蒸汽渦輪機發電設備及蒸汽渦輪機的製作方法

2023-05-29 09:20:16 1

專利名稱：蒸汽渦輪機發電設備及蒸汽渦輪機的製作方法
技術領域：
本發明涉及蒸汽渦輪機，特別涉及低壓蒸汽渦輪機的最後級轉動葉片採用12％Cr鋼的高溫蒸汽渦輪機。
背景技術：
現有技術中，蒸汽渦輪機的轉動葉片採用12Cr-Mo-Ni-V-N鋼。近年來，從節省能源方面考慮，希望提高蒸汽渦輪機的熱效率，從節省空間方向考慮，希望機器小型化。
為了提高熱效率和機器的小型化，蒸汽渦輪機葉片的長葉片化是有效的方法。因此，低壓蒸汽渦輪機的最後級葉片有逐年加長的傾向。隨之，蒸汽渦輪機的葉片使用條件也變得嚴格，以前所用的12Cr-Mo-Ni-V-N鋼強度不夠，需要更高強度的材料。長葉片材料要求具有拉伸強度，它是機械特性的基本要求。
另外，從抗破壞性考慮，要求高強度、高韌性。
拉伸強度高於12Cr-Mo-Ni-V-N鋼(馬氏體鋼)的結構材料，公知的有Ni基合金和COo基合金，但其熱加工性、切削性及振動衰減特性差，所以，作為葉片材料不理想。
在日本特開昭63-171856號公報及特開平4-120246號公報中，揭示了燃氣輪機用的盤材。
現有的蒸汽渦輪機，蒸汽溫度最高為566℃，蒸汽壓力為246atg。
由於石油、煤等資源的減少，從節省能源及防止環境汙染方面考慮，希望實現火力發電設備的高效率化。為了提高發電效率，提高蒸汽渦輪機的蒸汽溫度是最有效的方法。在特開平7-233704號公報中揭示了這些高效率超高溫蒸汽渦輪機用材料。
本發明是針對近年來低壓蒸汽渦輪機葉片的長大化而作出的，在特開昭63-171856號公報和特開平4-120246號公報中，沒有揭示關於蒸汽渦輪機的轉動葉片材料方面的內容。
另外，在特開平7-233704號公報中，雖然揭示了轉子材料和殼體材料等，但是，對於前述的高溫下的高中壓一體型蒸汽渦輪機及低壓蒸汽渦輪機中、作為最後級轉動葉片用的12％Cr馬氏鋼，沒有記載。
本發明的目的是提供蒸汽渦輪機和採用該蒸汽渦輪機的蒸汽渦輪機發電設備，本發明的蒸汽渦輪機因採用鐵素鋼、耐熱鋼而能實現蒸汽溫度600～660℃的高溫化，具有高的熱效率。
另外，本發明的目的是提供蒸汽渦輪機和採用該蒸汽渦輪機的蒸汽渦輪機發電設備，本發明的蒸汽渦輪機在600～660℃的各運轉溫度下其基本構造相同。

