(57)【要約】【課題】蒸気タービン、バケット及びバケットの製造方法を提供する。【解決手段】バケット２０は、１５２０ＭＰＡ（２２０ｋｓｉ）以上の引張強度及び４１Ｊ（３０ｆｔ・ｌｂ）以上の切欠き靭性を有する、析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼を含むバケット本体を備える。このバケット本体は、１．１５ｍ（４５インチ）以上の半径長さ１１８を有する。蒸気タービン１０は、１５２０ＭＰＡ（２２０ｋｓｉ）以上の引張強度及び４１Ｊ（３０ｆｔ・ｌｂ）以上の切欠き靭性を有する、析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼を含む１以上のバケット２０を備える。このバケット２０は、１．１５ｍ（４５インチ）以上の半径長さ１１８を有する。１．１５ｍ（４５インチ）以上の半径長さ１１８を有するバケット２０の製造方法は、１５２０ＭＰＡ（２２０ｋｓｉ）以上の引張強度及び４１Ｊ（３０ｆｔ・ｌｂ）以上の切欠き靭性を有する析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼を、バケット２０に形成することを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１５２０ＭＰａ（２２０ｋｓｉ）以上の引張強度及び４１Ｊ（３０ｆｔ・ｌｂ）以上の切欠き靭性を有する析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼を含み、１．１５ｍ（４５インチ）以上の半径長さ（１１８）を有するバケット本体を備えるバケット（２０）。
【請求項２】
析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が、７０ＭＰａ・ｍ1/2（６３．７ｋｓｉ・ｉｎ1/2）以上の破壊靭性を有する、請求項１に記載のバケット（２０）。
【請求項３】
バケット（２０）が、蒸気タービン（１０）の長尺最終段バケットである、請求項１に記載のバケット（２０）。
【請求項４】
析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が、重量基準で、１１．０％〜１２．５％のクロム、１．０％〜２．５％のモリブデン、０．１５％〜０．５％のチタン、０．７％〜１．５％のアルミニウム、０．５％〜２．５％の銅、９．０％〜１１．０％のニッケル、０．０２％以下の炭素、２．０％以下のタングステン、０．００１％以下のホウ素、鉄及び不可避不純物を含む、請求項１に記載のバケット（２０）。
【請求項５】
析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が、ステンレス鋼合金の熱間加工、ステンレス鋼合金の焼き入れ及びステンレス鋼合金の時効を含む工程履歴を有し、時効前に溶体化熱処理されていないステンレス鋼合金を含む、請求項１に記載のバケット（２０）。
【請求項６】
１５２０ＭＰａ（２２０ｋｓｉ）以上の引張強度及び４１Ｊ（３０ｆｔ・ｌｂ）以上の切欠き靭性を有する析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼を含み、１．１５ｍ（４５インチ）以上の半径長さ（１１８）を有する、１以上のバケット（２０）を備える蒸気タービン（１０）。
【請求項７】
析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が７０ＭＰａ・ｍ1/2（６３．７ｋｓｉ・ｉｎ1/2）以上の破壊靭性を有する、請求項６に記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項８】
１５２０ＭＰａ（２２０ｋｓｉ）以上の引張強度及び４１Ｊ（３０ｆｔ・ｌｂ）以上の切欠き靭性を有する析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼を、１．１５ｍ（４５インチ）以上の半径長さ（１１８）を有するバケット（２０）に形成することを含む、バケット（２０）の製造方法。
【請求項９】
