[发明专利]地热发电涡轮机转子用低合金钢和地热发电涡轮机转子用低合金材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要在腐蚀性环境中使用的低合金钢，且特别地，本发明适用于涡轮机构件如大型地热发电用涡轮机转子。

背景技术

在地热发电中，尽管蒸汽温度低至约200℃，但蒸汽含有腐蚀性气体如硫化氢。鉴于该事实，在地热发电用涡轮机转子材料中，火力发电所需要的高温蠕变强度是不必要的，但是认为耐腐蚀性、室温下的拉伸强度、屈服强度和韧性是重要的。在这种低温范围内，通常使用含有3～4质量％的Ni的具有优异韧性的NiCrMoV钢。然而，含有大量镍的钢型涉及容易引起SCC(应力腐蚀开裂)的缺点。因此，对于地热发电用转子使用基于1％CrMoV钢(公称)的韧性提高的材料，所述1％CrMoV钢(公称)主要作为火力发电用高压转子或中压转子而开发。因为用于火力发电用高压转子或中压转子的1％CrMoV钢在350℃以上的高温范围内使用，同时蠕变强度高，所以不需要大的韧性。然而，为了将这种1％CrMoV钢用于地热转子，必须增强韧性。为此，提出了以下专利(参见日本特开昭52-30716号公报、日本特开昭55-50430号公报、日本特开昭61-143523号公报和日本特开昭62-290849号公报)。

近年来，随着发电容量增加，正在推进地热发电涡轮机转子的大型化，且通常使用的1％CrMoV钢已不能应付涡轮机转子的大型化。这是因为，从淬透性和耐偏析性的观点来看，1％CrMoV钢是难以进行所述大型化的钢型。例如，在使1％CrMoV大型化的情况下，涉及到如下问题：在转子的中心部分中的冷却速度大大降低且铁素体析出，从而导致韧性降低；以及在钢锭的冒口(feeder head)侧发生C富集，从而导致在淬火时由水冷却引起淬火裂纹的可能性。在日本特开昭52-30716号公报、日本特开昭55-50430号公报和日本特开昭61-143523号公报中，虽然改善了1％CrMoV钢的韧性，但是没有考虑到因大型化而引起的各种问题，且存在韧性因冷却速度降低而降低的担忧。在日本特开昭62-290849号公报中，虽然考虑到了因大型化而引起的冷却速度的降低，但是没有考虑到关于在制造大型钢锭的情况下在钢锭冒口侧的C富集的问题，且存在制造大型钢锭时的耐偏析性劣化的担忧。

发明内容

在上述情况下，本发明的目的在于提供一种适合用于更大型的地热发电用涡轮机转子的材料，其中改善了耐偏析性以抑制在钢锭冒口侧的C富集，由此使得可以制造均质的大型钢锭，且此外，改善了淬透性并同时确保了韧性、耐腐蚀性和耐SCC(应力腐蚀开裂)性，所有这些性能都是地热发电用涡轮机转子所需要的；及其制造方法。

为了减少偏析，必要的是，由凝固时的固-液分布所引起的在凝固前面的富集成分(composition)的液相的密度与未凝固部分中的主体液相的密度之差小。然而，仅通过增加或降低单一元素的含量难以调节所述密度差，并且包含其他组成元素的总液相密度平衡是重要的。另外，在大型地热发电用涡轮机转子中，除了耐偏析性以外，机械性能、耐腐蚀性和耐SCC性也是必要的。本发明人不仅在考虑耐偏析性的同时优化了元素的合金化平衡，而且通过使用许多钢型进行了关于机械性能、耐腐蚀性、耐SCC性和淬透性的评价试验。结果，本发明人发现了能够提供地热发电用涡轮机转子的组合物，其具有与常规1％CrMoV钢相等的耐腐蚀性和耐SCC性且在大型钢锭的韧性和制造性方面优异，从而完成了本发明。

根据本发明的第一方面，提供一种地热发电涡轮机转子用低合金钢，其以质量％计包含：0.15～0.30％的C；0.03～0.2％的Si；0.5～2.0％的Mn；0.1～1.3％的Ni；1.5～3.5％的Cr；0.1～1.0％的Mo；和大于0.15～0.35％(即，大于0.15％且小于或等于0.35％)的V，余量为Fe和不可避免的杂质。

根据本发明的第二方面，所述地热发电涡轮机转子用低合金钢还以质量％计包含0.005～0.015％的N。

根据本发明的第三方面，所述地热发电涡轮机转子用低合金钢以质量％计由以下组成：0.15～0.30％的C；0.03～0.2％的Si；0.5～2.0％的Mn；0.1～1.3％的Ni；1.5～3.5％的Cr；0.1～1.0％的Mo；和大于0.15～0.35％的V，余量为Fe和不可避免的杂质。