JPS59232231A - タ−ビンロ−タの製造方法 - Google Patents
タ−ビンロ−タの製造方法Info
- Publication number
- JPS59232231A JPS59232231A JP10674683A JP10674683A JPS59232231A JP S59232231 A JPS59232231 A JP S59232231A JP 10674683 A JP10674683 A JP 10674683A JP 10674683 A JP10674683 A JP 10674683A JP S59232231 A JPS59232231 A JP S59232231A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbine rotor
- creep rupture
- rotor
- rupture strength
- toughness
- Prior art date
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- Pending
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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
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/28—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for plain shafts
-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
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- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (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】
〔発明の技術分野]
この発明は高温で優れたクリープ破断強さを有する12
Cr系耐熱鋼で構成されたタービンロータの製造方法に
関する。
Cr系耐熱鋼で構成されたタービンロータの製造方法に
関する。
[発明の技術的背景]
近年蒸気タービンやガスタービンは熱効率の向上を目的
に、使用する蒸気温度やガス温度が上昇してきている。
に、使用する蒸気温度やガス温度が上昇してきている。
ところで、クリープ破断強さの優れたロータの一つに1
.2 Cr −Mo −V−Nb(Ta)−N鋼で構成
されたロータがあるが、今後の高温化に対処するために
は更に高温のクリープ破断強さに優れた】2C「系ロー
タが必要とされる。・ 高温のクリープ破断強さを向上さぜる方法の一つとして
焼入温度の上昇があるが、従来の12C「系ロータで行
゛なわれている高周波炉や電弧炉による溶解で製造され
たタービンロータ素体の焼入温度をただ単に上昇させた
場合にはクリープ破断強さは向上するが、反面、延性靭
性が低下し、また切欠弱化を生じやすくなる。そのため
、タービンロータの脆性破壊に対する安全性、信頼性の
観点よシ従来12C「系タービンロータの焼入温度はク
リープ破断強さと延性および靭性を考慮して通常105
0±頷°Cで行なっている。
.2 Cr −Mo −V−Nb(Ta)−N鋼で構成
されたロータがあるが、今後の高温化に対処するために
は更に高温のクリープ破断強さに優れた】2C「系ロー
タが必要とされる。・ 高温のクリープ破断強さを向上さぜる方法の一つとして
焼入温度の上昇があるが、従来の12C「系ロータで行
゛なわれている高周波炉や電弧炉による溶解で製造され
たタービンロータ素体の焼入温度をただ単に上昇させた
場合にはクリープ破断強さは向上するが、反面、延性靭
性が低下し、また切欠弱化を生じやすくなる。そのため
、タービンロータの脆性破壊に対する安全性、信頼性の
観点よシ従来12C「系タービンロータの焼入温度はク
リープ破断強さと延性および靭性を考慮して通常105
0±頷°Cで行なっている。
[発明の目的]
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、高温のクリー
プ破断強さが優れるとともに延性および靭性にも優れた
、タービンロータの脆性破壊に対する安全性、信頼性の
高い12Cr系タービンロータの製造方法を提供するこ
とを目的としたものである。
プ破断強さが優れるとともに延性および靭性にも優れた
、タービンロータの脆性破壊に対する安全性、信頼性の
高い12Cr系タービンロータの製造方法を提供するこ
とを目的としたものである。
[発明の概要]
本発明は従来の12Cr系タービンロータの化学組成、
溶解方法および熱処理方法など例ついて広範囲に実数、
検討した結果、高温のクリープ破断強さに優れ、かつ延
性および脆性にも優れた1、2 Cr系タービンロータ
が得られることを見いだした事による。
溶解方法および熱処理方法など例ついて広範囲に実数、
検討した結果、高温のクリープ破断強さに優れ、かつ延
性および脆性にも優れた1、2 Cr系タービンロータ
が得られることを見いだした事による。
すなわち、本発明に係る12C「系タービンロータは重
量パーセントでco、i〜0.25%、Si O,5係
以下、Mn 0.1〜1.0%、Cr 9.0〜13.
