蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的實施方式涉及蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法，該轉(zhuǎn)子用于構成蒸汽渦輪(1)，具有使該轉(zhuǎn)子(10)中的對象部位(20)與其他部位相比殘余應力降低的工序。
【專利說明】蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明的實施方式涉及一種蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法。

【背景技術】
[0002]有的蒸汽渦輪被用于地熱發(fā)電。地熱發(fā)電為，將處于地下的蒸汽等引導至設置于地表的蒸汽渦輪，通過該蒸汽的力使蒸汽渦輪的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。向這種地熱發(fā)電用的蒸汽渦輪導入的天然蒸汽的溫度，比向一般的火力發(fā)電用蒸汽渦輪導入的蒸汽的溫度低，例如為200°C程度。此外，在地熱發(fā)電中向蒸汽渦輪導入的天然蒸汽有時含有硫化氫等使金屬腐蝕的腐蝕性氣體。
[0003]這種地熱發(fā)電用蒸汽潤輪的轉(zhuǎn)子,有時會產(chǎn)生氫脆化(hydrogen embrittlement)導致的斷裂(以下簡稱為“氫脆斷裂”)。構成蒸汽渦輪的轉(zhuǎn)子的材料(以下稱為轉(zhuǎn)子材料)，除了抗拉強度、耐力、韌性等機械性質(zhì)、耐腐蝕性以外，還被要求不產(chǎn)生氫脆化導致的斷裂的能力(以下稱為耐氫脆斷裂性)。在日本專利公報、特許第4713796號公報(以下稱為專利文獻I)中有相關的記載。
[0004]為了確保上述耐氫脆斷裂性、耐腐蝕性，地熱發(fā)電用蒸汽渦輪的轉(zhuǎn)子材料，較多使用以作為火力發(fā)電用蒸汽渦輪的轉(zhuǎn)子材料而使用實績豐富的1% CrMoV鋼為基礎、進一步使韌性強化了的I?2% Cr系材料。
[0005]然而，地熱發(fā)電用的蒸汽渦輪的轉(zhuǎn)子中、最先暴露于天然蒸汽的部位等，有時在與其他部位相比腐蝕性更高的環(huán)境中使用。對于這種部位,與其他部位相比,特別存在產(chǎn)生氫脆斷裂而該氫脆斷裂容易發(fā)展這種問題，特別期望使耐氫脆斷裂性提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明要解決的課題為，提供一種蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造技術，能夠使蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子中的規(guī)定的對象部位的耐氫脆斷裂性提高。
[0007]本發(fā)明的實施方式的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法是構成蒸汽渦輪的轉(zhuǎn)子的制造方法，具有使該轉(zhuǎn)子中的規(guī)定的對象部位與其他部位相比殘余應力降低的工序。
[0008]發(fā)明效果
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，能夠使蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子中的規(guī)定的對象部位的耐氫脆斷裂性提聞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是表示第一及第二實施方式的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的一個例子及其周邊構成的示意圖。
[0011]圖2是對第一及第二實施方式的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子材料的一個例子進行說明的說明圖。
[0012]圖3是表示第一及第二實施方式的制造方法的熱處理條件的圖。
[0013]圖4是表示實施了第一及第二實施方式的制造方法的熱處理后的試樣材料的結晶粒度(G.S.N0.)、殘余應力(最大拉伸應力)以及耐氫脆斷裂性的判定結果的圖。
[0014]圖5是表示比較例的熱處理條件的圖。
[0015]圖6是表示實施了比較例的熱處理后的試樣材料的結晶粒度(G.S.N0.)、殘余應力(最大拉伸應力)以及耐氫脆斷裂性的判定結果的圖。
[0016]符號的說明
[0017]I蒸汽渦輪
[0018]3靜葉片
[0019]5 外殼
[0020]10 轉(zhuǎn)子
[0021]12動葉片
[0022]20、21、22、23 轉(zhuǎn)子的分級部(對象部位)
[0023]20a、21a、22a、23a 葉片嵌入部

【具體實施方式】
[0024]以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
[0025]〔第一實施方式〕
