WO1998030727A1

WO1998030727A1 - Materiaux pour roue de turbine a vapeur, destines a etre utilises a des temperatures elevees

Info

Publication number: WO1998030727A1
Application number: PCT/JP1997/004580
Authority: WO
Inventors: Masatomo Kamada; Akitsugu Fujita; Kouji Morinaka; Katsuo Kaku
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
Priority date: 1997-01-08
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 1998-07-16
Also published as: JPH10251811A; CZ284998A3; JP3245097B2; EP0896071A4; EP0896071A1

Description

明細書高^蒸気タービンロー夕材技術分野

本発明は火力発電用蒸気タ一ビン口一タ材に関する。背景技術

火力発電用蒸気タービンプラントに用いられる高' Si¾ロータ材としては、 C r Mo V鋼や 12 C r鋼があげられる。このうち、 C r M 0 V鋼は高温^ ¾の限界から 566 °Cまでの蒸気 ί¾のプラントに制限される。一方、 12C r系鋼製の口一タ材は高温が C r Mo V鋼よりも優れているため、 593°Cまでの蒸気温度のブラントに適用することも可能であるが、これを越える温度に対しては高温が不足することから蒸気タ一ビンロータとしての適用は困難である。発明の開示

そこで、本発明は 12 C r系鋼の材料で 593 °C以上の蒸件で適用できる高温 ¾ ^の優れた高' Si¾蒸気タービンロータ材を提供するものである。

このため、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、以下 (1) ~ (6) に示す優れた高^蒸気タ一ビン口一タ材を発明した。

(1)重量比で炭素： 0. 05-0. 13%、シリコン： 0. 01〜0. 1%、マンガン： 0. 1〜1%、クロム： 9. 5〜11%、ニッケル： 0. 1〜0. 8 %、バナジウム： 0. 1〜0. 3%、ニオブ及び Z又はタンタルの合計： 0. 0 1〜0. 2%、窒素： 0. 01〜0. 1%、モリブデン： 0. 01〜0. 5%、タングステン： 0. 9〜3. 5%、コバルト： 0. 1〜4%、ハフニウム： 0.

01〜0. 2%及び不可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする高温用蒸気タービン口一タ材。（以下、本発明材 1という）

(2)重量比で炭素： 0. 05-0. 13%、シリコン： 0. 01〜0. 1 %、マンガン： 0. 01〜0. 1%、クロム： 9. 5〜； L 1 %、ニッケル： 0. 1〜 0. 8%、バナジウム： 0. 1〜0. 3 %、ニオブ及び Z又はタンタルの合計： 0. 01-0. 2%、窒素： 0. 01〜0. 1%、モリブデン： 0. 01〜0. 5%、タングステン： 0. 9〜3. 5%、コノルト： 0. 1〜4%、ハフニウム : 0. 01〜0. 2%及び不可避的不純物及び鉄からなることをとする高温用蒸気タービン口一タ材。（以下、本発明材 2という）

(3)重量比で炭素： 0. 05-0. 13%、シリコン： 0. 01〜0. 1 %、マンガン： 0. 1〜1%、クロム： 9. 5〜： L 1%、バナジウム： 0. 1〜0.

3 %、ニオブ及び 'Z又はタンタルの合計： 0. 01〜0. 2%、窒素： 0. 01 〜0. 1%、モリブデン： 0. 01〜0. 5 %、タングステン： 0. 9〜3. 5 %、コバルト： 0. 1〜4%、ハフニウム： 0. 01〜0. 2%及び不可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする高' Sffl蒸気タービンロータ材。（以下、本発明材 3という）

(4)重量比で炭素： 0· 05-0. 13%、シリコン： 0. 01〜0. 1 %ヽマンガン： 0. 01〜0. 1%、クロム： 9. 5〜： L 1%、バナジウム： 0. 1 〜0. 3%、ニオブ及び Z又はタンタルの合計： 0. 01〜0. 2%、窒素： 0. 01〜0. 1%、モリブデン： 0. 01〜0. 5%、タングステン： 0. 9〜3. 5%、コバルト： 0. 1〜4%、ハフニウム： 0. 01~0. 2%及び不可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする高蒸気タービン口一タ材。（以下、本発明材 4という）

