JP6242700B2 - タービン翼の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、タービン翼の製造方法に関する。

ステンレス部材を鍛造又は圧延により所定形状に加工した後、鍛造等されたステンレス部材に対して、溶体化等のために熱処理する場合がある。

例えば、以下の特許文献１には、１０００〜１３００℃の高温下で鍛造等したステンレス部材を冷却した後、再び、このステンレス部材に対して９５０〜１１２５℃の高温下で熱処理する技術が開示されている。この技術では、加熱後のステンレス部材を５〜４℃／ｍｉｎの冷却速度で急冷している。

この特許文献１に記載の技術の他、本発明と関連する技術として、特許文献２に記載されている技術がある。この技術では、アルミニウム合金部材を熱処理のために加熱した後、このアルミ合金部材に対して、複数のノズルから冷却媒体を吹き付けて、アルミニウム合金部材を急冷している。金属部材を急冷する場合、部材の形状によって、温度低下しやすい部分と温度低下しにくい部分とが生じるため、金属部材中に高温部と低温部とが生じる。この結果、金属部材の冷却過程で金属部材中に熱応力が発生し、ひずみが生じる。そこで、特許文献２に記載の技術では、アルミニウム合金部材の急冷過程でのひずみを抑制するため、複数のノズルから吹き出す冷却媒体の流量等を調節している。

特開２０１２−１４０６９０号 特開２００７−１４６２０４号

上記特許文献２に記載の技術は、アルミニウム合金部材に対する技術である。ステンレス部材は、アルミニウム合金部材と異なる性質を有する。このため、ステンレス部材を熱処理のために加熱した後、このステンレス部材に対して、上記特許文献２に記載の技術をそのまま適用しても、冷却過程でひずみを抑制することが難しい。また、特許文献２に記載の技術は、比較的低温の熱処理に対して有効である。例えば、５００℃程度以下の比較的低温の熱処理であれば、輻射放熱の影響が小さいため、対流による熱伝達を制御すれば、熱処理対象物の温度の制御が可能である。一方、例えば、析出硬化型ステンレス鋼等に必要な溶体化処理は、例えば、１０００℃程度の高温が必要である。この場合、輻射放熱を制御しないと、熱処理対象物の温度の制御は難しい。

本発明は、ステンレス鋼のタービン翼を製造するにあたって、ステンレス鋼の部材を熱処理した後、冷却する過程で部材に発生する変形を抑制することを目的とする。

本発明は、ステンレス鋼を鍛造して、鍛造体を形成する工程と、前記鍛造体を熱処理する工程と、前記熱処理後の前記鍛造体を冷却する工程と、を含み、前記熱処理及び前記冷却では、複数の前記鍛造体が整列され、かつ隣接する前記鍛造体同士が、タービン翼のプラットホームとなる部分から前記タービン翼の長手方向における中央までの間に相当する部分の少なくとも一部が向かい合わされて輻射熱によって温め合うように配置される、タービン翼の製造方法である。

熱処理及び冷却において、鍛造体を整列して設置することで、輻射による放熱量のばらつきが抑制される。このため、本発明に係るタービン翼の製造方法は、１つの鍛造体内での冷却速度のばらつきが抑制されるので、鍛造体毎の変形のばらつきを抑制できる。このように、本発明に係るタービン翼の製造方法は、例えば、ステンレス鋼のタービン翼を製造するにあたって、ステンレス鋼の部材を熱処理した後、冷却する過程で部材に発生する変形を抑制することができる。本発明に係るタービン翼の製造方法は、ステンレス鋼に限られず、１０００℃程度まで鍛造体が昇温する熱処理すべてに有効である。

複数の前記鍛造体は、収納用の構造体に収納されて前記熱処理及び前記冷却が行われ、前記構造体の内側と対向して収納される前記鍛造体と前記構造体との間には、保温用の遮蔽体が設置されることが好ましい。遮蔽体は、自身と対向するそれぞれの鍛造体の冷却速度を低下させることができる。このため、鍛造体の厚肉部と薄肉部との温度差が小さくなり、鍛造体の変形が抑制される。

