JPH05195068A - 高低圧一体型タービンロータの製造方法 - Google Patents
高低圧一体型タービンロータの製造方法Info
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- JPH05195068A JPH05195068A JP29382891A JP29382891A JPH05195068A JP H05195068 A JPH05195068 A JP H05195068A JP 29382891 A JP29382891 A JP 29382891A JP 29382891 A JP29382891 A JP 29382891A JP H05195068 A JPH05195068 A JP H05195068A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高強度化、高靱性化して、大型のロータへ
の使用を可能とした高低圧一体型タービンロータの製造
方法を提供する。 【構成】 タービンロータ素体を、所望により高圧部
および中圧部に相当する部分が、低圧部に相当する部分
よりも高温になるように加熱し、低圧部に相当する部分
を油冷以上の冷却速度、高圧部および中圧部に相当する
部分を衝風冷却以下の冷却速度で焼入れし、その後、前
記素体を所定の温度で１回以上の焼戻しを行う。 【効果】 優れた高温クリープ強度と優れた低温靱性
を有する材料が得られ、大型の高低圧一体型タービンロ
ータへの適用が可能になり、高低圧一体型タービンロー
タを大型化してエネルギー効率を向上させることができ
る。
の使用を可能とした高低圧一体型タービンロータの製造
方法を提供する。 【構成】 タービンロータ素体を、所望により高圧部
および中圧部に相当する部分が、低圧部に相当する部分
よりも高温になるように加熱し、低圧部に相当する部分
を油冷以上の冷却速度、高圧部および中圧部に相当する
部分を衝風冷却以下の冷却速度で焼入れし、その後、前
記素体を所定の温度で１回以上の焼戻しを行う。 【効果】 優れた高温クリープ強度と優れた低温靱性
を有する材料が得られ、大型の高低圧一体型タービンロ
ータへの適用が可能になり、高低圧一体型タービンロー
タを大型化してエネルギー効率を向上させることができ
る。
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の
製造方法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の
製造方法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１９３７
０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。高低圧一体型タービンロータを製造する際に
は、上記合金鋼からなるタービンロータ素体を均一に加
熱して、素体全体に油焼入れ、水焼入れ、噴水焼入れな
どを行い、その後に焼戻しを行う熱処理を施している。
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１９３７
０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。高低圧一体型タービンロータを製造する際に
は、上記合金鋼からなるタービンロータ素体を均一に加
熱して、素体全体に油焼入れ、水焼入れ、噴水焼入れな
どを行い、その後に焼戻しを行う熱処理を施している。
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】しかし、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や製造方法では、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系低合金鋼を用いて常法の熱処理を施しても、大
型の高低圧一体型タービンロータとしては高温クリープ
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。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の製造方法を提供することを目
的とするものである。
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や製造方法では、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系低合金鋼を用いて常法の熱処理を施しても、大
型の高低圧一体型タービンロータとしては高温クリープ
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。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の製造方法を提供することを目
的とするものである。
【０００４】
【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の製造方法
のうち第１の発明は、タービンロータ素体を所定の温度
に加熱して、低圧部に相当する部分を油冷以上の冷却速
