JPH0966388A - 疲労強度に優れた肉盛強化型１２％Ｃｒ鋼製タービンロータ - Google Patents
疲労強度に優れた肉盛強化型１２％Ｃｒ鋼製タービンロータInfo
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- JPH0966388A JPH0966388A JP22550295A JP22550295A JPH0966388A JP H0966388 A JPH0966388 A JP H0966388A JP 22550295 A JP22550295 A JP 22550295A JP 22550295 A JP22550295 A JP 22550295A JP H0966388 A JPH0966388 A JP H0966388A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた耐焼付き性と疲労強度特性を兼ね備え
た肉盛溶接型の１２％Ｃｒ鋼製タービンロータを提供す
ること。 【解決手段】 １２％Ｃｒ鋼製タービンロータにおい
て、軸受との接触面がＣｒ含有鋼の多層肉盛溶接により
強化されると共に、肉盛溶接部におけるロータ基材と初
層肉盛溶接金属および各肉盛溶接金属層間のＣｒ含有量
の差がいずれも４．０重量％以下であり、あるいは、上
記肉盛溶接部におけるロータ基材と初層肉盛溶接金属お
よび各肉盛溶接金属層間のＣｒ含有量の差がいずれも
６．０重量％以下であると共に、Ｃｒ含有量の低い側の
肉盛溶接金属中には、Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，ＭｏおよびＴｉよ
りなる群から選択される少なくとも１種が、下記（Ｉ）
式の関係を満足する範囲で含まれる。 0.15wt% ≦Nb+(1/3)V+(1/5)W+(1/3)Ti+(1/5)Mo≦2.0wt%
……(I)
た肉盛溶接型の１２％Ｃｒ鋼製タービンロータを提供す
ること。 【解決手段】 １２％Ｃｒ鋼製タービンロータにおい
て、軸受との接触面がＣｒ含有鋼の多層肉盛溶接により
強化されると共に、肉盛溶接部におけるロータ基材と初
層肉盛溶接金属および各肉盛溶接金属層間のＣｒ含有量
の差がいずれも４．０重量％以下であり、あるいは、上
記肉盛溶接部におけるロータ基材と初層肉盛溶接金属お
よび各肉盛溶接金属層間のＣｒ含有量の差がいずれも
６．０重量％以下であると共に、Ｃｒ含有量の低い側の
肉盛溶接金属中には、Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，ＭｏおよびＴｉよ
りなる群から選択される少なくとも１種が、下記（Ｉ）
式の関係を満足する範囲で含まれる。 0.15wt% ≦Nb+(1/3)V+(1/5)W+(1/3)Ti+(1/5)Mo≦2.0wt%
……(I)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、疲労強度に優れた
肉盛強化型の１２％Ｃｒ鋼製タービンロータに関し、特
に軸受との接触面を多層肉盛溶接によって強化すること
により、優れた疲労強度と軸受特性を与えた１２％Ｃｒ
鋼製タービンロータに関するものである。尚、本発明に
おいて１２％Ｃｒ鋼製タービンロータとは、９〜１２％
のＣｒを含有するＣｒ鋼を基材とするタービンロータを
総称する。
肉盛強化型の１２％Ｃｒ鋼製タービンロータに関し、特
に軸受との接触面を多層肉盛溶接によって強化すること
により、優れた疲労強度と軸受特性を与えた１２％Ｃｒ
鋼製タービンロータに関するものである。尚、本発明に
おいて１２％Ｃｒ鋼製タービンロータとは、９〜１２％
のＣｒを含有するＣｒ鋼を基材とするタービンロータを
総称する。
【０００２】
【従来の技術】例えば火力発電機などに使用される上記
タービンロータのシャフトは、発電効率を高めるため、
より高い上記温度で使用される傾向が見受けられる。こ
うした高温条件したで使用される金属材料としては、従
来より高温クリープ強度の高い１２％Ｃｒ鋼が汎用され
てきたが、該１２％Ｃｒ鋼製のタービンロータシャフト
は、使用中に軸受部で焼付きを起こし易いという問題が
指摘されている。そこでこうした欠点を防止するため、
軸受との接触面に低合金鋼製のスリーブを焼き嵌めした
タイプのタービンロータシャフトが開発されたが、この
タイプのタービンロータシャフトは、使用中に経年変化
を起こして焼き嵌め部が緩み、ガタツキを生じるという
問題を残している。
タービンロータのシャフトは、発電効率を高めるため、
より高い上記温度で使用される傾向が見受けられる。こ
うした高温条件したで使用される金属材料としては、従
来より高温クリープ強度の高い１２％Ｃｒ鋼が汎用され
てきたが、該１２％Ｃｒ鋼製のタービンロータシャフト
は、使用中に軸受部で焼付きを起こし易いという問題が
指摘されている。そこでこうした欠点を防止するため、
