(57)【要約】【課題】耐熱性かつ高強度のＣｒＭｏＶ合金鋳鋼、及びそれから物品を製造する方法を提供する。【解決手段】鋳造合金及びその鋳造合金の製造方法、並びにその鋳造合金から製造される部品（例えばタービンの静止部品）が広く提供される。鋳造合金は、重量基準で、０．１２〜０．２０％の炭素、０．５０〜０．９０％のマンガン、０．２５〜０．６０％のケイ素、０．１０〜０．５０％のニッケル、１．１５〜１．５０％のクロム、０．９０〜１．５０％のモリブデン、０．７０〜０．８０％のバナジウム、０．００７５〜０．０６０％のチタン、０．００８〜０．０１２％のホウ素、残部の鉄、任意成分として少量の他の合金成分及び不可避不純物を含むことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
、重量基準で、０．１２〜０．２０％の炭素、０．５０〜０．９０％のマンガン、０．２５〜０．６０％のケイ素、０．１０〜０．５０％のニッケル、１．１５〜１．５０％のクロム、０．９０〜１．５０％のモリブデン、０．７０〜０．８０％のバナジウム、０．００７５〜０．０６０％のチタン、０．００８〜０．０１２％のホウ素、残部の鉄及び不可避不純物を含む鋳造合金。
【請求項２】
前記鋳造合金が、重量基準で、０．１２〜０．２０％の炭素、０．５０〜０．９０％のマンガン、０．２５〜０．６０％のケイ素、０．１０〜０．５０％のニッケル、１．１５〜１．５０％のクロム、０．９０〜１．５０％のモリブデン、０．７０〜０．８０％のバナジウム、０．００７５〜０．０６０％のチタン、０．００８〜０．０１２％のホウ素、残部の鉄及び不可避不純物からなる、請求項１記載の鋳造合金。
【請求項３】
前記不可避不純物が、重量基準で、０．０１２％以下のリン、０．００２％以下の硫黄、０．０１０％以下のスズ、０．０１５％以下の砒素、０．０１５％以下のアルミニウム、０．００３５％以下のアンチモン、及び０．１５％以下の銅を含む、請求項１記載の鋳造合金。
【請求項４】
前記不可避不純物が、重量基準で、０．００１〜０．００５％のリン、０．０００５〜０．００２％の硫黄、０．００１〜０．００４％のスズ、０．００１〜０．００４％の砒素、０．００１〜０．００５％のアルミニウム、０．００１〜０．００２５％のアンチモン、及び０．００５〜０．０１５％の銅を含む、請求項１記載の鋳造合金。
【請求項５】
前記鋳造合金が炭素、マンガン、ケイ素、ニッケル、クロム、モリブデン、バナジウム、チタン、ホウ素、鉄、０．０１２重量％以下のリン、０．０１２重量％以下の硫黄、０．０１０重量％以下のスズ、０．０１５重量％以下の砒素、０．０１５重量％以下のアルミニウム、０．００３５重量％以下のアンチモン、及び０．１５重量％以下の銅からなる、請求項１記載の鋳造合金。
【請求項６】
前記鋳造合金が、重量基準で、炭素、マンガン、ケイ素、ニッケル、クロム、モリブデン、バナジウム、チタン、ホウ素、鉄、０．００１〜０．００５％のリン、０．０００５〜０．００２％の硫黄、０．００１〜０．００４％のスズ、０．００１〜０．００４％の砒素、０．００１〜０．００５％のアルミニウム、０．００１〜０．００２５％のアンチモン、及び０．００５〜０．０１５％の銅からなる、請求項５記載の鋳造合金。
【請求項７】
前記鋳造合金が、重量基準で、０．２５〜０．３５％のケイ素を含む、請求項１記載の鋳造合金。
【請求項８】
前記鋳造合金が、重量基準で、０．１４〜０．１７％の炭素を含む、請求項１記載の鋳造合金。
【請求項９】
前記鋳造合金が、重量基準で、０．０１０〜０．０３５％のチタンを含む、請求項１記載の鋳造合金。
【請求項１０】
前記鋳造合金が、重量基準で、０．２０〜０．３５％のニッケルンを含む、請求項１記載の鋳造合金。
【請求項１１】
前記鋳造合金が、重量基準で、０．００９〜０．０１０％のホウ素を含む、請求項１記載の鋳造合金。
【請求項１２】
前記鋳造合金が、重量基準で、０．７４〜０．７７％のバナジウムを含む、請求項１記載の鋳造合金。