度、高圧部および中圧部に相当する部分を衝風冷却以下
の冷却速度で焼入れし、その後、前記素体を所定の温度
で１回以上の焼戻しを行うことを特徴とする。前記ター
ビンロータ素体は、高圧部、中圧部、低圧部をそれぞれ
必ず具備している必要はなく、これらの２以上を具備し
ているものであればよい。また、焼入れに際しての加熱
温度は、タービンロータ素体に用いられる鋼の組成に従
い、鋼をオーステナイト化させるのに必要な温度が適宜
選定される。また、低圧部相当部分に適用する冷却は、
油冷以上の冷却速度を有する方法で行えばよく、例え
ば、油冷、水冷、噴水冷却で行うことができる。さら
に、高、中圧部相当部分に適用する冷却は、衝風冷却以
下の冷却速度を有する方法で行えばよく、例えば、衝風
冷却、空冷により行うことができる。次に、焼戻し温度
およびその回数も、鋼の組成、必要な焼戻し効果などに
従って適宜選定される。第２の発明は、第１の発明にお
いてタービンロータ素体を、その高圧部および中圧部に
相当する部分が、低圧部に相当する部分よりも高温にな
るように加熱して焼入れすることを特徴とする。
め、本願発明の高低圧一体型タービンロータの製造方法
のうち第１の発明は、タービンロータ素体を所定の温度
に加熱して、低圧部に相当する部分を油冷以上の冷却速
度、高圧部および中圧部に相当する部分を衝風冷却以下
の冷却速度で焼入れし、その後、前記素体を所定の温度
で１回以上の焼戻しを行うことを特徴とする。前記ター
ビンロータ素体は、高圧部、中圧部、低圧部をそれぞれ
必ず具備している必要はなく、これらの２以上を具備し
ているものであればよい。また、焼入れに際しての加熱
温度は、タービンロータ素体に用いられる鋼の組成に従
い、鋼をオーステナイト化させるのに必要な温度が適宜
選定される。また、低圧部相当部分に適用する冷却は、
油冷以上の冷却速度を有する方法で行えばよく、例え
ば、油冷、水冷、噴水冷却で行うことができる。さら
に、高、中圧部相当部分に適用する冷却は、衝風冷却以
下の冷却速度を有する方法で行えばよく、例えば、衝風
冷却、空冷により行うことができる。次に、焼戻し温度
およびその回数も、鋼の組成、必要な焼戻し効果などに
従って適宜選定される。第２の発明は、第１の発明にお
いてタービンロータ素体を、その高圧部および中圧部に
相当する部分が、低圧部に相当する部分よりも高温にな
るように加熱して焼入れすることを特徴とする。
【０００５】第３の発明は、タービンロータ素体が、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
とする高純度鋼からなり、前記タービンロータ素体を９
００〜１０００℃に加熱し、低圧部に相当する部分を油
冷以上の冷却速度、高圧部および中圧部に相当する部分
を衝風冷却以下の冷却速度で焼入れし、その後、前記素
体を５５０〜７００℃で１回以上の焼戻しを行うことを
特徴とする。
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
とする高純度鋼からなり、前記タービンロータ素体を９
００〜１０００℃に加熱し、低圧部に相当する部分を油
冷以上の冷却速度、高圧部および中圧部に相当する部分
を衝風冷却以下の冷却速度で焼入れし、その後、前記素
体を５５０〜７００℃で１回以上の焼戻しを行うことを
特徴とする。
【０００６】第４の発明は、タービンロータ素体が、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
とする高純度鋼からなり、前記タービンロータ素体の高
圧部および中圧部に相当する部分を９００〜１０３０
℃、低圧部に相当する部分を８７０〜１０００℃で、し
かも高圧部および中圧部に相当する部分が低圧部よりも
２０〜８０℃高温となるように加熱して焼入れし、その
後、前記素体を５５０〜７００℃で１回以上の焼戻しを
行うことを特徴とする。
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
とする高純度鋼からなり、前記タービンロータ素体の高
圧部および中圧部に相当する部分を９００〜１０３０
℃、低圧部に相当する部分を８７０〜１０００℃で、し
かも高圧部および中圧部に相当する部分が低圧部よりも
２０〜８０℃高温となるように加熱して焼入れし、その
後、前記素体を５５０〜７００℃で１回以上の焼戻しを
行うことを特徴とする。
【０００７】第５の発明は、第４の発明において、ター
ビンロータ素体の低圧部に相当する部分を油冷以上の冷
却速度、高圧部および中圧部に相当する部分を衝風冷却
以下の冷却速度で焼入れすることを特徴とする。
ビンロータ素体の低圧部に相当する部分を油冷以上の冷
却速度、高圧部および中圧部に相当する部分を衝風冷却
以下の冷却速度で焼入れすることを特徴とする。
【０００８】第６の発明は、第３〜第５の発明の高純度
鋼の組成に、さらに、重量％で、Ｎb ：０．０１〜０．
０５％を含有することを特徴とする。なお、上記の第３
〜第６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ってもよ
く、それらの成分については、特に含有量を限定をする
ものではないが極力低減することが望ましい。
鋼の組成に、さらに、重量％で、Ｎb ：０．０１〜０．
０５％を含有することを特徴とする。なお、上記の第３
