Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6411084B2 - Manufacturing method of rotor for steam turbine - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6411084B2 - Manufacturing method of rotor for steam turbine - Google Patents

Manufacturing method of rotor for steam turbine Download PDF

Info

Publication number
JP6411084B2
JP6411084B2 JP2014122754A JP2014122754A JP6411084B2 JP 6411084 B2 JP6411084 B2 JP 6411084B2 JP 2014122754 A JP2014122754 A JP 2014122754A JP 2014122754 A JP2014122754 A JP 2014122754A JP 6411084 B2 JP6411084 B2 JP 6411084B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
tempering
temperature
steam turbine
stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2014122754A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015078426A (en
Inventor
山田 政之
政之 山田
梁 閻
梁 閻
村上 格
格 村上
夏樹 石橋
夏樹 石橋
金子 丈治
丈治 金子
晶洋 谷口
晶洋 谷口
一宏 和田
一宏 和田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Energy Systems and Solutions Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2014122754A priority Critical patent/JP6411084B2/en
Priority to KR1020140088853A priority patent/KR101605036B1/en
Priority to CN201410340365.9A priority patent/CN104451086B/en
Priority to EP16195574.5A priority patent/EP3144398B1/en
Priority to EP16195579.4A priority patent/EP3141620A1/en
Priority to EP14179084.0A priority patent/EP2848706B1/en
Publication of JP2015078426A publication Critical patent/JP2015078426A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6411084B2 publication Critical patent/JP6411084B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/28Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for plain shafts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26Methods of annealing
    • C21D1/30Stress-relieving
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D2221/00Treating localised areas of an article
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • F05D2220/31Application in turbines in steam turbines

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Child & Adolescent Psychology (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービン用ロータの製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a method for manufacturing a steam turbine rotor.

蒸気タービンには、地熱発電に用いられるものがある。地熱発電は、地下にある蒸気等を地表に設けられた蒸気タービンに導き、当該蒸気の力により蒸気タービンのロータを回転させる。このような地熱発電用の蒸気タービンに導入される天然の蒸気の温度は、一般的な火力発電用蒸気タービンに導入される蒸気の温度に比べて低いものであり、例えば、200℃程度である。また、地熱発電において蒸気タービンに導入される天然の蒸気には、硫化水素等、金属を腐食させる腐食性ガスが含まれていることがある。   Some steam turbines are used for geothermal power generation. In geothermal power generation, underground steam or the like is guided to a steam turbine provided on the ground surface, and the rotor of the steam turbine is rotated by the force of the steam. The temperature of natural steam introduced into such a steam turbine for geothermal power generation is lower than the temperature of steam introduced into a general steam turbine for thermal power generation, for example, about 200 ° C. . In addition, natural steam introduced into a steam turbine in geothermal power generation may contain corrosive gas that corrodes metals such as hydrogen sulfide.

このような地熱発電用蒸気タービンのロータには、水素脆化(hydrogen embrittlement)による割れ(以下、単に「水素割れ」と記す)が生じる場合がある。蒸気タービンのロータを構成する材料(以下、ロータ材と記す)には、引っ張り強さ、耐力、靱性等の機械的性質や、耐腐食性に加えて、水素脆化による割れが生じない能力(以下、耐水素割れ性と記す)が求められている。   Such a rotor of a steam turbine for geothermal power generation may be cracked by hydrogen embrittlement (hereinafter simply referred to as “hydrogen cracking”). In addition to mechanical properties such as tensile strength, proof strength, toughness, and corrosion resistance, the materials that make up the rotor of steam turbines (hereinafter referred to as rotor materials) are capable of preventing cracking due to hydrogen embrittlement ( Hereinafter, the resistance to hydrogen cracking is required.

特許第4713796号公報Japanese Patent No. 4713796

上述した耐水素割れ性や耐腐食性を確保するため、地熱発電用蒸気タービンのロータ材には、火力発電用蒸気タービンのロータ材として使用実績が豊富な1%CrMoV鋼を基に、さらに靱性を強化させた1〜2%Cr系材料が使用されることが多い。   In order to ensure the above-mentioned hydrogen cracking resistance and corrosion resistance, the rotor material of the steam turbine for geothermal power generation is based on 1% CrMoV steel, which has been used as a rotor material for steam turbines for thermal power generation. In many cases, a 1-2% Cr-based material strengthened with bismuth is used.

ところで、地熱発電用の蒸気タービンのロータのうち、天然の蒸気に最初に曝される部位などは、その他の部位に比べて腐食性が高い環境で使用されることがある。このような部位については、その他の部位に比べて、特に水素割れが生じて、当該水素割れが進展しやすいという問題があり、特に耐水素割れ性を向上させることが要望されている。   By the way, among the rotors of a steam turbine for geothermal power generation, a part that is first exposed to natural steam may be used in an environment that is more corrosive than other parts. Such a part has a problem that hydrogen cracking particularly occurs and the hydrogen cracking easily progresses as compared with other parts, and there is a demand for improving the hydrogen cracking resistance.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、蒸気タービン用ロータのうち、所定の対象部位については、耐水素割れ性を向上させることが可能な蒸気タービン用ロータの製造技術を提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a technology for manufacturing a steam turbine rotor capable of improving the hydrogen cracking resistance for a predetermined target portion of the steam turbine rotor. .

本発明の実施形態の蒸気タービン用ロータの製造方法は、蒸気タービンを構成するロータの製造方法であって、当該ロータのうち所定の対象部位については、その他の部位に比べて残留応力を低減させる工程であって、当該対象部位については、その加熱温度である焼戻し温度を、その他の部位に比べて高い温度に設定して当該ロータの焼戻しを少なくとも1回行う工程である焼戻し工程と、前記対象部位については、その他の部位に比べて、結晶粒を微細化させる工程と、を有し、当該結晶粒を微細化させる工程は、前記焼戻し工程の前に行われ、前記対象部位については、その加熱温度である焼入れオーステナイト化温度を、その他の部位に比べて低い温度に設定して当該ロータの焼入れを行う工程である焼入れ工程と、当該焼入れ工程の前に行われ、その加熱温度である調質前焼鈍温度を、1050〜1300℃に設定して当該ロータ焼鈍しを行う工程である調質前焼鈍工程と、を含み、前記ロータは、炭素が0.15〜0.33%、ケイ素が0.03〜0.20%、マンガンが0.5〜2.0%、ニッケルが0.1〜1.3%、クロムが0.9〜3.5%、モリブデンが0.1〜1.5%、バナジウムが0.15〜0.35%、任意成分としてタングステンが1.0%以下、質量%で含有されており、残部が、鉄及び不可避的不純物であるフェライト系合金鋼により構成されているA method for manufacturing a rotor for a steam turbine according to an embodiment of the present invention is a method for manufacturing a rotor constituting a steam turbine, and reduces a residual stress in a predetermined target portion of the rotor as compared with other portions. Tempering step, which is a step of tempering the rotor at least once by setting the tempering temperature, which is the heating temperature thereof, to a higher temperature than the other parts. The portion has a step of refining crystal grains compared to other portions, and the step of refining the crystal grains is performed before the tempering step, and the target portion is A quenching process, which is a process of quenching the rotor by setting the quenching austenitizing temperature, which is a heating temperature, to a lower temperature than other parts, and the quenching process An annealing step before tempering, which is a step of performing the rotor annealing by setting the pre-tempering annealing temperature, which is the heating temperature, to 1050 to 1300 ° C., and the rotor is made of carbon. 0.15-0.33%, silicon 0.03-0.20%, manganese 0.5-2.0%, nickel 0.1-1.3%, chromium 0.9-3. 5%, Molybdenum 0.1-1.5%, Vanadium 0.15-0.35%, Tungsten as an optional component is contained in 1.0% or less by mass%, the balance is iron and inevitable It is made of ferritic alloy steel, which is a typical impurity .

本発明の実施形態によれば、蒸気タービン用ロータのうち所定の対象部位については、耐水素割れ性を向上させることができる。   According to the embodiment of the present invention, hydrogen cracking resistance can be improved for a predetermined target portion of the steam turbine rotor.

第1及び第2実施形態の蒸気タービン用ロータの一例と、その周辺構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the rotor for steam turbines of 1st and 2nd embodiment, and its periphery structure. 第1及び第2実施形態の蒸気タービン用ロータ材の一例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining an example of the rotor material for steam turbines of 1st and 2nd embodiment. 第1及び第2実施形態の製造方法の熱処理条件を示す図である。It is a figure which shows the heat processing conditions of the manufacturing method of 1st and 2nd embodiment. 第1及び第2実施形態の製造方法の熱処理が施された供試材の結晶粒度(G.S.No.)、残留応力(最大引張応力)及び耐水素割れ性の判定結果を示す図である。It is a figure which shows the determination result of the crystal grain size (G.S.No.), the residual stress (maximum tensile stress), and hydrogen cracking resistance of the test material subjected to the heat treatment of the manufacturing method of the first and second embodiments. 比較例の熱処理条件を示す図である。It is a figure which shows the heat processing conditions of a comparative example. 比較例の熱処理が施された供試材の結晶粒度(G.S.No.)、残留応力(最大引張応力)及び耐水素割れ性の判定結果を示す図である。It is a figure which shows the determination result of the crystal grain size (G.S.No.), residual stress (maximum tensile stress), and hydrogen cracking resistance of the test material which was heat-treated in the comparative example.

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

〔第1の実施形態〕
第1の実施形態の製造方法が適用される蒸気タービン用ロータの一例について、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態の蒸気タービン用ロータと、その周辺構成を示す模式図である。なお、図1においては、理解を容易にするため、動翼、静翼、ケーシングの下側を省略している。
[First Embodiment]
An example of a steam turbine rotor to which the manufacturing method of the first embodiment is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a steam turbine rotor according to the present embodiment and its peripheral configuration. In FIG. 1, the lower side of the moving blade, the stationary blade, and the casing is omitted for easy understanding.

図1に示すように、蒸気タービン1は、軸流式のターボ形流体機械であり、静翼3が内側に結合されたケーシング5と、当該ケーシング5内において回転中心軸(図に一点鎖線Aで示す)を中心に回転する蒸気タービン用ロータ(以下、単に「ロータ」と記す)10とを有している。ロータ10は、略円柱状をなして軸方向に延びている。ロータ10には、その周方向に複数の動翼12が配列されている。ロータ10の軸方向(一点鎖線Aで示す方向)において、動翼12は、静翼3と対向して配列されており、静翼3と共に複数のタービン段を構成している。   As shown in FIG. 1, the steam turbine 1 is an axial-flow turbo fluid machine, and includes a casing 5 in which a stationary blade 3 is coupled to an inner side, and a rotation center shaft (indicated by a one-dot chain line A in the figure). And a rotor for a steam turbine (hereinafter simply referred to as “rotor”) 10 that rotates around the center. The rotor 10 has a substantially cylindrical shape and extends in the axial direction. A plurality of rotor blades 12 are arranged in the circumferential direction of the rotor 10. In the axial direction of the rotor 10 (direction indicated by the alternate long and short dash line A), the moving blades 12 are arranged to face the stationary blades 3 and constitute a plurality of turbine stages together with the stationary blades 3.