軸受との接触面に低合金鋼製のスリーブを焼き嵌めした
タイプのタービンロータシャフトが開発されたが、この
タイプのタービンロータシャフトは、使用中に経年変化
を起こして焼き嵌め部が緩み、ガタツキを生じるという
問題を残している。
【０００３】また上記以外の改善技術として、例えば次
に示す如く軸受との接触面（以下、軸受面ということが
ある）に低合金鋼を肉盛溶接する技術が検討され、一部
で実用化が進められているが、夫々下記の様な問題を残
している。
に示す如く軸受との接触面（以下、軸受面ということが
ある）に低合金鋼を肉盛溶接する技術が検討され、一部
で実用化が進められているが、夫々下記の様な問題を残
している。
【０００４】特開昭５７−１３７４５６号「タービンロ
ータ」 Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｉ等の含有量を規
定した合金鋼を軸受面に肉盛溶接したタービンロータを
開示するものであるが、この方法を１２％Ｃｒ鋼製ター
ビンロータ（以下、１２％Ｃｒタービンロータと略記す
る）に適用しようとすると、肉盛合金のＣｒ含有量が
０．３０〜２．８０％の範囲であることから、ロータ基
材と接する肉盛合金とのＣｒ含有量の差が極端に大きく
なるため、適量のＶを含有させたとしてもそれらの境界
部分に強度的な段差が生じ、満足のいく疲労強度が得ら
れない。また、この方法で規定する肉盛合金成分範囲で
ある例えばＣ：０．２５％−Ｃｒ：１．２％−Ｍｏ：
１．５％−Ｖ：０．３％といった成分組成を想定した場
合、この成分系はＳＲ割れ感受性が非常に高いものであ
るため、健全な肉盛溶接部が得られにくい。
ータ」 Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｉ等の含有量を規
定した合金鋼を軸受面に肉盛溶接したタービンロータを
開示するものであるが、この方法を１２％Ｃｒ鋼製ター
ビンロータ（以下、１２％Ｃｒタービンロータと略記す
る）に適用しようとすると、肉盛合金のＣｒ含有量が
０．３０〜２．８０％の範囲であることから、ロータ基
材と接する肉盛合金とのＣｒ含有量の差が極端に大きく
なるため、適量のＶを含有させたとしてもそれらの境界
部分に強度的な段差が生じ、満足のいく疲労強度が得ら
れない。また、この方法で規定する肉盛合金成分範囲で
ある例えばＣ：０．２５％−Ｃｒ：１．２％−Ｍｏ：
１．５％−Ｖ：０．３％といった成分組成を想定した場
合、この成分系はＳＲ割れ感受性が非常に高いものであ
るため、健全な肉盛溶接部が得られにくい。
【０００５】特開平４−８１２９３号８１２％Ｃｒ鋼製
蒸気タービンロータシャフト」 このシャフトは、肉盛溶接金属の表層部のＣ，Ｓｉ，Ｍ
ｎ，Ｐ，Ｃｒ，Ｍｏ，及びＶ量を規定したものであり、
焼結型フラックスと溶接ワイヤを組み合わせたサブマー
ジアーク溶接法によって３層以上の肉盛溶接を行ない、
最表層部の金属組成を規制するものであり、溶接母材を
適度の温度に余熱るすることによって低温割れの防止を
図っている。この技術によれば、肉盛溶接部における低
温割れや高温割れ、更にはＳＲ割れ等も起こしにくく、
且つ肉盛溶接金属表層部の軸受け特性や強度においても
良好な成果が得られる。しかしながら、第１層目（初
層）の肉盛溶接にＣｒ含有量の少ない溶接材料を使用す
ると、ロータ材と初層肉盛溶接金属との間でＣｒ含有量
の差が非常に大きくなり、この部分で大きな強度段差が
生じて疲労強度が極端に悪くなる。
蒸気タービンロータシャフト」 このシャフトは、肉盛溶接金属の表層部のＣ，Ｓｉ，Ｍ
ｎ，Ｐ，Ｃｒ，Ｍｏ，及びＶ量を規定したものであり、
焼結型フラックスと溶接ワイヤを組み合わせたサブマー
ジアーク溶接法によって３層以上の肉盛溶接を行ない、
最表層部の金属組成を規制するものであり、溶接母材を
適度の温度に余熱るすることによって低温割れの防止を
図っている。この技術によれば、肉盛溶接部における低
温割れや高温割れ、更にはＳＲ割れ等も起こしにくく、
且つ肉盛溶接金属表層部の軸受け特性や強度においても
良好な成果が得られる。しかしながら、第１層目（初
層）の肉盛溶接にＣｒ含有量の少ない溶接材料を使用す
ると、ロータ材と初層肉盛溶接金属との間でＣｒ含有量
の差が非常に大きくなり、この部分で大きな強度段差が
生じて疲労強度が極端に悪くなる。
【０００６】この様に、軸受との接触面を肉盛溶接によ
って強化した従来タイプのタービンロータでは、特にロ
ータ基材と接する肉盛溶接金属のＣｒ含有量が低く、１
２％Ｃｒタービンロータ基材と初層肉盛溶接金属とのＣ
ｒ含有量差が大きくなってこの部分に強度的段差が生じ
るため、満足のいく疲労強度が得られず、より高い設計
強度に耐え得る軸受面肉盛強化型の１２％Ｃｒタービン
ロータの開発が求められている。
って強化した従来タイプのタービンロータでは、特にロ
ータ基材と接する肉盛溶接金属のＣｒ含有量が低く、１
