JPS645088B2

JPS645088B2 -

Info

Publication number: JPS645088B2
Application number: JP736681A
Authority: JP
Inventors: Kazu Kobayashi; Masahiro Kobayashi; Yoji Akutsu
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1981-01-20
Filing date: 1981-01-20
Publication date: 1989-01-27
Also published as: JPS57120619A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はクロムを10〜14％含有するクロム綱製
タービンロータに係り、特にタービンロータのジ
ヤーナル部に装着されるロータスリーブを溶接で
接合するに好適な焼鈍方法に関する。一般にター
ビンロータは高温において機械特性のよい10〜14
％クロム綱で造られているが、10〜14％クロム綱
は、軸受特性、特に摩擦特性が悪いために、軸受
が焼付き、ジヤーナル部が損傷する可能性があ
る。このため、第１図に示すごとく低合金綱製ス
リーブ４をロータジヤーナル部２に焼ばめ構造と
する必要があり、また、カツプリング５もロータ
１に焼ばめ構造とする必要があつた。しかし、カ
ツプリング５をロータ１に焼ばめすると、フレツ
チングによりカツプリング焼ばめ部にき裂７が発
生する恐れがありロータ、信頼性を著じるしく損
ねることになる。このことから低合金綱製スリー
ブ４を分割構造とし溶接することによりカツプリ
ングとシヤフトの１体構造化が可能となり信頼性
の高い12％クロム綱製ロータ１の信頼性を向上さ
せることが可能となるが、低合金綱製のスリーブ
４を溶接で接合するために、溶接部の硬度が高
く、また残留応力が発生することから、軸受部に
固定後、運転中に破損する恐れがあり、溶接部を
焼鈍する必要があつた。しかし、ロータ上で組立
溶接を実施する必要があることから、焼鈍により
スリーブ内面およびロータ加熱部が酸化され易
く、接合後のスリーブ焼ばめ固定が困難となる可
能性があつた。また、ロータが焼鈍により局部的
に、加熱されることから10〜14％クロム材の焼戻
し温度約500℃以上に加熱されてしまい、材料強
度が局部的に低下する危険性があつた。これらの
ことから溶接構造の低合金鋼製スリーブを10〜14
％クロム鋼製ロータに適用することは、極めて困
難な問題であつた。本発明の目的は、10〜14％ク
ロム鋼製ロータの低合金鋼製スリーブの溶接後の
焼鈍を良好に行ない、信頼性の高い10〜14％クロ
ム製ロータを実現しうるロータスリーブの焼鈍方
法を提供することにある。本発明の特徴とすると
ころは、低合金鋼製の分割型ロータスリーブを互
いに溶着して、クロムを10〜14％含有するクロム
鋼製タービンロータのジヤーナル部外周に装着す
るに際し、前記タービンロータのジヤーナル部を
冷却すると共に、ロータスリーブの溶接部を約
590℃〜720℃の範囲で加熱して、この溶接部の残
留応力の緩和並びにロータへの熱歪の発生を防止
するようにしたロータスリーブの焼鈍方法にあ
る。次に本発明の一実施例を図を用いて説明す
る。第２図は、溶接構造による低合金鋼製スリー
ブのクロム鋼製ロータへの組立溶接図を示す。ま
ず、周方向に分割した低合金鋼製のスリーブ１０
を10〜14％クロム鋼製のタービンロータ１のジヤ
ーナル２とカツプリング９との間のロータ部分１
ａで組立てる。スリーブ１０は分割型構造となつ
ているためカツプリング９は、ロータ１と一体構
造に製作しておく。また、分割したスリーブ１０
は、溶接部１１により相互に装着されてリング状
の一体構造となり、その後ジヤーナル部２の外周
に固定される。しかし、スリーブ１０の材質は軸
受特性の良い低合金鋼を用いているため溶接によ
り溶接部１１およびスリーブ母材１０の熱影響部
の硬度が高く、また、残留応力もスリーブ母材の
降伏点近傍の応力が発生していることから、溶接
によるだけではジヤーナル２への固定は、信頼性
の点で問題となる可能性がある。そこで、溶接後
の焼鈍が必要となるが、空気中での焼鈍では、酸
化皮膜が発生し、特にスリーブ１０内面の酸化が
問題となり易く、さらにスリーブ１０が10〜14％
クロムロータ１と密着しているためロータ材の焼
戻し温度よりも上昇した場合、タービンロータ１
の材料強度が低下する可能性もある。第３図は、
本発明のロータスリーブを焼鈍する一実施例を示
したものである。スリーブ１０の溶接部１１を焼
鈍するためには、前述した酸化防止を図るため、
シールドボツクス１３をスリーブ１０の外周を覆
うように取付ける。しかし、ロータシヤフト材は
10〜14％クロム鋼であるため溶接性がスリーブ材
よりも悪く、溶接部をそのままにしておくことは
信頼性の点で問題である。このことから予めシヤ
フトに突起部１２を設けておき、シールドボツク
ス１３をシール溶接１４によりロータ１に仮止め
して気密性を保ち、真空ポンプ１６により、加熱
部を真空にする。その後、溶接されたロータスリ
ーブ１０の外周全面に加熱源１７を設置し、制御
器１８により前記ロータスリーブ１０の溶接部１
１の焼鈍を行うために加熱制御を行なう。真空中
の加熱は、空気による熱輻射が皆無であり、さら
に、空気により酸化することも防止できることに
なる。第４図は、スリーブ１０の材質に低合金鋼
の１％Cr―１％Mo鋼を用いた場合の残留応力値
を示したものである。焼鈍を実施しない場合は、
40Kg/cm²程度の残留応力が発生しており本材料の
降伏点近くの応力があり運転中に、変形する恐れ
があり、信頼性の点で問題となる。さらに、焼鈍
温度が上昇するにつれて、残留応力が低下する
が、残留応力が実用上問題の無い10Kg/cm²以下と
なるのは焼鈍温度が595℃以上となる場合である。
第５図は、スリーブ材質１％Cr―１％Mo鋼を用
いた場合の加熱温度による引張強さを比較したも
のを示した。400℃では、55Kg/mm²程度の値を示す
が720℃近傍で急激に強度が低下し強度上の問題
が生じてくる。このことから低合金鋼製スリーブ
の最適な焼鈍温度範囲は、約590〜720℃の範囲が
最も適切な範囲となることが分かる。また、スリ
ーブは、ロータ材10〜14％クロム鋼に近接位置し
ているため、上記の焼鈍温度にスリーブ１０を加
熱すると、ロータ材も590〜720℃に温度が上昇す
る恐れを生じる。このためロータ材の強度低下の
上昇温度限界500℃を超え強度が著しく低下する
ことから、焼鈍中に温度上昇を防止する必要があ
る。そこで本発明では、溶接を完了したスリーブ
１０とロータ１の間にNi系或はCr系の酸化防止
を行う粉末の酸化防止剤２０を、アルミ箔１９で
覆つて介在させ、これによつて真空中の断熱効果
を得て焼鈍中のロータ温度の上昇を防止させるよ
うにしたものである。ロータスリーブ１０の焼鈍
後は、シールドボツクス１３をロータ１に仮付け
しているシール溶接部１４を予め設定した仕上げ
線１５まで機械加工により削除するため、ロータ
１の信頼性の点では全く問題無い。また、スリー
ブ１０の内面及びロータ１の外面共に酸化が防止
されるので、ロータジヤーナル部への信頼性の高
いスリーブの焼ばめ固定が容易に行なえることに
なる。以上のことから、本発明によれば、低合金
鋼製ロータスリーブの溶接後の焼鈍を良好な行な
えるようにして、信頼性の高い10〜14％クロム鋼
製のロータを実現可能にしたロータスリーブの焼
鈍方法を提供できるという効果を奏する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a turbine rotor made of chromium steel containing 10 to 14% chromium, and particularly to an annealing method suitable for welding a rotor sleeve attached to a journal portion of a turbine rotor. In general, turbine rotors have good mechanical properties at high temperatures10-14
