JPS6260447B2

JPS6260447B2 -

Info

Publication number: JPS6260447B2
Application number: JP304380A
Authority: JP
Inventors: Kanji Kawaguchi; Mitsuo Kawai; Osamu Watanabe
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-01-17
Filing date: 1980-01-17
Publication date: 1987-12-16
Also published as: JPS56102559A

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は低温での強度と靭性および高温での
強度がそれぞれすぐれた高低圧一体型蒸気タービ
ン用ロータの製造法に関する。（従来の技術）所謂る営業用の大型蒸気タービン用ロータが使
用蒸気の温度、圧力によつて高圧部、中圧部およ
び低圧部をそれぞれ所要の性質に応じた異種の材
質を組合せて構成しているのに対し、70〜80MW
程度以下の自家発電用蒸気タービンロータについ
ては小型化および機構の簡略化と言う見地から高
圧部から低圧部までを同一の材質で構成すること
が試みられている。ところで自家発電用蒸気ター
ビンについては使用蒸気温度が高々500℃であつ
たのに対し熱効率の向上から500℃以上の温度で
の使用にも耐える蒸気タービンや発電容量の大き
な蒸気タービンが望まれている。しかしこの種蒸
気タービン用ロータの構成材料として用いられて
いる表−１に示す如き組成の合金で高低圧一体型
蒸気タービン用ロータを構成した場合には次のよ
うな不都合さが認められる。

