(57)【要約】  本発明は、Ｎｉ基合金と高クロム鋼との溶接による接合部の強度を維持するために、Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、１段目の時効処理を施してから、第１の部材同士が接続された部材に、高クロム鋼で形成された第２の部材を溶接によって接合し、その後、第１の部材同士が接続された部材への２段目の時効処理の施工、及び前記第１の部材と第２の部材の溶接部への溶接後熱処理を施すものである。
2009154245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士が接合された部材に高クロム鋼で形成された第２の部材を接合することで形成される構造物の製造方法であって、
Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、
該第１の部材同士の溶接継手に１段目の時効処理を施してから、前記第１の部材同士が接続された部材に、高クロム鋼で形成された第２の部材を溶接によって接合し、
その後、前記第１の部材同士の溶接継手への２段目の時効処理の施工、及び前記第１の部材と第２の部材の溶接部への溶接後熱処理を施すことを特徴とするＮｉ基合金−高クロム鋼構造物の製造方法。
【請求項２】
Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士が接合された部材に高クロム鋼で形成された第２の部材を接合することで構成される構造物の製造方法であって、
Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、
該第１の部材同士の溶接継手に１段目の時効処理及び２段目の時効処理を施してから、前記第１の部材同士が接続された部材に、高クロム鋼で形成された第２の部材を溶接によって接合し、該溶接部へ溶接後熱処理を施すことを特徴とするＮｉ基合金−高クロム鋼構造物の製造方法。
【請求項３】
前記第１の部材同士の溶接継手への２段目の時効処理温度と、前記第１の部材と第２の部材の溶接部へ施す溶接後熱処理温度と、を同一温度とし、
前記２段目の時効処理と前記溶接後熱処理を同時に行うことを特徴とする請求項１記載のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物の製造方法。
【請求項４】
前記第１の部材同士の溶接継手の１段目の時効処理を７００〜１０００℃で行い、前記２段目の時効処理と、前記第１の部材および第２の部材の溶接部の溶接後熱処理とを６００〜８００℃で実施することを特徴とする請求項１〜３何れか１に記載のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物の製造方法。
【請求項５】
少なくとも２つの前記第１の部材同士を溶接によって接合し、
該第１の部材同士の溶接継手に１段目の時効処理を施してから、前記第１の部材同士が接続された部材に、高クロム鋼で形成された第２の部材を溶接によって接合し、
さらに、前記第２の部材に低クロム鋼で形成された第３の部材を溶接によって接合し、
その後、前記第１の部材同士の溶接継手への２段目の時効処理、前記第１の部材と第２の部材の溶接部への溶接後熱処理、及び前記第２の部材と第３の部材の溶接部への溶接後熱処理を施すことを特徴とする請求項１記載のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物の製造方法。
【請求項６】
前記第１の部材同士の溶接継手への２段目の時効処理温度と、前記第１の部材と第２の部材の溶接部へ施す溶接後熱処理温度と、前記第２の部材と第３の部材の溶接部へ施す溶接後熱処理温度と、を同一温度とし、
前記２段目の時効処理と前記各々の溶接後熱処理を同時に行うことを特徴とする請求項５記載のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物の製造方法。
【請求項７】
前記第１の部材同士の溶接継手の１段目の時効処理を７００〜１０００℃で行い、前記２段目の時効処理、前記第１の部材と第２の部材の溶接部の溶接後熱処理、及び前記第２の部材と第３の部材の溶接部の溶接後熱処理を６００〜８００℃で実施することを特徴とする請求項５又は６に記載のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物の製造方法。
【請求項８】
Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士が接合された部材に高クロム鋼で形成された第２の部材を接合することで形成される構造物であって、
Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士の溶接継手に１段目の時効処理を施してから、前記第１の部材同士が接続された部材に、高クロム鋼で形成された第２の部材を溶接によって接合し、前記第１の部材同士の溶接継手への２段目の時効処理の施工、及び前記第１の部材と第２の部材の溶接部への溶接後熱処理を施すことで形成されることを特徴とするＮｉ基合金−高クロム鋼構造物。
【請求項９】
Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士が接合された部材に高クロム鋼で形成された第２の部材を接合することで構成される構造物であって、
Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士の溶接継手に１段目の時効処理及び２段目の時効処理を施してから、前記第１の部材同士が接続された部材に高クロム鋼で形成された第２の部材を溶接によって接合し、該溶接部へ溶接後熱処理を施すことで形成されることを特徴とするＮｉ基合金−高クロム鋼構造物。
【請求項１０】
前記第１の部材同士の溶接継手への２段目の時効処理温度と、前記第１の部材と第２の部材の溶接部へ施す溶接後熱処理温度と、を同一温度とし、
前記２段目の時効処理と前記溶接後熱処理を同時に施すことで形成されることを特徴とする請求項８記載のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物。
【請求項１１】
前記第１の部材同士の溶接継手の１段目の時効処理を７００〜１０００℃で行い、前記２段目の時効処理、前記第１の部材と第２の部材の溶接部の溶接後熱処理を６００〜８００℃で実施することで形成されることを特徴とする請求項８〜１０何れか１に記載のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物。
【請求項１２】
少なくとも２つの前記第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士の溶接継手に１段目の時効処理を施してから、前記第１の部材同士が接続された部材に高クロム鋼で形成された第２の部材を溶接によって接合し、前記第２の部材に低クロム鋼で形成された第３の部材を溶接によって接合し、
前記第１の部材同士の溶接継手への２段目の時効処理、前記第１の部材と第２の部材の溶接部への溶接後熱処理、及び前記第２の部材と第３の部材の溶接部への溶接後熱処理を施すことで形成されることを特徴とする請求項８記載のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物。
【請求項１３】
前記第１の部材同士の溶接継手への２段目の時効処理温度と、前記第１の部材と第２の部材の溶接部へ施す溶接後熱処理温度と、前記第２の部材と第３の部材の溶接部へ施す溶接後熱処理温度と、を同一温度とし、
前記２段目の時効処理と前記各々の溶接後熱処理を同時に施すことで形成されることを特徴とする請求項１２記載のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物。
【請求項１４】
前記第１の部材同士の溶接継手の１段目の時効処理を７００〜１０００℃で行い、前記２段目の時効処理、前記第１の部材と第２の部材の溶接部の溶接後熱処理、及び前記第２の部材と第３の部材の溶接部の溶接後熱処理を６００〜８００℃で実施することで形成されることを特徴とする請求項１２又は１３記載のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物。
【請求項１５】
蒸気又は燃焼ガスである作動流体が導入される回転機器のロータ又はケーシングの構成に用いられることを特徴とする請求項８〜１４何れか１に記載のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に蒸気タービンやガスタービンなどのロータやケーシングなど高温流体に接触する部材を構成するＮｉ基合金−高クロム鋼構造物及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、主要な発電方法として原子力、火力、水力の３つの方法が用いられており、資源量及びエネルギー密度の観点から、今後も前記３つの発電方法が主要な発電方法として用いられていくと予想される。中でも火力発電は安全で負荷変動への対応能力の高い発電方法として利用価値が高く、発電分野において今後も引き続き重要な役割を果たしていくものと予想される。
