JPS6123260B2 - - Google Patents
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- JPS6123260B2 JPS6123260B2 JP1493982A JP1493982A JPS6123260B2 JP S6123260 B2 JPS6123260 B2 JP S6123260B2 JP 1493982 A JP1493982 A JP 1493982A JP 1493982 A JP1493982 A JP 1493982A JP S6123260 B2 JPS6123260 B2 JP S6123260B2
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Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
本発明は新規な蒸気タービン用ケーシングに係
り、特に550〜600℃にさらされる高効率蒸気ター
ビンのケーシング本体、主蒸気弁ケーシング及び
加減弁ケーシングに高いクリープ破断強度とSR
割れ感受性が低いすぐれた特性を示すCr―Mo―
Ｖ鋳鋼を使用した蒸気タービン用ケーシングに関
する。 従来の蒸気タービンは蒸気温度最大566℃，蒸
気圧力最大246atgであり、第１図に示すケーシン
グ本体１及び加減弁ケーシング２、及び第２図に
示す主蒸気弁ケーシング材としてはCr―Mo―Ｖ
鋳鋼が用いられている。 最近、石油，石炭などの化石燃料のコストが上
昇を続けており、これら化石燃料を用いている火
力プラントの発電効率が重要になつている。発電
効率を上げるためには蒸気タービンの蒸気温度又
は圧力を上げる必要がある。これら高効率タービ
ン用材料としては、現用タービン材では強度不足
で、これよりも高強度の材料が必要である。 発明者らは、上述ケーシング材としてCr―Mo
―Ｖ鋳鋼を基本組成とし、微量のボロンを添加し
たボロン入りCr―Mo―Ｖ鋳鋼の適用を検討し
た。ボロンは、その含有量の増加によつて焼入れ
性を増し、高温強度を高める反面、溶接性を低
め、更にSR割れ感受性を著しく高めることを究
明した。したがつて、補修溶接や継手溶接が行わ
れるケーシング材へのボロン添加に対し、強度を
向上させ、さらに溶接性を向上させ、SR割れを
防止する必要があつた。 本発明の目的は、550〜600℃において高いクリ
ープ破断強度を有し、又溶接工程における耐SR
割れ感受性の低い極めて良好な鋳鋼からなる蒸気
タービン用ケーシングを提供するにある。 本発明は、重量で、C0.05〜0.2％，Mn2％以
下，Si1％以下，Cr0.5〜２％，Mo0.5〜２％，
V0.05〜0.5％，Ni0.5％以下、B0.0002〜0.005％、
Al0.1％以下、Ti0.1％以下及びCa0.0002〜0.2％
を含み、残部は実質的にFeからなり、主にベー
ナイト組織を有する鋼からなることを特徴とする
蒸気タービン用ケーシングにある。 本発明により、溶接工程におけるSR割れ感受
性を著しく低下せしめ、しかも高温強度が高めら
れることを実験的に究明した。 Ｃは0.05％以上において、クリープ破断強度を
得るために必要な元素であるが、その量が0.2％
を越えると、高温に長時間さらされた場合に組織
が不安定になり長時間クリープ破断強度を低下さ
せ、更に溶接工程における溶接部の割れ感受性を
高めるので、0.05〜0.2％にしなければならな
い。特に、0.1〜0.15％が好ましい。 Si及びMnは脱酸剤として添加するものであ
り、少量の添加で十分効果は達成される。Si及び
Mnは焼入性を増加させる元素であるが、反面多
量添加によつて焼もどし脆化感受性を高める。そ
のため、夫々Siは１％及びMnは２％以下としな
ければならない。特に、Siは0.2〜0.6％及びMnは
0.6〜1.0％が好ましい。 Niは靭性を高めるのに非常に有効である反
面、0.5％を越える添加は、クリープ破断強度を
低下させるので、0.5％以下でなければならな
い。特に、0.05〜0.3％が好ましい。 Crは高温強度及び耐酸性を高めるものであ
