JPS5813608B2 - 高低圧−体型蒸気タ−ビンロ−タの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、低温の蒸気に曝される部分は優れた靭性と
強度を．また高温の蒸気に曝される部分は優れた高温ク
リーブ破断強さを発揮できるようにした高低圧一体型蒸
気タービン用ロータの製造方法に関する。

一般に、営業用の大型蒸気タービン用ロータは、使用蒸
気温度、圧力などによって高圧部、中圧部および低圧部
がそれぞれ所要の性質に応じた異種の材質で構成されて
いる。

しかし、７０〜８０ＭＷ程度以下の自家発電用蒸気ター
ビン用ロータは，小型化、機構の簡略化などの見地から
、高圧部から低圧部まで同一の材質で構成されている。

そして、自家発電用蒸気タービンにおいては、従来その
使用蒸気温度が高々５００℃程度までであったが、最近
では熱効率向上の観点から５００℃以上の温度で、しか
も大容量化が望まれるようになってきている。

このような、自家発電蒸気タービンに使用する高低圧一
体型タービン用ロータでは、一本のロータで、高圧部お
よび中圧部においては高温強度を、また低圧部において
は靭性および引張強さや耐力をそれぞれ満す必要がある
が従来より高低圧一体型ロータとして使用されている表
１に示すような化学組成の材料からなるロータでは次の
ような不都合が認められた。

すなわち、添付図は、高低圧一体型蒸気タービン用ロー
タの断面図の例を示したものであるが、表−１に示す合
金組成よりなるロータにおいては高圧部（ａ部）の高温
強度が充分ではなく、また低圧部（Ｃ部）の靭性も充分
でないなどの欠点を有している。

従って本発明は、高圧部および低圧部で優れた強度性を
発揮でき、また低圧部で優れた靭性を発揮でき、常に所
要の機能を発揮させ得る高低圧一体型蒸気タービン用ロ
ータの製造方法を提供するものである。

以下、本発明を詳細に説明すると、本発明は、重量比で
炭素０．２０〜０．３５％．硅素０．２％以下、マンガ
ン１，０％以下、クロム０，５〜１．５％、ニッケル１
．５％以下、モリブデン０．５〜１．５％、バナジウム
０．１５〜０．３％、残部鉄および付随的不純物より成
る低合金鋼を溶解鋳造後、鍛造を行ない、蒸気タービン
用ロータ素体を形成する工程と、前記蒸気タービン用ロ
ータ素体を蒸気タービンに組込んだときに高温蒸気に曝
される高圧部、中圧部にあたる部分を９５０℃〜１，０
００℃に、また低圧部にあたる部分を９００℃〜９５０
℃未満に加熱してオーステナイト化した後、上記素体の
中心部の軸方向の平均温度変化が５０〜５００℃／ ｈ
ｒ の範囲で、かつ高中圧部および低圧部の中心部に
おける上記平均温度変化が同一となる冷却速度で冷却し
て焼入する工程と、 前記焼入したロータ素体を６００〜７５０℃で焼戻しす
る工程とを具備してなることを特徴とする高低圧一体型
蒸気タービン用ロータの製造方法である。

本発明に係る高低圧一体型蒸気タービンロータの製造方
法で製造されたロータは従来使用されているロータの製
造方法、例えばロータ素体全体を強制空冷で焼入する、
あるいはロータ素体全体を噴霧冷却で焼入するなどの方
法で製造されたものに較べ、ロータ素体全体がベイナイ
ト相を呈し、しかも高圧部および低圧部の強度および靭
性に優れ、また高温部（高、中圧部）の高温強度も優れ
、高低圧一体型蒸気タービン用ロータとして充分実用に
供し得るものである。

ここで本発明に係る高低圧一体型蒸気タービン用ロータ
の製造方法における各限定理由について説明すると、 まず、低合金鋼の組成比において、炭素は焼入性を向上
させ引張強さや耐力を向上させるに必要な元素であるが
、その量が０．２％未満ではフエライト相が生成して実
質的にベンナイト組織が得られず、所要の引張強さや耐
力を得ることが出来ず、また０．３５％を越えると靭性
が低下するのでこの範囲とする。

硅素およびマンガンは脱酸、脱硫剤として添加するもの
であるが、硅素を多量に含有すると靭性を害すること、
および焼戻し脆化度が大きくなるので０．２％以下とす
る。

またマンガンは焼入性を増し引張強さを向上させるが硅
素と同様に多量の含有は靭性を害するので１％以下とす
る。

クロムは高温における強度を向上させまた靭性を向上さ
せるに必要な元素であるが０．５％未満ではその効果が
小さく、また多量含有すると高温強度および靭性を劣化
させるので１．５％までとする。

