JPS6070125A

JPS6070125A - タ−ビンロ−タの製造方法

Info

Publication number: JPS6070125A
Application number: JP17699383A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ebisutani; 戎谷　隆; Kanji Kawaguchi; 川口　寛二; Mitsuo Kawai; 光雄河合; Osamu Watanabe; 修渡辺
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-09-27
Filing date: 1983-09-27
Publication date: 1985-04-20

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】〔発明の技術分野〕本発明はタービンロータの製造方法に関し、更に詳しく
は、高温でのクリープ強度及びクリープ破断強さに優れ
、経年曲がシを起すことがないとともに、脆性破壊に対
する安全性、信頼性も高いタービンロータの製造方法に
関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

現在、タービンロータ用の材料とじ七は、真空中でカー
ボン脱酸したクロム−モリブデン−バナジウム鋼（Ｃｒ
ＭＯＶ鋼）が使用されている。この材料で製造されたタ
ービンロータは、高圧又は中圧下での運転中に高温に曝
され、特に初段付近が５６６℃もの、高温になることか
ら、該ロータに経年的臼がシが生じ運転時の振動発生を
招く。

この経年＃がルはＣｒＭＯＶ銅の高温でのクリープ強度
不足に基づくものである。したがって、ロータの経年曲
がシの発生を防止するためには、ＣｒＭｏＶ鋼の高温で
のクリープ強度を向上さぜることが必要である。

ＣｒＭｏＶ鋼の高温クリープ強度を向上させる方法の１
つとして、この鋼材を焼入れするときの温度を高める方
法がある。この場合、従来のロータ用ＣｒＭＯＶ鋼材は
、所定組成の鋼材を高周波炉又はアーク炉で溶解したの
ちこの溶湯を所定の鋳型に流し込んでそのまま凝固せし
めて製造されている。

しかしながら、このような従来の方法で製造したＣｒＭ
ｏＶ鋼の場合には、焼入温度を高めると、たしかにクリ
ープ強度は向上するものの、その反面では延性、靭性が
低下すると同時に切欠弱化が発生し易くなる。

そのため、従来の焼入温度は、ロータの脆性破壊に対す
る安全性、信頼性の観点から、クリープ強度、延性、靭
性をバランスさせるような温度であり、通常採用されて
いるのは９５０〜９７０９Ｃ程度の温度である。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した点を考慮してなされたもので、高温
クリープ強度が高く、経年曲がシが抑制されると同時に
、延性、靭性にも優れていて脆性破壊に対する安全性、
信頼性の高いタービンロータの製造方法の提供を目的と
する。

〔発明の概要〕

本発明方法は、炭素（（、’１０．１５〜０．３０重量
係。

ケイ素（Ｓｔ）　０．５重量％以下、マンガン（Ｍｎ）
　１．０重数チ以下、ニッケル（Ｎｉ　）若しくはコバ
ルト（ＣＯ）のいずれか又は両方が０．１〜１．５重量
％、クロム（Ｃｒ）　０．５〜３．０重量％、モリブデ
ン（ＭＯ）０．３〜１．５　重ｆｉ％　、　ハｆ　シウ
ムＣｖ）０．１〜０．３０重量％、残部が鉄（Ｆｅ）及
び不可避的不純物から成を組成を有し、かつエレクトロ
スラグ再浴解法で調製された鋼塊を、鍛造・成形してタ
ービンロータ素体とし、該素体を９５０〜１０７０℃で
加熱したのち焼入れし、ついで６００〜７５０℃で焼戻
しすることを特徴とする。

本発明方法を適用するＣ　ｒＭＯＶ鋼の鋼塊は、上記し
た組成を基本組成とするが、他の態様として、ここに更
にニオブ（Ｎｂ）若しくはタンタルＣＴ＆）のいずれか
又は両方が０．０１〜０．３０重１％含有されているも
の；また更には、Ｎｂ若しくはＴａのいずれか又は両方
が０．０１〜０．３０重ｔ％、タングステン（Ｗ）０．
５〜２．０重３１％又はホウ素ＣＢ）０．００２〜ｏ、
ｏ　ｉ　ｓ重ｔ％含有されているもの；であってもよい
。そして、この鋼塊はエレクトロスラグ再溶解処理を°
施して得られた鋼塊であることが必要である。

上記した鋼塊の組成において、Ｃは引張強さやクリープ
強度を確保するために必要な元素で、　０．１５重ｔ％
未満では所望する特性が得られず、また０、３０重１ｔ
ｓを超えると靭性の低下を招くので、その含有量は０．
１５〜０．３０重量％とする。好ましくは０．１８〜０
５２８重ｔチである。

Ｓｌは脱酸剤として添加する元素であるが、過剰の添加
は靭性の低下を招くので含有量の上限を０．５Ｉ■とす
る。好ましぐは０．０２〜０゜２重量％である。

ＭｎはＳｌと同様に脱酸剤として機能する元素であるが
、過剰の添加はクリープ強度の低下を招くので含有針の
上限を１．０重ｉｔ％とする。好ましくは０゜３〜０．
８重量％である。

