(57)【要約】  複数の軸部材を溶接して軸体を形成する軸体の製造方法であって、少なくともいずれか一の軸部材について、軸部材同士を溶接する前に、隣り合う他の軸部材側の端部の近傍の範囲に、範囲の端部側の強度が範囲の端部と反対側の強度よりも低くなるように焼もどしを行う一次焼もどし工程と、一次焼きもどし工程後に、軸部材同士を溶接する溶接工程と、溶接工程後に、軸部材間の溶接部近傍について焼もどしを行う二次焼もどし工程と、を備える軸体の製造方法。
2016056654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の軸部材を溶接して軸体を形成する軸体の製造方法であって、
少なくともいずれか一の前記軸部材について、前記軸部材同士を溶接する前に、隣り合う他の前記軸部材側の端部の近傍の範囲に、前記範囲の前記端部側の強度が前記範囲の前記端部と反対側の強度よりも低くなるように焼もどしを行う一次焼もどし工程と、
前記一次焼きもどし工程後に、前記軸部材同士を溶接する溶接工程と、
前記溶接工程後に、前記軸部材間の溶接部近傍について焼もどしを行う二次焼もどし工程と、を備える軸体の製造方法。
【請求項２】
各々の前記軸部材の溶接前素材を形成する溶接前素材形成工程と、
前記溶接前素材形成工程後、かつ、前記一次焼もどし工程前に、各々の前記軸部材の溶接前素材に対して焼入れを行う焼入れ工程と、を備える請求項１に記載の軸体の製造方法。
【請求項３】
前記一次焼もどし工程は、前記範囲の焼もどし温度と前記範囲以外の焼もどし温度を変えることによって行う請求項１又は請求項２に記載の軸体の製造方法。
【請求項４】
前記二次焼きもどし工程は、パネルヒーターを用いて前記溶接部近傍を加熱する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の軸体の製造方法。
【請求項５】
前記二次焼きもどし工程は、前記軸体の軸線が水平方向に沿う状態で実施する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の軸体の製造方法。
【請求項６】
前記軸体として回転機械のロータを製造する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の軸体の製造方法。
【請求項７】
前記ロータとしてタービン軸を形成し、
前記一の軸部材は、タービン内の環境温度が中低温領域である位置に配置されて最終段タービン翼を設置する翼溝を含み、
前記範囲として最終段よりも上段側の範囲を設定する請求項６に記載の軸体の製造方法。
【請求項８】
前記一の軸部材を低合金鋼にて形成し、前記他の軸部材を高クロム鋼にて形成する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の軸体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の軸部材を溶接して軸体を形成する軸体の製造方法に関する。
本願は、２０１４年１０月１０日に出願された特願２０１４−２０８８１４号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、蒸気タービンを構成するタービンロータ（軸体）を、複数の軸部材に分割した上で、これら軸部材を互いに溶接により接合させることによって製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような方法であれば、例えば軸部材によって材料を異なるものとすることができ、例えば蒸気タービン内の温度分布に応じて、軸部材の材料を選定することができる。
例えば、タービンロータを軸方向に三分割する場合、蒸気タービン内の環境温度が高温領域である位置に配置される中央部の母材として高温強度に優れた高Ｃｒ鋼を用い、それ以外の部位には低合金鋼を用いるという材料選定を行うことができる。【０００３】
