JPS58138209A

JPS58138209A - 蒸気タ−ビン用ロ−タシヤフト

Info

Publication number: JPS58138209A
Application number: JP57019508A
Authority: JP
Inventors: Masao Shiga; 志賀　正男; Seishin Kirihara; 桐原　誠信; Takatoshi Yoshioka; 吉岡　孝利; Katsukuni Kuno; 久野　勝邦; Toshimi Tan; 丹　敏美; Youji Akutsu; 圷　洋二; Kazu Kobayashi; 小林　計
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-02-08
Filing date: 1982-02-08
Publication date: 1983-08-17
Also published as: US4497670A; CA1202495A; JPH037002B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は新規なｆＡ気メタ−ビン用ロータシャフト係シ
、特にマルテンサイト組織を有する合金銅よりなるロー
タシャフトの改良され比軸受部を有する蒸気タービン用
ロータシャフトに関する。

近年、蒸気タービン用ロータは、高温強度及び靭性の高
い１２％Ｃｒ鋼が使用されるようになってきた。しかし
、１２％Ｃｒ鋼は、軸受特性、特に摩耗特８：が悪いた
めに、軸受部に入ル込んだゴミなどの異物によって急激
に軸受に焼付き、ロータのジャーナル及び軸受が損傷す
るということがあった。このため、特開昭５５−１６７
４４号公報には、ジャーナル部に軸受特性の良い金属を
溶射によって形成させ溶射層を設は九１２％Ｏｒ鋼製ロ
ータ、及びジャーナル部に軸受特性のよい溶着金属を生
じる溶接棒で肉感溶接し肉感溶接層を設は友１２％Ｃｒ
１１１製ロータが示されている。

溶射によるものは、母材との結合力が弱く、ま九酸化物
及び９孔が形成されるため抗張力及び靭性が低く、破損
する恐れがある。

肉Ｉ＆浴接によるものは、母材との溶接条件の関係から
その肉盛する金属を選ばなければならず、軸受特性の優
れ友金属を選定することが困−である。そのため溶接と
の関係で軸受特性を犠牲にした金属を選ばなければなら
ないという問題がある。

−万、蒸気タービンロータは、発電機を接続するカップ
リングを一体構造とすることが、その使用において信頼
性が高く、一体製のものが望まれている。

は１ｇＣｒ系鋼からなるロータジャーナル部に、ｌ冨Ｃ
ｒ系鋼よシ軸受特性のすぐれた金１＠部材がらなシ、そ
の周方向で分割された分割スリーブを溶接々続して形成
され九円筒形スリーブ（以下分割溶接方式スリーブと略
称する）を焼滅固着する方法を出願した（特願昭５５−
１７０５９７号）。

本発明の目的は、軸受特性のすぐれ九蒸気タービン用ロ
ータシャフトを提供するにある。

本発明は、翼を植込む胴部と回転の支点となる軸受部と
を有するシャフトにおいて、前記軸受部はＯｒ及びＭｏ
を含有し、以下に示される溶接割れ感受性指数Ｌ！Ｓｉ　Ｍｎ　　　　　　Ｎｉ　　Ｏｒ　Ｍ。

Ｌ〒＝７０（Ｃ−−−−＋３Ｐ＋４８＋−＋−十−）１
２　９　　　　　２３　３５　７０（但し、各元素は重量％である）が２４以下で、主にベーナイト組織を有し、室温の引Ｉ
ＪｓＩｉ！１さが５０Ｋｔ／■８以上である合金鋼よシ
なるスリーブが溶接によって固着されていることを特徴
とする蒸気タービン用ロータシャフトにある。

