JP2018150594A - Cast steel, nozzle plate, method for producing nozzle plate, and stationary blade row - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、鋳鋼、ノズル板、ノズル板の製造方法、および、静翼翼列に関する。 Embodiments described herein relate generally to cast steel, a nozzle plate, a nozzle plate manufacturing method, and a stationary blade cascade.
蒸気タービンにおいて、静翼翼列は、たとえば、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に複数のノズル板(静翼)が配置されたノズルダイアフラムによって構成されている。ノズルダイアフラムにおいて、ノズル板は、溶接や溶接以外の手段によって、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪とのそれぞれに固定されている。 In a steam turbine, a stationary blade cascade is constituted by, for example, a nozzle diaphragm in which a plurality of nozzle plates (stationary blades) are arranged between a diaphragm outer ring and a diaphragm inner ring. In the nozzle diaphragm, the nozzle plate is fixed to each of the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring by means other than welding or welding.
ノズル板の成形は、一般に、鍛造や圧延で形成された角材について、切削加工を施すことで行われる。このため、上記のようにノズル板を作製する場合には、多くの時間を要する。また、原材料である角材の重量と、最終製品であるノズル板の重量との差が大きいため、歩留まりが低い。このような事情によって、ノズル板の作製は、製造効率が低く、コストの低減が容易でない。つまり、経済性の観点から合理的ではない。 In general, the nozzle plate is formed by cutting a square bar formed by forging or rolling. For this reason, when producing a nozzle plate as mentioned above, much time is required. Further, since the difference between the weight of the square material as the raw material and the weight of the nozzle plate as the final product is large, the yield is low. Under such circumstances, the production of the nozzle plate is low in manufacturing efficiency, and cost reduction is not easy. In other words, it is not reasonable from the viewpoint of economy.
したがって、本発明が解決しようとする課題は、製造効率が高く、コストの低減を容易に実現可能な、鋳鋼、ノズル板、ノズル板の製造方法、および、静翼翼列を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a cast steel, a nozzle plate, a method for manufacturing a nozzle plate, and a stationary blade cascade, which have high manufacturing efficiency and can easily realize cost reduction.
実施形態の鋳鋼は、質量%で、C:0.11〜0.15%、Si:0.20〜0.50%、Mn:0.3〜1.0%、Ni:0.3〜0.8%、Cr:9.0〜11.0%、Mo:0.9〜1.1%、V:0.15〜0.25%、W:0.9〜1.1%、Nb:0.05〜0.10%、N:0.015〜0.03%、を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。不可避的不純物は、Al:0.005%未満である。 The cast steel of the embodiment is mass%, C: 0.11 to 0.15%, Si: 0.20 to 0.50%, Mn: 0.3 to 1.0%, Ni: 0.3 to 0 0.8%, Cr: 9.0 to 11.0%, Mo: 0.9 to 1.1%, V: 0.15 to 0.25%, W: 0.9 to 1.1%, Nb: 0.05 to 0.10%, N: 0.015 to 0.03%, with the balance being Fe and unavoidable impurities. Inevitable impurities are Al: less than 0.005%.
最初に、実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)に関して説明する。実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)は、各成分が以下に示す範囲である。 First, the cast steel (M1), (M2), and (M3) of the embodiment will be described. The cast steels (M1), (M2), and (M3) of the embodiment are in the ranges shown below for each component.
鋳鋼(M1)は、質量%で、C:0.11〜0.15%、Si:0.20〜0.50%、Mn:0.3〜1.0%、Ni:0.3〜0.8%、Cr:9.0〜11.0%、Mo:0.9〜1.1%、V:0.15〜0.25%、W:0.9〜1.1%、Nb:0.05〜0.10%、N:0.015〜0.03%、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。鋳鋼(M1)において、不可避的不純物は、Al:0.005%未満である(大気中で鋳造された後の値)。 Cast steel (M1) is mass%, C: 0.11 to 0.15%, Si: 0.20 to 0.50%, Mn: 0.3 to 1.0%, Ni: 0.3 to 0 0.8%, Cr: 9.0 to 11.0%, Mo: 0.9 to 1.1%, V: 0.15 to 0.25%, W: 0.9 to 1.1%, Nb: 0.05 to 0.10%, N: 0.015 to 0.03%, and the balance consists of Fe and inevitable impurities. In the cast steel (M1), the inevitable impurities are Al: less than 0.005% (value after being cast in the atmosphere).
鋳鋼(M2)の組成は、質量%で、C:0.11〜0.15%、Si:0.20〜0.50%、Mn:0.3〜1.0%、Ni:0.3〜0.8%、Cr:9.0〜11.0%、Mo:0.9〜1.1%、V:0.15〜0.25%、Nb:0.05〜0.20%、N:0.015〜0.03%、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。鋳鋼(M2)において、不可避的不純物は、Al:0.005%未満である(大気中で鋳造された後の値)。つまり、鋳鋼(M2)は、上記した鋳鋼(M1)の成分のうち、W成分を除いたものであって、Nb成分の含有割合が上記範囲に変更されている。 The composition of the cast steel (M2) is mass%, C: 0.11 to 0.15%, Si: 0.20 to 0.50%, Mn: 0.3 to 1.0%, Ni: 0.3 -0.8%, Cr: 9.0-11.0%, Mo: 0.9-1.1%, V: 0.15-0.25%, Nb: 0.05-0.20%, N: 0.015 to 0.03%, with the balance being Fe and inevitable impurities. In the cast steel (M2), the inevitable impurities are Al: less than 0.005% (value after being cast in the atmosphere). That is, the cast steel (M2) is obtained by removing the W component from the components of the cast steel (M1) described above, and the content ratio of the Nb component is changed to the above range.
鋳鋼(M3)は、質量%で、C:0.11〜0.15%、Si:0.20〜0.50%、Mn:0.3〜1.0%、Cr:12.0〜14.0%、N:0.015〜0.03%、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。鋳鋼(M3)において、不可避的不純物は、Al:0.005%未満である(大気中で鋳造された後の値)。つまり、鋳鋼(M3)は、上記した鋳鋼(M1)の成分のうち、Ni成分、Mo成分、V成分、W成分、および、Nb成分を除いたものであって、Cr成分の含有割合が上記範囲に変更されている。 Cast steel (M3) is mass%, C: 0.11 to 0.15%, Si: 0.20 to 0.50%, Mn: 0.3 to 1.0%, Cr: 12.0 to 14 0.0%, N: 0.015 to 0.03%, the balance being Fe and inevitable impurities. In the cast steel (M3), the inevitable impurities are Al: less than 0.005% (value after being cast in the atmosphere). That is, the cast steel (M3) is obtained by removing the Ni component, the Mo component, the V component, the W component, and the Nb component from the components of the cast steel (M1) described above, and the content ratio of the Cr component is as described above. The range has been changed.
実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)は、異方性がほとんど生じず、均質な機械的特性を備えると共に、経済性に優れる。なお、上記において、「C:0.11〜0.15%」等は、C元素の含有率が0.11質量%以上、0.15質量%以下であること等を示している(以下同様)。 The cast steels (M1), (M2), and (M3) of the embodiment have almost no anisotropy, have uniform mechanical properties, and are excellent in economic efficiency. In the above, “C: 0.11 to 0.15%” or the like indicates that the C element content is 0.11% by mass or more and 0.15% by mass or less (the same applies hereinafter). ).
実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)において各成分が含有する割合(含有率)を上記範囲に設定した理由に関して説明する。 The reason why the ratio (content ratio) contained in each component in the cast steel (M1), (M2), (M3) of the embodiment is set in the above range will be described.
