發電機轉動軸材料的製作方法

2023-10-08 18:49:24 1

專利名稱：：發電機轉動軸材料的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種磁特性優異的發電機轉動軸材料。
背景技術：
：到目前為止，作為在發電機中安裝有勵磁線圈的轉動軸材料，有如特公昭47-25248號公報(專利文獻1)和特公昭50-7530號公報(專利文獻2)公開的鋼。特別是在作為室溫下的拉伸強度需要為700MPa以上的發電才幾軸材料中，一般使用如ASTM標準A469中公開的含有3.0%以上的鎳、含2.0%以下鉻的鋼。專利文獻l:特公昭47-25248號公報專利文獻2:特公昭50-7530號公報
發明內容以往在以燃氣輪機和蒸汽輪機驅動的比較大型的發電機轉動軸材料中，可以使用含3.0%以上鎳的低合金鋼，但是含有該範圍鎳的發電機轉動軸材料磁特性不好。其結果降低發電機的效率。另外，鎳雖然降低磁特性，但是由於是改善淬火性的必須成分，很難降低其含量。本發明的目的在於提供一種比以往減少了鎳量、提高磁特性且具有可實用化的淬火性的發電機轉動軸材料。另外，提供一種在室溫下的拉伸強度為700MPa以上、室溫下的》茲化力為275AT/m以下、FATT為7。C以下的發電機轉動軸材料。解決上述課題的本申請發明為使用減少了鎳量的同時，增加鉻量，且添加有銅的合金的發電機轉動軸材料。具體的為，使用以鐵為主成分，含有以質量。/。算Ni:1.3~2.0%、Cr:2.1-3.0%、Cu:0.15~0.35%的低合金鋼的發電機轉動軸材料。其它的本發明的發電機轉動軸材料為由C:0.15~0.35%、Si:0.01-0.10%、Mn:0.10-0.50%、Ni:1.3~2.00/0、Cr:2.1~3.0%、Mo:0.20~0.500/o、Cu:0.15~0.35o/o、V:0.06-0.14%、餘量為不可避免的雜質和Fe構成。根據本發明的轉動軸材料，由於磁特性優異，因此可以減少流入發電機轉子線圈中的勵磁電流。由此，減少發電^U的損失，可以提高發電機的效率。圖1為顯示鎳量和磁化力關係的圖。圖2為顯示鉻量和拉伸強度關係的圖。圖3為顯示本發明實施方式的發電機轉動軸材料的圖。圖4為顯示本發明實施方式的發電機全體的圖。符號說明1磁極，2管子接頭3風扇安裝用環4定心環5開口6齒7發電機轉動軸8轉子線圈9擋圈10滑環刷11風扇12軸承13定子線圈4鐵芯15定子框16高壓套筒具體實施例方式如果減少發電機轉動軸材料的鎳，就會降低淬火性。因此，使用含有3.0以上鎳的低合金鋼。但是，發明者們進行關於低合金鋼的淬火性的研究，發現將鎳降低到特定範圍內時，通過添加適量的鉻和銅，和含有3.0以上鎳的低合金鋼具有同樣的淬火性效果。另外，發現通過使用具有比以往降低了這樣得到的鎳的合金的發電機轉動軸材料而製成發電機，比以往提高了發電機的磁特性，提高效率。以下，論述在構成轉動軸材料的合金中添加的元素效果和其組成範圍的限定理由。碳使淬火性變好，為用於提高發電機轉動軸材^H雖度所必須的元素，需要為0.15%以上。但是，如果為0.35%以上，降低發電機轉動軸材料的韌性，因此，碳的範圍為0.15~0.35%。特別優選為0.20~0.30%的範圍。矽有脫氧效果，作為用於提高發電機轉動軸材料清潔度的元素而被添加，但是近年來隨著真空碳脫氧等制鋼技術的進步，即使不特別的添加，也可以冶煉健全的發電機轉動軸材料。從防止回火脆化的角度出發，應儘量減少矽，應在0.01~0.10%的範圍內。錳使淬火性變好，為用於提高發電機轉動軸材料韌性所必須的元素，需要為0.1°/。以上。