JPH1072638A

JPH1072638A - 回転電機用ロータシャフト及びその製造法とその高強度低合金鋼

Info

Publication number: JPH1072638A
Application number: JP21161297A
Authority: JP
Inventors: Masao Shiga; 正男志賀; Mitsuo Kuriyama; 光男栗山; Shigenobu Mori; 誉延森; Hiroshi Fukui; 寛福井; Tatsuro Ishizuka; 達郎石塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 1998-03-17
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: JP3245094B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、高強度，高靭性で高い磁気特
性を備えた回転電機用ロータシャフト及びその製造法と
その高強度低合金鋼を提供することにある。【構成】本発明は、重量で、Ｃ０.１５〜０.３０％，Ｓ
ｉ０.１％以下，Ｍｎ１％以下,Ｎｉ３.０〜５.０％，Ｃ
ｒ２.０〜３.０％，Ｍｏ０.１〜１.０％，Ｖ０.０３〜
０.３５％及び残部が実質的にＦｅである高強度低合金
鋼及びそれを用いた回転電機用ロータシャフトである。
更に、Ａｌ０.０１％以下，Ｐ，Ｓ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ａｓ
の総量を０.０２５％以下とし、IIａ族元素，IIIａ族元
素を０.１％以下、IVa 族元素，Ｎｂ，Ｔａ及びＷを０.
２％以下含有させることができる。これにより、容量
９００ＭＶＡ以上の大容量発電機、及び回転数５０００
rpm以上の電動機が製造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は新規な回転電機用ロータ
シャフトとその製造法及びその高強度低合金鋼に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】容量８００ＭＶＡまでのタービン発電機
のロータシャフト材としては、ASTM規格材Ｎｉ−Ｃｒ−
Ｍｏ鋼（Ａ４６９−８８，Class ６〜８）が使用されて
いる。近年、エネルギ多様化の観点から石油代替エネル
ギである石炭火力への移行並びに電源立地面積の有効活
用の要求から、タービン発電機は大容量化の傾向にあ
る。

【０００３】タービン発電機の大容量化に伴って、ロー
タシャフトの使用条件も厳しくなり、上記の現用ＡＳＴ
Ｍ規格材では強度不足になってきた。

【０００４】一般に、強度を高めれば靭性が低下する傾
向にあるので、現用材よりも高強度高靭性のロータシャ
フト材の出現が望まれている。

【０００５】ＡＳＴＭ規格クラス６〜８はＣ０.２８％
以下，Ｍｎ０.６０％以下，Ｐ0.015％以下，Ｓ０.０１
５％以下，Ｓｉ０.１５〜０.３０％，Ｎｉ３.２５〜４.
００％，Ｃｒ１.２５〜２.００％，Ｍｏ０.３０〜０.６
０％，Ｖ０.０５〜０.１５％，残部が実質的にＦｅから
なり、クラス８が最も高い強度を有するもので、引張強
さ８４kg／mm²以上、０.０２％耐力７０.４kg／mm²以
上，伸び率１６％以上，絞り率４５％以上，５０％破面
遷移温度４℃以下等が規定されている。

【０００６】特公昭47−25248 号公報には、Ｃ０.１４
〜０.２０％，Ｓｉ０.０５〜０.４％，Ｍｎ０.１〜０.
６％，Ｎｉ１.５〜２.８％，Ｃｒ０.７５〜１.８％，Ｍ
ｏ0.1〜０.５％，Ｖ０.０１〜０.１２％及び残部Ｆｅ
からなる発電機ロータシャフト用低合金鋼が示されてい
る。

【０００７】特公昭60−230965号公報には、Ｃ０.１３
〜０.３０％，Ｓｉ０.１０％以下，Ｍｎ０.６０〜２.
００％，Ｐ０.０１０％以下，Ｃｒ０.４０〜２.００
％，Ｎｉ０.２０〜２.５０％，Ｍｏ０.１０〜０.５０
％，Ｖ０.０５〜０.１５％，Ａｌ０.００５〜０.０４
％，Ｎ０.００５０〜０.０１５０％，Ｎｉ＋２Ｍｎ＋２
Ｃｒが４〜８％、残部Ｆｅからなるタービン発電機軸用
低合金鋼が示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】容量９００ＭＶＡ以上
の発電機のロータシャフト材としては、引張強さ９３kg
／mm²以上，０.０２％耐力７４kg／mm²以上，破面遷
移温度（以下ＦＡＴＴと略称する）０℃以下の機械的性
質と２１０００ガウスにおける磁化力９９０ＡＴ／cm以
下の磁気特性が要求される。

【０００９】更に、１２００ＭＶＡ級発電機のロータシ
ャフト材としては、引張強さ１００kg／mm²以上１３０
０ＭＶＡ級発電機のロータシャフト材としては、引張強
さ１０４kg／mm²以上が要求される。

【００１０】ＡＳＴＭ規格材（Ａ４６９−Class ８）及
び従来技術で開示されたものでは、引張強さ≧８４.１k
g／mm²，０.０２％耐力 ≧７０.４kg／mm²，ＦＡＴＴ≦
４℃であり、９００ＭＶＡ以上の発電機用ロータシャフ
ト材としては強度及び靭性が不足であり、破壊に対する
安全性が確保できない。

【００１１】更に、従来強度を高めると靭性が低下し、
強度と靭性との両方を満足するものが得られなかった。

【００１２】本発明の目的は、高強度，高靭性で高い磁
気特性を備えた回転電機用ロータシャフト及びその製造
法と、その高強度低合金鋼を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、重量で、Ｃ
０.１５〜０.３０％，Ｓｉ０.１％以下，Ｍｎ１％以下,
Ｎｉ３.０〜５.０％，Ｃｒ２.０〜３.０％，Ｍｏ０.１
〜１.０％，Ｖ０.０３〜０.３５％及び残部が実質的に
Ｆｅであることを特徴とする回転電機用ロータシャフト
にある。

【００１４】本発明は、重量で、Ｃ０.１５〜０.３５
％，Ｓｉ０.１％以下，Ｍｎ１％以下,Ｎｉ３.０〜５.０
％，Ｃｒ１.５〜３.５％，Ｍｏ０.１〜１.０％，Ｖ０.
０３〜０.３５％及び残部が実質的にＦｅであり、前記
（Ｎｉ／Ｃｒ）比が１.２〜2.0であることを特徴とする
回転電機用ロータシャフトにある。

【００１５】本発明は、重量で、Ｃ０.１５〜０.３０
％，Ｓｉ０.３％以下，Ｍｎ１％以下,Ｎｉ３.０〜５.０
％，Ｃｒ２.０５〜３.０％，Ｍｏ０.１〜１.０％，Ｖ
０.０３〜０.３５％，Ａ１０.００６％以下及び残部
が実質的にＦｅであることを特徴とする回転電機用ロー
タシャフトにある。