・C(炭素)[(M1),(M2),(M3)…0.11〜0.15%]
Cは、焼入れ性、および、鋳造時の湯流れ性を確保するために必要な成分であるとともに、析出強化に寄与する炭化物を構成する構成元素として不可欠な成分である。実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)において、Cの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が小さくなる。Cの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、炭化物の凝集が促進されるとともに、鋳造時の偏析傾向が高まるために、補修を含めた溶接性が低下する。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)では、Cの含有率が上記範囲に設定されている。
C (carbon) [(M1), (M2), (M3) ... 0.11 to 0.15%]
C is a component necessary for ensuring hardenability and hot water flow during casting, and is an indispensable component as a constituent element constituting the carbide contributing to precipitation strengthening. In the cast steels (M1), (M2), and (M3) of the embodiment, when the C content is less than the lower limit of the above range, the above-described functions and effects are reduced. When the C content exceeds the upper limit of the above range, the agglomeration of the carbide is promoted and the segregation tendency at the time of casting is increased, so that weldability including repair is lowered. For this reason, in the cast steel (M1), (M2), (M3) of the embodiment, the C content is set in the above range.
・Si(ケイ素)[(M1),(M2),(M3)…0.20〜0.50%]
Siは、脱酸剤として有用であるとともに、溶湯の湯流れ性を改善する成分である。実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)において、Siの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が小さくなる。Siの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性の低下および脆化が著しく促進される。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)では、Siの含有率が上記範囲に設定されている。
Si (silicon) [(M1), (M2), (M3) ... 0.20 to 0.50%]
Si is a component that is useful as a deoxidizer and improves the flow of molten metal. In the cast steels (M1), (M2), and (M3) of the embodiment, when the Si content is less than the lower limit of the above range, the above-described functions and effects are reduced. When the Si content exceeds the upper limit of the above range, toughness reduction and embrittlement are significantly promoted. For this reason, in the cast steel (M1), (M2), (M3) of the embodiment, the Si content is set in the above range.
・Mn(マンガン)[(M1),(M2),(M3)…0.3〜1.0%]
Mnは、脱硫剤として有用な成分である。実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)において、Mnの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、脱硫効果が十分に発現されない。Mnの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、クリープ強度の低下が生ずる。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)では、Mnの含有率が上記範囲に設定されている。
Mn (manganese) [(M1), (M2), (M3) ... 0.3-1.0%]
Mn is a component useful as a desulfurization agent. In the cast steels (M1), (M2), and (M3) of the embodiment, when the Mn content is less than the lower limit of the above range, the desulfurization effect is not sufficiently exhibited. When the Mn content exceeds the upper limit of the above range, the creep strength decreases. For this reason, in the cast steel (M1), (M2), (M3) of the embodiment, the Mn content is set in the above range.
・Ni(ニッケル)[(M1),(M2)…0.3〜0.8%,(M3)…0.0%]
Niは、焼入れ性および靭性を向上させる成分であるとともに、フェライトの生成を抑制する効果を有する成分である。実施形態の鋳鋼(M1),(M2)において、Niの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上記の効果が十分に発現されない。Niの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、クリープ強度の低下が生ずる。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2)では、Niの含有率が上記範囲に設定されている。
Ni (nickel) [(M1), (M2) ... 0.3-0.8%, (M3) ... 0.0%]
Ni is a component that improves hardenability and toughness and has an effect of suppressing the formation of ferrite. In the cast steels (M1) and (M2) of the embodiment, when the Ni content is less than the lower limit of the above range, the above effects are not sufficiently exhibited. When the Ni content exceeds the upper limit of the above range, the creep strength decreases. For this reason, in the cast steel (M1) and (M2) of the embodiment, the Ni content is set in the above range.
・Cr(クロム)[(M1),(M2)…9.0〜11.0%,(M3)…12.0〜14.0%%]
Crは、耐酸化性および耐食性の向上に有効な成分であるとともに、析出強化に寄与する炭窒化物の構成元素として不可欠な成分である。実施形態の鋳鋼(M1),(M2)において、Crの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、調質熱処理の実施においてCrを構成元素として析出する析出物(炭窒化物)が少なくなるため、高温安定性が十分に確保できない場合がある。Crの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、フェライトが生成される傾向が高まる。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2)では、Crの含有率が上記範囲に設定されている。これに対して、実施形態の鋳鋼(M3)においては、フェライト形成元素(Mo、W、Nb、Vなど)を含有していないのでフェライトが生成されにくい。このため、実施形態の鋳鋼(M3)では、鋳鋼(M1),(M2)の場合よりもCrの含有率が高い、上記範囲にすることができる。
-Cr (chromium) [(M1), (M2) ... 9.0-11.0%, (M3) ... 12.0-14.0 %%]
Cr is an effective component for improving oxidation resistance and corrosion resistance, and is an indispensable component as a constituent element of carbonitride contributing to precipitation strengthening. In the cast steels (M1) and (M2) of the embodiment, when the Cr content is less than the lower limit of the above range, there are few precipitates (carbonitrides) that precipitate with Cr as a constituent element in the refining heat treatment. Therefore, sufficient high temperature stability may not be ensured. When the Cr content exceeds the upper limit of the above range, the tendency for ferrite to be generated increases. For this reason, in the cast steel (M1) and (M2) of the embodiment, the Cr content is set in the above range. On the other hand, since the cast steel (M3) of the embodiment does not contain a ferrite forming element (Mo, W, Nb, V, etc.), it is difficult to generate ferrite. For this reason, in the cast steel (M3) of embodiment, it can be made the said range with the content rate of Cr higher than the case of cast steel (M1) and (M2).
・Mo(モリブデン)[(M1),(M2)…0.9〜1.1%、(M3)…0.0%]
Moは、固溶強化に寄与する成分であると共に、炭窒化物の構成元素であって析出強化に寄与する成分である。Moは、高温環境において長時間の加熱処理が行われるときに、析出物の構成元素になる。しかし、実施形態の鋳鋼(M1),(M2)において、Moの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、固溶強化に寄与するMoの量を長時間にわたって高く維持することが困難になる。Moの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性が低下すると共に、フェライトの生成が促進される。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2)では、Moの含有率を上記範囲にした。
Mo (molybdenum) [(M1), (M2) ... 0.9 to 1.1%, (M3) ... 0.0%]
Mo is a component that contributes to solid solution strengthening, and is a constituent element of carbonitride and a component that contributes to precipitation strengthening. Mo becomes a constituent element of precipitates when long-time heat treatment is performed in a high-temperature environment. However, in the cast steels (M1) and (M2) of the embodiment, when the Mo content is less than the lower limit of the above range, it is difficult to keep the amount of Mo contributing to solid solution strengthening high for a long time. Become. When the Mo content exceeds the upper limit of the above range, toughness is reduced and the formation of ferrite is promoted. For this reason, in the cast steel (M1) and (M2) of the embodiment, the Mo content is within the above range.
・V(バナジウム)[(M1),(M2)…0.15〜0.25%、(M3)…0.00%]
Vは、固溶強化に寄与する成分であると共に、微細な炭窒化物の形成に寄与する成分である。実施形態の鋳鋼(M1),(M2)において、Vの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が十分でない。Vの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性の低下が生ずる。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2)では、Vの含有率を上記範囲にした。
V (Vanadium) [(M1), (M2) ... 0.15-0.25%, (M3) ... 0.00%]
V is a component contributing to solid solution strengthening and a component contributing to the formation of fine carbonitrides. In the cast steels (M1) and (M2) of the embodiment, when the V content is less than the lower limit of the above range, the above-described functions and effects are not sufficient. When the V content exceeds the upper limit of the above range, toughness is reduced. For this reason, the content rate of V was made into the said range in cast steel (M1) of the embodiment (M2).