析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が、７０ＭＰａ・ｍ1/2（６３．７ｋｓｉ・ｉｎ1/2）以上の破壊靭性を有する、請求項８に記載のバケット（２０）。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が、ステンレス鋼合金を含み、方法は、ステンレス鋼合金の熱間加工、ステンレス鋼合金の焼き入れ及びステンレス鋼合金の時効をさらに含み、ステンレス鋼合金が、時効前に溶体化熱処理されていない、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸気タービンを対象とする。より詳細には、本発明は蒸気タービン用バケットを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンの最終段バケット（ＬＳＢ）は、高い強度及び靭性を要求される。チタンはあまりにも高価であり、一部の析出硬化（ＰＨ）ステンレス鋼、例えば、コンプレッサーブレード材料ＧＴＤ−４５０、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は、十分な高強度に到達できない。本明細書では、「ＧＴＤ−４５０」は、重量で約１５．５％のクロム、約６．３％のニッケル、約０．８％のモリブデン、約０．０３％の炭素及び残部の鉄の組成物を含む合金をいう。
【０００３】
約１．１５ｍ（４５インチ）以上の長さの最終段バケットには、非常に高強度な材料が必要とされる。１つの選択肢はＰＨ１３−８Ｍｏステンレス鋼、１５２０ＭＰａ（２２０ｋｓｉ）超の最大抗張力（ＵＴＳ）に達し得るマルテンサイト系析出／時効硬化ステンレス鋼である。ＵＴＳは、材料が、伸ばされたり、引っ張られたりする際に耐えることができる、機能不全又は破壊までの最大応力である。
【０００４】
本明細書では、「１３−８Ｍｏ」は、重量基準で、約１２．２５〜１３．２５％のクロム、約７．５〜８．５％のニッケル、約２．０〜２．５％のモリブデン、約０．９〜１．３５％のアルミニウム、約０．１％以下のケイ素、約０．１％以下のマンガン、約０．０５％以下の炭素及び残部の鉄の組成物を含む合金をいう。ＰＨ１３−８Ｍｏステンレス鋼は、高い強度及び硬度と併せて、一般的腐食及び応力腐食割れの両方に対する高レベルの耐性を有し、長手方向及び垂直方向の両方で大断面において優れた延性及び靭性を有する。
【０００５】
高引張強度材料がＬＳＢにおいて要求されるが、該材料の靭性がその寿命にとって重要である。材料の引張強度を挙げる工程は、通常、切欠き靭性又は衝撃強度として測定される該材料の靭性の低減とのトレードオフを備えている。
【０００６】
試験において、１．１５ｍ（４５ｉｎ）バケットに十分な引張強度を有する基準ＰＨ１３−８Ｍｏステンレス鋼材料（ＡＭＳ５６２９）は、衝撃強度が非常に低いことが見いだされた。十分な引張強度を有するが衝撃強度が低い他の市販の材料としては、限定するものではないが、ＡＴＩＳ２４０（登録商標）合金（ＡＴＩ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．（オレゴン州オールバニ））、Ｃｕｓｔｏｍ４５５（登録商標）合金（ＣＲＳ  Ｈｏｌｄｉｎｇｓ，Ｉｎｃ．）、Ｃｕｓｔｏｍ４６５（登録商標）合金（ＣＲＳ  Ｈｏｌｄｉｎｇｓ，Ｉｎｃ．）及びＨＳＬ（登録商標）１８５合金（日立金属株式会社）が挙げられる。さらに長尺のバケットは、作動の環境条件に耐える高い靭性が要求される。設計に関するさまざまな要求の中で、強度及び靭性は、長尺バケットを製造する場合、カギとなる２つの変数である。
【０００７】
最終段バケットは、タービンに関する出力要求が増加するに従って、さらに長尺の半径長さへと移行し続けている。現在、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社製のチタン合金で１．１５ｍ（４５ｉｎ）のバケットを製造しているが、このチタン合金は非常に高価である。さらに長尺のＬＳＢを製造するために、設計者は通常、特定の長さを超えるバケットのためにチタンのようなより低密度な合金に頼らなければならない。より費用効果のある合金に移行するために、高強度の鋼はより低コストであってもらいたい。現在、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社は、いくつかの長尺の最終段バケットのためにＧＴＤ−４５０を展開しているが、それらのバケットは、現在到達できる最大のＵＴＳで製造されている。チタンより高密度の鋼は、さらにより高い強度を要求されるので、この強度は、さらに長尺の設計には不適切である。合金１３−８Ｍｏは、所望の強度に到達可能であるが、標準の市販材料は切欠き靭性試験により測定した場合、所望の靭性を有していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願第２０１３０２８７６２０号明細書
