JPS60165359A - 蒸気タ−ビン高中圧ロ−タ用高強度高靭性鋼 - Google Patents
蒸気タ−ビン高中圧ロ−タ用高強度高靭性鋼Info
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- JPS60165359A JPS60165359A JP2076084A JP2076084A JPS60165359A JP S60165359 A JPS60165359 A JP S60165359A JP 2076084 A JP2076084 A JP 2076084A JP 2076084 A JP2076084 A JP 2076084A JP S60165359 A JPS60165359 A JP S60165359A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明の対象
本発明は蒸気タービン高中圧ロータ用の高強度高靭性鋼
に関する。とくに蒸気条件が316kP/m” 、59
3℃またはこれよシ更に高圧高温で使用される高中圧ロ
ータ用鋼に適し、6o。
に関する。とくに蒸気条件が316kP/m” 、59
3℃またはこれよシ更に高圧高温で使用される高中圧ロ
ータ用鋼に適し、6o。
〜650℃の温度範囲ですぐれた長時間クリープ破断強
度、切欠クリープ破断強度、クリープ破断伸びおよびク
リープ破断絞シを有するとともに常温においてもすぐれ
た靭性を有する鋼に関するものである。
度、切欠クリープ破断強度、クリープ破断伸びおよびク
リープ破断絞シを有するとともに常温においてもすぐれ
た靭性を有する鋼に関するものである。
従来技術とその欠点
従来、高中圧タービンの最も厳しい蒸気条件は圧力24
6 kg/1Yn2、温度538℃であったが、最近の
燃料コストの高騰のために蒸気圧力および温度をそれぞ
れ316 kg7cm2.593℃まで、あるいは更に
これらを上昇させて550 kg7cm2.650℃ま
で上昇させて、タービンの効率を上げエネルギー節減を
図る計画が検討されている。
6 kg/1Yn2、温度538℃であったが、最近の
燃料コストの高騰のために蒸気圧力および温度をそれぞ
れ316 kg7cm2.593℃まで、あるいは更に
これらを上昇させて550 kg7cm2.650℃ま
で上昇させて、タービンの効率を上げエネルギー節減を
図る計画が検討されている。
従来の大型蒸気タービンの高中圧ロータには、いわゆる
Or−Mo−V鋼および例えば特公昭40−4137号
公報に示される12Cr系鋼が使用されてきた。Or−
Mo−V鋼の場合は高温における強度が低く且つ種々の
性質を安定して得ることができないため低温の蒸気によ
ってロータを冷却しているが、現在計画されている前述
の蒸気条件では使用限界を越えてしまいOr−Mo−V
鋼をこのような計画のロータに用いることはできない。
Or−Mo−V鋼および例えば特公昭40−4137号
公報に示される12Cr系鋼が使用されてきた。Or−
Mo−V鋼の場合は高温における強度が低く且つ種々の
性質を安定して得ることができないため低温の蒸気によ
ってロータを冷却しているが、現在計画されている前述
の蒸気条件では使用限界を越えてしまいOr−Mo−V
鋼をこのような計画のロータに用いることはできない。
他方、これまで用いられてきた120r 系鋼の高温に
おける強度はOr−Mo−V鋼よりも高いが、前述の蒸
気条件では長時間クリープ破断強度が低下し使用限界を
越えてしまう。
おける強度はOr−Mo−V鋼よりも高いが、前述の蒸
気条件では長時間クリープ破断強度が低下し使用限界を
越えてしまう。
本発明の目的
本発明の目的(])は、このような事情に鑑み、前述の
厳しい蒸気条件においてもすぐれた長時間クリープ破断
強度を有するロータ材を提供することである。
厳しい蒸気条件においてもすぐれた長時間クリープ破断
強度を有するロータ材を提供することである。
本発明のもう一つの目的(2)は、高温での強度がすぐ
れているだけです<、常温での靭性のすぐれたロータ材
を提供することにある。これは火力発電用蒸気タービン
においては、起動する場合常温の靭性が低いと脆性破壊
を起す危険があるからである。
れているだけです<、常温での靭性のすぐれたロータ材
を提供することにある。これは火力発電用蒸気タービン
においては、起動する場合常温の靭性が低いと脆性破壊
を起す危険があるからである。
本発明のもう一つの目的(3)は、熱疲労による亀裂の
発生を防止するために高い延性を持っロータを提供する
ことである。昼間と夜間の電力需要の変動に応じて停止
、起動がしばしば繰返されると、特に起動時にロータ表
面のみが急熱されて熱応力が発生し熱疲労による亀裂が
発生するおそれがある。このような熱疲労による亀裂の
発生を防止するためには、ロータ材は高い延性を有して
いることが必要である。
発生を防止するために高い延性を持っロータを提供する
ことである。昼間と夜間の電力需要の変動に応じて停止
、起動がしばしば繰返されると、特に起動時にロータ表
