JPS6283451A - ガスタ−ビンデイスク - Google Patents
ガスタ−ビンデイスクInfo
- Publication number
- JPS6283451A JPS6283451A JP22358485A JP22358485A JPS6283451A JP S6283451 A JPS6283451 A JP S6283451A JP 22358485 A JP22358485 A JP 22358485A JP 22358485 A JP22358485 A JP 22358485A JP S6283451 A JPS6283451 A JP S6283451A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- gas turbine
- creep rupture
- weight
- martensitic steel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials 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。
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450℃〜5oo℃において高いクリープ破断
強度、300℃付近において高い耐力及び室温において
高い靭性値を有する耐熱鋼で作製した新規なガスタービ
ンディスクに関する。
強度、300℃付近において高い耐力及び室温において
高い靭性値を有する耐熱鋼で作製した新規なガスタービ
ンディスクに関する。
現在のガスタービンは、ガス温度1100 ’Y:であ
り、ディスク材としてはCr −M o −V鋼又は1
2Cr−2,5Ni−1,8Mo−0,35V鋼(M2
B5鋼)が知られている。
り、ディスク材としてはCr −M o −V鋼又は1
2Cr−2,5Ni−1,8Mo−0,35V鋼(M2
B5鋼)が知られている。
最近、省エネルギーの観点から、ガスタービンの効率向
上が望まれている。発電効率を向−1ニするにはガス温
度及び圧力をヒげるのが最も有効な手段である。ガス温
度を1100℃から1300℃に、圧力比を10から1
5まで高めることにより、相対比で約3%の効率向−■
−ができる。
上が望まれている。発電効率を向−1ニするにはガス温
度及び圧力をヒげるのが最も有効な手段である。ガス温
度を1100℃から1300℃に、圧力比を10から1
5まで高めることにより、相対比で約3%の効率向−■
−ができる。
これら高温・高圧(高効率)ガスタービン用ディスク材
としては、現流ガスタービンに用いられているCr−M
oV鋼及び1.2 Cr −2、5N il 、 8
M o −0、35V鋼(Ml−52鋼)では強度不足
で、これよりも高強度で汁っ靭性の高い材料が必要であ
る。クリープ破断強度の点では、Ni基合金及びCo基
合金が優れているが、これらの合金はコストが著しく高
い−にに、加工性(#1造性。
としては、現流ガスタービンに用いられているCr−M
oV鋼及び1.2 Cr −2、5N il 、 8
M o −0、35V鋼(Ml−52鋼)では強度不足
で、これよりも高強度で汁っ靭性の高い材料が必要であ
る。クリープ破断強度の点では、Ni基合金及びCo基
合金が優れているが、これらの合金はコストが著しく高
い−にに、加工性(#1造性。
切削性)が悪く、靭性が低い欠点がある。
現流ガスタービンに用いているC r −M o −V
鋼ディスク材は、450℃105h クリープ破断強度
が29−39kg/mm” 、 300℃0.02%耐
力が55 kg / mm 2であり、高温強度不足で
ある。
鋼ディスク材は、450℃105h クリープ破断強度
が29−39kg/mm” 、 300℃0.02%耐
力が55 kg / mm 2であり、高温強度不足で
ある。
また前述の現有M2B5鋼でも靭性は満足するがクリー
プ破断強度が不足である。
プ破断強度が不足である。
ガスタービンディスク材として特開56−158847
にマルテンサイト鋼が使用されることが公知である。し
かし、この材料では450℃における強度と靭性との両
方兼ね備えたものではない。
にマルテンサイト鋼が使用されることが公知である。し
かし、この材料では450℃における強度と靭性との両
方兼ね備えたものではない。
本発明の目的は、クリープ破断強度及び室温で高い靭性
を有する材料で作製したガスタービンディスクを提供す
ることにある。
を有する材料で作製したガスタービンディスクを提供す
ることにある。
本発明は、翼が植込まれる高速流の燃焼ガスによって回
転するディスクにおいて、ディスクは、450℃、10
5h クリープ破断強度50kg/mm”以上及び室
温のVノツチシャルピー衝撃吸収エネルギーが3 kg
−m以−にを有するマルテンサイト系鋼によって構成
されていることを特徴とするガスタービンディスクにあ
る。
転するディスクにおいて、ディスクは、450℃、10
5h クリープ破断強度50kg/mm”以上及び室
温のVノツチシャルピー衝撃吸収エネルギーが3 kg
−m以−にを有するマルテンサイト系鋼によって構成
されていることを特徴とするガスタービンディスクにあ
る。
即ち、本発明は新規なマルテンサイト系鋼を用いること
によってガス温度1 :(fl 0℃での運転が可能な
ガスタービンが達成できる顕著な効果を有する。
によってガス温度1 :(fl 0℃での運転が可能な
ガスタービンが達成できる顕著な効果を有する。
そのマルテンサイト系鋼の一例としては次の通りである
。
。
C0.07〜(1,16%■0.1〜0.3%Si0.
