JPH10265909A - 高靭性耐熱鋼、タービンロータ及びその製造方法 - Google Patents
高靭性耐熱鋼、タービンロータ及びその製造方法Info
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- JPH10265909A JPH10265909A JP9072258A JP7225897A JPH10265909A JP H10265909 A JPH10265909 A JP H10265909A JP 9072258 A JP9072258 A JP 9072258A JP 7225897 A JP7225897 A JP 7225897A JP H10265909 A JPH10265909 A JP H10265909A
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- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/38—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for roll bodies
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Abstract
(57)【要約】
【課題】比較的低温域での引張強度及び靭性と高温域で
のクリープ破断強度との両方に優れた特性をもつ高靭性
耐熱鋼を提供する。 【解決手段】高靭性耐熱鋼は、重量比で、C:0.05
%以上0.30%以下、Si:0%を超えて0.20%
以下、Mn:0%を超えて1.0%以下、Cr:8.0
%以上14.0%以下、Mo:0.5%以上3.0%以
下、V:0.10%以上0.50%以下、Ni:1.5
%以上5.0%以下、Nb:0.01%以上0.50%
以下、N:0.01%以上0.08%以下、B:0.0
01%以上0.020%以下を含み、残部をFe及び不
可避的不純物で構成する化学組成を備える。
のクリープ破断強度との両方に優れた特性をもつ高靭性
耐熱鋼を提供する。 【解決手段】高靭性耐熱鋼は、重量比で、C:0.05
%以上0.30%以下、Si:0%を超えて0.20%
以下、Mn:0%を超えて1.0%以下、Cr:8.0
%以上14.0%以下、Mo:0.5%以上3.0%以
下、V:0.10%以上0.50%以下、Ni:1.5
%以上5.0%以下、Nb:0.01%以上0.50%
以下、N:0.01%以上0.08%以下、B:0.0
01%以上0.020%以下を含み、残部をFe及び不
可避的不純物で構成する化学組成を備える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、高靭性耐熱鋼、
タービンロータ及びその製造方法に係り、特に大容量及
び高効率の発電プラントに好適な高低圧一体型タービン
ロータ等で用いる高靭性耐熱鋼の材質改善に関する。
タービンロータ及びその製造方法に係り、特に大容量及
び高効率の発電プラントに好適な高低圧一体型タービン
ロータ等で用いる高靭性耐熱鋼の材質改善に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、複数のタービンロータを機械的
に結合した蒸気タービンでは、その高圧側から低圧側ま
での使用蒸気条件等に応じてロータ材が選定されてい
る。例えば、高温高圧側(550〜600℃等)で用い
るタービンロータ材としては、CrMoV鋼(ASTM
−A470(Class 8))や12Cr鋼(特公昭60−
54385号公報)等が、また低温低圧側(400℃以
下)で用いるタービンロータ材としては、2.5%以上
のNiを含むNiCrMoV鋼(ASTM−A471
(Class 2〜7)等が採用されている。
に結合した蒸気タービンでは、その高圧側から低圧側ま
での使用蒸気条件等に応じてロータ材が選定されてい
る。例えば、高温高圧側(550〜600℃等)で用い
るタービンロータ材としては、CrMoV鋼(ASTM
−A470(Class 8))や12Cr鋼(特公昭60−
54385号公報)等が、また低温低圧側(400℃以
下)で用いるタービンロータ材としては、2.5%以上
のNiを含むNiCrMoV鋼(ASTM−A471
(Class 2〜7)等が採用されている。
【0003】ところで一方、最近の大容量及び高効率化
を志向した発電プラントでは、蒸気タービンの小型化及
び機構の簡略化といった見地から、高圧側から低圧側ま
でを同一材質で一体に形成する、いわゆる高低圧一体型
タービンロータが注目されている。
を志向した発電プラントでは、蒸気タービンの小型化及
び機構の簡略化といった見地から、高圧側から低圧側ま
でを同一材質で一体に形成する、いわゆる高低圧一体型
タービンロータが注目されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たタービンロータ用の従来鋼では、高圧側から低圧側ま
での全てをカバーする使用条件を必ずしも意識した材質
ではないため、これを用いて高低圧一体型タービンロー
タを構成する場合には、以下のような問題が想到され
る。
たタービンロータ用の従来鋼では、高圧側から低圧側ま
での全てをカバーする使用条件を必ずしも意識した材質
ではないため、これを用いて高低圧一体型タービンロー
タを構成する場合には、以下のような問題が想到され
る。
【0005】1):CrMoV鋼の場合には、550℃
程度の高温域でのクリープ破断強度は優れているもの
の、低温域での引張強度や靭性は必ずしも満足したもの
ではなく、延性破壊や脆性破壊等が予想されるため、こ
れらの防止措置としてタービンロータの低圧部の作用応
力を低減する必要があり、その結果、低圧段落、特に最
終段に装着される翼の大きさも制限され、この点から発
電プラントの大容量化が困難となる。また、高温クリー
プ破断強度に関しても、最近の発電プラントの効率向上
のために要求されるタービン入口蒸気の高温(600℃
程度)・高圧条件を必ずしも満足したものではない。
程度の高温域でのクリープ破断強度は優れているもの
の、低温域での引張強度や靭性は必ずしも満足したもの
ではなく、延性破壊や脆性破壊等が予想されるため、こ
れらの防止措置としてタービンロータの低圧部の作用応
力を低減する必要があり、その結果、低圧段落、特に最
終段に装着される翼の大きさも制限され、この点から発
電プラントの大容量化が困難となる。また、高温クリー
プ破断強度に関しても、最近の発電プラントの効率向上
のために要求されるタービン入口蒸気の高温(600℃
程度)・高圧条件を必ずしも満足したものではない。
【0006】2):12Cr鋼の場合には、CrMoV
鋼よりも高温クリープ破断強度に優れた特性を生かして
上述のタービン入口蒸気条件も満足させることができる
が、靭性面では十分ではないために、その改善措置とし
てCrMoV鋼の場合と同様に低圧段落に装着できる翼
の大きさが制限されてしまう。
鋼よりも高温クリープ破断強度に優れた特性を生かして
上述のタービン入口蒸気条件も満足させることができる
が、靭性面では十分ではないために、その改善措置とし
てCrMoV鋼の場合と同様に低圧段落に装着できる翼
の大きさが制限されてしまう。
【0007】3):NiCrMoV鋼の場合には、低温
域での引張強度及び靭性が優れているものの、クリープ
破断強度が必ずしも満足したものではなく、高圧部の強
度不足のためにタービン入口蒸気の高温化を制限する必
要があり、発電プラントの効率向上が困難となる。
域での引張強度及び靭性が優れているものの、クリープ
破断強度が必ずしも満足したものではなく、高圧部の強
度不足のためにタービン入口蒸気の高温化を制限する必
要があり、発電プラントの効率向上が困難となる。
【0008】このように従来鋼を用いて高低圧一体型タ
ービンロータを構成する場合には、特に高温蒸気を使用
し、長尺の低圧最終段翼を装着する蒸気タービンの大容
量化及び高効率化を図る際に大きな制約を受けてしまう
といった問題があった。
ービンロータを構成する場合には、特に高温蒸気を使用
し、長尺の低圧最終段翼を装着する蒸気タービンの大容
量化及び高効率化を図る際に大きな制約を受けてしまう
といった問題があった。
【0009】この発明は、このような従来の問題を考慮
してなされたもので、比較的低温域での引張強度及び靭
性と高温域でのクリープ破断強度との両方に優れた特性
をもつ高靭性耐熱鋼を提供することを、目的とする。
してなされたもので、比較的低温域での引張強度及び靭
性と高温域でのクリープ破断強度との両方に優れた特性
をもつ高靭性耐熱鋼を提供することを、目的とする。
【0010】また、この発明は、大容量・高効率発電プ
ラントに好適な高低圧一体型タービンロータ等のタービ
ンロータ及びその製造方法を提供することを、別の目的
とする。
ラントに好適な高低圧一体型タービンロータ等のタービ
ンロータ及びその製造方法を提供することを、別の目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る高靭性耐熱鋼は、重量比で、C:
0.05%以上0.30%以下、Si:0%を超えて
0.20%以下、Mn:0%を超えて1.0%以下、C
r:8.0%以上14.0%以下、Mo:0.5%以上
3.0%以下、V:0.10%以上0.50%以下、N
i:1.5%以上5.0%以下、Nb:0.01%以上
0.50%以下、N:0.01%以上0.08%以下、
B:0.001%以上0.020%以下を含み、残部を
Fe及び不可避的不純物で構成する化学組成を備えたこ
とを特徴とする。好ましくは、Co:0.5%以上6.