面のみが急熱されて熱応力が発生し熱疲労による亀裂が
発生するおそれがある。このような熱疲労による亀裂の
発生を防止するためには、ロータ材は高い延性を有して
いることが必要である。
本発明の目的(4)は、ロータの外周部だけでなく中心
部の諸性質とくに長時間クリープ破断強度および常温の
靭性がすぐれたロータ材を提供することである。発電容
量が600〜10100Oにも及ぶ大型の蒸気タービン
では高中圧ロータの重量は数10トンにも達するために
溶体化処理後、油あるいは水噴霧などで急冷してもロー
タ中心部の冷却速度は100℃/ Hr程度となる。こ
のような遅い冷却速度で焼入れされると、焼入れ途中に
初析フェライトの析出が生じて所定の強度および靭性が
得られないことがあるが、本発明では後述するようにロ
ータ中心部の冷却条件をシミュレートした試験を行ない
大型ロータの中心部の長時間クリープ破断強度が高くま
た靭性がすぐれている鋼を提案するものである。
部の諸性質とくに長時間クリープ破断強度および常温の
靭性がすぐれたロータ材を提供することである。発電容
量が600〜10100Oにも及ぶ大型の蒸気タービン
では高中圧ロータの重量は数10トンにも達するために
溶体化処理後、油あるいは水噴霧などで急冷してもロー
タ中心部の冷却速度は100℃/ Hr程度となる。こ
のような遅い冷却速度で焼入れされると、焼入れ途中に
初析フェライトの析出が生じて所定の強度および靭性が
得られないことがあるが、本発明では後述するようにロ
ータ中心部の冷却条件をシミュレートした試験を行ない
大型ロータの中心部の長時間クリープ破断強度が高くま
た靭性がすぐれている鋼を提案するものである。
本発明の目的(5)は高い温度で長時間使用されても強
度が著しく低下しないように使用温度よシ十分高い温度
で焼戻すことができるロータ材を提供することである。
度が著しく低下しないように使用温度よシ十分高い温度
で焼戻すことができるロータ材を提供することである。
本発明の目的(6)は数10トンにも及ぶ大型鍛造品に
おいて1050℃〜1150℃から焼入れされてもδ−
フェライトの発生がないロータ材を提供することである
。このδ−フェライトが生成すると高温使用時の疲労強
度が著しく低下するのでδ−フェライトを絶対に生成し
てはいけない。
おいて1050℃〜1150℃から焼入れされてもδ−
フェライトの発生がないロータ材を提供することである
。このδ−フェライトが生成すると高温使用時の疲労強
度が著しく低下するのでδ−フェライトを絶対に生成し
てはいけない。
本発明の目的(7)はクリープ応力−破断時間線図にお
いて勾配(対数で表示した応力/破断時間)が小さいこ
とを特徴とするロータ用鋼を提供することである。
いて勾配(対数で表示した応力/破断時間)が小さいこ
とを特徴とするロータ用鋼を提供することである。
本発明の要点
本発明は、重量パーセントで、クロム:LOチを超え1
α0チ未満、ニッケル: 1.5 %以下、バナジウム
:α10チ以上o、 s o %以下、ニオブ:1LO
2%以上0.10qb以下、窒素: 0.01チ以上0
.07係以下、炭素: 0.101以上0.20チ以下
、シリコン: 0.10%以下、マンガン=[L05チ
以上1.5係以下、アルミニウム: G、02−以下お
よびモリブデンおよびタングステンを第1図に示したA
(1,75%Mo、0.0%W)、B (1,75チ
Mo、[1,5チW)、O(1,53チMO,0,5%
W)、:o(t3%Mo 、to%w)、E(2,0%
MO,1,0%W)、? (2,5チMo。
α0チ未満、ニッケル: 1.5 %以下、バナジウム
:α10チ以上o、 s o %以下、ニオブ:1LO
2%以上0.10qb以下、窒素: 0.01チ以上0
.07係以下、炭素: 0.101以上0.20チ以下
、シリコン: 0.10%以下、マンガン=[L05チ
以上1.5係以下、アルミニウム: G、02−以下お
よびモリブデンおよびタングステンを第1図に示したA
(1,75%Mo、0.0%W)、B (1,75チ
Mo、[1,5チW)、O(1,53チMO,0,5%
W)、:o(t3%Mo 、to%w)、E(2,0%
MO,1,0%W)、? (2,5チMo。
0.5チW)、G(2,5チMo、0.0チW)および
ムを結ぶ直線の内側(直線を含まず)にある量だけ含有
し、残部が鉄および付随的不純物よりなる鉄基合金で構
成されていることを特徴とする蒸気タービン高中圧ロー
タ用高強度高靭性鋼である。
ムを結ぶ直線の内側(直線を含まず)にある量だけ含有
し、残部が鉄および付随的不純物よりなる鉄基合金で構
成されていることを特徴とする蒸気タービン高中圧ロー
タ用高強度高靭性鋼である。
また本発明鋼は上記の成分元素の他にコノくルト:5係
以下、りlタル:α05チ以下1.チタン: o、 o
s係以下、ボロy: (LO1−以下、ジルコニウム
;a、1%以下、セリウムとうyり/の合計: 0.1
%以下の中の1種または2種以上の元素を含有する蒸
気タービン高中圧ロータ用高強度高靭性鋼である。