【００１６】本発明は、前述したＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ
鋼の室温の引張強さ９３kg／mm²以上，５０％破面遷移
温度０℃以下、及び焼戻ベーナイト組織を有することを
特徴とする回転電機用ロータシャフトである。

【００１７】本発明は、前述の鋼にIIａ族元素及びIII
ａ族元素の少なくとも１つを0.001〜０.１％含有する
ものである。

【００１８】本発明は、前述の鋼に更にIVａ族元素，Ｎ
ｂ，Ｔａ及びＷの少なくとも１つの元素を０.２％以下
含有するものである。

【００１９】本発明は、２１ｋＧにおける磁化率９９０
ＡＴ／cm以下とするのが好ましく、更に焼戻ベーナイト
組織を有する前述の組成のＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ合金鋼
からなるものである。

【００２０】本発明は、重量で、Ｃ０.１５〜０.３０
％，Ｓｉ０.１〜０.３％以下，Ｍｎ０.５％以下,Ｎｉ
３.２５〜４.５％，Ｃｒ２.０５〜２.６０％，Ｍｏ０.
２５〜０.６０％，Ｖ０.０５〜０.２０％，Ａｌ０.０
１％以下及び残部が実質的にＦｅであり、焼戻ベーナ
イト組織を有することを特徴とする回転電機用ロータシ
ャフトにある。

【００２１】本発明は、重量で、Ｃ０.１５〜０.３０
％，Ｓｉ０.３％以下，Ｍｎ１％以下,Ｎｉ３.０〜５.０
％，Ｃｒ２.０〜３.０％，Ｍｏ０.１〜１.０％及びＶ
０.０３〜０.３５％を含有する合金鋼を大気中溶解し
た後、取鍋精錬，真空脱ガス処理等を行い、次いで該溶
湯を鋳型に注湯して造塊後あるいはさらに大気溶解後エ
レクトロスラグ溶解して造塊後熱間鍛造し、８００〜９
００℃にて焼入れ後５５０〜６５０℃にて１０時間以上
保持する焼戻し処理を行うことを特徴とする回転電機用
ロータシャフトの製造法にある。

【００２２】本発明は、軸方向にコイルを埋込むスロッ
トを有する胴部，動力の伝達を授受するフランジ部及び
軸受部を備えた前述の組成を有する回転電機用ロータシ
ャフトにあり、該シャフトは室温引張強さ９３kg／mm²
以上，５０％破面遷移温度０℃以下及び２１ｋＧにおけ
る磁化力が９９０ＡＴ／cm以下及び２０ｋＧにおける磁
化力が４００ＡＴ／cm以下であり、前記胴部直径が１ｍ
以上及び前記胴部長さが前記胴部直径の５.５〜６.５倍
とすることが好ましい。

【００２３】本発明は、前記シャフトとして前記胴部直
径が１ｍ以上、胴部長さが前記胴部直径の５.５〜６.５
倍である前述の高強度Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ合金鋼より
なり、前記胴部直径Ｄ（mm）は電機容量１ＭＶＡ当り
０.２mm に１０００mmを加えた値以下及び前記発電機容
量１ＭＶＡ当り０.２mm に９００mmを加えた値以上とす
ることが好ましい。

【００２４】本発明は、前述のシャフトは前記胴部直径
Ｄ（mm）が１ｍ以上、胴部長さが前記胴部直径の５.５
〜６.５倍である前述の高強度Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ合
金鋼よりなり、該シャフトの回転数Ｒ(rpm）との関係か
ら求められる（Ｄ²×Ｒ²）の値が１.０×１０⁷〜３.０
×１０⁷となるように前記回転数に対して前記胴部直径
を設定することが好ましい。

【００２５】本発明は、重量で、Ｃ０.１５〜０.３０
％，Ｓｉ０.３％以下，Ｍｎ０.５％以下，Ｎｉ３.０〜
５.０％，Ｃｒ２.０〜３.５％，Ｍｏ０.１〜１.０％，
Ｖ0.03〜０.３５％，Ａｌ０.００６％以下、Ｐ，Ｓ，
Ｓｎ，Ｓｂ及びＡｓの総量0.025％以下、前記（Ｎｉ／
Ｃｒ）比２.１以下である低合金鋼からなることを特徴
とする回転電機用ロータシャフトにある。

【００２６】本発明は、室温引張強さ９３kg／mm²以
上，５０％破面遷移温度０℃以下，２１ｋＧにおける磁
化力が９９０ＡＴ／cm以下，２０ｋＧにおける磁化力４
００ＡＴ／cm以下を有する前述の高強度高靭性Ｎｉ−Ｃ
ｒ−Ｍｏ−Ｖ合金鋼よりなる一体中実シャフトによって
構成されている回転電機用ロータシャフトとするのが好
ましい。

【００２７】本発明は、重量で、Ｃ０.１５〜０.３０
％，Ｓｉ０.０１〜０.０５％，Ｍｎ０.０５〜０.５％，
Ｎｉ３.０〜５.０％，Ｃｒ２.０〜３.５％，Ｍｏ０.１
〜1.0％，Ｖ０.０３〜０.３５％，Ａｌ０.０００５〜
０.００６％、Ｐ，Ｓ，Ｓｎ，Ｓｂ及びＡｓの総量０.０
０１〜０.０２５％、残部が実質的にＦｅよりなること
を特徴とする回転電機用ロータシャフトにある。

【００２８】本発明は、コイルが埋込まれた積層鉄心か
らなる固定子，該固定子内を回転する回転子を備え容量
９００ＭＶＡ以上の大容量回転電機に好適であり、前記
回転子としては前述の高強度Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ低合
金鋼よりなるシャフト胴部にコイルが埋込まれ、該胴部
直径が１ｍ以上、該胴部長さが胴部直径の５.５〜6.5倍
であり、３０００rpm又は３６０rpmの回転を受け、回転
電機の床面積が前記電機容量１ＭＶＡ当りの０.０８〜
０.１２ｍ²とするものが好ましいものである。本発明
は、電機容量９００ＭＶＡ以上，固定子電流が前記電機
容量１ＭＶＡ当り１９.０〜２４Ａ、前記固定子が直接
水冷、回転子が電機容量１ＭＶＡ当り０.００３〜０.０
０６kg／cm²の水素圧力にて冷却され、該回転子シャフ
トの胴部直径が１.０ｍ以上である前述の高強度Ｎｉ−
Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ合金鋼よりなる大容量回転電機とするの
が好ましい。

【００２９】本発明は、定格容量1,120,000ＫＶＡにお
いて、固定子を直接水冷，回転子を水素冷却とし、回転
子胴部直径を１.１５〜１.３５ｍとし、胴部長さを胴部
直径の５.５〜６.５倍であり、３６００rpm の回転を受
けるものが好ましい。特に、マシンサイズとして９〜１
０ｍ³とするのが好ましい。