さらにニッケルは焼入性を向上させ低温における強度お
よび靭性を向上させるが、多量の含有は高温強度を低下
させるので１，５％以下とする。

モリブデンは焼入性を向上させまた高温強度を向上させ
るとともに焼戻し脆性を防止するに必要な元素で０．５
％未満ではその効果が充分でなく、多量含有すると靭性
を低下させるので１．５％までとする。

バナジウムは高温の強度を向上させるに必要な元素であ
るが、０．１５％未満ではその効果が充分でなく、また
多量の含有は靭性を劣化させるので０．３％までとする
。

焼入時のオーステナイト化処理温変については、低圧部
分のオーステナイト化温度が９００℃未満の温度では焼
入してもフエライト相が生成して実質的にベイナイト組
織が得られず材料強度が得られない。

また、９５０℃以上の温度では靭性が低下することから
この範囲とする。

一方高圧部および中圧部のオーステナイト化温度が９５
０℃未満の場合には、蒸気タービンの使用時に高温の蒸
気に曝される高圧部および中圧部の、タービン翼埋込部
分であるロータ表層部の高温強度が得られず、また１，
０００℃を越えると高温での切欠き弱化が認められるた
めこの範囲とする。

一方、焼入時の冷却速度については、素体の中心部にお
ける軸方向の平均冷却速度が５０℃／ ｈｒ未満ではフ
エライト相が発生し、強度性に劣り、また６００℃／ｈ
ｒを越えた場合でもベイナイト相が得られるが実際問題
としてロータ素材の如き大型材について中心部の冷却速
度が６００℃／ ｈｒ を越える冷均速度を得ることは
困難であることからして上記範囲とする。

また高中圧部および低圧部の中心部における上記平均冷
却速度を同一に設定するものとする。

また、焼戻し温度については６００℃未満では充分な焼
戻し効果が得られず，従がって良好な強度や靭性が得ら
れなく、７５０℃を越えた温度では所要の強度を得るこ
とが出来ないからである。

次に本発明の実施例を記載する。

表−２に示す化学組成よりなる低合金鋼を溶解、鍛造し
てロータ素体用テストピースを４個作製した。

ついで、これらテストピースのうちの２個を９２０℃に
，また残りの２個を９７０℃にそれぞれ加熱したのち実
際のロータ素体の表層部および中心部の冷却速度をシミ
ュレートした冷却速度で焼入後，６７０℃で焼戻しを施
こした。

しかるのち、引張試験、２ミリ■ノツチシャルピー衝撃
試験による５０％ＦＡＴＴの測定、高温クリープ破断試
験を行なった。

なお、実際のロータ素体に
おいて素体全体を水噴霧冷却した場合のロータ素体表層
部の冷却速度は高、中、低圧部とも６ｏｏ℃／時間程度
、中心部の冷却速度は約１００℃／時間程度以上である
。

表−３に実施例合金に各熱処理を施こしたのちの機械的
性質を示す。

また表−４に従来の高低圧一体型ロータとして用いられ
ているロータの機械的特性を示す。

表−３および表−４より明らかなように、従来高低圧一
体型ロータとして使用されているものに比べ、本発明に
係る高低圧一体型タービンロータの製造方法によると高
圧部および中圧部に必要な高温強度、低圧部に必要な靭
性とも所要の機械的性質を満足させ得ることが出来、充
分実用に供し得るロータを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は高低圧一体型蒸気タービン用ロータの断面の一例
を示したもので、図中ａおよびｂは高温蒸気に曝され、
高温強度が必要な高圧部および中圧部であり、Ｃは低温
の蒸気に曝され、靭性が必要な低圧部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量比で炭素０．２〜０．３５％、硅素０．２％以
   下、マンガン１．０％以下、クロム０．５〜１．５％、
   ニッケル１．５％以下、モリブデン０．５％〜１．５％
   、バナジウム０．１５〜０．３％、残部鉄および付随的
   不純物より成る低合金鋼を溶解鋳造後、鍛造を行ない蒸
   気タービン用ロータ素体を形成する工程と、前記蒸気タ
   ービン用ロータ素体を蒸気タービンに組込んだときに高
   温蒸気に曝される高圧部、中圧部にあたる部分を９５０
   ℃〜１，０００℃に、また、低圧部にあたる部分を９０
   ０℃〜９５０℃未満に加熱してオーステナイト化した後
   、上記素体の中心部の軸方向の平均温度変化が５０〜６
   ００℃／時間の範囲で、かつ高中圧部および低圧部の中
   心部における上記平均温度変化が同一となる冷却速度で
   冷却して焼入する工程と、 前記焼入したロータ素体を６００〜７５０℃で焼戻し処
   理する工程とを具備してなることを特徴とする高低圧一
   体型蒸気タービン用ロータの製造方法。