0%以下を更に含むものとする。
め、この発明に係る高靭性耐熱鋼は、重量比で、C:
0.05%以上0.30%以下、Si:0%を超えて
0.20%以下、Mn:0%を超えて1.0%以下、C
r:8.0%以上14.0%以下、Mo:0.5%以上
3.0%以下、V:0.10%以上0.50%以下、N
i:1.5%以上5.0%以下、Nb:0.01%以上
0.50%以下、N:0.01%以上0.08%以下、
B:0.001%以上0.020%以下を含み、残部を
Fe及び不可避的不純物で構成する化学組成を備えたこ
とを特徴とする。好ましくは、Co:0.5%以上6.
0%以下を更に含むものとする。
【0012】この発明の別の態様に係る高靭性耐熱鋼
は、重量比で、C:0.05%以上0.30%以下、S
i:0%を超えて0.20%以下、Mn:0%を超えて
1.0%以下、Cr:8.0%以上14.0%以下、M
o:0.1%以上2.0%以下、W:0.3%以上5.
0%以下、V:0.10%以上0.50%以下、Ni:
1.5%以上5.0%以下、Nb:0.01%以上0.
50%以下、N:0.01%以上0.08%以下、B:
0.001%以上0.020%以下を含み、残部をFe
及び不可避的不純物で構成する化学組成を備えたことを
特徴とする。好ましくは、Co:0.5%以上6.0%
以下を更に含むものとする。
は、重量比で、C:0.05%以上0.30%以下、S
i:0%を超えて0.20%以下、Mn:0%を超えて
1.0%以下、Cr:8.0%以上14.0%以下、M
o:0.1%以上2.0%以下、W:0.3%以上5.
0%以下、V:0.10%以上0.50%以下、Ni:
1.5%以上5.0%以下、Nb:0.01%以上0.
50%以下、N:0.01%以上0.08%以下、B:
0.001%以上0.020%以下を含み、残部をFe
及び不可避的不純物で構成する化学組成を備えたことを
特徴とする。好ましくは、Co:0.5%以上6.0%
以下を更に含むものとする。
【0013】以下、この発明に係る高靭性耐熱鋼におけ
る各元素の組成範囲の限定理由を説明する。ここで、各
元素の組成(含有量)を表す百分率%は、特に断らない
限り重量%と意味するものとする。
る各元素の組成範囲の限定理由を説明する。ここで、各
元素の組成(含有量)を表す百分率%は、特に断らない
限り重量%と意味するものとする。
【0014】Cは、Cr、Nb、V等の元素と結合して
炭化物を形成し、析出強化に寄与するほか、焼入れ性向
上やδフェライトの生成抑制に必要不可欠な元素であ
る。ここで、Cの添加量が0.05%未満では所望のク
リープ破断強度が確保できず、0.30%を超えると炭
化物の粗大化を促進し、長時間でのクリープ破断強度を
低下させるため、その含有量の範囲を0.05%〜0.
30%、好ましくは0.07%〜0.25%、更に好ま
しくは0.09%〜0.20%とする。
炭化物を形成し、析出強化に寄与するほか、焼入れ性向
上やδフェライトの生成抑制に必要不可欠な元素であ
る。ここで、Cの添加量が0.05%未満では所望のク
リープ破断強度が確保できず、0.30%を超えると炭
化物の粗大化を促進し、長時間でのクリープ破断強度を
低下させるため、その含有量の範囲を0.05%〜0.
30%、好ましくは0.07%〜0.25%、更に好ま
しくは0.09%〜0.20%とする。
【0015】Siは、溶解時の脱酸材として必要な元素
である。しかし、Siを多量に添加するとその一部が酸
化物として鋼中に残留して靭性が低下するため、その含
有量の範囲を0%を超えて0.20%以下とする。
である。しかし、Siを多量に添加するとその一部が酸
化物として鋼中に残留して靭性が低下するため、その含
有量の範囲を0%を超えて0.20%以下とする。
【0016】Mnは、溶解時の脱酸・脱硫剤として必要
な元素である。しかし、Mnを多量に添加すると鋼のク
リープ破断強度が低下するため、その含有量の範囲を0
%を超えて1.0%以下とする。
な元素である。しかし、Mnを多量に添加すると鋼のク
リープ破断強度が低下するため、その含有量の範囲を0
%を超えて1.0%以下とする。
【0017】Crは、耐酸化性及び耐食性を向上させる
ほか、固溶強化及び析出強化に寄与するM23C6 型析出
物の構成元素として必要不可欠な元素である。しかし、
Crの添加量が8.0%未満ではその効果が小さく、1
4.0%を超えると靭性及びクリープ破断強度に有害な
δフェライトが生成しやすくなるため、その含有量の範
囲を8.0%〜14.0%、好ましくは9.0%〜1
3.0%、更に好ましくは9.5%〜12.5%とす
る。
ほか、固溶強化及び析出強化に寄与するM23C6 型析出
物の構成元素として必要不可欠な元素である。しかし、
Crの添加量が8.0%未満ではその効果が小さく、1
4.0%を超えると靭性及びクリープ破断強度に有害な
δフェライトが生成しやすくなるため、その含有量の範
囲を8.0%〜14.0%、好ましくは9.0%〜1
3.0%、更に好ましくは9.5%〜12.5%とす
る。
【0018】Moは、固溶強化元素及び炭化物の構成元
素として必要な元素である。しかし、このMoの添加量
が0.5%未満ではその効果が小さく、3.0%を超え
ると靭性を大きく低下させるほか、δフェライトが生成
しやすくなるため、その含有量の範囲を0.5%〜3.
0%、好ましくは0.7%〜2.5%、更に好ましくは
0.9%〜2.0%とする。
素として必要な元素である。しかし、このMoの添加量
が0.5%未満ではその効果が小さく、3.0%を超え
ると靭性を大きく低下させるほか、δフェライトが生成
しやすくなるため、その含有量の範囲を0.5%〜3.
0%、好ましくは0.7%〜2.5%、更に好ましくは
0.9%〜2.0%とする。
【0019】ここで、このMoとほぼ同様に機能するW
(後述参照)を添加する場合には、Moの添加量が0.
1%未満では固溶強化元素及び炭化物元素としての効果
が小さく、2.0%を超えると靭性を大きく低下させる
ほか、δフェライトが生成しやすくなるため、その含有
量の範囲を0.1%〜2.0%、好ましくは0.2%〜
1.5%、更に好ましくは0.5%〜1.2%とする。
(後述参照)を添加する場合には、Moの添加量が0.
1%未満では固溶強化元素及び炭化物元素としての効果
が小さく、2.0%を超えると靭性を大きく低下させる
ほか、δフェライトが生成しやすくなるため、その含有
量の範囲を0.1%〜2.0%、好ましくは0.2%〜
1.5%、更に好ましくは0.5%〜1.2%とする。
【0020】Vは、固溶強化及び微細なV炭窒化物の形
成に寄与する元素である。このVの添加量が0.10%
以上ではその微細析出物がクリープ中に主としてマルテ
ンサイトラス境界上に析出して回復を抑制するが、0.
50%を超えるとδフェライトが生成しやすくなる。ま
た0.10%未満の添加量では固溶量、析出量ともに少
なく上述の効果が得られないため、その含有量を0.1
0%〜0.50%、好ましくは0.10%〜0.40
%、更に好ましくは0.15%〜0.30%とする。
成に寄与する元素である。このVの添加量が0.10%
以上ではその微細析出物がクリープ中に主としてマルテ
ンサイトラス境界上に析出して回復を抑制するが、0.
50%を超えるとδフェライトが生成しやすくなる。ま
た0.10%未満の添加量では固溶量、析出量ともに少
なく上述の効果が得られないため、その含有量を0.1
0%〜0.50%、好ましくは0.10%〜0.40
%、更に好ましくは0.15%〜0.30%とする。
【0021】Niは、焼入れ性及び靭性を大きく向上さ
せるほか、δフェライトの析出を抑制する元素である。
しかし、Niの添加量が1.5%未満ではその効果が小
さく、5.0%を超えるとクリープ抵抗を低下させるた
め、その含有量の範囲を1.5%〜5.0%、好ましく
は1.5%〜4.0%、更に好ましくは2.0%〜3.
0%とする。
せるほか、δフェライトの析出を抑制する元素である。
しかし、Niの添加量が1.5%未満ではその効果が小
さく、5.0%を超えるとクリープ抵抗を低下させるた
め、その含有量の範囲を1.5%〜5.0%、好ましく
は1.5%〜4.0%、更に好ましくは2.0%〜3.