〜第６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ってもよ
く、それらの成分については、特に含有量を限定をする
ものではないが極力低減することが望ましい。
【０００９】
【作用】焼入れ時の冷却速度は、フェライト変態が起ら
ない程度に遅いほど（例えば約５℃／ｈ以上）、高温ク
リープ強度は良好となり、逆に、焼入れ時の冷却速度が
速いほど低温靱性は良好となる。高低圧一体型タービン
ロータは、部位によって使用条件が異なるために、要求
される性質にも部位によって差異があり、特に、高圧部
および中圧部では高温クリープ強度が十分に高いことが
必要とされ、低圧部では低温靱性に優れていることが必
要とされる。
ない程度に遅いほど（例えば約５℃／ｈ以上）、高温ク
リープ強度は良好となり、逆に、焼入れ時の冷却速度が
速いほど低温靱性は良好となる。高低圧一体型タービン
ロータは、部位によって使用条件が異なるために、要求
される性質にも部位によって差異があり、特に、高圧部
および中圧部では高温クリープ強度が十分に高いことが
必要とされ、低圧部では低温靱性に優れていることが必
要とされる。
【００１０】本願発明の高低圧一体型タービンロータの
製造方法によれば、タービンロータ素体の高中圧部と、
低圧部とによって冷却速度を前記のように変えて（以
下、偏差冷却という）、焼入れを行うので、高、中圧部
に相当する部分は十分な高温クリープ強度が確保され、
一方、低圧部では優れた低温靱性が確保される。また、
冷却に先立つ加熱温度を、高、中圧部と低圧部で差異を
設ける（以下、偏差加熱という）ことにより、上記作用
が確実なものとなる。その際に、高、中圧部の加熱温度
が低圧部よりも２０〜８０℃高温になるように加熱する
のが望ましい。これは、温度差が２０℃未満であると、
高、中圧部の強度と低圧部の靱性において十分な優位性
が得られず、また、８０℃を超えると製造が困難になる
ためである。
製造方法によれば、タービンロータ素体の高中圧部と、
低圧部とによって冷却速度を前記のように変えて（以
下、偏差冷却という）、焼入れを行うので、高、中圧部
に相当する部分は十分な高温クリープ強度が確保され、
一方、低圧部では優れた低温靱性が確保される。また、
冷却に先立つ加熱温度を、高、中圧部と低圧部で差異を
設ける（以下、偏差加熱という）ことにより、上記作用
が確実なものとなる。その際に、高、中圧部の加熱温度
が低圧部よりも２０〜８０℃高温になるように加熱する
のが望ましい。これは、温度差が２０℃未満であると、
高、中圧部の強度と低圧部の靱性において十分な優位性
が得られず、また、８０℃を超えると製造が困難になる
ためである。
【００１１】さらに、タービンロータ素体に、特定の組
成を有する高純度鋼を採用することにより焼入れ性が向
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、経年劣化を抑えることができる。
成を有する高純度鋼を採用することにより焼入れ性が向
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、経年劣化を抑えることができる。
【００１２】次に、この高純度鋼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。
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。
【００１３】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。
【００１４】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。
【００１５】不可避不純物（Ｓi ：０．１％以下、Ｍn
：０．１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．０
０５％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。Ｍ
n 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、Ｓi 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。。
：０．１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．０
０５％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。Ｍ
n 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、Ｓi 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。。
【００１６】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０．００５
％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０．００５
％以下に制限した。
【００１７】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。