【請求項１３】
請求項１記載の鋳造合金から鋳造される静止部品を少なくとも１つ有するタービン（１０）。
【請求項１４】
前記静止部品がシェル（２０）、パッキンヘッド（２４）、又はパッキンリング（２８）である、請求項１３記載のタービン（１０）。
【請求項１５】
、重量基準で、０．１２〜０．２０％の炭素、０．５０〜０．９０％のマンガン、０．２５〜０．６０％のケイ素、０．１０〜０．５０％のニッケル、１．１５〜１．５０％のクロム、０．９０〜１．５０％のモリブデン、０．７０〜０．８０％のバナジウム、０．００７５〜０．０６０％のチタン、０．００８〜０．０１２％のホウ素、残部の鉄及び不可避不純物を含む合金前駆体を形成する形成工程（１０２）と、
前記合金前駆体を溶融して溶融合金組成物を形成する溶融工程（１０４）と、
前記溶融合金組成物を鋳型に鋳込む鋳込み工程（１０６）と、
前記溶融合金組成物を前記鋳型内で冷却して前記鋳造合金を形成する冷却工程（１０８）と、
を含む鋳造合金製造方法（１００）。
【請求項１６】
前記不可避不純物が、重量基準で、０．０１２％以下のリン、０．０１２％以下のケイ素、０．０１０％以下のスズ、０．０１５％以下の砒素、０．０１５％以下のアルミニウム、０．００３５％以下のアンチモン、及び０．１５％以下の銅を含む、請求項１５記載の方法（１００）。
【請求項１７】
前記合金前駆体が炭素、マンガン、ケイ素、ニッケル、クロム、モリブデン、バナジウム、チタン、ホウ素、鉄、０．０１２重量％以下のリン、０．０１２重量％以下のケイ素、０．０１０重量％以下のスズ、０．０１５重量％以下の砒素、０．０１５重量％以下のアルミニウム、０．００３５重量％以下のアンチモン、及び０．１５重量％以下の銅からなる、請求項１５記載の方法（１００）。
【請求項１８】
前記鋳造合金を約１７００〜約１９７５°Ｆの処理温度で約４〜約４８時間熱処理する工程と、
前記鋳造合金を約１２００〜約１３００°Ｆの焼き戻し温度で約４〜約４８時間加熱することによって焼き戻しを行う工程と、
をさらに含む、請求項１５記載の方法（１００）。
【請求項１９】
前記処理温度が約１９００〜約１９５０°Ｆである、請求項１８記載の方法（１００）。
【請求項２０】
前記処理温度が約１７５０〜約１８００°Ｆである、請求項１８記載の方法（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して合金鋼鋳造品並びに関連する方法及び物品の分野に関する。一実施形態では、耐熱性かつ高強度のＣｒＭｏＶ合金鋳鋼、及びそれから物品を製造する方法が広く開示されている。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン、ガスタービン、ガスタービンエンジン、及びジェットエンジンの構成部品は、軸方向に沿って様々な動作条件にさらされる。様々な動作条件によって、適切な鋳造材料や製造プロセスの選定が複雑になるだけでなく、かかるタービンの静止部品の材料や製造プロセスも影響を受ける。例えば、ある動作条件を満たすように最適化された材料は、他の動作条件を満たすうえで必ずしも最適ではない可能性がある。例として、蒸気タービン鋳造品の吸気部と排気部に対する材料特性の要件はガスタービンのそれとは異なる。例えば、蒸気タービンのケーシングは一般に高温の与圧室であり、したがってクリープ限界の制約を受ける。一方、ガスタービンのケーシングは通常、高頻度の熱サイクルにさらされるため、疲労限界の制約を受ける。これらの特性は、時に競合するものであり、強度、靱性、クリープ、及び疲労の各特性について最適な組合せを実現するため、熱処理サイクルを用途に応じて適切に組合せることで個別に調整される。
【０００３】
