CN102816954A - 蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金及蒸汽涡轮机的铸造部件 - Google Patents

蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金及蒸汽涡轮机的铸造部件 Download PDF

Info

Publication number
CN102816954A
CN102816954A CN2012101897443A CN201210189744A CN102816954A CN 102816954 A CN102816954 A CN 102816954A CN 2012101897443 A CN2012101897443 A CN 2012101897443A CN 201210189744 A CN201210189744 A CN 201210189744A CN 102816954 A CN102816954 A CN 102816954A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steam turbine
casting
base alloy
containing ratio
quality
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012101897443A
Other languages
English (en)
Inventor
根本邦义
吉冈洋明
今井洁
宫下重和
须贺威夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of CN102816954A publication Critical patent/CN102816954A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/055—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 20% but less than 30%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

本发明提供蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金及蒸汽涡轮机的铸造部件。实施方式的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金以质量%计含有C：0.01~0.1、Cr：15~25、Co：10~15、Mo：5~12、Al：0.5~2、Ti：0.3~2、B：0.001~0.006、Ta：0.05~1、Si：0.1~0.5、Mn：0.1~0.5，且余量由Ni和不可避免的杂质构成。

Description

蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金及蒸汽涡轮机的铸造部件
技术领域
本发明涉及蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金及蒸汽涡轮机的铸造部件。
背景技术
在包含蒸汽涡轮机的火力发电厂，从保护地球环境的观点出发抑制二氧化碳排放量的技术引人注目，此外发电高效率化的需求也在提高。
为了提高蒸汽涡轮机的发电效率，有效的方法是使涡轮机蒸汽温度高温化。在近年来的具备蒸汽涡轮机的火力发电厂，蒸汽温度已上升到600℃以上。将来有上升到650℃、进一步上升到700℃的倾向。
曝露于高温蒸汽中的蒸汽涡轮机的涡轮机外壳、阀壳、喷嘴箱和配管等因高温蒸汽在周围回流而变得高温，同时产生高应力。因此，它们需要耐高温、耐高应力，作为构成它们的材料，要求从室温到高温度区域具有优异的强度、延性、韧性。
特别是在蒸汽温度超过700℃的情况下，由于以往的铁系材料的高温强度不足，因此研究了Ni基合金的适用。Ni基合金由于高温强度特性、耐蚀性优异，因此主要广泛用作喷气发动机、燃气轮机的材料。作为其代表例，正在使用Inconel 617合金(Special metals公司制)、Inconel 706合金(Special metals公司制)。
为了强化Ni基合金的高温强度，有如下方法：通过添加Al、Ti而使被称作γ’(gamma prime：Ni3(Al,Ti))相、γ”(gamma double prime：Ni3Nb)相的任一析出相或两种析出相在Ni基合金的母相材内析出，从而确保高温强度。作为该使γ’(Ni3(Al,Ti))相和γ”(Ni3Nb)相这两种析出相析出而确保高温强度的物质，可举出例如Inconel 706合金。
另一方面，还有像Inconel 617合金那样通过添加Co、Mo来强化Ni基的母相(固溶强化)从而确保高温强度。