蒸気タービン1は、図に矢印Fで示すように、ロータ10の軸方向のうち一方側(以下、上流側と記す)から蒸気が導入される。本実施形態の蒸気タービン1は、地熱発電に用いられ、天然の蒸気が導入される。天然の蒸気には、硫化水素等、金属を腐食させる腐食性ガスが含まれている。よって、ロータ10は、腐食性ガスを含む天然の蒸気に曝される。   In the steam turbine 1, as indicated by an arrow F in the figure, steam is introduced from one side (hereinafter referred to as an upstream side) in the axial direction of the rotor 10. The steam turbine 1 of this embodiment is used for geothermal power generation, and natural steam is introduced. Natural vapor contains corrosive gases that corrode metals, such as hydrogen sulfide. Thus, the rotor 10 is exposed to natural steam containing corrosive gas.

特に、蒸気タービン1の上流側を構成するタービン段の近傍は、図1に示すように、天然の蒸気が流入する部位であり、上述した腐食性ガスに曝されるため、特に、耐水素割れ性が要求される。例えば、ロータ10のうち、上流側の第1タービン段から第4タービン段を構成する動翼12が結合される結合部分(以下、羽根植込み部と記して図に破線で示す)20a,21a,22a,23aにおいては、動翼12との隙間に、天然の蒸気に含まれる腐食成分が析出し堆積することがある。このため、ロータ10のうち羽根植込み部20a,21a,22a,23aをそれぞれ含む略円柱状をなしている部分(以下、段落部と記して図に二点鎖線で示す)20,21,22,23においては、その他の部位に比べて水素割れが発生しやすい。   In particular, the vicinity of the turbine stage constituting the upstream side of the steam turbine 1 is a portion where natural steam flows as shown in FIG. 1 and is exposed to the above-described corrosive gas. Sex is required. For example, in the rotor 10, coupling portions 20 a, 21 a, to which the rotor blades 12 constituting the first turbine stage to the fourth turbine stage on the upstream side are coupled (hereinafter referred to as blade implantation parts and indicated by broken lines in the drawing) In 22a and 23a, the corrosive component contained in natural steam may be deposited and deposited in the gap with the moving blade 12. Therefore, portions of the rotor 10 that have a substantially cylindrical shape including the blade implantation portions 20a, 21a, 22a, and 23a (hereinafter referred to as paragraph portions and indicated by two-dot chain lines in the drawing) 20, 21, 22, In 23, hydrogen cracking is likely to occur compared to other parts.

一方、蒸気タービン1の下流側(図示せず)においては、天然の蒸気が、タービン段において仕事をして凝縮してドレン化(液化)する。このため、蒸気中の腐食成分は、羽根植込み部に堆積することなく、凝縮したドレンとともにタービンの外部に排出される。このため、ロータ10のうち蒸気タービン1の下流側の部位においては、水素割れが発生しにくい。   On the other hand, on the downstream side (not shown) of the steam turbine 1, natural steam works and condenses and drains (liquefies) in the turbine stage. For this reason, the corrosive component in the steam is discharged to the outside of the turbine together with the condensed drain without accumulating in the blade implantation part. For this reason, hydrogen cracking hardly occurs in a portion of the rotor 10 on the downstream side of the steam turbine 1.

本実施形態のロータ10においては、地熱蒸気が流入する蒸気タービンの上流側のタービン段の羽根植込み部20a,21a,22a,23aをそれぞれ含む、段落部20,21,22,23が、耐水素割れ性の向上が特に必要とされる部位であり、以下の説明において、「対象部位」と記す。また、本実施形態においては、ロータ10のうち所定の対象部位(段落部)20,21,22,23以外の部位を、以下の説明において「その他の部位」と記す。   In the rotor 10 of the present embodiment, the stage portions 20, 21, 22, and 23 including the blade implantation portions 20a, 21a, 22a, and 23a of the turbine stage on the upstream side of the steam turbine into which geothermal steam flows are provided with hydrogen resistance. This is a site that requires particularly improved crackability, and is referred to as a “target site” in the following description. In the present embodiment, parts of the rotor 10 other than the predetermined target parts (paragraphs) 20, 21, 22, 23 are referred to as “other parts” in the following description.

次に、本実施形態の蒸気タービン用ロータの製造方法で用いられるロータ材について、図2を用いて説明する。図2は、本実施形態の蒸気タービン用ロータ材の一例を説明する説明図である。なお、図2においては、一例として、評価に供されたロータ材(以下、供試材と記す)の成分と、特許請求の範囲に示すロータ材の成分とを示している。供試材A,B,C,D,E,F,Gに対して、本実施形態の熱処理を行った結果については、後述する。   Next, the rotor material used in the steam turbine rotor manufacturing method of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory view illustrating an example of the steam turbine rotor material of the present embodiment. FIG. 2 shows, as an example, components of a rotor material used for evaluation (hereinafter referred to as “test material”) and components of the rotor material shown in the claims. The results of performing the heat treatment of the present embodiment on the specimens A, B, C, D, E, F, and G will be described later.

図2に示すように、蒸気タービン用ロータは、主要な部分が鉄(元素記号:Fe)で構成された、いわゆるフェライト系合金鋼(ferritic alloy steel)で構成されている。当該フェライト系合金鋼は、合金元素として質量%で、炭素(元素記号:C)が0.15〜0.33%、ケイ素(元素記号:Si)が0.03〜0.20%、マンガン(元素記号:Mn)が0.5〜2.0%、ニッケル(元素記号:Ni)が0.1〜1.3%、クロム(元素記号:Cr)が0.9〜3.5%、モリブデン(元素記号:Mo)が0.1〜1.5%、バナジウム(元素記号:V)が0.15〜0.35%、任意成分としてタングステン(元素記号:W)が1.0%以下、含有されている。なお、本実施形態のフェライト系合金鋼には、タングステンは含有されていない。   As shown in FIG. 2, the steam turbine rotor is made of so-called ferritic alloy steel, the main part of which is made of iron (element symbol: Fe). The ferritic alloy steel is in mass% as an alloy element, carbon (element symbol: C) is 0.15 to 0.33%, silicon (element symbol: Si) is 0.03 to 0.20%, manganese ( Element symbol: Mn) is 0.5-2.0%, nickel (element symbol: Ni) is 0.1-1.3%, chromium (element symbol: Cr) is 0.9-3.5%, molybdenum (Element symbol: Mo) is 0.1 to 1.5%, vanadium (element symbol: V) is 0.15 to 0.35%, tungsten (element symbol: W) is 1.0% or less as an optional component, Contained. Note that the ferritic alloy steel of this embodiment does not contain tungsten.

加えて、当該フェライト系合金鋼には、製造上の必要に応じて、窒素(元素記号:N)が0.005〜0.015%、質量%で含有されている。窒素は、焼入性を向上させ、大型鋼塊であっても、その中心部位におけるフェライトの生成を抑制するので、ロータ材の大径化に有効である。また、窒素は、マトリックス(主要金属)中に固溶して、Nb(C,N)の炭窒化物として析出することにより、ロータ10の高強度化に有効である。なお、上述した元素以外にも、製造上混入が避けられない不純物(以下、不可避的不純物と記す)が含まれるものとしても良い。   In addition, the ferritic alloy steel contains nitrogen (element symbol: N) in an amount of 0.005 to 0.015% by mass, as required in production. Nitrogen improves the hardenability and suppresses the formation of ferrite in the central portion of a large steel ingot, and is therefore effective in increasing the diameter of the rotor material. Nitrogen is effective in increasing the strength of the rotor 10 by being dissolved in the matrix (main metal) and precipitated as Nb (C, N) carbonitride. In addition to the elements described above, impurities that cannot be avoided in manufacturing (hereinafter referred to as inevitable impurities) may be included.

次に、本実施形態の製造方法(熱処理方法)について、図3及び図4を用いて説明する。図3は、本実施形態の製造方法の熱処理条件を示す図である。図4は、本実施形態の製造方法の熱処理が施された供試材の結晶粒度、残留応力(最大引張応力)及び耐水素割れ性の判定結果を示す図である。   Next, the manufacturing method (heat treatment method) of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram showing the heat treatment conditions of the manufacturing method of the present embodiment. FIG. 4 is a diagram showing the determination results of the crystal grain size, residual stress (maximum tensile stress), and hydrogen cracking resistance of the test material subjected to the heat treatment of the manufacturing method of the present embodiment.

上述した本実施形態のロータ材は、一般的な方法により溶製されて得ることができ、得られた高温の合金鋼には、鍛造等の熱間加工が施される。このような熱間加工を行った後に、本実施形態の各種の熱処理が行われる。当該熱処理には、例えば、調質(quality heat treatment)がある。調質とは、材質を安定させるために、焼入れにより硬化させた後、比較的高い温度で焼戻す熱処理であり、以下の説明において単に「調質処理」と記す。   The rotor material of the present embodiment described above can be obtained by melting by a general method, and the obtained high temperature alloy steel is subjected to hot working such as forging. After such hot working, various heat treatments of this embodiment are performed. The heat treatment includes, for example, quality heat treatment. The tempering is a heat treatment that is tempered at a relatively high temperature after hardening by quenching in order to stabilize the material, and is simply referred to as “tempering treatment” in the following description.

(1)調質前焼鈍工程
本実施形態の製造方法においては、上述した調質処理工程を行う前に、焼鈍し(annealing)を行う。以下に図3及び図4を用いて説明する。この工程においては、蒸気タービン用ロータを所定の温度に加熱し、当該温度において保持した後、徐々に冷却する。これにより、ロータ材を軟化させて内部にある歪を除去することができる。調質処理を行う前において、当該焼鈍しを行う工程を、以下の説明において「調質前焼鈍工程」と記す。以下に説明する調質前焼鈍工程は、上述した対象部位、及びその他の部位を含む蒸気タービン用ロータの全体について行われる。
(1) Pre-annealing annealing step In the manufacturing method of the present embodiment, annealing is performed before the above-described tempering treatment step. This will be described below with reference to FIGS. In this step, the steam turbine rotor is heated to a predetermined temperature, held at that temperature, and then gradually cooled. Thereby, a rotor material can be softened and the distortion which exists inside can be removed. Before performing the tempering treatment, the step of annealing is referred to as “pre-tempering annealing step” in the following description. The pre-tempering annealing process described below is performed on the entire steam turbine rotor including the above-described target part and other parts.