% chromium steel, but 10-14% chromium steel has poor bearing properties, especially friction properties, which may cause the bearing to seize and damage the journal. Therefore, as shown in FIG. 1, it was necessary to shrink-fit the low-alloy steel sleeve 4 to the rotor journal portion 2, and it was also necessary to shrink-fit the coupling ring 5 to the rotor 1. However, when the coupling 5 is shrink-fitted to the rotor 1, cracks 7 may be generated in the shrink-fitted portion of the coupling due to fretting, which significantly impairs the reliability of the rotor. Therefore, by dividing the low-alloy steel sleeve 4 and welding it together, it is possible to form the coupling and shaft into a single structure, and it is possible to improve the reliability of the highly reliable 12% chromium steel rotor 1. However, since the sleeve 4 made of low alloy steel is joined by welding, the welded part has high hardness and residual stress is generated, so there is a risk of damage during operation after it is fixed to the bearing. It was necessary to anneal it. However, since it is necessary to carry out assembly welding on the rotor, the inner surface of the sleeve and the heated portion of the rotor are likely to be oxidized by annealing, which may make it difficult to fix the sleeve by shrink fitting after joining. In addition, since the rotor is locally heated during annealing, it is heated above the tempering temperature of 10 to 14% chromium material, approximately 500°C, and there is a risk that the material strength may be locally reduced. For these reasons, welded low-alloy steel sleeves 10 to 14
% chromium steel rotor was an extremely difficult problem. An object of the present invention is to provide a method for annealing a rotor sleeve that can successfully perform post-weld annealing of a low-alloy steel sleeve of a 10-14% chromium steel rotor and realize a highly reliable 10-14% chromium rotor. Our goal is to provide the following. The present invention is characterized in that when split rotor sleeves made of low-alloy steel are welded together and attached to the outer periphery of the journal portion of a turbine rotor made of chromium steel containing 10 to 14% chromium, In addition to cooling the journal part, the welded part of the rotor sleeve is
A rotor sleeve annealing method is provided in which the rotor sleeve is heated in a range of 590°C to 720°C to relieve residual stress in the welded portion and to prevent thermal strain from occurring in the rotor. Next, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows an assembly welding diagram of a low-alloy steel sleeve to a chrome steel rotor using a welded structure. First, a sleeve 10 made of low alloy steel divided in the circumferential direction
The rotor part 1 between the journal 2 and the coupling ring 9 of the turbine rotor 1 made of 10-14% chromium steel.
Assemble with a. Since the sleeve 10 has a split structure, the coupling ring 9 is manufactured integrally with the rotor 1. In addition, the divided sleeve 10
are attached to each other by welding portions 11 to form a ring-shaped integral structure, and then fixed to the outer periphery of journal portion 2. However, since the material of the sleeve 10 is low-alloy steel with good bearing properties, the hardness of the welded part 11 and the heat affected zone of the sleeve base material 10 is high due to welding, and the residual stress is close to the yield point of the sleeve base material. Since this stress is generated, fixing to the journal 2 only by welding may pose a problem in terms of reliability. Therefore, annealing after welding is required, but annealing in air generates an oxide film, and oxidation of the inner surface of the sleeve 10 is particularly likely to become a problem, and furthermore, the sleeve 10 is 10 to 14%
