JPH0219425A

JPH0219425A - タービンロータの製造方法

Info

Publication number: JPH0219425A
Application number: JP16601488A
Authority: JP
Inventors: Daizo Saito; 斉藤　大蔵; Masayuki Yamada; 政之山田; Yoichi Tsuda; 陽一津田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1988-07-05
Publication date: 1990-01-23

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は高温蒸気にさらされていても、すぐれたクリ
ープラブチャ強度が発揮できるようにするタービンロー
タの製造方法に関する。

（従来の技術）超大形の原動機、例えば蒸気タービンでは、一つのロー
タ（回転軸）に対して場所毎に作動流体の温度が異なっ
て使用されるため、その温度毎に耐え得る異性質の組成
を混成させて使用することがある。とりわけ、高温・高
圧蒸気にさらされる部位には、Ｃｒ　Ｍｏ　Ｖ鋼が使用
され、クリープ強度、クリープラブチャ強度、破壊靭性
等にすぐれた組成を有するものが選定されている。

このように諸特性にすぐれた組成を選定して使用してい
ても、長時間使用後、開放点検してみると、ロータ自体
にアライメント変化（ロータの曲り）があられれており
、このアライメント変化に起因して重心が変化し、ロー
タ回転中に振動を惹起することがある。

こうした現象は、蒸気入口の直接高温・高圧蒸気にさら
される部位に顕著にあられれているが、このような部位
を子細に分析してみると、周上のクリープ強度等が必ず
しも均一化していないことに由来している。このため、
クリープ強度等の均一化が望まれ″〔いる。

（発明が解決しようとする課Ｍ）以上のように、従来のタービンロータでは、その作製時
からクリープ強度等の諸特性が部位毎によって均一化し
ていないため、アライメント変化が発生するという問題
点に鑑み、この発明は、その素体作製時、すでに諸特性
が均一化されているようにするタービンロータの製造方
法を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段と作用）０．５〜３．０％、　　Ｍｏ　　０．３〜１．５％、Ｖ
ｏ、１〜０．４％、リ　０．１〜２．０％、残部鉄およ
び付随的不純物からなる組成の合金鋼を溶解鋳造後、鍛
造を行い、その鍛造後の合金鋼を１０００〜１１００℃
の範囲で焼鈍してオーステナイト化し、さらに９５０〜
９８０℃の範囲で加熱し、しかる後、６００〜７５０℃
の範囲で焼戻しをする諸工程を構成としたものである。

以下に、この発明にかかるタービンロータを構成する合
金鋼の組成比および熱処理の温度を限定した理由につい
て説明する。なお、組成の数字は重量比である。

Ｃ：　０．１５〜０．３５％炭素は焼入性を向上させ、また引張強さや耐力を高める
のに寄与し、さらに炭化物を形成するのに必要な元素で
ある。その量が０．１５％未満では好ましくないフェラ
イト相を生成し、必要な引張強さや耐力が得られず、ま
た０、３５％を越えると靭性が低下する。好ましくは０
．２０〜０．３０％である。

Ｓｉ　：　０．３５％以下ケイ素は、溶解時に脱酸剤として添加されるが、多量に
添加するとその一部が酸化物として鋼中に残留し、靭性
が低下するため０．３５％以下とする。

マンガンは、溶解時に脱酸・脱硫剤として添加され、焼
入対も改善する元素であるが、多量に添加すると靭性が
低下するため１．０％以下とする。好ましくは０．３〜
０．８％である。

Ｎｉ　：　０．１〜１．０％ニッケルは、δフェライトの生成を抑え、低温蒸気にお
ける強度・靭性を向上させる元素であるが、０．１％未
満ではその効果がうすく、また多量に添加すると高温蒸
気における強度が低下し、脆化が促進される傾向にある
。このため、０．１〜１．０％の範囲に選定される。好
ましくは０．２〜０．７％の範囲である。

Ｃｒ　：　０．５〜３．０％クロムは、焼入性を向上させ、引張強度を増す元素であ
るが、０．５％未満ではその効果が得られず。

また３、０％を越えると高温時の強度が低下する。この
ため、０．５〜３．０％の範囲に選定される。好ましく
は０．８〜２．０％の範囲である。

Ｍｏ　：　０．３〜１．５％モリブデンは、焼入性を向上させ、高温強度を向上させ
、併せて焼戻し脆性を防止するのに必要な元素である。

このため、０．３％未満では上記特性が得られにくく、
また１、５％を越えるとフェライト相を生成することに
なり、靭性低下になる。上記理由から０．３〜１．５％
の範囲に選定しであるが、好ましくは０．６〜１．４％
の範囲である。