以下、りlタル:α05チ以下1.チタン: o、 o
s係以下、ボロy: (LO1−以下、ジルコニウム
;a、1%以下、セリウムとうyり/の合計: 0.1
%以下の中の1種または2種以上の元素を含有する蒸
気タービン高中圧ロータ用高強度高靭性鋼である。
本発明鋼の製法
本発明鋼のロータの製造方法の典型的な例はつぎのとお
シである。すなわち前述の化学成分になるように合金元
素を配合し電気炉で溶解精針後真空カーボン脱酸(以下
、vCD法という)を行なってシリコン含有量の低い鋼
塊をつく9、その後エレクトロスラグ再溶解(EEIR
)l、て均質で清浄な鋼塊を得る。1000〜1250
℃に加熱して熱間加工によってロータ形状にした後、1
050〜1150℃での溶体化処理、油中焼入れ、ある
いは水噴霧焼入れ、650〜700℃での焼戻し、ある
いF!600℃以下の加熱および650〜700℃の加
熱の2段焼戻しの熱処理が行なわれる。
シである。すなわち前述の化学成分になるように合金元
素を配合し電気炉で溶解精針後真空カーボン脱酸(以下
、vCD法という)を行なってシリコン含有量の低い鋼
塊をつく9、その後エレクトロスラグ再溶解(EEIR
)l、て均質で清浄な鋼塊を得る。1000〜1250
℃に加熱して熱間加工によってロータ形状にした後、1
050〜1150℃での溶体化処理、油中焼入れ、ある
いは水噴霧焼入れ、650〜700℃での焼戻し、ある
いF!600℃以下の加熱および650〜700℃の加
熱の2段焼戻しの熱処理が行なわれる。
本発明の成分の限定理由
つぎに本発明の合金組成の限定理由について述べる。
(1)クロム:LOチを超え100チ未満本発明の特徴
は従来の12%Or 系鋼と比較して、クロム含有量を
低くすることによって、高温のクリープ破断強度を高く
且つ安定して得るようにしたことで、ロータ中心部のよ
うに冷却速度が遅くても高いクリープ破断強度を得るこ
とができ、また靭性が高く脆性破壊の危険性が少ない。
は従来の12%Or 系鋼と比較して、クロム含有量を
低くすることによって、高温のクリープ破断強度を高く
且つ安定して得るようにしたことで、ロータ中心部のよ
うに冷却速度が遅くても高いクリープ破断強度を得るこ
とができ、また靭性が高く脆性破壊の危険性が少ない。
クロム含有量を低目に抑えることによってモリブデン含
有量を多口にすることができ、又δ−フェライトの生成
も防止できるので高温の疲労強度も確保できる。
有量を多口にすることができ、又δ−フェライトの生成
も防止できるので高温の疲労強度も確保できる。
クロム含有量を7.0 %以下にすると水蒸気酸化に対
する耐食性が不充分になる。一方、10.0チ以上添加
すると1−フェライトが生成するようになるとともにロ
ータ中心部の靭性が低下する。最適のクロム含有量は他
の元素の含有量とくにモリブデンの含有量およびタング
ステンの含有量によって影響を受ける。
する耐食性が不充分になる。一方、10.0チ以上添加
すると1−フェライトが生成するようになるとともにロ
ータ中心部の靭性が低下する。最適のクロム含有量は他
の元素の含有量とくにモリブデンの含有量およびタング
ステンの含有量によって影響を受ける。
第2図は本発明の最適のクロム含有量を示すもので、H
(75%Or、1.3%Mo )、工(7,5%Or
+ 2.5チMo )1.r(9,0%Or。
(75%Or、1.3%Mo )、工(7,5%Or
+ 2.5チMo )1.r(9,0%Or。
z5%Mo )、K (10,0%Or、2.0%Mo
)、L (1a、 a%、1.3%MO)およびHを
結ぶ直線の内側(直線を含まず)の成分範囲が最適のク
ロムおよびモリブデン含有量である。
)、L (1a、 a%、1.3%MO)およびHを
結ぶ直線の内側(直線を含まず)の成分範囲が最適のク
ロムおよびモリブデン含有量である。
クロム含有量およびモリブデン含有量を上述したように
制限することによってロータ中心部の高温での長時間ク
リープ破断強度および常温の靭性を高くすることができ
る。
制限することによってロータ中心部の高温での長時間ク
リープ破断強度および常温の靭性を高くすることができ
る。
(2)モリブデン
モリブデンの含有量の範囲は第1図に示したようにタン
グステンの含有量によって変わる。
グステンの含有量によって変わる。
すなわち第1図においてA (1,7s%Mo、α0%
W)、B (t 75%Mo、0.5%W)、C(t
s s%Mo、α5%W)、D(1,3%MO。
W)、B (t 75%Mo、0.5%W)、C(t
s s%Mo、α5%W)、D(1,3%MO。
t Os w )、E(2,01Mo、1.0%W)、
F(Z、5%Mo、0.51W)、G(2,51Mo。
F(Z、5%Mo、0.51W)、G(2,51Mo。
o、 o % W )およびAを結ぶ直線の内側(直線
は含まず)にある成分範囲である。モリブデンの含有量
がこの範囲よシ低いと析出する炭化物(Fe、Or、M
o )2806 [一般にMIIIOliと書く]が5
