JPH04362155A - 高低圧一体型タービンロータ用高純度鋼 - Google Patents
高低圧一体型タービンロータ用高純度鋼Info
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- JPH04362155A JPH04362155A JP16342691A JP16342691A JPH04362155A JP H04362155 A JPH04362155 A JP H04362155A JP 16342691 A JP16342691 A JP 16342691A JP 16342691 A JP16342691 A JP 16342691A JP H04362155 A JPH04362155 A JP H04362155A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、発電機のタービンロ
ータ軸などに用いられる高低圧一体型タービンロータ用
高純度鋼に関するものである。
ータ軸などに用いられる高低圧一体型タービンロータ用
高純度鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、タービン発電機には種々
のものがあり、その１つとして、単車室からなるタービ
ン発電機においては、高低圧一体型タービンロータが用
いられている。このタービンロータは、高温で高圧から
低圧に至る蒸気圧力にさらされており、その材料には、
優れた高温クリープ特性と、優れた低温靱性とを兼ね備
えていることが要求されている。従来、高低圧一体型タ
ービンロータ材としては、Ｃｒ ーＭｏ ーＶ系低合金
鋼が開発されており、さらに、例えば特公昭５４ー１９
３７０号には、この種の材料を改良した低合金鋼が開示
されている。ところで、上記した高低圧一体型タービン
ロータには、従来、胴径が１ｍ程度の小型のものが使用
されていたが、エネルギ−効率を向上させるために、例
えば胴径が２ｍに及ぶ大型の高低圧一体型タービンロー
タの開発が望まれている。
のものがあり、その１つとして、単車室からなるタービ
ン発電機においては、高低圧一体型タービンロータが用
いられている。このタービンロータは、高温で高圧から
低圧に至る蒸気圧力にさらされており、その材料には、
優れた高温クリープ特性と、優れた低温靱性とを兼ね備
えていることが要求されている。従来、高低圧一体型タ
ービンロータ材としては、Ｃｒ ーＭｏ ーＶ系低合金
鋼が開発されており、さらに、例えば特公昭５４ー１９
３７０号には、この種の材料を改良した低合金鋼が開示
されている。ところで、上記した高低圧一体型タービン
ロータには、従来、胴径が１ｍ程度の小型のものが使用
されていたが、エネルギ−効率を向上させるために、例
えば胴径が２ｍに及ぶ大型の高低圧一体型タービンロー
タの開発が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】高低圧一体型タービン
ロータの大型化を実現するためには、従来の小型ロータ
に比べ、材料の高強度化、高靱性化が要求され、従来使
用されていた材料では、この要請に応えることが困難で
ある。例えば、小型の高低圧一体型タービンロータ材と
して従来開発されているＣｒーＭｏーＶ系低合金鋼を大
型の高低圧一体型タービンロータに適用しようとしても
高温クリープ強度あるいは低温靱性が不足し、大型高低
圧一体型タービンロータ材として十分な性能が得られな
い。
ロータの大型化を実現するためには、従来の小型ロータ
に比べ、材料の高強度化、高靱性化が要求され、従来使
用されていた材料では、この要請に応えることが困難で
ある。例えば、小型の高低圧一体型タービンロータ材と
して従来開発されているＣｒーＭｏーＶ系低合金鋼を大
型の高低圧一体型タービンロータに適用しようとしても
高温クリープ強度あるいは低温靱性が不足し、大型高低
圧一体型タービンロータ材として十分な性能が得られな
い。
【０００４】この発明は、上記事情を背景としてなされ
たものであり、優れた高温クリープ特性と優れた低温靱
性とを兼ね備えた高低圧一体型タービンロータ用高純度
鋼を提供することを目的とするものである。
たものであり、優れた高温クリープ特性と優れた低温靱
性とを兼ね備えた高低圧一体型タービンロータ用高純度
鋼を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、本願発明の高低圧一体型タービンロータ用高純度鋼の
うち第１の発明は、重量％で、Ｃ：０．２〜０．３５％
、Ｎｉ ：１．６〜２．４％、Ｃｒ ：１．２〜２．５
％、Ｍｏ ：０．９〜１．５％、Ｖ：０．２〜０．３％
