(57)【要約】【課題】製造効率が高く、コストの低減を容易に実現可能な鋳鋼等を提供する。【解決手段】実施形態の鋳鋼は、質量％で、Ｃ：０．１１〜０．１５％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｎｉ：０．３〜０．８％、Ｃｒ：９．０〜１１．０％、Ｍｏ：０．９〜１．１％、Ｖ：０．１５〜０．２５％、Ｗ：０．９〜１．１％、Ｎｂ：０．０５〜０．１０％、Ｎ：０．０１５〜０．０３％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。不可避的不純物は、Ａｌ：０．００５％未満である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１１〜０．１５％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｎｉ：０．３〜０．８％、Ｃｒ：９．０〜１１．０％、Ｍｏ：０．９〜１．１％、Ｖ：０．１５〜０．２５％、Ｗ：０．９〜１．１％、Ｎｂ：０．０５〜０．１０％、Ｎ：０．０１５〜０．０３％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物は、Ａｌ：０．００５％未満である鋳鋼。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．１１〜０．１５％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｎｉ：０．３〜０．８％、Ｃｒ：９．０〜１１．０％、Ｍｏ：０．９〜１．１％、Ｖ：０．１５〜０．２５％、Ｎｂ：０．０５〜０．２０％、Ｎ：０．０１５〜０．０３％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物は、Ａｌ：０．００５％未満である鋳鋼。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．１１〜０．１５％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｒ：１２．０〜１４．０％、Ｎ：０．０１５〜０．０３％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物は、Ａｌ：０．００５％未満である鋳鋼。
【請求項４】
請求項１の鋳鋼で形成されたノズル板であって、
前記ノズル板は、析出物を含むマルテンサイト単相組織で構成されており、
前記ノズル板において前記析出物を構成する各成分の割合は、質量％で、Ｆｅ：０．５〜０．８％、Ｃｒ：１．０〜１．５％、Ｍｏ：０．３〜０．５％、Ｗ：０．３〜０．５％、Ｖ：０．０５〜０．１０％、Ｎｂ：０．０２〜０．１０％であるノズル板。
【請求項５】
請求項２の鋳鋼で形成されたノズル板であって、
前記ノズル板は、析出物を含むマルテンサイト単相組織で構成されており、
前記ノズル板において前記析出物を構成する各成分の割合は、質量％で、Ｆｅ：０．５〜０．８％、Ｃｒ：１．０〜１．５％、Ｍｏ：０．３〜０．５％、Ｖ：０．０５〜０．１０％、Ｎｂ：０．０４〜０．１２％であるノズル板。
【請求項６】
請求項３の鋳鋼で形成されたノズル板。
【請求項７】
請求項４から６のいずれかのノズル板を精密鋳造法で製造する、
ノズル板の製造方法。
【請求項８】
請求項４から６のいずれかのノズル板
を備える静翼翼列。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、鋳鋼、ノズル板、ノズル板の製造方法、および、静翼翼列に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンにおいて、静翼翼列は、たとえば、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に複数のノズル板（静翼）が配置されたノズルダイアフラムによって構成されている。ノズルダイアフラムにおいて、ノズル板は、溶接や溶接以外の手段によって、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪とのそれぞれに固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第4040922号
【特許文献２】特許第3106130号
【特許文献３】特開2010-242221号公報
【特許文献４】特開2000-297606号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ノズル板の成形は、一般に、鍛造や圧延で形成された角材について、切削加工を施すことで行われる。このため、上記のようにノズル板を作製する場合には、多くの時間を要する。また、原材料である角材の重量と、最終製品であるノズル板の重量との差が大きいため、歩留まりが低い。このような事情によって、ノズル板の作製は、製造効率が低く、コストの低減が容易でない。つまり、経済性の観点から合理的ではない。
