JPS61133365A - 蒸気タ−ビンロ−タ - Google Patents
蒸気タ−ビンロ−タInfo
- Publication number
- JPS61133365A JPS61133365A JP25410984A JP25410984A JPS61133365A JP S61133365 A JPS61133365 A JP S61133365A JP 25410984 A JP25410984 A JP 25410984A JP 25410984 A JP25410984 A JP 25410984A JP S61133365 A JPS61133365 A JP S61133365A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steam turbine
- rotor
- creep rupture
- turbine rotor
- rupture strength
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- Pending
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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】
［発明の技術分野］
本発明は蒸気タービンロータに係り、特に高温で優れ友
りリープ破断強さを示す１２Ｃｒ系鋼からなる蒸気ター
ビンロータに関する。
りリープ破断強さを示す１２Ｃｒ系鋼からなる蒸気ター
ビンロータに関する。
［発明の技術的背景とその問題点コ
近年建設が計画されている火力発電所の蒸気タービンは
、運転時のエネルギ効率を向上すべく、より高温で作動
することが望まれている。すなわち、従来の高圧タービ
ン入口における蒸気温置け５３８℃であったが、これを
６００℃程度に引上げ、同時に圧力も高圧化してプラン
ト全体としての熱効率向上を実現することが必要となっ
てきｆｔＯ従来より上記高圧タービンロータにはＣｒ−
Ｍｏ−Ｖ系鋼が採用され一定の実績が得られているが、
現在計画中のいわゆる超爾圧筒温タービンにおいては、
Ｃｒ −Ｍｏ −Ｖ系−とは全く異なった性質を有す
る１２Ｃｒ系鋼を素材とするタービンロータが採用され
る。この１ｚＣｒ系鋼はＣｒ −Ｍｏ −Ｎ’系鋼に比
し。
、運転時のエネルギ効率を向上すべく、より高温で作動
することが望まれている。すなわち、従来の高圧タービ
ン入口における蒸気温置け５３８℃であったが、これを
６００℃程度に引上げ、同時に圧力も高圧化してプラン
ト全体としての熱効率向上を実現することが必要となっ
てきｆｔＯ従来より上記高圧タービンロータにはＣｒ−
Ｍｏ−Ｖ系鋼が採用され一定の実績が得られているが、
現在計画中のいわゆる超爾圧筒温タービンにおいては、
Ｃｒ −Ｍｏ −Ｖ系−とは全く異なった性質を有す
る１２Ｃｒ系鋼を素材とするタービンロータが採用され
る。この１ｚＣｒ系鋼はＣｒ −Ｍｏ −Ｎ’系鋼に比
し。
クリープ破断強度が格段に優れ、また熱疲労強にも優れ
ているため、タービンの起動・停止や負荷変動時の繰送
シ、熱応力に対する抵抗が大きく運用の機動性を高める
上でも有効である。換言すれば現在のところ上記１２Ｃ
ｒ系鋼を採用することによって初めて超測圧高温タービ
ンを実現できるということができるのである。
ているため、タービンの起動・停止や負荷変動時の繰送
シ、熱応力に対する抵抗が大きく運用の機動性を高める
上でも有効である。換言すれば現在のところ上記１２Ｃ
ｒ系鋼を採用することによって初めて超測圧高温タービ
ンを実現できるということができるのである。
しかしながら、発電設備は極めて公共性が高い施設であ
り、またその建設には巨額の黄金が投入されるものであ
るから、その設備自体は絶対的な信頼性を有するもので
なけれはならない。したがって新規な構成を導入するこ
とによって、一方で効率が向上したとしても、他方で信
頼性が低下し事故等が生ずることは許されないという事
情かめる。特に回転体であるタービンロータには常時巨
大な遠心力が作用しているため、事故が生じた場合、大
惨事に至るおそれがある。し友がって、このタービンロ
ータを構成する材料の選定は慎重に行われ、少しでも諷
温強度に優れた材料の開発が望まれている。