前記遮蔽体は板状の部材であり、その厚みは、前記鍛造体の、前記タービン翼のプラットホームとなる部分から前記タービン翼の長手方向における中央までの間に相当する部分でのいずれかの断面の最大厚みと同等であることが好ましい。遮蔽体の輻射熱による保温効果を、鍛造体の輻射熱による保温効果と同等にすることができるので、単体の鍛造体の温度ばらつき及び複数の鍛造体の温度ばらつきを抑制して、冷却時における鍛造体の変形及び変形のばらつきを抑制することができる。

前記最大厚みは、前記熱処理の後に、前記鍛造体に発生する曲がりの起点での断面の最大厚みであることが好ましい。冷却時における鍛造体に発生する主な変形は、鍛造体の曲がりがある。鍛造体の曲がりは、曲がりの起点の影響が大きい。遮蔽体の厚みを、鍛造体に発生する曲がりの起点での断面の最大厚みとすることにより、曲がりの起点近傍における温度のばらつきを抑制できるので、遮蔽体の変形を効果的に抑制することができる。

前記冷却の工程において、複数の前記鍛造体には、冷却用の気体が整流して供給されることが好ましい。冷却用の気体が整流されて部材に供給されることにより、冷却中の鍛造体の変形を抑制できる。

前記ステンレス鋼は、析出硬化型ステンレスであることが好ましい。析出硬化型のステンレス鋼は、加熱時及び冷却時に相変態が起こり、変形が発生しやすいが、本発明に係るタービン翼の製造方法によれば、鍛造体及びタービン翼の変形を効果的に抑制できる。

本発明は、ステンレス鋼のタービン翼を製造するにあたって、ステンレス鋼の部材を熱処理した後、冷却する過程で部材に発生する変形を抑制することができる。

図１は、実施形態に係る動翼が備えられた蒸気タービンの概略構成図である。 図２は、実施形態に係るタービン翼を示す概略図である。 図３は、実施形態に係るタービン翼の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図４は、実施形態に係るタービン翼の製造方法における素材の温度変化の一例を示す図である。 図５は、熱処理工程での鍛造体の状態を示す図である。 図６は、鍛造体の長手方向と直交する平面で鍛造体を切ったときの断面形状を示す断面図である。 図７は、本実施形態に係るタービン翼の製造方法でのバスケット内における鍛造体の配置例を示す図である。 図８は、鍛造体の断面箇所を示す図である。 図９は、図７に示すバスケットよりも大きいバスケットを用いた場合の鍛造体の配置例を示す図である。 図１０は、平面視が長方形のバスケットに複数の鍛造体を収納した例を示す図である。 図１１は、平面視が円形のバスケット内に複数の鍛造体１０を収納する他の例を示す図である。 図１２は、平面視が円形のバスケット内に複数の鍛造体１０を収納する他の例を示す図である。 図１３は、冷却工程の一例を示す図である。 図１４は、整流用の構造体の一例を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。

（蒸気タービンについて）
図１は、実施形態に係る動翼が備えられた蒸気タービンの概略構成図である。図１に示すように、蒸気タービン１において、ケーシング１１は、中空形状を呈し、回転軸としてのロータ１２が複数の軸受１３によって回転自在に支持されている。ケーシング１１内には、タービン翼１５及び静翼１６が配設されている。タービン翼１５は、ロータ１２に形成された円盤状のロータディスク１４の外周にその周方向に沿って、複数並設され固定されている。静翼１６は、ケーシング１１の内壁にその周方向に沿って、複数並設され固定されている。これらのタービン翼１５及び静翼１６は、ロータ１２の軸方向に沿って交互に配設されている。

