KR950009221B1 - Heat resistant steel - Google Patents
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Abstract
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Description
[발명의 명칭][Name of invention]
내열강Heat-resistant steel
[도면의 간단한 설명][Brief Description of Drawings]
제1도는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 가스터빈 회전부의 단면도.1 is a cross-sectional view of a gas turbine rotating unit showing an embodiment of the present invention.
제2도는 취화후의 충격치와 (Mn/Ni)비와의 관계를 나타낸 그래프.2 is a graph showing the relationship between the impact value after embrittlement and the (Mn / Ni) ratio.
제3도는 동일하게 Mn량과의 관계를 나타낸 그래프.3 is a graph showing the relationship with the amount of Mn in the same manner.
제4도는 마찬가지로 Ni량과의 관계를 나타낸 그래프.4 is a graph similarly showing the relationship with the amount of Ni.
제5도는 크리프 파단강도와 Ni량과의 관계를 나타낸 도.5 shows the relationship between creep rupture strength and Ni content.
제6도는 본 발명의 터빈디스크의 일실시예를 나타낸 단면도.6 is a sectional view showing an embodiment of the turbine disk of the present invention.
제7도는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 가스터빈의 회전부 부근의 부분 단면도이다.7 is a partial cross-sectional view of the vicinity of the rotating portion of the gas turbine showing an embodiment of the present invention.
[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention
[기술 분야][Technical Field]
본 발명은 신규한 내열강에 관한 것이다.The present invention relates to a novel heat resistant steel.
[배경기술][Background]
현재, 가스터빈용 디스크에는 Cr-Mo-V강이 사용되고 있다. 근년에 이르러, 에너지절약의 관점에서 가스터빈의 열효율의 향상이 요망되고 있다. 열효율을 향상시키기 위해서는 가스온도 및 압력을 높이는 것이 가장 유효한 수단이나, 가스온도를 1,100℃ 내지 1,300℃로 높이고, 압력비를 10 내지 15까지 높임으로써 상대비로 약 3%의 효율향상을 기대할 수 있다.Currently, Cr-Mo-V steel is used for disks for gas turbines. In recent years, the improvement of the thermal efficiency of a gas turbine is calculated | required from an energy saving viewpoint. In order to improve the thermal efficiency, increasing the gas temperature and pressure is the most effective means, but by increasing the gas temperature to 1,100 ℃ to 1,300 ℃, and the pressure ratio to 10 to 15 can be expected to improve the efficiency of about 3% in relative ratio.
그러나, 이들의 고온, 고압비에 수반하여 종래의 Cr-Mo-V강에서는 강도가 부족하여 더욱 강도가 높은 재료가 필요하다.However, with these high temperature and high pressure ratios, the strength of the conventional Cr-Mo-V steel is insufficient and a material with higher strength is required.
강도로서는 고온특성을 가장 크게 좌우하는 크리프 파단강도가 요구된다. 크리프 파단강도가 Cr-Mo-V강 보다 높은 구조재료로서는 오스테나이트강, Ni계 합금, Co계 합금 마르텐사이트강 등이 일반적으로 알려져 있으나, 열간가공성, 절삭성 및 진공감쇠특성 등의 면에서 Ni계 합금 및 Co계 합금은 바람직하지 않다. 또한, 오스테나이트강은 400∼450℃부근에서의 고온강도가 그다지 높지 않고 또한 가스터빈 전체 시스템에서 바람직하지 않다. 한편, 마르텐사이트강은 다른 구성부품과의 매칭이 좋고, 고온강도도 충분하다. 마르텐사이트강은 일본국 특개 소56-55552호 공보, 동 특개 소 58-110661호 공보, 동 특개 소 60-138054호 공보, 동 특공 소46-279호 공보등에 개시되어 있다.As the strength, the creep rupture strength that most influences the high temperature characteristics is required. As structural materials with higher creep rupture strength than Cr-Mo-V steel, austenitic steel, Ni-based alloys, and Co-based martensitic steels are generally known. However, Ni-based steels have been developed in terms of hot workability, cutting properties, and vacuum damping properties. Alloys and Co-based alloys are undesirable. In addition, austenite steel is not very high in high temperature strength in the vicinity of 400 to 450 DEG C, and is not preferable in the entire gas turbine system. On the other hand, martensitic steel has good matching with other components, and high temperature strength is also sufficient. The martensitic steel is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 56-55552, Japanese Patent Laid-Open No. 58-110661, Japanese Patent Laid-Open No. 60-138054, and Japanese Patent Laid-Open No. 46-279.
그러나, 이들 재료는 400∼450℃에서 반드시 높은 크리프 파단강도는 얻어지지 않고, 또한 고온에서 장시간 가열후의 인성(靭性)이 낮아, 터빈 디스크로서 사용할 수가 없어, 가스터빈의 효율향상은 얻을 수 없다.However, these materials do not necessarily obtain high creep rupture strength at 400 to 450 ° C., and also have low toughness after long time heating at high temperature, and cannot be used as a turbine disk, and thus, gas turbine efficiency cannot be obtained.
가스터빈의 고온, 고압화에 대하여 단지 강도가 높은 재료를 사용하는 것만으로서는 가스온도가 상승시될 수 없다. 일반적으로 강도를 향상시키면, 인성은 저하된다.The gas temperature cannot be raised simply by using a material of high strength for high temperature and high pressure of the gas turbine. In general, when the strength is improved, the toughness is lowered.
[발명의 개시][Initiation of invention]
본 발명의 목적은 고온강도와 고온 장시간 가열후의 높은 인성을 겸비한 내열강을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a heat resistant steel having both high temperature strength and high toughness after high temperature long time heating.
본 발명의 목적은 열효율이 높은 가스터빈을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a gas turbine with high thermal efficiency.
본 발명은 중량으로, C 0.05∼0.2%, Si 0.5%이하, Mn 0.6%이하, Cr 8∼13%, Mo 1.5∼3%, Ni 2∼3%, V 0.05∼0.3%, Nb 및 Ta중의 1종 또는 2종의 합계향 0.02∼0.2% 및 N 0.02∼0.1%를 함유하고, 상기 (Mn/Ni)비가 0.11이하이고, 잔부(殘部)가 실질적으로 Fe로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내열강에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 중량으로, C 0.07∼0.15%, Si 0.01∼0.1%, Mn 0.1∼0.4%, Cr 11∼12.5%, Ni 2.2∼3.0%, Mo 1.8∼2.5%, Nb 및 Ta중의 1종 또는 2종의 합계량 0.04∼0.08%, V 0.15∼0.25% 및 N 0.04∼0.08%를 함유하고, 상기(Mn/Ni)비가 0.04∼0.10%이고, 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어지고, 전 템퍼링 마르텐사이트 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 내열강에 관한 것이다.The present invention is based on the weight of C 0.05 to 0.2%, Si 0.5% or less, Mn 0.6% or less,
또한, 본 발명은 중량으로, W 1%이하, Co 0.5%이하, Cu 0.5%이하, B 0.01%이하, Ti 0.5%이하, Al 0.3%이하, Zr 0.1%이하, Hf 0.1%이하, Ca 0.01%이하, Mg 0.01%이하, Y 0.01%이하 및 희토류원소 0.01%이하에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 내열강에 관한 것이다.In addition, the present invention, by weight, W 1% or less, Co 0.5% or less, Cu 0.5% or less, B 0.01% or less, Ti 0.5% or less, Al 0.3% or less, Zr 0.1% or less, Hf 0.1% or less, Ca 0.01 It relates to a heat-resistant steel characterized by containing at least one selected from% or less, 0.01% or less of Mg, 0.01% or less of Y, and 0.01% or less of rare earth elements.