蒸気タービンを含む石炭焚火力発電では、従来より高効率化が進められてきており、現在では一般的に６００℃級以下の蒸気条件で発電が行われ、タービンロータ、動翼等の主要部材には前記蒸気温度に対する耐熱性を有する１２Ｃｒ鋼などの高クロム鋼（フェライト系耐熱鋼）が用いられている。
また近年、ＣＯ２排出量削減と、更なる熱効率向上のために、７００℃級の蒸気条件を採用した発電技術が求められているが、７００℃級の蒸気条件を採用すると前記１２Ｃｒ鋼などの高クロム鋼（フェライト系耐熱鋼）では強度不足となる。
そこで、タービンロータの材料として、更に高い高温強度を有するＮｉ基合金を適用することが考えられるが、Ｎｉ基合金は大型鋼塊の製造が難しいためタービンロータの大型化が難しく、さらに非常に高価格であるため、Ｎｉ基合金のみを用いてタービンロータを製造することは現実的ではない。
そこで、特許文献１にはＮｉ基合金で構成することが必須な部位にのみＮｉ基合金を用い、それ以外の部位は鉄鋼材料で構成したタービンロータとして、６５０℃以上の高温蒸気が導入される蒸気タービンに備えられるタービンロータであって、前記タービンロータが、蒸気温度に応じてＮｉ基合金からなる部分とＣｒＭｏＶ鋼からなる部分に分割された部位をそれぞれ溶着により連結して構成され、前記Ｎｉ基合金からなる部分と前記ＣｒＭｏＶ鋼からなる部分との連結部及び前記ＣｒＭｏＶ鋼からなる部分の蒸気温度が５８０℃以下に維持されるタービンロータが開示されている。またＣｒＭｏＶ鋼としては、Ｃｒが重量％で０．８５〜２．５％含有される低ＣｒＭｏＶ鋼が挙げられている。
しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、ＣｒＭｏＶ鋼としてＣｒが重量％で０．８５〜２．５％含有される低ＣｒＭｏＶ鋼が挙げられており、該低ＣｒＭｏＶ鋼ではＮｉ基合金で構成される部位以外の部位において耐熱性が不足することが予想され、高温の蒸気タービンやガスタービンで使用する場合には低ＣｒＭｏＶ鋼に代えて１２Ｃｒ鋼などの高クロム鋼を用いる必要がある。
また、溶接後の継手部の強度を確保するためには溶接後に適切な処理を行う必要があるが、特許文献１には熱処理については開示されておらず溶接継手部の強度が確保できているか否か不明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８８５２５号公報
【発明の概要】
【０００４】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、Ｎｉ基合金と高クロム鋼とを溶接によって接合し、適切な熱処理を施すことで前記接合部における強度を維持することができるＮｉ基合金−高クロム鋼構造物及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明においては、
Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士が接合された部材に高クロム鋼で形成された第２の部材を接合することで形成される構造物の製造方法であって、Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士の溶接継手に１段目の時効処理を施してから、前記第１の部材同士が接続された部材に、高クロム鋼で形成された第２の部材を溶接によって接合し、その後、前記第１の部材同士の溶接継手への２段目の時効処理の施工、及び前記第１の部材と第２の部材の溶接部への溶接後熱処理を施すことを特徴とする。
また、Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士が接合された部材に高クロム鋼で形成された第２の部材を接合することで構成される構造物の製造方法であって、Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士の溶接継手に１段目の時効処理及び２段目の時効処理を施してから、前記第１の部材同士が接続された部材に、高クロム鋼で形成された第２の部材を溶接によって接合し、該溶接部へ溶接後熱処理を施すことを特徴とする。
