タービンロータ
の製造方法に関するものである。
型タービンロータなどに用いられる高純度耐熱鋼および
この高純度耐熱鋼を用いた高低圧一体型タービンロータ
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】タービン発電機の１種として単車室で構
成されたタービン発電機があり、この発電機には、高低
圧一体型のタービンロータが用いられている。このター
ビンロータは、高温で、しかも高圧から低圧に至る蒸気
圧力にさらされており、その材料には、優れた高温クリ
ープ特性と低温靱性とを兼ね備えていることが要求され
る。従来、高低圧一体型タービンロータ材としては、Ｃ
r −Ｍo −Ｖ系低合金鋼が開発されており、さらに、特
公昭５４ー１９３７０号には、この種の材料を改良した
低合金鋼が開示されている。 そして、高低圧一体型タ
ービンロータを製造する際には、上記合金鋼からなるタ
ービンロータ素体を均一に加熱して、素体全体に油焼入
れ、水焼入れ、噴水焼入れなどを行い、その後に焼戻し
を行う熱処理を施している。ところで、上記した高低圧
一体型タービンロータには、従来、胴径が１ｍ程度の小
型のものが使用されていたが、エネルギ−効率を向上さ
せるために、例えば胴径が２ｍに及ぶ大型の高低圧一体
型タービンロータの開発が望まれている。
成されたタービン発電機があり、この発電機には、高低
圧一体型のタービンロータが用いられている。このター
ビンロータは、高温で、しかも高圧から低圧に至る蒸気
圧力にさらされており、その材料には、優れた高温クリ
ープ特性と低温靱性とを兼ね備えていることが要求され
る。従来、高低圧一体型タービンロータ材としては、Ｃ
r −Ｍo −Ｖ系低合金鋼が開発されており、さらに、特
公昭５４ー１９３７０号には、この種の材料を改良した
低合金鋼が開示されている。 そして、高低圧一体型タ
ービンロータを製造する際には、上記合金鋼からなるタ
ービンロータ素体を均一に加熱して、素体全体に油焼入
れ、水焼入れ、噴水焼入れなどを行い、その後に焼戻し
を行う熱処理を施している。ところで、上記した高低圧
一体型タービンロータには、従来、胴径が１ｍ程度の小
型のものが使用されていたが、エネルギ−効率を向上さ
せるために、例えば胴径が２ｍに及ぶ大型の高低圧一体
型タービンロータの開発が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】高低圧一体型タービン
ロータの大型化を実現するためには、従来の小型ロータ
に比べ、材料の高強度化、高靱性化が要求され、従来使
用されていた材料では、この要請に応えることが困難で
ある。例えば、小型の高低圧一体型タービンロータ材と
して従来開発されているＣr−Ｍo −Ｖ系低合金鋼を用
いて、常法の熱処理を施しても、大型の高低圧一体型タ
ービンロータとしては高温クリープ強度あるいは低温靱
性が不足し、十分な性能を得ることは困難である。ま
た、使用中の安全性をより高めるために、低応力長時間
におけるクリープ強さを上昇させることも強く望まれて
いる。この発明は、上記事情を背景としてなされたもの
であり、優れた高温クリープ特性と低温靱性とを兼ね備
えた高純度耐熱鋼およびこの耐熱鋼を用いた高低圧一体
型タービンロータの製造方法を提供することを目的とす
るものである。
ロータの大型化を実現するためには、従来の小型ロータ
に比べ、材料の高強度化、高靱性化が要求され、従来使
用されていた材料では、この要請に応えることが困難で
ある。例えば、小型の高低圧一体型タービンロータ材と
して従来開発されているＣr−Ｍo −Ｖ系低合金鋼を用
いて、常法の熱処理を施しても、大型の高低圧一体型タ
ービンロータとしては高温クリープ強度あるいは低温靱
性が不足し、十分な性能を得ることは困難である。ま
た、使用中の安全性をより高めるために、低応力長時間
におけるクリープ強さを上昇させることも強く望まれて
いる。この発明は、上記事情を背景としてなされたもの
であり、優れた高温クリープ特性と低温靱性とを兼ね備
えた高純度耐熱鋼およびこの耐熱鋼を用いた高低圧一体
型タービンロータの製造方法を提供することを目的とす
るものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願発明の高純度耐熱鋼のうち第１の発明は、重量
％で、Ｃ：０．２〜０．３５％、Ｎi ：１．６〜２．４
％、Ｃr ：１．２〜２．５％、Ｍo ：０．９〜１．５
％、Ｖ：０．２〜０．３％、Ｗ：０．３〜２％を含有
し、残部がＦe および不可避不純物からなり、該不可避
不純物のうち、重量％で、Ｓi ：０．１％以下、Ｍn ：
０．１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．００５
％以下を許容含有量とすることを特徴とするものであ
る。第２の発明は、第１の発明の組成に、さらに、重量
