KR20160135119A

KR20160135119A - 증기 터빈 로터

Info

Publication number: KR20160135119A
Application number: KR1020160151793A
Authority: KR
Inventors: 구니오 아사이; 마사히코 아라이; 겐이치 무라타
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2016-11-24
Also published as: JP2015052318A; CN104343470A; KR101789445B1; KR20150018394A; US20150044053A1; CA2858454A1; EP2835498A1; CA2858454C; EP2835498B1; US9784110B2

Abstract

본 발명의 과제는, 저압 최종단 L-0단과 그보다 고압측인 L-1단을 포함하는 단 날개의 SCC 감수성의 저감과 LCF 수명의 향상의 양쪽을 실현하는 것이다.
본 발명의 증기 터빈 로터는, 저압 최종단 L-0단의 로터 디스크와, 상기 저압 최종단 L-0단보다도 고압측에 위치하는 L-1단을 포함하는 복수단의 로터 디스크를 용접에 의해 접합하여 형성되는 증기 터빈 로터이며, 상기 저압 최종단 L-0단 및 상기 저압 최종단 L-0단보다도 고압측에 위치하는 적어도 L-1단의 로터 디스크 재료가 12Cr강이고, 또한 상기 로터 디스크 재료의 인장 강도가 900∼1200㎫인 것을 특징으로 한다.

Description

증기 터빈 로터 {STEAM TURBINE ROTOR}

본 발명은 증기 터빈 로터에 관한 것으로, 특히 대형 발전 플랜트나 가스 터빈과의 컴바인드 발전 플랜트에 사용되는 증기 터빈에 적합한 증기 터빈 로터에 관한 것이다.

통상, 증기 터빈에 있어서는, 그 저압단(예를 들어, 저압 최종단 L-0단으로부터 고압측의 L-4단)은, 습증기 영역이나 건조 증기와 습증기의 건습 교번 영역이므로, 터빈 로터에 있어서 부식 환경이 엄격한 조건에 있다.

일반적으로, 증기 터빈의 저압단 로터 재료에는, 기계적 강도, 인성 및 대형 단조성을 고려하여 3.5％ Ni강이나 1CrMoV강 등의 저합금강이 채용되어 있다. 저합금강은 반드시 내식성이 높은 것은 아니므로, 장기간 사용한 플랜트에서는, 날개와 로터 박힘부의 간극에 부식매가 퇴적되어, 응력 부식 균열[이하, SCC(Stress Corrosion Cracking)라 함]이 발생하는 경우가 있었다.

또한, 저압 최종단 L-0단에서는, 날개 길이가 긴 날개(장익)가 채용되어 있으므로, 날개 박힘부에는, 높은 원심 응력이 발생한다. 특히, 컴바인드 발전 플랜트에 채용하는 경우에는, 기동 정지에 수반되는 원심 응력의 변동·반복에 의해, 부식 환경 중의 저사이클 피로 수명[이하, LCF(Low Cycle Fatigue) 수명이라 함]이 저하되는 경우가 있었다.

증기 터빈에 있어서의 저압 최종단 L-0단에 사용되는 터빈 로터의 신뢰성을 높이는 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1 및 2에 기재된 것이 있다.

특허문헌 1(JP2001-50002A)에는, 저압 최종단 L-0단의 로터재로서, 내식성이 높은 12Cr강을 채용하는 것이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2(JP2006-307840A)에는, 저압 최종단 L-0단으로부터 L-2단의 로터재의 항복 강도를 고압측일수록 저하시킴으로써, SCC에 대한 감수성을 저감시키는 것이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 제2001-50002호 공보 일본 특허 공개 제2006-307840호 공보

상술한 바와 같이, 증기 터빈의 저압 터빈 로터에 관한 종래의 주된 과제는, 저압 최종단 L-0단에서의 부식 환경 중의 LCF 수명의 향상과, 저압 최종단 L-0단으로부터 L-4단에 걸친 SCC 감수성의 저감이다.