【００１８】次に、上記組成のタービンロータ素体に施
す熱処理の特別な条件およびその限定理由について説明
する。焼入れ加熱温度 均一加熱 ：９００〜１０００℃ 全体を均一に加熱する場合に、そのオーステナイト化温
度は、９００℃未満では、十分な高温クリープ強度が得
られず、また１０００℃を超えると、低温靱性が低下す
るので上記範囲とする。偏差加熱 ：高中圧部 ９００〜１０３０℃、低圧部 ８７
０〜１０００℃ （高中圧部温度−低圧部温度） ２０〜８０℃ 高、中圧部と、低圧部の加熱温度に差異を設ける場合
に、高、中圧部では、オーステナイト化温度が９００℃
未満であると十分な高温クリープ強度が得られず、また
１０３０℃を超えると、高温での切欠弱化が認められる
ため上記範囲とする。一方、低圧部のオーステナイト化
温度は、８７０℃未満では、炭化物が完全に固溶しない
ため低温靱性が低下し、また、１０００℃を超えるとオ
ーステナイト結晶粒が粗大化して低温靱性が低下するこ
とから上記範囲とする。なお、高、中圧部のオーステナ
イト化温度は、低圧部のオーステナイト化温度よりも、
２０〜８０℃高い温度範囲で選ばれるが、その作用効果
を得るためには２０℃以上の温度差を付ける必要があ
る。また、その温度差が８０℃を超えると製造が難しい
ため、その温度差の範囲を２０〜８０℃に限定した。焼戻し温度 ：５５０〜７００℃ 焼戻し温度は、５５０℃未満では十分な焼戻し効果が得
らないため、良好な靱性を得ることができず、また、７
００℃を超えると所望の強度が得られないため上記範囲
内とする。
す熱処理の特別な条件およびその限定理由について説明
する。焼入れ加熱温度 均一加熱 ：９００〜１０００℃ 全体を均一に加熱する場合に、そのオーステナイト化温
度は、９００℃未満では、十分な高温クリープ強度が得
られず、また１０００℃を超えると、低温靱性が低下す
るので上記範囲とする。偏差加熱 ：高中圧部 ９００〜１０３０℃、低圧部 ８７
０〜１０００℃ （高中圧部温度−低圧部温度） ２０〜８０℃ 高、中圧部と、低圧部の加熱温度に差異を設ける場合
に、高、中圧部では、オーステナイト化温度が９００℃
未満であると十分な高温クリープ強度が得られず、また
１０３０℃を超えると、高温での切欠弱化が認められる
ため上記範囲とする。一方、低圧部のオーステナイト化
温度は、８７０℃未満では、炭化物が完全に固溶しない
ため低温靱性が低下し、また、１０００℃を超えるとオ
ーステナイト結晶粒が粗大化して低温靱性が低下するこ
とから上記範囲とする。なお、高、中圧部のオーステナ
イト化温度は、低圧部のオーステナイト化温度よりも、
２０〜８０℃高い温度範囲で選ばれるが、その作用効果
を得るためには２０℃以上の温度差を付ける必要があ
る。また、その温度差が８０℃を超えると製造が難しい
ため、その温度差の範囲を２０〜８０℃に限定した。焼戻し温度 ：５５０〜７００℃ 焼戻し温度は、５５０℃未満では十分な焼戻し効果が得
らないため、良好な靱性を得ることができず、また、７
００℃を超えると所望の強度が得られないため上記範囲
内とする。
【００１９】
【実施例】表１に示す組成の供試鋼（Ｎｏ．１〜３）を
真空溶解炉にて溶解し、５０Ｋｇ鋼塊を溶製した。各鋼
塊を１２００℃に加熱して、鍛造比約４で熱間鍛造して
胴径７５ｍｍのタービンロータ素体とし、以下の熱処理
を施した。本発明法の一方法として、各素体を９４０℃
に均一に加熱した後、高圧部および中圧部に相当する部
分を、実体のタービンロータ素体を強制空冷した場合の
中心部冷却速度を想定した２５℃／ｈの冷却速度で冷却
し、低圧部に相当する部分を、噴水冷却した場合の中心
部冷却速度を想定した５０℃／ｈの冷却速度で冷却し
て、冷却速度に差異を設けて焼入れを行った（均一加熱
・偏差冷却）。また、本発明の他の一方法として、ター
ビンロータ素体の高圧部および中圧部に相当する部分を
９７０℃、低圧部に相当する部分を９３０℃に加熱し、
その後、実体のタービンロータ素体を噴水冷却した場合
の中心部冷却速度を想定した５０℃／ｈの冷却速度で冷
却して焼入れを行った（偏差加熱・均一冷却）。
真空溶解炉にて溶解し、５０Ｋｇ鋼塊を溶製した。各鋼
塊を１２００℃に加熱して、鍛造比約４で熱間鍛造して
胴径７５ｍｍのタービンロータ素体とし、以下の熱処理
を施した。本発明法の一方法として、各素体を９４０℃
に均一に加熱した後、高圧部および中圧部に相当する部
分を、実体のタービンロータ素体を強制空冷した場合の
中心部冷却速度を想定した２５℃／ｈの冷却速度で冷却
し、低圧部に相当する部分を、噴水冷却した場合の中心
部冷却速度を想定した５０℃／ｈの冷却速度で冷却し
て、冷却速度に差異を設けて焼入れを行った（均一加熱
・偏差冷却）。また、本発明の他の一方法として、ター
ビンロータ素体の高圧部および中圧部に相当する部分を
９７０℃、低圧部に相当する部分を９３０℃に加熱し、
その後、実体のタービンロータ素体を噴水冷却した場合
の中心部冷却速度を想定した５０℃／ｈの冷却速度で冷
却して焼入れを行った（偏差加熱・均一冷却）。
【００２０】また、本発明の他の方法として、タービン
ロータ素体の高圧部および中圧部に相当する部分を９７
０℃、低圧部に相当する部分を９３０℃に加熱し、さら
に、高、中圧部に相当する部分を、実体のタービンロー
タ素体を強制空冷した場合の中心部冷却速度を想定した