【０００５】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、製造効率が高く、コストの低減を容易に実現可能な、鋳鋼、ノズル板、ノズル板の製造方法、および、静翼翼列を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の鋳鋼は、質量％で、Ｃ：０．１１〜０．１５％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｎｉ：０．３〜０．８％、Ｃｒ：９．０〜１１．０％、Ｍｏ：０．９〜１．１％、Ｖ：０．１５〜０．２５％、Ｗ：０．９〜１．１％、Ｎｂ：０．０５〜０．１０％、Ｎ：０．０１５〜０．０３％、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。不可避的不純物は、Ａｌ：０．００５％未満である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本実施形態のノズル板（静翼）で構成された静翼翼列を含む蒸気タービンを模式的に示す図を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
最初に、実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）に関して説明する。実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）は、各成分が以下に示す範囲である。
【０００９】
鋳鋼（Ｍ１）は、質量％で、Ｃ：０．１１〜０．１５％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｎｉ：０．３〜０．８％、Ｃｒ：９．０〜１１．０％、Ｍｏ：０．９〜１．１％、Ｖ：０．１５〜０．２５％、Ｗ：０．９〜１．１％、Ｎｂ：０．０５〜０．１０％、Ｎ：０．０１５〜０．０３％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。鋳鋼（Ｍ１）において、不可避的不純物は、Ａｌ：０．００５％未満である（大気中で鋳造された後の値）。
【００１０】
鋳鋼（Ｍ２）の組成は、質量％で、Ｃ：０．１１〜０．１５％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｎｉ：０．３〜０．８％、Ｃｒ：９．０〜１１．０％、Ｍｏ：０．９〜１．１％、Ｖ：０．１５〜０．２５％、Ｎｂ：０．０５〜０．２０％、Ｎ：０．０１５〜０．０３％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。鋳鋼（Ｍ２）において、不可避的不純物は、Ａｌ：０．００５％未満である（大気中で鋳造された後の値）。つまり、鋳鋼（Ｍ２）は、上記した鋳鋼（Ｍ１）の成分のうち、Ｗ成分を除いたものであって、Ｎｂ成分の含有割合が上記範囲に変更されている。
【００１１】
鋳鋼（Ｍ３）は、質量％で、Ｃ：０．１１〜０．１５％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｒ：１２．０〜１４．０％、Ｎ：０．０１５〜０．０３％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。鋳鋼（Ｍ３）において、不可避的不純物は、Ａｌ：０．００５％未満である（大気中で鋳造された後の値）。つまり、鋳鋼（Ｍ３）は、上記した鋳鋼（Ｍ１）の成分のうち、Ｎｉ成分、Ｍｏ成分、Ｖ成分、Ｗ成分、および、Ｎｂ成分を除いたものであって、Ｃｒ成分の含有割合が上記範囲に変更されている。
【００１２】
実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）は、異方性がほとんど生じず、均質な機械的特性を備えると共に、経済性に優れる。なお、上記において、「Ｃ：０．１１〜０．１５％」等は、Ｃ元素の含有率が０．１１質量％以上、０．１５質量％以下であること等を示している（以下同様）。
【００１３】
実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）において各成分が含有する割合（含有率）を上記範囲に設定した理由に関して説明する。
【００１４】
・Ｃ（炭素）［（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）…０．１１〜０．１５％］
Ｃは、焼入れ性、および、鋳造時の湯流れ性を確保するために必要な成分であるとともに、析出強化に寄与する炭化物を構成する構成元素として不可欠な成分である。実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）において、Ｃの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が小さくなる。Ｃの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、炭化物の凝集が促進されるとともに、鋳造時の偏析傾向が高まるために、補修を含めた溶接性が低下する。このため、実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）では、Ｃの含有率が上記範囲に設定されている。
【００１５】
・Ｓｉ（ケイ素）［（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）…０．２０〜０．５０％］
Ｓｉは、脱酸剤として有用であるとともに、溶湯の湯流れ性を改善する成分である。実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）において、Ｓｉの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が小さくなる。Ｓｉの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性の低下および脆化が著しく促進される。このため、実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）では、Ｓｉの含有率が上記範囲に設定されている。
