(57)【要約】  超高温蒸気が流れる超高温側部と、高温蒸気が流れる高温側部とを有する蒸気タービンロータの製造方法であって、超高温側部を構成する耐熱合金の化学組成に対応する化学組成からなる第１電極と、高温側部の化学組成に対応する化学組成からなる第２電極とを用い、これらの電極の接合部の断面積を他の電極部分よりも小さくした状態で、これらの電極の接合部どうしを仮接合し、この仮接合された第１及び第２電極を用いてＥＳＲ処理してＥＳＲインゴットを得、このインゴットをロータ形状に鍛造してロータ鍛造品とし、このロータ鍛造品を熱処理してロータ素材とした後に、このロータ素材から前記蒸気タービンロータを製造するものである。
2010053023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超高温蒸気が流れる超高温側部と、高温蒸気が流れる高温側部とを有する蒸気タービンロータの製造方法であって、
前記超高温側部を構成する耐熱合金の化学組成に対応する化学組成からなる第１電極と、前記高温側部の化学組成に対応する化学組成からなる第２電極とを用意し、
第１及び第２の電極の長手方向の端部の周縁部分に接合部を有し、
これらの第１及び第２電極の前記接合部を含む断面積を他の電極部分よりも小さくした状態で、これらの第１及び第２電極の前記接合部どうしを仮接合し、
この仮接合された第１及び第２電極を用いてエレクトロスラグ再溶解して得られるエレクトロスラグ再溶解インゴットをロータ形状に鍛造してロータ鍛造品とし、
その後、このロータ鍛造品を熱処理してロータ素材とした後に、このロータ素材から前記蒸気タービンロータを製造することを特徴とする蒸気タービンロータの製造方法。
【請求項２】
前記第２電極が第１電極とは異なった化学組成からなり、蒸気タービンロータの高温側部が超高温側部と異なった化学組成から構成されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンロータの製造方法。
【請求項３】
前記高温側部が、フェライト系耐熱鋼にて構成されることを特徴とする請求項２に記載の蒸気タービンロータの製造方法。
【請求項４】
前記ロータ鍛造品の熱処理では、超高温側部と高温側部とを、それぞれの化学組成に対応した予め定めた熱処理条件で同時に熱処理することを特徴とする請求項２に記載の蒸気タービンロータの製造方法。
【請求項５】
前記第２電極が第１電極と同一の化学組成からなり、蒸気タービンロータの高温側部が超高温側部と同一の耐熱合金から構成されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンロータの製造方法。
【請求項６】
前記ロータ鍛造品の熱処理では、超高温側部と高温側部とを、同一の熱処理条件で同時に熱処理することを特徴とする請求項５に記載の蒸気タービンロータの製造方法。
【請求項７】
前記超高温側部を構成する耐熱合金が、Ｎｉ基超合金であることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンロータの製造方法。
【請求項８】
前記第１及び第２電極は中実構造であり、これらの接合部のみがリング形状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンロータの製造方法。
【請求項９】
前記第１及び第２電極は中実構造であり、これらの接合部は、前記両電極の外周側部分のみが軸方向に突出した形状に形成されて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンロータの製造方法。
【請求項１０】
前記第１及び第２電極は中実構造であり、これらの接合部は、前記両電極の中央側部分のみが軸方向に突出した形状に形成されて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンロータの製造方法。
【請求項１１】