본 발명의 강(鋼)은 다음식으로 계산되는 Cr당량이 10이하가 되도록 성분이 조정되고, δ펠라이트 상(相)을 실질적으로 함유하지 않도록 하는 것이 필요하다.In the steel of the present invention, the components are adjusted so as to have a Cr equivalent of 10 or less, which is calculated by the following equation, and it is necessary not to substantially contain the δ ferrite phase.
Cr당량=-40C-2Mn-4Ni-30N+6Si+CrCr equivalent = -40C-2Mn-4Ni-30N + 6Si + Cr
4Mo+11V+5Nb+2.5Ta4Mo + 11V + 5Nb + 2.5Ta
(각 원소는 합금중의 함유량(중량%)으로 계산된다)(Each element is calculated by content (wt%) in the alloy)
본 발명은 원반형태이고, 상기 원반형태의 외주부에 날개가 끼워진 요(凹)부 형상의 날개끼움부가 제공되고, 상기 원반의 중심부에서 최대두께를 가지고, 상기 원반의 외주측에 볼트를 삽입하는 관통공을 가지고, 상기 볼트에 의하여 복수개의 상기 원반을 연결하는 구조를 가지는 디스크로서, 상기 디스크는 450℃에서 105시간, 크리프 파단강도가 50㎏/㎟이상 및 500℃에서 103시간 가열후의 25℃의 V노치 샤르피 충격치가 5㎏-m/㎠이상인 전 템퍼링 마르텐사이트조직을 가지는 마르텐사이트계 강으로 이루어지고, 또한 상기한 조성을 가지는 내열강에 의하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크에 관한 것이다.The present invention is in the form of a disk, provided with a wing fitting in the form of a yaw portion in which a wing is fitted to the outer peripheral portion of the disk, having a maximum thickness at the center of the disk, and penetrating a bolt into the outer peripheral side of the disk. a ball, a disk having a structure for connecting a plurality of the disc by the bolt, the disk is at 450
복수개의 터빈디스크를 상기 디스크의 외주측에서 링상의 스페이서를 거쳐 볼트에 의하여 연결되는 상기 스페이서는, 상기한 특성을 가지는 마르텐사이트계 강 또는 상기한 조성을 가지는 내열강에 의하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The said spacer which connects a plurality of turbine disks by a bolt through a ring-shaped spacer in the outer peripheral side of the disk is characterized by being comprised by the martensitic steel which has the said characteristic, or the heat resistant steel which has the said composition.
터빈디스크와 콤프레서 디스크를 원통상 디스턴피이스를 거쳐 볼트에 의하여 연결하는 디스틴스 피이스 ; 복수개의 터빈디스크를 연결하는 볼트 및 복수개의 콤프레서 디스크를 연결하는 볼트의 적어도 한쪽의 볼트 ; 원반상이고, 상기 원반상의 외주부에서 날개가 끼워진 요부형상의 날개 끼움부가 설치되고, 상기 원반의 외주측에 볼트를 삽입하고, 그 볼트에 의하여 복수개의 상기 원반을 연결하는 구조를 가지는, 상기 원반의 중심부 및 관통공을 가지는 부분에서 최대의 두께를 가지는 콤프레서 디스크는 각각 상이한 특성을 가지는 마그텐사이트강 또는 상기한 조성을 가지는 내열성에 의하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Distinction piece which connects a turbine disk and a compressor disk with a bolt through a cylindrical distance; At least one bolt of a bolt connecting a plurality of turbine disks and a bolt connecting a plurality of compressor disks; A central portion of the disk, which is disk-shaped, has a wing-fitting portion having a recessed shape in which a wing is fitted in the outer peripheral portion of the disk, and has a structure in which bolts are inserted on the outer peripheral side of the disk, and the plurality of disks are connected by the bolts. And a compressor disk having a maximum thickness at a portion having a through hole is characterized in that it is constituted by magtensite steel having different characteristics or heat resistance having the above composition.
본 발명은 터빈스텁샤프트와 이 샤프트에 터빈 스택킹볼트에 의하여 서로 스페이서를 거쳐 연결된 복수개의 터빈디스크와, 상기 디스크에 끼워진 터빈버킷과, 상기 볼트에 의하여 상기 디스크에 연결된 디스턴트피이스와, 상기 디스턴트 피이스에 콤프레서 스택킹볼트에 의하여 연결된 복수의 콤프레서 디스크와, 상기 디스크에 끼워진 콤프레서 블레이드와, 상기 콤프레서 디스크의 첫 번째단에 일체로 형성된 콤프레서 텝샤프트를 구비한 가스터빈에 있어서, 적어도 상기 터빈디스크는 450℃에서 105시간 크리프 파단강도가 50㎏/㎟이상 및 500℃에서 103시간 가열후의 25℃의 V노치 샤르피 충격치가 5㎏-m/㎠이상인 전탬퍼링 마그텐사이트조직을 가지는 마그텐사이트계 강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스터빈에 관한 것이다. 마그텐사이트계 강은 특히 상기한 조성을 가지는 내열강에 의하여 구성된다.The present invention relates to a turbine stub shaft and a plurality of turbine disks connected to each other by a spacer stacking bolt to a shaft, a turbine bucket fitted to the disks, and a sustain piece connected to the disks by the bolts; A gas turbine comprising a plurality of compressor discs connected to a distance piece by a compressor stacking bolt, a compressor blade fitted to the disc, and a compressor step shaft integrally formed at the first end of the compressor disc. Turbine discs have a total tampering magtencite structure with a V notch Charpy impact value of at least 5 kg-m / cm2 after heating at 500 ° C for 10 5 hours creep rupture strength of at least 50 kg / mm2 and heating at 500 ° C for 10 3 hours. It relates to a gas turbine, characterized in that made of magtensite steel. Magtensitic steels are composed especially of heat-resistant steels having the above-mentioned composition.
본 발명의 가스터빈 디스크는 상기한 마그텐사이트강을 적용함으로써 외경(D)에 대한 중심부의 두께(t)와의 비(t/D)를 0.15∼0.3으로 조절할 수가 있어, 경량화가 가능하다. 특히 0.18∼0.22로 조절함으로써 디스크간의 거리를 단축할 수 있어 열효율의 향상을 기대할 수 있다.The gas turbine disk of the present invention can adjust the ratio (t / D) to the thickness (t) of the center portion with respect to the outer diameter (D) to 0.15 to 0.3 by applying the above-described magtensitic steel, thereby making it possible to reduce the weight. In particular, by adjusting the temperature to 0.18 to 0.22, the distance between the disks can be shortened and the improvement of the thermal efficiency can be expected.
본 발명재(材)의 성분범위의 이유에 대하여 설명한다. C는 높은 인장강도와 내력(耐力)을 얻기 위하여 최저 0.05중량%가 필요하다. 그러나, C의 양을 너무 많게 하면 고온에서 장시간 노출되었을 경우에 금속조직이 불안정해지고, 10h리프 파단강도를 저하시키므로, 0.20%이하로 하지 않으면 안된다. 바람직하게는 0.07∼0.15%이고, 더욱 바람직하게는 0.10∼0.14이다.The reason for the component range of this invention material is demonstrated. C requires at least 0.05% by weight to obtain high tensile strength and strength. However, if the amount of C is too high, the metal structure becomes unstable after prolonged exposure at high temperature, and 10 h Since the leaf breaking strength is lowered, it must be 0.20% or less. Preferably it is 0.07 to 0.15%, More preferably, it is 0.10 to 0.14.