0 %、Ni、Coノ少すくトも一種0.1〜1,0チ
、MO05〜2.0チ、■0.1〜0.3チ、Nb、T
aの少なくとも一種0.03〜03%、W 0.5〜2
.0%、N O,03〜0.1%、B O,005〜0
.05%残部Feおよび付随的不純物より成る合金組成
を有し、エレクトロスラグ再溶解による二次溶解をして
得だ鋼塊を鍛造成形してタービンロータ素体としたのち
、1020°C〜1150°Cの温度範囲に加熱後焼入
れ、次いで530〜730°Cの温度範囲で焼戻し処理
を行うことを特徴とする高温クリープ破断強さと延性お
よび靭性に優れだ12Cr系タービンロータの製造方法
である。
量パーセントでco、i〜0.25%、Si O,5係
以下、Mn 0.1〜1.0%、Cr 9.0〜13.
0 %、Ni、Coノ少すくトも一種0.1〜1,0チ
、MO05〜2.0チ、■0.1〜0.3チ、Nb、T
aの少なくとも一種0.03〜03%、W 0.5〜2
.0%、N O,03〜0.1%、B O,005〜0
.05%残部Feおよび付随的不純物より成る合金組成
を有し、エレクトロスラグ再溶解による二次溶解をして
得だ鋼塊を鍛造成形してタービンロータ素体としたのち
、1020°C〜1150°Cの温度範囲に加熱後焼入
れ、次いで530〜730°Cの温度範囲で焼戻し処理
を行うことを特徴とする高温クリープ破断強さと延性お
よび靭性に優れだ12Cr系タービンロータの製造方法
である。
ここで本発明方法に係る12Cr系タービンロータの組
成および溶解、熱処理の限定理由について説明する。
成および溶解、熱処理の限定理由について説明する。
Cは引張強さやクリープ破断強さを確保するために必要
な元素であり、0.1%未満ではフェライト相が生成し
て所要の特性が得られず、また0、25%を越えると靭
性が低下することからこの範囲とする。
な元素であり、0.1%未満ではフェライト相が生成し
て所要の特性が得られず、また0、25%を越えると靭
性が低下することからこの範囲とする。
Slは脱酸剤として添加する元素であるが多量の添加は
靭性を劣下させるので0.5%以下とする。
靭性を劣下させるので0.5%以下とする。
■は脱酸、脱硫剤として添加する元素で0.1%未満で
は十分な効果得られず、また1、0%を越えるとクリー
プ破断強さを低下させるのでこの範囲とするO NiおよびCOはフェライト相の生成を抑え均一なマル
テンサイト組織を得るため如必要な元素であるが、0.
1%未満ではその効果が発揮されにくく、またNtの場
合1.0係を越えるとクリープ破断強さを低下させるこ
と、COの場合は高価になることからこの範囲とする。
は十分な効果得られず、また1、0%を越えるとクリー
プ破断強さを低下させるのでこの範囲とするO NiおよびCOはフェライト相の生成を抑え均一なマル
テンサイト組織を得るため如必要な元素であるが、0.
1%未満ではその効果が発揮されにくく、またNtの場
合1.0係を越えるとクリープ破断強さを低下させるこ
と、COの場合は高価になることからこの範囲とする。
Crは本発明に係るロータの機械的性質を得るために必
要な元素で、その量が9,0%未満では必要とするクリ
ープ破断強さが確保し難く、まだ130チを越えるとフ
ェライト相が生成し、クリープ破断強さが低下すること
からこの範囲とする。
要な元素で、その量が9,0%未満では必要とするクリ
ープ破断強さが確保し難く、まだ130チを越えるとフ
ェライト相が生成し、クリープ破断強さが低下すること
からこの範囲とする。
MOはクリープ破断強さの向上と焼戻し脆性を防止する
ために必要な元素で、0.51未満ではその効果が十分
でなく、また2、0%を越えるとフェライト相の生成に
よるクリープ破断強さの低下や靭性の低下などを生ずる
ことからこの範囲とする。
ために必要な元素で、0.51未満ではその効果が十分
でなく、また2、0%を越えるとフェライト相の生成に
よるクリープ破断強さの低下や靭性の低下などを生ずる
ことからこの範囲とする。
■はクリープ破断強さ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03係を越え
るとMOと同様にフェライト相が生成しクリープ破断強
さを低下させることからこの範囲とする。
1%未満ではその効果が十分でなく、また03係を越え
るとMOと同様にフェライト相が生成しクリープ破断強
さを低下させることからこの範囲とする。
NbおよびTaは本発明に係るロータを構成する12C