【００１６】
・Ｍｎ（マンガン）［（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）…０．３〜１．０％］
Ｍｎは、脱硫剤として有用な成分である。実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）において、Ｍｎの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、脱硫効果が十分に発現されない。Ｍｎの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、クリープ強度の低下が生ずる。このため、実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）では、Ｍｎの含有率が上記範囲に設定されている。
【００１７】
・Ｎｉ（ニッケル）［（Ｍ１），（Ｍ２）…０．３〜０．８％，（Ｍ３）…０．０％］
Ｎｉは、焼入れ性および靭性を向上させる成分であるとともに、フェライトの生成を抑制する効果を有する成分である。実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２）において、Ｎｉの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上記の効果が十分に発現されない。Ｎｉの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、クリープ強度の低下が生ずる。このため、実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２）では、Ｎｉの含有率が上記範囲に設定されている。
【００１８】
・Ｃｒ（クロム）［（Ｍ１），（Ｍ２）…９．０〜１１．０％，（Ｍ３）…１２．０〜１４．０％％］
Ｃｒは、耐酸化性および耐食性の向上に有効な成分であるとともに、析出強化に寄与する炭窒化物の構成元素として不可欠な成分である。実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２）において、Ｃｒの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、調質熱処理の実施においてＣｒを構成元素として析出する析出物（炭窒化物）が少なくなるため、高温安定性が十分に確保できない場合がある。Ｃｒの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、フェライトが生成される傾向が高まる。このため、実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２）では、Ｃｒの含有率が上記範囲に設定されている。これに対して、実施形態の鋳鋼（Ｍ３）においては、フェライト形成元素（Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖなど）を含有していないのでフェライトが生成されにくい。このため、実施形態の鋳鋼（Ｍ３）では、鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２）の場合よりもＣｒの含有率が高い、上記範囲にすることができる。
【００１９】
・Ｍｏ（モリブデン）［（Ｍ１），（Ｍ２）…０．９〜１．１％、（Ｍ３）…０．０％］
Ｍｏは、固溶強化に寄与する成分であると共に、炭窒化物の構成元素であって析出強化に寄与する成分である。Ｍｏは、高温環境において長時間の加熱処理が行われるときに、析出物の構成元素になる。しかし、実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２）において、Ｍｏの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、固溶強化に寄与するＭｏの量を長時間にわたって高く維持することが困難になる。Ｍｏの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性が低下すると共に、フェライトの生成が促進される。このため、実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２）では、Ｍｏの含有率を上記範囲にした。
【００２０】
・Ｖ（バナジウム）［（Ｍ１），（Ｍ２）…０．１５〜０．２５％、（Ｍ３）…０．００％］
Ｖは、固溶強化に寄与する成分であると共に、微細な炭窒化物の形成に寄与する成分である。実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２）において、Ｖの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が十分でない。Ｖの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性の低下が生ずる。このため、実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２）では、Ｖの含有率を上記範囲にした。
【００２１】
・Ｗ（タングステン）［（Ｍ１）…０．９〜１．１％、（Ｍ２），（Ｍ３）…０．０％］