ケーシングなどの鋳造部品に対し、蒸気タービン業界では現在、１０５０°Ｆ未満の温度に対してＣｒＭｏＶ系低合金鋼が好まれている。蒸気タービンの効率を高めるためにそれより高い吸気口温度（例えば最高で約１０６０°Ｆ（約５７５℃））が求められるときは、蒸気タービンの高圧（ＨＰ）段における高温条件を満たすために、約９〜１４重量％のクロム並びに多様な含量のＭｏ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｂを含むクロム合金鋼を用いるのが一般的である。この種の合金から製造される鋳造部品は、蒸気タービンの高圧段において５６５℃を超える温度で動作可能であるが、コストが上昇するうえ、低温側の段の鋳造部品に用いられる合金との熱膨張の違いに対処するための対策が新たに必要とされることが多い。
【０００４】
かかる高Ｃｒ鋼は製造コストが高いだけでなく、かかるタービンの様々な静止部品（例えばシェル、弁、ダイヤフラム、パッキンヘッド、又はパッキンリング）の形成に用いる鋳造プロセスに特に適しているわけでもない。現時点においてかかるタービンの様々な静止部品は通常、ＣｒＭｏＶ合金鋼（暴露温度が１０５０°Ｆ以下の部品に対して）及び９〜１２％Ｃｒ合金鋼（それより高温もしくは大きい応力を要する用途に対して）を用いて製造される。高温用途では、主にＣｒの含有量が相対的に高いことによる９〜１２％Ｃｒ合金鋼のコストは、設計、部品選定及びタービンの最終コストに多大な影響を与えかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０１２８０３１号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様及び利点を以下に部分的に説明する。また、それらは以下の説明から明らかでありうるか、又は本発明の実施を通して習得しうる。
【０００７】
鋳造合金は一般に、その鋳造合金から製造される構成部品（例えばタービンの静止部品）と合わせて提供される。一実施形態では、鋳造合金は、重量基準で、０．１２〜０．２０％の炭素（例えば０．１４〜０．１７％の炭素）、０．５０〜０．９０％のマンガン、０．２５〜０．６０％のケイ素（例えば０．２５〜０．３５％のケイ素）、０．１０〜０．５０％のニッケル（例えば０．２０〜０．３５％のニッケル）、１．１５〜１．５０％のクロム、０．９０〜１．５０％のモリブデン、０．７０〜０．８０％のバナジウム（例えば０．７４〜０．７７％のバナジウム）、０．００７５〜０．０６０％のチタン（例えば０．０１０〜０．０３５％のチタン）、０．００８〜０．０１２％のホウ素（例えば０．００９〜０．０１０％のホウ素）、残部の鉄及び不可避不純物（例えば０．０１２重量％以下のリン、０．０１２重量％以下の硫黄、０．０１０重量％以下のスズ、０．０１５重量％以下の砒素、０．０１５重量％以下のアルミニウム、０．００３５重量％以下のアンチモン、及び０．１５重量％以下の銅だがこれに限らない）を含有する。
【０００８】
例えば、鋳造合金はある特定の実施形態では、重量基準で、０．１２〜０．２０％の炭素（例えば０．１４〜０．１７％の炭素）、０．５０〜０．９０％のマンガン、０．２５〜０．６０％のケイ素（例えば０．２５〜０．３５％のケイ素）、０．１０〜０．５０％のニッケル（例えば０．２０〜０．３５％のニッケル）、１．１５〜１．５０％のクロム、０．９０〜１．５０％のモリブデン、０．７０〜０．８０％のバナジウム（例えば０．７４〜０．７７％のバナジウム）、０．００７５〜０．０６０％のチタン（例えば０．０１０〜０．０３５％のチタン）、０．００８〜０．０１２％のホウ素（例えば０．００９〜０．０１０％のホウ素）、鉄、０．０１２重量％以下のリン、０．０１２重量％以下の硫黄、０．０１０重量％以下のスズ、０．０１５重量％以下の砒素、０．０１５重量％以下のアルミニウム、０．００３５重量％以下のアンチモン、及び０．１５重量％以下の銅からなることができる。
【０００９】