發明內容
概要本發明的蒸汽渦輪機發電設備中，高壓渦輪機和中壓渦輪機以及低壓渦輪機和高中壓渦輪機、或者高壓渦輪機和低壓渦輪機以及中壓渦輪機和低壓渦輪機相互連接，或者高中壓一體式蒸汽渦輪機和1臺、或2臺低壓渦輪機串聯連接，其特徵在於，上述高壓渦輪機及中壓渦輪機或高中壓渦輪機，其初級轉動葉片的水蒸汽入口溫度是600～660℃(最好是600℃～620℃，620～630℃，630～640℃)的範圍，低壓渦輪機的初級轉動葉片的水蒸汽入口溫度是350～400℃的範圍，曝露於高壓渦輪機及中壓渦輪機或高中壓渦輪機的上述水蒸汽入口溫度的轉子軸、轉動葉片、靜止葉片及內部殼體，由含有Cr8～13重量％的高強度馬氏鋼構成，並且，低壓渦輪機的最終級轉動葉片由〔葉片長(英寸)×轉速(rpm)〕的值為125000以上的馬氏體鋼構成。
本發明的高中壓一體式蒸汽渦輪機，具有轉子軸、植設在該轉子軸上的轉動葉片、導引水蒸汽流入轉動葉片的靜止葉片和保持該靜止葉片的內部殼體，水蒸汽流入轉動葉片的初級的溫度是600～660℃，壓力是250kgf/mm2以上(最好為246kgf/mm2～316kgf/mm2)或170～200kgf/mm2；加熱從蒸汽渦輪機或高壓側渦輪機出來的蒸汽，加熱到與高壓側入口溫度同等以上後，送到中壓側渦輪機，其特徵在於，上述轉子軸、或轉子軸和轉動葉片及靜止葉片中的至少初級，由含有Cr 9.5～13重量％(最好為10.5～11.5重量％)的全回火馬氏體組織的高強度馬氏鋼構成；該馬氏體鋼在與各蒸汽溫度(最好是610℃、625℃、640℃、650℃、660℃)對應的溫度下，105小時蠕變斷裂強度是10kgf/mm2以上(最好是17kgf/mm2以上)；上述內部殼體由含有Cr 8～9.5重量％的馬氏體鑄鋼構成，該馬氏體鑄鋼在與上述蒸汽溫度對應的溫度下，105小時蠕變斷裂強度是10kgf/mm2以上(最好是10.5kgf/mm2以上)。
在高壓渦輪機及中壓渦輪機或高中壓一體型蒸汽渦輪機中，其特徵在於，上述轉子軸或上述轉動葉片及靜止葉片的至少初級，由高強度馬氏體鋼構成，以重量計，該馬氏體鋼含有C0.05％～0.20％、Si 0.15％以下、Mn.0.05％～1.5％、Cr 9.5％～13.％、Ni 0.05％～1.0％、V 0.05～0.35％、Nb0.01～0.20％、N 0.01～0.06％、Mo 0.05～0.5％、W 1.0～4.0％、Co 2～10％、B 0.0005～0.03％、Fe 78％以上，最好對應於620～640℃的蒸汽溫度；或者，該馬氏體鋼以重量計含有C0.1％～0.25％、Si 0.6％以下、Mn 1.5％以下、Cr 8.5％～13.％、Ni 0.05％～1.0％、V 0.05～0.5％、W 0.10～0.65％、A10.1％以下、Fe 80％以上，最好對應於不足600～620℃。上述內部殼體最好由高強度馬氏體鋼構成，以重量計，該馬氏體鋼含有C 0.06％～0.16％、Si 0.5％以下、Mn 1％以下、Ni 0.2～1.0％、Cr 8～12％、V 0.05～0.35％、Nb0.01～0.15％、N 0.01～0.8％、Mo 1％以下、W 1～4％、B 0.0005～0.003％、Fe 85％以上。
本發明的高壓蒸汽渦輪機中，上述轉動葉片有9級以上、最好10級以上，初級是複流式；上述轉子軸由含有Cr 9～13重量％的高強度馬氏體鋼構成，轉子軸的軸承中心間距離(L)為5000mm以上(最好為5100mm～6500mm)，設有靜止葉片部分的最小直徑(D)為660mm以上(最好為680～740mm)，上述(L/D)為6.8～9.9(最好為7.9～8.7)。
本發明的中壓蒸汽渦輪機中，上述轉動葉片左右對稱地各有6級以上，是初級植設在轉子軸中心部的複流構造，上述轉子軸由含有Cr 9～13重量％的高強度馬氏體鋼構成，轉子軸的軸承中心間距離(L)為5000mm以上(最好為5100～6500mm)，設有靜止葉片部分的最小直徑(D)為630mm以上(最好是650～710mm)，上述(L/D)為7.0～9.2(最好為7.8～8.3)。
在分別具有高壓渦輪機和中壓渦輪機的低壓蒸汽渦輪機中，上述轉動葉片左右對稱地各有6級以上，為初級植設在轉子軸中心部的複流構造，上述轉子軸由含有Ni 3.25～4.25重量％的Ni-Cr-Mo-V低合金鋼構成，轉子軸的軸承中心間距離(L)為6500mm以上(最好為6600～7100mm)，設有靜止葉片部分的最小直徑(D)為750mm以上(最好為760～900mm)，上述(L/D)為7.8～10.2(最好為8.0～8.6)；最終級轉動葉片由〔葉片長(英寸)×轉速(rpm)〕的值為125000以上的高強度馬氏體鋼構成。
另外，本發明的蒸汽渦輪機發電設備，備有相互連接著的高壓渦輪機和中壓渦輪機以及低壓渦輪機和低壓渦輪機，或相互連接著的高壓渦輪機、低壓渦輪機以及中壓渦輪機和低壓渦輪機，或者高中壓渦輪機和1臺或2臺串聯連接的低壓渦輪機相連接，其特徵在於，上述高壓渦輪機和中壓渦輪機、或高中壓渦輪機，其初級轉動葉片的水蒸汽入口溫度是600～660℃，上述低壓渦輪機的初級轉動葉片水蒸汽入口溫度是350～400℃，為使上述高壓渦輪機的轉子軸的初級轉動葉片植設部及上述初級轉動葉片的金屬溫度低於通向上述高壓渦輪機的初級轉動葉片的水蒸汽入口溫度40℃以上(最好比水蒸汽溫度低20-35℃)；為使上述中壓渦輪機的轉子軸的初級轉動葉片植設部及初級轉動葉片的金屬溫度比上述中壓渦輪機的初級轉動葉片的水蒸汽入口溫度低75℃以上(最好比水蒸汽溫度低50-70℃)。上述低壓渦輪機的最終級轉動葉片由〔葉片長(英寸)×轉速(rpm)〕的值為125000以上的高強度馬氏體鋼構成；上述高壓渦輪機及中壓渦輪機的轉子軸和至少初級轉動葉片由含有Cr9.5～13重量％的馬氏體鋼或Ni基合金鋼構成。
本發明的燒煤火力發電設備，備有燒煤鍋爐、被該鍋爐產生的水蒸汽驅動的蒸汽渦輪機、被該蒸汽渦輪機驅動的1臺或2臺以上、最好2臺具有1000MW以上發電輸出功率的發電機，其特徵在於，上述蒸汽渦輪機中高壓渦輪機和中壓渦輪機以及低壓渦輪機和低壓渦輪機、或高壓渦輪機和低壓渦輪機以及中壓渦輪機和低壓渦輪機被連接或上述高中壓渦輪機和1臺或2臺串聯的低壓渦輪機相連接；上述高壓渦輪機及中壓渦輪機或高中壓渦輪機，其初級轉動葉片的水蒸汽入口溫度是600～660℃，上述低壓渦輪機的初級轉動葉片的水蒸汽入口溫度是350～400℃；被上述鍋爐的過熱器加熱到比高壓渦輪機的初級轉動葉片的水蒸汽入口溫度高3℃以上(最好3～10℃，更好為3～7℃)的水蒸汽流入高壓渦輪機的初級轉動葉片，由上述鍋爐的再熱器把從高壓渦輪機出來的水蒸汽加熱到比中壓渦輪機初級轉動葉片水蒸汽入口溫度高2℃以上(最好2～10℃，更好2～5℃)的溫度後，使其流入中壓渦輪機的初級轉動葉片，由上述鍋爐的節煤器把從中壓渦輪機出來的水蒸汽加熱到比低壓渦輪機的初級轉動葉片水蒸汽入口溫度高3℃以上(最好3～10℃，更好3～6℃)的溫度後，使其流入低壓渦輪機的初級轉動葉片，並且，低壓蒸汽渦輪機的最終級轉動葉片由〔葉片長(英寸)×轉速(rpm)〕的值為125000以上的高強度馬氏體鋼構成。
上述低壓蒸汽渦輪機中，具有高壓渦輪機和中壓渦輪機、或高中壓一體型渦輪機，上述初級轉動葉片的水蒸汽入口溫度是350～450℃(最好360～380℃)，上述轉子軸由低合金鋼構成，以重量％計，該低合金鋼含有C 0.2％～0.3％、Si 0.05％以下、Mn 0.1％以下、Ni 3.25％～4.25％、Cr 1.25％～2.25％、Mo 0.07～0.2％、V 0.07～0.2％、Fe 92.5％以上。
上述高壓蒸汽渦輪機中，轉動葉片為7級以上(最好9～12級)，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側為25～180mm，轉子軸的轉動葉片植入部直徑大於對應於靜止葉片部分的直徑，上述植入部的軸方向寬度，其上流側階梯地比下流側大3級以上(最好4～7級)，相對於葉片部長度的比率是0.2～1.6(最好0.3～1.3，更好為0.65～0.95)，從上流側朝下流側減小。
上述的高壓蒸汽渦輪機中，轉動葉片為7級以上(最好為9級以上)，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側為25～180mm，相鄰各級的葉片部長度之比為2.3以下，該比率往下流側漸漸增大，上述葉片部長度最好是下流側比上流側漸漸增大。
上述的高壓蒸汽渦輪機中，轉動葉片為7級以上(最好為9級以上)，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側為25～180mm，轉子軸的與靜止葉片對應部分的軸方向寬度是，其下流側比上流側以2階段以上(最好2～4階段)階段地減小，相對於該轉動葉片的下流側葉片部長度的比率在4.5以下範圍，朝著下流側上述比率階段地減小。
上述中壓蒸汽渦輪機中，轉動葉片為有左右對稱6級以上(最好為6～9級)的複流構造，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側為60～300mm，轉子軸的轉動葉片植入部直徑大於對應於靜止葉片部分的直徑，植入部的軸方向寬度是，下流側比上流側以2階段以上(最好2～6階段)階段地增大，相對於葉片部長度的比率為0.35～0.80(最好為0.5～0.7)，從上流側朝著下流側漸漸減小。
上述的中壓蒸汽渦輪機中，轉動葉片是具有左右對稱6級以上的複流構造，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側為60～300mm，相鄰葉片部長度是，下流側大於上流側，其比率為1.3以下(最好為1.1～1.2)，朝著下流側漸漸增大。
上述的中壓蒸汽渦輪機中，轉動葉片為有左右對稱6級以上的複流構造，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側為60～300mm，轉子軸的對應於靜止葉片部分的軸方向寬度是，下流側比上流側以2階段以上(最好3～6階段)階段地減小。相對於轉動葉片的下流側葉片長度的比率是0.8～2.50(最好是1.0～2.0)的範圍，該比率朝著下流側階段地減小。
在分別設有上述高壓渦輪機和中壓渦輪機的發電設備的低壓渦輪機中，轉動葉片為有左右對稱6級以上(最好為8～10級)的複流構造，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側為80～1300mm，轉子軸的轉動葉片植入部直徑大於對應於靜止葉片部分的直徑，植入部的軸方向寬度是，下流側比上流側最好以3階段以上(最好為4～7階段)階段地增大，相對於葉片部長度的比率為0.2～0.7(最好為0.3～0.55)，從上流側朝著下流側漸漸減小。
在分別設有上述高壓渦輪機和中壓渦輪機時的低壓蒸汽渦輪機中，轉動葉片為有左右對稱6級以上的複流構造，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側為80～1300mm，相鄰各級的葉片部長度是下流側大於上流側，其比率是1.2～1.8(最好為1.4～1.6)的範圍，該比率往下流側漸漸增大。
在上述低壓蒸汽渦輪機中，轉動葉片為有左右對稱6級以上、最好為8級以上的複流構造，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側為80～1300mm，轉子軸的對應於靜止葉片部分的軸方向寬度是，下流側比上流側以3階段以上(最好4～7階段)階段地增大。相對於轉動葉片的相鄰下流側葉片部長度的比率是0.2～1.4(最好為0.25～1.25，更好為0.5～0.9)的範圍，該比率往下流側減小。
上述高壓蒸汽渦輪機中，轉動葉片為7級以上，最好為9級以上，轉子軸的與轉動葉片植入部對應部分的直徑大於與靜止葉片部分對應的直徑，對應於靜止葉片的直徑軸方向寬度，其水蒸汽流的上流側與下流側相比，以2階段以上(最好2～4階段)階段地增大，轉動葉片的最終級與其前一級之間的寬度，是轉動葉片的第2級與第3級之間寬度的0.75～0.95倍(最好為0.8～0.9倍，更好為0.82～0.88倍)，轉子軸的轉動葉片植入部軸方向寬度是，水蒸汽流的下流側與上流側相比，以3階段以上(最好4～7階段)階段地增大，轉動葉片的最終級軸方向寬度是第2級的軸方向寬度的1～2倍(最好1.4～1.7倍)。
上述中壓蒸汽渦輪機中，轉動葉片有6級以上，轉子軸的與轉動葉片植入部對應的直徑大於與靜止葉片部分對應的直徑，對應於靜止葉片的直徑的軸方向寬度，水蒸汽流的上流側與下流側相比，以2階段以上(最好3～6階段)階段地增大，轉動葉片的最終級與其前一級之間的寬度，是轉動葉片的初級與第2級之間寬度的0.5～0.9倍(最好為0.65～0.75倍)，轉子軸的轉動葉片植入部軸方向寬度是，水蒸汽流的下流側與上流側相比，以2階段以上(最好3～6階段)階段地增大，轉動葉片的最終級軸方向寬度是初級的軸方向寬度的0.8～2倍(最好1.2～1.5倍)。
上述低壓蒸汽渦輪機中，轉動葉片是左右對稱地有8級以上的複流構造，轉子軸的與轉動葉片植入部對應的直徑大於與靜止葉片部分對應的直徑，對應於靜止葉片的直徑的軸方向寬度，其水蒸汽流的上流側與下流側相比，以3階段以上(最好4～7階段)階段地增大，轉動葉片的最終級與其前一級之間的寬度，是轉動葉片的初級與第2級之間寬度的1.5～3.0倍(最好為2.0～2.7倍)，轉子軸的轉動葉片植入部軸方向寬度是，水蒸汽流的下流側與上流側相比，最好以3階段以上(最好4～7階段)階段地增大，轉動葉片的最終級軸方向寬度是初級的軸方向寬度的5～8倍(最好6.2～7.0倍)。
上述的高壓、中壓或高中壓一體型渦輪機及低壓渦輪機的構造，對於610℃～660℃的各使用蒸汽溫度中的任一溫度，都可以是同樣的構造。
本發明的轉子材料，作為全回火馬氏體組織，為了得到高的高溫強度和低溫韌性以及高疲勞強度，最好把用下式計算的Cr當量成分調節為4～8。
本發明的高中壓一體型蒸汽渦輪機，高壓側轉動葉片為7級以上最好為8級以上，中壓側轉動葉片為5級以上最好為6級以上，轉子軸由含有Cr 9～13重量％的高強度馬氏體鋼構成。轉子軸的軸承中心間距離(L)為6000mm以上(最好為6100～7000mm)，轉子軸設有靜止葉片部分的最小直徑(D)為660mm以上(最好為620～760mm)，上述(L/D)為8.0～11.3(最好為9.0～10.0)。
相對於本發明的高中壓一體型渦輪機的低壓渦輪機，有以下的特徵。在低壓蒸汽渦輪機中，轉動葉片左右對稱地各有5級以上，最好有6級以上。是初級設在轉子軸中心部的複流構造。轉子軸由含有Ni 3.25～4.25重量％的Ni-Cr-Mo-V低合金鋼構成，轉子軸的軸承中心間距離(L)為6500mm以上(最好6600～7500mm)，轉子軸設有靜止葉片部分的最小直徑(D)為750mm以上(最好760～900mm)，上述(L/D)為7.2～10.0(最好8.0～9.0)。最終級轉動葉片由〔葉片長(英寸)×轉速(rpm)〕的值為125000以上的高強度馬氏體鋼構成。
上述轉子軸的靜止葉片部分的直徑(D)為750～1300mm，軸承中心間距離(L)是上述(D)的5.0～9.5倍，轉子軸由低合金鋼構成，以重量計，該低合金鋼含有C 0.2％～0.3％、Si 0.05％以下、Mn 0.1％以下、Ni 3.0％～4.5％、Cr 1.25％～2.25％、Mo 0.07～0.2％、V 0.07～0.2％、Fe 92.5％以上。
上述轉動葉片是具有左右對稱各5級以上最好6級以上的複流構造，葉片部長度從水蒸汽流上流側到下流側，在80～1300mm的範圍內，轉子軸的轉動葉片植入部直徑大於對應於靜止葉片部分的直徑，植入部的軸方向根部寬度逐漸擴展地大於葉片植入部的寬度，從下流側朝上流側階段地減小，相對於葉片部長度的比率是0.25～0.80。
上述轉動葉片是具有左右對稱各5級以上最好6級以上的複流構造，葉片部長度從水蒸汽流上流側到下流側，在80～1300mm的範圍內，相鄰各級的葉片部長度是，下流側大於上流側，其比率在1.2～1.7的範圍內，在下流側，上述葉片部長度漸漸增大。
上述轉動葉片是具有左右對稱各5級以上最好6級以上的複流構造，葉片部長度從水蒸汽流上流側到下流側增大，在80～1300mm的範圍內，轉子軸的轉動葉片植入部根部的軸方向寬度，至少以3階段，下流側比上流側擴大，逐漸擴展地大於葉片植入部的寬度。
本發明的高中壓一體型蒸汽渦輪機具有以下構造。
高壓側轉動葉片為7級以上，葉片部長度從水蒸汽流上流側到下流側為40～200mm，轉子軸的轉動葉片植入部直徑大於對應於靜止葉片部分的直徑，轉子軸的轉動葉片植入部根部的軸方向寬度，其下流側比上流側階段地增大，相對於葉片部長度的比率是0.2～1.6，最好為0.25～1.3，從上流側往下流側漸漸增大。中壓側的轉動葉片左右對稱地有5級以上，葉片部長度從水蒸汽流上流側到下流側有100～350mm，轉子軸的轉動葉片植入部直徑大於對應於靜止葉片部分的直徑，轉子軸的轉動葉片植入部根部的軸方向寬度，除了最終級外，其下流側比上流側增大，相對於葉片部長度的比率是0.35～0.8，最好為0.4～0.75，從上流側往下流側漸漸減小。
上述轉動葉片為7級以上，葉片部長度從水蒸汽流上流側到下流側為25～200mm，相鄰各級的葉片部長度之比為1.05～1.35，葉片部長度是下流側比上流側漸漸增大。中壓部轉動葉片為5級以上，葉片部長度從水蒸汽流上流側到下流側為100～350mm，相鄰葉片部長度是下流側比上流側增大，其比率是1.10～1.30，往下流側漸漸增大。
高壓側的轉動葉片為6級以上，最好為7級以上，轉子軸的對應於轉動葉片植入部直徑大於對應於靜止葉片部分的直徑，轉子軸的轉動葉片植入部根部的軸方向寬度是，初級最大，從水蒸汽流的上流側到下流側，以2階段以上、最好3階段以上階段地增大。中壓側的轉動葉片為5級以上，轉子軸的對應於轉動葉片植入部的直徑大於對應於靜止葉片部分的直徑，轉子軸的轉動葉片植入部根部的軸方向寬度是，水蒸汽流的上流側與下流側相比，最好以4階段以上階段地不同，轉動葉片的初級比2級大，最終級比其它級大，初級和第2級成為逐漸擴張。
本發明的蒸汽渦輪機長葉片，由馬氏體鋼構成，以重量計，該馬氏體鋼含有C 0.08％～0.18％、Si 0.25％以下、Mn 0.90％以下、Cr 8.0％～13.0％、Ni 2～3％以下、Mo 1.5～3％、V 0.05～0.35％、Nb 和Ta中的一種或二種合計量0.02～0.20％、N 0.02～0.1％。
該蒸汽渦輪機的長葉片，用於抵耐高速旋轉時的高離心應力和振動應力的拉伸強度高，同時還必須有高的循環疲勞強度。因此，葉片材的金屬組織中如果存在有害的δ鐵素體，則疲勞強度會顯著降低，所以，必須採用全回火馬氏體組織。
本發明的鋼，用上式計算的Cr當量被調節至10以下，基本上不含有δ鐵素體相。
長葉片材的拉伸強度為120kgf/mm2以上，最好為128.5kgf/mm2以上。
為了得到均質且高強度的蒸汽渦輪機長葉片材料，作為調質熱處理，在熔化、鍛造後，要以1000℃～1100℃、最好進行0.5～3小時加熱保持後，急冷至室溫的淬火，再進行2次以上的回火熱處理，即，用550℃～570℃、最好進行1～6小時加熱保持後，冷卻到室溫的1次回火，再用560℃～590℃、最好1～6小時的加熱保持後，冷卻到室溫的2次回火。
本發明中，低壓渦輪機最終級葉片部長度為914mm(36″)以上，最好為965mm(38″)以上的3600rpm蒸汽渦輪機、以及低壓渦輪機最終級長葉片為1092mm(43″)以上、最好為1168mm(46″)以上的3000rpm蒸汽渦輪機，〔葉片長(英寸)×轉速(rpm)〕的值為125000以上，最好為138000以上。
本發明的由耐熱鑄鋼構成的殼體材料，是調節合金成分以得到95％以上的回火馬氏體(δ鐵素體5％以下)組織，並且為了得到高溫強度和低溫韌性及高疲勞強度，最好把下列各元素的含有量(重量％)計算出的Cr當量，調節至4～10。
Cr當量＝Cr+6Si+4Mo+1.5W+11V+5Nb-40C-30N-30B-2Mn-4Ni-2Co+2.5Ta
本發明的12％Cr耐熱鋼，特別是在621℃以上的蒸汽中使用時，625℃、105h蠕變抗斷強度最好為10kgf/mm2以上，室溫衝擊吸收能量最好為1kgf-m以上。
(1)下面，說明本發明低壓蒸汽渦輪機的最終級葉片所用12％Cr鋼的成分範圍限定理由。
為了得到高拉伸強度，C最低需要0.08％。如果C過多，則韌性降低，所以，C必須在0.20％以下，最好為0.10～0.18％，更好為0.12～0.16％。
Si是脫氧劑，Mn是脫硫劑·脫氧劑，在鋼的熔化時添加，只需少量即可。Si是δ鐵素體的生成元素，如果多量添加，則生成使疲勞強度和韌性降低的有害δ鐵素體，所以，必須在0.25％以下。另外，採用碳真空脫氧法及電渣熔化法等時，可以不添加Si。添加時最好是0.1％以下，更好為0.05％以下。
多量的Mn會使韌性降低，所以，其添加量應在0.9％以下。另外，Mn作為脫氧劑也有效，從提高韌性方面考慮，其量最好在0.4％以下，更好在0.2％以下。
Cr能提高耐腐蝕性和拉伸強度，但是如果添加量超過13％則會產生δ鐵素體組織。如果少於8％則耐蝕性和拉伸強度不足，所以，Cr定為8～13％。從強度方面考慮，最好為10.5～12.5％，更好為11～12％。