3%以下 Nb又は/及びゴa l’1.03〜0.1
5%Mn1.5%以下 N 0.02−0,10%N
i1.3〜1.9% 残部 Fe Cr9 〜13 % Mo1.3〜1.9% また次に示す式で計算されるCr当琥が10以下に成分
調整し、金属組織をδフェライトが含まない焼戻しマル
テンサイト組織にすることにより、使用中脆化が著しく
少なくなることも究明された。
3%以下 Nb又は/及びゴa l’1.03〜0.1
5%Mn1.5%以下 N 0.02−0,10%N
i1.3〜1.9% 残部 Fe Cr9 〜13 % Mo1.3〜1.9% また次に示す式で計算されるCr当琥が10以下に成分
調整し、金属組織をδフェライトが含まない焼戻しマル
テンサイト組織にすることにより、使用中脆化が著しく
少なくなることも究明された。
Cr当量=−40C−2Mn−4Ni −3ON−2c
o +6Si十Cr+4Mo+1.FIW+ 11V
+5Nb +2.5Ta(ここで成分は重敏%) さらに上記組成にCoを添加すると衝撃吸収工ネルイー
が若干低くなるもののクリープ破断強度が向−1−する
こと、Nbの代わりにTaを添加しても本発明の目的が
達成されることが実験的に未明された。
o +6Si十Cr+4Mo+1.FIW+ 11V
+5Nb +2.5Ta(ここで成分は重敏%) さらに上記組成にCoを添加すると衝撃吸収工ネルイー
が若干低くなるもののクリープ破断強度が向−1−する
こと、Nbの代わりにTaを添加しても本発明の目的が
達成されることが実験的に未明された。
本発明に係る鋼の熱処理はまず完全なオーステナイトに
変態するに充分な温度、最低1000℃、最高1100
℃に均一加熱し全マルテンサイト組織が得られる100
℃/h以上、好ましくは350〜b 600℃の温度に加熱保持し第1次焼戻しし、欣いで5
50℃〜630℃の温度に加熱保持し第2次焼戻しを行
う。焼入れは油中、水噴霧等によって行われる。
変態するに充分な温度、最低1000℃、最高1100
℃に均一加熱し全マルテンサイト組織が得られる100
℃/h以上、好ましくは350〜b 600℃の温度に加熱保持し第1次焼戻しし、欣いで5
50℃〜630℃の温度に加熱保持し第2次焼戻しを行
う。焼入れは油中、水噴霧等によって行われる。
高速回転体の破壊要因の一つに脆性破壊が一トげられる
。この脆性破壊に対する抵抗はvノツチシャルピー衝撃
吸収エネルギーの高い材料はど優れている。高温回転体
で最も重要なのはクリープ破断強度であり、設計許容応
力は10万時間クリープ破断強度で決定することが多い
。そこで本発明に係る材料の高温強度は高温・高速ガス
タービンディスク材のメタル温度である450℃におけ
る10万時間クリープ破断強度が50kg/+n++2
以上有しなければならない。好ましくは53 kg/
mm”以上である。また、ガスタービンディスクは起動
時は室温であるので、室温で急速回転による強い衝撃を
受けることから室温でのVノツチシャルピー値が3 k
g −m以上でなければならない。好ましくは4 kg
−m以上である。更に、好ましくは高速回転を受け、
メタル温度が約300℃で最大熱応力が発生するので、
0.02%耐力が70 kg/ mm”以上有するもの
が好ましい。50%衝撃脆性破面遷移温度が40℃以下
が好ましく特に30℃以下がよい。
。この脆性破壊に対する抵抗はvノツチシャルピー衝撃
吸収エネルギーの高い材料はど優れている。高温回転体
で最も重要なのはクリープ破断強度であり、設計許容応
力は10万時間クリープ破断強度で決定することが多い
。そこで本発明に係る材料の高温強度は高温・高速ガス
タービンディスク材のメタル温度である450℃におけ
る10万時間クリープ破断強度が50kg/+n++2
以上有しなければならない。好ましくは53 kg/
mm”以上である。また、ガスタービンディスクは起動
時は室温であるので、室温で急速回転による強い衝撃を
受けることから室温でのVノツチシャルピー値が3 k
g −m以上でなければならない。好ましくは4 kg
−m以上である。更に、好ましくは高速回転を受け、
メタル温度が約300℃で最大熱応力が発生するので、
0.02%耐力が70 kg/ mm”以上有するもの
が好ましい。50%衝撃脆性破面遷移温度が40℃以下
が好ましく特に30℃以下がよい。
本発明のガスタービンディスクに係るマルテンサイト鋼
は全焼戻しマルテンサイト組織を有しており、前述の組
成に対して、W2%以下、Aflo、2%以下、T:i
o、5%以下、Zr0.5%以下、その他Ca、Y、L
a、Cθ等の希土類元素0.3%以下の少なくとも1種
を含むことができる。更ニW 0 、2−1. 、0%
、 A Q 0.01〜0.1%、 ”T’ i
0.05〜0.2%、 Zr0.05−0.2%、C
a、Y、T、a、Ce等の希土類元素0.05〜0.1
5%の少なくとも1種含むことが好ましい。
は全焼戻しマルテンサイト組織を有しており、前述の組
