JPS62182254A - Spacer for gas turbine - Google Patents
Spacer for gas turbineInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、温度400〜450℃において高いクリープ
破断強度及び室温において高い靭性を有する新規なフル
テンサイ1−系合金鋼を用いたガスタービン用スペーサ
に関する。Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention provides a spacer for gas turbines using a novel full tensile strength 1-based alloy steel that has high creep rupture strength at a temperature of 400 to 450°C and high toughness at room temperature. Regarding.
現在、ガスタービン用スペーサにはCr −M 。 Currently, Cr-M is used for gas turbine spacers.
−V鋼が使用されている。-V steel is used.
近年、省エネルギーの観点からガスタービンの熱効率の
向上が望まれている。熱効率を向上させるにはガス温度
及び圧力をLげろのが最も有効な手段である。ガス温度
を1100°Cから1300℃に高め、圧力比を10か
ら15まで高めることにより相対比で約3%の効率向−
にが期待できる。In recent years, it has been desired to improve the thermal efficiency of gas turbines from the viewpoint of energy conservation. The most effective means for improving thermal efficiency is to lower the gas temperature and pressure. By increasing the gas temperature from 1100°C to 1300°C and increasing the pressure ratio from 10 to 15, a relative efficiency increase of approximately 3% was achieved.
You can expect it.
しかし、これらの高温、ll’JH圧化に伴ない従来の
Cr −M o −V鋼では強度不足で、より強度の高
い材料が必要である。強度として高温特性を最も大きく
左右するクリープ破断強度が要求される。However, due to these high temperatures and ll'JH pressures, the strength of conventional Cr-Mo-V steel is insufficient, and a material with higher strength is required. Creep rupture strength, which has the greatest influence on high-temperature properties, is required.
クリープ破断強度がCr −M o −V鋼より高い構
造材料としてオーステナイト鋼、Ni基合金。Austenitic steel and Ni-based alloys are structural materials with higher creep rupture strength than Cr-Mo-V steel.
Co基合金、マルテンサイト鋼等が一般に知られている
が、熱間加工性、切削性及び振動減衰特性等の点でNi
基合金及びCo基合金は望ましくない。また、オーステ
ナイト鋼は400〜450℃付近の高温強度がそれ程高
くないこと更にガスタービン全体システムから望ましく
ない。一方、マルテンサイト鋼は他の構成部品とのマツ
チングが良く、高温強度も十分である。マルテンサイト
鋼として特開昭58−11066]什公報、同58−4
535!’1号公報、特公昭46−279号公報等知ら
れている。Co-based alloys, martensitic steels, etc. are generally known, but Ni
Base alloys and Co-based alloys are undesirable. Further, austenitic steel does not have very high high temperature strength around 400 to 450°C, and is also undesirable from the perspective of the entire gas turbine system. On the other hand, martensitic steel matches well with other components and has sufficient high-temperature strength. JP 58-11066 as martensitic steel] Publication No. 58-4
535! '1 Publication, Japanese Patent Publication No. 46-279, etc. are known.
しかし、これらの材料では400〜450’Cで晶いク
リープ破断強度で、室温における高い靭性が得られない
。However, these materials have creep rupture strength that crystallizes at 400 to 450'C, and high toughness at room temperature cannot be obtained.
ガスタービンの高温、高圧化に対して貼に強度を高める
だけでなく、室温における靭性の高い材料が要求される
ことである。一般に、強度を向上させると靭性が低下す
る。本発明は高温強度と室温における靭性を兼ね備えた
材料を見い出すことにある。Materials that not only have high strength to withstand the high temperatures and pressures of gas turbines, but also have high toughness at room temperature are required. Generally, increasing strength reduces toughness. The object of the present invention is to find a material that has both high temperature strength and room temperature toughness.
本発明の目的は、400〜450”Cにおいて高いクリ
ープ破断強度を有し、且つ室温において高い靭性を有す
るマルテンサイ+−mによって構成したガスタービン用
スペーサを提供するにある。An object of the present invention is to provide a spacer for a gas turbine made of marten thi+-m, which has high creep rupture strength at 400 to 450''C and high toughness at room temperature.