如上所述，作为超过700℃的蒸汽涡轮机的构成部件的材料，研究了Ni基合金的适用。要求在维持Ni基合金的铸造性的同时通过组成改良等来提高该Ni基合金的高温强度。
发明内容
为了在维持铸造性的同时提高高温强度，本发明提供蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金。所述Ni基合金由以下所示的组成成分范围构成，组成成分的%表示为质量%。
(M1)一种Ni基合金，其含有C：0.01~0.1%、Cr：15~25%、Co：10~15%、Mo：5~12%、Al：0.5~2%、Ti：0.3~2%、B：0.001~0.006%、Ta：0.05~1%、Si：0.1~0.5%、Mn：0.1~0.5%，且余量由Ni和不可避免的杂质构成。
(M2)一种Ni基合金，其含有C：0.01~0.1%、Cr：15~25%、Co：10~15%、Mo：5~12%、Al：0.5~2%、Ti：0.3~2%、B：0.001~0.006%、Nb：0.025~0.5%、Si：0.1~0.5%、Mn：0.1~0.5%，且余量由Ni和不可避免的杂质构成。
(M3)一种Ni基合金，其含有C：0.01~0.1%、Cr：15~25%、Co：10~15%、Mo：5~12%、Al：0.5~2%、Ti：0.3~2%、B：0.001~0.006%、Si：0.1~0.5%、Mn：0.1~0.5%、Ta和Nb的合计(Ta及Nb至少为0.01%以上)：0.1~1%，且余量由Ni和不可避免的杂质构成。
上述组成成分范围的Ni基合金与以往的Ni基合金相比，高温强度特性和铸造性优异。通过使用该Ni基合金来构成涡轮机外壳、阀壳、喷嘴箱、配管等的蒸汽涡轮机的铸造部件，能够制作即使在高温环境下也具有高可靠性的铸造部件。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式。
实施方式中的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金由以下所示的组成成分范围构成。另外，以下的说明中，表示组成成分的%只要没有特别写明，为质量%。
(M1)一种Ni基合金，其含有C：0.01~0.1%、Cr：15~25%、Co：10~15%、Mo：5~12%、Al：0.5~2%、Ti：0.3~2%、B：0.001~0.006%、Ta：0.05~1%、Si：0.1~0.5%、Mn：0.1~0.5%，且余量由Ni和不可避免的杂质构成。
(M2)一种Ni基合金，其含有C：0.01~0.1%、Cr：15~25%、Co：10~15%、Mo：5~12%、Al：0.5~2%、Ti：0.3~2%、B：0.001~0.006%、Nb：0.025~0.5%、Si：0.1~0.5%、Mn：0.1~0.5％，且余量由Ni和不可避免的杂质构成。
(M3)一种Ni基合金，其含有C：0.01~0.1%、Cr：15~25%、Co：10~15%、Mo：5~12%、Al：0.5~2%、Ti：0.3~2%、B：0.001~0.006%、Si：0.1~0.5%、Mn：0.1~0.5%、Ta和Nb的合计(Ta及Nb至少为0.01%以上)：0.1~1%，且余量由Ni和不可避免的杂质构成。
这里，在上述(M1)~(M3)的Ni基合金中，优选将Al和Ti合计的含有率在1~3质量%的范围内。
另外，在上述(M3)的Ni基合金中，优选以如下方式构成：将Ta和Nb的摩尔数合计的总摩尔数与将Ta和Nb的合计质量作为Ta的质量换算时的Ta的摩尔数相等。
另外，作为上述(M1)~(M3)的Ni基合金中的不可避免的杂质，可举出例如Cu、Fe、P和S等。
上述组成成分范围的Ni基合金适合作为构成运转时的温度达到680~750℃的蒸汽涡轮机的铸造部件的材料。作为蒸汽涡轮机的铸造部件，例如可举出涡轮机外壳、阀壳、喷嘴箱、配管等。
这里，涡轮机外壳是构成装设有涡轮机转动叶片的涡轮机转子所贯通的、在内周面配设有喷嘴、导入有蒸汽的涡轮机壳体的外壳。阀壳是作为调整供给至蒸汽涡轮机的高温高压的蒸汽的流量、或者隔断蒸汽的流动的蒸汽阀而发挥作用的阀门的外壳。特别地，可以例示温度为680~750℃的蒸汽流动的阀门的外壳等。喷嘴箱是将导入蒸汽涡轮机内的高温高压的蒸汽向由第1级喷嘴和第1级的涡轮机转动叶片构成的第1段落导出的、在整个涡轮机转子的周围设置的环状的蒸汽流路。配管是将来自锅炉的蒸汽导向蒸汽涡轮机的主蒸汽配管或再热蒸汽配管。这些涡轮机外壳、阀壳、喷嘴箱、配管等均设置在曝露于高温高压的蒸汽的环境中。
这里，可以由上述Ni基合金构成上述蒸汽涡轮机的铸造部件的所有部位，此外也可以由上述Ni基合金构成特别是达到高温的蒸汽涡轮机的铸造部件的一部分部位。这里，蒸汽涡轮机的铸造部件达到高温的部位具体可举出例如：高压蒸汽涡轮机部的全部区域、或从高压蒸汽涡轮机部到中压蒸汽涡轮机部的一部分的区域等。进一步，蒸汽涡轮机的铸造部件达到高温的部位可举出将蒸汽导入高压蒸汽涡轮机的主蒸汽管线部等。另外，蒸汽涡轮机的铸造部件达到高温的部分并不限于这些，只要是例如温度达到680~750℃左右的部分就包含于其中。