この製造方法においては、隣り合う軸部材同士の間に形成される溶接金属の靱性確保と溶接熱影響部（ＨＡＺ，Heat-Affected Zone）の硬さを下げる目的で溶接後熱処理（ＰＷＨＴ，Post Weld Heat Treatment）を実施するのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特許第４２８８３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、溶接後熱処理を実施する際、低合金鋼側は素材の焼もどし温度よりも溶接後熱処理温度の方が高くなり、母材の強度低下も同時に生じてしまうことが知られている。
一方、複数の軸部材のうち、最終段タービン翼を設置する翼溝を含む軸部材においては、高い応力が付加される最終段近傍の強度要求により、母材の初期強度が決まっているため、溶接後熱処理後の強度低下分を加味して溶接前の母材強度を高めに調整している。【０００６】
ここで、溶接後熱処理中における周方向の温度変動が大きい場合、即ち、溶接後熱処理における加熱温度の均一性が悪い場合においては、処理後における強度の周方向の不均一が生じる。特に、母材強度を高めに調整している場合、強度変化が大きくなることに伴なって均一性は悪化する。
強度の均一性の悪化を抑制するためには、電気炉を用いて溶接後熱処理を行うことが一般的である。電気炉を用いてロータの全体を加熱することによって、溶接後熱処理中の周方向の温度変動を小さくすることができる。また、電気炉としては、ロータ自重によるクリープ変形を抑制するために、竪型電気炉の使用が一般的である。【０００７】
しかしながら、ロータを収容可能な電気炉の使用は多大なるコストを要するため、溶接部近傍のみを加熱する方法も検討されている。しかしながら、溶接部近傍のみを加熱する方法では、ロータの周囲の雰囲気を加熱する電気炉と比較して、溶接後熱処理中の温度変動を小さくすることが難しいという課題があった。【０００８】
この発明は、溶接後熱処理における周方向の温度変動が大きい場合においても溶接部近傍の強度むらを小さくすることができる軸体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一の態様によれば、軸体の製造方法は、複数の軸部材を溶接して軸体を形成する軸体の製造方法であって、少なくともいずれか一の前記軸部材について、前記軸部材同士を溶接する前に、隣り合う他の前記軸部材側の端部の近傍の範囲に、前記範囲の前記端部側の強度が前記範囲の前記端部と反対側の強度よりも低くなるように焼もどしを行う一次焼もどし工程と、前記一次焼きもどし工程後に、前記軸部材同士を溶接する溶接工程と、前記溶接工程後に、前記軸部材間の溶接部近傍について焼もどしを行う二次焼もどし工程と、を備える。【００１０】
このような構成によれば、一の軸部材の溶接部近傍の強度を低くすることによって、二次焼もどし工程における強度低下が軽微となる。これにより、二次焼もどし工程における加熱温度の周方向の温度変位が大きい場合においても、溶接部から離間する部位の強度を確保しながら、溶接部近傍の周方向の強度むらを小さくすることができる。
また、軸部材の溶接部近傍を、軸方向に沿って徐々に変化する必要強度に応じた強度にすることができる。【００１１】
上記軸体の製造方法において、各々の前記軸部材の溶接前素材を形成する溶接前素材形成工程と、前記溶接前素材形成工程後、かつ、前記一次焼もどし工程前に、各々の前記軸部材の溶接前素材に対して焼入れを行う焼入れ工程と、を備えていてよい。【００１２】
上記軸体の製造方法において、前記一次焼もどし工程は、前記範囲の焼もどし温度と前記範囲以外の焼もどし温度を変えることによって行ってよい。【００１３】
このような構成によれば、一次焼もどし工程にて焼もどし温度を変えることによって、容易に温度制御を行うことができる。【００１４】
上記軸体の製造方法において、前記二次焼きもどし工程は、パネルヒーターを用いて前記溶接部近傍を加熱してよい。【００１５】
上記軸体の製造方法において、前記二次焼きもどし工程は、前記軸体の軸線が水平方向に沿う状態で実施してよい。【００１６】
上記軸体の製造方法において、前記軸体として回転機械のロータを製造してもよい。【００１７】
上記軸体の製造方法において、前記ロータとしてタービン軸を形成し、前記一の軸部材は、タービン内の環境温度が中低温領域である位置に配置されて最終段タービン翼を設置する翼溝を含み、前記範囲として最終段よりも上段側の範囲を設定してもよい。【００１８】