【発明の概要】
【０００９】
ある実施形態では、バケットは、１５２０ＭＰａ（２２０ｋｓｉ）以上の引張強度及び４１Ｊ（３０ｆｔ・ｌｂ）以上の切欠き靭性を有する、析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼を含むバケット本体を備える。このバケット本体は、１．１５ｍ（４５インチ）以上の半径長さを有する。
【００１０】
別の実施形態では、蒸気タービンは、１５２０ＭＰａ（２２０ｋｓｉ）以上の引張強度及び４１Ｊ（３０ｆｔ・ｌｂ）以上の切欠き靭性を有する、析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼を含む１以上のバケットを備える。このバケットは、１．１５ｍ（４５インチ）以上の半径長さを有する。
【００１１】
別の実施形態では、バケットの製造方法は、１５２０ＭＰａ（２２０ｋｓｉ）以上の引張強度及び４１Ｊ（３０ｆｔ・ｌｂ）以上の切欠き靭性を有する、析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼をバケットに形成することを含む。このバケットは、１．１５ｍ（４５インチ）以上の半径長さを有する。
【００１２】
本発明の他の特徴及び有利性は、下記のより詳細な説明を、本発明の原理を実施例を用いて例示している添付の図面と併せて解釈することにより、明らかであると思われる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のある実施形態の蒸気タービンの、部分的に切り取った、概略の斜視図である。
【図２】本発明のある実施形態の長尺最終段バケットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
可能な限り、これらの図面を通して、同じ参照番号が同じ部分を表すように使用している。
【００１５】
高強度及び高靭性の組合せを有する長尺最終段バケット（ＬＳＢ）、該最終段バケットを備える蒸気タービン並びに該長尺最終段バケットを製造する方法を提供する。
【００１６】
本開示の実施形態は、例えば、本明細書に開示される特徴の１以上を含まない構想と比較して、長尺の最終段バケット（ＬＳＢ）靭性機能の上昇による安全性、現在使用されているチタン材料より大幅に低いコスト、材料を得るためのサイクル時間の短縮、チタンより優れた破壊靭性又はこれらの組合せというより大きな利益を有する。
【００１７】
図１は、ロータ１２及びシャフト１４及び低圧（ＬＰ）タービンセクション１６を備える蒸気タービン１０を示す。ＬＰタービンセクション１６は、軸方向に広がるロータホイール１８を備える。一連のバケット２０（図１で符号２０で示すバケットの最終段）は、各ロータホイール１８と機械的に連結されている。より詳細には、バケット２０は、各ロータホイール１８の周りに円周方向に延在して、幾列にも配列されている。一連の固定ノズル２２は、シャフト１４の周りに円周方向に延在して、バケット２０の隣接する列の間に軸方向に配置される。ノズル２２はバケット２０と協働して、タービン段を形成し、蒸気タービン１０を介して上記の流路の一部を画定する。
【００１８】
作動において、蒸気２４は蒸気タービン１０の吸気口２６に進入し、ノズル２２を通って伝えられる。ノズル２２は、蒸気２４をバケット２０に対して下流に送る。蒸気２４は残りの段を通過し、バケット２０に力を与え、それによってロータ１２を回転させる。蒸気タービン１０の１以上の端部は、軸方向にロータ１２から離れる方向に伸びていてもよく（図示せず）、限定するものではないが、発電機、別のタービン又はこれらの組合せを備えていてもよい。
【００１９】
図１において、低圧蒸気タービン１０は複数の、より詳細には５つの段を有するように見える。第１段は５つの段の中で半径方向に最も小さく、これらの段は、最も大きい最終段に向かって半径方向にサイズが大きくなっていく。
【００２０】
図２は、蒸気タービン１０の長尺最終段タービンバケット２０を示す。バケット２０は、後縁１０４及び前縁１０６を有するブレード部分１０２を備える。蒸気は一般に、前縁１０６から後縁１０４へと流動する。バケット２０はさらに、凹面側壁１０８及び凸面側壁１１０を備える。側壁１０８、１１０は軸方向に後縁１０４及び前縁１０６と連結してブレード１０２を形成し、ブレード１０２は、ロータブレード根元１１２からロータブレード先端１１４に半径長さ１１８を伸展する。根元１１２は、蒸気タービン１０のシャフト１４に沿って、バケット２０とロータディスクとをつなぐために使用されるダブテール１２１を備える。