り、またその建設には巨額の黄金が投入されるものであ
るから、その設備自体は絶対的な信頼性を有するもので
なけれはならない。したがって新規な構成を導入するこ
とによって、一方で効率が向上したとしても、他方で信
頼性が低下し事故等が生ずることは許されないという事
情かめる。特に回転体であるタービンロータには常時巨
大な遠心力が作用しているため、事故が生じた場合、大
惨事に至るおそれがある。し友がって、このタービンロ
ータを構成する材料の選定は慎重に行われ、少しでも諷
温強度に優れた材料の開発が望まれている。
［発明の目Ｆｆ：Ｊ］
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、高温のクリ
ープ破断強さおよび延性、靭性を向上し、脆性破壊に対
する安全性、信頼性を高めた１２ Ｃｒ系鋼からなる蒸
気タービンロータを提供することを目的とする。
ープ破断強さおよび延性、靭性を向上し、脆性破壊に対
する安全性、信頼性を高めた１２ Ｃｒ系鋼からなる蒸
気タービンロータを提供することを目的とする。
［発明の概要コ
本発明ｔｉ、従来の１２Ｃｒ系鋼製タービンロータの化
学組成、溶解方法および熱処理方法などについて広範囲
に実験探求した結果なされたもので、これを具体的に述
べれば、重量パーセントで、Ｃ０．１〜０．２５Ｔｏ
、 ８１ ０．５％以下、 Ｍｎ ０．１−１．０ ％
、 Ｎｉ０．１〜１．５ ’１４ 、 Ｃｒ ９．
０−１３．Ｏ％ 、 Ｍｏ ０．５＝２．０ ％ 。
学組成、溶解方法および熱処理方法などについて広範囲
に実験探求した結果なされたもので、これを具体的に述
べれば、重量パーセントで、Ｃ０．１〜０．２５Ｔｏ
、 ８１ ０．５％以下、 Ｍｎ ０．１−１．０ ％
、 Ｎｉ０．１〜１．５ ’１４ 、 Ｃｒ ９．
０−１３．Ｏ％ 、 Ｍｏ ０．５＝２．０ ％ 。
Ｖｏ、１−０．３％ｅ ＷＯ−５〜２．０ ％ 、Ｎｂ
＊ Ｔａの少なくとも一種０．０３〜０．３ ％ 、
Ｎ ０．０３〜０．１ ％ 、 Ｂ ０．００１〜ｏ
、 ｏ ｏ ｓ％、さらに必要に応じＣＯ０．ｌ−１，
５チ、残部Ｆｅおよび不随的不純物より成る合金組成で
あって実質的にフェライト組織を含まない焼戻しマルテ
ンサイト組織である鉄基合金から構成された蒸気 、・
タービンロータである。
＊ Ｔａの少なくとも一種０．０３〜０．３ ％ 、
Ｎ ０．０３〜０．１ ％ 、 Ｂ ０．００１〜ｏ
、 ｏ ｏ ｓ％、さらに必要に応じＣＯ０．ｌ−１，
５チ、残部Ｆｅおよび不随的不純物より成る合金組成で
あって実質的にフェライト組織を含まない焼戻しマルテ
ンサイト組織である鉄基合金から構成された蒸気 、・
タービンロータである。
この発明に係る蒸気タービンロータは次のようにして製
造しうる。先ず所要量の元素を配合し溶解後真空カーボ
ン脱酸或はエレクトロスラグ再溶屏を行なつ次のち鋳造
して造塊し、次いで１１００−１３００℃に加熱後さら
に鍛造しロータ形状化してから、１０００〜１１５０℃
で均一に加熱する。この加熱は上記１０００〜１１５０
℃の温度で完全にオーステナイト組織に変態するに充分
な時間性なう。
造しうる。先ず所要量の元素を配合し溶解後真空カーボ
ン脱酸或はエレクトロスラグ再溶屏を行なつ次のち鋳造
して造塊し、次いで１１００−１３００℃に加熱後さら
に鍛造しロータ形状化してから、１０００〜１１５０℃
で均一に加熱する。この加熱は上記１０００〜１１５０
℃の温度で完全にオーステナイト組織に変態するに充分
な時間性なう。
かくして合金組織を完全にオーステナイト組織に変態さ
せたのち、油中あるいは水噴霧などで約１００℃まで急
冷する。この急冷により合金はｒ −α′変態により、
実質的に均一なマルテンサイト組織となるｏしかる後、
このまま１００℃付近Ｃ：数ｌθ時間維持し均質化する
。
せたのち、油中あるいは水噴霧などで約１００℃まで急
冷する。この急冷により合金はｒ −α′変態により、
実質的に均一なマルテンサイト組織となるｏしかる後、
このまま１００℃付近Ｃ：数ｌθ時間維持し均質化する
。
しかして５５０℃〜７００℃で数時間から数１０時間維
持して焼戻しを行なうと合金の組織は最終的喀：焼戻し
マルテンサイト組織となり、高温での優れたクリープ強
さと、低温での優れｔ靭性を有する蒸気タービンロータ
を得ることが出来る０次に本発明に係る蒸気タービンロ