0%とする。
【0022】Nbは、C及びNと結合してNb(C,
N)の微細炭窒化物を形成して析出分散強化に寄与する
元素である。しかし、Nbの添加量が0.01%未満で
は析出密度が低いためその効果が得られず、0.50%
を超えると未固溶の粗大なNb(C,N)が生成しやす
く、延性や靭性を低下させるため、その含有量の範囲を
0.01%〜0.50%、好ましくは0.01%〜0.
30%、更に好ましくは0.03%〜0.20%とす
る。
N)の微細炭窒化物を形成して析出分散強化に寄与する
元素である。しかし、Nbの添加量が0.01%未満で
は析出密度が低いためその効果が得られず、0.50%
を超えると未固溶の粗大なNb(C,N)が生成しやす
く、延性や靭性を低下させるため、その含有量の範囲を
0.01%〜0.50%、好ましくは0.01%〜0.
30%、更に好ましくは0.03%〜0.20%とす
る。
【0023】Nは、窒化物あるいは炭窒化物を形成して
析出強化に寄与するほか、母相中に残存して固溶強化に
も寄与する元素である。しかし、このNが0.01%未
満ではその効果が得られず、0.08%を超えると窒化
物あるいは炭窒化物の粗大化を促進してクリープ抵抗が
低下するほか、延性や靭性も低下するため、その含有量
の範囲を0.01%〜0.08%、好ましくは0.01
%〜0.06%、更に好ましくは0.02%〜0.04
%とする。
析出強化に寄与するほか、母相中に残存して固溶強化に
も寄与する元素である。しかし、このNが0.01%未
満ではその効果が得られず、0.08%を超えると窒化
物あるいは炭窒化物の粗大化を促進してクリープ抵抗が
低下するほか、延性や靭性も低下するため、その含有量
の範囲を0.01%〜0.08%、好ましくは0.01
%〜0.06%、更に好ましくは0.02%〜0.04
%とする。
【0024】Bは、微量の添加で結晶粒界への析出物の
析出を促進するほか、炭窒化物の高温長時間安定性を高
める元素である。しかし、このBの添加量が0.001
%未満ではその効果が得られず、0.020%を超える
と靭性を大幅に低下させ、更に熱間加工性を損なうた
め、その含有量の範囲を0.001%〜0.020%、
好ましくは0.003%〜0.015%、更に好ましく
は0.005%〜0.012%とする。
析出を促進するほか、炭窒化物の高温長時間安定性を高
める元素である。しかし、このBの添加量が0.001
%未満ではその効果が得られず、0.020%を超える
と靭性を大幅に低下させ、更に熱間加工性を損なうた
め、その含有量の範囲を0.001%〜0.020%、
好ましくは0.003%〜0.015%、更に好ましく
は0.005%〜0.012%とする。
【0025】Wは、固溶強化元素及び炭化物元素として
寄与するほか、Fe、Cr、W等からなる金属間化合物
の形成に寄与する元素であるため、より優れたクリープ
破断強度が必要な場合に添加する。しかし、このWの添
加量が0.3%未満ではその効果が殆ど得られず、5.
0%を超えるとδフェライトが生成しやすくなるととも
に、靭性及び加熱脆化特性を著しく低下させるため、そ
の含有量の範囲を0.3〜5.0%、好ましくは0.5
〜3.0%、更に好ましくは1.0〜2.5%とする。
寄与するほか、Fe、Cr、W等からなる金属間化合物
の形成に寄与する元素であるため、より優れたクリープ
破断強度が必要な場合に添加する。しかし、このWの添
加量が0.3%未満ではその効果が殆ど得られず、5.
0%を超えるとδフェライトが生成しやすくなるととも
に、靭性及び加熱脆化特性を著しく低下させるため、そ
の含有量の範囲を0.3〜5.0%、好ましくは0.5
〜3.0%、更に好ましくは1.0〜2.5%とする。
【0026】Coは、固溶強化に寄与するほか、δフェ
ライトの生成を抑制する元素であるため、必要な場合に
添加する。しかし、このCoの添加量が0.5%未満で
はその効果が得られず、6.0%を超えると加工性を損
なうため、その含有量の範囲を0.5%〜6.0%とす
る。
ライトの生成を抑制する元素であるため、必要な場合に
添加する。しかし、このCoの添加量が0.5%未満で
はその効果が得られず、6.0%を超えると加工性を損
なうため、その含有量の範囲を0.5%〜6.0%とす
る。
【0027】上記の各元素と主成分であるFeを添加す
る際には、付随的に混入する不純物は極力低減すること
が望ましい。
る際には、付随的に混入する不純物は極力低減すること
が望ましい。
【0028】この発明に係るタービンロータは、この発
明に係る上記高靭性耐熱鋼を用いて構成したことを特徴
とする。
明に係る上記高靭性耐熱鋼を用いて構成したことを特徴
とする。
【0029】この発明に係るタービンロータの製造方法
は、この発明に係る高靭性耐熱鋼の化学組成の条件で材
料を調整し、その材料を用いてタービンロータ素体を形
成し、このタービンロータ素体に950℃〜1120℃
の加熱温度条件で焼入れを行い、その後、上記タービン
ロータ素体に550℃〜740℃の加熱温度条件を用い
て少なくとも1回の焼戻しを施すことを特徴とする。
は、この発明に係る高靭性耐熱鋼の化学組成の条件で材
料を調整し、その材料を用いてタービンロータ素体を形
成し、このタービンロータ素体に950℃〜1120℃
の加熱温度条件で焼入れを行い、その後、上記タービン
ロータ素体に550℃〜740℃の加熱温度条件を用い
て少なくとも1回の焼戻しを施すことを特徴とする。
【0030】前記焼入れ処理の加熱温度条件として好ま
しくは、前記タービンロータ素体の高圧部又は中圧部に
相当する部分で1030℃以上1120℃以下とし、上
記タービンロータ素体の低圧部に相当する部分で950
℃以上1030℃以下とした条件を用いる。
しくは、前記タービンロータ素体の高圧部又は中圧部に
相当する部分で1030℃以上1120℃以下とし、上
記タービンロータ素体の低圧部に相当する部分で950
℃以上1030℃以下とした条件を用いる。
【0031】前記焼戻し処理の加熱温度条件として好ま
しくは、前記タービンロータ素体の高圧部又は中圧部に
相当する部分で550℃以上630℃以下とし、上記タ
ービンロータ素体の低圧部に相当する部分で630℃以
上740℃以下とした条件を用いる。
しくは、前記タービンロータ素体の高圧部又は中圧部に
相当する部分で550℃以上630℃以下とし、上記タ
ービンロータ素体の低圧部に相当する部分で630℃以
上740℃以下とした条件を用いる。
【0032】以下、この発明における熱処理条件の限定
理由を説明する。
理由を説明する。
【0033】焼入れ処理は、タービンロータ素体に優れ
た強度を付与するために必要な熱処理である。しかし、
この焼入れの加熱温度が950℃未満ではオーステナイ
ト化が十分ではなく焼入れが不可能となり、1120℃
を超えるとオーステナイト結晶粒が著しく粗大化し、延
性を低下させるため、その加熱温度の範囲を950℃〜
1120℃とする。
た強度を付与するために必要な熱処理である。しかし、
この焼入れの加熱温度が950℃未満ではオーステナイ
ト化が十分ではなく焼入れが不可能となり、1120℃
を超えるとオーステナイト結晶粒が著しく粗大化し、延
性を低下させるため、その加熱温度の範囲を950℃〜
1120℃とする。
【0034】ここで、ロータ素体の高圧部又は中圧部に
相当する部分ではクリープ破断強度が特に重要となるた
め、1030℃〜1120℃と高い加熱温度範囲での焼
入れにより各種析出物を十分に固溶させ、その後の焼戻
しにより微細再析出させることが望ましい。また、ロー
タ素体の低圧部に相当する部分では比較的低温での引張
強度と靭性が特に重要となるため、950℃〜1030
℃の低い加熱温度範囲における焼入れにより、結晶粒の
細粒化を図ることが望ましい。
相当する部分ではクリープ破断強度が特に重要となるた
め、1030℃〜1120℃と高い加熱温度範囲での焼
入れにより各種析出物を十分に固溶させ、その後の焼戻
しにより微細再析出させることが望ましい。また、ロー
タ素体の低圧部に相当する部分では比較的低温での引張
強度と靭性が特に重要となるため、950℃〜1030
℃の低い加熱温度範囲における焼入れにより、結晶粒の
細粒化を図ることが望ましい。
【0035】焼戻し処理は、タービンロータ素材を所望
の強度に調整するために、1回以上行うことが必要な熱
処理である。しかし、この焼戻しの加熱温度が550℃
未満では十分な焼戻し効果が得られず、優れた靭性を得
ることができず、740℃を超えると所望の強度が得ら
れないため、その加熱温度の範囲を550〜740℃と
する。
の強度に調整するために、1回以上行うことが必要な熱
処理である。しかし、この焼戻しの加熱温度が550℃
未満では十分な焼戻し効果が得られず、優れた靭性を得
ることができず、740℃を超えると所望の強度が得ら
れないため、その加熱温度の範囲を550〜740℃と