前記第１の部材同士、及び第１の部材と第２の部材との溶接部は、溶接したままでは焼き入れ状態となっており、溶接継手の強度特性を確保するためには各継手に応じた溶接後熱処理が不可欠である。そのため、Ｎｉ基合金同士の溶接部即ち第１の部材同士の溶接部では、１段目及び２段目の時効処理を行い、Ｎｉ基合金と高クロム鋼即ち第１の部材と第２の部材との溶接部は溶接後熱処理を施すことで溶接部の強度を確保することができる。
また、前記第１の部材同士の溶接継手への２段目の時効処理温度と、前記第１の部材と第２の部材の溶接部へ施す溶接後熱処理温度と、を同一温度とし、前記２段目の時効処理と前記溶接後熱処理を同時に行ってもよい。
前記第１の部材がＮｉ基合金、第２の部材が高クロム鋼であるとき、前記２段目の時効処理温度条件と、前記第１の部材と第２の部材との溶接部の溶接後熱処理温度条件とはほぼ同じである。
そこで、前記１段目の時効処理を施した後、前記第１の部材と前記第２の部材とを溶接し、前記第１の部材同士の溶接継手の２段目の時効処理と、前記溶接後熱処理を同時に行うことで、熱処理に要する時間を短縮することができる。
なお、このとき、前記第１の部材同士の溶接継手、第１の部材と第２の部材との溶接部だけに局所的に熱処理を行うのではなく、Ｎｉ基合金−高クロム構造物全体を熱処理すると残留応力のばらつきや変形防止にも効果的である。
また、前記第１の部材同士の溶接継手の１段目の時効処理を７００〜１０００℃で行い、前記２段目の時効処理、前記第１の部材と第２の部材の溶接部の溶接後熱処理を６００〜８００℃で実施してもよい。
このような温度範囲で熱処理を実施することで、前記各溶接部に充分な強度を持たせることができる。
また、少なくとも２つの前記第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士の溶接継手に１段目の時効処理を施してから、前記第１の部材同士が接続された部材に、高クロム鋼で形成された第２の部材を溶接によって接合し、さらに、前記第２の部材に低クロム鋼で形成された第３の部材を溶接によって接合し、その後、前記第１の部材同士の溶接継手への２段目の時効処理、前記第１の部材と第２の部材の溶接部への溶接後熱処理、及び前記第２の部材と第３の部材の溶接部への溶接後熱処理を施してもよい。
Ｎｉ基合金及び高クロム鋼だけでなく、必要に応じて低クロム鋼を溶接して接合することもできる。例えば蒸気タービンのロータでは、高温の蒸気が通過する付近では高い耐熱性を有するＮｉ基合金とする必要があるが、端部付近ではさほど高い耐熱性は必要ないため低クロム鋼で充分である。そのため本発明のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物を蒸気タービンのロータに用いる場合にはその端部を低クロム鋼としても耐熱の面からは問題なく、低クロム鋼を一部に使用することでロータ（Ｎｉ基合金−高クロム鋼構造物）全体の材料費を低額に抑えることができる。
また、前記第１の部材同士の溶接継手への２段目の時効処理温度と、前記第１の部材と第２の部材の溶接部へ施す溶接後熱処理温度と、前記第２の部材と第３の部材の溶接部へ施す溶接後熱処理温度と、を同一温度とし、前記２段目の時効処理と前記各々の溶接後熱処理を同時に行ってもよい。
前記第１の部材がＮｉ基合金、第２の部材が高クロム鋼、第３の部材が低クロム鋼であるとき、前記２段目の時効処理温度条件と、前記第１の部材と第２の部材との溶接部の溶接後熱処理温度条件と、前記第２の部材と第３の部材との溶接部の溶接後熱処理温度条件はほぼ同じである。
そこで、前記１段目の時効処理を施した後、前記第１の部材と前記第２の部材とを溶接し、前記第１の部材同士の溶接継手の２段目の時効処理と、前記各々の溶接後熱処理（前記第１の部材と第２の部材との溶接部の溶接後熱処理、及び前記第２の部材と第３の部材との溶接部の溶接後熱処理）を同時行うことで、熱処理に要する時間を短縮することができる。
なお、このとき、前記第１の部材同士の溶接継手、第１の部材と第２の部材との溶接部及び第２の部材と第３の部材との溶接部だけに局所的に熱処理を行うのではなく、Ｎｉ基合金−高クロム構造物全体を熱処理すると残留応力のばらつきや変形防止にも効果的である。
また、前記第１の部材同士の溶接継手の１段目の時効処理を７００〜１０００℃で行い、前記２段目の時効処理、前記第１の部材と第２の部材の溶接部の溶接後熱処理、及び前記第２の部材と第３の部材の溶接部の溶接後熱処理を６００〜８００℃で実施してもよい。
このような温度範囲で熱処理を実施することで、前記各溶接部に充分な強度を持たせることができる。