Si는 탈산제, Mn는 탈산·탈황제로서 강의 용해시에 첨가하는 것으로서, 소량에서도 효과가 있다. Si는 δ펠라이트 생성원소이고, 다량의 첨가시 피로 및 인성을 저하시키는 δ펠라이트 생성의 원인이 되므로, 0.5%이하로 하지 않으면 안된다. 또한, 카본 진공탈산법 및 일렉트로 슬러그 용해법등의 의하면, Si의 첨가는 필요가 없으며, Si무첨가가 좋다.Si is a deoxidizer and Mn is added at the time of melting | dissolving steel as a deoxidizer and a desulfurization agent, and it is effective even in a small quantity. Si is a δ ferrite generating element and causes a δ ferrite generation that reduces fatigue and toughness upon addition of a large amount, so it must be 0.5% or less. In addition, according to the carbon vacuum deoxidation method and the electroslug dissolution method, addition of Si is not necessary, and Si addition is good.
특히 취화(脆化 : 부서지기 쉬운 성질로 변하는 것)의 점에서는 0.2%이하가 바람직하고, Si무첨가에서도 불순물로서 0.01∼0.1% 함유된다. Mn은 가열에 의한 취화를 촉진시키므로, 0.6%이하로 해야 한다. 특히, Mn은 탈황제로서 유효하므로, 가열취화가 일어나지 않도록 위해서는, 0.1∼0.4%가 바람직하고, 0.1∼0.25%가 더욱 바람직하다. 또한 취화방지점에서 Si+Mn량을 0.3%이하로 하는 것이 바람직하다.In particular, 0.2% or less is preferable at the point of embrittlement (change to brittleness property), and 0.01-0.1% is contained as an impurity even in Si addition. Since Mn promotes embrittlement by heating, it should be 0.6% or less. In particular, since Mn is effective as a desulfurization agent, in order to prevent heat embrittlement, 0.1 to 0.4% is preferable and 0.1 to 0.25% is more preferable. In addition, the Si + Mn amount is preferably 0.3% or less at the embrittlement prevention point.
Cr은 내식성과 고온강도를 높이나, 13%이상 첨가하면, δ펠라이트 조직생성의 원인이 된다. 8%보다 적으면 내식성 및 고온강도가 불충분하므로 Cr은 8∼13%로 한정시켰다. 특히 강도면에서는 11∼12.5%가 바람직하다.Cr increases corrosion resistance and high temperature strength, but adding 13% or more causes δ ferrite structure formation. If less than 8%, the corrosion resistance and high temperature strength is insufficient, so the Cr was limited to 8 to 13%. In particular, in terms of strength, 11 to 12.5% is preferable.
Mo는 고용강도 및 석출강화 작용에 의하여 크리프 파단강도를 높임과 동시에 취화방지 효과가 있다. 1.5%이하에서는 크리프 파단강도 향상 효과가 불충분하고 3.0%이상이 되면 δ펠라이트 생성원인이 되므로 1.5∼3.0%로 한정시켰다. 특히 1.8∼2.5%가 바람직하다. 또한 Mo는 Ni함량이 2.1%를 초과하는 경우, Mo량이 많을수록 크리프 파단강도를 높이는 효과가 있고, 특히 Mo 2.0%이상에서의 효과가 크다.Mo increases the creep rupture strength by solid solution strength and precipitation strengthening, and at the same time prevents embrittlement. Below 1.5%, the creep rupture strength improvement effect is insufficient, and when it exceeds 3.0%, it is the cause of δ ferrite generation, so it is limited to 1.5 to 3.0%. 1.8-2.5% is especially preferable. In addition, Mo has an effect of increasing the creep rupture strength as the amount of Mo exceeds 2.1%, and the amount of Mo is higher, in particular, the effect is greater than 2.0% Mo.
V 및 Nb는 탄화물을 석출하여 고온강도를 높임과 동시에 인성향상 효과가 있다. V 0.1%, Nb 0.02%이하에서는 그 효과가 불충분하고, V 0.3%, Nb 0.2%이상에서는 δ펠라이트생성의 원인이 됨과 동시에 크리프파단강도가 저하하는 경향을 나타내게 된다. 특히 V 0.15∼0.25%, Nb 0.04∼0.08%가 바람직하다.V and Nb precipitate carbides to increase the high temperature strength and at the same time improve the toughness. In V 0.1% and Nb 0.02% or less, the effect is insufficient, and in V 0.3% and Nb 0.2% or more, it causes δ ferrite production and decreases creep rupture strength. In particular, V 0.15-0.25% and Nb 0.04-0.08% are preferable.
Nb 대신에, Ta를 동일하게 첨가할 수 있어, 복합 첨가하는 것이 가능하다.Instead of Nb, Ta can be added in the same manner, and complex addition is possible.
Ni는 고온장시간 가열후의 인성을 높이고, 또한 δ펠라이트 생성의 방지효과가 있다. 2.0%이하에서는 그 효과가 충분치 않고, 3%이상에서는 장시간 크리프 파단강도를 저하시킨다. 특히 2.2∼3.0%가 바람직하다.Ni increases the toughness after long time heating at high temperature, and has an effect of preventing the generation of δ ferrite. In 2.0% or less, the effect is not enough, and in 3% or more, creep rupture strength is reduced for a long time. 2.2-3.0% is especially preferable.
더욱 바람직하게는 2.5%를 초과하는 양이다.More preferably greater than 2.5%.
Ni는 가열 취화방지에 효과가 있으나, Mn는 반대로 해를 준다. 따라서 이들의 원소간에는 밀접한 상관관계가 있음을 본 발명자들은 알게 되었다. 즉 Mn/Ni의 비가 0.11이하로 함으로써 극히 현저하게 가열 취화가 방지되는 것을 알게 되었다. 트기 바람직하게는 0.10이하이고, 더욱 바람직하게는 0.04∼0.10이다.Ni is effective in preventing heat embrittlement, but Mn is inversely harmful. Therefore, the inventors have found that there is a close correlation between these elements. In other words, it was found that the heat embrittlement was remarkably prevented by the Mn / Ni ratio of 0.11 or less. Preferably it is 0.10 or less, More preferably, it is 0.04-0.10.
N은 크리프 파단강도의 개선 및 δ펠라이트의 생성방지에 효과가 있으나, 0.02%미만에서는 그 효과가 충분하지 않고, 0.1%를 초과하면 인성을 저하시킨다. 특히 0.04∼0.08%의 범위에서 뛰어난 특성이 얻어진다.N is effective in improving the creep rupture strength and preventing the formation of δ ferrite, but the effect is not sufficient at less than 0.02%, and when it exceeds 0.1%, the toughness is lowered. In particular, excellent characteristics are obtained in the range of 0.04% to 0.08%.
본 발명에 따른 내열강중의 Co는 강화하나 취화를 촉진시키므로, 0.5%이하로 해야 된다. W는 Mo과 마찬가지로 강화에 기여하므로, 1%이하로 함유할 수 있다. B 0.01%이하, Al 0.3%이하, Ti 0.5%이하, Zr 0.1%이하, Hf 0.1%이하, Ca 0.01%이하, Mg 0.01%이하, Y 0.01%이하, 희토류 원소 0.01%이하, Cu 0.5%이하로 함유시킴으로써 고온강도를 향상시킬 수 있다.Co in the heat resistant steel according to the present invention is strengthened, but promotes embrittlement, it should be 0.5% or less. W, like Mo, contributes to reinforcement, and therefore may be contained in 1% or less. B 0.01% or less, Al 0.3% or less, Ti 0.5% or less, Zr 0.1% or less, Hf 0.1% or less, Ca 0.01% or less, Mg 0.01% or less, Y 0.01% or less, rare earth elements 0.01% or less, Cu 0.5% or less By containing it, the high temperature strength can be improved.
