JPS60159305A - タ−ビンノズルボツクス - Google Patents

タ−ビンノズルボツクス

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JPS60159305A
JPS60159305A JP1436384A JP1436384A JPS60159305A JP S60159305 A JPS60159305 A JP S60159305A JP 1436384 A JP1436384 A JP 1436384A JP 1436384 A JP1436384 A JP 1436384A JP S60159305 A JPS60159305 A JP S60159305A
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JP
Japan
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steel
steam chest
temperature
welding
nozzle
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JP1436384A
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JPH0442521B2 (ja
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Yoji Akutsu
圷 洋二
Kazu Kobayashi
小林 計
Masao Shiga
志賀 正男
Masaki Matsuda
政喜 松田
Tatsuji Wada
和田 辰治
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/005Selecting particular materials

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、蒸気タービンの高圧初段に設けるノズルボッ
クスに関する。
〔発明の背景〕
従来のこの種のタービシノズルボックスには、溶接後の
残留応力除去のだめの焼鈍時にその溶接部に割れが生ず
ることがあシ、このため信頼性が低下するという問題が
ある。
この従来技術の問題につき、図面を参照して説明すると
次の通シである。
第1図および第2図に、この種のノズルボックスの代表
的形状を示す。第1図はその斜視図であシ、特にそのス
チームチェスト1を示す。第2図は第1図のA方向矢視
図である。ボイラーで発生した高温・高圧蒸気は、ター
ビンケーシングに導入された後、初めにこのノズルボッ
クスを通過して、その後ロータに組込まれたブレードを
回転させて仕事をする。従ってノズルボックスは高温・
高圧蒸気条件の厳しい条件下で使用される。このためノ
ズルボックスには特に高い信頼性が要求されている。こ
の要求に対し、従来は次のような対処がなされていた。
第2図のB−Big?面図に対応する第3図を参照する
。第3図中、符号1はスチームチェストであり、これは
通常鋳鋼で製作されるCr−Mo−V組成のものである
。従来ノズルボックスを製作するに当たっては、かかる
スチームチェスト1と、1oCr鋼のノズルリング2と
を組み立てて、ノズルリング2とほぼ同組成の溶接棒に
より溶接金属3を形成させ、これによシスチームチェス
ト1とノズルリング2とを接合させ、その後残留応力除
去焼鈍を行っている。次いでノズルリング2に機械加工
を行い開先4を製作し、ノぐルR5を組立てて、溶接部
[6によシノズルリング2とノズル翼5とを一体化する
。この場合、スチームチェスト1は前述の通シ通常Cr
Mo−V鋼であり、これは溶接の後の残留応力除去焼鈍
時に焼鈍割れが発生し易い材料である。しかし従来より
技術が確立されていて、適正な予熱条件下で処理するこ
とにより、焼鈍割れの発生は防止されている。
一方、最近の電力需要の低迷化に伴い、タービンの運転
を最大出力で行うのではなく、それ以下の出力で運転す
るいわゆるタービンのミドル化のニーズが電力産業間で
発生している。これはいわゆる変圧運転の要請であり、
電力需要が落ちているから最大出力での運転の必要がな
く、それより低い出力にしたい、ということである。具
体的な運転法で示すと、第2図に符号7.8で示す様に
通常運転では2カ所から蒸気がノズルボックスに導入さ
れているが、ミドル化に伴い、時々蒸気を1カ所(7又
は8)のみから導いて運転するものである。その制御は
、ノズルボックスの前段階である蒸気弁(図示せず)に
よって行われる。ところがこのような変圧運転の場合、
スチームチェストに働く作用応力は高くなり、従来のC
r−M。
−V鋼では強度的に耐えられなくなる(ノズルリングの
方は通例!OCr鋼のため、Cr−Mo−V鋼より強度
が数段高いので、問題はない)。これに対処すべく、ス
チームチェストの強度を上げることが必須なのであるが
、スチームチェストをCr−Mo−V鋼からノズルリン
グと同様な1゜Cr鋼にすることは材料コストが高くな
り、実用的ではない。そこでCr−MO−V鋼に少量、
例えば55−5oppのBを添加したOr−Mo−V−
B鋼が、スチームチェスト用の材料として採用されよう
