JPS60165360A - 高強度・高靭性蒸気タ−ビンロ−タ - Google Patents

高強度・高靭性蒸気タ−ビンロ−タ

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Publication number
JPS60165360A
JPS60165360A JP2076184A JP2076184A JPS60165360A JP S60165360 A JPS60165360 A JP S60165360A JP 2076184 A JP2076184 A JP 2076184A JP 2076184 A JP2076184 A JP 2076184A JP S60165360 A JPS60165360 A JP S60165360A
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JP
Japan
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toughness
content
strength
less
creep rupture
Prior art date
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Pending
Application number
JP2076184A
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English (en)
Inventor
Toshio Fujita
利夫 藤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (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】 本発明の対象 本発明は高強度・高靭性蒸気タービンロータに関し、さ
らに詳しくは、高温度において機械的性質の浸れた高強
度・高靭性120r 蒸気タービンロータに関する。
従来技術 最近、省エネルギーの面から、火力発電の熱効率の向上
、即ち、蒸気温度の高温化および蒸気圧力の高圧化が計
画されてきておシ、現在使用されている蒸気タービンロ
ータの568℃、246kg/−のものから、593℃
、316kg/cnF級で、かつ、容量は600〜10
00 MWという大型の蒸気タービン口iりの設置が要
望されできている。
本発明の目的 本発明は上記に説明した蒸気タービンの現状に鑑みなさ
れたものであシ、従来から使用されているG、 IC,
型120r 耐熱鋼ロータでは593℃において充分な
高温強度が得られ々いことから、本発明者が種々研究し
た結果、550〜630℃において滑れた長時間クリー
プ破断強度、切欠クリープ破断強度、クリープ破断伸び
および絞シを有し、かつ、常温においても擾れだ靭性を
有する高強度・高靭性の蒸気タービンロータを提案する
ものである。
本発明の要点 本発明に係る高強度・高靭性蒸気タービンロータの特徴
とするところは、0010〜0.25%(重量%、以下
同じ)、810.01〜0.10%、Mn 0.05〜
1.5%、Or 10.0〜11.50%、MoO,1
3〜2.2%、V D、10〜0.30%、N1)00
2〜0.15%、N O01〜0.05%、N10.0
1〜1,5%を含有し、残部鉄および不可避的不純物よ
シなる鉄基合金で構成されていることにある。
また本発明タービンロータは上記の成分元素の他にコバ
ルト5%以下タンタル0.05%以下チタン005%以
下ボロン0,01%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するものである。
本発明の成分の限定理由 本発明に係る高強度・高靭性蒸気タービンロータを構成
している鉄基合金における含有成分および成分割合につ
いて説明する。
Cは高温強度を著しく変動させる元素であって、含有量
が0.10%未満では充分な炭化物および均一なマルテ
ンサイト組織を得ることがでキス、マルテンサイト、ベ
イナイト、デルタフェライト等の混合組織となシ高温強
度、高温疲労強度を著しく低下させ、また、025%を
越える含有量ではマルテンサイトと残留オーステナイト
組織になるが、550〜630℃付近において炭化物の
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
下が著しくなる。よって、C含有量は0.10〜0.2
5%とする。
si は脱酸剤として使用され、含有量はできるだけ少
なくするのがよく、大型鋳塊でも偏析を少なくし、かつ
、長時間使用後における靭性を確保するものであシ、含
有量の下限を0.01%としたのは現在の製鋼法ではこ
れ以下とすることは困難であシ、また、0.10%を越
える含有量では偏析がはげしくなシ、さらに、長時間使
用後の靭性が低下する。よって、81 含有量は0.0
1〜0.10%とする。
Mn は脱酸剤と[7ていままでは0.3〜0.8%程
度含有されているが、本発明に係る高強度・高靭性蒸気
タービンロータを構成する鉄基合金ではMn 含有量が
下限の0.05%でも充分に鎮静鋼が得られ、長時間使
用後においても靭性を低下させることがなく、また、1
.5%を越える含有量では長時間使用後の靭性および長
時間のクリープ破断強度を低下させるようになる。よっ
て、Mn 含有量は0.05〜1.5%とする。
Or は耐酸化性、耐蝕性を向上させるが、含有量が1
0.0%未満では充分な耐酸化性および長時間クリープ
破断強度が得られず、また、11.5%を越えて含有さ
れると長時間クリープ破断強度は低下させないがデルタ
フェライトが析出し、高温疲労強度を低下させる。よっ
て、Cr含有量は10.0〜11.5%とする。
Mo は最も重要な元素で長時間クリープ破断強度を著
しく高めるものであシ、含有量が0.8%未満では析出
する炭化物(Fθ、Cr、 Mo )uoa〔一般にM
n3 a、と書く。〕が550〜650℃の温度で安定
でないので長時間クリープ破断強度が低くなり、また、
2.2%を越えて含有されると1100℃の焼入温度で
も炭化物の固溶が充分でなく、かつ、デルタフェライト
も析出し始めるためクリープ破断強度、高温の疲労強度
も低下する。よって、MO含有量は0.8〜2.2%と
する。
■は炭化物v4C3を形成し、マトリックスを強化する
と共に、後で析出するM23C6を微細にし、長時間の
クリープ破断強度を著しく高める元素であり、含有量が
0,10%未満では形成されたV2O3の効果が充分で
なくクリープ破断強度が低く、また、0.60%を越え
る含有量では長時間使用中に炭化物が凝集粗大化してク
リープ破断強度を低下させる。よって、■含有液は0.