上記軸体の製造方法において、前記一の軸部材を低合金鋼にて形成し、前記他の軸部材を高クロム鋼にて形成してもよい。【００１９】
このような構成によれば、焼もどし温度の高い高クロム鋼と低合金鋼とを溶接する場合においても、溶接部近傍の周方向の強度むらを小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、一の軸部材の溶接部近傍の強度を低くすることによって、二次焼もどし工程における強度低下が軽微となる。これにより、二次焼もどし工程における加熱温度の周方向の温度変位が大きい場合においても、溶接部から離間する部位の強度を確保しながら、溶接部近傍の周方向の強度むらを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態のタービンロータの構成及び強度・硬さを説明する図である。
【図２】本発明の第一実施形態の軸体の製造方法の工程を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第一実施形態の軸体の製造方法における一次焼もどし工程の方法を説明する概略図である。
【図４】本発明の第二実施形態の軸体の製造方法の工程を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第二実施形態の軸体の製造方法にて使用される（ａ）溶接熱影響部のＬＭＰプロットと、（ｂ）母材のＬＭＰプロットである。
【図６】本発明の第二実施形態の軸体の製造方法にて使用される実体温度計測の結果を示すグラフである。
【図７Ａ】本発明の第二実施形態の軸体の製造方法にて使用される、二次焼もどし工程における温度変化を示すグラフである。
【図７Ｂ】本発明の第二実施形態の軸体の製造方法にて使用される、溶接後熱処理の条件の補正方法を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態の軸体の製造方法について図面を参照して詳細に説明する。以下の説明においては、本実施形態の軸体の製造方法を蒸気タービン（回転機械）のタービンロータ（タービン軸）の製造方法を用いて説明する。
まず、本実施形態の軸体の製造方法によって製造されるタービンロータについて説明する。図１に示すように、本実施形態の軸体の製造方法によって製造されるタービンロータ１は、タービンロータ１の第一の端部をなす第一軸部材２と、タービンロータ１の第一の端部とは反対側の第二の端部をなす第三軸部材４と、第一軸部材２と第三軸部材４との間に配置される第二軸部材３と、を有している。
【００２３】
第一軸部材２と第二軸部材３と第三軸部材４は、タービンロータ１の軸線方向に互いに溶接されている。それぞれの軸体は、長手方向において径が変化する形状をなしており、タービンロータ１の断面形状は、円形状となっている。
【００２４】
タービンロータ１は、異鋼種溶接ロータであり、蒸気タービン内の環境温度が中低温領域である位置に配置される第一軸部材２（低圧タービンロータ）及び第三軸部材４は低合金鋼で形成され、蒸気タービン内の環境温度が高温領域である位置に配置される第二軸部材３は高温強度に優れた高Ｃｒ鋼で形成されている。
具体的には、第一軸部材２は、３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ低合金鋼で形成され、第二軸部材３は、１２％Ｃｒ鋼で形成され、第三軸部材４は、１〜２．２５％ＣｒＭｏＶ低合金鋼で形成されている。
【００２５】
第一軸部材２は低圧タービンロータであり、複数のタービン翼ＲＢが取り付けられる。取り付けられるタービン翼ＲＢは、第一軸部材２の軸方向に直交する方向に延び、翼高さは、最終段タービン翼ＬＲＢが最も長くなるように、上流側（第二軸部材３の側）より漸次長くなっている。
第一軸部材２には、最終段タービン翼ＬＲＢを設置する翼溝６が形成されている。第一軸部材２の翼溝６には、高い翼高さを有する最終段タービン翼ＬＲＢが取り付けられ、翼溝６近傍には、大きな遠心力（応力）が付加される。これにより、第一軸部材２の翼溝６において要求される強度は高い。
第一軸部材２と第二軸部材３との間、及び第二軸部材３と第三軸部材４との間には、溶接金属からなる溶接部５が形成されている。