成に対して、W2%以下、Aflo、2%以下、T:i
o、5%以下、Zr0.5%以下、その他Ca、Y、L
a、Cθ等の希土類元素0.3%以下の少なくとも1種
を含むことができる。更ニW 0 、2−1. 、0%
、 A Q 0.01〜0.1%、 ”T’ i
0.05〜0.2%、 Zr0.05−0.2%、C
a、Y、T、a、Ce等の希土類元素0.05〜0.1
5%の少なくとも1種含むことが好ましい。
本発明に係るマルテンサイト系鋼の成分範囲限定理由に
ついて説明する。Cは高い引張強さと耐力を得るために
最低0.07%必要である。しかしあまり多くすると、
高温に長時間さらされた場合に金属組織が不安定になり
、クリープ強度を低下させるので0.16%以下が好ま
しい。最も0.09〜0.13% が好ましい。
ついて説明する。Cは高い引張強さと耐力を得るために
最低0.07%必要である。しかしあまり多くすると、
高温に長時間さらされた場合に金属組織が不安定になり
、クリープ強度を低下させるので0.16%以下が好ま
しい。最も0.09〜0.13% が好ましい。
Siは脱酸剤、Mnは脱酸・脱硫剤として鋼の溶製の際
に添加するものであり、少量でも効果がある。Siはδ
フエライト生成元素であり、多量の添加は疲労及び靭性
を低下させるδフエライト生成原因になるので0.3%
以下が好ましい。しかしカーボン真空脱酸法及びエレク
トロスラグ溶解法などによればSi添加の必要がない、
Siは最も0.07%以下が好ましい。多量のMn添加
は高温強度を低下させるので1.5%以下が好ましい。
に添加するものであり、少量でも効果がある。Siはδ
フエライト生成元素であり、多量の添加は疲労及び靭性
を低下させるδフエライト生成原因になるので0.3%
以下が好ましい。しかしカーボン真空脱酸法及びエレク
トロスラグ溶解法などによればSi添加の必要がない、
Siは最も0.07%以下が好ましい。多量のMn添加
は高温強度を低下させるので1.5%以下が好ましい。
特に0.5〜0.9%が好ましい。
Crは耐食性と高温強度を高めるが13%を越えて添加
するとδフエライト組織生成の原因になる。8%より少
ないと耐食性及び高温度が不十分なので、Crは8〜1
−3%が好ましい。特に10.5〜11.5% が好ま
しい。
するとδフエライト組織生成の原因になる。8%より少
ないと耐食性及び高温度が不十分なので、Crは8〜1
−3%が好ましい。特に10.5〜11.5% が好ま
しい。
Moは固溶及び析出強化作用によってクリープ破断強度
を高めると同時に脆化防!L効果がある。
を高めると同時に脆化防!L効果がある。
1.0%未満ではクリープ破断強度向上効果が不十分で
あり、2.5% を越えるとδフエライト生成原因にな
る。1.3〜1.9%が好ましい。特に1.45〜1.
75が好ましい。
あり、2.5% を越えるとδフエライト生成原因にな
る。1.3〜1.9%が好ましい。特に1.45〜1.
75が好ましい。
■及びNbは炭化物及び窒化物を析出し高温強度を高め
ると同時に靭性向上効果がある。Vo、1%及びNb0
.03%未満ではその効果が不十分であり、Vo、3%
及びNb0.1,5% を越えるとδフエライト生成の
原因となると共にクリープ破断強度が低下傾向を示すよ
うになる。特に■0.15〜0.20%、Nb0.04
〜0.08%が好ましい。
ると同時に靭性向上効果がある。Vo、1%及びNb0
.03%未満ではその効果が不十分であり、Vo、3%
及びNb0.1,5% を越えるとδフエライト生成の
原因となると共にクリープ破断強度が低下傾向を示すよ
うになる。特に■0.15〜0.20%、Nb0.04
〜0.08%が好ましい。
Niは靭性を高め、かつδフエライト生成の防市効来が
あるが、1.3%以下ではその効果が十分でなく、2.
3% を越えるとクリープ破断強度を低下させる。1.
4〜2.0%が好ましく、特に1.5% を越えるNi
量が好ましい。
あるが、1.3%以下ではその効果が十分でなく、2.
3% を越えるとクリープ破断強度を低下させる。1.
4〜2.0%が好ましく、特に1.5% を越えるNi
量が好ましい。
Co添加は靭性を若干低める作用があるものの、固溶強
化作用によりクリープ強度を高める効果があり、4%以
下含有される。またδフエライト生成防止効果もある。
化作用によりクリープ強度を高める効果があり、4%以
下含有される。またδフエライト生成防止効果もある。
好ましくは1.5%以上ではクリープ破断強度向上効果
が高く、4%を越える添加は靭性を著しく低下させる。
が高く、4%を越える添加は靭性を著しく低下させる。
Wは2%以下でクリープ破断強度向上効果があるが0.
1%以下では十分でなく、0.2%〜1.0% が好ま
しく、特に0.5%以下が好ましい。
1%以下では十分でなく、0.2%〜1.0% が好ま
しく、特に0.5%以下が好ましい。
TaはNbと同じくクリープ強度及び靭性向上効果があ
る。0.03%未満ではその効果が不十分であり、0.