・W(タングステン)[(M1)…0.9〜1.1%、(M2),(M3)…0.0%]
Wは、固溶強化に寄与する成分であると共に、炭窒化物の構成元素であって析出強化に寄与する成分である。Wは、特にMoと共に複合的に添加された場合には、析出物の高温安定性を著しく高めることができる。Wは、高温環境において長時間の加熱処理が行われるときに、析出物の構成元素になる。しかし、実施形態の鋳鋼(M1)において、Wの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、固溶強化に寄与するWの量を長時間にわたって高く維持することが困難になる。Wの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性が低下すると共に、フェライトの生成が促進される。このため、実施形態の鋳鋼(M1)では、Wの含有率を上記範囲にした。
W (tungsten) [(M1) ... 0.9 to 1.1%, (M2), (M3) ... 0.0%]
W is a component that contributes to solid solution strengthening and is a constituent element of carbonitride and a component that contributes to precipitation strengthening. W can remarkably enhance the high-temperature stability of the precipitate, particularly when added in combination with Mo. W becomes a constituent element of precipitates when long-time heat treatment is performed in a high-temperature environment. However, in the cast steel (M1) of the embodiment, when the W content is less than the lower limit of the above range, it is difficult to keep the amount of W contributing to solid solution strengthening high for a long time. When the W content exceeds the upper limit of the above range, toughness decreases and the formation of ferrite is promoted. For this reason, the content rate of W was made into the said range in the cast steel (M1) of embodiment.
・Nb(ニオブ)[(M1)…0.05〜0.10%、(M2)…0.05〜0.20%、(M3)…0.00%]
Nbは、固溶強化に寄与する成分であると共に、微細な炭窒化物の形成に寄与する。
実施形態の鋳鋼(M1),(M2)において、Nbの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が十分でない。Nbの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、粗大なNb炭窒化物の生成量が増加する。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2)では、Nbの含有率を上記範囲にした。なお、鋳鋼(M2)では、Wが添加されていないので、鋳鋼(M1)よりもNb成分の含有率について上限値を大きくすることによって、Nb炭窒化物による析出強化作用を高めている。
Nb (niobium) [(M1) ... 0.05-0.10%, (M2) ... 0.05-0.20%, (M3) ... 0.00%]
Nb is a component that contributes to solid solution strengthening and contributes to the formation of fine carbonitrides.
In the cast steels (M1) and (M2) of the embodiment, when the Nb content is less than the lower limit of the above range, the above-described functions and effects are not sufficient. When the Nb content exceeds the upper limit of the above range, the amount of coarse Nb carbonitrides generated increases. For this reason, in the cast steel (M1) and (M2) of the embodiment, the Nb content is set to the above range. In addition, in cast steel (M2), since W is not added, the precipitation strengthening effect | action by Nb carbonitride is heightened by making the upper limit about the content rate of Nb component larger than cast steel (M1).
・N(窒素)[(M1),(M2),(M3)…0.015〜0.05%]
Nは、窒化物あるいは炭窒化物を形成することによって析出強化に寄与する成分である。さらに、母相に残存するNは、固溶強化にも寄与する。Nは、大気中で鋳造が行われたときに鋳鋼に溶解して吸収される。実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)において、Nの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、調質熱処理の実施によって生成される炭窒化物の生成量が少なくなり、十分でなくなる。Nの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、窒化物の粗大化を促進し、析出強化作用が低下するため、成分の調整でNの含有率を低下させる必要がある。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)では、Nの含有率を上記範囲にした。
N (nitrogen) [(M1), (M2), (M3) ... 0.015 to 0.05%]
N is a component that contributes to precipitation strengthening by forming nitrides or carbonitrides. Further, N remaining in the matrix contributes to solid solution strengthening. N is dissolved and absorbed in cast steel when casting is performed in the atmosphere. In the cast steels (M1), (M2), and (M3) of the embodiment, when the N content is less than the lower limit of the above range, the amount of carbonitride produced by the heat treatment is reduced. , Not enough. When the N content exceeds the upper limit of the above range, the coarsening of the nitride is promoted and the precipitation strengthening action is reduced. Therefore, it is necessary to reduce the N content by adjusting the components. For this reason, in the cast steel (M1), (M2), and (M3) of the embodiment, the N content is within the above range.
・Al(アルミニウム)[(M1),(M2),(M3)…0.005%未満]
Alは、脱酸剤として有用な成分である。しかし、Nを含有する鋼においては、Alの窒化物が生成されやすい。このため、Alの含有率は、極力、低いことが好ましい。したがって、実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)では、不可避的不純物であるAlの含有率の上限を上記値にした。
・ Al (aluminum) [(M1), (M2), (M3) ... less than 0.005%]
Al is a component useful as a deoxidizer. However, in the steel containing N, Al nitride is easily generated. For this reason, it is preferable that the Al content is as low as possible. Therefore, in the cast steels (M1), (M2), and (M3) of the embodiment, the upper limit of the content of Al that is an inevitable impurity is set to the above value.
以下より、実施形態において、上記の鋳鋼で形成されたノズル板に関して説明する。 Hereinafter, in the embodiment, the nozzle plate formed of the cast steel will be described.
本実施形態では、ノズル板は、鋳造で製造される。ここでは、たとえば、大気中において精密鋳造法で鋳造を行うことによって、ノズル板を作製する。 In the present embodiment, the nozzle plate is manufactured by casting. Here, for example, the nozzle plate is manufactured by casting in the atmosphere by a precision casting method.
具体的には、ロウ(ワックス)でノズル板の形状に原型を形成する。つぎに、その原型の周囲を鋳砂で覆って固めた後に、ロウを溶解させて除去することで砂型を作製する。つぎに、上記の鋳鋼を構成する各成分を溶解した溶湯を砂型に流し込んだ後に、冷却することで、鋳物(鋳鋼)であるノズル板を形成する。そして、ノズル板について調質熱処理を行う。ここでは、調質熱処理として、焼鈍、焼ならし、焼入れ(冷却)、および、焼戻しを順次行う。最後に、仕上げ加工を行うことによって、ノズル板を完成させる。本実施形態において、上記の鋳鋼で形成されたノズル板は、初期状態において、母相の固溶強化と共に、炭窒化物の析出によって強化されている。 Specifically, a prototype is formed in the shape of a nozzle plate with wax. Next, the periphery of the original mold is covered with cast sand and hardened, and then the wax is dissolved and removed to produce a sand mold. Next, after pouring a molten metal in which each component constituting the cast steel is poured into a sand mold, the nozzle plate which is a casting (cast steel) is formed by cooling. Then, temper heat treatment is performed on the nozzle plate. Here, annealing, normalizing, quenching (cooling), and tempering are sequentially performed as the tempering heat treatment. Finally, the nozzle plate is completed by finishing. In the present embodiment, the nozzle plate formed of the above cast steel is strengthened by precipitation of carbonitrides together with solid solution strengthening of the matrix phase in the initial state.
上記の鋳鋼で形成されたノズル板を精密鋳造法で作製することで、製作期間を短縮化することができる。たとえば、鍛造や圧延で形成された角材について切削加工を施すことでノズル板を作製する場合には、7〜9ヶ月の製作期間が必要になる。これに対して、上記の鋳鋼で形成されたノズル板を精密鋳造法で作製する場合には、製作期間は、2〜3ヶ月であり、製作期間を効果的に短縮することができる。 The production period can be shortened by producing the nozzle plate formed of the above cast steel by a precision casting method. For example, when a nozzle plate is manufactured by cutting a square bar formed by forging or rolling, a manufacturing period of 7 to 9 months is required. On the other hand, when the nozzle plate formed of the cast steel is manufactured by a precision casting method, the manufacturing period is 2 to 3 months, and the manufacturing period can be effectively shortened.