本実施形態の調質前焼鈍工程において、その焼鈍しの加熱温度(以下、単に「焼鈍温度」と記す)は、1050〜1300℃に設定される。一例として、図に示すように、焼鈍温度は、1150℃又は1050℃に設定されている。調質前焼鈍工程においては、ロータ材を、1050〜1300℃に設定された焼鈍温度に達するまで加熱し、当該焼鈍温度を、所定の時間(以下、保持時間と記す)保持した後、炉冷又は空冷などの十分に遅い冷却速度で徐々に冷却する。そして、その後の調質処理の焼入れ工程において対象部位について結晶粒の微細化を図る。なお、焼鈍温度の保持時間は、5時間に設定されている。   In the pre-annealing annealing process of the present embodiment, the heating temperature for annealing (hereinafter simply referred to as “annealing temperature”) is set to 1050 to 1300 ° C. As an example, as shown in the figure, the annealing temperature is set to 1150 ° C or 1050 ° C. In the pre-annealing annealing step, the rotor material is heated until it reaches an annealing temperature set at 1050 to 1300 ° C., and the annealing temperature is maintained for a predetermined time (hereinafter referred to as holding time), and then cooled in the furnace. Or gradually cool at a sufficiently slow cooling rate such as air cooling. And refinement | miniaturization of a crystal grain is aimed at about the object part in the hardening process of subsequent tempering processing. The holding time for the annealing temperature is set to 5 hours.

なお、焼鈍温度の下限値が1050℃に設定されるのは、鍛造などの熱間加工工程で生じた歪を除去するためであり、また、粗大な炭化物や炭窒化物をマトリックス(主要金属、母材)中に固溶させて均質な組織にするためには1050℃以上の焼鈍温度が必要だからである。1050℃未満では、当該工程の後に実施する調質処理工程で、ロータ材に要求される品質や材料特性が得られなくなる。   The lower limit of the annealing temperature is set to 1050 ° C. in order to remove strain generated in a hot working process such as forging, and a coarse carbide or carbonitride is used as a matrix (main metal, This is because an annealing temperature of 1050 ° C. or higher is required to form a homogeneous structure in the base material). If it is less than 1050 ° C., the quality and material characteristics required for the rotor material cannot be obtained in the tempering process performed after the process.

また、焼鈍温度の上限値が1300℃に設定されるのは、1300℃を超えると焼鈍炉の寿命を著しく短くしてしまうため、実際の製造上において不適切であるためである。このため、焼鈍温度は、1050℃〜1300℃の範囲に設定される。なお、焼鈍温度は、同様の理由により、下限値を1100℃に設定し、且つ上限値を1250℃に設定することがより好適である。   Further, the upper limit of the annealing temperature is set to 1300 ° C. because if it exceeds 1300 ° C., the life of the annealing furnace is remarkably shortened, which is inappropriate in actual production. For this reason, annealing temperature is set to the range of 1050 to 1300 degreeC. For the same reason, it is more preferable to set the lower limit value to 1100 ° C. and the upper limit value to 1250 ° C. for the same reason.

このような温度での調質前焼鈍工程を行うことにより、ロータ材内部の歪みを除去すると共に、比較的高い割合でパーライト組織を生成することができる。調質前焼鈍工程において生成される当該パーライト組織の割合が高いほど、下記に説明する調質処理を行った後、結晶粒が微細化する。すなわち、結晶粒を微粒化させる工程には、上述した調質前焼鈍工程が含まれる。   By performing the pre-annealing annealing process at such a temperature, it is possible to remove distortion inside the rotor material and to generate a pearlite structure at a relatively high rate. The higher the proportion of the pearlite structure generated in the pre-annealing annealing step, the finer the crystal grains after the refining treatment described below. That is, the step of atomizing crystal grains includes the pre-annealing step described above.

(2)調質処理
(2−1)焼入れ工程
本実施形態の調質処理においては、まず、焼入れ(quenching)を行って、ロータ材の組織をオーステナイト化する。この工程においては、ロータ材を加熱し、所定の加熱温度(以下、焼入れオーステナイト化温度と記す)に保持してから、ロータ材を急冷する。これにより、ロータ材の組織を、オーステナイト化する。この焼入れにより当該組織をオーステナイト化する工程を、以下の説明において、単に「焼入れ工程」と記す。
(2) Refining process (2-1) Quenching process In the refining process of this embodiment, quenching is first performed to austenite the structure of the rotor material. In this step, the rotor material is heated and maintained at a predetermined heating temperature (hereinafter referred to as quenching austenitizing temperature), and then the rotor material is rapidly cooled. Thereby, the structure | tissue of a rotor material is austenitized. The process of austenitizing the structure by this quenching is simply referred to as “quenching process” in the following description.

本実施形態の焼入れ工程において、その焼入れオーステナイト化温度は、ロータのうち、耐水素割れ性が特に必要とされる対象部位については、その他の部位に比べて低い温度に設定される。その他の部位の焼入れオーステナイト化温度は、910〜950℃に設定される。一方、対象部位の焼入れオーステナイト化温度は、その他の部位に比べて低い温度である880〜910℃に設定される。このようなオーステナイト化温度で焼入れを行うことにより、本実施形態の焼入れ工程は、ロータのうち対象部位について、その他の部位に比べて結晶粒を微細化させることができる。すなわち、結晶粒を微粒化させる工程には、当該焼入れ工程が含まれる。   In the quenching process of the present embodiment, the quenching austenitizing temperature is set to a lower temperature than the other parts for the target part of the rotor that particularly requires hydrogen cracking resistance. The quenching austenitizing temperature of other parts is set to 910-950 ° C. On the other hand, the quenching austenitizing temperature of the target part is set to 880 to 910 ° C., which is a lower temperature than other parts. By performing quenching at such an austenitizing temperature, the quenching process of the present embodiment can make crystal grains finer for the target portion of the rotor as compared with other portions. That is, the step of atomizing crystal grains includes the quenching step.

図3に示すうように、焼入れオーステナイト化温度は、その他の部位については、920℃に設定されており、対象部位については、その他の部位に比べて低い温度である900℃に設定されている。焼入れ工程においては、ロータ材を、上述した焼入れオーステナイト化温度に達するまで加熱し、当該焼入れオーステナイト化温度を、所定の保持時間、保持した後、ロータに対して水を霧状にして吹き付けることにより、急速に冷却する。なお、本実施形態において、焼入れオーステナイト化温度の保持時間は、5時間に設定されている。   As shown in FIG. 3, the quenching austenitizing temperature is set to 920 ° C. for the other parts, and the target part is set to 900 ° C., which is a lower temperature than the other parts. . In the quenching step, the rotor material is heated until reaching the quenching austenitizing temperature described above, and after maintaining the quenching austenitizing temperature for a predetermined holding time, by spraying water on the rotor in the form of a mist. Cool quickly. In the present embodiment, the holding time of the quenching austenitizing temperature is set to 5 hours.

対象部位について結晶粒の微細化を図ることにより、微細化を図らない場合と比べて、水素割れによるき裂が発生する寿命は同じであるものの、き裂が進展する速度(以下、き裂進展速度と記す)が抑制される。この「き裂進展速度」の抑制により、対象部位について耐水素割れ性が向上する。   Compared to the case where the target part is not refined, the life of cracks generated by hydrogen cracking is the same, but the crack growth rate (hereinafter referred to as crack growth). (Denoted as speed). By suppressing the “crack growth rate”, the hydrogen cracking resistance of the target portion is improved.

焼入れオーステナイト化温度は、880℃未満であっても、結晶粒の微細化効果を得ることは可能であるが、炭窒化物の固溶が不十分となるため、後述する焼戻し後に必要な強度や靱性が得られなくなる。また、残留応力(引張)が比較的大きくなる原因ともなり得る。一方、焼入れオーステナイト化温度が910℃を超えると、その他の部位に適用される焼入れオーステナイト化温度と同様となり、対象部位に必要とされる十分な耐水素割れ性を確保することができない。このため、耐水素割れ性の向上が特に必要とされる対象部位については、焼入れオーステナイト化温度は、880〜910℃の範囲に設定される。なお、同様の理由により、対象部位の焼入れオーステナイト化温度は、下限値を890℃に設定し、上限値を905℃に設定することが、より好適である。   Even if the quenching austenitizing temperature is less than 880 ° C., it is possible to obtain the effect of refining the crystal grains, but since the carbonitride is not sufficiently dissolved, the strength required after tempering, which will be described later, Toughness cannot be obtained. In addition, the residual stress (tensile) can be relatively large. On the other hand, if the quenching austenitizing temperature exceeds 910 ° C., it becomes the same as the quenching austenitizing temperature applied to other parts, and sufficient hydrogen cracking resistance required for the target part cannot be ensured. For this reason, the quenching austenitizing temperature is set in a range of 880 to 910 ° C. for a target portion that is particularly required to improve hydrogen cracking resistance. For the same reason, it is more preferable that the quenching austenitizing temperature of the target site is set to a lower limit value of 890 ° C. and an upper limit value of 905 ° C.

なお、上述した焼入れオーステナイト化温度を所定の保持時間で保持した後、水を噴射する水スプレーによりロータの急冷が行われて、当該焼入れ工程は完了する。   In addition, after hold | maintaining the quenching austenitization temperature mentioned above for the predetermined holding time, the rotor is rapidly cooled by the water spray which injects water, and the said hardening process is completed.

(2−2)焼戻し工程
本実施形態の調質処理において、焼戻し(tempering)を行う。この工程においては、上述した焼入れ工程を行った後、焼入れオーステナイト化温度に比べて低い温度に設定された所定の加熱温度(以下、焼戻し温度と記す)にまでロータ材を再び加熱してから冷却する。これにより、ロータ材は、靱性等の所要の性質を得ることができる。この焼戻しをする工程を、以下の説明において「焼戻し工程」と記す。なお、当該焼戻し工程について、図3には「第1段焼戻し」と記す。
(2-2) Tempering step Tempering is performed in the tempering process of this embodiment. In this process, after performing the above-described quenching process, the rotor material is again heated to a predetermined heating temperature (hereinafter referred to as tempering temperature) set to a temperature lower than the quenching austenitizing temperature, and then cooled. To do. Thereby, the rotor material can obtain required properties such as toughness. This step of tempering is referred to as “tempering step” in the following description. The tempering step is referred to as “first stage tempering” in FIG.

