JPS59179718A - タ−ビンロ−タの製造方法 - Google Patents

タ−ビンロ−タの製造方法

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JPS59179718A
JPS59179718A JP58053783A JP5378383A JPS59179718A JP S59179718 A JPS59179718 A JP S59179718A JP 58053783 A JP58053783 A JP 58053783A JP 5378383 A JP5378383 A JP 5378383A JP S59179718 A JPS59179718 A JP S59179718A
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turbine rotor
creep rupture
temperature
toughness
rupture strength
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JP58053783A
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JPS6334206B2 (ja
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Kanji Kawaguchi
川口 寛二
Mitsuo Kawai
光雄 河合
Osamu Watanabe
修 渡辺
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • 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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  • Materials Engineering (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 この発明は高温で侵れたクリープ破断賢さを有する12
Cr系耐熱鋼で構成されたタービンロータの製造方法に
関する。
〔発明の技術的背景〕
近年蒸気タービンやガスタービンは熱効率の向上を目的
に、使用する蒸気τ晶裏やガス温度が上昇してきている
。
ところで、クリープ破断!Iす官の後れたロータの一つ
に12 Cr −fVfo −V −Nb (Ta )
 −N 3riiiで構成されたロータがあるが、今後
の^温化に対処するためには更に高温のクリープ破断強
さに優れた12Cr系ロータが必要とされる。
筒温のクリープ破断強さを向上させる方法の一つとして
焼入温度の上昇があるが、従来の12Cr系ロータで行
なわれている高周波炉や電弧炉による溶解で製造された
タービンロータふ体の焼入温度をただ単に上昇させた場
合にはクリープ破断強きは向上するが、反a■」、廷性
靭性が低下し、址た切欠弱化を生じやすくなる。そのた
め、タービンロータの1IIi=’性破壊に対する安全
性、信頼性の観点より従来12Cr系タービンロータの
焼入温度はクリープ破断強さと延性および靭性を考鳳し
て通常]050±30゛Cで行なっている。
〔発明の目的〕
本発明は」二記点に鑑みてなされたもので、高温のクリ
ープ破断強さが優れるとともに延性および靭性にも優れ
た、タービンロータの脆性破壊に対する安全性、信頼性
の高い12Cr系タービンロータの製造方法を提供する
ことを目的としたものである。
〔発明の概要〕 本発明は従来の12Cr系タービンロータの化学組成、
溶解方法および熱処理方法などについて広範囲に実験、
検討した結果、高温のクリープ破断強さに優れ、かつ延
性および靭性にも優れた12Cr系タービンロータが得
られることを見いだした串による。
すなわら、本発明に係る12C1・糸タービン[1−タ
は>’hニー13tパーセフ トT CO,1〜0.2
5 %、Sl 0.5 %以下、Mn O,1〜]、、
0%、Cr 9.0〜]3u %、Ni 、Coの少、
なくとも−2里0.1〜1.0 % 、 h4o O,
5〜2.(] 勢、V C1,] 〜0.:3係、Nb
、Taの少なくとも−J、+11(Lt33〜0.3 
%、W O,!5〜2.0%、NO,(,13〜0.1
%、残部]’eおよびf」随的不惺物より成る合金組成
を’h L 、ユレクトロスラグ市俗解による二次溶解
をして得たh、”] ’!’Lを取直成形してタービン
ロータ糸体としたのち、]、4120C〜1150°C
の温度郵、囲(で加熱後焼入れ、仄いで530\〜73
0°Cの温度範囲で焼戻し処理ヶ行うことを特徴とする
烏温りリーフ破〃f強塾と延性および靭性に優れた12
Cr系ターヒンロータの製造ブJ汰である。
ここで本発明方法に係る12cr系タービンロータの組
成および溶解、熱処理のl沢矩理由につい説明する。
Cは引張り虫さやタリーグイ波断I、J1さ企(ii(
L’l:するために必女な元素であり、  0.1. 
%未満で(」Sフェライト相が生成して所安の特性がイ
rノられす、寸た025φf:越えると靭性が低下する
ことからこの範囲とする。
Siは脱酸剤として添加する元素であるが多獣の添加は
靭性を劣下させるので05チ以下とする。
Mnは脱酸、脱硫剤として添加する元素で0,1条未満
では十分な効果得られず、また1、0%を越えるとクリ
ープ破断強さを低下させるのでこの範囲とする。
NiおよびCOはフェライト相の生成を抑え均一なマル
テンザイト組織を得るだめに必要な元素であるが、0.