50℃〜650℃の温度範囲で長時間使用されると安定
でなくなシ長時間クリープ破断強度が低くなる。一方、
モリブデンの含有量がこの範囲より多いと、1150℃
の焼入れ温度でも炭化物の固溶が十分性なわれずまたδ
−フェライトが生成しクリープ破断強度、高温の疲労強
度および常温の靭性が低下するようになる。
は含まず)にある成分範囲である。モリブデンの含有量
がこの範囲よシ低いと析出する炭化物(Fe、Or、M
o )2806 [一般にMIIIOliと書く]が5
50℃〜650℃の温度範囲で長時間使用されると安定
でなくなシ長時間クリープ破断強度が低くなる。一方、
モリブデンの含有量がこの範囲より多いと、1150℃
の焼入れ温度でも炭化物の固溶が十分性なわれずまたδ
−フェライトが生成しクリープ破断強度、高温の疲労強
度および常温の靭性が低下するようになる。
最適のモリブデンの含有量は第2図に示したようにクロ
ム含有量によって影響を受ける。
ム含有量によって影響を受ける。
(3)タングステン:1qI)未満
タングステンは本発明鋼の重要な元素であシ、とくに高
温での長時間クリープ破断強度を高くする効果がおる。
温での長時間クリープ破断強度を高くする効果がおる。
タングステyの含有量は1%未満であるが、モリブデン
と複合添加されることによって本発明鋼のすぐれた高温
強度が得られる。タングステンの含有量は第1図に示し
たようにモリブデンの含有量によってA、B、O,D、
に、Fおよび人を結ぶ直線の内側(直線は含まない)に
制限される。この範囲以上タングステンを添加すると常
温の靭性が低下する。これに対してこの範囲以下のタン
グステンを添加すると高温での長時間クリープ破断強度
が低下する。
と複合添加されることによって本発明鋼のすぐれた高温
強度が得られる。タングステンの含有量は第1図に示し
たようにモリブデンの含有量によってA、B、O,D、
に、Fおよび人を結ぶ直線の内側(直線は含まない)に
制限される。この範囲以上タングステンを添加すると常
温の靭性が低下する。これに対してこの範囲以下のタン
グステンを添加すると高温での長時間クリープ破断強度
が低下する。
(4)ニッケル:1.5%以下
ニッケルは本発明鋼の焼入れ性および常温の靭性を向上
させるために必要な元素で、またδ−7エライトの生成
を抑制するものであるが、1.5チを越えて添加すると
550〜650℃の長時間クリープ破断強度を低下させ
る。
させるために必要な元素で、またδ−7エライトの生成
を抑制するものであるが、1.5チを越えて添加すると
550〜650℃の長時間クリープ破断強度を低下させ
る。
(5)バナジウム: 0.10チ以上0.30チ以下バ
ナジウムは炭化物Va 03 を形成しマトリックスを
強化するとともに高温で使用中に析出してくるMtM
(4を微細にし、長時間クリープ破断強度を著しく高め
る。0.104未満ではv40sの効果が十分でなく、
クリープ破断強度は低い。
ナジウムは炭化物Va 03 を形成しマトリックスを
強化するとともに高温で使用中に析出してくるMtM
(4を微細にし、長時間クリープ破断強度を著しく高め
る。0.104未満ではv40sの効果が十分でなく、
クリープ破断強度は低い。
0.30%を超えて添加すると長時間使用後に炭化物が
凝集して粗大化しクリープ破断強度を低下させる。
凝集して粗大化しクリープ破断強度を低下させる。
(6)ニオブ:102%以上0.10チ以下ニオブはバ
ナジウムと同様に炭化物Nb(3を形成しマトリックス
を強化するとともに高温で使用中に析出してくるyzs
asを微細にし長時間クリープ強度を著しく高める。
ナジウムと同様に炭化物Nb(3を形成しマトリックス
を強化するとともに高温で使用中に析出してくるyzs
asを微細にし長時間クリープ強度を著しく高める。
0.024未満ではこの効果が少なく十分なりリープ破
断強度は得られない。0.10%を超えてニオブを添加
すると1150℃の焼入れ温度でもMl)Oが十分固溶
できず、又析出したNbOが使用中に凝集し粗大化して
長時間のクリープ破断強度が低下する。
断強度は得られない。0.10%を超えてニオブを添加
すると1150℃の焼入れ温度でもMl)Oが十分固溶
できず、又析出したNbOが使用中に凝集し粗大化して
長時間のクリープ破断強度が低下する。
(7)窒素:Q、01係以上0,07チ以下窒素は本発
明鋼の諸性質とくに高温のクリープ破断強度を確保する
ために絶対に必要な元素であるが、α07fJを超えて
窒素を添加すると550〜600℃の温度範囲で短時間
のクリープ破断強度を高めるが、600℃の104〜1
0”時間のクリープ破断強度を著しく低下させる。
明鋼の諸性質とくに高温のクリープ破断強度を確保する
ために絶対に必要な元素であるが、α07fJを超えて
窒素を添加すると550〜600℃の温度範囲で短時間
のクリープ破断強度を高めるが、600℃の104〜1
0”時間のクリープ破断強度を著しく低下させる。
これは窒化物が600℃以上になると凝集して粗大化し
やすいからである。したがって最適の窒素含有量は0.
