JPH0525923B2 - - Google Patents

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JPH0525923B2
JPH0525923B2 JP21926282A JP21926282A JPH0525923B2 JP H0525923 B2 JPH0525923 B2 JP H0525923B2 JP 21926282 A JP21926282 A JP 21926282A JP 21926282 A JP21926282 A JP 21926282A JP H0525923 B2 JPH0525923 B2 JP H0525923B2
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JP
Japan
Prior art keywords
end ring
magnetic
forging
temperature
manganese
Prior art date
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JP21926282A
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Japanese (ja)
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JPS59110766A (en
Inventor
Masao Yamamoto
Takashi Ebitani
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[発明の技術分野] 本発明は、400℃以下の温度で鍛造により加工
強化した耐応力腐食割れ性に優れ非磁性エンドリ
ングの製造方法に関する。 [発明の技術的背景とその問題点] 発電機用エンドリングは、発電機ロータが高速
で回転しているときのロートルコイル・エンドタ
ーンの飛び出しをおさえるリングであり、回転時
に、エンドリングには極めて高い遠心力が負荷す
る。従つてこの高い遠心力に耐えるために、エン
ドリングには高い耐力が要求される。また、エン
ドリングが強磁性体であると、エンドリング中に
渦電流を発生してエネルギ損失を生じ、発電効率
を低下させることから、エンドリングは非磁性で
あることが要求される。 従来、エンドリング材には5%Cr−18%Mn系
の高Mn非磁性鋼(オーステナイト系ステンレス
鋼)が用いられているが、よく知られているよう
に、オーステナイト系ステンレス鋼は耐力が低
く、熱処理による強化も期待できない。従つて高
い耐力を必要とするエンドリングは拡管法などに
よりリング径を拡げて冷間加工し、耐力を向上さ
せて用いられている。 ところで最近エネルギの有効利用や発電機の大
容量化により発電機ロータ径は増大する傾向にあ
り、これに伴つてエンドリング径も増大している
が、エンドリング径の増大は負荷遠心力を高める
ため、さらに耐力の高いエンドリングが要望され
ている。耐力を上昇させるためには、拡管率を高
めるなど、冷間加工量を高くすればよいが、拡管
法により冷間加工量を高くすると材料の応力腐食
割れ(以後SCCとする)感受性が高くなることか
ら、耐SCC性に優れた高耐力非磁性エンドリング
が要望されている。 [発明の目的] このような点に鑑み、本発明は400℃以下の温
度で鍛造加工することにより、耐SCC性を向上さ
せた高耐力の非磁性エンドリングを製造する方法
を提供することを目的としている。 [発明の概要] 本発明の非磁性エンドリングの製造方法は、従
来の拡管法に変り、鍛造法を採用し、耐SCC性に
すぐれた非磁性エンドリングを得るものである。 すなわち、本発明は重量パーセントで0.3〜0.6
%の炭素、0.2〜0.6%のケイ素、12%〜20%のク
ロム、12〜20%のマンガン、残部が実質的に鉄か
らなる鋼を400℃以下の温度で鍛造して加工強化
したことを特徴とする非磁性エンドリングの製造
方法である。また、本発明は、重量パーセントで
0.3〜0.6%の炭素、0.3%以下の窒素、0.2〜0.6%
のケイ素、12%〜20%のクロム、12〜20%のマン
ガン、残部が実質的に鉄からなる鋼を400℃以下
の温度で鍛造して加工強化したことを特徴とする
非磁性エンドリングの製造方法である。また、本
発明は、重量パーセントで0.3〜0.6%の炭素、0.3
%以下の窒素、0.2〜0.6%のケイ素、12%〜20%
のクロム、12〜25%のマンガン、3%以下のモリ
ブデン、残部が実質的に鉄からなる鋼を400℃以
下の温度で鍛造して加工強化したことを特徴とす
る非磁性エンドリングの製造方法である。 第1図の部分断面図に示す如く、非磁性エンド
リング4はロータシヤフト1の端部近傍におい
て、ロートルコイルエンドターン2、支持リング
3の外周部に設けられている。なお図中5はロー
タシヤフト1の中の中心孔を示す。 [発明の効果] 以下本発明に用いる非磁性鋼の組成限定理由を
述べる。 炭素(C);炭素はオーステナイト相を安定させ、強
度を向上させるために0.3%以上の添加が必
要であるが、過剰の添加は加工性を害するこ
とから上限を0.6%とする。 窒素(N);窒素はオーステナイト相を安定させ、
強度を向上させるが、過剰の添加は、気泡を
発生することから上限を0.3%とした。また、
Nは含まれなくとも耐SCC性の向上の効果は
得られる。 ケイ素(Si);ケイ素は鋼の溶製時に脱酸剤とし
て作用するとともに、湯流れ性をよくする
が、過剰の添加は靱性を害するため、上限を
0.6%とした。また湯流れ性が劣化するため、
下限を0.2%とする。 クロム(Cr);クロムは非磁性を得るために必要
な炭素量、窒素量、マンガン量を減少させ、
また耐食性を向上させるために、12%以上の
添加が必要であるが、過剰の添加はフエライ
ト相を生成し、非磁性としての特性を減する
ことから上限を20%とする。なお耐食性、非