【００２６】
タービンロータ１の軸方向の相対的な強度は、図１の二点鎖線で示すように調整されている。即ち、第二軸部材３は、第三軸部材４よりも強度が高い。第一軸部材２の翼溝６が形成されている部位は、第二軸部材３よりも強度が高い。具体的には、第一軸部材２の翼溝６が形成されている部位の強度は、翼溝６における必要強度Ｈ５よりも高くなっている。
第一軸部材２の範囲Ｒ、即ち、翼溝６よりも上段側の範囲においては、第一軸部材２の翼溝６が形成されている部位よりも強度が低くなっている。即ち、同じ軸部材において、軸方向の位置によって強度が異なっている。
範囲Ｒの最も溶接部５側の端部の必要強度Ｈ２は、翼溝における必要強度Ｈ５よりも大幅に低い。範囲Ｒの最も溶接部５側の端部の強度は、当該部位の必要強度Ｈ２よりも高く、かつ、第三軸部材４の強度よりも低く調整されている。
第一軸部材２の範囲Ｒにおいては、範囲Ｒの最も溶接部５側の端部から翼溝６に向かって漸次強度が高くなるように調整されている。
【００２７】
次に、複数の軸部材２，３，４を溶接して軸体を形成する軸体の製造方法について説明する。
図２に示すように、本実施形態の軸体の製造方法Ｍ１は、軸部材２，３，４の溶接前素材を形成する溶接前素材形成工程Ｓ１１と、軸部材２，３，４の溶接前素材に対して焼き入れを行う焼き入れ工程Ｓ１２と、焼入れを行った軸部材２，３，４の溶接前素材に対して焼きもどしを行う一次焼きもどし工程Ｓ１３と、軸部材同士を溶接する溶接工程Ｓ１４と、溶接工程Ｓ１４後に、各々の溶接熱影響部について焼もどしを行う二次焼もどし工程Ｓ１５（溶接後熱処理）と、を備える。
【００２８】
溶接前素材形成工程Ｓ１１は、溶解した合金溶湯を鋳造し、鍛造・成形加工を施して軸部材２，３，４の溶接前素材を形成する工程である。
焼入れ工程Ｓ１２は、軸部材２，３，４の溶接前素材に対して焼入れを行う工程である。
第一軸部材２については、３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ低合金鋼にて形成された溶接前素材を８００〜９００℃の温度から急冷させる。
第二軸部材３については、高Ｃｒ鋼にて形成された溶接前素材を１０５０〜１１５０℃の温度から急冷させる。
第三軸部材４については、１〜２．２５％ＣｒＭｏＶ低合金鋼にて形成された溶接前素材を９００〜１０００℃の温度から急冷させる。
【００２９】
一次焼もどし工程Ｓ１３は、焼入れを行った軸部材２，３，４の溶接前素材に対して焼もどしを行う工程である。
ここで、本実施形態の軸体の製造方法Ｍ１においては、第二軸部材３及び第三軸部材４については、全体の強度が均質となるように焼もどしを行うが、第一軸部材２については、軸方向において強度差を持たせるように焼もどしを行う。
【００３０】
第二軸部材３については、焼入れが施された第二軸部材３を、６５０〜７５０℃の温度で再加熱することにより焼きもどしを行う。
第三軸部材４については、焼入れが施された第三軸部材４を、６００〜７００℃の温度で再加熱することにより焼きもどしを行う。
【００３１】
次に、一次焼もどし工程Ｓ１３における、第一軸部材２の焼もどしについて説明する。
第一軸部材２に対する一次焼もどし工程Ｓ１３では、第一軸部材２の溶接部５近傍の素材強度のみを低めに調整する。具体的には、第一軸部材２の溶接部５近傍（図１に示す範囲Ｒ）と翼溝６との強度差を付けた傾斜焼もどしを行う。具体的には、範囲Ｒの溶接部５側の強度が範囲Ｒの溶接部５と反対側の強度よりも低くなるように焼もどしを行う。溶接部５近傍には、溶接による溶接熱影響部（ＨＡＺ，Heat-Affected Zone）が含まれる。
図１に示すように、一次焼もどし工程Ｓ１３実施後の第一軸部材２の強度は、第二軸部材３と溶接される端部近傍の強度が第二軸部材３と溶接される端部より離間する部位よりも低い。第一軸部材２において、翼溝６（最終段）よりも上段側の範囲が、素材強度が低めに調整される範囲Ｒとされている。
【００３２】
