JPS58178804A - 蒸気タ−ビンロ−タシヤフト - Google Patents

蒸気タ−ビンロ−タシヤフト

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JPS58178804A
JPS58178804A JP57061009A JP6100982A JPS58178804A JP S58178804 A JPS58178804 A JP S58178804A JP 57061009 A JP57061009 A JP 57061009A JP 6100982 A JP6100982 A JP 6100982A JP S58178804 A JPS58178804 A JP S58178804A
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JP
Japan
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welding
rotor shaft
steam turbine
turbine rotor
layer
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JP57061009A
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Takatoshi Yoshioka
吉岡　孝利
Seishin Kirihara
桐原　誠信
Masao Shiga
志賀　正男
Katsuki Iijima
飯島　活己
Katsukuni Kuno
久野　勝邦
Ryoichi Kaneko
金子　了市
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Hitachi Ltd
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    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
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    • F16C2204/72—Ferrous alloys, e.g. steel alloys with chromium as the next major constituent with nickel as further constituent, e.g. stainless steel
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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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】 本発明は新規な蒸気タービンロータに係シ、特にジャー
ナル部に強度及び軸受特性の優れた肉盛ｍａｒｔａを有
する高Ｑｒ、高Ｎ１オーステナイト系からなる蒸気ター
ビンロータシャフトに関スる。
近年、石油の枯渇及び価格の高騰に対処するため発成プ
ラントの＾温圧下による効率向上の傾向にある。蒸気タ
ービンロータは現在５３８Ｃの蒸条件で運転され、その
使用材料はＣｒ　−Ｍ　Ｏ−Ｖ鋼や１２Ｃｒ糸鋼が主体
である。しかし６００Ｃ以上の高温高圧化に伴ってそれ
らの材料では高温強度不足、史に尚温酸化性が悪いため
適用できない。
それに対しで、高Ｃｒ、高Ｎｉオーステナイトステンレ
ス鋼は６００Ｃ以上での高温クリープ破断特性及び高温
耐酸化性が優れており、高温高圧ＦＶＣふ・ける蒸気タ
ービンロータ制として適用可能である。
第１図Ｖｉ従来の１２％Ｑｒ鋼からなるロータシャフト
のジャーナル部の改善された構造を示す。