另外，上述组成成分范围的Ni基合金与以往的Ni基合金相比，高温强度特性和铸造性优异。即，通过使用该Ni基合金来构成涡轮机外壳、阀壳、喷嘴箱、配管等的蒸汽涡轮机的铸造部件，能够制作即使在高温环境下也具有高可靠性的铸造部件。
接下来，说明上述本发明的Ni基合金中的各组成成分范围的限定理由。
(1)C(碳)
C作为强化相的M23C6型碳化物的构成元素是有用的，特别是在650℃以上的高温环境下，在蒸汽涡轮机的运转中使M23C6型碳化物析出是维持合金的蠕变强度的重要因素之一。此外，C还兼具确保铸造时的熔液的流动性的效果。在C的含有率低于0.01%时，不能确保碳化物的足够的析出量，因此机械强度(高温强度特性，以下相同)降低，同时铸造时的熔液的流动性显著降低。另一方面，如果C的含有率超过0.1%，则制作大型铸块时的成分偏析倾向会增强。因此，将C的含有率设为0.01～0.1%。此外，将C的含有率更优选设为0.02～0.08%，进一步优选设为0.03～0.07%。
(2)Cr(铬)
Cr是对于提高Ni基合金的耐氧化性、耐蚀性和机械强度不可缺的元素。而且，Cr作为M23C6型碳化物的构成元素是不可缺的。尤其在650℃以上的高温环境下，通过在蒸汽涡轮机的运转中使M23C6型碳化物析出，可维持合金的蠕变强度。此外，Cr还提高高温蒸汽环境下的耐氧化性。在Cr的含有率低于15%时，耐氧化性下降。另一方面，如果Cr的含有率超过25%，则会由于显著促进M23C6型碳化物的析出而使粗大化倾向增强。此外，还会由于作为有害相的σ相的析出而使机械强度下降。因此，将Cr的含有率设为15～25%。此外，将Cr的含有率更优选设为17～23%，进一步优选设为18~20%。
(3)Co(钴)
在Ni基合金中，Co在母相内固溶而提高母相的机械强度。但是，如果Co的含有率超过15％，则会生成使机械强度降低的金属间化合物相而使机械强度下降。另一方面，在Co的含有率低于10%时，铸造性下降，而且机械强度下降。因此，将Co的含有率设为10～15%。此外，将Co的含有率更优选设为12～14%。
(4)Mo(钼)
Mo在Ni母相中固溶而具有提高母相的机械强度的效果，此外，通过在M23C6型碳化物中置换一部分而提高碳化物的稳定性。在Mo的含有率低于5%时，上述效果无法发挥。另一方面，如果Mo的含有率超过12%，则制作大型铸块时的成分偏析倾向增强，而且会因σ相析出而使机械强度降低。因此，将Mo的含有率设为5～12%。此外，将Mo的含有率更优选设为7～11％，进一步优选设为8~10%。
(5)Al(铝)
Al与Ni一起生成γ’(Ni3Al)相，通过析出而提高Ni基合金的机械强度。在Al的含有率低于0.5%时，机械强度与以往的钢相比并未提高。另一方面，如果Al的含有率超过2％，则虽然机械强度提高，但铸造性下降。因此，将Al的含有率设为0.5～2%。此外，将Al的含有率更优选设为0.5～1.4％，进一步优选设为0.7～1.3%。
(6)Ti(钛)
Ti与γ’(Ni3Al)相中的Al置换而形成(Ni3(Al,Ti))，是对γ’相的固溶强化有用的元素。在Ti的含有率低于0.3%时，无法发挥上述效果。另一方面，如果Ti的含有率超过2％，则会促进Ni3Ti相(η相)、Ti的氮化物的析出，机械强度和铸造性下降。因此，将Ti的含有率设为0.3～2%。将Ti的含有率更优选设为0.5～1.5%，进一步优选设为0.6~1.3%。
另外，通过在将Al和Ti合计(Al+Ti)的含有率为1~3%的范围内含有上述Al和Ti，可强化γ’(Ni3(Al,Ti))相，并提高机械强度。(Al+Ti)的含有率低于1%时，在上述效果中，与以往的钢相比，未见机械强度提高。另一方面，如果(Al+Ti)的含有率超过3％，则虽然机械强度提高，但有铸造性下降的倾向。因此，本发明的Ni基合金中，将(Al+Ti)的含有率优选设为1~3%。另外，将(Al+Ti)的含有率更优选设为1.3~2.7%，进一步优选设为1.5~2.5%。
(7)B(硼)
B在Ni母相中析出而具有提高母相的机械强度的效果。在B的含有率低于0.001%时，无法发挥提高母相的机械强度的效果。另一方面，如果B的含有率超过0.006%，则有可能导致晶界脆化。因此，将B的含有率设为0.001～0.006%。此外，将B的含有率更优选设为0.002～0.005%。
(8)Ta(钽)
Ta在γ’(Ni3(Al,Ti))相中固溶，可强化γ’相，实现γ’相的稳定化。在Ta的含有率低于0.05%时，在上述效果中，与以往的钢相比，未见提高。另一方面，如果Ta的含有率超过1%，则经济性受损，制造成本增加。因此，将Ta的含有率设为0.05～1%。此外，将Ta的含有率更优选设为0.05～0.8%，进一步优选设为0.05~0.5%。
(9)Nb(铌)
