JPS63157839A

JPS63157839A - 蒸気タ−ビンロ−タ

Info

Publication number: JPS63157839A
Application number: JP30135486A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Yamada; 政之山田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-12-19
Filing date: 1986-12-19
Publication date: 1988-06-30

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明はタービンロータに係り、特に高温におけるク
リープラブチャ強度、靭性と、比較的低温における引張
強度の双方に優れた蒸気タービンロータに関する。

（従来の技術）一般に蒸気タービンにおいては、使用蒸気条件に応じて
異なる材質のロータが用いられている。

例えば、大型蒸気タービンにおいては高温・高圧側（た
とえば５６６℃近傍）で用いられるロータ材としてはＡ
ＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃ１ａｓｓ　８　）に規定されてい
るような高温下ですぐれたクリープ破断強度を有するＣ
ｒＭｏＶ鋼が使用され、低圧側（たとえば３５０℃以下
）用ロータ材としては、ＡＳＴＭ−Ａ４７０（Ｃ１ａｓ
ｓ　２〜７　）に規定されているような２．５％以上の
Ｎｉを有するＮｉＣｒＭｏＶ鋼が使用されている。そし
て、これら蒸気条件に対応した異なる材質からなるロー
タを、各々機械的に接合して蒸気タービンを構成してい
るのが現状である。

一方、比較的小型の蒸気タービンにおいては、通常、高
圧側から低圧側までを同一材料からなる一本のロータに
より構成した高低圧一体型ロータが用いられている。

（発明が解決しようとする問題点）従来の蒸気タービンロータには次のような問題がある。

すなわち、従来の大型蒸気タービンにおいては、異なる
材質からなる複数本のロータを接合してタービンを構成
するため、製造行程が複雑になる等の問題がある。また
、小型蒸気タービンにおいて用いられている高低圧一体
型ロータ用材料としては、通常ＣｒＭｏＶ鋼やＮｉＣｒ
ＭｏＶ鋼が用いられているが、従来使用されているＣｒ
ＭｏＶ鋼は引張強闇、゛度の帖で充分満足のいくものではないため、低圧最終段
に装着できる翼の大きさが制限されるという問題があり
、さらに従来のＮｉＣｒＭｏＶ鋼においては、引張強度
は優れているもののクリープ破断強度や高温靭性に欠け
、３５０℃以上の温度域においてぜい化が進行しやすい
という問題がある。このため、従来のロータ材では、高
温蒸気を使用しかつ長尺の低圧最終段翼を装着すること
により蒸気タービンの効率向上を図ろうとする場合に大
きな制限があった。

また、クリープ破断強度や高温靭性にすぐれ、しかも低
温域での引張強度にもすぐれたロータ材としでは、既に
１２Ｃｒ鋼が開発されているが、１２Ｃｒ鋼は高価であ
るためこれをロータ材として用いると製造コストの増大
をもたらすという問題がある。

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、
比較的低温の蒸気条件下において高い引張強度を有し、
かつ、高温条件下においてもクリープ破断強度が大きく
、ぜい化の少ない蒸気タービンロータを提供することを
目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段および作用）本発明は、
重量比で、　Ｃ０，１０〜０．３５％、　Ｓｉ０．３５
％以下、Ｍｎ１％以下、Ｎｉ１．１〜２．５％、　Ｃｒ
１．５〜３．５％、　Ｍｏ０．３〜１．５％、Ｗｏ、１
〜２．０％を含むＦｅ基合金で構成された蒸気タービン
ロータで、必要に応じＮｂ０．０１−０，１５％、　Ｎ
０．０１〜０．１０％、Ｂ０．００２〜０．０１５％の
いずれか１種以上、これにさらにＶＯ００５〜０．３０
％が含有され、上記元素のほがはＦｅおよび付随的不純
物で構成される。

本発明はこのように特定組成成分のＦｅ基合金で構成さ
れる。これら各成分の添加目的および組成限定の理由は
次のとおりである。

まず、Ｃは引張強さを得るためには０．１％以上必要で
ある。しかし、０．３５％を越えて添加するとじん性が
低下する。

Ｓｌは、脱酸剤として添加するものであるが、多量に添
加するとその一部が酸化物として鋼中に残留し、じん性
に悪影響を及ぼす。したがって、Ｓｉの添加量は０．３
５％以下とする。

効Ｍｎは、脱硫剤として添加される。その結果を得るため
には、１．０％以下の添加量で充分である。

Ｎｉは、鋼の焼入性を増し、引張強さやじん性を高める
のに有効な元素であり、本発明のタービンロータとして
必要な引張強さを得るためには、１．０％以上添加する
ことが必要である。しがし、２．５％　を越えて添加す
ると、逆にクリープ破断強度の低下や、高温条件下での
ぜい化が促進される傾向があるので、１．０〜２．５％
とする。

Ｃｒは、鋼の焼入性を増し、引張強さを高めるのに有効
な元素であり、本発明のタービンロータとして必要な引
張強さを得るためには、１．５％以上添加することが必
要である。しかし、３．５％　を越えて添加するとジャ
ーナル特性が低下するので、上記の範囲が適切である。

Ｍｏは、鋼の焼入性、引張強さならびにクリープ破断強
さを高めるのに有効な元素であり、その効果を発揮させ
るためには、０．３％以上の添加が必要である。しかし
、１．５％　を越えて添加すると、じん性が低下するの
で、０．３〜１．５％の範囲とする。

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、０．１％未満ではその効果が十分でなく、ま
た２、０％　を越えるとクリープ破断強度、じん性を低
下させるので、この範囲とする。

