JPS58217664A

JPS58217664A - 蒸気タ−ビン動翼

Info

Publication number: JPS58217664A
Application number: JP9940582A
Authority: JP
Inventors: Miharu Fukazawa; 深沢　美治; Hiroaki Yoshioka; 洋明吉岡; Mitsuo Kawai; 光雄河合
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-06-11
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1983-12-17

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。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は高温で優れたクリープ強度を有する蒸気ター
ビンの高圧、中圧初段動翼に関する。

近年蒸気タービンは大容量化による熱効率の向上および
単位出力画シの建設費の低減を目的として、起動停止と
いう機能が要求される中間負荷的運用もなされている。

このタービンの大容量化などに伴ないタービンの使用温
度は上昇し、現在蒸気タービンの最高蒸気温度は５６６
℃となシ、この温度は今後共高温化の傾向にあり、従来
用いられていた動翼材では高温でのクリープ強度の不足
を生じるようになってきており、高温で優れたクリプ強
度が一層要求されている。

ところで従来の蒸気タービンの高圧、中圧初段動翼には
６般ＫＨ４６と呼ばれる１２Ｃｒ鋼（Ｃ０，１５％　。

Ｃｒ１１．５％、Ｍｏ０．４１５％、ＮｂＯ，２５％、
Ｖｏ、３％を含む鋼）などで構成されているが、蒸気タ
ービン入口の蒸気温度は５６６°０と高温化しており、
動作時に高温のクリープ強度の不足から第１図に示すよ
うに回転遠心力に耐えられずに動翼基体（１）に割れ（
３）が発生したり、あるいは翼埋込部（２）が浮き上り
ロータ（４）との間に隙間（５）が出来るなどにより極
端な場合には破壊にまで至る。

このように従来の動翼材では高温でのクリープ強度が不
充分で蒸気タービンの大容量化および高温化には対処し
得ない欠点を有している。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、６００
’Ｏ附近において高いクリープ破断強度を有する蒸気タ
ービンの高圧、中圧初段動翼を提供することを目的とす
るものである。

すなわち、本発明に係る蒸気タービン動翼は。

重ｔ％でＣｒ　１０〜１３　％　、　ＣＯ，１５〜０．
３％、ＭｎＱ、５〜１、Ｑ　９ｇ　、　ＭＯ０，５〜２
．０優、　Ｓｔ　Ｏ，６チ以下、ＮｉＯ，２〜ｉ、。

チ、Ｖ０．１〜０．３％、Ｎｂ０．３〜０．７％、ＮＯ
，０４へ０．１％。

Ｗｌ、０〜２．５％、　Ｃｏ　□、３〜２．０チ、８０
．０１〜０．０２５係および残部鉄および付随的不純物
よ構成る合金である。

本発明に係る蒸気タービン動翼を構成する１２１Ｃｒ系
耐熱鋼は、前述の１２　Ｃｒ　、　Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ鋼に
組成範囲を限定したＷおよびＢおよびＣＯを添加するこ
とによって優れた高温でのクリープ強度を発揮すること
を究明してなされたものである。

ここで本発明に係る１２Ｃｒ系耐熱鋼の組成限定につい
て説明すると、Ｃは高温で鉄中に固溶してオーステナイ
ト組織をつくり、急冷によりｒ−α′変態を起させ高温
での強度を向上させるとともに、Ｃｒ＋Ｗなどの元素と
炭化物を形成して高温のクリープ強度を向上させるに必
要なもので、０．１５チ未満ではその効果が小さく、ま
た０３チを越えると、高温に長時間さらされた場合に組
織が不安定となり、クリープ強度および伸びを低下させ
る。

Ｃｒは鉄中に固溶し、合金の強度を向上させるとともに
、耐酸化性、耐食性を向上させるに必要な元素で、１０
チ未満では十分な強度や耐酸化性、耐食性を得ることは
出来ず、また１３チを越えるとδフェライト相が生成し
易くなり、高温のクリープ強度を低下させることからこ
の範囲とする。

廁は、溶解時の脱酸剤、脱硫剤として必要な元素であり
、また合金のオーステナイト相の範囲を拡げる元素で、
少なくとも０．５チは必要で、１．０％を越えると高温
のクリープ強度を低下させる。

ＭＯは合金中に固溶体強化により高温でのクリープ強度
を向上させるに必要な元素で、０．５％未満ではその効
果が少なく、また２、０％を越えると好ましくなく、δ
フェライト相を生じ高温強度を低下させる。

ＳｔはＭｎと同様に溶解時の脱酸剤として必要な元素で
あるが、多量の含有は好ましくないδフェライト相の生
成原因となるので０．６％−ｊでとする。

Ｎ１はオーステナイト生成元素で、Ｎｌが存在しない場
合には好ましくないδフェライト相が生成し易くなるの
で、これを防止するためには少なくとも０．２％は必要
であり、１．０％を越えると高温でクリープ強度を低下
させる。