ロータシャフトは、そのロータ１の端部には発電側シャ
フト２と接続するためにカップリング３が焼目′めによ
って施されている。しかしながら、カップリング部全ロ
ータシャフトと一体構造とフることが最良と考えられて
いる。
このロータシャフトはその軸受付性全改善するｔ（めに
、ジャーナル部を０．１％程度のクロム含有蓋の溶接ｎ
金柑いて、溶接肉盛５によって盛り上ける構造が、特開
昭５５−１６７４４号公報で知られている。
Ｎｉオーステナイト系鋼は軸受物性が悪く、高ｃｒ、ｍ
Ｎｉステンレス鋼ジャーナル部分で軸受４を損傷し易い
欠点かわることｔ見い出した。
更に、前述の１２％Ｃｒ鋼のようにオーステナイ）ｉ高
ｃｒ、高Ｈｉオーステナイト鋼に単に肉盛済接會施して
軸受特性音改善させることができないことを見い出した
。オーステナイト鋼の熱影響部の残貿応力の緩和及び組
織及び硬さの均−化會はかるために１０００ｔｌ’程度
の高温で熱処理を施す必要かめること１訂述の公知例に
示される０、１％程度のクロム量の肉盛浴接部（おいて
はそのような高温で保持されると、強度低下全招くこと
、また、高Ｃｒ鋼１ｃ低Ｃ［溶接４４１を用いて溶接し
、更に１ｏｏｏｃ程度の高温にさらすことは溶接１〜２
層において、溶接金属の延性が極端に減少し、稼動中に
その部分からき裂が発生し、ロータの破壊事故にまで発
展する可能性を有している。
本発明の目的は、軸受特性の優れたジャーナル部會肩す
る析出硬化されたオーステナイト鋼からなる蒸気タービ
ンロータシャフト全提供するにるる。
本発明は、析出硬化したオーステナイト系鋼の鍛鋼から
なるロータシャフトのジャーナル部の軸受部外表面に前
記鋼より軸受特性の高い金塊が設けられていることを特
徴とする蒸気タービンロータシャフトにめる。ジャーナ
ル部の軸受部外表面はＦｅｔ主成分とし、と牡に０．５
〜３重蓋％Ｃｒが含有されているものが好ましい。
肉盛溶接によって形成する場合、その肉盛浴接層の外表
面は王に焼もどしマルテンサイト組織を有し、炭化物が
析出していることが好しい。
更に、本発明に係るロータシャフト本体のオーステナイ
ト系高Ｃｒ、高Ｎｉ鋼はγ′相を有するもので、％に重
量で００．０１〜０．１０％、ｓｉｔ％以下、Ｍｒ１２
％以下、Ｃｒ１２〜１６％、Ｈｉ２４〜２７％、ＭＱＯ
１５〜１．５％、　Ｔｉ１〜２５％、ＡＪｉ’０．２〜
α４％、Ｖ０．１〜０．４％残部が実質的にｐｅからな
り、更（より好ましくはＢ全０．００３〜ｏ、ｏｏｓ％
含む。また木調は９００〜１１００υ保持後急冷するこ
と國よって軟化し、その後６５０〜７５０Ｃ程度の温度
で保持後除冷することによって、Ｎｉ化合物及び炭化物
の析出硬化によって硬化することが好ましい。
溶接前には木調全上記の９００〜１１００ｔＺ’程度の
温度で保持後急冷の熱処理を施し、軟化させておく必要
がある。析出硬化させた後、溶接を行なうと溶接熱影響
部が脆化し、溶接割れを招く恐れがめる。
第２図は本発明による溶接肉盛部の概略を示すものでる
る。本発明の肉盛溶接は同図に示すごとく、主成分が異
なる２種類の溶接棒を用いて２層の肉盛浴接層６．７を
形成させるものである。
第１層肉盛溶接層６に使用する溶接棒はＮｉ系浴接欅が
好ましく、％に強度が要求される場合重量で００．０１
〜０．１％、　Ｍｉｌｌ　０．５〜３．５％、　Ｓ　ｉ
　Ｏ，２〜１．０％。
ＣｕＯ，２〜１．０％、Ｎｉ６０〜７５％、　Ａｌ　０
．２〜１．０．　’Ｉ’　ｉ　１．５〜３，０％、Ｃｒ
１Ｏ〜２０％、　ＮｄＯ，５〜１．５％、残部が実質的
にｐｅからなるＨ４系の組成でおることが好ましい。第
１層肉盛浴接部６の厚さは、それ以降の溶接による溶接
熱が、初層の溶接境界部にまで影響を及はさぬ程壕で盛
り上げておく必要が必る３、したがって、ＮＩ系浴接伸
會用いた、第ＩＮ肉盛溶接部の肉盛数はその点からすれ
ば２層以上でろっでもよい。
本発明においては上記のＮｉ系溶接神を用いて第１層肉
