JPS6029453A - 蒸気タ−ビン動翼用Ｃｒ−Νｉ合金 - Google Patents

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、主蒸気温度６００〜６５０℃の蒸気発電プラ
ントにおいてタービン動翼用材料として使用さ八る高温
特性とりわけ耐水蒸気酸化特性に優れたＣｒ−４Ｊｉ合
金に関する。

〔発明の背景〕

蒸気タービンは、従来５３８〜５６６℃の主蒸気を使用
し、Ｃｒ−Ｍ”および１２Ｃｒ鋼によりロータ並びに動
翼等の回転機器が形成されている。しかし、近年の゛磁
力需要の拡大並びにその安定供給面での要請により、主
蒸気温度が例えば６００℃以上の高温高圧発電プラント
が検討されている。一方、現用材であるＣｒ−Ｍｏ−Ｖ
並びｖｃｌ　２Ｃ１ｒ＠ｕ５５０℃以上の温度域では粒
界上りが顕著となりクリープ強度が極端に低下する欠点
があり、６００℃以上の蒸気条件下で使用するのは困難
である。

６００℃以上の温度域で現在使用されている材料として
は、Ｆｅ基にＣｒ、Ｎ１を添力ρしたオーステナイト系
耐熱鋼が一般的である。このため、６００ｃ以上の蒸気
条件下で使用されるロータ材料としては強度面の要請か
ら１５０ｒ−２６Ｎｉ系の材料が有望視されている。

一方、動翼材としては高温の水蒸気が直接接触するため
クリープ強度等の高温強度に加え耐水蒸気酸化特性全改
善する必要がある。特に現在計画中のプラントは起動停
止運転が実施されるため生成した酸化膜は剥離し？すく
なり水蒸気酸化による減肉が助長さｒＬる。上記の運転
環境に対応するためには、水蒸気酸特性に優れたタービ
ン動翼用Ｃｒ−Ｎｉ合金全提案することが重要となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来材に比べ高温での耐水蒸気酸化性
の優れたｃｒ−Ｎｉ合金を提案し温度６００〜６５０℃
、圧力３００〜３５０　ｋｇｆ／ｃｍ２の高温高圧の蒸
気に使用可能な蒸気タービン動翼用（２ｒ−Ｎｉ合金を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、重量で００．１５％以下、Ｍｎ２％以下、Ｓ
；１．５％以下、−Ｃｒ１０〜２０％、Ｎｉ２Ｏ〜３０
％、ＭｏＱ、５〜３俤、Ｔ１１．５〜３チ。

Ａｔ０．１〜０．５％、Ｂｏ、００２〜０．０１％、■
０〜０．１５％と１１以下のＣｅ、Ｙ、Ｌａ等の希土類
元素を含有し残部が実質的にＢ”ｅからなるオーステナ
イト組織を有すること全特徴としたＣｒ−Ｎｉ合金であ
る。

本発明では、■は炭化物を析出し良好なりリープ破断強
度ケ得るために有効であるものの、■量が増加するにし
たがい耐酸化性が低下する傾向會見いだした。さらに、
Ｃｅ、、Ｙ、Ｌａ等の希土類元素は微量添加すると生成
した酸化物皮膜の密着性を改善するなど耐水蒸気酸化性
の向上に有効でるる。

この様な理由で、高温での耐水蒸気酸化性を改良するた
めＶ量を制限しかつ希土類を微量添加した。

以下に各成分の限定理由を示づ−。

Ｃは、炭化物を形成し高温強度、クリープ破断強度を向
上させるため重要である。しかし０５１５％を越えて添
加すると靭性、溶接性を著しく低下させるため、その上
限全０．１５％とする。

８１は、溶解製造の脱酸剤として重要な成分である。し
かしＣ同様多量に添加すると靭性及び溶接性を低めるた
め上限を１．５チとする。

Ｍｎは　Ｓ　ｌと同様に溶解製造の脱酸剤として、更に
熱間加工性を高めるものとして重要な成分である。しか
し、２％を越えると耐食性、耐酸化性を低めるため上限
（ｉｌ−２％とする。

Ｎｌは、オーステナイト組織全形成する重要な成分であ
る。しかし２０１以下ではその効果が十分でなく不安定
なオーステナイト組織とｄる。一方、３０％’を越える
と熱間加工性を低める。そこで２０〜３０チの範囲で添
加する必要がある。

Ｃｒは、高温強度、耐食性、耐酸化性を向上させるため
に重要な添加元素でありこの効果を得るため１０チ以上
を添加すべきである。しかし２０％を越えると溶接性を
低める事、フェライト相全形成し高温長時間側での脆化
全加速するためその上限を２０％とする。

ＭＯはオーステナイト地全強化すると共に炭化物を形成
しクリープ破断強度を向上させる。０．５チ以下ではこ
の効果が期待できない事また、３．０チ以上では高温で
の延性が減少し加工性が低下するため０．５〜３０％の
添加が良好である。

Ｔ１は脱酸剤として作用する以外に尚温強度延性の向上
に有効なビ相（Ｍｊ　３　（Ａ７　、　Ｔｉ・））を析
出させるために重要な元素である。、１．５％以下では
その効果が十分でない事また、３％以上では時効硬化性
のないη相（Ｎ’ｓＴ’）’に析出するため１．５〜３
．０％添加する。

