蒸汽涡轮用转子的制造方法
阅读：529发布：2023-01-20
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1.一种蒸汽涡轮用转子的制造方法，该转子用于构成蒸汽涡轮，其特征在于，该制造方法包括：
使该转子中的规定的对象部位与其他部位相比残余应力降低的工序，该使残余应力降低的工序包括进行上述转子的回火的工序即回火工序，
该制造方法还包括：
使上述对象部位与其他部位相比晶粒微细化的工序，该使晶粒微细化的工序包括在上述回火工序之前进行该转子的淬火的工序即淬火工序，
在该淬火工序中，上述对象部位的加热温度即淬火奥氏体化温度被设定为比其他部位低的温度，
上述使晶粒微细化的工序包括在上述淬火工序之前进行退火的工序即调质前退火工序，
在上述回火工序中包括第一段回火工序及在其之后进行的第二段回火工序，在第一段回火工序以及第二段回火工序中的至少一方的工序中，进行以使回火温度随着从上述对象部位朝向其他部位而变低的方式进行加热的梯度加热，
上述转子由铁素体系合金钢构成，该铁素体系合金钢以质量％含有碳0.15～0.33％、硅0.03～0.20％、锰0.5～2.0％、镍0.1～1.3％、铬0.9～3.5％、钼0.1～1.5％、钒0.15～
0.35％、作为任意成分的钨1.0％以下，
对于上述对象部位，第一段回火温度以及第二段回火温度中的至少一方被设定为比其他部位高的温度，
对于上述对象部位，上述回火温度被设定为大于660℃且小于等于700℃，对于上述其他部位，上述回火温度被设定为600～660℃，
对于上述对象部位，上述淬火奥氏体化温度被设定为大于等于880℃且小于910℃，对于上述其他部位，上述淬火奥氏体化温度被设定为910～950℃，
在该调质前退火工序中，对于上述对象部位和上述其他部位的整体，其加热温度即调质前退火温度被设定为1050～1300℃。
2.如权利要求1记载的蒸汽涡轮用转子的制造方法，其特征在于，
在第二段回火工序中进行梯度加热的情况下，对于上述对象部位，在炉内加热到第二段回火温度，对于其他部位，在露出到炉外的状态下进行回火。
蒸汽涡轮用转子的制造方法
技术领域
[0001] 本发明的实施方式涉及一种蒸汽涡轮用转子的制造方法。
背景技术
[0002] 有的蒸汽涡轮被用于地热发电。地热发电为，将处于地下的蒸汽等引导至设置于地表的蒸汽涡轮，通过该蒸汽的力使蒸汽涡轮的转子旋转。向这种地热发电用的蒸汽涡轮导入的天然蒸汽的温度，比向一般的火力发电用蒸汽涡轮导入的蒸汽的温度低，例如为200℃程度。此外，在地热发电中向蒸汽涡轮导入的天然蒸汽有时含有硫化氢等使金属腐蚀的腐蚀性气体。
[0003] 这种地热发电用蒸汽涡轮的转子，有时会产生氢脆化(hydrogen embrittlement)导致的断裂(以下简称为“氢脆断裂”)。构成蒸汽涡轮的转子的材料(以下称为转子材料)，除了抗拉强度、耐力、韧性等机械性质、耐腐蚀性以外，还被要求不产生氢脆化导致的断裂的能力(以下称为耐氢脆断裂性)。在日本专利公报、特许第4713796号公报(以下称为专利文献1)中有相关的记载。
[0004] 为了确保上述耐氢脆断裂性、耐腐蚀性，地热发电用蒸汽涡轮的转子材料，较多使用以作为火力发电用蒸汽涡轮的转子材料而使用实绩丰富的1％CrMoV钢为基础、进一步使韧性强化了的1～2％Cr系材料。
[0005] 然而，地热发电用的蒸汽涡轮的转子中、最先暴露于天然蒸汽的部位等，有时在与其他部位相比腐蚀性更高的环境中使用。对于这种部位，与其他部位相比，特别存在产生氢脆断裂而该氢脆断裂容易发展这种问题，特别期望使耐氢脆断裂性提高。
发明内容
[0006] 因此，本发明要解决的课题为，提供一种蒸汽涡轮用转子的制造技术，能够使蒸汽涡轮用转子中的规定的对象部位的耐氢脆断裂性提高。
[0007] 本发明的实施方式的蒸汽涡轮用转子的制造方法是构成蒸汽涡轮的转子的制造方法，具有使该转子中的规定的对象部位与其他部位相比残余应力降低的工序。
[0008] 发明效果