本実施形態の焼戻し工程において、その焼戻し温度は、ロータのうち、耐水素割れ性が特に必要とされる対象部位については、その他の部位に比べて高い温度に設定される。その他の部位の焼戻し温度は、600〜660℃に設定される。一方、対象部位の焼戻し温度は、その他の部位に比べて高い温度である660〜700℃に設定される。このような焼戻し温度で焼戻しを行うことにより、本実施形態の焼戻し工程は、ロータのうち対象部位について、焼戻し後に生じる残留応力(引張)を、その他の部位に比べて低減させることができる。すなわち、対象部位については、その他の部位に比べて残留応力を低減させる工程には、当該焼戻し工程(2−2)が含まれている。   In the tempering step of the present embodiment, the tempering temperature is set to a higher temperature than the other parts for the target part of the rotor that particularly requires hydrogen cracking resistance. The tempering temperature of other parts is set to 600 to 660 ° C. On the other hand, the tempering temperature of the target part is set to 660 to 700 ° C., which is a higher temperature than other parts. By performing tempering at such a tempering temperature, the tempering step of the present embodiment can reduce the residual stress (tensile) generated after tempering of the target portion of the rotor as compared with other portions. That is, for the target part, the tempering process (2-2) is included in the process of reducing the residual stress compared to the other parts.

図3に「第1段焼戻し」に示すように、本実施形態において、対象部位の焼戻し温度は、670℃に設定され、その他の部位の焼戻し温度は、630℃に設定されている。焼戻し工程においては、ロータ材を、上述した焼戻し温度に達するまで加熱し、当該焼戻し温度を、所定の保持時間、保持した後、冷却する。なお、焼戻し温度の保持時間は、20時間に設定されている。   As shown in “First-stage tempering” in FIG. 3, in the present embodiment, the tempering temperature of the target part is set to 670 ° C., and the tempering temperatures of the other parts are set to 630 ° C. In the tempering step, the rotor material is heated until reaching the tempering temperature described above, and the tempering temperature is maintained for a predetermined holding time, and then cooled. The holding time for the tempering temperature is set to 20 hours.

ロータ材に作用する応力には、外部応力(外力)と内部応力(残留応力)がある。耐水素割れ性の向上が特に必要とされる対象部位については、その他の部位に比べて高い温度660〜700℃で焼戻しを行うことにより、残留応力(引張)が低減される分、ロータ材に作用する応力が低減される。これにより、ロータの対象部位における水素割れの進展を抑制することができる。   The stress acting on the rotor material includes external stress (external force) and internal stress (residual stress). For target parts that require particularly improved hydrogen cracking resistance, the residual stress (tensile) is reduced by tempering at a temperature of 660 to 700 ° C., which is higher than that of other parts. The acting stress is reduced. Thereby, progress of the hydrogen crack in the object part of a rotor can be controlled.

上述したフェライト系合金鋼において、残留応力(引張)を低減する効果は、660℃以上であれば得られるが、700℃を超えると、ロータの強度が低下する。このため、耐水素割れ性の向上が特に必要とされる対象部位については、焼戻し温度は、660〜700℃に設定される。なお、同様の理由により、対象部位については、焼戻し温度の下限値を665℃に設定し、上限値を685℃に設定することが、より好ましい。   In the above-described ferritic alloy steel, the effect of reducing the residual stress (tensile) can be obtained at 660 ° C. or higher, but when it exceeds 700 ° C., the strength of the rotor decreases. For this reason, the tempering temperature is set to 660 to 700 ° C. for the target portion where the improvement of hydrogen cracking resistance is particularly required. For the same reason, it is more preferable to set the lower limit value of the tempering temperature to 665 ° C. and the upper limit value to 685 ° C. for the target part.

なお、蒸気タービン用ロータのうち、対象部位の焼戻し温度を、その他の部位の焼戻し温度に比べて高温にする手法としては、高周波誘導加熱法(high-frequency induction heating)を用いることができる。ロータのうち耐水素割れ性が特に必要とされる対象部位のみ、高周波誘導加熱法により加熱することで、対象部位の焼戻し温度を、その他の部位の焼戻し温度に比べて高温にすることができる。   In the steam turbine rotor, a high-frequency induction heating method can be used as a method of setting the tempering temperature of the target part to be higher than the tempering temperature of other parts. By heating only the target part that is particularly required to have hydrogen cracking resistance in the rotor by the high frequency induction heating method, the tempering temperature of the target part can be made higher than the tempering temperature of the other part.

〔ロータ材と熱処理条件〕
本実施形態の蒸気タービン用ロータの製造方法(熱処理方法)を、各種のロータ材に適用した場合の耐水素割れ性について、図2〜図6を用いて説明する。
[Rotor material and heat treatment conditions]
The resistance to hydrogen cracking when the steam turbine rotor manufacturing method (heat treatment method) of this embodiment is applied to various rotor materials will be described with reference to FIGS.

図2は、本実施形態の蒸気タービン用ロータ材の一例を説明する説明図であり、評価に供されたロータ材(以下、供試材と記す)の成分を示している。図2に示す供試材は、真空誘導溶解炉(VIM)によって溶製され、鍛造を行った3個の50kg試験鋼塊A,B,C,D,E,F,Gを用いた。   FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an example of a steam turbine rotor material according to the present embodiment, and shows components of a rotor material (hereinafter referred to as a test material) used for evaluation. The specimens shown in FIG. 2 were three 50 kg test ingots A, B, C, D, E, F, and G that were melted and forged by a vacuum induction melting furnace (VIM).

図3は、本実施形態の製造方法の熱処理条件を示す図である。図4は、本実施形態の製造方法の熱処理が施された供試材の結晶粒度(G.S.No.)、残留応力(最大引張応力)及び耐水素割れ性の判定結果を示す図である。図5は、比較例の熱処理条件を示す図である。図6は、比較例の熱処理が施された供試材の結晶粒度(G.S.No.)、残留応力(最大引張応力)及び耐水素割れ性の判定結果を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing the heat treatment conditions of the manufacturing method of the present embodiment. FIG. 4 is a diagram showing the determination results of the crystal grain size (G.S.No.), residual stress (maximum tensile stress), and hydrogen cracking resistance of the specimen subjected to the heat treatment of the manufacturing method of the present embodiment. FIG. 5 is a diagram showing the heat treatment conditions of the comparative example. FIG. 6 is a diagram showing the determination results of the crystal grain size (G.S.No.), residual stress (maximum tensile stress), and hydrogen cracking resistance of the test material subjected to the heat treatment of the comparative example.

結晶粒度(G.S.No.)は、JISで規定された旧オーステナイト結晶粒度を結晶粒度標準図と比較することによって求めた。G.S.No.は、数値が大きくなるに従って、結晶粒径が小さくなることを表している。   The crystal grain size (G.S.No.) was determined by comparing the prior austenite grain size defined by JIS with the grain size standard diagram. G.S.No. represents that the crystal grain size decreases as the numerical value increases.

残留応力(最大引張応力)は、下記の式(1)とX線応力測定法を用いて求めた。   The residual stress (maximum tensile stress) was determined using the following formula (1) and the X-ray stress measurement method.

nλ=2dsinθ・・・(1)
式(1)において、
n:回折の次数
λ:X線の波長
d:材料の結晶格子面間隔
θ:回折角
を示している。
nλ = 2dsinθ (1)
In equation (1),
n: diffraction order λ: wavelength of X-ray d: crystal lattice spacing of material θ: diffraction angle.

式(1)に示すX線回折におけるブラッグの法則で、θ(回折角)が分かればd(材料の結晶格子面間隔)が求められ、標準結晶格子面間隔との差からひずみを求め、ヤング率とポアソン比から残留応力を算出することができる。   According to Bragg's law in X-ray diffraction shown in Equation (1), if θ (diffraction angle) is known, d (crystal lattice spacing of the material) can be obtained, strain is obtained from the difference from the standard crystal lattice spacing, and Young's Residual stress can be calculated from the rate and Poisson's ratio.

耐水素割れ性は、材料の腐食によって発生した水素が材料中に進入、拡散し、非金属介在物とマトリックス(主要金属、母材)との界面に集まり、分子化して出来た水素ガスの圧力に起因して生じる割れに対する抵抗性である。   Hydrogen cracking resistance is the pressure of hydrogen gas generated by molecularization of hydrogen generated by corrosion of materials entering and diffusing into the material and gathering at the interface between non-metallic inclusions and the matrix (main metal, base material). Resistance to cracking caused by

水素割れ性の試験は、NACE基準(TM0284,Evaluation of Pipeline and Pressure Vessel Steels for Resistance to Hydrogen-Induced Cracking)に従って実施した。pH4の5%NaCl+0.5%酢酸溶液中に、試験温度24±2.8℃で96時間浸漬した後、断面を切断評価し、割れの有無を確認した。試験片サイズは50mm×30mm×10mmで、供試材ごとに3個の試験片を用い、いずれの試験片にも割れの発生が認められない場合のみ「耐水素割れ性:○」、それ以外は「耐水素割れ性:×」とした。   The hydrogen cracking test was performed according to NACE standards (TM0284, Evaluation of Pipeline and Pressure Vessel Steels for Resistance to Hydrogen-Induced Cracking). After dipping in a 5% NaCl + 0.5% acetic acid solution at pH 4 at a test temperature of 24 ± 2.8 ° C. for 96 hours, the cross section was cut and evaluated to confirm the presence or absence of cracks. The test piece size is 50 mm x 30 mm x 10 mm. Three test pieces were used for each specimen, and "Hydrogen cracking resistance: ◯" only when no cracks were observed in any of the test pieces. Was "hydrogen cracking resistance: x".

図3及び図4に示す例のように、調質前焼鈍、焼入れ、焼戻し(第1段焼戻し及び第2段焼戻し)を本実施形態の熱処理条件の範囲で実施した場合、少なくとも耐水素割れ性が必要される対象部位については、すべて耐水素割れ性は「○」であった。   When the pre-annealing, quenching, and tempering (first stage tempering and second stage tempering) are performed within the range of the heat treatment conditions of this embodiment as in the example shown in FIGS. 3 and 4, at least hydrogen cracking resistance For all the target parts that require the above, the hydrogen cracking resistance was “◯”.

しかしながら、図5及び図6に示す比較例のように、調質前焼鈍、焼入れ、焼戻し(第1段焼戻し及び第2段焼戻し)のうち、いずれかの条件が、本実施形態の熱処理条件の範囲を満たさないで実施した場合には、耐水素割れ性を必要とする対象部位は、いずれも耐水素割れ性は「×」であった。   However, as in the comparative example shown in FIGS. 5 and 6, any of the conditions before annealing, quenching, and tempering (first stage tempering and second stage tempering) is the heat treatment condition of this embodiment. When it implemented without satisfy | filling the range, all the target site | parts which require hydrogen cracking resistance were "x".

すなわち、本実施形態の蒸気タービン用ロータの製造方法は、耐水素割れ性を特に必要とする対象部位において、良好な耐水素割れ性が与えられることが明らかとなった。   That is, it has been clarified that the method for manufacturing a rotor for a steam turbine according to the present embodiment provides good hydrogen cracking resistance at a target site that particularly requires hydrogen cracking resistance.