り、高温材料として欠くことのできない元素であ
る。そのためには0.5％以上は必要であるが、２
％を越えると析出炭化物の粗大化が生じ、クリー
プ破断強度が低下するので、Cr含有量は0.5〜２
％の範囲であることが必要である。特に、0.9〜
1.5％が好ましい。 Moは固溶強化及び析出硬化作用によつてクリ
ープ強度を改善し、更に焼もどし脆化を防止する
元素であるが、0.5％未満ではその効果は不十分
であり、２％を越えてもそれ以上の効果がなく飽
和する。したがつてMoは0.5〜２％の範囲が有効
である。特に、0.9〜1.5％が最も有効である。 Ｖは炭素と結合して、炭化物を形成し、クリー
プ破断強度を高める。しかし、0.05％未満ではそ
の効果は不十分であり、逆に、、0.5％を越えると
溶接工程におけるSR割れ感受性を高めると共
に、クリープ破断延性を低下させるので、0.05〜
0.5％の範囲でなければならない。特に、0.1〜
0.35％が最も有効である。 Ｂは焼入性を向上させ、クリープ破断強度を高
める。しかし、その効果は0.0001％未満では不十
分であり、0.005％を越えると溶接性、特にSR割
れ感受性を高める。したがつて、0.0001〜0.005
％の範囲にしなければならない。特に、0.0008〜
0.003％が最も有効である。 Ｂより窒化物形成能力が大きい窒化物形成元素
はＮの固定を目的として添加するものである。Ｎ
はＢと結合し、Ｂ本来の効果を減ずる。そのため
Ｂより窒化物形成能力の大きい元素をＢとともに
複合添加させ、Ｎを固定化させてＢ本来の効果を
発揮させる必要がある。この効果は、単独で、
0.1％又な複合で0.2％を越えると逆にクリープ破
断延性を著しく低下させる。この元素として、
Al，Tiは複合添加によつて顕著な効果が得られ
る。Al0.01〜0.05％，Ti0.01〜0.08％が最も有効
である。 Mnより硫化物形成能力より大きい硫化物形成
元素としてCa0.0002％以上の添加は、製鋼中に
おける脱硫及び脱Ｐとして作用させるとともに、
鋼中のS′を固定し、溶接熱影響部の結晶粒界への
Ｓの偏析を抑制し、SR割れを防止するものであ
る。SR割れは溶接熱影響部の結晶粒界の割れで
あり、ＳやＰなどの不純物元素のうち、特にＳが
結晶粒界への偏析が多いほど発生し易い。しか
し、0.2％を越える添加は耐SR割れ性に対するそ
れ以上の効果がない。Caは溶接熱影響部の結晶
粒界のＳ濃度が減少し、耐SR割れ感受性を向上
させる。特に本発明においてはＢを添加してクリ
ープ強度を高めているが、Ｂ添加によつて逆に
SR割れ発生の恐れがある。したがつてCa添加は
SR割れ防止の点で必要元素である。添加量は
0.0002％以下では耐SR割れ性に効果がなく、0.2
％以上ではその効果が飽和する。適量としては
0.005〜0.05％が有効である。 本発明の蒸気タービン用ケーシングは、主にベ
ーナイト組織を有するものでなければならない。
ベーナイト組織は焼戻しベーナイト組織が好まし
く、高温において高強度を有する。化学組成及び
熱処理によつてはフエライト組織が生じるので、
実質的にフエライト組織が析出しないように全ベ
ーナイト組織とすることが最も有効である。 実施例 高周波誘導溶解炉を用いて鋳鋼塊を作製した。
第１表はそれら代表的試料の化学組成を示す。
り、特に550〜600℃にさらされる高効率蒸気ター
ビンのケーシング本体、主蒸気弁ケーシング及び
加減弁ケーシングに高いクリープ破断強度とSR
割れ感受性が低いすぐれた特性を示すCr―Mo―
Ｖ鋳鋼を使用した蒸気タービン用ケーシングに関
する。 従来の蒸気タービンは蒸気温度最大566℃，蒸
気圧力最大246atgであり、第１図に示すケーシン
グ本体１及び加減弁ケーシング２、及び第２図に
示す主蒸気弁ケーシング材としてはCr―Mo―Ｖ
鋳鋼が用いられている。 最近、石油，石炭などの化石燃料のコストが上
昇を続けており、これら化石燃料を用いている火
力プラントの発電効率が重要になつている。発電
効率を上げるためには蒸気タービンの蒸気温度又
は圧力を上げる必要がある。これら高効率タービ