Mo因其固溶強化和析出強化作用，具有提高拉伸強度的效果。如果少於1.5％則提高拉伸強度的效果不充分，如果多於3％則生成δ鐵素體，所以限定為1.5～3％。最好為1.8～2.7％，更好為2.0～2.5％。另外，W和Co也與Mo具有同樣的效果。
V和Nb能析出碳化物，具有提高拉伸強度和提高韌性的效果。如果V為0.05％、Nb為0.02％以下，則其效果不理想，如果V為0.35％、Nb為0.2％以上，則產生δ鐵素體。因此，V限定為0.15～0.30％，最好是0.25～0.30％，Nb限定為0.04～0.15％，最好為0.06～0.12％。也可用同量的Ta代替Nb，可複合添加。
Ni能提高低溫韌性，並具有防止δ鐵素體生成的效果。當Ni為2％以下時，該效果不充分，如果超過3％，則效果飽和。所以，最好為2.3～2.9％，更好為2.4～2.8％。
N具有提高拉伸強度和防止δ鐵素體生成的效果，如果不足0.02％，則其效果不充分，如果超過0.1％則韌性降低。所以最好在0.04～0.08％的範圍內，更好在0.06～0.08％的範圍內，可得到優良的特性。
Si、P和S的減少，不有損於拉伸強度，能提高低溫韌性，所以應儘量減少。從提高低溫韌性方面考慮，最好是Si為0.1％以下，P為0.015％以下，S為0.015％以下。尤其是Si為0.05％以下、P為0.01％以下、S為0.01％以下為更好。Sb、Sn和As的減少也具有提高韌性的效果，最好儘量減少之，但從目前的制鋼技術水平考慮，限定為Sb為0.0015％以下，Sn為0.01％以下，As為0.02％以下。最好是Sb0.001％以下、Sn0.005％以下、As0.01％以下。
本發明中，Mn/Ni之比最好在0.11以下。
本發明材料的熱處理，先用能完全變態為奧氏體的溫度即最低1000℃、最高1100℃均勻加熱後急冷(最好油冷)，接著，再加熱保持·冷卻在550～570℃的溫度(第1次回火)，再加熱保持為560～680℃的溫度，進行第2次回火，最好使其成為全回火馬氏體組織。
(2)下面，說明本發明中構成620～640℃蒸汽渦輪機的高壓、中壓或高中壓一體型的轉子、葉片、噴嘴、內部殼體緊固螺栓以及中壓部初級隔板的鐵素體耐熱鋼的成分限定理由。
C可確保淬火性，在回火熱處理過程中，使碳化物析出，是提高高溫強度不可缺少的元素。另外，為了得到高拉伸強度，需要0.05％以上，但如果超過0.2％，則長時間地處於高溫下時，引起金屬組織不穩定，長時間蠕變抗斷強度降低。所以，限定為0.05～0.2％。最好為0.08～0.13％，更好為0.09～0.12％。
Mn作為脫氧劑添加，只需少量即可達到效果。如果超過1.5％，則降低蠕變抗斷強度。所以，最好為0.03～0.2％或0.3～0.7。多則最好為0.35～0.65％。Mn量少可得到高強度，Mn量多則加工性好。
Si也作為脫氧劑添加，如果採用真空C脫氧法等的制鋼技術，則不需要Si脫氧。通過降低Si可防止有害的δ鐵素體組織生成以及防止晶界偏析引起的韌性降低。因此，在添加時，必須抑制在0.15％以下，最好為0.07％以下，更好在0.04％以下。
Ni對提高韌性、防止δ鐵素體的生成是非常有效的元素。如果不足0.05％，則其效果不充分，如果超過1.0％，則使蠕變抗斷強度降低。所以最好為0.3～0.7％，更好為0.4～0.65％。
Cr是提高高溫強度和高溫耐氧化性不可缺少的元素，最少需要9％，如果超過13％，則生成有害的δ鐵素體組織，使高溫強度和韌性降低。所以限定為9～12％，最好是10～12％，更好為10.8～11.8％。
Mo的添加是為了提高高溫強度。但是，象本發明鋼這樣，當含有超過1％的W時，添加0.5％以上的Mo會降低韌性和疲勞強度，所以，限定為0.5％以下，最好為0.05～0.45％，更好為0.1～0.2％。
W可抑制高溫時碳化物的凝聚粗大化，並且固熔強化基體，所以，具有顯著提高620℃以上高溫長時間強度的效果。最好是，在620℃時為1～1.5％，在630℃時為1.6～2.0％，在640℃時為2.1～2.5％，在650℃時為2.6～3.0％，在660℃時為3.1～3.5％。另外，如果W超過3.5％，則生成δ鐵素體，使韌性降低，所以，限定為1～3.5％。最好為2.4～3.0％，更好為2.5～2.7％。
V能析出V的碳氮化物，具有提高蠕變抗斷強度的效果。如果不足0.05％，則其效果不充分，如果超過0.3％則生成δ鐵素體，降低疲勞強度。所以，限定為0.1～0.25％，最好為0.15～0.23％。
Nb能析出NbC碳化物，在提高高溫強度方面具有非常好的效果。但是如果過多量添加，則在大型鋼塊中生成粗大的共晶NbC碳化物，反而降低強度，或析出δ鐵素體而降低疲勞強度，所以必須抑制在0.2％以下。如果不足0.01％，則效果不充分。所以，限定為0.02～0.15％，最好為0.04～0.1％。
Co是本發明區別於現有技術的重要元素。本發明中，Co的添加能顯著改善高溫強度，同時也提高韌性。這是它與W相互作用的結果，是含有1％以上W的本發明合金的特徵現象。為了實現該Co的效果，本發明合金中Co的下限為2.0％，過多添加時，不但得不到好的效果，而且會降低延展性，所以上限為10％。最好在620℃時為2～3％，在630℃時為3.5～4.5％，在640℃時為5～6％，在650℃時為6.5～7.5％，在660℃時為8～9％。
N也是本發明區別於現有技術的重要元素。N具有改善蠕變抗斷強度和防止δ鐵素體生成的效果。如果在0.01％以下則其效果不充分，如果超過0.05％，則韌性降低，蠕變抗斷強度也降低。所以，最好為0.01～0.03％，更好為0.015～0.025％。
B因其晶界強度作用和固溶於M23C6碳化物中、阻礙M23C6型碳化物的凝聚粗大化作用而具有提高高溫強度的效果，添加量超過0.001％即有效。但超過0.03時對焊接性和鍛造性不利。所以限制為0.001～0.03％範圍內，最好為0.001～0.01％或者0.01～0.02％。
Ta、Ti和Zr的添加具有提高韌性的效果，單獨添加或複合添加Ta0.15％以下、Ti0.1％以下及Zr0.1％以下，可得到理想的效果。當添加Ta0.1％以上時，可不添加Nb。
本發明中的轉子軸及轉動葉片和靜止葉片的至少初級，最好由具有全回火馬氏體組織的鋼構成，該馬氏體鋼相對於620～630℃的蒸汽溫度，含有C 0.09～0.2％、Si 0.15％以下、Mn 0.05～1.0％、Cr9.5～12.5％、Ni 0.1～1.0％、V 0.05～0.3％、N 0.01～0.06％、Mo 0.05～0.5％、W 2～3.5％、Co 2～4.5％、B 0.001～0.03％、Fe 77％。
另外，對於630～660℃的蒸汽溫度，最好由具有Co量為5～8％、 Fe為78％以上的全回火馬氏體組織的鋼構成。相對於兩者的溫度，將Mn量減少為0.03～0.2％以及將B量減少為0.001～0.01％，可得到高強度。最好含有C 0.09～0.2％、Mn 0.1～0.7％、Ni 0.1～1.0％、V 0.1～0.3％、N 0.02～0.05％、Mo 0.05～0.5％、W 2～3.5％；對於630℃以下，最好是，Co 2～4％、B 0.001～0.01％，對於630～660℃，最好是，Co 5.5～9％、B 0.01～0.03％。
後述式求得的Cr當量，對於轉子軸來說為4～10.5，最好為6.5～9.5，其它的也同樣。
本發明蒸汽渦輪機的高壓和中壓的旋轉體材料中，如果混有δ鐵素體組織，則疲勞強度和韌性降低，所以，最好是組織均勻的回火馬氏體組織。為了得到回火馬氏體組織，必須將前述式計算的Cr當量調節至10以下。當Cr量過低時，蠕變抗斷強度降低，所以，Cr當量必須為4以上。最好為5～8。
本發明的旋轉體，用電氣爐熔化具有所需組成的合金原料，進行碳真空脫氧後鑄入金屬鑄模內，鍛拉製成電極棒。將該電極棒進行電渣重熔，鍛拉成型為旋轉體形狀。為了防止鍛造裂紋，該鍛拉必須在1150℃以下的溫度進行。對該鍛鋼進行退火熱處理後，進行加熱到1000～1100℃再急冷的淬火處理，再以550～650℃和670～770℃的順序，進行2次回火，可製造出能在620℃以上蒸汽中使用的蒸汽渦輪機旋轉體。
本發明中的葉片、噴嘴、內部殼體緊固螺栓、中壓部初級隔板，用真空熔化法熔化，在真空下用金屬模鑄造，製成鋼錠。用與上述同樣的溫度，將鋼錠熱鍛成預定形狀，加熱到1050～1150℃後水冷或油冷淬火，接著進行700～800℃的回火處理，用切削加工製成所需形狀的葉片。真空熔化在10-1～10-4mmHg下進行。本發明中，耐熱鋼可用於高壓部和中壓部的葉片及噴嘴的全級，尤其對於兩者的初級是必需的。
(3)本發明中，構成不足600～620℃的蒸汽渦輪機的高壓和中壓或高中壓一體型轉子軸的組成，最好如下。
為了得到高拉伸強度，C含量必須為0.05％。如果超過0.25％，則長時間曝露於高溫時，引起組織不穩定，降低長時間蠕變抗斷強度，所以限定為0.05～0.25％，最好為0.1～0.2％。
Nb對提高高溫強度非常有效，但如果多量添加，則在大塊鋼中析出粗大的Nb碳化物，另外，降低基體的C濃度，反而降低強度，或者析出δ鐵素體而降低疲勞強度，所以必須抑制在0.15％以下。另外，如果不足0.02％，則效果不理想。所以最好為0.07～0.12％。
N具有改善蠕變抗斷強度和防止生成δ鐵素體的效果。如果不足0.025％則其效果不充分，如果超過0.1％，則韌性顯著降低。所以，最好為0.04～0.07％。
Cr能改善高溫強度，但如果超過13％，則生成δ鐵素體，如果少於8％，則對於高溫高壓蒸汽的耐蝕性不夠。所以，最好為10～11.5％。
V具有提高蠕變抗斷強度的效果，如果不足0.02％，則其效果不充分，如果超過0.5％，則生成δ鐵素體，使疲勞強度降低。所以，最好為0.1～0.3％。
Mo因其固溶強化和析出硬化作用而能改善蠕變抗斷強度，如果不足0.5％，則其效果小，如果超過2％，則生成δ鐵素體，降低韌性和蠕變抗斷強度。所以，最好為0.75～1.5％。
Ni對於提高韌性和防止δ鐵素體生成非常有效。但是如果超過了1.5％，則降低蠕變抗斷強度，所以，最好為0.4～1％。
Mn作為脫氧劑添加，少量即可達到其效果，如果超過1.5％，則降低蠕變抗斷強度。所以，最好為0.5～1％。
Si也作為脫氧劑添加，如果採用真空C脫氧法等制鋼技術，可不要Si脫氧。另外，減少Si量可以防止δ鐵素體析出和改善韌性，所以，必須抑制在0.6％以下。添加時，最好為0.25％。
微量的W可以顯著提高高溫強度。如果不足0.1％，則其效果小，如果超過0.65％，則強度急劇降低。W應為0.1～0.65％以下。如果W超過0.5％，則韌性顯著降低，所以，對於要求韌性的部件，最好不超過0.5％，以0.2～0.45％更好。
Al作為脫氧劑很有效，應添加0.02％以下。如果超過0.02％，則降低高溫強度。
(4)本發明中，由12重量％Cr系馬氏體鋼構成的蒸汽渦輪機轉子軸，在形成其軸頸的母材表面，最好形成軸承特性高的堆焊層，採用由鋼構成的焊接材，最好形成3層～10層的堆焊層，從首層到第2層～第4層的任何一層，使焊接材的Cr量依次降低，同時，在第4層以後，採用具有相同Cr量的鋼構成的焊接材焊接，把用於首層焊接的焊接材的Cr量比母材的Cr量少2～6重量％，4層以後的焊接層的Cr量為0.5～3重量％(最好1～2.5重量％)。
本發明中，為了改善軸頸的軸承特性，堆焊是最安全的。另外，也可以採用具有1～3％Cr量的低合金鋼構成的套筒的熱裝、嵌入等構造。
隨著焊接層數增多，Cr量下降，所以，最好是3層以上，超過10層以上時得不到更大的效果。最終精加工約要求有18mm的厚度。為了形成該厚度，除了切削餘量外，最好至少有5層堆焊。第3層以上最好主要具有回火馬氏體組織並且碳化物析出。另外，第4層以後的焊接層組成，以重量計最好是含有C 0.01～0.1％、Si 0.3～1％、Mn 0.3～1.5％、Cr 0.5～3％、Mo 0.1～1.5％、其餘為Fe。
(5)下面，說明本發明中，構成高壓渦輪機、中壓渦輪機、高中壓渦輪機的內部殼體調節閥閥箱、組合再熱閥閥箱、主蒸汽導管、主蒸汽入口管、再熱入口管、高壓渦輪機噴嘴箱、中壓渦輪機初級隔板、高壓渦輪機主蒸汽入口法蘭、彎頭、主蒸汽斷流閥的鐵素體耐熱鋼的成分限定理由。
鐵素體耐熱鑄鋼殼體材料，通過將Ni/W之比調節為0.25～0.75，可得到621℃、250kgf/cm2以上的超臨界壓渦輪機高壓及中壓內部殼體及主蒸汽斷流閥及調節閥所要求的、625℃、105h蠕變抗斷強度9kgf/mm2以上、室溫衝擊吸收能量1khf-m以上的耐熱鑄鋼殼體材料。
本發明的鐵素體耐熱鑄鋼殼體材料，為了得到高的高溫強度和低溫韌性及高疲勞強度，最好將前述式計算得到的Cr當量調節到4～10。
本發明的12％Cr耐熱鋼，用於621℃以上的蒸汽中，所以，必須是，625℃、105h蠕變抗斷強度9kgf/mm2以上、室溫衝擊吸收能量1khf-m以上。另外，為了更加確保高可靠性，最好是，625℃、105h蠕變抗斷強度為10kgf/mm2以上、室溫衝擊吸收能量為2khf-m以上。
為了得到高的拉伸強度，C含有量要在0.06％以上。如果超過0.16％，則長時間曝露於高溫時，金屬組織不穩定，降低長時間蠕變抗斷強度，所以限定為0.06～0.16％，最好為0.09～0.14％。
N具有改善蠕變抗斷強度和防止生成δ鐵素體組織的效果，如果不足0.01％，則其效果不理想，如果超過0.1％，則無顯著效果，而且韌性降低，蠕變抗斷強度也降低。最好為0.02～0.06％。
Mn作為脫氧劑添加，少量即可達到效果，如果超過1％，則蠕變抗斷強度降低，最好為0.4～0.7％。
Si也作為脫氧劑添加，如果採用真空C脫氧法等的制鋼技術，則不要Si脫氧。減少Si能防止有害的δ鐵素體組織生成。因此，在添加時，必須抑制在0.5％以下，最好為0.1～0.4％。
V具有提高蠕變抗斷強度的效果，如果不足0.05％則其效果不充分，如果超過0.35％則生成δ鐵素體，降低疲勞強度。最好為0.15～0.25％。
Nb對於提高高溫強度具有顯著的效果，但如果量太多，則在大型鋼塊中產生粗大的結晶Nb碳化物，反而降低強度，或者析出δ鐵素體，使疲勞強度降低。所以，必須抑制在0.15％以下。如果不足0.01％，則效果不充分。在大型鋼塊的情況下，最好為0.02～0.1％，更好為0.04～0.08％。
Ni對提高韌性和防止δ鐵素體的生成非常有效，如果不足0.2％，則其效果不充分，如果超過1.0％，則降低蠕變抗斷強度。所以最好為0.4～0.8％。
Cr具有提高強度和改善高溫氧化的效果。如果超過12％則產生有害的δ鐵素體組織，如果少於8％，則對高溫高壓蒸汽的耐氧化性不夠。另外，Cr的添加雖然能提高蠕變抗斷強度，但過量的添加會產生有害的δ鐵素體和降低韌性。所以，最好為8.0～10％，更好為8.5～9.5％。
W具有顯著提高高溫長時間強度的效果。如果少於1％，則作為在620～660℃使用的耐熱鋼，效果不充分。如果W超過4％，則韌性降低。最好是，在620℃時，為1.0～1.5％，在630℃時，為1.6～2.0％，640℃時，為2.1～2.5％，650℃時，為2.6～3％，660℃時，為3.1～3.5％。
W與Ni相互間具有相關性，將Ni/W之比設定為0.25～0.75時，可得到高強度和高韌性。
Mo的添加可提高高溫強度。但是，象本發明的鑄鋼這樣含有超過1％的W時，添加1.5％以上的Mo會降低韌性和疲勞強度，所以，應在1.5％以下，最好為0.4～0.8％，更好為0.55～0.7％。
Ta、Ti、Zr的添加能提高韌性，單獨或複合添加Ta0.15％以下、Ti0.1％以下和Zr0.1％以下，可得到很好的效果。添加0.1％以上的Ta時，可以不添加Nb。
本發明的耐熱鑄鋼殼體材，如果混有δ鐵素體組織，則疲勞強度和韌性降低，所以，最好是組織均勻的回火馬氏體組織。為了得到回火馬氏體組織，必須將前述式算出的Cr當量調節為10以下。如果Cr當量過分低，則蠕變抗斷強度降低，所以，Cr當量必須為4以上。最好為6～9。
B的添加能顯著提高高溫(620℃以上)蠕變抗斷強度。B含量超過0.003％時，焊接性變差，所以，上限為0.003％。大型殼體的B含有量的上限為0.0028％，最好為0.0005～0.0025％，更好為0.001～0.002％。
殼體要復蓋620℃以上的高壓蒸汽，所以，內壓作用著高應力。因此，為了防止蠕變破壞，要求具有10kgf/mm2以上的105h蠕變抗斷強度。另外，起動時，由於在金屬溫度低時有熱應力作用，為了防止脆性破壞，要求有1kgf-m以上的室溫衝擊吸收能量。對於更高溫度側，通過使其含有10％以下的Co，能實現強化。因此，其添加量最好是，在620℃時，為1～2％，在630℃時，為2.5～3.5％，640℃時，為4～5％，650℃時，為5.5～6.5％，660℃時，為7～8％。在600～620℃可以不添加。
為了製作缺陷少的殼體，由於鑄塊很大，其重量為50噸左右，所以要求高的製造技術。本發明的鐵素體耐熱鑄鋼殼體材料，是用電氣爐熔化所需組成的合金原料，澆包精煉後，鑄入砂模鑄模內成形，從而製成為健全的殼體。在鑄入前，通過充分的精煉和脫氧，可減少氣孔等的鑄造缺陷。
對上述鑄鋼用1000～1150℃退火熱處理後，進行加熱至1000～1100℃後的急冷正火熱處理，用550～750℃和670～770℃的順序，進行2次回火，這樣，可製造出能在621℃以上蒸汽中使用的蒸汽渦輪機殼體。退火和正火溫度在1000℃以下時，不能充分固溶碳氮化物，如果過高，則導致結晶粒粗大化。另外，2次回火使殘留的奧氏體完全分解，可成為均勻回火馬氏體組織。通過用上述的製法製作，可得到10kgf/mm2以上的、625℃、105h蠕變抗斷強度和1kgf-m以上的室溫衝擊吸收能量，可製造出能在620℃以上蒸汽中使用的蒸汽渦輪機殼體。
O超過0.015％時，高溫強度和韌性降低，所以，最好為0.015％以下，更好為0.010％以下。
本發明中的殼體中作為上述的Cr當量，最好δ鐵素體量在5％以下，更好為0％。
除了用鑄鋼製造內部殼體外，最好用鍛鋼製造。
(6)其它(A)低壓蒸汽渦輪機轉子軸，最好由具有全回火貝氏體組織的低合金鋼用與上述高壓、中壓轉子軸同樣的製法製造，以重量計，該低合金鋼含有C 0.2～0.3％、Si 0.1％以下、Mn 0.2％以下、Ni 3.2～4.0％、Cr 1.25～2.25％、Mo 0.1～0.6％、V 0.05～0.25％。採用除了Si量為0.05％以下、Mn為0.1％以下外，其它P、S、As、Sb、Sn等的不純物儘量低的原料，採用不純物總量為0.025％以下的原材料，用超精煉化製造。P、S最好各為0.01％以下，Sn、As為0.005％以下，Sb為0.001％以下。
(B)低壓渦輪機用葉片的最終級以外及噴嘴，最好由全回火馬氏體鋼構成，該馬氏體鋼含有C 0.05～0.2％、Si 0.1～0.5％、Mn0.2～1.0％、Cr 10～13％、Mo 0.04～0.2％。
(C)低壓渦輪機用內部及外部殼體最好由碳素鑄鋼構成，該碳素鑄鋼含有C 0.2～0.3％，Si 0.3～0.7％，Mn 1％以下。
(D)主蒸汽斷流閥殼體和蒸汽調節閥殼體，最好由全回火馬氏體鋼構成，該馬氏體鋼含有C 0.1～0.2％、Si 0.1～0.4％、Mn 0.2～1.0％、Cr 8.5～10.5％、Mo 0.3～1.0％、W 1.0～3％、V 0.1～0.3％、N b0.03～0.1％、N 0.03～0.08％、B 0.0005～0.003％。
(E)低壓渦輪機的最終轉動葉片，除了12％Cr鋼，還採用Ti合金，對於長度超過40英寸的葉片，採用含有Al 5～8重量％和V 3～6重量％的Ti合金。對43英寸，採用Al 5.5～6.5％、V 3.5～4.5％的高強度材料，對於46英寸，採用A 14～7％，V 4～7％和Sn1～3％的高強度材料。
(F)高壓渦輪機、中壓渦輪機、高中壓一體型渦輪機用外部殼體，最好由具有全回火貝氏體組織的鑄鋼構成，該貝氏體鑄鋼含有C 0.1～0.2％、Si 0.05～0.6％、Mn 0.1～1.0％、Ni 0.1～0.5％、Cr 1～2.5％、Mo 0.5～1.5％、V 0.1～0.35％，最好含有A10.025％以下，B 0.0005～0.004％和Ti0.05～0.2％中的至少一種。最好是含有C0.1～0.18％、Si 0.2～0.6％、Mn 0.2～0.5％、Ni 0.1～0.5％、Cr 1.0～1.5％、Mo 0.9～1.2％、V 0.2～0.3％、A10.001～0.005％、Ti0.045～0.1％及B 0.0005～0.002％的鑄鋼。更好是Ti/Al之比0.5～10。
(G)蒸汽溫度為625～650℃的高壓、中壓、高中壓渦輪機(高壓側和中壓側)的初級葉片，最好由Ni基合金構成。以重量計，該Ni基合金除了含有C 0.03～0.2％(最好0.03～0.15％)、Cr 12～20％、Mo 9～20％(最好12～20％)、Co 12％以下(最好5～12％)、A10.5～1.5％、Ti1～3％、Fe 5％以下、Si 0.3％以下、Mn 0.2％以下、B 0.003～0.015％以下外，還含有Mg 0.1％以下、稀土類元素0.5％以下、Zr 0.5％以下的一種以上。上述的「以下」也包含0％。鍛造後，經固熔熱處理，在700～870℃下進行時效處理。
附圖簡單說明