(5)重量比でボロン： 0. 001〜0. 01%以下を含むことを特徴とする上記 (1) 〜（4)記載の高蒸気タービンロータ材。（以下、本発明材 5という）

(6)上記 (1) 〜（5) に記載の材料成分のうち、ハフニウムの"^又は全部、及び/又は鉄の一部をネオジゥムで置き換え、その量（ネオジゥム量）が 0. 005〜0. 5%であることを特徴とする高温用蒸気タービン口一タ材。（以下、本発明材 6という）発明を実施するための最良の形態

本発明者らは 12 C r系鋼を基本成分として合金元素の厳選を行って高温の改善を鋭意行い、優れた高温 14を有する新しい高温用蒸気タービンロータを発明した。

発明材 1

本発明材 1における成分限^由を述べる。なお、以下の説明における％は重量％を意味する。

C： Cは Nとともに炭窒化物を形成しクリーフ断強度の向上に寄与する。しかし、 0. 0 5 %未満では十分な効果は得られず、また 0. 1 3 %を越えると使用中に炭窒化物が凝集默化し、高温長時間強度を劣化させる。このため 0. 0 5〜0. 1 3 %とする。

S i ： S iは脱酸材としての効果がある。その効果は 0. 0 1 %未満では十分ではない。また、 S iは高温^ g、とりわけクリーフ断強さを低下させる。このため、本発明材 1においては真空カーボン脱酸法を適用することも併せて考慮し、製鋼において必要な最小 l¾Sの添加とし、その範囲を 0. 0 1〜0. 1 %とする。

Mn ： M nも脱酸材として有用な元素である。また、 <5フェライトの生成を抑制する作用がある。一方、多量にこの元素を加えるとクリーフ断^^が劣化する。このため、 1 %を越える量の添加は好ましくない。また、 M nは不純物として λする Sの悪影響を Mn Sを形成することで無害ィ匕する作用もある。ただし、製鋼段階での作り込みを考えた場合にはスクラップの管理をする上で 0. 1 %以上の方がコスト的にメリットがある。そこで 0. 1〜1 %とする。

C r ： C rは炭化物を形成しクリーフ ¾断強度の改善に寄与するとともに、マトリックス中に溶け込んで耐酸化性を改善するとともにマトリックス自体を強化して高温長時間側のの向上に寄与する。 9. 5 %未満であるとその効果力十分でなく、また 1 1 %を越える量を添加すると <5フェライトを生成しやすくなつての低下ゃ靱性の劣化をもたらす。このため 9. 5〜1 1 %とする。

N i ： N iは靱性を改善する上で有効な元素である。また、 C r当量を下げて «5フェライトの^^を抑制する効果もある。しカヽし、この元素の添加はクリープ破断^ Sを低下させる。このため、必要最小限度の添加か望まれる。本発明では N iの効果を発揮する元素として C 0を添加しており、 N iの役割を C 0によつて置き換えることができる。ただし、 Coは高価な元素であり、 Coの使用量は経済性からみた^^には可能なかぎり少なくすることも必である。このため、他の合金元素との関係もあるが、 0. 8%以下の添加によって 5フェライトの生成を抑制する。なお、下,については不可避的不純物として混入する量を考慮して 0. 1%以上とする。したか、つて、 0. 1〜0. 8%とする。

V： Vは炭窒化物となってクリープ破断を改善する。 0. 1%未満では十分な効果が得られない。また、逆に 0. 3%を越える量を添加するとむしろクリ —フ断強度は低下してしまう。このため 0. 1〜0. 3%とする。

N b及び Z又は T a： N b及び Z又は T aは炭窒化物を形成して高温強度の改善に寄与する。また、高温で析出する炭化物（M₂₃C₆) をにして長時間クリ一フ断強度の改善に寄与する。その合計量が 0. 01 %未満ではその効果はなく、またその合 |«が 0. 2%を越える量を添加すると、鋼塊製造時に生成した N b及び 'Z又は T aの炭窒化物か、理（溶体ィ理： 980〜1150。C)時にマトリックスに十分に固溶できず、中に粗大ィ匕して長時間のクリ一プ破断強度を低下させる。このため Nb及び/又は T aの合計量を 0. 01〜0. 2% とする。

N： Nは Cや合金元素とともに炭窒化物を形成して高温搬の改善に寄与する。 0. 01%未満では十分な炭窒化物を形成することができないために、クリープ破断が十分に得られない。また、 0. 1%を越える量を添加すると長時間側で炭窒化物力，集粗大化して十分なクリ一フ断搬を得ること力できなくなる。このため 0. 01〜0. 1%とする。