Ｗは、固溶強化に寄与する成分であると共に、炭窒化物の構成元素であって析出強化に寄与する成分である。Ｗは、特にＭｏと共に複合的に添加された場合には、析出物の高温安定性を著しく高めることができる。Ｗは、高温環境において長時間の加熱処理が行われるときに、析出物の構成元素になる。しかし、実施形態の鋳鋼（Ｍ１）において、Ｗの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、固溶強化に寄与するＷの量を長時間にわたって高く維持することが困難になる。Ｗの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性が低下すると共に、フェライトの生成が促進される。このため、実施形態の鋳鋼（Ｍ１）では、Ｗの含有率を上記範囲にした。
【００２２】
・Ｎｂ（ニオブ）［（Ｍ１）…０．０５〜０．１０％、（Ｍ２）…０．０５〜０．２０％、（Ｍ３）…０．００％］
Ｎｂは、固溶強化に寄与する成分であると共に、微細な炭窒化物の形成に寄与する。
実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２）において、Ｎｂの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が十分でない。Ｎｂの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、粗大なＮｂ炭窒化物の生成量が増加する。このため、実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２）では、Ｎｂの含有率を上記範囲にした。なお、鋳鋼（Ｍ２）では、Ｗが添加されていないので、鋳鋼（Ｍ１）よりもＮｂ成分の含有率について上限値を大きくすることによって、Ｎｂ炭窒化物による析出強化作用を高めている。
【００２３】
・Ｎ（窒素）［（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）…０．０１５〜０．０５％］
Ｎは、窒化物あるいは炭窒化物を形成することによって析出強化に寄与する成分である。さらに、母相に残存するＮは、固溶強化にも寄与する。Ｎは、大気中で鋳造が行われたときに鋳鋼に溶解して吸収される。実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）において、Ｎの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、調質熱処理の実施によって生成される炭窒化物の生成量が少なくなり、十分でなくなる。Ｎの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、窒化物の粗大化を促進し、析出強化作用が低下するため、成分の調整でＮの含有率を低下させる必要がある。このため、実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）では、Ｎの含有率を上記範囲にした。
【００２４】
・Ａｌ（アルミニウム）［（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）…０．００５％未満］
Ａｌは、脱酸剤として有用な成分である。しかし、Ｎを含有する鋼においては、Ａｌの窒化物が生成されやすい。このため、Ａｌの含有率は、極力、低いことが好ましい。したがって、実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）では、不可避的不純物であるＡｌの含有率の上限を上記値にした。
【００２５】
以下より、実施形態において、上記の鋳鋼で形成されたノズル板に関して説明する。
【００２６】
本実施形態では、ノズル板は、鋳造で製造される。ここでは、たとえば、大気中において精密鋳造法で鋳造を行うことによって、ノズル板を作製する。
【００２７】
具体的には、ロウ（ワックス）でノズル板の形状に原型を形成する。つぎに、その原型の周囲を鋳砂で覆って固めた後に、ロウを溶解させて除去することで砂型を作製する。つぎに、上記の鋳鋼を構成する各成分を溶解した溶湯を砂型に流し込んだ後に、冷却することで、鋳物（鋳鋼）であるノズル板を形成する。そして、ノズル板について調質熱処理を行う。ここでは、調質熱処理として、焼鈍、焼ならし、焼入れ（冷却）、および、焼戻しを順次行う。最後に、仕上げ加工を行うことによって、ノズル板を完成させる。本実施形態において、上記の鋳鋼で形成されたノズル板は、初期状態において、母相の固溶強化と共に、炭窒化物の析出によって強化されている。
【００２８】
上記の鋳鋼で形成されたノズル板を精密鋳造法で作製することで、製作期間を短縮化することができる。たとえば、鍛造や圧延で形成された角材について切削加工を施すことでノズル板を作製する場合には、７〜９ヶ月の製作期間が必要になる。これに対して、上記の鋳鋼で形成されたノズル板を精密鋳造法で作製する場合には、製作期間は、２〜３ヶ月であり、製作期間を効果的に短縮することができる。
【００２９】
本実施形態のノズル板は、マルテンサイト単相組織で構成されており、析出物を含む。析出物は、調質熱処理によって意図的に析出させた炭窒化物である。調質熱処理の実施により、母相に存在する各元素が、Ｍ２Ｃ型、ＭＣ型、および、Ｍ２３Ｃ６型の析出物として析出することで、強度の向上や強度の維持に寄与する。Ｍ２Ｃ型、ＭＣ型、および、Ｍ２３Ｃ６型において、Ｍは、金属元素を示している。Ｍ２Ｃ型およびＭ２３Ｃ６型では、Ｍは、主に、Ｃｒ、Ｆｅであって、他に、Ｍｏ、Ｗである場合がある（たとえば、（Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｗ）２３（Ｃ，Ｎ）６））。ＭＣ型では、Ｍは、主に、Ｖ、Ｎｂである。
【００３０】
