JPS60138054A

JPS60138054A - 蒸気タ−ビンロ−タ

Info

Publication number: JPS60138054A
Application number: JP24649083A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yoshioka; 洋明吉岡; Masaru Yamamoto; 優山本; Kazuaki Ikeda; 池田　一昭; Kanji Kawaguchi; 川口　寛二
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-12-27
Filing date: 1983-12-27
Publication date: 1985-07-22

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】〔発明の技術分野〕本発明はタービンロータに関し、さらに詳しくは、高温
条件下においてすぐれたクリープ破断強度ならび延性、
じん性を有する蒸気タービンロータに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、蒸気タービン用ロータ材としては、Ｉ　Ｃｒ　Ｍ
ｏ　Ｖ銅などの低Ｃｒ合金鋼あるいは１２Ｃｒ基鋼が主
として使用されている。これらのロータ材は、５６６℃
、２４６　ａｔｇの主蒸気条件下で運転されるタービン
ロータ用材料として適している。

しかしながら、近年、熱効率向上の見地から蒸気タービ
ンの大容量化や使用蒸気の高温・高圧化が進み、その使
用条件は次第に苛酷になってきている。そして、主蒸気
温度が６００℃以上の高温蒸気タービンにおいては、上
記従来のＩ　Ｃｒ　Ｍｏ　Ｖ鋼ないし１２Ｃｒ基鋼は、
クリープ破断強度、熱疲労強度が不足し、強度的に満足
のい（ものではない。

〔発明の目的〕

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、高温条
件下においてすぐれたクリープ破断強度を有し、延性、
じん性の点でもすぐれた蒸気タービンロータを提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

Ｃｒ系鋼、たとえば１２　Ｃｒ　Ｍｏ　Ｖ鋼にＮｂない
しＴａを添加することによりクリープ破断強度が向上す
ることは既に知られている。しかしながら、タービンロ
ータのような大型部材においては、ＮｂやＴａ　の添加
量によってはそれらが偏析し、フェライトあるいは粗大
化したカーバイドの形成を助長し、そのため引張および
ラブチャー延性が著しく低下してしまうという問題があ
る。

本発明者は、上述の点に着目しつつ研究を重ねた結果、
歯とＴａとを複合的に添加し、しかもその添加量を最適
に調整することによって、前述した偏析等の問題を低減
することができ、高温におけるクリープ破断強度にすぐ
れ、しかも延性、じん性の一層の向上が図られたタービ
ンロータが得られることを見出した。

本発明は土羽知見に基づいて完成されたものである。す
なわち、本発明の蒸気タービンロータは、重量比で、Ｃ
０１０５〜０．３チ、８１０．３係以下、Ｍｎ　Ｏ，１
〜１．０％、Ｎｉ　Ｏ８５〜２．５％、Ｃｒ９．０〜１
３．０　％、Ｍｏ　０．５〜２．０％、■０．１〜０．
３俤、Ｎｂ　Ｏ，０１〜０．１０％、Ｔａ　Ｏ，Ｏｆ〜
０．１０チ、Ｎ　Ｏ，０３〜０．１％を含み、かつ、Ｎ
ｂとＴａとの合計量が０．０３〜０．２０　％であり、
残部がＦｅおよび付随的不純物からなるＦｅ基合金によ
り形成されたこと、を特徴とするものである。

〔発明の詳細な説明〕

以下、本発明をさらに詳細に説明する。以下の記載にお
いて、組成を表わす「％」は、特に断らない限り重量基
準とする。

本発明の蒸気タービンロータは、特定の組成のＦｅ基合
金からなる。合金中の各成分の添加目的ならびに組成限
定の理由は、次のとおりである。

まず、Ｃは高温での機械的強度を高めるために必要不可
欠の元素であり、クリープ破断強さや引張強さを得るた
めには０．０５　ｑｂ以上は必要である。

しかし、０．３％を越えて添加すると過剰の炭化物が生
成し、高温使用時に凝集、粗大化が起き、そのためクリ
ープ破断強さを逆に低下させるばかりか破断延性やじん
性の低下にもつながる。

Ｓｉ　は、脱酸剤として添加するものであるが、多量に
添加するとじん性を低下させるため、０．３−以下とす
る。

Ｍｎは、脱硫・脱酸剤として添加するものであり、０．
１％〜１，０チ添加する。０．１％未満ではその効果は
十分ではなく、一方１％を越えて添加するとクリープ破
断強さを低下させる。

Ｎ１は、焼入冷却速度の小さいロータ中心部でのフェラ
イト相の生成を押え、均一なマルテンサイト組識を得る
ため、さらには室温におけるじん性を付与するために有
効な元素であり、０．５〜２．５％添加される。０．５
％未満では添加効果が乏しく、２．５ｑｂを越えて添加
すると、高温強度が低下する。

Ｃｒは、ロータ材に要求される種々の機械的特性、たと
えばクリープ破断強さ、じん性を高めるのに必要な元素
であり、９．０〜１３．Ｏ１添加する。

１３％を越えて添加すると、フェライト相が生成し、逆
にクリープ破断強さを低下させる。

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あり、０．５〜２．０チ添加され
る。０．５チ未満ではその効果は十分でなく、また２、
０チを越えて添加するとフェライト相の生成によるクリ
ープ破断強さとじん性の低下をまねく。

■は、高温切欠じん性を増すとともにクリープ破断強さ
の向上に必要な元素であり、０．１〜０．３チ添加され
る。０．１％未満ではその効果が十分ではなく、一方、
０．３％を越えて添加すると上記Ｍ。