Nb与Ta同样地在γ’(Ni3(Al,Ti))相中固溶而将γ’相强化、稳定化。Nb与Ta相比，价格便宜，经济。在Nb的含有率低于0.025%时，在上述效果中，与以往的钢相比，未见提高。另一方面，如果Nb的含有率超过0.5％，则虽然机械强度提高，但铸造性下降。因此，将Nb的含有率设为0.025～0.5%。此外，将Nb的含有率更优选设为0.05～0.5％，进一步优选设为0.1~0.4%。
此外，通过使将上述的Ta和Nb合计(Ta+Nb)的含有率为0.1~1%，可以提高γ’相(Ni3(Al,Ti))的析出强度，进一步实现长期的组织稳定性。(Ta+Nb)的含有率低于0.1%时，在上述效果中，与以往的钢相比，未见提高。另一方面，如果(Ta+Nb)的含有率超过1%，则虽然机械强度提高，但铸造性下降。因此，将(Ta+Nb)的含有率设为0.1～1%。此外，将(Ta+Nb)的含有率更优选设为0.2～0.9%。另外，在含有Ta和Nb二者的情况下，Ta和Nb分别至少含有0.01%以上。
进一步，使将Ta和Nb合计(Ta+Nb)的含有率为0.1~1%时，优选将Ta和Nb的摩尔数合计的总摩尔数与将Ta和Nb的合计质量作为Ta的质量换算时的Ta的摩尔数相等。
这样，通过使将Ta和Nb的摩尔数合计的总摩尔数与将Ta和Nb的合计质量作为Ta的质量换算时的Ta的摩尔数相等，即使在含有Ta和Nb的情况下，也可得到与Ta同等的效果。进一步，由于Nb与Ta相比价格便宜，因此可以削减制造成本。
这里，对使将Ta和Nb的摩尔数合计的总摩尔数与将Ta和Nb的合计质量作为Ta的质量换算时的Ta的摩尔数相等进行说明。
将Ta和Nb的合计质量作为Ta的质量换算时的Ta的摩尔数记作Amol。即使在含有Ta和Nb二者的情况下，也以作为Ta和Nb的摩尔数的合计的总摩尔数成为该Amol的方式构成。
例如，如果将该作为Ta的质量换算时的Ta的摩尔数、即Amol中的B%替换成Nb而添加，则Nb的添加摩尔数为“A×B/100=Cmol”，Nb的添加量为“C×92.91(Nb的原子量)”。另外，将Amol中的B%替换成Nb后的Ta的添加摩尔数为“A-C=Dmol”，Ta的添加量为“D×180.9(Ta原子量)”。
进一步具体说明。例如在Ni基合金100(kg)中仅添加Ta 0.5质量%时的Ta质量为“100000×0.005=500(g)”。并且，Ta的总摩尔数为“500/180.9(Ta原子量)=2.764(mol)”。例如，如果将Ta的总摩尔数中的40%替换成Nb，则Nb的添加量为“2.764×0.4×92.91(Nb的原子量)=102.72(g)”。该Nb的添加率相对于Ni基合金100(kg)为“102.72/100000×100=0.1%”。
另一方面，Ta的添加率为“2.764×0.6×180.9=300(g)”。并且，Ta的添加率相对于Ni基合金100(kg)为“300/100000×100=0.3%”。因此，Ni基合金中的将Ta和Nb合计的添加率为“0.3+0.1=0.4%”。并且，将Ta和Nb合计的总添加量为“300+102.72=402.72(g)”。
(10)Si(硅)
铸造时，Si具有提高铸造时的熔液流动的效果，提高铸造性。Si的含有率低于0.1%时，未见该效果。另一方面，如果Si的含有率超过0.5％，则会降低铸造性、机械强度。因此，将Si的含有率设为0.1~0.5%。此外，将Si的含有率更优选设为0.2~0.4%。
(11)Mn(锰)
普通钢的情况下，通过添加Mn，引起脆性的S(硫)形成MnS而防止脆性，提高机械强度。但是，Mn的含有率低于0.1%时，未见该效果。另一方面，如果Mn的含有率超过0.5％，则会降低机械强度。因此，将Mn的含有率设为0.1~0.5%。此外，将Mn的含有率更优选设为0.2~0.3%。
(12)Cu(铜)、Fe(铁)、P(磷)和S(硫)
在本实施方式的Ni基合金中，Cu、Fe、P和S归类为不可避免的杂质。这些不可避免的杂质最好尽可能使其残存含有率接近0%。
这里，对本实施方式的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金、以及使用该铸造用Ni基合金而制造的蒸汽微量的铸造部件的制造方法进行说明。
制造本实施方式的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金的情况下，对构成铸造用Ni基合金的组成成分进行真空感应熔炼(VIM)，将其熔液注入规定的铸模而形成铸块。然后，对该铸块实施溶体化处理和时效处理，从而制作铸造用Ni基合金。
另外，制造作为本实施方式的铸造部件的涡轮机外壳、阀壳、喷嘴箱的情况下，例如对构成本实施方式的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金的组成成分进行真空感应熔炼(VIM)，将其熔液注入用于形成为涡轮机外壳、阀壳、喷嘴箱的形状的铸模，在大气中铸造。然后，实施溶体化处理和时效处理，从而制作涡轮机外壳、阀壳、喷嘴箱。