鋳鋼（Ｍ１）で形成されたノズル板（Ｎ１）において析出物を構成する各成分の割合は、質量％で、Ｆｅ：０．５〜０．８％、Ｃｒ：１．０〜１．５％、Ｍｏ：０．３〜０．５％、Ｗ：０．３〜０．５％、Ｖ：０．０５〜０．１０％、Ｎｂ：０．０２〜０．１０％であることが好ましい。
【００３１】
鋳鋼（Ｍ２）で形成されたノズル板（Ｎ２）において析出物を構成する各成分の割合は、質量％で、Ｆｅ：０．５〜０．８％、Ｃｒ：１．０〜１．５％、Ｍｏ：０．３〜０．５％、Ｖ：０．０５〜０．１０％、Ｎｂ：０．０４〜０．１２％であることが好ましい。
【００３２】
析出物の測定および同定は、以下の方法で行うことができる。まず、試料の重量Ｘ１（溶解前）を計測する。そして、混合液（メタノール、アセチルアセトン、テトラメチルアンモニウムクロライド）中に試料を入れ、試料の母相を電解によって混合液に溶解させる。これにより、混合液において、試料の残渣を析出物として単離する。そして、その試料の析出物（残渣）を洗浄し、その試料の析出物について重量Ｘ２を計測する。また、試料の析出物に関してＸ線分析法などの分析を行うことで、試料の析出物を構成する成分について同定を行うと共に定量化を行う。これにより、溶解後の試料（析出物）を構成する各成分の割合Ｒｍ（％）を求める。そして、溶解前の試料（母相と析出物）の重量Ｘ１と、溶解後の試料（析出物）の重量Ｘ１と、溶解後の試料（析出物）を構成する各成分の割合Ｒ１（％）とのデータを用いて、鋳鋼（ノズル板）において析出物を構成する各成分の割合Ｒ２（鋳鋼（ノズル板）の全体重量を１００質量％にした場合の割合）を算出することができる（下記式（Ａ）参照）。
Ｒ２＝（Ｘ２／Ｘ１）・Ｒ１      ・・・式（Ａ）
【００３３】
実施形態の鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２）で形成されたノズル板（Ｎ１），（Ｎ２）において析出物を構成する各成分の割合を、上記範囲に設定した理由に関して説明する。
【００３４】
・Ｆｅ  ［（Ｎ１），（Ｎ２）…０．５〜０．８％］
析出物において、Ｆｅは、主として、Ｍ２３Ｃ６型析出物を構成する構成元素であって、析出物の安定化に寄与する成分である。ノズル板（Ｎ１），（Ｎ２）において析出物を構成するＦｅの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の析出が十分でなく、安定性が低下する。つまり、析出強化の作用が十分に働かない。これに対して、Ｆｅの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、析出物が粗大化するため、高温特性を十分に発揮することができなくなる。このため、実施形態のノズル板（Ｎ１），（Ｎ２）では、析出物を構成するＦｅの含有率が上記範囲に設定されている。
【００３５】
・Ｃｒ  ［（Ｎ１），（Ｎ２）…１．０〜１．５％］
析出物において、Ｃｒは、主として、Ｍ２３Ｃ６型析出物、および、Ｍ２Ｃ型析出物を構成する構成元素である。Ｃｒは、析出強化に寄与するとともに、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板（Ｎ１），（Ｎ２）において析出物を構成するＣｒの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の析出が十分でない。つまり、析出強化作用が十分に働かない。これに対して、Ｃｒの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、微細なＭ２Ｃ型析出物の変態および粗大化が誘発されるため、析出強化作用が十分に働かない。このため、実施形態のノズル板（Ｎ１），（Ｎ２）では、析出物を構成するＣｒの含有率が上記範囲に設定されている。
【００３６】
・Ｍｏ  ［（Ｎ１），（Ｎ２）…０．３〜０．５％］
析出物において、Ｍｏは、主として、Ｍ２３Ｃ６型析出物およびＭ２Ｃ型析出物の一部に置換される構成元素である。Ｍｏは、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板（Ｎ１），（Ｎ２）において析出物を構成するＭｏの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の安定性が低くなる。これに対して、Ｍｏの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、母相においてＭｏが固溶した固溶量が少なくなるので、高温における固溶強化作用が十分でなくなる。このため、実施形態のノズル板（Ｎ１），（Ｎ２）では、析出物を構成するＭｏの含有率が上記範囲に設定されている。
【００３７】
・Ｗ  ［（Ｎ１）…０．３〜０．５％，（Ｎ２）…０．０％］
析出物において、Ｗは、主として、Ｍ２３Ｃ６型析出物およびＭ２Ｃ型析出物の一部に置換される構成元素である。Ｗは、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板（Ｎ１）において析出物を構成するＷの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の安定性が低くなる。これに対して、Ｗの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、母相においてＷが固溶した固溶量が少なくなるので、高温における固溶強化作用が十分でなくなる。このため、実施形態のノズル板（Ｎ１）では、析出物を構成するＷの含有率が上記範囲に設定されている。
【００３８】
・Ｖ  ［（Ｎ１），（Ｎ２）…０．０５〜０．１０％］
