JPS62993B2 - - Google Patents
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- JPS62993B2 JPS62993B2 JP13131579A JP13131579A JPS62993B2 JP S62993 B2 JPS62993 B2 JP S62993B2 JP 13131579 A JP13131579 A JP 13131579A JP 13131579 A JP13131579 A JP 13131579A JP S62993 B2 JPS62993 B2 JP S62993B2
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- rotor
- chromium
- steel
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Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
本発明は例えば、高い引張強さと靭性を必要と
するタービンロータに使用される12％クロム・ニ
ツケル合金鋼に関する。 例えば、大容量蒸気タービンのロータは、数十
キログラムの長翼が多数植込まれ高速回転するの
で、ロータには高い引張強さが要求される。ま
た、最長翼の植込まれる部分の運転時温度は室温
付近と低いため、脆性破壊防止の観点から、材料
欠陥がなく、優れた靭性（破面遷移温度の低いこ
と）が必要である。 従来、大容量蒸気タービン低圧ロータには、こ
れら要求を満足する材料として、3.5％Ni−1.75
％Cr−0.5％Mo−0.1％Ｖ鍛鋼が広く使用されて
来た。この鋼の引張強さは約90Kg／mm2、破面遷移
温度は０℃以下である。 ところで、蒸気タービン単機出力の増大を図る
ためには最終段長翼の寸法増大が不可欠であり、
これに伴なう負荷応力の増大に対し、より高い引
張強さを有するロータが必要である。この要求に
対処するためには、引張強さ向上に最も効果のあ
るニツケルの増量が考えられるが、ニツケルを増
量するとロータの長時間使用で靭性の劣化（破面
遷移温度の上昇）が著しいため、ロータへの使用
は不適である。 本発明の目的は高い引張強さを有するととも
に、優れた靭性を有する12％クロム・ニツケル合
金鋼を提供することを目的とする。 従来、12％クロム基鋼はクリープ強さが優れて
いることから、500℃以上の温度で使用するター
ビン・ロータ材として使用されている。しかし従
来の12％クロム基タービンロータはクリープ強さ
に優れ引張強さも約90Kg／mm2であるが、いつぽ
う、破面遷移温度が＋50℃〜＋100℃と高いた
め、比較的蒸気温度の低いときに使用されるター
ビンロータには使用が不可能であつた。 本発明はこの12％クロム基鋼を系統的に研究し
た結果、タービンロータとして使用可能な高い引
張強さと優れた靭性を有する材料を見いだしたも
のである。 ここで、本発明に係るタービンロータを構成す
る化学組成について説明する。この組成範囲は、 炭素（Ｃ） ……0.05〜0.3％ マンガン（Mn） ……0.2〜1.5％ シリコン（Si） ……0.2％以下 クロム（Cr） ……８〜13％ モリブデン（Mo）……0.2〜1.5％ バナジウム（Ｖ） ……0.05〜0.3％ ニオブ（Nb）または／およびタンタル（Ta） ……0.01〜0.05％ ニツケル（Ni） ……3.0〜4.0％ 鉄（Fe） ……残部 および不純物から成ることを特徴とした合金であ
る。 つぎに各元素の重量％の範囲について説明す
る。 C0.05〜0.3％：Ｃは引張強さを増すために必要
欠くべからざる元素である。0.05％より少ないと
低い強度しか得られず、また0.3％を越えると靭
性が劣化するので、この範囲が適切である。 Mn0.2〜1.5％：おもに脱硫剤として添加され
る元素であり、0.2％より少ないことその効果が
発揮できず、また、1.5％を越える靭性が劣化す
るのでこの範囲が適切である。 Si0.2％以下：通常脱酸剤として添加される元
素であるが、0.2％を越えて添加すると靭性が低
下する。本発明合金ではSiを添加しないことが原
則であり、鋼の脱酸は真空カーボン脱酸法を適用
する。 Cr8〜13％：引張強さを確保する上で８％以上
必要であるが、13％を越えるとマルテンサイト組
織が得られず、高い引張強さおよび優れた靭性が
得られないので、この範囲が適切である。 Mo0.2〜1.5％：焼もどし軟化抵抗を増し、焼
入性、靭性を改善するために0.2％以上必要であ
る。しかし1.5％を越えると靭性が劣化するの
で、この範囲が適切である。 V0.05〜0.30％：強度を向上させるために0.05
％以上必要である。しかし0.30％を越えると靭性
が劣化するので、この範囲が適切である。 全体での0.01〜0.05％のNbまたは／および
Ta：本発明の特徴とするところで、結晶粒を微
細化し靭性を改善するためには0.01％以上必要で
ある。しかし、0.05％を越えるとタービン低圧ロ
ータのごとき大きな鋼塊を必要とするものにあつ