Ｖ　：　０．１〜０．４％バナジウムは、高温強度を向上させるのに必要な元素で
あるが、０．１％未満ではその効果がうすく。

また０、４％を越えるとフェライト相が生成され不具合
になる。このため０．１〜０．４％の範囲に選定した。

好ましくは０．１５〜０．３０％の範囲である。

Ｗ　：　０．１〜２．０％タングステンは、クリープラブチャ強度を一段と格上さ
せる元素であり、０．１％以下ではその効果がなく、ま
た２、０％を越えると靭性が低下する。このため０．１
〜２．０％の範囲に選定した。好ましくは０．１５〜０
．５０％の範囲である。

なお、上記組成に含まれない鉄以外の付随的不純物には
リンや硫黄が含まれるが、これら組成のものは通常の冶
金手段では取り除くことができない微量のものであるか
らここでは説明を省略する。

次に熱処理上の温度範囲を選定した理由を説明する。

焼鈍温度：　ｔｏｏｏ〜１１００℃ 粗大化した炭化物をＣｒ　Ｍｏ　Ｖ鋼素地中に固溶させ
、その上鍛造によって形成される組織の不均一化を取り
除くために、焼鈍が行なわれる。このような意図で、１
０００℃以上の温度で加熱が行なわれ、その温度保時時
間は５時間以上が必要である。しかしながら、１１００
℃を越えると、逆にオーステナイト結晶粒が粗大化し、
後に焼入れ、焼戻しをしても十分な靭性が得られない。

このため、温度範囲を１０００〜１１００℃に選定しで
ある。

上記温度範囲で、焼鈍したら徐冷し、組織のオーステナ
イト化を得る。

焼入れ温度＝９５０〜９８０℃ 焼入れの際にも、Ｃｒ　Ｍ。ｖｎ４素地をオーステナイ
ト化して炭化物等をその素地中に固溶させる必要がある
が、すでに焼鈍を経ているため、焼鈍時よりもやや低目
の温度で加熱することが適切である。

実験の結果、９５０℃未満では、炭化物の固溶が十分で
なく、また９８０℃を越えると結晶粒の粗大化が認めら
れた。

しだがって、９５０〜９８０℃の温度範囲が選定された
。なお、加熱後の保持時間は、焼鈍の場合と同じように
５時間程度以上が好ましい、また、一般に、Ｃｒ　Ｍｏ
　Ｖ鋼は、比較的えやすい上部ベイナイ１へ組織のとき
にクリープ特性にすぐれているため、焼入れ速度は柔軟
に対応して差支えない。

焼戻し温度＝６００〜７５０℃ 焼戻しは、焼入硬化した材料に靭性・延性を回復させる
ために行う処理であるが、Ｃｒ　Ｍｏ　Ｖ鋼の場合、６
００℃未満では十分な靭性が得られず、また７５０℃を
越えると逆に軟化して常温時の引張強さが低下する。し
たがって、６００〜７５０℃の温度範囲で行うことが好
ましい。なお、加熱保持時間は、強度と靭性・延性と兼
ね合で定められる。

以上の組成を有する合金鋼を熱処理することによって、
その素体がオーステナイト化されることと相まって、靭
性・延性が回復するので、均一化したクリープ強度等が
得られ、高温・高圧蒸気にさらされても高い強度を発揮
できる。

（実施例）この発明にかかるタービンロータの製造方法について詳
しく説明する。

第１図は、この発明に適用されるタービンロータ１を示
す一例で、このタービンロータ１は複流型の蒸気タービ
ンに使用されている。

タービンロータ１の外周には、複数枚のタービン羽根２
が植設されている。また、中央部にはノズルボックス３
が配され、ここから高温・高圧の蒸気、例えば５６６℃
、　２５０ａｔｇ程度が左右に分流してタービン羽根２
に与えられている。