％で、Ｎb ：０．０１〜０．０５％を含有することを特
徴とするものである。なお、上記第１、第２の発明にお
ける不可避不純物は、その含有量を制限した成分に限定
されるものではなく、これ以外に通常不可避的に混入す
る不純物も含むものであり、それら成分については、特
に数値限定をするものではない。
め、本願発明の高純度耐熱鋼のうち第１の発明は、重量
％で、Ｃ：０．２〜０．３５％、Ｎi ：１．６〜２．４
％、Ｃr ：１．２〜２．５％、Ｍo ：０．９〜１．５
％、Ｖ：０．２〜０．３％、Ｗ：０．３〜２％を含有
し、残部がＦe および不可避不純物からなり、該不可避
不純物のうち、重量％で、Ｓi ：０．１％以下、Ｍn ：
０．１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．００５
％以下を許容含有量とすることを特徴とするものであ
る。第２の発明は、第１の発明の組成に、さらに、重量
％で、Ｎb ：０．０１〜０．０５％を含有することを特
徴とするものである。なお、上記第１、第２の発明にお
ける不可避不純物は、その含有量を制限した成分に限定
されるものではなく、これ以外に通常不可避的に混入す
る不純物も含むものであり、それら成分については、特
に数値限定をするものではない。
【０００５】さらに、第３の発明の高低圧一体型タービ
ンロータの製造方法は、上記第１または第２の発明に記
載の高純度耐熱鋼からなるタービンロータ素体を９００
〜１０００℃に加熱し、低圧部に相当する部分を油冷以
上の冷却速度、高圧部および中圧部に相当する部分を衝
風冷却以下の冷却速度で焼入れし、その後、前記素体を
５５０〜７００℃で１回以上の焼戻しを行うことを特徴
とする。
ンロータの製造方法は、上記第１または第２の発明に記
載の高純度耐熱鋼からなるタービンロータ素体を９００
〜１０００℃に加熱し、低圧部に相当する部分を油冷以
上の冷却速度、高圧部および中圧部に相当する部分を衝
風冷却以下の冷却速度で焼入れし、その後、前記素体を
５５０〜７００℃で１回以上の焼戻しを行うことを特徴
とする。
【０００６】第４の発明の高低圧一体型タービンロータ
の製造方法は、上記第１または第２の発明記載の高純度
耐熱鋼からなるタービンロータ素体の高圧部および中圧
部に相当する部分を９００〜１０３０℃、低圧部に相当
する部分を８７０〜１０００℃で、しかも高圧部および
中圧部に相当する部分が低圧部よりも２０〜８０℃高温
となるように加熱して焼入れし、その後、前記素体を５
５０〜７００℃で１回以上の焼戻しを行うことを特徴と
する。第５の発明は、第４の発明において、タービンロ
ータ素体の低圧部に相当する部分を油冷以上の冷却速
度、高圧部および中圧部に相当する部分を衝風冷却以下
の冷却速度で焼入れすることを特徴とする。
の製造方法は、上記第１または第２の発明記載の高純度
耐熱鋼からなるタービンロータ素体の高圧部および中圧
部に相当する部分を９００〜１０３０℃、低圧部に相当
する部分を８７０〜１０００℃で、しかも高圧部および
中圧部に相当する部分が低圧部よりも２０〜８０℃高温
となるように加熱して焼入れし、その後、前記素体を５
５０〜７００℃で１回以上の焼戻しを行うことを特徴と
する。第５の発明は、第４の発明において、タービンロ
ータ素体の低圧部に相当する部分を油冷以上の冷却速
度、高圧部および中圧部に相当する部分を衝風冷却以下
の冷却速度で焼入れすることを特徴とする。
【０００７】なお、前記タービンロータ素体は、高圧
部、中圧部、低圧部をそれぞれ必ず具備している必要は
なく、これらの２以上を具備しているものであればよ
い。高中低圧部で、焼入れ冷却速度を変える場合は、低
圧部相当部分に適用する冷却は、油冷以上の冷却速度を
有する方法で行えばよく、例えば、油冷、水冷、噴水冷
却で行うことができる。さらに、高、中圧部相当部分に
適用する冷却は、衝風冷却以下の冷却速度を有する方法
で行えばよく、例えば、衝風冷却、空冷により行うこと
ができる。
部、中圧部、低圧部をそれぞれ必ず具備している必要は
なく、これらの２以上を具備しているものであればよ
い。高中低圧部で、焼入れ冷却速度を変える場合は、低
圧部相当部分に適用する冷却は、油冷以上の冷却速度を
有する方法で行えばよく、例えば、油冷、水冷、噴水冷
却で行うことができる。さらに、高、中圧部相当部分に
適用する冷却は、衝風冷却以下の冷却速度を有する方法
で行えばよく、例えば、衝風冷却、空冷により行うこと
ができる。
【０００８】
【作用】本願発明の高純度耐熱鋼によれば、焼入れ性が
向上し、熱処理によって、大型のロータにおいても大胴
径の中心部に至るまで十分に焼入れされ、高温クリープ
強度を損なうことなく低温靱性を向上させることができ
る。また、低応力長時間のクリープ強さが向上する。さ
らに、不可避不純物の含有量を抑制して高純度化するこ
とによって、焼戻脆化感受性が改善されるとともに、経