を含有し、残部がＦｅ および不可避不純物からなり、
該不可避不純物のうち、重量％で、Ｓｉ ：０．１％以
下、Ｍｎ ：０．１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ
：０．００５％以下を許容含有量とすることを特徴とす
るものである。
、本願発明の高低圧一体型タービンロータ用高純度鋼の
うち第１の発明は、重量％で、Ｃ：０．２〜０．３５％
、Ｎｉ ：１．６〜２．４％、Ｃｒ ：１．２〜２．５
％、Ｍｏ ：０．９〜１．５％、Ｖ：０．２〜０．３％
を含有し、残部がＦｅ および不可避不純物からなり、
該不可避不純物のうち、重量％で、Ｓｉ ：０．１％以
下、Ｍｎ ：０．１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ
：０．００５％以下を許容含有量とすることを特徴とす
るものである。
【０００６】第２の発明は、第１の発明の組成に、さら
に、重量％で、Ｎｂ ：０．０１〜０．０５％を含有す
ることを特徴とするものである。
に、重量％で、Ｎｂ ：０．０１〜０．０５％を含有す
ることを特徴とするものである。
【０００７】なお、上記の第１、第２の発明における不
可避不純物は、その含有量を制限した成分に限定される
ものではなく、これ以外に、通常、不可避的に混入する
不純物も含むものであり、それらの成分については、特
に数値限定をするものではない。
可避不純物は、その含有量を制限した成分に限定される
ものではなく、これ以外に、通常、不可避的に混入する
不純物も含むものであり、それらの成分については、特
に数値限定をするものではない。
【０００８】
【作用】本願発明の高低圧一体型タービンロータ用高純
度鋼によれば、焼入れ性が向上し、熱処理によって、大
型のロータにおいても大胴径の中心部に至るまで十分に
焼入れされ、高温クリープ強度を損なうことなく低温靱
性を向上させることができる。さらに、不可避不純物の
含有量を抑制して高純度化することによって、焼戻脆化
感受性が改善されるとともに、経年劣化を抑えられる。
度鋼によれば、焼入れ性が向上し、熱処理によって、大
型のロータにおいても大胴径の中心部に至るまで十分に
焼入れされ、高温クリープ強度を損なうことなく低温靱
性を向上させることができる。さらに、不可避不純物の
含有量を抑制して高純度化することによって、焼戻脆化
感受性が改善されるとともに、経年劣化を抑えられる。
【０００９】次に、本願発明の成分含有量の限定理由を
以下に述べる。なお、以下の説明では、各成分の含有量
は、重量％で示す。 Ｃ：０．２〜０．３５％ Ｃは所望の引張り強さ、耐力を得るために、０．２％以
上の含有が必要であるが、０．３５％を超えると、靱性
が低下し、また、炭化物の凝集、粗大化が起こりクリー
プ強度を低下させるので上記範囲とする。 Ｎｉ ：１．６〜２．４％ Ｎｉ は、焼入れ性、強度、靱性を向上させるために添
加する。ただし、その含有量が１．６％未満では、その
作用は不十分であり、また、２．４％を超えて含有させ
ると、高温クリープ強度を低下させるので上記範囲とし
た。
以下に述べる。なお、以下の説明では、各成分の含有量
は、重量％で示す。 Ｃ：０．２〜０．３５％ Ｃは所望の引張り強さ、耐力を得るために、０．２％以
上の含有が必要であるが、０．３５％を超えると、靱性
が低下し、また、炭化物の凝集、粗大化が起こりクリー
プ強度を低下させるので上記範囲とする。 Ｎｉ ：１．６〜２．４％ Ｎｉ は、焼入れ性、強度、靱性を向上させるために添
加する。ただし、その含有量が１．６％未満では、その
作用は不十分であり、また、２．４％を超えて含有させ
ると、高温クリープ強度を低下させるので上記範囲とし
た。
【００１０】Ｃｒ ：１．２〜２．５％高温強度、靱性
の改善のために添加される。ただし、その含有量が１．
２％未満では、その作用が不十分であり、また、２．５
％を超えて含有させても、効果は飽和するので上記範囲
とした。 Ｍｏ ：０．９〜１．５％ Ｃとの間で炭化物を形成し、基地中に微細に析出して、
低温および高温における強度を向上させ、さらに、焼戻
脆化を抑制する。含有量が０．９％未満では、その作用
は不十分であり、また、１．５％を超えて含有させると
、効果が飽和するのみでなく、かえって高温強度および
靱性を低下させるので上記範囲とした。
の改善のために添加される。ただし、その含有量が１．
２％未満では、その作用が不十分であり、また、２．５
％を超えて含有させても、効果は飽和するので上記範囲
とした。 Ｍｏ ：０．９〜１．５％ Ｃとの間で炭化物を形成し、基地中に微細に析出して、
低温および高温における強度を向上させ、さらに、焼戻