ン用材料としては、現用タービン材では強度不足
で、これよりも高強度の材料が必要である。 発明者らは、上述ケーシング材としてCr―Mo
―Ｖ鋳鋼を基本組成とし、微量のボロンを添加し
たボロン入りCr―Mo―Ｖ鋳鋼の適用を検討し
た。ボロンは、その含有量の増加によつて焼入れ
性を増し、高温強度を高める反面、溶接性を低
め、更にSR割れ感受性を著しく高めることを究
明した。したがつて、補修溶接や継手溶接が行わ
れるケーシング材へのボロン添加に対し、強度を
向上させ、さらに溶接性を向上させ、SR割れを
防止する必要があつた。 本発明の目的は、550〜600℃において高いクリ
ープ破断強度を有し、又溶接工程における耐SR
割れ感受性の低い極めて良好な鋳鋼からなる蒸気
タービン用ケーシングを提供するにある。 本発明は、重量で、C0.05〜0.2％，Mn2％以
下，Si1％以下，Cr0.5〜２％，Mo0.5〜２％，
V0.05〜0.5％，Ni0.5％以下、B0.0002〜0.005％、
Al0.1％以下、Ti0.1％以下及びCa0.0002〜0.2％
を含み、残部は実質的にFeからなり、主にベー
ナイト組織を有する鋼からなることを特徴とする
蒸気タービン用ケーシングにある。 本発明により、溶接工程におけるSR割れ感受
性を著しく低下せしめ、しかも高温強度が高めら
れることを実験的に究明した。 Ｃは0.05％以上において、クリープ破断強度を
得るために必要な元素であるが、その量が0.2％
を越えると、高温に長時間さらされた場合に組織
が不安定になり長時間クリープ破断強度を低下さ
せ、更に溶接工程における溶接部の割れ感受性を
高めるので、0.05〜0.2％にしなければならな
い。特に、0.1〜0.15％が好ましい。 Si及びMnは脱酸剤として添加するものであ
り、少量の添加で十分効果は達成される。Si及び
Mnは焼入性を増加させる元素であるが、反面多
量添加によつて焼もどし脆化感受性を高める。そ
のため、夫々Siは１％及びMnは２％以下としな
ければならない。特に、Siは0.2〜0.6％及びMnは
0.6〜1.0％が好ましい。 Niは靭性を高めるのに非常に有効である反
面、0.5％を越える添加は、クリープ破断強度を
低下させるので、0.5％以下でなければならな
い。特に、0.05〜0.3％が好ましい。 Crは高温強度及び耐酸性を高めるものであ
り、高温材料として欠くことのできない元素であ
る。そのためには0.5％以上は必要であるが、２
％を越えると析出炭化物の粗大化が生じ、クリー
プ破断強度が低下するので、Cr含有量は0.5〜２
％の範囲であることが必要である。特に、0.9〜
1.5％が好ましい。 Moは固溶強化及び析出硬化作用によつてクリ
ープ強度を改善し、更に焼もどし脆化を防止する
元素であるが、0.5％未満ではその効果は不十分
であり、２％を越えてもそれ以上の効果がなく飽
和する。したがつてMoは0.5〜２％の範囲が有効
である。特に、0.9〜1.5％が最も有効である。 Ｖは炭素と結合して、炭化物を形成し、クリー
プ破断強度を高める。しかし、0.05％未満ではそ
の効果は不十分であり、逆に、、0.5％を越えると
溶接工程におけるSR割れ感受性を高めると共
に、クリープ破断延性を低下させるので、0.05〜
0.5％の範囲でなければならない。特に、0.1〜
0.35％が最も有効である。 Ｂは焼入性を向上させ、クリープ破断強度を高
める。しかし、その効果は0.0001％未満では不十
分であり、0.005％を越えると溶接性、特にSR割
れ感受性を高める。したがつて、0.0001〜0.005
％の範囲にしなければならない。特に、0.0008〜
0.003％が最も有効である。 Ｂより窒化物形成能力が大きい窒化物形成元素
はＮの固定を目的として添加するものである。Ｎ
はＢと結合し、Ｂ本来の効果を減ずる。そのため
Ｂより窒化物形成能力の大きい元素をＢとともに
複合添加させ、Ｎを固定化させてＢ本来の効果を
発揮させる必要がある。この効果は、単独で、
0.1％又な複合で0.2％を越えると逆にクリープ破
断延性を著しく低下させる。この元素として、
Al，Tiは複合添加によつて顕著な効果が得られ