本実施形態のノズル板は、マルテンサイト単相組織で構成されており、析出物を含む。析出物は、調質熱処理によって意図的に析出させた炭窒化物である。調質熱処理の実施により、母相に存在する各元素が、M2C型、MC型、および、M23C6型の析出物として析出することで、強度の向上や強度の維持に寄与する。M2C型、MC型、および、M23C6型において、Mは、金属元素を示している。M2C型およびM23C6型では、Mは、主に、Cr、Feであって、他に、Mo、Wである場合がある(たとえば、(Cr,Fe,Mo,W)23(C,N)6))。MC型では、Mは、主に、V、Nbである。 The nozzle plate of the present embodiment is composed of a martensite single-phase structure and includes precipitates. The precipitate is a carbonitride intentionally deposited by tempering heat treatment. By performing the tempering heat treatment, each element existing in the matrix phase precipitates as M 2 C type, MC type, and M 23 C 6 type precipitates, thereby contributing to improvement in strength and maintenance of strength. . In the M 2 C type, MC type, and M 23 C 6 type, M represents a metal element. In the M 2 C type and the M 23 C 6 type, M is mainly Cr and Fe, and may be Mo and W (for example, (Cr, Fe, Mo, W) 23 ( C, N) 6 )). In the MC type, M is mainly V and Nb.
鋳鋼(M1)で形成されたノズル板(N1)において析出物を構成する各成分の割合は、質量%で、Fe:0.5〜0.8%、Cr:1.0〜1.5%、Mo:0.3〜0.5%、W:0.3〜0.5%、V:0.05〜0.10%、Nb:0.02〜0.10%であることが好ましい。 In the nozzle plate (N1) formed of cast steel (M1), the ratio of each component constituting the precipitate is mass%, Fe: 0.5-0.8%, Cr: 1.0-1.5% , Mo: 0.3 to 0.5%, W: 0.3 to 0.5%, V: 0.05 to 0.10%, Nb: 0.02 to 0.10% are preferable.
鋳鋼(M2)で形成されたノズル板(N2)において析出物を構成する各成分の割合は、質量%で、Fe:0.5〜0.8%、Cr:1.0〜1.5%、Mo:0.3〜0.5%、V:0.05〜0.10%、Nb:0.04〜0.12%であることが好ましい。 In the nozzle plate (N2) formed of cast steel (M2), the ratio of each component constituting the precipitate is mass%, Fe: 0.5 to 0.8%, Cr: 1.0 to 1.5% , Mo: 0.3 to 0.5%, V: 0.05 to 0.10%, Nb: 0.04 to 0.12% are preferable.
析出物の測定および同定は、以下の方法で行うことができる。まず、試料の重量X1(溶解前)を計測する。そして、混合液(メタノール、アセチルアセトン、テトラメチルアンモニウムクロライド)中に試料を入れ、試料の母相を電解によって混合液に溶解させる。これにより、混合液において、試料の残渣を析出物として単離する。そして、その試料の析出物(残渣)を洗浄し、その試料の析出物について重量X2を計測する。また、試料の析出物に関してX線分析法などの分析を行うことで、試料の析出物を構成する成分について同定を行うと共に定量化を行う。これにより、溶解後の試料(析出物)を構成する各成分の割合Rm(%)を求める。そして、溶解前の試料(母相と析出物)の重量X1と、溶解後の試料(析出物)の重量X1と、溶解後の試料(析出物)を構成する各成分の割合R1(%)とのデータを用いて、鋳鋼(ノズル板)において析出物を構成する各成分の割合R2(鋳鋼(ノズル板)の全体重量を100質量%にした場合の割合)を算出することができる(下記式(A)参照)。
R2=(X2/X1)・R1 ・・・式(A)
The measurement and identification of the precipitate can be performed by the following method. First, the weight X1 (before dissolution) of the sample is measured. Then, a sample is put in a mixed solution (methanol, acetylacetone, tetramethylammonium chloride), and the parent phase of the sample is dissolved in the mixed solution by electrolysis. Thereby, the residue of the sample is isolated as a precipitate in the mixed solution. And the deposit (residue) of the sample is wash | cleaned, and the weight X2 is measured about the deposit of the sample. Further, by performing analysis such as an X-ray analysis method on the sample precipitate, the components constituting the sample precipitate are identified and quantified. Thereby, the ratio Rm (%) of each component constituting the sample (precipitate) after dissolution is obtained. And the weight X1 of the sample (matrix and precipitate) before dissolution, the weight X1 of the sample (precipitate) after dissolution, and the ratio R1 (%) of each component constituting the sample (precipitate) after dissolution The ratio R2 of each component constituting the precipitate in the cast steel (nozzle plate) (the ratio when the total weight of the cast steel (nozzle plate) is 100% by mass) can be calculated (the following) (See formula (A)).
R2 = (X2 / X1) · R1 Formula (A)
実施形態の鋳鋼(M1),(M2)で形成されたノズル板(N1),(N2)において析出物を構成する各成分の割合を、上記範囲に設定した理由に関して説明する。 The reason why the ratio of each component constituting the precipitate in the nozzle plates (N1) and (N2) formed of the cast steel (M1) and (M2) of the embodiment is set in the above range will be described.
・Fe [(N1),(N2)…0.5〜0.8%]
析出物において、Feは、主として、M23C6型析出物を構成する構成元素であって、析出物の安定化に寄与する成分である。ノズル板(N1),(N2)において析出物を構成するFeの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の析出が十分でなく、安定性が低下する。つまり、析出強化の作用が十分に働かない。これに対して、Feの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、析出物が粗大化するため、高温特性を十分に発揮することができなくなる。このため、実施形態のノズル板(N1),(N2)では、析出物を構成するFeの含有率が上記範囲に設定されている。
Fe [(N1), (N2) ... 0.5 to 0.8%]
In the precipitate, Fe is a constituent element that mainly constitutes the M 23 C 6 type precipitate and is a component that contributes to the stabilization of the precipitate. In the nozzle plates (N1) and (N2), when the Fe content constituting the precipitate is less than the lower limit of the above range, the precipitate is not sufficiently precipitated and the stability is lowered. That is, the effect of precipitation strengthening does not work sufficiently. On the other hand, when the Fe content exceeds the upper limit of the above range, the precipitates are coarsened, so that the high temperature characteristics cannot be sufficiently exhibited. For this reason, in the nozzle plates (N1) and (N2) of the embodiment, the content of Fe constituting the precipitate is set in the above range.
・Cr [(N1),(N2)…1.0〜1.5%]
析出物において、Crは、主として、M23C6型析出物、および、M2C型析出物を構成する構成元素である。Crは、析出強化に寄与するとともに、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板(N1),(N2)において析出物を構成するCrの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の析出が十分でない。つまり、析出強化作用が十分に働かない。これに対して、Crの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、微細なM2C型析出物の変態および粗大化が誘発されるため、析出強化作用が十分に働かない。このため、実施形態のノズル板(N1),(N2)では、析出物を構成するCrの含有率が上記範囲に設定されている。
・ Cr [(N1), (N2) ... 1.0-1.5%]
In the precipitate, Cr is mainly a constituent element constituting the M 23 C 6 type precipitate and the M 2 C type precipitate. Cr is a component that contributes to precipitation strengthening and increases the high-temperature stability of the precipitate. In the nozzle plates (N1) and (N2), when the content of Cr constituting the precipitate is less than the lower limit of the above range, the precipitate is not sufficiently precipitated. That is, the precipitation strengthening effect does not work sufficiently. On the other hand, when the Cr content exceeds the upper limit of the above range, the transformation and coarsening of fine M 2 C type precipitates are induced, so that the precipitation strengthening action does not work sufficiently. For this reason, in the nozzle plates (N1) and (N2) of the embodiment, the content of Cr constituting the precipitate is set in the above range.