また、課題を解決するための構造物の発明として、
Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士が接合された部材に高クロム鋼で形成された第２の部材を接合することで形成される構造物であって、Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士の溶接継手に１段目の時効処理を施してから、前記第１の部材同士が接続された部材に、高クロム鋼で形成された第２の部材を溶接によって接合し、前記第１の部材同士の溶接継手への２段目の時効処理の施工、及び前記第１の部材と第２の部材の溶接部への溶接後熱処理を施すことで形成されることを特徴とする。
また、Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士が接合された部材に高クロム鋼で形成された第２の部材を接合することで構成される構造物であって、Ｎｉ基合金で形成された少なくとも２つの第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士の溶接継手に１段目の時効処理及び２段目の時効処理を施してから、前記第１の部材同士が接続された部材に高クロム鋼で形成された第２の部材を溶接によって接合し、該溶接部へ溶接後熱処理を施すことで形成されることを特徴とする。
本発明のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物は、少なくとも２つの前記第１の部材同士を溶接によって接合し、該第１の部材同士の溶接継手に１段目の時効処理を施してから、前記第１の部材同士が接続された部材に高クロム鋼で形成された第２の部材を溶接によって接合し、前記第２の部材に低クロム鋼で形成された第３の部材を溶接によって接合し、前記第１の部材同士の溶接継手への２段目の時効処理、前記第１の部材と第２の部材の溶接部への溶接後熱処理、及び前記第２の部材と第３の部材の溶接部への溶接後熱処理を施すことで形成してもよい。
また、本発明のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物は、前記第１の部材同士の溶接継手の１段目の時効処理を７００〜１０００℃で行い、前記２段目の時効処理、前記第１の部材と第２の部材の溶接部の溶接後熱処理、及び前記第２の部材と第３の部材の溶接部の溶接後熱処理を６００〜８００℃で実施することで形成してもよい。
さらに、本発明のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物は、蒸気又は燃焼ガスである作動流体が導入される回転機器のロータ又はケーシングの構成に用いてもよい。
以上記載のごとく本発明によれば、Ｎｉ基合金と高クロム鋼とを溶接によって接合し、適切な熱処理を施すことで前記接合部における強度を維持することができるＮｉ基合金−高クロム鋼構造物及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】実施例１に係る本発明のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物によって形成されるタービンロータの構成を模式的に示した平面図である。
【図２】実施例１に係るタービンロータの製造工程を表した概略図である。
【図３】実施例２に係る本発明のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物によって形成される内部ケーシングを備えた蒸気タービンの上部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【０００７】
図１は、実施例１に係る本発明のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物によって形成されるタービンロータ１の構成を模式的に示した平面図である。
（構成）
まず図１を用いて実施例１に係る６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気タービンに用いられるタービンロータの構成について説明する。
図１に示すように、タービンロータ１は、２つのＮｉ基合金部１１ａ、１１ｂ、２つの高クロム鋼部１２ａ、１２ｂ、２つの低クロム鋼部１３ａ、１３ｂから構成されている。