15% を越えるとδフエライト生成の原因になる。
る。0.03%未満ではその効果が不十分であり、0.
15% を越えるとδフエライト生成の原因になる。
本発明は、重量でCo、1〜0.25%y S −10
,5%以下、Mn1%以下、Cr12〜18%。
,5%以下、Mn1%以下、Cr12〜18%。
(]2)
Co 8〜.1.1%、MO3〜F)%、W3〜5%。
T i 4〜6%、AQ2〜4%、Bo、oi〜0.0
3%Z r 0.01−0,,15%、残部が実質的に
Niからなる鋳造合金からなり、時効処理が施されてい
る翼が植込まれ、該翼に燃焼ガスの衝突によって回転す
るロータにおいて、前記ディスクは450”C,105
時間クリープ破断強度が50kg/mm2以上及び20
℃Vノツチシャルピー衝撃値が3 kgにある。翼は空
気冷却のためにその冷却孔が設けられている。
3%Z r 0.01−0,,15%、残部が実質的に
Niからなる鋳造合金からなり、時効処理が施されてい
る翼が植込まれ、該翼に燃焼ガスの衝突によって回転す
るロータにおいて、前記ディスクは450”C,105
時間クリープ破断強度が50kg/mm2以上及び20
℃Vノツチシャルピー衝撃値が3 kgにある。翼は空
気冷却のためにその冷却孔が設けられている。
本発明に係るNi合金は好ましくは、C0,15〜0.
19%、Si0.1%以下、M n 0 、1%以下、
Cr 13 、7〜14 、3%、Co9〜10%。
19%、Si0.1%以下、M n 0 、1%以下、
Cr 13 、7〜14 、3%、Co9〜10%。
M o 3 、7−4 、3%、W3.7〜4.3%、
Nb011%以下、Ti4.8〜5.2%、AQ2.8
〜3.2%、Zr0.02〜0.1%、Ta0.,1%
以下、Hf0.1%以下、B 0.01〜0.02%。
Nb011%以下、Ti4.8〜5.2%、AQ2.8
〜3.2%、Zr0.02〜0.1%、Ta0.,1%
以下、Hf0.1%以下、B 0.01〜0.02%。
70.1%以下、F e 0.35%以下、Cu0.1
%以下、Mg0.1%以下、残部が実質的にNiからな
る合金からなる。
%以下、Mg0.1%以下、残部が実質的にNiからな
る合金からなる。
本発明は、上述の特定の組成を有するNi基合金と上述
のマルテンサイト系鋼との関係が特に好ましいものであ
る。翼はディスクの円周面上に埋込み部がクリスマスト
リー型に形成され、その部分がそれと反対に形成された
ディスクに機械的にはめ込まれる。このロータは高温側
の初段に使用される。
のマルテンサイト系鋼との関係が特に好ましいものであ
る。翼はディスクの円周面上に埋込み部がクリスマスト
リー型に形成され、その部分がそれと反対に形成された
ディスクに機械的にはめ込まれる。このロータは高温側
の初段に使用される。
本発明に係る2段目ロータとして使用される翼用Ni基
鋳造合金として1重量でC0,05〜0.15%、Si
0.3%以下、M n 0 、2%以下、Cr15〜1
7.5%、Co7.5−10.5%。
鋳造合金として1重量でC0,05〜0.15%、Si
0.3%以下、M n 0 、2%以下、Cr15〜1
7.5%、Co7.5−10.5%。
M o 1−3%、W1.5−3.5%、Nb0,3%
〜1.5%、Ti2.5〜5%、AQ2.5〜5%。
〜1.5%、Ti2.5〜5%、AQ2.5〜5%。
Z r 0.01〜0.15%、T81〜3%、B0.
