[发明专利]旋转机器的转子及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在蒸汽汽轮机等中使用的旋转机器的转子及其制造方法，其中，该转子是利用焊接将根据流通的蒸汽等工作流体的温度不同而具有不同强度的多个部件接合而形成的旋转机器的转子。 

背景技术

目前，原子能、水力、火力这3种方法被用作主要的发电方法，而从资源量以及能量密度的观点来看，预计在今后上述3种发电方法仍将作为主要的发电方法使用。其中，火力发电作为一种安全且对负荷变动具有高应对能力的发电方法，具有高利用价值，预期在今后的发电领域中仍将继续发挥重要的作用。 

就包含蒸汽汽轮机的燃煤火力发电而言，与以往相比，其高效化进程正得到不断的发展，目前，通常是在600℃水平以下的蒸汽条件下进行发电，因而使用的是对上述蒸汽温度显示耐热性的12Cr钢等高铬钢(铁素体类耐热钢)来制造其中的汽轮机转子、动叶轮(動翼)等主要部件。 

另外，近年来，为了削减CO₂排放量、并进一步提高热效率，要求达到采用700℃水平的蒸汽条件下的发电技术，但是，如果采用700℃水平的蒸汽条件，则上述12Cr钢等高铬钢(铁素体类耐热钢)的强度变得不足。 

为此，考虑采用具有更高高温强度的Ni基合金作为汽轮机转子的材料，但是由于难以将Ni基合金制成大型钢块，因而不易实现汽轮机转子的大型化，另外，由于其价格非常高，导致仅采用Ni基合金来制造汽轮机转子不具可行性。 

基于此，专利文献1(日本特开2008-88525号公报)中公开了下述的汽轮机转子：仅在必须由Ni基合金构成的部位上使用Ni基合金、而其余部位则以钢铁材料构成的汽轮机转子，该转子被设置在导入了650℃以上高温蒸汽的蒸汽汽轮机中，其中，该汽轮机转子通过根据蒸汽温度对分割由Ni基合金形成的部分和由CrMoV钢形成的部分的部位分别利用熔敷连接而构 成，并且，上述由Ni基合金形成的部分和上述由CrMoV钢形成的部分之间的连接部位、以及上述由CrMoV钢形成的部分的蒸汽温度维持在580℃以下。另外，作为CrMoV钢，列举了含有0.85～2.5重量％Cr的低CrMoV钢。 

但是，在专利文献1所公开的技术中，作为CrMoV钢，列举的是含有0.85～2.5重量％Cr的低CrMoV钢，由此可推测，在该低CrMoV钢中，除了由Ni基合金构成的部位以外，其它部位的耐热性会不足。另外，如果将在专利文献1公开的技术中使用的低CrMoV钢单纯地替换为高Cr钢，则由于Ni基合金和高Cr钢的线性膨胀系数之差较大，会导致焊接接缝部位上的热应力增加，因而很难使焊接接缝部位上的强度得以保持。 

现有技术文献： 

专利文献1：日本特开2008-88525号公报 

发明内容

因此，鉴于上述传统技术中存在的问题，本发明的目的在于：提供汽轮机转子及其制造方法，该汽轮机转子是即使利用焊接将Ni基合金和12Cr钢等其他耐热性钢铁材料进行接合，也可以保持该接合部位的强度，并且能够在700℃水平的蒸汽条件下使用的汽轮机转子。 

为了解决上述课题，在本发明中： 

提供一种旋转机器的转子，该转子被设置在导入了蒸汽或燃烧气体作为工作流体的旋转机器中，是利用焊接将多个部件接合而形成的旋转机器的转子，所述多个部件的强度根据流通的工作流体温度的不同而不同，其中，该转子通过利用焊接将由Ni基合金形成的第1部件和由高铬钢形成的第2部件接合而构成，所述Ni基合金从室温(也称为“常温”，下同)到700℃之间的平均线性膨胀系数为12.4×10^-6/℃～14.5×10^-6/℃，优选为14.0×10^-6/℃以下，并且，使上述工作流体的入口部位为上述由Ni基合金形成的第1部件。 

由于上述第1部件和上述第2部件是通过焊接接合而构成的，因此也可以应对转子的大型化。 

另外，通过采用从室温到700℃之间的平均线性膨胀系数为12.4× 10^-6/℃～14.5×10^-6/℃、优选为14.0×10^-6/℃以下的Ni基合金来形成上述第1部件，并采用高铬钢来形成上述第2部件，可缩小上述第1部件和上述第2部件之间的线性膨胀系数之差，从而减小上述第1部件和上述第2部件之间的焊接接缝部位的热应力，由此，使得在上述接缝部位也可以保持充分的强度。