析出物において、Ｖは、主として、ＭＣ型析出物およびＭ２Ｃ型析出物の一部に置換される構成元素である。Ｖは、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板
において析出物を構成するＶの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の安定性が低くなる。これに対して、Ｖの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、Ｍ２Ｃ型析出物が粗大化するため、高温特性を十分に発揮できなくなる。このため、実施形態のノズル板（Ｎ１），（Ｎ２）では、析出物を構成するＶの含有率が上記範囲に設定されている。
【００３９】
・Ｎｂ  ［（Ｎ１）…０．０２〜０．１０％，（Ｎ２）…０．０４〜０．１２％］
析出物において、Ｎｂは、主として、ＭＣ型析出物の一部に置換される構成元素である。
Ｎｂは、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板（Ｎ１）において析出物を構成するＮｂの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の安定性が低くなる。これに対して、Ｎｂの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、ＭＣ型析出物が粗大化するため、高温特性を十分に発揮できなくなる。この一方で、ノズル板（Ｎ２）は、ノズル板（Ｎ１）と異なり、Ｗを含まない。このため、ノズル板（Ｎ２）の場合には、析出物を構成するＮｂの含有率は、ノズル板（Ｎ１）よりも大きくすることができる。したがって、実施形態のノズル板（Ｎ１）（Ｎ２）では、析出物を構成するＮｂの含有率が上記範囲に設定されている。
【００４０】
以下より、本実施形態において、上記のノズル板（静翼）で構成された静翼翼列を含む蒸気タービンに関して図１を用いて説明する。図１では、鉛直面（ｙｚ面）に沿った断面を示している。
【００４１】
図１に示すように、蒸気タービン１は、回転機械であって、蒸気が作動流体として供給されることによって、タービンロータ２２が回転するように構成されている。ここでは、蒸気タービン１は、軸流タービンであって、タービンロータ２２の回転軸ＡＸに沿った水平方向ｙを流れ方向として蒸気が流れる。蒸気タービン１は、多段式であって、動翼２１と静翼２５とで構成されたタービン段落が回転軸ＡＸに沿った軸方向に複数段並んでおり、蒸気が複数のタービン段落のそれぞれにおいて仕事を行う。これにより、蒸気タービン１においてタービンロータ２２が回転する。以下より、蒸気タービン１を構成する各部の詳細について説明する。
【００４２】
ケーシング２０は、内部にタービンロータ２２を収容している。タービンロータ２２は、一端が発電機（図示省略）に連結されており、タービンロータ２２の回転によって、発電機（図示省略）が駆動して発電が行われる。タービンロータ２２には、ロータディスク２２１が外周面に複数設けられている。タービンロータ２２に設けられたロータディスク２２１の外周面には、動翼２１が設置されている。動翼２１は、タービンロータ２２の外周面を囲うように、複数がタービンロータ２２の周方向Ｒ（回転方向）において間を隔てて配置されており、動翼翼列を構成している。動翼翼列は、複数段であって、複数段の動翼翼列のそれぞれは、タービンロータ２２の回転軸ＡＸに沿って並んでいる。
【００４３】
ケーシング２０の内部には、ノズルダイアフラム１０が設置されている。ノズルダイアフラム１０は、ダイアフラム外輪２３とダイアフラム内輪２４と静翼２５とによって構成されている。ノズルダイアフラム１０において、ダイアフラム外輪２３は、ケーシング２０の内周面に設置されている。ダイアフラム内輪２４は、ダイアフラム外輪２３の内側にダイアフラム外輪２３から間を隔てて設置されている。静翼２５は、ダイアフラム外輪２３とダイアフラム内輪２４との間に複数が設置されている。
【００４４】
ここでは、複数の静翼２５は、タービンロータ２２の外周面を囲うように周方向Ｒに間を隔てて配置されており、静翼翼列を構成している。静翼翼列は、動翼翼列と同様に、複数段であって、複数段の静翼翼列がタービンロータ２２の回転軸ＡＸに沿って並ぶように設けられている。
【００４５】
蒸気タービン１においては、蒸気入口管２８がケーシング２０の入口を貫通しており、その蒸気入口管２８を介して、蒸気がケーシング２０の内部に作動流体として導入される。
【００４６】
本実施形態において、静翼２５は、上記したノズル板であって、運転温度に応じた鋳鋼を用いて形成されている。
【００４７】
なお、ダイアフラム外輪２３とダイアフラム内輪２４との間に静翼２５としてノズル板を配置する他に、ケーシング２０（タービン車室）に静翼２５として複数のノズル板を周方向Ｒに配置してもよい。
【実施例】
【００４８】
以下より、上記した鋳鋼（ノズル板）の実施例および比較例に関して、表１を用いて説明する。
【００４９】
表１において、Ｐ１〜Ｐ９は、実施例であり、Ｃ１〜Ｃ５は、比較例である。ここでは、Ｗ元素を含む鋳鋼（Ｍ１）に関しては、実施例がＰ１〜Ｐ３であって、比較例がＣ１，Ｃ２である（鋳鋼（Ｍ１）は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎ、Ｆｅ、および、不可避的不純物（Ａｌ）からなる）。Ｗ元素を含まない鋳鋼（Ｍ２）に関しては、実施例がＰ４〜Ｐ６であって、比較例がＣ３，Ｃ４である（鋳鋼（Ｍ２）は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｎ、Ｆｅ、および、不可避的不純物（Ａｌ）からなる）。Ｃｒ元素以外にフェライト形成元素を含まない鋳鋼（Ｍ３）に関しては、実施例がＰ７〜Ｐ９であって、比較例がＣ５である（鋳鋼（Ｍ３）は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎ、Ｆｅ、および、不可避的不純物（Ａｌ）からなる）。
