JP2006170006A - 蒸気タービン発電システムおよび低圧タービンロータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入口蒸気温度が中圧タービンで650〜720℃、低圧タービンで410〜430℃であり、低圧タービンロータが重量%で、C:0.28以下、Si:0.03以下、Mn:0.05以下、Cr:1.5〜2.0、V:0.07〜0.15、Mo:0.25〜0.5、Ni:3.25〜4.0を含有し、残部がFe、不可避的不純物および不可避的ガスからなり、不可避的不純物が重量%で、P:0.004以下、S:0.002以下、Sn:0.01以下、As:0.008以下、Sb:0.005以下、Al:0.008以下、Cu:0.1以下を含有する耐熱鋼で構成される。
【選択図】図1
Description
高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンを備え、中圧タービンの入口蒸気温度が650〜720℃、低圧タービンの入口蒸気温度が410〜430℃である蒸気タービン発電システムの低圧タービンの低圧タービンロータを構成する耐熱鋼は、次に示す(M1)または(M2)の化学組成範囲の耐熱合金から条件に応じて適宜に選択される。ここで、高圧タービンの入口蒸気温度を650〜720℃に設定してもよい。なお、以下に示す化学組成の割合は、特に明記しない限り重量%とする。
Cは、低圧タービンロータ素材のような大型鋼塊において、鋼塊表層部から中心部にかけての焼入れ性の確保とともに、析出強化に寄与する各種炭化物の構成元素として不可欠な元素である。本発明に係る耐熱鋼では、Cの含有率が0.24%未満では上記した効果が小さく、0.28%を超えると鋼塊凝固時の偏析傾向が高まる。これらの理由から、Cの含有率を0.24〜0.28%とした。また、より好適なCの含有率は、0.24〜0.27%である。
Siは、脱酸剤として有用であり、また、耐水蒸気酸化性を向上させ、少なくとも0.005%以上の添加でその効果が発現する。しかし、その含有量が多い場合は、靭性の低下および経年的な脆化を促進するため、この観点からSiの含有量は可能な限り抑制されることが望ましい。また、本発明に係る耐熱鋼では、Siの含有率が0.03%を超えると上記した効果が著しく低下する。これらの理由から、Siの含有率を0.005〜0.03%とした。
Mnは、脱硫剤として有用な元素であり、少なくとも0.005%以上の添加でその効果が発現される。しかし、その含有量が多くなると硫化物の生成量が増加するとともに、クリープ強度が低下し、その硫化物の増加、クリープ強度の低下は、Mnの含有率が0.05%を超えると発現する。これらの理由から、Mnの含有率を0.005〜0.05%とした。また、より好適なMnの含有率は、0.005〜0.03%である。
Crは、耐酸化性、耐食性に有効であるとともに、析出強化に寄与する炭窒化物の構成元素としても不可欠な元素である。Crの含有率が1.5%未満の場合には、焼戻し熱処理後の炭窒化物へのCr移動量を確保できず、2.0%を超えると焼戻し軟化抵抗が低下し、所望の常温強度が確保できず、かつ、クリープ強度も低下する。これらの理由から、Crの含有率を1.5〜2.0%とした。また、より好適なCrの含有率は、1.6〜1.8%である。
Vは、固溶強化および微細な炭窒化物の形成に寄与する。Vの含有率が0.07%以上の場合に、微細析出物が十分に析出し母相の回復を抑制するが、0.15%を超えると靭性の低下を招く。これらの理由から、Vの含有率を0.07〜0.15%とした。また、より好適なVの含有率は、0.1〜0.15%である。
Moは、固溶強化および炭窒化物の構成元素となり析出強化に寄与する。また、焼入れ性の向上にも寄与する。本発明に係る耐熱鋼では、Moの含有率が0.25%以上の場合に、上記した効果が発揮されるが、0.5%を超えると靭性が低下するとともに大型鋼塊の成分偏析傾向が増大する。これらの理由から、Moの含有率を0.25〜0.5%とした。また、より好適なMoの含有率は、0.4〜0.45%である。
Niは、焼入れ性および靭性を向上させる効果を有し、本発明に係る耐熱鋼では、Niの含有率が3.25%以上でその効果が認められる。しかし、Niの含有率が4.0%を超えるとクリ−プ強度が低下する。これらの理由から、Niの含有率を3.25〜4.0%とした。また、より好適なNiの含有率は、3.5〜4.0%である。
これらの元素は、製鋼原料から不可避的に混入して、微量ながら粒界に偏析することにより靭性の低下や経年的な脆化の一因となる不可避的不純物である。そのため、工業的に可能な限り、これらの不可避的不純物の含有率を0%に近づけることが望ましい。
Alは、上記した(8)に示した元素と同様に、製鋼原料から不可避的に混入する不可避的不純物である。Alは、脱酸剤としての効果を有する場合もあるが、本発明に係る耐熱鋼では、Alの含有によって靭性の低下を招く。そのため、工業的に可能な限り、Alの含有率を0%に近づけることが望ましい。これらの理由から、Alの含有率を0.008%以下とした。また、より好適なAlの含有率は、0.005%以下である。
Cuは、上記した(8)および(9)に示した元素と同様に、製鋼原料から不可避的に混入する不可避的不純物である。Cuは、その添加量によっては耐食性を高める効果を有するが、本発明に係る耐熱鋼では、Cuの含有によって靭性の低下や経年的な脆化が生じる。そのため、工業的に可能な限り、Cuの含有率を0%に近づけることが望ましい。これらの理由から、Cuの含有率を0.1%以下とした。また、より好適なCuの含有率は、0.05%以下である。