年劣化を抑えられる。なお、焼入れ時の冷却速度は、フ
ェライト変態が起らない程度に遅いほど（例えば約５℃
／ｈ以上）、高温クリープ強度は良好となり、逆に、焼
入れ時の冷却速度が速いほど低温靱性は良好となる。ま
た、高低圧一体型タービンロータは、部位によって使用
条件が異なるために、要求される性質にも部位によって
差異があり、特に、高圧部および中圧部では高温クリー
プ強度が十分に高いことが必要とされ、低圧部では低温
靱性に優れていることが必要とされる。
向上し、熱処理によって、大型のロータにおいても大胴
径の中心部に至るまで十分に焼入れされ、高温クリープ
強度を損なうことなく低温靱性を向上させることができ
る。また、低応力長時間のクリープ強さが向上する。さ
らに、不可避不純物の含有量を抑制して高純度化するこ
とによって、焼戻脆化感受性が改善されるとともに、経
年劣化を抑えられる。なお、焼入れ時の冷却速度は、フ
ェライト変態が起らない程度に遅いほど（例えば約５℃
／ｈ以上）、高温クリープ強度は良好となり、逆に、焼
入れ時の冷却速度が速いほど低温靱性は良好となる。ま
た、高低圧一体型タービンロータは、部位によって使用
条件が異なるために、要求される性質にも部位によって
差異があり、特に、高圧部および中圧部では高温クリー
プ強度が十分に高いことが必要とされ、低圧部では低温
靱性に優れていることが必要とされる。
【０００９】そして、本願発明の高低圧一体型タービン
ロータの製造方法によれば、タービンロータ素体の高中
圧部と、低圧部とによって冷却速度を前記のように変え
て（以下、偏差冷却という）、焼入れを行うので、高、
中圧部に相当する部分は十分な高温クリープ強度が確保
され、一方、低圧部では優れた低温靱性が確保される。
また、冷却に先立つ加熱温度を、高、中圧部と低圧部で
差異を設ける（以下、偏差加熱という）ことにより、上
記作用が確実なものとなる。その際に、高、中圧部の加
熱温度が低圧部よりも２０〜８０℃高温になるように加
熱するのが望ましく、高、中圧部の強度と低圧部の靱性
において十分な優位性が得られる。次に、本願発明の成
分限定理由およびタービンロータ素体に施す熱処理の特
別な条件について説明する。なお、以下の説明における
各成分の含有量は、重量％で示す。
ロータの製造方法によれば、タービンロータ素体の高中
圧部と、低圧部とによって冷却速度を前記のように変え
て（以下、偏差冷却という）、焼入れを行うので、高、
中圧部に相当する部分は十分な高温クリープ強度が確保
され、一方、低圧部では優れた低温靱性が確保される。
また、冷却に先立つ加熱温度を、高、中圧部と低圧部で
差異を設ける（以下、偏差加熱という）ことにより、上
記作用が確実なものとなる。その際に、高、中圧部の加
熱温度が低圧部よりも２０〜８０℃高温になるように加
熱するのが望ましく、高、中圧部の強度と低圧部の靱性
において十分な優位性が得られる。次に、本願発明の成
分限定理由およびタービンロータ素体に施す熱処理の特
別な条件について説明する。なお、以下の説明における
各成分の含有量は、重量％で示す。
【００１０】Ｃ：０．２〜０．３５％ Ｃは所望の引張り強さ、耐力を得るために、０．２％以
上の含有が必要であるが、０．３５％を超えると、靱性
が低下し、また、炭化物の凝集、粗大化が起こりクリー
プ強度を低下させるので上記範囲とする。Ｎi ：１．６〜２．４％ Ｎi は、焼入れ性、強度、靱性を向上させるために添加
する。ただし、その含有量が１．６％未満では、その作
用は不十分であり、また、２．４％を超えて含有させる
と、高温クリープ強度を低下させるので上記範囲とし
た。
上の含有が必要であるが、０．３５％を超えると、靱性
が低下し、また、炭化物の凝集、粗大化が起こりクリー
プ強度を低下させるので上記範囲とする。Ｎi ：１．６〜２．４％ Ｎi は、焼入れ性、強度、靱性を向上させるために添加
する。ただし、その含有量が１．６％未満では、その作
用は不十分であり、また、２．４％を超えて含有させる
と、高温クリープ強度を低下させるので上記範囲とし
た。
【００１１】Ｃr ：１．２〜２．５％ 高温強度、靱性の改善のために添加される。ただし、そ
の含有量が１．２％未満では、その作用が不十分であ
り、また、２．５％を超えて含有させても、効果は飽和
するので上記範囲とした。Ｍo ：０．９〜１．５％ Ｃとの間で炭化物を形成し、基地中に微細に析出して、
低温および高温における強度を向上させ、さらに、焼戻
脆化を抑制する。含有量が０．９％未満では、その作用
は不十分であり、また、１．５％を超えて含有させる
と、効果が飽和するのみでなく、かえって高温強度およ
び靱性を低下させるので上記範囲とした。
の含有量が１．２％未満では、その作用が不十分であ
り、また、２．５％を超えて含有させても、効果は飽和
するので上記範囲とした。Ｍo ：０．９〜１．５％ Ｃとの間で炭化物を形成し、基地中に微細に析出して、