前記蒸気タービンロータが、高圧タービンロータ、中圧タービンロータ、または高・中圧一体型タービンロータであることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンロータの製造方法。
【請求項１２】
上記請求項１に記載の蒸気タービンロータの製造方法により製造されたことを特徴とする蒸気タービンロータ。
【請求項１３】
高圧タービンロータ、中圧タービンロータ、または高・中圧一体型タービンロータ備えた蒸気タービンの蒸気タービンロータであって、ロータ胴部と、前記ロータ胴部の両側に設けられた軸受部と、前記ロータに設けられ、蒸気タービンロータの周方向に複数枚配設されるタービン用動翼と、を有し、
前記蒸気タービンロータは、超高温蒸気が流れる超高温側部と、高温蒸気が流れる高温側部とを有し、前記超高温側部を構成する耐熱合金の化学組成に対応する化学組成からなる第１電極と、前記高温側部の化学組成に対応する化学組成からなる第２電極との長手方向の端部の周縁部分に接合部を設け、これらの第１及び第２電極の前記接合部を含む断面積を他の電極部分よりも小さくした状態で、これらの第１及び第２電極の前記接合部どうしを仮接合し、この仮接合された第１及び第２電極を用いてエレクトロスラグ再溶解して得られたエレクトロスラグ再溶解インゴットをロータ形状に鍛造してロータ鍛造品とし、このロータ鍛造品を熱処理して得られたロータ素材を機械加工し、さらに前記動翼を植設して、製造されたことを特徴とする、蒸気タービンロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンロータの製造方法及び蒸気タービンロータに係り、特にエレクトロスラグ再溶解（以下、ＥＳＲと称する。）を利用して蒸気タービンロータを製造する蒸気タービンロータの製造方法、及びそれを用いた蒸気タービンロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンロータは、一般に、原材料を最終的に所定の化学組成になるように溶解・精錬し、鋳型に鋳込んで凝固させ、その凝固させたインゴットを鍛造しロータ形状に仕上げてロータ鍛造品とし、このロータ鍛造品を熱処理してロータ素材とし、このロータ素材を機械加工し動翼を植設して製造される。【０００３】
また、上述の如く溶解・精錬した後、得られたインゴットを電極としてＥＳＲ炉で再溶解（ＥＳＲ）させた後に凝固させ、得られたＥＳＲインゴットを鍛造してロータ鍛造品とし、このロータ鍛造品を熱処理してロータ素材とし、このロータ素材を機械加工し動翼を植設して製造される場合もある。ＥＳＲを行う主な狙いは、凝固組織の改善や成分偏析の低減、不純物の除去などである。【０００４】
特開平６−１５５００１号公報（特許文献１）には、蒸気タービンロータの各部の化学組成に対応する化学組成の複数の中空電極を用い、ＥＳＲ処理を実施して高低圧一体型タービンロータを製造する技術が開示されている。【０００５】
また、特開２００１−５０００７号公報、及び特開２００１−５０００２号公報（特許文献２及び３）には、異なる化学組成のロータ部分素材をＥＳＲにより結合して高中低圧タービンロータ、低圧タービンロータを製造する技術が開示されている。【０００６】
ところで、蒸気タービンを含む火力プラントにおいて、地球環境保護の観点から二酸化炭素の排出量抑制技術が注目されており、また発電の高効率化のニーズも高まっている。蒸気タービンの発電効率を向上させるためには、タービン蒸気温度を高温化することが有効であり、近年の蒸気タービンを備える火力発電プラントにおいて、その蒸気温度は６００℃以上まで上昇している。将来的には６５０℃、さらに７００℃や７００℃超級へと上昇する傾向が見られる。【０００７】
このように高温化が進むと、適用される蒸気タービンロータはフェライト系耐熱鋼（１％ＣｒＭｏＶ鋼や１２％Ｃｒ系鋼など）では高温強度が不足するため、より高い高温強度を有するＮｉ基超合金等の耐熱合金に移行する傾向にある。しかし、この耐熱合金は、溶解設備の制約から製品重量で、十数トン規模の製造が限界である。また、耐熱合金は、フェライト系耐熱鋼よりも高コストである。【０００８】