Mo： Moは Wとともにマトリックス中に固溶してクリーフ断搬を改善する。 Moの単独の添加であれば 1. 添加することが可能である力本発明材のように Wを添加する場合、 Wの方カ镇温^ gの改善に^力であり、また M o及ひを多量に添加すると ( フェライ卜が形成されてクリーブ破断搬を劣ィ匕させる。このため、 Wの添加量とのバランスから 0. 5%以下の添加となる。また、 W単独では十分な高温強度が発揮できないことから僅力、な添加でも必要であり、その量は 0. 01%以上となる。したがって Moの添加量は 0. 01〜0. 5%とする。 W： Wは前述のように M oとともにマトリックス中に固溶してクリーブ破断強度を改善する。 Wは M oよりも固溶体強化機能が強く有効な元素である。しかし多量に添加すると 5フェライトゃ多量のラーべス相を生成するため、逆にクリープ破断を劣ィ匕させる。このため M oの添加量とのバランスを考慮して 0. 9 〜3. 5 %の添加とする。

C o ： C oはマトリックスに固溶して <5フェライ卜の^ ^を抑制する。また、 N iのように高温強度を劣化させることはない。このため C oを添加すると、 C oを添加しないものよりも C rや W、 M o等の強ィ！ ^素を多く添加すること力可能となる。この結果、高いクリ一フ¾断を得ること力河能となる。加えて C oには焼もどし軟化抵抗を大きくする作用があり、中の材料の軟化を抑制することに効果がある。これらの効果は他の元素との関係もあるが、 0. 1 %以上添加するとその効果は現れる。しかし 4 %を越える量を添加すると S相などの金属間化^/力賊しゃすくなり、一度金属間化^!が生成すると脆化してしまうことになる。加えて長時間側のクリ一フ断強度も劣化させてしまうことにつながる。したがって C oの添加は 0. 1〜4 %となる。

H f ： H f はニッゲル基の超合金などに添加され、る合金元素であり、粒界のを向上させて高温 ¾¾、とりわけクリーフ断強さの向上に効果が大きい元素である。このような H f の効果は高 C r鋼の本ロータ素材にも有用であり、上述のようにクリーフ断強さ向上に効果カ大きい。高 C r鋼では上述の効果の他にマトリックスに固溶してマトリックス自体を強化すること、炭窒化物の凝集 •粗大化を遅延させて長時間クリ一プ破断強さを向上させる効果などがある。この効果は 0. 0 1 %未満では十分に機能しない。また、 0. 2 %以上を添加すると時にマトリックス中に固溶すること力できないため、それ以上添加することの効果は期待できない。加えて、多量に添加すると溶解時に耐火物と反応して介在物となり素材自体の清浄度を劣化させるとともに、溶解炉も損傷させてしまう。このため最小瞧の添加を行うことカ^^となる。以上のことから H f の添加は 0. 0 1〜0. 2 %とする。

発明材 2

次に、本発明材 2における β¾ ^限定理由を述べる力本発明材 1の説明と重複するところは省略し、ここでは新たに狭い範囲に限定した Mnの限^由のみの説明を行う。

Mn ： M nは本発明材 1の説明でも述べたように、脱酸材として有用な元素であり、さらに Sフェライトの^ ¾を抑制する作用がある。しかし、前述のように、この元素を加えると N iと同様にクリーフ断¾¾が劣化してしまう。このため可能な限り低く抑えること力必要である。特に、 0. 1 %以下に低く抑えるとクリーフ。 ¾断¾ ^は大きく改善される。また、 M nは不純物として λする Sの悪影響を Mn Sを形成することで無割匕する作用もある。このため 0. 0 1 %以上の添加は必要である。したがって、本発明材 2においては Mnを 0. 0 1〜0. 1 %に限定する。

発明材 3

本発明材 3における成分限 ¾S由を述べるが、本発明材 1の説明と S するところは省略し、ここでは本発明材 1及び 2とは異なり、全く添加しないことになつた N iについての説明を行う。