さらに、上記成分に加えて、Ｖ、Ｎｂ、Ｎ、Ｂを添加す
ることにより、引張強さ、じん性、クリープ破断強さを
、さらに一層内上させることができる。

まずＶは、鋼の焼入性、クリープ破断強さを高めるのに
有効な元素であり、また、結晶粒の微細化を達成するの
に効果がある。その効果を発揮させるためには０．０５
％以上の添加が必要である。しかし、０．３０％を越え
て添加すると、じん性が低下するので０．０５〜０．３
０％の範囲が好ましい。

また、Ｎｂは、結晶粒の微細化に効果のある元素であり
、その効果を発揮させるためには、０．０１％以上の添
加が必要である。しかし、０．１５％を越えて添加する
と逆に粗大な炭窒化物を形成して、じん性を低下させる
ので、０．０１〜０．１５％の範囲が好ましい。

また、Ｎは、引張強さや、クリープ破断強さを高めるの
に有効な元素であり、０．０１〜０．１０％添加する。

０．０１％未満では、その効果が乏しく、一方０．１０
％を越えて添加するとじん性が低下するので好ましくな
い。

さらに、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。

その効果を得るためには０．００２％以上の添加が必要
であるが、逆に０．０１５％　を越えて添加すると、ロ
ータ製造時に鍛造割れが生じ易くなるのでこの範囲とす
る。

上記成分ならびに主成分としてのＦｅを溶解する際に付
随的に含まれる不純物は少ない方が望ましい。

本発明の蒸気タービンロータを得るためには、まず各素
材金属を真空あるいは大気下で混合溶解し、脱酸後にお
いて実質的に、上記組成のＦｅ基基合金揚湯得る。次い
でこれを鋳造し、さらに必要に応じて鍛造を行なって、
タービンロータ形状の素材を形成する。次いで、この素
材に必要な熱処理および表面研磨その他の後処理を行な
うことにより本発明のタービンロータが得られる。

（実施例）本発明は以下に示す実施例および比較例についての実験
結果からさらに明瞭に理解される。

用いた試験片は第１表に示す組成成分のＦｅ基合金であ
り、試験片はこれら各組成成分の試料を電気炉で夫々溶
解し、鋳造・鍛造して成形した後、比較例１については
第１図に示す熱処理を施し、また比較例２については第
２図に示す熱処理、さらに実施例１〜６については第３
図に示すように焼入れ・焼もどし後の引張強さが９０〜
９２ｋｇ／ｍｍ２となるよう保持時間を変えた熱処理を
施して作製した。なお、第１図乃至第４図においてＡＣ
は空冷を、ＦＣは炉冷を、さらにｗＱは水冷焼入れをそ
れぞれ示している。

このようにして得られた試験片を用いて行った引張試験
、衝撃試験および６００℃でのクリープ破断試験の結果
を第２表および第３表に示す。

第４表は高温長時間ぜい化に対する感受性を評価したも
ので、各試験片を第４図に示すステップクール法と呼ば
れる熱処理で加速してぜい化させた後衝撃試験を行った
結果を示している。この表においてΔＦＡＴＴはステッ
プクール法によって加速ぜい化させる前後のＦＡＴＴの
差であり、ぜい化量を示す指標となっている。すなわち
、このΔＦＡＴＴが小さいほどぜい化しにくい。

（以下余白）第４表これらの実験結果について考察するに、まず第２表から
本発明に係る実施例１〜６は、比較例１゜２に示す従来
材と同等もしくはそれ以上の引張強さ、耐力、伸び、絞
りを示し、比較的低い温度での機械的性質は十分に備え
ていることが理解される。特に比較例１に比べると強度
の向上が著しく、ＦＡＴＴも低圧タービンロータ材であ
る比較例２に近く低いものとなっている。次に第３表か
ら明らかなように、本発明に係る実施例１〜６はいずれ
も優れたクリープ破断強度を示し、従来の高圧タービン
用ロータ材である比較例１と比べても、薄色のない特性
を示している。さらに第４表の結果から、本発明に係る
実施例１〜６はぜい化量ΔＦＡＴＴが小さく、またＦＡ
ＴＴが低いため、従来と同程度の高温環境で長期間使用
できるばかりか、より広い温度範囲での使用が可能であ
ることが理解される。

〔発明の効果〕

以上述べたとおり、本発明による蒸気タービンロータは
引張強さが優れているため低圧段側に長翼の使用を可能
とするとともに、高いクリープ破断強さを備え高温ぜい
化も少ないことがら高温蒸気環境で使用することが可能
であり、この結果本発明のタービンロータによればター
ビンの熱効率向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は熱処理の工程を示す模式図、第４
図は加速ぜい化を行うための熱処理工程を示す模式図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比で、Ｃ０．１０〜０．３５％、Ｓｉ０．３
５％以下、Ｍｎ１％以下、Ｎｉ１．１〜２．５％、Ｃｒ
１．５〜３．５％、Ｍｏ０．３〜１．５％、Ｗ０．１〜
２．０％を含むＦｅ基合金で構成された蒸気タービンロ
ータ。
（２）Ｖ０．０５〜０．３０％を含有する特許請求の範
囲第１項記載の蒸気タービンロータ。
（３）Ｎｂ０．０１〜０．１５％、Ｎ０．０１〜０．１
０％、Ｂ０．００２〜０．０１５％のいずれか１種以上
を含有し、残部がＦｅおよび付随的不純物よりなる特許
請求の範囲第１項または第２項記載の蒸気タービンロー
タ。