JPS63157839A - 蒸気タ−ビンロ−タ - Google Patents
蒸気タ−ビンロ−タInfo
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- JPS63157839A JPS63157839A JP30135486A JP30135486A JPS63157839A JP S63157839 A JPS63157839 A JP S63157839A JP 30135486 A JP30135486 A JP 30135486A JP 30135486 A JP30135486 A JP 30135486A JP S63157839 A JPS63157839 A JP S63157839A
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Landscapes
- 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
%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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (3)
- (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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30135486A JPS63157839A (ja) | 1986-12-19 | 1986-12-19 | 蒸気タ−ビンロ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30135486A JPS63157839A (ja) | 1986-12-19 | 1986-12-19 | 蒸気タ−ビンロ−タ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63157839A true JPS63157839A (ja) | 1988-06-30 |
Family
ID=17895854
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30135486A Pending JPS63157839A (ja) | 1986-12-19 | 1986-12-19 | 蒸気タ−ビンロ−タ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63157839A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0459944A (ja) * | 1990-06-29 | 1992-02-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 蒸気タービンロータ用低合金鋼 |
JPH04120239A (ja) * | 1990-09-11 | 1992-04-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高強度・高靭性低合金鋼 |
JPH04141544A (ja) * | 1990-10-01 | 1992-05-15 | Japan Steel Works Ltd:The | 均質大型低合金鋼鋳塊の製造方法 |
US5383768A (en) * | 1989-02-03 | 1995-01-24 | Hitachi, Ltd. | Steam turbine, rotor shaft thereof, and heat resisting steel |
US5611873A (en) * | 1994-03-30 | 1997-03-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High pressure-low pressure single cylinder turbine rotor and method of making |
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