003〜0.02%、及び残部実質的にNiからなる鋳
造合金で、溶体化処理及び時効処理が施されている。こ
れも同様に冷却孔がある。好ましくは、C0,09〜0
.13%、Si0.3%以下、Mn0.2%以下、Cr
15.7−16.3%。
003〜0.02%、及び残部実質的にNiからなる鋳
造合金で、溶体化処理及び時効処理が施されている。こ
れも同様に冷却孔がある。好ましくは、C0,09〜0
.13%、Si0.3%以下、Mn0.2%以下、Cr
15.7−16.3%。
608〜9%、MO1.5〜2%、W2.4〜2.8%
、Nb0.6〜1.1%t T i 3〜2〜3.7
%。
、Nb0.6〜1.1%t T i 3〜2〜3.7
%。
AQ3.2−3.7%、 Z r 0.03〜0.0
8%。
8%。
Ta1.5%〜2%、 R0.007〜0.01.2
%。
%。
F e 0.5%以下、Cu O、16%以下、残部実
質的にNiからなる合金からなる。この翼も初段と同様
に植込まれる。
質的にNiからなる合金からなる。この翼も初段と同様
に植込まれる。
初段翼は超高温にさらされるため、高温ガスによる腐食
を防止するために被覆が高温にさらされる翼部に設けら
れる。コーテング組成はAQ拡散被覆が好ましい。特に
M Or AQ Y (CoNi Cr AQ
Y) 合金が好ましい。合金コーテングはCVDに
よって行い、次いで拡散処理が施される。コーテング組
成は重量でCr i 0〜30%、A1110〜25%
、Yo、1〜5%、残部がCo及びNiからなる。特に
、Co 20〜30%、Cr15〜20%、An1.O
〜15%。
を防止するために被覆が高温にさらされる翼部に設けら
れる。コーテング組成はAQ拡散被覆が好ましい。特に
M Or AQ Y (CoNi Cr AQ
Y) 合金が好ましい。合金コーテングはCVDに
よって行い、次いで拡散処理が施される。コーテング組
成は重量でCr i 0〜30%、A1110〜25%
、Yo、1〜5%、残部がCo及びNiからなる。特に
、Co 20〜30%、Cr15〜20%、An1.O
〜15%。
Y0.2〜0.6%、残部がNiからなる合金が好まし
い。コーテングは冷却孔にも設けるのがよい。
い。コーテングは冷却孔にも設けるのがよい。
これらのロータは2段又は3段あり、いずれの場合も一
緒にボルト等で両端に設けられたシャフトに固定される
。シャフトには、Cr−MO−■鋼が使用される。これ
は、重量でC0,1〜0.4%、Si0.5%以下、M
n2%以下、Ni1%以下、Cr 0 、5−2%、M
o0.5〜2%、■0.1〜0.5%及び残部が実質的
にFeからなり、焼入れ及び焼戻しが施された材料によ
って構成されるのが好ましい。この材料には他に微量の
他の元素を含むことができる、Al、Ti、Zr。
緒にボルト等で両端に設けられたシャフトに固定される
。シャフトには、Cr−MO−■鋼が使用される。これ
は、重量でC0,1〜0.4%、Si0.5%以下、M
n2%以下、Ni1%以下、Cr 0 、5−2%、M
o0.5〜2%、■0.1〜0.5%及び残部が実質的
にFeからなり、焼入れ及び焼戻しが施された材料によ
って構成されるのが好ましい。この材料には他に微量の
他の元素を含むことができる、Al、Ti、Zr。
Nb、Hfの少なくとも1種を単独又は合計で0.5%
以下、好ましくは0.05〜0.2%含むことができる
。更に、Ca、Mg、Y、希土類元素を少なくとも1種
を嘔独又は合計で0.1%以下、好ましくは0.01〜
0.05%含むことができる。
以下、好ましくは0.05〜0.2%含むことができる
。更に、Ca、Mg、Y、希土類元素を少なくとも1種
を嘔独又は合計で0.1%以下、好ましくは0.01〜
0.05%含むことができる。
第1表に示す組成の試料をそれぞれ10kg溶解し、1
150℃にて鍛造し実験素材とした。この素材に第1表
に示すような熱処理を施した。熱処理後の素材からクリ
ープ破断試験片、引張試験片及びVノツチシャルピーl
ll撃試験片を採取し実験した。
150℃にて鍛造し実験素材とした。この素材に第1表
に示すような熱処理を施した。熱処理後の素材からクリ
ープ破断試験片、引張試験片及びVノツチシャルピーl
ll撃試験片を採取し実験した。
第1表において、賦香1.,3,4及び5は本発明に係
る材料であり、Nα2,6及び7は比較材である。比較
材6はガスタービンホイール及び蒸気タービンブレード
に使用されている材料である。
る材料であり、Nα2,6及び7は比較材である。比較
材6はガスタービンホイール及び蒸気タービンブレード
に使用されている材料である。
第2表はこれら試料の機械性試験結果を示す。
引張強さ及び耐力は室温(20℃)での値である。
表に示すように、比較の嵐5の衝撃吸収エネルギ−は平
均6 、4 kg−m と高いがクリープ破断強度が4
50℃で35 、 Okg/ m”と低い。
均6 、4 kg−m と高いがクリープ破断強度が4
50℃で35 、 Okg/ m”と低い。
これに対し、本発明に係る材料のNα1..3.4及び