10〜0.30%とする。
NbはVと同様に炭化物NbOを形成し、マトリックス
を強化すると共に、後から析出するM23 a、を微細
にし、長時間クリープ破断強度を著しく高める元素であ
り、含有量が0.02%未満ではこの効果が少ないので
充分なりリープ破断強度が得られず、また、0.15%
を越える含有量では1100℃の焼入温度でもNbCが
充分固溶できず、かつ、析出したNbOがクリープ中に
凝集粗大化し、て長時間のクリープ破断強度が低下する
。よって、Nb 含有量は0.02〜015%、望まし
く幻:0.05〜0.15%とする。
Nは550〜600℃の短時間のクリープ破断強度を高
める元素であるが、含有量が多くなシ過ぎると600℃
の104〜105時間のクリープ破断強度を低下させる
ようになシ、含有量が0.01%未満では充分なりリー
プ破断強度が得られず、また、0.05%を越えて含有
されると600℃の104〜105時間のクリープ破断
強度Ml は焼入性および常温における靭性を向上させ
る元素であシ、含有量が0.01%未満ではこのような
効果が少なく、また、1.5%を越えて含有されると5
00〜600℃の温度の長時間クリープ破断強度を低下
させる。よって、Nl含有量は0.01〜1.5%とす
る。
なお、上記に説明した含有成分の外に以下説明する元素
を適宜含有させることができる。
Co は鋼中のデルタフェライトを消し、炭化物のマト
リックス(地鉄)への固溶量を増大させる元素であシ、
含有量が5.0%を越える含有量では550〜゛600
℃の長時間クリープ破断強度が低下する。よって、CO
含有量は5.0%以下とする。
TaはNl)と同様な効果を示すが、含有量が0゜05
%を越えると1100℃付近の焼入温度でもマトリック
スに固溶できず、充分なりリープ破断強度が得ることが
できない。よって、Ta含有量は0,05%以下とする
TIはTt(c、x)を形成してNを固定するので、短
時間のクリープ破断強度をやや低下させるが、長時間の
クリープ破断強度を高めるもので、含有量り;0.05
%を越えて含有されると鋼中のNが低下するため短時間
のクリープ破断強度を著しく低下させる。よって、Ti
 含有量は0.05%以下とする。
なおNb 、 TaあるいはTi が共存するときはW
b 十−Ta + 2 TI≦0,2%を満足すること
が望ましい。これをしないとクリープ破断強度が低下す
る。
Zr は強力な炭化物形成元素であると共に窒化物、酸
化物を形成し、鋼中のN、0を固定するため、常温の靭
性を高めるが、含有量が0.1%を越えて含有されると
鋼中の固溶N量が低減し、クリープ破断強度が低下する
。よって、Zr含有量は01%以下とする。
Oe −1−Laは強力な脱酸剤で鋼中の酸素を固定す
るため常温の靭性を良くするが、クリープ破断強度には
殆んど効果がなく、0.1%を越える含有量では常温の
靭性はあま9改善されない。
よって、Os+lLa含有量は0.1%以下とする。
Bは600〜650℃のクリープ破断強度を著しく高め
るが、含有量が0.01%を越えて含有されると熱間加
工が困難となる。よって、B含有量は0.01%以下と
する。
なお、At は、002%を越えて含有されると600
℃、105時間のクリープ破断強度を著しく低下させる
ので、0.02%以下、望ましくは0.00.5%以下
に抑える。
本発明ロータの製法 本発明に係る高強度・高靭性蒸気タービンロータの製造
法の一例について簡単に説明するが、製造法を限定する
ものではない。
上記に説明した含有成分、成分割合となるように各合金
元素を配合し、電気炉で溶解精錬後、真空カーボン脱酸
を行ない、さらに、エレクトロスラグ溶解によシ溶融す
るが、この時、St含有量が0.03〜005%でも均
質清浄な鋼塊が得られる。次に、1000〜1250℃
の温度に加熱して熱間加工によりロータ形状とし、その
後、1050〜1120’Cの温度に25時間加熱し、
直ちに油焼入れを行ない均質なマルテンサイト組織とし
、さらに、58o℃に20時間加熱後空冷、670℃に
50時間加熱空冷の2回の焼戻しを行なって焼戻しマル
テンサイト組織とする。しかして、本発明に係る高強度
・高靭性蒸気タービンロータを構成する鉄基合金は、1
0〜50屯の大型鋼塊でも1050〜1120℃からの
焼入れによシ、デルタフェライトが発生しないように含
有成分および成分割合を調整しておシ、このデルタフェ
ライトは高温使用時の疲労強度を著しく低下させるので
絶対に生成させてはいけないのである。
以上述べたように本発明は蒸気タービンのロータである
が、高温で用いられるタービンブレード、各種の高温用
ボルト、各種のロール、弁棒や弁座用としても用いるこ
とができる。
実施例1 第1表、第2表および第3表に示す化学成分の鋼を真空
カーボン脱酸法(以下、vCD法という。)によって5
0 k17/ Cb4rge ずつ溶解鋳造して得た。
その後鋼塊を1100℃〜950℃の温度範囲で鍛伸し
て直径20覇の丸棒を得た。