磁性の観点からは13〜18%とすることが望ま
しい。 マンガン(Mn);マンガンはオーステナイト相
を安定させ、強度、加工硬化性、耐食性を向
上させるために、12%以上の添加が必要であ
るが、過剰の添加は加工性を害することか
ら、上限を20%とする。なお、強度、耐食
性、非磁性(オーステナイト相)、加工性を
勘案すると、15〜20%とすることが望まし
い。 モリブデン(Mo);モリブデンは耐食性を向上
させるが、過剰の添加はフエライト相を生成
させて非磁性としての特性を害することかか
ら上限を3%とする。なお、Moは無添加で
も、耐SCC性の向上の効果は得られる。 また上記鋼において、耐SCC性を損うことなく
耐力を向上させたエンドリングを得るためには
400℃以下の温度で鍛造を行なう必要がある。す
なわち、従来の拡管法では、エンドリング円周方
向に加工が行われていたが、本発明の如くの鍛造
法によつて、特にエンドリング肉厚方向に加工変
形を行うことにより、耐SCC性を損なうこと無く
耐力の向上を図ることができる。ここで、加工温
度を400℃以下としてのは、400℃を越えた温度で
鍛造を行うと、鋼の変形により生じる鋼の強化が
損なわれてしまい、耐力の向上を図ることができ
ない。しかし400℃以下であれば、鋼を変形させ
て強化し、その強化が損なわれることがない。
400℃以下の鍛造温度であれば、室温など低い温
度でも良いが、加工の容易性を考慮すれば、100
℃以上が好ましい。 [発明の実施例] 以下、実施例、比較例をもつて本発明に係わる
非磁性エンドリングの製造方法を詳細に説明す
る。高周波誘導溶融炉により第1表に示す組成を
有する20鋼種の非磁性鋼を溶製した。
[Technical Field of the Invention] The present invention relates to a method for manufacturing a non-magnetic end ring with excellent stress corrosion cracking resistance that is work-strengthened by forging at a temperature of 400° C. or lower. [Technical background of the invention and its problems] An end ring for a generator is a ring that suppresses the protrusion of the rotor coil end turn when the generator rotor is rotating at high speed. Extremely high centrifugal force is applied. Therefore, in order to withstand this high centrifugal force, the end ring is required to have high yield strength. Furthermore, if the end ring is made of ferromagnetic material, eddy currents will be generated in the end ring, causing energy loss and reducing power generation efficiency, so the end ring is required to be non-magnetic. Conventionally, high-Mn nonmagnetic steel (austenitic stainless steel) of 5% Cr-18% Mn system has been used for end ring materials, but as is well known, austenitic stainless steel has low yield strength. , strengthening by heat treatment cannot be expected. Therefore, end rings that require high yield strength are used by enlarging the ring diameter by tube expansion or the like and cold working to improve the yield strength. Recently, due to the effective use of energy and the increase in the capacity of generators, the diameter of generator rotors has tended to increase, and the end ring diameter has also increased accordingly, but increasing the end ring diameter increases the load centrifugal force. Therefore, there is a demand for end rings with even higher yield strength. In order to increase the yield strength, it is possible to increase the amount of cold working, such as by increasing the tube expansion rate, but increasing the amount of cold working due to the tube expansion method increases the material's