[0026]使用圖1對應用了第一實施方式的制造方法的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的一個例子進行說明。圖1是表示本實施方式的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子及其周邊構成的示意圖。此外，在圖1中，為了容易理解，省略動葉片、靜葉片以及外殼的下側(cè)。
[0027]如圖1所示，蒸汽渦輪I是軸流式的渦輪形流體機械，具有在內(nèi)側(cè)結合了靜葉片3的外殼5、以及在該外殼5內(nèi)以旋轉(zhuǎn)中心軸(圖中單點劃線A所示)為中心旋轉(zhuǎn)的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子(以下，簡稱為“轉(zhuǎn)子”)10。轉(zhuǎn)子10呈大致圓柱狀而沿軸向延伸。在轉(zhuǎn)子10上，沿著其周向排列有多個動葉片12。在轉(zhuǎn)子10的軸向(單點劃線A所示的方向)上，動葉片12與靜葉片3對置地排列，與靜葉片3 —起構成多個渦輪級。
[0028]如圖中箭頭F所示，蒸汽渦輪I從轉(zhuǎn)子10的軸向的一側(cè)(以下稱為上游側(cè))導入蒸汽。本實施方式的蒸汽渦輪I用于地熱發(fā)電，被導入天然蒸汽。天然蒸汽含有硫化氫等使金屬腐蝕的腐蝕性氣體。因此,轉(zhuǎn)子10暴露于含有腐蝕性氣體的天然蒸汽。
[0029]特別是，如圖1所示，構成蒸汽渦輪I的上游側(cè)的渦輪級的附近，是天然蒸汽流入的部位，暴露于上述腐蝕性氣體，因此特別要求耐氫脆斷裂性。例如，在轉(zhuǎn)子10中的與構成上游側(cè)的第一渦輪級至第四渦輪級的動葉片12結合的結合部分(以下稱為葉片嵌入部，在圖中用一般虛線表示)20a、21a、22a、23a，有時天然蒸汽所含有的腐蝕成分析出并堆積在該結合部分與動葉片12之間的間隙中。因此，轉(zhuǎn)子10中的分別包含葉片嵌入部20a、21a、22a、23a的呈大致圓柱狀的部分(以下稱為分級部(stage)，在圖中用雙點劃線表示)20、
21、22、23，與其他部位相比容易產(chǎn)生氫脆斷裂。
[0030]另一方面，在蒸汽渦輪I的下游側(cè)(未圖示)，天然蒸汽在渦輪級做功而冷凝并排水化(液化)。因此，蒸汽中的腐蝕成分不會堆積在葉片嵌入部，而與冷凝的排水一起排出到渦輪的外部。因此，轉(zhuǎn)子10中的蒸汽渦輪I的下游側(cè)的部位不易產(chǎn)生氫脆斷裂。
[0031]在本實施方式的轉(zhuǎn)子10中，分別包含地熱蒸汽流入的蒸汽渦輪的上游側(cè)的渦輪級的葉片嵌入部20a、2la、22a、23a的、分級部20、21、22、23是特別需要提高耐氫脆斷裂性的部位，在以下的說明中稱為“對象部位”。此外，在本實施方式中，在以下的說明中，將轉(zhuǎn)子10中的規(guī)定的對象部位(分級部)20、21、22、23以外的部位稱為“其他部位”。
[0032]接下來，使用圖2對本實施方式的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法中使用的轉(zhuǎn)子材料進行說明。圖2是對本實施方式的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子材料的一個例子進行說明的說明圖。此夕卜，在圖2中，作為一個例子，表示供評價的轉(zhuǎn)子材料(以下稱為試樣材料)的成分和權利要求書所示的轉(zhuǎn)子材料的成分。對于試樣材料A、B、C、D、E、F、G進行了本實施方式的熱處理的結果將后述。
[0033]如圖2所示，蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子由主要部分由鐵(元素符號:Fe)構成的、所謂鐵素體系合金鋼(ferriticalloy steel)形成。該鐵素體系合金鋼作為合金元素以質(zhì)量％含有碳(兀素符號:C)0.15?0.33%、娃(兀素符號:Si)0.03?0.20%、猛(兀素符號:Mn)0.5?2.0%、鎳(元素符號:Ni)0.1?1.3%、鉻(元素符號:Cr)0.9?3.5%、鑰(元素符號:Μο)0.I?1.5%、釩(元素符號:V)0.15?0.35%，作為任意成分含有鎢(元素符號:W) 1.0%以下。此外，本實施方式的鐵素體系合金鋼不含有鎢。
[0034]此外，在該鐵素體系合金鋼中，根據(jù)制造上的需要，以質(zhì)量％含有氮(元素符號:N)0.005?0.015%。氮使淬火性提高，即使是大型鋼塊，也抑制其中心部位的鐵素體的生成，因此對于轉(zhuǎn)子材料的大徑化有效。此外，氮固溶于基體(主要金屬)中而作為Nb(C，N)的碳氮化合物析出，由此對于轉(zhuǎn)子10的高強度化有效。此外，除上述元素以外，也可以含有在制造上不可避免混入的雜質(zhì)(以下稱為不可避免的雜質(zhì))。
[0035]接下來，使用圖3以及圖4對本實施方式的制造方法(熱處理方法)進行說明。圖3是表示本實施方式的制造方法的熱處理條件的圖。圖4是表示實施了本實施方式的制造方法的熱處理后的試樣材料的結晶粒度、殘余應力(最大拉伸應力)以及耐氫脆斷裂性的判定結果的圖。