한편, 최근, 저압 최종단 L-0단의 장익화가 진행되고 있어, 예를 들어 3600rpm 회전에서 1250㎜ 이상의 날개 길이의 날개가 채용되는 경우가 있다. 그리고, 저압 최종단 L-0단 날개의 장익화에 수반하여, 저압 최종단 L-0단보다 고압측인 L-1단이나 L-2단에 있어서도 장익화가 진전되고 있다. 그로 인해, L-1단이나 L-2단에서는 지금까지 그다지 문제가 되지 않은 부식 환경 중에서의 LCF 수명의 향상이 과제로 되고 있다. 또한, 저압 최종단 L-0단보다 고압측인 L-1단과 L-2단에서는, 저압 최종단 L-0단보다도 단 온도가 높기 때문에, SCC 감수성이 높아지므로, SCC 감수성의 저감이 보다 필요하다.

그러나, 상술한 특허문헌 1 및 2에서는, 저압 최종단 L-0단보다 고압측인 L-1단과 L-2단의 SCC 감수성의 저감과 LCF 수명의 향상의 양쪽을 실현하기 위한 적정한 재료나 기계적 강도에 대해, 충분히 밝혀져 있지 않다.

본 발명은 상술한 점에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 점은, 저압 최종단 L-0단과 그보다 고압측인 L-1단을 포함하는 단 날개의 SCC 감수성의 저감과 LCF 수명의 향상의 양쪽을 실현할 수 있는 증기 터빈 로터를 제공하는 데 있다.

발명의 하나의 형태에 의하면, 저압 최종단 L-0단의 로터 디스크와, 상기 저압 최종단 L-0단보다도 고압측에 위치하는 L-1단을 포함하는 복수단의 로터 디스크를 용접에 의해 접합하여 형성되는 증기 터빈 로터이며, 상기 저압 최종단 L-0단 및 상기 저압 최종단 L-0단보다도 고압측에 위치하는 적어도 L-1단의 로터 디스크 재료가 12Cr강이고, 또한 상기 로터 디스크 재료의 인장 강도가 900∼1200㎫인 것을 특징으로 하는 증기 터빈 로터를 제공한다.

본 발명에 따르면, 저압 최종단 L-0단과 그보다 고압측인 L-1단을 포함하는 단 날개의 SCC 감수성의 저감과 LCF 수명의 향상의 양쪽을 실현하는 증기 터빈 로터를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 증기 터빈 로터의 일례를 도시하는 개략 구성도이다.
도 2는 12Cr강에 있어서의 인장 강도와 규격화 LCF 수명의 관계를 나타낸 그래프로, 상기 규격화 LCF 수명은, 동일한 변형 범위 조건하에서의 3.5％ NiCrMoV강의 LCF 수명으로 규격화한 것이다.
도 3은 강재의 인장 강도와 규격화 국소 응력의 관계를 나타내는 그래프로, 상기 규격화 국소 응력은, 탄성 응력으로 환산한 국소 응력을 저압 최종단 L-0단에 발생하는 터빈 로터재의 국소 응력으로 규격화한 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 증기 터빈 로터의 일례를 도시하는 개략 구성도이다.

이하, 본 발명에 관한 증기 터빈 로터에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 본 발명은 여기서 언급한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 조합이나 개량이 가능하다.

[제1 실시 형태]

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 증기 터빈 로터의 일례를 도시하는 개략 구성도이다. 도 1에 도시한 증기 터빈 로터는, 더블 플로우형의 저압 증기 터빈 로터이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 증기 터빈 로터는, 저압 최종단 L-0단의 로터 디스크(1)(도 1의 구분 B, F)와, 이 저압 최종단 L-0단보다도 1단 고압측에 위치하는 L-1단 및 L-2단을 구성하는 로터 디스크(2)(도 1의 구분 C, E)와, L-1단 및 L-2단보다도 더 고압측인 L-3단, L-4단 및 L-5단을 구성하는 로터 디스크(3)(도 1의 구분 D)와, 베어링부의 로터 디스크(4)(도 1의 구분 A, G)로 구성되어 있다. 이 각 로터 디스크(1∼4)는, TIG 용접, 서브머지드 아크 용접 또는 피복 아크 용접 중 어느 하나의 용접에 의해 접합되어 있다.