susceptibility to stress corrosion cracking (hereinafter referred to as SCC). Therefore, there is a demand for high strength non-magnetic end rings with excellent SCC resistance. [Objective of the Invention] In view of these points, the present invention aims to provide a method for manufacturing a high strength non-magnetic end ring with improved SCC resistance by forging at a temperature of 400°C or less. The purpose is [Summary of the Invention] The method for manufacturing a non-magnetic end ring of the present invention adopts a forging method instead of the conventional tube expansion method, and obtains a non-magnetic end ring with excellent SCC resistance. That is, the present invention has a weight percentage of 0.3 to 0.6
% carbon, 0.2 to 0.6% silicon, 12% to 20% chromium, 12 to 20% manganese, and the balance is forged and strengthened at a temperature below 400℃. This is a method for manufacturing a non-magnetic end ring. The present invention also provides
0.3-0.6% carbon, 0.3% or less nitrogen, 0.2-0.6%
of silicon, 12% to 20% chromium, 12 to 20% manganese, and the balance substantially iron, and is forged and strengthened at a temperature of 400℃ or less. This is the manufacturing method. The present invention also provides 0.3 to 0.6% carbon by weight percent, 0.3
% or less nitrogen, 0.2-0.6% silicon, 12%-20%
chromium, 12 to 25% manganese, 3% or less molybdenum, and the remainder substantially iron. A method for producing a non-magnetic end ring characterized by forging and strengthening the steel at a temperature of 400°C or less. It is. As shown in the partial sectional view of FIG. 1, the non-magnetic end ring 4 is provided on the outer periphery of the rotor coil end turn 2 and the support ring 3 near the end of the rotor shaft 1. Note that 5 in the figure indicates the center hole in the rotor shaft 1. [Effects of the Invention] The reasons for limiting the composition of the non-magnetic steel used in the present invention will be described below. Carbon (C): Carbon needs to be added in an amount of 0.3% or more to stabilize the austenite phase and improve strength, but since excessive addition impairs workability, the upper limit is set at 0.6%. Nitrogen (N): Nitrogen stabilizes the austenite phase,
Although it improves strength, excessive addition causes bubbles, so the upper limit was set at 0.3%. Also,
Even if N is not included, the effect of improving SCC resistance can be obtained. Silicon (Si): Silicon acts as a deoxidizing agent during steel melting and improves melt flow, but excessive addition impairs toughness, so the upper limit should be set.