そこで、耐熱合金の適用範囲を極力少なくして、蒸気タービンロータ全体のコストを低く抑えることも必要である。そのためには、蒸気タービンロータをモノブロックではなく接合タイプとして、耐熱合金とフェライト系耐熱鋼との接合構造とし、材料を適材適所に使用することが有効である。【０００９】
その接合構造としては、溶接接合やボルト締結が考えられるが、溶接接合の場合には、接合部の溶接欠陥の発生、溶接変形の発生、溶接残留応力の発生など、ロータの設計や長期信頼性の観点から解決すべき課題が多い。また、ボルト締結の場合には、接合部におけるロータホイール間隔を最適設計間隔よりも大きくする必要があり、蒸気タービンロータの性能低下を招く。また、ボルト締結はホイール構造に対しては適用可能であるが、ドラムロータ構造に対しては適用できない。【００１０】
発明の開示
本発明の第１の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、超高温蒸気を使用する蒸気タービン用の蒸気タービンロータに、高温特性に優れた耐熱合金を用い、その製造技術上の制約を克服して製造できる蒸気タービンロータの製造方法、及びそれを適用した蒸気タービンロータを提供することにある。【００１１】
本発明の第２の目的は、超高温蒸気を使用する蒸気タービン用の蒸気タービンロータを、低コスト且つ高品質に製造できる蒸気タービンロータの製造方法、及びそれを適用した蒸気タービンロータを提供することにある。【００１２】
上述の目的を解決すために提供される本発明は、超高温蒸気が流れる超高温側部と、高温蒸気が流れる高温側部とを有する蒸気タービンロータの製造方法であって、
前記超高温側部を構成する耐熱合金の化学組成に対応する化学組成からなる第１電極と、前記高温側部の化学組成に対応する化学組成からなる第２電極とを用意し、
第１及び第２の電極の長手方向の端部の周縁部分に接合部を有し、
これらの第１及び第２電極の前記接合部を含む断面積を他の電極部分よりも小さくした状態で、これらの第１及び第２電極の前記接合部どうしを仮接合し、
この仮接合された第１及び第２電極を用いてエレクトロスラグ再溶解して得られるエレクトロスラグ再溶解インゴットをロータ形状に鍛造してロータ鍛造品とし、
その後、このロータ鍛造品を熱処理してロータ素材とした後に、このロータ素材から前記蒸気タービンロータを製造することを特徴とする蒸気タービンロータの製造方法。【００１３】
上記蒸気タービンロータの製造方法においては、以下のような好適な実施態様をとる事が出来る。【００１４】
前記第２電極が第１電極とは異なった化学組成からなり、蒸気タービンロータの高温側部が超高温側部と異なった化学組成から構成することが望ましい。【００１５】
前記高温側部が、フェライト系耐熱鋼にて構成することが望ましい。【００１６】
前記ロータ鍛造品の熱処理では、超高温側部と高温側部とを、それぞれの化学組成に対応した予め定めた熱処理条件で同時に熱処理することが望ましい。【００１７】
また、前記第２電極が第１電極と同一の化学組成からなり、蒸気タービンロータの高温側部が超高温側部と同一の耐熱合金から構成することが望ましい。【００１８】
また、前記ロータ鍛造品の熱処理では、超高温側部と高温側部とを、同一の熱処理条件で同時に熱処理することが望ましい。【００１９】
前記超高温側部を構成する耐熱合金が、Ｎｉ基超合金であることが望ましい。【００２０】
前記第１及び第２電極は中実構造であり、これらの接合部のみがリング形状に形成されたことが望ましい。【００２１】
さらに、前記第１及び第２電極は中実構造であり、これらの接合部は、前記両電極の外周側部分のみが軸方向に突出した形状に形成されて構成することが望ましい。【００２２】
また、前記第１及び第２電極は中実構造であり、これらの接合部は、前記両電極の中央側部分のみが軸方向に突出した形状に形成されて構成することが望ましい。【００２３】