[0036]上述本實施方式的轉(zhuǎn)子材料，能夠通過一般的方法來鑄造得到，對所得到的高溫的合金鋼實施鍛造等熱加工。在進行了這種熱加工之后，進行本實施方式的各種熱處理。該熱處理例如存在調(diào)質(zhì)(quality heat treatment)。所謂調(diào)質(zhì),是指為了使材質(zhì)穩(wěn)定,在通過淬火使其固化之后以比較高的溫度進行回火的熱處理，在以下的說明中簡稱為“調(diào)質(zhì)處理”。
[0037](I)調(diào)質(zhì)前退火工序
[0038]在本實施方式的制造方法中，在進行上述調(diào)質(zhì)處理工序之前，進行退火(annealing)。以下，使用圖3以及圖4進行說明。在該工序中，將蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子加熱到規(guī)定的溫度，在該溫度進行了保持之后，逐漸地冷卻。由此，能夠使轉(zhuǎn)子材料軟化而將內(nèi)部所存在的應變除去。在以下的說明中將在進行調(diào)質(zhì)處理之前進行該退火的工序稱為“調(diào)質(zhì)前退火工序”。以下說明的調(diào)質(zhì)前退火工序針對包括上述對象部位及其他部位的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的整體來進行。
[0039]在本實施方式的調(diào)質(zhì)前退火工序中，其退火的加熱溫度(以下簡稱為“退火溫度”)被設定為1050?1300°C。作為一個例子，如圖所示那樣，退火溫度被設定為1150°C或者1050°C。在調(diào)質(zhì)前退火工序中，將轉(zhuǎn)子材料加熱到達到被設定為1050?1300°C的退火溫度，在將該退火溫度保持了規(guī)定的時間(以下稱為保持時間)之后，以爐冷或者空冷等的足夠慢的冷卻速度逐漸地冷卻。然后，在之后的調(diào)質(zhì)處理的淬火工序中，使對象部位實現(xiàn)晶粒的微細化。此外，退火溫度的保持時間被設定為5個小時。
[0040]此外，退火溫度的下限值被設定為1050°C是為了將在鍛造等熱加工工序中產(chǎn)生的應變除去，并且是因為為了使粗大的碳化物、碳氮化合物固溶到基體(主要金屬、母材)中而成為均質(zhì)的組織而需要1050°C以上的退火溫度。在不足1050°C時，在該工序之后實施的調(diào)質(zhì)處理工序中，不能夠得到轉(zhuǎn)子材料所要求的品質(zhì)、材料特性。
[0041]此外，退火溫度的上限值被設定為1300°C的原因為，當超過1300°C時，退火爐的壽命會顯著縮短，因此在實際的制造上是不適當?shù)摹Ｒ虼?，退火溫度被設定為1050°C?1300°C的范圍。此外，由于同樣的理由，退火溫度優(yōu)選將下限值設定為1100°C、且將上限值設定為1250°C。
[0042]通過進行這種溫度下的調(diào)質(zhì)前退火工序，能夠?qū)⑥D(zhuǎn)子材料內(nèi)部的應變除去，并且能夠以比較高的比例生成珠光體組織。在調(diào)質(zhì)前退火工序中生成的該珠光體組織的比例越高，在進行了下述說明的調(diào)質(zhì)處理之后，晶粒越微細化。即，在使晶粒微粒化的工序中，包括上述調(diào)質(zhì)前退火工序。
[0043](2)調(diào)質(zhì)處理
[0044](2-1)淬火工序
[0045]在本實施方式的調(diào)質(zhì)處理中，首先，進行淬火(quenching)而使轉(zhuǎn)子材料的組織奧氏體化。在該工序中，對轉(zhuǎn)子材料進行加熱，并保持為規(guī)定的加熱溫度(以下稱為淬火奧氏體化溫度)，之后使轉(zhuǎn)子材料快速冷卻。由此，使轉(zhuǎn)子材料的組織奧氏體化。在以下的說明中,將通過該淬火而使該組織奧氏體化的工序簡稱為“淬火工序”。
[0046]在本實施方式的淬火工序中，其淬火奧氏體化溫度為，對于轉(zhuǎn)子中、特別需要耐氫脆斷裂性的對象部位，設定為比其他部位低的溫度。其他部位的淬火奧氏體化溫度被設定為910?950°C。另一方面，對象部位的淬火奧氏體化溫度被設定為比其他部位低的溫度、即880?910°C。通過以這種奧氏體化溫度進行淬火，本實施方式的淬火工序能夠使轉(zhuǎn)子中的對象部位與其他部位相比晶粒更微細化。即，在使晶粒微粒化的工序中包括該淬火工序。
[0047]如圖3所示，淬火奧氏體化溫度為，對于其他部位設定為920°C，對于對象部位設定為比其他部位低的溫度即900°C。在淬火工序中，將轉(zhuǎn)子材料加熱到達到上述淬火奧氏體化溫度，在將該淬火奧氏體化溫度保持了規(guī)定的保持時間之后，使水成為霧狀而對轉(zhuǎn)子噴吹，由此迅速地進行冷卻。此外，在本實施方式中，淬火奧氏體化溫度的保持時間被設定為5個小時。
[0048]通過實現(xiàn)對象部位的晶粒的微細化，由此與未實現(xiàn)微細化的情況相比，雖然產(chǎn)生由氫脆斷裂引起的龜裂的壽命相同，但龜裂發(fā)展的速度(以下稱為龜裂發(fā)展速度)得到抑制。通過該“龜裂發(fā)展速度”的抑制，對象部位的耐氫脆斷裂性提高。