これらの元素は、製鋼中に不可避的に混入して、脆化の一因や非金属化合物の構成元素となる不可避的ガスである。そのため、工業的に可能な限り、これらの不可避的ガスの含有率を0%に近づけることが望ましい。
蒸気タービン発電システム10は、高圧タービン11、中圧タービン12、低圧タービン13、発電機14、復水器15、ボイラ16から主に構成されている。この蒸気タービン発電システム10における低圧タービン13の低圧タービンロータの材料には、後述する実施例1において高温環境下で長期間にわたり良好な機械的強度特性を有することが明らかにされた本発明に係る耐熱鋼が使用されている。
低圧タービン13は、同じ構造を有する2基の低圧タービン部30a、30bがタンデム結合されている。それぞれの低圧タービン部30a、30bの動翼は、例えば6段であり、低圧タービン部30aと低圧タービン部30bとがほぼ左右対称に構成されている。低圧タービン部30a、30bの周りには、低圧タービン内部ケーシング31および低圧タービン外部ケーシング32が設置され、低圧タービン部30a、30bの周りを二重に覆っている。また、低圧タービン13の軸部には、低圧タービンロータ33が設置され、中圧タービン12や発電機14と連結している。
以下に、本発明の実施例について説明する。
次に、本発明の第2の実施の形態の蒸気タービン発電システムについて、図3を参照して説明する。
Claims (7)
- 高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンを備えた蒸気タービン発電システムにおいて、
前記中圧タービンの入口蒸気温度が650〜720℃、前記低圧タービンの入口蒸気温度が410〜430℃であり、
前記低圧タービンの低圧タービンロータが重量%で、
C:0.28以下、Si:0.03以下、Mn:0.05以下、Cr:1.5〜2.0、V:0.07〜0.15、Mo:0.25〜0.5、Ni:3.25〜4.0を含有し、残部がFe、不可避的不純物および不可避的ガスからなり、
前記不可避的不純物が重量%で、P:0.004以下、S:0.002以下、Sn:0.01以下、As:0.008以下、Sb:0.005以下、Al:0.008以下、Cu:0.1以下を含有する耐熱鋼で構成されることを特徴とする蒸気タービン発電システム。 - 高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンを備えた蒸気タービン発電システムにおいて、
前記中圧タービンの入口蒸気温度が650〜720℃、前記低圧タービンの入口蒸気温度が410〜430℃であり、
前記低圧タービンの低圧タービンロータが重量%で、
C:0.24〜0.27、Si:0.03以下、Mn:0.03以下、Cr:1.6〜1.8、V:0.1〜0.15、Mo:0.4〜0.45、Ni:3.5〜4.0を含有し、残部がFe、不可避的不純物および不可避的ガスからなり、
前記不可避的不純物が重量%で、P:0.003以下、S:0.0015以下、Sn:0.005以下、As:0.006以下、Sb:0.0015以下、Al:0.005以下、Cu:0.05以下を含有する耐熱鋼で構成されることを特徴とする蒸気タービン発電システム。 - 前記高圧タービンの入口蒸気温度が650〜720℃であることを特徴とする請求項1または2記載の蒸気タービン発電システム。
- 前記低圧タービンの蒸気入口部における外部ケーシングを冷却する冷却手段を具備したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の蒸気タービン発電システム。
- 高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンを備え、前記中圧タービンの入口蒸気温度が650〜720℃、前記低圧タービンの入口蒸気温度が410〜430℃である蒸気タービン発電システムにおける前記低圧タービンの低圧タービンロータであって、
重量%で、C:0.28以下、Si:0.03以下、Mn:0.05以下、Cr:1.5〜2.0、V:0.07〜0.15、Mo:0.25〜0.5、Ni:3.25〜4.0を含有し、残部がFe、不可避的不純物および不可避的ガスからなり、
前記不可避的不純物が重量%で、P:0.004以下、S:0.002以下、Sn:0.01以下、As:0.008以下、Sb:0.005以下、Al:0.008以下、Cu:0.1以下を含有する耐熱鋼で構成されることを特徴とする低圧タービンロータ。 - 高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンを備え、前記中圧タービンの入口蒸気温度が650〜720℃、前記低圧タービンの入口蒸気温度が410〜430℃である蒸気タービン発電システムにおける前記低圧タービンの低圧タービンロータであって、
重量%で、C:0.24〜0.27、Si:0.03以下、Mn:0.03以下、Cr:1.6〜1.8、V:0.1〜0.15、Mo:0.4〜0.45、Ni:3.5〜4.0を含有し、残部がFe、不可避的不純物および不可避的ガスからなり、
前記不可避的不純物が重量%で、P:0.003以下、S:0.0015以下、Sn:0.005以下、As:0.006以下、Sb:0.0015以下、Al:0.005以下、Cu:0.05以下を含有する耐熱鋼で構成されることを特徴とする低圧タービンロータ。 - 前記高圧タービンの入口蒸気温度が650〜720℃であることを特徴とする請求項5または6記載の低圧タービンロータ。
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