본 실시 형태에 있어서의 저압 최종단 L-0단 날개의 날개 길이(6)는, 회전수가 3600rpm 사양에서 1250㎜ 이상(바람직하게는 1270㎜)이고, L-1단 날개의 날개 길이는 700㎜ 이상(바람직하게는 780㎜), L-2단 날개의 날개 길이는 300㎜ 이상(바람직하게는 360㎜)이다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 저압 최종단 L-0단의 로터 디스크(1)(도 1의 구분 B, F)와, 저압 최종단 L-0단보다도 고압측에 위치하는 L-1단 및 L-2단을 구성하는 로터 디스크(2)(도 1의 구분 C, E)의 로터 디스크 재료로서 12Cr강을 채용하고, 그 인장 강도를 900㎫ 이상 1200㎫ 이하로 한 것이다.

본 실시 형태에서는, 도 1의 구분 B와 F[저압 최종단 L-0단의 로터 디스크(1)] 및 구분 C와 E[L-1단과 L-2단을 구성하는 로터 디스크(2)]에 있어서의 인장 강도를 의도적으로 다르게 할 필요는 없고, 인장 강도가 900∼1200㎫의 범위에 있으면, 부식 LCF의 장수명화와 SCC 감수성을 저감시키는 효과가 얻어진다. 바꾸어 말하면, 로터 디스크(1)와 로터 디스크(2)를 동일한 재료로 구성해도 된다.

한편, 본 실시 형태에서는, L-1단과 L-2단을 구성하는 로터 디스크(2)(도 1의 구분 C, E)보다도 고압측에 위치하는 L-3단, L-4 및 L-5단을 구성하는 로터 디스크(3)(도 1의 구분 D)에는, 저합금강인 3.5％ NiCrMoV강을 채용하고, 그 인장 강도는 600∼750㎫가 바람직하다.

또한, 베어링부의 로터 디스크(4)(구분 A, G)에는, 1％ CrMoV강을 채용하고 있다. 베어링부의 로터 디스크(4)에 저합금강을 채용하고 있는 것은, 베어링과의 시징이나 골링 손상을 저감시키기 위함이다.

이러한 본 실시 형태의 증기 터빈 로터재의 구성으로 함으로써, 저압 최종단 L-0단의 날개 길이가 1250㎜ 이상의 엄격한 원심력의 조건이라도, 저압 최종단 L-0단으로부터 L-5단까지의 전부에 요구되는 SCC 감수성의 저감을 실현할 수 있고, 또한 저압 최종단 L-0단으로부터 L-2단에 있어서 부식 환경 중에서의 LCF 수명의 향상을 실현할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 효과를 확인하기 위해 본 발명자들이 실시한 시험을 설명하면서, 본 발명의 효과에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

우선, 실기 환경을 모의한 부식 환경(순수, 용존 산소 농도 150ppb, pH＝8, 온도 50℃) 중에서, 절결 시험편을 사용한 저사이클 피로 시험을 실시하였다. 기동 정지에 의한 원심력의 부하 제거를 모의하여, 편진동 파형(부하 주파수 0.01㎐)으로 시험을 행하였다. 시험편의 재료로서는, 3.5％ NiCrMoV강과 인장 강도가 서로 다른 3종류의 12Cr 강을 사용하였다. 그 시험 결과를 도 2에 나타낸다. 도 2는, 12Cr 강에 있어서의 인장 강도와 규격화 LCF 수명의 관계를 나타낸 그래프이며, 상기 규격화 LCF 수명은, 동일한 변형 범위 조건하에서의 3.5％ NiCrMoV강의 LCF 수명으로 규격화한 것이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 12Cr강은, 그 인장 강도가 약 1100㎫일 때, 3.5％ NiCrMoV강에 대해 가장 LCF 수명의 향상 효과가 나타나는 것을 알 수 있었다. 또한, 인장 강도가 약 800㎫인 12Cr강에서는, 그 LCF 수명이 3.5％ NiCrMoV강의 그것과 거의 다름없었다. 이것은, 인장 강도가 낮으면 절결 저부에서의 소성 변형이 증가하여, 그 소성 변형에 의한 수명 저하가 지배적으로 되어, 12Cr강의 내식성 향상 효과가 상쇄되었기 때문이라고 생각된다.