但是，如果為0.50%以上，產生發電機轉動軸材料的回火脆化，因此，錳的範圍為0.10~0.50%。特別優選為0.20~0.45%的範圍。鎳使淬火性變好，是提高發電機轉動軸材料中心部韌性且提高磁特性的必須的元素，需要為1.3%以上。但是，如果為2.0°/。以上，會降低發電^L轉動軸材料的磁特性，因此，鎳的範圍為1.3~2.0%。特別優選為1.4~1.8%的範圍。鉻使淬火性變好，為用於提高發電機轉動軸材料中心部的韌性和強度所必須的元素，需要為2.1%以上。但是，如果為3.0%以上，會降低發電機轉動軸材料的強度，因此，鉻的範圍為2.1~3.0%。特別優選為2.3~2.8%的範圍。鉬使淬火性變好，為用於提高發電機轉動軸材料中心部的韌性且在回火中緩和脆化所必須的元素，需要為0.2%以上。但是，如果為0.5%以上，會降低發電機轉動軸材料的》茲特性，因此，鉬的範圍為0.20~0.50%。特別優選為0.30~0.40%的範圍。銅使淬火性變好，為用於提高發電機轉動軸材料中心部的韌性所必須的元素，需要為0.15°/。以上。但是，如果為0.35%以上，會降低發電機轉動軸材料的鍛造性，因此，銅的範圍為0.15~0.35%。特別優選為0.20~0.30°/0的範圍。鈀通過形成碳化物粒子而使晶粒微細化，從而提高發電機轉動軸材料的屈服應力，因此需要為0.06%以上。但是，如果為0.14%以上，會降低發電機轉動軸材料的韌性，因此，4巴的範圍為0.06-0.14%。特別優選為0.08~0.12%的範圍。作為不可避免的雜質有Al、P、S、Sn、Sb、As等。Al由於降低韌性，應儘量減少。Al優選為0.012%以下。S由於形成夾雜物MnS，降低韌性，應儘量減少。S優選為0.015%以下。P、Sn、Sb、As等容易引起回火脆化，應儘量減少這些元素。P優選為0.020%以下，Sn優選為0.015%以下，Sb優選為0.004%以下，As優選為0.015%以下。本發明的發電機轉動軸材料在電爐熔解後，用真空脫氣、真空碳脫氧、電渣重熔等方法進行精煉，通過在模具中澆鑄熔融液體，而製作鋼坯。本發明的發電^f幾轉動軸材料在115(TC以上熱4R造鋼坯後，實施在840。C以上的正火在600。C以上的回火，微細化晶粒。然後，在860900。C下，實施奧氏體化處理，從奧氏體化溫度，由水冷卻、噴水冷卻、水噴霧冷卻等方法實施淬火處理後，在560660。C下，實施回火處理，調整機械性質。實施例以下，說明本發明涉及的發電機轉動軸材料的實施例。表1顯示在本實施例中確認的供試鋼的化學組成(質量％)。供試鋼No.3~7和No.9~14為本發明。供試鋼No.l、2、8為用於和本發明比較的冶煉的比較材。No.l為相當於發電機軸材料的ASTM標準A469的Class7的材料。tableseeoriginaldocumentpage7各供試鋼在熔煉爐中成為20kg的鋼坯，在1150-250。C加熱，熱鍛造成厚為30mm、寬為90mm。實施模擬具有大型發電機轉動軸材料筒體部中心部的冷卻速度的熱處理。首先，在90(TC正火後，加熱至880。C為止進行奧氏體化，從該溫度以200°C/h的速度冷卻進行淬火。接下來，在600°C-640。C下保持退火33h後，以30°C/h的速度冷卻。退火處理是對各個供試鋼選擇拉伸強度進入700MPa以上範圍的溫度而進行的。對進行上述熱處理的各供試鋼，實施拉伸試驗、2mmV缺口-擺4垂式沖擊試驗、直流磁特性試驗。拉伸試驗使用JISZ2201的4號試驗片的縮小尺寸(直徑5mm),在室溫下實施。2mmV缺口-擺錘式沖擊試驗使用JISZ2202的V缺口試驗片，在-80~+40°C的範圍內實施。