Ｎｉ、ｃｏはいずれも鋼塊中のデルタフェライトの生成
を抑制して均一組織のベーナイト若しくはマルテンサイ
トの生成に寄与する成分であるが、それぞれの成分又は
両者全体の含有針が０．１重量−未満ではその効果は充
分に発揮されず、また１、５重量％ヲ超えるとクリープ
強度の低下を招くので含有針を０．１〜１．５重量％と
する。好ましくは０．５〜１．３重量％である。

Ｃｒ　は鋼塊の焼入れ時に焼入性を向上させるとともに
引張強さを高めるのに必要な元素であシ、含有針が０．
５重１昧満ではその効果が充分発揮されず、また３、０
重量％を超えると高温クリープ強度の低下を招くので、
含有量を０．５〜３．０重量％とする。好ましくは、０
．８〜２．０重量％である。

Ｍｏはクリープ破断強さを高め焼戻脆性を防止するため
に必俄な元素で、０．３重１％未満ではその効果が充分
ではなく、また１、５重量％を超えると鋼塊中にフェラ
イト相が生成してクリープ破断強さ、靭性の低下を招く
ので、含有量を０゜３〜１．５重量％とする。好ましく
は０．６〜１．４重量％である。

■はクリープ破断強さの向上に必要な元素であ、り、０
．１重１％未満の場合にはその効果が充分ではなくｓま
た０、３重量％を超えるとＭＯの場合と同様にフェライ
ト相が生成するので、含有１を０．１〜０．３重１％と
する。好ましくは０．１５〜０．２８８重量％ある。

Ｎｂ　、　’ｌ’ａはいずれも、鋼塊の中に微細な炭穿
化物を析出、分散せしめて鋼塊のクリープ破断強さを高
める作用を果す元素であるが、しかし、それぞれ単独又
は両者を合せた含有量がｏ、ｏ　ｉ重＃−未満の場合に
は上記した効果は充分に発揮されず、また０、３重１％
を超えると、後述するエレクトロスラグ再溶解処理を行
なっても、得られた鋼塊の中心部には粗大な炭（窒）化
物が生成して延性、靭性の低下を招くので、含有量をｏ
、ｏ　ｉ〜０．３重量％とする。好ましくはＱ、Ｏ゛２
〜０．１５重量％である。

また、Ｗはクリープ破断強さを更に向上させる元素であ
υ、少なくとも０．５重量％が必要であるが、しかし２
．０重量％を超えて添加すると鋼塊中にフェライト相を
生成してクリープ破断強さの低下を招くので、その含有
針を０．５〜２．０重量％とする。好ましくは０．５〜
１．５重量％である。

Ｂはクリープ破断強ざの更なる向上に資する元素である
が、その含有量が０．００２重量％未満では効果が充分
でなく、また０、０１５重量−を超えると鋼塊の鍛造工
程で鍛造性が著しく損われるので、その含有量を０．０
０２〜０．０１５重量％とする。好ましくは０．００３
〜０．０１２重１％である。

なお、上記元素の外に、更に窒業（Ｎ）を含有せしめる
と、Ｎは鋼塊中でフェライト相の生成を抑制しかつ微細
に析出・分散する炭窒化物を生成してクリープ破断強さ
を向上せしめるので有用である。このとき、Ｎの含有量
が０．０２重量％の場合には上記効果が充分発揮されず
、また０、１重ｉ：チを超えると鋼塊中にビンポール、
ブローホールを発生するようになるので、含有量を０．
０２〜０．１重量％とする。好甘しくに０．０３〜Ｏ，
ＯＳ重社優とする。

このような組成の銅塊は、常法の金與溶解法で容易に調
製することができる。

本発明Ｋかかる鋼塊は、常法によって調製した上記組成
の鋼材をついでエレクトロスラグ再溶解して調製するこ
とを必要とする。エレクトロスラグ再溶解処理を施さな
いときには、得られた鋼塊は靭性が小さくなシ、脆性破
壊に対する安全性、信頼性の高いロータ材料とすること
はできない。

また、クリープ破断強さを高めるために焼入温度を高め
ると、耐湯を単に鋳型中で凝固せしめた従来の鋼材の場
合には室温での衝撃靭性や衝撃延性が大幅に低下してし
１うにもかかわらず、エレクトロスラグ再溶解を施した
鋼塊ではぞのようなことがなく衝撃靭性、クリープ破断
延性の低下が小さくなるのでこのエレクトロスラグ再溶
解処理は会費である。