する。
【0036】ここで、ロータ素体の高圧部あるいは中圧
部に相当する部分ではクリープ破断強度が特に重要とな
るため、630℃〜740℃の高い温度範囲における焼
戻しを少なくとも1回行い、焼入れにより固溶させた析
出物を十分に再析出させることが望ましい。また、ロー
タ素体の低圧部に相当する部分では比較的低温での引張
強度及び靭性が特に重要となるため、550℃〜630
℃の低い加熱温度範囲における焼戻しを少なくとも1回
行い、所望の引張強度と優れた靭性を両立させることが
望ましい。
部に相当する部分ではクリープ破断強度が特に重要とな
るため、630℃〜740℃の高い温度範囲における焼
戻しを少なくとも1回行い、焼入れにより固溶させた析
出物を十分に再析出させることが望ましい。また、ロー
タ素体の低圧部に相当する部分では比較的低温での引張
強度及び靭性が特に重要となるため、550℃〜630
℃の低い加熱温度範囲における焼戻しを少なくとも1回
行い、所望の引張強度と優れた靭性を両立させることが
望ましい。
【0037】前記タービンロータ素体を形成する工程と
して好ましくは、エレクトロスラグ再溶解法を用いて上
記タービンロータ素体の鋼塊を製造する工程を用いる。
して好ましくは、エレクトロスラグ再溶解法を用いて上
記タービンロータ素体の鋼塊を製造する工程を用いる。
【0038】蒸気タービン用ロータに代表される大型素
材では、鋼塊凝固時に添加元素の偏析や凝固組織の不均
一を生じやすく、特に材料特性の向上を狙って種々の元
素を添加していくと、鋼塊中心部の偏析傾向が高まり、
ロータ素体中心部の延性や靭性が低下する傾向がある。
従って、タービンロータ素体を構成する鋼塊の製造法と
してエレクトロスラグ再溶解法を使用すれば、より均質
・清浄な鋼塊を得ることができる。その他として、真空
カーボン脱酸等の方法を用いてもよい。
材では、鋼塊凝固時に添加元素の偏析や凝固組織の不均
一を生じやすく、特に材料特性の向上を狙って種々の元
素を添加していくと、鋼塊中心部の偏析傾向が高まり、
ロータ素体中心部の延性や靭性が低下する傾向がある。
従って、タービンロータ素体を構成する鋼塊の製造法と
してエレクトロスラグ再溶解法を使用すれば、より均質
・清浄な鋼塊を得ることができる。その他として、真空
カーボン脱酸等の方法を用いてもよい。
【0039】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係る高靭性耐熱
鋼、タービンロータ及びその製造方法の具体的な実施形
態を説明する。
鋼、タービンロータ及びその製造方法の具体的な実施形
態を説明する。
【0040】(第1実施形態)実施例1〜44 本発明鋼の実施例1〜44として、表1に示す本発明範
囲内の化学組成の条件(供試材M1〜M44)で供試材
を調整した。ここで、供試材M1〜M30はW及びMo
を含まず、M31〜M40はWを含み、M41〜M44
はW及びMoを含む試料である。
囲内の化学組成の条件(供試材M1〜M44)で供試材
を調整した。ここで、供試材M1〜M30はW及びMo
を含まず、M31〜M40はWを含み、M41〜M44
はW及びMoを含む試料である。
【0041】
【表1】
【0042】この表1に示す実施例1〜44の各供試材
50kgを真空高周波誘導電気炉を用いて溶解し、鋳造
した後に1200℃に加熱してプレス鍛造を行い、鍛伸
して直径60mmの丸棒を作製した。その後、この丸棒
に表2に示す熱処理条件HM1、即ち1030℃で焼入
れを行った後に630℃で焼戻しを1回実施する条件を
用いて調質熱処理を施した。
50kgを真空高周波誘導電気炉を用いて溶解し、鋳造
した後に1200℃に加熱してプレス鍛造を行い、鍛伸
して直径60mmの丸棒を作製した。その後、この丸棒
に表2に示す熱処理条件HM1、即ち1030℃で焼入
れを行った後に630℃で焼戻しを1回実施する条件を
用いて調質熱処理を施した。
【0043】
【表2】
【0044】このように得られた丸棒供試材から試験片
を切り出し、室温における引張試験、シャルピー衝撃試
験、及びクリープ破断試験を行った。ここで、引張試験
は、供試材の引張強さ、耐力、伸び、絞り等を求め、そ
の引張強さ、耐力が大きいほど引張強度に優れると共
に、伸び、絞りが大きいほど延性に優れていると評価す
るものである。
を切り出し、室温における引張試験、シャルピー衝撃試
験、及びクリープ破断試験を行った。ここで、引張試験
は、供試材の引張強さ、耐力、伸び、絞り等を求め、そ
の引張強さ、耐力が大きいほど引張強度に優れると共
に、伸び、絞りが大きいほど延性に優れていると評価す
るものである。
【0045】シャルピー衝撃試験は、供試材の衝撃値、
FATT等などを求め、この衝撃値が大きいほど又はF
ATTの値が小さいほど靭性に優れていると評価するも
のである。衝撃値は、一般に室温(20℃)で供試材に
衝撃的な力を加えたときの壊れにくさ、即ち靭性を示す
温度可変値であり、FATTは、衝撃試験片の破面率で
求まる延性−脆性遷移温度、即ち衝撃値の大きい高温域
で見られる延性破面と衝撃値の小さい低温域で見られる
脆性破面とが互いに混在する中間温度域内でその両破面
の面積率が50%−50%になる状態での温度を意味す
る。
FATT等などを求め、この衝撃値が大きいほど又はF
ATTの値が小さいほど靭性に優れていると評価するも
のである。衝撃値は、一般に室温(20℃)で供試材に
衝撃的な力を加えたときの壊れにくさ、即ち靭性を示す
温度可変値であり、FATTは、衝撃試験片の破面率で
求まる延性−脆性遷移温度、即ち衝撃値の大きい高温域
で見られる延性破面と衝撃値の小さい低温域で見られる
脆性破面とが互いに混在する中間温度域内でその両破面
の面積率が50%−50%になる状態での温度を意味す
る。
【0046】クリープ破断試験は、供試材のクリープ破
断強度等を求めるものである。この破断強度は、クリー
プ破断時間と対応する特性であり、その破断時間が長け
れば高くなる。ここで、複数の試験片で得られたクリー
プ破断試験結果(試験温度、試験応力、破断時間)をラ
ーソン・ミラー・パラメータを用いて整理すれば、任意
の温度(580℃等)におけるクリープ破断強度(10
5 時間破断強度など)を求めることができる。
断強度等を求めるものである。この破断強度は、クリー
プ破断時間と対応する特性であり、その破断時間が長け
れば高くなる。ここで、複数の試験片で得られたクリー
プ破断試験結果(試験温度、試験応力、破断時間)をラ
ーソン・ミラー・パラメータを用いて整理すれば、任意
の温度(580℃等)におけるクリープ破断強度(10
5 時間破断強度など)を求めることができる。
【0047】以上の各材料試験による引張強さ、0.0
2%耐力、伸び、絞り、FATT、580℃での105
時間破断強度の測定結果を表3に示す。
2%耐力、伸び、絞り、FATT、580℃での105
時間破断強度の測定結果を表3に示す。
【0048】
【表3】
【0049】比較のため、同様の材料試験をタービンロ
ータで実際に使用されている従来鋼についても行った。
この従来鋼としては、表4に示す化学組成の条件(供試
材No.S1〜S3)で代表される3種の試料、即ち、
高温用タービンロータ材用のCrMoV鋼(ASTM−
A470)(以下、「従来例1」)、低温用タービンロ
ータ材用のNiCrMoV鋼(ASTM−A471)
(以下、「従来例2」)、高温用タービンロータ材用の
12Cr鋼(特公昭60−54385号公報)(以下、
「従来例3」)を準備した。
ータで実際に使用されている従来鋼についても行った。
この従来鋼としては、表4に示す化学組成の条件(供試
材No.S1〜S3)で代表される3種の試料、即ち、
高温用タービンロータ材用のCrMoV鋼(ASTM−
A470)(以下、「従来例1」)、低温用タービンロ
ータ材用のNiCrMoV鋼(ASTM−A471)
(以下、「従来例2」)、高温用タービンロータ材用の
12Cr鋼(特公昭60−54385号公報)(以下、
「従来例3」)を準備した。
【0050】
【表4】
【0051】表4に示す3種の従来鋼では、表2に示す
熱処理条件HS1〜HS3を用いて試料を調整し、上記
と同様の材料試験を行った。この試験結果を表5に示
す。
熱処理条件HS1〜HS3を用いて試料を調整し、上記
と同様の材料試験を行った。この試験結果を表5に示
す。
【0052】
【表5】
【0053】3種の従来鋼の特性を比較すれば、従来例
1は引張強度及び靭性が最も劣り、従来例2は靭性が最
も優れ、従来例3は引張強度及びクリープ破断強度が最
も優れた特性をもつことが確認された。
1は引張強度及び靭性が最も劣り、従来例2は靭性が最
も優れ、従来例3は引張強度及びクリープ破断強度が最
も優れた特性をもつことが確認された。
【0054】本発明鋼の特性を上記の従来鋼と比較検討
してみた。その結果、引張強さ及び0.02%耐力の測