２つのＮｉ基合金部１１ａと１１ｂは溶接によって接合されて溶接継手２１を形成し、２つのＮｉ基合金部１１ａ、１１ｂはそれぞれ高クロム鋼部１２ａ、１２ｂと溶接によって接合されてそれぞれ溶接継手２２ａ、２２ｂを形成し、さらに高クロム鋼部１２ａ、１２ｂはそれぞれ低クロム鋼部１３ａ、１３ｂと溶接によって接合されてそれぞれ溶接継手２３ａを形成することで、一端部から低クロム鋼部１３ａ、溶接継手２３ａ、高クロム鋼部１２ａ、溶接継手２２ａ、Ｎｉ基合金部１１ａ、溶接継手２１、Ｎｉ基合金部１１ｂ、溶接継手２２ｂ、高クロム鋼部１２ｂ、溶接継手２３ｂ、低クロム鋼部１３ｂの順に一体化されたタービンロータ１を形成している。
また、前記Ｎｉ基合金部１１ａ、１１ｂ及び溶接継手２１は６５０℃以上の温度の蒸気に晒される位置に配置され、溶接継手２２ａ並びに２２ｂ、及び高クロム鋼部１２ａ並びに１２ｂは６５０℃以下の温度の蒸気に晒される位置に配置され、前部溶接継手２３ａ並びに２３ｂ、及び低クロム鋼１３ａ並びに１３ｂは更に低い温度の位置に配置される。これらの配置温度は前記各部位を構成する材料を安定して使用可能な高温限界温度以下であれば他の温度に設定することもできる。
（材料）
次に、タービンロータ１を構成する、Ｎｉ基合金部１１ａ、１１ｂ、高クロム鋼部１２ａ、１２ｂ、低クロム鋼部１３ａ、１３ｂの材料について説明する。
（Ａ）Ｎｉ基合金部
Ｎｉ基合金部は、６５０℃以上であって好ましくは７００℃程度の高温であっても安定して使用可能な耐熱性を有し、室温（「常温」ともいう。以下同様。）から７００℃までの平均線膨張係数が１２．４×１０−６／℃〜１５．５×１０−６／℃であるＮｉ基合金で形成されていることが好ましい。前記範囲の線膨張係数を有するＮｉ基合金を用いることで、Ｎｉ基合金部１１ａ、１１ｂと高クロム鋼部１２ａ、１２ｂとの線膨張係数の差が小さくなるため、Ｎｉ基合金部１１ａ、１１ｂと高クロム鋼部１２ａ、１２ｂとの間の溶接継手２２ａ、２２ｂにかかる熱応力も小さくなり、従って前記溶接継手における強度を確保しやすくなるためである。
前記線膨張係数が１２．４×１０−６／℃〜１５．５×１０−６／℃であるＮｉ基合金の例として表１にまとめた（１）〜（６）の化学組成範囲の材料が挙げられる。
なお、Ｎｉ基合金は、（１）〜（６）の範囲に限定されるものではなく、６５０℃以上好ましくは７００℃以上の高温であっても安定して使用可能な耐熱性を有し、室温から７００℃までの平均線膨張係数が前記の１２．４×１０−６／℃〜１５．５×１０−６／℃の範囲のＮｉ基合金であれば他の組成であってもよい。
【表１】
2009154245.tif 000003
表１中における％は重量％を意味する。
また、表１中における（１）〜（６）の組成のＮｉ基合金には不可避的不純物も含まれるが、その含有率は０％に近いほど好ましい。
（Ｂ）高クロム鋼部
高クロム鋼部は、６５０℃程度の温度まで安定して使用可能な耐熱性を有し、室温から７００℃までの平均線膨張係数が１１．２×１０−６／℃〜１２．４×１０−６／℃である高クロム鋼で形成されていることが好ましい。前記範囲の線膨張係数を有するＮｉ基合金を用いることで、Ｎｉ基合金部１１ａ、１１ｂと高クロム鋼部１２ａ、１２ｂとの線膨張係数の差が小さくなるため、Ｎｉ基合金部１１ａ、１１ｂと高クロム鋼部１２ａ、１２ｂとの間の溶接継手２２ａ、２２ｂにかかる熱応力も小さくなり、従って前記溶接継手においても充分な強度を確保しやすくなるためである。
前記線膨張係数が１１．２×１０−６／℃〜１２．４×１０−６／℃である高クロム鋼として表２にまとめた（７）（８）の化学組成範囲の材料が挙げられる。
なお、高クロム鋼は、（７）（８）の範囲に限定されるものではなく、６５０℃程度の温度まで安定して使用可能な耐熱性を有し、室温から７００℃までの平均線膨張係数が前記の１１．２×１０−６／℃〜１２．４×１０−６／℃の範囲の高クロム鋼であれば他の組成であってもよい。
このような範囲の高クロム鋼には、一般にタービンロータに使用される１２Ｃｒ鋼も含まれており、従来よりタービンロータに使用されている１２Ｃｒ鋼を高クロム鋼として使用できる。
【表２】
2009154245.tif 000004
表２中における％は重量％を意味する。
また、表２中における（７）（８）の組成の高クロム鋼には不可避的不純物も含まれるが、その含有率は０％に近いほど好ましい。
（Ｃ）低クロム鋼部
低クロム鋼部は、前記高クロム鋼部よりも低温である低クロム鋼部が上昇する温度まで安定して使用可能な耐熱性を有するものであればよく、例えば２．２５ＣｒＭｏＶ鋼又はＣｒＭｏＶ鋼などが挙げられる。