鋳造合金の製造方法も広く提供される。一実施形態では、方法は合金前駆体を形成する形成工程、前記合金前駆体を溶融して溶融合金組成物を形成する溶融工程、前記溶融合金組成物を鋳型に鋳込む鋳込み工程、及び前記溶融合金組成物を鋳型内で冷却して鋳造合金を形成する冷却工程、を含む。合金前駆体は、重量基準で、０．１２〜０．２０％の炭素、０．５０〜０．９０％のマンガン、０．２５〜０．６０％のケイ素、０．１０〜０．５０％のニッケル、１．１５〜１．５０％のクロム、０．９０〜１．５０％のモリブデン、０．７０〜０．８０％のバナジウム、０．００７５〜０．０６０％のチタン、０．００８〜０．０１２％のホウ素、残部の鉄及び不可避不純物（例えば０．０１２重量％以下のリン、０．０１２重量％以下の硫黄、０．０１０重量％以下のスズ、０．０１５重量％以下の砒素、０．０１５重量％以下のアルミニウム、０．００３５重量％以下のアンチモン、及び０．１５重量％以下の銅だがこれに限らない）を含有することができる。
【００１０】
ある特定の実施形態では、前記方法は前記鋳造合金を約１７００〜約１９７５°Ｆの処理温度で約４〜約４８時間熱処理する熱処理工程と、約１２００〜約１３００°Ｆの焼き戻し温度に約４〜約４８時間加熱することによって前記鋳造合金の焼き戻しを行う焼き戻し工程と、を含む。
【００１１】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明及び添付の図面を参照することによってさらによく理解されるだろう。添付の図面は本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成しており、本発明の実施形態を説明するとともに、本明細書と合わせて本発明の原理の説明に寄与する。
【００１２】
本発明の最良の形態を含め、当業者に向けた実施可能な程度の本発明の全般的な開示は、本明細書中に記載されている。本明細書は以下に示す添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による例示的な蒸気タービンの概略側面図である。
【図２】図１に示す蒸気タービンのためのパッキンヘッドの拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による、図１に示す蒸気タービンのためのシールアセンブリの断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による、鋳造合金の製造に適した例示的な方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態について以下に詳細に説明し、図面において実施形態の一つ以上の例を示す。それぞれの例は本発明を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。実際に、本発明の範囲又は精神を逸脱することなく様々な改変及び変形が本発明に対して実施可能であることは当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示又は説明される特徴を別の実施形態に使用し、それによってさらに別の実施形態を生み出すことができる。このように、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内に収まる改変や変形を含むことが意図されている。
【００１５】
本明細書に示す範囲及び限界値は、所定の限界値（すなわち下位範囲）内に属するあらゆる範囲を含むことを理解するべきである。例えば、約１００〜約２００までの範囲は、１１０〜１５０、１７０〜１９０、１５３〜１６２、及び１４５．３〜１４９．６までの範囲も含む。さらに、約７以下という限界値は、約５以下、３以下、及び約４．５以下の限界値も含むほか、その限界値内の範囲、例えば約１〜約５、及び約３．２〜約６．５なども含む。
【００１６】
本開示では、化学元素は一般的な化学略語（例えば元素の周期表に一般的に記載されるもの）を用いて記載している。例えば水素は一般的な化学略語Ｈで示し、ヘリウムは一般的な化学略語Ｈｅで示す等である。
【００１７】