【００３０】本発明は、重量で、Ｃ０.１５〜０.３０
％，Ｓｉ０.３％以下，Ｍｎ０.５％以下，Ｎｉ３.０〜
５.０％，Ｃｒ２.０〜３.５％，Ｍｏ０.１〜１.０％，
Ｖ0.03〜０.３５％，Ａｌ０.０１０％以下、Ｐ，Ｓ，
Ｓｎ，Ｓｂ及びＡｓの総量0.025％以下、前記（Ｎｉ／
Ｃｒ）比２.３以下である低合金鋼からなることを特徴
とする回転電機用ロータシャフトにある。

【００３１】

【作用】Ｃは強度の向上になくてはならないもので、そ
のため０.１５％以下では十分な焼入性が得られず、ロ
ータ中心に軟らかいフェライト組織が生成し、十分な引
張強さ及び耐力が得られない。また、０.３％以上にな
ると靭性を低下させるので、Ｃの範囲は０.１５〜０.３
％に限定される。(Ｎｉ／Ｃｒ)比を１.２〜２.０とすれ
ば、０.１５〜０.３５とすることができる。特に、Ｃは
０.２０〜０.２８％の範囲が好ましい。

【００３２】Ｓｉ及びＭｎは従来、脱酸材として添加し
ていたが、真空取鍋精錬によるＣ脱酸法及びエレクトロ
スラグ再溶解法などの製鋼技術により、特に添加しなく
とも健全なロータが溶製可能である。焼もどし脆化防止
の点から、Ｓｉ及びＭｎは低めにすべきであり、それぞ
れ０.１％及び１.０％以下に限定され、特にＳｉ≦
０.０５％，Ｍｎ≦０.２５％より０.２０％以下が好
ましい。Ｓｉは添加しないときでも不純物として０.０
１９〜０.１％含有される。Ｍｎは若干加えた方が好ま
しく、０.０５％以上、より好ましくは０.１％以上とす
る。

【００３３】Ｎｉは焼入性を向上させ、靭性を向上させ
るのに不可欠の元素である。３.０％未満では靭性向上
効果が十分でない。又、５％を越える多量添加は有害な
残留オーステナイト組織が出て、均一な焼もどしベーナ
イト組織が得られない。特に、３.２５％以上、より
３.５％を越え４.５％までの範囲が好ましい。

【００３４】Ｃｒは焼入性を向上させ、靭性を顕著に向
上させる効果がある。また、耐食性も向上させる効果が
ある。１.５％以下ではこれらの効果が十分でなく、
３.０％を越える多量の添加は有害な残留オーステナイ
ト組織がでて、均一な焼もどしベーナイト組織が得られ
ない。とくに、２.０５〜２.６０％の範囲が好ましい。
Ｍｏは焼もどし処理中に結晶粒内に微細炭化物を析出さ
せ、炭化物分散強化作用により、引張強さ及び０.０２
％耐力を高める効果がある。また、焼もどし中に不純
物元素が結晶粒界に偏析するのを抑制する作用があるの
で焼もどし脆化防止効果がある。０.１％未満では、こ
れらの効果が十分でなく、１.０％を越えて多量に添加
しても効果が飽和する傾向がある。特に、０.２５〜０.
６％、より０.３５〜０.４５％が好ましい。

【００３５】Ｖは焼もどし処理中に結晶粒界に微細炭化
物を析出させ、炭化物分散強化作用により引張強さ及び
０.０２％耐力を高める効果がある。０.０３％未満では
これらの効果が十分でなく、０.３５％を越える多量添
加は効果が飽和する傾向がある。特に、０.０５〜０.２
％、より０.１０〜０.１５％の範囲が好ましい。

【００３６】Ａｌは靭性、磁気特性を低下させるので、
低めにすべきである。Ａｌの低減は靭性、及び磁気特性
向上効果が大きい。Ａｌは特に、靭性確保の点から０.
０１％を上限とする。特に、０.００５％以下が好まし
い。Ａｌを全くなくすると逆に強度を低めることにもな
るので、製鋼上の限界の点からも０.０００５％以上特
に、０.００１％以上とすることがよい。

【００３７】更に、不純物としてＰ，Ｓ，Ｓｎ，Ｓｂ及
びＡｓがあり、これらは靭性、磁気的特性を低下させる
ので、これらの元素を低める必要がある。特に、これら
の元素はＳｉとの相関があり、Ｓｉ量とこれら元素の総
和とを乗算した値を３０×１０^-4以下とするのが好まし
い。特に１５×１０^-4以下が好ましい。また、Ｓｉを除
くこれらの元素の総和量を０.０３０％以下、より０.
０２５％以下が好ましい。これらの不純物を皆無にす
ることは困難であり、特に総量の下限として０.００１
％、より０.０１０％とする。

【００３８】（Ｎｉ／Ｃｒ）比は引張強さに関係し、そ
の値を２.１以下とすることにより高い強度が得られ
る。その値が同じ場合にはＮｉ量が高いほど強度が高
く、３％を越えるＮｉ量ではより高い強度が得られる。
特に、３％以上のＮｉ含有量に対して（Ｎｉ／Ｃｒ）比
を１.２〜２.０、より１.４〜１.９とすることが好まし
い。

【００３９】IIａ族元素（Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ），IIIａ
族元素（Ｓｃ，Ｙ，ランタノイド元素）の少なくとも１
種又は２種以上を０.１％以下含有する。これらの元素
は強力な脱酸剤として作用し、靭性の向上，磁気特性の
向上に顕著な効果が得られる。特に、０.００１〜０.０
５％とするのが好ましい。これらは非放射性元素であ
り、放射性元素は取扱い上好ましくない。

【００４０】IVａ族元素（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ），Ｎｂ，
Ｔａ，Ｗの炭化物形成元素は少なくとも１つを０.２％
以下含有させることにより靭性を低めることなく強度を
高める。特に、０.０２〜０.１％が好ましい。ＷはＭｏ
と同等の作用をするので、Ｍｏの一部をＷで置換するこ
とができる。従って、Ｍｏ＋Ｗ量を０.１〜１.０％とし
て、Ｗ量の上限を０.５％とし、Ｍｏ量の半分以下とす
るのがよい。

【００４１】本発明に係る低合金鋼は焼戻ベーナイト組
織を有するもので、５％以下のフェライトを含むことが
できるが、全ベーナイト組織とすることが強度及び靭性
の点で好ましい。

【００４２】本発明に係る低合金鋼はＳｉ不純物を顕著
に少なくすることによって強度，靭性を高めるとともに
磁気特性を高めることができるもので、そのために大気
溶解後エレクトロスラグ再溶解又は大気中溶解した後真
空取鍋精錬によって溶湯を形成するものである。溶湯は
金型にて鋳造され、熱間鍛造により所定の形状にされ
る。その後８００〜９００℃で焼入れが施され、次いで
５５０〜６５０℃にて１０ｈ以上の焼戻しが施される。
焼入温度は鋼のＡｃ₃点より３０〜７０℃高い温度で行
われ、特に、Ａｃ₃より５０℃高い温度で行うのが好ま
しい。焼戻しは靭性を高めるもので、５５０〜６５０
℃、特に、５６０〜６００℃が好ましく、１０〜６０ｈ
保持するのが好ましい。焼戻後切削加工によって最終形
状となるが、その切削加工によって内部応力が発生する
ので、応力除去焼純が焼戻温度より低い温度で行われ
る。また、鍛造後均一化焼純が行われ、焼入温度より約
５０℃高い温度で行い、除冷される。焼入時の冷却速度
はシャフト中心部で５０〜150℃／ｈが好ましい。これ
によってベーナイト組織が得られ、特に全ベーナイト組
織が得られる。