한편, 인장 강도가 약 1400㎫인 12Cr강에서는, 인장 강도가 1100㎫인 그것과 비교하여 LCF 수명의 향상 효과가 저하되었다. 이것은, 고강도로 될수록 평균 응력 효과(절결재의 편진동 시험에서는, 평균 응력이 양의 값으로 됨)가 크게 나타나는 것이나, 절결 감수성이 높은 것이 이유라고 추정된다.

도 3은, 강재의 인장 강도와 규격화 국소 응력의 관계를 나타내는 그래프이며, 상기 규격화 국소 응력은, 탄성 응력으로 환산한 국소 응력을 저압 최종단 L-0단에 발생하는 터빈 로터재의 국소 응력으로 규격화한 것이다. 도 3은, 12Cr강 및 3.5％ NiCrMoV강에 있어서의 인장 강도와 SCC에 대한 한계 응력의 관계를 나타내고 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 12Cr강 및 3.5％ NiCrMoV강은, 모두, 인장 강도가 증가하면 SCC에 대한 한계 응력이 저하되는 것을 알 수 있다. 12Cr강의 SCC 한계선의 쪽이, 3.5％ NiCrMoV강의 그것보다도 횡축의 고응력측에 위치하고 있어, SCC 감수성이 높은 것을 알 수 있다.

또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 3.5％ NiCrMoV강에 있어서, 인장 강도가 약 750㎫ 이하로 되도록 조정함으로써, SCC 한계선에 대해 충분한 여유도를 확보할 수 있다. 마찬가지로 12Cr 강에 대해서는, 인장 강도가 1200㎫ 이하로 되도록 조정함으로써, SCC 한계선에 대해 충분한 여유도를 확보할 수 있다.

상술한 시험 결과로부터, 저압 최종단 L-0단, L-1단 및 L-2단의 터빈 로터 재료로서, 인장 강도가 900∼1200㎫인 12Cr강을 채용함으로써, 도 2에 나타낸 바와 같이, 부식 환경 중의 LCF 수명을 향상시킬 수 있고, 도 3에 나타내는 바와 같이, SCC 한계 응력에 대해 충분한 여유도를 확보할 수 있는 것이 확인되었다.

바꾸어 말하면, 터빈 로터재에 있어서, 3.5％ NiCrMoV강보다도 부식 환경 중의 LCF 수명을 향상시키기 위해서는, 단순히 12Cr강을 채용하는 것만으로는 불충분하며, 인장 강도를 900∼1200㎫의 범위로 조정한 12Cr강을 채용할 필요가 있고, 인장 강도를 약 1100㎫로 하는 것이 가장 유효한 것을 알 수 있었다.

또한, 날개 길이가 짧기 때문에 원심 응력에 의한 부식 LCF 수명이 그다지 문제가 되지 않는 L-3단, L-4단 및 L-5단에서는, 주요한 손상 요인인 SCC의 감수성을 저감시키기 위해, 인장 강도가 600∼750㎫인 3.5％ NiCrMoV강을 채용하는 것이 신뢰성과 경제성의 관점에서 바람직하다.

또한, 12Cr강은 3.5％ NiCrMoV강보다도 고가이므로, 이러한 재료 구성으로서 고가의 12Cr강의 채용을 필요 최소한으로 함으로써, 터빈 로터의 특성을 향상시키면서 비용에의 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 구분 C와 E에 있어서, L-1단과 L-2단을 구비하는 구성의 로터 디스크에 대해 설명하였지만, 본 발명은 그것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 구분 C, E의 로터 디스크가, L-1단만으로 이루어지는 로터 디스크, 또는 L-1단으로부터 L-3단이나 L-4단을 포함한 복수단의 일체 로터 디스크라도, 상기한 바와 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 명백하다.

다음으로, 본 실시 형태의 저압 최종단 L-0단∼L-2단에 채용하는 12Cr강의 적정한 화학 성분에 대해 설명한다.

