JPS63145750A - タ−ビンロ−タ用低合金鋼 - Google Patents

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、蒸気タービン高圧あるいは中正に用いられ
ろタービンロータ用低合金鋼に係り、特に耐焼戻脆化性
を向上したタービンロータ用低合金鋼に関する。

（従来の技術） これまで蒸気タービン低圧用ロータに多く用いられてい
るＮｉＣｒＭｏＶ鋼は、含有しているＮｉによって焼戻
脆化感受性が高く、このためこのＮｉＣｒＭｏＶ鋼で構
成されたロータは、その使用温度を脆化温度域（通常３
５０〜５５０℃といわれている）から外すため蒸気温度
が３５０℃以下となる部位で使用されたり、あるいは脆
化の要因になる不純物元素量を低減して製造されたりし
ている。

（発明が解決しようとする問題点） これに対し、高中圧用ロータに多く用いられているＣｒ
ＭｏＶ　ｔｒ４は、その使用温度域が３５０〜５６０℃
と脆化温度域と全く一致するにも拘らず、焼戻脆化は発
生しないと考えられ、何ら対策は施されていなかった。

しかしながら、近年行われたこの種ロータ材の破壊検査
によれば、　ＣｒＭｏＶ　鋼からなる低合金鋼で構成さ
れた高中正用ロータにも著しい焼戻脆化が生じていたケ
ースが報告されている。

この発明はタービンロータに必要な強度、とりわけ高温
強度を低下させることなく延性・靭性を勇キ 増し、さらに高焼戻脆性に優れたタービンロータ用低合
金鋼を提供することを目的としている。

【発明の構成〕

（問題点を解決するための手段および作用）本発明は２
重量比で、　Ｃ０．１０〜０．３５％、　Ｓｉ０．０５
％以下、　Ｍｎ　０．３０％以下、　Ｎｌ　０．６０％
以下、　ｃｒ０．５−３．０％、　Ｎｏ　０．３〜１．
５％、Ｖ０．１〜０．３％、残部Ｆｅおよび付随的不純
物よりなるタービンロータ用低合金鋼および、このうち
Ｍｎ　０．５０％以下としかつ付随的不純物ｐ　０．ｏ
ｏｓ％以下、　Ａｓ　０．００８％以下、　ｓｂ０．０
０１５％以下、　Ｓｎ　０．０１０％以下としたタービ
ンロータ用低合金鋼である。

かかる本発明は、従来用いられているＣｒＭｏＶ低合金
鋼の化学組成を、焼戻脆化量を低減しつつ同時に強度、
特にクリープ破断強度を低下させないように検討した結
果なされたもので、不純物元素であるＰ、＾Ｓ、　Ｓｂ
、　Ｓｎの含有量を低下させる以上にＭｎ、Ｓｉを低減
しており、この構成によって所期の目的を達成するほか
、特に低応力長時間側のクリープ破断強度を改善してい
る。

次に本発明のタービンロータ用低合金鋼の組成成分限定
理由につき述べる。

まずＣ，Ｃｒ、　Ｎ０．　Ｖに関しては９本発明鋼、に
おいても従来の″″０種低合金鋼と一様の効果を期待し
て組成範囲を限定している。璋魂瘤看埠萌肴噂ゆ嘲−−
〒４中、一方９本発明鋼の特徴とするＭｎ、　Ｓｉ、ｊ
。

特にＭｎに関しては従来その脱硫作用および残存するフ
リーなＳを抑制することを目的に０．７％前後添加され
ていた。しかし炉外精錬を適用することにより、Ｓを０
．００２％前後まで低減させることが可能となり、また
一方、従来ＮｉＣｒＭｏＶ鋼を米国で考案されたステッ
プクール法にて脆化させその脆化竜をＪ−ｆａｃｔｏｒ
　：　（Ｐ　＋５ｎ）（Ｓｉ＋Ｍｎ）　Ｘ　１０’で整
理した場合良好な相関関係が見られているが、これを用
いて第１表に示したＣｒＭｏＶ　！Ｉを評価すると、第
１図に示す通りＮｉＣｒＭｏＶ　ｍと同様に良好な正の
相関関係が見られｓ　Ｐ　＊　Ａｓ、Ｓｂｔ　Ｓｎを通
常の含有量に抑えた場合、Ｓｉ、Ｓの含有量が極めて低
い材料のときにＭｎを０．３０％以下とすると良好な耐
焼戻脆性を示すことがわかった。

ところで、　Ｍｎは焼入性を向上させるため、特にター
ビンロータの如き大型構造材では中心部まで均質な強度
を得るのに重要な元素であると考えられていたが、　Ｍ
ｎを０．３０％以下・とじて１．４鵬程の大・型ロータ
を模擬して実験を行った結果、中心部まで従来と同様の
強度が得られ焼入性という観点からは低Ｍｒｉでも何ら
問題のないことが判明した。この□・中心部における硬
さおよび粒度のＭｎ含有量に対する変化の様子を第２図
に示しである。

また低Ｍｎとした場合、第２表の各実施例に示すように
同一強度で整理した場合の上部棚衝撃値が大幅に改善さ
れ、また常温強度が若干低下するにも拘らず低応力側に
おけるクリープ破断強度が向上することが確認された。