このスリーブ材としては引張シ強さ及び耐力が高く、軸
受特性のすぐれ友ものでなければならない。ま九、溶接
割れが生じないことが必要である。

溶接割れは、前述のＬｔｔ″２４以下にすれば防止でき
る。ｔｉ溶接部の硬さは母材とほぼ同じであることが秀
に好ましい。

本願発明者らの溶接実験では、焼もどし温度よシ低い温
度で応力除去部なましを行なうことによって、溶接金属
又は熱影響部の硬さが母材よル高くなｐｌ　このような
硬さの不均一なものをスリーブに使用すると、ジャーナ
ル及び軸受けが損傷を受けるので、好ましくない。

本願発明者らは、前述の式で表わされる高温溶接割れ感
受性指数Ｌ！を２４以下に抑え九Ｎｉ−Ｃｒ−ＭＯ鋼を
用いれば溶接割れが発生しないこと、分割スリーブを電
子ビーム溶接で接合後、焼もどし＠度より２０ｔｌｌ’
以上高い温度で応力除去部なまし処理を行なえば溶接部
の硬さが母材とｔ’！　？’！等しくなり、軸受特性の
すぐれたスリーブが製造できることを見出した。Ｌ！は
好ましくは２２以下である。

次に本発明鋼の成分限定理由を述べる。

Ｃは強度を向上させるために有効な元素であるが、０．
３５％を越えると溶接凝固割れを起こし易＜、０．０４
％未満では必要な強度が得られにくい。

好ましくは０．０７〜０，１５％の範囲が良い。

８ｉは脱酸剤として添加するもので４Ｄ、１％以下が好
ましい。特に０．１〜０，６％が好ましい。

Ｍｎは焼入性を増大し、靭性を改善するのに、０．２％
以上添加するのが好ましい。溶接割れを防止するには２
％以下が好ましい。

Ｐ、Ｓは不可避の不純物として存在するものであり、で
きるだけ少ないのが好ましい。溶接割れを防止するには
、Ｏ，Ｏａ％以下が好ましい。特に、０．０１％以下が
良い。

Ｎムは焼入性及び靭性改善効果があり０．５％以上添加
することが好ましい。溶接凝固割れを防止するには５％
以下が好ましい。特に、１〜３．５％が最適範囲である
。

Ｃｒは焼入性及び軸受特性を高める成分であシ、０．５
％以上添加するのが好ましい。３％以上添加して４効果
はすくなく、α７〜Ｌ８％が適正範囲である。

ＭＯは焼もどし軟化抵抗を高めるばかシでなく、焼もと
し脆化防止効果があり、又軸受特性を向上させるのＫＯ
１２％以上添加するのが好ましい。過燭の飽〃０は俗接
性を鳥め、浴接割れを防止するには２％以下が好ましい
。特に、α３〜１％の範囲が好ましい。

■は焼もどし軟化抵抗を増大し強度を高める効果があシ
、添加するのが好ましい。溶接応力除去焼なまし割れを
防止するには０．５％以下が好ましい。

軸に、Ｏ，ＯＳ〜α３％が好ましい。

スリーブは、主にベーナイト組織としなければならない
。ベーナイト組織は曳好な軸受特性、すなわち強度及び
硬さを有するとともに耐摩耗性を有する。史に、室温の
引張強さが５０−／■３以上でなければ、大型ロータシ
ャフトにおける荷重を支え、前述の十分な軸受特性が得
られない。

固着に当っては、円弧状に分割されたスリーブは焼ばめ
代を見こんで正確に加工されており、そしてロータの細
径部で溶接接続される。

溶接には、アーク溶接又は電子ビーム＃接等その他のい
ずれの溶接でも可能である。

溶接後、溶接部の残留応力の軽減及び靭性向上の点から
８Ｒ処理するのが好ましい。ＳＲ処理にあたってはスリ
ーブ内面及びジャーナル部表面が酸化するのは好ましく
ないので、真空中又は非酸化性１１ｒｓ気中で加熱する
のが好ましい。