본 실시 형태의 저압 최종단 L-0단∼L-2단에 채용하는 12Cr강의 적정한 화학 성분은, 질량비로, 0.10％ 이상 0.35％ 이하의 C(탄소)와, 1.5％ 이상 4.0％ 이하의 Mo(몰리브덴)와, 0.8％ 이상 3.2％ 이하의 Ni(니켈)와, 0.15％ 이상 0.3％ 이하의 V(바나듐)와, 0.1％ 이상 0.3％ 이하의 Nb(니오븀)와, 0.04％ 이상 0.10％ 이하의 N(질소)을 포함한다. 잔량부는, Fe(철)와 불가피 불순물로 이루어진다.

C 성분의 함유율은, 높은 인장 강도를 얻기 위해 0.10질량％ 이상이 필요하다. C 성분이 과잉으로 되면 인성 및 용접성을 저하시키므로, C 성분의 함유율은 0.35질량％ 이하로 한다.

Mo 성분은, 고용 강화 및 탄화물·질화물 석출 강화 작용에 의해 기계적 강도를 높이는 작용이 있다. Mo 성분의 함유율은, 1.5질량％ 미만에서는 기계적 강도의 향상 효과가 불충분하고, 4.0질량％ 초과로 되면 δ 페라이트상 생성의 원인이 되므로 1.5∼4.0질량％가 바람직하다.

또한, W(텅스텐) 및 Co(코발트)도 Mo와 동일한 효과가 있다. 그로 인해, 보다 고강도화하기 위해, 합계 함유율(Mo와 W와 Co의 합계)이 4.0질량％까지는, 그들을 함유시킬 수 있다.

Ni 성분은, 저온 인성을 높임과 함께, δ 페라이트상 생성의 방지 작용이 있다. 이 효과는, Ni 성분의 함유율이 0.8질량％ 미만에서는 불충분하고, 3.2질량％를 초과하면 효과가 포화된다. 따라서, Ni 성분의 함유율은, 0.8∼3.2％가 바람직하고, 1.0∼3.0％가 보다 바람직하다.

V 성분 및 Nb 성분은, 탄화물을 석출하여 인장 강도를 높이는 동시에 인성을 향상시키는 효과가 있다. V 성분의 함유율이 0.15질량％ 미만, Nb 성분의 함유율이 0.1질량％ 미만이면, 그 효과가 불충분하다. 한편, δ 페라이트상의 생성을 억제하는 관점에서, V 성분의 함유율은 0.3질량％ 이하, Nb 성분의 함유율은 0.3질량％ 이하가 바람직하다. 따라서, V 성분의 함유율은, 0.15∼0.3질량％가 바람직하고, 0.20∼0.3질량％가 보다 바람직하다. 또한, Nb 성분의 함유율은, 0.1∼0.3질량％가 바람직하고, 0.12∼0.22질량％가 보다 바람직하다.

또한, Nb 성분 대신에 Ta(탄탈륨) 성분을 완전히 마찬가지로 첨가할 수 있다. 또한, Nb와 Ta를 복합 첨가하는 경우도, 합계 함유율(Nb와 Ta의 합계)은 Nb 단독 첨가의 경우와 마찬가지이다.

N 성분은, 기계적 강도의 향상 및 δ 페라이트상 생성의 방지 작용이 있다. N 성분의 함유율이, 0.04질량％ 미만에서는 그 효과가 충분하지 않고, 0.10질량％를 초과하면 인성, 용접성을 저하시킨다. 따라서, N 성분의 함유율은, 0.04∼0.10질량％가 바람직하다.

Cr 성분은, 내식성과 인장 강도를 높이는 작용이 있다. Cr 성분의 함유율은, 13질량％ 초과로 되면 δ 페라이트상 생성의 원인으로 되지만, 8질량％ 미만으로 되면 내식성이 불충분해진다. 따라서, Cr 성분의 함유율은, 8.0∼13질량％가 바람직하다. 또한, 기계적 강도의 관점에서 Cr 성분의 함유율은, 10.5∼12.8질량％가 보다 바람직하다.

상기에 더하여, 본 발명에서 사용하는 12Cr강은, Si(규소), Mn(망간)이 첨가되어 있어도 된다. Si 성분은 탈산제로서, Mn 성분은 탈황·탈산제로서, 강의 용해시에 종종 첨가되는 것이며, 소량으로도 효과가 있다.