２％Ｃｒタービンロータ基材と初層肉盛溶接金属とのＣ
ｒ含有量差が大きくなってこの部分に強度的段差が生じ
るため、満足のいく疲労強度が得られず、より高い設計
強度に耐え得る軸受面肉盛強化型の１２％Ｃｒタービン
ロータの開発が求められている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、高レ
ベルの疲労強度と軸受特性を備えた軸受面肉盛強化型の
１２％Ｃｒタービンロータを提供しようとするものであ
る。
情に着目してなされたものであって、その目的は、高レ
ベルの疲労強度と軸受特性を備えた軸受面肉盛強化型の
１２％Ｃｒタービンロータを提供しようとするものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成すること
のできた本発明に係る肉盛強化型１２％Ｃｒタービンロ
ータの構成は、１２％Ｃｒ鋼製タービンロータにおい
て、軸受との接触面がＣｒ含有鋼の多層肉盛溶接により
強化されると共に、肉盛溶接部における基材と初層肉盛
溶接金属の間のＣｒ含有量の差および各隣接肉盛溶接金
属層の間のＣｒ含有量の差がいずれも４．０重量％以下
であり、あるいは、軸受との接触面がＣｒ含有鋼の多層
肉盛溶接により強化されると共に、肉盛溶接部における
基材と初層肉盛溶接金属の間のＣｒ含有量の差および各
隣接肉盛溶接金属層の間のＣｒ含有量の差がいずれも
６．０重量％以下であり、且つＣｒ含有量の差が４．０
％超６．０％以下となる様な低Ｃｒ側の肉盛溶接金属層
中には、Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，ＭｏおよびＴｉよりなる群から
選択される少なくとも１種が、下記（Ｉ）式の関係を満
足する範囲で含まれるものであるところに要旨を有する
ものである。 0.15wt% ≦Nb+(1/3)V+(1/5)W+(1/3)Ti+(1/5)Mo≦2.0wt%……(I)
のできた本発明に係る肉盛強化型１２％Ｃｒタービンロ
ータの構成は、１２％Ｃｒ鋼製タービンロータにおい
て、軸受との接触面がＣｒ含有鋼の多層肉盛溶接により
強化されると共に、肉盛溶接部における基材と初層肉盛
溶接金属の間のＣｒ含有量の差および各隣接肉盛溶接金
属層の間のＣｒ含有量の差がいずれも４．０重量％以下
であり、あるいは、軸受との接触面がＣｒ含有鋼の多層
肉盛溶接により強化されると共に、肉盛溶接部における
基材と初層肉盛溶接金属の間のＣｒ含有量の差および各
隣接肉盛溶接金属層の間のＣｒ含有量の差がいずれも
６．０重量％以下であり、且つＣｒ含有量の差が４．０
％超６．０％以下となる様な低Ｃｒ側の肉盛溶接金属層
中には、Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，ＭｏおよびＴｉよりなる群から
選択される少なくとも１種が、下記（Ｉ）式の関係を満
足する範囲で含まれるものであるところに要旨を有する
ものである。 0.15wt% ≦Nb+(1/3)V+(1/5)W+(1/3)Ti+(1/5)Mo≦2.0wt%……(I)
【０００９】
【発明の実施の形態】１２％Ｃｒロータにおけるシャフ
ト側の軸受部に要求される主な特性としては、軸受特性
および強度特性が挙げられる。軸受特性については、肉
盛溶接における表層部のＣｒ含有量が大きな影響を及ぼ
し、Ｃｒ含有量は低い方が好ましい。ちなみに、従来の
タービンロータにおいてジャーナル部で焼付き事故を起
こしていないのは、実績として低合金系のＣｒ−Ｍｏ−
Ｖ鋼や２．２５％Ｃｒ鋼であり、３％あるいは４％レベ
ルの高Ｃｒ含有量での運転実績はないのが現状である。
ト側の軸受部に要求される主な特性としては、軸受特性
および強度特性が挙げられる。軸受特性については、肉
盛溶接における表層部のＣｒ含有量が大きな影響を及ぼ
し、Ｃｒ含有量は低い方が好ましい。ちなみに、従来の
タービンロータにおいてジャーナル部で焼付き事故を起
こしていないのは、実績として低合金系のＣｒ−Ｍｏ−
Ｖ鋼や２．２５％Ｃｒ鋼であり、３％あるいは４％レベ
ルの高Ｃｒ含有量での運転実績はないのが現状である。
【００１０】一方強度特性については、肉盛溶接の表層
部、即ち軸受との接触面に相当する部分のＣｒ含有量を
２．５％程度以下に抑えたうえで、高温割れ、ＳＲ割
れ、融合不良等の欠陥を生じることなく高強度が確保で
きる様に肉盛溶接金属の成分組成を選定することによ
り、その目的を一応達成している。
部、即ち軸受との接触面に相当する部分のＣｒ含有量を
２．５％程度以下に抑えたうえで、高温割れ、ＳＲ割
れ、融合不良等の欠陥を生じることなく高強度が確保で
きる様に肉盛溶接金属の成分組成を選定することによ
り、その目的を一応達成している。
【００１１】しかしながら、本発明で特にその改質を意
図する１２％Ｃｒタービンロータ材に、上記の様な肉盛
溶接法を適用して強化しようとすると、ロータ基材と初
層肉盛溶接金属あるいは各肉盛溶接金属層間の強度的段