低温および高温における強度を向上させ、さらに、焼戻
脆化を抑制する。含有量が０．９％未満では、その作用
は不十分であり、また、１．５％を超えて含有させる
と、効果が飽和するのみでなく、かえって高温強度およ
び靱性を低下させるので上記範囲とした。
【００１２】Ｖ：０．２〜０．３％ Ｖは炭化物を形成し、高温強度を向上させる。ただし、
その含有量が０．２％未満ではその作用は不十分であ
り、０．３％を超えて含有させると、高温クリープ強
度、靱性を低下させるので上記範囲とした。Ｗ：０．３〜２％ Ｗは、固溶体強化元素として、高温クリープ強さの向上
に非常に有効な元素であり、特に低応力長時間側でのク
リープ強さを向上させる作用がある。その含有量が０．
３％未満であると、その作用は不十分であり、また２％
を越えて含有させると、偏析が著しくなり、造塊状好ま
しくないため上記範囲とした。Ｎb ：０．０１〜０．０５％ Ｎb は炭化物を形成し、高温強度を高めるため、所望に
より添加する。ただし、含有量が０．０１％未満では、
その作用は不十分であり、０．０５％を超えて含有させ
ると、共晶型炭化物を形成し、著しく靱性を劣化させる
ため上記範囲に限定した。
その含有量が０．２％未満ではその作用は不十分であ
り、０．３％を超えて含有させると、高温クリープ強
度、靱性を低下させるので上記範囲とした。Ｗ：０．３〜２％ Ｗは、固溶体強化元素として、高温クリープ強さの向上
に非常に有効な元素であり、特に低応力長時間側でのク
リープ強さを向上させる作用がある。その含有量が０．
３％未満であると、その作用は不十分であり、また２％
を越えて含有させると、偏析が著しくなり、造塊状好ま
しくないため上記範囲とした。Ｎb ：０．０１〜０．０５％ Ｎb は炭化物を形成し、高温強度を高めるため、所望に
より添加する。ただし、含有量が０．０１％未満では、
その作用は不十分であり、０．０５％を超えて含有させ
ると、共晶型炭化物を形成し、著しく靱性を劣化させる
ため上記範囲に限定した。
【００１３】不可避不純物（Ｓi ：０．１％以下、Ｍn
：０．１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．０
０５％以下） Ｓi 、Ｍn ：０．１％以下 Ｓi は、通常、脱酸剤として使用され、その場合の含有
量は、通常０．３〜０．５％程度である。この程度のＳ
i を含有すると、大型鋼塊においてはマクロ偏析を発生
する。また、Ｓi 含有量が高いと、焼戻脆化感受性が極
めて大となり、切欠靱性が損なわれる。本願発明では、
上述のＳi の悪影響を避けるために、例えば、Ｓi 脱酸
に代えて真空Ｃ脱酸を採用する。真空Ｃ脱酸を行う場
合、脱酸前にＳi 含有量を極力低減しておくことが望ま
しく、本願発明では、不可避不純物としてのＳi の許容
含有量を工業的に可能な０．１％以下に制限した。Ｍn
は、Ｓと結びついて非金属介在物を形成し、靱性を低下
させる。また、鋼中に残存したＭn は、Ｓi と同様に焼
戻脆化を促進するので、極力低減することが望ましく、
不可避不純物としてのＭn の許容含有量を工業的に可能
な０．１％以下に制限した。。
：０．１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．０
０５％以下） Ｓi 、Ｍn ：０．１％以下 Ｓi は、通常、脱酸剤として使用され、その場合の含有
量は、通常０．３〜０．５％程度である。この程度のＳ
i を含有すると、大型鋼塊においてはマクロ偏析を発生
する。また、Ｓi 含有量が高いと、焼戻脆化感受性が極
めて大となり、切欠靱性が損なわれる。本願発明では、
上述のＳi の悪影響を避けるために、例えば、Ｓi 脱酸
に代えて真空Ｃ脱酸を採用する。真空Ｃ脱酸を行う場
合、脱酸前にＳi 含有量を極力低減しておくことが望ま
しく、本願発明では、不可避不純物としてのＳi の許容
含有量を工業的に可能な０．１％以下に制限した。Ｍn
は、Ｓと結びついて非金属介在物を形成し、靱性を低下
させる。また、鋼中に残存したＭn は、Ｓi と同様に焼
戻脆化を促進するので、極力低減することが望ましく、
不可避不純物としてのＭn の許容含有量を工業的に可能
な０．１％以下に制限した。。
【００１４】Ｐ：０．００５％以下 Ｐは、焼戻脆化感受性を助長する元素であって、経年劣
化の少ない材料を得るためには極力低減することが望ま
しく、現状の精錬技術レベルを考慮して、Ｐの許容含有
量を０．００５％以下に制限した。Ｓ：０．００５％以下 Ｓは、大型鋼塊においては、微量の含有でもＭn Ｓ等の
非金属介在物を鋼中に生成し、鋼の品質を劣化させるの
で、極力低減することが望ましく、Ｐと同様に現状の精
錬技術レベルを考慮して、Ｓの許容含有量を０．００５
％以下に制限した。
化の少ない材料を得るためには極力低減することが望ま