脆化を抑制する。含有量が０．９％未満では、その作用
は不十分であり、また、１．５％を超えて含有させると
、効果が飽和するのみでなく、かえって高温強度および
靱性を低下させるので上記範囲とした。
【００１１】Ｖ：０．２〜０．３％
Ｖは炭化物を形成し、高温強度を向上させる。ただし、
その含有量が０．２％未満ではその作用は不十分であり
、０．３％を超えて含有させると、高温クリープ強度、
靱性を低下させるので上記範囲とした。 Ｎｂ ：０．０１〜０．０５％ Ｎｂ は炭化物を形成し、高温強度を高めるため、所望
により添加する。ただし、含有量が０．０１％未満では
、その作用は不十分であり、０．０５％を超えて含有さ
せると、共晶型炭化物を形成し、著しく靱性を劣化させ
るため上記範囲に限定した。
その含有量が０．２％未満ではその作用は不十分であり
、０．３％を超えて含有させると、高温クリープ強度、
靱性を低下させるので上記範囲とした。 Ｎｂ ：０．０１〜０．０５％ Ｎｂ は炭化物を形成し、高温強度を高めるため、所望
により添加する。ただし、含有量が０．０１％未満では
、その作用は不十分であり、０．０５％を超えて含有さ
せると、共晶型炭化物を形成し、著しく靱性を劣化させ
るため上記範囲に限定した。
【００１２】不可避不純物（Ｓｉ ：０．１％以下、Ｍ
ｎ ：０．１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．
００５％以下）Ｓｉ 、Ｍｎ ：０．１％以下Ｓｉ は
、通常、脱酸剤として使用され、その場合の含有量は、
通常０．３０〜０．５０％程度である。この程度のＳｉ
を含有すると、大型鋼塊においてはマクロ偏析を発生
する。また、Ｓｉ 含有量が高いと、焼戻脆化感受性が
極めて大となり、切欠靱性が損なわれる。本願発明では
、上述のＳｉ の悪影響を避けるために、例えば、Ｓｉ
脱酸に代えて真空Ｃ脱酸を採用する。真空Ｃ脱酸を行
う場合、脱酸前にＳｉ 含有量を極力低減しておくこと
が望ましく、本願発明では、不可避不純物としてのＳｉ
の許容含有量を工業的に可能な０．１％以下に制限し
た。Ｍｎ は、Ｓと結びついて非金属介在物を形成し、
靱性を低下させる。また、鋼中に残存したＭｎ は、Ｓ
ｉと同様に焼戻脆化を促進するので、極力低減すること
が望ましく、不可避不純物としてのＭｎ の許容含有量
を工業的に可能な０．１％以下に制限した。。
ｎ ：０．１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．
００５％以下）Ｓｉ 、Ｍｎ ：０．１％以下Ｓｉ は
、通常、脱酸剤として使用され、その場合の含有量は、
通常０．３０〜０．５０％程度である。この程度のＳｉ
を含有すると、大型鋼塊においてはマクロ偏析を発生
する。また、Ｓｉ 含有量が高いと、焼戻脆化感受性が
極めて大となり、切欠靱性が損なわれる。本願発明では
、上述のＳｉ の悪影響を避けるために、例えば、Ｓｉ
脱酸に代えて真空Ｃ脱酸を採用する。真空Ｃ脱酸を行
う場合、脱酸前にＳｉ 含有量を極力低減しておくこと
が望ましく、本願発明では、不可避不純物としてのＳｉ
の許容含有量を工業的に可能な０．１％以下に制限し
た。Ｍｎ は、Ｓと結びついて非金属介在物を形成し、
靱性を低下させる。また、鋼中に残存したＭｎ は、Ｓ
ｉと同様に焼戻脆化を促進するので、極力低減すること
が望ましく、不可避不純物としてのＭｎ の許容含有量
を工業的に可能な０．１％以下に制限した。。
【００１３】Ｐ：０．００５％以下
Ｐは、焼戻脆化感受性を助長する元素であって、経年劣
化の少ない材料を得るためには極力低減することが望ま
しく、現状の精錬技術レベルを考慮して、Ｐの許容含有
量を０．００５％以下に制限した。 Ｓ：０．００５％以下 Ｓは、大型鋼塊においては、微量の含有でもＭｎ Ｓ等
の非金属介在物を鋼中に生成し、鋼の品質を劣化させる
ので、極力低減することが望ましく、Ｐと同様に現状の
精錬技術レベルを考慮して、Ｓの許容含有量を０．００
５％以下に制限した。
化の少ない材料を得るためには極力低減することが望ま
しく、現状の精錬技術レベルを考慮して、Ｐの許容含有
量を０．００５％以下に制限した。 Ｓ：０．００５％以下 Ｓは、大型鋼塊においては、微量の含有でもＭｎ Ｓ等
の非金属介在物を鋼中に生成し、鋼の品質を劣化させる
ので、極力低減することが望ましく、Ｐと同様に現状の
精錬技術レベルを考慮して、Ｓの許容含有量を０．００
５％以下に制限した。
【００１４】その他の不可避不純物
なお上述の不可避不純物の他に、鋼質を劣化させる不可
避不純物として、Ｃｕ、また焼戻脆化を助長する不可避
不純物として、Ａｓ 、Ｓｂ 、Ｓｎ などがあげられ