尚、前記蒸気タービンロータが、高圧タービンロータ、中圧タービンロータ、または高・中圧一体型タービンロータであってもよい。【００２４】
一方、本発明の目的は、上記請求項１に記載の蒸気タービンロータの製造方法により製造されたことを特徴とする蒸気タービンロータによっても達成される。【００２５】
より詳しくは、高圧タービンロータ、中圧タービンロータ、または高・中圧一体型タービンロータ備えた蒸気タービンの蒸気タービンロータであって、ロータ胴部と、前記ロータ胴部の両側に設けられた軸受部と、前記ロータに設けられ、蒸気タービンロータの周方向に複数枚配設されるタービン用動翼と、を有し、
前記蒸気タービンロータは、超高温蒸気が流れる超高温側部と、高温蒸気が流れる高温側部とを有し、前記超高温側部を構成する耐熱合金の化学組成に対応する化学組成からなる第１電極と、前記高温側部の化学組成に対応する化学組成からなる第２電極との長手方向の端部の周縁部分に接合部を設け、これらの第１及び第２電極の前記接合部を含む断面積を他の電極部分よりも小さくした状態で、これらの第１及び第２電極の前記接合部どうしを仮接合し、この仮接合された第１及び第２電極を用いてエレクトロスラグ再溶解して得られたエレクトロスラグ再溶解インゴットをロータ形状に鍛造してロータ鍛造品とし、このロータ鍛造品を熱処理して得られたロータ素材を機械加工し、さらに前記動翼を植設して、製造されたことを特徴とする、蒸気タービンロータ。【００２６】
本発明に係る蒸気タービンロータの製造方法及び蒸気タービンロータによれば、耐熱合金を溶解して第１電極を作製し、この第１電極と他の第２電極とを用いエレクトロスラグ再溶解を行なってエレクトロスラグ再溶解インゴットを得、ロータ鍛造品及びロータ素材を順次経て蒸気タービンロータを製造するので、大型部品を製造できない等の耐熱合金の製造技術上の制約を克服して、蒸気タービンロータを製造できる。また、蒸気タービンロータの超高温側部が、高温強度に優れた耐熱合金にて構成されるので、６００℃を越える超高温蒸気に対しても、蒸気タービンロータの健全性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る蒸気タービンロータの製造方法における第１の実施の形態により製造される蒸気タービンロータを示す概略断面図。
【図２】図１の蒸気タービンロータを製造するためのＥＳＲに使用される電極の接合構造の第１実施例を示す概略部分側面図。
【図３】図１の蒸気タービンロータを製造するためのＥＳＲに使用される電極の接合構造の第２実施例を示す概略部分側面図。
【図４】図１の蒸気タービンロータを製造するためのＥＳＲに使用される電極の接合構造の第３実施例を示す概略部分側面図。
【図５】図１の蒸気タービンロータを製造するためのＥＳＲに使用される電極の接合構造の第４実施例を示す概略部分側面図。
【図６】蒸気タービンロータを製造するためのＥＳＲに使用される電極の接合構造の比較例を示す概略部分側面図。
【図７】ＥＳＲにて作製されたＥＳＲインゴットを示す概略側面図。
【図８】図２〜図６の各実施例の電極の接合構造を用いて作製されたＥＳＲインゴットの組成遷移領域の遷移幅を、比較例の場合と比較して示す図表。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。【００２９】
（１）第１の実施の形態（図１〜図８）
図１に示す蒸気タービンロータ１０は、高・中圧一体型タービンロータであり、ロータ胴部１１と、このロータ胴部１１の両側に設けられた軸受部１２とを有して構成される。ロータ胴部１１に、高圧タービン用の動翼１３と、中圧タービン用の動翼１４とが植設されている。高圧タービン用の動翼１３は、ロータ胴部１１において、蒸気タービンロータ１０の周方向に複数枚配列され、この配列群が蒸気タービンロータ１０の軸方向に複数段落設置される。また、中圧タービン用の動翼１４は、ロータ胴部１１において、蒸気タービンロータ１０の周方向に複数枚配設され、この配列群が蒸気タービンロータ１０の軸方向に複数段落設置される。【００３０】