範囲Ｒは、溶接部５側での強度から溶接部５と反対側の強度まで、強度が傾斜して変化している。溶接部５側（継手部）の強度は、溶接部５側の強度要求が低いため、低く調整されている。換言すれば、第一軸部材２の継手部にはタービン翼などの付加物が取り付けられておらず、大きな応力が付加されないため、第一軸部材２の母材である３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ低合金鋼が有する強度・硬さは必要としていない。
【００３３】
一方、範囲Ｒにおける溶接部５と反対側の強度は、翼溝６の強度要求が高いため高く調整されている。
具体的には、翼溝６（最終段）における必要強度Ｈ５と比較して、最も溶接部５側の端部における必要強度Ｈ２は大幅に低くなっている。最終段の前々段における必要強度Ｈ３は、最も溶接部５側の端部における必要強度Ｈ２よりもやや大きい程度である。最終段の前段における必要強度Ｈ４は、最終段の前々段における必要強度Ｈ３よりもやや大きい程度である。
一方、最終段の前段における必要強度Ｈ４は、翼溝６（最終段）における必要強度Ｈ５よりも大幅に小さく調整されている。
【００３４】
次に、第一軸部材２に上記したような範囲Ｒに強度差を付与した焼もどしを行う方法を説明する。第一軸部材２の範囲Ｒに焼もどしを行うに当たっては、図３に示すように、円筒状の竪型炉８に仕切板９を入れて、焼もどし温度を変えることにより強度差を付与する。竪型炉８の周壁の内面には、加熱装置として例えば電熱線が配置されている。
【００３５】
具体的には、仕切板９より下部の領域Ａ１については、５５０〜６００℃の温度範囲で４０時間〜６０時間の一次焼もどしを実施する。仕切板９より上部の領域Ａ２（範囲Ｒ）については、６００〜６５０℃の温度範囲で４０時間〜６０時間の一次焼もどしを実施する。一次焼もどし温度は、所定の温度に対して、軸部材表面に取り付けた熱電対により計測される温度が±５℃の範囲となるように制御する。また、仕切板９近傍の遷移温度領域は極力狭いほど好ましい。
上述したような熱処理を実施することによって、各部位において最適な強度特性を有し、周方向に均質な強度分布を持つタービンロータ１の溶接前素材とすることができる。
【００３６】
溶接工程Ｓ１４は、軸部材同士、即ち、第一軸部材２と第二軸部材３と第三軸部材４とを互いに突合せ溶接する工程である。溶接工程Ｓ１４においては、軸部材同士を付き合わせ、窒素含有量が質量％で０．０２５％以下である９％Ｃｒ系溶加材を用いて、例えばアーク溶接することにより、軸部材間に溶接金属からなる溶接部５（図１参照）を形成する。
【００３７】
図１の破線に示すように、溶接工程Ｓ１４によって、溶接熱影響部（ＨＡＺ）が形成される。溶接熱影響部は、溶接金属からなる溶接部５と、溶接部５と接する軸部材の端部とから構成されている。
図１からも明らかなように、第一軸部材２と第二軸部材３との間の溶接熱影響部と第二軸部材３と第三軸部材４との間の溶接熱影響部においては、強度及び硬さが大幅に上昇している。即ち、溶接熱影響部は溶接施行による焼入れ硬化性が大きく、著しく硬くなる。溶接部５の硬さが例えばＨＶ３５０以上に硬くなると、タービン使用中に遅れ割れを生じる可能性があるため、二次焼もどし工程Ｓ１５により基準値以下の硬さに低下させる必要がある。
【００３８】
二次焼もどし工程Ｓ１５は、溶接工程Ｓ１４後に、各々の溶接熱影響部について焼もどしを行う溶接後熱処理（ＰＷＨＴ，Post Welt Heat Treatment）と呼ばれる工程である。二次焼もどし工程Ｓ１５は、溶接熱影響部のみを加熱する局部焼もどしであり、例えばパネルヒーターを用いて、タービンロータ１の軸線が水平方向に沿う状態で加熱を行う。パネルヒーターに加えて、高周波加熱装置等を用いて、補助加熱することが好ましい。
【００３９】
具体的には、第一軸部材２と第二軸部材３との間については、５９５℃〜６２０℃の温度範囲で４０時間〜６０時間の溶接後熱処理を実施する。また、第二軸部材３と第三軸部材４との間については、６２５℃〜６５０℃の温度範囲で４０時間〜６０時間の溶接後熱処理を実施する。
上述したように、二次焼もどし工程Ｓ１５は、タービンロータ１を横向きにして行ってよい。これは、二次焼もどし工程Ｓ１５においてはパネルヒーターを用いて局部焼もどしを行うためである。即ち、パネルヒーターを用いて溶接部５近傍のみを加熱することによって、熱処理時のクリープ変形を考慮する必要がない。
【００４０】