ータの組成成分の限定理由につき説明するＯ Ｃ：０．１〜０．２５％ Ｃは引張強さやクリープ破断強さを確保するために必要
な元素であり、０．１％未満ではフェライト相が生成し
て所要の特性が得られず、また０、２５％を越えると低
温における靭性が低下することからこの範囲とするＯ ｓｉ：ｏ、ｓ−以下 ８ｉｉｉ溶解時に脱酸剤として添加する元素であるが、
多量の添加は靭性の低下を招き、ま友フェライト生成の
原因となるので０．５％以下とするＯＭｎ ： ０．１
−１．０ ％ Ｍｎ １４脱酸、脱硫剤として添加する元素で０．１チ
未満ではその効果が十分でなく、逆に１．ＯＳを越える
と高温残置が低下するので上記範囲とする。
持して焼戻しを行なうと合金の組織は最終的喀：焼戻し
マルテンサイト組織となり、高温での優れたクリープ強
さと、低温での優れｔ靭性を有する蒸気タービンロータ
を得ることが出来る０次に本発明に係る蒸気タービンロ
ータの組成成分の限定理由につき説明するＯ Ｃ：０．１〜０．２５％ Ｃは引張強さやクリープ破断強さを確保するために必要
な元素であり、０．１％未満ではフェライト相が生成し
て所要の特性が得られず、また０、２５％を越えると低
温における靭性が低下することからこの範囲とするＯ ｓｉ：ｏ、ｓ−以下 ８ｉｉｉ溶解時に脱酸剤として添加する元素であるが、
多量の添加は靭性の低下を招き、ま友フェライト生成の
原因となるので０．５％以下とするＯＭｎ ： ０．１
−１．０ ％ Ｍｎ １４脱酸、脱硫剤として添加する元素で０．１チ
未満ではその効果が十分でなく、逆に１．ＯＳを越える
と高温残置が低下するので上記範囲とする。
Ｎｉ ： ０．１〜１．５％
Ｎｉはフェライト相の生成を抑え均一なマルテンサイト
組織を得るために必要な元素であるが、０．１未満では
その効果が発揮されに＜＜、ｔ７ｔ１．５％を越えると
クリープ破断強度を低下させるのでこの範囲とする０ Ｃｒ ： ９．０ ＝ １３．０ ％Ｃｒハ
本発明に係るタービンロータの機械的性質を得るのに必
要な元素で、９．（１％未満では必要とするクリープ破
断強度が確保し離＜、また１３．０％を越えるとフェラ
イトが生成して高温強度が劣化するのでこの範囲とする
。
組織を得るために必要な元素であるが、０．１未満では
その効果が発揮されに＜＜、ｔ７ｔ１．５％を越えると
クリープ破断強度を低下させるのでこの範囲とする０ Ｃｒ ： ９．０ ＝ １３．０ ％Ｃｒハ
本発明に係るタービンロータの機械的性質を得るのに必
要な元素で、９．（１％未満では必要とするクリープ破
断強度が確保し離＜、また１３．０％を越えるとフェラ
イトが生成して高温強度が劣化するのでこの範囲とする
。
Ｍｏ ： Ｑ、５〜２．０％
ＭＯハ炭化物を形成してクリープ破断強度を向上し、ま
九焼戻し脆性を防止するために必要な元素で、０．５％
未満ではその効果が十分ではなく、逆に２．０％を越え
るとフェライト相が生成してクリープ破断強さの低下や
靭性の低下をきたすので上記範囲とする。
九焼戻し脆性を防止するために必要な元素で、０．５％
未満ではその効果が十分ではなく、逆に２．０％を越え
るとフェライト相が生成してクリープ破断強さの低下や
靭性の低下をきたすので上記範囲とする。
Ｖ：０．１〜０．３％
■は炭化物を生成しクリープ破断強度の向上に必要な元
素であるが、ｏ、１％未満ではその効果が十分に得られ
ず、また０、３％を越えるとＭＯと同様にフェライト相
が生成して高温強度を低下させるので上記範囲とする。
素であるが、ｏ、１％未満ではその効果が十分に得られ
ず、また０、３％を越えるとＭＯと同様にフェライト相
が生成して高温強度を低下させるので上記範囲とする。
Ｗ：０．Ｓ〜２．０チ
Ｗは固溶体強化により高温強度の向上に必要な元素であ
るが、０．５％未満ではその効果が十分でなく、ま次２
．Ｏ％を越えるとＭｏと同様にフェライト相が生成して
クリープ破断強度を低下させるのでこの範囲とするＯ Ｎｂ、Ｔａの少なくとも一種： ０．０３−０．３％Ｎ
ｂおよびＴａは本発明に係る蒸気タービンロータを構成
する１２ｃｒ系鋼の素地中に炭窒化物として微細に析出
分散してクリープ破断強をおよび靭性を向上させる元素
で、その量が０．０３％未満では十分な効果が得られず
％ま７ｔ０．３％を越えるとロータ中心部に粗大な炭窒
化物を生成して延性を劣化させるのでこの範囲とする。