しく、現状の精錬技術レベルを考慮して、Ｐの許容含有
量を０．００５％以下に制限した。Ｓ：０．００５％以下 Ｓは、大型鋼塊においては、微量の含有でもＭn Ｓ等の
非金属介在物を鋼中に生成し、鋼の品質を劣化させるの
で、極力低減することが望ましく、Ｐと同様に現状の精
錬技術レベルを考慮して、Ｓの許容含有量を０．００５
％以下に制限した。
【００１５】その他の不可避不純物 なお上述の不可避不純物の他に、鋼質を劣化させる不可
避不純物として、Ｃu、また焼戻脆化を助長する不可避
不純物として、Ａs 、Ｓb 、Ｓn などがあげられるが、
これらの不可避不純物は極力低減することが好ましい。
しかし、これらの不可避不純物は、原材料に付随して不
可避的に混入するものであって、精錬によって除去する
ことは困難である。したがって、原材料の厳選によると
ころが大きく、鋼質改善の見地から、Ｃu ：０．１％以
下、Ａs ：０．００８％以下、Ｓb ：０．０１％以下、
Ｓn ：０．００５％以下に制限することが望ましい。
避不純物として、Ｃu、また焼戻脆化を助長する不可避
不純物として、Ａs 、Ｓb 、Ｓn などがあげられるが、
これらの不可避不純物は極力低減することが好ましい。
しかし、これらの不可避不純物は、原材料に付随して不
可避的に混入するものであって、精錬によって除去する
ことは困難である。したがって、原材料の厳選によると
ころが大きく、鋼質改善の見地から、Ｃu ：０．１％以
下、Ａs ：０．００８％以下、Ｓb ：０．０１％以下、
Ｓn ：０．００５％以下に制限することが望ましい。
【００１６】焼入れ加熱温度 均一加熱 ：９００〜１０００℃ 全体を均一に加熱する場合に、そのオーステナイト化温
度は、９００℃未満では、十分な高温クリープ強度が得
られず、また１０００℃を超えると、低温靱性が低下す
るので上記範囲とする。偏差加熱 ：高中圧部 ９００〜１０３０℃、低圧部 ８７
０〜１０００℃ 高中圧部温度−低圧部温度 ２０〜８０℃ 高、中圧部と、低圧部の加熱温度に差異を設ける場合
に、高、中圧部では、オーステナイト化温度が９００℃
未満であると十分な高温クリープ強度が得られず、また
１０３０℃を超えると、高温での切欠弱化が認められる
ため上記範囲とする。一方、低圧部のオーステナイト化
温度は、８７０℃未満では、炭化物が完全に固溶しない
ため低温靱性が低下し、また、１０００℃を超えるとオ
ーステナイト結晶粒が粗大化して低温靱性が低下するこ
とから上記範囲とする。
度は、９００℃未満では、十分な高温クリープ強度が得
られず、また１０００℃を超えると、低温靱性が低下す
るので上記範囲とする。偏差加熱 ：高中圧部 ９００〜１０３０℃、低圧部 ８７
０〜１０００℃ 高中圧部温度−低圧部温度 ２０〜８０℃ 高、中圧部と、低圧部の加熱温度に差異を設ける場合
に、高、中圧部では、オーステナイト化温度が９００℃
未満であると十分な高温クリープ強度が得られず、また
１０３０℃を超えると、高温での切欠弱化が認められる
ため上記範囲とする。一方、低圧部のオーステナイト化
温度は、８７０℃未満では、炭化物が完全に固溶しない
ため低温靱性が低下し、また、１０００℃を超えるとオ
ーステナイト結晶粒が粗大化して低温靱性が低下するこ
とから上記範囲とする。
【００１７】なお、高、中圧部のオーステナイト化温度
は、低圧部のオーステナイト化温度よりも、２０〜８０
℃高い温度範囲で選ばれるが、その作用効果を得るため
には２０℃以上の温度差を付ける必要がある。また、そ
の温度差が８０℃を超えると製造が難しいため、その温
度差の範囲を２０〜８０℃に限定した。焼戻し温度 ：５５０〜７００℃ 焼戻し温度は、５５０℃未満では十分な焼戻し効果が得
らないため、良好な靱性を得ることができず、また、７
００℃を超えると所望の強度が得られないため上記範囲
内とする。
は、低圧部のオーステナイト化温度よりも、２０〜８０
℃高い温度範囲で選ばれるが、その作用効果を得るため
には２０℃以上の温度差を付ける必要がある。また、そ
の温度差が８０℃を超えると製造が難しいため、その温
度差の範囲を２０〜８０℃に限定した。焼戻し温度 ：５５０〜７００℃ 焼戻し温度は、５５０℃未満では十分な焼戻し効果が得
らないため、良好な靱性を得ることができず、また、７
００℃を超えると所望の強度が得られないため上記範囲
内とする。
【００１８】
（実施例１）表１に示す組成の本発明鋼と比較鋼をそれ
ぞれ真空溶解炉にて溶解して、５０Ｋｇ鋼塊を溶製し
た。次いで各鋼塊を１２００℃に加熱して、鍛造比約４
で熱間鍛造して胴径７５ｍｍのタービンロータ素体とし
た。このタービンロータ素体を、１０５０℃に加熱後、
実体のタービンロータを噴水冷却した場合の中心部の冷
却速度を想定した５０℃／ｈの冷却速度で冷却して焼入
れし、引続き、６５０℃で２０時間の焼戻しを施した。
ぞれ真空溶解炉にて溶解して、５０Ｋｇ鋼塊を溶製し
た。次いで各鋼塊を１２００℃に加熱して、鍛造比約４