【００４３】また、Ｓｉ量は前述のＡｌ量を０.０１％
以下にすることにより０.１〜０.３％とすることがで
き、更にＰ，Ｓ，Ｓｎ，Ｓｂ及びＡｓ量を０.０２５％
以下にすることにより高Ｓｉでも良好な特性を得ること
ができる。

【００４４】前述の合金鋼を用いることにより回転電機
用ロータシャフトはコイルが埋込まれる胴部の直径を１
ｍ以上とし、その胴部長さを直径の５.５〜６.５倍とす
ることにより装置全体をコンパクトにできる。５.５未
満及び６.５を越える比率にする回転子はその振動感度
上好ましくない。特に、５.６〜６.０が好ましい。

【００４５】その胴部直径は発電機容量に応じて大きく
する必要があるが、容量１ＭＶＡ当り０.２mmに１００
０mmが加えた値以下とし、１ＭＶＡ当り０.２mmに９０
０mmを加えた値以上とすることが好ましい。

【００４６】更に、胴部直径Ｄ（ｍ）は回転子の回転数
Ｒ(rpm）とによっても設定されるが、（Ｄ²×Ｒ²）の値
を１.０×１０⁷以上となるように設定するのが好まし
い。特に、上限は３.０×１０⁷とするのが好ましい。特
に１.５〜２.２×１０⁷が好ましく、１.８〜２.０×１
０⁷がよい。

【００４７】本発明においては、発電機及び電動機は容
量の増加により大型化するのが、前述の如く高強度合金
鋼を用いることによりコンパクトな装置とすることがで
き、特に床面積として容量１ＭＶＡ当り０.０８〜０.１
２ｍ²とすることができる。そしてエネルギー損失が小
さくできるので、効率がより高められる。その固定子電
流も容量当り小さくできるので、電動機又は発電機容量
１ＭＶＡ当り１９.０〜２４Ａとすることができ、特に
容量の増大につれて単位容量当りの電流を小さくでき
る。容量２０００ＭＶＡに対しては約１９.０〜２０.０
Ａでできる。そのときの回転子は水素によって冷却され
るが、発電機出力に応じて水素圧力を高める必要がある
が、その圧力を１ＭＶＡ当り０.００３〜０.００６kg／
cm²・ｇとすることができる。特に、０.００４〜０.０
０５kg／cm²・ｇが好ましい。

【００４８】本発明は、発電機及び電動機に適用される
が、電動機としては同期電動機，同期発電電動機，誘導
同期電動機がある。電動機及び発電機の構造はほぼ同じ
ものである。特に、電動機として５０００〜６０００rp
m の回転数を有する高速回転のモータにおいて好ましい
ものである。

【００４９】本発明におけるロータシャフトの引張強さ
は９３kg／mm²以上が好ましく、より１００kg／mm²以
上で、特に１０４kg／mm²以上を得るように成分調整す
るのが好ましい。同時に、５０％破面遷移温度を０℃以
下とし、より好ましくは−５０℃以下が好ましい。結晶
粒の大きさはＡＳＴＭの結晶粒度番号で４以上とするこ
とが好ましい。更に、磁気特性として磁束密度２１ｋＧ
における磁化力９９０ＡＴ／cm以下とすること、２０ｋ
Ｇにおける磁化力を４００ＡＴ／cm以下とするのが好ま
しく、特に前者で５００ＡＴ／cm以下とするのが好まし
い。

【００５０】

【実施例】

実施例１表１は供試鋼の化学組織を示す。試料は高周波溶解炉で
各２０kg造塊し、温度８５０〜１１５０℃厚さ３０mm，
幅９０mmに熱間鍛造した。試料Ｎo.２〜６及び１５は本
発明材である。試料Ｎo.１は発明材と比較のために溶製
したものである。Ｎo.１は発電機ロータシャフト材のＡ
ＳＴＭ規格Ａ４６９−８８class ８相当材であり、Ｎo.
５は高Ａｌ鋼である。これらの試料には、大容量発電機
の大形ロータシャフト中心部の条件をシミュレートした
熱処理を施した。まず、８４０℃まで加熱してオーステ
ナイト化後１００℃／ｈの速度で冷却し焼入した。つい
で、５７５〜５９０℃にて３２時間加熱保持後１５℃／
ｈの速度で冷却した。焼もどし処理は、引張強さが１０
０〜１０５kg／mm²の範囲に入る温度を各試料ごとに選
んで行った。

【００５１】Ｎo.７〜１２は比較鋼で、８２０℃で１６
〜３４時間加熱保持後同じく１００℃／ｈの速度で焼入
した後、６２５〜６３５℃で４０〜５０時間加熱保持
後、１５℃／ｈの速度の炉冷による焼戻し処理を行っ
た。

【００５２】Ｎo.１３及び１４は比較鋼で、９００℃で
２時間加熱後炉冷の均一化焼純を行い、次いで８５０℃
で２時間加熱後１２０℃／ｈの速度で冷却する焼入を行
い、更に５７５℃で６０時間加熱保持後４０℃／ｈの速
度で冷却する焼戻しを行った。

【００５３】

【表１】

【００５４】本発明に係るＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼のＮ
o.２〜６及び１５はいずれも初析フェライトを含まず、
均一な焼戻ベーナイト組織を有していた。また、旧オー
ステナイト結晶粒度番号がいずれも７番であった。他の
合金のＮo.１，５及び１４も均一な焼戻ベーナイト組織
であった。Ｎo.１３には５％程度の初析フェライトが見
られる。

【００５５】表２は引張試験，衝撃試験，磁気特性，電
気特性結果を示すものである。表中、磁化力は２０ｋＧ
及び２１ｋＧにおけるものを求めた。表に記載のものは
２１ｋＧにおけるものである。

【００５６】

【表２】

【００５７】表に示すように、本発明に係る低合金鋼Ｎ
o.２〜６及び１５は引張強さが100kg／mm²以上，０.０
２％耐力が７８kg／mm²以上であり、更に５０℃破面
遷移温度が０℃以下をはるかに低い−５０℃以下であ
り、強度と靭性がともに高いことがわかる。更に、磁化
力は９００ＭＶＡ以上の発電機用ロータシャフトに要求
される２１ｋＧにおける磁化力として９９０ＡＴ／cm以
下を十分に満足するものであり、電気抵抗も高Ｃｒ含有
する本発明に係るものが３０μΩcm以上の高い値とな
り、９００ＭＶＡ以上の大容量発電機ロータシャフト材
として極めて有用である。