【００２１】
一実施形態では、最終段バケット２０はＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼で製造され、１．１５ｍ（４５インチ）以上、好ましくは１．１５ｍ（４５インチ）超の半径長さ１１８を有する。ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は強化された靭性を有しながら、十分な強度を維持している。ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は、１５２０ＭＰａ（２２０ｋｓｉ）以上の引張強度及び４１Ｊ（３０ｆｔ・ｌｂ）以上の切欠き靭性を有する。ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼はさらに、好ましくは７０ＭＰａ・ｍ1/2（６３．７ｋｓｉ・ｉｎ1/2）以上の破壊靭性を有する。いくつかの実施形態では、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は１３−８合金（ＵＮＳＳ１３８００）である。いくつかの実施形態では、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は、商品名Ｓｕｐｅｒｔｏｕｇｈ（登録商標）でＡＴＩ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．（オレゴン州オールバニ）からＡＭＳ５９３４として市販されている、ＰＨ１３−８Ｍｏステンレス鋼の１つの型である。
【００２２】
本方法及び／又は装置に適用可能な別のＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は、ＭＬＸ１７（商標）合金（Ａｕｂｅｒｔ  ＆  Ｄｕｖａｌ（フランス国パリ））である。本明細書では、「ＭＬＸ１７」は、重量基準で、約１１〜１２．５％のクロム、約１０．２５〜１１．２５％のニッケル、約１．７５〜２．２５％のモリブデン、約１．３５〜１．７５％のアルミニウム、約０．２〜０．５％のチタン、約０．２５％以下のケイ素、約０．２５％以下のマンガン、約０．０２％以下の炭素及び残部の鉄の組成物を含む合金をいう。
【００２３】
いくつかの実施形態では、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は、重量基準で、約１１．０〜１５．０％のクロム、約５．０〜１１．０％のニッケル、約１．０％〜２．５％のモリブデン、約０．７％〜１．５％のアルミニウム、約２．５％以下の銅、約２．０％以下のタングステン、約０．５％以下のチタン、約０．０２％以下の炭素、最大約０．００１％のホウ素、不可避不純物及び残部の鉄を含む。
【００２４】
いくつかの実施形態では、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は、重量基準で、約１１．０〜１２．５％のクロム、約１．０％〜２．５％のモリブデン、約０．１５〜０．５％のチタン、約０．７％〜１．５％のアルミニウム、約０．５％〜２．５％の銅、約９．０〜１１．０％のニッケル、約０．０２％以下の炭素、約２．０％以下のタングステン、最大約０．００１％のホウ素、不可避不純物及び残部の鉄を含む。
【００２５】
いくつかの実施形態では、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は、ステンレス鋼合金の熱間加工、ステンレス鋼合金の焼き入れ及びステンレス鋼合金の時効を含む工程履歴を有するステンレス鋼合金を含む。ステンレス鋼合金は時効前に溶体化熱処理されていない。いくつかの実施形態では、熱間加工は、鍛造、穿孔、圧延、押出又はこれらの組合せを含む。工程履歴は、好ましくはステンレス鋼合金の極低温冷却を含まない。
【００２６】
いくつかの実施形態では、熱間加工は、ステンレス鋼合金の回復温度より高い熱間加工温度における最終熱間加工パスを含む。いくつかの実施形態では、熱間加工は、熱間加工温度８１５〜１１５０℃（１５００〜２１００°Ｆ）、又は８７０〜１０９５℃（１６００〜２０００°Ｆ）又は９２５〜１０４０℃（１７００〜１９００°Ｆ）又は９２５〜１０１０℃（１７００〜１８５０°Ｆ）又はこれらの任意の適切な組合せ、部分的組合せ、範囲もしくは部分的範囲における最終熱間加工パスを含む。