ＳＲ処理後、表面仕上げを行い、次いで焼ばめを施す。

ＳＲ処理は温度６５０〜７００ｒ、時間０．５〜５ｈｒ
が好ましい。

ロータシャフトは、重量でＣ０８１〜０．３％、Ｓｉ０
．６％以下、ＭＩＳ　０．４〜１．５％、Ｎｉ１．２％
以下、Ｃｒ８〜１３％、ＭＯｏ、５〜１．５％、■０．
０５〜０．３％、ＮｂＯ，０２〜０．１５％、Ｎ　Ｏ，
０４〜０．１％を含有する全マルテンサイト組織を有す
る鍛鋼、Ｃ０，０３〜０．１％、Ｓｉ１％以ｙＸＭｎ２
％以下、Ｃｒ１３〜２０％、Ｎｉ２Ｏ〜３０％、Ｍｏ０
．５〜２％、’ｌ’１１〜３％、Ａｔ０．１〜０．５％
を含むオーステナイト系鍛鋼が好ましい。

分割スリーブの分割数は３分割、４分割、又はそれ以上
のいくらでもよい。

本発明の蒸気タービン用ロータシャフト紘、ロータシャ
フトのジャーナル部の外径よシ小径の部分で、前記鋼よ
り軸受特性の高い金属部材からなる複数個の分割スリー
ブを溶接によって前記ジャーナル部の外径より小径の内
径を有する円筒形スリーブを形成し、次いで鋏円筒形ス
リーブを所定の一度に保持し良状態で前記ジャーナル部
に嵌合させることができる。

実施例表に供試材の化学組成（重量％）、電子ビーム溶接部の
割れ率及び機械的性質を示す。Ａ２〜４は発明スリーブ
材、Ｉ６１及びＡ５〜７は比較のものである。

これらの供試材は溶解後、外径２９０■、長さ２８５■
、厚さ３５■の円筒状に鍛造し、９５０Ｃから油焼入処
理し５５０Ｃで６時間の焼もどし処理を施し九ものであ
る。その後、外径２８２、長さ２８２■、厚さ２７■に
内外周面・端面を機械加工し、２等分に半割りにした。

その半割り部を電子ビーム溶接し、６１０Ｃで３時間の
応力除去部なましを行ない、浴接部をＸ線及び超音波欠
陥検査し溶接割れ長さを求め友。さらに軸方向に引張試
験片を採取【１、引張試験を行なった。表に示すように
、試料Ａ１のＬｔが２５．６．４５のＬｔが２７．１及
びムロのＬｔが２９．８には溶接割れが発生した。

第１図はＬｔ値と溶接割れ発生率の関係を示す線図であ
る。Ｌｔが２４以上になると溶接割れが発生することが
わかる。溶接割れ率Ｃｍ（％）は以下によって求められ
る。

（Ｌ：＃接ビード畏さく２８０■）、 Σｔｌ：全割れの長さく諺））試料ム７（Ｃ＝０．０３％）は、超大型のロータシャフ
トとして好ましい強度（引張強さ〉６５ＫＩｉ／■冨、
耐力〉５０〜／■電）が得られない。

試料ム２は、焼もどし温度よシ低い温度で応力除去部な
まし処理した試料を作製し、溶接部の硬さ分布及び６６
００ｒｐｍの高速回転試験によるジャーナル部の損傷程
度を調べるために作製したものである。回転試験は、軸
受の平均面圧２０　ｈ／ｅｒｒ？。

粒径１５０μｍの鉄粉を油の中に入れ、軸受面に５０　
ｇ／２０分投入し、１．５時間室温で回転させ九もので
弗る。第２図に硬さ分布測定結果を示す。

硬石は、肉厚の半分の位置で測定したものでるる。

溶接部の硬さが母材よシかなり高い場合ａの軸受部の損
傷程度は、軸受メタル表面の粗さが１００μｍ１スリー
ブ表面の粗さが１１μｍであり、溶接部の硬さが母材と
同程度すの軸受部の損傷程度は、軸受メタルの表面が４
８μｍ１スリ一ブ表面の粗さが５μｍで、後者の軸受特
性が優れてい丸。