以上に説明したように、本実施形態の蒸気タービン用ロータの製造方法は、ロータのうち対象部位については、その他の部位に比べて、残留応力を低減させる工程(2−2)を有するものとした。ロータのうち対象部位については、焼戻し後に生じる残留応力が、その他の部位に比べて低減されることにより、水素割れの進展を抑制することができ、耐水素割れ性を向上させることができる。   As described above, the method for manufacturing a rotor for a steam turbine according to the present embodiment includes the step (2-2) of reducing the residual stress in the target portion of the rotor as compared with other portions. did. As for the target portion of the rotor, the residual stress generated after tempering is reduced as compared with other portions, so that the progress of hydrogen cracking can be suppressed and the hydrogen cracking resistance can be improved.

また、本実施形態において、残留応力を低減させる工程は、前記ロータについて焼入れを行った後に当該ロータの焼戻しを行う工程である焼戻し工程(2−2)を含んでいる。当該焼戻し工程において、図3に構成例4,5,7〜9,12,13,15,16,18,19,21,23,25,27〜31,34〜40,42で示すように、蒸気タービン用ロータの対象部位については、その加熱温度である焼戻し温度(第1段焼戻し)が、その他の部位に比べて高い温度に設定されている。このように焼戻し温度を設定することにより、対象部位については、その他の部位に比べて残留応力を低減することができる。
なお、本明細書において「構成例」(図3参照)は、本願の請求項に係る発明の実施例ではない。構成例1〜42のうち、本願の請求項1に係る発明の実施例は、19〜21,26〜31,34〜37,42である。その他の例1〜18,22〜25,32,33,38〜41は、残留応力低減及び結晶粒微細化の効果の理解に役立つ例である。
In the present embodiment, the step of reducing the residual stress includes a tempering step (2-2) that is a step of tempering the rotor after quenching the rotor. In the tempering step, as shown by configuration examples 4, 5, 7-9, 12, 13, 15, 16, 18, 19, 21, 23, 25, 27-31, 34-40, 42 in FIG. About the object site | part of the rotor for steam turbines, the tempering temperature (1st stage tempering) which is the heating temperature is set to high temperature compared with another site | part. By setting the tempering temperature in this way, the residual stress can be reduced for the target part compared to other parts.
In the present specification, the “configuration example” (see FIG. 3) is not an embodiment of the invention according to the claims of the present application. Of the structural examples 1 to 42, examples of the invention according to claim 1 of the present application are 19 to 21, 26 to 31, 34 to 37, 42. Other examples 1 to 18, 22 to 25, 32, 33, and 38 to 41 are examples that are useful for understanding the effects of residual stress reduction and crystal grain refinement.

なお、本実施形態において、蒸気タービン用ロータの対象部位については、高周波誘導加熱法により加熱することにより、その他の部位に比べて高い温度に設定された焼戻し温度にするものとした。高周波誘導加熱法により、ロータのうち特に耐水素割れ性が必要とされる対象部位のみ、その焼戻し温度を、その他の部位に比べて高温にすることができる。   In the present embodiment, the target portion of the steam turbine rotor is heated to a tempering temperature set higher than other portions by heating by a high frequency induction heating method. By the high frequency induction heating method, it is possible to increase the tempering temperature of only the target portion that is particularly required to have resistance to hydrogen cracking in the rotor as compared with other portions.

また、本実施形態において、対象部位については、その他の部位に比べて、結晶粒を微細化させる工程(2−1)をさらに有するものとした。対象部位について結晶粒が微細化させることにより、強度及び靱性を向上させると共に水素割れの進展速度をより遅いものにすることができる。   Moreover, in this embodiment, about the object site | part, it shall have further the process (2-1) which refines | miniaturizes a crystal grain compared with another site | part. By making the crystal grains finer for the target portion, it is possible to improve the strength and toughness and to make the progress of hydrogen cracking slower.

また、本実施形態において、「結晶粒を微細化させる」工程は、焼戻し工程(2−2)の前に当該ロータの焼入れを行う工程である焼入れ工程(2−1)を含んでいる。当該焼入れ工程(2−1)において、図3に構成例2,3,19〜21,26〜37,41,42で示すように、対象部位については、その加熱温度であるオーステナイト化温度が、その他の部位に比べて低い温度に設定されているものとした。このようにオーステナイト化温度を設定することにより、対象部位については、その他の部位に比べて結晶粒を微細化させることができる。   In the present embodiment, the step of “refining crystal grains” includes a quenching step (2-1) that is a step of quenching the rotor before the tempering step (2-2). In the quenching step (2-1), as shown by configuration examples 2, 3, 19-21, 26-37, 41, 42 in FIG. 3, for the target portion, the austenitizing temperature, which is the heating temperature, It was assumed that the temperature was set lower than that of other parts. By setting the austenitizing temperature in this manner, the crystal grains can be made finer in the target part than in other parts.

また、本実施形態において、蒸気タービン用ロータは、図2に供試材A,B,C,D,E,F,Gで示すように、炭素が0.15〜0.33%、ケイ素が0.03〜0.20%、マンガンが0.5〜2.0%、ニッケルが0.1〜1.3%、クロムが0.9〜3.5%、モリブデンが0.1〜1.5%、バナジウムが0.15〜0.35%、窒素が0.005〜0.015%、任意成分としてタングステンが1.0%以下、質量%で含有されているフェライト系合金鋼により構成されているものとした。このようなフェライト系合金鋼でロータを構成することにより、硫化水素等の腐食性の高いガスに曝されても、水素割れが生じにくく、仮に、耐水素割れが生じても、き裂が進展しにくいロータを実現することができる。   In this embodiment, the steam turbine rotor is composed of 0.15 to 0.33% carbon and silicon as shown by test materials A, B, C, D, E, F, and G in FIG. 0.03-0.20%, manganese 0.5-2.0%, nickel 0.1-1.3%, chromium 0.9-3.5%, molybdenum 0.1-1. 5%, 0.15 to 0.35% vanadium, 0.005 to 0.015% nitrogen, 1.0% or less tungsten as an optional component, and composed of ferritic alloy steel containing by mass%. It was supposed to be. By constructing a rotor with such ferritic alloy steel, hydrogen cracking is unlikely to occur even when exposed to highly corrosive gases such as hydrogen sulfide, and even if hydrogen cracking occurs, the crack progresses. It is possible to realize a rotor that is difficult to perform.

また、図3に構成例4,5,7〜9,12,13,15,16,18,19,21,23,25,27〜31,34〜40,42で示すように、蒸気タービン用ロータの対象部位について、焼戻し工程の加熱温度、すなわち焼戻し温度は、660〜700℃に設定されているものとした。上述したフェライト系合金鋼において、残留応力を低減する効果は、660℃以上の焼戻し温度であれば得られる。しかし、焼戻し温度が700℃を超えると、ロータの強度が低下してしまう。このため、耐水素割れ性の向上が特に必要とされる対象部位については、焼戻し温度を、660〜700℃に設定することで、強度の低下を抑制しつつ、残留応力を低減させることができる。   Further, as shown in FIG. 3 as configuration examples 4, 5, 7 to 9, 12, 13, 15, 16, 18, 19, 21, 23, 25, 27 to 31, 34 to 40, 42, for steam turbines For the target portion of the rotor, the heating temperature in the tempering step, that is, the tempering temperature was set to 660 to 700 ° C. In the ferritic alloy steel described above, the effect of reducing the residual stress can be obtained if the tempering temperature is 660 ° C. or higher. However, when the tempering temperature exceeds 700 ° C., the strength of the rotor decreases. For this reason, with respect to the target portion where improvement in hydrogen cracking resistance is particularly required, by setting the tempering temperature to 660 to 700 ° C., it is possible to reduce the residual stress while suppressing a decrease in strength. .

なお、上述した実施形態の焼戻し工程(2−2)において、対象部位の焼戻し温度は、670℃に設定され、その他の部位については、630℃に設定されるものとしたが、本発明に係る焼戻し温度は、これに限定されるものではない。例えば、図に示すように、対象部位を、その他の部位と同一の焼戻し温度である630℃にすることもできる。   In the tempering step (2-2) of the above-described embodiment, the tempering temperature of the target part is set to 670 ° C., and the other parts are set to 630 ° C., but according to the present invention. The tempering temperature is not limited to this. For example, as shown in the figure, the target part can be set to 630 ° C., which is the same tempering temperature as the other parts.

また、図3に構成例2,3,19〜21,26〜37,41,42で示すように、焼入れ工程(2−1)において、対象部位については、オーステナイト化温度が、880〜910℃に設定されているものとした。オーステナイト化温度が880℃未満であると、炭窒化物の固溶が不十分となるため、後述する焼戻し後に必要な強度や靱性が得られなくなり、残留応力が比較的大きくなる原因ともなり得る。一方、焼入れオーステナイト化温度が910℃を超えると、対象部位に必要とされる十分な耐水素割れ性を確保することが困難になる。このため、耐水素割れ性の向上が特に必要とされる対象部位については、焼入れオーステナイト化温度を、880〜910℃に設定することで、必要な強度や靱性を確保しつつ、結晶粒を微細化させることができる。   Moreover, as shown by structural examples 2, 3, 19 to 21, 26 to 37, 41, and 42 in FIG. 3, in the quenching step (2-1), the austenitizing temperature is 880 to 910 ° C. for the target portion. It was assumed that it was set to. If the austenitizing temperature is less than 880 ° C., the carbonitride is not sufficiently dissolved, so that necessary strength and toughness cannot be obtained after tempering, which will be described later, and the residual stress may become relatively large. On the other hand, if the quenching austenitizing temperature exceeds 910 ° C., it is difficult to ensure sufficient hydrogen cracking resistance required for the target part. For this reason, for target parts that need to improve the hydrogen cracking resistance, the quenching austenitizing temperature is set to 880 to 910 ° C., while ensuring the necessary strength and toughness, and finer crystal grains. It can be made.

また、本実施形態において、上述した「結晶粒を微細化させる」工程は、焼入れ工程(2−1)の前に焼鈍しを行う工程である調質前焼鈍工程(1)を含み、当該調質前焼鈍工程(1)において、その加熱温度である調質前焼鈍温度は、1050〜1300℃に設定されているものとした。このような温度で調質前工程を行うことにより、比較的高い割合でパーライト組織を生成することができる。当該パーライト組織の割合が高いロータ材に、上述した焼入れ工程(2−1)を行うことにより、より結晶粒を微細化させることができる。   Further, in the present embodiment, the above-described “refining crystal grains” step includes a pre-annealing annealing step (1) that is a step of annealing before the quenching step (2-1), In the pre-annealing step (1), the pre-annealing annealing temperature, which is the heating temperature, is set to 1050 to 1300 ° C. By performing the pre-tempering step at such a temperature, a pearlite structure can be generated at a relatively high rate. By performing the quenching step (2-1) described above on the rotor material having a high percentage of the pearlite structure, the crystal grains can be further refined.