【００２７】
いくつかの実施形態では、熱間加工は、約１５％〜７０％又は約１８％〜約４２％又はこれらの任意の適切な組合せ、部分的組合せ、範囲もしくは部分的範囲のステンレス鋼合金の縮小を含む。焼き入れは、好ましくは水焼き入れ、氷水焼き入れ又は水焼き入れとそれに続く氷水焼き入れを含み、時効は、好ましくはステンレス鋼における１以上の硬化相の析出に十分な時効時間及び時効温度における加熱を含む。
【００２８】
いくつかの実施形態では、時効温度は、約５１０〜５４０℃（９５０〜１０００°Ｆ）又は約５１０〜５３０℃（９５０〜９８５°Ｆ）又は約５１０〜５２０℃（９５０〜９７０°Ｆ）又は約４２５〜６５０℃（８００〜１２００°Ｆ）又は約４５５〜５９５℃（８５０〜１１００°Ｆ）又は約４８０〜５６５℃（９００〜１０５０°Ｆ）又は約５４０℃（１０００°Ｆ）又はこれらの任意の適切な組合せ、部分的組合せ、範囲もしくは部分的範囲であり、時効時間は約４時間である。
【００２９】
最終段バケット２０は、１．１５ｍ（４５インチ）以上又は１．１５ｍ（４５インチ）超又は１．２７ｍ（５０インチ）以上又は１．３７ｍ（５４インチ）以上又は１．５２ｍ（６０インチ）以上又は１．１５〜１．５２ｍ（４５〜６０インチ）、又は１．２７〜１．３７ｍ（５０〜５４インチ）、又は１．３７〜１．５２ｍ（５４〜６０インチ）又はこれらの任意の適切な組合せ、部分的組合せ、範囲もしくは部分的範囲の半径長さ１１８を有する。
【００３０】
いくつかの実施形態では、ステンレス鋼合金の処理は、熱間加工を使用する塑性変形だけに頼り、この熱間加工の後にどのような激しい冷間加工も行わない。熱間加工又は熱間塑性加工としては限定するものではないが、自由鍛造及び型鍛造を含む鍛造、穿孔、圧延及び押出を挙げることができる。いくつかの実施形態では、加工温度及び縮小の最終パス、すなわち最終熱間加工ステップだけが熱間加工において制御される。最終パスの前の熱間加工は、広範囲の温度及び縮小組合せにおいて実施することができる。
【００３１】
最終熱間加工パスの縮小パーセントは、熱機械処理されたＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼の機械特性に影響を与える。限定するものではないが、長尺最終段バケット２０などの長尺製品に適用されるある実施形態では、最終パスの縮小パーセントは、バケット２０の横断面積の縮小を指していることがある。他の実施形態では、最終パスの縮小パーセントは、厚さの縮小を指していることがある。
【００３２】
熱間加工後、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は焼き入れされる。焼き入れとしては、限定するものではないが、水焼き入れ、限定するものではないがブライン溶液を含む水溶液による焼き入れ、油焼き入れ、水と油との混合物における焼き入れ又はこれらの組合せを挙げることができる。いくつかの実施形態では、焼き入れ浴の初期温度は、約１８℃（６５°Ｆ）であり、又は約３８℃（１００°Ｆ）以下の温度又は１８〜３８℃（６５〜１００°Ｆ）の範囲内の温度、又はこれらの任意の適切な組合せ、部分的組合せ、範囲もしくは部分的範囲である。いくつかの実施形態では、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は、鋼の温度が約１４９℃（３００°Ｆ）以下になるまで焼き入れされる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、焼き入れ後、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は氷水に浸漬され、約２時間以上の保持時間の間氷水中に保持される。いくつかの実施形態では、保持時間は、約２時間〜約２４時間の範囲である。又は、本発明の精神の範囲内で任意の冷却浴が使用されてよく、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼を約１０℃（５０°Ｆ）以下の温度、又は０〜１０℃（３２〜５０°Ｆ）の範囲内、又は０〜４℃（３２〜４０°Ｆ）の範囲内、又は−４０〜１０℃（−４０〜５０°Ｆ）の範囲内、又は−４０〜４℃（−４０〜４０°Ｆ）の範囲内、又は−３４〜１０℃（−３０〜５０°Ｆ）の範囲内、又は−２９〜４℃（−２０〜４０°Ｆ）の範囲内、又は−２３〜４℃（−１０〜４０°Ｆ）の範囲内、又は−１８〜５℃（０〜４０°Ｆ）範囲内、又はこれらの任意の適切な組合せ、部分的組合せ、範囲もしくは部分的範囲に保持する。