Because it is in close contact with the chrome rotor 1, if the temperature rises above the tempering temperature of the rotor material, the turbine rotor 1
There is also a possibility that the material strength of the material will decrease. Figure 3 shows
1 shows an example of annealing the rotor sleeve of the present invention. In order to anneal the welded portion 11 of the sleeve 10, in order to prevent oxidation as described above,
A shield box 13 is attached to cover the outer periphery of the sleeve 10. However, the rotor shaft material
Since it is 10-14% chromium steel, its weldability is worse than sleeve material, and leaving the weld as is is a reliability problem. For this reason, a protrusion 12 is provided on the shaft in advance, a shield box 13 is temporarily fixed to the rotor 1 by seal welding 14 to maintain airtightness, and a vacuum pump 16 is used to evacuate the heating section. Thereafter, a heating source 17 is installed on the entire outer circumference of the welded rotor sleeve 10, and the welded portion 1 of the rotor sleeve 10 is controlled by the controller 18.
Heating control is performed to perform the annealing in step 1. When heating in a vacuum, there is no heat radiation due to air, and furthermore, oxidation due to air can be prevented. FIG. 4 shows the residual stress value when 1% Cr-1% Mo steel, which is a low alloy steel, is used as the material of the sleeve 10. If annealing is not performed,
A residual stress of approximately 40 kg/cm ² is generated, which is close to the material's yield point, and there is a risk of deformation during operation, which poses a problem in terms of reliability. Further, as the annealing temperature increases, the residual stress decreases, but the residual stress is 10 Kg/cm ² or less, which is not a problem in practice, when the annealing temperature is 595° C. or higher.
FIG. 5 shows a comparison of tensile strength depending on heating temperature when 1% Cr-1% Mo steel is used as the sleeve material. At 400℃, it shows a value of about 55Kg/mm ² , but the strength decreases rapidly near 720℃, causing strength problems. From this, it can be seen that the optimum annealing temperature range for the low alloy steel sleeve is approximately 590 to 720°C. Further, since the sleeve is located close to the rotor material 10 to 14% chromium steel, heating the sleeve 10 to the above annealing temperature may raise the temperature of the rotor material to 590 to 720°C. For this reason, it is necessary to prevent the temperature from increasing during annealing because the temperature exceeds the limit of 500° C. for decreasing the strength of the rotor material and the strength decreases significantly. Therefore, in the present invention, a Ni-based or Cr-based oxidation-preventing powder antioxidant 20 is interposed between the welded sleeve 10 and the rotor 1 by covering it with aluminum foil 19, and thereby The rotor temperature is prevented from increasing during annealing by providing a heat insulating effect inside the rotor. After the rotor sleeve 10 is annealed, the seal weld 14 that temporarily attaches the shield box 13 to the rotor 1 is removed by machining up to the preset finish line 15, so there is no problem in terms of the reliability of the rotor 1. . Further, since oxidation is prevented on both the inner surface of the sleeve 10 and the outer surface of the rotor 1, the sleeve can be easily and reliably fixed to the rotor journal portion by shrink fitting. From the above, according to the present invention, a rotor sleeve made of low alloy steel can be annealed well after welding, thereby making it possible to realize a highly reliable rotor made of 10 to 14% chromium steel. This has the effect of providing a method for annealing a sleeve.