N i ： N iは本発明材 1の説明でも述べたように、マトリックス中に溶け込んで Sフヱライ卜の生成を抑制する作用がある。加えて靱性向上にも効果がある。し力、し、先にも述べたように N iを添加するとクリープ破断^^力 <低下してしまう。このため、可能な限り低く抑えることカ必要である。本発明材 3の場合には C 0を添加することにより N iの効果を置き換えること力できるようになつているので、 5フェライトカ ^^しないように C o、 C、 N等の元素を加えてその管理を行えば、クリーフ断強さに悪響を与える N iの添加を全く行わないことも可能となる。このように N iを全く添加しないことで、 N iを添加したものに比べて遙かに高 L、クリ一フ断強さを得ること力河能となる。

発明材 4

本発明材 4における成分限定理由を述べる力本発明材 2において、前記本発明材 3と同様に N iの添加を行わないもので、他成分の限定理由は本発明材 1及び 2で説明したとおりであるので、その説明は省略する。

発明材 5

本発明材 5における成分限 ¾S由を述べるが、ここでは本発明材 1〜4と « する成分についての説明は省略し、新たに限定した Bの設^由のみの説明を行

Β： Βは粒界^ gを高くする作用がある。このためクリーフ断の改善に寄与する。し力、し、多量に添加すると熱間加工性が悪くなるとともに靱性カ <低下する。 0. 001%未満では Βの効果が十分に得られない。一方、 0. 01%を越える量を添加すると熱間加工性ゃ靱性が低下する。このため 0. 001〜0. 01%とする。

発明材 6

本発明材 6における限 ¾a由を述べる力ここでは本発明材 1 ~5と ® する成分についての説明は省略し、新たに限定した N dの設定理由のみの説明を行う。

Nd： Ndは粒界を向上させるとともに、マトリックスへの固溶強化、炭窒化物の凝集 ·粗大ィ延効果により、高温強度、とりわけクリ一フ断強変の向上に効果が大きこの効果は 0. 005 %未満の含有量では十分に機能しない。一方、に添加すると、介在物となり鋼の清浄度を低下させ、靱性の低下やクリープ破断搬の低下を引き起こす。このため、上限値を 0. 5%とする。

難例

以下、本発明高温用蒸気タービンロータ材の例をあげ、本発明の効果を明らカヽにする。

(雄例 1)

以下、本発明材 1に関する実施例について説明する。

第 1表には試験に供した材料の化学をまとめて示す。全ての材料は 50k g真空高周波溶解炉にて溶製し試酣とした。この試験材を加熱- ： 1200 °Cにて熱間鍛造を行い、その後に以下の熱処理を施した。熱処理は胴径： 120 0 øのロー夕を油冷したときの中心部を f¾した焼入れ処理を行い、次いで焼きもどしは 0. 2 %耐力がおよそ 68〜74kg fZmm²になるように各材料の焼もどしを決めて行った。

第 2表に本発明材 1及び比較材の機械的性質並びにクリ一フ断強さを示す。常温引張試験の結果にはほとんど差はないが、比較材の 10、 14、 19の材料の伸び、絞り力本発明材 1に比べて低くなつている。また、衝撃特性の点では、比較材の材料番号の 8 1 1 1 4〜： 1 7 1 9 2 0力《低い値を示しており、本発明材 1に比べて靱性が低いことが明らかとなっている。また本表には試驗温度： 6 5 0 C、応力： 1 5 k g f /mm²におけるクリーフ断試験の破断時間を示す。この結果から明らかなように比較材の 1 0を除いて本発明材 1のクリ一プ破断強さは比較材に比べて格段に優れていることがわかる。

^¾ 13¾

第 2表

(纖例 2 )

以下、本発明材 2に関する ^例について説明する。

第 3表には試験に供した材料の化学 β ^をまとめて示す。本発明材 2のは本発明材 1のと対比すると、本発明材 1の^^の Μ ηを低減させているものである。全ての材料は雄例 1と同様に 5 0 k g真空高周波溶解炉にて溶製し試験材とした。この試を加熱 : 1 2 0 0。Cにて熱間^ を行い、その後に以下の理を施した。理は胴径 1 2 0 0 0のロータを油冷したときの中心部を βした ¾ れ処理を行い、次いで焼きもどしは 0. 2 %耐力がおよそ 6 8 〜7 4 k g f Zmm²になるように各材料の焼もどし ί¾¾を決めて行った。