いくつかの実施形態では、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼をほぼ氷水の温度（０から４℃）に保持することは、熱間加工ステップの高温塑性変形の間に形成される残留下部構造を安定化する。ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は、好ましくは、熱間加工後に極低温に暴露されない。一実施形態では、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は、熱間加工後極低温への暴露がない。本明細書では、極低温は、約−４０℃（−４０°Ｆ）未満の任意の温度をいう。
【００３４】
ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼を焼き入れして、約１０℃（５０°Ｆ）未満の温度に保持後、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は、昇温において時効される。時効は析出時効又は時効硬化とも称され、マルテンサイト系鋼マトリックス中に強化粒子の析出制御を提供する。時効は、好ましくはマルテンサイト系結晶粒の間に分散された微細な硬化粒子の析出をもたらす。時効は、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼の機械特性を改善するために有利に使用される、異なる温度における複数の時効を含んでもよい。
【００３５】
いくつかの実施形態では、時効時間は約４時間以下である。他の時効時間及び温度が、特定の合金に対して決定されてもよい。時効は、１以上の硬化相の析出に十分な時効時間及び時効温度の任意の組合せで、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼を加熱するステップを含み得る。
【００３６】
ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は、１５２０ＭＰａ（２２０ｋｓｉ）以上、又は１５５０ＭＰａ（２２５ｋｓｉ）以上、又は１５８５ＭＰａ（２３０ｋｓｉ）以上、又は１６２０ＭＰａ（２３５ｋｓｉ）以上、又は１５２０〜１６２０ＭＰａ（２２０〜２３５ｋｓｉ）の範囲、又は１５５０〜１５８５ＭＰａ（２２５〜２３０ｋｓｉ）の範囲、又はこれらの任意の適切な組合せ、部分的組合せ、範囲もしくは部分的範囲の引張強度を有する。
【００３７】
ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は、４１Ｊ（３０ｆｔ・ｌｂ）以上、又は４７Ｊ（３５ｆｔ・ｌｂ）以上、又は５４Ｊ（４０ｆｔ・ｌｂ）以上、又は６１Ｊ（４５ｆｔ・ｌｂ）以上、又は６８Ｊ（５０ｆｔ・ｌｂ）以上、又は７５Ｊ（５５ｆｔ・ｌｂ）以上、又は４１〜７５Ｊ（３０〜５５ｆｔ・ｌｂ）の範囲、又は４７〜６８Ｊ（３５〜５０ｆｔ・ｌｂ）の範囲、又は５４〜６１Ｊ（４０〜４５ｆｔ・ｌｂ）の範囲、又はこれらの任意の適切な組合せ、部分的組合せ、範囲もしくは部分的範囲の切欠き靭性を有する。切欠き靭性は、シャルピー衝撃試験により測定される。シャルピー衝撃試験は、破壊の間にＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼により吸収されるエネルギー量を決定するための、規格化された高歪速度試験である。
【００３８】
ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼は好ましくは、７０ＭＰａ・ｍ1/2（６３．７ｋｓｉ・ｉｎ1/2）以上、又は７５ＭＰａ・ｍ1/2（６８．３ｋｓｉ・ｉｎ1/2）以上、又は８０ＭＰａ・ｍ1/2（７２．８ｋｓｉ・ｉｎ1/2）以上、又は８５ＭＰａ・ｍ1/2（７７．４ｋｓｉ・ｉｎ1/2）以上、又は９０ＭＰａ・ｍ1/2（８１．９ｋｓｉ・ｉｎ1/2）以上、又は９５ＭＰａ・ｍ1/2（８６．５ｋｓｉ・ｉｎ1/2）以上、又は７０〜９５ＭＰａ・ｍ1/2（６３．７〜８６．５ｋｓｉ・ｉｎ1/2）の範囲、又は７５〜９０ＭＰａ・ｍ1/2（６８．３〜８１．９ｋｓｉ・ｉｎ1/2）の範囲、又は８０〜８５ＭＰａ・ｍ1/2（７２．８〜７７．４ｋｓｉ・ｉｎ1/2）の範囲、又はこれらの任意の適切な組合せ、部分的組合せ、範囲もしくは部分的範囲の破壊靭性を有する。破壊靭性は、規格化された線形弾性平面歪破壊靭性試験により測定される不安定亀裂成長の開始に基づく、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼に対して測定された線形弾性破壊靭性（ＫIC値）である。