此外，作为其他的制造方法，也可以对构成本实施方式的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金的组成成分进行电炉熔炼(EF)，进行氩-氧脱碳(AOD)，将其熔液注入用于形成为涡轮机外壳、阀壳、喷嘴箱的形状的铸模，在大气中铸造。然后，实施溶体化处理和时效处理，从而制作涡轮机外壳、阀壳、喷嘴箱。
此外，制造作为本实施方式的铸造部件的配管的情况下，对构成本实施方式的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金的组成成分进行真空感应熔炼(VIM)而形成熔液，或者进行电炉熔炼(EF)并进行氩-氧脱碳(AOD)而形成熔液。然后，在使圆筒形的模具高速旋转的状态下流入该熔液，利用旋转的离心力对熔液加压，从而形成为配管形状。然后，实施溶体化处理和时效处理，从而制作配管(离心铸造法)。
这里，在上述溶体化处理中，根据铸造部件，优选在1100~1200℃的温度范围内进行3~24小时处理。这里，溶体化处理温度是为了均匀析出γ’相析出物而进行的。溶体化处理温度为低于1100℃的温度时，无法充分固溶，溶体化处理温度为超过1200℃的温度时，由于晶粒的粗大化而使强度降低。
另外，在时效处理中，根据铸造部件，优选在700~800℃的温度范围内进行10~48小时处理。由此，可以使γ’相在早期析出。优选进一步在析出γ’相之前在1000~1050℃的温度范围内进行10~48小时处理作为第1段热处理，使M6C在晶界析出而强化晶界，然后，在700~800℃的温度范围内进行10~48小时处理作为第2段热处理，使γ’相析出而强化粒内。
另外，上述的制作本实施方式的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金、涡轮机外壳、阀壳、喷嘴箱、配管的方法并不限定于上述方法。
以下，对本实施方式的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金的高温强度特性和铸造性优异进行说明。
高温强度特性和铸造性的评价
这里，对处于本实施方式的化学组成范围内的Ni基合金具有优异的高温强度特性和铸造性进行说明。表1表示用于评价高温强度特性和铸造性的试样1~试样23的化学组成。另外，试样1~试样9是处于本实施方式的化学组成范围内的Ni基合金。另一方面，试样10~试样23是其组成不在本实施方式的化学组成范围内的Ni基合金，为比较例。另外，这里使用的处于本实施方式的化学组成范围内的Ni基合金中含有Fe、Cu、S作为不可避免的杂质。
表1
Figure BDA00001743869100101
对于试样1~试样23的铸造合金，通过拉伸强度试验和蠕变断裂试验来评价高温强度特性。将具有表1所示的化学组成的试样1~试样23的Ni基合金20kg分别在真空感应熔炼炉中熔炼，制作铸块。接着，对该铸块在1175℃实施3小时溶体化处理，在775℃实施10小时时效处理，形成铸造合金。然后，由该铸造合金制作规定尺寸的试验片。
拉伸强度试验如下所述：在温度为室温(24℃)和750℃的条件下，依据JISG 0567(钢铁材料和耐热合金的高温拉伸试验方法)对各试样的试验片进行拉伸强度试验，测定0.2%屈服强度。这里，作为拉伸强度试验中的温度条件的750℃考虑蒸汽涡轮机启动运转时的温度条件而设定。
蠕变断裂试验如下所述：依据JIS Z 2271，对各试样的试验片测定温度为750℃、10万小时时的蠕变断裂强度。
另外，对各试样进行铸造性的评价。在铸造性的评价中，将上述铸块纵向切断成2部分，对于切断面，依据JIS Z 2343-1(非破坏试验-渗透探伤试验-第1部：通用规则：渗透探伤试验方法和渗透指示情况的分类)，进行渗透探伤试验(PT)。然后，目视观察铸造破裂的有无。
将上述试验结果示于表2。表2所示的铸造性的评价结果中，没有铸造破裂时表示为“无”，进一步，为了表示铸造性优异，用“○”表示铸造性的评价。另一方面，存在铸造破裂时表示为“有”，进一步，为了表示铸造性差，用“×”表示铸造性的评价。
表2
Figure BDA00001743869100121
如表2所示，可知：试样1~试样9与试样10~试样23相比，在任一温度条件下，均0.2%屈服强度高，而且蠕变断裂强度也高。另外可知，试样1~试样9的铸造性也优异。试样1~试样9中，0.2%屈服强度和蠕变断裂强度为高值可认为是由于，可取得析出强化和固溶强化的最佳匹配，而且通过热处理，强度得以提高。
另一方面，比较例的试样10~试样23中，未得到高温强度特性和铸造性二者优异的结果。
根据以上说明的实施方式，能够得到优异的高温强度特性和铸造性。
虽然描述了某几个实施方式，但这些实施方式并不仅仅通过实施例而呈现，且并不限定本发明的范围。当然，本发明中描述的新的实施方式可以以各种其他的方式实施，而且，在不脱离本发明的宗旨的范围内，可以对本发明描述的实施方式进行各种删除、替换和更改。所附权利要求等只要落入本发明的范围和宗旨内就可以覆盖上述形式或修改。