定値に関しては、実施例1〜44のいずれもが従来例1
〜3よりも高く、本発明鋼は3種の従来鋼よりも引張強
度及びクリープ破断強度が優れていることが確認され
た。また、伸びおよび絞りにおいては、実施例1〜44
は従来例1〜3とほぼ同等の値を示し、十分な延性を有
していることが確認された。
してみた。その結果、引張強さ及び0.02%耐力の測
定値に関しては、実施例1〜44のいずれもが従来例1
〜3よりも高く、本発明鋼は3種の従来鋼よりも引張強
度及びクリープ破断強度が優れていることが確認され
た。また、伸びおよび絞りにおいては、実施例1〜44
は従来例1〜3とほぼ同等の値を示し、十分な延性を有
していることが確認された。
【0055】FATTに関しては、実施例1〜44のい
ずれもが従来鋼の中で最も靭性の優れている従来例2よ
りも同等又は低い値を示し、本発明鋼は非常に優れた靭
性を有することが確認された。
ずれもが従来鋼の中で最も靭性の優れている従来例2よ
りも同等又は低い値を示し、本発明鋼は非常に優れた靭
性を有することが確認された。
【0056】クリープ破断強度に関しては、実施例1〜
44のいずれもが従来例1よりも高く、その一部のもの
では従来鋼の中で最もクリープ破断強度の優れている従
来例3とほぼ同等のレベルを示し、本発明鋼は非常に優
れたクリープ破断強度を有することが確認された。
44のいずれもが従来例1よりも高く、その一部のもの
では従来鋼の中で最もクリープ破断強度の優れている従
来例3とほぼ同等のレベルを示し、本発明鋼は非常に優
れたクリープ破断強度を有することが確認された。
【0057】以上のことから、本発明鋼は、蒸気タービ
ンロータで使用されている従来鋼よりも引張強度及び靭
性に優れているほか、クリープ破断強度についても従来
鋼の内で最も優れた特性をもつ12Cr鋼とほぼ同等ま
たはそれに近く、両者を兼ね備えた優れた新規な特性を
有する高靭性耐熱鋼であることが確認された。
ンロータで使用されている従来鋼よりも引張強度及び靭
性に優れているほか、クリープ破断強度についても従来
鋼の内で最も優れた特性をもつ12Cr鋼とほぼ同等ま
たはそれに近く、両者を兼ね備えた優れた新規な特性を
有する高靭性耐熱鋼であることが確認された。
【0058】比較例1〜20 比較鋼として、上述の表4に示すように各元素のいずれ
か1つについて本発明範囲の上限または下限を超えた化
学組成の条件(供試材S4〜S23)と、上述の熱処理
条件HM1とを用いて比較例1〜20を作製し、上記と
同様の試験を行った。
か1つについて本発明範囲の上限または下限を超えた化
学組成の条件(供試材S4〜S23)と、上述の熱処理
条件HM1とを用いて比較例1〜20を作製し、上記と
同様の試験を行った。
【0059】その結果、表5に示すように、比較鋼に
は、上述の本発明鋼と比べ、引張強度、靭性、及びクリ
ープ破断強度の全てにおいて優れた特性を示すものはな
く、クリープ破断強度が低い場合(比較例1〜5、7、
10、11、13〜15、17、19)、靭性が低い場
合(比較例6、8、9、12、14、16、18、2
0)、引張強度が低い場合(比較例1、13)が確認さ
れた。
は、上述の本発明鋼と比べ、引張強度、靭性、及びクリ
ープ破断強度の全てにおいて優れた特性を示すものはな
く、クリープ破断強度が低い場合(比較例1〜5、7、
10、11、13〜15、17、19)、靭性が低い場
合(比較例6、8、9、12、14、16、18、2
0)、引張強度が低い場合(比較例1、13)が確認さ
れた。
【0060】その他の比較鋼として、Coを含む場合も
上記と同様の結果、即ち引張強度、靭性、及びクリープ
破断強度の全てにおいて優れた特性を示すものがないこ
とが確認された。
上記と同様の結果、即ち引張強度、靭性、及びクリープ
破断強度の全てにおいて優れた特性を示すものがないこ
とが確認された。
【0061】(第2実施形態)この実施形態は、高靭性
耐熱鋼を用いたタービンロータ等の製造法に関して主に
熱処理条件の影響を具体的に実験で調べたものである。
耐熱鋼を用いたタービンロータ等の製造法に関して主に
熱処理条件の影響を具体的に実験で調べたものである。
【0062】実施例45 実施例45では、W及びCoを含まない供試材M1に対
して熱処理条件HM1を用いて上記と同様の試験を行っ
た。その結果、表6に示すように、引張強度、靭性、ク
リープ破断強度の全てが優れていることが確認された。
して熱処理条件HM1を用いて上記と同様の試験を行っ
た。その結果、表6に示すように、引張強度、靭性、ク
リープ破断強度の全てが優れていることが確認された。
【0063】従って、この実施例によれば、例えば高低
圧一体型タービンロータ用の素体として好適な特性、即
ち低圧部においては非常に優れた引張強度及び靭性を、
また高圧部においては非常に優れたクリープ破断強度を
有する高靭性耐熱鋼が得られる。
圧一体型タービンロータ用の素体として好適な特性、即
ち低圧部においては非常に優れた引張強度及び靭性を、
また高圧部においては非常に優れたクリープ破断強度を
有する高靭性耐熱鋼が得られる。
【0064】
【表6】
【0065】実施例46 実施例46では、上述のHM1に加え、475℃での2
回目の焼戻しを行う熱処理条件HM2を使用し、その他
については上記と同様とした。その結果、表6に示すよ
うに、HM1を用いた実施例45と比べ、0.02%耐
力が大きく上昇し、FATT及びクリープ破断強度が殆
ど変化していないことが確認された。
回目の焼戻しを行う熱処理条件HM2を使用し、その他
については上記と同様とした。その結果、表6に示すよ
うに、HM1を用いた実施例45と比べ、0.02%耐
力が大きく上昇し、FATT及びクリープ破断強度が殆
ど変化していないことが確認された。
【0066】従って、この実施例によれば、2回目の焼
戻しを行うことにより、引張強度をより一層高めること
ができ、例えばロータ素材の製造時に使用すれば、その
効果をより有効に発揮させることができる。
戻しを行うことにより、引張強度をより一層高めること
ができ、例えばロータ素材の製造時に使用すれば、その
効果をより有効に発揮させることができる。
【0067】実施例47 実施例47では、焼入れ温度を1000℃とし、その他
についてはHM1と同様とした熱処理条件HM3を使用
した。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実
施例45と比べ、クリープ破断強度は低下する傾向にあ
るものの、引張強さ及び0.02%耐力はほとんど変化
せず、FATTは大きく低下することが確認された。
についてはHM1と同様とした熱処理条件HM3を使用
した。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実
施例45と比べ、クリープ破断強度は低下する傾向にあ
るものの、引張強さ及び0.02%耐力はほとんど変化
せず、FATTは大きく低下することが確認された。
【0068】従って、この実施例によれば、950℃〜
1030℃の低い加熱温度範囲で焼入れを行うことによ
り、例えば高低圧一体型蒸気タービンロータ素体の低圧
部等の好適な特性、即ちより優れた靭性をもつ高靭性耐
熱鋼が得られる。
1030℃の低い加熱温度範囲で焼入れを行うことによ
り、例えば高低圧一体型蒸気タービンロータ素体の低圧
部等の好適な特性、即ちより優れた靭性をもつ高靭性耐
熱鋼が得られる。
【0069】実施例48 実施例48では、焼入れ温度を1070℃とし、その他
についてはHM1と同様とした熱処理条件HM4を使用
した。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実
施例45と比べ、FATTが上昇するものの、引張強さ
及び0.02%耐力が殆どほ変化せず、クリープ破断強
度が上昇することが確認された。
についてはHM1と同様とした熱処理条件HM4を使用
した。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実
施例45と比べ、FATTが上昇するものの、引張強さ
及び0.02%耐力が殆どほ変化せず、クリープ破断強
度が上昇することが確認された。
【0070】従って、この実施例によれば、1030℃
〜1120℃の高い加熱温度範囲で焼入れを行うことに
より、例えば高低圧一体型蒸気タービンロータ素体の高
圧部又は中圧部等に好適な特性、即ちより優れたクリー
プ破断強度をもつ高靭性耐熱鋼が得られる。
〜1120℃の高い加熱温度範囲で焼入れを行うことに
より、例えば高低圧一体型蒸気タービンロータ素体の高
圧部又は中圧部等に好適な特性、即ちより優れたクリー
プ破断強度をもつ高靭性耐熱鋼が得られる。
【0071】実施例49 実施例49では、焼戻し温度を600℃とし、その他に
ついてはHM1と同様とした熱処理条件HM5を使用し