で熱間鍛造して胴径７５ｍｍのタービンロータ素体とし
た。このタービンロータ素体を、１０５０℃に加熱後、
実体のタービンロータを噴水冷却した場合の中心部の冷
却速度を想定した５０℃／ｈの冷却速度で冷却して焼入
れし、引続き、６５０℃で２０時間の焼戻しを施した。
【００１９】次に、熱処理後の供試鋼の材料試験を行
い、その結果を表２に示した。表２から明らかなよう
に、本発明鋼は破面遷移温度が低い値を示しており低温
靱性に優れている。焼戻し脆化を助長する元素であるＭ
n 含有量を極低下することにより、時効処理後の破面遷
移温度の上昇を防止できる。また、クリープ破断時間で
は表２および図１から明らかなように、比較鋼よりも低
応力長時間側で優れている。したがって、本発明鋼を使
用することにより大型の高低圧一体型タービンロータへ
の適用が可能であり、また安全性の高いタービンロータ
が得られる。
い、その結果を表２に示した。表２から明らかなよう
に、本発明鋼は破面遷移温度が低い値を示しており低温
靱性に優れている。焼戻し脆化を助長する元素であるＭ
n 含有量を極低下することにより、時効処理後の破面遷
移温度の上昇を防止できる。また、クリープ破断時間で
は表２および図１から明らかなように、比較鋼よりも低
応力長時間側で優れている。したがって、本発明鋼を使
用することにより大型の高低圧一体型タービンロータへ
の適用が可能であり、また安全性の高いタービンロータ
が得られる。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】（実施例２）表１に示したＮｏ．１、２の
本発明鋼を用いて、実施例１と同様にしてタービンロー
タ素体を作製した。次に、条件を変えて、本発明法と従
来法による熱処理を行った。本発明法の一方法として、
各素体を９４０℃に均一に加熱した後、高圧部および中
圧部に相当する部分を、実体のタービンロータ素体を強
制空冷した場合の中心部冷却速度を想定した２５℃／ｈ
の冷却速度で冷却し、低圧部に相当する部分を、噴水冷
却した場合の中心部冷却速度を想定した５０℃／ｈの冷
却速度で冷却して、冷却速度に差異を設けて焼入れを行
った（均一加熱・偏差冷却）。本発明の他の一方法とし
て、タービンロータ素体の高圧部および中圧部に相当す
る部分を９７０℃、低圧部に相当する部分を９３０℃に
加熱し、その後、実体のタービンロータ素体を噴水冷却
した場合の中心部冷却速度を想定した５０℃／ｈの冷却
速度で冷却して焼入れを行った（偏差加熱・均一冷
却）。
本発明鋼を用いて、実施例１と同様にしてタービンロー
タ素体を作製した。次に、条件を変えて、本発明法と従
来法による熱処理を行った。本発明法の一方法として、
各素体を９４０℃に均一に加熱した後、高圧部および中
圧部に相当する部分を、実体のタービンロータ素体を強
制空冷した場合の中心部冷却速度を想定した２５℃／ｈ
の冷却速度で冷却し、低圧部に相当する部分を、噴水冷
却した場合の中心部冷却速度を想定した５０℃／ｈの冷
却速度で冷却して、冷却速度に差異を設けて焼入れを行
った（均一加熱・偏差冷却）。本発明の他の一方法とし
て、タービンロータ素体の高圧部および中圧部に相当す
る部分を９７０℃、低圧部に相当する部分を９３０℃に
加熱し、その後、実体のタービンロータ素体を噴水冷却
した場合の中心部冷却速度を想定した５０℃／ｈの冷却
速度で冷却して焼入れを行った（偏差加熱・均一冷
却）。
【００２３】さらに、本発明の他の方法として、タービ
ンロータ素体の高圧部および中圧部に相当する部分を９
７０℃、低圧部に相当する部分を９３０℃に加熱し、さ
らに、高、中圧部に相当する部分を、実体のタービンロ
ータ素体を強制空冷した場合の中心部冷却速度を想定し
た２５℃／ｈの冷却速度で冷却し、低圧部に相当する部
分を、噴水冷却した場合の中心部冷却速度を想定した５
０℃／ｈの冷却速度で冷却して、焼入れを行った（偏差
加熱・偏差冷却）。また、従来法として、タービンロー
タ素体を均一に９５０℃に加熱し、その後、実体のター
ビンロータ素体を噴水冷却した場合の中心部冷却速度を
想定した５０℃／ｈの冷却速度で冷却して、焼入れを行
った（均一加熱・均一冷却）。さらに、各素体は、焼入
れ後に、６５０℃で２０時間の焼戻しを施した。
ンロータ素体の高圧部および中圧部に相当する部分を９
７０℃、低圧部に相当する部分を９３０℃に加熱し、さ
らに、高、中圧部に相当する部分を、実体のタービンロ
ータ素体を強制空冷した場合の中心部冷却速度を想定し
た２５℃／ｈの冷却速度で冷却し、低圧部に相当する部
分を、噴水冷却した場合の中心部冷却速度を想定した５
０℃／ｈの冷却速度で冷却して、焼入れを行った（偏差
加熱・偏差冷却）。また、従来法として、タービンロー
タ素体を均一に９５０℃に加熱し、その後、実体のター
ビンロータ素体を噴水冷却した場合の中心部冷却速度を
想定した５０℃／ｈの冷却速度で冷却して、焼入れを行