Claims (16)

1.一种蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，以质量%计，含有C：0.01~0.1、Cr：15~25、Co：10~15、Mo：5~12、Al：0.5~2、Ti：0.3~2、B：0.001~0.006、Ta：0.05~1、Si：0.1~0.5、Mn：0.1~0.5，且余量由Ni和不可避免的杂质构成。
2.一种蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，以质量%计，含有C：0.01~0.1、Cr：15~25、Co：10~15、Mo：5~12、Al：0.5~2、Ti：0.3~2、B：0.001~0.006、Nb：0.025~0.5、Si：0.1~0.5、Mn：0.1~0.5，且余量由Ni和不可避免的杂质构成。
3.一种蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，以质量%计，含有C：0.01~0.1、Cr：15~25、Co：10~15、Mo：5~12、Al：0.5~2、Ti：0.3~2、B：0.001~0.006、Si：0.1~0.5、Mn：0.1~0.5、Ta和Nb的合计：0.1~1，其中，Ta及Nb至少为0.01以上，且余量由Ni和不可避免的杂质构成。
4.如权利要求3所述的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，使Ta和Nb的摩尔数合计的总摩尔数与将Ta和Nb的合计质量作为Ta的质量换算时的Ta的摩尔数相等。
5.如权利要求1所述的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，Al为0.5~1.4质量%。
6.如权利要求2所述的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，Al为0.5~1.4质量%。
7.如权利要求3所述的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，Al为0.5~1.4质量%。
8.如权利要求4所述的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，Al为0.5~1.4质量%。
9.如权利要求1所述的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，Al和Ti合计的含有率在1~3质量%的范围内。
10.如权利要求2所述的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，Al和Ti合计的含有率在1~3质量%的范围内。
11.如权利要求3所述的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，Al和Ti合计的含有率在1~3质量%的范围内。
12.如权利要求4所述的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，Al和Ti合计的含有率在1~3质量%的范围内。
13.一种蒸汽涡轮机的铸造部件，使用权利要求1所述的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，通过铸造而制作至少规定部位。
14.一种蒸汽涡轮机的铸造部件，使用权利要求2所述的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，通过铸造而制作至少规定部位。
15.一种蒸汽涡轮机的铸造部件，使用权利要求3所述的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，通过铸造而制作至少规定部位。
16.一种蒸汽涡轮机的铸造部件，使用权利要求4所述的蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金，通过铸造而制作至少规定部位。
CN2012101897443A 2011-06-10 2012-06-08 蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金及蒸汽涡轮机的铸造部件 Pending CN102816954A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011130309A JP2012255424A (ja) 2011-06-10 2011-06-10 蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金および蒸気タービンの鋳造部品
JP2011-130309 2011-06-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102816954A true CN102816954A (zh) 2012-12-12