【００５０】
【表１】
2018150594.tif 000003
【００５１】
まず、各例の鋳鋼について、各成分が表１に示した値になるように作製した。
【００５２】
具体的には、まず、各例の鋳鋼を構成する各成分の材料を、表１に示す割合で混合し、融点よりも高い温度で溶かした。ここでは、合計で約５０ｋｇの材料を溶かした。つぎに、その溶けた材料を用いて大気中で鋳造を行うことで、ノズル板形状の鋳物を作製した。つぎに、ノズル板形状の鋳物について調質熱処理を行った。ここでは、調質熱処理として、焼鈍、焼ならし、焼入れ、および、焼戻しを順次行うことで、各例の供試鋳鋼を作製した。
【００５３】
焼鈍、焼ならし、焼入れ、および、焼戻しは、表２に示す条件で行った。各例の供試鋳鋼は、常温での引張強さが７００ＭＰａ程度になるように作製された。
【００５４】
【表２】
2018150594.tif 000004
【００５５】
各例の鋳鋼に関して試験を行った結果を表３に示す。
【００５６】
【表３】
2018150594.tif 000005
【００５７】
表３に示すように、各例の鋳鋼に関して、５００℃における引張強さ（ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１）、および、５５０℃における１０万時間クリープ破断強度（ＪＩＳ  Ｚ  ２２７１）を求めた。ここでは、ＪＩＳ４号試験片を用いて、５００℃で引張試験を行った。これにより、５００℃における引張強さを測定すると共に、クリープ破断強度の測定結果から、「５５０℃における１０万時間クリープ破断強度」を算出した。
【００５８】
［溶接施工］
表３に示すように、各例の鋳鋼に関して、「溶接施工」の試験を行った。「溶接施工」の試験は、以下の手順で行った。焼戻しが施された鋳鋼を板厚が１０ミリである平板に加工した。そして、その平板を２５０℃に予熱した後、ＡｒガスとＣＯ２ガスとが混合されたガスシールド環境で、９％Ｃｒ溶接棒を用いて平板に溶接ビードを施工した。そして、その平板のうち溶接部の近傍について割れの発生有無を確認した。表３では、溶接時に溶接部に割れが発生しない場合を「○」で示し、溶接時に溶接部に割れが発生した場合を「×」で示している。
【００５９】
上記の他に、各例の鋳鋼に対して引張応力を繰り返し加える「繰り返し引張試験」を行った。「繰り返し引張試験」は、加工した後のノズル板について両端を拘束した状態で溶接を行ったときに、引張応力が加わる状態を模擬した試験である。ここでは、まず、１回目の試験において、１％のひずみ量を発生させる荷重をノズル板に加えた後に、浸透探傷試験で、そのノズル板の表面に欠陥が発生したか否かの確認を行った。そして、欠陥の発生が無い場合、２％のひずみ量を発生させる荷重をノズル板に加えた後に、上記と同様に、ノズル板の表面に欠陥が発生したか否かの確認を行った。そして、この試験を、欠陥が発生するまで、ひずみ量が一定の割合で増加するように繰り返し実施した。表３には、「繰り返し引張試験」を行ったときに、鋳鋼表面に欠陥がない場合を「無し」で示し、鋳鋼表面に欠陥が発生した場合を「有り」で示している。
【００６０】
また、表３では、「繰り返し引張試験」において鋳鋼の表面に欠陥が発生したときに、鋳鋼が初期状態（試験前）から伸びた割合を「伸び値（％）」として示している。
【００６１】
Ｐ１〜Ｐ３と、Ｃ１，Ｃ２との間で試験結果を比較すると、「５００℃における引張強さ」は、両者の間で同等である。しかし、「１０万時間クリープ破断強度」は、Ｐ１〜Ｐ３の方がＣ１よりも高い。「溶接施工」において、Ｐ１〜Ｐ３は、溶接部に割れが生じていないが、Ｃ１は、溶接部に割れが発生した。Ｃ２は、「１０万時間クリープ破断強度」がＰ１〜Ｐ３の場合と同等ではあるが、「溶接施工」において溶接部に割れが発生した。「繰り返し引張試験」においては、Ｐ１〜Ｐ３の方がＣ１，Ｃ２よりも、欠陥が発生する試験回数が多く、欠陥が発生しにくい。また、「伸び値」は、Ｐ１〜Ｐ３の方がＣ１，Ｃ２よりも大きい。Ｐ１〜Ｐ３を構成する各成分の含有割合は、Ｃ１，Ｃ２の場合と異なり、上記した鋳鋼（Ｍ１）を構成する各成分の含有割合の範囲内である。このため、Ｐ１〜Ｐ３は、上記のように、優れた機械的特性を備える。
【００６２】
Ｐ４〜Ｐ６と、Ｃ３，Ｃ４との間で試験結果を比較すると、「５００℃における引張強さ」は、Ｐ４〜Ｐ６の方がＣ３，Ｃ４よりも高い。「１０万時間クリープ破断強度」も同様に、Ｐ４〜Ｐ６の方がＣ３，Ｃ４よりも高い。「溶接施工」において、Ｐ４〜Ｐ６は、溶接部に割れが生じていないが、Ｃ３は、溶接部に割れが発生した。「繰り返し引張試験」においては、Ｐ４〜Ｐ６の方がＣ３，Ｃ４よりも、欠陥が発生する試験回数が多く、欠陥が発生しにくい。また、「伸び値」は、Ｐ４〜Ｐ６の方がＣ３，Ｃ５より大きい。Ｐ４〜Ｐ６を構成する各成分の含有割合は、Ｃ３，Ｃ４の場合と異なり、上記した鋳鋼（Ｍ２）を構成する各成分の含有割合の範囲内である。このため、Ｐ４〜Ｐ６は、上記のように、優れた機械的特性を備える。
【００６３】