圖1是表示拉伸強度與Ni-Mo(％)關係的曲線圖。
圖2是表示衝擊值與Ni-Mo(％)關係的曲線圖。
圖3是表示拉伸強度與淬火溫度關係的曲線圖。
圖4是表示拉伸強度與回火溫度關係的曲線圖。
圖5是表示衝擊值與淬火溫度關係的曲線圖。
圖6是表示衝擊值與回火溫度關係的曲線圖。
圖7是表示衝擊值與拉伸強度關係的曲線圖。
圖8是本發明的高壓、中壓蒸汽渦輪機的斷面圖。
圖9是本發明的低壓蒸汽渦輪機的斷面構造圖。
圖10是本發明渦輪機轉動葉片的立體圖。
圖11是本發明高中壓蒸汽渦輪機的斷面圖。
圖12是本發明高中壓蒸汽渦輪機的轉子軸的斷面圖。
圖13是本發明低壓蒸汽渦輪機的斷面圖。
圖14是本發明低壓蒸汽渦輪機的轉子軸的斷面圖。
圖15是本發明的渦輪機的轉動葉片前端部立體圖。
實施發明的最佳形態〔實施例1〕表1表示蒸汽渦輪機長葉片所用12％Cr鋼的化學成分(重量％)。各試樣分別是經150kg真空電弧熔化，加熱至1150℃並鍛造得到的試驗材料。試樣No.1是，用1000℃加熱1h後，用油淬火冷卻至室溫，再加熱至570℃保持2h後，空冷至室溫。試樣No.2是，用1050℃加熱1h後，用油淬火冷卻至室溫，再加熱至570℃並保持2h後，空冷至室溫。試樣No.3～No.6是，用1050℃加熱1h後，用油淬火冷卻至室溫，再加熱至560℃並保持2h後，空冷至室溫(1次回火)，再加熱至580℃並保持2h後，爐冷至室溫(2次回火)。
表1中，No.3、4、5是本發明材料，No.6是比較材料，No.1、2是現有的長葉片材料。
表2表示這些試樣的室溫下機械性質。確認了本發明材料(No.3～No.5)充分滿足作為蒸汽渦輪機用長葉片材料所要求的拉伸強度(120kgf/mm2以上或128.5kgf/mm2以上)和低溫韌性(20℃V形缺口夏氏衝擊值2.5kgf-m/cm2以上)。
而比較材料No.1和6，用於蒸汽渦輪機長葉片時，其拉伸強度和衝擊值低。比較材料的No.2，拉伸強度和韌性低。No.5衝擊值低，為3.8kgf-m/cm2，低於43″葉片所要求的4kgf-m/cm2以上。
表1