本発明は、450℃で10万時間クリープ破断強度が4
5 kg/mm2−以上、20℃vノツチシャルピー衝
撃値が5 kg−m/cm”以上であるマルテンサイト
鋼によって構成されることを特徴とするガスタービン用
スペーサにある。The present invention has a creep rupture strength of 4 for 100,000 hours at 450°C.
5 kg/mm2- or more and a notch Charpy impact value at 20° C. of 5 kg-m/cm or more.
本発明の目的である400〜450℃で高クリープ破断
強度を得るためには、次に示す組成範囲に成分を調整す
ることにより達成されることが実験的に水門された。It has been experimentally determined that high creep rupture strength at 400 to 450° C., which is the objective of the present invention, can be achieved by adjusting the components within the following composition range.
G 0.05〜0.15%、V0.L 〜0.3%
Si 1%以下、Nb0.02〜0.2%Mn 1
.5%以下、N0.02〜0.1%Nj 1〜2.5%
、残部がFaおよび不純物Cr 8〜13%。G 0.05-0.15%, V0. L ~0.3%
Si 1% or less, Nb 0.02-0.2% Mn 1
.. 5% or less, N0.02~0.1%Nj 1~2.5%
, the remainder being Fa and impurities Cr 8-13%.
Mo 1.5〜3.5%。Mo 1.5-3.5%.
また次に示す式で計算されるCr当鰍が、10以下にな
るように成分調整し、金属組織をδフェライトを含まな
い全焼もどしマルテンサイト組織にすることにより、使
用中脆化が著しく少なくなることも究明された。In addition, by adjusting the composition so that the Cr content calculated by the following formula is 10 or less and making the metal structure a fully tempered martensitic structure that does not contain δ ferrite, embrittlement during use is significantly reduced. It was also determined that
Cr当量=−40C−2Mn−4Ni−3ON+6Si
+Cr+4Mo+11V+5Nb+2.5Taさらに上
記組成にWを添加するとクリープ破断強度が向上するこ
と、COを添加すると衝撃値が低くくなるもののクリー
プ破断強度が向上すること、Nbの代わりに一部又は全
部についてTaを添加しても本発明の目的が達成される
ことも実験的に水門された。Cr equivalent = -40C-2Mn-4Ni-3ON+6Si
+Cr+4Mo+11V+5Nb+2.5Ta Furthermore, adding W to the above composition improves the creep rupture strength, adding CO lowers the impact value but improves the creep rupture strength, and adding Ta in part or all in place of Nb. It has also been experimentally demonstrated that the objectives of the present invention can be achieved.
本発明材の熱処理はまず完全なオーステナイトに変態す
るに十分な温度、最低900℃、最高1150℃に均一
加熱し、マルテンサイト組織が得られる100℃/h以
上の速度で急冷し、次いで450〜600℃の温度に加
熱保持しく第1次焼もどじ)、次いで550〜650℃
の温度に加熱保持し第2次焼もどじを行なう。In the heat treatment of the material of the present invention, first, it is uniformly heated to a temperature sufficient to transform into complete austenite, a minimum of 900°C and a maximum of 1150°C, and then rapidly cooled at a rate of 100°C/h or more to obtain a martensitic structure. Heating and holding at a temperature of 600℃ (first baking process), then 550-650℃
Heat and maintain the temperature at
次に本発明材の安全評価について述べる。高温回転体で
最も重量なのはクリープ破断強度であり。Next, safety evaluation of the present invention material will be described. The heaviest factor in high-temperature rotating bodies is creep rupture strength.
設計許容応力は10万時間クリープ破断強度で決定され
る。そこで本発明材の高温強度は450t。The design allowable stress is determined by the 100,000 hour creep rupture strength. Therefore, the high temperature strength of the material of the present invention is 450t.
105hクリープ破断強度で評価した。10”hクリー
プ破断強度は、一般に用いられているラルソンーミラー
法で求めた。Evaluation was made based on 105h creep rupture strength. The 10''h creep rupture strength was determined by the commonly used Larson-Miller method.