Ｐ７〜Ｐ９と、Ｃ５との間で試験結果を比較すると、「５００℃における引張強さ」は、Ｐ７〜Ｐ９の方がＣ５よりも高い。「１０万時間クリープ破断強度」も同様に、Ｐ４〜Ｐ６の方がＣ５よりも高い。「溶接施工」において、Ｐ７〜Ｐ９は、溶接部に割れが生じていない。「繰り返し引張試験」においては、Ｐ７〜Ｐ９は、欠陥が発生する試験回数が、Ｐ１〜Ｐ６の場合と同等以上であって、欠陥が発生しにくい。また、「伸び値」についても、Ｐ７〜Ｐ９は、Ｐ１〜Ｐ６の場合と同等以上である。Ｐ７〜Ｐ９を構成する各成分の含有割合は、Ｃ５の場合と異なり、上記した鋳鋼（Ｍ３）を構成する各成分の含有割合の範囲内である。このため、Ｐ７〜Ｐ９は、上記のように、優れた機械的特性を備える。
【００６４】
上記の結果から、鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）は、優れた機械的特性を備えることが判る。つまり、鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）においては、「５００℃における引張強さ」および「１０万時間クリープ破断強度」が十分に高く、かつ、「溶接施工」において溶接部に割れが生じないことが判る。また、鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２），（Ｍ３）においては、溶接の際に引張応力が繰り返し印加される場合であっても、欠陥が発生しにくいことが判る。
【００６５】
表４は、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ５，Ｃ１，Ｃ３の各例に関して、焼戻しの温度を変更した場合の結果を示している（他の条件は、上記と同じ）。表４において、焼戻しの温度が７００℃である場合は、表２に示した条件と同じである。表４には、焼戻しの温度を６６０℃にした場合と、焼戻しの温度を７４０℃にした場合とを更に示している。表４では、鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２）で形成されたノズル板（Ｎ１），（Ｎ２）において、析出物を構成する各成分の割合を示している。更に、表４においては、「１０万時間クリープ破断強度」と「溶接施工」との結果に関して示している。
【００６６】
【表４】
2018150594.tif 000006
【００６７】
Ｐ１およびＰ２について焼戻しの温度が７００℃である場合には、鋳鋼（Ｍ１）で形成されたノズル板（Ｎ１）において析出物を構成する各成分の割合は、上述した特定の範囲に含まれる。このため、「１０万時間クリープ破断強度」が十分に高く、「溶接施工」において溶接部に割れが生じていない。これに対して、焼戻しの温度が６６０℃である場合には、ノズル板（Ｎ１）において析出物を構成する各成分の割合は、一部の成分に関して、上述した特定範囲から外れる。この場合には、「１０万時間クリープ破断強度」が更に高くなるが、「溶接施工」において溶接部に割れが生じる。同様に、焼戻しの温度が７４０℃である場合には、ノズル板（Ｎ１）において析出物を構成する各成分の割合は、一部の成分に関して、上述した特定範囲から外れる。この場合には、「溶接施工」において溶接部に割れが生じないが、「１０万時間クリープ破断強度」が低くなる。
【００６８】
Ｐ５について焼戻しの温度が７００℃である場合には、鋳鋼（Ｍ２）で形成されたノズル板（Ｎ２）において析出物を構成する各成分の割合は、上述した特定の範囲に含まれる。このため、「１０万時間クリープ破断強度」が十分に高く、「溶接施工」において溶接部に割れが生じていない。これに対して、焼戻しの温度が６６０℃である場合には、ノズル板（Ｎ２）において析出物を構成する各成分の割合は、一部の成分に関して、上述した特定範囲から外れる。この場合には、「１０万時間クリープ破断強度」が更に高くなるが、「溶接施工」において溶接部に割れが生じる。同様に、焼戻しの温度が７４０℃である場合には、ノズル板（Ｎ２）において析出物を構成する各成分の割合は、一部の成分に関して、上述した特定範囲から外れる。この場合には、「溶接施工」において溶接部に割れが生じないが、「１０万時間クリープ破断強度」が低くなる。
【００６９】
Ｃ１について焼戻しの温度が７００℃である場合には、「１０万時間クリープ破断強度」がＰ１，Ｐ２の場合よりも低い。焼戻しの温度が６６０℃である場合には、「１０万時間クリープ破断強度」が少し高くなるが、「溶接施工」において溶接部に割れが生じる。焼戻しの温度が７４０℃である場合には、「溶接施工」において溶接部に割れが生じないが、「１０万時間クリープ破断強度」が更に低くなる。
【００７０】
Ｃ３について焼戻しの温度が７００℃である場合には、「１０万時間クリープ破断強度」がＰ５の場合よりも低く、「溶接施工」において溶接部に割れが生じる。焼戻しの温度が６６０℃である場合には、「１０万時間クリープ破断強度」が少し高くなるが、「溶接施工」において溶接部に割れが生じる。焼戻しの温度が７４０℃である場合には、「溶接施工」において溶接部に割れが生じると共に、「１０万時間クリープ破断強度」が更に低くなる。
【００７１】
上記の結果から、鋳鋼（Ｍ１），（Ｍ２）で形成されたノズル板（Ｎ１），（Ｎ２）において析出物を構成する各成分の割合が、上述した特定の範囲に含まれることで、高い「クリープ破断強度」を確保可能であることが判る。また、「溶接施工」において溶接部に割れが生じることを、効果的に防止可能であることが判る。
【００７２】
＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１…蒸気タービン、１０…ノズルダイアフラム、２０…ケーシング、２１…動翼、２２…タービンロータ、２３…ダイアフラム外輪、２４…ダイアフラム内輪、２５…静翼（ノズル板）、２８…蒸気入口管、ＡＸ…回転軸
【図１】
2018150594.tif 000007