JPH0251974B2

JPH0251974B2 -

Info

Publication number: JPH0251974B2
Application number: JP1009782A
Authority: JP
Inventors: Masao Shiga; Seishin Kirihara; Mitsuo Kuryama; Takatoshi Yoshioka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-01-27
Filing date: 1982-01-27
Publication date: 1990-11-09
Also published as: JPS58130256A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、蒸気タービン用シユラウドリングに
係り、特に550〜600℃において高い平滑クリープ
強度及び切欠クリープ強度を有する蒸気タービン
用シユラウドリングに関する。第１図は一般的な蒸気タービン用シユラウドリ
ング１の形状を示す一部断面斜視図であつて、動
翼２の先端に取り付けられている状態を示すもの
である。このシユラウドリング１には貫通孔３が
設けられており、動翼２の先端に設けられた突起
部がこの貫通孔３に挿入されたのち突起部先端を
打潰され、（所謂、かしめる）シユラウドリング
１と動翼２とが固着されるようになつている。図
中４はロータデイスクである。このようなシユラウドリングを備えた蒸気ター
ビンは、現在のところ、蒸気温度最大566℃、蒸
気圧力246ataであり、シユラウドリング材として
はクルシブル422鋼（12Cr−1Mo−1W−1/4Ｖ
鋼）が用いられている。しかし最近、石油、石炭などの化石燃料のコス
トが上昇を続けており、これら化石燃料を用いて
いる火力プラントの発電効率向上が重要になつて
いる。発電効率を上げるためには蒸気タービンの
蒸気温度又は圧力を上げる必要がある。これら高
効率タービンシユラウドリング用材料としては、
前述の現在シユラウドリング材として用いられて
いるものではクリープ強度が不足し、これよりも
高強度の材料が必要である。本発明の目的は、550℃〜600℃においても高い
クリープ強度及び切欠クリープ強度を有し、蒸気
温度600℃までの高効率タービンに用いることが
できるシユラウドリングを提供するにある。本発明は、クルシブル422鋼のＣを低くし、Ｎ
を添加し、Al含有量を0.02％以下に制御し、従来
より高い温度から焼入すると、均一な焼戻マルテ
ンサイト組織を有し、高クリープ強度、高切欠ク
リープ破断強度材料が得られることを実験的に究
明してなされたものである。即ち、クルシブル422鋼には0.20〜0.25％のＣ
が含まれており、Ｎは特に添加されていないが、
通常、不純物として0.01〜0.02％含まれている。
またAlは、普通製鋼過程において脱酸剤として
使用されており、一般には0.03％前後含まれてい
る。従来の知見から、クルシブル422鋼の長時間ク
リープ破断強度は単にＣ量を低くしただけでは改
善されないことと、及び、単にＮを添加しただけ
では靭性が低くなつてしまうことが予想された。
しかし、Ｃ及びAlを低くし、且つ、Ｎを添加す
れば、靭性を低下させずにクリープ強度及び切欠
クリープ破断強度を高めることが見出された。本発明はこのような知見に基づいてなされたも
のであつて、重量比で0.05〜0.25％のＣ、0.8％以
下のSi、１％以下のMn、８〜12％のCr、0.5〜
1.5％のMo、0.5〜1.5％のＷ、0.05〜0.5％のＶ、
１％以下のNi、0.02〜0.14％のＮ、0.02％以下の
Al、残部Feからなり、均一な焼戻しマルテンサ
イト組織を有する蒸気タービン用シユラウドリン
グ、を要旨とするものである。本発明において、Ｃは高い引張強さを得るため
に必要な元素であるが、その量があまり多くなる
と、高温に長時間さらされた場合に組織が不安定
となり、長時間強度を低下させてしまうので0.05
〜0.25％に決定した。Ｃの含有率は好ましくは
0.1〜0.2％であることが実験により確認された。 Crは高温強度及び耐食性を改善するが、あま
り多くなるとδフエライトを析出させ疲労強度、
衝撃値及びクリープ破断強度を低下させてしまう
ので上限は12％に決定した。また８％より少いと
高温高圧蒸気に対する耐食性が不十分である。 Moは固溶強化及び析出強化作用によりクリー
プ破断強度を改善するが、0.5％未満ではその効
化が少なく、1.5％よりも多くなるとδフエライ
トを析出させクリープ破断強度及び靭性を低下さ
せる。Ｗはクリープ破断強度を高める効果があるが、
0.5％未満ではその効果が少なく、1.5％よりも多
くなると靭性を低下させてしまう。Ｖはクリープ破断強度を高める効果があるが、
0.05％未満ではその効果が不充分で、0.5％より
も多量ではδフエライトを析出させ疲労強度及び
クリープ破断強度を低下させるので0.05％〜0.5
％とした。好ましくは0.1％〜0.4％、特に好まし
くは0.1〜0.3％である。Ｎはクリープ破断強度の向上及びδフエライト
の生成防止効果があるが、0.02％以下ではその効
果が充分でなく0.14％よりも多量では靭性を著し
く低下させるので、0.02〜0.14％とした。好まし
くは0.03〜0.1％である。 Niは靭性向上及びδフエライトの生成防止効
果があるが、１％よりも多量の添加はクリープ破
断強度を低下させてしまう。 Mnは脱酸剤として添加するものであり、少量
の添加でその効果は達成され、１％よりも多量の
添加はクリープ破断強度を低下させる。 Siも脱酸剤として添加するものであり、少量の
添加でその効果は達成される。0.8％よりも多量
の添加はδフエライト析出の原因になる。 Alも脱酸剤として添加するものであり、少量
の添加でその目的は達成される。0.02％よりもAl
含有量が多くなるとクリープ破断強度を低下させ
る。クリープ破断強度の面からは0.01％以下が好
ましい。このような組成を有するシユラウドリングを製
造するには、例えば、次のような方法が採用され
る。即ち、溶解、鋳造後に焼鈍し、さらに熱圧延
し、焼入れ、焼戻し、次いで所定形状に裁断後、
ブレードとの接合用の貫通孔を設ける方法であ
る。このようにして製造されたシユラウドリング
は、均一な焼戻しマルテンサイト組織を有する。以下、本発明の実施例について説明する。第１表は溶解・圧延（5.5mm厚さ、１ｍ×１mm）
した材料の化学組成を示す。試料番号３−１及び
３−２は本発明材を実施したものである。試料番
号１−１及び１−２は従来品と同一組成のもので
あり、試料番号２は従来品よりもＣのみを低くし
た比較材である。第２表はこれら材料の熱処理条
件と機械的特性試験結果を示す。試料番号１−１
及び３−１は従来品と同じ条件で焼処理したもの
であり、試料番号１−２，２及び３−２は従来品
よりも高い温度から焼入した試料である。引張及
びクリープ試験は第２図に示す試験片を用いた。
切欠クリープ破断試験は第３図に示す試験片を、
衝撃試験は第４図に示す試験片をそれぞれ用い実
験した。第２〜４図において、数値の単位はmmで
ある。従来品よりも単にＣ量を低くしただけ（試料番
号２）では、クリープ変形抵抗及び切欠クリープ
破断寿命が改善されず、顕微鏡観察の結果、疲労
強度を低下させる原因となるδフエライトが10％
程度認められた。これに対し、従来品よりもＣ及
びAlを低くし、且つ、Ｎを添加して、焼入温度
を高くした試料（試料番号３−２）は、靭性を低
下させずに、クリープ変形抵抗及び切欠破断寿命
を特に改善できることが確認された。また本発明
材（試料番号３−１及び３−２）の600℃におけ
るクリープ変形抵抗及び切欠クリープ破断寿命
は、従来材の566℃におけるものにほゞ匹敵する
すぐれた特性であることも確認された。