表2

圖1是表示(Ni-Mo)量與拉伸強度關係的曲線圖。本實施例中，使Ni和Mo的含有量相等，可同時提高低溫時的強度和韌性，隨著兩者之差的增大，強度有降低的傾向。當Ni量比Mo量少0.6％以上時，強度急劇降低，反之，多於1.0％以上時，強度也急劇降低。因此，(Ni-Mo)量為-0.6～1.％時，強度高。
圖2是表示(Ni-Mo)量與衝擊值關係的曲線圖。如圖所示，當(Ni-Mo)在-0.5％附近時，衝擊值低，在其前後時衝擊值高。
圖4至圖6是表示熱處理條件(淬火溫度和2次回火溫度)對試樣No.3的拉伸強度及衝擊值影響的曲線圖。淬火溫度為975～1125℃，用550～560℃進行了1次回火後，2次回火溫度是560～590℃。如圖所示，能滿足長葉片材所要求的特性(拉伸強度≥128.5kgf/mm2，20℃V形缺口夏氏衝擊值≥4kgf-m/cm2)。另外，圖3和圖5的2次回火溫度是575℃，圖4和圖6的淬火溫度是1050℃。
圖7是表示拉伸強度與衝擊值關係的曲線圖。本實施例中，12％Cr鋼最好具有上述的拉伸強度120kgf/mm2以上和衝擊值4kgf-m/cm2以上。衝擊值(Y)最好為由式〔-0.45×(拉伸強度)+61.5〕所求的值以上。
本發明的12％Cr鋼，其C+Nb量最好為0.18～0.35％，(Nb/C)之比最好為0.45～1.00，(Nb/N)之比最好為0.8～3.0％。〔實施例2〕石油危機後，燃料價格高漲，為了提高蒸汽條件而提高熱效率，需求蒸汽溫度為600～649℃的微粉碳直接燃燒鍋爐和蒸汽渦輪機。該蒸汽條件的鍋爐之一例如表3所示。
表3

隨著大容量化，微粉碳燃燒鍋爐也大型化，1050MW級中，鍋爐寬度31m，鍋爐進深16m，1400MW中，鍋爐寬度34m，鍋爐進深18m。
表4是蒸汽溫度為625℃、1050MW蒸汽渦輪機的主要規格。本實施例中，橫置複合型4流排氣、低壓渦輪機中最終級葉片長度是43英寸，A是HP-IP及LP2臺，3000r/min，B是HP-LP及IP-LP，分別具有3000r/min的轉速，在高溫部中由表所示的主要材料構成。高壓部(HP)的蒸汽溫度是625℃，250kgf/cm2的壓力。中壓部(IP)的蒸汽溫度由再熱器加熱至625℃，以45～65kgf/cm2的壓力運轉。低壓部(LP)的蒸汽溫度是400℃，在100℃以下、以722mmHg的真空送到冷凝器。
表4

圖8是表4中渦輪機構造A中的高壓和中壓蒸汽渦輪機的斷面構造圖。高壓蒸汽渦輪機設有高壓輪軸(高壓轉子軸)23，該高壓輪軸23的高壓轉動葉片植設在高壓內部輪室18和其外側的高壓外部輪室19內。上述的高溫高壓蒸汽從鍋爐得到，通過主蒸汽管，從構成主蒸汽入口的法蘭、彎頭25通過主蒸汽入口28，從噴嘴箱38導向初級複流的轉動葉片。初級是複流式，在一側設有8級。與這些轉動葉片對應地設有靜止葉片。轉動葉片是鞍型燕尾形、雙榫形，初級葉片長約為35mm。軸承間的長度約為5.8m，與靜止葉片對應部分的最小部分直徑約為710mm，長度相對於直徑之比是8.2。
轉子軸的初級和最終級的轉動葉片植入部分的寬度約相等，以第2級、第3～5級、第6級、第7～第8級這樣5級往下流側階段地減小，第2級的植入部軸方向寬度為最終級軸向寬度的0.71倍。
轉子軸的對應於靜止葉片的部分，相對於轉動葉片植入部，轉子軸的直徑減小。該部分的軸方向寬度，相對於第2級轉動葉片與第3級轉動葉片之間的寬度，階段地減小到最終級轉動葉片與其跟前的轉動葉片之間的寬度，後者的寬度是前者的寬度的0.86倍地減小。是以第2～第6級和第6～9級的2階段減小的寬度。
本實施例中，除了初級葉片和噴嘴使用表5所示材料外，其它都由不含W、Co、B的12％Cr鋼構成。本實施例中的轉動葉片的葉片部長度是，初級為35～50mm，從第2級到最終級各級變長，根據蒸汽渦輪機的輸出功率，從第2級到最終級的長度為65～180mm，級數是9～12級，各級的葉片長度，下流側相對於上流側、相鄰長度以1.1～1.15的比例加長，同時，在下流側其比率漸漸增大。
中壓蒸汽渦輪機藉助蒸汽(該蒸汽是從高壓蒸汽渦輪機排出的蒸汽被再熱器再次加熱至625℃的蒸汽)，與高壓蒸汽渦輪機一起使發電機旋轉，用3000轉/min的轉速旋轉。中壓渦輪機與高壓渦輪機同樣地，具有中壓內部輪室21和外部輪室22，與中壓轉動葉片相向地設有靜止葉片。轉動葉片17是6級2組，相對於中壓輪軸(中壓轉子軸)的長度方向左右對稱。軸承中心間距離約為5.8m，初級葉片長約為100mm，最終級葉片長約為230mm。初級、2級的燕尾是倒慄子形。最終級轉動葉片前的對應於靜止葉片的轉子軸直徑約為630mm，軸承間距離相對於該直徑之比為9.2倍。
本實施例中的中壓蒸汽渦輪機的轉子軸，其轉動葉片植入部的軸向寬度是，從初級到4級、5級及最終級，以3個階段階段地增大，最終級的寬度變大為是初級的約1.4倍。
本蒸汽渦輪機的轉子軸，對應於靜止葉片部分的直徑減小，其寬度是，從初級轉動葉片到2～3級及最終級轉動葉片，以4個階段階段地減小，後者減小為前者的軸向寬度約0.75倍。
本實施例中，除了初級葉片和噴嘴使用表5所示材料外，都由不含W、Co、B的12％Cr鋼構成。本實施例中的轉動葉片的葉片部長度是，從初級到最終級，各級加長，根據蒸汽渦輪機輸出功率，從初級到最終級的長度為60～300mm，級數是6～9級，各級的葉片長度，下流側相對於上流側、相鄰的長度以1.1～1.2的比例加長。
轉動葉片植入部相對於對應靜止葉片部分的直徑加大，其寬度是，轉動葉片的葉片長度越大，其植入寬度越大。該寬度相對於轉動葉片的葉片部長度的比率是，從初級到最終級為0.35～0.8，從初級到最終級，階段地減小。
圖9是低壓渦輪機的斷面圖。低壓渦輪機2臺串聯連接，具有約相同的構造。各轉動葉片41左右有8級，左右對稱，另外，與轉動葉片對應地設有靜止葉片42。最終級轉動葉片長度是43英寸，使用表1的No.7所示12％Cr鋼，具有圖10所示的雙榫鞍型燕尾形。噴嘴箱44是複流型。轉子軸43採用超精煉材料的具有全回火貝氏體組織的鍛鋼，該鍛鋼由Ni 3.75％、Cr 1.75％、Mo 0.4％、V 0.15％、C 0.25％、Si 0.05％、Mn 0.1％、其餘Fe構成。最終級以外的轉動葉片及靜止葉片都使用含有0.1％的Mo的12％Cr鋼，內外部殼體材料使用C 0.25％的鑄鋼。本實施例中，軸承43的中心間距離為7500mm，對應於靜止葉片的轉子軸的直徑為1280mm，轉動葉片植入部的直徑為2275mm。軸承中心間距離與轉子軸直徑之比為5.9。
圖10是1092mm(43″)長葉片的立體圖。51是與高速蒸汽相碰的葉片部，52是轉子軸的植入部，53是支承葉片離心力的銷插入孔，54是防止蒸汽中水滴侵蝕的防蝕屏蔽層(用焊接接合Co基合金的鎢鉻鈷合金板)，57是蓋。本實施例中，該長葉片是由整體鍛造成一體後、用切削加工成形。蓋57也可以用機械方法一體成形。
43″長葉片，用電渣重熔法熔制，進行鍛造熱處理而成。鍛造在850～1150℃的溫度範圍內進行，熱處理用實施例1所示條件進行。表1的No.7，表示該長葉片材料的化學成分(重量％)。該長葉片的金屬組織，是全回火馬氏體組織。
表1的No.7中，表示室溫拉伸及20℃V形缺口夏氏衝擊值。本43″長葉片的機械性質，充分滿足所要求的特性，即，拉伸強度128.5kgf/mm2以上，20℃V形缺口夏氏衝擊值4kgf-m/cm2以上。
本實施例的低壓渦輪機，其轉動葉片植入部的軸向寬度是，從初級到3級、4級、5級、6～7級和8級，以4個階段漸漸地增大，最終級的比初級的寬度大約6.8倍。
另外，對應於靜止葉片部分的直徑減小，該部分的軸向寬度是，從初級轉動葉片側到第5級、第6級、第7級，以3個階段漸漸地增大，最終級的寬度相對於初級與2級之間，約大2.5倍。
本實施例中，轉動葉片是6級，其葉片部長度是，從初級的約3″到43″的最終級，各級加長。根據蒸汽渦輪機輸出功率，從初級到最終級的長度為80～1100mm，級數是8級或9級，各級葉片部長度是，下流側相對於上流側、相鄰長度以1.2～1.8倍的比例加長。
轉動葉片植入部相對於對應靜止葉片部分的直徑加大，其寬度是，轉動葉片的葉片長度越大，其植入寬度越大。該寬度相對於轉動葉片的葉片部長度的比率是，從初級到最終級為0.15～0.91，從初級到最終級，階段地減小。
另外，轉子軸的對應於各靜止葉片部分的寬度，初級與第2級之間到最終級與其前級之間，各級階段地增大。該寬度相對於轉動葉片的葉片部長度之比是0.25～1.25，從上流側往下流側漸漸減小。
除了本實施例外，對於高壓蒸汽渦輪機及中壓蒸汽渦輪機的蒸汽入口溫度為610℃、2臺低壓蒸汽渦輪機的蒸汽入口溫度為385℃的1000MW級大容量發電設備，也可以是同樣的構造。
本實施例中，高溫高壓蒸汽渦輪機設備，主要由燒煤鍋爐、高壓渦輪機、中壓渦輪機、低壓渦輪機2臺、冷凝器、凝結水泵、低壓給水加熱器系統、脫氣器、升壓泵、給水泵、高壓給水加熱器系統等構成。即，鍋爐產生的超高溫高壓蒸汽，進入高壓渦輪機產生了動力後，再被鍋爐再熱，進入中壓渦輪機產生動力，該中壓渦輪排氣蒸汽進入低壓渦輪產生動力後，由冷凝器冷凝。該冷凝液由凝結水泵供給低壓給水加熱器系統、脫氣器。由脫氣器脫氣了的給水，由升壓泵、給水泵送到高壓給水加熱器，升溫後返回鍋爐。
在鍋爐中，給水通過節煤器、蒸發器、過熱器，成為高溫高壓蒸汽。另一方面，加熱了蒸汽的鍋爐燃燒氣體出了節煤器後，進入空氣加熱器，加熱空氣。給水泵由給水泵驅動用渦輪機驅動，該驅動渦輪機由來自中壓渦輪機的蒸汽作動。
這樣構成的高溫高壓蒸汽渦輪機設備中，出了高壓給水加熱器系統的給水溫度，比已往火力設備中的給水溫度高很多。所以，必然地從鍋爐內節煤器出來的燃燒氣體溫度也比已往鍋爐高很多。因此，來自該鍋爐排氣中的熱回收不使氣體溫度降低。
另外，除了本實施例外，也可以用相同的高壓渦輪機、中壓渦輪機和1臺或2臺低壓渦輪機串聯連接，構成使1臺發電機旋轉發電的串聯複合型發電設備。如本實施例所述，在功率為1050MW級的發電機中，其發電機軸採用更高強度的材料。最好具有全回火貝氏組織，含有C0.15～0.3％、Si 0.1～0.3％、Mn 0.5％以下、Ni 3.25～4.5％、Cr 2.05～3％、Mo 0.25～0.6％、V 0.05～0.2％。室溫拉伸強度為93kgf/mm2以上，最好為100kgf/mm2以上，50％FATT為0℃以下，最好在-20℃以下。21.2KG中的磁化力為985AT/cm以下，不純物P、S、Sn、Sb、As的總量在0.025％以下，Ni/Cr之比為2.0以下。
高壓渦輪機軸，以其多級側的初級葉片植設部為中心，植設著9級葉片。在中壓渦輪機軸上設有用於左右對稱地各分別植設6極葉片的葉片植設部，基本上以中心為界。高壓、中壓、低壓渦輪機的轉子軸上都設有中心孔(低壓渦輪機轉子軸圖未示)，通過該中心孔進行超聲波檢查、目視檢查和螢光探傷，檢查有無缺陷。另外，從外表面進行超聲波檢查時，也可以不設中心孔。
表5表示使用於本實施例的高壓渦輪機、中壓渦輪機和低壓渦輪機的主要部的化學成分(重量％)。本實施例中，高壓部和中壓部的高溫部，由具有全部鐵素體結晶構造的熱膨張係數為12×10-6/℃的材料構成，所以，完全沒有熱膨張係數的不同所產生的問題。
高壓渦輪機和中壓渦輪機的轉子軸這樣製作用電氣爐熔化30噸表5所示耐熱鑄鋼，進行碳真空脫氧後鑄入金屬鑄模，拉伸製成電極棒，將該電極棒從鑄鋼的上部熔化到下部地進行電渣重熔，鍛拉成形為轉子軸形狀(直徑1050mm、長度3700mm)。為了防止鍛造裂紋，該鍛拉在1150℃以下的溫度下進行。對該鍛鋼進行退火熱處理後，加熱至1050℃後進行水噴霧冷卻的淬火處理。再用570℃和690℃進行2次回火，用切削加工成形為所需的形狀。本實施例中，將電渣鋼塊的上部側作為初級葉片側，將下部作為最終級側。
高壓部和中壓部的葉片及噴嘴這樣製作用真空電弧熔化爐熔化表5所示的耐熱鑄鋼，鍛拉成形為葉片和噴嘴坯材形狀(寬150mm、高50mm、長1000mm)。為了防止鍛造裂紋，該鍛拉在1150℃以下的溫度下進行。將該鍛鋼加熱至1050後進行油淬火處理，再用690℃進行回火，再切削加工成預定形狀。
高壓部和中壓部的內部殼體、主蒸汽斷流閥殼體和蒸汽調整閥殼體這樣製作用電氣爐熔化表5所示的耐熱鑄鋼，澆包精煉後鑄入砂模鑄模內製成。在鑄入前，由於進行充分的精煉和脫氧，所以沒有氣孔等鑄造缺陷。用JIS、Z 3158標準對該殼體材進行焊接性評價。預熱、程間及後熱開始溫度為200℃，後熱處理是400℃×30分。本發明材中未發現焊接裂紋，焊接性良好。
表5(wt.％