る。Al0.01〜0.05％，Ti0.01〜0.08％が最も有効
である。 Mnより硫化物形成能力より大きい硫化物形成
元素としてCa0.0002％以上の添加は、製鋼中に
おける脱硫及び脱Ｐとして作用させるとともに、
鋼中のS′を固定し、溶接熱影響部の結晶粒界への
Ｓの偏析を抑制し、SR割れを防止するものであ
る。SR割れは溶接熱影響部の結晶粒界の割れで
あり、ＳやＰなどの不純物元素のうち、特にＳが
結晶粒界への偏析が多いほど発生し易い。しか
し、0.2％を越える添加は耐SR割れ性に対するそ
れ以上の効果がない。Caは溶接熱影響部の結晶
粒界のＳ濃度が減少し、耐SR割れ感受性を向上
させる。特に本発明においてはＢを添加してクリ
ープ強度を高めているが、Ｂ添加によつて逆に
SR割れ発生の恐れがある。したがつてCa添加は
SR割れ防止の点で必要元素である。添加量は
0.0002％以下では耐SR割れ性に効果がなく、0.2
％以上ではその効果が飽和する。適量としては
0.005〜0.05％が有効である。 本発明の蒸気タービン用ケーシングは、主にベ
ーナイト組織を有するものでなければならない。
ベーナイト組織は焼戻しベーナイト組織が好まし
く、高温において高強度を有する。化学組成及び
熱処理によつてはフエライト組織が生じるので、
実質的にフエライト組織が析出しないように全ベ
ーナイト組織とすることが最も有効である。 実施例 高周波誘導溶解炉を用いて鋳鋼塊を作製した。
第１表はそれら代表的試料の化学組成を示す。
【表】
【表】
いずれの鋼塊も１，050℃，15時間保持後、400
℃／ｈの焼ならし処理を施し、その後No.１には
710℃，15時間保持及びNo.２，３，４には720℃，
15時間保持後炉冷の焼もどし処理をそれぞれ施し
た。 試料は1Cr―1Mo―1/4Ｖ，Al，Ti，Ｂ及びCa
量を変化させた。No.１はＢ及びCaの無添加材の
比較材である。No.２はＢを0.0015％添加し、Ca
無添加材，No.３及び４はＢ及びCa添加の本発明
材である。 いずれの試料を全ベーナイト組織であつた。 SR割れ感受性試験はJIS Z3158に準じ、試料を
斜めＹ形溶接割れ試験片（板厚30mm）に加工して
行つた。溶接は市販のCr―Mo鋼用被覆アーク溶
接棒（４φ）を用い、第２表の条件で行つた。
℃／ｈの焼ならし処理を施し、その後No.１には
710℃，15時間保持及びNo.２，３，４には720℃，
15時間保持後炉冷の焼もどし処理をそれぞれ施し
た。 試料は1Cr―1Mo―1/4Ｖ，Al，Ti，Ｂ及びCa
量を変化させた。No.１はＢ及びCaの無添加材の
比較材である。No.２はＢを0.0015％添加し、Ca
無添加材，No.３及び４はＢ及びCa添加の本発明
材である。 いずれの試料を全ベーナイト組織であつた。 SR割れ感受性試験はJIS Z3158に準じ、試料を
斜めＹ形溶接割れ試験片（板厚30mm）に加工して
行つた。溶接は市販のCr―Mo鋼用被覆アーク溶
接棒（４φ）を用い、第２表の条件で行つた。
【表】
【表】
第３表は各種機械試験結果を示す。
Ｂ添加材は無添加材に比べて、衝撃特はわずか
に低下するものの、引張強度は著しく高い。 一方、600℃，105時間クリープ破断強度が本発
明材では9.9〜10.2Kg／mm2で、高効率蒸気タービ
ン用ケーシング材としてきわめて顕著な効果を有
し、比較材No.１よりも著しく高いことが確認され
た。
に低下するものの、引張強度は著しく高い。 一方、600℃，105時間クリープ破断強度が本発
明材では9.9〜10.2Kg／mm2で、高効率蒸気タービ
ン用ケーシング材としてきわめて顕著な効果を有
し、比較材No.１よりも著しく高いことが確認され
た。
【表】
第３図はSR割れ試験結果を示すグラフであ
る。本発明と比較材において、Ｂ及びCaを添加
しないNo.１材はSR割れは発生しないが、Ｂを
0.0015％添加のNo.２において、SR割れ率61％の
SR割れが発生した。それはＢ添加によつてSR割
れが助長されることを示している。一方、No.２に
対して、Ｂ量が同じでCaを添加した本発明のNo.