【表】

【表】以上の通り、本発明に係るシユラウドリングの
600℃におけるクリープ変形抵抗及びクリープ破
断寿命は、従来材の550℃におけるものにほぼ匹
敵し、高効率タービンに好適に採用される。なお本発明で用いる鋼は単に高効率タービン用
シユラウドリング材としてのみならず、その他の
高温機器の部材にも用いられることは言うまでも
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図はシユラウドリングの形状を示す一部切
欠斜視図、第２図は引張及びクリープ試験片の正
面図、第３図は切欠クリープ破断試験片の正面
図、第４図は衝撃試験片の正面図である。１……シユラウドリング、２……動翼、３……
貫通孔、４……ロータデイスク。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比で0.05〜0.25％のＣ、0.8％以下のSi、
１％以下のMn、８〜12％のCr、0.5〜1.5％の
Mo、0.5〜1.5％のＷ、0.05〜0.5％のＶ、１％以
下のNi、0.02〜0.14％のＮ、0.02％以下のAl、残
部Feからなり、均一な焼戻しマルテンサイト組
織を有する蒸気タービン用シユラウドリング。２重量比で0.1〜0.2％のＣ、0.8％以下のSi、１
％以下のMn、８〜12％のCr、0.5〜1.5％のMo、
0.5〜1.5％のＷ、0.1〜0.4％のＶ、１％以下のNi、
0.03〜0.1％のＮ、0.01％以下のAl、残部Feから
なる特許請求の範囲第１項記載の蒸気タービン用
シユラウドリング。