본 발명재의 열처리는 먼저 완전한 오스테나이트로 변태하는데 충분한 온도인, 최저 900℃, 최고 1150℃로 균일하게 가열하면, 마그텐사이트조직이 얻어진다. 100℃/h 이상의 속도로 급냉하고, 이어서 450∼600℃의 온도로 가열유지하고(제1차-템퍼링), 이어서 550∼650℃의 온도로가열 유지하여 제2차 템퍼링을 행한다. 켄칭에 있어서는 Ms점 바로 위의 온도에서 멈취게 하는 것이 담금질균열을 방지하는데 있어 바람직하다. 구체적 온도는 150℃이상으로 하는 것이 좋다. 켄칭은 오일중 켄칭 또는 물분부 켄칭에 의하여 행하는 것이 바람직하다. 제1차 템퍼링은 그 온도로부터 가열한다.The heat treatment of the present invention is first heated uniformly to a minimum of 900 ° C. and a maximum of 1150 ° C., which is sufficient to transform into complete austenite, thereby obtaining a magtencite structure. It is quenched at a rate of 100 ° C./h or more, and then heated and maintained at a temperature of 450 to 600 ° C. (first-tempering), followed by heating and holding at a temperature of 550 to 650 ° C. to perform second tempering. In quenching, stopping at the temperature just above the Ms point is preferred to prevent quenching cracks. It is good to make specific temperature 150 degreeC or more. Quenching is preferably performed by quenching in oil or water-part quenching. The primary tempering heats from that temperature.
상기 디스턴트 피이스, 터빈 스페이서, 터빈 스택킹볼트, 콤프레서 스택킹볼트, 콤프레서 디스크의 적어도 마지막단의 1종 이상을 중량으로, C 0.05∼0.2%, Si 0.5%이하, Mn 1%이하, Cr 8∼13%, Ni 3%이하, Mo 1.5∼3%, V 0.05∼0.3%, Nb 0.02∼0.2%, N 0.02∼0.1% 및 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어지는 전 템퍼링 마그텐사이트 조직을 가지는 내열강에 의하여 구성할 수 있다. 이들의 부품 전부를 이 내열강에 의하여 구성함으로써 높은 가스온도로 할 수 있어, 열효율의 향상을 얻을 수 있다. 특히 이들 부품의 적어도 1종은 중량으로, C 0.05∼0.2%, Si 0.5%이하, Mn 0.6%이하, Cr 8∼13%, Ni 2∼3%이하, Mo 1.5∼3%, V 0.05∼0.3%, Nb 0.02∼0.2%, N 0.02∼0.1% 및 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어지고, (Mn/Ni)비가 0.11이하, 특히 0.04∼0.10으로 이루어지고, 전 탬퍼링 마그텐사이트 조직을 가지는 내열강에 의하여 구성될 때에, 높은 내취화 특성이 얻어져, 안정성이 높은 가스터빈이 얻어진다.At least one of the last piece of the above-mentioned last piece, the turbine spacer, the turbine stacking bolt, the compressor stacking bolt, and the compressor disk by weight, C 0.05 to 0.2%, Si 0.5% or less, Mn 1% or less, Cr Heat-resistant steel having 8-13%,
또한 이들의 부품에 사용되는 재료로서 45-0℃에서는 105h 크리프 파단강도가 40㎏/㎟이상이고, 20℃ V 노치 샤르피 충격치가 5㎏-m/㎠이상인 마그텐사이트강이 사용되나, 특히 바람직한 조성에 있어서는 450℃에서의 105h 크리프 파단강도가 50㎏/㎟이상이고, 50℃에서의 103h 가열후의 20℃ V노치 샤르피 충격치가 5㎏-m/㎠이상을 가지는 것이다.In addition, as a material used for these parts, a magtencite steel having a 10 5 h creep rupture strength of 40 kg /
이들 재료에는 다시 W 1%이하, Co 0.5%이하, Cu 0.5%이하, B 0.01%이하, Ti 0.5%이하, Al 0.3%이하, Zr 0.1%이하, Hf 0.1%이하, Ca 0.01%이하, Mg 0.01%이하, Y 0.01%이하, 희토류원소 0.01%이하에서 선택되는 1종이상을 포함할 수 있다.In these materials, W 1% or less, Co 0.5% or less, Cu 0.5% or less, B 0.01% or less, Ti 0.5% or less, Al 0.3% or less, Zr 0.1% or less, Hf 0.1% or less, Ca 0.01% or less, Mg It may include one or more selected from 0.01% or less, Y 0.01% or less, rare earth element 0.01% or less.
콤프레서 디스크의 적어도 마지막단 또는 그 전부를 상기한 내열강에 의하여 구성할 수 있으나, 첫 번째단으로부터 중심부까지는 가스온도가 낮으므로, 다른 저합금강을 사용할 수 있고, 중심부로부터 마지막단까지를 상기한 내열강을 사용할 수 있다. 가스상류측의 첫 번째단으로부터 중심부까지의 상류측을 중량으로, C 0.15∼0.30%, Si 0.5%이하, Mn 0.6%이하, Cr 1∼2%, Ni 2.0∼4.0%, Mo 0.5∼1%, V 0.05∼0.2% 및 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어지고, 실온의 인장강도 80㎏/㎟이상, 실온의 V노치 샤르피 충격치가 20㎏-m/㎠이상의 Ni-Cr-Mo-V강이 사용되고, 중심부로부터 적어도 마지막단을 제어하고 중량으로, C 0.2∼0.4%, Si 0.1∼0.5%, Mn 0.5∼1.5%, Cr 0.5∼1.5%, Ni 0.5%이하, Mo 1.0∼2.0%, V 0.1∼0.3% 및 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어지고, 실온에서의 인장강도가 80㎏/㎟이상, 신장률 18%이상, 교축률(絞縮率) 50%이상을 가지는 Cr-Mo-V강을 사용할 수 있다.At least the last end or all of the compressor disc may be constituted by the above-mentioned heat-resistant steel, but since the gas temperature is low from the first end to the center, other low-alloy steels may be used, and the heat-resistant steel described above from the center to the end. Can be used. 0.15 to 0.30% of C, 0.5% or less of Si, 0.6% or less of Mn, 1 to 2% of Cr, 2.0 to 4.0% of Ni, 0.5 to 1% of Mo by weight on the upstream side from the first stage on the gas upstream side to the center part. Ni-Cr-Mo-V steel with V 0.05-0.2% and the balance substantially made of Fe, having a tensile strength of 80 kg /
콤프레서 스텁샤프트 및 터빈스터브 샤프트는 상기한 Cr-Mo-V강을 사용할 수 있다.The compressor stub shaft and the turbine stub shaft may use the Cr-Mo-V steel described above.
본 발명의 콤프레서 디스크는 원반상이고, 외측부분에 스택킹볼트 삽입용의 구멍 복수개가 전 주위에 걸쳐 설치되고, 콤프레서 디스크의 직경(D)에 대하여 최소의 두께(t)와의 비(t/D)를 0.05∼0.10으로 하는 것이 바람직하다.The compressor disk of the present invention is disc-shaped, and a plurality of holes for inserting the stacking bolts are provided in the outer portion over the entire circumference, and the ratio (t / D) to the minimum thickness (t) with respect to the diameter (D) of the compressor disk. It is preferable to make 0.05-0.10.