【００５８】図２は引張強さに及ぼすＣｒ含有量の影響
を示す線図である。図に示すようにＮｉ量２.６０〜４.
１５％においてＣｒ量の増加によって引張強さは高くな
る。特に、Ｃｒ量が１.４％を越えると急激に高くな
り、Ｃｒの効果が大きい。２.０％を越えると引張強さ
が１００kg／mm²以上の高い値が得られる。

【００５９】図３は同じく（Ｎｉ／Ｃｒ）比との関係を
示す線図である。図に示すように（Ｎｉ／Ｃｒ）比が大
きくなるほど引張強さが低下する。特に、（Ｎｉ／Ｃ
ｒ）比が２.１以下とすることにより高い強度が得られ
る。Ｎｉ量との関係もあり、３.５０％以上の高Ｎｉと
することにより１００kg／mm²以上の高強度のものが得
られる。目標とする引張強さの９３kg／mm²以上に対し
ては（Ｎｉ／Ｃｒ）比は２.３以下とし、Ｎｉ３.５％以
下とすることにより得られる。Ｎｉ３％未満では得られ
にくい。

【００６０】図４は同じくＳｉ量との関係を示すもの
で、Ｓｉ量の増加によって強度が高められることがわか
る。Ｓｉ量を０.１７％以上にすれば９３kg／mm²以上が
Ｃｒ１.３〜１.８％，Ｎｉ２.６〜３.５％で得られが、
Ｃｒ２％を越えるものでは０.１％以下の低Ｓｉで９３
kg／mm²以上、特に１００kg／mm²以上が得られる。

【００６１】図５は５０％破面遷移温度に及ぼすＮｉ又
はＣｒ量の影響を示す線図である。図に示すようにＮｉ
及びＣｒのいずれもその含有量の増加によってＦＡＴＴ
が低くなり、特に、低Ｓｉの０.１％以下ではＣｒ量を
０.５％以上含有させれば０℃以下のＦＡＴＴが得られ
る。特に０.１％を越えるＳｉ量ではＮｉ及びＣｒを高
めても０℃以下のＦＡＴＴは得られにくい。

【００６２】図６は同じくＦＡＴＴに及ぼすＳｉ量の影
響を示す線図である。図に示す如く、Ｓｉ量を下げるこ
とによってＦＡＴＴは低くなり高靭性が得られる。特
に、Ｎｉ２.５〜３.０％及びＣｒ１.３〜１.８％付近で
はＳｉ量を０.０８％以下、Ｎｉ３.５〜４.０％及びＣ
ｒ１.５〜２.２％付近では０.１３％以下とすることに
より０℃以下とすることができる。Ｃｒ２.２％を越
え、Ｎｉ３.５％以上のものでは０.２０％以下で０℃
以下とすることが可能である。

【００６３】図７は同じくＦＡＴＴとＡｌ量との関係を
示す線図である。Ａｌの含有もFATTを高める元素である
ので、Ｃｒ２.０５〜２.２％及びＮｉ３〜４％付近では
０.０１４％以下、Ｃｒ２.２〜２.５％及びＮｉ３.５〜
４.５％付近では0.018％以下で０℃以下とすることがで
きる。Ｃｒ１.６５％付近ではＮｉ量が３.５％と高くて
もＡｌ量を下げても０℃以下は得られにくい。

【００６４】図８は磁化力とＳｉ量との関係を示すもの
である。図に示すようにＳｉ量の増加は磁化力を高める
ので、低い方がよい。特に、Ｃｒ１.５〜２.５％及びＮ
ｉ２.５〜４.５％付近ではＳｉ量を０.１８％以下とす
ることにより２１ｋＧにおける磁化力９００ＡＴ／cm以
下とすることができる。特に、Ｓｉ量を０.１％以下で
は７００ＡＴ／cm以下の磁化力で得られる。

【００６５】図９に同じく磁化力とＰ，Ｓ，Ｓｎ，Ｓ
ｂ，Ａｓの総量との関係を示す線図である。これらの不
純物は磁化力を高めるので好ましくなく、９９０ＡＴ／
cm以下にするには０.０４０％以下にすべきである。特
に、７００ＡＴ／cm以下にするには０.０３％以下がよ
い。

【００６６】図１０は同じく磁化力とＡｌ量との関係を
示すものである。図に示す如く、Ａｌは磁化力を高める
ので好ましくないものである。前述のＣｒ，Ｎｉ量及び
Ｓｉ０.１％以下においてＡｌ量は９９０ＡＴ／cm以下
の磁化力とするには０.０２５％以下とすべきで、特に
７００ＡＴ／cm以下とするには０.０１５％以下が好ま
しい。０.１％を越えるＳｉではＡｌ量を０.０１％以
下にするのがよい。

【００６７】図１１は同じく磁化力に及ぼすＳｉと
（Ｐ，Ｓ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ａｓの総量）と乗算した値の影
響を示すもので、この値の高いものほど磁化力を高める
のでまずい。７０×１０^-4以下の値にすれば９９０ＡＴ
／cm以下とすることができる。

【００６８】実施例２表３は、本発明鋼Ｎo.２〜４，６を高強度化した（実
施例１よりも焼戻し温度を５℃低くした）試料の引張試
験，衝撃試験及び磁気特性試験結果を示す。

【００６９】表から明らかなように本発明材は、引張強
さ１０５kg／mm²以上，０.０２％耐力８２kg／mm²以
上，ＦＡＴＴ−４４℃以下，磁化力４００ＡＴ／cm以下
で、１２００ＭＶＡ級及び１３００ＭＶＡ級発電機ロー
タシャフト材に要求される機械的性質及び磁気特性を十
分満足する。従って、本発明材は１２００ＭＶＡ以上の
大容量発電機用ロータシャフトとして極めて有用である
と言える。

【００７０】

【表３】

【００７１】実施例３本実施例は実施例１及び２の材料からなるロータシャフ
トを適用した火力、または原子力によって駆動される交
流のタービン発電機は、通常２極または４極の円筒回転
界磁形同期発電機の例である。

【００７２】火力用タービン発電機はほとんどが２極の
高速機であり、回転速度は５０Ｈｚで３,０００rpm，６
０Ｈｚで３,６００rpmとなる。これは高速のほうがター
ビンの効率が良く小形となるためである。１軸で出力を
出すタンデムコンパウンド形がほとんどであるが、大容
量機では２軸で出力を出すクロスコンパウンド形も採用
される。

【００７３】原子力用タービン発電機は通常４極で１,
５００rpmまたは１,８００rpmで使用される。原子炉の
発生蒸気が火力に比べて多量・低温・低圧で、タービン
が長翼・低回転速度となるためである。