また、ケーシング１１内には、上記のタービン翼１５及び静翼１６が配設され、蒸気が通過する蒸気通路１７が形成されている。この蒸気通路１７には、蒸気が供給される入口として蒸気供給口１８が形成され、蒸気が外部に排出される出口として蒸気排出口１９が形成されている。

（タービン翼の構造）
図２は、実施形態に係るタービン翼を示す概略図である。タービン翼１５は、翼根部２１と、プラットホーム２２と、翼部２３と、シュラウド２４とを含む。翼根部２１は、ロータディスク１４に埋設され、タービン翼１５をロータディスク１４に固定する。プラットホーム２２は、翼根部２１と一体となる湾曲したプレート形状物である。翼部２３は、基端部がプラットホーム２２に固定され、先端部がケーシング１１の内壁面側に延出しており、翼長方向に向かうに従って捩じられている。シュラウド２４は、翼部２３の先端部に固定されており、隣接するタービン翼１５のシュラウド２４と接触して、タービン翼１５を固定したり、タービン翼１５の振動を抑制したりする部材である。

翼部２３の両翼面における翼長方向の略中央部に、突起状のスタブ２５が形成されている。このスタブ２５は、隣接するタービン翼１５のスタブ２５と接触して、タービン翼１５を固定したり、タービン翼１５の振動を抑制したりする部分である。タービン翼１５は図１に示す蒸気タービン１の動翼であるが、本実施形態に係るタービン翼の製造方法の提供対象は、タービンの動翼には限定されない。

（タービン翼の製造方法）
図３は、実施形態に係るタービン翼の製造方法の一例を示すフローチャートである。図４は、実施形態に係るタービン翼の製造方法における素材の温度変化の一例を示す図である。図４の縦軸は、タービン翼１５の素材の温度Ｔｍであり、横軸は経過時間Ｔｉである。本実施形態に係るタービン翼の製造方法は、鍛造工程（ステップＳ１）と、冷却工程（ステップＳ２）と、バリ取り工程（ステップＳ３）と、熱処理工程（ステップＳ４）と、機械加工工程（ステップＳ５）とを含む。

ステップＳ１の鍛造工程において、余肉部が設けられた翼部２３の形状となるように加工された上下一組の金型内に、素材の再結晶温度以上の温度に加熱されたタービン翼１５の素材を設置し、熱間型鍛造が行われる。図４のＯＰａが鍛造工程である。本実施形態において、タービン翼１５の素材は、例えば、ステンレス鋼である。より具体的には、１７−４ＰＨのような析出硬化型のステンレス鋼である。鍛造工程が終了すると、余肉部３１が設けられた翼部２３の形状の鍛造体が成型される。次に、ステップＳ２の冷却工程へ進む。

ステップＳ２の冷却工程においては、鍛造工程において成型された高温状態の鍛造体が冷却される。図４のＯＰｂが鍛造工程での冷却工程である。鍛造体は、次工程のバリ取り工程に適した温度にまで冷却される。次に、ステップＳ３のバリ取り工程へ進む。

ステップＳ３のバリ取り工程においては、鍛造工程での型鍛造の際に、素材が上下の金型の隙間に入り込むこと等によって形成された鍛造物の不要な部分（バリ）が除去される。次に、ステップＳ４の熱処理工程へ進む。

ステップＳ４の熱処理工程においては、鍛造体に対して熱処理を施す。この熱処理は、溶体化処理ＯＰｃ、安定化処理ＯＰｄ及び時効処理ＯＰｅを含む。熱処理工程は、前工程（鍛造工程）で鍛造物に発生した残留応力及び冷却過程で鍛造物に発生した熱応力の開放及び鍛造体を時効硬化させる。次に、ステップＳ５の機械加工工程へ進む。

ステップＳ５の機械加工工程においては、切削加工によって鍛造体の余肉部が切削される。また、機械加工工程では、切削加工により、翼部２３の基端部側（翼根側）にプラットホーム２２が形成され、先端部側（翼頂側）にシュラウド２４が形成される。このようにして、目的とする最終形状を有するタービン翼１５が製造される。