[0049]淬火奧氏體化溫度即使不足880°C，也能夠得到晶粒的微細化效果，但碳氮化合物的固溶變得不充分，因此在后述的回火后不能夠得到所需要的強度、韌性。此外，還能夠成為殘余應力(拉伸)變得比較大的原因。另一方面，當淬火奧氏體化溫度超過910°C時，變得與對其他部位應用的淬火奧氏體化溫度相同，不能夠確保對象部位所需要的足夠的耐氫脆斷裂性。因此，對于特別需要提高耐氫脆斷裂性的對象部位，淬火奧氏體化溫度被設定為880?910°C的范圍。此外,根據(jù)同樣的理由，更優(yōu)選將對象部位的淬火奧氏體化溫度的下限值設定為890°C、將上限值設定為905°C。
[0050]此外，在將上述淬火奧氏體化溫度保持了規(guī)定的保持時間之后，通過噴射水的水噴射來進行轉(zhuǎn)子的快速冷卻，而該淬火工序結束。
[0051](2-2)回火工序
[0052]在本實施方式的調(diào)質(zhì)處理中，進行回火(tempering)。在該工序中，在進行了上述淬火工序之后，將轉(zhuǎn)子材料再次加熱到被設定為比淬火奧氏體化溫度低的溫度的規(guī)定的加熱溫度(以下稱為回火溫度)，之后進行冷卻。由此，轉(zhuǎn)子材料能夠得到韌性等所需要的性質(zhì)。在以下的說明中，將進行該回火的工序稱為“回火工序”。此外，對于該回火工序，在圖3中稱為“第一段回火”。
[0053]在本實施方式的回火工序中，其回火溫度為，對于轉(zhuǎn)子中特別需要耐氫脆斷裂性的對象部位，設定為比其他部位高的溫度。其他部位的回火溫度被設定為600?660°C。另一方面，對象部位的回火溫度被設定為比其他部位高的溫度即660?700°C。通過以這種回火溫度進行回火，本實施方式的回火工序能夠使轉(zhuǎn)子中的對象部位比其他部位降低在回火后產(chǎn)生的殘余應力(拉伸)。即，在使對象部位的殘余應力比其他部位降低的工序中，包含該回火工序(2-2)。
[0054]如圖3中的“第一段回火”所示那樣，在本實施方式中，對象部位的回火溫度被設定為670°C，其他部位的回火溫度被設定為630°C。在回火工序中，將轉(zhuǎn)子材料加熱到達到上述回火溫度，在將該回火溫度保持了規(guī)定的保持時間之后，進行冷卻。此外，回火溫度的保持時間被設定為20小時。
[0055]對轉(zhuǎn)子材料作用的應力，包括外部應力(外力)和內(nèi)部應力(殘余應力)。對于特別需要提高耐氫脆斷裂性的對象部位，以比其他部位高的溫度即660?700°C進行回火，由此對轉(zhuǎn)子材料作用的應力降低與殘余應力(拉伸)降低相應的量。由此，能夠抑制轉(zhuǎn)子的對象部位的氫脆斷裂的發(fā)展。
[0056]在上述鐵素體系合金鋼中，使殘余應力(拉伸)降低的效果只要為660°C以上就能夠得到，但當超過700°C時，轉(zhuǎn)子的強度降低。因此，對于特別需要提高耐氫脆斷裂性的對象部位，回火溫度被設定為660?700°C。此外，根據(jù)同樣的理由，對于對象部位，更優(yōu)選將回火溫度的下限值設定為665°C、將上限值設定為685°C。
[0057]此外，作為使蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子中的對象部位的回火溫度成為比其他部位的回火溫度高溫的方法，能夠使用高頻感應加熱法(high-frequency induct1n heating)。轉(zhuǎn)子中僅特別需要提高耐氫脆斷裂性的對象部位通過高頻感應加熱法進行加熱，由此能夠使對象部位的回火溫度成為比其他部位的回火溫度高溫。
[0058]〔轉(zhuǎn)子材料和熱處理條件〕
[0059]使用圖2?圖6對將本實施方式的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法(熱處理方法)應用于各種轉(zhuǎn)子材料的情況下的耐氫脆斷裂性進行說明。
[0060]圖2是對本實施方式的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子材料的一個例子進行說明的說明圖，表示供評價的轉(zhuǎn)子材料(以下稱為試樣材料)的成分。圖2所示的試樣材料使用了通過真空感應熔煉(VIM(Vacuum Induct1n Melting))來鑄造、并進行了鍛造的三個50kg試驗鋼塊A、B、C、D、E、F、G。
[0061]圖3是表示本實施方式的制造方法的熱處理條件的圖。圖4是表示實施了本實施方式的制造方法的熱處理后的試樣材料的結晶粒度(G.S.N0.)、殘余應力(最大拉伸應力)以及耐氫脆斷裂性的判定結果的圖。圖5是表示比較例的熱處理條件的圖。圖6是表示實施了比較例的熱處理后的試樣材料的結晶粒度(G.S.N0.)、殘余應力(最大拉伸應力)以及耐氫脆斷裂性的判定結果的圖。
[0062]結晶粒度(G.S.N0.)通過將由JIS規(guī)定的舊奧氏體結晶粒度與結晶粒度標準圖進行比較來求出。G.S.N0.為，隨著數(shù)值變大，表示結晶粒徑變小。
[0063]殘余應力(最大拉伸應力)使用下述式(I)和X射線應力測定法來求出。
[0064]η λ = 2dsin θ...(]_)
[0065]在式(I)中:
[0066]η:衍射的次數(shù)
[0067]λ:Χ射線的波長
[0068]d:材料的晶格面間隔
[0069]Θ:衍射角