015チ以上α05チ以下である。0.014未満の窒
素では550〜650℃において十分なりリープ強度は
得られない。また最適の成分範囲は窒素と炭素の含有量
の合計が0.15%以上0.22−以下である。
やすいからである。したがって最適の窒素含有量は0.
015チ以上α05チ以下である。0.014未満の窒
素では550〜650℃において十分なりリープ強度は
得られない。また最適の成分範囲は窒素と炭素の含有量
の合計が0.15%以上0.22−以下である。
(8)炭素:Q、10チ以上α20チ以下炭素は高温強
度および常温の靭性を著しく変動させる元素で、rL1
0%未満では十分な炭化物および均一なマルテンサイト
を得ることができない。すなわちマルテンサイト、ベイ
ナイトおよびδ−フェライトなどの混合組織となυ高温
強度および高温疲労強度を著しく低下させる。
度および常温の靭性を著しく変動させる元素で、rL1
0%未満では十分な炭化物および均一なマルテンサイト
を得ることができない。すなわちマルテンサイト、ベイ
ナイトおよびδ−フェライトなどの混合組織となυ高温
強度および高温疲労強度を著しく低下させる。
他方020俤を超えて添加すると常温での靭性が低下す
るだけでなくマルテンサイトと残留オーステナイトの混
合組織とな、j)、550〜650℃の温度範囲で使用
されると炭化物の凝集粗大化が著しくなシ、長時間のク
リープ破断強度の低下が生じる。また最適の成分範囲は
炭素および窒素の含有量の合計が0.151以上0.2
2 %以下である。
るだけでなくマルテンサイトと残留オーステナイトの混
合組織とな、j)、550〜650℃の温度範囲で使用
されると炭化物の凝集粗大化が著しくなシ、長時間のク
リープ破断強度の低下が生じる。また最適の成分範囲は
炭素および窒素の含有量の合計が0.151以上0.2
2 %以下である。
(9)シリコン: 0.10%以下
シリコンは従来から脱酸剤としてよく使用されているが
、本発明鋼が真空カーボン脱酸後エレクトロスラグ再溶
解法によって製造される場合0.05%程度のシリコン
でも酸素含有量の少ない鎮静鋼が得られ、大型鋼塊にな
っても偏析が少なく且つ長時間使用後の靭性の低下もな
い。
、本発明鋼が真空カーボン脱酸後エレクトロスラグ再溶
解法によって製造される場合0.05%程度のシリコン
でも酸素含有量の少ない鎮静鋼が得られ、大型鋼塊にな
っても偏析が少なく且つ長時間使用後の靭性の低下もな
い。
010%を超えて含有すると偏析が激しく長時間使用後
の靭性が低下する。
の靭性が低下する。
αQマンガン:α05チ以上1.5チ以下マンガンは脱
酸剤として従来0.3〜[lL8%程度添加されるが、
本発明鋼では0.05チマンガンを含有していても十分
な鎮静鋼が得られ、長時間使用しても靭性が低下しない
ので下限を[1051とした。マンガンを1.5係超え
て添加すると長時間使用後の靭性およびクリープ破断強
度が低下する。
酸剤として従来0.3〜[lL8%程度添加されるが、
本発明鋼では0.05チマンガンを含有していても十分
な鎮静鋼が得られ、長時間使用しても靭性が低下しない
ので下限を[1051とした。マンガンを1.5係超え
て添加すると長時間使用後の靭性およびクリープ破断強
度が低下する。
aカアルミニウム:0.02%以下
アルミニウムは鋼の脱酸剤および結晶粒微細化元素とし
て使用されているが、0.02%を超えてアルミニウム
を添加すると600℃、10sHrのクリープ破断強度
を著しく低下させるため、本発明鋼のアルミニウム含有
量は102チ以下にした。
て使用されているが、0.02%を超えてアルミニウム
を添加すると600℃、10sHrのクリープ破断強度
を著しく低下させるため、本発明鋼のアルミニウム含有
量は102チ以下にした。
また、本発明鋼は、上述の鋼に一定量以下のコバルト、
タンタル、チタン、ボロン、ジルコニウム、セリウム+
ランタンの中の1種または2種以上の元素を含有させる
ことができる。その成分範囲を限定した理由をつぎに説
明する。
タンタル、チタン、ボロン、ジルコニウム、セリウム+
ランタンの中の1種または2種以上の元素を含有させる
ことができる。その成分範囲を限定した理由をつぎに説
明する。
azコバルト:5%以下
コバルトは鋼中のδ−フェライトを消し炭化物をマトリ
ックスへ固溶させる合金元素である。
ックスへ固溶させる合金元素である。
しかしコバルトの含有量が5チを超えると550〜65
0℃の温度範囲でクリープ破断強度が低下する。
0℃の温度範囲でクリープ破断強度が低下する。
0Iタンタル: 0.05係以下
タンタルはニオブと同じような効果を示すが[LOs%
を超えて添加すると1150tl:の焼入れ温度でもマ
トリックスに固溶できず十分なりリープ破断強度を得る
ことができない。
を超えて添加すると1150tl:の焼入れ温度でもマ
トリックスに固溶できず十分なりリープ破断強度を得る
ことができない。
チタンと同時に添加するときは
Nb 十% Ta +2 Ti (0,2%の式を満足
しないと長時間のクリープ破断強度が低下する。
しないと長時間のクリープ破断強度が低下する。
α尋チタン=L105チ以下
チタンはTi(0,N)を形成して鋼中の窒素を固定す
るため短時間のクリープ破断強度をや一低下させるが長
時間のクリープ破断強度を高める。チタン含有量が0.