鋳造用ＣｒＭｏＶ系低合金鋼、及びそれから物品を鋳造する方法が広く提供される。一実施形態では、この鋳造用ＣｒＭｏＶ系低合金鋼は性能面において９〜１２％Ｃｒ鋼と従来のＣｒＭｏＶ鋼とを橋渡しするものであり、（１０８０°Ｆ以下の用途において９〜１２％Ｃｒ鋼の代替品として）コスト削減の可能性を有する。さらに、この鋳造用ＣｒＭｏＶ系低合金鋼は現在入手可能なＣｒＭｏＶ鋼よりも特性が改善されている。例えば、現在使用される材料に比べてクリープ特性に優れている。したがって、タービン内の一部の静止部品（例えばケーシングシェル）の壁厚を、信頼性を犠牲にすることなく低減することができる。ある特定の実施形態では、１０５０〜１０８０°Ｆの用途において鋳造用ＣｒＭｏＶ系低合金鋼を９〜１２％Ｃｒ鋼の鋳造品の代わりに使用することができる。さらに、熱膨張係数が従来のＣｒＭｏＶ合金鋼と異なる、９〜１２％Ｃｒ鋼などの合金を使用しないことにより、新しいタービン設計に使用すること以外にも、現在提供される合金から製造される鋳造品をレトロフィットパッケージの一部としてサービス市場において使用し、既存のタービンユニットの性能向上を図ることができる。
【００１８】
この鋳造用ＣｒＭｏＶ系低合金鋼は、タービン（例えば蒸気タービン、ガスタービン、ガスタービンエンジン、及びジェットエンジン）の静止部品の製造に用いるのに特に適している。タービンの静止部品として使用するために必要となる機械特性を実現するため、この合金は１０５０〜１０８０°Ｆの動作温度で使用するように構成されている。
【００１９】
一実施形態では、この鋳造合金は、重量基準で、０．１２〜０．２０％の炭素（例えば０．１４〜０．１７％の炭素）、０．５０〜０．９０％のマンガン、０．２５〜０．６０％のケイ素（例えば０．２５〜０．３５％のケイ素）、０．１０〜０．５０％のニッケル（例えば０．２０〜０．３５％のニッケル）、１．１５〜１．５０％のクロム、０．９０〜１．５０％のモリブデン、０．７０〜０．８０％のバナジウム（例えば０．７４〜０．７７％のバナジウム）、０．００７５〜０．０６０％のチタン（例えば０．０１０〜０．０３５％のチタン）、０．００８〜０．０１２％のホウ素（例えば０．００９〜０．０１０％のホウ素）、残部の鉄、任意成分として少量の他の合金成分及び不可避不純物を含む。例えば、ある特定の実施形態では、鋳造合金は、重量基準で、０．１２〜０．２０％の炭素、０．５０〜０．９０％のマンガン、０．２５〜０．６０％のケイ素、０．１０〜０．５０％のニッケル、１．１５〜１．５０％のクロム、０．９０〜１．５０％のモリブデン、０．７０〜０．８０％のバナジウム、０．００７５〜０．０６０％のチタン、０．００８〜０．０１２％のホウ素、残部の鉄及び不可避不純物からなる。
【００２０】
この鋳造用ＣｒＭｏＶ系低合金鋼の製造に用いられる本鋳造方法により、タービンの回転部品の鍛造用に製造されるＣｒＭｏＶ系低合金鋼を対象とする米国特許出願公開第２０１１／００７００８８号明細書に記載されるＣｒＭｏＶ系低合金鋼と比較して、炭素の相対含有量が低減される一方でケイ素が導入されている。いかなる特定の理論にも拘束されないという希望のもと、（特に米国特許出願公開第２０１１／００７００８８号明細書に記載されるＣｒＭｏＶ系低合金鋼と比較して）本鋳造合金は相対的に高いケイ素含有量と相対的に低い炭素含有量を有することから、溶融合金組成物を鋳型に鋳込めるだけの十分な流動性が溶融時に確保できると考えられる。
【００２１】
上述のように、この鋳造合金には不可避不純物が存在しうる。例えば、一部の実施形態では、本鋳造合金中に存在しうる不可避不純物は、重量基準で、０．０１２％以下のリン（例えば０．００１〜０．００５％のリン）、０．００２％以下の硫黄（例えば０．０００５〜０．００２％の硫黄）、０．０１０％以下のスズ（例えば０．００１〜０．００４％のスズ）、０．０１５％以下の砒素（例えば０．００１〜０．００４％の砒素）、０．０１５％以下のアルミニウム（例えば０．００１〜０．００５％のアルミニウム）、０．００３５％以下のアンチモン（例えば０．００１〜０．