本発明方法にあっては、このようにして調製された鋼塊
に所定の鍛造・成形処理を施してタービンロータの素体
とする。鍛造・成形は常法が適用される。

得られた素体を、つぎに、９５０〜１０７０℃の温度に
加熱したのち焼入れする。

温度が９５０℃よシも低い場合には、鋼塊中の炭（窒）
化物を固溶させて均質組織と所望の機械的強度を付与す
ることが充分性なえず、また１０７０℃よシも高いとき
には、鋼塊中の結晶粒が粗大化して全体として靭性の低
下を招く。好ましくは９６０〜１０５０℃である。とく
にｓ　Ｎｂ　＊　’ｌ’ａ　を含有する鋼塊については
、そのクリープ破断強さを向上させるために上記温度で
加熱したのち焼入れしてＮｂ、Ｔａの炭窒化物を装置に
固溶・再析出させることがよい。

また、加熱時間は格別限定されないが、通常５〜３０時
間程度でよい。焼入方法としては、水。

ファン−クールなどでよい１、焼入れ後、素体に６００〜７５０℃で焼戻し処理を施し
て本発明にかかる材料が得られる。

焼戻し温度が６００℃未満の場合には、充分な焼戻しが
行なわれないので所望の靭性が得られず。

また７５０℃を超えると所望の引張強さ、耐力が得られ
ない。好ましくは６３０〜７３０℃である。

焼戻しの時間は格別限定されず１通常１０〜７０時間程
度でよい。

このようにして得られたＣｒＭＯＶ鋼に所定の機械加工
を施して所望形状のタービンロータを製造することがで
きる。

〔発明の実施例〕

実施例１〜１５第１表に示した組成の鋼材をアーク炉で溶解し、その溶
湯をエレクトロスラグ再溶解の消耗電極用モールドに鋳
込んでインゴットとし、このインゴットを消耗電極とし
てエレクトロスラグ再溶解処理を行ない、得られた鋼塊
を鍛造してタービンロータ素体を製造した。ついで、素
体に第１表に示した条件の焼入れ、焼戻し処理を施した
のち、機械加工を施してタービンロータモデルとした。

これらモデルからそれぞれ試片を切出し、各試片につき
、引張試験、衝撃試験、クリープ破断試験を行なった。

得られた結果を一括して表に示した。

〔発明の効果〕

唇に示した結果からも明らかなように５本発明方法で製
造したＣ　ｒＭｏＶ　鋼は、比較例の材料に比べて引張
強さが優れるとともに伸び、絞シも大きく、また衝撃靭
性が著しく犬である。また、クリープ破断強さも、従来
のロータ材である比較例１に比べるとクリープ破断伸び
、絞りは同等以上であシ、クリープ破断強さも大きい。

したがって、本発明方法は、室温及び高温での機械的強
度に優れるとともに延性、靭性も向上したＣｒＭｏＶ鋼
を提供することができ、タービンロータ材の製造方法と
してその工業的価値は犬である。

−１１只−

Claims

【特許請求の範囲】１、炭素０．１５〜０．３０ｆｉｉ：％、ケイ素０゜５
重量％以下、マンガン１．０重量−以下、ニッケル若し
くはコバルトのいずれか又は両方が０゜１〜１．５重量
％、クロム０．５〜３．０型針チ、モリブデン０．３〜
１．５重量％、バナジウム０．１〜０．３０重量％、残
部が鉄及び不可避的不純物。から成る組成を有し、かつエレクトロスラグ再溶解法で
調製された鋼塊を、鍛造−成形してタービンロータ素体
とし、該素体を９５０〜１０７０℃で加熱したのち焼入
れし、ついで６００〜７５０℃で焼戻しすることを特徴
トスルタービンロータの製造方法。２、　炭素０．１５〜０．３０重量％、ケイ累０．５重
量％以下、マンガン１．０重量％以下、ニッケル若しく
はコバルトのいずれか又は両方が０．１〜１．５重量％
、クロム０．５〜３．０重量％、モリブデン０．３〜１
．５重量％、バナジウム０．１〜０．３０重量％、ニオ
ブ若しくはタンタルのいずれか又は両方が０．０１〜０
．３０重量％、残部が鉄及び不可避的不純物から成る組成を有し、かつエレクトロスラグ再溶解法で
調製された鋼塊を、鍛造・成形してタービンロータ素体
とし、該素体を９５０〜１０７０℃で加熱したのち焼入
れし、ついで６００〜７５０℃で焼戻しすることを特徴
トスるタービンロータの製造方法。３、炭素０．１５〜０．３０重量％、ケイ素０，５重量
％以下、マンガン１．０重量−以下、ニッケル若しくは
コバルトのいずれか又は両方が０．１〜１．５重量％、
クロム０．５〜３．０重量％、モリブデン０．３〜１．
５重量％、ノ１ナソウムｏ、ｉ〜０．３０重量％、ニオ
ブ若しくはタンタルのいずれか又は両方が０．０１〜０
．３０重量％、タングステン０．５〜２，０重量％又は
ホウ素０．００２〜０．０１５重量％、残部が鉄及び不
可避的不純物から成る組成を有し、かつエレクトロスラグ再浴解法で
調製された鋼塊を、鍛造・成形してタービンロータ素体
とし、該素体を９５０〜１０７０℃で加熱したのち焼入
れし、ついで６００〜７５０℃で焼戻しすることを特徴
トスるタービンロータの製造方法。