図１の一点鎖線に示すように、二次焼もどし工程Ｓ１５後においては、溶接熱影響部の強度及び硬さは、基準値Ｈ１（ＨＡＺ硬さ上限）よりも低くなる。一方で、第一軸部材２の最も溶接部５側の強度は、当該部位の必要強度Ｈ２よりも高くなる。換言すれば、第一軸部材２において一次焼もどし工程Ｓ１３にて決定される強度は、二次焼もどし工程Ｓ１５を経て低下する強度を加味して設定されている。同様に、第一軸部材２の翼溝６における強度は、当該部位の必要強度Ｈ５よりも高くなる。
即ち、第一軸部材２の一次焼もどし範囲Ｒの強度が傾斜していることによって、端部や翼溝６の強度が必要強度以上に維持される。
【００４１】
上記実施形態によれば、第一軸部材２の溶接部５近傍の強度を低くすることによって、二次焼もどし工程Ｓ１５（溶接後熱処理）における強度低下が軽微となる。これにより、二次焼もどし工程Ｓ１５における加熱温度の周方向の温度変動が大きい場合においても、溶接部５近傍の周方向の強度むらを小さくすることができる。
即ち、周方向の温度むらが大きいパネルヒーターを用いた場合においても、溶接部５近傍の周方向の強度むらを小さくすることができる。
【００４２】
換言すれば、二次焼もどし工程Ｓ１５、即ち、溶接後熱処理中の周方向の温度変動の影響による強度変化を最小限とすることができる。これにより、二次焼もどし工程Ｓ１５における周方向の温度変動の許容幅が広くなり、二次焼もどし工程Ｓ１５後の周方向の強度の均質性を確保することができる。
これにより、異鋼種溶接ロータの製造の際、要求強度の高い翼溝６を有する一方で蒸気タービン内の環境温度が中低温領域である低圧タービンロータを、他のロータと溶接する際において、翼溝６の強度を確保しながら、溶接部５近傍の周方向の強度むらを小さくすることができる。
また、焼もどし温度の高い高Ｃｒ鋼によって形成されている第二軸部材３と、低合金鋼によって形成されている第一軸部材２とを溶接する場合においても、溶接部５近傍の周方向の強度むらを小さくすることができる。
【００４３】
また、範囲Ｒの強度が傾斜して変化していることによって、第一軸部材２の溶接部５近傍を、軸方向に沿って徐々に変化する必要強度に応じた強度にすることができる。
また、二次焼もどし工程Ｓ１５において、パネルヒーターを用いて溶接部５近傍のみを加熱する方法を用いることによって、電気炉を用いて加熱する方法と比較して、低コストで溶接後熱処理を実施することができる。
さらに、二次焼もどし工程Ｓ１５における溶接後熱処理をタービンロータ１の軸線が水平方向に沿う状態で加熱を行うことによって、竪型電気炉などの竪型の設備を用いることなく、溶接後熱処理を実施することができる。
【００４４】
（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の軸体の製造方法を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の軸体の製造方法は、溶接後の実体強度（硬さ）計測データ及び熱処理中の実体温度計測データを基に熱処理条件にフィードバックを行い、熱処理後の狙い強度精度を更に向上させる。
【００４５】
図４に示すように、本実施形態の軸体の製造方法Ｍ２は、第一実施形態と同様の溶接前素材形成工程Ｓ２１と、焼き入れ工程Ｓ２２と、一次焼もどし工程Ｓ２３と、軸部材同士を溶接する溶接工程Ｓ２４と、溶接熱影響部及び母材の硬さ測定を行う第一硬さ測定工程Ｓ２５と、溶接後熱処理におけるＬＭＰ範囲を決定するＬＭＰ範囲決定工程Ｓ２６と、温度解析を行い溶接後熱処理の加熱・保温範囲を決定する保温範囲決定工程Ｓ２７と、第一実施形態と同様の二次焼もどし工程Ｓ２８と、タービンロータ１の実体温度計測を行う実体温度測定工程Ｓ２９と、溶接後熱処理の温度・保持時間を補正する二次焼もどし温度・保持時間補正工程Ｓ３０と、溶接後熱処理後の硬さを測定する第二硬さ測定工程Ｓ３１と、を備える。
【００４６】
第一硬さ測定工程Ｓ２５は、溶接後におけるタービンロータ１の溶接熱影響部（ＨＡＺ）の硬さ（ビッカース硬さＨｖ）、及びタービンロータ１の母材の硬さを測定する工程である。
ＬＭＰ範囲決定工程Ｓ２６は、図５に示すような溶接熱影響部のＬＭＰプロットと、母材のＬＭＰプロットとを用いて、二次焼もどし工程Ｓ２８（溶接後熱処理）のＬＭＰ範囲を決定する工程である。