（熱処理工程について）
図５は、熱処理工程での鍛造体の状態を示す図である。図６は、鍛造体の長手方向と直交する平面で鍛造体を切ったときの断面形状を示す断面図である。熱処理工程では、鍛造体１０を収納用の構造体３０（以下、適宜バスケット３０という）に収納して、加熱炉４０内に設置される。熱処理工程の時効処理ＯＰｅにおいて、鍛造体１０は５００℃程度に加熱されて保持された後、３０分以内に温度を５００℃程度低下させる必要があるので、鍛造体１０は冷却が必要になる。

一般に、鍛造体１０のような金属部材は、その形状に応じて、冷却され易い（言い換えると加熱され易い）部分と、冷却されにくい（言い換えると加熱されにくい）部分とがある。金属部材の冷却され易い部分は、具体的には、単位質量当たりの表面積が大きい大表面積部であり、金属部材で冷却されにくい部分は、単位質量当たりの表面積が小さい小表面積部である。

例えば、本実施形態の場合、図６に示すように、鍛造体における前端１０Ｌを含む前端部１０ＬＰ及び後端１０Ｔを含む後端部１０ＴＰは、これら前端部１０ＬＰと後端部１０ＴＰとの間の中央部１０ＣＰに比べて、翼厚みの寸法が小さいため、単位質量当たりの表面積が大きい大表面積部Ａを成し、冷却され易い部分となる。

前端部１０ＬＰと後端部１０ＴＰとの間に存在する最大直径部ＴＮｍａｘを含む中央部１０ＣＰは、単位質量当たりの表面積が小さい小表面積部Ｂを成し、冷却されにくい部分を成す。このような金属部材を加熱又は冷却すると、金属部材中に高温部と低温部とが生じる。この結果、金属部材を加熱又は冷却する過程で、金属部材中に大きな熱応力が発生し、変形及びひずみが生じる。また、熱処理後の鍛造体１０を冷却する場合、冷却開始初期に、翼の最大直径部ＴＮｍａｘと前端部１０ＬＰ及び後端部１０ＴＰとの間に温度差が発生する結果、大きな熱応力が発生し、鍛造体１０には変形及びひずみが発生する。

金属部材を加熱炉４０で加熱する場合、金属部材が配置されている加熱炉４０内の温度、つまり雰囲気温度の上昇に伴って、金属部材の温度が上昇する。一方、金属部材を加熱炉４０から出して冷却する場合、金属部材の温度に対して、その雰囲気温度が常温であり、金属部材の温度とその雰囲気温度との温度差が大きいため、加熱時の温度上昇率に対して冷却時の温度低下率の方が大きい。このため、加熱時には、金属部材中の高温部と低温部との温度が小さいが、冷却時には金属部材中の高温部と低温部との温度差が大きくなる。よって、冷却時における金属部材中の高温部と低温部との温度差を抑制することが、熱応力の発生を抑え、変形及びひずみの抑制につながる。

析出硬化型ステンレス鋼の鍛造体１０を熱処理した後に冷却する場合、その後期において、鍛造体１０がＭＳ（マルテンサイト）点以下の温度となり、相変態を開始する。相変態により鍛造体１０は膨張するが、最大直径部ＴＮｍａｘと前端部１０ＬＰ及び後端部１０ＴＰとで、変態の進行具合が異なるため（温度差による）、膨張差による応力が発生する。また、相変態途中の過渡的な段階で応力が作用すると、非常に変形しやすい（変態塑性）。よって、鍛造体１０を熱処理した後、冷却する際に、最大直径部ＴＮｍａｘ（又は中央部１０ＣＰ）と前端部１０ＬＰ及び後端部１０ＴＰとの間における温度差を抑制することが、熱応力の発生を抑え、鍛造体１０の変形及びひずみの抑制につながる。