００２５％のアンチモン）、及び／又は０．１５％以下の銅（例えば０．００５〜０．０１５％の銅）でありうる。したがって、ある特定の実施形態では、この鋳造合金は、炭素（例えば０．１２〜０．２０％の炭素）、マンガン（例えば０．５０〜０．９０％のマンガン）、ケイ素（例えば０．２５〜０．６０％のケイ素）、ニッケル（例えば０．１０〜０．５０％のニッケル）、クロム（例えば１．１５〜１．５０％のクロム）、モリブデン（例えば０．９０〜１．５０％のモリブデン）、バナジウム（例えば０．７０〜０．８０％のバナジウム）、チタン（例えば０．００７５〜０．０６０％のチタン）、ホウ素（例えば０．００８〜０．０１２％のホウ素）、鉄、０．０１２％以下のリン（例えば０．００１〜０．００５％のリン）、０．００２％以下の硫黄（例えば０．０００５〜０．００２％の硫黄）、０．０１０％以下のスズ（例えば０．００１〜０．００４％のスズ）、０．０１５％以下の砒素（例えば０．００１〜０．００４％の砒素）、０．０１５％以下のアルミニウム（例えば０．００１〜０．００５％のアルミニウム）、０．００３５％以下のアンチモン（例えば０．００１〜０．００２５％のアンチモン）、０．１５％以下の銅（例えば０．００５〜０．０１５％の銅）、及び（存在する場合は）その他の不可避不純物からなる。
【００２２】
上述のように、この鋳造用ＣｒＭｏＶ系低合金鋼は、タービンの静止部品の製造に用いるのに特に適している。例えば、図１を参照すると、例示的な蒸気タービン１０の概略図が一般的に示されている。蒸気タービン１０は第１の端部すなわち発電機側端部１２と、その反対側の第２の端部すなわちタービン側端部１４とを画定する。蒸気タービン１０は、少なくとも蒸気タービン１０の軸方向中心線１６の一部に沿って延伸するロータ軸（図１に図示せず）を備える。蒸気タービン１０の動作時には、発電ボイラ（図示せず）などの蒸気源から出る高圧蒸気が蒸気入口１９から蒸気タービン１０に入り、図１に示すタービン側端部１４から排出される。
【００２３】
ロータ軸の周りには固定された内側シェル２０が設けられ、軸方向中心線１６に沿って延伸する。内側シェル２０は、発電機側端面２１及びその反対側にあるタービン側端面２２を有する。内側シェル２０は、ロータ軸を備えるタービン室２３を形成する。図１に示すように、内側シェル２０にはパッキンヘッド２４が接続される。パッキンヘッド２４はタービン室２３の内部に設けられ、ロータ軸並びに軸方向中心線１６について円周方向に設けられている。さらに図２を参照すると、パッキンヘッド２４は複数の流路２６を備える。一実施形態では、パッキンヘッド２４はパッキンヘッド２４の軸長方向に沿って形成される８本の流路２６を備える。図２をさらに参照すると、各流路２６は軸方向中心線１６に対して円周方向に延伸し、かつパッキンリング２８を受け入れる寸法を有する。図３に示すように、各パッキンリング２８はパッキンヘッド２４内に画定される、対応する流路２６の内部に保持される。代替的な実施形態では、パッキンヘッド２４は適切な任意の数の流路２６を備える。
【００２４】
一実施形態では、蒸気タービン１０は図３に示すようにシールアセンブリ３０を備える。図３にはロータ軸３２の一部とパッキンヘッド２４の一部のみを示している。ロータ軸３２とパッキンヘッド２４及び／又はパッキンリング２８との間にはラジアル隙間３３が画定される。各パッキンリング２８は、内輪部３４の半径方向の内面３７から延伸する歯３６を有する内輪部３４と、パッキンヘッド２４のラジアル面４１と接触することによってラジアル隙間又は間隙３３の制御を容易にする半径方向の外面３８とを備える。各パッキンリング２８は流路２６内に備わる外輪部４２も有する。
【００２５】