ここで、ＬＭＰ（ラーソンミラーパラメータ）とは、焼もどしパラメータとも呼ばれる時間と温度の関数であり、次式で表される。
ＬＭＰ＝（Ｔ＋２７３）×（ｌｏｇ・ｔ＋２０）、Ｔ：温度（℃）、ｔ：保持時間（hour）
【００４７】
図５（ａ）は、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の硬さとラーソンミラーパラメータの関係を示すグラフである。図５（ｂ）は、母材の硬さとラーソンミラーパラメータの関係を示すグラフである。
ＬＭＰ範囲決定工程Ｓ２６では、溶接熱影響部の硬さが図５（ａ）に示す所定の硬さＨｖ１以下となるとともに、母材の硬さが図５（ｂ）に示す所定の硬さＨｖ２以上となるようなＬＭＰの範囲を決定する。
【００４８】
保温範囲決定工程Ｓ２７は、溶接部５近傍の周方向の実体温度計測を行い、ＬＭＰ範囲決定工程Ｓ２６にて決定されたＬＭＰ範囲に熱処理条件範囲が入るように温度分布を制御するとともに保持時間を調整する工程である。例えば、周方向の実体温度の時間による変化は、図６に示すように、表層と、内周側とで異なるため、これも考慮して加熱・保温範囲を決定する。
【００４９】
本実施形態の二次焼もどし工程Ｓ２８（溶接後熱処理）においては、タービンロータ１の実体温度計測（軸方向及び周方向）を行う実体温度測定工程Ｓ２９を実施する。実体温度測定工程Ｓ２９を実施することによって、硬さ変化量（溶接熱影響部、母材）の予測を行う。
二次焼もどし温度・保持時間補正工程Ｓ３０は、例えば、図７Ａに示すように、周方向位置によって二次焼もどし工程Ｓ２８における温度変化が異なる場合、二次焼もどし工程Ｓ２８の温度・保持時間を補正する工程である。
上述したように、周方向位置によって二次焼もどし工程における温度変化が異なり、例えば、図７Ｂに示すように、１８０°及び２７０°におけるＬＭＰがＬＭＰ範囲決定工程Ｓ２６にて決定されたＬＭＰ範囲を外れる場合、１８０°及び２７０°におけるＬＭＰがＬＭＰ範囲に入るように溶接後熱処理の条件を補正する。
【００５０】
第二硬さ測定工程Ｓ３１は、二次焼もどし工程Ｓ２８後におけるタービンロータ１の溶接熱影響部の硬さ及びタービンロータ１の母材の硬さを測定する工程である。第二硬さ測定工程Ｓ３１において測定された母材及び溶接熱影響部の硬さが、要求される硬さの範囲内にある場合は、本実施形態の軸体の製造方法Ｍ２は終了され、いずれかの硬さが範囲外になった場合は、ＬＭＰ範囲決定工程に戻る。
【００５１】
上記実施形態によれば、実態強度・実態温度に基づいた条件選定及び補正を行うことにより、熱処理後の強度狙い値の精度向上を図ることができる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。
例えば、上記実施形態では、軸体としてタービンロータ１を用いて説明を行ったが、軸体はタービンロータ１のような円柱形状の部材に限ることはなく、角柱形状の部材同士を溶接した軸体などにも適用が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  タービンロータ（軸体）
２  第一軸部材
３  第二軸部材
４  第三軸部材
５  溶接部
６  翼溝
８  竪型炉
９  仕切板
Ｍ１，Ｍ２  軸体の製造方法
Ｓ１１  溶接前素材形成工程
Ｓ１２  焼き入れ工程
Ｓ１３  一次焼もどし工程
Ｓ１４  溶接工程
Ｓ１５  二次焼もどし工程
Ｒ  範囲
【図１】
2016056654.tif 000003
【図２】
2016056654.tif 000004
【図３】
2016056654.tif 000005
【図４】
2016056654.tif 000006
【図５】
2016056654.tif 000007
【図６】
2016056654.tif 000008
【図７Ａ】
2016056654.tif 000009
【図７Ｂ】
2016056654.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月2日(2017.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の軸部材を溶接して軸体を形成する軸体の製造方法であって、