った（均一加熱・均一冷却）。さらに、各素体は、焼入
れ後に、６５０℃で２０時間の焼戻しを施した。
【００２４】次に、熱処理後の各供試鋼の材料試験結果
を表３に示す。表３から明らかなように、本発明法によ
れば、従来法に比べて、高圧部では高温クリープ強度が
向上し、低圧部では靱性が向上している。また、本発明
法中では、偏差加熱・偏差冷却による方法が、均一加熱
・偏差冷却、偏差加熱・均一冷却による方法よりも上記
効果はより顕著となっている。
を表３に示す。表３から明らかなように、本発明法によ
れば、従来法に比べて、高圧部では高温クリープ強度が
向上し、低圧部では靱性が向上している。また、本発明
法中では、偏差加熱・偏差冷却による方法が、均一加熱
・偏差冷却、偏差加熱・均一冷却による方法よりも上記
効果はより顕著となっている。
【００２５】
【表３】
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本願発明の高低圧一
体型タービンロータ用高純度鋼によれば、重量％で、
Ｃ：０．２〜０．３５％、Ｎi ：１．６〜２．４％、Ｃ
r ：１．２〜２．５％、Ｍo ：０．９〜１．５％、Ｖ：
０．２〜０．３％、Ｗ：０．３〜２％、所望によりＮb
：０．０１〜０．０５％を含有し、残部がＦe および
不可避不純物からなり、該不可避不純物のうち、重量％
で、Ｓi ：０．１％以下、Ｍn ：０．１％以下、Ｐ：
０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下を許容含有と
するので、焼入れ性が向上し、大型のロータにおいても
十分に焼入れすることができ、高温クリープ強度を損な
うことなく低温靱性を向上させることができる。さら
に、焼戻脆化感受性が改善されるとともに、経年劣化を
抑えることができる。したがって、高低圧一体型タービ
ンロータへの適用において、ロータの大型化が可能にな
り、エネルギー効率を向上させることができる。また、
低応力長時間側のクリープ特性が優れており、より安全
性の高いロータが得られる。また、本願発明の高低圧一
体型タービンロータの製造方法によれば、タービンロー
タ素体を所望により偏差加熱し、さらに偏差冷却して焼
入れを行ったので、高、中圧部の高温クリープ強度が向
上するとともに、低圧部の靱性が向上する。
体型タービンロータ用高純度鋼によれば、重量％で、
Ｃ：０．２〜０．３５％、Ｎi ：１．６〜２．４％、Ｃ
r ：１．２〜２．５％、Ｍo ：０．９〜１．５％、Ｖ：
０．２〜０．３％、Ｗ：０．３〜２％、所望によりＮb
：０．０１〜０．０５％を含有し、残部がＦe および
不可避不純物からなり、該不可避不純物のうち、重量％
で、Ｓi ：０．１％以下、Ｍn ：０．１％以下、Ｐ：
０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下を許容含有と
するので、焼入れ性が向上し、大型のロータにおいても
十分に焼入れすることができ、高温クリープ強度を損な
うことなく低温靱性を向上させることができる。さら
に、焼戻脆化感受性が改善されるとともに、経年劣化を
抑えることができる。したがって、高低圧一体型タービ
ンロータへの適用において、ロータの大型化が可能にな
り、エネルギー効率を向上させることができる。また、
低応力長時間側のクリープ特性が優れており、より安全
性の高いロータが得られる。また、本願発明の高低圧一
体型タービンロータの製造方法によれば、タービンロー
タ素体を所望により偏差加熱し、さらに偏差冷却して焼
入れを行ったので、高、中圧部の高温クリープ強度が向
上するとともに、低圧部の靱性が向上する。
【図１】供試鋼の高温長時間におけるクリープ強度を示
すグラフである。
すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｄ 5/28 7825−3Ｇ
Claims (5)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．２〜０．３５％、Ｎ
i ：１．６〜２．４％、Ｃr ：１．２〜２．５％、Ｍo
：０．９〜１．５％、Ｖ：０．２〜０．３％、Ｗ：
０．３〜２％を含有し、残部がＦe および不可避不純物
からなり、該不可避不純物のうち、重量％で、Ｓi ：
０．１％以下、Ｍn ：０．１％以下、Ｐ：０．００５％
以下、Ｓ：０．００５％以下を許容含有量とすることを
特徴とする高純度耐熱鋼 - 【請求項２】 請求項１記載の組成に、さらに、重量％
で、Ｎb ：０．０１〜０．０５％を含有することを特徴
とする高純度耐熱鋼 - 【請求項３】 請求項１または２記載の高純度耐熱鋼か
らなるタービンロータ素体を９００〜１０００℃に加熱
し、低圧部に相当する部分を油冷以上の冷却速度、高圧
部および中圧部に相当する部分を衝風冷却以下の冷却速