上述の蒸気タービンロータ１０は、６００℃を超える超高温の蒸気にさらされ、この超高温蒸気は、高圧タービン用動翼１３の上流側の段落（図中中央寄りの複数の段落）と、中圧タービン用動翼１４の上流側の段落（図中中央寄りの複数の段落）に流れる。従って、この蒸気タービンロータ１０のロータ胴部１１では、超高温蒸気が流れる部分を含む超高温側部１５が、高温強度（例えば高温クリープ破断強度）に優れた耐熱合金としてのＮｉ基合金にて構成される。【００３１】
このＮｉ基合金としては、商品名ＩＮ６１７（１３Ｃｏ−２２Ｃｒ−９Ｍｏ−１Ａｌ−０．３Ｔｉ−残Ｎｉ［重量％］）、または商品名ＩＮ６２５（２２Ｃｒ−９Ｍｏ−３．６Ｎｂ−０．２Ａｌ−０．２Ｔｉ−残Ｎｉ［重量％］）が好ましい。【００３２】
また、この蒸気タービンロータ１０では、ロータ胴部１１において６００℃以下の蒸気が流れる部分と、軸受部１２の部分とが高温側部１６とされる。この高温側部１６は、超高温側部１５とは異なった化学組成の材料、例えばフェライト系耐熱鋼にて構成される。【００３３】
このフェライト系耐熱鋼としては、例えば１２％Ｃｒ鋼（１０．５Ｃｒ−１Ｍｏ−０．２Ｖ−０．０７Ｎｂ−０．０５Ｎ−１Ｗ−残Ｆｅ［重量％］）、または１％ＣｒＭｏＶ鋼（１Ｃｒ−１．２５Ｍｏ−０．２５Ｖ−残Ｆｅ［重量％］）が好ましい。【００３４】
尚、図１の蒸気タービンロータ１０は、高・中圧一体型タービンロータの場合を示したが、高圧タービンロータまたは中圧タービンロータであってもよい。【００３５】
次に、上述の蒸気タービンロータ１０の製造工程を説明する。【００３６】
この製造工程においては、まず超高温側部１５を構成するＮｉ基超合金の原材料を所定の化学組成になるように溶解（精錬を含む）させた後に凝固させて、このＮｉ基超合金の化学組成に対応する化学組成の第１電極１７（図５）を作製し用意する。また、高温側部１６を構成するフェライト系耐熱鋼の原材料を所定の化学組成になるように溶解（精錬を含む）させた後に凝固させて、このフェライト系耐熱鋼の化学組成に対応する化学組成の第２電極１８（図５）を作製し用意する。【００３７】
これらの第１電極１７及び第２電極１８は、上述のように異なった化学組成であるが、共にＥＳＲ用の電極である。これらの第１電極１７の接合部１９Ａの断面積と、第２電極１８の接合部２０Ａの断面積は、それぞれの電極１７、１８の他の部分の断面積よりも小さく形成されている。【００３８】
例えば、図２に示すように、第１電極１７及び第２電極１８が中実構造であり、接合部１９Ａ及び接合部２０Ａのみがリング形状に形成される（第１実施例）。また、図３に示すように、第１電極１７及び第２電極１８が中実構造で、第１電極１７の接合部１９Ｂと第２電極１８の接合部２０Ｂは、それぞれの電極の外周側部分のみを軸方向に突出させた形状に形成されて構成され、第１電極１７における接合部１９Ｂの内側と、第２電極１８における接合部２０Ｂの内側とが傾斜面に形成される（第２実施例）。【００３９】
また、図４に示すように、第１電極１７及び第２電極１８が中実構造で、第１電極１７の接合部１９Ｃと第２電極１８の接合部２０Ｃは、それぞれの電極の外周側部分のみを軸方向に突出させた形状に形成されて構成され、第１電極１７における接合部１９Ｃの内側と、第２電極１８における接合部２０Ｃの内側とが半球面形状にそれぞれ形成される（第３実施例）。更に、図５に示すように、第１電極１７及び第２電極１８が中実構造で、第１電極１７の接合部１９Ｄと第２電極１８の接合部２０Ｄは、それぞれの電極の中央部分のみが軸方向に突出した形状に形成されて構成される（第４実施例）。【００４０】
次に、第１電極１７の接合部１９Ａ〜１９Ｄと第２電極１８の接合部２０Ａ〜２０Ｄとを仮接合、例えば溶接にて仮止めし、この状態で、これらの第１電極１７及び第２電極１８をＥＳＲ炉に装着する。ここで、仮接合位置を図２〜図５中に符号２５で示す。そして、この仮接合された第１電極１７及び第２電極１８を用いてＥＳＲ処理を実施し、ＥＳＲインゴット２１（図７）を作製する。【００４１】