差の影響が顕著に現われ、満足のいく疲労強度特性が得
られない。即ち、１２％Ｃｒタービンロータ材に対して
初層肉盛溶接材として従来材を肉盛した場合、１２％Ｃ
ｒタービンロータ材（実質的に１１％程度のＣｒが含ま
れている）と初層肉盛溶接金属との間Ｃｒ含有量の差が
７〜８％程度にもなり、この様にＣｒ含有量の差が大き
くなると、この部分で強度的段差が生じて該段差部の低
強度側に応力集中が起こり、十分な疲労強度が得られな
くなる。
図する１２％Ｃｒタービンロータ材に、上記の様な肉盛
溶接法を適用して強化しようとすると、ロータ基材と初
層肉盛溶接金属あるいは各肉盛溶接金属層間の強度的段
差の影響が顕著に現われ、満足のいく疲労強度特性が得
られない。即ち、１２％Ｃｒタービンロータ材に対して
初層肉盛溶接材として従来材を肉盛した場合、１２％Ｃ
ｒタービンロータ材（実質的に１１％程度のＣｒが含ま
れている）と初層肉盛溶接金属との間Ｃｒ含有量の差が
７〜８％程度にもなり、この様にＣｒ含有量の差が大き
くなると、この部分で強度的段差が生じて該段差部の低
強度側に応力集中が起こり、十分な疲労強度が得られな
くなる。
【００１２】高レベルの疲労強度特性を得るには、ロー
タ基材と初層肉盛溶接金属の間のＣｒ含有量および各隣
接肉盛溶接金属層の間のＣｒ含有量差をいずれも小さく
して強度的段差を可及的に抑えることが有効であるが、
２．５％以下という肉盛溶接表層部のＣｒ含有量を確保
しつつＣｒ含有量差を十分に小さくするには、肉盛層数
を多くしなければならす、溶接工数の増大によるコスト
アップを招く他、寸法設計の余裕度も低下してくる等、
工業的に実用化するうえで大きな障害となる。
タ基材と初層肉盛溶接金属の間のＣｒ含有量および各隣
接肉盛溶接金属層の間のＣｒ含有量差をいずれも小さく
して強度的段差を可及的に抑えることが有効であるが、
２．５％以下という肉盛溶接表層部のＣｒ含有量を確保
しつつＣｒ含有量差を十分に小さくするには、肉盛層数
を多くしなければならす、溶接工数の増大によるコスト
アップを招く他、寸法設計の余裕度も低下してくる等、
工業的に実用化するうえで大きな障害となる。
【００１３】そこで、実用性も考慮した上で、十分な疲
労強度特性を保障し得る様な強度的段差、即ちＣｒ含有
量差の上限を明らかにしてやれば、本発明の目的が達成
できると考え、その線に沿って研究を進めた。その結
果、 ロータ基材と初層肉盛溶接金属との間のＣｒ含有量お
よび各隣接肉盛溶接金属層の間のＣｒ含有量の差をいず
れも４．０％以下に抑え、あるいは 該Ｃｒ含有量の差を６．０％以下に抑えると共に、Ｃ
ｒ含有量の差が４．０％超６．０％以下となる様な低Ｃ
ｒ側の肉盛溶接金属層中には、Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，Ｍｏおよ
びＴｉよりなる群から選択される少なくとも１種の金属
を、前記（Ｉ）式を満たす範囲で含有させる という成分傾斜を与えてやれば、ロータ基材と初層肉盛
溶接金属間および各隣接肉盛溶接金属層間の強度的段差
が実用上障害のない程度に抑えられ、肉盛強化型１２％
Ｃｒタービンロータ全体としての疲労強度特性が十分に
高められることを知った。
労強度特性を保障し得る様な強度的段差、即ちＣｒ含有
量差の上限を明らかにしてやれば、本発明の目的が達成
できると考え、その線に沿って研究を進めた。その結
果、 ロータ基材と初層肉盛溶接金属との間のＣｒ含有量お
よび各隣接肉盛溶接金属層の間のＣｒ含有量の差をいず
れも４．０％以下に抑え、あるいは 該Ｃｒ含有量の差を６．０％以下に抑えると共に、Ｃ
ｒ含有量の差が４．０％超６．０％以下となる様な低Ｃ
ｒ側の肉盛溶接金属層中には、Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，Ｍｏおよ
びＴｉよりなる群から選択される少なくとも１種の金属
を、前記（Ｉ）式を満たす範囲で含有させる という成分傾斜を与えてやれば、ロータ基材と初層肉盛
溶接金属間および各隣接肉盛溶接金属層間の強度的段差
が実用上障害のない程度に抑えられ、肉盛強化型１２％
Ｃｒタービンロータ全体としての疲労強度特性が十分に
高められることを知った。
【００１４】即ち本発明では、１２％Ｃｒ鋼を基材とす
る肉盛強化型の１２％Ｃｒタービンロータであって、肉
盛表層部のＣｒ含有量を焼付き防止の観点から２．５％
以下に抑えつつ、高レベルの疲労強度特性を確保するた
めの要件として、ロータ基材と初層肉盛溶接金属の間お
よび各隣接肉盛溶接金属層の間のＣｒ含有量の差を何れ
も４．０％以下に抑え、あるいは低Ｃｒ含有量の肉盛金
属層側に前記（Ｉ）式を満足する量のＮｂ，Ｖ，Ｗ，Ｍ
ｏ、Ｔｉが含まれる場合は、Ｃｒ含有量の差を６．０％
以下に抑えるところに特徴を有するものであり、こうし
た構成を特定することによって、１２％Ｃｒ鋼の有する
優れた強度特性と耐焼付き性を確保しつつ、疲労強度特