ては偏折を生じ靭性が劣化する。したがつて、こ
の範囲が適切である。なお、Nb、Taはいずれか
一方のみを添加しても、或いは両者を同時に添加
してもよく、いずれの場合も全体で上記の範囲内
となるようにする。 Ni3.0〜4.0％：本発明の特徴とするところで、
引張強さおよび靭性を向上させるために3.0％以
上必要である。しかし、4.0％を越えると焼もど
し脆化感受性が高まり、タービン低圧ロータ使用
中に焼もどし脆化を生じ破面遷移温度が上昇す
る。したがつて上述の範囲が適切である。 つぎに本発明の実施例について説明する。 第１表に示す組成の合金を溶解しロータモデル
素体を製造し、これに第２表に示す熱処理を適用
した。なお実体のロータにおいてはロータ中心部
の引張強さおよび靭性が重要であり、また靭性は
ロータ中心部で最も悪くなるので、試料の熱処理
後の冷却速度は実体ロータ中心部を想定して焼入
時の冷却速度２℃／min、焼もどし後の冷却速度
20℃／hrとした。つぎに、引張試験および衝撃試
験を実施した。第３表は試験結果を示したものあ
る。試料No.１は現在、大容量蒸気タービン低圧ロ
ータに広く使用されている3.5％NiCrMoV鋼、試
料２は大容量蒸気タービンロータに使用されてい
る12％Cr基鋼であり、試料３、４は本発明合金
である。現在使用されている12％Cr基タービン
ロータの破面遷移温度が50〜100℃であるのに対
し、本発明に係る実施例は試料No.３、No.４で100
Kg／mm2以上の引張強さと、０℃以下の破面遷移温
度を有する。ここで、本発明に係るロータが従来
ロータに較べて優れた引張強さと靭性を有する理
由としてはNi、さらにNbまたは／およびTaが適
正量添加されたためである。 以上説明したように、本発明に係る12％クロ
ム・ニツケル合金鋼は、第３表からも明らかなよ
うに、その引張強さ、靭性が従来の12％クロム・
ニツケル合金鋼に比較して非常にすぐれているこ
とが容易に理解されるであろう。
するタービンロータに使用される12％クロム・ニ
ツケル合金鋼に関する。 例えば、大容量蒸気タービンのロータは、数十
キログラムの長翼が多数植込まれ高速回転するの
で、ロータには高い引張強さが要求される。ま
た、最長翼の植込まれる部分の運転時温度は室温
付近と低いため、脆性破壊防止の観点から、材料
欠陥がなく、優れた靭性（破面遷移温度の低いこ
と）が必要である。 従来、大容量蒸気タービン低圧ロータには、こ
れら要求を満足する材料として、3.5％Ni−1.75
％Cr−0.5％Mo−0.1％Ｖ鍛鋼が広く使用されて
来た。この鋼の引張強さは約90Kg／mm2、破面遷移
温度は０℃以下である。 ところで、蒸気タービン単機出力の増大を図る
ためには最終段長翼の寸法増大が不可欠であり、
これに伴なう負荷応力の増大に対し、より高い引
張強さを有するロータが必要である。この要求に
対処するためには、引張強さ向上に最も効果のあ
るニツケルの増量が考えられるが、ニツケルを増
量するとロータの長時間使用で靭性の劣化（破面
遷移温度の上昇）が著しいため、ロータへの使用
は不適である。 本発明の目的は高い引張強さを有するととも
に、優れた靭性を有する12％クロム・ニツケル合
金鋼を提供することを目的とする。 従来、12％クロム基鋼はクリープ強さが優れて
いることから、500℃以上の温度で使用するター
ビン・ロータ材として使用されている。しかし従
来の12％クロム基タービンロータはクリープ強さ
に優れ引張強さも約90Kg／mm2であるが、いつぽ
う、破面遷移温度が＋50℃〜＋100℃と高いた
め、比較的蒸気温度の低いときに使用されるター
ビンロータには使用が不可能であつた。 本発明はこの12％クロム基鋼を系統的に研究し
た結果、タービンロータとして使用可能な高い引
張強さと優れた靭性を有する材料を見いだしたも
のである。 ここで、本発明に係るタービンロータを構成す
る化学組成について説明する。この組成範囲は、 炭素（Ｃ） ……0.05〜0.3％ マンガン（Mn） ……0.2〜1.5％ シリコン（Si） ……0.2％以下 クロム（Cr） ……８〜13％ モリブデン（Mo）……0.2〜1.5％ バナジウム（Ｖ） ……0.05〜0.3％ ニオブ（Nb）または／およびタンタル（Ta） ……0.01〜0.05％ ニツケル（Ni） ……3.0〜4.0％ 鉄（Fe） ……残部 および不純物から成ることを特徴とした合金であ
る。 つぎに各元素の重量％の範囲について説明す
る。 C0.05〜0.3％：Ｃは引張強さを増すために必要
欠くべからざる元素である。0.05％より少ないと
低い強度しか得られず、また0.3％を越えると靭
性が劣化するので、この範囲が適切である。 Mn0.2〜1.5％：おもに脱硫剤として添加され
る元素であり、0.2％より少ないことその効果が
発揮できず、また、1.5％を越える靭性が劣化す
るのでこの範囲が適切である。 Si0.2％以下：通常脱酸剤として添加される元
素であるが、0.2％を越えて添加すると靭性が低
下する。本発明合金ではSiを添加しないことが原
則であり、鋼の脱酸は真空カーボン脱酸法を適用
する。 Cr8〜13％：引張強さを確保する上で８％以上