Family

ID=46207897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012101897443A Pending CN102816954A (zh) 2011-06-10 2012-06-08 蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金及蒸汽涡轮机的铸造部件

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9447486B2 (zh)
EP (1) EP2537608B1 (zh)
JP (1) JP2012255424A (zh)
CN (1) CN102816954A (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5703177B2 (ja) * 2011-09-12 2015-04-15 株式会社東芝 溶接用Ｎｉ基合金および溶加材
JP5981250B2 (ja) * 2012-07-19 2016-08-31 株式会社東芝 鋳造用Ｎｉ基合金、鋳造用Ｎｉ基合金の製造方法およびタービン鋳造部品
JP6062326B2 (ja) * 2013-06-27 2017-01-18 株式会社東芝 鋳造用Ｎｉ基合金およびタービン鋳造部品
JP6223743B2 (ja) * 2013-08-07 2017-11-01 株式会社東芝 Ｎｉ基合金の製造方法
JPWO2016142961A1 (ja) * 2015-03-06 2017-12-14 株式会社東芝 鋳造用Ｎｉ基合金およびタービン用鋳造部品
CN104878269A (zh) * 2015-05-25 2015-09-02 钢铁研究总院 优化gh706合金持久性能的方法
CN113046600A (zh) * 2021-03-15 2021-06-29 瑞安市石化机械厂 一种Incone625合金材料及其在高强度细长轴上的运用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060222557A1 (en) * 2004-09-03 2006-10-05 Pike Lee M Jr Ni-Cr-Co alloy for advanced gas turbine engines
CN1854464A (zh) * 2005-04-28 2006-11-01 株式会社东芝 蒸汽涡轮发电设备
CN101818286A (zh) * 2008-12-24 2010-09-01 株式会社东芝 用于汽轮机锻造部件的镍基合金、转子叶片、定子叶片、螺杆构件和管