性の優れた肉盛強化型１２％Ｃｒタービンロータを得る
ことができるのである。
る肉盛強化型の１２％Ｃｒタービンロータであって、肉
盛表層部のＣｒ含有量を焼付き防止の観点から２．５％
以下に抑えつつ、高レベルの疲労強度特性を確保するた
めの要件として、ロータ基材と初層肉盛溶接金属の間お
よび各隣接肉盛溶接金属層の間のＣｒ含有量の差を何れ
も４．０％以下に抑え、あるいは低Ｃｒ含有量の肉盛金
属層側に前記（Ｉ）式を満足する量のＮｂ，Ｖ，Ｗ，Ｍ
ｏ、Ｔｉが含まれる場合は、Ｃｒ含有量の差を６．０％
以下に抑えるところに特徴を有するものであり、こうし
た構成を特定することによって、１２％Ｃｒ鋼の有する
優れた強度特性と耐焼付き性を確保しつつ、疲労強度特
性の優れた肉盛強化型１２％Ｃｒタービンロータを得る
ことができるのである。
【００１５】
【実施例】以下、実験の経緯を追って本発明の構成およ
び作用効果をより具体的に説明するが、本発明はもとよ
り下記実験例によって制限を受けるものではなく、前・
後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施
することも勿論可能であり、それらは何れも本発明の技
術的範囲に包含される。
び作用効果をより具体的に説明するが、本発明はもとよ
り下記実験例によって制限を受けるものではなく、前・
後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施
することも勿論可能であり、それらは何れも本発明の技
術的範囲に包含される。
【００１６】実験例１ １２％Ｃｒタービンロータ基材と初層肉盛溶接金属間お
よび初層肉盛溶接金属層と第２層肉盛溶接金属層間にお
けるＣｒ含有量の差、並びに初層および第２層肉盛溶接
金属における合金元素と疲労強度の関係を調べるため、
種々の成分組成の肉盛溶接材を試作して１２％Ｃｒター
ビンロータ基材に第２層までの肉盛溶接を行ない、夫々
の疲労強度特性を比較した。
よび初層肉盛溶接金属層と第２層肉盛溶接金属層間にお
けるＣｒ含有量の差、並びに初層および第２層肉盛溶接
金属における合金元素と疲労強度の関係を調べるため、
種々の成分組成の肉盛溶接材を試作して１２％Ｃｒター
ビンロータ基材に第２層までの肉盛溶接を行ない、夫々
の疲労強度特性を比較した。
【００１７】表１は、使用した１２％Ｃｒタービンロー
タ基材の成分組成、表２は、試作した初層肉盛溶接用ワ
イヤの成分組成、表３は、第２層目の肉盛溶接に用いた
ワイヤの成分組成を夫々示す。尚、溶接ワイヤとしては
何れも直径３．２ｍｍのものを使用し、サブマージアー
ク溶接法によって肉盛溶接を行なった。
タ基材の成分組成、表２は、試作した初層肉盛溶接用ワ
イヤの成分組成、表３は、第２層目の肉盛溶接に用いた
ワイヤの成分組成を夫々示す。尚、溶接ワイヤとしては
何れも直径３．２ｍｍのものを使用し、サブマージアー
ク溶接法によって肉盛溶接を行なった。
【００１８】溶接条件は表４に示す通りとし、肉盛溶接
に当たっては、ロータ基材と初層肉盛溶接金属間および
各隣接肉盛溶接層間で種々のＣｒ含有量差を与えるた
め、前パスに対する溶接ビードの重ね代やワイヤの狙い
位置を調節し、基材あるいは前層肉盛溶接金属に対する
溶込率を１０〜５０％の範囲で適宜変化させた。肉盛溶
接後、６５０℃×１５時間のＳＲ処理を施した後、ロー
タ基材を含めた肉盛溶接部から回転曲げ疲労試験片を採
取して疲労試験を行なうと共に、初層肉盛溶接金属なら
びに第２層目の肉盛溶接金属の化学成分を分析し、各部
のＣｒ含有量の差およびその他の元素の含有量を調べ
た。図１は、実験で用いたロータを模擬した肉盛溶接基
材の形状を示す見取り図、図２は、肉盛溶接後の性能試
験用試料の採取位置を示す説明図である。
に当たっては、ロータ基材と初層肉盛溶接金属間および
各隣接肉盛溶接層間で種々のＣｒ含有量差を与えるた
め、前パスに対する溶接ビードの重ね代やワイヤの狙い
位置を調節し、基材あるいは前層肉盛溶接金属に対する
溶込率を１０〜５０％の範囲で適宜変化させた。肉盛溶
接後、６５０℃×１５時間のＳＲ処理を施した後、ロー
タ基材を含めた肉盛溶接部から回転曲げ疲労試験片を採
取して疲労試験を行なうと共に、初層肉盛溶接金属なら
びに第２層目の肉盛溶接金属の化学成分を分析し、各部
のＣｒ含有量の差およびその他の元素の含有量を調べ
た。図１は、実験で用いたロータを模擬した肉盛溶接基
材の形状を示す見取り図、図２は、肉盛溶接後の性能試
験用試料の採取位置を示す説明図である。
【００１９】結果を表５および図３に示す。尚、疲労試
験結果の判定については、表２に示した従来法における
初層肉盛溶接用ワイヤ及び第２層目肉盛溶接用ワイヤ
（表３）を用いて肉盛溶接を行なった試験材から採取し
た試験片の１×１０7 サイクルにおける疲労限界応力振
幅に対し、１０％以上疲労限界応力が上回っているもの
を合格とした。尚、表５において疲労試験結果が不合格