【表】添付図は高低圧一体型蒸気タービンの構成例を
示す一部切欠断面図であるが、合金Ａで高低圧一
体型蒸気タービン用ロータを構成した場合には蒸
気入口１附近………ａ部………の高温強度は充分
であるがロータ２中芯部の延性脆性遷移温度が80
〜120℃と高いため蒸気出口３附近………ｂ部…
……の温度が50℃程度であるタービンロータ２に
ついては脆性破壊に対する安全性を充分に保障し
得ないと言う欠点がある。一方合金Ｂで構成した
場合にはロータ２中芯部の延性脆性遷移温度が室
温以下と低いことから蒸気出口３附近………ｂ部
………のロータ２の脆性破壊に対する安全性を充
分確保しうる反面、蒸気入口１附近………ａ部…
……の高温強度が充分でなく、且つ構成合金がニ
ツケルを多重含むことから高温での長時間使用
（運転）において脆化し易いと言う不都合さがあ
る。さらに合金Ｃで構成した場合には蒸気入口１
………ａ部の高温強度が充分でなく、また蒸気出
口３附近………ｂ部………の靭性も充分と言えな
い。即ち上記合金Ａ、Ｂ、Ｃのいずれかを用いて
も構成された高低圧一体型蒸気タービン用ロータ
には一長一短があり、実用に供し難いと言う不都
合さがある。尚図において４は動翼を、５は静翼
を、６はケーシングをそれぞれ示す。（発明が解決しようとする問題点）従つて本発明は高温および低温ですぐれた強度
と低温でもすぐれた靭性とを有しており常に所要
の機能を発揮する高低圧一体型蒸気タービン用ロ
ータの製造法を提供しようとするものである。［発明の構成］（問題点を解決するための手段）以下本発明を詳細に説明すると本発明は真空カ
ーボン脱酸後の化学組成が重量比で炭素（Ｃ）
（0.05〜0.3％、硅素（Si）0.1％以下、マンガン
（Mn）0.3〜1.5％、クロム（Cr）9.0〜13.0％、ニ
ツケル（Ni）0.5〜2.5％、モリブデン（Mo）0.5
〜2.0％、バナジウム（Ｖ）0.1〜0.5％、ニオブ
（Nb）0.01〜0.5％、残部鉄および附随的不純物よ
りなる低合金鋼を原料とし鋳造および鍛造により
蒸気タービン用ロータ素体を先ず形成した後、こ
のロータ素体をオーステナイト化する際、蒸気タ
ービンの使用時に高温蒸気に曝される高圧部、中
圧部にあたる部分を1000〜1150℃に、また低圧部
にあたる部分は950〜1050℃に、かつこの際中、
高圧部との温度差を50〜100℃とし加熱処理し焼
入れを行い、次いで焼入れしたロータ素体を550
〜700℃で焼戻し処理を施こし実質的に焼戻しマ
ルテンサイト組織を生じさせる工程とを具備する
とを特徴とする高低圧一体型蒸気タービン用ロー
タの製造法である。しかして上記本発明に係る高低圧一体型上記タ
ービン用ロータは従来使用されているクロム−モ
リブデン−バナジウム（Cr−Mo−Ｖ）系合金
（合金Ａ）或いはクロム−モリブデン−バナジウ
ム−ニツケル（Cr−Mo−Ｖ−Ni）系合金（合金
Ｂ）などで構成したものに較べ高温強度および低
温での強度や靭性がすぐれており実用に充分供し
得るものである。（作用）本発明の高低圧一体型上記タービン用ロータを
構成する低合金鋼の組成分乃至組成比および製造
工程における熱処理条件などについて上記の如く
限定した理由を説明する。先ず上記低合金鋼の組
成分乃至組成比において炭素（Ｃ）は焼入性を向
上させ引張さや耐力を向上させるに必要な元素で
あるが、その量が0.05％未満ではフエライト相を
生成して実質的にマルテンサイト組織が得られ
ず、所要の引張強さや耐力を得ることが出来ず、
また0.30％を越えると靭性を低下させるのでこの
範囲とする。硅素（Si）およびマンガン（Mn）
は脱酸、脱硫剤として添加するものであるが、硅
素（Si）を多量に含有すると靭性を害することお
よび焼戻しの脆化度が大きくなるので0.10％以下
とする。一方マンガン（Mn）は焼入性を増し引
張強さを向上させるために、0.3％以上必要であ
るが硅素（Si）と同様に多量含有すると靭性を害
するので、1.5％以下とする。クロム（Cr）は高
温における強度を向上させ、また靭性を向上させ
るに必要な元素で、9.0％未満ではその効果が小
さくまた多量含有すると高温強度および靭性を低
下させるので13.0％の範囲内で選ばれる。さらに
ニツケル（Ni）は焼入性を向上させ低温におけ
る強度および靭性を向上させる元素であるが0.5
％未満ではその効果が十分でなくまた多量含有す
ると高温強度が低下するので、2.5％までとす
る。モリブデン（Mo）は焼入性を向上させまた
クロム（Cr）と同様高温強度を向上させるとと
もに焼戻し脆性を防止するに必要な元素で、0.5
％未満ではその効果が十分でなく多量含有すると
靭性を劣化させるので2.0％までとるす。バナジ
ウム（Ｖ）は高温強度を向上させるに必要な元素
であるが、0.1％未満ではその効果が十分でな
く、また多量含有すると靭性を劣化させることか
ら、0.5％までとした。さらにまたニオブ（Nb）
は結晶粒を微細にし靭性を向上させ、また微細な
炭化物を形成して高温強度を向上させるに必要な
元素であるがその量が0.01％未満ではその効果が
十分でなく、多量含有するとフエライト相が生成
して強度が低下するので、0.5％までとなり、上
記組成範囲の合金鋼でないと高低圧一体型タービ
ンロータとして所要の機能を果さないからであ
る。なおこの発明に係る高低圧一体型タービンロー
タの如き大型鋼塊においては、局部的な合金成分
のばらつきからフエライト相が生成しクリープ破
壊強さの低下をきたす恐れがあるため以下に示す
式でクロム当量を11以下とするのが望ましい。クム当量＝−40×Ｃ％−30×Ｎ％−２×Mn％ −４×Ni％＋Cr％＋４×Mo％＋６×Si％＋11×Ｖ％＋５×Nb％一方上記高低圧一体型タービンロータを製造す
るに際する熱処理において、高中圧部のオーステ
ナイト化温度は1000℃未満では十分な高温強度が
得られず、また1150℃を越えると高温での切欠弱
化が認められるためこの範囲とする。そして低圧
部のオーステナイト化温度は950℃未満ではフエ
ライト相が生成しやすく、低温の強度が十分に得
られず、また1050℃を越えると低温靭性が低下す
ることからこの範囲とする。なお高・中圧部のオーステナイト化温度は低圧
部のオーステナイト化温度より50〜100℃高い温
度範囲で選ばれるが、この範囲外では製造が難し
く、また50％未満では高中圧部における強度およ
び低圧部における靭性靭性が得られず、また1000
℃を越えると十分な強度および靭性が得られなく
なる。さらにまた焼戻し温度については550℃未
満では十分な焼戻し効果が得られず、従つて良好
な高温強度や靭性を得れないし、700℃を越えた
温度でも焼戻しでは所要の強度を得られないから
である。（実施例）次に本発明の実施例を記載する。まず表−２に示す化学組成の合金試料を用意し
溶解、鋳造した。この際鋳造の直前に真空カーボ
ン脱酸を実施した。鋳造後、熱間鋳造を行いロー
タモデルを作製した。