３においてはSR割れは発生しない。更にＢ量が
0.002％まで増加し、Caを添加した本発明のNo.４
においてもSR割れは発生しなかつた。以上の結
果、本発明はSR割れ感受性が極めて低いことが
明らかである。 以上、本発明鋼は高温強度及び靭性が高く、更
に耐SR割れ感受性が極めて良好であり、特に、
600℃までの高温クリープ破断強度は著しく高
く、高効率蒸気タービン用ケーシングとして要求
される強度を十分満足していることが明らかであ
り、550〜600℃での高効率蒸気タービン用ケーシ
ングとして好適であり、本発明が及ぼす産業への
発達に寄与する効果は極めて大きい。
る。本発明と比較材において、Ｂ及びCaを添加
しないNo.１材はSR割れは発生しないが、Ｂを
0.0015％添加のNo.２において、SR割れ率61％の
SR割れが発生した。それはＢ添加によつてSR割
れが助長されることを示している。一方、No.２に
対して、Ｂ量が同じでCaを添加した本発明のNo.
３においてはSR割れは発生しない。更にＢ量が
0.002％まで増加し、Caを添加した本発明のNo.４
においてもSR割れは発生しなかつた。以上の結
果、本発明はSR割れ感受性が極めて低いことが
明らかである。 以上、本発明鋼は高温強度及び靭性が高く、更
に耐SR割れ感受性が極めて良好であり、特に、
600℃までの高温クリープ破断強度は著しく高
く、高効率蒸気タービン用ケーシングとして要求
される強度を十分満足していることが明らかであ
り、550〜600℃での高効率蒸気タービン用ケーシ
ングとして好適であり、本発明が及ぼす産業への
発達に寄与する効果は極めて大きい。
第１図は蒸気タービン用ケーシング本体、蒸気
加減弁ケーシングの断面構成図、第２図は主蒸気
弁ケーシングの断面構成図及び第３図は溶接後の
SR処理による割れ率を示すグラフである。 １……ケーシング本体、２……加減弁ケーシン
グ、３……主蒸気弁ケーシング。
加減弁ケーシングの断面構成図、第２図は主蒸気
弁ケーシングの断面構成図及び第３図は溶接後の
SR処理による割れ率を示すグラフである。 １……ケーシング本体、２……加減弁ケーシン
グ、３……主蒸気弁ケーシング。
Claims (1)
- １ 重量で、C0.05〜0.2％、Mn2％以下、Si1％
以下、Cr0.5〜２％、Mo0.5〜２％、V0.05〜0.5
％、Ni0.5％以下、B0.0001 0.005％、Al0.1％以
下、Ti0.1％以下及びCa0.0002〜0.2％を含み、残
部は実質的にFeからなり、主にベーナイト組織
を有する鋳鋼からなることを特徴とする蒸気ター
ビン用ケーシング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1493982A JPS58133353A (ja) | 1982-02-03 | 1982-02-03 | 蒸気タ−ビン用ケ−シング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1493982A JPS58133353A (ja) | 1982-02-03 | 1982-02-03 | 蒸気タ−ビン用ケ−シング |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58133353A JPS58133353A (ja) | 1983-08-09 |
| JPS6123260B2 true JPS6123260B2 (ja) | 1986-06-05 |
Family
ID=11874924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1493982A Granted JPS58133353A (ja) | 1982-02-03 | 1982-02-03 | 蒸気タ−ビン用ケ−シング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58133353A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4846373B2 (ja) * | 2006-01-26 | 2011-12-28 | 株式会社東芝 | 耐熱鋳鋼 |
| JP5279630B2 (ja) * | 2009-06-22 | 2013-09-04 | 株式会社日立製作所 | 蒸気タービンケーシング |
| US20160201465A1 (en) * | 2014-04-23 | 2016-07-14 | Japan Casting & Forging Corporation | Turbine rotor material for geothermal power generation and method for producing the same |
-
1982
- 1982-02-03 JP JP1493982A patent/JPS58133353A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58133353A (ja) | 1983-08-09 |
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