[0010] 图1是表示第一及第二实施方式的蒸汽涡轮用转子的一个例子及其周边构成的示意图。
[0011] 图2是对第一及第二实施方式的蒸汽涡轮用转子材料的一个例子进行说明的说明图。
[0013] 图4是表示实施了第一及第二实施方式的制造方法的热处理后的试样材料的结晶粒度(G.S.No.)、残余应力(最大拉伸应力)以及耐氢脆断裂性的判定结果的图。
[0014] 图5是表示比较例的热处理条件的图。
[0015] 图6是表示实施了比较例的热处理后的试样材料的结晶粒度(G.S.No.)、残余应力(最大拉伸应力)以及耐氢脆断裂性的判定结果的图。
[0016] 符号的说明
[0017] 1 蒸汽涡轮
[0018] 3 静叶片
[0019] 5 外壳
[0020] 10 转子
[0021] 12 动叶片
[0022] 20、21、22、23 转子的分级部(对象部位)
[0023] 20a、21a、22a、23a 叶片嵌入部
具体实施方式
[0024] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0025] 〔第一实施方式〕
[0026] 使用图1对应用了第一实施方式的制造方法的蒸汽涡轮用转子的一个例子进行说明。图1是表示本实施方式的蒸汽涡轮用转子及其周边构成的示意图。此外，在图1中，为了容易理解，省略动叶片、静叶片以及外壳的下侧。
[0027] 如图1所示，蒸汽涡轮1是轴流式的涡轮形流体机械，具有在内侧结合了静叶片3的外壳5、以及在该外壳5内以旋转中心轴(图中单点划线A所示)为中心旋转的蒸汽涡轮用转子(以下，简称为“转子”)10。转子10呈大致圆柱状而沿轴向延伸。在转子10上，沿着其周向排列有多个动叶片12。在转子10的轴向(单点划线A所示的方向)上，动叶片12与静叶片3对置地排列，与静叶片3一起构成多个涡轮级。
[0028] 如图中箭头F所示，蒸汽涡轮1从转子10的轴向的一侧(以下称为上游侧)导入蒸汽。本实施方式的蒸汽涡轮1用于地热发电，被导入天然蒸汽。天然蒸汽含有硫化氢等使金属腐蚀的腐蚀性气体。因此，转子10暴露于含有腐蚀性气体的天然蒸汽。
[0029] 特别是，如图1所示，构成蒸汽涡轮1的上游侧的涡轮级的附近，是天然蒸汽流入的部位，暴露于上述腐蚀性气体，因此特别要求耐氢脆断裂性。例如，在转子10中的与构成上游侧的第一涡轮级至第四涡轮级的动叶片12结合的结合部分(以下称为叶片嵌入部，在图中用一般虚线表示)20a、21a、22a、23a，有时天然蒸汽所含有的腐蚀成分析出并堆积在该结合部分与动叶片12之间的间隙中。因此，转子10中的分别包含叶片嵌入部20a、21a、22a、23a的呈大致圆柱状的部分(以下称为分级部(stage)，在图中用双点划线表示)20、21、22、23，与其他部位相比容易产生氢脆断裂。
[0030] 另一方面，在蒸汽涡轮1的下游侧(未图示)，天然蒸汽在涡轮级做功而冷凝并排水化(液化)。因此，蒸汽中的腐蚀成分不会堆积在叶片嵌入部，而与冷凝的排水一起排出到涡轮的外部。因此，转子10中的蒸汽涡轮1的下游侧的部位不易产生氢脆断裂。
[0031] 在本实施方式的转子10中，分别包含地热蒸汽流入的蒸汽涡轮的上游侧的涡轮级的叶片嵌入部20a、21a、22a、23a的、分级部20、21、22、23是特别需要提高耐氢脆断裂性的部位，在以下的说明中称为“对象部位”。此外，在本实施方式中，在以下的说明中，将转子10中的规定的对象部位(分级部)20、21、22、23以外的部位称为“其他部位”。
[0032] 接下来，使用图2对本实施方式的蒸汽涡轮用转子的制造方法中使用的转子材料进行说明。图2是对本实施方式的蒸汽涡轮用转子材料的一个例子进行说明的说明图。此外，在图2中，作为一个例子，表示供评价的转子材料(以下称为试样材料)的成分和权利要求书所示的转子材料的成分。对于试样材料A、B、C、D、E、F、G进行了本实施方式的热处理的结果将后述。