このＥＳＲインゴット２１では、Ｎｉ基超合金から構成される超高温側部２２と、フェライト系耐熱鋼にて構成される高温側部２３と、Ｎｉ基超合金の組成元素とフェライト系耐熱鋼の組成元素とが混在した組成遷移領域２４とが存在する。【００４２】
ここで、組成遷移領域２４の遷移幅Ｗは、超高温側部２２と高温側部２３とをそれぞれ組成する組成元素について２０％以上の相違が認められる範囲を、ＥＳＲインゴット２１の長手方向長さで表示したものとして定義される。例えば、高温側部２３にＡ元素が５％含まれ、超高温側部２２に同一のＡ元素が１０％含まれる場合、組成遷移領域２４においてＡ元素が６％〜８％の範囲を、この組成遷移領域２４の遷移幅Ｗと定義する。この場合、ＥＳＲインゴット２１を組成する組成元素によってその分布状態が異なるので、各組成元素毎に遷移幅Ｗを求め、これらの遷移幅Ｗのうちで最大の値が組成遷移領域２４の遷移幅Ｗとされる。【００４３】
尚、組成遷移領域２４の材料の諸特性が与える影響を考慮したとき、蒸気タービンロータ１０の長期間運用の信頼性を確保する観点から、組成遷移領域２４の遷移幅Ｗは狭い方が好ましい。例えば、第１電極１７がＩＮ６１７であり、第２電極１８が１２％Ｃｒ鋼であるときのＥＳＲインゴット２１における組成遷移領域２４の遷移幅Ｗは、図６に示すように、第１電極１７の接合部１９Ｅと第２電極１８の接合部２０Ｅとが外周箇所の仮止め位置２５で溶接仮止めされ、全面接触した状態でＥＳＲ処理されたときに作製されたＥＳＲインゴット２１の組成遷移領域２４の遷移幅Ｗを１としたとき、図８に示すように、図２の接合構造の場合が０．４１、図３の接合構造の場合が０．３２、図４の接合構造の場合が０．２８、図５の接合構造の場合が０．３４と、いずれも、図６の接合構造の場合の半分以下の値となっている。【００４４】
次に、上述のようにして作製されたＥＳＲインゴット２１をロータ形状に鍛造してロータ鍛造品（不図示）を作製し、その後、このロータ鍛造品を熱処理してロータ素材（不図示）を作製する。【００４５】
ロータ鍛造品の熱処理では、超高温側部（図７の超高温側部２２と同一の化学組成）と、高温側部（図７の高温側部２３と同一の化学組成）とを、それぞれの化学組成に適した（好ましくは最適な）熱処理条件で、同時に熱処理する。例えば、ロータ鍛造品の超高温側部と高温側部とを、それぞれ異なった加熱温度で同時に加熱し、それぞれ異なった冷却速度で同時に冷却する。【００４６】
その後、上述の熱処理によって作製されたロータ素材を機械加工し、動翼１３、１４を植設して、図１に示す蒸気タービンロータ１０を製造する。【００４７】
以上のように構成されたことから、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（８）を奏する。【００４８】
（１）Ｎｉ基超合金を溶解して第１電極１７を作製し、この第１電極１７と第２電極１８とを用いＥＳＲを行ってＥＳＲインゴット２１を得、ロータ鍛造品及びロータ素材を順次経て蒸気タービンロータ１０を製造するので、大型部品を製造できない等のＮｉ基超合金の製造上の制約を克服して、蒸気タービンロータ１０を製造できる。【００４９】
（２）蒸気タービンロータ１０の超高温側部１５が、高温強度に優れたＮｉ基超合金にて構成されるので、６００℃を超える超高温蒸気に対しても、蒸気タービンロータ１０の健全性を確保できる。【００５０】
（３）ＥＳＲ用の第１電極１７が高価なＮｉ基超合金で構成されるが、第２電極１８がフェライト系耐熱鋼にて構成されるので、これらの第１電極１７及び第２電極１８を用いて作製されるＥＳＲインゴット２１を経て、蒸気タービンロータ１０を低コストに製造できる。【００５１】
（４）第１電極１７の接合部１９Ａ〜１９Ｄと第２電極１８の接合部２０Ａ〜２０Ｄのそれぞれの断面積が、これらの第１電極１７、第２電極１８の他の部分の断面積よりも小さく形成されている。このため、これらの第１電極１７及び第２電極１８を用いたＥＳＲにおいて、接合部１９Ａ〜１９Ｄと接合部２０Ａ〜２０Ｄの溶解量が少なくなるため溶融プールの深さが浅くなって当該プールを平坦化でき、また、凝固速度を速めることができる。この結果、ＥＳＲインゴット２１における組成遷移領域２４の遷移幅Ｗを狭くできるので、このＥＳＲインゴット２１を経て製造される蒸気タービンロータ１０が高品質となり、蒸気タービンロータ１０の長期間運用上の信頼性を向上させることができる。【００５２】