ＡｊはＴｉと結合し金属間化合物γ′相を析出する。し
かし、多量に添加すると高温強度を低下させるためその
上限’ｌｒ０．５％とする。

Ｂは結晶粒界を著しく強化し、かつ＾温延性を向上する
ために有効である。しかし多量に含有すると加工性を低
下させるためその上限’ｉｏ、ｏｉ俤とする。

■はＶＳ、ＶＮ、ｖｅ等の析出物を形成する。

このうちＶＣは時効硬化性があるため引張強さ並びにク
リープ破断強ＷＬヲ向上するために有効でるることが知
られている。しかし、Ｖ量が増加すると■はＣｒ、Ｏ，
等の金属保護被膜に拡散し融点を低め耐酸化性ＶＣ悲影
響奮及を亘ず。そこでｖ量は０．１５％以下に制限する
。

Ｃｅ、Ｙ、Ｌａはいずれも生成したＣｒ２Ｏ，ｆＡ７２
０３皮膜の密着性の改善、成長速度の抑制、空孔の消滅
源として動きボイド形成を抑制等の効果を有し耐酸化性
の向上に鳴動である。しかし多量に添加すると粒界に偏
析し高温強度を低下させるためその上限’ｉ１．０％以
下とする。

〔発明の実施例〕

＄１図は、本発明に係る蒸気タービンの実施例の断面図
である。図においてロータ１２に複数植設されているの
が本発明の動翼１０でアル。コ（１）！ｋＩ］諷１０間
に位置するように複数の静翼１４を設け、さらにロータ
１２は静翼１４を固定する内部ケーシング１６を貫通し
ている。そして、内部ケーシング１６は、複数の凸部１
８が形成されてお・す、これら複数の凸部１８が内部ケ
ーシングを内設している外部ケーシング２０の凹部に嵌
入されボルト等により固定される。。また外部ケーシン
グ２０は、貫通孔部２２においてロータ１２０両７１全
回転自在に支持しており、図において左下部にかＬ出口
２４が形成され、上部には開口２６が形成されでいる。

主蒸気は、矢印に示す如く主蒸気管３０内全流下し、ノ
ズルボックス２８を経て内部ケーシング１６内に流入す
る。その後、動翼１０全ロータ１２と一体的に回転作動
させ内部ケーシング１６と外部ケーシング２０との間の
空間部に入り、流出口２４から流出する。

いま、主蒸気の温度全６５０℃、圧力を３５０ｋ　ｇ　
ｆ　７ｃｍ２と１゛ると、前記蒸気タービンは動翼材表
面において温度６５０〜５５４．３℃、圧力３５０〜１
９９　ｋｇ　ｆ　７ｃｍ２（Ｄ運転条件トナル。

第２図は、第１表に示す開発材並びに比較材のスケール
厚さとＶ量との関係を示す。試験は６５０℃水蒸気中に
１０００ｈ保持した材料のスケール厚さを観県した。こ
の結果によれば、スケール厚さはＶ量の増加と共に増大
し耐水蒸気酸化性が低下していることがわかる。

いま、スケール厚さの基準として現用材の５６６℃のｍ
１４２　〔ｐｍ〕＊取ｎばＶ量が１．５％以下で一種以
上の希土類元素を含む提案材は約４０〔μｍ〕゛以下と
なり６５９℃と温度が約１００℃高いにもかかわらず現
用材と同等以上の耐水蒸気酸化性全有することがわかる
。

すなわち、本実施例によれは■蓋＝ｉ０．１５％以下に
制限し希土類元素を添加することばＣｒ　Ｎ　ｓ合金の
耐水蒸気酸化性を改善するために効果がめることが明ら
かとなった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ｖｌｖｏ、ｉ５％以下とし希土類元素
ｔ−−ｍ以上添加することによりＣｒ−Ｎｉ合金の６５
０℃における耐水蒸気酸化性を改善でき商温高圧タービ
ン用動萬材として有望であることが明らかとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は高温高圧タービンの断面図、第２図は本発明材
料と比較材のスケール厚さと■諷との関係線図である。 １０・・・動輿、１２・・・ロータ、１４・・・静翼、
１６・・・内部ケーシング、２０・・・外部ケーシング
。 代理人　弁理士　冒檎明夫 第　１　巴 第　２　図 Ｖ　ｖ　Ｃｗｔ％〕 第１頁の続き ｏｌｎｔ、ＣＩ、４　識別記号　庁内整理番−一４゜ ３ 号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量比で０，１５％以下のＣ，２ｑ６以下のＭｎ。 １．５係以下のＳｉ、１０〜２０％のＣｒ、２０〜３０
   ％のＮ；、ｏ、ｓ〜３チのＭＯ＋　”〜３％のＴ；、ｏ
   、１〜０．５チのＡｔ、０．００２〜０．０１％のＢ、
   および１％以下の希土類元素を含有することを特徴とす
   る蒸気タービン動翼用Ｃｒ−４Ｊｉ合金。