「系鋼の素地中に炭窒化物として徽細に析出分散し、ク
リープ破断強さを向上させる元素で、その量が0.03
%未満では十分な効果が得られず、また0、3 %を越
えると後述するエレクトロスラグ再溶解を行なってもロ
ータ中心部に粗大な炭僚)化物を生成して延性や靭性を
劣下させることからこの範囲とする。なお、よシ優れた
クリープ破断強さを必要とする場合にはNb、Taの少
なくとも一種が0.13係以上が望ましいO Wはクリープ破断強さを向上させるに心神な元素で少な
くとも0.5%は必要であるが、多量の添加はフェライ
ト相の生成をまねきクリープ破断強さが低下することか
ら2.0チ以下とする。
「系鋼の素地中に炭窒化物として徽細に析出分散し、ク
リープ破断強さを向上させる元素で、その量が0.03
%未満では十分な効果が得られず、また0、3 %を越
えると後述するエレクトロスラグ再溶解を行なってもロ
ータ中心部に粗大な炭僚)化物を生成して延性や靭性を
劣下させることからこの範囲とする。なお、よシ優れた
クリープ破断強さを必要とする場合にはNb、Taの少
なくとも一種が0.13係以上が望ましいO Wはクリープ破断強さを向上させるに心神な元素で少な
くとも0.5%は必要であるが、多量の添加はフェライ
ト相の生成をまねきクリープ破断強さが低下することか
ら2.0チ以下とする。
Nはフェライト相の生成を抑えるとともに炭窒化物を生
成してクリープ破断強さを向上させるに必要な元素で0
.03%未満ではその効果が十分でなく、マた0、1%
を越えるとピンホールやブローホールを発生させること
からこの範囲とした。
成してクリープ破断強さを向上させるに必要な元素で0
.03%未満ではその効果が十分でなく、マた0、1%
を越えるとピンホールやブローホールを発生させること
からこの範囲とした。
Bはクリープ破断強さを向上させるに必要な元素で、0
.005%未満では十分な効果が得られず、また0、0
5q6を越えると鍛造割れを生じ易くなることからこの
範囲゛とする。
.005%未満では十分な効果が得られず、また0、0
5q6を越えると鍛造割れを生じ易くなることからこの
範囲゛とする。
次に本発明方法で重要なエレクトロスラグ再溶解および
熱処理について述べる。
熱処理について述べる。
エレクトロスラグ再溶解を行う理由は高温クリープ破断
強さ、延性および靭性に優れた12Cr系タービンロー
タを得るだめに1次に述べる熱処理と共に必要不可欠な
工程で、このエレクトロスラグ再溶解をしない従来の高
周波炉溶解や電弧炉溶解のままの場合には靭性や延性が
小さく、脆性破壊に対する安全性や信頼性のある12C
「系タービンロータを得ることが出来ない。また特にク
リープ破断強さを向上させるため焼入温度を高くすると
、従来の高周波炉溶解や電弧炉溶解のものは室温の衝撃
靭性や、クリープ破断延性が犬きく低下するが、本発明
方法に係るエレクトロスラグ再溶解をした場合には衝撃
靭性やクリープ破断延性の低下が小さく、脆性破壊に対
する安全性、信頼性に優れた120r系タービンロータ
を得ることが出来る。
強さ、延性および靭性に優れた12Cr系タービンロー
タを得るだめに1次に述べる熱処理と共に必要不可欠な
工程で、このエレクトロスラグ再溶解をしない従来の高
周波炉溶解や電弧炉溶解のままの場合には靭性や延性が
小さく、脆性破壊に対する安全性や信頼性のある12C
「系タービンロータを得ることが出来ない。また特にク
リープ破断強さを向上させるため焼入温度を高くすると
、従来の高周波炉溶解や電弧炉溶解のものは室温の衝撃
靭性や、クリープ破断延性が犬きく低下するが、本発明
方法に係るエレクトロスラグ再溶解をした場合には衝撃
靭性やクリープ破断延性の低下が小さく、脆性破壊に対
する安全性、信頼性に優れた120r系タービンロータ
を得ることが出来る。
また、従来の12Cr系タービンロータでは高周波溶解
炉や電弧炉で溶解した溶湯を鋳型に流し込み凝固させて
いるため溶湯の凝固に時間がかかりタービンロータの中
心部にNbやTaを含む粗大な炭窒化物が析出して靭性
の低下をまねくことから、これまでNb +Taの含有
量は通常0.03〜o1チ程度までしか添加していなか
ったが、本発明方法によればそれ以上の添加でもタービ
ンロータ中心部に炭窒化物の粗大偏析はなく、高温クリ
ープ破断強さに優れ、かつ延性や゛靭性にも優れた12
Cr系タービンロータを得ることが出来る。1020’
C〜1150’0の温度範囲に加熱後焼入し、次いで5