図７は、本実施形態に係るタービン翼の製造方法でのバスケット内における鍛造体の配置例を示す図である。図８は、鍛造体の断面箇所を示す図である。図８に示す鍛造体１０は、切削加工前なので、切削によって取り除かれる余肉部３１を有している。翼根側から翼頂側、すなわちプラットホーム２２側からシュラウド２４側に向かう方向を、タービン翼１５又は鍛造体１０の長手方向（翼頂方向）という。図８に示す、シュラウド２４側からプラットホーム２２側に向かって、Ａ−Ａ〜Ｈ−Ｈ、Ｊ−Ｊ〜Ｎ−Ｎの計１３箇所の位置は、タービン翼１５又は鍛造体１０の長手方向における位置を示す。

本実施形態に係るタービン翼の製造方法は、熱処理工程及び冷却工程において、図７に示すバスケット３０に複数の鍛造体１０を収納する。複数の鍛造体１０を収納したバスケット３０は、図５に示す加熱炉４０に収納されて熱処理される。熱処理が終了したら、例えば、バスケット３０を加熱炉４０から取り出して冷却する。

本実施形態に係るタービン翼の製造方法は、図７に示すように、複数の鍛造体１０が整列される。隣接する鍛造体１０同士は、図２に示すタービン翼１５のプラットホーム２２となる部分からタービン翼１５の長手方向（翼長方向）における中央までの間に相当する部分の少なくとも一部が向かい合わされ、かつ輻射熱によって温め合うように配置される。本実施形態において、複数の鍛造体１０が整列されると、鍛造体１０のサクション側ＳＵと圧力側ＰＲとが対向し、かつ一列に配置されて、鍛造体１０の列が形成される。図７に示す例において、１つの鍛造体１０の列は３個の鍛造体１０を含む。バスケット３０は、２つの鍛造体１０の列を収納する。タービン翼１５の長手方向（翼長方向）における中央は、図８のＨ−Ｈで示される部分である。

このように、鍛造体１０を整列して設置することで、輻射による放熱量のばらつきが抑制される。このため、本実施形態に係るタービン翼の製造方法は、１つの鍛造体１０内での冷却速度のばらつきが抑制されるので、鍛造体１０毎の変形のばらつきを抑制できる。

鍛造体１０の曲がりを抑制するためには、曲がりの起点の曲がり量を低減することが好ましい。このため、熱処理及び冷却の後に、鍛造体１０に曲がりが発生する場合、少なくとも、その曲がりの起点を含みかつその近傍が、隣接する鍛造体１０同士の輻射熱によって温め合うようにすることが好ましい。曲がりの起点における最大直径部ＴＮｍａｘ（又は中央部１０ＣＰ）と前端部１０ＬＰ及び後端部１０ＴＰとの間の温度分布が抑制されるので、鍛造体１０の曲がりを効果的に抑制できる。鍛造体１０の曲がりの起点は、スタブ２５よりもプラットホーム２２側、より具体的には、タービン翼１５又は鍛造体１０の長手方向における中央までの間に相当する部分よりもプラットホーム２２側である。本実施形態では、位置Ｋ−Ｋが鍛造体１０の曲がりの起点となる。

本実施形態では、図７に示すように、バスケット３０の内側３０ＩＷと対向して収納される鍛造体１０とバスケット３０との間には、保温用の遮蔽体３２が設置されることが好ましい。遮蔽体３２は、自身と対向するそれぞれの鍛造体１０の冷却速度を低下させることができるので、例えば最大直径部ＴＮｍａｘのような厚肉部と、例えば前端部１０ＬＰ及び後端部１０ＴＰのような薄肉部との温度差が小さくなって、鍛造体１０の変形が抑制される。