第 4表に本発明材 2及び比較のために本発明材 1の機械的性質並びにクリ一プ破断強さを示す。この表から明らかなように、常温弓 I張試験の結果にはほとんど差はない。ただし、衝» ^において本発明材 2は Μ ηカ沙なくなった関係で本発明材 1に比べて若干衝撃値力 <低くなつている。し力、し、この低下は小さいものであり問題となるものではない。一方、クリーフ ¾断強さを比較すると Μ ηを低くしたことによって本発明材 2は本発明材 1よりも破断時間力 <長くなっており、明ら力、にクリ一フ断強さが向上していることがわかる。第 3表

C Si Mn Cr Ni V Nb Ta Mo W Co N Hf 本 1 0.09 0.04 0.41 10.4 0.55 0.21 0.05 0.34 1.1 2.5 0.05 0.05 発 2 0.12 0.05 0.36 9.6 0.45 0.20 0.05 0.46 1.9 1. 1 0.05 0.06 明 3 0. 13 0.05 0.75 10.8 0.68 0.21 0.03 0.04 0.41 3.2 3.2 0.03 0.15 材 4 0. 12 0.05 0.84 10.5 0.35 0.21 0.05 0.26 3.1 3.8 0.04 0.12

1 5 0.07 0.05 0.65 9.8 0.56 0.23 0.05 0.02 0.46 2.2 1.9 0.08 0.16 本 21 0.09 0.05 0.05 10.6 0.56 0.21 0.05 0.35 1.1 2.6 0.05 0.06 発 22 0. 11 0.05 0.05 9.6 0.45 0.20 0.05 0.47 1.9 1.1 0.05 0.07 明 23 0. 12 0.04 0.03 10.4 0.67 0.21 0.03 0.04 0.41 3.2 3.2 0.03 0.17 材 24 0. 13 0.05 0.08 10.5 0.32 0.21 0.05 0.25 3.1 3.7 0.04 0.12

2 25 0.07 0.05 0.04 9.9 0.55 0.23 0.05 0.02 0.46 2.2 1.8 0.08 0.17 第 4表

(難例 3 )

以下、本発明材 3に関する雄例について説明する。

第 5表には試験に供した材料の化学 β ^をまとめて示す。本発明材 3のは本発明材 1のと対比すると、本発明材 1のから N iを完全に排除したものである。全ての材料は、実施例 1 、 2と同様に 5 0 k g真空高周波溶解炉にて溶製し試験材とした。この試を加熱 iSS ： 1 2 0 0。Cにて熱間 i を行い、その後に以下の理を施した。理は胴径 1 2 0 0 øのロータを油冷したときの中心部を†簾した^ λれ処理を行 Lヽ、次、で焼きもどしは 0. 2 %耐力がおよそ 6 8〜7 4 k g f Zmm²になるように各材料の焼もどし渡を決めて行った。第 6表に本発明材 3及び比較のために本発明材 1の機械的性質並びにクリープ破断強さを示す。この表から明らかなように、常温引張試験の結果にはほとんど差はない。ただし、衝撃^において本発明材 3は N iカ沙なくなつた関係で本発明材 1に比べて若干衝撃値カ低くなつている。し力、し、この低下は M nを低減した本発明材 2と同様に小さいものであり問題となるものではない。一方、クリ —フ断強さを J ¾すると N iを排除したことによって本発明材 3は本発明材 1 よりも明らかにクリ一フ断強さ力向上していることがわかる。第 5表

C Si Mn Cr Ni V Nb Ta Mo W Co N Hf 本 1 0.09 0.04 0.41 10.4 0.55 0.21 0.05 0.34 1.1 2.5 0.05 0.05 発 2 Λ 1 Λ U .UΚa U .ob y.b U. b Λ on U.uD U.4b 1 Q 丄 .. Λ Λ

1 U.Ub 明 3 0.13 0.05 0.75 10.8 0.68 0.21 0.03 0.04 0.41 3.2 3.2 0.03 0.15 材 4 0.12 0.05 0.84 10.5 0.35 0.21 0.05 0.26 3.1 3.8 0.04 0.12