た。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実施
例45と比べ、クリープ破断強度がわずかに低下し、F
ATTがわずかに上昇し、引張強さ及び0.02%耐力
が大きく上昇することが確認された。
ついてはHM1と同様とした熱処理条件HM5を使用し
た。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実施
例45と比べ、クリープ破断強度がわずかに低下し、F
ATTがわずかに上昇し、引張強さ及び0.02%耐力
が大きく上昇することが確認された。
【0072】従って、この実施例によれば、550℃〜
630℃の低い加熱温度範囲で焼戻しを行うことによ
り、例えば高低圧一体型蒸気タービンロータ素体の低圧
部等に好適な特性、即ちより優れた引張強度をもつ高靭
性耐熱鋼が得られる。
630℃の低い加熱温度範囲で焼戻しを行うことによ
り、例えば高低圧一体型蒸気タービンロータ素体の低圧
部等に好適な特性、即ちより優れた引張強度をもつ高靭
性耐熱鋼が得られる。
【0073】実施例50 実施例50では、焼戻し温度を680℃とし、その他に
ついてはHM1と同様とした熱処理条件HM6を使用し
た。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実施
例45と比べ、引張強さ及び0.02%耐力が低下し、
FATTがわずかに低下し、クリープ破断強度が上昇す
ることが確認された。
ついてはHM1と同様とした熱処理条件HM6を使用し
た。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実施
例45と比べ、引張強さ及び0.02%耐力が低下し、
FATTがわずかに低下し、クリープ破断強度が上昇す
ることが確認された。
【0074】従って、この実施例によれば、630℃〜
740℃の高い加熱温度範囲で焼戻しを行うことによ
り、例えば高低圧一体型蒸気タービンロータ素体の高圧
部又は中圧部等に好適な特性、即ちより優れたクリープ
破断強度をもつ高靭性耐熱鋼が得られる。
740℃の高い加熱温度範囲で焼戻しを行うことによ
り、例えば高低圧一体型蒸気タービンロータ素体の高圧
部又は中圧部等に好適な特性、即ちより優れたクリープ
破断強度をもつ高靭性耐熱鋼が得られる。
【0075】実施例51 実施例51では、焼入れ温度を1000℃とし、焼戻し
温度を600℃とし、その他についてはHM1と同様と
した熱処理条件HM7を使用した。その結果、表6に示
すように、HM1を用いた実施例45と比べ、クリープ
破断強度が低下するものの、FATTが大きく低下し、
引張強さ及び0.02%耐力が大きく上昇していること
が確認された。
温度を600℃とし、その他についてはHM1と同様と
した熱処理条件HM7を使用した。その結果、表6に示
すように、HM1を用いた実施例45と比べ、クリープ
破断強度が低下するものの、FATTが大きく低下し、
引張強さ及び0.02%耐力が大きく上昇していること
が確認された。
【0076】従って、この実施例によれば、950℃〜
1030℃の低い温度範囲で焼入れを行い、更に550
℃〜630℃の低い加熱温度範囲で焼戻しを行うことに
より、例えば高低圧一体型蒸気タービンロータ素体の低
圧部等に好適な特性、即ちより優れた引張強度と靭性と
をもつ高靭性耐熱鋼が得られる。
1030℃の低い温度範囲で焼入れを行い、更に550
℃〜630℃の低い加熱温度範囲で焼戻しを行うことに
より、例えば高低圧一体型蒸気タービンロータ素体の低
圧部等に好適な特性、即ちより優れた引張強度と靭性と
をもつ高靭性耐熱鋼が得られる。
【0077】実施例52 実施例52では、焼入れ温度を1070℃とし、焼戻し
温度を680℃とし、その他についてはHM1と同様と
した熱処理条件HM8を使用した。その結果、表6に示
すように、HM1を用いた実施例45と比べ、引張強さ
及び0.02%耐力が低下し、FATTが上昇するもの
の、クリープ破断強度が大きく上昇することが確認され
た。
温度を680℃とし、その他についてはHM1と同様と
した熱処理条件HM8を使用した。その結果、表6に示
すように、HM1を用いた実施例45と比べ、引張強さ
及び0.02%耐力が低下し、FATTが上昇するもの
の、クリープ破断強度が大きく上昇することが確認され
た。
【0078】従って、この実施例によれば、焼入れを1
030℃〜1120℃の高い温度範囲で施し、加えて焼
戻しを630〜740℃の高い加熱温度範囲で施すこと
により、例えば高低圧一体型蒸気タービンロータ素体の
低圧部等に好適な特性、即ちより一層優れたクリープ破
断強度をもつ高靭性耐熱鋼が得られる。
030℃〜1120℃の高い温度範囲で施し、加えて焼
戻しを630〜740℃の高い加熱温度範囲で施すこと
により、例えば高低圧一体型蒸気タービンロータ素体の
低圧部等に好適な特性、即ちより一層優れたクリープ破
断強度をもつ高靭性耐熱鋼が得られる。
【0079】実施例53 実施例53では、上述のHM7に加え、475℃におけ
る2回目の焼戻しを行う熱処理条件HM9を使用した。
その結果、表6に示すように、HM7を用いたん実施例
51と比べ、0.02%耐力が大きく上昇し、FATT
及びクリープ破断強度が殆ど変化しないことが確認され
た。
る2回目の焼戻しを行う熱処理条件HM9を使用した。
その結果、表6に示すように、HM7を用いたん実施例
51と比べ、0.02%耐力が大きく上昇し、FATT
及びクリープ破断強度が殆ど変化しないことが確認され
た。
【0080】従って、この実施例によれば、焼入れを9
50℃〜1030℃の低い温度範囲で行い、焼戻しを5
50℃〜630℃の低い加熱温度範囲で施し、加えて2
回目の焼戻しを施すことにより、例えば高低圧一体型蒸
気タービンロータ素体の低圧部等に好適な特性、即ちよ
り一層優れた引張強度と靭性とを同時にもつ高靭性耐熱
鋼が得られる。
50℃〜1030℃の低い温度範囲で行い、焼戻しを5
50℃〜630℃の低い加熱温度範囲で施し、加えて2
回目の焼戻しを施すことにより、例えば高低圧一体型蒸
気タービンロータ素体の低圧部等に好適な特性、即ちよ
り一層優れた引張強度と靭性とを同時にもつ高靭性耐熱
鋼が得られる。
【0081】実施例54 実施例54では、上述のHM8に加え、475℃におけ
る2回目の焼戻しを行う熱処理条件HM10を使用し
た。その結果、表6に示すように、HM8を用いた実施
例52と比べ、0.02%耐力が上昇し、FATT及び
クリープ破断強度が殆ど変化しないことが確認された。
る2回目の焼戻しを行う熱処理条件HM10を使用し
た。その結果、表6に示すように、HM8を用いた実施
例52と比べ、0.02%耐力が上昇し、FATT及び
クリープ破断強度が殆ど変化しないことが確認された。
【0082】従って、この実施例によれば、焼入れを1
030℃〜1120℃の高い温度範囲で施し、焼戻しを
630℃〜740℃の高い加熱温度範囲で施した場合に
は、2回目の焼戻しを行っても、高低圧一体型蒸気ター
ビンロータ素体の高圧部に好適な特性、即ちより優れた
クリープ破断強度を維持させた高靭性耐熱鋼が得られ
る。
030℃〜1120℃の高い温度範囲で施し、焼戻しを
630℃〜740℃の高い加熱温度範囲で施した場合に
は、2回目の焼戻しを行っても、高低圧一体型蒸気ター
ビンロータ素体の高圧部に好適な特性、即ちより優れた
クリープ破断強度を維持させた高靭性耐熱鋼が得られ
る。
【0083】実施例55 実施例55では、焼入れ温度を930℃とし、その他に
ついてはHM1と同様とした熱処理条件HS4を使用し
た。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実施
例45と比べ、引張強度、靭性、及びクリープ破断強度
のいずれもが低いことが確認された。
ついてはHM1と同様とした熱処理条件HS4を使用し
た。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実施
例45と比べ、引張強度、靭性、及びクリープ破断強度
のいずれもが低いことが確認された。
【0084】実施例56 実施例56では、焼入れ温度を1140℃とし、その他
についてはHM1と同様とした熱処理条件HS5を使用
した。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実
施例45と比べ、特に靭性と延性が低いことが確認され
た。
についてはHM1と同様とした熱処理条件HS5を使用
した。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実
施例45と比べ、特に靭性と延性が低いことが確認され
た。
【0085】実施例57 実施例57では、焼戻し温度を530℃とし、その他に