２５℃／ｈの冷却速度で冷却し、低圧部に相当する部分
を、噴水冷却した場合の中心部冷却速度を想定した５０
℃／ｈの冷却速度で冷却して、焼入れを行った（偏差加
熱・偏差冷却）。また、比較法として、タービンロータ
素体を均一に９５０℃に加熱し、その後、実体のタービ
ンロータ素体を噴水冷却した場合の中心部冷却速度を想
定した５０℃／ｈの冷却速度で冷却して、焼入れを行っ
た（均一加熱・均一冷却）。さらに、各素体は、焼入れ
後に、６５０℃で２０時間の焼戻しを施した。
ロータ素体の高圧部および中圧部に相当する部分を９７
０℃、低圧部に相当する部分を９３０℃に加熱し、さら
に、高、中圧部に相当する部分を、実体のタービンロー
タ素体を強制空冷した場合の中心部冷却速度を想定した
２５℃／ｈの冷却速度で冷却し、低圧部に相当する部分
を、噴水冷却した場合の中心部冷却速度を想定した５０
℃／ｈの冷却速度で冷却して、焼入れを行った（偏差加
熱・偏差冷却）。また、比較法として、タービンロータ
素体を均一に９５０℃に加熱し、その後、実体のタービ
ンロータ素体を噴水冷却した場合の中心部冷却速度を想
定した５０℃／ｈの冷却速度で冷却して、焼入れを行っ
た（均一加熱・均一冷却）。さらに、各素体は、焼入れ
後に、６５０℃で２０時間の焼戻しを施した。
【００２１】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から明らかなように、本発明法によれ
ば、従来法に比べて、高圧部では高温クリープ強度が向
上し、低圧部では靱性が向上している。また、本発明法
中では、偏差加熱・偏差冷却による方法の方が、均一加
熱・偏差冷却または、偏差加熱・均一冷却による方法よ
りも上記効果はより顕著となっている。
表２に示す。表２から明らかなように、本発明法によれ
ば、従来法に比べて、高圧部では高温クリープ強度が向
上し、低圧部では靱性が向上している。また、本発明法
中では、偏差加熱・偏差冷却による方法の方が、均一加
熱・偏差冷却または、偏差加熱・均一冷却による方法よ
りも上記効果はより顕著となっている。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【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の製造方法によれば、タービンロー
タ素体を所望により偏差加熱し、さらに偏差冷却して焼
入れを行ったので、高、中圧部の高温クリープ強度が向
上するとともに、低圧部の靱性が向上し、大型のタービ
ンロータへの適用が可能となる。また、タービンロータ
素体を特定組成の高純度鋼で構成し、この素体を偏差加
熱または偏差冷却して焼入れし、その後焼戻しすれば、
上記高温クリープ強度、低温靱性の向上効果はより大き
なものとなり、また、焼戻脆化感受性が改善されて、経
年劣化を抑えることができる。
体型タービンロータの製造方法によれば、タービンロー
タ素体を所望により偏差加熱し、さらに偏差冷却して焼
入れを行ったので、高、中圧部の高温クリープ強度が向
上するとともに、低圧部の靱性が向上し、大型のタービ
ンロータへの適用が可能となる。また、タービンロータ
素体を特定組成の高純度鋼で構成し、この素体を偏差加
熱または偏差冷却して焼入れし、その後焼戻しすれば、
上記高温クリープ強度、低温靱性の向上効果はより大き
なものとなり、また、焼戻脆化感受性が改善されて、経
年劣化を抑えることができる。
Claims (6)
- 【請求項１】 タービンロータ素体を所定の温度に加熱
して、低圧部に相当する部分を油冷以上の冷却速度、高
圧部および中圧部に相当する部分を衝風冷却以下の冷却
速度で焼入れし、その後、前記素体を所定の温度で１回
以上の焼戻しを行うことを特徴とする高低圧一体型ター
ビンロータの製造方法 - 【請求項２】 タービンロータ素体を、その高圧部およ
び中圧部に相当する部分が、低圧部に相当する部分より
も高温になるように加熱して焼入れすることを特徴とす
る請求項１記載の高低圧一体型タービンロータの製造方
法 - 【請求項３】 タービンロータ素体が、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高純度
鋼からなり、前記タービンロータ素体を９００〜１００
０℃に加熱し、低圧部に相当する部分を油冷以上の冷却
速度、高圧部および中圧部に相当する部分を衝風冷却以
下の冷却速度で焼入れし、その後、前記素体を５５０〜
７００℃で１回以上の焼戻しを行うことを特徴とする高
低圧一体型タービンロータの製造方法 - 【請求項４】 タービンロータ素体が、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高純度
鋼からなり、前記タービンロータ素体の高圧部および中
圧部に相当する部分を９００〜１０３０℃、低圧部に相
当する部分を８７０〜１０００℃で、しかも高圧部およ
び中圧部に相当する部分が低圧部よりも２０〜８０℃高
温となるように加熱して焼入れし、その後、前記素体を
５５０〜７００℃で１回以上の焼戻しを行うことを特徴
とする高低圧一体型タービンロータの製造方法 - 【請求項５】 タービンロータ素体の低圧部に相当する
部分を油冷以上の冷却速度、高圧部および中圧部に相当
する部分を衝風冷却以下の冷却速度で焼入れすることを
特徴とする請求項４記載の高低圧一体型タービンロータ