各々の前記軸部材の溶接前素材を形成する溶接前素材形成工程と、
前記溶接前素材形成工程後に、各々の前記軸部材の溶接前素材に対して焼入れを行う焼入れ工程と、
前記焼入れ工程後に、少なくともいずれか一の前記軸部材について、前記軸部材同士を溶接する前に、隣り合う他の前記軸部材側の端部の近傍の範囲に、前記範囲の前記端部側の強度が前記範囲の前記端部と反対側の強度よりも低くなるように前記範囲の焼もどし温度と前記範囲以外の焼もどし温度を変える焼もどしを行う一次焼もどし工程と、
前記一次焼きもどし工程後に、前記軸部材同士を溶接する溶接工程と、
前記溶接工程後に、前記軸部材間の溶接部近傍について焼もどしを行う二次焼もどし工程と、を備える軸体の製造方法。
【請求項２】
前記一次焼もどし工程は、前記範囲の焼き戻し温度を６００℃〜６５０℃の温度範囲とする請求項１に記載の軸体の製造方法。
【請求項３】
前記一次焼もどし工程は、前記範囲以外の焼き戻し温度を５５０℃〜６００℃の温度範囲とする請求項２に記載の軸体の製造方法。
【請求項４】
前記一次焼もどし工程は、４０時間〜６０時間実施する請求項３に記載の軸体の製造方法。
【請求項５】
前記二次焼きもどし工程は、パネルヒーターを用いて前記溶接部近傍を加熱する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の軸体の製造方法。
【請求項６】
前記二次焼きもどし工程は、前記軸体の軸線が水平方向に沿う状態で実施する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の軸体の製造方法。
【請求項７】
前記軸体として回転機械のロータを製造する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の軸体の製造方法。
【請求項８】
前記ロータとしてタービン軸を形成し、
前記一の軸部材は、タービン内の環境温度が中低温領域である位置に配置されて最終段タービン翼を設置する翼溝を含み、
前記範囲として最終段よりも上段側の範囲を設定する請求項７に記載の軸体の製造方法。
【請求項９】
前記一の軸部材を低合金鋼にて形成し、前記他の軸部材を高クロム鋼にて形成する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の軸体の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の第一の態様によれば、軸体の製造方法は、複数の軸部材を溶接して軸体を形成する軸体の製造方法であって、各々の前記軸部材の溶接前素材を形成する溶接前素材形成工程と、前記溶接前素材形成工程後に、各々の前記軸部材の溶接前素材に対して焼入れを行う焼入れ工程と、前記焼入れ工程後に、少なくともいずれか一の前記軸部材について、前記軸部材同士を溶接する前に、隣り合う他の前記軸部材側の端部の近傍の範囲に、前記範囲の前記端部側の強度が前記範囲の前記端部と反対側の強度よりも低くなるように前記範囲の焼もどし温度と前記範囲以外の焼もどし温度を変える焼もどしを行う一次焼もどし工程と、前記一次焼きもどし工程後に、前記軸部材同士を溶接する溶接工程と、前記溶接工程後に、前記軸部材間の溶接部近傍について焼もどしを行う二次焼もどし工程と、を備え、前記一次焼もどし工程は、前記範囲の焼もどし温度と前記範囲以外の焼もどし温度を変えることによって行う。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
このような構成によれば、一次焼もどし工程にて焼もどし温度を変えることによって、容易に温度制御を行うことができる。
上記軸体の製造方法において、前記一次焼もどし工程は、前記範囲の焼き戻し温度を６００℃〜６５０℃の温度範囲としてよい。さらに、前記一次焼もどし工程は、前記範囲以外の焼き戻し温度を５５０℃〜６００℃の温度範囲としてよい。
上記軸体の製造方法において、前記一次焼もどし工程は、４０時間〜６０時間実施してよい。
【国際調査報告】
2016056654.tif 000011
2016056654.tif 000012
2016056654.tif 000013
2016056654.tif 000014