としている。Bは材料の規準後の焼入性を良くする元素
であるから、強度を上げることができ、この目的に好適
と考えられる。しかしながら、ノズルボックスは第3図
に示す如き構造であるから、Bが添加された材料を使用
すると次の様な種々の問題点が発生する。すなわち(1
)B添加Cr−Mo−V鋼は溶接後行う残留応力除去焼
鈍時に焼鈍割れが極めて発生し易すいこと。
(2)スチームチェストのB添加Cr−Mo−V鋼とノ
ズルリング100r鋼の溶接継手は、l ocr鋼組成
の溶接棒を使用する異材溶接継手のため、焼鈍割れを超
音波探傷検査等の非破壊検査では発見困難であること。
という問題が出て来る。
元来、焼鈍割れは材料固有の性質として、Cr−Mo鋼
又はCr−MO−V鋼に特有に見られるものであって、
これは残留応力除去焼鈍中に溶接部の熱影響部に発生す
る微細な粒界割れである。
従来技術にあっては、ノズルボックスのスチームチェス
トにかかる焼鈍割れの可能性のあるCr−Mo−V鋼が
採用されているわけでおるが、この場合は焼鈍割れが発
生しない溶接時の熱扱い技術が既に確立されており、現
実に発電所で事故なしに運転されている。しかしながら
B添加Cr−Mo−V鋼に関しては、溶接技術がまだ確
立されておらず、焼鈍割れの可能性があり、かかる焼鈍
割れを内在したままノズルボックスをタービンに組み込
み運転することは、タービン全体の信頼性を著しく低下
させる危険性がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、B添加Cr−Mo−V鋼を用いて高い
強度をもたせるとともに、しかもその場合上記した如き
焼鈍割れが発生せず、従って高信頼性を確保できるター
ビンノズルボックスを提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明のタービンノズルボックスは、スチームチェスト
をB添加Cr−Mo−V鋼から構成する。
このスチームチェストは、まず軟化熱処理する。
例えば規準および焼戻処理し、その場合、少なくともそ
の焼戻処理は正規の温度より高い温度で行う。ここで正
規の温度とは、最終目的の強度が得られる温度であ抄、
かかる温度よね高い温度で焼戻するということは、最終
目的の強度より低い強度が得られるということであって
、すなわち軟化熱処理をすることになる。次いでCr−
Mo−V鋼組成の溶接棒にて肉盛溶接した後、最終目的
の強度が得られる温度を選択した規準・焼戻熱処理、す
なわち正規熱処理をして、ノズルリングを組立て、ノズ
ルリングと該肉盛金属間を1ocr鋼組成の溶接棒で溶
接することにより、スチームチェストとノズルリングを
一体化する。
このように最初の処理において、例えば正規の温度より
高い温度で焼戻処理をすることにより軟化熱処理をした
ので、B添加Cr−Mo−V鋼であるスチームチェスト
にあっても、その熱影響部に発生容易な焼鈍割れを防止
することができるものである。
本発明の実施に当たっては、最初の規準および焼戻処理
に際し、焼戻を正規の温度より高い温度で行うほか、規
準を正規の規準温度より低い温度で行う態様を採ること
ができる。これも軟化熱処理であるので、これを併用す
ることによって上記結果を一層確実ならしめることがで
きる。
〔発明の実施例〕
次に本発明の一実施例について、第4図乃至第6図を参
照して説明する。第4図は本例のノズルボックスにおけ
るスチームチェスト1を示し、第5図はそのC−C線断
面図であり、第6図はこのスチームチェストとノズルリ
ングとを一体とじて得られた本例ノズルボックスを示す
ものである。
第4図のスチームチェスト1は、B添加のCr−Mo−
V鋼で成る。本例では具体的にその化学組成は、C:0
.1〜0.25重量%、Mn:0.4〜1.0重量%、
SMO,15〜0.8重量%、Cr:0、9〜1.7重
量%、M、:0.8〜1.3重量%、■:0.15〜0
.35重量%を基本にし、Bが55−59pp添加され
ている。このB添加により焼入性が著しく向上する結果
、材料の高温強度はB無添加のCr−Mo−V鋼に比し
て、高くなる。
この結果、発電の際にミドル化運転にして、変圧運転す
る場合でも、スチームチェスト1は十分それに耐えられ
る強度を保有することになる。
このスチームチェスト1を規準・焼戻しする場合、次の
ように行う。すなわち、最終目的の強度より低い強度が
得られる温度を選択して、熱処理をする。具体的には、
最終目的の強度が得られる焼戻温度(約17150)よ
り高い焼戻温度を選んで、強度を低下させる。本実施例
にあっては、規準においても、最終目的の強度が得られ
る規準温度(約1050C)より低い規準温度を選んで
、これによっても最終目的の強度より低強度とさせてい
る。このような軟化熱処理を行うことにより、焼鈍割れ
が防止される。基準としては、従来のB無添加のCr−
Mo−V鋼の強度まで低下させる。
この強度まで低下させれば、従来のB無添加Cr−Mo
−V鋼では焼鈍割れが生じないので、本例の場合でもス
チームチェストの溶接に際し焼鈍割れが発生しない。
次KX第4図に現れている開先面9に、肉盛溶接を行う
。□この開先面9は、第4図のC−C断面を示す第5図
には上縁として見えている(すなわち第5図のD方向矢
視図が第4図に相当する)。