るが、０．５％未満ではその効果が十分でなく、ま次２
．Ｏ％を越えるとＭｏと同様にフェライト相が生成して
クリープ破断強度を低下させるのでこの範囲とするＯ Ｎｂ、Ｔａの少なくとも一種： ０．０３−０．３％Ｎ
ｂおよびＴａは本発明に係る蒸気タービンロータを構成
する１２ｃｒ系鋼の素地中に炭窒化物として微細に析出
分散してクリープ破断強をおよび靭性を向上させる元素
で、その量が０．０３％未満では十分な効果が得られず
％ま７ｔ０．３％を越えるとロータ中心部に粗大な炭窒
化物を生成して延性を劣化させるのでこの範囲とする。
Ｎ ： ０．０３〜０．１チ
Ｎ［フェライト相の生成を抑えるとともに炭窒化物を生
成してクリープ破断強度を向上させるに必要な元素で、
０．０３％未満ではその効果が十分でなく、また０、１
％セ越えるとピンホールやブロー水 □″−ルを発生
させることがあるので上記範囲とするＯＢ ： ０．０
０１〜０．００５％ Ｂは焼入性を向上させるとともにクリープ破断強さを向
上させるのに必要な元素で、その効果を得る九めには０
．００１％以上の添加が必要であるが、逆にｏ、ｏｏｓ
％を越えて添加するとロータ製造時にＣｏ１ｄフエライ
ト相の生成防止に効果のある元素で、その友めには０．
１％以上の添加が必要であるが、１．５チを越えるとク
リープ破断強さを低下させるので上記範囲とする。
成してクリープ破断強度を向上させるに必要な元素で、
０．０３％未満ではその効果が十分でなく、また０、１
％セ越えるとピンホールやブロー水 □″−ルを発生
させることがあるので上記範囲とするＯＢ ： ０．０
０１〜０．００５％ Ｂは焼入性を向上させるとともにクリープ破断強さを向
上させるのに必要な元素で、その効果を得る九めには０
．００１％以上の添加が必要であるが、逆にｏ、ｏｏｓ
％を越えて添加するとロータ製造時にＣｏ１ｄフエライ
ト相の生成防止に効果のある元素で、その友めには０．
１％以上の添加が必要であるが、１．５チを越えるとク
リープ破断強さを低下させるので上記範囲とする。
かかる組成成分を有し実質的にマルテンサイト組織とな
るよう調壓された蒸気タービンロータは、クリープ破断
強さおよび靭性に優れ、超高圧高温タービンのロータと
して最適である。
るよう調壓された蒸気タービンロータは、クリープ破断
強さおよび靭性に優れ、超高圧高温タービンのロータと
して最適である。
［発明の実施例］
本発明に、以下に述べる実施例および比較例についての
試験結果から一層明瞭に理解されるＣ試験は表−１に示
す各種組成成分に調整された試験片について実施した。
試験結果から一層明瞭に理解されるＣ試験は表−１に示
す各種組成成分に調整された試験片について実施した。
試験片の作製手順は次のとおりである。まず、高周波真
空誘導溶解炉にて鋼塊を溶解すると共に、表−１に示す
組成成分となるよう必要な元素を添加調製し、真空カー
ボン脱酸、真空造塊を行つ九後、得られ九鋼塊を１２０
０℃に加熱し、円柱状に鍛錬してタービンロータ形状素
体を得る。次に上記タービンロータ形状素体から適宜の
大きさの試料材を切出し、これに表−２に示す調質熱処
理を施した０この熱処理はロータ中心部をシミュレート
したものである。
空誘導溶解炉にて鋼塊を溶解すると共に、表−１に示す
組成成分となるよう必要な元素を添加調製し、真空カー
ボン脱酸、真空造塊を行つ九後、得られ九鋼塊を１２０
０℃に加熱し、円柱状に鍛錬してタービンロータ形状素
体を得る。次に上記タービンロータ形状素体から適宜の
大きさの試料材を切出し、これに表−２に示す調質熱処
理を施した０この熱処理はロータ中心部をシミュレート
したものである。
こうして熱処理を経て均質な焼戻しマルテンサイト組織
となつ几試料材から、各試験に供する試験片をｆ’ｌ：
農し友。
となつ几試料材から、各試験に供する試験片をｆ’ｌ：
農し友。
以下余白
しかして得られた試験片を用いて引張試験、衝撃試験お
よびクリープ破断試験を行ない１表−３に示す結果を得
た。
よびクリープ破断試験を行ない１表−３に示す結果を得
た。
表−３
表−３に示し次５０％ＦＡＴＴとは衝撃試験した後の試
読片破面において延性破面が５０チを占める試験温度の
ことで、この温度が低いほど靭性が優れていることを示
す。
読片破面において延性破面が５０チを占める試験温度の
ことで、この温度が低いほど靭性が優れていることを示
す。