本実施形態において、遮蔽体３２は、図８に示すように板状の部材である。本実施形態において、遮蔽体３２は、平面視が長方形の部材である。本実施形態において、隣接する鍛造体１０同士は輻射熱によって互いに温め合うように整列してバスケット３０内に収納される。遮蔽体３２と対向する鍛造体１０も、遮蔽体３２との間で互いに温め合うことにより、バスケット３０に収納された複数の鍛造体１０の冷却速度のばらつきが抑制される。このため、本実施形態では、遮蔽体３２として、鍛造体１０と輻射率が同程度の部材を用いることが好ましい。例えば、遮蔽体３２を、鍛造体１０と同一の材料としたり、表面の色又は状態を鍛造体１０と同様にしたりすることにより、鍛造体１０と遮蔽体３２とで輻射率を同程度とすることが好ましい。

前述したように、鍛造体１０の曲がりを抑制するためには、曲がりの起点の曲がり量を低減することが好ましい。このため、熱処理及び冷却の後に、鍛造体１０に曲がりが発生する場合、少なくとも、その曲がりの起点を含みかつその近傍が、鍛造体１０と対向する遮蔽体３２の輻射熱によって温め合うようにすることが好ましい。曲がりの起点における最大直径部ＴＮｍａｘ（又は中央部１０ＣＰ）と前端部１０ＬＰ及び後端部１０ＴＰとの間の温度分布が抑制されるので、鍛造体１０の曲がりを効果的に抑制できる。図７に示すように、本実施形態において、遮蔽体３２は、前端部１０ＬＰ及び後端部１０ＴＰ側には配置されていない。

鍛造体１０及びタービン翼１５は、プラットホーム２２側からシュラウド２４側に向かって捩れている。遮蔽体３２は、鍛造体１０及びタービン翼１５の捩れに合わせた形状であってもよいが、本実施形態のように遮蔽体３２を板状の部材とすることにより、遮蔽体３２の製造が容易になる。この場合、鍛造体１０の曲がりの起点における断面が、遮蔽体３２と対向するようにすることが好ましい。このようにすることで、その曲がりの起点を含みかつその近傍を、遮蔽体３２の輻射熱によって温めて、冷却後における鍛造体１０の曲がりを抑制することができる。

図８に示す、遮蔽体３２の厚みｔは、タービン翼１５のプラットホーム２２となる部分からタービン翼１５の長手方向における中央までの間に相当する部分でのいずれかの断面の最大厚みＴＮｍａｘと同等であることが好ましい。この場合、遮蔽体３２の厚みｔは、曲がりの起点における断面の最大厚みＴＮｍａｘと同等であることが好ましい。このようにすれば、鍛造体１０の曲がりに最も影響を与える曲がりの起点における、鍛造体１０と遮蔽体３２との輻射熱のやりとりを、隣接する鍛造体１０同士と同様にすることができる。その結果、冷却後における鍛造体１０の曲がりを抑制することができる。

遮蔽体３２の長手方向における長さＬは、バスケット３０内に設置された遮蔽体３２が、鍛造体１０の曲がりの起点と対向する程度の長さであればよい。本実施形態において、遮蔽体３２の長さＬは、鍛造体１０の長手方向における長さと同程度である。このようにすることで、鍛造体１０の曲がりの起点以外の部分についても、ある程度輻射熱による保温効果が期待できる。

遮蔽体３２の長手方向と直交する方向における幅Ｗは、バスケット３０内に設置された遮蔽体３２が、鍛造体１０の曲がりの起点における幅方向の全範囲と対向する程度の大きさであればよい。このようにすることで、遮蔽体３２は、鍛造体１０の曲がりの起点を輻射熱によって効率よく温めることができる。

図９は、図７に示すバスケットよりも大きいバスケットを用いた場合の鍛造体の配置例を示す図である。本実施形態において、バスケット３０の大きさは問わない。バスケット３０が大きくなった場合、バスケット３０は、より多くの鍛造体１０を収納することができる。この場合も、前述したように、複数の鍛造体１０は、タービン翼１５のプラットホーム２２となる部分からタービン翼１５の長手方向における中央までの間に相当する部分の少なくとも一部が向かい合わされ、かつ輻射熱によって温め合うように整列して配置されていればよい。また、バスケット３０と鍛造体１０との間には、遮蔽体３２が設けられることが好ましい。