【００７４】タービン発電機の冷却方式としては間接冷
却方式と直接冷却方式があり、冷却媒体には、空気・水
素・水が主として使用される。

【００７５】水素冷却は大容量で用いられ、間接・直接
両方式があり、すべてガス冷却器が発電機本体内に組み
込まれた防爆密閉構造となる。また、水冷却の場合は直
接冷却方式となり、大容量機では固定子・回転子の両方
を水冷却方式とすることもある。

【００７６】図１２は本発明に係る固定子コイル直接水
冷却形タービン発電機の一例である。

【００７７】（固定子）固定子わくは溶接構造鋼板など
でつくられ通風路を形成し、鉄心を支えるとともに振動
を防ぐように強固につくられる。磁気吸引力により鉄心
はだ円に変形し、回転子の回転に伴い二倍周波数の振動
が発生する。この振動は大形機ほど大きくなるので、鉄
心と固定子わくとをばねを介して取り付ける弾性支持構
造とする。

【００７８】固定子鉄心２には、０.３５または０.５mm
厚のけい素鋼板が用いられ、方向性けい素鋼板が使用さ
れる。鉄心は軸方向に５０〜６０mm程度ずつ積層され、
間に通風ダクトを形成するようにＩ形鋼の間隔片を入れ
る。

【００７９】固定子巻線７は通常２層巻が用いられる
が、２極機の場合、特に巻線端部が長くなるため強固に
保持しなければならない。漂遊負荷損が大きくなるの
で、端部の構造物には非磁性材を使用する。

【００８０】（回転子）タービン発電機の大きな特徴は
高速回転することであり、遠心力が大きくなるので回転
子直径が制限される。回転子構造材料に機械的強度を確
保するとともに、危険速度を避け振動を抑えるため一体
鍛造され、図１４に示すスロット１６を加工し、その中
に界磁巻線がおさめられる。回転子１の形状を図１３に
示す。

【００８１】主軸の材料は本発明に係るＮｉ−Ｃｒ−Ｍ
ｏ−Ｖ鋼からなる。図中には示されていないが、フラン
ジ１５とセンタリング１８との間にファン２０の取付け
用リング１７が設けられる。

【００８２】界磁巻線３は銅帯を平巻きに成形してティ
ース１２間に形成された回転子鉄心スロット内に分布巻
きし、導体の１ターンごとに層間絶縁を注入する。巻線
の端部は保持環（リティニングリング）９で押える。コ
イルには通常の銅の代りにクリープ特性の良好な銀入銅
が使用される。

【００８３】保持環９はＣ０.１％以下，Ｎ０.４％以
上，１０〜２５％Ｍｎ，１５〜２０％Ｃｒを含む非磁性
ステンレス鋼が用いられる。巻線３がスロット１６に埋
込まれた後、スロット１６の最も広い部分に超ジュラル
ミン合金によるウェッジ１３がはめ込まれることによっ
て固定される。エンドダンパリング１４には端部又は全
長ダンパが用いられ、端部Ａｌ合金，胴部銀入銅合金が
用いられる。８はシャフト、１１は磁極、１５はカップ
リングである。

【００８４】（通風方式）１０００ＭＶＡ級以上の大形
機で鉄心長が長くなると均一に冷却することがむずかし
いため、複式通風方式をとる。

【００８５】この方式では、鉄心背後の固定子わく内に
数区分の給気室および排気室が軸方向に交互に配列され
ており、冷却空気は発電機両端より固定子わく内の風胴
を経て各給気室に集められ、これより固定子鉄心を冷却
し、回転子内部を冷却した気体とともに外径側に流れ、
冷却器を経てファンの吸気側に至り循環する。

【００８６】水素冷却のガス圧は間接水素冷却機で２at
g ，直接水素冷却機で２〜５atg が使用される。水素ガ
ス圧を上げた場合、熱伝達率が向上するとともにガスの
熱容量が密度に比例して増加するので、ガス自身の温度
上昇がガスの絶対圧力に逆比例して減少し、冷却効果が
増大する。同一寸法の機械の出力は一般に間接冷却形
０.０５atgのときの出力を１００とすれば１atg で１１
５，２atg で１２５の出力となる。

【００８７】水素冷却方式は、空気と混合した場合水素
の容積が１０〜７０％の範囲では爆発性になる。これを
防ぐため自動的に水素純度を約９０％以上に維持するよ
うにしているが、このため機内水素ガスが軸に沿って機
外に漏れないように軸受の内側に油膜による密封装置を
備えている。軸の狭いすき間に機内の水素ガスより高い
圧力の油を流すことにより、機内からのガス漏れを防い
でいる。

【００８８】水素冷却タービン発電機において固定子を
間接冷却とする場合でも、回転子は直接冷却とする場合
が多い。

【００８９】（直接冷却）発電機コイルの導体最高温度
が出力を制限する場合、その温度上昇中に大きな割合を
占める絶縁物内での温度差を除くために、導体を直接冷
却媒体で冷却する。

【００９０】冷却媒体としては、水素ガスや油・水など
の液体がある。水は空気の場合の約５０倍の熱伝達能力
を有し、冷却媒体として優れている。

【００９１】（１）水素ガス直接冷却固定子コイルの例
を示し、素線の間にはさんだ四角なベントチューブの内
部にガスを通して導体を直接冷却する。導体の発生熱量
の一部は熱抵抗の大きな主絶縁を通って鉄心に伝わり冷
却されるが、大部分は熱抵抗の小さな冷却管を通って水
素ガスが持ち去る。

【００９２】液体冷却には、比熱が大きく、かつ対流に
よる熱伝達率も非常に大きい純水が使用される。

【００９３】液体通路となる配管には、ステンレス鋼が
使用され、コイルおよびコイル端部のクリップなどには
無酸素銅または脱酸銅が使用される。絶縁接続管には機
械的強度が高く、たわみ性に富み、絶縁性の良いテフロ
ン管が普通使用される。固定子コイルの断面は素線を中
空とし、この中を液体が流れるようにしている。

【００９４】（２）回転子の冷却媒体としては水素ガス
又は水が使用され、次の方式がある。エンドフィード
方式には回転子端部より回転子コイル内に押し込まれた
水素ガスは、回転子中央部にあけられた穴よりエアギャ
ップに放出される。また、回転子の一端よりコイル銅帯
に入り他端より出る方式も好ましい。

【００９５】回転子コイルの断面形状は側路式と中空銅
帯式とのいずれでもよい。この方式をとった場合は、固
定子コイルにもガス直接冷却が採用し、高圧のブロワが
回転子の一端に取り付けられる。

【００９６】エアギャップピックアップ方式においては
回転子表面に吸入および排出の穴部を交互に設けて、回
転による風速を利用して、エアギャップ部における水素
ガスをコイルウェッジ表面より吸入し、コイル銅帯内を
一定距離流して発生熱を奪い、排気穴を通ってエアギャ
ップ部に出る方式、或いは回転子の水冷却技術において
回転体中に水を通す方式がある。