表6表示對上述鐵素體鋼製高溫蒸汽渦輪機主要構件切斷調查得到的機械性質以及熱處理條件。
對該轉子軸中心部調查的結果是，能充分滿足高壓、中壓渦輪機轉子軸所要求的特性(625℃、105h強度≥10kgf/mm2，20℃衝擊吸收能量≥1.5kgf-m)。這樣，證明可製造出能在620℃以上蒸汽中使用的蒸汽渦輪機轉子軸。
另外，對葉片特性調查的結果是，能充分滿足高壓、中壓渦輪機的初級葉片所要求的特性(625℃、105h強度≥15kgf/mm2)。這樣，證明可製造出能在620℃以上蒸汽中使用的蒸汽渦輪機葉片。
另外，對殼體特性調查的結果是，能充分滿足高壓、中壓渦輪機殼體所求的特性(625℃、105h強度≥10kgf/mm2，20℃衝擊吸收能量≥1kgf-m)。這樣，證明可製造出能在620℃以上蒸汽中使用的蒸汽渦輪機殼體。
表6

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本實施例中，為了改善軸承特性，在轉子軸的軸頸部堆焊Cr-Mo低合金鋼。堆焊如下地進行。
採用復蓋電弧焊接棒(直徑4.0φ)作為試驗用焊接棒。表7表示用該焊接棒焊接的焊接金屬化學成分(重量％)。該焊接金屬的成分與焊接材的成分基本相同。
焊接條件是，焊接電流170A，電壓24V，速度26cm/min。
表7

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在上述試驗用母材表面上用堆焊組合表8所示各層使用的焊接棒，進行8層的焊接。各層的厚度為3～4mm，全部厚度約為28mm，將表面磨削5mm。
焊接施工條件是，預熱、焊層間、去除應力退火(SR)開始溫度是250～350℃，SR處理條件是630℃×36小時保持。
表8

為了確認焊接部的性能，在板材上也同樣地堆焊，進行160℃的側彎試驗，在焊接部未發現裂紋。
另外，進行了旋轉的軸承滑動試驗，均對軸承無不良影響，耐氧化性也好。
另外，即使對將高壓蒸汽渦輪機、中壓蒸汽渦輪機和1臺或2臺低壓蒸汽渦輪機串聯連接，3600r/min的串聯型發電設備以及表4中渦輪機構成中，也可以同樣地組合本實施例的高壓渦輪機、中壓渦輪機和低壓渦輪機進行構成。〔實施例3〕表9表示蒸汽溫度600℃、600MW蒸汽渦輪機的主要規格。本實施例中，串聯複合雙流型、低壓渦輪機中最終級葉片長度是43英寸，為HP·IP一體型和LP1臺(C)或2臺(D)，有3000r/min的轉速，高溫部中主要由表9所示材料構成。高壓部(HP)的蒸汽溫度是600℃，壓力是250kgf/cm2，中壓部(IP)的蒸汽溫度被再熱器加熱至600℃，以45～65kgf/cm2的壓力運轉。低壓部(LP)蒸汽溫度400℃，以100℃以下、722mm Hg的真空送到冷凝器。表9

圖11是高壓中壓一體型蒸汽渦輪機的斷面構造圖，圖12是其轉子軸的斷面圖。在高壓蒸汽渦輪機中，植設了高壓轉動葉片的高壓輪軸23(高壓轉子軸)設在高壓內部輪室18和其外側的高壓外部輪室19內。上述的高溫高壓蒸汽從上述鍋爐得到，通過主蒸汽管，從構成主蒸汽入口的法蘭、彎頭25通過主蒸汽入口28，從噴嘴箱38導向初級複流的轉動葉片。轉動葉片在圖中左側的高壓側有8級，在(圖中右側約一半)中壓側有6級。與這些轉動葉片對應地設有靜止葉片。轉動葉片是鞍型或木屐形、燕尾形、雙榫形，高壓側初級葉片長約為40mm，中壓側初級葉片長約為100mm。軸承43間的長度約為6.7m，與靜止葉片對應部分的最小部分的直徑約為740mm，長度相對於直徑之比是9.0。
高壓側轉子軸的初級和最終級轉動葉片植入根部的寬度是，初級最大，第2級～第7級為同樣大小但比初級小，為初級的0.4～0.56倍。最終級的大小在初級與第2～7級之間，為初級的0.46～0.62倍。
在高壓側，葉片和噴嘴由後述表5所示12％Cr鋼構成。本實施例中，轉動葉片的葉片部的長度是，初級為35～50mm，從第2級到最終級，各級加長，根據蒸汽渦輪機輸出功率，從第2級到最終級的長度在50～150mm範圍內，級數是7～12級，各級的葉片部長度是，下流側相對於上流側，相鄰長度在1.05～1.35倍的範圍內加長，並且，在下流側該比率漸漸增大。
中壓蒸汽渦輪機藉助蒸汽(該蒸汽是從高壓側蒸汽渦輪機排出的蒸汽被再熱器再次加熱至600℃的蒸汽)，與高壓蒸汽渦輪機一起使發電機旋轉，用3000rpm的轉速旋轉。中壓側渦輪機與高壓側渦輪機同樣地具有內部輪室21和外部輪室22，與轉動葉片17相向地設有靜止葉片。轉動葉片17是6級。初級葉片長約為130mm，最終級葉片長約為260mm。燕尾是倒慄子形。對應於靜止葉片的轉子軸直徑約為740mm。
中壓蒸汽渦輪機的轉子軸，其轉動葉片植入根部的軸向寬度是，初級最大，第2級比初級小，第3～5級相同但比第2級小，最終級的寬度在第3～5級與第2級之間、並且是初級的0.48～0.64倍。初級是第2級的1.1～1.5倍。
中壓側中，葉片和噴嘴採用表5所示12％Cr鋼。本實施例中的轉動葉片的葉片部長度是，從初級到最終級各級加長，根據蒸汽渦輪機輸出功率，從初級到最終級的長度是90～350mm，級數是6～9級，各級的葉片部長度是，下流側相對於上流側，相鄰長度以1.1～1.25的比例加長。
轉動葉片的植入部與靜止葉片對應的部分相比，直徑加大。其寬度與轉動葉片的葉片長度和位置有關。該寬度相對於轉動葉片的葉片部長度的比率是，初級最大，為1.35～1.80倍；第2級為0.88～1.18倍；第3～6級到最終級漸漸減小，為0.4～0.65倍。
圖13是低壓渦輪機斷面圖，圖14是其轉子軸的斷面圖。低壓渦輪機是1臺，並與高中壓串聯連接。轉動葉片41左右有6級，左右大致對稱。與轉動葉片對應地設有靜止葉片42。最終級的轉動葉片長度是43英寸，採用表1所示12％Cr鋼或Ti基合金。Ti基合金經過時效硬化處理，含有AL6重量％和V4重量％。轉子軸採用超精煉材料的具有全回火貝氏體組織的鍛鋼，以重量計該鍛鋼含有Ni 3.75％、Cr1.75％、Mo 0.4％、V 0.15％、C 0.25％、Si 0.05％、Mn 0.1％、其餘Fe。最終級和其前級以外的轉動葉片和靜止葉片，都採用含有0.1％Mo的12％Cr鋼。內外部殼體材採用C 0.25％的鑄鋼。本實施例中，軸承43的中心間距離是7000mm，對應於靜止葉片的轉子軸直徑為800mm，轉動葉片植入部的直徑各級相同。軸承中心間距離對與靜止葉片部對應的轉子軸直徑之比是8.8。
低壓渦輪機，其轉動葉片植入根部的軸向寬度是，初級最小，往下流以2、3級相等，4、5級相等這樣4個階段漸漸加大，最終級的寬度比初級寬度大6.2～7.0倍。2、3級是初級的1.15～1.4倍，4、5級是2、3級的2.2～2.6倍。最終級是4、5級的2.8～3.2倍。根部的寬度用漸漸擴開的延伸線與轉子軸直徑的連接點表示。
本實施例中轉動葉片的葉片部長度是，從初級的4″到43″的最終級，各級加長，根據蒸汽渦輪機輸出功率，從初級到最終級的長度在100～1270mm的範圍內，最大8級，各級的葉片部長度是，下流側相對於上流側，相鄰長度在1.2～1.9倍的範圍內加長。
轉動葉片植入根部與靜止葉片對應部分相比，直徑加大成漸漸擴開狀，轉動葉片的葉片部長度越大，其植入寬度越大。該寬度相對於轉動葉片的葉片部長度的比率是，從初級到最終級的前面產0.3～1.5，該比率從初級到最終級的前面漸漸減小，後級的比率比其前一個在0.15～0.4的範圍內漸漸減小。最終級是0.5～0.65的比率。
本實施例中的最終級轉動葉片與實施例2相同。圖15是表示本實施例中，用電子束焊接或TIG焊接56接合著防蝕屏蔽層(鎢鉻鈷合金)54狀態的斷面圖和立體圖。如圖所示，屏蔽層54在表側和裡側的2個部位焊接。
除了本實施例外，對高中壓蒸汽渦輪機的蒸汽入口溫度為610℃以上、低壓蒸汽渦輪機的蒸汽入口溫度為400℃和出口溫度為60℃的1000MW級大容量發電設備也可以採用同樣的構造。
本實施例中，高溫高壓蒸汽渦輪機發電設備，主要由燒煤鍋爐、高中壓渦輪機、低壓渦輪機、冷凝器、凝結水泵、低壓給水加熱器系統、脫氣器、升壓泵、給水泵、高壓給水加熱器系統等構成。即，鍋爐產生的超高溫高壓蒸汽，進入高壓側渦輪機產生了動力後，再被鍋爐再熱，進入中壓側渦輪機，使其產生動力。該高中壓渦輪機的排出蒸汽，進入低壓渦輪機產生了動力後，由冷凝器冷凝。該冷凝液由凝結水泵供給低壓給水加熱器系統、脫氣器。由脫氣器脫氣了的給水，由升壓泵、給水泵送到高壓給水加熱器，升溫後返回鍋爐。
在鍋爐中，給水通過節煤器、蒸發器、過熱器，成為高溫高壓蒸汽。另一方面，加熱了蒸汽的鍋爐燃燒氣體出了節煤器後，進入空氣加熱器，加熱空氣。給水泵由給水泵驅動用渦輪機驅動，該驅動渦輪機由從中壓渦輪機中抽出的蒸汽作動。
這樣構成的高溫高壓蒸汽渦輪機設備中，出了高壓給水加熱器系統的給水溫度，比已往火力設備中的給水溫度高很多，所以，必然地從鍋爐內節煤器出來的燃燒氣體溫度也比已往鍋爐高很多。因此，從該鍋爐排氣中回收的熱不使氣體溫度降低。
本實施例中，是把高中壓渦輪機和1臺低壓渦輪機與1臺發電機串聯連接構成為發電的串聯複合雙流型發電設備。作為另一實施例，對採用表9所示的渦輪機構造(D)，將2臺低壓渦輪機串聯連接，輸出功率為1050MW的發電設備，也可以採用與實施例同樣的構造。該發電機軸採用更高強度的材料。最好具有全回火貝氏組織，含有C0.15～0.3％、Si 0.1～0.3％、Mn 0.5％以下、Ni 3.25～4.5％、Cr 2.05～3％、Mo 0.25～0.6％、V 0.05～0.2％。其室溫拉伸強度為93kgf/mm2以上，最好為100kgf/mm2以上，50％FATT為0℃以下，最好在-20℃以下。21.2KG中的磁化力為985AT/cm以下，不純物P、S、Sn、Sb、As的總量在0.025％以下，Ni/Cr之比為2.0以下。
表5表示使用於本實施例的高中壓渦輪機和低壓渦輪機的主要部的化學成分(重量％)。本實施例中，高壓側和中壓側一體化的高溫部，除了採用後述實施例4的No.9的馬氏體鋼外，也採用表5所示者。由於具有全部鐵素結晶構造，熱膨長係數是12×10-6/℃，所以，完全沒有膨長係數的不同所造成的問題。
高中壓部的轉子軸這樣製作用電氣爐熔化30噸表10的No.9所示耐熱鑄鋼，進行碳真空脫氧後鑄入金屬鑄模，拉伸製成電極棒，將該電極棒從鑄鋼的上部熔化到下部地進行電渣重熔，鍛拉成形為轉子軸形狀(直徑1450mm、長度5000mm)。為了防止鍛造裂紋，該鍛拉在1150℃以下的溫度下進行。對該鍛鋼進行退火熱處理後，加熱至1050℃進行水噴霧冷卻的淬火處理。再用570℃和690℃進行2次回火，用切削加工成形為圖12所示形狀。其它各部的材料和製作條件與實施例2相同。軸承軸頸部45的堆焊也同樣地進行。〔實施例4〕用真空熔化法將表10所示組成的合金鑄造成10kg、30mm見方的鋼錠。製作大型蒸汽渦輪機轉子軸時，模擬其中心部，1050℃×5小時保持後，以中心部的冷卻速度100℃/h進行冷卻淬火，進行570℃×20小時的1次回火和690℃×20小時的2次回火；製作葉片時，進行1100℃×1小時的淬火，進行750℃×1小時的回火。用625℃、30kgf/mm2進行蠕變抗斷試驗，結果如表7所示。
表10中No.1～No.6的本發明合金，適用於620℃以上的蒸汽條件，其蠕變抗斷壽命長。雖然Co量越多蠕變抗斷時間越提高，但Co量過多時，受到600～660℃的加熱，有產生加熱脆化的傾向，所以，為了提高強度和韌性這兩方面。在620～630℃，最好為2～5％；在630～660℃，最好為5.5～8％。B為0.03％以下時，具有高強度。在620～630℃，B量為0.001～0.01％，Co量為2～4％，在630～660℃的高溫側，B量為0.01～0.03％，通過將Co量提高為5～7.5％，可以得到高強度。
本實施例中，在超過600℃的溫度時，N量少被強化，與N量多者相比，強度高。N量最好為0.01～0.04％。在真空熔化中，由於幾乎不含有N，用母合金添加。
如表10所示，轉子軸材料相當於本實施例的No.2的合金，可得到高強度。與No.8的Mn量為作為0.09者，在Co量相同時，明顯地表示出較高強度。為了更強化，Mn量最好為0.03～0.2％。
表10