本発明材の成分範囲限定理由について説明する、Cは高
い引張強さと耐力を得るために最底0.05%必要であ
る。しかし、あまりCを多くすると、高温に長時間さら
された場合に金属組織が不安定になり、10’h ク
リープ破断強度を低下させるので0.15γ、以下にし
なければならない。最も0.07〜0.12%が好まし
い。Explaining the reason for limiting the range of components of the material of the present invention, C is required at a minimum content of 0.05% in order to obtain high tensile strength and yield strength. However, if too much C is added, the metal structure becomes unstable when exposed to high temperatures for a long period of time, reducing the 10'h creep rupture strength, so the content must be 0.15 γ or less. The most preferable range is 0.07 to 0.12%.
Siは脱酸剤、Mnは脱酸・脱硫剤として鋼の溶解の際
に添加するものであり、少量でも効果がある。Siはδ
フエライト生成元素であり、多量の添加は疲労及び靭性
を低下させるδフエライト生成の原因になるので1%以
下にしなければならない。なお、カーボン真空脱酸法及
びエレクトロスラグ溶m法などによればSi添加の必要
がない6Sl低減は使用中脆化の防止効果があり、0.
3%以下、特に0.o i%%以下好ましい。多量のM
n添加は高温強度を低下させるので1.5 %以下にし
なければならない。特に0.5〜0.9%が好ましい。Si is added as a deoxidizing agent, and Mn is added as a deoxidizing/desulfurizing agent when melting steel, and even a small amount is effective. Si is δ
It is a ferrite-forming element, and addition of a large amount causes the formation of δ ferrite, which reduces fatigue and toughness, so it must be kept at 1% or less. In addition, according to carbon vacuum deoxidation method, electroslag melting method, etc., the reduction of 6Sl, which does not require the addition of Si, has the effect of preventing embrittlement during use.
3% or less, especially 0. o i%% or less is preferred. large amount of M
Since n addition reduces high temperature strength, it must be kept at 1.5% or less. Particularly preferred is 0.5 to 0.9%.
Crは耐食性と高温強度を高めるが、13%以1―添加
するとδフエライト組織生成の原因になる。Cr improves corrosion resistance and high-temperature strength, but if it is added in excess of 13%, it causes the formation of a δ-ferrite structure.
8%より少ないとi−1食性及び高温げ41度が不1−
分なので、Crは8〜1:3°Aに決定された。特に1
1〜12.5%がり了ましい。If it is less than 8%, the i-1 eating quality and high temperature of 41 degrees are poor.
Cr was determined to be 8-1:3°A. Especially 1
1 to 12.5% is good.
Moは固溶及び析出強化作用によってクリープ破断強度
を高めると同時に脆化防+h効果がある。Mo increases creep rupture strength through solid solution and precipitation strengthening effects, and at the same time has an embrittlement prevention effect.
、1.5%以下ではクリープ破断強度向上効果が不十分
であり、J、F)%以北になるとδフェライ1〜生成原
因になるので1,5〜3 、5 ’X、に限定された。, 1.5% or less, the creep rupture strength improvement effect is insufficient, and north of J, F)%, it causes the formation of δ ferrite 1~, so it was limited to 1,5~3,5'X, .
特に2〜3%が好ましい、、MOの代りにWを1部又は
全部を添加することができる。In particular, 2 to 3% is preferable, and one part or all of W can be added instead of MO.
■及びNbは炭化物を析出し高温強度を高めると同時に
靭性向上効果がある。V0.1%、Nb0.02%以下
ではその効果が不十分であり、V0.3%、Nb0.2
%以上ではδフェライ1−生成の原因となると共にクリ
ープ破断強度が低下する傾向を示すようになる。特にV
0.15〜0.20% 、Nb0.04〜0.08%が
好マシイ。(2) and Nb precipitate carbides and increase high-temperature strength, while at the same time having the effect of improving toughness. If V0.1% and Nb0.02% or less, the effect is insufficient;
% or more causes the formation of δ ferrite 1 and tends to lower the creep rupture strength. Especially V
0.15-0.20% and Nb 0.04-0.08% are better.