05%を超えると鋼中の固溶窒素量が低下するため短時
間のクリープ強度を著しく低下させるのでチタン含有量
の上限を0.05%にした。タンタルと同時に添加する
ときには上記式を満足しなければならぬことは云うまで
もない。
るため短時間のクリープ破断強度をや一低下させるが長
時間のクリープ破断強度を高める。チタン含有量が0.
05%を超えると鋼中の固溶窒素量が低下するため短時
間のクリープ強度を著しく低下させるのでチタン含有量
の上限を0.05%にした。タンタルと同時に添加する
ときには上記式を満足しなければならぬことは云うまで
もない。
Qeボロン: 0.01チ以下
ボロンは600〜650℃の温度範囲においてクリープ
破断強度を著しく高めるが、ボロ/含有量が0.01%
を超えると熱間加工が困難になるために上限を0.01
%にした。
破断強度を著しく高めるが、ボロ/含有量が0.01%
を超えると熱間加工が困難になるために上限を0.01
%にした。
aリジルコニウム:
ジル、コニウムは強力な炭化物形成元素であると共に窒
化物および酸化物を形成し鋼中の窒素および酸素を固定
するので常温の靭性を高めるが、0.1%を超えて添加
すると鋼中の固溶窒素量が低減しクリープ破断強度が低
下する。
化物および酸化物を形成し鋼中の窒素および酸素を固定
するので常温の靭性を高めるが、0.1%を超えて添加
すると鋼中の固溶窒素量が低減しクリープ破断強度が低
下する。
0ηセリウム+ランタン:a1%以下
セリウムとランタンは強力な脱酸剤で鋼中の酸素を固定
するために常温の靭性を良くするが、クリープ破断強度
には殆んど効果がない。セリラムとランタンを0.1係
を超えて複合添加しても常温の靭性はあまり改善されな
いため上限を0.1チとした。
するために常温の靭性を良くするが、クリープ破断強度
には殆んど効果がない。セリラムとランタンを0.1係
を超えて複合添加しても常温の靭性はあまり改善されな
いため上限を0.1チとした。
以上述べたように本発明鋼は蒸気タービンの高中圧ロー
タ用鋼であるが、高温で用いられるタービンブレード、
各種の高温ボルト、ロール、弁棒や弁座などにも用いる
ことができる。
タ用鋼であるが、高温で用いられるタービンブレード、
各種の高温ボルト、ロール、弁棒や弁座などにも用いる
ことができる。
実施例1
第1表に示す化学成分の鋼をVOD法によって溶解鋳造
(30kg/ charge ) して得た。その後鋼
塊を1100℃〜950℃の温度範囲で鍛伸して直径2
0mの丸棒を得た。1100℃XIHrAOおよび62
0℃XIHrAOの熱処理を施した後、20℃における
2 w+ Vノツチ7ヤルビー衝撃試験片による衝撃試
験および直径6WaRの試験片によるクリープ破断試験
を行なった。その結果を第2表に示すが、本発明鋼の高
温におけるクリープ破断強度は極めて高く、址だ常温に
おける靭性もすぐれている。
(30kg/ charge ) して得た。その後鋼
塊を1100℃〜950℃の温度範囲で鍛伸して直径2
0mの丸棒を得た。1100℃XIHrAOおよび62
0℃XIHrAOの熱処理を施した後、20℃における
2 w+ Vノツチ7ヤルビー衝撃試験片による衝撃試
験および直径6WaRの試験片によるクリープ破断試験
を行なった。その結果を第2表に示すが、本発明鋼の高
温におけるクリープ破断強度は極めて高く、址だ常温に
おける靭性もすぐれている。
第2表
実施例2
第3表に試験材の化学成分を示すが注記した材料(比較
材)を除き50に9高周波真空溶解炉で溶解し真空鋳造
によって50ゆの鋼塊を製作した。鋼塊は1100℃〜
980℃の温度範囲で’4U(すえ込み)+28(鍛伸
)を2回繰返して鍛造し直径160111111長さ約
250tmsの試験ブロックを製作した。
材)を除き50に9高周波真空溶解炉で溶解し真空鋳造
によって50ゆの鋼塊を製作した。鋼塊は1100℃〜
980℃の温度範囲で’4U(すえ込み)+28(鍛伸
)を2回繰返して鍛造し直径160111111長さ約
250tmsの試験ブロックを製作した。
熱処理条件を第4表に示すが、実際のロータの外周部付
近の熱処理条件をシミュレートしたもの(A処理)と中
心部の熱処理条件をシミュレートしたもの(B処理)の
2種の熱処理を行なって諸性質を調べた。
近の熱処理条件をシミュレートしたもの(A処理)と中
心部の熱処理条件をシミュレートしたもの(B処理)の
2種の熱処理を行なって諸性質を調べた。
第5表に機械的性質を示す。
第5表から明らかなように、本発明鋼は常温において極
めてすぐれた機械的性質を持っている。特にロータ中心
部の熱処理条件をシミュレートシ九B処理を施したもの
は(12%耐力および引張ル強さはA処理のものよシや
−低いが、伸びおよび絞シは殆んど差がなく、衝撃値は
逆にB処理の方が高くなっている。
めてすぐれた機械的性質を持っている。特にロータ中心
部の熱処理条件をシミュレートシ九B処理を施したもの
は(12%耐力および引張ル強さはA処理のものよシや
−低いが、伸びおよび絞シは殆んど差がなく、衝撃値は
逆にB処理の方が高くなっている。
また第5表から明らかなように、ロータ外周部および内
周部ともに非常に秀れた延性を有している。
周部ともに非常に秀れた延性を有している。
本発明鋼のA処理材およびB処理材について顕徹鏡調査
を行なったが、本発明鋼は焼戻しマルテンサイトの金属
組織からなっておシδ−フェライトは認められなかった
。
を行なったが、本発明鋼は焼戻しマルテンサイトの金属
組織からなっておシδ−フェライトは認められなかった
。
実施例3
第3表に示した符号T−1,T−2,およびT−3に$
4表に示した熱処理を施した試駆材のクリープ破断強度
をめた。その結果を第6表に示すが、これは650℃、
10’Hrのクリープ破断強度を応力一時間線図を用い
て推定したものである。
4表に示した熱処理を施した試駆材のクリープ破断強度
をめた。その結果を第6表に示すが、これは650℃、