となったものの試験材の破断箇所は、Ｎｏ．１，２，
３，１５，１９についてはロータ基材と初層肉盛金属と
の間、Ｎｏ．８，９については初層と第２層の肉盛溶接
金属層の間であった。また図３における疲労試験結果の
合否は、ロータ基材と初層肉盛溶接金属間あるいは肉盛
溶接層同士の間の境界部の強度に対して、肉盛溶接金属
部の疲労強度が８０％以上であるものを合格（○）、８
０％未満のものを不合格（×）とした。
験結果の判定については、表２に示した従来法における
初層肉盛溶接用ワイヤ及び第２層目肉盛溶接用ワイヤ
（表３）を用いて肉盛溶接を行なった試験材から採取し
た試験片の１×１０7 サイクルにおける疲労限界応力振
幅に対し、１０％以上疲労限界応力が上回っているもの
を合格とした。尚、表５において疲労試験結果が不合格
となったものの試験材の破断箇所は、Ｎｏ．１，２，
３，１５，１９についてはロータ基材と初層肉盛金属と
の間、Ｎｏ．８，９については初層と第２層の肉盛溶接
金属層の間であった。また図３における疲労試験結果の
合否は、ロータ基材と初層肉盛溶接金属間あるいは肉盛
溶接層同士の間の境界部の強度に対して、肉盛溶接金属
部の疲労強度が８０％以上であるものを合格（○）、８
０％未満のものを不合格（×）とした。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
【表３】
【００２３】
【表４】
【００２４】
【表５】
【００２５】これらの結果より、次の様に考えることが
できる。この実験では、初層と第２層の肉盛溶接部を代
表的に取りあげてＣｒ含有量差が疲労特性に与える影響
を調べた結果を示したものであるが、表５および図３か
らも明らかである様に、ロータ基材と初層肉盛溶接金属
の間のＣｒ含有量の差あるいは初層と第２層の肉盛溶接
金属間のＣｒ含有量の差が何れも４．０％以下である実
施例、およびＣｒ含有量が低い方の側の肉盛溶接金属層
に前記（Ｉ）式の関係を満足するＮｂ等が含まれている
ものについては、Ｃｒ含有量の差が６．０以下である実
施例では、何れも優れた疲労特性が得られているのに対
し、Ｃｒ含有量の低い側の肉盛溶接金属層中のＮｂ等の
含有量が前記（Ｉ）式の範囲を外れるもので且つＣｒ含
有量差が４．０％を超えるもの（Ｎｏ．３，８，９）、
および該（Ｉ）式の関係を満たすものであってもＣｒ含
有量差が６．０を超えるもの（Ｎｏ．１５，１９）で
は、満足な疲労特性が得られていない。尚、最表層側の
Ｃｒ含有率が２．５％を超えるものでは、焼付きが極め
て著しくなって実用化できないことを確認している。
できる。この実験では、初層と第２層の肉盛溶接部を代
表的に取りあげてＣｒ含有量差が疲労特性に与える影響
を調べた結果を示したものであるが、表５および図３か
らも明らかである様に、ロータ基材と初層肉盛溶接金属
の間のＣｒ含有量の差あるいは初層と第２層の肉盛溶接
金属間のＣｒ含有量の差が何れも４．０％以下である実
施例、およびＣｒ含有量が低い方の側の肉盛溶接金属層
に前記（Ｉ）式の関係を満足するＮｂ等が含まれている
ものについては、Ｃｒ含有量の差が６．０以下である実
施例では、何れも優れた疲労特性が得られているのに対
し、Ｃｒ含有量の低い側の肉盛溶接金属層中のＮｂ等の
含有量が前記（Ｉ）式の範囲を外れるもので且つＣｒ含
有量差が４．０％を超えるもの（Ｎｏ．３，８，９）、
および該（Ｉ）式の関係を満たすものであってもＣｒ含
有量差が６．０を超えるもの（Ｎｏ．１５，１９）で
は、満足な疲労特性が得られていない。尚、最表層側の
Ｃｒ含有率が２．５％を超えるものでは、焼付きが極め
て著しくなって実用化できないことを確認している。
【００２６】実施例２ 前記表１に示したのと同じ成分組成の１２％Ｃｒロータ
基材に対し、下記表６に示す成分組成の肉盛溶接用ワイ
ヤを使用し、前記表４に示したのと同じ条件で表７に示
す積層構造の多層肉盛溶接を行なった後、肉盛最表面を
研削および仕上げ研磨した後、上記と同じ方法で疲労特
性を調べると共に、下記の方法で耐焼付き性を調べた。
結果は表７に示す通りであり、基材の肉盛初層および各
肉盛層間のＣｒ含有量差が適正なものであっても、最表
面のＣｒ含有量が２．５％を超えるものでは顕著な焼付
きが見られ、タービンロータ材としての実用性を欠くも
のであることが分かる。
基材に対し、下記表６に示す成分組成の肉盛溶接用ワイ
ヤを使用し、前記表４に示したのと同じ条件で表７に示
す積層構造の多層肉盛溶接を行なった後、肉盛最表面を
研削および仕上げ研磨した後、上記と同じ方法で疲労特
性を調べると共に、下記の方法で耐焼付き性を調べた。
結果は表７に示す通りであり、基材の肉盛初層および各
肉盛層間のＣｒ含有量差が適正なものであっても、最表
面のＣｒ含有量が２．５％を超えるものでは顕著な焼付
きが見られ、タービンロータ材としての実用性を欠くも
のであることが分かる。
【００２７】
【表６】
【００２８】
【表７】