[0033] 如图2所示，蒸汽涡轮用转子由主要部分由铁(元素符号：Fe)构成的、所谓铁素体系合金钢(ferriticalloy steel)形成。该铁素体系合金钢作为合金元素以质量％含有碳(元素符号：C)0.15～0.33％、硅(元素符号：Si)0.03～0.20％、锰(元素符号：Mn)0.5～2.0％、镍(元素符号：Ni)0.1～1.3％、铬(元素符号：Cr)0.9～3.5％、钼(元素符号：Mo)0.1～1.5％、钒(元素符号：V)0.15～0.35％，作为任意成分含有钨(元素符号：W)1.0％以下。此外，本实施方式的铁素体系合金钢不含有钨。
[0034] 此外，在该铁素体系合金钢中，根据制造上的需要，以质量％含有氮(元素符号：N)0.005～0.015％。氮使淬火性提高，即使是大型钢块，也抑制其中心部位的铁素体的生成，因此对于转子材料的大径化有效。此外，氮固溶于基体(主要金属)中而作为Nb(C，N)的碳氮化合物析出，由此对于转子10的高强度化有效。此外，除上述元素以外，也可以含有在制造上不可避免混入的杂质(以下称为不可避免的杂质)。
[0035] 接下来，使用图3以及图4对本实施方式的制造方法(热处理方法)进行说明。图3是表示本实施方式的制造方法的热处理条件的图。图4是表示实施了本实施方式的制造方法的热处理后的试样材料的结晶粒度、残余应力(最大拉伸应力)以及耐氢脆断裂性的判定结果的图。
[0036] 上述本实施方式的转子材料，能够通过一般的方法来铸造得到，对所得到的高温的合金钢实施锻造等热加工。在进行了这种热加工之后，进行本实施方式的各种热处理。该热处理例如存在调质(quality heat treatment)。所谓调质，是指为了使材质稳定，在通过淬火使其固化之后以比较高的温度进行回火的热处理，在以下的说明中简称为“调质处理”。
[0037] (1)调质前退火工序
[0038] 在本实施方式的制造方法中，在进行上述调质处理工序之前，进行退火(annealing)。以下，使用图3以及图4进行说明。在该工序中，将蒸汽涡轮用转子加热到规定的温度，在该温度进行了保持之后，逐渐地冷却。由此，能够使转子材料软化而将内部所存在的应变除去。在以下的说明中将在进行调质处理之前进行该退火的工序称为“调质前退火工序”。以下说明的调质前退火工序针对包括上述对象部位及其他部位的蒸汽涡轮用转子的整体来进行。
[0039] 在本实施方式的调质前退火工序中，其退火的加热温度(以下简称为“退火温度”)被设定为1050～1300℃。作为一个例子，如图所示那样，退火温度被设定为1150℃或者1050℃。在调质前退火工序中，将转子材料加热到达到被设定为1050～1300℃的退火温度，在将该退火温度保持了规定的时间(以下称为保持时间)之后，以炉冷或者空冷等的足够慢的冷却速度逐渐地冷却。然后，在之后的调质处理的淬火工序中，使对象部位实现晶粒的微细化。此外，退火温度的保持时间被设定为5个小时。
[0040] 此外，退火温度的下限值被设定为1050℃是为了将在锻造等热加工工序中产生的应变除去，并且是因为为了使粗大的碳化物、碳氮化合物固溶到基体(主要金属、母材)中而成为均质的组织而需要1050℃以上的退火温度。在不足1050℃时，在该工序之后实施的调质处理工序中，不能够得到转子材料所要求的品质、材料特性。
[0041] 此外，退火温度的上限值被设定为1300℃的原因为，当超过1300℃时，退火炉的寿命会显著缩短，因此在实际的制造上是不适当的。因此，退火温度被设定为1050℃～1300℃的范围。此外，由于同样的理由，退火温度优选将下限值设定为1100℃、且将上限值设定为1250℃。
[0042] 通过进行这种温度下的调质前退火工序，能够将转子材料内部的应变除去，并且能够以比较高的比例生成珠光体组织。在调质前退火工序中生成的该珠光体组织的比例越高，在进行了下述说明的调质处理之后，晶粒越微细化。即，在使晶粒微粒化的工序中，包括上述调质前退火工序。
[0043] (2)调质处理
[0044] (2-1)淬火工序
[0045] 在本实施方式的调质处理中，首先，进行淬火(quenching)而使转子材料的组织奥氏体化。在该工序中，对转子材料进行加热，并保持为规定的加热温度(以下称为淬火奥氏体化温度)，之后使转子材料快速冷却。由此，使转子材料的组织奥氏体化。在以下的说明中，将通过该淬火而使该组织奥氏体化的工序简称为“淬火工序”。