1 5 0.07 0.05 0.65 9.8 0.56 0.23 0.05 0.02 0.46 2.2 1.9 0.08 0.16 本 31 0.10 0.04 0.41 10.4 0.21 0.05 0.34 1.1 2.6 0.05 0.06 発 32 0.12 0.05 0.36 9.5 0.20 0.05 0.45 1.9 1.2 0.05 0.06 明 33 0.12 0.06 0.75 10.8 0.21 0.03 0.04 0.42 3.3 3.2 0.03 0.16 材 34 0.12 0.05 0.83 10.5 0.21 0.05 0.25 3.2 3.8 0.04 0.12 3 35 0.09 0.05 0.65 9.5 0.23 0.05 0.02 0.46 2.3 1.9 0.08 0.17

第 6表

(難例 4)

以下、本発明材 4に関する難例について説明する。

第 7表には試験に供した材料の化学成分をまとめて示す。本発明材 4のは本発明材 3のの Μηを低減したものである。全ての材料は実施例 1〜 3と同様に 5 0 k g真空高周波溶解炉にて溶製し試験材とした。この試験材を加熱-^ ： 1 2 0 0。Cにて熱間鍛造を行い、その後に以下の熱処理を施した。熱処理は胴径 1 2 0 0 øのロータを油冷したときの中心部をした^ Λれ処理を行い、次 I、で焼きもどしは 0. 2 %耐力がおよそ 6 8〜 7 4 k g f Zmm²になるように各材料の焼もどし ί¾を決めて行った。

第 8表に、本発明材 4及び比較のために本発明材 3の機械的性質並びにクリ一プ破断強さを示す。この表から明らかなように、この場合においても常温引張試験の結果にはほとんど差はない。ただし、衝撃において本発明材 4は Μηが少なくなつた関係で本発明材 3に比べて若干衝撃値が低くなつている。しかし、この低下も小さいものであり問題となるものではない。一方、クリーフ断強さを比較すると Mnを低くしたことによつて本発明材 4は本発明材 3よりも明らかにクリーブ破断強さ力向上していることカわかる。第 7表

C Si Mn Cr Ni V N Ta Mo Co N Hf 本 31 0.10 0.04 0.41 10.4 0.21 0.05 0.34 1.1 2.6 0.05 0.06 発 32 U.Uo U .00 b.o Λ Λ U .Uo U.4o 1.9 1 1.0 L U .UD U.Uo 明 33 0.12 0.06 0.75 10.8 0.21 0.03 0.04 0.42 3.3 3.2 0.03 0.16 材 34 0.12 0.05 0.83 10.5 0.21 0.05 0.25 3.2 3.8 0.04 0.12

3 35 0.09 0.05 0.65 9.5 0.23 0.05 0.02 0.46 2.3 1.9 0.08 0.17 本 41 0.11 0.04 0.05 10.4 0.21 0.05 0.35 1.2 2.6 0.05 0.06

42 0.12 0.06 0.04 9.6 0.21 0.05 0.44 1.9 1.4 0.05 0.06 明 43 0.13 0.05 0.05 10.4 0.20 0.03 0.04 0.43 3.4 3.2 0.03 0.15 材 44 0.11 0.05 0.08 10.5 0.20 0.05 0.25 3.3 3.7 0.04 0.12 4 45 0.09 0.06 0.03 9.5 0.22 0.05 0.02 0.45 2.3 1.9 0.08 0.16

第 8表

(纖例 5 )

以下、本発明材 5に関する纖例について説明する。

第 9表には試験に供した材料の化学をまとめて示す。本発明材 5の材料は本発明材 1〜 4の材料の代表に対して Βをそれぞれ添加したものである。具体的には、本発明材 5の 5 1〜5 8は本発明材 1の 3、 4、本発明材 2の 2 1、 2 2、本発明材 3の 3 4、 3 5及び本発明材 4の 4 1、 4 2をそれぞれ基本^^として、それぞれの基本 β ^の材料に対して Βを添加したものである。全ての材料は本発明材丄〜 4と同様に 5 0 k g真空高周波溶解炉にて溶製し試謝とした。この試験材を加熱温度： 1 2 0 0°Cにて熱間鍛造を行い、その後に以下の熱処理を施した。脑理は胴径 1 2 0 0 0のロータを油冷したときの中心部を漏した焼入れ処理を行い、次いで焼きもどしは 0. 2 %耐力がおよそ 6 8〜7 4 k g f Zmm ²になるように各材料の焼もどし' ί¾¾を決めて行つた。