30’Q〜730’0の温度範囲で焼戻しを行う理由と
しては、炭僚)化物を固溶させ均質なマルテンサイト組
織と所要の機械的特性を得るには焼入温度が1020’
O未満では十分でなく、また焼入流度が1150’Oを
越えると結晶粒の粒大化が大きくなシ靭性を害すること
からこの範囲とした。なおりリープ破断強さを向上させ
るにはNb −f Taの炭窒化物を多量に固溶再析出
することが望ましく、そのためには焼入温度が1080
°C以上が、さらに望ましくは焼入温度を1095°C
以上にするとよい。また焼戻し温度が530°C未満で
は十分な焼戻しが行なわれず所要の靭性が得られず、7
30°Cを越えた場合には所要の引張強さや耐力を得る
ことが出来ないことからこの範囲とした。
炉や電弧炉で溶解した溶湯を鋳型に流し込み凝固させて
いるため溶湯の凝固に時間がかかりタービンロータの中
心部にNbやTaを含む粗大な炭窒化物が析出して靭性
の低下をまねくことから、これまでNb +Taの含有
量は通常0.03〜o1チ程度までしか添加していなか
ったが、本発明方法によればそれ以上の添加でもタービ
ンロータ中心部に炭窒化物の粗大偏析はなく、高温クリ
ープ破断強さに優れ、かつ延性や゛靭性にも優れた12
Cr系タービンロータを得ることが出来る。1020’
C〜1150’0の温度範囲に加熱後焼入し、次いで5
30’Q〜730’0の温度範囲で焼戻しを行う理由と
しては、炭僚)化物を固溶させ均質なマルテンサイト組
織と所要の機械的特性を得るには焼入温度が1020’
O未満では十分でなく、また焼入流度が1150’Oを
越えると結晶粒の粒大化が大きくなシ靭性を害すること
からこの範囲とした。なおりリープ破断強さを向上させ
るにはNb −f Taの炭窒化物を多量に固溶再析出
することが望ましく、そのためには焼入温度が1080
°C以上が、さらに望ましくは焼入温度を1095°C
以上にするとよい。また焼戻し温度が530°C未満で
は十分な焼戻しが行なわれず所要の靭性が得られず、7
30°Cを越えた場合には所要の引張強さや耐力を得る
ことが出来ないことからこの範囲とした。
なお本発明方法に係るタービンロータの製造方法におい
て上記エレクトロスラグ再溶解と熱処理の両者が必要不
可欠であシ、このうちの一つでも欠けた場合には高温の
クリープ破断強さに優れ、かつ延性および靭性を有する
120「系タービンロータを得ることは出来ない。
て上記エレクトロスラグ再溶解と熱処理の両者が必要不
可欠であシ、このうちの一つでも欠けた場合には高温の
クリープ破断強さに優れ、かつ延性および靭性を有する
120「系タービンロータを得ることは出来ない。
[発明の実施例]
第1表に示す化学組成を有するタービンロータモデル(
直径600ミリ、長さ800ミリ)を作製したのち各種
試験を行なった。
直径600ミリ、長さ800ミリ)を作製したのち各種
試験を行なった。
本発明に係る実施例1,2,3.4のタービンロータモ
デルの作成は第1表に示した合金組成となるように原料
を配合したのち電弧炉で溶解次いでエレクトロスラグ再
溶解の消耗電極用モールドに鋳込みインゴットを得だ。
デルの作成は第1表に示した合金組成となるように原料
を配合したのち電弧炉で溶解次いでエレクトロスラグ再
溶解の消耗電極用モールドに鋳込みインゴットを得だ。
引続いて、このインゴットを消耗電極としてエレクトロ
スラグ再溶解を行なったのち、鋳造を行ないタービンロ
ータモデル素体を得た。さらにこのタービンロータモデ
ル素体に第1表に併記した熱処理を施こしたのち機械加
工を行ないタービンロータモデルを(’J タ。
スラグ再溶解を行なったのち、鋳造を行ないタービンロ
ータモデル素体を得た。さらにこのタービンロータモデ
ル素体に第1表に併記した熱処理を施こしたのち機械加
工を行ないタービンロータモデルを(’J タ。
さらに比較例1,2は従来の12Cr系タービンロータ
の溶解方法と同様に電弧炉で溶解した溶湯をモールドに
注ぎ、インゴットを得たのち、これを鍛造してタービン
ロータモデル素体としたあと、第1表に併記した熱処理
、比較例1は従来より行なわれている熱処理、比較例2
は焼入温度を高くしだ熱処理を施こしたのち、機械加工
を行ないタービンロータモデルとした。
の溶解方法と同様に電弧炉で溶解した溶湯をモールドに
注ぎ、インゴットを得たのち、これを鍛造してタービン
ロータモデル素体としたあと、第1表に併記した熱処理
、比較例1は従来より行なわれている熱処理、比較例2
は焼入温度を高くしだ熱処理を施こしたのち、機械加工