1100℃X 3Hr AOおよび700℃X I H
rACの熱処理を施した後、20℃における2■Vノツ
チシヤルピ一試験片による衝撃試験および直径6WII
I+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4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すぐれておシ、また常温における靭
性もすぐれている。
第4表 第4表(続き) ※1応カ一時間線図から推定したものである。
実施例2 実施例1の試験の結果本発明鋼は極めてすぐれた高温強
度および常温の靭性を持っていることがわかったので、
実際のロータに近いもので諸性質を確かめることにした
鋼塊重量的zoookgのものを電気炉を用いてVOD
法によシ溶解後再度エレクトロスラグ再后解法によって
2種製造した。化学成分の分析結果を第5表に示すが、
2種とも本発明範囲内にあるものである。
熱間鍛造によって直径380mmの丸棒にした稜、次の
熱処理を行なった。
ロータ外周部に対応するものとして (A) 1100℃X15Hr 1000℃/Hr冷却
+5501::X20HrAO十650℃×23Hr1
?IC ロータ中心部に対応するものとして (B) 1100℃×15Hr 100C/Hr冷却+
5501::X20HrAO+650℃X25HrFO の熱処理を行った。
常温における機械的性質を第6表にまとめて2示すが、
この表から明らかなように本発明鋼の常温における機械
的性質は非常に秀れてお9、またロータ外周部相当と内
周部相当の機械的性質の差は非常に小さい。更にロータ
中心部相当の靭性もすぐれておシ、50%FATT (
この温度が低い種籾性が良い)も外周部と殆んど変らな
い。
実施例3 実施例2の材料についてクリープ破断試験を行なった。
その結果をまとめて第1図のラルソンミラー線図に示す
。ロータ中心部および外周部ともにデータは第1図中斜
線で示したバンドの中にいずれもあったが、600℃、
105時間のクリープ破断強度は12〜18.5kg/
−であり、非常に高いクリープ破断強度を示した。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例で得た結果を示す図表である。 復代理人 内 1) 明 復代理人 萩 原 亮 −

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量パーセントで、ago、10〜0,25%、
    8t 二 0.01 〜0.10 % 、Mn:’0.
     0 5 〜1. 5 0%、Or : 1[1,Q 
    〜11.50%、Mo:0.80〜2.20%、V :
     0.10〜0.30%、Nb : 0.02〜0.1
    5%、N : 0.01〜0.05%、NI:0゜01
    〜1.5%を含有し、残部鉄および不可避的不純物よシ
    なる鉄基合金で構成されていることを特徴とする高強度
    ・高靭性蒸気ター゛ビンロータ。
  2. (2) 重量パーセントで、O: 0.10〜0.25
    %、日l : 0.0 1 〜0. 1 0%、 Mn
     : 0. 0 5〜1. 5 0%、Or : 1 
    0.0〜1 1.50%、Mo : 0.80〜2.2
    0X、V : 0.10〜0.50X、yb:a、a2
    〜015%、N : 0.0 1〜0.05%、Nl:
    0゜01〜1.5%を含有し、且つコバルト5%以下、
    タンタル0.05%以下、チタン0,05%以下、ボロ
    ン0.01%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、残部鉄および不可避的不純物より
    なる鉄基合金で構成されていることを特徴とする高強度
    ・高靭性蒸気タービンロータ。
JP2076184A 1984-02-09 1984-02-09 高強度・高靭性蒸気タ−ビンロ−タ Pending JPS60165360A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6360262A (ja) * 1986-08-29 1988-03-16 Daido Steel Co Ltd 耐熱鋼
JPH0230739A (ja) * 1988-07-18 1990-02-01 Nippon Steel Corp CrーMo系高強度耐熱鋼
US6294131B1 (en) * 1997-11-17 2001-09-25 Ceramic Fuel Cells Limited Heat resistant steel
JP2013142201A (ja) * 2012-01-06 2013-07-22 General Electric Co <Ge> ロータ、蒸気タービン並びにロータの製造方法

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