【００３９】
１．１５ｍ（４５インチ）以上の半径長さ１１８を有する長尺最終段バケット２０は、上記の工程履歴により付与される物理特性などの、ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼に付与される所望の物理特性を維持又は達成する任意の方法により形成されてよい。長尺最終段バケット２０は、所望の物理特性を維持又は達成する工程履歴の前、その間又はその後に最終形態に形作られてよい。いくつかの実施形態では、長尺最終段バケット２０は鍛造工程により形成される。いくつかの実施形態では、長尺最終段バケット２０は、圧延及び熱処理条鋼から機械加工される。
【００４０】
本発明を、１以上の実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな変更を行うことができ、これらの要素を等価物と置き換えることができることは当業者には理解されると思われる。加えて、本発明の本質的範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料に適合するように、多数の変形を本発明の教示に行うことができる。したがって、本発明は、本発明の実施に関して企図される最良の様式として開示される特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は添付の特許請求の範囲の範囲内にあるすべての実施形態を含むものであることが意図される。加えて、詳細な説明において特定されるすべての数値は、正確な値及び近似の値が両方とも明確に特定されているかのように解釈されるべきである。
［実施態様１］
１５２０ＭＰａ（２２０ｋｓｉ）以上の引張強度及び４１Ｊ（３０ｆｔ・ｌｂ）以上の切欠き靭性を有する析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼を含み、１．１５ｍ（４５インチ）以上の半径長さ（１１８）を有するバケット本体を備えるバケット（２０）。
［実施態様２］
析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が、７０ＭＰａ・ｍ1/2（６３．７ｋｓｉ・ｉｎ1/2）以上の破壊靭性を有する、実施態様１に記載のバケット（２０）。
［実施態様３］
バケット（２０）が、蒸気タービン（１０）の長尺最終段バケットである、実施態様１に記載のバケット（２０）。
［実施態様４］
析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が、重量基準で、１１．０％〜１２．５％のクロム、１．０％〜２．５％のモリブデン、０．１５％〜０．５％のチタン、０．７％〜１．５％のアルミニウム、０．５％〜２．５％の銅、９．０％〜１１．０％のニッケル、０．０２％以下の炭素、２．０％以下のタングステン、０．００１％以下のホウ素、鉄及び不可避不純物を含む、実施態様１に記載のバケット（２０）。
［実施態様５］
析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が、ステンレス鋼合金の熱間加工、ステンレス鋼合金の焼き入れ及びステンレス鋼合金の時効を含む工程履歴を有し、時効前に溶体化熱処理されていないステンレス鋼合金を含む、実施態様１に記載のバケット（２０）。
［実施態様６］
熱間加工が、鍛造、穿孔、圧延、押出又はこれらの少なくとも１つを含む、実施態様５に記載のバケット（２０）。
［実施態様７］
熱間加工が、ステンレス鋼合金の回復温度より高い熱間加工温度における最終熱間加工パスを含む、実施態様５に記載のバケット（２０）。
［実施態様８］
熱間加工が、８１５℃（１５２０°Ｆ）から１１５０℃（２１００°Ｆ）の熱間加工温度における最終熱間加工パスを含む、実施態様５に記載のバケット（２０）。
［実施態様９］