It was set at 0.6%. Also, because the flowability of the hot water deteriorates,
The lower limit is set at 0.2%. Chromium (Cr): Chromium reduces the amount of carbon, nitrogen, and manganese necessary to obtain nonmagnetism,
In addition, in order to improve corrosion resistance, it is necessary to add 12% or more, but since excessive addition generates a ferrite phase and reduces the non-magnetic properties, the upper limit is set at 20%. Note that from the viewpoint of corrosion resistance and nonmagnetism, it is desirable that the content be 13 to 18%. Manganese (Mn): Manganese needs to be added in an amount of 12% or more to stabilize the austenite phase and improve strength, work hardening properties, and corrosion resistance, but since excessive addition impairs workability, the upper limit must be set. It shall be 20%. Note that, taking into consideration strength, corrosion resistance, nonmagnetism (austenite phase), and workability, it is desirable that the content be 15 to 20%. Molybdenum (Mo): Molybdenum improves corrosion resistance, but excessive addition will generate a ferrite phase and impair the nonmagnetic properties, so the upper limit is set at 3%. Note that even if Mo is not added, the effect of improving SCC resistance can be obtained. In addition, in order to obtain an end ring with improved yield strength without impairing SCC resistance for the above steels,
It is necessary to perform forging at a temperature below 400℃. In other words, in the conventional tube expansion method, processing was performed in the circumferential direction of the end ring, but with the forging method of the present invention, processing deformation is performed particularly in the direction of the end ring thickness, thereby improving SCC resistance. It is possible to improve the yield strength without damaging the properties. Here, the reason why the working temperature is set to be 400°C or lower is that if forging is performed at a temperature exceeding 400°C, the strengthening of the steel caused by the deformation of the steel will be lost, and it will not be possible to improve the yield strength. However, if the temperature is below 400°C, the steel will be deformed and strengthened without losing its strength.
As long as the forging temperature is below 400°C, a low temperature such as room temperature may be used, but considering ease of processing, 100°C is acceptable.
℃ or higher is preferable. [Examples of the Invention] Hereinafter, a method for manufacturing a non-magnetic end ring according to the present invention will be explained in detail using Examples and Comparative Examples. Twenty types of nonmagnetic steels having the compositions shown in Table 1 were melted using a high frequency induction melting furnace.

【表】 溶製した鋼塊を1200〜900℃で熱間鍛造し、さ
らに1100℃,2時間の均質化処理を施し、水靱し
た。その後、実施例1〜15については耐力が125
〜135Kg/mm2となるように350℃で鍛造し、また比
較例1〜5については耐力が約130Kg/mm2となる
まで引張力を与え冷間加工してエンドリングモデ
ル素体を作製した。その後350℃、2時間の加熱
を施し実施例については第2図に示すように加工
方向Aに対して直角方向に試験用板材6を切り出
し、比較例については第3図のように加工方向B
と平行に試験用板材7を切り出した。 SCC試験は3点曲げ試験法を用い、最大引張応
力50Kg/mm2で、3%Nacl人工海水中に500時間浸
漬し、SCCの発生を調べた。また非磁性を調べる
ために、冷間加工後の試料の透磁率を透磁率計に
より測定した。その結果を第2表に示す。
[Table] The melted steel ingots were hot forged at 1200 to 900°C, and then subjected to homogenization treatment at 1100°C for 2 hours to make them water tough. After that, for Examples 1 to 15, the yield strength was 125
End ring model bodies were produced by forging at 350°C so that the yield strength was ~135Kg/ mm2 , and for Comparative Examples 1 to 5, applying tensile force and cold working until the yield strength was approximately 130Kg/ mm2 . . Thereafter, heating was carried out at 350°C for 2 hours, and the test plate 6 was cut out in the direction perpendicular to the processing direction A as shown in FIG. 2 for the example, and in the processing direction B as shown in FIG. 3 for the comparative example.
A test plate material 7 was cut out in parallel with. The SCC test used a three-point bending test method, and the specimen was immersed in 3% NaCl artificial seawater for 500 hours at a maximum tensile stress of 50 Kg/mm 2 to examine the occurrence of SCC. In addition, in order to investigate nonmagnetism, the magnetic permeability of the sample after cold working was measured using a magnetic permeability meter. The results are shown in Table 2.