盛溶接後、第２層肉盛溶接７は前記で述べた０、５〜３
％Ｃｒ（ｉ−含有する低合金鋼用溶接棒金用いて溶接す
るものでわる。最終肉盛溶接部は５５０〜６８０Ｃの応
力除去焼なまし処理合流すことが好しい。
しかしながら、−ヒ配のごとく低い温度での応力除去焼
なまし処理では、ロータシャフトの熱影響部の残貿応力
の除去は困難になる。本発明ではＮｉ系初層肉盛溶接後
９００〜１１００ｃで廐温保持し、急冷することが好ま
しい。
このような高温保持によってロータシャフトの熱影響部
の残貿応力はほとんど除去される。
第１層から低Ｃｒ鋼の溶接棒を用いて肉盛溶接全行った
場合には上記のような９００〜ｌ１００Ｃの高温保持に
よって残貿応力は除去できても、肉盛溶接部の強度低下
や溶接境界部の脆化などを招くおそれがおるので、さら
に工夫を要す。本発明において、第１層ＫＮｉ基合金全
使用すると、高温においても安定なためＶこい低Ｃｒ鋼
のような問題はない。本発明において、第１層溶接後９
００〜１１００Ｃ保持後急冷し、引き続き６５０〜７５
０Ｃで保持後除冷をすることは更に好ましい。
本発明において６、第１層肉接後上配の熱処理を施した
後に、重量で０．５〜３％Ｃｒ含肩する溶接棒金用いて
最終層まで肉盛溶接するものであり、溶接後は５５０〜
６５０Ｃ８度の応力除去を施すものである。これ以上の
温腿で熱処理を施すとロータ本体が過時効の影簀′ｆｃ
受け、鋏労強＃會着しく低下する恐れかわる。
ジャーナル部は岸擦によってかなり高温に加熱される。
耐酸化性、高温強度及び高温での耐岸耗性の高いものｌ
ｒ得るＶＣは、０．５％以上のＣｒが好ましい。炭化物
の形成による軸受は特性の低下を防止するには３％以下
が好ましい。％ｒ１〜２％が好ましい。
肉盛溶接にあって予熱、バス間温度は、第１層は２００
０以下及び第２層Ｆｉ１００〜２５０Ｃでおることが好
ましい。
実施例 使用した母材の化学組成は第１表（重量％）に示−Ｊ。
第１表 母板の形状は板厚７２＋ｕ＋１幅１３５＋ｗ、長さ２０
０ｍでおる。第３図に開先形状を示す。■型開光で片側
に３０°の角ｔＸ−を施した。
供試溶接棒の化学組成を第２赤（重量％）に示す。
ＮＯ，Ａは本発明の初層部のＮ五基合金の肉盛溶接で用
いたＴＩＧ浴接ワイヤ（直径＝１．６φ）の溶着金属の
化学組成會示す。
ＮＯ，Ｂは本発明の第２層目の浴接（用いた被（９） 後アーク沿接仲（直径；＆２φ）の低Ｑｒ鋼の溶着金属
の化学組成會示す。
Ｎ　Ｏ、Ｏｆ−、ｔＮ　Ｏ，Ｂと比叡のために用い九被
覆アークｆ＃接４４１（直径−３，２φ）の低Ｃｒ鋼の
溶着金属の化学組成會示す。
継　　２　　嚢 第４　ＷＪＦｉｍ接部断面形状會示す。醗接工程は初め
に、肉盛溶接９【下回沿接にて溶接した後、突合せ溶接
ｔ−？Ｔなう。凹１釣において、突合せ沿接形状とし九
のは、後で継手試験片會採堆し、肉盛溶接部の彊に會試
艶するためでるる。
第３表μ内ｍ治接９　（Ｃ適用した浩接仲會示す。
なお、七の溶接棒の溶着金属の化学ｆｆｉ成は第２六に
示したものでおる。
（１０） 第　　　３　　　衣 ８〜９肩である。なお、突台ぜ浴接１０に適用した溶接
棒はいずれもＮｏ、Ｂである。
第６図に７Ｆ：実施例の浴接施工呆ｆ＋を示す。
以上のような実験条件によって行った実験結果について
以下示す。第５図は溶接継手部の引張試験結果である。
本発明のＮ００１の引張強さが７８〜／ｗ”及び０．０
２％耐力は６ｒ、ｏＫｇ／媚２であり、優れた強度特性
を示した。なお、試験片の破ｌａｉ位置は２膚目肉盛浴
接都でおる。
ＮＯ，２は引張さが５７ｖ−及び０．０２％耐力が４１
　Ｋｇ　／　ｍｓｍ　”であり、不十分である。試験片
の破断位置は１層目の肉盛浴接部で必る。このように従
来法の肉盛浴接方式は強度の点が問題である。
Ｎ０１３は本発明の２ノ一式肉盛浴接法であるが、（１
１） 本発明のＮＯ，１とはは同程度の優れた強度特性を示し
た。なお、試験片の破断位置は２層１溶接部でるる。