・Mo [(N1),(N2)…0.3〜0.5%]
析出物において、Moは、主として、M23C6型析出物およびM2C型析出物の一部に置換される構成元素である。Moは、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板(N1),(N2)において析出物を構成するMoの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の安定性が低くなる。これに対して、Moの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、母相においてMoが固溶した固溶量が少なくなるので、高温における固溶強化作用が十分でなくなる。このため、実施形態のノズル板(N1),(N2)では、析出物を構成するMoの含有率が上記範囲に設定されている。
Mo [(N1), (N2) ... 0.3-0.5%]
In the precipitate, Mo is a constituent element that is mainly substituted by a part of the M 23 C 6 type precipitate and the M 2 C type precipitate. Mo is a component that enhances the high-temperature stability of the precipitate. In the nozzle plates (N1) and (N2), when the Mo content constituting the precipitate is less than the lower limit of the above range, the stability of the precipitate is lowered. On the other hand, when the Mo content exceeds the upper limit of the above range, the solid solution amount of Mo in the matrix phase decreases, so that the solid solution strengthening action at high temperatures becomes insufficient. For this reason, in the nozzle plates (N1) and (N2) of the embodiment, the content of Mo constituting the precipitate is set in the above range.
・W [(N1)…0.3〜0.5%,(N2)…0.0%]
析出物において、Wは、主として、M23C6型析出物およびM2C型析出物の一部に置換される構成元素である。Wは、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板(N1)において析出物を構成するWの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の安定性が低くなる。これに対して、Wの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、母相においてWが固溶した固溶量が少なくなるので、高温における固溶強化作用が十分でなくなる。このため、実施形態のノズル板(N1)では、析出物を構成するWの含有率が上記範囲に設定されている。
W [(N1) ... 0.3-0.5%, (N2) ... 0.0%]
In the precipitate, W is a constituent element that is mainly substituted with part of the M 23 C 6 type precipitate and the M 2 C type precipitate. W is a component that enhances the high-temperature stability of the precipitate. When the content of W constituting the precipitate in the nozzle plate (N1) is less than the lower limit of the above range, the stability of the precipitate is lowered. On the other hand, when the W content exceeds the upper limit of the above range, the amount of solid solution in which the solid phase is dissolved in the mother phase is reduced, so that the solid solution strengthening action at high temperatures becomes insufficient. For this reason, in the nozzle plate (N1) of the embodiment, the content of W constituting the precipitate is set in the above range.
・V [(N1),(N2)…0.05〜0.10%]
析出物において、Vは、主として、MC型析出物およびM2C型析出物の一部に置換される構成元素である。Vは、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板
において析出物を構成するVの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の安定性が低くなる。これに対して、Vの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、M2C型析出物が粗大化するため、高温特性を十分に発揮できなくなる。このため、実施形態のノズル板(N1),(N2)では、析出物を構成するVの含有率が上記範囲に設定されている。
・ V [(N1), (N2) ... 0.05-0.10%]
In the precipitate, V is a constituent element that is mainly substituted for part of the MC-type precipitate and the M 2 C-type precipitate. V is a component that enhances the high-temperature stability of the precipitate. When the content of V constituting the precipitate in the nozzle plate is less than the lower limit of the above range, the stability of the precipitate is lowered. On the other hand, when the content of V exceeds the upper limit of the above range, the M 2 C type precipitate is coarsened, so that the high temperature characteristics cannot be sufficiently exhibited. For this reason, in the nozzle plates (N1) and (N2) of the embodiment, the content of V constituting the precipitate is set in the above range.
・Nb [(N1)…0.02〜0.10%,(N2)…0.04〜0.12%]
析出物において、Nbは、主として、MC型析出物の一部に置換される構成元素である。
Nbは、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板(N1)において析出物を構成するNbの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の安定性が低くなる。これに対して、Nbの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、MC型析出物が粗大化するため、高温特性を十分に発揮できなくなる。この一方で、ノズル板(N2)は、ノズル板(N1)と異なり、Wを含まない。このため、ノズル板(N2)の場合には、析出物を構成するNbの含有率は、ノズル板(N1)よりも大きくすることができる。したがって、実施形態のノズル板(N1)(N2)では、析出物を構成するNbの含有率が上記範囲に設定されている。
Nb [(N1) ... 0.02-0.10%, (N2) ... 0.04-0.12%]
In the precipitate, Nb is mainly a constituent element that is substituted for a part of the MC type precipitate.
Nb is a component that enhances the high-temperature stability of the precipitate. When the content of Nb constituting the precipitate in the nozzle plate (N1) is less than the lower limit of the above range, the stability of the precipitate is lowered. On the other hand, when the Nb content exceeds the upper limit of the above range, the MC-type precipitates are coarsened, so that the high temperature characteristics cannot be sufficiently exhibited. On the other hand, the nozzle plate (N2) does not include W unlike the nozzle plate (N1). For this reason, in the case of a nozzle plate (N2), the content rate of Nb which comprises a precipitate can be made larger than a nozzle plate (N1). Therefore, in the nozzle plates (N1) and (N2) of the embodiment, the content of Nb constituting the precipitate is set in the above range.
以下より、本実施形態において、上記のノズル板(静翼)で構成された静翼翼列を含む蒸気タービンに関して図1を用いて説明する。図1では、鉛直面(yz面)に沿った断面を示している。 Hereinafter, in the present embodiment, a steam turbine including a stationary blade cascade composed of the nozzle plate (static blade) will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a cross section along a vertical plane (yz plane).
図1に示すように、蒸気タービン1は、回転機械であって、蒸気が作動流体として供給されることによって、タービンロータ22が回転するように構成されている。ここでは、蒸気タービン1は、軸流タービンであって、タービンロータ22の回転軸AXに沿った水平方向yを流れ方向として蒸気が流れる。蒸気タービン1は、多段式であって、動翼21と静翼25とで構成されたタービン段落が回転軸AXに沿った軸方向に複数段並んでおり、蒸気が複数のタービン段落のそれぞれにおいて仕事を行う。これにより、蒸気タービン1においてタービンロータ22が回転する。以下より、蒸気タービン1を構成する各部の詳細について説明する。
As shown in FIG. 1, the steam turbine 1 is a rotating machine, and is configured such that a
ケーシング20は、内部にタービンロータ22を収容している。タービンロータ22は、一端が発電機(図示省略)に連結されており、タービンロータ22の回転によって、発電機(図示省略)が駆動して発電が行われる。タービンロータ22には、ロータディスク221が外周面に複数設けられている。タービンロータ22に設けられたロータディスク221の外周面には、動翼21が設置されている。動翼21は、タービンロータ22の外周面を囲うように、複数がタービンロータ22の周方向R(回転方向)において間を隔てて配置されており、動翼翼列を構成している。動翼翼列は、複数段であって、複数段の動翼翼列のそれぞれは、タービンロータ22の回転軸AXに沿って並んでいる。
The
ケーシング20の内部には、ノズルダイアフラム10が設置されている。ノズルダイアフラム10は、ダイアフラム外輪23とダイアフラム内輪24と静翼25とによって構成されている。ノズルダイアフラム10において、ダイアフラム外輪23は、ケーシング20の内周面に設置されている。ダイアフラム内輪24は、ダイアフラム外輪23の内側にダイアフラム外輪23から間を隔てて設置されている。静翼25は、ダイアフラム外輪23とダイアフラム内輪24との間に複数が設置されている。
A
ここでは、複数の静翼25は、タービンロータ22の外周面を囲うように周方向Rに間を隔てて配置されており、静翼翼列を構成している。静翼翼列は、動翼翼列と同様に、複数段であって、複数段の静翼翼列がタービンロータ22の回転軸AXに沿って並ぶように設けられている。
Here, the plurality of
蒸気タービン1においては、蒸気入口管28がケーシング20の入口を貫通しており、その蒸気入口管28を介して、蒸気がケーシング20の内部に作動流体として導入される。
In the steam turbine 1, a
本実施形態において、静翼25は、上記したノズル板であって、運転温度に応じた鋳鋼を用いて形成されている。
In the present embodiment, the
なお、ダイアフラム外輪23とダイアフラム内輪24との間に静翼25としてノズル板を配置する他に、ケーシング20(タービン車室)に静翼25として複数のノズル板を周方向Rに配置してもよい。
In addition to arranging a nozzle plate as the
以下より、上記した鋳鋼(ノズル板)の実施例および比較例に関して、表1を用いて説明する。 Hereinafter, examples and comparative examples of the cast steel (nozzle plate) described above will be described with reference to Table 1.