5は、特に450,1.0”h クリープ破断強度が
53 、8 kg/ m”以−Lと高く、更に衝撃吸収
エネルギーが平均で3 、6 kg −m以上と高く、
高温・高圧ガスタービン用材とし必要な強度・靭性を十
分満足することが確認された。その他第3表に示すよう
に300℃での引張強さ、0.02%耐力、伸び及び絞
り、更に500℃、1.0”h クリープ破断強度に
おいても本発明に係る鋼は比較のものにくらべ顕著に優
れている。
5は、特に450,1.0”h クリープ破断強度が
53 、8 kg/ m”以−Lと高く、更に衝撃吸収
エネルギーが平均で3 、6 kg −m以上と高く、
高温・高圧ガスタービン用材とし必要な強度・靭性を十
分満足することが確認された。その他第3表に示すよう
に300℃での引張強さ、0.02%耐力、伸び及び絞
り、更に500℃、1.0”h クリープ破断強度に
おいても本発明に係る鋼は比較のものにくらべ顕著に優
れている。
(2υ)
第2図は、本発明に係るマルテンサイト鋼のNi量と4
50℃、10δh クリープ破断強度との関係を示す線
図である。図に示す如く、Ni含有量が2%付近までは
55■/mm2のほぼ一定の強度を有し、2.3%以下
で50kg/1m2以上の強度を有するが、2.3%
を越える含有量では急激に強度が低下する。
50℃、10δh クリープ破断強度との関係を示す線
図である。図に示す如く、Ni含有量が2%付近までは
55■/mm2のほぼ一定の強度を有し、2.3%以下
で50kg/1m2以上の強度を有するが、2.3%
を越える含有量では急激に強度が低下する。
第3図は同じ(Ni量とVノツチシャルピー衝撃値との
関係を示す線図である。図に示す如く、Ni含有量の増
加によって衝撃値が急増し、特に]、3%以上での効果
が大きいことが明らかである。更に、1.4〜1.6%
における衝撃値の向上が顕著であり、これ以−ヒでの効
果が顕著である。
関係を示す線図である。図に示す如く、Ni含有量の増
加によって衝撃値が急増し、特に]、3%以上での効果
が大きいことが明らかである。更に、1.4〜1.6%
における衝撃値の向上が顕著であり、これ以−ヒでの効
果が顕著である。
第4図は(Ni/C)比とクリープ破断強度との関係を
示す。図に示す如く、(Ni/C)比とクリープ破断強
度との間に密接な関係があり、(Nj/C)比が7〜1
6のときに最も強度が高いものが得られることが分る。
示す。図に示す如く、(Ni/C)比とクリープ破断強
度との間に密接な関係があり、(Nj/C)比が7〜1
6のときに最も強度が高いものが得られることが分る。
(実施例2)
第5図は本発明に係るガスタービンディスク−例を示す
断面図である。その内孔厚肉部の機械的性質を調べた。
断面図である。その内孔厚肉部の機械的性質を調べた。
溶解はカーボン真空脱酸法で行った。鍛造後の最終熱処
理は、1050℃から油焼入後、520℃の第1次焼戻
し、590℃の第2次焼戻しを行った。このディスクは
外径1200mm、厚さ250IInであり、その化学
分析結果、重量でC0813%、Si0.05%、Mn
0.70%、Cr11.20%、 Ni 1.6%、M
o1.72%、■0.25%、Nb0.05%、N0.
04%及び残部Feであり、Cr当量は7.14 であ
った。機械的性質は、300℃引張強さ: ]、 ]0
3 kg/ mm” 。
理は、1050℃から油焼入後、520℃の第1次焼戻
し、590℃の第2次焼戻しを行った。このディスクは
外径1200mm、厚さ250IInであり、その化学
分析結果、重量でC0813%、Si0.05%、Mn
0.70%、Cr11.20%、 Ni 1.6%、M
o1.72%、■0.25%、Nb0.05%、N0.
04%及び残部Feであり、Cr当量は7.14 であ
った。機械的性質は、300℃引張強さ: ]、 ]0
3 kg/ mm” 。
300℃0.02%耐カニ 74 kg / wl”
s室温Vノツチシャルピー衝撃吸収エネルギー:4kg
−m。
s室温Vノツチシャルピー衝撃吸収エネルギー:4kg
−m。
450℃、to15hクリープ破断強度:55kg/m
m2であり、高温高圧ガスタービンディスクとして要求
される機械的性質(300℃、0.02%耐力> 70
kg/ mm” 、室温Vノツチシャルピー衝撃吸収
エネルギー>3kg−m、 450℃、105hクリー
プ破断強度> 50 kg/ raa2)を十分満足す
ることが確認された。
m2であり、高温高圧ガスタービンディスクとして要求
される機械的性質(300℃、0.02%耐力> 70
kg/ mm” 、室温Vノツチシャルピー衝撃吸収
エネルギー>3kg−m、 450℃、105hクリー
プ破断強度> 50 kg/ raa2)を十分満足す
ることが確認された。
熱処理時にディスクは変形が生じるので、熱処理後に切
削加工を施して最終製品となるように若干人きめに造ら
れている。
削加工を施して最終製品となるように若干人きめに造ら
れている。
(実施例3)
重量で、C0,17%、Si0.05%、Mn0.06
%、Cr14.10%、Co9.50%。