なお、上述した本実施形態の調質処理において、焼戻しは、一度だけ行うものとしたが、本発明に係る調質処理の態様は、これに限定されるものではない。例えば、調質処理において焼戻し工程を2回行うことも好適であり、他の調質処理の一例について以下に説明する。   In the refining process of the present embodiment described above, tempering is performed only once. However, the aspect of the refining process according to the present invention is not limited to this. For example, it is also preferable to perform the tempering process twice in the tempering process, and an example of another tempering process will be described below.

〔第2の実施形態〕
本実施形態の調質処理について説明する。本実施形態においては、蒸気タービン用ロータの全体について二段階の焼戻しを行う。加えて、調質処理の焼入れ工程における焼入れオーステナイト化温度が、第1の実施形態と異なっており、以下に詳細を説明する。なお、第1の実施形態と略共通の構成については、説明を省略する。
[Second Embodiment]
The tempering process of this embodiment will be described. In the present embodiment, the entire steam turbine rotor is tempered in two stages. In addition, the quenching austenitizing temperature in the quenching process of the tempering treatment is different from that of the first embodiment, and the details will be described below. Note that a description of a configuration substantially common to the first embodiment is omitted.

(2−1B)焼入れ工程
本実施形態の焼入れ工程において、その焼入れオーステナイト化温度は、蒸気タービン用ロータのうち、耐水素割れ性が特に必要とされる対象部位と、その他の部位で同じ温度に設定される。すなわち、対象部位とその他の部位を含むロータ全体について、均一の焼入れオーステナイト化温度で焼入れが行われる。この焼入れオーステナイト化温度は、910〜950℃に設定される。なお、第1の実施形態と同様に、対象部位については、その焼入れオーステナイト化温度を、その他の部位に比べて低い温度に設定するものとしても良い。
(2-1B) Quenching Step In the quenching step of the present embodiment, the quenching austenitizing temperature is the same temperature in the target portion where hydrogen cracking resistance is particularly required in the steam turbine rotor and in other portions. Is set. That is, the entire rotor including the target part and other parts is quenched at a uniform quenching austenitizing temperature. The quenching austenitizing temperature is set to 910-950 ° C. Note that, as in the first embodiment, the quenching austenitizing temperature may be set to a lower temperature than the other parts for the target part.

(2−2B)二段階の焼戻し工程
本実施形態の調質処理においては、二段階の焼戻しを行う。すなわち、本実施形態の調質処理の焼戻し工程は、第1段の焼戻し工程(2−2B1)と、第2段の焼戻し工程(2−2B2)とを有している。なお、第1段の焼戻し工程における焼戻し温度を、以下の説明において「第1段焼戻し温度」と記し、第2段の焼戻し工程における焼戻し温度を「第2段焼戻し温度」と記す。
(2-2B) Two-stage tempering step In the tempering process of this embodiment, two-stage tempering is performed. That is, the tempering step of the tempering treatment of the present embodiment includes a first tempering step (2-2B1) and a second tempering step (2-2B2). In the following description, the tempering temperature in the first stage tempering process is referred to as “first stage tempering temperature”, and the tempering temperature in the second stage tempering process is referred to as “second stage tempering temperature”.

(2−2B1)第1段の焼戻し工程
第1段の焼戻し工程においては、蒸気タービン用ロータのうち、対象部位と、その他の部位との双方について、その加熱温度である第1段焼戻し温度は、600〜700℃に設定される。なお、対象部位の第1段焼戻し温度と、その他の部位の第1段焼戻し温度は、同一の温度に設定することができる。以下、図3及び図5を用いて説明する。
(2-2B1) First-stage tempering process In the first-stage tempering process, the first-stage tempering temperature, which is the heating temperature of both the target part and other parts of the steam turbine rotor, is , 600 to 700 ° C. In addition, the 1st step tempering temperature of an object site | part and the 1st step tempering temperature of another site | part can be set to the same temperature. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 3 and 5.

各図に示すように、第1段焼戻し温度は、対象部位については、670℃に設定され、その他の部位については、630℃に設定されている。第1段の焼戻し工程においては、ロータ材を、第1段焼戻し温度に達するまで加熱し、当該第1段焼戻し温度を、所定の保持時間、保持した後、冷却する。なお、第1段焼戻し温度の保持時間は、20時間に設定されている。   As shown in each figure, the first stage tempering temperature is set to 670 ° C. for the target part and 630 ° C. for the other parts. In the first stage tempering step, the rotor material is heated until it reaches the first stage tempering temperature, the first stage tempering temperature is maintained for a predetermined holding time, and then cooled. The holding time for the first stage tempering temperature is set to 20 hours.

なお、対象部位の第1段焼戻し温度は、各図に示すように、その他の部位と同じ630℃に設定するものとしても良い。また、対象部位については、その表層のみが第1段焼戻し温度である670℃となるよう加熱するものとしても良い。   Note that the first stage tempering temperature of the target part may be set to 630 ° C., which is the same as other parts, as shown in each drawing. Moreover, about an object site | part, it is good also as what heats only the surface layer so that it may be 670 degreeC which is 1st step tempering temperature.

また、第1段の焼戻し工程において、対象部位については、第1段焼戻し温度を、最も高い点で670℃に設定し、対象部位からその他の部位に向かうに従って第1段焼戻し温度が低くなるよう加熱する、いわゆる傾斜加熱を行うことも好適である。なお、第1段の焼戻し工程においては、その他の部位の第1段焼戻し温度が630℃に設定されている。傾斜加熱をすることにより、ロータのうち「所定の位置」について、強度を高める熱処理等を行う必要がなくなる。上述した第1段の焼戻し工程(2−2B1)を行った後、第2段の焼戻し工程(2−2B2)を行う。   In the first stage tempering process, the first stage tempering temperature is set to 670 ° C. at the highest point for the target part, and the first stage tempering temperature decreases from the target part toward the other parts. It is also preferable to perform so-called gradient heating. In the first-stage tempering step, the first-stage tempering temperature of other parts is set to 630 ° C. By performing the inclined heating, it is not necessary to perform heat treatment or the like for increasing the strength of the “predetermined position” of the rotor. After performing the first-stage tempering step (2-2B1) described above, the second-stage tempering step (2-2B2) is performed.

(2−2B2)第2段の焼戻し工程
第2段の焼戻し工程においては、蒸気タービン用ロータのうち、対象部位と、その他の部位との双方について、その加熱温度である第2段焼戻し温度は、600〜700℃に設定される。第2段の焼戻し工程においては、ロータ材を、第2段焼戻し温度に達するまで加熱し、当該第2段焼戻し温度を、所定の保持時間、保持した後、冷却する。第2段焼戻し温度の保持時間は、20時間に設定されている。なお、対象部位の第2段焼戻し温度と、その他の部位の第2段焼戻し温度は、同一の温度に設定することができる。例えば、図3に示すように、第2段焼戻し温度を630℃に設定することができる。
(2-2B2) Second-stage tempering step In the second-stage tempering step, the second-stage tempering temperature, which is the heating temperature of both the target part and other parts of the steam turbine rotor, is , 600 to 700 ° C. In the second stage tempering step, the rotor material is heated until it reaches the second stage tempering temperature, and the second stage tempering temperature is maintained for a predetermined holding time, and then cooled. The holding time of the second stage tempering temperature is set to 20 hours. In addition, the 2nd step tempering temperature of an object site | part and the 2nd step tempering temperature of another site | part can be set to the same temperature. For example, as shown in FIG. 3, the second stage tempering temperature can be set to 630 ° C.

また、対象部位の第2段焼戻し温度を、その他の部位の第2段焼戻し温度に比べて高い温度に設定することも好適である。例えば、図に示すように、対象部位については、第2段焼戻し温度を、最も高い点で670℃に設定し、対象部位からその他の部位に向かうに従って第2段焼戻し温度が低くなるよう加熱する傾斜加熱を行うことも好適である。   It is also preferable to set the second stage tempering temperature of the target part to a higher temperature than the second stage tempering temperature of other parts. For example, as shown in the figure, for the target part, the second stage tempering temperature is set to 670 ° C. at the highest point and heated so that the second stage tempering temperature decreases from the target part toward the other part. It is also preferable to perform gradient heating.

第2段の焼戻し工程において傾斜加熱を行う場合、対象部位については、炉内で第2段焼戻し温度に加熱する。このとき、その他の部位については、第2段の焼戻しを必要としていないため、炉外に出した状態にしておく。その他の部位をこれにより、対象部位からその他の部位に向かうに従って第2段焼戻し温度が低くなるよう加熱する傾斜加熱を実現している。   When performing gradient heating in the second stage tempering step, the target part is heated to the second stage tempering temperature in the furnace. At this time, the other parts do not require second-stage tempering, and thus are left out of the furnace. Thereby, the gradient heating which heats so that a 2nd step tempering temperature may become low as it goes to another part from an object part by this is realized.

図3に構成例6〜8,10〜27,32〜37,39〜42で示すように、本実施形態において、焼戻し工程(2−2B)は、600〜700℃に設定された第1段焼戻し温度に加熱して焼戻す工程である第1段の焼戻し工程(2−2B1)と、当該第1段の焼戻し工程(2−2B1)の後に行われ、600〜700℃に設定された第2段焼戻し温度に加熱して焼戻す工程である第2段の焼戻し工程(2−2B2)とを含むものとした。   As shown by configuration examples 6-8, 10-27, 32-37, 39-42 in FIG. 3, in this embodiment, the tempering step (2-2B) is the first stage set at 600-700 ° C. The first tempering step (2-2B1), which is a tempering step by heating to the tempering temperature, and the first tempering step (2-2B1), and is set to 600 to 700 ° C. And a second tempering step (2-2B2), which is a step of tempering by heating to the second tempering temperature.

焼入れ工程(2−1B)において、ロータ材のほとんどが焼入れベイナイト組織になるが、残留オーステナイト組織が残った場合、次の焼戻しの段階で、すべてが焼戻しベイナイト組織にならずに、一部、焼入れベイナイト組織が残留する。このため、ロータ材は、強度と靭性のバランスのとれた焼戻しベイナイト組織と、強度が高く靭性の低い焼入れベイナイト組織との混在組織となり、この両者の組織間でひずみが蓄積されて、残留応力が増加する。   In the quenching step (2-1B), most of the rotor material has a quenched bainite structure. However, when the retained austenite structure remains, in the next tempering stage, not all of the rotor material becomes a tempered bainite structure, but partly quenched. A bainite structure remains. For this reason, the rotor material has a mixed structure of a tempered bainite structure with a balance between strength and toughness and a quenched bainite structure with high strength and low toughness. Strain is accumulated between the two structures, resulting in residual stress. To increase.