るが、これらの不可避不純物は極力低減することが好ま
しい。 しかし、これらの不可避不純物は、原材料に付随して不
可避的に混入するものであって、精錬によって除去する
ことは困難である。したがって、原材料の厳選によると
ころが大きく、鋼質改善の見地から、Ｃｕ ：０．１０
％以下、Ａｓ ：０．００８％以下、Ｓｂ ：０．０１
％以下、Ｓｎ ：０．００５％以下に制限することが望
ましい。
避不純物として、Ｃｕ、また焼戻脆化を助長する不可避
不純物として、Ａｓ 、Ｓｂ 、Ｓｎ などがあげられ
るが、これらの不可避不純物は極力低減することが好ま
しい。 しかし、これらの不可避不純物は、原材料に付随して不
可避的に混入するものであって、精錬によって除去する
ことは困難である。したがって、原材料の厳選によると
ころが大きく、鋼質改善の見地から、Ｃｕ ：０．１０
％以下、Ａｓ ：０．００８％以下、Ｓｂ ：０．０１
％以下、Ｓｎ ：０．００５％以下に制限することが望
ましい。
【００１５】
【実施例】表１に示す組成の本発明鋼と比較鋼を真空溶
解炉にて溶解し、５０Ｋｇ鋼塊を溶製した。各鋼塊を１
２００℃に加熱して、鍛造比約４で熱間鍛造し、さらに
、１０５０℃に加熱後、焼入れし、引続き、供試鋼Ｎｏ
．１〜５およびＮｏ．７、Ｎｏ．８は、６５０℃で２０
時間の焼戻しを施した。なお、供試鋼Ｎｏ．６は、焼戻
し温度を変え、Ｎｏ．６Ａは６５０℃、Ｎｏ．６Ｂは６
５５℃、Ｎｏ．６Ｃは６６０℃で、それぞれ２０時間の
焼戻しを施した。
解炉にて溶解し、５０Ｋｇ鋼塊を溶製した。各鋼塊を１
２００℃に加熱して、鍛造比約４で熱間鍛造し、さらに
、１０５０℃に加熱後、焼入れし、引続き、供試鋼Ｎｏ
．１〜５およびＮｏ．７、Ｎｏ．８は、６５０℃で２０
時間の焼戻しを施した。なお、供試鋼Ｎｏ．６は、焼戻
し温度を変え、Ｎｏ．６Ａは６５０℃、Ｎｏ．６Ｂは６
５５℃、Ｎｏ．６Ｃは６６０℃で、それぞれ２０時間の
焼戻しを施した。
【００１６】次に、熱処理後の供試鋼の材料試験結果を
表２に示す。表２の結果に基づき、破面遷移温度とクリ
ープ破断時間の関係を図１に図示した。図１から明らか
なように、比較鋼に比べ、本発明鋼は破面遷移温度はよ
り低い側にあり、また、クリープ破断時間も、より長時
間側にあり、高温クリープ強度および低温靱性のいずれ
にも優れており、大型の高低圧一体型タービンロータへ
の適用が可能である。
表２に示す。表２の結果に基づき、破面遷移温度とクリ
ープ破断時間の関係を図１に図示した。図１から明らか
なように、比較鋼に比べ、本発明鋼は破面遷移温度はよ
り低い側にあり、また、クリープ破断時間も、より長時
間側にあり、高温クリープ強度および低温靱性のいずれ
にも優れており、大型の高低圧一体型タービンロータへ
の適用が可能である。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本願発明の高低圧一
体型タービンロータ用高純度鋼によれば、重量％で、Ｃ
：０．２〜０．３５％、Ｎｉ ：１．６〜２．４％、Ｃ
ｒ ：１．２〜２．５％、Ｍｏ ：０．９〜１．５％、
Ｖ：０．２〜０．３％を含有し、残部がＦｅ および不
可避不純物からなり、該不可避不純物のうち、重量％で
、Ｓｉ ：０．１％以下、Ｍｎ ：０．１％以下、Ｐ：
０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下を許容含有と
するので、焼入れ性が向上し、大型のロータにおいても
十分に焼入れすることができ、高温クリープ強度を損な
うことなく低温靱性を向上させることができる。さらに
、焼戻脆化感受性が改善されるとともに、経年劣化を抑
えることができる。したがって、高低圧一体型タービン
ロータへの適用において、ロータの大型化が可能になり
、エネルギー効率を向上させることができる。
体型タービンロータ用高純度鋼によれば、重量％で、Ｃ
：０．２〜０．３５％、Ｎｉ ：１．６〜２．４％、Ｃ
ｒ ：１．２〜２．５％、Ｍｏ ：０．９〜１．５％、
Ｖ：０．２〜０．３％を含有し、残部がＦｅ および不
可避不純物からなり、該不可避不純物のうち、重量％で
、Ｓｉ ：０．１％以下、Ｍｎ ：０．１％以下、Ｐ：
０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下を許容含有と
するので、焼入れ性が向上し、大型のロータにおいても
十分に焼入れすることができ、高温クリープ強度を損な
うことなく低温靱性を向上させることができる。さらに
、焼戻脆化感受性が改善されるとともに、経年劣化を抑
えることができる。したがって、高低圧一体型タービン
ロータへの適用において、ロータの大型化が可能になり
、エネルギー効率を向上させることができる。