단, Si 성분의 과잉의 첨가는, 피로 및 인성을 저하시키는 유해한 δ 페라이트상 생성의 원인으로 되므로, Si 성분의 함유율은 0.5질량％ 이하일 필요가 있고, 0.1질량％ 이하가 보다 바람직하다. 또한, 강의 용해를 카본 진공 탈산법이나 일렉트로 슬래그 재용해법 등에 의해 행하는 경우, Si 첨가의 필요가 없고, Si 무첨가가 좋다.

Mn 성분은, 탈황제로서 유효한 것에 더하여, 인성을 향상시키는 작용이 있지만, 과잉 첨가하면 인성을 저하시킨다. 따라서, Mn 성분의 함유율은, 0.33질량％ 이하가 바람직하다. 또한, 인성 향상의 관점에서, Mn 성분을 첨가한 후, 0.30질량％ 이하가 보다 바람직하고, 0.25질량％ 이하가 더욱 바람직하고, 0.20질량％ 이하가 가장 바람직하다.

또한, 다음과 같은 점을 고려하는 것도 중요하다. P(인) 성분 및 S(황) 성분의 저감은, 저온 인성을 높이는 효과가 있어, 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 저온 인성 향상의 관점에서, P 성분의 함유율은 0.015질량％ 이하가 바람직하고, S 성분의 함유율도 0.015질량％ 이하가 바람직하다.

마찬가지로, Sb(안티몬) 성분, Sn(주석) 성분 및 As(비소) 성분의 저감도, 저온 인성을 높이는 효과가 있어, 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 현상 제강 기술 레벨의 관점에서, Sb 성분의 함유율은 0.0015질량％ 이하, Sn 성분의 함유율은 0.01질량％ 이하, As 성분의 함유율은 0.02질량％ 이하가 각각 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 터빈 로터 부재끼리의 접합은, TIG 용접, 서브머지드 아크 용접, 피복 아크 용접 중 어느 하나에 의해 행하는 것이 바람직하다. 또한, 용접 후에, 560∼580℃의 열처리를 행하여, 터빈 로터 전체의 잔류 응력을 충분히 제거함과 함께, 역변태 오스테나이트상의 생성을 억제하면서, 로터 디스크는 완전한 템퍼링 마르텐사이트상으로 하고, 저합금강 로터는 템퍼링 베이나이트상으로 하는 것이 바람직하다.

[제2 실시 형태]

도 4는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 증기 터빈 로터의 일례를 도시하는 개략 구성도이다. 도 4에 도시한 증기 터빈 로터는, 고압단과 저압단을 일체화한 고저압 일체 로터 구조의 증기 터빈 로터이다. 이러한 고저압 일체 로터 구조의 증기 터빈 로터는, 컴바인드 발전 플랜트에서 채용되는 경우가 많다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 증기 터빈 로터는, 저압 최종단 L-0단의 로터 디스크(10)(도 4의 구분 B)와, 이 저압 최종단 L-0단보다도 고압측인 L-1단 및 L-2단의 로터 디스크(11)(도 4의 구분 C)에, 900∼1200㎫의 인장 강도를 갖는 12Cr강이 채용되어 있다. 또한, L-3단 및 상기 L-3단보다 고압단인 로터 디스크(12)(도 4의 구분 D)는, 재료로서, 저합금강인 1％ CrMoV강이 채용되고, 그 인장 강도가 600∼750㎫로 조정되어 있다.

본 실시 형태에서는, 구분 D를 고저압 일체 로터로 구성하고 있지만, 고압단 부분을 12Cr강의 내열강으로 형성하면, 고온 크리프 강도가 향상되는 효과가 얻어진다. 또한, 베어링부의 터빈 로터(13)(도 4의 구분 A)에는, 베어링과의 시징이나 골링 손상을 저감시키기 위해 저합금강에 1％ CrMoV강을 채용하는 것이 바람직하다.