直流磁特性試驗使用直徑20mm、長45mm的試驗片，由JISC2501方法(用電磁石和試驗片構成封閉磁電路)，在室溫下實施。各試驗結果示於表2中。FATT為由衝擊試^r而得到的塑性-脆性斷口轉變溫度。FATT的溫度值越低，鋼韌性越大。直流磁特性求出磁通量密度達到21,2kg時的磁化力。磁化力的值越小，鋼磁特性優異。表2tableseeoriginaldocumentpage8如上所述，在本發明的組成中，拉伸強度為700MPa以上，《茲化力為275AT/m以下，FATT為7。C以下為優選的合金組成。另外，發電機轉動軸材料以每分3000轉或3600轉旋轉，每天反覆起動停止。因此，在楔槽(7口，卜)部特別需要承受由旋轉離心力產生的拉伸應力的設計。在發電機轉動軸材料的楔槽部，拉伸應力如果超過0.02%強度，產生容易塑性變形，在應力變動的反覆中變得容易疲勞破壞等問題。另外，伸長、縮徑(絞0)的值如果低，破壞韌性變低，變得容易產生疲勞破壞。圖1顯示磁通量達到21.2kg時的磁化力對鎳量的影響。如圖所示，鎳量在1.3~2.0%的範'圍，磁化力低。因此，鎳量為1.3~2.0%的範圍。圖2顯示室溫拉伸強度對鉻量的影響。如圖所示，鉻量在2.1~3.0%的範圍內，顯示700MPa以上的室溫拉伸強度。因此，鉻量為2.1~3.0%的範圍。本發明的供試鋼如表2所示FATT為7。C以下，在中心部的韌性也優異。圖3表示發電機轉動軸一例的立體圖。在本圖表示的轉動軸具有磁極1、管子接頭2、風扇安裝用環3、定心環4、開口5和齒(亍^一7)6。採用本發明時最有效的部分為磁極1、管子接頭2、齒6。圖4表示發電機整體圖。在本圖表示的發電機整體圖具有發電機轉動軸7、轉子線圈8、擋圈9、滑環刷10、風扇11、軸承12、定子線圈13、鐵芯14、定子框15和高壓套筒(7'、、>〉夕'、).16。工業上的應用性本發明的發電機轉動軸材料可以作為由燃氣輪機和蒸汽輪機驅動的發電機轉動軸材料而利用。特別是作為在室溫下的拉伸強度為700MPa以上的轉動軸材料而利用。權利要求1.一種發電機轉動軸材料，其特徵在於，使用以鐵為主成分並含有以質量％計Ni1.3～2.0％、Cr2.1～3.0％、Cu0.15～0.35％的低合金鋼。2.根據權利要求1所述的發電機轉動軸材料，其中，所述發電機轉動軸材料在室溫下的拉伸強度為700MPa以上。3.發電機，其特徵在於，使用權利要求1所述的轉動軸材料。4.一種發電機轉動軸材料，其特徵在於，使用由C:0.15~0.35%、Si:0.01~0.10%、Mn:0.10~0.500/0、Ni:1.3~2.00/0、Cr:2.1~3.00/0、Mo:0.20~0.50%、Cu:0.15~0.35%、V:0.06~0.14%以及餘量為不可避免的雜質和Fe組成的合金。5.根據權利要求4所述的發電機轉動軸材料，其中，所述發電機轉動軸材料在室溫下的拉伸強度為700MPa以上。6.發電機，其特徵在於，使用權利要求4所述的轉動軸材料。全文摘要本發明提供發電機轉動軸材料，可以使發電機高效化，並提供磁特性優異的發電機轉動軸材料。本發明的發電機轉動軸材料，其特徵在於，由以質量％計C0.15～0.35％、Si0.01～0.10％、Mn0.10～0.50％、Ni1.3～2.0％、Cr2.1～2.8％、Mo0.20～0.50％、Cu0.15～0.35％、V0.06～0.14％以及餘量為不可避免的雜質和Fe組成。文檔編號C22C38/42GK101676428SQ20091017583公開日2010年3月24日申請日期2009年9月17日優先權日2008年9月19日發明者森譽延申請人:株式會社日立製作所