[0046] 在本实施方式的淬火工序中，其淬火奥氏体化温度为，对于转子中、特别需要耐氢脆断裂性的对象部位，设定为比其他部位低的温度。其他部位的淬火奥氏体化温度被设定为910～950℃。另一方面，对象部位的淬火奥氏体化温度被设定为比其他部位低的温度、即880～910℃。通过以这种奥氏体化温度进行淬火，本实施方式的淬火工序能够使转子中的对象部位与其他部位相比晶粒更微细化。即，在使晶粒微粒化的工序中包括该淬火工序。
[0047] 如图3所示，淬火奥氏体化温度为，对于其他部位设定为920℃，对于对象部位设定为比其他部位低的温度即900℃。在淬火工序中，将转子材料加热到达到上述淬火奥氏体化温度，在将该淬火奥氏体化温度保持了规定的保持时间之后，使水成为雾状而对转子喷吹，由此迅速地进行冷却。此外，在本实施方式中，淬火奥氏体化温度的保持时间被设定为5个小时。
[0048] 通过实现对象部位的晶粒的微细化，由此与未实现微细化的情况相比，虽然产生由氢脆断裂引起的龟裂的寿命相同，但龟裂发展的速度(以下称为龟裂发展速度)得到抑制。通过该“龟裂发展速度”的抑制，对象部位的耐氢脆断裂性提高。
[0049] 淬火奥氏体化温度即使不足880℃，也能够得到晶粒的微细化效果，但碳氮化合物的固溶变得不充分，因此在后述的回火后不能够得到所需要的强度、韧性。此外，还能够成为残余应力(拉伸)变得比较大的原因。另一方面，当淬火奥氏体化温度超过910℃时，变得与对其他部位应用的淬火奥氏体化温度相同，不能够确保对象部位所需要的足够的耐氢脆断裂性。因此，对于特别需要提高耐氢脆断裂性的对象部位，淬火奥氏体化温度被设定为880～910℃的范围。此外，根据同样的理由，更优选将对象部位的淬火奥氏体化温度的下限值设定为890℃、将上限值设定为905℃。
[0050] 此外，在将上述淬火奥氏体化温度保持了规定的保持时间之后，通过喷射水的水喷射来进行转子的快速冷却，而该淬火工序结束。
[0051] (2-2)回火工序
[0052] 在本实施方式的调质处理中，进行回火(tempering)。在该工序中，在进行了上述淬火工序之后，将转子材料再次加热到被设定为比淬火奥氏体化温度低的温度的规定的加热温度(以下称为回火温度)，之后进行冷却。由此，转子材料能够得到韧性等所需要的性质。在以下的说明中，将进行该回火的工序称为“回火工序”。此外，对于该回火工序，在图3中称为“第一段回火”。
[0053] 在本实施方式的回火工序中，其回火温度为，对于转子中特别需要耐氢脆断裂性的对象部位，设定为比其他部位高的温度。其他部位的回火温度被设定为600～660℃。另一方面，对象部位的回火温度被设定为比其他部位高的温度即660～700℃。通过以这种回火温度进行回火，本实施方式的回火工序能够使转子中的对象部位比其他部位降低在回火后产生的残余应力(拉伸)。即，在使对象部位的残余应力比其他部位降低的工序中，包含该回火工序(2-2)。
[0054] 如图3中的“第一段回火”所示那样，在本实施方式中，对象部位的回火温度被设定为670℃，其他部位的回火温度被设定为630℃。在回火工序中，将转子材料加热到达到上述回火温度，在将该回火温度保持了规定的保持时间之后，进行冷却。此外，回火温度的保持时间被设定为20小时。
[0055] 对转子材料作用的应力，包括外部应力(外力)和内部应力(残余应力)。对于特别需要提高耐氢脆断裂性的对象部位，以比其他部位高的温度即660～700℃进行回火，由此对转子材料作用的应力降低与残余应力(拉伸)降低相应的量。由此，能够抑制转子的对象部位的氢脆断裂的发展。
[0056] 在上述铁素体系合金钢中，使残余应力(拉伸)降低的效果只要为660℃以上就能够得到，但当超过700℃时，转子的强度降低。因此，对于特别需要提高耐氢脆断裂性的对象部位，回火温度被设定为660～700℃。此外，根据同样的理由，对于对象部位，更优选将回火温度的下限值设定为665℃、将上限值设定为685℃。
[0057] 此外，作为使蒸汽涡轮用转子中的对象部位的回火温度成为比其他部位的回火温度高温的方法，能够使用高频感应加热法(high-frequency induction heating)。转子中仅特别需要提高耐氢脆断裂性的对象部位通过高频感应加热法进行加热，由此能够使对象部位的回火温度成为比其他部位的回火温度高温。
[0058] 〔转子材料和热处理条件〕
[0059] 使用图2～图6对将本实施方式的蒸汽涡轮用转子的制造方法(热处理方法)应用于各种转子材料的情况下的耐氢脆断裂性进行说明。
[0060] 图2是对本实施方式的蒸汽涡轮用转子材料的一个例子进行说明的说明图，表示供评价的转子材料(以下称为试样材料)的成分。图2所示的试样材料使用了通过真空感应熔炼(VIM(Vacuum Induction Melting))来铸造、并进行了锻造的三个50kg试验钢块A、B、C、D、E、F、G。
[0061] 图3是表示本实施方式的制造方法的热处理条件的图。图4是表示实施了本实施方式的制造方法的热处理后的试样材料的结晶粒度(G.S.No.)、残余应力(最大拉伸应力)以及耐氢脆断裂性的判定结果的图。图5是表示比较例的热处理条件的图。图6是表示实施了比较例的热处理后的试样材料的结晶粒度(G.S.No.)、残余应力(最大拉伸应力)以及耐氢脆断裂性的判定结果的图。
[0062] 结晶粒度(G.S.No.)通过将由JIS规定的旧奥氏体结晶粒度与结晶粒度标准图进行比较来求出。G.S.No.为，随着数值变大，表示结晶粒径变小。
[0063] 残余应力(最大拉伸应力)使用下述式(1)和X射线应力测定法来求出。
[0064] nλ＝2dsinθ···(1)
[0065] 在式(1)中：
[0066] n：衍射的次数
[0067] λ：X射线的波长
[0068] d：材料的晶格面间隔
[0069] θ：衍射角
[0070] 根据式(1)所示的X射线衍射的布拉格的法则，如果得知θ(衍射角)，则能够求出d(材料的晶格面间隔)，能够根据与标准晶格面间隔之差求出应变，并能够根据杨氏模量和泊松比计算出残余应力。
[0071] 耐氢脆断裂性是相对于因如下述那样形成的氢气的压力而引起的断裂而言的抵抗性，该氢气是如下这样形成的：由于材料的腐蚀而产生的氢进入材料中并扩散，在非金属夹杂物与基体(主要金属、母材)之间的界面集中，分子化而形成氢气。
[0072] 氢脆断裂性的试验根据NACE基准(National Association of Corrosion Engineers Standard)(TM0284，Evaluation of Pipeline and Pressure Vessel Steels for Resistance to Hydrogen-Induced Cracking)来实施。在pH4的5％NaCl+0.5％醋酸溶液中，以试验温度24±2.8℃浸渍96小时之后，对截面进行切断评价，确认有无断裂。试件尺寸为50mm×30mm×10mm，每种试样材料使用三个试件，仅在每试件都未确认断裂的产生的情况下设为“耐氢脆断裂性：○”，此以外的情况设为“耐氢脆断裂性：×”。
[0073] 如图3以及图4所示的例子那样，在本实施方式的热处理条件的范围内实施了调质前退火、淬火、回火(第一段回火以及第二段回火)的情况下，至少关于需要耐氢脆断裂性的对象部位，全部的耐氢脆断裂性为“○”。
[0074] 然而，如图5以及图6所示的比较例那样，在调质前退火、淬火、回火(第一段回火以及第二段回火)中的某一个的条件不满足本实施方式的热处理条件的范围地实施了的情况下，需要耐氢脆断裂性的对象部位的耐氢脆断裂性均为“×”。
[0075] 即，可以明确，本实施方式的蒸汽涡轮用转子的制造方法能够对特别需要耐氢脆断裂性的对象部位赋予良好的耐氢脆断裂性。
[0076] 如以上说明的那样，本实施方式的蒸汽涡轮用转子的制造方法为，具有使转子中的对象部位与其他部位相比残余应力降低的工序(2-2)。通过使转子中的对象部位与其他部位相比在回火后产生的残余应力降低，由此能够抑制氢脆断裂的发展，能够使耐氢脆断裂性提高。
[0077] 此外，在本实施方式中，使残余应力降低的工序包括在对上述转子进行了淬火之后进行该转子的回火的工序即回火工序(2-2)。在该回火工序中，如在图3中由构成例4、5、7～9、12、13、15、16、18、19、21、23、25、27～31、34～40、42所示的那样，对于蒸汽涡轮用转子的对象部位，其加热温度即回火温度(第一段回火)被设定为比其他部位高的温度。通过如此地设定回火温度，能够使对象部位的残余应力比其他部位降低。
[0078] 此外，在本实施方式中，对于蒸汽涡轮用转子的对象部位，利用高频感应加热法进行加热，由此成为被设定为比其他部位高的温度的回火温度。通过高频感应加热法，能够仅使转子中特别需要耐氢脆断裂性的对象部位的回火温度成为比其他部位高温。
[0079] 此外，在本实施方式中，还具有使对象部位的晶粒比其他部位微细化的工序(2-1)。通过使对象部位的晶粒微细化，由此能够使强度以及韧性提高，并且能够使氢脆断裂的发展速度变慢。
[0080] 此外，在本实施方式中，“使晶粒微细化”的工序包括在回火工序(2-2)之前进行该转子的淬火的工序即淬火工序(2-1)。在该淬火工序(2-1)中，如在图3中由构成例2、3、19～21、26～37、41、42所示的那样，对于对象部位，其加热温度即奥氏体化温度被设定为比其他部位低的温度。通过如此地设定奥氏体化温度，能够使对象部位的晶粒比其他部位微细化。
[0081] 此外，在本实施方式中，如在图2中由试样材料A、B、C、D、E、F、G所示，蒸汽涡轮用转子由以质量％含有碳0.15～0.33％、硅0.03～0.20％、锰0.5～2.0％、镍0.1～1.3％、铬0.9～3.5％、钼0.1～1.5％、钒0.15～0.35％、氮0.005～0.015％、作为任意成分的钨1.0％以下的铁素体系合金钢构成。通过由这种铁素体系合金钢来构成转子，由此能够实现如下的转子：即使暴露于硫化氢等腐蚀性较高的气体中，也不易产生氢脆断裂，即便假设产生耐氢脆断裂，龟裂也难以发展。
[0082] 此外，如在图3中由构成例4、5、7～9、12、13、15、16、18、19、21、23、25、27～31、34～40、42所示的那样，对于蒸汽涡轮用转子的对象部位，回火工序的加热温度即回火温度被设定为660～700℃。在上述铁素体系合金钢中，只要为660℃以上的回火温度就能够得到使残余应力降低的效果。但是，当回火温度超过700℃时，转子的强度会降低。因此，对于特别需要提高耐氢脆断裂性的对象部位，通过将回火温度设定为660～700℃，能够抑制强度的降低，并且能够使残余应力降低。
[0083] 此外，在上述实施方式的回火工序(2-2)中，对象部位的回火温度被设定为670℃，其他部位被设定为630℃，但本发明的回火温度不限定于此。例如，如图所示那样，也能够使对象部位成为与其他部位相同的回火温度即630℃。
[0084] 此外，如在图3中由构成例2、3、19～21、26～37、41、42所示的那样，在淬火工序(2-1)中，对于对象部位，奥氏体化温度被设定为880～910℃。当奥氏体化温度不足880℃时，碳氮化合物的固溶变得不充分，因此在后述的回火后不能够得到所需要的强度、韧性，可能还会成为残余应力变得比较大的原因。另一方面，当淬火奥氏体化温度超过910℃时，难以确保对象部位所需要的足够的耐氢脆断裂性。因此，对于特别需要提高耐氢脆断裂性的对象部位，将淬火奥氏体化温度设定为880～910℃，由此能够确保需要的强度、韧性，并且能够使晶粒微细化。
[0085] 此外，在本实施方式中，上述“使晶粒微细化”的工序包括在淬火工序(2-1)之前进行退火的工序即调质前退火工序(1)，在该调质前退火工序(1)中，其加热温度即调质前退火温度被设定为1050～1300℃。通过以这种温度进行调质前工序，能够以比较高的比例生成珠光体组织。通过对该珠光体组织的比例较高的转子材料进行上述淬火工序(2-1)，由此能够使晶粒进一步微细化。
[0086] 此外，在上述本实施方式的调质处理中，仅进行一次回火，但本发明的调质处理的方式不限定于此。例如，在调质处理中进行两次回火工序也是优选的，以下对其他调质处理的一个例子进行说明。
[0087] 〔第二实施方式〕
[0088] 对本实施方式的调质处理进行说明。在本实施方式中，对蒸汽涡轮用转子整体进行两阶段的回火。此外，调质处理的淬火工序的淬火奥氏体化温度与第一实施方式不同，以下详细说明。此外，对于与第一实施方式大致共通的构成省略说明。
[0089] (2-1B)淬火工序
[0090] 在本实施方式的淬火工序中，其淬火奥氏体化温度，在蒸汽涡轮用转子中特别需要耐氢脆断裂性的对象部位和其他部位都被设定为相同的温度。即，对于包括对象部位和其他部位的转子整体，以均匀的淬火奥氏体化温度进行淬火。该淬火奥氏体化温度被设定为910～950℃。此外，也可以是与第一实施方式同样，将对象部位的淬火奥氏体化温度设定为比其他部位低的温度。
[0091] (2-2B)两阶段的回火工序
[0092] 在本实施方式的调质处理中，进行两阶段的回火。即，本实施方式的调质处理的回火工序具有第一段回火工序(2-2B1)和第二段回火工序(2-2B2)。此外，在以下的说明中，将第一段回火工序的回火温度称为“第一段回火温度”，将第二段回火工序的回火温度称为“第二段回火温度”。
[0093] (2-2B1)第一段回火工序
[0094] 在第一段回火工序中，对于蒸汽涡轮用转子中的对象部位和其他部位的双方，其加热温度即第一段回火温度被设定为600～700℃。此外，对象部位的第一段回火温度和其他部位的第一段回火温度能够设定为相同的温度。以下，使用图3以及图5进行说明。
[0095] 如各图所示那样，第一段回火温度为，对于对象部位设定为670℃，对于其他部位设定为630℃。在第一段回火工序中，将转子材料加热到达到第一段回火温度，在将该第一段回火温度保持了规定的保持时间之后，进行冷却。此外，第一段回火温度的保持时间被设定为20小时。
[0096] 此外，如各图所示那样，对象部位的第一段回火温度也可以设定为与其他部位相同的630℃。此外，也可以将对象部位加热为仅其表层成为第一段回火温度即670℃。
[0097] 此外，在第一段回火工序中，优选对于对象部位进行所谓的梯度加热(日语原文为“傾斜加熱”)，所谓的梯度加热为：将第一段回火温度的最高点设为670℃，以使第一段回火温度随着从对象部位朝向其他部位而变低的方式进行加热。此外，在第一段回火工序中，其他部位的第一段回火温度被设定为630℃。通过进行梯度加热，由此不需要对于转子中的“规定的位置”进行使强度提高的热处理等。在进行了上述第一段回火工序(2-2B1)之后，进行第二段回火工序(2-2B2)。
[0098] (2-2B2)第二段回火工序
[0099] 在第二段回火工序中，对于蒸汽涡轮用转子中的对象部位和其他部位的双方，其加热温度即第二段回火温度被设定为600～700℃。在第二段回火工序中，将转子材料加热到达到第二段回火温度，在将该第二段回火温度保持了规定的保持时间之后，进行冷却。第二段回火温度的保持时间被设定为20小时。此外，对象部位的第二段回火温度和其他部位的第二段回火温度能够设定为相同的温度。例如，如图3所示那样，能够将第二段回火温度设定为630℃。
[0100] 此外，将对象部位的第二段回火温度设定为比其他部位的第二段回火温度高的温度也是优选的。例如，如图所示那样，还优选对于对象部位进行梯度加热，该梯度加热为：将第二段回火温度的最高点设定为670℃，以使第二段回火温度随着从对象部位朝向其他部位而变低的方式进行加热。
[0101] 在第二段回火工序中进行梯度加热的情况下，对于对象部位在炉内加热到第二段回火温度。此时，对于其他部位不需要进行第二段回火，因此使其成为露出到炉外的状态。由此，对其他部位实现以使第二段回火温度随着从对象部位朝向其他部位而变低的方式进行加热的梯度加热。
[0102] 如在图3中由构成例6～8、10～27、32～37、39～42所示的那样，在本实施方式中，回火工序(2-2B)包括：加热到被设定为600～700℃的第一段回火温度而进行回火的工序即第一段回火工序(2-2B1)；以及在该第一段回火工序(2-2B1)之后进行，加热到被设定为600～700℃的第二段回火温度而进行回火的工序即第二段回火工序(2-2B2)。
[0103] 在淬火工序(2-1B)中，转子材料的绝大多数成为淬火贝氏体组织，但在残留有残留奥氏体组织的情况下，在下一次回火的阶段，不会全部成为回火贝氏体组织，一部分的淬火贝氏体组织残留。因此，转子材料成为取得了强度和韧性的平衡的回火贝氏体组织与强度较高而韧性较低的淬火贝氏体组织的混合存在组织，应变在这两者的组织之间积蓄，而残余应力增加。
[0104] 因此，通过实施两阶段的回火处理(2-2B1)以及(2-2B2)，而使淬火贝氏体组织完全变化为回火贝氏体组织，由此能够使残余应力降低。当第一段回火温度、第二段回火温度都超过600℃时，能够得到该效果，但当超过700℃时，变得不满足转子材料需要的强度。因此，在特别需要提高耐氢脆断裂性的对象部位，通过使第一段回火温度、第二段回火温度都限定于600～700℃的范围来进行两阶段的回火，能够使残余应力降低。由此，能够抑制转子的对象部位的氢脆断裂的产生和氢脆断裂的发展。
[0105] 此外，如在图3中由构成例4、5、7～9、12～31、34～40、42所示那样，对于对象部位，第一段回火温度以及第二段回火温度中的至少一方被设定为比其他部位高的温度，且该温度被设定为660～700℃。在铁素体系合金钢中，只要为660℃以上的回火温度就能够得到使残余应力降低的效果。另一方面，当回火温度超过700℃时，转子的强度会降低。因此，对于特别需要提高耐氢脆断裂性的对象部位，在第一段回火工序(2-2B1)以及第二段回火工序(2-2B2)中的至少一方的工序中，使其回火温度成为660～700℃，由此能够抑制强度的降低，并且能够使残余应力降低。
[0106] 此外，如在图3中由构成例13～27所示那样，在第一段回火工序(2-2B1)以及第二段回火工序(2-2B2)中的至少一方的工序中，进行以使回火温度随着从对象部位朝向其他部位而变低的方式进行加热的梯度加热。对于转子中的“规定的位置”，不需要进行使强度提高的热处理等。
[0107] 此外，如在图3中由构成例22～27所示那样，在上述第二段回火工序中进行梯度加热的情况下，对于对象部位，在炉内加热到第二段回火温度，对于其他部位，在露出到炉外的状态下进行回火。在第二段回火工序中，对于对象部位以外的“其他部位”，不需要进行回火。因此，对于“其他部位”能够在露出到炉外的状态下进行冷却。
[0108] 此外，如在图3中由构成例6、10、11、32、33、41所示那样，对象部位和其他部位被设定为相同的第一段回火温度，且该第一段回火温度被设定为600～660℃，对象部位和其他部位也能够设定为相同的第二段回火温度，且该第二段回火温度被设定为600～660℃。在该方法中，如图4所示那样，也能够确保对象部位的耐氢脆断裂性。
[0109] 〔其他实施方式〕
[0110] 此外，在上述各实施方式的淬火工序中，其淬火奥氏体化温度为，对于特别需要耐氢脆断裂性的对象部位设定为比其他部位低的温度，但本发明的淬火奥氏体化温度不限定于此。例如，也可以如图所示那样，在对象部位和其他部位设定为相同的淬火奥氏体化温度。
[0111] 此外，在本实施方式中，如图1所示那样，使耐氢脆断裂性特别提高的对象部位，是分别包括蒸汽涡轮1的上游侧的叶片嵌入部20a、21a、22a、23a的转子的分级部20、21、22、23，但本发明的对象部位不限定于该方式。只要是蒸汽中的腐蚀成分容易堆积、需要提高耐氢脆断裂性的部位，则能够将转子中的任意的部位作为对象部位。
[0112] 对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其应变包含于发明的范围、主旨，并且包含于专利请求的范围记载的发明和其等同的范围。
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