図１０は、平面視が長方形のバスケットに複数の鍛造体を収納した例を示す図である。本実施形態において、鍛造体１０を収納するバスケットの形状は問わず、例えば、図７及び図９に示すような平面視が円形のバスケット３０であってもよいし、図１０に示すような平面視が長方形のバスケット３０ａであってもよい。本例では、バスケット３０ａの長手方向に沿って、複数の鍛造体１０が２列配置されている。バスケットの形状に関わらず、複数の鍛造体１０は、タービン翼１５のプラットホーム２２となる部分からタービン翼１５の長手方向における中央までの間に相当する部分の少なくとも一部が向かい合わされ、かつ輻射熱によって温め合うように整列して配置されていればよい。

バスケット３０と鍛造体１０との間には、遮蔽体３２が設けられることが好ましい。本例において、遮蔽体３２は、バスケット３０ａの長手方向における両側に設けられる。それぞれの遮蔽体３２は、鍛造体１０のサクション側ＳＵ及びこれとは異なる鍛造体１０の圧力側ＰＲと対向している。

図１１及び図１２は、平面視が円形のバスケット内に複数の鍛造体１０を収納する他の例を示す図である。図１１に示す例では、複数の鍛造体１０を完全には整列させていない。このようにすると、各鍛造体１０の温度のばらつきの抑制効果は低下するが、バスケット３０内に設置される各鍛造体の自由度を向上させることができる。図１２に示す例では、平面視が円形のバスケット３０内に、バスケット３０の中心から放射状に複数の鍛造体１０が収納される。この場合、図７に示す遮蔽体３２はバスケット３０に設けられなくてもよい。このため、遮蔽体３２が設置されない分、バスケット３０内に収納できる鍛造体１０の数を増加させることができる。それぞれの鍛造体１０は、遮蔽体３２からの輻射熱で温められず、隣接する鍛造体１０からの輻射熱で温められる。このため、図１２に示す配置は、遮蔽体３２を用いる場合と比較して、複数の鍛造体１０間における温度のばらつきを抑制することができる。

図１３は、冷却工程の一例を示す図である。図１４は、整流用の構造体の一例を示す図である。熱処理工程の後の冷却工程において、例えば、ファン３３によって、バスケット３０に収納された複数の鍛造体１０に冷却用の気体（以下、適宜冷却風という）を送ってこれらを冷却してもよい。ファン３３は、制御装置３４によって制御される。本実施形態において、ファン３３と鍛造体１０との間には、整流用の構造体として、整流板３５が設置される。整流板３５は、図１４に示すように、複数の貫通孔３５Ｈを有している。ファン３３から送風された冷気風が複数の貫通孔３５Ｈを通過する際に、冷却風が整流されて鍛造体１０に送られる。ファン３３からの冷却風が整流されて鍛造体１０に供給されることにより、冷却中の鍛造体１０の変形が抑制される。すなわち、整流板３５は、ファン３３からの冷却風が鍛造体１０を直撃することを緩和し、また、冷却速度の制御を可能にする。整流板３５が備える貫通孔３５Ｈの大きさ及び数は、鍛造体１０の冷却に要求される冷却条件に応じて適宜変更できる。

本実施形態において、鍛造体１０の素材として析出硬化型ステンレス鋼が用いられる例を説明した。マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト二層ステンレス鋼も、析出硬化型ステンレスと同様に、加熱時及び冷却時に相変態が起こるので、これらを素材としてタービン翼１５を製造する場合も、本実施形態に係るタービン翼の製造方法が適用できる。

以上、説明したように、本実施形態に係るタービン翼の製造方法は、冷却速度を遅くすることにより、厚肉部と薄肉部の温度差を小さくすることができるので、ステンレス鋼のタービン翼を製造するにあたって、ステンレス鋼の部材を熱処理した後、冷却する過程で部材に発生する変形（ひずみ）を抑制し、残留応力を低減できる。本実施形態に係るタービン翼の製造方法は、冷却後の工程で実行されるひずみ修正での作業量低減及びその後の機械加工時の変形を低減できる。