【表】次いでこのロータモデルを高中圧部に相当する
部分をオーステナイト化温度1050℃に、また低圧
部に相当する部分をオーステナイト化温度1000℃
にそれぞれ設定し、加熱したのち表層部および中
心部の冷却速度をシミユレートした冷却速度で焼
入れした。そして、570℃および640℃二段焼戻し
を行なつた後、それらのモデル片について引張試
験、２ミリＶノツチシヤルピー衝撃試験による50
％FATTの測定および高温クリープ破断試験を
行つた結果を表−３に示す。また参考までに前記
従来知られているロータ材Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ
用いた場合について表−４に示した。なお実際のロータにおいて油中および水噴霧冷
却した場合のロータ表層部の冷却速度は約600
℃／時間以上、中心部の冷却速度は50〜100℃／
時間程である。

【表】

【表】［発明の効果］表−３および表−４から明らかのように本発明
に係る高低圧一体型蒸気タービン用ロータの低圧
部は延性脆性遷移温度が低くまたその値が０℃以
下であることに伴ない脆性破壊に対する安全性も
向上する。しかも高圧部および中圧部に相当する
部分のクリープ破断強さも良好であるためタービ
ンの使用上記温度を向上させて熱効率の向上やタ
ービンの大容量化も図り得ると言う利点がある。
しかして本発明に係る高低圧一体型蒸気タービン
用ロータは中低圧用ロータとして用いうること勿
論である。

【図面の簡単な説明】

添付図は本発明を説明するための高低圧一体型
蒸気タービンの構成例を示す一部切欠断面図であ
る。１……タービン蒸気入口、２……タービンロー
タ、３……タービン蒸気出口、４……動翼、５…
…静翼、６……ケーシング、ａ部……ロータの高
温強度を要求される部分、ｂ部……ロータの靭性
を要求される部分。

Claims

【特許請求の範囲】１真空カーボン脱酸後の組成が、重量比で
C0.05〜0.3％、Si0.1％以下、Mn0.3〜1.5％、
Cr9.0〜13.0％、Mo0.5〜2.0％、V0.1〜0.5％、
Ni0.5〜2.5％、Nb0.01〜0.5％、残部Feおよび不
随的不純物よりなるFe基合金を溶解、鋳造し、
鍛造してタービンロータ形状素体に加工する工程
と、前記タービンロータ形状素体について、高温蒸
気下、高圧部および中圧部に相当する部分を1000
〜1150℃で、低圧部に相当する部分を950〜1050
℃でかつ、この際中高圧部との温度差を50〜100
℃とし、それぞれ加熱処理乃至焼入れを行なう工
程と、前記加熱処理等乃至焼入れ処理したタービンロ
ータ素体に550〜700℃で焼戻し処理を施して実質
的に焼戻しマルテンサイト組織を生じさせる工程
とを具備することを特徴とする高低圧一体型蒸気
タービン用ロータの製造法。