[0070]根據(jù)式⑴所示的X射線衍射的布拉格的法則，如果得知Θ (衍射角)，則能夠求出d(材料的晶格面間隔)，能夠根據(jù)與標準晶格面間隔之差求出應變，并能夠根據(jù)楊氏模量和泊松比計算出殘余應力。
[0071]耐氫脆斷裂性是相對于因如下述那樣形成的氫氣的壓力而引起的斷裂而言的抵抗性，該氫氣是如下這樣形成的:由于材料的腐蝕而產(chǎn)生的氫進入材料中并擴散，在非金屬夾雜物與基體(主要金屬、母材)之間的界面集中，分子化而形成氫氣。
[0072]氫脆斷裂性的試驗根據(jù)NACE 基準(Nat1nal Associat1n of Corros1nEngineers Standard)(TM0284, Evaluat1n of Pipeline and Pressure Vessel Steelsfor Resistance to Hydrogen-1nduced Cracking)來實施。在 pH4 的 5% NaCl+0.5%醋酸溶液中，以試驗溫度24±2.8°C浸潰96小時之后，對截面進行切斷評價，確認有無斷裂。試件尺寸為50mmX30mmX 10mm,每種試樣材料使用三個試件,僅在每試件都未確認斷裂的產(chǎn)生的情況下設為“耐氫脆斷裂性:〇”，此以外的情況設為“耐氫脆斷裂性:χ”。
[0073]如圖3以及圖4所示的例子那樣，在本實施方式的熱處理條件的范圍內(nèi)實施了調(diào)質(zhì)前退火、淬火、回火(第一段回火以及第二段回火)的情況下，至少關于需要耐氫脆斷裂性的對象部位，全部的耐氫脆斷裂性為“〇”。
[0074]然而，如圖5以及圖6所示的比較例那樣，在調(diào)質(zhì)前退火、淬火、回火(第一段回火以及第二段回火)中的某一個的條件不滿足本實施方式的熱處理條件的范圍地實施了的情況下，需要耐氫脆斷裂性的對象部位的耐氫脆斷裂性均為“ X ”。
[0075]即，可以明確，本實施方式的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法能夠?qū)μ貏e需要耐氫脆斷裂性的對象部位賦予良好的耐氫脆斷裂性。
[0076]如以上說明的那樣，本實施方式的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法為，具有使轉(zhuǎn)子中的對象部位與其他部位相比殘余應力降低的工序(2-2)。通過使轉(zhuǎn)子中的對象部位與其他部位相比在回火后產(chǎn)生的殘余應力降低，由此能夠抑制氫脆斷裂的發(fā)展，能夠使耐氫脆斷裂性提聞。
[0077]此外，在本實施方式中，使殘余應力降低的工序包括在對上述轉(zhuǎn)子進行了淬火之后進行該轉(zhuǎn)子的回火的工序即回火工序(2-2)。在該回火工序中，如在圖3中由構成例4、5、7 ?9、12、13、15、16、18、19、21、23、25、27 ?31,34 ?40,42 所示的那樣，對于蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的對象部位，其加熱溫度即回火溫度(第一段回火)被設定為比其他部位高的溫度。通過如此地設定回火溫度，能夠使對象部位的殘余應力比其他部位降低。
[0078]此外，在本實施方式中，對于蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的對象部位，利用高頻感應加熱法進行加熱，由此成為被設定為比其他部位高的溫度的回火溫度。通過高頻感應加熱法，能夠僅使轉(zhuǎn)子中特別需要耐氫脆斷裂性的對象部位的回火溫度成為比其他部位高溫。
[0079]此外，在本實施方式中，還具有使對象部位的晶粒比其他部位微細化的工序(2-1)。通過使對象部位的晶粒微細化，由此能夠使強度以及韌性提高，并且能夠使氫脆斷裂的發(fā)展速度變慢。
[0080]此外，在本實施方式中，“使晶粒微細化”的工序包括在回火工序(2-2)之前進行該轉(zhuǎn)子的淬火的工序即淬火工序(2-1)。在該淬火工序(2-1)中，如在圖3中由構成例2、3、19?21、26?37、41、42所示的那樣，對于對象部位，其加熱溫度即奧氏體化溫度被設定為比其他部位低的溫度。通過如此地設定奧氏體化溫度，能夠使對象部位的晶粒比其他部位微細化。
[0081]此外，在本實施方式中，如在圖2中由試樣材料A、B、C、D、E、F、G所示，蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子由以質(zhì)量％含有碳0.15?0.33 %、硅0.03?0.20 %、錳0.5?2.0 %、鎳0.1?1.3%、鉻 0.9 ?3.5%、鑰 0.1 ?1.5%、釩 0.15 ?0.35%、氮 0.005 ?0.015%、作為任意成分的鎢1.0%以下的鐵素體系合金鋼構成。通過由這種鐵素體系合金鋼來構成轉(zhuǎn)子，由此能夠?qū)崿F(xiàn)如下的轉(zhuǎn)子:即使暴露于硫化氫等腐蝕性較高的氣體中，也不易產(chǎn)生氫脆斷裂，即便假設產(chǎn)生耐氫脆斷裂，龜裂也難以發(fā)展。