10’Hrのクリープ破断強度を応力一時間線図を用い
て推定したものである。
実施例4
第3表に示した符号T−22,T−26およびT−32
についてロータ中心部をシミュレートした熱処理ω)を
施した試験材のクリープ破断強度をめた。これは実施例
6と同じ方法で650℃、10’Hrの破断強度を推定
したものである。
についてロータ中心部をシミュレートした熱処理ω)を
施した試験材のクリープ破断強度をめた。これは実施例
6と同じ方法で650℃、10’Hrの破断強度を推定
したものである。
第7表から明らかなように、ロータ中心部をシミュレー
トした熱処理(B)を施した場合も本発明鋼は非常に高
いクリープ破断強度を示した。
トした熱処理(B)を施した場合も本発明鋼は非常に高
いクリープ破断強度を示した。
実施例5
本発明鋼のクリープ破断後の伸びおよび絞シを第3表に
示した符号T−1,T−2およびT−3について調べた
結果を第8表に示す。第8表に示した結果は第4表のB
処理条件で熱処理された試験片に対するものである。第
8表から明らかなように、本発明鋼の破断伸びは600
C,1000Hr の試験彼も30%を越え、破断絞シ
も80チを越えていた。
示した符号T−1,T−2およびT−3について調べた
結果を第8表に示す。第8表に示した結果は第4表のB
処理条件で熱処理された試験片に対するものである。第
8表から明らかなように、本発明鋼の破断伸びは600
C,1000Hr の試験彼も30%を越え、破断絞シ
も80チを越えていた。
実施例6
第3図は本発明鋼の応力−破断時間線図の一例を示すも
のである。図には比較鋼のデータも記入しであるが、本
発明鋼の対数で表示した応力/破断時間の勾配は小さい
。
のである。図には比較鋼のデータも記入しであるが、本
発明鋼の対数で表示した応力/破断時間の勾配は小さい
。
実施例7
本発明鋼の切欠クリープ破断試験結果を第9表に示すが
、この値は応力一時間線図から650tl:、10’時
間の切欠クリープ破断強度を推定したものであるが、本
発明鋼は切欠強化になっている。
、この値は応力一時間線図から650tl:、10’時
間の切欠クリープ破断強度を推定したものであるが、本
発明鋼は切欠強化になっている。
第1図は本発明鋼のモリブデンおよびタングステンの含
有量の関係を示す図表、第2図は本発明鋼のモリブデン
とクロムの最適含有量を示す図表、第3図は本発明鋼の
応力−破断時間線図の一例を示すものである。 復代理人 内 1) 明 復代理人 萩 原 亮 − 第1図 Mo (%) Cど (%)
有量の関係を示す図表、第2図は本発明鋼のモリブデン
とクロムの最適含有量を示す図表、第3図は本発明鋼の
応力−破断時間線図の一例を示すものである。 復代理人 内 1) 明 復代理人 萩 原 亮 − 第1図 Mo (%) Cど (%)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1) 重量パーセントで、クロム: 7.0 %を超
え10、01未満、ニッケル: 1.5 %以下、バナ
ジウム: 0.10’lt以上α30%以下、ニオブ:
0.02%以上[110係以下、窒素:(101チ以
上ao7%以下、炭素:0IO1以上Q、20チ以下、
シリコン:[L10チ以下、マンガン: O,OS%以
上1.5 %以下、アルミニウム: 0.02 %以下
およびモリブデンおよびタングステンを、第1図に示し
たA (1,751%Mo、O,O%W)、B(1,7
5%Mo。 α5チW)、c (t 53チMo、0.5チW)、D
(1,3チM0,1.0%W)、F!(2,0チMo
、1.0チW)、F(2,5チMo、0.5チW)、a
(2,5%Mo 、α0チW)およびAを結ぶ直線の
内側(直線を含まず)の量を含有し残部が鉄および付随
的不純物よりなる鉄基合金で構成されていることを特徴
とする蒸気タービン高中圧ロータ用高強度高靭性鋼。 (2) 重量パーセントでクロム: 7. O%を超え
1α0チ未満、ニッケル:1.5%以下、バナジウム:
0.104以上0.30%以下、ニオブ: 0.02
q6以上IIL10チ以下、窒素:α01チ以上[L
07チ以下、゛炭素:Q、10%以上Q、20チ以下、
シリコン:α10%以下、マンガン: o、 o 5
%以上1,5%以下、アルミニウム:102%以下およ
びモリブデンおよびタングステンを第1図に示したA
(1,75’IrMO,(LOチW)、B(1,75%
Mo、α5チW)、C(1,53チMo 、α5%W)
、D(1,3−Mo、1.0チW)、m(2,o係Mo
。 1.0チW)、?(2,5チMo、0.5チW)、G(
2,5チMo、(LOチW)およびAを結ぶ直線の内側
(直線は含まない)の量含有し、且つコバルト5チ以下
、タンタルα05俤以下、チタンα05−以下、ボロン
n、otqb以下、ジルコニウム0.1%以下、セリウ
ムとランタンの合計0.1 %以下の中の1種または2
種以上の元素を含有し、残部が鉄および不随的不純物よ
シ鉄基合金で構成されていることを特徴とする蒸気ター
ビン高中圧用高強度高靭性鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2076084A JPS60165359A (ja) | 1984-02-09 | 1984-02-09 | 蒸気タ−ビン高中圧ロ−タ用高強度高靭性鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2076084A JPS60165359A (ja) | 1984-02-09 | 1984-02-09 | 蒸気タ−ビン高中圧ロ−タ用高強度高靭性鋼 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60165359A true JPS60165359A (ja) | 1985-08-28 |
Family
ID=12036142