【００２９】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、１
２％Ｃｒ鋼を基材とし、これにＣｒ含有鋼を肉盛溶接す
るに当たり、基材と肉盛金属層あるいは各肉盛溶接層間
のＣｒ含有量に所定％以下の成分傾斜を設けると共に、
最表層部のＣｒ含有量を２．５％以下に抑えることによ
って、優れた耐焼付き性と疲労強度特性を兼ね備えたタ
ービンロータを提供し得ることになった。
２％Ｃｒ鋼を基材とし、これにＣｒ含有鋼を肉盛溶接す
るに当たり、基材と肉盛金属層あるいは各肉盛溶接層間
のＣｒ含有量に所定％以下の成分傾斜を設けると共に、
最表層部のＣｒ含有量を２．５％以下に抑えることによ
って、優れた耐焼付き性と疲労強度特性を兼ね備えたタ
ービンロータを提供し得ることになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実験で用いたロータを模擬した肉盛溶接基材の
形状を示す一部破断見取り図である。
形状を示す一部破断見取り図である。
【図２】疲労試験用の試料採取位置を示す説明図であ
る。
る。
【図３】母材と初層肉盛金属層間および各肉盛金属層の
間のＣｒ含有量の差と（Ｉ）式で示される成分元素の含
有率が、疲労強度特性に与える影響を整理して示すグラ
フである。
間のＣｒ含有量の差と（Ｉ）式で示される成分元素の含
有率が、疲労強度特性に与える影響を整理して示すグラ
フである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 栄一 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 馬越 龍太郎 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 重 隆司 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 近藤 良之 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 １２％Ｃｒ鋼製タービンロータにおい
て、軸受との接触面がＣｒ含有鋼の多層肉盛溶接により
強化されると共に、肉盛溶接部における基材と初層肉盛
溶接金属の間のＣｒ含有量の差および各隣接肉盛溶接金
属層の間のＣｒ含有量の差がいずれも４．０重量％以下
であることを特徴とする疲労強度に優れた肉盛強化型１
２％Ｃｒ鋼製タービンロータ。 - 【請求項２】 １２％Ｃｒ鋼製タービンロータにおい
て、軸受との接触面がＣｒ含有鋼の多層肉盛溶接により
強化されると共に、肉盛溶接部における基材と初層肉盛
溶接金属の間のＣｒ含有量の差および各隣接肉盛溶接金
属層の間のＣｒ含有量の差がいずれも６．０重量％以下
であり、且つＣｒ含有量の差が４．０％超６．０％以下
となる様な低Ｃｒ側の肉盛溶接金属層中には、Ｎｂ，
Ｖ，Ｗ，ＭｏおよびＴｉよりなる群から選択される少な
くとも１種が、下記（Ｉ）式の関係を満足する範囲で含
まれるものであることを特徴とする疲労強度に優れた肉
盛強化型１２％Ｃｒ鋼製タービンロータ。 0.15wt% ≦Nb+(1/3)V+(1/5)W+(1/3)Ti+(1/5)Mo≦2.0wt%……(I) - 【請求項３】 肉盛最表面のＣｒ含有量が２．５重量％
以下である、請求項１または２に記載の肉盛強化型１２
％Ｃｒ鋼製タービンロータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7225502A JP2742400B2 (ja) | 1995-09-01 | 1995-09-01 | 疲労強度に優れた肉盛強化型１２％Ｃｒ鋼製タービンロータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7225502A JP2742400B2 (ja) | 1995-09-01 | 1995-09-01 | 疲労強度に優れた肉盛強化型１２％Ｃｒ鋼製タービンロータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0966388A true JPH0966388A (ja) | 1997-03-11 |
| JP2742400B2 JP2742400B2 (ja) | 1998-04-22 |
Family