【表】 第2表に示すように実施例、比較例とも透磁率
は1.1未満と非磁性である。また実施例1〜15は、
500時間のSCC試験でもSCCは発生しないが、比
較例1,2は24時間以内、比較例3〜5では24〜
50時間でSCCの発生が見られ、冷間鍛造によつて
加工した本発明材は耐SCC性に優れた発電機用非
磁性エンドリング材料であることがわかる。 本発明に係わる製造方法によれば、極めて優れ
た耐SCC性を有し、また高体力を可能で、さらに
非磁性である。工業上すこぶる有用な非磁性エン
ドリングを得ることができる。 以上説明した如く、本発明に係わる発電機用エ
ンドリングは極めて優れた耐SCC性を有し、また
高耐力が可能であり、さらに非磁性であることか
ら工業上すこぶる有用なものである。
[Table] As shown in Table 2, both the Example and the Comparative Example have magnetic permeability of less than 1.1 and are non-magnetic. In addition, Examples 1 to 15 are
SCC does not occur even in a 500-hour SCC test, but within 24 hours in Comparative Examples 1 and 2, and within 24 hours in Comparative Examples 3 to 5.
The occurrence of SCC was observed after 50 hours, indicating that the material of the present invention processed by cold forging is a non-magnetic end ring material for generators with excellent SCC resistance. According to the manufacturing method according to the present invention, it has extremely excellent SCC resistance, can have high physical strength, and is non-magnetic. A non-magnetic end ring that is extremely useful industrially can be obtained. As explained above, the end ring for a generator according to the present invention has extremely excellent SCC resistance, is capable of high proof stress, and is non-magnetic, making it extremely useful industrially.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はエンドリングの構成例を示す断面図、
第2図、第3図は本発明に係わる非磁性エンドリ
ングの特性評価装置の概要を示す斜視図。
Figure 1 is a sectional view showing an example of the configuration of an end ring.
FIGS. 2 and 3 are perspective views showing an outline of a non-magnetic end ring characteristic evaluation apparatus according to the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 重量パーセントで0.3〜0.6%の炭素、0.2〜
0.6%のケイ素、12%〜20%のクロム、12〜20%
のマンガン、残部が実質的に鉄からなる鋼を400
℃以下の温度で鍜造して加工強化したことを特徴
とする非磁性エンドリングの製造方法。 2 重量パーセントで0.3〜0.6%の炭素、0.3%以
下の窒素、0.2〜0.6%のケイ素、12%〜20%のク
ロム、12〜20%のマンガン、残部が実質的に鉄か
らなる鋼を400℃以下の温度で鍛造して加工強化
したことを特徴とする非磁性エンドリングの製造
方法。 3 重量パーセントで0.3〜0.6%の炭素、0.3%以
下の窒素、0.2〜0.6%のケイ素、12%〜20%のク
ロム、12〜25%のマンガン、3%以下のモリブデ
ン、残部が実質的に鉄からなる鋼を400℃以下の
温度で鍛造して加工強化したことを特徴とする非
磁性エンドリングの製造方法。
[Claims] 1. 0.3 to 0.6% carbon, 0.2 to 0.6% by weight
0.6% silicon, 12%~20% chromium, 12~20%
of manganese, the remainder being substantially iron
A method for manufacturing a non-magnetic end ring characterized by forging and processing strengthening at a temperature of ℃ or below. 2.400% steel consisting of 0.3-0.6% carbon, not more than 0.3% nitrogen, 0.2-0.6% silicon, 12%-20% chromium, 12-20% manganese, and the balance substantially iron. A method for producing a non-magnetic end ring characterized by forging and processing strengthening at a temperature below ℃. 3. By weight percent 0.3 to 0.6% carbon, not more than 0.3% nitrogen, 0.2 to 0.6% silicon, 12% to 20% chromium, 12 to 25% manganese, not more than 3% molybdenum, the remainder substantially A method for manufacturing a non-magnetic end ring characterized by forging steel made of iron at a temperature of 400°C or less to strengthen it.
JP21926282A 1982-12-16 1982-12-16 Non-magnetic end ring Granted JPS59110766A (en)

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