表1において、P1〜P9は、実施例であり、C1〜C5は、比較例である。ここでは、W元素を含む鋳鋼(M1)に関しては、実施例がP1〜P3であって、比較例がC1,C2である(鋳鋼(M1)は、C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、W、Nb、N、Fe、および、不可避的不純物(Al)からなる)。W元素を含まない鋳鋼(M2)に関しては、実施例がP4〜P6であって、比較例がC3,C4である(鋳鋼(M2)は、C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、Nb、N、Fe、および、不可避的不純物(Al)からなる)。Cr元素以外にフェライト形成元素を含まない鋳鋼(M3)に関しては、実施例がP7〜P9であって、比較例がC5である(鋳鋼(M3)は、C、Si、Mn、Cr、N、Fe、および、不可避的不純物(Al)からなる)。 In Table 1, P1 to P9 are examples, and C1 to C5 are comparative examples. Here, for cast steel (M1) containing W element, the examples are P1 to P3, and the comparative examples are C1 and C2 (the cast steel (M1) is C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo. , V, W, Nb, N, Fe, and inevitable impurities (Al). For cast steel (M2) that does not contain W element, the examples are P4 to P6 and the comparative examples are C3 and C4 (cast steel (M2) is C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V , Nb, N, Fe, and inevitable impurities (Al). For cast steel (M3) containing no ferrite forming element other than Cr element, the examples are P7 to P9 and the comparative example is C5 (cast steel (M3) is C, Si, Mn, Cr, N, Fe and inevitable impurities (Al)).
まず、各例の鋳鋼について、各成分が表1に示した値になるように作製した。 First, the cast steel of each example was prepared so that each component had the values shown in Table 1.
具体的には、まず、各例の鋳鋼を構成する各成分の材料を、表1に示す割合で混合し、融点よりも高い温度で溶かした。ここでは、合計で約50kgの材料を溶かした。つぎに、その溶けた材料を用いて大気中で鋳造を行うことで、ノズル板形状の鋳物を作製した。つぎに、ノズル板形状の鋳物について調質熱処理を行った。ここでは、調質熱処理として、焼鈍、焼ならし、焼入れ、および、焼戻しを順次行うことで、各例の供試鋳鋼を作製した。 Specifically, first, the materials of each component constituting the cast steel of each example were mixed at a ratio shown in Table 1 and melted at a temperature higher than the melting point. Here, a total of about 50 kg of material was melted. Next, casting was performed in the atmosphere using the melted material, thereby producing a nozzle plate-shaped casting. Next, a tempering heat treatment was performed on the nozzle plate-shaped casting. Here, the sample cast steel of each example was produced by performing annealing, normalization, quenching, and tempering sequentially as the tempering heat treatment.
焼鈍、焼ならし、焼入れ、および、焼戻しは、表2に示す条件で行った。各例の供試鋳鋼は、常温での引張強さが700MPa程度になるように作製された。 Annealing, normalizing, quenching, and tempering were performed under the conditions shown in Table 2. The test cast steel of each example was produced so that the tensile strength at room temperature was about 700 MPa.
各例の鋳鋼に関して試験を行った結果を表3に示す。 Table 3 shows the results of tests performed on the cast steels in each example.
表3に示すように、各例の鋳鋼に関して、500℃における引張強さ(JIS Z 2241)、および、550℃における10万時間クリープ破断強度(JIS Z 2271)を求めた。ここでは、JIS4号試験片を用いて、500℃で引張試験を行った。これにより、500℃における引張強さを測定すると共に、クリープ破断強度の測定結果から、「550℃における10万時間クリープ破断強度」を算出した。 As shown in Table 3, the tensile strength at 500 ° C. (JIS Z 2241) and the 100,000-hour creep rupture strength at 550 ° C. (JIS Z 2271) were determined for each of the cast steels. Here, a tensile test was performed at 500 ° C. using a JIS No. 4 test piece. Thus, the tensile strength at 500 ° C. was measured, and “100,000 hours creep rupture strength at 550 ° C.” was calculated from the measurement result of the creep rupture strength.
[溶接施工]
表3に示すように、各例の鋳鋼に関して、「溶接施工」の試験を行った。「溶接施工」の試験は、以下の手順で行った。焼戻しが施された鋳鋼を板厚が10ミリである平板に加工した。そして、その平板を250℃に予熱した後、ArガスとCO2ガスとが混合されたガスシールド環境で、9%Cr溶接棒を用いて平板に溶接ビードを施工した。そして、その平板のうち溶接部の近傍について割れの発生有無を確認した。表3では、溶接時に溶接部に割れが発生しない場合を「○」で示し、溶接時に溶接部に割れが発生した場合を「×」で示している。
[Welding construction]
As shown in Table 3, the “welding” test was performed on the cast steel of each example. The “welding” test was performed according to the following procedure. The tempered cast steel was processed into a flat plate having a thickness of 10 mm. Then, after preheating the flat plate to 250 ° C., a weld bead was applied to the flat plate using a 9% Cr welding rod in a gas shield environment in which Ar gas and
上記の他に、各例の鋳鋼に対して引張応力を繰り返し加える「繰り返し引張試験」を行った。「繰り返し引張試験」は、加工した後のノズル板について両端を拘束した状態で溶接を行ったときに、引張応力が加わる状態を模擬した試験である。ここでは、まず、1回目の試験において、1%のひずみ量を発生させる荷重をノズル板に加えた後に、浸透探傷試験で、そのノズル板の表面に欠陥が発生したか否かの確認を行った。そして、欠陥の発生が無い場合、2%のひずみ量を発生させる荷重をノズル板に加えた後に、上記と同様に、ノズル板の表面に欠陥が発生したか否かの確認を行った。そして、この試験を、欠陥が発生するまで、ひずみ量が一定の割合で増加するように繰り返し実施した。表3には、「繰り返し引張試験」を行ったときに、鋳鋼表面に欠陥がない場合を「無し」で示し、鋳鋼表面に欠陥が発生した場合を「有り」で示している。 In addition to the above, a “repetitive tensile test” was performed in which tensile stress was repeatedly applied to the cast steel of each example. The “repeated tensile test” is a test that simulates a state in which tensile stress is applied when welding is performed in a state where both ends of the nozzle plate are constrained. Here, first, in the first test, after applying a load that generates a strain amount of 1% to the nozzle plate, it is confirmed whether or not a defect has occurred on the surface of the nozzle plate by the penetration test. It was. When no defect was generated, a load for generating a strain amount of 2% was applied to the nozzle plate, and it was confirmed whether or not a defect was generated on the surface of the nozzle plate in the same manner as described above. This test was repeated until the amount of strain increased at a constant rate until a defect occurred. In Table 3, when the “repetitive tensile test” is performed, a case where there is no defect on the cast steel surface is indicated as “none”, and a case where a defect occurs on the cast steel surface is indicated as “present”.
また、表3では、「繰り返し引張試験」において鋳鋼の表面に欠陥が発生したときに、鋳鋼が初期状態(試験前)から伸びた割合を「伸び値(%)」として示している。 Moreover, in Table 3, when the defect generate | occur | produced on the surface of the cast steel in the "repetitive tensile test", the ratio which the cast steel extended from the initial state (before test) is shown as "elongation value (%)".