第 1 0表に、本発明材 5及び比較のために本発明材 1〜4の一部の機械的性質並びにクリ一フ断強さを示す。本結果から明らかであるように本発明材 5は本発明材 1〜 4と比較して機械的性質にお t、てほとんど差はない。クリ一プ破断強さを比較すると Bを添加した本発明材 5はそれぞれ基本 β ^の材料に対して明らかにクリーフ断強さ力向上していることがわかる。

第 9表

C Si Mn Cr Ni V Nb Ta Mo W Co N Hi B

3 0.13 0.05 0.75 10.8 0.68 0.21 0.03 0.04 0.41 3.2 3.2 0.03 0.15 本発明材 1

4 0.12 0.05 0.84 10.5 0.35 0.21 0.05 0.26 3.1 3.8 0.04 0.12

21 0.09 0.05 0.05 10.6 0.56 0.21 0.05 0.35 1.1 2.6 0.05 0.06 本発明材 2

22 0.11 0.05 0.05 9.6 0.45 0.20 0.05 0.47 1.9 1.1 0.05 0.07

34 0.12 0.05 0.83 10.5 0.21 0.05 0.25 3.2 3.8 0.04 0.12 本発明材 3

35 0.09 0.05 0.65 9.5 0.23 0.05 0.02 0.46 2.3 1.9 0.08 0.17

41 0.11 0.04 0.05 10.4 0.21 0.05 0.35 1.2 2.6 0.05 0.06 本発明材 4

44 0.11 0.05 0.08 10.5 u. o 0.05 3.3 3.7 0.04 0.12

51 0.13 0.06 0.73 10.7 0.65 0.20 0.03 0.04 J 0.45 3.2 3.2 0.03 0.14 0.004

52 0.13 0.05 0.86 10.5 0.36 0.21 0.05 0.24 3.1 3.8 0.02 0.11 0.005

53 1 Λ Λ 09 ·} 0

U .1U U . Ub U . U4 1U .4 U .00 U . LL U .UO 1

U .00 1. U . Ub 本発明材 5 54 0.12 0.05 0.05 9.6 0.42 0.20 0.05 0.48 1.8 1.2 0.03 0.07 0.004

55 0.13 0.04 0.86 10.4 0.22 0.05 0.25 3.2 3.7 0.03 0.11 0.004

56 0.10 0.05 0.61 9.6 0.21 0.05 0.02 0.45 2.3 1.9 0.08 0.15 0.001

57 0.11 0.04 0.04 10.5 0.22 0.05 0.32 1.4 2.6 0.03 0.08 0.003

58 0.12 0.04 0.07 10.7 0.20 0.05 0.26 3.2 3.6 0.02 0.11 0.008

第 1 0表

(難例 6 )

以下、本発明材 6に関する実施例について説明する。

第 1 1表には試験に供した材料の化学 β ^をまとめて示す。本発明材 6の材料は本発明材 1〜5の材料の代表に対して H fの"^又は全部、及び Z又は F eの一部を N dで置き換えたものである。具体的には、本発明材 6の 6 1〜6 8は本発明材 1の 3、本発明材 2の 2 1、本発明材 3の 3 4、本発明材 4の 4 1及び本発明材 5の 5 2、 5 4、 5 6、 5 8をそれぞれ基本^として、それぞれの基本成分の材料に対して H fの一部又は全部、及び/又は F eの一部を N dで置き換えたものである。また、さらなる比較材として、本発明材 6の 64、 68を基本成分として、本発明における Nd量の上 P賺以上に Ndを添加した材料（試料番号 71、 72) も用意した。全ての材料は本発明材 1〜5と同様に 50kg真空高周波溶解炉にて溶製し試験材とした。この試,を加熱 ί¾Κ： 1200。Cにて熱間^ ^を行い、その後に以下の理を施した。理は胴径 12000の口 ―タを油冷したときの中心部を†簾した^ λれ処理を行 L 次 L、で焼きもどしは 0. 2 %耐力がおよそ 68〜74kg f Zmm²になるように各材料の焼もどし温度を決めて行った。