熱間加工が１５％〜７０％のステンレス鋼合金の縮小を含み、焼き入れが、水焼き入れ、氷水焼き入れ又は水焼き入れとそれに続く氷水焼き入れを含み、時効が、ステンレス鋼における１以上の硬化相の析出に十分な時効時間及び時効温度における加熱を含む、実施態様５に記載のバケット（２０）。
［実施態様１０］
時効温度が、約５１０℃（９５０°Ｆ）〜約５４０℃（１０００°Ｆ）であり、時効時間が約４時間である、実施態様９に記載のバケット（２０）。
［実施態様１１］
工程履歴が、ステンレス鋼合金の極低温冷却を含まない、実施態様５に記載のバケット（２０）。
［実施態様１２］
１５２０ＭＰａ（２２０ｋｓｉ）以上の引張強度及び４１Ｊ（３０ｆｔ・ｌｂ）以上の切欠き靭性を有する析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼を含み、１．１５ｍ（４５インチ）以上の半径長さ（１１８）を有する、１以上のバケット（２０）を備える蒸気タービン（１０）。
［実施態様１３］
析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が７０ＭＰａ・ｍ1/2（６３．７ｋｓｉ・ｉｎ1/2）以上の破壊靭性を有する、実施態様１２に記載の蒸気タービン（１０）。
［実施態様１４］
バケット（２０）が長尺最終段バケットである、実施態様１２に記載の蒸気タービン（１０）。
［実施態様１５］
析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が、重量基準で１１．０％〜１２．５％のクロム、１．０％〜２．５％のモリブデン、０．１５％〜０．５％のチタン、０．７％〜１．５％のアルミニウム、０．５％〜２．５％の銅、９．０％〜１１．０％のニッケル、０．０２％以下の炭素、２．０％以下のタングステン、０．００１％以下のホウ素、鉄及び不可避不純物を含む、実施態様１２に記載の蒸気タービン（１０）。
［実施態様１６］
析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が、ステンレス鋼合金の熱間加工、ステンレス鋼合金の焼き入れ及びステンレス鋼合金の時効を含む工程履歴を有し、時効前に溶体化熱処理されていないステンレス鋼合金を含む、実施態様１２に記載の蒸気タービン（１０）。
［実施態様１７］
１５２０ＭＰａ（２２０ｋｓｉ）以上の引張強度及び４１Ｊ（３０ｆｔ・ｌｂ）以上の切欠き靭性を有する析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼を、１．１５ｍ（４５インチ）以上の半径長さ（１１８）を有するバケット（２０）に形成することを含む、バケット（２０）の製造方法。
［実施態様１８］
析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が、重量基準で、１１．０％〜１２．５％のクロム、１．０％〜２．５％のモリブデン、０．１５％〜０．５％のチタン、０．７％〜１．５％のアルミニウム、０．５％〜２．５％の銅、９．０％〜１１．０％のニッケル、０．０２％以下の炭素、２．０％以下のタングステン、０．００１％以下のホウ素、鉄及び不可避不純物を含む、実施態様１７に記載のバケット（２０）。
［実施態様１９］
析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が、７０ＭＰａ・ｍ1/2（６３．７ｋｓｉ・ｉｎ1/2）以上の破壊靭性を有する、実施態様１７に記載のバケット（２０）。
［実施態様２０］
実施態様１７に記載の方法であって、析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼が、ステンレス鋼合金を含み、方法は、ステンレス鋼合金の熱間加工、ステンレス鋼合金の焼き入れ及びステンレス鋼合金の時効をさらに含み、ステンレス鋼合金が、時効前に溶体化熱処理されていない、方法。
【符号の説明】
【００４１】
１０  低圧蒸気タービン
１２  ロータ
１４  シャフト
１６  低圧（ＬＰ）タービンセクション
１８  ロータホイール
２０  最終段タービンバケット
２２  固定ノズル
２４  蒸気
２６  吸気口
１０２  ブレード部分
１０４  後縁
１０６  前縁
１０８  凹面側壁
１１０  凸面側壁
１１２  ロータブレード根元
１１４  ロータブレード先端
１２１  ダブテール
【図１】
2017133098.tif 000003
【図２】
2017133098.tif 000004
【外国語明細書】
2017133098000001.pdf