1%未満ではその効果が発揮されにくく、またNiの場
合1.0襲を越えるとクリープ破断強さを低下させるこ
と、 Coの場合は高価になることからこの範囲とする
。
Crは本発明に係るロータの機械的性質を得るために必
要な元素で、その量が9,0%未満では必要とするクリ
ープ破断強をが確保し難く、また130チを越えるとフ
ェライト相が生成し、クリープ破断強さが低下すること
からこの範囲とする。
Moはクリープ破断強さの向上と焼戻し脆性を防止する
ために必要な元素で、05%未(1島ではその効果が十
分でなく、才だ20係を趣えるとフェライト相の生成に
よるクリープ破断1.3LさのLt ’−Fや靭性の低
下などを生ずることからこの範、囲と1″る。
■はクリープ破断強さの向上に必−決なうし素であるが
0.1襲未満ではその効果か十分でなく、才/ζ03チ
を越えるとMOと同様ぐこフェライトA・目力;伝:J
戎しクリープ破断強さを11(下させること力)らこの
範囲とする。。
NbおよびTaは本発明に係るロータをイ喜1成する1
2Cr系鋼の木地中に炭窒化物として微細にjfi l
Jj分散し、クリープ破断強さを向上させる元素で、そ
のkが0,03%未満では十分な効果力(得られ−j゛
、まだ0.3%を越えると後述するエレクトロスラグ再
溶解を行なってもロータ中心部に射1犬な炭に)イし物
を生成して延性や靭性を劣下させること力)らこの範囲
とする。なお、より優れたり″リーフ゛破断慟iさを必
要とする場合にはNb、Taの少なくとも−(4(が、
0.13係以上が望ましい。
Wはクリープ破断強さを向上させるにgy 戟7j元素
で少なくとも0.5%は必要であるが、多量の添加はフ
ェライト相の生成をまねきクリープ破断強さが低下する
こと力、・ら20%以下とする。
Nはフェライト相の生成を抑えるとともに炭窒化物を生
成してクリープ破断強さを向上させるに必要な元素で0
.03%未満ではその効果が十分でなく、また0、1%
を越えるとピンホールやブローホールを発生させること
からこの範囲としだ。
次に本発明方法で重要なエレクトロスラグ再溶解および
熱処理について述べる。
エレクトロスラグ再溶解を行う理由は高温クリープ破断
強さ、延性および靭性に優れた12Cr系グ再溶解をし
ない従来の高周波炉溶解や電弧炉溶解のままの場合には
靭性や延性が小さく、脆性破壊に対する安全性や信頼性
のある12Cr系タービンロータを得ることが出来ない
。まだ特にクリープ破断強さを向上させるため焼入温度
を高くすると、従来の高周波炉溶解や電弧炉溶解のもの
け室温の衝撃靭性や、クリープ破断効F性が大きく低下
するが、本発明方法に係るエレクトロスラグ再溶解をし
た場合には衝撃I′り性やクリープ破断延性の低下が小
さく、脆性破壊に対する安全性b iif頼性に優れた
12Cr系タービンロータをfllることが出来る。
また、従来の12Cr系ターヒンロータでは品周波溶解
炉や電弧炉で溶解した溶湯を、カ型に流し込み凝固させ
ているだめ浴湯の蘭同に時m」がかかりタービンロータ
の中心部に綿やTaを含む粗大な炭窒化物が析出して靭
性の低下を7ねくことがら、これまでNb−?Taの宮
有量は通常003〜01チ程度までしか氏加していなか
ったが、不発明方法によればそれ以上の添加でもタービ
ンロータ中心部に炭窒化物の粗大偏析はなく、高温クリ
ープ破断強さに優れ、かつ延性や靭性にも優れだ12C
r系タービンロータを得ることが出来る。1020 ’
0〜1150℃の温度範囲に加熱後焼入し、次いで53
0′C〜730°Cの温度範囲で焼戻しを行う理由とし
ては、炭(2)化物を固溶させ均質なマルテンサイト組
織と所要の機械的特性を得るには焼入温度が1020°
C未満では十分でなく、また焼入温度が1150°0を
越えると結晶粒の粒大化が大きくなりφlJ性を害する
ことからこの範囲とした。なおりリープ破断強さを向上
させるにはNbやTaの炭窒化物を多量に固溶再析出す