パッキンリング２８は、ロータ軸３２から外に向かって延伸する複数のロータ軸外周部突起４８に対向する、複数の歯３６を備える。ラジアル隙間３３内部において複数の制限部が歯３６とロータ軸３２との間にその一部が画定される形で形成され、流体が正の力によってその複数の制限部の間を流れうる。より具体的には、ラジアル隙間３３、歯３６の枚数と相対的な鋭利さ、ロータ軸外周部突起４８の数、及び／又は圧力と密度を含む動作条件は、漏れ流量を決定する因子となる。或いは、他の幾何学的配置を用いて複数もしくは１つの漏れ制限部を設けることもできる。
【００２６】
図１に示すように、蒸気タービン１０は、内側シェル２０の周囲に位置する外側シェル６０を備える。外側シェル６０は、第１の端面すなわち発電機側端面６１と、その反対側にある第２の端面すなわちタービン側端面６２とを有する。それらは概して内側シェル２０の発電機側端面２１とタービン側端面２２とにそれぞれ対応する。一実施形態では、内側シェル２０は蒸気タービン１０の横断中心線１８に対して外側シェル６０と芯合わせされている。タービンのケーシングは内側シェル２０と外側シェル６０とを有するように図示されているが、ある代替的な実施形態ではこれを単一シェル構造とすることができる。
【００２７】
上述のように、蒸気タービン１０の静止部品（例えば内側シェル２０、外側シェル６０、パッキンヘッド２４、パッキンリング２８など）は上記鋳造用ＣｒＭｏＶ系低合金鋼から製造することができる。これまで蒸気タービン１０を参照して説明してきたが、この鋳造用ＣｒＭｏＶ系低合金鋼は、ガスタービン、ガスタービンエンジン、及びジェットエンジンなどを含む他の種類のタービンの静止部品に使用できることが認識されている。
【００２８】
ＣｒＭｏＶ系低合金鋼から静止部品を製造するにあたっては適切な任意の鋳造法を使用することができる。これには砂型鋳造や遠心鋳造などがあるが、それらには限定されない。例えば図４は、鋳造合金を製造する例示的な方法１００を示す。方法１００は、合金前駆体を形成するステップ１０２の工程、合金前駆体を溶融して溶融合金組成物を形成するステップ１０４の工程、溶融合金組成物を鋳型に鋳込むステップ１０６の工程、及び最後に溶融合金組成物を鋳型内で冷却して鋳造合金を形成するステップ１０８の工程を含む。
【００２９】
一般に、ステップ１０２で形成され、ステップ１０４で溶融される合金前駆体は、最終的な鋳造合金における所望重量百分率の成分から形成される。例えば一実施形態では、合金前駆体は、重量基準で、０．１２〜０．２０％の炭素（例えば０．１４〜０．１７％の炭素）、０．５０〜０．９０％のマンガン、０．２５〜０．６０％のケイ素（例えば０．２５〜０．３５％のケイ素）、０．１０〜０．５０％のニッケル（例えば０．２０〜０．３５％のニッケル）、１．１５〜１．５０％のクロム、０．９０〜１．５０％のモリブデン、０．７０〜０．８０％のバナジウム（例えば０．７４〜０．７７％のバナジウム）、０．００７５〜０．０６０％のチタン（例えば０．０１０〜０．０３５％のチタン）、０．００８〜０．０１２％のホウ素（例えば０．００９〜０．０１０％のホウ素）、残部の鉄、任意成分として少量の他の合金成分及び不可避不純物を含む。例えば、ある特定の実施形態では、合金前駆体は、重量基準で、０．１２〜０．２０％の炭素、０．５０〜０．９０％のマンガン、０．２５〜０．６０％のケイ素、０．１０〜０．５０％のニッケル、１．１５〜１．５０％のクロム、０．９０〜１．５０％のモリブデン、０．７０〜０．８０％のバナジウム、０．００７５〜０．０６０％のチタン、０．００８〜０．０１２％のホウ素、残部の鉄及び不可避不純物からなる。不可避不純物は、例えば０．０１２％以下のリン（例えば０．００１〜０．００５％のリン）、０．００２％以下の硫黄（例えば０．０００５〜０．００２％の硫黄）、０．０１０％以下のスズ（例えば０．００１〜０．００４％のスズ）、０．０１５％以下の砒素（例えば０．００１〜０．００４％の砒素）、０．０１５％以下のアルミニウム（例えば０．００１〜０．００５％のアルミニウム）、０．００３５％以下のアンチモン（例えば０．００１〜０．００２５％のアンチモン）、及び／又は０．１５％以下の銅（例えば０．００５〜０．０１５％の銅）などである。