この開先面9に、第5図の如く、CrMo−V鋼組成の
溶接棒で肉盛10して肉盛溶接を行う。
本例では溶接棒として、C:0.04〜0.22fi量
チ、8 i : 0.2〜1.0重量%、M n : 
0.3〜0.7重量%、Cr:0.4〜0.7重量%、
Mo:0.9〜1.25重量%、V:0.15〜0.3
5重量%の組成のCr−Mo−V系鋼を用いた。肉盛1
0を行つた後、応力除去焼鈍を施工するが、スチームチ
ェスト1自体の強度は前記熱処理により強度低下してい
るため、焼鈍割れは発生しない。
その後、スチームチェスト1を、最終目的の強度が得ら
れる温度で、規準および焼戻する。これによりB添加C
r−Mo−V鋼の本来の高温強度が得られる。なおここ
で、肉盛10用の金属としてCr−Mo系組成の溶接棒
を使用すると後工程の規準・焼戻作業により肉盛金属の
強度が低下するので、CrM o系溶接棒は使用に適切
でない。
しかし本例で用いるCr−Mo−V系組成の溶接棒は、
溶接後規準・焼戻を行って初めて強度が得られるもので
あるから、有効に使用できる。
また、肉盛り10の厚さは、次に述べる後工程における
該肉盛金属10とノズルリング2との溶接の際の熱影響
がスチームチェスト1まで達しない様に、ある程度の厚
みをもたせた方がよい。この場合の熱影響で割れが発生
し易いのは、肉盛金属10が2〜3mm程度のときであ
るから、10■程厚さをとっておけば、割れの生ずるお
それはまずないと考えられる。本実施例では、熱影響を
なくすべく、10mm程度以上必要として、施工した。
なお万一、この熱影響により肉盛金属10とスチームチ
ェスト1との境界近辺で割れが生じたとしても、両者の
材質が近似していることから、超音波探傷による検出が
容易である(これについては更に後述する)。
次に、10Cr鋼組成のノズルリング2を組み立て、ノ
ズルリング2と肉盛金属1o間を1ocr鋼の溶接棒を
用いて溶接する。これによりノズルリング2とスチーム
チェスト1とを一体化して、第6図に示す如き構造にす
る。第6図中、符号3にてこの溶接棒を示す。この溶接
棒3は、Bを含まないCf’Mo−V系の溶接金属と、
100r鋼のノズルリング2との間で溶接を行って形成
されるので、溶接後の残留応力除去焼鈍時に焼鈍割れは
発生しない。B添加鋼を用いる場合の如き特別の手当て
は、ここでは不必要である。
ソノ後ツノスル翼5の組み立て、およびノズルリング2
との溶接(溶接部を符号6で示す)は、従来構造におけ
ると同一の方法で行うことができる。
以上説明した様に、本実施例のノズルボックスは、その
スチームチェス)1の材質として焼鈍割れ発生容易なり
添加Cr−Mo−V鋼を採用したのであるが、まずスチ
ームチェスト1を正規の温度より低い温度での規準や、
正規の温度より高い温度での焼戻処理により軟化熱処理
し、その後肉盛溶接し、その後で正規の温度での規準お
よび焼戻処理を行ったので、残留応力除去のための焼鈍
時に溶接部3に焼鈍割れが発生することが確実に防止さ
れる。又、スチームチェスト1の拐質はB添加のCr−
+Jo−V鋼で、肉盛金属1oの材質はB無添加ではあ
るがCr−Mo−V鋼であるため、この境界付近で万−
割れが生じたとしても、両者の組成はほぼ同じであるの
で、通常の超音波探傷法で容易に発見できる。一方、肉
盛金属11と溶接部3とは、溶接部が10Cr鋼である
ので両者は異材であり、この溶接棒3又は近辺に割れが
生じると超音波探傷が難しい場合が出て来るが、上述し
た理由でここには焼鈍割れのおそれはなく、従って探傷
がやりにくくても実用上問題はない。
〔発明の効果〕
上述の如く本発明のタービンノズルボックスは、そのス
チームチェストをB添加Cr−Mo−V鋼で形成し、こ
れを軟化熱処理し、その後Cr−Mo−V組成の溶接棒
で肉盛溶接し正規あ温度でノ規準および焼戻処理をして
、ノズルリンクラ組立て該肉盛金属とノズルリング間を
溶接することにより、ノズルリングとスチームチェスト
を一体化して構成したものであるので、焼鈍割れの可能
性のあるB添加Cr−Mo−V鋼のスチームチェストを
用いながら、それにより焼鈍割れが発生することが避け
られる。よって、信頼性の高いノズルボックスを得るこ
とができる。かつ、B添加Cr−Mo−V鋼は強度が大
きいので、ミドル化運転(変速運転)を要する場合でも
、十分にこれに耐えることができる。従って、このノズ
ルボックスを用いると、いずれの場合でも、タービンの
信頼性を著しく向上させることができるという効果があ
る。
なお当然のことではあるが、本発明は前記説明した実施
例にのみ限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の一般的なノズルボックスの外観図である
。第2図は第1図におけるA矢視図である。第3図は従
来の溶接構造を示すもので、第2スチエストの外観図で
ある。第5図はそれに肉盛をした場合を示す図で、第4
図のC−C線断面図に対応するものである。第6図は本
実施例のノズルボックスの断面図である。 ■・・・スチームチェスト、2・・・ノズルリング、3
・・・溶接部、4・・・開先面、5・・・ノズル翼、6
・・・溶接部、7.8・・・蒸気、9・・・肉盛溶接開
先面、10・・・肉盛金属。 代理人 弁理士 秋本正実 高2図 千3図 も4−図 第1頁の続き ■発明者和1)放油