なお、低クロム鋼部は、２．２５ＣｒＭｏＶ鋼又はＣｒＭｏＶ鋼に限定されるものではなく、前記高クロム鋼部よりも低温である低クロム鋼部が上昇する温度であっても安定して使用可能な耐熱性を有する低クロム鋼であれば他の組成であってもよい。
（製造方法）
次に図１及び図２を参照しながら実施例１に係るタービン１の製造方法について説明する。
図２は実施例１に係るタービン１の製造工程を表した概略図である。
図２においては４種類の製造工程を概略図で示しており、第１の製造工程は１０１→１０２→１０３→１０４→１１１→１１２→１１５→１１６→１１７の工程であり、第２の製造工程は１０１→１０２→１０３→１０４→１１１→１１２→１１３→１１４の工程であり、第３の製造工程は１０１→１０２→１０３→１０４→１０５→１０８→１０９→１１０の工程であり、第４の製造工程は１０１→１０２→１０３→１０４→１０５→１０６→１０７である。
以下においては第１の製造工程から順に説明していく。
（Ａ）第１の製造工程
第１の製造工程においては、１０１でまずＮｉ基合金部１１ａ、１１ｂの溶体化処理を行う。
次に１０２でＮｉ基合金部同士を溶接し、必要に応じて１０３でＮｉ基合金同士継手２１の溶体化処理を実施する。次いで１０４でＮｉ基合金同士継手２１の１段目時効を行う（ａ）。１段目時効は７００〜１０００℃の範囲で行う。
１０４で前記１段目時効が終了すると、１１１で引き続いて、１段目時効を終えたＮｉ基合金同士継手２１（ａ）の２段目時効を行う。２段目時効は６００〜８００℃で実施する。
１１１で２段目時効が終了すると１１２でＮｉ基合金部１１ａ、１１ｂと高クロム鋼部１２ａ、１２ｂとを溶接し（ｂ´´）、１１５で該溶接部（ｂ´´）の熱処理を実施する。該熱処理は６００〜８００℃で実施する。
１１５でＮｉ基合金部１１ａ、１１ｂと高クロム鋼部１２ａ、１２ｂとの溶接部（ｂ´´）の熱処理が終了すると、１１６で高クロム鋼部１２ａ、１２ｂと低クロム鋼部１３ａ、１３ｂとを溶接し（ｃ´´´）、１１７で該溶接部（ｃ´´´）に熱処理を施す。該熱処理は６００〜８００℃で実施する。
以上の１０１から１１７の工程により、Ｎｉ基合金同士の溶接部は１段目時効（１０４）及び２段目時効（１１１）が施され、Ｎｉ基合金と高クロム鋼の溶接部は溶接後に熱処理（１１５）が施され、高クロム鋼と低クロム鋼の溶接部は溶接後に熱処理（１１７）が施され、溶接継手部にも充分な強度を持たせたロータを製造することができる。
（Ｂ）第２の製造工程
第２の製造工程は、前記第１の製造工程と図２における１１２までは同じであるのでその説明を省略する。
１１２でＮｉ基合金部１１ａ、１１ｂと高クロム鋼部１２ａ、１２ｂとを溶接（ｂ´´）すると、次いで１１３で高クロム鋼部１２ａ、１２ｂと低クロム鋼部１３ａ、１３ｂとを溶接（ｃ´´）する。
１１３で前記溶接（ｃ´´）が終了すると、１１４でＮｉ基合金部１１ａ、１１ｂと高クロム鋼部１２ａ、１２ｂの溶接部（ｂ´´）と高クロム鋼部１２ａ、１２ｂと低クロム鋼部１３ａ、１３ｂとを溶接部（ｃ´´）とに熱処理を施す。該熱処理は６００〜８００℃で実施する。
以上の工程によりロータ１が製造される。
第２の製造工程においては、Ｎｉ基合金部１１ａ、１１ｂと高クロム鋼部１２ａ、１２ｂの溶接部の熱処理と、高クロム鋼部１２ａ、１２ｂと低クロム鋼部１３ａ、１３ｂとの溶接部の熱処理とを同じ温度で実施できることを利用して、１１２、１１３で溶接を実施した後、１１４で同時に熱処理を実施した。これにより、第１の製造工程よりも短時間でタービンロータ１の製造が可能となる。
（Ｃ）第３の製造工程
第３の製造工程は、前記第１及び第２の製造工程と図２における１０４までは同じであるのでその説明を省略する。
１０４でＮｉ基合金同士継手２１の１段目の時効処理が終了すると、１０５でＮｉ基合金部１１ａ、１１ｂと高クロム鋼部１２ａ、１２ｂとを溶接（ｂ）する。該溶接が終了すると１０８でロータ全体に６００〜８００℃で熱処理を施す。これによりＮｉ基同士継手２１の２段時効が成立するとともに、Ｎｉ基合金部と高クロム鋼部との溶接部の溶接後の熱処理も成立する。
１０８で熱処理が終了すると、１０９で高クロム鋼部１２ａ、１２ｂと低クロム鋼部１３ａ、１３ｂとを溶接（ｃ´）し、１１０で該溶接部（ｃ´）に６００〜８００℃で熱処理を施す。
以上の工程によりロータ１が製造される。