ID=16830330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7225502A Expired - Lifetime JP2742400B2 (ja) | 1995-09-01 | 1995-09-01 | 疲労強度に優れた肉盛強化型１２％Ｃｒ鋼製タービンロータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2742400B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013024901A1 (ja) | 2011-08-17 | 2013-02-21 | 株式会社日本製鋼所 | 高Ｃｒ鋼製タービンロータの初層又は上盛層溶接部、該溶接部用肉盛溶接材料、および該肉盛溶接部の製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01273692A (ja) * | 1988-03-14 | 1989-11-01 | Westinghouse Electric Corp <We> | タービン構成要素摩耗表面の補修法 |
| JPH03128176A (ja) * | 1989-10-13 | 1991-05-31 | Japan Steel Works Ltd:The | 硬質金属の多層肉盛り溶接法 |
-
1995
- 1995-09-01 JP JP7225502A patent/JP2742400B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01273692A (ja) * | 1988-03-14 | 1989-11-01 | Westinghouse Electric Corp <We> | タービン構成要素摩耗表面の補修法 |
| JPH03128176A (ja) * | 1989-10-13 | 1991-05-31 | Japan Steel Works Ltd:The | 硬質金属の多層肉盛り溶接法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013024901A1 (ja) | 2011-08-17 | 2013-02-21 | 株式会社日本製鋼所 | 高Ｃｒ鋼製タービンロータの初層又は上盛層溶接部、該溶接部用肉盛溶接材料、および該肉盛溶接部の製造方法 |
| JP2013039602A (ja) * | 2011-08-17 | 2013-02-28 | Japan Steel Works Ltd:The | 高Ｃｒ鋼製タービンロータの初層溶接部、初層溶接部用溶接材料、上盛層溶接部、上盛層溶接部用溶接材料および多層肉盛溶接部の製造方法 |
| KR20140034936A (ko) | 2011-08-17 | 2014-03-20 | 더 재팬 스틸 워크스 엘티디 | 고 Cr 강철제 터빈 로터의 초층 또는 피복층 용접부, 당해 용접부용 클래딩 용접 재료 및 당해 클래딩 용접부의 제조 방법 |
| CN103857491A (zh) * | 2011-08-17 | 2014-06-11 | 株式会社日本制钢所 | 高Cr钢制涡轮转子的初层或上层焊接部、该焊接部用堆焊材料以及该堆焊部的制造方法 |
| EP2745979A1 (en) * | 2011-08-17 | 2014-06-25 | The Japan Steel Works, Ltd. | FIRST LAYER OR OVERLAYING LAYER WELDING SECTION OF HIGH Cr STEEL TURBINE ROTOR, CLADDING WELDING MATERIAL FOR WELDING SECTION, AND METHOD FOR MANUFACTURING CLADDING WELDING SECTION |
| AU2012295808B2 (en) * | 2011-08-17 | 2014-12-18 | Japan Steel Works M&E, Inc. | First layer or upper layer welding section of high Cr steel turbine rotor, overlay welding material for welding section, and method for manufacturing overlay welding section |
| EP2745979A4 (en) * | 2011-08-17 | 2016-03-23 | Japan Steel Works Ltd | WELDING SECTION OF FIRST LAYER OR HIGH-CHROME TURBINE STEEL ROTOR COATING LAYER, PLATING WELDING MATERIAL FOR WELDING SECTION, METHOD FOR MANUFACTURING MULTI-LAYER WELDING WELDING SECTION |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2742400B2 (ja) | 1998-04-22 |
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