必要であるが、13％を越えるとマルテンサイト組
織が得られず、高い引張強さおよび優れた靭性が
得られないので、この範囲が適切である。 Mo0.2〜1.5％：焼もどし軟化抵抗を増し、焼
入性、靭性を改善するために0.2％以上必要であ
る。しかし1.5％を越えると靭性が劣化するの
で、この範囲が適切である。 V0.05〜0.30％：強度を向上させるために0.05
％以上必要である。しかし0.30％を越えると靭性
が劣化するので、この範囲が適切である。 全体での0.01〜0.05％のNbまたは／および
Ta：本発明の特徴とするところで、結晶粒を微
細化し靭性を改善するためには0.01％以上必要で
ある。しかし、0.05％を越えるとタービン低圧ロ
ータのごとき大きな鋼塊を必要とするものにあつ
ては偏折を生じ靭性が劣化する。したがつて、こ
の範囲が適切である。なお、Nb、Taはいずれか
一方のみを添加しても、或いは両者を同時に添加
してもよく、いずれの場合も全体で上記の範囲内
となるようにする。 Ni3.0〜4.0％：本発明の特徴とするところで、
引張強さおよび靭性を向上させるために3.0％以
上必要である。しかし、4.0％を越えると焼もど
し脆化感受性が高まり、タービン低圧ロータ使用
中に焼もどし脆化を生じ破面遷移温度が上昇す
る。したがつて上述の範囲が適切である。 つぎに本発明の実施例について説明する。 第１表に示す組成の合金を溶解しロータモデル
素体を製造し、これに第２表に示す熱処理を適用
した。なお実体のロータにおいてはロータ中心部
の引張強さおよび靭性が重要であり、また靭性は
ロータ中心部で最も悪くなるので、試料の熱処理
後の冷却速度は実体ロータ中心部を想定して焼入
時の冷却速度２℃／min、焼もどし後の冷却速度
20℃／hrとした。つぎに、引張試験および衝撃試
験を実施した。第３表は試験結果を示したものあ
る。試料No.１は現在、大容量蒸気タービン低圧ロ
ータに広く使用されている3.5％NiCrMoV鋼、試
料２は大容量蒸気タービンロータに使用されてい
る12％Cr基鋼であり、試料３、４は本発明合金
である。現在使用されている12％Cr基タービン
ロータの破面遷移温度が50〜100℃であるのに対
し、本発明に係る実施例は試料No.３、No.４で100
Kg／mm2以上の引張強さと、０℃以下の破面遷移温
度を有する。ここで、本発明に係るロータが従来
ロータに較べて優れた引張強さと靭性を有する理
由としてはNi、さらにNbまたは／およびTaが適
正量添加されたためである。 以上説明したように、本発明に係る12％クロ
ム・ニツケル合金鋼は、第３表からも明らかなよ
うに、その引張強さ、靭性が従来の12％クロム・
ニツケル合金鋼に比較して非常にすぐれているこ
とが容易に理解されるであろう。
【表】
【表】
Claims (1)
- １ 重量比で、C0.05〜0.3％、Mn0.2〜1.5％、
Si0.2％以下、Cr8〜13％、Mo0.2〜1.5％、V0.05
〜0.3％、全体で0.01〜0.05％のNbまたは／およ
びTa、Ni3.0〜4.0％、残部Feおよび付随的不純
物より成り、常温において高い引張強さおよび靭
性を有する高強度高靭性12％クロムニツケル合金
鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13131579A JPS5655552A (en) | 1979-10-13 | 1979-10-13 | 12% chromium-nickel alloy steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13131579A JPS5655552A (en) | 1979-10-13 | 1979-10-13 | 12% chromium-nickel alloy steel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5655552A JPS5655552A (en) | 1981-05-16 |
| JPS62993B2 true JPS62993B2 (ja) | 1987-01-10 |
Family
ID=15055074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13131579A Granted JPS5655552A (en) | 1979-10-13 | 1979-10-13 | 12% chromium-nickel alloy steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5655552A (ja) |
-
1979
- 1979-10-13 JP JP13131579A patent/JPS5655552A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5655552A (en) | 1981-05-16 |
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