【００９７】水冷却方式は、水素ガス冷却方式に比較し
て構造が複雑であるために、信頼性上は不利となるが、
発電機の重量が１５〜２５％程度軽くなり、また部分負
荷での効率を向上させることができる。

【００９８】図中、１５はタービンに結合されるフラン
ジ、２０はファン、２１は固定子コイル、２２はブラ
シ、２３はスリップリングである。

【００９９】図１は本発明からなる材料を用いたタービ
ン出力１０００ＭＷ級（発電機容量１１２０ＭＶＡ級）
以上の大型タービン発電機用ロータシャフトの斜視図で
ある。本発明に係るロータシャフトを次の様に製造し
た。

【０１００】実施例１に記載のＮo.２とほぼ同じ組成を
目標に大気溶解後真空取鍋精錬によって製造した約１５
０ｔの溶湯を金型に鋳造した。次いで、プレスによる熱
間鍛造を行い、据込み（鍛造比１／２Ｕ）後鍛伸（鍛造
比３Ｓ）を行った。更に、９００℃で均一化焼純を行
い、所定の形状に切削加工した後、８４０℃で全体を２
０時間たて型炉で加熱保持した後、水噴霧によって中心
孔で１００℃／ｈの冷却速度で冷却する焼入をした。次
いで５８０℃で６０ｈ加熱保持後１５℃／ｈの速度で冷
却する焼戻処理を施した。その後、図１に示す最終形状
に切削加工を施した。本実施例は２極用で、１１は磁
極、１２はティース、１７はファン取付用リング、１８
はリティニングリング取付け用センタリングリング、１
９は中心孔である。この部分で材料の機械的性質，電気
的性質，磁気的性質を検査するための試料を採取した。
センタリングリング１８はシャフト形成時一体となって
いるが、リング状に切削された後リティニングリングが
焼ばめされる。

【０１０１】本実施例では全長約１５ｍ，ティース１２
が設けられる胴部直径が１.２ｍ，胴部長さが約７ｍ
で、胴部直径約５.７倍である。このもののマシンサイ
ズは約１０ｍ³で、このようにすることにより回転子の
振動感度を低くし、同相アンバランス感度を低く押える
ことができるとともに、軸のフレキシビリティが低下し
軸受安定性が高いものが得られる。

【０１０２】マシンサイズは（回転子胴部外径)²×(回
転子胴長)で表わされる。

【０１０３】本発明におけるロータシャフトのマシンサ
イズと発電機容量（ＭＶＡ）との関係は次式数１と数２
の範囲内が好ましい。

【０１０４】マシンサイズ(ｍ³)＝４.７＋３.２×１０^-3×発電機容量(ＭＶＡ) …（１）マシンサイズ(ｍ³)＝４.５＋５.７×１０^-3×発電機容量(ＭＶＡ) …（２）本実施例における機械的特性，磁気的特性及び電気的特
性は実施例１のＮo.２の合金の値と同等のものであっ
た。

【０１０５】本実施例における仕様は次の通りである。

【０１０６】発電機容量：１１２０ＭＶＡ，固定子電
流：発電機容量１ＭＶＡ当り２２Ａ，力率：０.９，回
転数３６００rpm，周波数６０Ｈｚ，固定子：直接水冷
却，回転子：直接水素冷却(発電機容量１ＭＶＡ当り０.
００４７kg／cm²・ｇ)，ケーシング材：ＳＭ４１鋼，鉄
心材：方向性ケイ素鋼板，コイル：電気銅，絶縁材料，
エポキシレジン及びマイカ，コイル埋込み部の胴長／胴
径＝５.８３，リティニング材：Ｃ０.１％以下，Ｎ
０.７以上，Ｓｉ１％以下の１８％Ｍｎ−１８％Ｃｒ
鋼，全長ダンパ，回転子コイル：銀入銅，軸受：炭素鋼
鋳鋼，全体寸法：長さ１６ｍ，幅６ｍ，床面積９６
ｍ²。

【０１０７】以上の構造とすることにより、１０００Ｍ
Ｗ級のタービン出力に対し、発電機容量１１２０ＭＶＡ
が得られ、１ＭＶＡ当りの発電機の床面積が０.０８６
ｍ²であり、従来の７００ＭＷ級タービンの発電機（容
量８００ＭＶＡ）の１ＭＶＡ当りの床面積０.０９８ｍ²
より約１３％コンパクト化できる。この床面積は発電機
容量１ＭＶＡ当り０.０８〜０.０９ｍ²とすることがで
きる。

【０１０８】また、本発明の低合金鋼によれば、胴部直
径は上限及び下限を前述のマシンサイズの値から求めら
れる値とし、更に上限の直径Ｄ(mm)を次の数３によって
求められる値及び下限の直径を数４によって求められる
値とすることが好ましい。胴部長さはその直径の５.５
〜６.５倍が好ましい。

【０１０９】胴部直径Ｄ(mm)＝０.２×発電機容量(ＭＶＡ)＋１０００ …（３）胴部直径Ｄ(mm)＝０.２×発電機容量(ＭＶＡ)＋９００ …（４）以上の構造とすることにより回転子の振動感度が小さ
く、発電機全体をコンパクトにできる。

【０１１０】

【発明の効果】本発明によれば、室温引張強さ９３kg／
mm²以上，５０％破面遷移温度０℃以下，２１ｋＧにお
ける磁化力が９９０ＡＴ／cm以下の特性が得られ、発電
機容量９００ＭＶＡ以上の大容量発電機或いは回転数５
０００rpm 以上の同期電動機がコンパクトに製造でき
る。これにより、設置面積の有効活用ができ、特に発電
においては石油，石炭，原子力のエネルギの多様化に貢
献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転電機用ロータシャフトの斜視
図。