第３の製造工程においては、Ｎｉ基合金部同士継手の２段目時効と、Ｎｉ基合金部１１ａ、１１ｂと高クロム鋼部１２ａ、１２ｂの溶接部の熱処理とを同じ温度で実施できることを利用して、該２段目時効と熱処理を１０８で同時に実施した。これにより、第１の製造工程よりも短時間でタービンロータ１の製造が可能となる。また、１０８でロータ全体を熱処理することで残留応力のばらつきや変形防止にも効果的である。
（Ｄ）第４の製造工程
第４の製造工程は、前記第３の製造工程と図２における１０５までは同じであるのでその説明を省略する。
１０５でＮｉ基合金部１１ａ、１１ｂと高クロム鋼部１２ａ、１２ｂとを溶接（ｂ）すると、次いで１０６で高クロム鋼部１２ａ、１２ｂと低クロム鋼部１３ａ、１３ｂとを溶接（ｃ）する。該溶接が終了するとロータ全体に６００〜８００℃で熱処理を施す。これによりＮｉ基同士継手２１の２段時効が成立するとともに、Ｎｉ基合金部と高クロム鋼部との溶接部の溶接後の熱処理も成立し、さらに高クロム鋼部と低クロム鋼部との溶接部の溶接後の熱処理も成立する。
以上の工程によりロータ１が製造される。
第４の製造工程においては、Ｎｉ基合金部同士継手の２段目時効と、Ｎｉ基合金部１１ａ、１１ｂと高クロム鋼部１２ａ、１２ｂの溶接部の熱処理と、高クロム鋼部１２ａ、１２ｂと低クロム鋼部１３ａ、１３ｂの溶接部の熱処理とを同じ温度で実施できることを利用して、該２段目時効と熱処理を１０７で同時に実施した。これにより、第１〜第３の何れの製造工程よりも短時間でタービンロータ１の製造が可能となるとともに、１０７でロータ全体を熱処理することで残留応力のばらつきや変形防止にも効果的である。
【実施例２】
【０００８】
図３は、実施例２に係る本発明のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物によって形成される内部ケーシングを備えた蒸気タービンの上部断面図である。
以下内部ケーシングについて説明する。
（構成）
図３に示すように蒸気タービン３０は、内部ケーシング３１とその外側に設けられた外部ケーシング３４とから構成される二重構造のケーシングを備えている。また、内部ケーシング３３内にはタービンロータ３６が貫設されている。また蒸気タービン３０には、主蒸気管３５が外側ケーシング３４及び内側ケーシング３１を貫通して設けられ、該主蒸気管３５から導入された蒸気が前記内側ケーシング３３の内周面に取り付けた静翼（不図示）とロータ３６の外周面に取り付けた動翼（不図示）の間を流通するように構成されている。
前記内部ケーシング３０は、本発明のＮｉ基合金−高クロム鋼構造物によって形成される。図３に示すように、内部ケーシング３３は、２つのＮｉ基合金部３２ａ、３２ｂ、１つの高クロム鋼部３３から構成されている。
２つのＮｉ基合金部３２ａと３２ｂは溶接によって接合されて溶接継手４２を形成し、Ｎｉ基合金部３２ｂは高クロム鋼部３３と溶接によって接合されて溶接継手４３を形成することで、一端部からＮｉ基合金部３２ａ、溶接継手４２、Ｎｉ基合金部３２ｂ、溶接継手４３、高クロム鋼部３３の順に一体化された内部ケーシング３１を形成している。
また、前記Ｎｉ基合金部３２ａは前記主蒸気管３５を取り囲むようにして設けられており、蒸気が導入される周囲の高温部はＮｉ基合金部３２ａ又は３２ｂで形成されている。
（材料）
Ｎｉ基合金部３２ａ、３２ｂ及び高クロム鋼部３３は、実施例１と同様に例えば表１及び表２にまとめた材料とすることができる。
（製造方法）
図２にまとめた実施例１と同様の方法で製造することができる。但し実施例２においては実施例１と異なり低クロム鋼部を設けていないため、実施例１における前記（Ａ）第１の製造方法、（Ｂ）第２の製造方法、（Ｃ）第３の製造方法、（Ｄ）第４の製造方法は、第１の製造方法と第２の製造方法、第３の製造方法と第４の製造方法が同義となり、図２における
・１０１→１０２→１０３→１０４→１１１→１１２→１１４
・１０１→１０２→１０３→１０４→１０５→１０７
の２種類の製造方法が例示できる。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
Ｎｉ基合金と高クロム鋼とを溶接によって接合し、適切な熱処理を施すことで前記接合部における強度を維持することができるＮｉ基合金−高クロム鋼構造物及びその製造方法として利用することができる。
【図１】
2009154245.tif 000005
【図２】
2009154245.tif 000006
【図３】
2009154245.tif 000007
【国際調査報告】
2009154245.tif 000008
2009154245.tif 000009
2009154245.tif 000010