度で焼入れし、その後、前記素体を５５０〜７００℃で
１回以上の焼戻しを行うことを特徴とする高純度耐熱鋼
からなる高低圧一体型タービンロータの製造方法 - 【請求項４】 請求項１または２記載の高純度耐熱鋼か
らなるタービンロータ素体の高圧部および中圧部に相当
する部分を９００〜１０３０℃、低圧部に相当する部分
を８７０〜１０００℃で、しかも高圧部および中圧部に
相当する部分が低圧部よりも２０〜８０℃高温となるよ
うに加熱して焼入れし、その後、前記素体を５５０〜７
００℃で１回以上の焼戻しを行うことを特徴とする高純
度耐熱鋼からなる高低圧一体型タービンロータの製造方
法 - 【請求項５】 タービンロータ素体の低圧部に相当する
部分を油冷以上の冷却速度、高圧部および中圧部に相当
する部分を衝風冷却以下の冷却速度で焼入れすることを
特徴とする請求項４記載の高純度耐熱鋼からなる高低圧
一体型タービンロータの製造方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24711692A JPH0665678A (ja) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | 高純度耐熱鋼及び高純度耐熱鋼からなる高低圧一体型タービンロータの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24711692A JPH0665678A (ja) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | 高純度耐熱鋼及び高純度耐熱鋼からなる高低圧一体型タービンロータの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0665678A true JPH0665678A (ja) | 1994-03-08 |
Family
ID=17158678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24711692A Pending JPH0665678A (ja) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | 高純度耐熱鋼及び高純度耐熱鋼からなる高低圧一体型タービンロータの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0665678A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2718153A1 (fr) * | 1994-03-30 | 1995-10-06 | Toshiba Kk | Rotor de turbine à un corps haute pression basse pression, son procédé de fabrication et matériau le constituant. |
| US6569269B1 (en) * | 2000-02-08 | 2003-05-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Process for producing a high and low pressure integrated turbine rotor |
-
1992
- 1992-08-25 JP JP24711692A patent/JPH0665678A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2718153A1 (fr) * | 1994-03-30 | 1995-10-06 | Toshiba Kk | Rotor de turbine à un corps haute pression basse pression, son procédé de fabrication et matériau le constituant. |
| US6569269B1 (en) * | 2000-02-08 | 2003-05-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Process for producing a high and low pressure integrated turbine rotor |
| US6773519B2 (en) | 2000-02-08 | 2004-08-10 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | High and low pressure integrated type turbine rotor |
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