前述した内容により本実施形態が限定されるものではない。前述した本実施形態の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。

１ 蒸気タービン
１０ 鍛造体
１０ＣＰ 中央部
１０Ｌ 前端
１０ＬＰ 前端部
１０Ｔ 後端
１０ＴＰ 後端部
１１ ケーシング
１２ ロータ
１３ 軸受
１４ ロータディスク
１５ タービン翼
１６ 静翼
１７ 蒸気通路
１８ 蒸気供給口
１９ 蒸気排出口
２１ 翼根部
２２ プラットホーム
２３ 翼部
２４ シュラウド
２５ スタブ
３０、３０ａ バスケット（収納用の構造体）
３０ＩＷ 内側
３１ 余肉部
３２ 遮蔽体
３３ ファン
３４ 制御装置
３５ 整流板
３５Ｈ 貫通孔
４０ 加熱炉
Ａ 大表面積部
Ｂ 小表面積部
Ｌ 長さ
ＯＰｃ 溶体化処理
ＯＰｄ 安定化処理
ＯＰｅ 時効処理
ＰＲ 圧力側
ＳＵ サクション側
Ｔｉ 経過時間
Ｔｍ 温度
ＴＮｍａｘ 最大直径部
Ｗ 幅

Claims (10)

1. ステンレス鋼を鍛造して、鍛造体を形成する工程と、
   前記鍛造体を熱処理する工程と、
   前記熱処理後の前記鍛造体を冷却する工程と、を含み、
   前記熱処理及び前記冷却では、複数の前記鍛造体が整列され、かつ隣接する前記鍛造体同士が、タービン翼のプラットホームとなる部分から前記タービン翼の長手方向における中央までの間に相当する部分の少なくとも一部が向かい合わされて輻射熱によって温め合い、前記鍛造体における単位質量当たりの表面積が大きい大表面積部と単位質量当たりの表面積が小さい小表面積部との冷却速度のばらつきを抑制するように配置される、タービン翼の製造方法。
2. 複数の前記鍛造体は、収納用の構造体に収納されて前記熱処理及び前記冷却が行われ、
   前記構造体の内側と対向して収納される前記鍛造体と前記構造体との間には、保温用の遮蔽体が設置される、請求項１に記載のタービン翼の製造方法。
3. 前記遮蔽体は板状の部材であり、その厚みは、
   前記鍛造体の、前記タービン翼のプラットホームとなる部分から前記タービン翼の長手方向における中央までの間に相当する部分でのいずれかの断面の最大厚みと同等である、請求項１又は請求項２に記載のタービン翼の製造方法。
4. 前記最大厚みは、前記熱処理の後に、前記鍛造体に発生する曲がりの起点での断面の最大厚みである請求項３に記載のタービン翼の製造方法。
5. 複数の前記鍛造体は、前記鍛造体のサクション側と圧力側とが対向して配置された列を形成する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタービン翼の製造方法。
6. 複数の前記鍛造体の一部は、前記鍛造体のサクション側と圧力側とが対向して配置された列を形成し、複数の前記鍛造体の残部は、整列せずに配置される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタービン翼の製造方法。
7. 複数の前記鍛造体は、複数の列を形成する、請求項５または６に記載のタービン翼の製造方法。
8. 複数の前記鍛造体は、収納用の構造体に収納されて前記熱処理及び前記冷却が行われ、前記構造体の中心から放射状に配置されている、請求項１に記載のタービン翼の製造方法。
9. 前記冷却の工程において、複数の前記鍛造体には、冷却用の気体が整流して供給される、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のタービン翼の製造方法。
10. 前記ステンレス鋼は、析出硬化型ステンレスである、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のタービン翼の製造方法。

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