の製造方法 - 【請求項６】 タービンロータ素体用高純度鋼の組成
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請求項３〜５のいずれかに記
載の高低圧一体型タービンロータの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29382891A JPH05195068A (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 高低圧一体型タービンロータの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29382891A JPH05195068A (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 高低圧一体型タービンロータの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05195068A true JPH05195068A (ja) | 1993-08-03 |
Family
ID=17799689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29382891A Pending JPH05195068A (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 高低圧一体型タービンロータの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05195068A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5716468A (en) * | 1994-12-26 | 1998-02-10 | The Japan Steel Works, Ltd. | Process for producing high-and low-pressure integral-type turbine rotor |
| US6569269B1 (en) | 2000-02-08 | 2003-05-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Process for producing a high and low pressure integrated turbine rotor |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5813609A (ja) * | 1981-07-17 | 1983-01-26 | Kao Corp | 架橋型両性重合体の製造方法 |
| JPS5996248A (ja) * | 1982-11-26 | 1984-06-02 | Toshiba Corp | 高中低圧一体型蒸気タ−ビン用ロ−タおよびその製造方法 |
| JPH03130502A (ja) * | 1989-02-03 | 1991-06-04 | Hitachi Ltd | 高低圧一体型蒸気タービン |
-
1991
- 1991-10-15 JP JP29382891A patent/JPH05195068A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5813609A (ja) * | 1981-07-17 | 1983-01-26 | Kao Corp | 架橋型両性重合体の製造方法 |
| JPS5996248A (ja) * | 1982-11-26 | 1984-06-02 | Toshiba Corp | 高中低圧一体型蒸気タ−ビン用ロ−タおよびその製造方法 |
| JPH03130502A (ja) * | 1989-02-03 | 1991-06-04 | Hitachi Ltd | 高低圧一体型蒸気タービン |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5716468A (en) * | 1994-12-26 | 1998-02-10 | The Japan Steel Works, Ltd. | Process for producing high-and low-pressure integral-type turbine rotor |
| US6569269B1 (en) | 2000-02-08 | 2003-05-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Process for producing a high and low pressure integrated turbine rotor |
| US6773519B2 (en) | 2000-02-08 | 2004-08-10 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | High and low pressure integrated type turbine rotor |
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