ついてはHM1と同様とした熱処理条件HS6を使用し
た。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実施
例45と比べ、特に靭性と延性が低いことが確認され
た。
ついてはHM1と同様とした熱処理条件HS6を使用し
た。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実施
例45と比べ、特に靭性と延性が低いことが確認され
た。
【0086】実施例58 実施例58では、焼戻し温度を760℃とし、その他に
ついてはHM1と同様とした熱処理条件HS7を使用し
た。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実施
例45と比べ、特に引張強度とクリープ破断強度とが低
いことが確認された。
ついてはHM1と同様とした熱処理条件HS7を使用し
た。その結果、表6に示すように、HM1を用いた実施
例45と比べ、特に引張強度とクリープ破断強度とが低
いことが確認された。
【0087】実施例59〜72 実施例59〜72では、Wを含む供試材M31について
上記と同様の熱処理条件を異ならせた条件HM1〜HM
10、HS4〜HS7をぞれぞれ使用した。その結果、
表6に示すように供試材M1の場合と略同様の結果が得
られた。
上記と同様の熱処理条件を異ならせた条件HM1〜HM
10、HS4〜HS7をぞれぞれ使用した。その結果、
表6に示すように供試材M1の場合と略同様の結果が得
られた。
【0088】実施例73〜86 実施例73〜86では、WおよびCoを含む供試材M4
1について上記と同様の熱処理条件を異ならせた条件H
M1〜HM10、HS4〜HS7をぞれぞれ使用した。
その結果、表6に示すように供試材M1の場合と略同様
の結果が得られた。
1について上記と同様の熱処理条件を異ならせた条件H
M1〜HM10、HS4〜HS7をぞれぞれ使用した。
その結果、表6に示すように供試材M1の場合と略同様
の結果が得られた。
【0089】(第3実施形態)この実施形態は、タービ
ンロータ素体を構成する鋼塊の製造法を変えて実施した
ものである。
ンロータ素体を構成する鋼塊の製造法を変えて実施した
ものである。
【0090】実施例87 実施例87では、表7に示す本発明範囲内の化学組成の
条件(供試材E1)を用いて供試材を調整し、電気炉溶
解後、エレクトロスラグ再溶解の電極用モールドに鋳込
み、その鋳塊を消耗電極としてエレクトロスラグ再溶解
法を用いて鋼塊を製造し、これを1200℃に加熱して
プレス鍛造を行い、ロータに相当する部分のモデル(1
000mmφ×800mm)を得た。このモデルに対し
て1030℃での焼入れ後に630℃の加熱温度での焼
戻しを行う熱処理を施した。
条件(供試材E1)を用いて供試材を調整し、電気炉溶
解後、エレクトロスラグ再溶解の電極用モールドに鋳込
み、その鋳塊を消耗電極としてエレクトロスラグ再溶解
法を用いて鋼塊を製造し、これを1200℃に加熱して
プレス鍛造を行い、ロータに相当する部分のモデル(1
000mmφ×800mm)を得た。このモデルに対し
て1030℃での焼入れ後に630℃の加熱温度での焼
戻しを行う熱処理を施した。
【0091】
【表7】
【0092】このように得られた供試材の表層部と中心
部との両方から試験片を切り出し、上記と同様に室温に
おける引張試験、シャルピー衝撃試験及びクリープ破断
試験を行い、引張強さ、0.02%耐力、伸び、絞り、
FATT、580℃での105 時間破断強度を求めた。
部との両方から試験片を切り出し、上記と同様に室温に
おける引張試験、シャルピー衝撃試験及びクリープ破断
試験を行い、引張強さ、0.02%耐力、伸び、絞り、
FATT、580℃での105 時間破断強度を求めた。
【0093】その結果、表8に示すように、引張強さ、
0.02%耐力、伸び、絞り、FATT、クリープ破断
強度については、表層部と中心部とでほぼ同等の値を示
すことが確認された。
0.02%耐力、伸び、絞り、FATT、クリープ破断
強度については、表層部と中心部とでほぼ同等の値を示
すことが確認された。
【0094】
【表8】
【0095】従って、この実施例によれば、高靭性耐熱
鋼を用いたタービンロータ素体を形成する鋼塊をエレク
トロスラグ再溶解法を用いて製造することにより、表層
部と中心部との間で引張強度、延性、靭性、クリープ破
断強度に殆ど差がない、より均質なロータ素体が得られ
る。
鋼を用いたタービンロータ素体を形成する鋼塊をエレク
トロスラグ再溶解法を用いて製造することにより、表層
部と中心部との間で引張強度、延性、靭性、クリープ破
断強度に殆ど差がない、より均質なロータ素体が得られ
る。
【0096】実施例88 実施例88では、表7に示すように、WとCoを含む化
学組成条件(供試材E2)を使用し、その他については
実施例87と同様とした。この実施例によれば、表8に
示すように、上記と同様の結果が得られ、特にその効果
が合金元素を多く添加した場合に顕著となることが確認
された。
学組成条件(供試材E2)を使用し、その他については
実施例87と同様とした。この実施例によれば、表8に
示すように、上記と同様の結果が得られ、特にその効果
が合金元素を多く添加した場合に顕著となることが確認
された。
【0097】実施例89 実施例89では、表7に示すように実施例87で用いた
供試材E1とほぼ同様の組成条件(供試材V1)で供試
材を調整し、電気炉溶解後、真空カーボン脱酸法を用い
て鋼塊を製造し、これを1200℃に加熱してプレス鍛
造を行い、ロータに相当する部分のモデル(1000m
mφ×800mm)を作製し、上記と同様の熱処理を行
い、得られた供試材に対して上記と同様の試験を行っ
た。
供試材E1とほぼ同様の組成条件(供試材V1)で供試
材を調整し、電気炉溶解後、真空カーボン脱酸法を用い
て鋼塊を製造し、これを1200℃に加熱してプレス鍛
造を行い、ロータに相当する部分のモデル(1000m
mφ×800mm)を作製し、上記と同様の熱処理を行
い、得られた供試材に対して上記と同様の試験を行っ
た。
【0098】その結果、表8に示すように、引張強さ、
0.02%耐力、クリープ破断強度は表層部と中心部と
でほぼ同等であるが、伸び、絞りは中心部で低下し、F
ATTは中心部で上昇する傾向が確認された。
0.02%耐力、クリープ破断強度は表層部と中心部と
でほぼ同等であるが、伸び、絞りは中心部で低下し、F
ATTは中心部で上昇する傾向が確認された。
【0099】実施例90 実施例90では、表7に示すように実施例88で用いた
供試材E2とほぼ同様の組成条件(供試材V2)を使用
し、その他については実施例89と同様とした。この実
施例によれば、上記と同様の結果が得られ、特にその傾
向が合金元素をより多く添加した場合に顕著となること
が確認された。
供試材E2とほぼ同様の組成条件(供試材V2)を使用
し、その他については実施例89と同様とした。この実
施例によれば、上記と同様の結果が得られ、特にその傾
向が合金元素をより多く添加した場合に顕著となること
が確認された。
【0100】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、高温の蒸気条件下でも高いクリープ破断強度を有す
ると共に、比較的低温の蒸気条件下でも引張強度及び靭
性が高い特性をもつ高靭性耐熱鋼を提供できる。従っ
て、この高靭性耐熱鋼を用いてタービンロータ、特に高
低圧一体型タービンロータを構成すれば、高温蒸気環境
で使用できると同時に長尺の低圧最終段翼を装着できる
優れた利点があり、従来では実現されていない高低圧一
体型タービンを用いた大容量・高効率発電プラント構成
を構築でき、産業上有益な効果が得られる。
ば、高温の蒸気条件下でも高いクリープ破断強度を有す
ると共に、比較的低温の蒸気条件下でも引張強度及び靭
性が高い特性をもつ高靭性耐熱鋼を提供できる。従っ
て、この高靭性耐熱鋼を用いてタービンロータ、特に高
低圧一体型タービンロータを構成すれば、高温蒸気環境
で使用できると同時に長尺の低圧最終段翼を装着できる
優れた利点があり、従来では実現されていない高低圧一
体型タービンを用いた大容量・高効率発電プラント構成
を構築でき、産業上有益な効果が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F01D 5/28 C22B 9/18 Z
Claims (8)
- 【請求項1】 重量比で、C:0.05%以上0.30
%以下、Si:0%を超えて0.20%以下、Mn:0
%を超えて1.0%以下、Cr:8.0%以上14.0
%以下、Mo:0.5%以上3.0%以下、V:0.1
0%以上0.50%以下、Ni:1.5%以上5.0%
以下、Nb:0.01%以上0.50%以下、N:0.