■は高温のクリープ強度を向上させるために必要な元素
で、０．１９６未満ではその効果が充分で、−なくまた
０、３　％を越えるとフェライトが生成して高温のクリ
ープ強度が低下する。

Ｎｂは、合金中のＣおよびＮと化合してＮｂ（ＣＮ）を
生成し合金の素地中に微細に析出分散して結晶粒を微細
にするとともに高温のクリープ強度を向上させるために
必要な元素で、０．３％は必要である。しかし、一方で
はフェライト相の生成を促進させ高温のクリープ強度を
低下させるとともに、過鮭の炭窒化物を生成して強度の
低下をきたすので０，７チまでとした。

Ｎは、オーステナイト生成元素で焼入時のオーステナイ
ト相を安定にし、好ましくないδフェライト相の生成防
止に効果的であるとともに、また他の元素と化合して窒
化物や炭蟹化物を形成して高温のクリープ強度を同上さ
せるに必要な元素で。

０．０４％未満ではその効果が充分でなく、また０、１
チを越えると巣やミクロボアの発生を増加させるのでこ
の範囲とする。

Ｗは合金の固溶体強化および安定な炭化物の粒界析出に
よる粒界強化によシ高温でのクリープ強度を向上させる
に必要な元素で、０．５％未満ではその効果が少なく％
　２．５９６を越えるとフェライト相の生成を促進し、
クリープ強度および伸びを低下させる。

Ｂは焼入性を向上させるとともにクリープ強度を向上さ
せるのに必要な元素で０．０１％以上の添加が必要であ
る。そして、０．０２５％を越えると１本発明に係る耐
熱鋼を適用する例えばガスタービンロータ製造時に鍛造
割れなどを生じ易くなる。

ＣＯは、オーステナイト生成元素で焼入時のオーステナ
イト相を安定にし、好ましくないδフェライト相の生成
防止に効果的であるとともに、合金の固溶体強化により
高温でのクリープ強度を向上させるに必要な元素で１．
０．３１未満ではその効果が充分でなく、また２、０　
％を越えると高温でのりリープ強度を低下させる。

次に本発明について実施例をもって詳細に説明する。

高周波真空誘導溶解炉を用いて表−１に示す化学組成の
１２Ｃｒ鋼素体を溶解、鋳造した。次に鋳造した１２Ｃ
ｒ鋼素体を１２００’Ｏに加熱鍛造したのち、これより
各試験素材を切９出し、１１００°０で２時間加熱後、
油冷焼入れ、６５０°０で３時間加熱後空冷焼戻処理し
た。

以下余白次にこれら準備した各合金試料から引張試験片およびク
リープ試験片を作成し、それぞれ試験を行っ九。

これらの試Ｍ績果を表−２に示す。

衆−２より明らかなように、本発明に係る１２Ｃｒ系耐
熱鋼（実施例１〜３）は従来の１２Ｃｒ４耐熱鋼Ｈ１鋼
（比較例１）に比べ３．８＠以上のクリープ破断強度を
示し、特−ｆ＠荷重の４台には１０倍以上のクリープ破
断ｇ１度を示しており、また破断後の伸び、絞９屯十分
あし優れた材料でおる事が判る。

このように本発明の化学組成において１、Ｗを１．３１
チ、Ｂを０．０２４％、Ｃｏを０．６１チ含有する（実
施例１）合金およびＷを１．０７チ、Ｂを０．０２０％
。

ＣＯを１．２５％含有する（実施例２）合金およびＷを
２．４５チ、Ｂを０．０１９饅、Ｃｏを１．８８チ含有
する（実施例３）合金においては、従来材に比べはるか
に優れたクリープ破断強度を持つことが確認されること
から本発明に係る蒸気タービン動翼を使用することによ
り、従来より、長時間安全に使用し得る。翼環状面積を
まし効率を向上し得る。蒸気温度を上げてタービン熱効
率を向上させることが出来るなどが可能となり工業上類
る有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の材料を用いた蒸気タービン動翼と蒸気タ
ービンロータの構成例と割れ発生例を示す斜視図で、図
中（１）は動翼基体、（２）は翼埋込部、（３）は割れ
、（４）はロータ、（５）は動翼基体とロータとの間の
隙間である。代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ほか１名）

Claims

【特許請求の範囲】

重量％でＣｒ１Ｏ〜１３％、ＣＯ，１５〜０．３０　＊
、　Ｍｎ０．５〜１．０％、ＭｏＱ、５〜２．０％、Ｓ
ＩＯ，６％以下、Ｎ１０，２〜１．０　％、Ｖｏ、１〜
０．３％、Ｎｂ’０．３〜０．７％、Ｎ　Ｏ，０４〜０
．１　％、　Ｗｌ、０〜２．５％、Ｃｏ　Ｏ，３〜２．
０　％、Ｂ　Ｏ，０１〜０．０２５　％、残部Ｆｅおよ
び付随的不純物よυ成る鉄基合金で構成されていること
を特徴とする蒸気タービン動翼。