이러한 본 실시예의 터빈 로터의 구성으로 함으로써, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 저압 최종단 L-0단으로부터 L-9단까지의 전부에 요구되는 SCC 감수성의 저감을 실현할 수 있고, 또한 저압 최종단 L-0단으로부터 L-2단에 있어서 부식 환경 중에서의 LCF 수명의 향상을 실현할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 구분 C에 있어서, L-1단과 L-2단을 구비하는 구성의 로터 디스크에 대해 설명하였지만, 본 발명은 그것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 구분 C의 로터 디스크가, L-1단만으로 이루어지는 로터 디스크, 또는 L-1단으로부터 L-3단이나 L-4단을 포함한 복수단의 로터 디스크라도, 상기한 바와 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 명백하다.

상술한 실시 형태는, 본 발명의 이해를 돕기 위해 구체적으로 설명한 것이며, 본 발명은, 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 어느 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 어느 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시 형태의 구성의 일부에 대해, 삭제·다른 구성으로 치환·다른 구성의 추가를 하는 것이 가능하다.

1, 10 : 저압 최종단 L-0단의 로터 디스크
2, 11 : L-1단과 L-2단의 로터 디스크
3 : L-3단, L-4단 및 L-5단의 로터 디스크
4, 13 : 베어링부의 로터 디스크
6 : 저압 최종단 L-0단의 날개 길이
12 : L-3단으로부터 고압단의 로터 디스크

Claims

저압 최종단 L-0단의 로터 디스크와, 상기 저압 최종단 L-0단보다도 고압측에 위치하는 적어도 L-1단을 포함하는 로터 디스크를 용접에 의해 접합하여 형성되는 증기 터빈 로터이며,
상기 저압 최종단 L-0단의 로터 디스크 재료 및 상기 적어도 L-1단을 포함하는 로터 디스크 재료가 모두 12Cr강이고,
상기 12Cr강은, 8.0∼13질량%의 Cr과, 0.10∼0.35질량%의 C와, 1.5∼4.0질량%의 Mo 또는 Mo와 W와 Co의 합계 1.5∼4.0질량%와, 0.8∼3.2질량%의 Ni와, 0.15∼0.3질량%의 V와, 0.1∼0.3질량%의 Nb 또는 0.1∼0.3질량%의 Ta 또는 Nb와 Ta의 합계 0.1∼0.3질량%와, 0.04∼0.10질량%의 N을 포함하고, 잔량부가 Fe와 불가피 불순물로 이루어지고,
또한, 상기 로터 디스크 재료의 인장 강도가 900∼1200㎫인 것을 특징으로 하는, 증기 터빈 로터.
제1항에 있어서,
상기 적어도 L-1단을 포함하는 로터 디스크는, 상기 L-1단보다도 고압측에 위치하는 L-2단을 포함하고,
상기 증기 터빈 로터는, 상기 L-1단 및 L-2단을 포함하는 로터 디스크보다도 고압측에 위치하고, 상기 L-1단 및 L-2단을 포함하는 로터 디스크와 용접에 의해 접합되고, 또한 복수단을 구성하는 로터 디스크를 갖고,
상기 L-2단보다도 고압측에 위치하고 복수단을 구성하는 로터 디스크의 재료가, 3.5% NiCrMoV 강 또는 1% CrMoV 강인 것을 특징으로 하는, 증기 터빈 로터.
제2항에 있어서,
상기 L-2단 보다도 고압측에 위치하고 복수단을 구성하는 로터 디스크의 상기 재료는, 그 인장 강도가 600∼750㎫인 것을 특징으로 하는, 증기 터빈 로터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저압 최종단 L-0단의 로터 디스크 재료와, 상기 적어도 L-1단을 포함하는 로터 디스크 재료가, 동일 재료인 것을 특징으로 하는, 증기 터빈 로터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저압 최종단 L-0단의 로터 디스크와 상기 적어도 L-1단을 포함하는 로터 디스크의 용접은, TIG 용접, 서브머지드 아크 용접, 피복 아크 용접 중 어느 하나에 의해 행해져 있는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈 로터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증기 터빈 로터는, 3600rpm 사양의 증기 터빈 로터이고,
상기 저압 최종단 L-0단의 날개 길이가 1250㎜ 이상이고, L-1단의 날개 길이가 700㎜ 이상인 것을 특징으로 하는, 증기 터빈 로터.