[0082]此外，如在圖3 中由構成例 4、5、7 ?9、12、13、15、16、18、19、21、23、25、27 ?31、34?40、42所示的那樣，對于蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的對象部位，回火工序的加熱溫度即回火溫度被設定為660?700°C。在上述鐵素體系合金鋼中，只要為660°C以上的回火溫度就能夠得到使殘余應力降低的效果。但是，當回火溫度超過700°C時，轉(zhuǎn)子的強度會降低。因此，對于特別需要提高耐氫脆斷裂性的對象部位，通過將回火溫度設定為660?700°C，能夠抑制強度的降低，并且能夠使殘余應力降低。
[0083]此外，在上述實施方式的回火工序(2-2)中，對象部位的回火溫度被設定為670°C，其他部位被設定為630°C，但本發(fā)明的回火溫度不限定于此。例如，如圖所示那樣，也能夠使對象部位成為與其他部位相同的回火溫度即630°C。
[0084]此外，如在圖3中由構成例2、3、19?21、26?37、41、42所示的那樣，在淬火工序(2-1)中，對于對象部位，奧氏體化溫度被設定為880?910°C。當奧氏體化溫度不足880°C時，碳氮化合物的固溶變得不充分，因此在后述的回火后不能夠得到所需要的強度、韌性，可能還會成為殘余應力變得比較大的原因。另一方面，當淬火奧氏體化溫度超過910°C時，難以確保對象部位所需要的足夠的耐氫脆斷裂性。因此，對于特別需要提高耐氫脆斷裂性的對象部位,將淬火奧氏體化溫度設定為880?910°C，由此能夠確保需要的強度、韌性，并且能夠使晶粒微細化。
[0085]此外，在本實施方式中，上述“使晶粒微細化”的工序包括在淬火工序(2-1)之前進行退火的工序即調(diào)質(zhì)前退火工序(I)，在該調(diào)質(zhì)前退火工序(I)中，其加熱溫度即調(diào)質(zhì)前退火溫度被設定為1050?1300°C。通過以這種溫度進行調(diào)質(zhì)前工序，能夠以比較高的比例生成珠光體組織。通過對該珠光體組織的比例較高的轉(zhuǎn)子材料進行上述淬火工序(2-1)，由此能夠使晶粒進一步微細化。
[0086]此外，在上述本實施方式的調(diào)質(zhì)處理中，僅進行一次回火，但本發(fā)明的調(diào)質(zhì)處理的方式不限定于此。例如，在調(diào)質(zhì)處理中進行兩次回火工序也是優(yōu)選的，以下對其他調(diào)質(zhì)處理的一個例子進行說明。
[0087]〔第二實施方式〕
[0088]對本實施方式的調(diào)質(zhì)處理進行說明。在本實施方式中，對蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子整體進行兩階段的回火。此外，調(diào)質(zhì)處理的淬火工序的淬火奧氏體化溫度與第一實施方式不同，以下詳細說明。此外，對于與第一實施方式大致共通的構成省略說明。
[0089](2-1B)淬火工序
[0090]在本實施方式的淬火工序中，其淬火奧氏體化溫度，在蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子中特別需要耐氫脆斷裂性的對象部位和其他部位都被設定為相同的溫度。即，對于包括對象部位和其他部位的轉(zhuǎn)子整體，以均勻的淬火奧氏體化溫度進行淬火。該淬火奧氏體化溫度被設定為910?950°C。此外，也可以是與第一實施方式同樣，將對象部位的淬火奧氏體化溫度設定為比其他部位低的溫度。
[0091](2-2B)兩階段的回火工序
[0092]在本實施方式的調(diào)質(zhì)處理中，進行兩階段的回火。即，本實施方式的調(diào)質(zhì)處理的回火工序具有第一段回火工序(2-2B1)和第二段回火工序(2-2B2)。此外，在以下的說明中，將第一段回火工序的回火溫度稱為“第一段回火溫度”，將第二段回火工序的回火溫度稱為“第二段回火溫度”。
[0093](2-2B1)第一段回火工序
[0094]在第一段回火工序中，對于蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子中的對象部位和其他部位的雙方，其加熱溫度即第一段回火溫度被設定為600?700°C。此外，對象部位的第一段回火溫度和其他部位的第一段回火溫度能夠設定為相同的溫度。以下，使用圖3以及圖5進行說明。
[0095]如各圖所示那樣，第一段回火溫度為，對于對象部位設定為670°C，對于其他部位設定為630°C。在第一段回火工序中，將轉(zhuǎn)子材料加熱到達到第一段回火溫度，在將該第一段回火溫度保持了規(guī)定的保持時間之后，進行冷卻。此外，第一段回火溫度的保持時間被設定為20小時。
[0096]此外，如各圖所示那樣，對象部位的第一段回火溫度也可以設定為與其他部位相同的630°C。此外，也可以將對象部位加熱為僅其表層成為第一段回火溫度即670°C。
[0097]此外，在第一段回火工序中，優(yōu)選對于對象部位進行所謂的梯度加熱(日語原文為“傾斜加熱”)，所謂的梯度加熱為:將第一段回火溫度的最高點設為670°C，以使第一段回火溫度隨著從對象部位朝向其他部位而變低的方式進行加熱。此外，在第一段回火工序中，其他部位的第一段回火溫度被設定為630°C。通過進行梯度加熱，由此不需要對于轉(zhuǎn)子中的“規(guī)定的位置”進行使強度提高的熱處理等。在進行了上述第一段回火工序(2-2B1)之后，進行第二段回火工序(2-2B2)。