を行ないタービンロータモデルとした。
試験は上記のようにして得たタービンロータモデルのそ
れぞれについて試験片を切り出し、引張試験、衝撃試験
、クリープ破断試験を行なった。
れぞれについて試験片を切り出し、引張試験、衝撃試験
、クリープ破断試験を行なった。
第2表に引張試験および衝撃試験結果を、また第3表に
クリープ破断試験結果を示す。
クリープ破断試験結果を示す。
以下余白
第2表
X下f、臼
第2表および第3表より明らかなように、本発明方法に
係る12 Cr系タービンロータモデルは比較例に比べ
引張強さが優れるとともに伸び、絞りも大きく、また衝
撃靭性が著しく大きい。さらにクリープ破断強さも従来
の12Cr系ロータ材である比較例1に比べるとクリー
プ破断伸びや絞りは同等以上でありまたクリープ破断強
さも優れている。
係る12 Cr系タービンロータモデルは比較例に比べ
引張強さが優れるとともに伸び、絞りも大きく、また衝
撃靭性が著しく大きい。さらにクリープ破断強さも従来
の12Cr系ロータ材である比較例1に比べるとクリー
プ破断伸びや絞りは同等以上でありまたクリープ破断強
さも優れている。
これらのことから本発明方法に係る12Cr系タービン
ロータ材は室温および高温強度に優れるとともに延性、
靭性にも優れておシ工業上有用である。
ロータ材は室温および高温強度に優れるとともに延性、
靭性にも優れておシ工業上有用である。
代理人 弁理士 則 近 憲 佑
(ほか1名)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)重量パーセントでC011〜0,25チ、Si□
、5%以下、Mn 0.1〜1.0%s Ni 、Co
(7)少なくとも一種0.1〜1.0 % Cr 9.
0〜13.0%、Mo 0.5〜2.0%、Vo、1〜
o、3%、Nb、Taの少なくとも一種0.03〜0.
3%、W 0.5〜2.0%、NO,03〜0.1%、
B O,005〜0.05t16残部Feおよび付随的
不純物よ構成る合金組成を有し、エレクトロスラグ再溶
解忙より得た鋼塊を鍛造成形してタービンロータ素体と
したのち、1020〜1150°O+7)t1度範囲に
加熱後焼入し、次いで530〜730℃の温度範囲で焼
戻し処理を行なうことを特徴とするタービンロータの製
造方法。 (2、特許請求の範囲第1項においてNb、Taの少な
くとも一種を重量%で0.13〜0.3%とした事を特
徴とするタービンロータの製造方法。 (3)%許請求の範囲第1項または第2項において焼入
温度を1080℃〜1150℃の範囲とした事を特徴と
するタービンロータの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10674683A JPS59232231A (ja) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | タ−ビンロ−タの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10674683A JPS59232231A (ja) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | タ−ビンロ−タの製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59232231A true JPS59232231A (ja) | 1984-12-27 |
Family
ID=14441480
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10674683A Pending JPS59232231A (ja) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | タ−ビンロ−タの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59232231A (ja) |
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-
1983
- 1983-06-16 JP JP10674683A patent/JPS59232231A/ja active Pending
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