次に溶接境界部近傍の残響応力測定結果を第４表に示す
。
第　４　懺 ＮＯ，ｌ及び２０取大残貿応力ｇＭはｔ５〜Ａ−・以下
と着しく低い。一方、Ｎ０１３は２８縁／ｍ”と、前：
＃に比べ庫かな如高い。Ｎｏ、ｌ及び２の残響応力が低
いのは本発明の溶接施工によるためでわる。すなわち１
層目内盛溶接後約１０００Ｃで熱処理し、更にＦ１７０
０ｔｌ”で熱地３ａ會施しているためでるる。Ｎｏ、、
３は上記の熱地ｍｌ施さなかったために、！！４貿応力
が＠減できなかった。
なお、Ｎｏ、、ａの＃接施工法においても、ｌバ（１２
） ス溶接ごとに、溶接部にピーニング法などの機械的に衛
撃全与える方法によって、残響応力の軽減は可能である
が、そのような方法はＮＯ，ｌに比べて、非常に労力が
必要であり、その点からすれけＮ０９１の方式が有効で
必ることは明白で必る。
本発明に使用される溶接棒は本文中で述べた成４　　分
範囲全多少異なったり、他の元素全添加して、良好な溶
接部が得られるものでめれはいかなるものを使用しても
なんら差し支えない。
以上は、肉盛溶接の例を述べたが、軸受部に軸受特性の
高いスリーブを固着させてもよい。スリーブは複数個に
半円状に分割されたものを、細径部のジャーナル部で溶
接によって円筒状とし、焼げめによって所定部分に固着
することによって得られる。スリーブ材は前述のＣｒ０
．５〜３重量％會含む鋼の焼入れ焼戻し材で、溶接後Ｓ
Ｒ処理されたものがよい。
以上、本発明によれば強度が高く、残響応力が低く、軸
受は特性の優れたジャーナル部を有する高温用蒸気ター
ビンロータヤフトが得られる。
△
【図面の簡単な説明】
第１図は蒸気タービンロータシャフトカッ７’ｌＪング
及びジャーナル部の構成図、第２図は本発明のジャーナ
ル部に肉盛溶接層’ｅ准する蒸気タービンロータシャフ
トのジャーナル部のｎｔ構成図ｍａ図及び第４図は浴接
開先を示す断面図、！ｐ１５図は溶接部の機械的特性を
示す棒グラフ、舘６図は溶接施行を示す線図である。 １・・・ｐ−タシャフト本体、２・・・発電側シャフト
、３・・・カップリング、４・・・軸受、５・・・肉盛
溶接部、著Ｊ図 茅　４　図 ノ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １゜析出硬化したオーステナイト系鋼の鍛鋼からなるロ
    ータシャフトのジャーナル部の軸受部外表面に前記鋼よ
    り軸受特性の高い金属が設けられていることを特徴とす
    る蒸気タービンロータシャ７ｉ。 ２゜前記軸受特性の高い金属は肉盛浴接層でめる特許請
    求の範囲第１項の蒸気タービンロータシャフト。 ３゜前記肉盛溶接層は母材Ｖｃ隣接する第１層がＮｉ基
    合金の溶接棒によって溶接されており、第２層以後が低
    合金鋼溶接棒を用いて溶接されている特許請求の範囲第
    １項又は第２項の蒸気タービンロータシャフト。 ４゜前記肉盛溶接層は第１層目の肉盛溶接層が施された
    後９００〜ｌ１００Ｕ保持後急冷し、次いで６５０〜７
    ５０Ｃの熱処理音節した後に、前記第２層目以後の肉盛
    溶接層を施し、最終溶接層を設けた後、５５０〜６８０
    Ｃで応力除去焼なまし処理が施されている特許請求の範
    囲第３項の蒸気タービンロータシャフト。 ５、前日己軸受特性の高い金属はスリーブが固着されて
    いる特許請求の範囲第１項の蒸気タービンロータシャフ
    ト。 ６、　前記軸受特性の高い金属は軸受に接する弐面がＣ
    ｒ　０．５〜３ｉ量％を含む鋼からなる特許請求の範囲
    第１項〜第５項のいずれかに記載の蒸気タービンロータ
    シャフト。 ７、前記オーステナイト系鋼はｒ′相が析出している特
    許請求の範囲第１項〜第６項のいずれかにＨ己載の蒸気
    タービンロータシャフト。
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