表−３より明らかなように、本発明の実施例１〜４は従
来から用いられている１２Ｃｒ系鋼である比較例１，２
に較べ、クリープ破断強さおよび靭性に優れ、しかも低
温における引張強さや延性も損われておらず、蒸気ター
ビンロータとして優れていることが理解される。
来から用いられている１２Ｃｒ系鋼である比較例１，２
に較べ、クリープ破断強さおよび靭性に優れ、しかも低
温における引張強さや延性も損われておらず、蒸気ター
ビンロータとして優れていることが理解される。
［発明の効果コ
以上のとおり１本発明は特定の組成成分であって実質的
にマルテンサイト組織からなる鉄基合金で構成したから
、本発明によればクリープ破断強度および靭性に優れた
蒸気タービンロータを得ることができる。なお、上記鉄
基合金はガスタービンその他の高温部材にも適用でき、
耐熱鋼としてもすこぶる有用である。
にマルテンサイト組織からなる鉄基合金で構成したから
、本発明によればクリープ破断強度および靭性に優れた
蒸気タービンロータを得ることができる。なお、上記鉄
基合金はガスタービンその他の高温部材にも適用でき、
耐熱鋼としてもすこぶる有用である。
Claims (2)
- （１）重量パーセントで、Ｃ０．１〜０．２５％、Ｓｉ
０．５％以下、Ｍｎ０．１〜１．０％、Ｎｉ０．１〜１
．５％、Ｃｒ９．０〜１３．０％、Ｍｏ０．５〜２．０
％、Ｖ０．１〜０．３％、Ｗ０．５〜２．０％、Ｎｂ、
Ｔａの少なくとも一種０．０３〜０．３％、Ｎ０．０３
〜０．１％、Ｂ０．００１〜０．００５％、残部Ｆｅお
よび付随的不純物より成る合金組成であつて実質的にマ
ルテンサイト組織である鉄基合金で構成されている蒸気
タービンロータ。 - （２）重量パーセントで、Ｃ０．１〜０、２５、Ｓｉ０
．５％以下、Ｍｎ０．１〜１．０％、Ｎｉ０．１〜１．
５％、Ｃｒ９．０〜１３．０％、Ｍｏ０．５〜２．０％
、Ｖ０．１〜０．３％、Ｗ０．５〜２．０％、Ｎｂ、Ｔ
ａの少なくとも一種０．０３〜０．３％、Ｎ０．０３〜
０．１％、Ｂ０．００１〜０．００５％、Ｃｏ０．１〜
１．５％、残部Ｆｅおよび付随的不純物より成る合金組
成であつて実質的にマルテンサイト組織である鉄基合金
で構成されている蒸気タービンロータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25410984A JPS61133365A (ja) | 1984-12-03 | 1984-12-03 | 蒸気タ−ビンロ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25410984A JPS61133365A (ja) | 1984-12-03 | 1984-12-03 | 蒸気タ−ビンロ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61133365A true JPS61133365A (ja) | 1986-06-20 |
Family
ID=17260344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25410984A Pending JPS61133365A (ja) | 1984-12-03 | 1984-12-03 | 蒸気タ−ビンロ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61133365A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH07118812A (ja) * | 1993-10-26 | 1995-05-09 | Hitachi Ltd | 耐熱鋳鋼タービンケーシング及びその製造法 |
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| CN108359887A (zh) * | 2017-01-26 | 2018-08-03 | 国家电投集团科学技术研究院有限公司 | 钢材及其制备方法和应用 |
-
1984
- 1984-12-03 JP JP25410984A patent/JPS61133365A/ja active Pending
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