例えば、ある特定の実施形態では、合金前駆体は炭素（例えば０．１２〜０．２０％の炭素）、マンガン（例えば０．５０〜０．９０％のマンガン）、ケイ素（例えば０．２５〜０．６０％のケイ素）、ニッケル（例えば０．１０〜０．５０％のニッケル）、クロム（例えば１．１５〜１．５０％のクロム）、モリブデン（例えば０．９０〜１．５０％のモリブデン）、バナジウム（例えば０．７０〜０．８０％のバナジウム）、チタン（例えば０．００７５〜０．０６０％のチタン）、ホウ素（例えば０．００８〜０．０１２％のホウ素）、鉄、０．０１２％以下のリン（例えば０．００１〜０．００５％のリン）、０．００２％以下の硫黄（例えば０．０００５〜０．００２％の硫黄）、０．０１０％以下のスズ（例えば０．００１〜０．００４％のスズ）、０．０１５％以下の砒素（例えば０．００１〜０．００４％の砒素）、０．０１５％以下のアルミニウム（例えば０．００１〜０．００５％のアルミニウム）、０．００３５％以下のアンチモン（例えば０．００１〜０．００２５％のアンチモン）、０．１５％以下の銅（例えば０．００５〜０．０１５％の銅）、及び（存在する場合は）その他の不可避不純物からなる。
【００３０】
鋳造合金は形成後に鋳型内において約１７００〜約１９７５°Ｆの処理温度で約４〜約４８時間（例えば約４〜約２４時間）熱処理することができる。この熱処理は、得られる鋳造合金の微細構造に影響を与え、ひいては鋳造合金のいくつかの特性（例えばクリープ及び疲労の特性）に影響を与える。一実施形態では、熱処理の温度と時間を調節することで、得られる処理後の鋳造合金のいくつかの特性を制御することができる。例えば、熱処理温度を約１９００〜約１９５０°Ｆとすることで、得られる処理後の鋳造合金のクリープ特性を改善することができる。これは蒸気タービンの鋳造合金部品において特に望ましい場合がある。或いは、熱処理温度を約１７５０〜約１８００°Ｆにすることで、得られる処理後の鋳造合金の疲労特性を改善することができる。これはガスタービンの鋳造合金部品において特に望ましい場合がある。
【００３１】
熱処理に続き、鋳造合金を約１２００〜約１３００°Ｆの温度に約４〜約４８時間（例えば約８〜約２４時間）加熱することによって焼き戻しすることができる。一実施形態では、焼き戻し処理の温度と時間を調節することで、得られる処理後の鋳造合金のいくつかの特性（例えば強度）を制御することができる。
【００３２】
本明細書では、最良の形態を含むいくつかの例を用いて本発明を開示するとともに、当業者が本発明を実施可能にしている。これには、装置もしくはシステムの製造及び使用、及び具体化された方法の実施を含む。本発明において特許性のある範囲は特許請求の範囲によって規定され、またそれは当業者が思い付く他の例を含みうる。かかる他の例が特許請求の範囲の文言と同じ構造要素を含む場合、或いは特許請求の範囲の文言とわずかな違いしかない均等な構造要素を含む場合、かかる他の例は特許請求の範囲の範囲内にあることが想定される。
【符号の説明】
【００３３】
１０  蒸気タービン
１２  発電機側端部
１４  タービン側端部
１６  軸方向中心線
１８  横断中心線
１９  蒸気入口
２０  内側シェル
２１  発電機側端面
２２  タービン側端面
２３  タービン室
２４  パッキンヘッド
２６  流路
２８  パッキンリング
３０  シールアセンブリ
３２  ロータ軸
３３  間隙（ラジアル隙間）
３４  内輪部
３６  歯
３７  半径方向の内面
３８  半径方向の外面
４１  ラジアル面
４２  外輪部
４８  ロータ軸外周部突起
６０  外側シェル
６１  発電機側端面
６２  タービン側端面
１００  方法
１０２  ステップ
１０４  ステップ
１０６  ステップ
１０８  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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