[Brief explanation of drawings]

第１図は従来のクロム鋼製タービンロータを示
す部分断面図、第２図は本発明の対象である10〜
14％クロム鋼製タービンロータの部分断面図、第
３図は本発明の一実施例であるタービンロータに
装着されるスリーブの焼鈍を行う装置を示す断面
図、第４図はスリーブ材料である低合金鋼におけ
る残留応力値と焼鈍温度との関係図、第５図は同
じく低合金鋼における引張強さと加熱温度との関
係図である。１…10〜14％クロム鋼製タービンロータ、２…
ジヤーナル、９…カツプリング、１０…ロータス
リーブ、１１…溶接部、１３…シールドボツク
ス、１６…真空ポンプ、１７…加熱源、２０…酸
化防止剤。 Fig. 1 is a partial sectional view showing a conventional chrome steel turbine rotor, and Fig. 2 is a partial cross-sectional view showing a conventional chrome steel turbine rotor.
A partial cross-sectional view of a turbine rotor made of 14% chromium steel, FIG. 3 is a cross-sectional view showing an apparatus for annealing a sleeve attached to a turbine rotor, which is an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between residual stress value and annealing temperature in alloy steel, and FIG. 5 is a diagram showing the relationship between tensile strength and heating temperature in low alloy steel. 1...10-14% chromium steel turbine rotor, 2...
Journal, 9... Coupling, 10... Rotor sleeve, 11... Welding section, 13... Shield box, 16... Vacuum pump, 17... Heat source, 20... Antioxidant.

Claims

[Scope of Claims] 1. A method of annealing a rotor sleeve in which split rotor sleeves made of low alloy steel are welded together and attached to the outer periphery of a journal portion of a turbine rotor made of chromium steel containing 10 to 14% chromium, comprising: By cooling the journal portion of the turbine rotor and heating the welded portion of the rotor sleeve in a range of approximately 590°C to 720°C, residual stress in the welded portion is alleviated and thermal distortion of the turbine rotor due to heating is reduced. A rotor sleeve annealing method characterized by making it possible to prevent this from occurring. 2. A method for annealing a rotor sleeve according to claim 1, characterized in that when annealing the welded portion of the rotor sleeve, the welded portion is heated in a vacuum state around the welded portion. . 3. Claim 1, characterized in that during annealing of the welded portion of the rotor sleeve, an antioxidant is filled between the rotor sleeve and the turbine rotor to heat the welded portion. Or the method for annealing a rotor sleeve according to item 2.