（５）第１電極１７の接合部１９Ａ〜１９Ｄと第２電極１８の接合部２０Ａ〜２０Ｄのそれぞれの断面積が、これらの第１電極１７、第２電極１８の他の部分の断面積よりも小さく形成されたことから、両電極が中空形状である場合に比べ、これらの第１電極１７及び第２電極１８の電極長さを短くできる。従って、これらの第１電極１７及び第２電極１８を装着するＥＳＲ炉等を小型化できる。【００５３】
（６）ロータ鍛造品の熱処理では、化学組成が異なる超高温側部（図７の超高温側部２２と同一の化学組成）と、高温側部（図７の高温側部２３と同一の化学組成）とを、それぞれの化学組成に最適な熱処理条件で同時に熱処理する。この結果、ロータ鍛造品における超高温側部と高温側部のそれぞれにおける材料特性を十分に発揮させることができる。【００５４】
（７）蒸気タービンロータ１０では、Ｎｉ基超合金から構成される超高温側部１５と、フェライト系耐熱鋼から構成される高温側部１６とがＥＳＲ処理により接合され、溶接接合やボルト締結が用いられていないので、溶接に伴い発生する不具合（例えば溶接変形、残留応力等）や、ボルト締結により生ずる不具合（ロータホイール間隔の増大、ドラムロータ構造への不適応等）などの接合に伴う技術的課題を克服することができる。【００５５】
（８）更にまた、本発明実施例に拠れば、周辺部の仮接合に優れている。即ち、周縁部の仮接合は、中心部を含んで仮接合する場合に比べて電極保持が容易であり、強度面での安定性が増し、ＥＳＲ接合時に生じる溶湯液面の揺らぎに対する安定性が高く、ＥＳＲの途中で溶融していない部分の軸心がずれたり落下してしまう可能性が極めて小さい、との利点も有する。【００５６】
（２）第２の実施の形態
この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。【００５７】
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、蒸気タービンロータ１０の超高温側部１５と高温側部１６とが同一の耐熱合金、例えばＮｉ基超合金にて構成され、従って、この蒸気タービンロータ１０を製造するためのＥＳＲの第１電極１７と第２電極１８も共に、Ｎｉ基超合金の化学組成に対応する化学組成から構成された点である。【００５８】
この場合には、上述の第１電極１７及び第２電極１８を用いたＥＳＲ処理により作製されたＥＳＲインゴット２１の超高温側部２２と高温側部２３は、共にＮｉ基超合金から構成されることになり、従って組成遷移領域２４は存在しない。【００５９】
このため、このＥＳＲインゴット２１を鍛造して作製されたロータ鍛造品は、超高温側部と高温側部とが、Ｎｉ基超合金に最適な熱処理条件で同時に熱処理（加熱、冷却）される。尚、本実施の形態において、ＥＳＲ用の第１電極１７、第２電極１８には、それぞれ、接合部１９Ａ〜１９Ｄ、接合部２０Ａ〜２０Ｄが形成されてもよいが、接合部１９Ｅ、２０Ｅが形成されてもよい。【００６０】
従って、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の効果（１）、（２）、（５）、（７）及び（８）と同様な効果を奏する。【００６１】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施の形態においては、超高温側部１５を構成する耐熱合金がＮｉ基超合金の場合を述べたが、高温側部１６と同一または異なった化学組成のフェライト系耐熱鋼であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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