본 발명의 디스턴트 피이스튼 원통상이고, 양단을 콤프레서 디스크 및 터빈 디스크에 볼트에 의하여 접속하는 플랜지가 설치되고, 최대 내경(D)에 대한 최소두께(t)와의 비(t/D)를 0.05∼0.10으로 하는 것이 바람직하다.The flange of the instant piston of the present invention is connected to the compressor disk and the turbine disk by bolts at both ends thereof, and the ratio (t / D) to the minimum thickness t with respect to the maximum internal diameter D is 0.05. It is preferable to set it as -0.10.
본 발명의 가스터빈은 터빈디스크의 직경(D)에 대한 각 디스크의 간격(ℓ)의 비(ℓ/D)를 0.15∼0.25로 하는 것이 바람직하다.In the gas turbine of the present invention, it is preferable that the ratio (l / D) of the interval l of each disk to the diameter D of the turbine disk is 0.15 to 0.25.
콤프레서 디스크의 일예로서, 17단으로 이루어지는 경우에는 첫 번째단부터 12단째까지를 상기한 Ni-Cr-Mo-V강, 13단째부터 16단째까지를 Cr-Mo-V가 및 17단째를 상기한 마그텐사이트강에 의하여 구성할 수 있다.As an example of a compressor disk, in the case of 17 stages, the Ni-Cr-Mo-V steel described above for the first to 12th stages, Cr-Mo-V for the 13th stage and the 16th stage, and the 17th stage are described. It can comprise with a magtensitic steel.
첫 번째단 및 마지막단 콤프레서 디스크는 첫 번째단일때는 첫 번째단 다음의 것 또는 마지막단의 경우는 그 앞의 것보다 모두 강성을 가지는 구조를 가지고 있다. 또한 이 디스크는 첫 번째단에서부터 서서히 두께를 작게하여 고속회전에 의한 응력을 경감하는 구조로 되어 있다.The first and last compressor disks have a structure that is more rigid than the one after the first stage or the one before the last stage when the first stage is the first stage. In addition, the disk has a structure that reduces the stress due to the high speed rotation by gradually reducing the thickness from the first end.
콤프레서의 블레이드는 C 0.05∼0.2%, Si 0.5%이하, Mn 1%이하, Cr 10∼13% 또는 이것에 Mo 0.5%이하 및 Ni 0.5%이하의 포함하고 잔부가 Fe로 이루어진 마그텐사이트강에 의하여 구성되는 것이 바람직하다.Compressor blades are made of magtencite steel with C 0.05-0.2%, Si 0.5% or less, Mn 1% or less, Cr 10-13% or less than 0.5% Mo and 0.5% or less Ni, and the balance being Fe. It is preferable that it is comprised by.
터빈 블레이드의 선단부과 슬라이딩 접촉하여 링형상으로 형성되는 슈라우드(shroud)의 첫 번째단 부분에는 중량으로, C 0.05∼0.2%, Si 2%이하, Mn 2%이하, Cr 17∼27%, Co 5%이하 및 Mo 5∼15%이하, Fe 10∼30%, W 5%이하, B 0.02%이하 및 잔부가 실질적으로 Ni로 이루어진 주조합금이 사용되고, 다른 부분에는 중량으로 C 0.3∼0.6%, Si 2%이하, Mn 2%이하, Cr 20∼27%, Ni 20∼30%, Nb 0.1∼0.5%, Ti 0.1∼0.5% 및 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어진 주조합금이 사용된다. 이들 합금은 복수개의 블록에 의하여 링상으로 구성되는 것이다.The first end of the shroud, which is formed in a ring shape by sliding contact with the tip of the turbine blade, has a weight of 0.05 to 0.2% C, 2% Si or less, 2% Mn or less, 17% to 27% Cr and 5% Co. And a main alloy consisting of Mo 5-15% or less, Fe 10-30%,
터빈 노즐을 고정하는 다이아프램에는 첫 번째단의 터빈노즐 부분이 중량으로, C 0.05%이하, Si 1%이하, Mn 2%이하, Cr 16∼22%, Ni 8∼15% 및 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어지고, 다른 터빈 노즐 부분에는 높은 C-Ni계 강 주물에 의하여 구성된다.In the diaphragm holding the turbine nozzle, the turbine nozzle portion of the first stage is by weight, C 0.05% or less, Si 1% or less,
터빈 블레이드는 중량으로, C 0.07∼0.25%, Si 1%이하, Mn 1%이하, Cr 12∼20%, Co 5∼25%, Mo 1.0∼5.0%, W 1.0∼5.0%, B 0.005∼0.03%, Ti 2.0∼7.0, Al 3.0∼7.0%와, Nb 1.5%이하, Zr 0.01∼0.5%, Hf 0.01∼0.5%, V 0.01∼0.5% 1종이상과, 잔부가 실질적으로 Ni로 이루어지고, 오스테나이트상 기지(基地)에 γ′상 및 γ″상에 석출된 주조합금이 사용되고, 터빈노즐에는 중량으로 C 0.20∼0.60%, Si 2%이하, Mn 2%이하, Cr 25∼35%, Ni 5∼15%, W 3∼10%, B 0.003∼0.03% 및 잔부가 실질적으로 Co로 이루어지고, 또는 다시 Ti 0.1∼0.3%, Nb 0.1∼0.5% 및 Zr 0.1∼0.3%의 적어도 1종을 포함하고, 오스테나이트상 기지에 공정(covalent crystal)탄화물 및 2차 탄화물을 포함하는 주조합금에 의하여 구성된다. 이들 합금은 모두 용체화(溶體)처리된 후 시효처리 실시되어, 상기 석출물이 형성되어 강화된다.The turbine blades are C 0.07 to 0.25%, Si 1% or less, Mn 1% or less,
또, 터빈블레이드는 고온의 연소가스에 의한 부식을 방지하기 위하여 Al, Cr 또는 Al+Cr확산코팅을 실시할 수 있다. 코팅층은 두께는 30∼150㎛이고, 가스에 접하는 날개부에 설치하는 것이 바람직하다.In addition, the turbine blade may be Al, Cr or Al + Cr diffusion coating in order to prevent corrosion by the high temperature combustion gas. The coating layer is 30-150 micrometers in thickness, It is preferable to provide it in the wing part which contact | connects gas.
연소기는 터빈의 주위에 복수개 설치됨과 동시에 외부통과 내부통과의 2중 구조로 이루어지고, 내부통은 중량으로, C 0.05∼0.2%, Si 2%이하, Mn 2%이하, Cr 20∼25%, Co 0.5∼5%, Mo 5∼15%, Fe 10∼30%, W 5%이하, B 0.02%이하 및 잔부가 실질적으로 Ni로 이루어지고, 판 두께가 2∼5㎜인 소성가공재가 용접에 의하여 구성되고, 원통체 전주위에 걸쳐 공기를 공급하는 초생달형의 루우버 구멍이 설치되고 전 오스테나이트 조직을 가지는 용체화 처리재가 사용된다.A plurality of combustors are installed around the turbine and at the same time have a double structure of the outer passage and the inner passage.The inner passage is by weight, C 0.05-0.2%,
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]Best Mode for Carrying Out the Invention
[실시예 1]Example 1
표 1에 나타낸 조성(중량%)의 시료를 각각 20㎏ 용해하고, 1150℃로 가열하고 단조하여 실험소재로 하였다. 이 소재에, 1150℃에서 2시간 가열후 충풍(衝風)냉각을 행하고, 냉각온도를 150℃에서 정지하고, 그 온도로부터 580℃에서 2시간 가열후 공냉의 1차 템퍼링을 행하고, 이어서 605℃에서 5시간 가열후 노중 냉각의 2차 템퍼링을 행하였다.20 kg of the composition (weight%) of the sample shown in Table 1 was melt | dissolved, it heated at 1150 degreeC, forged, and it was set as the experimental material. This material is subjected to air cooling after heating at 1150 ° C. for 2 hours, and the cooling temperature is stopped at 150 ° C., and then subjected to primary tempering of air cooling after heating at 580 ° C. for 2 hours, followed by 605 ° C. The secondary tempering of the furnace cooling was performed after 5 hours of heating at.