[0098](2-2B2)第二段回火工序
[0099]在第二段回火工序中，對于蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子中的對象部位和其他部位的雙方，其加熱溫度即第二段回火溫度被設定為600?700°C。在第二段回火工序中，將轉(zhuǎn)子材料加熱到達到第二段回火溫度，在將該第二段回火溫度保持了規(guī)定的保持時間之后，進行冷卻。第二段回火溫度的保持時間被設定為20小時。此外，對象部位的第二段回火溫度和其他部位的第二段回火溫度能夠設定為相同的溫度。例如，如圖3所示那樣，能夠?qū)⒌诙位鼗饻囟仍O定為630°C。
[0100]此外，將對象部位的第二段回火溫度設定為比其他部位的第二段回火溫度高的溫度也是優(yōu)選的。例如，如圖所示那樣，還優(yōu)選對于對象部位進行梯度加熱，該梯度加熱為:將第二段回火溫度的最高點設定為670°c，以使第二段回火溫度隨著從對象部位朝向其他部位而變低的方式進行加熱。
[0101]在第二段回火工序中進行梯度加熱的情況下，對于對象部位在爐內(nèi)加熱到第二段回火溫度。此時，對于其他部位不需要進行第二段回火，因此使其成為露出到爐外的狀態(tài)。由此，對其他部位實現(xiàn)以使第二段回火溫度隨著從對象部位朝向其他部位而變低的方式進行加熱的梯度加熱。
[0102]如在圖3中由構成例6?8、10?27、32?37、39?42所示的那樣，在本實施方式中，回火工序(2-2B)包括:加熱到被設定為600?700°C的第一段回火溫度而進行回火的工序即第一段回火工序(2-2B1);以及在該第一段回火工序(2-2B1)之后進行，加熱到被設定為600?700°C的第二段回火溫度而進行回火的工序即第二段回火工序(2-2B2)。
[0103]在淬火工序(2-1B)中，轉(zhuǎn)子材料的絕大多數(shù)成為淬火貝氏體組織，但在殘留有殘留奧氏體組織的情況下，在下一次回火的階段，不會全部成為回火貝氏體組織，一部分的淬火貝氏體組織殘留。因此，轉(zhuǎn)子材料成為取得了強度和韌性的平衡的回火貝氏體組織與強度較高而韌性較低的淬火貝氏體組織的混合存在組織，應變在這兩者的組織之間積蓄，而殘余應力增加。
[0104]因此，通過實施兩階段的回火處理(2-2B1)以及(2-2B2)，而使淬火貝氏體組織完全變化為回火貝氏體組織，由此能夠使殘余應力降低。當?shù)谝欢位鼗饻囟?、第二段回火溫度都超過600°C時，能夠得到該效果，但當超過700°C時，變得不滿足轉(zhuǎn)子材料需要的強度。因此，在特別需要提高耐氫脆斷裂性的對象部位，通過使第一段回火溫度、第二段回火溫度都限定于600?700°C的范圍來進行兩階段的回火，能夠使殘余應力降低。由此，能夠抑制轉(zhuǎn)子的對象部位的氫脆斷裂的產(chǎn)生和氫脆斷裂的發(fā)展。
[0105]此外，如在圖3中由構成例4、5、7?9、12?31,34?40、42所示那樣，對于對象部位，第一段回火溫度以及第二段回火溫度中的至少一方被設定為比其他部位高的溫度，且該溫度被設定為660?700°C。在鐵素體系合金鋼中，只要為660°C以上的回火溫度就能夠得到使殘余應力降低的效果。另一方面，當回火溫度超過700°C時，轉(zhuǎn)子的強度會降低。因此，對于特別需要提高耐氫脆斷裂性的對象部位，在第一段回火工序(2-2B1)以及第二段回火工序(2-2B2)中的至少一方的工序中，使其回火溫度成為660?700°C，由此能夠抑制強度的降低，并且能夠使殘余應力降低。
[0106]此外，如在圖3中由構成例13?27所示那樣，在第一段回火工序(2-2B1)以及第二段回火工序(2-2B2)中的至少一方的工序中，進行以使回火溫度隨著從對象部位朝向其他部位而變低的方式進行加熱的梯度加熱。對于轉(zhuǎn)子中的“規(guī)定的位置”，不需要進行使強度提聞的熱處理等。
[0107]此外，如在圖3中由構成例22?27所示那樣，在上述第二段回火工序中進行梯度加熱的情況下，對于對象部位，在爐內(nèi)加熱到第二段回火溫度，對于其他部位，在露出到爐外的狀態(tài)下進行回火。在第二段回火工序中，對于對象部位以外的“其他部位”，不需要進行回火。因此，對于“其他部位”能夠在露出到爐外的狀態(tài)下進行冷卻。
[0108]此外，如在圖3中由構成例6、10、11、32、33、41所示那樣，對象部位和其他部位被設定為相同的第一段回火溫度，且該第一段回火溫度被設定為600?660°C，對象部位和其他部位也能夠設定為相同的第二段回火溫度，且該第二段回火溫度被設定為600?660°C。在該方法中，如圖4所示那樣，也能夠確保對象部位的耐氫脆斷裂性。
[0109]〔其他實施方式〕
[0110]此外，在上述各實施方式的淬火工序中，其淬火奧氏體化溫度為，對于特別需要耐氫脆斷裂性的對象部位設定為比其他部位低的溫度，但本發(fā)明的淬火奧氏體化溫度不限定于此。例如，也可以如圖所示那樣，在對象部位和其他部位設定為相同的淬火奧氏體化溫度。
[0111]此外，在本實施方式中，如圖1所示那樣，使耐氫脆斷裂性特別提高的對象部位，是分別包括蒸汽渦輪I的上游側(cè)的葉片嵌入部20a、21a、22a、23a的轉(zhuǎn)子的分級部20、21、