【図２】引張強さとＣｒとの関係を示す図。

【図３】引張強さと（Ｎｉ／Ｃｒ）比との関係を示す
図。

【図４】引張強さとＳｉとの関係を示す図。

【図５】ＦＡＴＴとＮｉ又はＣｒとの関係を示す図。

【図６】ＦＡＴＴとＳｉとの関係を示す図。

【図７】ＦＡＴＴとＡｌとの関係を示す図。

【図８】磁化力とＳｉとの関係を示す図。

【図９】磁化力とＰ＋Ｓ＋Ｓｎ＋Ｓｂ＋Ａｓとの関係を
示す図。

【図１０】磁化力とＡｌとの関係を示す図。

【図１１】磁化力とＳｉ×（Ｐ＋Ｓ＋Ｓｎ＋Ｓｂ＋Ａ
ｓ）との関係を示す図。

【図１２】タービン発電機の断面図。

【図１３】タービン発電機用回転子の斜視図。

【図１４】回転子のスロット断面図。

【符号の説明】

１…回転子、２…固定子、３…界磁巻線、４…軸受ブラ
ケット、５…固定子フレーム、６…軸受、８…シャフ
ト、９…リティニングリング、１０…クロス・スロッ
ト、１１…磁極、１２…ティース、１３…ウェッジ、１
４…エンドタンパリング、１５…カップリング、１６…
スロット、１７…ファン取付け用リング、１８…センタ
リングリング、１９…中心孔、２０…ファン、２１…固
定子コイル、２２…ブラシ（黒鉛）、２３…スリップリ
ング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福井寛茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者石塚達郎茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量で、Ｃ０.１５〜０.３０％，Ｓｉ０.
１％以下，Ｍｎ１％以下，Ｎｉ３.０〜５.０％，Ｃｒ
２.０％を越え３.０以下，Ｍｏ０.１〜１.０％，Ｖ０.
０３〜０.３５％及び残部が実質的にＦｅであることを
特徴とする回転電機用ロータシャフト。
【請求項２】重量で、Ｃ０.１５〜０.３５％，Ｓｉ０.
１％以下，Ｍｎ１％以下，Ｎｉ３.０〜５.０％，Ｃｒ
１.５〜３.５％，Ｍｏ０.１〜１.０％，Ｖ０.０３〜０.
３５％及び残部が実質的にＦｅであり、前記（Ｎｉ／Ｃ
ｒ）比が１.２〜２.０であることを特徴とする回転電機
用ロータシャフト。
【請求項３】重量で、Ｃ０.１５〜０.３０％，Ｓｉ０.
３％以下，Ｍｎ１％以下，Ｎｉ３.０〜５.０％，Ｃｒ
２.０５〜３.０％，Ｍｏ０.１〜１.０％，Ｖ０.０３〜
０.３５％，Ａ１０.００６％以下及び残部が実質的に
Ｆｅであることを特徴とする回転電機用ロータシャフ
ト。
【請求項４】重量で、Ｃ０.１５〜０.３０％，Ｓｉ０.
２％以下，Ｍｎ１％以下，Ｎｉ３.０〜５.０％，Ｃｒ
２.０〜３.０％，Ｍｏ０.１〜１.０％，Ｖ０.０３〜０.
３５％及び残部が実質的にＦｅであり、室温の引張強さ
９３kg／mm²以上，５０％破面遷移温度０℃以下、及び
焼戻ベーナイト組織を有することを特徴とする回転電機
用ロータシャフト。
【請求項５】重量で、Ｃ０.１５〜０.３０％，Ｓｉ０.
１％以下，Ｍｎ１％以下，Ｎｉ３.０〜５.０％，Ｃｒ
２.０〜３.０％，Ｍｏ０.１〜１.０％，Ｖ０.０３〜0.
３５％，IIａ族元素及びIIIａ族元素の少なくとも１つ
の元素０.００１〜０.１％及び残部が実質的にＦｅであ
ることを特徴とする回転電機用ロータシャフト。
【請求項６】重量で、Ｃ０.１５〜０.３０％，Ｓｉ０.
１％以下，Ｍｎ１％以下，Ｎｉ３.０〜５.０％，Ｃｒ
２.０〜３.０％，Ｍｏ０.１〜１.０％，Ｖ０.０３〜0.
３５％及び残部が実質的にＦｅであり、２１ｋＧにおけ
る磁化率が９９０ＡＴ／cm以下及び焼戻ベーナイト組織
を有することを特徴とする回転電機用ロータシャフト。
【請求項７】重量で、Ｃ０.１５〜０.３０％，Ｓｉ０.
１％以下，Ｍｎ１％以下，Ｎｉ３.０〜５.０％，Ｃｒ
２.０〜３.０％，Ｍｏ０.１〜１.０％，Ｖ０.０３〜0.
３５％，IVａ族元素，Ｎｂ，Ｔａ及びＷの少なくとも１
つの元素０.２％以下及び残部が実質的にＦｅであるこ
とを特徴とする回転電機用ロータシャフト。
【請求項８】重量で、Ｃ０.１５〜０.３０％，Ｓｉ０.
１〜０.３％，Ｍｎ０.５％以下,Ｎｉ３.２５〜４.５
％，Ｃｒ２.０５〜２.６０％，Ｍｏ０.２５〜０.６０
％，Ｖ0.05〜０.２０％，Ａｌ０.０１％以下及び残部が
実質的にＦｅであり、焼戻ベーナイト組織を有すること
を特徴とする回転電機用ロータシャフト。
【請求項９】重量で、Ｃ０.１５〜０.３０％，Ｓｉ０.
３％以下，Ｍｎ０.５％以下，Ｎｉ３.０〜５.０％，Ｃ
ｒ１.５〜３.５％，Ｍｏ０.１〜１.０％，Ｖ０.０３〜
0.35％，Ａｌ０.０１％以下、Ｐ，Ｓ，Ｓｎ，Ｓｂ及び
Ａｓの総量０.０３％以下、前記（Ｎｉ／Ｃｒ）比２.１
以下である低合金鋼からなることを特徴とする回転電
機用ロータシャフト。
【請求項１０】重量で、Ｃ０.１５〜０.３０％，Ｓｉ
０.０１〜０.３０％，Ｍｎ０.０５〜0.5％，Ｎｉ３.０
〜５.０％，Ｃｒ２.０〜３.５％，Ｍｏ０.１〜１.０
％，Ｖ0.03〜０.３５％，Ａｌ０.０００５〜０.００６
％、Ｐ，Ｓ，Ｓｎ，Ｓｂ及びＡｓの総量０.００１〜０.
０２５％、残部が実質的にＦｅよりなることを特徴とす
る回転電機用ロータシャフト。
【請求項１１】重量で、Ｃ０.１５〜０.３０％，Ｓｉ
０.３％以下，Ｍｎ１％以下，Ｎｉ３.０〜５.０％，Ｃ
ｒ２.０〜３.０％，Ｍｏ０.１〜１.０％及びＶ０.０３
〜０.３５％を含有する合金鋼を大気中溶解した後取鍋
精錬真空脱ガス処理等を行い次いで該溶湯を鋳型に注湯
して造塊後あるいは大気溶解後エレクトロスラグ溶解し
て造塊後熱間鍛造し、８００〜９００℃にて焼入れ後５
５０〜６５０℃にて１０時間以上保持する焼戻し処理を
行うことを特徴とする回転電機用ロータシャフトの製造
法。
【請求項１２】重量で、Ｃ０.１５〜０.３０％，Ｓｉ
０.３％以下，Ｍｎ１.０％以下，Ｎｉ３.０〜５.０％，
Ｃｒ２.０〜３.５％，Ｍｏ０.１〜１.０％及びＶ０.０
３〜０.３５％，Ａｌ０.０１０％以下、Ｐ，Ｓ，Ｓｎ，
Ｓｂ及びＡｓの総量0.025％以下及び残部が実質的にＦ
ｅであり、前記（Ｎｉ／Ｃｒ）比が２.３以下であるこ
とを特徴とする高強度低合金鋼。