열처리후의 소재로부터 크리프 파단시험편, 인장시험편 및 V노치 샤르피 충격시험편을 채취하여 실험에 제공하였다. 충격시험은 열처리한 그대로의 재료를 500℃, 100시간 가열 취하재에 대하여 행하였다. 이 취하재는 랄손 밀러의 파라미터에 의하여 450℃에서 105시간 가열된 것과 동등한 조건이다.Creep rupture test specimens, tensile test specimens, and V-notch Charpy impact specimens were taken from the material after the heat treatment and provided to the experiment. The impact test was performed on the material with heat as it was after heat treatment at 500 ° C. for 100 hours. These materials are equivalent to those heated at 450 ° C. for 10 5 hours by the parameters of Lalson Miller.
[표 1]TABLE 1
[표 2]TABLE 2
표 1에서, 시료번호 No. 1 및 8은 본 발명재이고, 시료번호 2∼7은 비교재이고, 시료번호 No. 2는 현재 사용되는 디스크재 M152강 상당재이다.In Table 1, Sample No. 1 and 8 are the present invention materials, Sample Nos. 2 to 7 are comparative materials, and Sample No. 2 is equivalent to the disc material M152 steel currently used.
표 2는 이들 시료의 기계적 성질을 나타낸다. 본 발명재(No. 1 및 8)는 고온, 고압 가스터빈 디스크재로서 요구되는 450℃, 105h 크리프 차단강도(>50㎏/㎟) 및 취화처리한후의 25℃ V노치 샤르치 충격치[4㎏-m(5㎏-m/㎠)이상]를 충분히 만족하는 것이 확인되었다. 이것에 대하여 현재 사용되는 가스터빈에 사용되고 있는 M152상당재(시료번호 No 2)는 450℃, 105h 크리프 파단강도가 42㎏/㎟, 취화처리후의 25℃, V노치 샤르피 충격치가 2.7㎏-m로 고온, 고압가스터빈 디스크재로서 요구되는 기계적 성질을 만족하지 않는다.Table 2 shows the mechanical properties of these samples. The present invention materials (No. 1 and 8) are 450 ° C., 10 5 h creep breaking strength (> 50 kg / mm 2) required as a high temperature, high pressure gas turbine disk material, and 25 ° C. V notch Charl impact value after embrittlement treatment. 4 kg-m (5 kg-m /
다음에, Si+Mn량이 0.4∼약 1% 및 Mn/Ni비가 0.12이상의 높은 강(시료번호 No 3∼7)의 기계적 성질을 보면, 크리프 파단강도는 고온, 고압 가스터빈 디스크재로서 요구되는 값을 만족시키거나, 취화후의 V노치 샤르피 충격치는 3.5㎏-m이하로, 만족할 수 없다.Next, in view of the mechanical properties of high steel (Sample Nos. 3 to 7) having an Si + Mn amount of 0.4 to about 1% and a Mn / Ni ratio of 0.12 or more, creep rupture strength is a value required as a high temperature, high pressure gas turbine disk material. Or the V notched Charpy impact value after embrittlement is 3.5 kg-m or less and cannot be satisfied.
제2도는 취화시험후의 충격치와 (Mn/Ni)비와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도면에서 나타낸 바와 같이, (Mn/Ni)비가 0.12까지의 큰 차가 없으나, 0.11이하에서 취화가 급격하게 개선되어, 4㎏-m(5㎏-m/㎠)이상이 되고, 다시 0.10이하에서는 6㎏-m(7.5㎏-m/㎠)이상의 우수한 특성이 얻어진다는 것을 알 수있다. Mn은 탈산제 및 탈황제로서 결여될 수 없는 것으로, 0.6%이하로 첨가할 필요가 있다.2 is a graph showing the relationship between the impact value after the embrittlement test and the (Mn / Ni) ratio. As shown in the figure, the (Mn / Ni) ratio does not have a large difference to 0.12, but the embrittlement is drastically improved at 0.11 or less, and becomes 4 kg-m (5 kg-m / cm 2) or more, and again at 0.10 or less. It can be seen that excellent properties of more than kg-m (7.5 kg-m / cm 2) are obtained. Mn cannot be lacking as a deoxidizer and a desulfurization agent, and needs to be added at 0.6% or less.
제3도는 마찬가지로 Mn량과의 관계를 나타낸 그래프이다.3 is a graph similarly showing the relationship with the amount of Mn.
도면에 나타낸 바와 같이, 취화후의 충격치는 Ni량이 2.1%이하에서는 Mn량의 감소시켜도 큰 효과를 얻을 수 없고, No량이 2.1%를 초과한 함유량에서는 Mn양의 감소에 의해 효과가 현저하다. 특히, Ni량이 2.4%이상에서, 효과가 크다는 것을 알 수 있다.As shown in the figure, the impact value after embrittlement cannot obtain a great effect even if the amount of Ni decreases in the amount of Mn below 2.1%, and the effect is remarkable by the decrease in the amount of Mn when the amount of No exceeds 2.1%. In particular, it can be seen that the effect is large when the Ni amount is 2.4% or more.
또, Mn량이 0.7%부근에서는 Ni량에 관계없이, 충격치가 개선은 얻어지지 않으나, Mn량을 0.6%이하로 하면 Mn량이 낮을수록 Ni량이 2.4%이상에서 충격치가 높은 것이 얻어진다.In addition, when the Mn amount is around 0.7%, the impact value is not improved regardless of the Ni amount. However, when the Mn amount is 0.6% or less, the lower the Mn amount is, the higher the Ni value is at 2.4% or more.
제4도는 마찬가지로 Ni량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도면에 나타낸 바와같이 Mn량이 0.7%이상에서는 Ni를 높여도 취화에 대한 개선은 작으나, 그 이하의 Mn에 대해서는 Ni의 증가에 의하여 취화가 현저하게 개선되는 것이 명백하다. 특히 0.15∼0.4%의 Mn량에서는 2.2%이상의 Ni량에서 현저하게 향상되고, 2.5%이상에서 6㎏-m(7.5㎏-m/㎠)이상, 다시 2.5%이상의 Ni량에서는 7㎏-m/㎠이상의 높은 값이 얻어질 수 있는 것이 명백하다.4 is a graph similarly showing the relationship with the amount of Ni. As shown in the figure, the improvement for embrittlement is small even if Mn is increased to 0.7% or more, but the embrittlement is remarkably improved by increasing Ni for Mn below that. In particular, the Mn content of 0.15 to 0.4% is remarkably improved in the amount of Ni of 2.2% or more, and the content of 6 kg-m (7.5kg-m / cm 2) or more in 2.5% or more and 7kg-m / in the amount of Ni of 2.5% or more. It is clear that high values of more than
제5도는 450℃×105h 크리프 파단강도와 Ni량과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도면에 나타낸 바와 같이 Ni량이 2.5%부근까지는 강도에 거의 영향이 없으나, 3.0%를 초과하면 50㎏/㎟를 밀돌아 목표로 하는 강도가 얻어지지 않는다. 또한 Mn의 양은 적은 쪽이 강도가 높고, 0.15∼0.25% 부근에서 가장 강화되어 높은 강도가 얻어진다.5 is a graph showing the relationship between 450 ° C. × 10 5 h creep rupture strength and the amount of Ni. As shown in the figure, the Ni content has little effect on the strength up to 2.5%, but when it exceeds 3.0%, the target strength is not obtained by rolling 50 kg /
제6도는 본 발명의 가스터빈 디스크의 단면도이다. 표 3은 그 화학조성(중량%)이다.6 is a cross-sectional view of the gas turbine disk of the present invention. Table 3 shows the chemical composition (% by weight).