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2076084A Pending JPS60165359A (ja) | 1984-02-09 | 1984-02-09 | 蒸気タ−ビン高中圧ロ−タ用高強度高靭性鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60165359A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6260845A (ja) * | 1985-09-12 | 1987-03-17 | Toshio Fujita | 高温用蒸気タ−ビンロ−タ |
JPS63188492A (ja) * | 1987-01-29 | 1988-08-04 | Nippon Steel Corp | 9Cr−Mo系鋼用TIG溶接用ワイヤ |
US4799972A (en) * | 1985-10-14 | 1989-01-24 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Process for producing a high strength high-Cr ferritic heat-resistant steel |
JPH0230739A (ja) * | 1988-07-18 | 1990-02-01 | Nippon Steel Corp | CrーMo系高強度耐熱鋼 |
JPH02149649A (ja) * | 1988-11-30 | 1990-06-08 | Toshiba Corp | Cr合金鋼 |
JPH02290950A (ja) * | 1989-02-23 | 1990-11-30 | Hitachi Metals Ltd | 高温強度の優れたフェライト系耐熱鋼 |
WO1996032517A1 (fr) * | 1995-04-12 | 1996-10-17 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Acier a haute resistance/tenacite resistant a la chaleur |
WO2002052056A1 (fr) * | 2000-12-26 | 2002-07-04 | The Japan Steel Works, Ltd. | Acier ferritique a forte teneur en chrome resistant aux hautes temperatures |
US6569269B1 (en) | 2000-02-08 | 2003-05-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Process for producing a high and low pressure integrated turbine rotor |
-
1984
- 1984-02-09 JP JP2076084A patent/JPS60165359A/ja active Pending
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6260845A (ja) * | 1985-09-12 | 1987-03-17 | Toshio Fujita | 高温用蒸気タ−ビンロ−タ |
US4799972A (en) * | 1985-10-14 | 1989-01-24 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Process for producing a high strength high-Cr ferritic heat-resistant steel |
US4957701A (en) * | 1985-10-14 | 1990-09-18 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | High-strength high-Cr ferritic heat-resistant steel |
JPS63188492A (ja) * | 1987-01-29 | 1988-08-04 | Nippon Steel Corp | 9Cr−Mo系鋼用TIG溶接用ワイヤ |
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US6569269B1 (en) | 2000-02-08 | 2003-05-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Process for producing a high and low pressure integrated turbine rotor |
US6773519B2 (en) | 2000-02-08 | 2004-08-10 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | High and low pressure integrated type turbine rotor |
WO2002052056A1 (fr) * | 2000-12-26 | 2002-07-04 | The Japan Steel Works, Ltd. | Acier ferritique a forte teneur en chrome resistant aux hautes temperatures |
US7820098B2 (en) | 2000-12-26 | 2010-10-26 | The Japan Steel Works, Ltd. | High Cr ferritic heat resistance steel |
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