TaもNbと同じ効果がある。Ta also has the same effect as Nb.
Niは靭性を高め、かつδフエライト生成の防止効果が
あるが、1.0%以下ではその効果が十分でなく、2.
5%以上では長時間クリープ破断強度を低下させる。特
に1.5〜1.9%より。Ni increases toughness and has the effect of preventing the formation of δ ferrite, but if it is less than 1.0%, the effect is not sufficient;
If it exceeds 5%, the long-term creep rupture strength decreases. Especially from 1.5 to 1.9%.
1.7〜1.9% が好ましい。1.7 to 1.9% is preferable.
Nはクリープ破断強度の改善及びδフエライ1〜の生成
防止に効果があるが0.02%未満ではその効果が十分
でなく、0.1% を越えると靭性を低下させる。特に
0.04〜0.07%の範囲で優れた特性が得られる。N is effective in improving creep rupture strength and preventing the formation of δ ferrite 1, but if it is less than 0.02%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 0.1%, it reduces toughness. In particular, excellent properties can be obtained in the range of 0.04 to 0.07%.
高温回転体では、クリープ破断強度が高いことと、高温
で長時間使用中に脆化し難いことも重要である。この使
用中脆化にはδフエライト組織が有害であり、組織は全
焼もどしマルテンサイト組織でなければならないことが
実験的に究明された。It is also important for high-temperature rotating bodies to have high creep rupture strength and to be resistant to embrittlement during long-term use at high temperatures. It has been experimentally determined that the δ-ferrite structure is harmful to this embrittlement during use, and that the structure must be a completely tempered martensitic structure.
450℃、10”hクリープ破断強度は4.5kg/m
tn”以上で、20”CVノツチシャルピー衝撃値が5
kg−m/cm2以上が必要である。特に、前者が5
0kg/mm2以上、後者が9 kg−m/cm’−以
上が好ましい。450℃, 10"h creep rupture strength is 4.5kg/m
tn" or more, 20" CV notch Charpy impact value is 5
kg-m/cm2 or more is required. In particular, the former is 5
The latter is preferably 0 kg/mm2 or more, and the latter is preferably 9 kg-m/cm'- or more.
FATTは20℃以下、特に15℃以下が好ましい。特
に、高温脆化も大事な要因であり、500℃で3000
h加熱後の室温のVノツチシャルピー衝撃値が3 k
g−m/cm”以上、特に7 kg−m/cm”以上と
することが好ましい。FATT is preferably 20°C or lower, particularly 15°C or lower. In particular, high temperature embrittlement is also an important factor;
The V-notch Charpy impact value at room temperature after heating is 3k.
g-m/cm" or more, particularly preferably 7 kg-m/cm" or more.
第1表に示す組成(重量%)の試料をそれぞれ20kg
溶解し、1150℃に加熱し鍛造して実験素材とした。20 kg of each sample with the composition (wt%) shown in Table 1
It was melted, heated to 1150°C, and forged to obtain an experimental material.
この素材に表に示すような焼入れ後、焼戻しの熱処理を
施した。熱処理後の素材からクリープ破断試験片、引張
試験片及びVノツチシャルピー衝撃試験片を採取し実験
した。This material was quenched and then subjected to tempering heat treatment as shown in the table. A creep rupture test piece, a tensile test piece, and a V-notch Charpy impact test piece were taken from the heat-treated material and tested.
表において、賦香1,2及び5は本発明材であり、賦香
3及び4は比較材である。Nn2はCr当量が高くδフ
エライト組織を5%含み95%焼もどしマルテンサイト
組織である。他試料は全焼もどしマルテンサイト組織で
あった。比較鋼3はガスタービンホイール及び蒸気ター
ビンブレードに使用されている材料(MISZ鋼)であ
り、比較鋼4は、12 Cr系耐熱鋼の中で、高温部材
として最も広く用いられているCrucible 42
2 mである。In the table, fragrances 1, 2, and 5 are materials of the present invention, and fragrances 3 and 4 are comparative materials. Nn2 has a high Cr equivalent and has a 95% tempered martensitic structure containing 5% δ-ferrite structure. The other samples had a completely tempered martensitic structure. Comparative steel 3 is a material (MISZ steel) used for gas turbine wheels and steam turbine blades, and comparative steel 4 is Crucible 42, which is the most widely used material for high-temperature members among 12 Cr heat-resistant steels.