第 12表に、本発明材 6及び比較のために本発明材：！〜 5の一部、更なる比較材としての試料番号 71, 72の機械的性質並びにクリ一フ断強さを示す。本結果から明らかであるように本発明材 6は、本発明材 1〜 5と比較して機械的性質においてはほとんど差はない。クリ一フ断強さを比較すると、 Ndを添加した本発明材 6はそれぞれの基本^^の材料に対して明らかにクリ一フ断強さが向上していることがわかる。一方、 Ndを過剰に添加した試料番号 71、 72は、基本 ^材である本発明材 6の 64、 68と比較して、衝撃 ¾びクリ一フ断強さが明ら力、に低下しており、上以上の N dの添加はかえつて材:^性を低下させること力わかる。

第 1 1表

氺印は本発明材 6の成分範囲外を示す

第 12表

1997年 1月 8日に日本国特許庁に出願された特願平 9—1360号にかかる出願の開示内容の全て、すなわち願書に添付された明細書（特許請求の範囲を含む）、要約書の内容は、本特許出願の内容の一部として全体が引用される。

1997年 8月 20日に日本国特許庁に出願された特願平 9— 223243号にかかる出願の開示内容の全て、すなわち願書に添付された明細書（特許請求の範囲を含む）、要約書の内容は、本特許出願の内容の一部として全体が引用される産の利用可能性

本発明の高 iSffi蒸気タービンロータ材は優れた高温強度を有するため、蒸気温度が 5 9 3。Cを越える超々臨界圧発電ブラント用の高温用蒸気タービンロータ材として有用である。本発明により、現在の超々臨界圧発電プラントをさらに高温化し、ィ匕石燃料の節約に寄与するとともに二酸 i ^素の発^ *を低く抑える上で有用なものであると言える。

Claims

請求の範囲

(1)重量比で炭素： 0. 05~0. 13%、シリコン： 0. 01 0. 1% マンガン： 0. 1 1%、クロム： 9. 5 11%、ニッケル： 0. 1 0. 8 %、バナジウム： 0. 1 0. 3%、ニオブ及び Z又はタンタルの合計： 0. 0 1-0. 2%、窒素： 0. 01-0. 1%、モリブデン： 0. 01 0. 5% タングステン： 0. 9 3. 5%、コバルト： 0. 1 4%、ハフニウム： 0. 01 0. 2%及び不可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする高温用蒸気タービン口一タ材。

(2)重量比で炭素： 0. 05-0. 13%、シリコン： 0. 01 0. 1% マンガン： 0. 01 0. 1%、クロム： 9. 5〜： L 1%、ニッケル： 0. 丄〜 0. 8%、バナジウム： 0. 1 0. 3 %、ニオブ及び Z又はタンタルの合計： 0. 01-0. 2%、窒素： 0. 01 0. 1%、モリブデン： 0. 01 0. 5%、タングステン： 0. 9 3. 5% ノレト： 0. 1 4%、ハフニウム： 0. 01-0. 2 %及び不可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする高温用蒸気タービン口一タ材。

(3)重量比で炭素： 0. 05-0. 13%、シリコン： 0. 01 0. 1% マンガン： 0. 1〜； L%、クロム： 9. 5 11%、バナジウム： 0. 1 0. 3 %、ニオブ及び Z又はタンタルの合計： 0. 01 0. 2%、窒素： 0. 01 0. 1%、モリブデン： 0. 01 0. 5%、タングステン： 0. 9 3. 5 %、コル卜： 0. 1 4%、ハフニウム： 0. 01 0. 2%及び不可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする高^蒸気タ一ビンロータ材。

(4)重量比で^ ¾: 0. 05-0. 13%、シリコン： 0. 01 0. 1% マンガン： 0. 01 0. 1%、クロム： 9. 5〜： L 1%、バナジウム： 0. 1 0. 3%、ニオブ及び/又はタンタルの合計： 0. 01 0. 2%、窒素： 0. 01 0. 1%、モリブデン： 0. 01 0. 5%、タングステン： 0. 9 3. 5%、コバルト： 0. 1 4%、ハフニウム： 0. 01 0. 2%及び不可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする高' fiffi蒸気タービン口一タ材。

(5)重量比でボロン： 0. 001 0. 01%以下を含むことを髓とする請求項（1) （4) のいずれ力、に記載の高 iSffl蒸気タービンロータ材。 (6)請求項（1) 〜（5) のいずれかに記載の材料成分のうち、ハフニウムの一部又は全部、及び Z又は鉄の一部をネオジゥムで置き換え、その量が重量比で 0. 005〜0. 5%であることを特徴とする高' ^蒸気タービンロータ材。