表11表示適用於600℃級的轉子軸材料化學成分(重量％)。熱處理是，用1100℃×2h→100℃/h冷卻後，用560℃×15h→20℃/h冷卻，用665℃×45h→20℃/h冷卻。熱處理都是使轉子軸一邊繞中心旋轉一邊進行的。
表12表示轉子軸材料的機械特性。衝擊值是V形缺口夏氏衝擊值，FATT是50％斷面過渡溫度。
表11

表12

從蠕變抗斷強度看，本發明材料的600℃、105h蠕變抗斷強度是11kgf/mm2，高於高效率渦輪機材料所要求的強度(10kgf/mm2)，其韌性是1kgf-m以上。
No.2中，Al超過了0.015％，其105h蠕變抗斷強度稍有降低，為11kgf/mm2以下。W多達1.0％時，δ鐵素體析出，強度和韌性都降低，不能達到本發明目的。
W為0.1～0.65％時，可得到高強度。
W對FATT的影響是，W在0.1～0.65％的範圍內時FATT低，具有高韌性，在該範圍以下或以上時，韌性降低。在0.2～0.5％的範圍時，可得到低的FATT。
本實施例的馬氏體鋼，在600℃附近的高溫，蠕變抗斷強度顯著增高，可充分滿足超高溫高壓蒸汽渦輪機轉子軸所要求的強度。另外，也適用於600℃附近的高效率渦輪機用葉片。〔實施例5〕表13表示本發明高壓、中壓和高中壓渦輪機的內部殼體材料化學成分(重量％)。試樣設定為大型殼體的厚壁厚部，用高頻感應熔化爐熔化200kg，鑄入最大厚度200mm，寬380mm，高440mm的砂模，製作成鑄塊。試樣經過1050℃×8h爐冷退火處理後，設定大型蒸汽渦輪機殼體的厚度，進行正火(1050℃×8h→空冷)，2次回火(710℃×7h→空冷，710℃×7h→空冷)的熱處理。
用JIS、Z 3158標準進行焊接性評價。預熱、層間和後熱開始溫度是150℃，後熱處理是400℃×30分。
表13

表14表示室溫的拉伸特性、20℃V形缺口夏氏衝擊吸收能量、650℃的105h蠕變抗斷強度和焊接裂紋試驗結果。
添加了適量B、Mo和W的本發明材料的蠕變抗斷強度和衝擊吸收能量，能充分滿足高溫高壓渦輪機殼體所要求的特性(625℃、105h強度≥8kgf/mm2，20℃衝擊吸收能量≥1kgf-m)。其強度高達9kgf/mm2。另外，本發明材中未發現焊接裂紋，焊接性良好。B量與焊接裂紋的關係是，當B量超過0.0035％時，產生焊接裂紋。No.1材料可能會產生一些裂紋。Mo對機械性質的影響是，當Mo量多達1.18％時，雖然蠕變抗斷強度高，但衝擊值低，不能滿足所要求的韌性。當Mo為0.11時，雖然韌性高，但蠕變抗斷強度低，不能滿足所要求的強度。
W對機械性質的影響是，當W量為1.1％以上時，蠕變抗斷強度顯著增高，但W量高達2％以上時，室溫衝擊吸收能量降低。通過將Ni/W之比調節在0.25～0.75的範圍內，可得到能滿足溫度621℃、壓力250kgf/cm2以上的高溫高壓渦輪機的高壓和中壓內部殼體、以及主蒸汽斷流閥和調節閥殼體所要求的625℃、105h蠕變抗斷強度9kgf/mm2以上、室溫衝擊吸收能量1kgf-m以上的耐熱鑄鋼殼體材。特別是，通過將W量調節為1.2～2％、Ni/W之比調節為0.25～0.75，可以得到625℃、105h蠕變抗斷強度為10kgf/mm2以上、室溫衝擊吸收能量為2kgf-m以上的優質耐熱鑄鋼殼體材。
表14