It is 2 m.
第2表はこれら試料の機械的性質の試験結果を示す。賦
香3及び4の結果を見ると、賦香3は衝撃値がQ 、
8 kFC−m/cm2と高いがクリープ破断強度が4
1. 、9kg/mm2と低い。賦香4は衝撃値及びク
リープ破断強度がともに低い。Table 2 shows the results of testing the mechanical properties of these samples. Looking at the results of incense 3 and 4, incense 3 has a shock value of Q,
Although it is high at 8 kFC-m/cm2, the creep rupture strength is 4
1. , as low as 9 kg/mm2. Fragrance 4 has low impact value and low creep rupture strength.
これに対し1本発明林状番1,2及び3は450℃、1
05 hクリープ破断強度、引張特性及び衝u 値が優
れており、高温ガスタービン用デスタントピース材とし
て必要な強度・靭性を十分満足することが確認された。In contrast, forest numbers 1, 2, and 3 of the present invention were heated at 450°C.
It was confirmed that the material had excellent creep rupture strength, tensile properties, and impact u value, and sufficiently satisfied the strength and toughness required as a distant piece material for high-temperature gas turbines.
高温部材としては、長時間使用中に脆化し粱いことも重
要なので、脆化材の衝撃値も調べた。As a high-temperature component, it is important that the material becomes brittle during long-term use, so we also investigated the impact value of the brittle material.
500°Cで3000 h加熱脆化処理を施した後の衝
撃吸収エネルギーは試#に1が8 、6 kg−a+/
cm” 、賦香5が8 、9 kg−m/cm” 、賦
香3が3 、8 kg−m/cm”であった。発明材(
全焼もどしマルテンサイト組it>は脆化処理後でも3
kg−m/cm2以上、特に、Na 1及び5は8
kg−m/cm”以上の衝撃吸収エネルギを有し優れて
いる。これに対し、5%のδフエライト組織を含む賦香
3は若干脆化する。The impact absorption energy after heat embrittlement treatment at 500°C for 3000 hours is 8,6 kg-a+/
cm'', fragrance 5 was 8.9 kg-m/cm'', and fragrance 3 was 3.8 kg-m/cm''. Inventive material (
The completely tempered martensite group is 3 even after embrittlement treatment.
kg-m/cm2 or more, especially Na 1 and 5 are 8
It has an excellent impact absorption energy of more than "kg-m/cm". On the other hand, the perfume 3 containing 5% δ-ferrite structure is slightly brittle.
図面は本発明に係るガスタービンの回転部分の断面図で
ある。1はタービンスタブシャフト、2はタービンパケ
ット、3はタービンスクッキングボルト、4はタービン
スペーサ、5はデスタントピース、6はコンプレッサデ
ィスク、7はコンプレッサブレード、8はコンプレッサ
スタッキングボルト、9はコンプレッサスタブシャフト
、10はタービンディスクである。The drawing is a sectional view of a rotating part of a gas turbine according to the present invention. 1 is a turbine stub shaft, 2 is a turbine packet, 3 is a turbine cooking bolt, 4 is a turbine spacer, 5 is a dead piece, 6 is a compressor disk, 7 is a compressor blade, 8 is a compressor stacking bolt, 9 is a compressor stub shaft , 10 is a turbine disk.
本発明に係るガスタービン用スペーサを第1表に示すN
115の材料を用いて構成することによりガスタービン
の高温・高圧化が可能であり、効率向上が図れる。本発
明に係るスペーサは前述の本発明に係る合金鋼と同様に
鍛造し、熱処理を施し。The gas turbine spacer according to the present invention is shown in Table 1.