[표 3]TABLE 3
카본 진공탈산법으로 용해를 행하고, 단조한 후, 1050℃에서 2시간 가열후, 150℃의 오일중에 담금질하고, 이어서 그 온도로부터 520℃에서 5시간 가열후 공냉 및 590℃에서 5시간 가열후 노냉각의 템퍼링을 행하였다. 이 디스크는 외경 1,000㎜, 두께 200㎜이고, 열처리후 도면에 나타낸 형상으로 기계 가공한 것이다. 중심구멍(11)은 65㎜이다. 12는 스택킹볼트를 삽입하는 구멍이 설치되는 부분, 13은 터빈 블레이드가 끼워진 부분이다.After dissolving by carbon vacuum deoxidation and forging, heating at 1050 ° C. for 2 hours, quenching in oil at 150 ° C., and then heating at 520 ° C. for 5 hours, followed by air cooling and heating at 590 ° C. for 5 hours, Tempering of cooling was performed. This disk has an outer diameter of 1,000 mm and a thickness of 200 mm and is machined into the shape shown in the drawing after heat treatment. The center hole 11 is 65 mm. 12 is a portion where a hole for inserting a stacking bolt is installed, and 13 is a portion where a turbine blade is fitted.
본 발명의 디스크의 상술한 취화후의 충격치는 8.0㎏-m(10㎏-m/㎠) 및 450℃×105시간 크리프 파단강도가 55.2㎏/㎠임으로써 우수한 특성을 가지고 있었다.The impact value after the embrittlement of the disk of the present invention was 8.0 kg-m (10 kg-m / cm 2) and the creep rupture strength at 450 ° C. × 10 5 hours was 55.2 kg /
[실시예 2]Example 2
제1도는 상기한 디스크를 사용한 본 발명의 일실시예를 나타내는 가스터빈의 회전부의 단면도이다. 1은 터빈스텁샤프트, 2는 터빈버킷, 3은 터빈스택킹볼트, 4는 터빈스페이서, 5는 디스턴트피이스, 6은 콤프레서 디스크, 6은 콤프레서 디스크, 7은 콤프레서 브레이드, 8은 콤프레서 스택킹볼트, 9는 콤프레서 스텁샤프트, 10은 터빈디스크, 11은 중심구멍이다. 본 발명의 가스터빈은 콤프레서(6)가 17단이고, 또 터빈버킷(2)이 2단인 것이다. 터빈버킷(2)은 3단의 경우도 있으며 모두 본 발명의 강이 적용될 수 있다.1 is a cross-sectional view of a rotating part of a gas turbine showing an embodiment of the present invention using the disk described above. 1 is turbine stub shaft, 2 is turbine bucket, 3 is turbine stacking bolt, 4 is turbine spacer, 5 is destination piece, 6 is compressor disk, 6 is compressor disk, 7 is compressor blade, 8 is compressor stacking Bolt, 9 is compressor stub shaft, 10 is turbine disk, 11 is center hole. In the gas turbine of the present invention, the
표 4에 나타낸 재료에 대하여, 실물 상당의 대형강을 일렉트로 슬러그 재용해법에 의하여 용제하고, 단조, 열처리를 행하였다. 단조는 850∼1150℃의 온도범위내에서 열처리는 표 4에 나타낸 조건에서 행하였다. 표 4에 시료의 화학조성(중량%)도 나타내었다. 이들 재료의 현미경 조직은, No. 6∼9가 전 탬퍼링 마그텐사이트조직, No 10 및 11이 전 템퍼링 베나이트조직이었다. No. 6은 디스턴트피이스 및 마지막단의 콤프레서 디스크에 사용하고, 전자는 두께 60㎜×500㎜×길이 10000㎜, 후자는 직경 1000㎜, 두께 180㎜, No. 7은 디스크로서 직경 1000㎜×두께 180㎜로, No. 8은 스페이서로 외경 1000㎜×내경 400㎜×두께 100㎜로, No. 9는 터빈, 콤프레서의 모든 스택킹볼트로서 직경 40㎜×길이 500㎜, No. 9의 강을 사용하여 마찬가지로 디스턴트 피이스와 콤프레서 디스크를 결합하는 보트를 제조하였다. No. 10 및 11은 각각 터빈 스텁샤프트 및 콤프레서 스텝샤프트로서 직경 250×길이 300㎜로 단조 연신하였다. 또한 No. 10의 합금을 콤프레서 디스크(6)의 13∼16단에 사용하고 No. 11의 강을 콤프레서(6)의 첫 번째단부로부터 12단까지 사용하였다. 이들은 모두 터빈디스크와 동일한 크기로 제조하였다. 시험편은 열처리후, 시료의 중심부분으로부터 No. 9를 제외하고, 축(길이)방향에 대하여 직각방향으로 채취하였다. 이 예는 길이방향으로 시험편을 채취하였다.About the material shown in Table 4, the large size steel equivalent to the real thing was melted by the electro-slug re-dissolution method, and forging and heat processing were performed. Forging was performed under the conditions shown in Table 4 within a temperature range of 850 to 1150 占 폚. Table 4 also shows the chemical composition (% by weight) of the samples. The microscopic structure of these materials is No. 6 to 9 were all tampering magtenite structures, and
표 5는 그 실온인장, 20℃ V노치 샤르피충격 및 크리프파단 시험결과를 나타낸 것이다. 450℃×105h크리프 파단강도는 일반적으로 사용되고 있는 랄손밀러법에 의하여 구하였다.Table 5 shows the room temperature tensile, 20 ° C. V notch Charpy impact and creep rupture test results. The creep rupture strength of 450 ° C. × 10 5 h was determined by the Lalson Miller method which is generally used.
본 발명의 No. 6∼9(12Cr강)를 보면, 450℃, 105h 크리프 파단강도가 51㎏/㎟이상, 20℃ V노치 샤르피 충격치가 7㎏-m/㎠이상으로서, 고온가스터빈용 재료로서 필요한 강도를 충분히 만족하고 있음을 확인되었다.No. of the present invention In 6-9 (12Cr steel), 450 degreeC, 10 5 h creep rupture strength is 51 kg / mm <2> or more, and 20 degreeC V-notch Charpy impact value is 7 kg-m / cm <2> or more, and is required as a material for high temperature gas turbines. It was confirmed that it is satisfactory enough.