W量為1.0％以上時，強度顯著強化；在1.5％以上時，可得到8kgf/mm2以上的值。本發明的No.7，在640℃以下能充分滿足要求的強度。
用電氣爐熔化1噸以本發明耐熱鑄鋼為目標組成的合金原料，澆包精煉後鑄入砂模鑄模內，得到實施例3記載的高中壓部的內部殼體。對該殼體進行1050℃×8h爐冷退火熱處理後，進行1050℃×8h的風冷正火熱處理，再進行2次730℃×8h的爐冷回火。對具有全回火馬氏體組織的該試樣殼體進行切斷調查的結果是，能充分滿足250氣壓、625℃高溫高壓渦輪機殼體所要求的特性(625℃、105h強度≥9kgf/mm2，20℃衝擊吸收能量≥1kgf-m)。並且可以焊接。〔實施例6〕本實施例中，高壓蒸汽渦輪機和中壓蒸汽渦輪機或高中壓蒸汽渦輪機的蒸汽溫度不是625℃，而是649℃。構造和大小與實施例2或實施例3基本相同。與實施例2不同之處是，與該溫度直接接觸的高壓、中壓或高中壓一體型蒸汽渦輪機的轉子軸、初級轉動葉片和初級靜止葉片和內部殼體。除了內部殼體外，這些材料中，是在前述表7所示材料中，將B量提高到0.01～0.03％，將Co量提高到5～7％。內部殼體材是，將實施例2的W量提高到2～3％，將Co量增加3％，這樣可滿足要求的強度，而且可採用現有的設計。即，本實施例中，曝露於高溫的結構材料全用鐵素體鋼構成，這一點可沿用現有的設計思想。另外，第2級轉動葉片和靜止葉片的蒸汽入口溫度約為610℃，所以，最好採用實施例1的初級所用的材料。
另外，低壓蒸汽渦輪機的蒸汽溫度約為405℃，雖然稍高於實施例2或實施例3的380℃，實施例2的材料具有足夠高的強度，所以，轉子軸本身採用相同的超精煉材。
另外，對於本實施例中的並聯多軸型；即使在用全部直連的串聯型、3600rpm的轉速中也能實施。
工業實用性根據本發明，可得到在600～660℃下的蠕變抗斷強度和室溫韌性高的馬氏體耐熱鍛鋼及鑄鋼，所以，各溫度下的超臨界壓渦輪機用主要構件都可以用鐵素體耐熱鋼製作。可沿用已往的蒸汽渦輪機的基本設計思想，得到高可靠性的火力發電設備。
已往，在這樣的溫度下，不得不使用奧氏體合金，因此從其製造性看，不能製造出健全的大型轉子軸，而用本發明的鐵素體耐熱鍛鋼，可製造出健全的大型轉子軸。
本發明的全鐵素體鋼製高溫蒸汽渦輪機，由於不使用熱膨長係數大的奧氏合金，所以，渦輪機的急起動容易，並且不容易受熱疲勞損傷。
權利要求
1.蒸汽渦輪機發電設備，備有高壓渦輪機、中壓渦輪機及低壓渦輪機、或高中壓渦輪機及低壓渦輪機，其特徵在於，高壓渦輪機及中壓渦輪機或高中壓渦輪機，其初級轉動葉片的水蒸汽入口溫度是600～660℃，低壓渦輪機的初級轉動葉片的水蒸汽入口溫度是380～475℃，曝露於高壓渦輪機及中壓渦輪機或高中壓渦輪機的上述水蒸汽入口溫度的轉子軸、轉動葉片、靜止葉片及內部殼體，由含有Cr 8～13重量％的高強度馬氏鋼構成，並且，低壓渦輪機的最終級轉動葉片的〔葉片長(英寸×轉速(rpm)〕值為125000以上。
2.高中壓一體型蒸汽渦輪機，具有轉子軸、植設在該轉子軸上的轉動葉片、導引水蒸汽流入轉動葉片的靜止葉片和保持該靜止葉片的內部殼體，水蒸汽流入轉動葉片的初級的溫度是600～660℃，加熱從高壓側渦輪機出來的蒸汽，加熱到與高壓側入口溫度同等以上後，送到中壓側渦輪機，其特徵在於，上述轉子軸、或轉子軸和轉動葉片及靜止葉片中的至少初級，由含有Cr 9～13重量％的全回火馬氏體組織高強度馬氏體鋼構成；該馬氏體鋼在與轉動葉片初級的流入蒸汽溫度對應的溫度下，105小時蠕變斷裂強度是10kgf/mm2以上；上述內部殼體由含有Cr8～12重量％的馬氏體鑄鋼構成，該馬氏體鑄鋼在與上述蒸汽溫度對應的溫度下，105小時蠕變抗斷強度是10kgf/mm2以上。
3.高中壓一體型蒸汽渦輪機，具有轉子軸、植設在該轉子軸上的轉動葉片、導引水蒸汽流入該轉動葉片的靜止葉片和保持該靜止葉片的內部殼體，其特徵在於，上述轉子軸和上述轉動葉片及靜止葉片的至少初級，由高強度馬氏體鋼構成，以重量計，該馬氏體鋼含有C 0.05％～0.20％、Si0.15％以下、Mn.0.03％～1.5％、Cr 9.5％～13.％、Ni 0.05％～1.0％、V 0.05～0.35％、Nb0.01～0.20％、N 0.01～0.06％、Mo 0.05～0.5％、W 1.0～3.5％、Co 2～10％、B 0.0005～0.03％、Fe 78％以上；上述內部殼體由高強度馬氏體鋼構成，以重量計，該馬氏體鋼含有C0.06～0.16％、Si 0.5％以下、Mn 1％以下、Ni 0.2～1.0％、Cr 8～12％、V 0.05～0.35％、Nb0.01～0.15％、N 0.01～0.1％、Mo 0.15％以下、W 1～4％、B 0.0005～0.003％、Fe 85％以上。
4.高中壓一體型蒸汽渦輪機，具有轉子軸、植設在該轉子軸上的轉動葉片、導引水蒸汽流入該轉動葉片的靜止葉片和保持該靜止葉片的內部殼體，其特徵在於，上述轉動葉片的高壓側是7級以上，中壓側是5級以上；上述轉子軸由含有Cr 9～13重量％的高強度馬氏體鋼構成，轉子軸的軸承中心間距離(L)為6000mm以上，設有靜止葉片部分的最小直徑(D)為660mm以上，上述(L/D)為8.0～11.3。
5.高中壓一體型蒸汽渦輪機，具有轉子軸、植設在該轉子軸上的轉動葉片、導引水蒸汽流入該轉動葉片的靜止葉片和保持該靜止葉片的內部殼體，其特徵在於，上述轉子軸和轉動葉片及靜止葉片的至少初級，由高強度馬氏體鋼構成，以重量％計，該馬氏體鋼含有C 0.1％～0.25％、Si 0.6％以下、Mn 1.5％以下、Cr 8.5％～13.％、Ni 0.05～1.0％、V 0.05～0.5％、Nb0.02～0.20％、N 0.01～0.1％、Mo 0.5～2.5％、W 0.10～0.65％、Al0.1％以下、Fe 80％以上。
6.低壓蒸汽渦輪機，具有轉子軸、植設在該轉子軸上的轉動葉片、導引水蒸汽流入該轉動葉片的靜止葉片和保持該靜止葉片的內部殼體，其特徵在於，上述轉動葉片左右對稱地各有5級以上，為初級植設在轉子軸中心部的複流構造，上述轉子軸由含有Cr 1～2.5重量％和Ni 3.0～4.5重量％的Ni-Cr-Mo-V低合金鋼構成，轉子軸的軸承中心間距離(L)為6500mm以上，設有靜止葉片部分的最小直徑(D)為750mm以上，上述(L/D)為7.2～10.0；最終級轉動葉片由〔葉片長(英寸)×轉速(rpm)〕的值為125000以上的高強度馬氏體鋼構成。
7.蒸汽渦輪機發電設備，備有相互連接著的高壓渦輪機和中壓渦輪機和2臺串聯連接的低壓渦輪機、或高中壓渦輪機和1臺低壓渦輪機，其特徵在於，上述高壓渦輪機和中壓渦輪機、或高中壓渦輪機，其初級轉動葉片的水蒸汽水入口溫度是600～660℃，上述低壓渦輪機的初級轉動葉片水蒸汽入口溫度是350～400℃，上述低壓渦輪機的最終級轉動葉片由〔葉片長(英寸)×轉速(rpm)〕的值為125000以上的高強度馬氏體鋼構成；上述高壓渦輪機及中壓渦輪機的初級轉動葉片由含有Cr 9.5～13重量％的高強度馬氏體鋼或Ni基合金鋼構成。
8.燒煤火力發電設備，備有燒煤鍋爐、被該鍋爐產生的水蒸汽驅動的蒸汽渦輪機、被該蒸汽渦輪機驅動的1臺或2臺的具有1000MW以上發電輸出功率的發電機，其特徵在於，上述蒸汽渦輪機具有高壓渦輪機、與該高壓渦輪機連接的中壓渦輪機和2臺低壓渦輪機，或者具有高中壓渦輪機和低壓渦輪機；上述高壓渦輪機及中壓渦輪機或高中壓渦輪機，其初級轉動葉片的水蒸汽入口溫度是600～660℃，上述低壓渦輪機的初級轉動葉片的水蒸汽入口溫度是380～400℃；被上述鍋爐的過熱器加熱到比高壓渦輪機的初級轉動葉片水蒸汽入口溫度高3℃以上的水蒸汽流入高壓渦輪機的初級轉動葉片，由上述鍋爐的再熱器把從高壓渦輪機出來的水蒸汽加熱到比中壓渦輪機初級轉動葉片水蒸汽入口溫度高2℃以上的溫度後，使其流入中壓渦輪機的初級轉動葉片，由上述鍋爐的節煤器把從中壓渦輪機出來的水蒸汽加熱到比低壓渦輪機的初級轉動葉片水蒸汽入口溫度高3℃以上的溫度後，使其流入低壓渦輪機的初級轉動葉片，並且，低壓蒸汽渦輪機的最終級轉動葉片由〔葉片長(英寸)×轉速(rpm)〕的值為125000以上的高強度馬氏體鋼構成。
9.低壓蒸汽渦輪機，具有轉子軸、植設在該轉子軸上的轉動葉片、導引水蒸汽流入該轉動葉片的靜止葉片和保持該靜止葉片的內部殼體，其特徵在於，上述初級轉動葉片的水蒸汽入口溫度是350～450℃，上述轉子軸的靜止葉片部分的直徑(D)是750～1000mm，軸承中心間距離(L)是上述(D)的7.2～10.0倍；上述轉子軸由低合金鋼構成，以重量％計，該低合金鋼含有C 0.2％～0.3％、Si 0.05％以下、Mn 0.1％以下、Ni3.0～4.5％、Cr 1.25～2.25％、Mo 0.07～0.2％、V 0.07～0.2％、Fe 92.5％以上。
10.高中壓一體型蒸汽渦輪機，具有轉子軸、植設在該轉子軸上的轉動葉片、導引水蒸汽流入該轉動葉片的靜止葉片和保持該靜止葉片的內部殼體，其特徵在於，高壓側的轉動葉片為7級以上，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側為30～150mm，轉子軸的轉動葉片植入部直徑大於對應於靜止葉片部分的直徑，上述植入部的軸方向根部寬度，上流側與下流側相比階段地增大，相對於葉片部長度的比率是0.2～1.6，從上流側朝下流側增大；中壓側轉動葉片左右對稱地具有5級以上，葉片部長度從水蒸汽流的上流側至下流側為100～350mm，轉子軸的上述轉動葉片植入部的直徑大於對應於靜止葉片部分的直徑，上述植入部根部的軸方向寬度，除了最終級外，下流側小於上流側，相對於葉片部長度的比率是0.35～0.80，從上流側朝著下流側變小。
11.高中壓一體型蒸汽渦輪機，具有轉子軸、植設在該轉子軸上的轉動葉片、導引水蒸汽流入該轉動葉片的靜止葉片和保持該靜止葉片的內部殼體，其特徵在於，上述轉動葉片為7級以上，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側為25～200mm，相鄰各級的葉片部長度之比為1.05～1.35，上述葉片部長度是下流側比上流側漸漸增大；中壓部轉動葉片為5級以上，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側為100～300mm，相鄰葉片部長度是下流側比上流側增大，其比是1.05～1.35，朝下流側漸漸增大。
12.低壓蒸汽渦輪機，具有轉子軸、植設在該轉子軸上的轉動葉片、導引水蒸汽流入該轉動葉片的靜止葉片和保持該靜止葉片的內部殼體，其特徵在於，上述轉動葉片是具有左右對稱5級以上的複流構造，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側處在80～1300mm的範圍內，轉子軸的轉動葉片植入部直徑大於對應於靜止葉片部分的直徑，植入部的軸方向根部寬度漸漸擴展地大於葉片部植入部的寬度，從下流側朝上流側階段地增大，相對於葉片部長度的比率是，從最終級的跟前到初級以0.2～1.6漸漸增大。
13.低壓蒸汽渦輪機，具有轉子軸、植設在該轉子軸上的轉動葉片、導引水蒸汽流入該轉動葉片的靜止葉片和保持該靜止葉片的內部殼體，其特徵在於，上述轉動葉片是具有左右對稱5級以上的複流構造，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側處在80～1300mm的範圍內，相鄰各級的葉片部長度是下流側比上流側大，其比為1.2～1.7的範圍，在下流側，上述葉片部長度漸漸增大。
14.低壓蒸汽渦輪機，具有轉子軸、植設在該轉子軸上的轉動葉片、導引水蒸汽流入該轉動葉片的靜止葉片和保持該靜止葉片的內部殼體，其特徵在於，上述轉動葉片是具有左右對稱5級以上的複流構造，葉片部長度從水蒸汽流的上流側到下流側處在80～1300mm的範圍內，上述轉子軸的轉動葉片植入部根部的軸方向寬度，至少以3階段增大，下流側大於上流側，漸漸擴展地大於上述葉片部植入部寬度。
15.高中壓一體型蒸汽渦輪機，具有轉子軸、植設在該轉子軸上的轉動葉片、導引水蒸汽流入該轉動葉片的靜止葉片和保持該靜止葉片的內部殼體，其特徵在於，高壓側的轉動葉片為6級以上，轉子軸的與靜止葉片對應部分的直徑小於與轉動葉片植入部對應的部分的直徑，轉動葉片植入部根部的軸方向寬度是，初級部最大，從水蒸汽流的上流側到下流側，以3個階段階段地增大；中壓側的轉動葉片有5級以上，轉子軸的與靜止葉片對應部分的直徑小於與轉動葉片植入部對應部分的直徑，轉動葉片的植入部根部軸方向的寬度，水蒸汽流的上流側與下流側相比，以4階段階段性地不同，上述轉動葉片的初級、2級和最終級比其它級大。
16.蒸汽渦輪機，其特徵在於，由馬氏體鋼構成，以重量比計，該馬氏體鋼含有C 0.08％～0.18％、Si 0.25％以下、Mn 0.90％以下、Cr 8.0～13.0％、Ni 2～3％以下、 Mo 1.5～3％、V 0.05～0.35％、Nb和Ta中的一種或二種總計量0.02～0.20％、N 0.02～0.1％。
17.如權利要求16所述的蒸汽渦輪機，其特徵在於，上述馬氏體鋼的室溫拉伸強度是120kgf/mm2以上，葉片部長度是36英寸以上，〔葉片長(英寸)×轉速(rpm)〕的值為125000以上。
18.蒸汽渦輪機葉片的製造方法，其特徵在於，由馬氏體鋼構成，以重量比計，該馬氏體鋼含有C 0.08％～0.18％、Si 0.25％以下、Mn 0.90％以下、Cr 8.0～13.0％、Ni 2～3％以下、Mo 1.5～3％、V 0.05～0.35％、Nb和Ta中的一種或二種總計量0.02～0.20％、N 0.02～0.1％，熔化及鍛造後，用1000℃～1100℃加熱並保持後，實施急冷淬火處理，再用550℃～570℃加熱保持後冷卻實施1次回火，再用560℃～570℃加熱保持冷卻實施2次回火熱處理。
全文摘要
本發明的目的是提供高熱效率、小型化的超臨界壓力蒸汽渦輪機發電設備,因採用鐵素體鋼而能實現蒸汽溫度600～660℃的高溫化。本發明中,暴露於高溫部的轉子軸等主要部件用鐵素體鋼及鑄鋼構成,低壓渦輪機最終級葉片用馬氏體鋼構成,使主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度能達到600～660℃,實現小型化的超臨界壓力蒸汽渦輪機發電設備。最終級葉片由拉伸強度為120kgf/mm
文檔編號F01D5/28GK1209186SQ96180028
公開日1999年2月24日 申請日期1996年2月16日 優先權日1996年2月16日
發明者志賀正男, 小野田武志, 中村重義, 福井寬 申請人:株式會社日立製作所