の場合と同様フェライト相を生成し、クリープ破断強さ
、じん性を低下させる。

ＮｂおよびＴａは、１２Ｃｒ基鋼の素地中に炭窒化物と
して微細に分散析出し、これによりクリープ破断強さの
向上を実現し、さらに結晶粒な細粒化してじん性を向上
させるのに有効な元素であり、各々Ｎｂ　Ｏ，０１〜０
．１０　％、Ｔａ　０００１〜０．１０％添加される。

さらに、Ｎｂと１との合計添加量は０．０３〜０．２０
％であることが好ましく、さらに好ましくは０．０３〜
０．１　％である。ＮｂとＴａの合計添加量が０．０３
−未満では十分な効果が得られず、一方、０．２０％を
越えて添加すると、逆に鋼塊中心部に粗大な共晶炭窒化
物が偏析してしまう。また、本発明は、ＮｂとＴａとを
単独でなく複合的に添加することによりすぐれた高温強
度特性を５る点に特徴がある。この場合、Ｎｂ／Ｔ’＆
　の比は、０．５〜７が好ましく、さらに好ましくは１
〜６の範囲であることが破断強度の一層の向上を図る上
で望ましい。

Ｎは、７エ２イトの生成を抑制するとともに炭窒化物を
形成してクリープ破断強さを向上させるに必要な元素で
あり、０．０３〜０．１　％添加される。

０．０３％未満ではその効果は十分ではなく、また０、
１％を越えて添加するとピンホールやブローホールを発
生させるので好ましくない。

上記成分ならびに主成分としてのＦｅ　を加える際に付
随的に含まれる不純物はなるべく少ない方が望ましい。

本発明の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基合金溶湯な得る。次いでこれ
を鋳造し、さらに必要に応じて鋳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摩その他の後処理を行なうことによ
り本発明のタービン四−夕が得られる。なお、上記ター
ビンロータ材の熱処理は常法に従い行ない得るが、従来
の焼入温度１０２０〜１０７０℃に拘泥する必要はなく
、クリープ破断強さと重視する場合は上記温度以上で、
また、じん性の向上を重視する場合は、これ以下の温度
で熱処理することもできる。また、ロータ製造に際して
は、ｖＣＧおよびＥＳＢを適用することも可能である。

〔発明の実施例および比較例〕

下記第１表に示す組成（表中の数字は重量％を意味する
）の合金試料５０すを溶解後、真空カーゼン脱酸を行な
い鋳造し素材試料を得た。

これら各試料のインゴットを１２００℃で鍛造加工し、
その後、１０５０℃Ｘ　８　Ｈｒのオーステナイト化後
、１００℃／Ｈｒの冷却速度で焼入し、５７０℃×１０
　Ｈｒ　、　６４０℃Ｘ　３０　Ｈｒの２段焼戻しを実
施した。

なお、焼入冷却速度は、実機ロータの中心孔部なシミュ
レートしたものである。このようにして得た試料につい
て、引張試験、シャルピー衝撃試験およびクリープ破断
試験を行なった。この試験結果を下記第２表に示す。

上記表中、実施例６は、最大径１．２ｍ、重量２０００
０　ｋｉｌｌの鍛造品を、ＩＱ５０℃Ｘ　２４　Ｈｒの
オーステナイト化後、油焼入し、５７０℃Ｘ３６Ｈｒ、
　６４０℃Ｘ　５６　Ｈｒ　の２段焼戻しを実施した。

第２表中［！ｒＬＣＪは、鍛造品のＴｏＰ側中心部鍛造
方向より採取した試料を示し、［ＢＣＬ　Ｊは、Ｂｏｔ
ｔｏｍ側中心部鍛造方向より採取した試料を示し、ｌ−
ＭＣＬＪは、中央部における中心部鍛造方向より採取し
た試料を示し、また「ＭｃＴＪは上記ＭＣＬと同じ部位
であって鍛造方向と半径方向に対して直角な方向から採
取した試料を意味する。第２表の結果から明らかなよう
に、いずれの部位から採取した試料についても引張試験
の結果ならびに衝撃値に有意差は認められず、さらにラ
ブチャー試験においては、ＭＣＴとＭＳＲとの間に有意
差は認められず、いずれも比較例より良好な値を示した
。

〔発明の効果〕

上記実施例および比較例の結果から明らかなように、本
発明の蒸気タービンロータは、６００℃に及ぶ高温条件
下において、従来材よりもすぐれたラブチャー寿命、伸
び、絞りを有しており、また、引張試験の結果ならびに
衝撃値についても総合的に従来材よりもすぐれている。

したがって、本発明の蒸気タービン四−夕は、従来より
も高温条件下において動作される蒸気タービン用ノロー
タとして好適である。

出願人代理人　猪　股　清

Claims

【特許請求の範囲】１、重量比で、Ｃ０００５〜０．３％、Ｓｌ　Ｏ，３％
以下、Ｍｎ　Ｏ，１〜１．０％、Ｎｉ　Ｏ０５〜２．５
　％、Ｃｒ　９．０〜１３．０　％、Ｍｏ　Ｏ，５〜２
．０　％、Ｖｏ、１〜０．３％、Ｎｂ　Ｏ，０１〜０．
１０％、Ｔａ　Ｏ，０１〜０．１０％、Ｎ　０６０３〜
０．１％を含み、かつ、ＮｂとＴａとの合計量が０．０
３〜０．２０％であり、残部がＦｅ　および付随的不純
物からなるＦｅ基合金により形成されたことを特徴とす
る、蒸気タービンロータ。２、　ＮｂとＴａとの合計量が０．０３〜０．１０％で
ある、特許請求の範囲第１項に記載の蒸気タービンロー
タ。３、　Ｎｂ／ｆ’ａの重量比が０．５〜７である、特許
請求の範囲第１項に記載の蒸気タービンロータ。