次にＳｉは従来脱酸のために添加されていたが。

真空鋳込、真空カーボン脱酸を適用することによりその
必要性がなくなり、また非金属介在物を形成して靭性・
延性を損うことがら極力含有量を低減するのが望ましい
。しかしながら現状の精錬技術を以ってしては不可避的
に＊−ｔｔが残存することから、　０．ＯＳ％以下とす
る。

ＳもＳＬと同様であり、特にクリープ延性を損う作用が
ある。炉外精練により可能な精練レベルに微して０．０
０４％以下とした。

Ｎｉについては、　Ｍｎと同様に脆化を促進する作用が
あるため低減するのが望ましいとも考えられるが、　０
．６Ｑ％以下とした場合ｔＭｒｔ址を０．５％以下とす
る。とＮｌによる脆化はほとんど見られない、また焼入
性を確保するためにＣとのバランスである程度の含有量
が必要であるため０．６０％以下とする。

最後にＰ　、　Ｓｎ、　Ｓｂ、＾Ｓは脆化に直接寄与す
る元素であるから可能な限り低減するのが望ましい。

但しＰを除く他の元素は精練によって除去することがで
きない。発明者らが行った実験によれば。

Ｍｎが０．３０％以下の場合これらの元素が通常の程度
含有されていても脆化は認められず、またＭｎ歌が０．
３０〜０．５０％の場合にはＰ　０．００５％以下、　
Ａｓ　０．００８％以下、　ｓｂ　０．ｏｏｔｓ％以下
、　Ｓｎ　０．０１０％以下のとき脆化が見られないこ
とが判明している。

（実　施　例） 本発明は以下に述べる実施例および比較例についての実
験結果から一層容易に理解される。

第１表に示す組成のＣｒＭｏＶ鋼をそれぞれＡｒ雰囲気
中で誘導加熱炉にて溶製し、これを１１００℃に加熱し
て鍛造した後、９６０℃で５時間保持して１２０℃／Ｈ
で冷却、その後６７０°Ｃで１０時間保持して空冷を行
い、それぞれ比較例１〜３．実施例１〜４の各供試片を
作製した。

こうして得られた供試片の機械的特性を第２表に示す。

なお第２表において焼戻脆性はΔＦ’　Ａ　ＴＴで示さ
れており、この値は上記熱処理後におけるＦ　Ａ　ＴＴ
値と前記ステップクール法による処理後のＦＡＴＴ値の
差で、このＦＡＴＴ値の上昇がらステップクール法の施
工によってどの程度脆化したかを知ることができる。

（以下余白） ステップクールυミは第３図に示す一連の熱処理で。

各温度で所定の時間保持した後炉冷し、最後に３１５℃
まで炉冷して水冷焼入れするものである。

なお、このΔＦＡＴＴについては第１図にＣｒＭｏＶ鋼
の場合として、全ての比較例および実施例をプロットし
である。

第２表の数値から明らかなように１本発明に係る実施例
１〜４は比較例に較べて引張強さが若干低いものの伸び
絞りに優れ、さらにＦＡＴＴ、、ヒ部Ｊａ？ｔｌ＠値で
表わされる衝撃靭性が著しく優れている。また、特にス
テップクール法施］―後のΔＦＡＴＴは、実施例１〜４
の方が比較例に対し格段に優れており１本発明低合金鋼
は耐焼戻脆化性に優れていることが理解される。クリー
プ破断強度についても、実施例１〜４は比較例のものと
ほぼ同等以上で、何ら問題がないという結果が２１＞ら
れた。

〔発明の効果〕

本発明は低Ｍｎ含有量であることを特徴とするものであ
るから９本発明によれば１強度を低下させることなく耐
焼戻脆化性を向上したタービンロータ用低合金鋼を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＪ−４ａｃｔｏｒとΔＦＡＴＴの相関関係を示
す線図、第２図はロータ中心部におけるＭｎ含有量はビ
ッカース硬さの関係を示す線図、第３図はステップスク
ール法の概要を示す模式図である。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 、ツー二ｆｏ−ｃｔｏｒ　（（Ｍｎ＋５ｊ）Ｘ　　（Ｐ
＋５Ａ）ｘ　／Ｑ’）第１図 Ｑ　　　　０．／　　　　０．２　　　０．３　　　０
．４　　　　０．５μ　Ｍ／Ｉ 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比で、Ｃ０．１０〜０．３５％、Ｓｉ０．０
   ５％以下、Ｍｎ０．３０％以下、Ｎｉ０．６０％以下、
   Ｃｒ０．５〜３．０％、Ｍｏ０．３〜１．５％、Ｖ０．
   １〜０．３％、残部Ｆｅおよび付随的不純物よりなるタ
   ービンロータ用低合金鋼
2. （２）重量比で、Ｃ０．１０〜０．３５％、Ｓｉ０．０
   ５％以下、Ｍｎ０．５０％以下、Ｎｉ０．６０％以下、
   Ｃｒ０．５〜３．０％、Ｍｏ０．３〜１．５％、Ｖ０．
   １〜０．３％、Ｐ０．００５％以下、Ａｓ０．００８％
   以下、Ｓｂ０．００１５％以下、Ｓｎ０．０１０％以下
   、残部Ｆｅおよび付随的不純物よりなるタービンロータ
   用低合金鋼