22、23，但本發(fā)明的對象部位不限定于該方式。只要是蒸汽中的腐蝕成分容易堆積、需要提高耐氫脆斷裂性的部位，則能夠?qū)⑥D(zhuǎn)子中的任意的部位作為對象部位。
[0112]對本發(fā)明的幾個實施方式進行了說明，但這些實施方式是作為例子提示的，不意圖限定發(fā)明的范圍。這些新的實施方式能夠以其他各種方式來實施，在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)能夠進行各種省略、置換、變更。這些實施方式、其應變包含于發(fā)明的范圍、主旨，并且包含于專利請求的范圍記載的發(fā)明和其等同的范圍。
【權利要求】
1.一種蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法，該轉(zhuǎn)子用于構成蒸汽渦輪，其特征在于，該制造方法包括: 使該轉(zhuǎn)子中的規(guī)定的對象部位與其他部位相比殘余應力降低的工序。
2.如權利要求1記載的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于， 上述使殘余應力降低的工序包括進行上述轉(zhuǎn)子的回火的工序即回火工序， 在該回火工序中，上述對象部位的加熱溫度即回火溫度被設定為比其他部位高的溫度。
3.如權利要求1或2記載的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于， 還具有: 使上述對象部位與其他部位相比晶粒微細化的工序。
4.如權利要求3記載的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于， 上述使晶粒微細化的工序包括在上述回火工序之前進行該轉(zhuǎn)子的淬火的工序即淬火工序， 在該淬火工序中，上述對象部位的加熱溫度即淬火奧氏體化溫度被設定為比其他部位低的溫度。
5.如權利要求1或2記載的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于， 上述轉(zhuǎn)子由鐵素體系合金鋼構成，該鐵素體系合金鋼以質(zhì)量％含有碳0.15?0.33%,硅 0.03 ?0.20%、錳 0.5 ?2.0%、鎳 0.1 ?1.3%、鉻 0.9 ?3.5%、鑰 0.1 ?1.5%、釩0.15?0.35%、作為任意成分的鎢1.0%以下。
6.如權利要求5記載的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于， 對于上述對象部位，上述回火溫度被設定為660?700°C。
7.如權利要求5記載的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于， 對于上述對象部位，上述淬火奧氏體化溫度被設定為880?910°C。
8.如權利要求5記載的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于， 上述使晶粒微細化的工序包括在上述淬火工序之前進行退火的工序即調(diào)質(zhì)前退火工序， 在該調(diào)質(zhì)前退火工序中，其加熱溫度即調(diào)質(zhì)前退火溫度被設定為1050?1300°C。
9.如權利要求5記載的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于， 上述回火工序包括: 第一段回火工序，為加熱到被設定為600?700°C的第一段回火溫度來進行回火的工序；和 第二段回火工序，為在該第一段回火工序之后進行，加熱到被設定為600?700°C的第二段回火溫度而進行回火的工序。
10.如權利要求9記載的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于， 對于上述對象部位，第一段回火溫度以及第二段回火溫度中的至少一方被設定為比其他部位高的溫度，且該溫度被設定為660?700°C。
11.如權利要求10記載的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于， 在第一段回火工序以及第二段回火工序中的至少一方的工序中，進行以使回火溫度隨著從上述對象部位朝向其他部位而變低的方式進行加熱的梯度加熱。
12.如權利要求11記載的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于， 在第二段回火工序中進行梯度加熱的情況下，對于上述對象部位，在爐內(nèi)加熱到第二段回火溫度，對于其他部位，在露出到爐外的狀態(tài)下進行回火。
13.如權利要求1或2記載的蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于， 上述蒸汽渦輪用于地熱發(fā)電，上述轉(zhuǎn)子暴露于含有腐蝕性氣體的蒸汽。
【文檔編號】C21D9/00GK104451086SQ201410340365
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權日:2013年9月13日
【發(fā)明者】山田政之, 閻梁, 村上格, 石橋夏樹, 金子丈治, 谷口晶洋, 和田一宏 申請人:株式會社東芝