%、Cr14.10%、Co9.50%。
Mo3,95%、W3.98%、Ti5.12%。
A Q 3.05%、Zr0.05%、Bo、O1.7
%。
%。
残部実質的にNi基合金を真空溶解により精密鋳造され
た合金の翼部にCo 25.6%、Cr18.3%。
た合金の翼部にCo 25.6%、Cr18.3%。
AQ14.1%、Yo、35%、残部Niからなる合金
をcvnにて厚さ50μm形成し、1080℃。
をcvnにて厚さ50μm形成し、1080℃。
4時間非酸化性雰囲気中で加熱し拡散接合させ翼を製造
した。このようにして得たものを引き続き1050℃X
4h、及び840℃×16hの時効処理を行った。コー
テング処理前には1200℃で溶体化処理を行った。
した。このようにして得たものを引き続き1050℃X
4h、及び840℃×16hの時効処理を行った。コー
テング処理前には1200℃で溶体化処理を行った。
この翼は実施例2で製造したディスクに植込み、初段ロ
ータとした。
ータとした。
このNi基合金は同様にして製造した試片で試験した結
果、室温で引張強さ75kg/■”、伸び25%、絞り
35%、870℃で引張強さ70kg/膿2.伸び1−
0%、絞り20%であった。
果、室温で引張強さ75kg/■”、伸び25%、絞り
35%、870℃で引張強さ70kg/膿2.伸び1−
0%、絞り20%であった。
(実施例4)
重量で、G0.1,1%r S ]、 ]0−21%、
Mn0.15%、Cr15.89%、Co8.51%。
Mn0.15%、Cr15.89%、Co8.51%。
M o ]、 、 81%、W2,53%、Nb0.8
7%。
7%。
Ti3.43%、Al23.62%、Zr0,05%。
Ta1.67%、Ro、0.11%、残部実質的にNi
からなる合金を実施例3と同様に溶解鋳造し、熱処理を
施し、翼を製造した。この合金を実施例3と同様に熱処
理を施し、特性試験を行った。引張試験結果は実施例3
と同程度であった。この翼は実施例2で製造したディス
クに植込み、第2段目のロータとした。
からなる合金を実施例3と同様に溶解鋳造し、熱処理を
施し、翼を製造した。この合金を実施例3と同様に熱処
理を施し、特性試験を行った。引張試験結果は実施例3
と同程度であった。この翼は実施例2で製造したディス
クに植込み、第2段目のロータとした。
これらの第1段及び第2段ロータはCr −M 。
−V錆よりなるシャフトにボルトにて結合された。
シャフトのCr −M o −V鋼は、重量でC0,2
8%、Si0.]O%、Mn0,68%、Ni0.48
%、Cr1.01%、Mo1.28%、Vo、24゜残
部実質的にFeからなる鋼を真空鋳造にて製造後、鍛造
され、970℃で加熱後、600℃/hで冷却し、焼入
れを施した後、600℃で焼戻しを行ったものである。
8%、Si0.]O%、Mn0,68%、Ni0.48
%、Cr1.01%、Mo1.28%、Vo、24゜残
部実質的にFeからなる鋼を真空鋳造にて製造後、鍛造
され、970℃で加熱後、600℃/hで冷却し、焼入
れを施した後、600℃で焼戻しを行ったものである。
本発明によれば、目標の450〜500℃クリープ破断
強度、300℃耐力及び室温衝撃吸収エネルギーが達成
され、特に1300℃以上の高温・高圧ガスタービン用
ディスクとして顕著な効果が発揮されるものであり、そ
れにより熱効率として30%以上が達成される顕著な効
果が得られる。
強度、300℃耐力及び室温衝撃吸収エネルギーが達成
され、特に1300℃以上の高温・高圧ガスタービン用
ディスクとして顕著な効果が発揮されるものであり、そ
れにより熱効率として30%以上が達成される顕著な効
果が得られる。
第1図はガスタービン主要部の断面図、第2図はクリー
プ破断強度とNi量との関係を示す線図、第3図は衝撃
値とNi量との関係を示す線図、第4図は(Ni/C)
比とクリープ破断強度との関係を示す線図、第5図はガ
スタービンディスクの素材構造を示す斜視図である。 ■・・・第1段ディスク、2・・・第2段ディスク、3
・・・動翼、4・・・静翼。
プ破断強度とNi量との関係を示す線図、第3図は衝撃
値とNi量との関係を示す線図、第4図は(Ni/C)
比とクリープ破断強度との関係を示す線図、第5図はガ
スタービンディスクの素材構造を示す斜視図である。 ■・・・第1段ディスク、2・・・第2段ディスク、3
・・・動翼、4・・・静翼。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、450℃、10^5時間クリープ破断強度が50k
g/mm^2以上及び20℃のVノツチシヤルピー衝撃
値が3kg−m以上を有するマルテンサイト系鋼によつ
て構成されていることを特徴とするガスタービンディス
ク。 2、前記マルテンサイト系鋼は重量比で、Co0.07
〜0.16%、Si0.3%以下、Mn1.5%以下、
Ni1.3〜2.3%、Cr8〜13%、Mo1.0〜
2.5%、V0.1〜0.3%、Nb及びTaの少なく
とも1種0.03〜0.15%およびN0.02〜0.