P1〜P3と、C1,C2との間で試験結果を比較すると、「500℃における引張強さ」は、両者の間で同等である。しかし、「10万時間クリープ破断強度」は、P1〜P3の方がC1よりも高い。「溶接施工」において、P1〜P3は、溶接部に割れが生じていないが、C1は、溶接部に割れが発生した。C2は、「10万時間クリープ破断強度」がP1〜P3の場合と同等ではあるが、「溶接施工」において溶接部に割れが発生した。「繰り返し引張試験」においては、P1〜P3の方がC1,C2よりも、欠陥が発生する試験回数が多く、欠陥が発生しにくい。また、「伸び値」は、P1〜P3の方がC1,C2よりも大きい。P1〜P3を構成する各成分の含有割合は、C1,C2の場合と異なり、上記した鋳鋼(M1)を構成する各成分の含有割合の範囲内である。このため、P1〜P3は、上記のように、優れた機械的特性を備える。 When the test results are compared between P1 to P3 and C1 and C2, the “tensile strength at 500 ° C.” is equivalent between the two. However, “100,000 hour creep rupture strength” is higher in P1 to P3 than in C1. In “welding”, P1 to P3 had no cracks in the welded portion, but C1 had cracks in the welded portion. C2 is equivalent to the case where “100,000 hours creep rupture strength” is P1 to P3, but cracks occurred in the welded part in “welding operation”. In the “repetitive tensile test”, the number of tests in which defects are generated is greater in P1 to P3 than in C1 and C2, and defects are less likely to occur. Further, the “elongation value” is larger in P1 to P3 than in C1 and C2. Unlike the case of C1 and C2, the content rate of each component which comprises P1-P3 is in the range of the content rate of each component which comprises the above-mentioned cast steel (M1). For this reason, P1-P3 is equipped with the outstanding mechanical characteristic as mentioned above.
P4〜P6と、C3,C4との間で試験結果を比較すると、「500℃における引張強さ」は、P4〜P6の方がC3,C4よりも高い。「10万時間クリープ破断強度」も同様に、P4〜P6の方がC3,C4よりも高い。「溶接施工」において、P4〜P6は、溶接部に割れが生じていないが、C3は、溶接部に割れが発生した。「繰り返し引張試験」においては、P4〜P6の方がC3,C4よりも、欠陥が発生する試験回数が多く、欠陥が発生しにくい。また、「伸び値」は、P4〜P6の方がC3,C5より大きい。P4〜P6を構成する各成分の含有割合は、C3,C4の場合と異なり、上記した鋳鋼(M2)を構成する各成分の含有割合の範囲内である。このため、P4〜P6は、上記のように、優れた機械的特性を備える。 When test results are compared between P4 to P6 and C3 and C4, “tensile strength at 500 ° C.” is higher in P4 to P6 than in C3 and C4. Similarly, “100,000 hours creep rupture strength” is higher for P4 to P6 than for C3 and C4. In “welding construction”, cracks occurred in the welded part in P4 to P6, but cracked in the welded part in C3. In the “repeated tensile test”, P4 to P6 have a larger number of tests in which defects occur than C3 and C4, and defects are less likely to occur. Further, the “elongation value” is larger for C4 to P6 than for C3 and C5. Unlike the case of C3 and C4, the content rate of each component which comprises P4-P6 is in the range of the content rate of each component which comprises the above-mentioned cast steel (M2). Therefore, P4 to P6 have excellent mechanical properties as described above.
P7〜P9と、C5との間で試験結果を比較すると、「500℃における引張強さ」は、P7〜P9の方がC5よりも高い。「10万時間クリープ破断強度」も同様に、P4〜P6の方がC5よりも高い。「溶接施工」において、P7〜P9は、溶接部に割れが生じていない。「繰り返し引張試験」においては、P7〜P9は、欠陥が発生する試験回数が、P1〜P6の場合と同等以上であって、欠陥が発生しにくい。また、「伸び値」についても、P7〜P9は、P1〜P6の場合と同等以上である。P7〜P9を構成する各成分の含有割合は、C5の場合と異なり、上記した鋳鋼(M3)を構成する各成分の含有割合の範囲内である。このため、P7〜P9は、上記のように、優れた機械的特性を備える。 When the test results are compared between P7 to P9 and C5, “tensile strength at 500 ° C.” is higher in P7 to P9 than in C5. Similarly, “100,000 hours creep rupture strength” is higher for P4 to P6 than for C5. In “welding construction”, P7 to P9 are not cracked in the welded portion. In the “repetitive tensile test”, P7 to P9 have the same or higher number of tests in which defects are generated as in P1 to P6, and are less likely to generate defects. Moreover, also about "elongation value", P7-P9 is equal to or more than the case of P1-P6. Unlike the case of C5, the content rate of each component which comprises P7-P9 is in the range of the content rate of each component which comprises the above-mentioned cast steel (M3). For this reason, P7-P9 is equipped with the outstanding mechanical characteristic as mentioned above.
上記の結果から、鋳鋼(M1),(M2),(M3)は、優れた機械的特性を備えることが判る。つまり、鋳鋼(M1),(M2),(M3)においては、「500℃における引張強さ」および「10万時間クリープ破断強度」が十分に高く、かつ、「溶接施工」において溶接部に割れが生じないことが判る。また、鋳鋼(M1),(M2),(M3)においては、溶接の際に引張応力が繰り返し印加される場合であっても、欠陥が発生しにくいことが判る。 From the above results, it can be seen that the cast steels (M1), (M2), and (M3) have excellent mechanical properties. That is, in the cast steels (M1), (M2), and (M3), “tensile strength at 500 ° C.” and “100,000 hours creep rupture strength” are sufficiently high and the welded portion is cracked in “welding”. It turns out that does not occur. In addition, in the cast steels (M1), (M2), and (M3), it can be seen that defects are unlikely to occur even when tensile stress is repeatedly applied during welding.
表4は、P1,P2,P5,C1,C3の各例に関して、焼戻しの温度を変更した場合の結果を示している(他の条件は、上記と同じ)。表4において、焼戻しの温度が700℃である場合は、表2に示した条件と同じである。表4には、焼戻しの温度を660℃にした場合と、焼戻しの温度を740℃にした場合とを更に示している。表4では、鋳鋼(M1),(M2)で形成されたノズル板(N1),(N2)において、析出物を構成する各成分の割合を示している。更に、表4においては、「10万時間クリープ破断強度」と「溶接施工」との結果に関して示している。 Table 4 shows the results when the tempering temperature is changed for the examples of P1, P2, P5, C1, and C3 (other conditions are the same as above). In Table 4, when the tempering temperature is 700 ° C., the conditions are the same as those shown in Table 2. Table 4 further shows the case where the tempering temperature is 660 ° C. and the case where the tempering temperature is 740 ° C. Table 4 shows the ratio of each component constituting the precipitate in the nozzle plates (N1) and (N2) formed of cast steel (M1) and (M2). Furthermore, in Table 4, it shows about the result of "100,000 hours creep rupture strength" and "welding construction".