ノズルボックス３の噴出口の近くに位置するタービンロ
ータ１では、蒸気熱をまともに受けて５４０℃に及び、
以後初段落のタービン羽根２ａの外周では５２０℃、二
段落のタービン羽根２ｂの外周では５００℃、最終端の
ジャーナル部５の外周では１ｏ。

℃以下に温度降下している。

このような過酷な蒸気条件にさらされるタービンロータ
を作製するに当っては、第１表に示す組成にして、電弧
炉で溶解し、ついで真空造塊、真空脱ガスを行った。そ
の後、直径６００１Ｉ１１、長さ８００■の円柱高に鍛
造し、実タービンロータ材に模してテストピースを作製
した。

表　　１　　表この第１表は１組成について、従来の比較例１゜２とこ
の発明にかかる実施例１，２，３．４とを比較するもの
で１表中、実施例１，２は従来のＣｒＭｏ　Ｖ鋼の組成
のものにタングステンを０．２０重景％添加している。

また、実施例３，４は、実施例１゜２のタングステンよ
りも０．４５重量％だけ増している。なお、比較例１，
２は、表中からもわかるようにタングステンは含まれて
いない。

次に、第１表に示す組成のものを、熱処理温度条件を若
干変えて、手順！、■とじて熱処理を行つた・第２図は、熱処理の手順Ｉ、■を示すもので。

第１ステツプの温度１０２０℃×温度保持時間２０Ｈｒ
は。

タービンロータ素体の焼鈍に、第２ステツプの温度９７
０＠Ｘ温度保持時間２０Ｈｒないし温度９５５℃×温度
保持時間２０）１ｒは、タービンロータ素体の焼入れに
、第３ステツプの温度６７０℃　Ｘ温度保持時間２０）
１ｒは、焼戻しに、それぞれ使用される条件である。

ここで、Ｆ、Ｃ，は炉冷部を、またＡ、Ｃは空冷部を示
す。

こうして、熱処理を行ったタービンロータ素体からテス
トピースを切り出し、引張強度、衝撃強度、クリープ破
断強度の各試験を行った。

以下余白第２表は、室温ならびに温度５６６℃での引張試験の結
果と、室温でのシャルピー衝撃試験の結果とをそれぞれ
示すものである。この表からも理解されるように、比較
例と実施例とは室温での結果が同程度になっているもの
の、高温時の結果１よ、実施例の方がタングステンが添
加されているだけに若干高い。靭性の点は、焼入れ温度
の高い方が、低い温度の場合よりも低目であるが、その
差はほとんどない。

第　　３　　表第３表は、試験温度６００℃、負荷応力１４ｋｇｆ／ｍ
”。

１７ｋｇｆ／＋ｍ”の２種類のクリープ破断試験の結果
である。この試験結果から、実施例１，２，３．４の方
が比較例１，２よりも高い値を示していることが理解さ
れよう。したがって、実施例１，２゜３．４の組成物を
実機に適用すれば、高温・高圧の蒸気に長時間さらされ
て運転されていても十分な信頼性のもとに使用できる。

〔発明の効果〕

以上の説明のとおり、この発明にかかるタービンロータ
の製造方法では、高温・高圧の蒸気にさらされていても
高いクリープ強度等を備えて、その強度を均一化したも
ので、こうして均一化したタービンロータを実機に適用
してもアライメン１−変化がなくなるというすぐれた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気タービンに適用されるタービンロータの一
部断面側面図、第２図はこの発明にかかるタービンロー
タの製造方法に当り、熱処理手順■、■を示す温度分布
模式図である。

Claims

【特許請求の範囲】

重量比で、Ｃ０．１５〜０．３５％、Ｍｎ１．０％以下
、Ｓｉ０．３５％以下、Ｎｉ０．１〜１．０％、Ｃｒ０
．５〜３．０％、Ｍｏ０．３〜１．５％、Ｖ０．１〜０
．４％、Ｗ０．１〜２．０％、残部鉄および付随的不純
物からなる組成の合金鋼を溶解鋳造後、鍛造を行い、そ
の鍛造後の合金鋼を１０００〜１１００℃の範囲で焼鈍
してオーステナイト化し、さらに９５０〜９８０℃の範
囲で加熱し、しかる後、６００〜７５０℃の範囲で焼戻
しをすることを特徴とするタービンロータの製造方法。