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、蒸気タービンの高圧初段に設けるノズルボックスに
    おいて、B添加Cr−Mo−V鋼から成るスチームチェ
    ストを軟化熱処理し、その後Cr−Mo−V組成の溶接
    棒で肉盛溶接し正規の温度での規準および焼戻処理をし
    て、ノズルリングを組立て該肉盛金属とノズルリング間
    を溶接することによシ、ノズルリングとスチームチェス
    トを一体化して構成したことを特徴とするタービンノズ
    ルボックス。 2、前記軟化熱処理は、スチームチェストを規準および
    焼戻処理し、その場合焼戻の温度を正規の温度より高い
    温度で行うものであることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項に記載のタービンノズルボックス。 3、前記軟化熱処理は、スチームチェストを規準および
    焼戻処理し、その場合規準の温度を正規の温度より低い
    温度で行うとともに、焼戻の温度を正規の温度よシ高い
    温度で行うものであることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項に記載のタービンノズルボックス。
JP1436384A 1984-01-31 1984-01-31 タ−ビンノズルボツクス Granted JPS60159305A (ja)

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JPS60159305A true JPS60159305A (ja) 1985-08-20
JPH0442521B2 JPH0442521B2 (ja) 1992-07-13

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100443236C (zh) * 2006-08-14 2008-12-17 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 采用电子束焊接汽轮机喷嘴的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100443236C (zh) * 2006-08-14 2008-12-17 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 采用电子束焊接汽轮机喷嘴的方法

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