P1およびP2について焼戻しの温度が700℃である場合には、鋳鋼(M1)で形成されたノズル板(N1)において析出物を構成する各成分の割合は、上述した特定の範囲に含まれる。このため、「10万時間クリープ破断強度」が十分に高く、「溶接施工」において溶接部に割れが生じていない。これに対して、焼戻しの温度が660℃である場合には、ノズル板(N1)において析出物を構成する各成分の割合は、一部の成分に関して、上述した特定範囲から外れる。この場合には、「10万時間クリープ破断強度」が更に高くなるが、「溶接施工」において溶接部に割れが生じる。同様に、焼戻しの温度が740℃である場合には、ノズル板(N1)において析出物を構成する各成分の割合は、一部の成分に関して、上述した特定範囲から外れる。この場合には、「溶接施工」において溶接部に割れが生じないが、「10万時間クリープ破断強度」が低くなる。 When the tempering temperature for P1 and P2 is 700 ° C., the ratio of each component constituting the precipitate in the nozzle plate (N1) formed of cast steel (M1) is included in the specific range described above. For this reason, “100,000 hours creep rupture strength” is sufficiently high, and no cracks are generated in the welded part in “welding operation”. On the other hand, when the temperature of tempering is 660 ° C., the proportion of each component constituting the precipitate in the nozzle plate (N1) is out of the specific range described above with respect to some components. In this case, the “100,000 hour creep rupture strength” is further increased, but cracking occurs in the welded part in “welding operation”. Similarly, when the temperature of tempering is 740 degreeC, the ratio of each component which comprises a precipitate in a nozzle plate (N1) remove | deviates from the specific range mentioned above regarding a part of component. In this case, cracking does not occur in the welded part in “welding”, but “100,000 hour creep rupture strength” is low.
P5について焼戻しの温度が700℃である場合には、鋳鋼(M2)で形成されたノズル板(N2)において析出物を構成する各成分の割合は、上述した特定の範囲に含まれる。このため、「10万時間クリープ破断強度」が十分に高く、「溶接施工」において溶接部に割れが生じていない。これに対して、焼戻しの温度が660℃である場合には、ノズル板(N2)において析出物を構成する各成分の割合は、一部の成分に関して、上述した特定範囲から外れる。この場合には、「10万時間クリープ破断強度」が更に高くなるが、「溶接施工」において溶接部に割れが生じる。同様に、焼戻しの温度が740℃である場合には、ノズル板(N2)において析出物を構成する各成分の割合は、一部の成分に関して、上述した特定範囲から外れる。この場合には、「溶接施工」において溶接部に割れが生じないが、「10万時間クリープ破断強度」が低くなる。 When the tempering temperature for P5 is 700 ° C., the ratio of each component constituting the precipitate in the nozzle plate (N2) formed of cast steel (M2) is included in the specific range described above. For this reason, “100,000 hours creep rupture strength” is sufficiently high, and no cracks are generated in the welded part in “welding operation”. On the other hand, when the temperature of tempering is 660 ° C., the proportion of each component constituting the precipitate in the nozzle plate (N2) is out of the specific range described above with respect to some components. In this case, the “100,000 hour creep rupture strength” is further increased, but cracking occurs in the welded part in “welding operation”. Similarly, when the temperature of tempering is 740 degreeC, the ratio of each component which comprises a precipitate in a nozzle plate (N2) remove | deviates from the specific range mentioned above regarding a part of component. In this case, cracking does not occur in the welded part in “welding”, but “100,000 hour creep rupture strength” is low.
C1について焼戻しの温度が700℃である場合には、「10万時間クリープ破断強度」がP1,P2の場合よりも低い。焼戻しの温度が660℃である場合には、「10万時間クリープ破断強度」が少し高くなるが、「溶接施工」において溶接部に割れが生じる。焼戻しの温度が740℃である場合には、「溶接施工」において溶接部に割れが生じないが、「10万時間クリープ破断強度」が更に低くなる。 When C1 has a tempering temperature of 700 ° C., the “100,000 hour creep rupture strength” is lower than that of P1 and P2. When the tempering temperature is 660 ° C., the “100,000 hour creep rupture strength” is slightly higher, but cracking occurs in the welded part in “welding operation”. When the tempering temperature is 740 ° C., cracks do not occur in the welded part in “welding operation”, but “100,000 hour creep rupture strength” is further reduced.
C3について焼戻しの温度が700℃である場合には、「10万時間クリープ破断強度」がP5の場合よりも低く、「溶接施工」において溶接部に割れが生じる。焼戻しの温度が660℃である場合には、「10万時間クリープ破断強度」が少し高くなるが、「溶接施工」において溶接部に割れが生じる。焼戻しの温度が740℃である場合には、「溶接施工」において溶接部に割れが生じると共に、「10万時間クリープ破断強度」が更に低くなる。 When the tempering temperature for C3 is 700 ° C., the “100,000 hour creep rupture strength” is lower than that of P5, and cracks occur in the welded part in “welding operation”. When the tempering temperature is 660 ° C., the “100,000 hour creep rupture strength” is slightly higher, but cracking occurs in the welded part in “welding operation”. When the tempering temperature is 740 ° C., cracking occurs in the welded part in “welding operation” and “100,000 hours creep rupture strength” is further reduced.
上記の結果から、鋳鋼(M1),(M2)で形成されたノズル板(N1),(N2)において析出物を構成する各成分の割合が、上述した特定の範囲に含まれることで、高い「クリープ破断強度」を確保可能であることが判る。また、「溶接施工」において溶接部に割れが生じることを、効果的に防止可能であることが判る。 From the above results, the ratio of each component constituting the precipitate in the nozzle plates (N1) and (N2) formed of cast steel (M1) and (M2) is high by being included in the specific range described above. It can be seen that "creep rupture strength" can be secured. Moreover, it turns out that it can prevent effectively that a crack arises in a welding part in "welding construction".
<その他>
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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。
<Others>
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are 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 scope 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、10…ノズルダイアフラム、20…ケーシング、21…動翼、22…タービンロータ、23…ダイアフラム外輪、24…ダイアフラム内輪、25…静翼(ノズル板)、28…蒸気入口管、AX…回転軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Steam turbine, 10 ... Nozzle diaphragm, 20 ... Casing, 21 ... Moving blade, 22 ... Turbine rotor, 23 ... Diaphragm outer ring, 24 ... Diaphragm inner ring, 25 ... Stator blade (nozzle plate), 28 ... Steam inlet pipe, AX …Axis of rotation
Claims (8)
前記ノズル板は、析出物を含むマルテンサイト単相組織で構成されており、
前記ノズル板において前記析出物を構成する各成分の割合は、質量%で、Fe:0.5〜0.8%、Cr:1.0〜1.5%、Mo:0.3〜0.5%、W:0.3〜0.5%、V:0.05〜0.10%、Nb:0.02〜0.10%であるノズル板。 A nozzle plate formed of the cast steel of claim 1,
The nozzle plate is composed of a martensite single-phase structure containing precipitates,
The ratio of each component constituting the precipitate in the nozzle plate is mass%, Fe: 0.5-0.8%, Cr: 1.0-1.5%, Mo: 0.3-0. Nozzle plate having 5%, W: 0.3-0.5%, V: 0.05-0.10%, Nb: 0.02-0.10%.
前記ノズル板は、析出物を含むマルテンサイト単相組織で構成されており、
前記ノズル板において前記析出物を構成する各成分の割合は、質量%で、Fe:0.5〜0.8%、Cr:1.0〜1.5%、Mo:0.3〜0.5%、V:0.05〜0.10%、Nb:0.04〜0.12%であるノズル板。 A nozzle plate formed of the cast steel of claim 2,
The nozzle plate is composed of a martensite single-phase structure containing precipitates,
The ratio of each component constituting the precipitate in the nozzle plate is mass%, Fe: 0.5-0.8%, Cr: 1.0-1.5%, Mo: 0.3-0. Nozzle plate having 5%, V: 0.05 to 0.10%, and Nb: 0.04 to 0.12%.
ノズル板の製造方法。 The nozzle plate according to any one of claims 4 to 6 is manufactured by a precision casting method.
Manufacturing method of nozzle plate.
を備える静翼翼列。 A stator blade cascade comprising the nozzle plate according to any one of claims 4 to 6.
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