ることが望壕しく、そのためには焼入温度が1080°
0以上が、さらに望ましくは焼入温度を1095°C以
上にするとよい。また焼戻し温度が530°C未満では
十分な焼戻しが行なわれず所要の靭性が得られず、73
0°Cを越えた場合には所要の引張強さや耐力を得るこ
とが出来ないことからこの範囲とした。
なお、本発明方法に係るタービンロータの製造方法にお
いて上記エレクトロスラグ再溶解と熱処理の両者が必要
不可欠であり、このうちの一つでも欠けた場合には高温
のクリープ破断強さに優れ、かつ延性および靭性を有す
る12Cr系タービンロータを得ることは出来ない。
〔発明の実施例〕
第1表に示す化学組成を有するタービンロークモデル(
直径600ミリ、長さ800ミリ)を作製したのち谷柿
試験を行なった。
本劣明に係る実施例1 、2 、3 、、4のタービン
ロータモデルの作成は第1表に7トシた合金組成となる
ように原料を配合したのちtt孤炉で浴解次いでエレク
トロスフグ杓l谷解の消耗・冠俟用モールドに鋳込みイ
ンゴットを(4)た。引続いて、このインゴットを消耗
成極としてエレクトロスラグ再溶解を行なったのち、鍛
造をイエないタービンロークモデル累体を得た。さらに
このタービンロークモデル素体に第1表に併記した熱処
理を施こしたのち機械加工を行ないタービンロークモデ
ルをイUた。
さらに比較例1,2は従来の12Cr系タービンロータ
の溶解方法と同@に′亀弧炉でl?i ’IP4 シだ
浴湯をモールドに注き、インゴットに+Jだのち、これ
を成造してタービンロータモアル糸体としたあと、第1
表に併記した熱処理、比1≦二例1は従来より行なわれ
ている熱処理、比較例2は焼入温度を尚くした熱処理を
施こしたのち、機械加工を行ないタービンロータモデル
とした。
試験は上記のようにして得たタービンロータモデルのそ
れぞれについて試験片を切り出し、引張試験、衝撃試験
、クリープ破断試験をイ〕なった。
第2表に引張試験および衝撃試験結果をまだ第3表にク
リープ破断に験結果を示す。
以下余白 第2表および第3表より明らかなように、本発明方法に
係るL2Cr系タービンロータモデルは比較例に比べ引
張強さが優れるとともに伸び、絞りも太きく、また価基
靭性が著しく太きい。さらにクリープ破断強さも従来の
12Cr系ロータ材である比較例2に比べるとクリープ
破断伸びや絞りは同等以上でありまたクリープ破断!i
!]iさも優れている。これらのことから本発明方法に
係る12Cr系タービンロータ材は室温および高温強度
に優れるとともに延性、靭性にも優れており工業上有用
である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)重量パーセントで(0,1〜0,25%、sio
    、5チ以下、Mn 0.1−1.0%、Ni、Coの少
    なくとも一種0、1〜1.0%Cr 9.0〜13.0
    %、 Mo0.5〜2.0%、Vo、1〜0.3%、N
    b、Taの少なくとも一種0.03〜0.3%、WO,
    5〜2.0%、NO,03〜0.1%、残部Feおよび
    付随的不純物より成る合金組成を有し、エレクトロスラ
    グ再溶解によシ得た鋼塊を鍛造成形してタービンロータ
    素体としたのち、1020°C〜1150°Cの温朋範
    囲に加熱後焼入し、次いで530〜730’Oの温度範
    囲で焼戻し処理を行なうことを特徴とするタービンロー
    タの製造方法。 (2、特許請求の範囲第1項においてNb、Taの少な
    くとも一種を重音チで0.13〜0,3饅とした事を特
    徴とするタービンロータの製造方法。 (3)特許請求の範囲第1項または第2項において焼入
    温度を1080°C〜1150’0の範囲とした事を特
    徴とするタービンロータの製逅方法。
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