そこで、二段階の焼戻し処理(2−2B1)及び(2−2B2)を施して、焼入れベイナイト組織を、完全に焼戻しベイナイト組織に変化させることにより、残留応力を低減させることができる。第1段焼戻し温度、第2段焼戻し温度ともに、600℃を超えるとこの効果が得られるが、700℃を超えるとロータ材に必要な強度を満たさなくなる。このため、特に耐水素割れ性を向上させる必要がある対象部位においては、第1段焼戻し温度、第2段焼戻し温度ともに、600〜700℃の範囲に限定して、二段階の焼戻しを行うことにより、残留応力を低減させることができる。これにより、ロータの対象部位における水素割れの発生と、水素割れの進展を抑制することができる。   Therefore, the residual stress can be reduced by performing two-step tempering treatments (2-2B1) and (2-2B2) to completely change the quenched bainite structure to the tempered bainite structure. This effect is obtained when the first stage tempering temperature and the second stage tempering temperature exceed 600 ° C., but when the temperature exceeds 700 ° C., the strength required for the rotor material is not satisfied. For this reason, especially in the target part where it is necessary to improve the hydrogen cracking resistance, both the first stage tempering temperature and the second stage tempering temperature are limited to the range of 600 to 700 ° C., and two-stage tempering is performed. Thus, the residual stress can be reduced. Thereby, generation | occurrence | production of the hydrogen crack in the object site | part of a rotor and progress of a hydrogen crack can be suppressed.

また、図3に構成例4,5,7〜9、12〜31,34〜40,42に示すように、対象部位については、第1段焼戻し温度及び第2段焼戻し温度のうち少なくとも一方が、その他の部位に比べて高い温度に設定されており、且つ当該温度は、660〜700℃に設定されているものとした。フェライト系合金鋼において、残留応力を低減する効果は、660℃以上の焼戻し温度であれば得られる。一方、焼戻し温度が700℃を超えると、ロータの強度が低下してしまう。このため、耐水素割れ性の向上が特に必要とされる対象部位については、第1段の焼戻し工程(2−2B1)及び第2段の焼戻し工程(2−2B2)のうち少なくとも一方の工程において、その焼戻し温度を660〜700℃にすることで、強度の低下を抑制しつつ、残留応力を低減させることができる。   Moreover, as shown in structural examples 4, 5, 7-9, 12-31, 34-40, and 42 in FIG. 3, at least one of the first-stage tempering temperature and the second-stage tempering temperature for the target part. The temperature is set to be higher than that of other parts, and the temperature is set to 660 to 700 ° C. In the ferritic alloy steel, the effect of reducing the residual stress can be obtained at a tempering temperature of 660 ° C. or higher. On the other hand, when the tempering temperature exceeds 700 ° C., the strength of the rotor decreases. For this reason, in the target part where the improvement of hydrogen cracking resistance is particularly required, in at least one of the first stage tempering process (2-2B1) and the second stage tempering process (2-2B2). By setting the tempering temperature to 660 to 700 ° C., it is possible to reduce the residual stress while suppressing a decrease in strength.

また、図3に構成例13〜27で示すように、第1段の焼戻し工程(2−2B1)及び第2段焼戻し工程(2−2B2)のうち少なくとも一方の工程において、対象部位からその他の部位に向かうに従って焼戻し温度が低くなるように加熱する傾斜加熱を行うものとした。ロータのうち「所定の位置」について、強度を高める熱処理等を行う必要がなくなる。   Moreover, as shown in structural examples 13 to 27 in FIG. 3, in at least one of the first stage tempering process (2-2B1) and the second stage tempering process (2-2B2), Inclined heating was performed so that the tempering temperature was lowered toward the part. There is no need to perform heat treatment or the like for increasing the strength of the “predetermined position” of the rotor.

加えて、図3に構成例22〜27で示すように、上述した第2段焼戻し工程において、傾斜加熱を行う場合、対象部位については、炉内で第2段焼戻し温度に加熱し、その他の部位については、炉外に出した状態で、焼戻しを行うものとした。第2段の焼戻し工程においては、対象部位以外の「その他の部位」については、焼戻しを必要としていない。このため、「その他の部位」については、炉外に出した状態で冷却することが可能である。   In addition, as shown by configuration examples 22 to 27 in FIG. 3, in the second-stage tempering step described above, when performing gradient heating, the target part is heated to the second-stage tempering temperature in the furnace, About the site | part, tempering shall be performed in the state put out of the furnace. In the second tempering step, tempering is not required for “other parts” other than the target part. For this reason, “other parts” can be cooled in a state of being taken out of the furnace.

なお、図3に構成例6,10,11,32,33,41で示すように、対象部位とその他の部位は、同一の第1段焼戻し温度に設定されており、且つ当該第1段焼戻し温度は、600〜660℃に設定されており、対象部位とその他の部位は、同一の第2段焼戻し温度に設定されており、且つ当該第2段焼戻し温度は、600〜660℃に設定されているものとすることもできる。この方法においても図4に示すように、対象部位の耐水素割れ性を確保することが可能である。   As shown by configuration examples 6, 10, 11, 32, 33, and 41 in FIG. 3, the target part and other parts are set to the same first stage tempering temperature, and the first stage tempering is performed. The temperature is set to 600 to 660 ° C., the target part and the other part are set to the same second stage tempering temperature, and the second stage tempering temperature is set to 600 to 660 ° C. It can also be assumed. Also in this method, as shown in FIG. 4, it is possible to ensure the hydrogen cracking resistance of the target part.

〔他の実施形態〕
なお、上述した各実施形態の焼入れ工程において、その焼入れオーステナイト化温度は、耐水素割れ性が特に必要とされる対象部位については、その他の部位に比べて低い温度であるものとしたが、本発明に係る焼入れオーステナイト化温度は、これに限定されるものではない。例えば、図に示すように、対象部位と、その他の部位で同一の焼入れオーステナイト化温度に設定するものとしても良い。
[Other Embodiments]
In the quenching step of each of the embodiments described above, the quenching austenitizing temperature is assumed to be a lower temperature than other parts for the target part where hydrogen cracking resistance is particularly required. The quenching austenitizing temperature according to the invention is not limited to this. For example, as shown in the figure, the same quenching austenitizing temperature may be set in the target portion and other portions.

また、本実施形態において、耐水素割れ性を特に向上させる対象部位は、図1に示すように、蒸気タービン1の上流側の羽根植込み部20a,21a,22a,23aをそれぞれ含むロータの段落部20,21,22,23であるものとしたが、本発明に係る対象部位は、この態様に限定されるものではない。蒸気中の腐食成分が堆積し易く、耐水素割れ性を向上させる必要がある部位であれば、ロータのうち任意の部位を、対象部位とすることができる。   Further, in the present embodiment, the target portion for particularly improving the hydrogen cracking resistance is a paragraph portion of the rotor including the blade implantation portions 20a, 21a, 22a, and 23a on the upstream side of the steam turbine 1, as shown in FIG. Although it was set as 20, 21, 22, and 23, the object site | part which concerns on this invention is not limited to this aspect. Any part of the rotor can be used as the target part as long as the corrosive components in the vapor are easily deposited and the hydrogen cracking resistance needs to be improved.

本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 蒸気タービン
3 静翼
5 ケーシング
10 ロータ
12 動翼
20,21,22,23 ロータの段落部(対象部位)
20a,21a,22a,23a 羽根植込み部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steam turbine 3 Stator blade 5 Casing 10 Rotor 12 Rotor blade 20, 21, 22, 23 Paragraph part (target part) of rotor
20a, 21a, 22a, 23a Blade implantation part

Claims (8)