01%以上0.08%以下、B:0.001%以上0.
020%以下を含み、残部をFe及び不可避的不純物で
構成する化学組成を備えたことを特徴とする高靭性耐熱
鋼。 - 【請求項2】 重量比で、C:0.05%以上0.30
%以下、Si:0%を超えて0.20%以下、Mn:0
%を超えて1.0%以下、Cr:8.0%以上14.0
%以下、Mo:0.1%以上2.0%以下、W:0.3
%以上5.0%以下、V:0.10%以上0.50%以
下、Ni:1.5%以上5.0%以下、Nb:0.01
%以上0.50%以下、N:0.01%以上0.08%
以下、B:0.001%以上0.020%以下を含み、
残部をFe及び不可避的不純物で構成する化学組成を備
えたことを特徴とする高靭性耐熱鋼。 - 【請求項3】 Co:0.5%以上6.0%以下を更に
含む請求項1または2記載の高靭性耐熱鋼。 - 【請求項4】 請求項1から3までのいずれか1項記載
の高靭性耐熱鋼を用いて構成したことを特徴とするター
ビンロータ。 - 【請求項5】 請求項1から3までのいずれか1項記載
の化学組成の条件で材料を調整し、その材料を用いてタ
ービンロータ素体を形成し、このタービンロータ素体に
950℃〜1120℃の加熱温度条件で焼入れを行い、
その後、上記タービンロータ素体に550℃〜740℃
の加熱温度条件を用いて少なくとも1回の焼戻しを施す
ことを特徴とするタービンロータの製造方法。 - 【請求項6】 前記焼入れ処理の加熱温度条件として、
前記タービンロータ素体の高圧部又は中圧部に相当する
部分で1030℃以上1120℃以下とし、上記タービ
ンロータ素体の低圧部に相当する部分で950℃以上1
030℃以下とした条件を用いる請求項5記載のタービ
ンロータの製造方法。 - 【請求項7】 前記焼戻し処理の加熱温度条件として、
前記タービンロータ素体の高圧部又は中圧部に相当する
部分で550℃以上630℃以下とし、上記タービンロ
ータ素体の低圧部に相当する部分で630℃以上740
℃以下とした条件を用いる請求項5または6記載のター
ビンロータの製造方法。 - 【請求項8】 前記タービンロータ素体を形成する工程
として、エレクトロスラグ再溶解法を用いて上記タービ
ンロータ素体の鋼塊を製造する工程を用いる請求項5か
ら7までのいずれか1項記載のタービンロータの製造方
法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9072258A JPH10265909A (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | 高靭性耐熱鋼、タービンロータ及びその製造方法 |
| DE69817053T DE69817053T2 (de) | 1997-03-25 | 1998-03-24 | Hochzäher, hochtemperaturbeständiger Stahl, Turbinenrotor und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US09/046,793 US6193469B1 (en) | 1997-03-25 | 1998-03-24 | High toughness heat-resistant steel, turbine rotor and method of producing the same |
| EP98105305A EP0867522B1 (en) | 1997-03-25 | 1998-03-24 | High toughness heat-resistant steel, turbine rotor and method of producing the same |
| AT98105305T ATE247180T1 (de) | 1997-03-25 | 1998-03-24 | Hochzäher, hochtemperaturbeständiger stahl, turbinenrotor und verfahren zu dessen herstellung |
| CN98108207A CN1109122C (zh) | 1997-03-25 | 1998-03-25 | 高韧性耐热钢和涡轮转子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9072258A JPH10265909A (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | 高靭性耐熱鋼、タービンロータ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10265909A true JPH10265909A (ja) | 1998-10-06 |
Family
ID=13484096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9072258A Pending JPH10265909A (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | 高靭性耐熱鋼、タービンロータ及びその製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6193469B1 (ja) |
| EP (1) | EP0867522B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10265909A (ja) |
| CN (1) | CN1109122C (ja) |
| AT (1) | ATE247180T1 (ja) |
| DE (1) | DE69817053T2 (ja) |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6358004B1 (en) * | 1996-02-16 | 2002-03-19 | Hitachi, Ltd. | Steam turbine power-generation plant and steam turbine |
| JP3898785B2 (ja) * | 1996-09-24 | 2007-03-28 | 株式会社日立製作所 | 高低圧一体型蒸気タービン用動翼と高低圧一体型蒸気タービン及びコンバインド発電システム並びに複合発電プラント |
| JPH11209851A (ja) * | 1998-01-27 | 1999-08-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービンディスク材 |
| SE516622C2 (sv) * | 2000-06-15 | 2002-02-05 | Uddeholm Tooling Ab | Stållegering, plastformningsverktyg och seghärdat ämne för plastformningsverktyg |
| JP3905739B2 (ja) * | 2001-10-25 | 2007-04-18 | 三菱重工業株式会社 | タービンロータ用12Cr合金鋼、その製造方法及びタービンロータ |
| DE20206947U1 (de) * | 2002-05-02 | 2003-02-06 | Joh. Winklhofer & Söhne GmbH und Co KG, 81369 München | Gelenkkette mit nitriertem Gelenkbolzen |
| CN100342052C (zh) * | 2004-01-20 | 2007-10-10 | 吉林大学 | 热作模具钢 |
| DE202005011198U1 (de) * | 2004-09-10 | 2005-09-22 | Joh. Winklhofer & Söhne GmbH und Co. KG | Rollenkette mit großer Laschenhöhe |
| JP4266194B2 (ja) * | 2004-09-16 | 2009-05-20 | 株式会社東芝 | 耐熱鋼、耐熱鋼の熱処理方法および高温用蒸気タービンロータ |
| CN100425724C (zh) * | 2006-05-29 | 2008-10-15 | 中国铝业股份有限公司 | 中铬耐热合金、免打渣、整体铸造铝水分配器 |
| WO2008119638A1 (de) | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Alstom Technology Ltd | Kriechfester stahl |
| ATE492661T1 (de) | 2008-02-25 | 2011-01-15 | Alstom Technology Ltd | Kriechfester stahl |
| DE102011003632A1 (de) * | 2011-02-04 | 2012-08-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Turboverdichterlaufrad und Verfahren zum Herstellen desselben |
| US8961144B2 (en) * | 2011-06-30 | 2015-02-24 | General Electric Company | Turbine disk preform, welded turbine rotor made therewith and methods of making the same |
| US9000324B2 (en) | 2011-07-25 | 2015-04-07 | Hamilton Sundstrand Corporation | Fabrication of load compressor scroll housing |
| US11634803B2 (en) | 2012-10-24 | 2023-04-25 | Crs Holdings, Llc | Quench and temper corrosion resistant steel alloy and method for producing the alloy |
| JP6342409B2 (ja) * | 2012-10-24 | 2018-06-13 | シーアールエス ホールディングス, インコーポレイテッドCrs Holdings, Incorporated | 焼入れ焼戻し耐食合金鋼 |
| CN103074550B (zh) * | 2013-02-06 | 2015-03-25 | 上海电气电站设备有限公司 | 用做耐620℃高温的汽轮机转子钢材料 |
| US10094007B2 (en) | 2013-10-24 | 2018-10-09 | Crs Holdings Inc. | Method of manufacturing a ferrous alloy article using powder metallurgy processing |
| CN105296867B (zh) * | 2015-11-17 | 2017-06-16 | 攀钢集团江油长城特殊钢有限公司 | 一种低硅低铝高硼的马氏体不锈钢的冶炼方法 |
| SE540110C2 (en) * | 2016-06-01 | 2018-04-03 | Ovako Sweden Ab | High strength steel, method of manufacturing a part made of steel and use of the steel |
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