溶接部の硬さは母材のそれとは埋同じにすることが、ス
リーブとして理想的である。

以上のような方法で、ム３のものについて第３図に示す
ように、試験用ロータシャフトの細径部分６で電子ビー
ム溶接によって溶接した円筒状スリーブを形成した後、
これを軸受部に焼ばめによって固定し友。焼ばね温度は
２５０〜３００ｃである。溶接部の欠陥の有無を超音波
探傷及び磁気探傷法によって検査し友。その結果、溶接
欠陥はまつ九く認められず良好であった。更に、スＩＪ
　−７表面を鏡面に仕上げてから、スリーブの軸受性能
試験を行なつ九、軸受にはパビットメタルを用いた。試
験結果、スリーブと軸受とは全く焼付きを生ぜず、優れ
た軸受特性が得られた。１はカップリング、２は動翼、
５は＃ｌ！１部である。

ロータシャフトは、重量でＣＯ，１６％、８１０．４％
、Ｍ　ｎ　０．７％、Ｎ　ｉ　０．５％、Ｃｒ１Ｏ，８
％、Ｍｏ１．０％、Ｖ　Ｏ，２％、Ｎ　ｂ　Ｏ，０８％
、Ｎ　Ｏ，０６％、浅部ｐｔｓからなり、焼入焼戻しさ
れた全マルテンサイト組織からなる。

本発明によれば、ロータの材質に関係なく軸受特性のす
ぐれ丸金属部材からなるスリーブをジャーナル部に設け
ることができるので、ロータにカップリングが一体とな
って形成されたものにおいて軸受特性の優れた特に、マ
ルテンサイト系の＾Ｃｒ＃１ｍｌ蒸気タービン用ロータ
シャフトが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接割れ率と高温割れ感受性との関係、Ｍ２図
は硬さ分布の測定結果を示す１図、第３図は本発明の蒸
気タービン用ロータシャフトに係る正面図である。１・・・カップリング、２・・・動翼、３・・・軸受部
、４・・・スリーブ、５・・・溶接部、６・・・細極部
。代理人　弁理士　高倫明夫第１図謔１−Ｊ７ｉＬ割　澹１ポご受す５（Ｌｒ）第１頁の続
き０発　明　者　小林針日立市幸町３丁目１番１号株式％式％

Claims

【特許請求の範囲】１、翼を植込む胴部と回転の軸となる軸受部とを有する
シャフトにおいて、前記軸受部はＣｒ及びＭｏを含み、
以下に示される溶接割れ感受性指数Ｌ！（但し、各元素は重量％である。）が２４以下で、主にベーナイト組織を有し、室温の引張
強さが５０麺／■諺以上である合金鋼からなるスリーブ
が溶接によって固着されていることを特徴とする蒸気タ
ービン用ロータシャフト。２、前記スリーブは、重量で、Ｃ０，０４〜０．３５％
、ＭｎＯ，２〜２％、Ｐ　０．０３％以下、Ｓα０３％
以下、８直１％以下、ｃｒｏ、ｓ〜３％、ＭＯｏ、　２
〜２％を含む合金鋼からなる特許請求の範囲第１項に記
載の蒸気タービン用ロータシャフト。３、前記スリーブは、重量で、Ｎｉ５％以下及びＶ（Ｌ
５％以下の１種以上を含む特許請求の範囲第２項に記載
の蒸気タービン用ロータシャフト。４、前記スリーブは、豪数個に分割された半円筒を溶接
して得九円筒であって、前記軸受部に焼ばめされている
特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の蒸気
タービン用ロータシャフト。５、前記スリーブは焼入れ後焼戻しされたものであって
、前記溶接後、前記ｇｌＪ戻し温度より烏い一度で応力
除去焼鈍されている特許請求の範囲第１項〜第４項のい
す杭かに記載の蒸気タービン用ロータシャフト。