다음에 스텁샤프트의 No. 10 및 11(저합금강)은, 450℃ 크리프 파단강도는 낮으나, 인장강도가 86㎏/㎟이상, 20℃ V노치 샤르피 충격치가 7㎏-m/㎠이고, 스텁샤프트로서 필요한 강도(인장강도 81㎏/㎥, 20℃ V노치 샤르피 충격치 5㎏-m/㎠)를 충분히 만족시키는 것을 확인하였다.Next, the stub shaft No. 10 and 11 (low alloy steel) have a low 450 ° C creep rupture strength, but have a tensile strength of 86 kg /
이상의 재료의 조합에 의하여 구성된 본 발명의 가스터빈은, 압축비 14.7, 온도 350℃이상, 압축기 효율 86%이상, 첫 번째단 노즐입구의 가스온도 약 1200℃가 가능하여, 32%이상의 열효율(LHV)이 얻어진다.The gas turbine of the present invention constituted by a combination of the above materials has a compression ratio of 14.7, a temperature of 350 ° C. or more, a compressor efficiency of 86% or more, and a gas temperature of about 1200 ° C. at the first stage nozzle inlet. Is obtained.
이와 같은 조건에 있어서의 디스턴트 피이스의 온도 및 마지막단의 콤프레서 디스크의 온도는 최고 450℃가 된다. 전자는 25∼30㎜ 및 후자는 40∼70㎜의 두께가 바람직하다. 터빈 및 콤프레서 디스크는 모두 중심에 관통공이 설치된다. 터빈 디스크에는 관통공에 압축잔류 응력이 형성된다.The temperature of the last piece and the temperature of the compressor disk of the last stage under such conditions are at most 450 ° C. The former has a thickness of 25-30 mm and the latter 40-70 mm. Both turbine and compressor discs have through-holes in the center. In the turbine disk, compressive residual stresses are formed in the through-holes.
또, 본 발명의 가스터빈은 터빈스페이서(4), 디시턴트피이스(5) 및 콤프레서 디스크(6)의 마지막단에 상기 제 3 표에 나타낸 내열강을 사용하고, 다른 부품을 상술한 바와 같은 강을 사용하여 동일하게 구성한 결과, 압축비 14.7, 온도 350℃이상, 압축효율 8%이상, 첫 번째단 노즐입구의 가스온도 1200℃가 가능하게 되어, 32%이상의 열효율이 얻어짐과 동시에, 상기한 바와 같이 크리프 파단강도 및 가열취화후의 높은 충격치가 얻어져 더욱 신뢰성이 높은 가스터빈이 얻어지는 것이다.In addition, the gas turbine of the present invention uses the heat resistant steel shown in the third table at the end of the
[표 4]TABLE 4
[표 5]TABLE 5
[실시예 3]Example 3
제7도는 본 발명의 내열강을 사용한 가스터빈 디스크를 가지는 일실시예를 나타낸 가스터빈의 회전부분의 부분단면도이다. 본 실시예에 있어서의 터빈디스크(10)는 3단을 가지고 있고, 가스흐름의 상류측으로부터 첫 번째단 및 2단째에는 중심구멍(11)이 설치되어 있다. 본 실시예에 있어서는 모두 표 3에 나타낸 내열강에 의하여 구성된 것이다. 또한 본 실시예에서는 콤프레서 디스크(6)가 가스흐름의 하류측에서는 마지막단, 디스턴트 피이스(5), 터빈스페이서(4), 터빈스택킹볼트(13) 및 콤프레서 스택킹 볼트(8)에 상기 표 3에 나타낸 내열강을 사용한 것이다. 그 외의 터빈블레이드(2), 터빈노즐(14), 연소기(15)의 라이너(17), 콤프레서 블레이드(7), 콤프레서 노즐(16), 다이어프램(18) 및 슈라우드(19)를 표 6에 나타낸 합금에 의하여 구성하였다. 특히, 터빈노즐(12) 및 터빈블레이드(2)는 주물에 의하여 구성된다. 본 실시예에 있어서의 콤프레서는 17단을 가지고 있고, 실시예 2와 동일하게 구성하였다. 터빈스텁샤프트(1) 및 콤프레서 스텁샤프트(9)는 각각 실시예 2와 동일하게 구성하였다.7 is a partial cross-sectional view of a rotating portion of a gas turbine showing an embodiment having a gas turbine disk using heat resistant steel of the present invention. The
[표 6]TABLE 6
표 6중 터빈블레이드, 터빈노즐, 슈라우드 세그먼트(1) 및 다이어프램은 모두 가스상류측의 1단째 사용한 것이고, 슈라우드 세그먼트(2)는 2단째에 사용한 것이다.In Table 6, the turbine blades, the turbine nozzles, the shroud segments 1 and the diaphragms are all used for the first stage on the gas upstream side, and the
본 실시예에 있어서 콤프레서 디스크(6)의 마지막단은 외경에 대한 최소 두께(t)의 비(t/D)가 0.08이고, 디스턴트피이스(56)의 최대내경(D)에 대한 최소두께(t)의 비(t/D)가 0.04이고, 또한 터빈디스크의 직경(D)에 대한 중심부의 최대 두께(t)의 비(t/D)가 첫 번째단은 0.19 및 제2단은 0.205이고, 디스크간의 간격(ℓ)의 비(ℓ/D)가 021이다. 각 터빈디스크 사이에는 공간이 설치되어 있다. 터빈디스크에는 전주위에 걸쳐 등간격으로 각 디스크를 연결하기 위한 볼트 삽입용 구멍이 복수개 설치되어 있다.In the present embodiment, the last end of the
이상의 구성에 의하여 압축비 14.7, 온도 350℃이상, 압축효율 86%이상, 첫 번째단 터빈노즐 입구의 가스온도 1200℃가 가능하여져서, 32%이상의 열효율이 얻어짐과 동시에, 터빈디스크, 디스턴트피이스, 스페이서, 콤프레서 디스크의 마지막단, 스택킹볼트를 상기와 같은 높은 크리프 파단강도 및 가열취화가 적은 내열강이 사용됨과 동시에, 터빈블레이드에 있어서도 고온강도가 높고, 터빈노즐은 고온강도 및 고온연성(延性)이 높고, 연소기 라이너는 마찬가지로 고온강도 및 내피로 강도가 높은 합금이 사용되고 있으므로, 총합적으로 더욱 신뢰성이 높고 균형된 가스터빈이 얻어진다.The above configuration makes it possible to achieve a compression ratio of 14.7, a temperature of 350 ° C or higher, a compression efficiency of 86% or more, and a gas temperature of 1200 ° C at the inlet of the first stage turbine nozzle. High creep rupture strength and low heat embrittlement heat resistant steel are used for the end of stack, spacer, compressor disk, and stacking bolts as well as high temperature strength in turbine blades, and turbine nozzles have high temperature strength and high temperature ductility. Since a high-strength alloy and a combustor liner are similarly used at high temperature strength and high fatigue strength, a more reliable and balanced gas turbine is obtained in total.
[산업상의 이용 가능성][Industry availability]
본 발명에 의하면 고온, 고압(가스온도 : 1200℃이상, 압축비 : 15클라스)가스터빈용 디스크에 요구되는 크리프 파단강도 및 가열취화후의 충격치가 만족되는 것이 얻어지고, 이것을 사용한 가스터빈은 극히 높은 열효율이 달성되는 현저한 효과가 발휘된다.According to the present invention, creep rupture strength and impact value after heat embrittlement required for a high-temperature, high-pressure (gas temperature: 1200 ° C., compression ratio: 15 class) gas disk can be obtained, and the gas turbine using the gas turbine has extremely high thermal efficiency. This achieved significant effect is exerted.
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