By using the material No. 115, it is possible to increase the temperature and pressure of the gas turbine, thereby improving efficiency. The spacer according to the present invention is forged and heat treated in the same manner as the alloy steel according to the present invention described above.
全焼戻しマルテンサイト組織を有するように調整される
。It is adjusted to have a fully tempered martensitic structure.
本発明ガスタービン用スペーサは、400〜450℃ク
リープ破断強度が著しく優れており。The gas turbine spacer of the present invention has extremely excellent creep rupture strength at 400 to 450°C.
高温破壊に対する信頼性が高い。High reliability against high temperature breakdown.
第1図は本発明の一実施例のガスタービンの断面図であ
る。
4・・・タービンスペーサ。FIG. 1 is a sectional view of a gas turbine according to an embodiment of the present invention. 4...Turbine spacer.
Claims (1)
g/mm^2以上20℃Vノツチシヤルピー衝撃値が5
kg−m/cm^2以上であるマルテンサイト系合金鋼
によつて構成されることを特徴とするガスタービン用ス
ペーサ。 2、前記マルテンサイト系合金鋼は、重量比でC0.0
5〜0.2%、Si1%以下、Mn1.5%以下、Ni
1〜2.5%、Cr8〜15%、Mo1.0〜3.5%
、V0.05〜0.30%、Nb及びTaの少なくとも
一方で単独又は複合で0.05〜0.20%、N0.1
%以下を含有し、75%以上のFeからなる特許請求の
範囲第1項記載のガスタービン用スペーサ。 3、前記鋼は、重量でC0.05〜0.20%、Si0
.3%以下、Mn1.5%以下、Ni1〜2.5%、C
r11〜12.5%、Mo1.5〜3.5%、V0.0
5〜0.3%、Nb及びTaの少なくとも一方で単独又
は複合で0.05〜0.20%、N0.04〜0.07
%を含有し、残部が実質的にFeからなり、450℃、
10万時間クリープ破断強度が50kg/mm^2以上
である特許請求の範囲第1項に記載のガスタービン用ス
ペーサ。 4、前記鋼は次式で計算されるCr当量が10以下であ
り、全焼まどしマルテンサイト組織を有する特許請求の
範囲第1項〜第3項のいずれかに記載のガスタービン用
スペーサ。[Claims] Creep rupture strength of 45k at 1,450°C for 100,000 hours
g/mm^2 or more at 20°C V-notch mechanical pyroimpact value is 5
A spacer for a gas turbine, characterized in that it is made of martensitic alloy steel having a tensile strength of kg-m/cm^2 or more. 2. The martensitic alloy steel has a weight ratio of C0.0
5-0.2%, Si 1% or less, Mn 1.5% or less, Ni
1-2.5%, Cr8-15%, Mo1.0-3.5%
, V0.05-0.30%, at least one of Nb and Ta alone or in combination 0.05-0.20%, N0.1
% or less and 75% or more of Fe. 3. The steel contains 0.05-0.20% C and Si0 by weight.
.. 3% or less, Mn 1.5% or less, Ni 1-2.5%, C
r11~12.5%, Mo1.5~3.5%, V0.0
5-0.3%, at least one of Nb and Ta alone or in combination 0.05-0.20%, N0.04-0.07
%, the remainder substantially consists of Fe, 450°C,
The gas turbine spacer according to claim 1, which has a creep rupture strength of 50 kg/mm^2 or more for 100,000 hours. 4. The spacer for a gas turbine according to any one of claims 1 to 3, wherein the steel has a Cr equivalent calculated by the following formula of 10 or less and has a fully sintered martensitic structure.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2382986A JPS62182254A (en) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | Spacer for gas turbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2382986A JPS62182254A (en) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | Spacer for gas turbine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62182254A true JPS62182254A (en) | 1987-08-10 |
Family
ID=12121264
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2382986A Pending JPS62182254A (en) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | Spacer for gas turbine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62182254A (en) |
-
1986
- 1986-02-07 JP JP2382986A patent/JPS62182254A/en active Pending
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