10%を含有し、残部Feからなる特許請求の範囲第1
項に記載のガスタービンディスク。 3、前記マルテンサイト鋼は、1.5〜4重量%のCo
を含有する特許請求の範囲第2項に記載のガスタービン
ディスク。 4、前記マルテンサイト系鋼は、δフェライトを含まな
い全焼もどしアルテンサイト組織で形成され、450℃
、10^5hクリープ破断強度が50kg/mm^2以
上、300℃0.02%耐力が70kg/mm^2以上
、25℃、Vノツチシヤルピー衝撃吸収エネルギーが3
kg−m以上である特許請求の範囲第1項〜第3項のい
ずれかに記載のガスタービンディスク。 5、前記マルテンサイト系鋼は、次式で計算されるCr
当量が9以下であり、450℃、10^5hクリープ破
断強度が50kg/mm^2以上、300℃0.02%
耐力が70kg/mm^2以上、25℃、Vノツチシヤ
ルピー衝撃吸収エネルギーが3kg−m以上である特許
請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載のガスター
ビンディスク。 [Cr量当=−40C−2Mn−4Ni−30N−2C
o+6Si+Cr+4Mo+1.5W+11V+5Nb
+2.5Ta(ここで成分は重量%である)] 6、前記マルテンサイト系鋼は、完全なオーステナイト
に変態するに充分な温度1000〜1100℃に均一加
熱し、マルテンサイト組織が得られる100℃/h以上
の速度で急冷し、次いで450〜600℃の温度に加熱
保持し第1次焼戻しを行い、次いで550℃〜650℃
の温度に加熱保持し第2次焼戻しが施され、450℃、
10^5hクリープ破断強度が50kg/mm^2以上
、300℃、0.02%耐力が70kg/mm^2以上
、25℃、Vノツチシヤルピー衝撃吸収エネルギーが3
kg−m以上である特許請求の範囲第2項〜第5項のい
ずれかに記載のガスタービンディスク。 7、重量でC0.1〜0.2%、Si0.5%以下、M
n1%以下、Cr12〜18%、Co8〜11%、Mo
3〜5%、W3〜5%、Ti4〜6%、Al2〜4%、
B0.01〜0.03%残部が実質的にNiからなる鋳
造合金からなり、時効処理が施されている翼が植込まれ
ているディスクを有するロータにおいて、前記ディスク
は450℃、10^5時間クリープ破断強度が50kg
/mm^2以上及び20℃Vノツチシヤルピー衝撃値が
3kg−m以上であるマルテンサイト系鋼によつて構成
されていることを特徴とするガスタービンロータ。 8、重量で、C0.05〜0.15%、Si0.3%以
下、Mn0.2%以下、Cr15〜17.5%、Co7
.5〜10.5%、Mo1〜3%、W1.5〜3.5%
、Nb0.3〜1.5%、Ti2.5〜5%、Al2.
5〜5%、Zr0.01〜0.15%、Ta1〜3%、
B0.003〜0.02%及び残部実質的にNiからな
る鋳造合金で、溶体化処理及び時効処理が施されている
翼が植込まれているディスクを有するロータにおいて、
前記ディスクは450℃、10^5時間クリープ破断強
度が50kg/mm^2以上及び20℃Vノツチシヤル
ピー衝撃値が3kg−m以上であるマルテンサイト系鋼
によつて構成されていることを特徴とするガスタービン
ロータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22358485A JPS6283451A (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | ガスタ−ビンデイスク |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22358485A JPS6283451A (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | ガスタ−ビンデイスク |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6283451A true JPS6283451A (ja) | 1987-04-16 |
Family
ID=16800454
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22358485A Pending JPS6283451A (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | ガスタ−ビンデイスク |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6283451A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04255614A (ja) * | 1991-02-08 | 1992-09-10 | Fujikura Ltd | 電力光複合海底ケーブル |
JPH0959747A (ja) * | 1995-08-25 | 1997-03-04 | Hitachi Ltd | 高強度耐熱鋳鋼,蒸気タービンケーシング,蒸気タービン発電プラント及び蒸気タービン |
JP2000204447A (ja) * | 1999-01-08 | 2000-07-25 | Hitachi Ltd | 高強度マルテンサイト鋼とそれを用いたガスタ―ビン用タ―ビンディスク及び発電用ガスタ―ビン並びにコンバインド発電システム |
US6193469B1 (en) | 1997-03-25 | 2001-02-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High toughness heat-resistant steel, turbine rotor and method of producing the same |
US6224334B1 (en) | 1989-02-03 | 2001-05-01 | Hitachi, Ltd. | Steam turbine, rotor shaft thereof, and heat resisting steel |
-
1985
- 1985-10-09 JP JP22358485A patent/JPS6283451A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6224334B1 (en) | 1989-02-03 | 2001-05-01 | Hitachi, Ltd. | Steam turbine, rotor shaft thereof, and heat resisting steel |
JPH04255614A (ja) * | 1991-02-08 | 1992-09-10 | Fujikura Ltd | 電力光複合海底ケーブル |
JPH0959747A (ja) * | 1995-08-25 | 1997-03-04 | Hitachi Ltd | 高強度耐熱鋳鋼,蒸気タービンケーシング,蒸気タービン発電プラント及び蒸気タービン |
US6193469B1 (en) | 1997-03-25 | 2001-02-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High toughness heat-resistant steel, turbine rotor and method of producing the same |
JP2000204447A (ja) * | 1999-01-08 | 2000-07-25 | Hitachi Ltd | 高強度マルテンサイト鋼とそれを用いたガスタ―ビン用タ―ビンディスク及び発電用ガスタ―ビン並びにコンバインド発電システム |
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