蒸気タービンを構成するロータの製造方法であって、
当該ロータのうち所定の対象部位については、その他の部位に比べて残留応力を低減させる工程であって、当該対象部位については、その加熱温度である焼戻し温度を、その他の部位に比べて高い温度に設定して当該ロータの焼戻しを少なくとも1回行う工程である焼戻し工程と、
前記対象部位については、その他の部位に比べて、結晶粒を微細化させる工程と、
を有し、
当該結晶粒を微細化させる工程は、
前記焼戻し工程の前に行われ、前記対象部位については、その加熱温度である焼入れオーステナイト化温度を、その他の部位に比べて低い温度に設定して当該ロータの焼入れを行う工程である焼入れ工程と、
当該焼入れ工程の前に行われ、その加熱温度である調質前焼鈍温度を、1050〜1300℃に設定して当該ロータ焼鈍しを行う工程である調質前焼鈍工程と、
を含み、
前記ロータは、炭素が0.15〜0.33%、ケイ素が0.03〜0.20%、マンガンが0.5〜2.0%、ニッケルが0.1〜1.3%、クロムが0.9〜3.5%、モリブデンが0.1〜1.5%、バナジウムが0.15〜0.35%、任意成分としてタングステンが1.0%以下、質量%で含有されており、残部が、鉄及び不可避的不純物であるフェライト系合金鋼により構成されている
ことを特徴とする蒸気タービン用ロータの製造方法。
A method of manufacturing a rotor constituting a steam turbine,
The predetermined target part of the rotor is a step of reducing the residual stress compared to other parts, and the tempering temperature that is the heating temperature of the target part is higher than that of the other parts. A tempering step that is a step of setting the rotor to tempering the rotor at least once;
For the target part, compared to other parts, the step of making the crystal grains finer,
Have
The step of refining the crystal grains is as follows:
A quenching step, which is performed before the tempering step, is a step of quenching the rotor by setting the quenching austenitizing temperature, which is the heating temperature thereof, to a lower temperature than other portions, for the target portion. ,
A pre-annealing annealing step that is performed before the quenching step and is a step of performing the rotor annealing by setting the pre-annealing annealing temperature that is the heating temperature to 1050 to 1300 ° C .;
Including
The rotor has 0.15-0.33% carbon, 0.03-0.20% silicon, 0.5-2.0% manganese, 0.1-1.3% nickel, 0.1% chromium 0.9 to 3.5%, molybdenum is 0.1 to 1.5%, vanadium is 0.15 to 0.35%, tungsten is contained as an optional component in 1.0% or less and mass%, The method for manufacturing a rotor for a steam turbine , wherein the balance is made of iron and ferritic alloy steel which is an inevitable impurity .
前記対象部位について、前記焼戻し温度は660〜700℃に設定されている
ことを特徴とする請求項1に記載の蒸気タービン用ロータの製造方法。
The method of manufacturing a rotor for a steam turbine according to claim 1 , wherein the tempering temperature is set to 660 to 700C for the target portion .
前記対象部位の焼入れオーステナイト化温度は、880〜910℃に設定されている
ことを特徴とする請求項に記載の蒸気タービン用ロータの製造方法。
The method for manufacturing a rotor for a steam turbine according to claim 1 , wherein a quenching austenitizing temperature of the target part is set to 880 to 910C .
前記焼戻し工程は、
600〜700℃に設定された第1段焼戻し温度に加熱して焼戻す工程である第1段焼戻し工程と、
当該第1段の焼戻し工程の後に行われ、600〜700℃に設定された第2段焼戻し温度に加熱して焼戻す工程である第2段の焼戻し工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項に記載の蒸気タービン用ロータの製造方法。
The tempering step includes
A first stage tempering step which is a step of heating and tempering to a first stage tempering temperature set to 600 to 700 ° C;
A second tempering step which is performed after the first tempering step and is tempered by heating to a second tempering temperature set to 600 to 700 ° C .;
The method for manufacturing a rotor for a steam turbine according to claim 1 , comprising :
前記対象部位については、第1段焼戻し温度及び第2段焼戻し温度のうち少なくとも一方が、その他の部位に比べて高い温度に設定されており、且つ当該温度は、660〜700℃に設定されている
ことを特徴とする請求項に記載の蒸気タービン用ロータの製造方法。
For the target part, at least one of the first stage tempering temperature and the second stage tempering temperature is set to a higher temperature than the other parts, and the temperature is set to 660 to 700 ° C. The method for manufacturing a rotor for a steam turbine according to claim 4 , wherein the rotor is used.
第1段の焼戻し工程及び第2段焼戻し工程のうち少なくとも一方の工程において、前記対象部位からその他の部位に向かうに従って焼戻し温度が低くなるように加熱する傾斜加熱を行う
ことを特徴とする請求項に記載の蒸気タービン用ロータの製造方法。
In at least one of the first-stage tempering process and the second-stage tempering process, gradient heating is performed in which heating is performed such that the tempering temperature decreases from the target part toward the other part. The manufacturing method of the rotor for steam turbines of Claim 5 .
第2段焼戻し工程において傾斜加熱を行う場合、前記対象部位については、炉内で第2段焼戻し温度に加熱し、その他の部位については、炉外に出した状態で、焼戻しを行う
ことを特徴とする請求項に記載の蒸気タービン用ロータの製造方法。
When gradient heating is performed in the second stage tempering step, the target part is heated to the second stage tempering temperature in the furnace, and the other parts are tempered in the state of being out of the furnace <br / The method for manufacturing a rotor for a steam turbine according to claim 6 .
前記蒸気タービンは、地熱発電に用いられるものであり、前記ロータは、腐食性ガスを含む蒸気に曝されるものである
ことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の蒸気タービン用ロー
タの製造方法。
The steam turbine according to any one of claims 1 to 7, wherein the steam turbine is used for geothermal power generation, and the rotor is exposed to steam containing a corrosive gas . The manufacturing method of the rotor for steam turbines as described in 1 item | term .
JP2014122754A 2013-09-13 2014-06-13 Manufacturing method of rotor for steam turbine Expired - Fee Related JP6411084B2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014122754A JP6411084B2 (en) 2013-09-13 2014-06-13 Manufacturing method of rotor for steam turbine
KR1020140088853A KR101605036B1 (en) 2013-09-13 2014-07-15 Method of manufacturing steam turbine rotor
CN201410340365.9A CN104451086B (en) 2013-09-13 2014-07-16 The manufacture method of steamturbine rotor
EP16195574.5A EP3144398B1 (en) 2013-09-13 2014-07-30 Method of manufacturing rotor to be used for steam turbine
EP16195579.4A EP3141620A1 (en) 2013-09-13 2014-07-30 Method of manufacturing rotor to be used for steam turbine
EP14179084.0A EP2848706B1 (en) 2013-09-13 2014-07-30 Method of manufacturing rotor to be used for steam turbine

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013190207 2013-09-13
JP2013190207 2013-09-13
JP2014122754A JP6411084B2 (en) 2013-09-13 2014-06-13 Manufacturing method of rotor for steam turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015078426A JP2015078426A (en) 2015-04-23
JP6411084B2 true JP6411084B2 (en) 2018-10-24

Family

ID=51266106

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014122754A Expired - Fee Related JP6411084B2 (en) 2013-09-13 2014-06-13 Manufacturing method of rotor for steam turbine

Country Status (4)

Country Link
EP (3) EP3141620A1 (en)
JP (1) JP6411084B2 (en)
KR (1) KR101605036B1 (en)
CN (1) CN104451086B (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2781817B2 (en) 1989-10-02 1998-07-30 マニー株式会社 Method of manufacturing suture needle and suture needle
JP2781818B2 (en) 1989-10-02 1998-07-30 マニー株式会社 Manufacturing method of suture needle
JP3375771B2 (en) 1995-02-02 2003-02-10 マニー株式会社 Peasor reamer or gates drill

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10385433B2 (en) 2016-03-16 2019-08-20 Honeywell International Inc. Methods for processing bonded dual alloy rotors including differential heat treatment processes
CN108165714B (en) * 2017-11-24 2020-01-17 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 Heat treatment process for improving strength of 05Cr17Ni4Cu4Nb steel
CN108220809B (en) * 2017-12-26 2020-08-14 钢铁研究总院 High-strength high-toughness steel with low hydrogen embrittlement sensitivity
CN110333331B (en) * 2019-06-24 2021-09-10 江阴兴澄特种钢铁有限公司 Method for evaluating effectiveness of hydrogen induced crack resistance test of metal material
JP7315454B2 (en) * 2019-12-25 2023-07-26 三菱重工業株式会社 turbine rotor material
CN113088813A (en) * 2021-03-24 2021-07-09 武汉钢铁有限公司 Steel for hot-rolled saw blade and production method thereof

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5538968A (en) * 1978-09-14 1980-03-18 Toshiba Corp Heat treating method for turbine rotor
JPS5644722A (en) * 1979-09-19 1981-04-24 Hitachi Ltd Manufacture of rotor shaft
JPS6369919A (en) * 1986-09-10 1988-03-30 Toshiba Corp Manufacture of rotor for turbine
JPH01312028A (en) * 1988-06-10 1989-12-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for preventing stress corrosion cracking of high strength steel
JP3345988B2 (en) * 1993-10-21 2002-11-18 株式会社日立製作所 Steam turbine rotor
JP3461945B2 (en) * 1994-12-26 2003-10-27 株式会社日本製鋼所 Method of manufacturing high-low pressure integrated turbine rotor
DE69738069T2 (en) * 1996-07-02 2008-05-21 Cummins, Inc., Columbus INDUCTION-HARDENED MICRO-ALLOY STEEL WITH IMPROVED TEMPERATURE RESISTANCE CHARACTERISTICS
US6344098B1 (en) * 2000-12-08 2002-02-05 General Electric Company High strength steam turbine rotor and methods of fabricating the rotor without increased stress corrosion cracking
JP2005133699A (en) * 2003-10-31 2005-05-26 Toshiba Corp Turbine rotor, manufacturing method thereof, and steam turbine plant using the same
CN101545076B (en) * 2008-03-25 2012-11-21 宝山钢铁股份有限公司 Martensite refractory stainless steel and manufacturing method thereof
JP5362764B2 (en) * 2011-04-18 2013-12-11 株式会社日本製鋼所 Low alloy metal for geothermal power turbine rotor
US20120279619A1 (en) * 2011-05-05 2012-11-08 General Electric Company Treatment for preventing stress corrosion cracking

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2781817B2 (en) 1989-10-02 1998-07-30 マニー株式会社 Method of manufacturing suture needle and suture needle
JP2781818B2 (en) 1989-10-02 1998-07-30 マニー株式会社 Manufacturing method of suture needle
JP3375771B2 (en) 1995-02-02 2003-02-10 マニー株式会社 Peasor reamer or gates drill

Also Published As

Publication number Publication date
KR101605036B1 (en) 2016-03-21
EP3141620A1 (en) 2017-03-15
EP3144398B1 (en) 2020-09-02
EP2848706A1 (en) 2015-03-18
EP3144398A1 (en) 2017-03-22
KR20150031166A (en) 2015-03-23
JP2015078426A (en) 2015-04-23
EP2848706B1 (en) 2020-05-13
CN104451086A (en) 2015-03-25
CN104451086B (en) 2017-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6411084B2 (en) Manufacturing method of rotor for steam turbine
CN101437973B (en) Martensitic stainless seamless steel pipe for oil well pipe, and method for producing the same
US11110741B2 (en) Railway wheel
CN112292471A (en) Mechanical component
JP5869739B1 (en) Turbine rotor material for geothermal power generation and method for manufacturing the same
JP2011042812A (en) Method for manufacturing forged steel article superior in toughness
JP6506978B2 (en) Method of manufacturing NiCrMo steel and NiCrMo steel material
JP2007177317A (en) Steel for machine structure excellent in strength, ductility, toughness and wear resistance, method for producing the same, and metal belt using the same
JP2001073092A (en) 9-12% Cr HEAT RESISTING STEEL EXCELLENT IN HIGH TEMPERATURE STRENGTH AND TOUGHNESS, AND ITS MANUFACTURE
JP5981357B2 (en) Heat resistant steel and steam turbine components
JP2015093991A (en) Precipitation hardening type martensitic stainless steel, turbine member using the stainless steel, and turbine using the turbine member
JP6056647B2 (en) Bearing steel manufacturing method and bearing steel obtained by the manufacturing method
JP2011127203A (en) Method for manufacturing impeller material
JP2016065265A (en) Heat resistant steel for steam turbine rotor blade and steam turbine rotor blade
KR101713677B1 (en) Steel for high nitrogen air hardened bearing with high performance on rolling contact fatigue and method producing the same
JP7149179B2 (en) Mechanical parts for automobiles made of induction hardened steel with excellent static torsional strength and torsional fatigue strength
JP4519722B2 (en) High and low pressure integrated steam turbine rotor and its manufacturing method, and high and low pressure integrated steam turbine and its manufacturing method
JP4702267B2 (en) Precipitation hardening type martensitic stainless steel
JP2004018897A (en) High-chromium alloy steel and turbine rotor using this
WO2016111249A1 (en) Austenite-based heat-resistant steel, and turbine component
JPH01230723A (en) Manufacture of turbine rotor
JP4460797B2 (en) Turbine rotor, rotor shaft and manufacturing method thereof
CN110295330B (en) Martensitic alloy component and method of forming a martensitic alloy component
CN100408813C (en) High temperature structure
CN117418168A (en) Method for improving creep strength of Co-containing martensitic heat-resistant steel

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170223

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20171201

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20171201

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180220

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180416

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180828

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180926

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6411084

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees