专利名称：：发电机转动轴材料的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种磁特性优异的发电机转动轴材料。
背景技术：
：到目前为止，作为在发电机中安装有励磁线圈的转动轴材料，有如特公昭47-25248号公报(专利文献1)和特公昭50-7530号公报(专利文献2)公开的钢。特别是在作为室温下的拉伸强度需要为700MPa以上的发电才几轴材料中，一般使用如ASTM标准A469中公开的含有3.0%以上的镍、含2.0%以下铬的钢。专利文献l:特公昭47-25248号公报专利文献2:特公昭50-7530号公报
发明内容以往在以燃气轮机和蒸汽轮机驱动的比较大型的发电机转动轴材料中，可以使用含3.0%以上镍的低合金钢，但是含有该范围镍的发电机转动轴材料磁特性不好。其结果降低发电机的效率。另外，镍虽然降低磁特性，但是由于是改善淬火性的必须成分，很难降低其含量。本发明的目的在于提供一种比以往减少了镍量、提高磁特性且具有可实用化的淬火性的发电机转动轴材料。另外，提供一种在室温下的拉伸强度为700MPa以上、室温下的》兹化力为275AT/m以下、FATT为7。C以下的发电机转动轴材料。解决上述课题的本申请发明为使用减少了镍量的同时，增加铬量，且添加有铜的合金的发电机转动轴材料。具体的为，使用以铁为主成分，含有以质量。/。算Ni:1.3~2.0%、Cr:2.1-3.0%、Cu:0.15~0.35%的低合金钢的发电机转动轴材料。其它的本发明的发电机转动轴材料为由C:0.15~0.35%、Si:0.01-0.10%、Mn:0.10-0.50%、Ni:1.3~2.00/0、Cr:2.1~3.0%、Mo:0.20~0.500/o、Cu:0.15~0.35o/o、V:0.06-0.14%、余量为不可避免的杂质和Fe构成。根据本发明的转动轴材料，由于磁特性优异，因此可以减少流入发电机转子线圈中的励磁电流。由此，减少发电^U的损失，可以提高发电机的效率。图1为显示镍量和磁化力关系的图。图2为显示铬量和拉伸强度关系的图。图3为显示本发明实施方式的发电机转动轴材料的图。图4为显示本发明实施方式的发电机全体的图。符号说明1磁极，2管子接头3风扇安装用环4定心环5开口6齿7发电机转动轴8转子线圈9挡圈10滑环刷11风扇12轴承13定子线圈4铁芯15定子框16高压套筒具体实施例方式如果减少发电机转动轴材料的镍，就会降低淬火性。因此，使用含有3.0以上镍的低合金钢。但是，发明者们进行关于低合金钢的淬火性的研究，发现将镍降低到特定范围内时，通过添加适量的铬和铜，和含有3.0以上镍的低合金钢具有同样的淬火性效果。另外，发现通过使用具有比以往降低了这样得到的镍的合金的发电机转动轴材料而制成发电机，比以往提高了发电机的磁特性，提高效率。以下，论述在构成转动轴材料的合金中添加的元素效果和其组成范围的限定理由。碳使淬火性变好，为用于提高发电机转动轴材^H虽度所必须的元素，需要为0.15%以上。但是，如果为0.35%以上，降低发电机转动轴材料的韧性，因此，碳的范围为0.15~0.35%。特别优选为0.20~0.30%的范围。硅有脱氧效果，作为用于提高发电机转动轴材料清洁度的元素而被添加，但是近年来随着真空碳脱氧等制钢技术的进步，即使不特别的添加，也可以冶炼健全的发电机转动轴材料。从防止回火脆化的角度出发，应尽量减少硅，应在0.01~0.10%的范围内。锰使淬火性变好，为用于提高发电机转动轴材料韧性所必须的元素，需要为0.1°/。以上。但是，如果为0.50%以上，产生发电机转动轴材料的回火脆化，因此，锰的范围为0.10~0.50%。特别优选为0.20~0.45%的范围。镍使淬火性变好，是提高发电机转动轴材料中心部韧性且提高磁特性的必须的元素，需要为1.3%以上。但是，如果为2.0°/。以上，会降低发电^L转动轴材料的磁特性，因此，镍的范围为1.3~2.0%。特别优选为1.4~1.8%的范围。铬使淬火性变好，为用于提高发电机转动轴材料中心部的韧性和强度所必须的元素，需要为2.1%以上。但是，如果为3.0%以上，会降低发电机转动轴材料的强度，因此，铬的范围为2.1~3.0%。特别优选为2.3~2.8%的范围。钼使淬火性变好，为用于提高发电机转动轴材料中心部的韧性且在回火中緩和脆化所必须的元素，需要为0.2%以上。但是，如果为0.5%以上，会降低发电机转动轴材料的》兹特性，因此，钼的范围为0.20~0.50%。特别优选为0.30~0.40%的范围。铜使淬火性变好，为用于提高发电机转动轴材料中心部的韧性所必须的元素，需要为0.15°/。以上。但是，如果为0.35%以上，会降低发电机转动轴材料的锻造性，因此，铜的范围为0.15~0.35%。特别优选为0.20~0.30°/0的范围。钯通过形成碳化物粒子而使晶粒微细化，从而提高发电机转动轴材料的屈服应力，因此需要为0.06%以上。但是，如果为0.14%以上，会降低发电机转动轴材料的韧性，因此，4巴的范围为0.06-0.14%。特别优选为0.08~0.12%的范围。作为不可避免的杂质有Al、P、S、Sn、Sb、As等。Al由于降低韧性，应尽量减少。Al优选为0.012%以下。S由于形成夹杂物MnS，降低韧性，应尽量减少。S优选为0.015%以下。P、Sn、Sb、As等容易引起回火脆化，应尽量减少这些元素。P优选为0.020%以下，Sn优选为0.015%以下，Sb优选为0.004%以下，As优选为0.015%以下。本发明的发电机转动轴材料在电炉熔解后，用真空脱气、真空碳脱氧、电渣重熔等方法进行精炼，通过在模具中浇铸熔融液体，而制作钢坯。本发明的发电^f几转动轴材料在115(TC以上热4R造钢坯后，实施在840。C以上的正火在600。C以上的回火，微细化晶粒。然后，在860900。C下，实施奥氏体化处理，从奥氏体化温度，由水冷却、喷水冷却、水喷雾冷却等方法实施淬火处理后，在560660。C下，实施回火处理，调整机械性质。实施例以下，说明本发明涉及的发电机转动轴材料的实施例。表1显示在本实施例中确认的供试钢的化学组成(质量％)。供试钢No.3~7和No.9~14为本发明。供试钢No.l、2、8为用于和本发明比较的冶炼的比较材。No.l为相当于发电机轴材料的ASTM标准A469的Class7的材料。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>各供试钢在熔炼炉中成为20kg的钢坯，在1150-250。C加热，热锻造成厚为30mm、宽为90mm。实施模拟具有大型发电机转动轴材料筒体部中心部的冷却速度的热处理。首先，在90(TC正火后，加热至880。C为止进行奥氏体化，从该温度以200°C/h的速度冷却进行淬火。接下来，在600°C-640。C下保持退火33h后，以30°C/h的速度冷却。退火处理是对各个供试钢选择拉伸强度进入700MPa以上范围的温度而进行的。对进行上述热处理的各供试钢，实施拉伸试验、2mmV缺口-摆4垂式沖击试验、直流磁特性试验。拉伸试验使用JISZ2201的4号试验片的缩小尺寸(直径5mm),在室温下实施。2mmV缺口-摆锤式沖击试验使用JISZ2202的V缺口试验片，在-80~+40°C的范围内实施。直流磁特性试验使用直径20mm、长45mm的试验片，由JISC2501方法(用电磁石和试验片构成封闭磁电路)，在室温下实施。各试验结果示于表2中。FATT为由冲击试^r而得到的塑性-脆性断口转变温度。FATT的温度值越低，钢韧性越大。直流磁特性求出磁通量密度达到21,2kg时的磁化力。磁化力的值越小，钢磁特性优异。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>如上所述，在本发明的组成中，拉伸强度为700MPa以上，《兹化力为275AT/m以下，FATT为7。C以下为优选的合金组成。另外，发电机转动轴材料以每分3000转或3600转旋转，每天反复起动停止。因此，在楔槽(7口，卜)部特别需要承受由旋转离心力产生的拉伸应力的设计。在发电机转动轴材料的楔槽部，拉伸应力如果超过0.02%强度，产生容易塑性变形，在应力变动的反复中变得容易疲劳破坏等问题。另外，伸长、缩径(絞0)的值如果低，破坏韧性变低，变得容易产生疲劳破坏。图1显示磁通量达到21.2kg时的磁化力对镍量的影响。如图所示，镍量在1.3~2.0%的范'围，磁化力低。因此，镍量为1.3~2.0%的范围。图2显示室温拉伸强度对铬量的影响。如图所示，铬量在2.1~3.0%的范围内，显示700MPa以上的室温拉伸强度。因此，铬量为2.1~3.0%的范围。本发明的供试钢如表2所示FATT为7。C以下，在中心部的韧性也优异。图3表示发电机转动轴一例的立体图。在本图表示的转动轴具有磁极1、管子接头2、风扇安装用环3、定心环4、开口5和齿(亍^一7)6。采用本发明时最有效的部分为磁极1、管子接头2、齿6。图4表示发电机整体图。在本图表示的发电机整体图具有发电机转动轴7、转子线圈8、挡圈9、滑环刷10、风扇11、轴承12、定子线圈13、铁芯14、定子框15和高压套筒(7'、、>〉夕'、).16。工业上的应用性本发明的发电机转动轴材料可以作为由燃气轮机和蒸汽轮机驱动的发电机转动轴材料而利用。特别是作为在室温下的拉伸强度为700MPa以上的转动轴材料而利用。权利要求1.一种发电机转动轴材料，其特征在于，使用以铁为主成分并含有以质量％计Ni1.3～2.0％、Cr2.1～3.0％、Cu0.15～0.35％的低合金钢。2.根据权利要求1所述的发电机转动轴材料，其中，所述发电机转动轴材料在室温下的拉伸强度为700MPa以上。3.发电机，其特征在于，使用权利要求1所述的转动轴材料。4.一种发电机转动轴材料，其特征在于，使用由C:0.15~0.35%、Si:0.01~0.10%、Mn:0.10~0.500/0、Ni:1.3~2.00/0、Cr:2.1~3.00/0、Mo:0.20~0.50%、Cu:0.15~0.35%、V:0.06~0.14%以及余量为不可避免的杂质和Fe组成的合金。5.根据权利要求4所述的发电机转动轴材料，其中，所述发电机转动轴材料在室温下的拉伸强度为700MPa以上。6.发电机，其特征在于，使用权利要求4所述的转动轴材料。全文摘要本发明提供发电机转动轴材料，可以使发电机高效化，并提供磁特性优异的发电机转动轴材料。本发明的发电机转动轴材料，其特征在于，由以质量％计C0.15～0.35％、Si0.01～0.10％、Mn0.10～0.50％、Ni1.3～2.0％、Cr2.1～2.8％、Mo0.20～0.50％、Cu0.15～0.35％、V0.06～0.14％以及余量为不可避免的杂质和Fe组成。文档编号C22C38/42GK101676428SQ20091017583公开日2010年3月24日申请日期2009年9月17日优先权日2008年9月19日发明者森誉延申请人:株式会社日立制作所