【００２０】また、Ｎｂ ：０．０１〜０．０５％を含
有させることにより、上記効果に加え、さらに高温クリ
ープ強度を増大させる効果がある。
有させることにより、上記効果に加え、さらに高温クリ
ープ強度を増大させる効果がある。
【図１】供試鋼のクリープ強度および低温靱性の関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．２〜０．３５％、
Ｎｉ ：１．６〜２．４％、Ｃｒ ：１．２〜２．５％
、Ｍｏ ：０．９〜１．５％、Ｖ：０．２〜０．３％を
含有し、残部がＦｅ および不可避不純物からなり、該
不可避不純物のうち、重量％で、Ｓｉ ：０．１％以下
、Ｍｎ ：０．１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：
０．００５％以下を許容含有量とすることを特徴とする
高低圧一体型タービンロータ用高純度鋼 - 【請求項２】 請求項１記載の組成に、さらに、重量
％で、Ｎｂ ：０．０１〜０．０５％を含有することを
特徴とする高低圧一体型タービンロータ用高純度鋼
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16342691A JPH04362155A (ja) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | 高低圧一体型タービンロータ用高純度鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16342691A JPH04362155A (ja) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | 高低圧一体型タービンロータ用高純度鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04362155A true JPH04362155A (ja) | 1992-12-15 |
Family
ID=15773680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16342691A Pending JPH04362155A (ja) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | 高低圧一体型タービンロータ用高純度鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04362155A (ja) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60224766A (ja) * | 1984-04-23 | 1985-11-09 | Toshiba Corp | 蒸気タ−ビンロ−タ |
| JPS62109949A (ja) * | 1985-11-06 | 1987-05-21 | Kobe Steel Ltd | 耐応力腐食割れ性に優れたＮｉＣｒＭｏ鋼 |
| JPS62278251A (ja) * | 1986-05-23 | 1987-12-03 | Kobe Steel Ltd | 耐応力腐食割れ性に優れた低合金鋼 |
| JPH0234724A (ja) * | 1988-07-22 | 1990-02-05 | Toshiba Corp | タービンロータの製造方法 |
| JPH02145749A (ja) * | 1988-11-25 | 1990-06-05 | Toshiba Corp | タービンロータ |
| JPH03130502A (ja) * | 1989-02-03 | 1991-06-04 | Hitachi Ltd | 高低圧一体型蒸気タービン |
-
1991
- 1991-06-10 JP JP16342691A patent/JPH04362155A/ja active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60224766A (ja) * | 1984-04-23 | 1985-11-09 | Toshiba Corp | 蒸気タ−ビンロ−タ |
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| JPH03130502A (ja) * | 1989-02-03 | 1991-06-04 | Hitachi Ltd | 高低圧一体型蒸気タービン |
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