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3785877A (en) * 1972-09-25 1974-01-15 Special Metals Corp Treating nickel base alloys
US4093476A (en) 1976-12-22 1978-06-06 Special Metals Corporation Nickel base alloy
US5372662A (en) 1992-01-16 1994-12-13 Inco Alloys International, Inc. Nickel-base alloy with superior stress rupture strength and grain size control
JP2003113434A (ja) * 2001-10-04 2003-04-18 Hitachi Metals Ltd 耐高温硫化腐食特性に優れる超耐熱合金およびその製造方法
US6692228B2 (en) * 2002-03-14 2004-02-17 General Electric Company Rotor insert assembly and method of retrofitting
DE102006013557B4 (de) * 2005-03-30 2015-09-24 Alstom Technology Ltd. Rotor für eine Dampfturbine
JP4805803B2 (ja) * 2006-12-19 2011-11-02 株式会社東芝 Ｎｉ基合金およびタービンロータ
JP2009084684A (ja) * 2007-09-14 2009-04-23 Toshiba Corp 蒸気タービンのタービンロータ用のＮｉ基合金および蒸気タービンのタービンロータ
JP4635065B2 (ja) * 2008-03-17 2011-02-16 株式会社東芝 蒸気タービンのタービンロータ用のＮｉ基合金および蒸気タービンのタービンロータ
JP2010150585A (ja) * 2008-12-24 2010-07-08 Toshiba Corp 高温強度特性、鋳造性および溶接性に優れた、蒸気タービンの鋳造部品用のＮｉ基合金、蒸気タービンのタービンケーシング、蒸気タービンのバルブケーシング、および蒸気タービンのノズルボックス、および蒸気タービンの配管
JP4780189B2 (ja) * 2008-12-25 2011-09-28 住友金属工業株式会社 オーステナイト系耐熱合金
JP5127749B2 (ja) * 2009-03-18 2013-01-23 株式会社東芝 蒸気タービンのタービンロータ用Ｎｉ基合金およびそれを用いた蒸気タービンのタービンロータ
JP5566758B2 (ja) 2009-09-17 2014-08-06 株式会社東芝 鍛造又は圧延用Ｎｉ基合金およびそれを材料とする蒸気タービン用部品
JP5578916B2 (ja) 2010-04-05 2014-08-27 株式会社東芝 蒸気タービンの鋳造部品用Ｎｉ基合金および蒸気タービンの鋳造部品
JP5525961B2 (ja) * 2010-08-11 2014-06-18 株式会社東芝 蒸気タービンの鍛造部品用Ｎｉ基合金および蒸気タービンの鍛造部品

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060222557A1 (en) * 2004-09-03 2006-10-05 Pike Lee M Jr Ni-Cr-Co alloy for advanced gas turbine engines
CN1854464A (zh) * 2005-04-28 2006-11-01 株式会社东芝 蒸汽涡轮发电设备
CN101818286A (zh) * 2008-12-24 2010-09-01 株式会社东芝 用于汽轮机锻造部件的镍基合金、转子叶片、定子叶片、螺杆构件和管

Also Published As

Publication number Publication date
US9447486B2 (en) 2016-09-20
EP2537608A1 (en) 2012-12-26
EP2537608B1 (en) 2014-03-12
US20120315133A1 (en) 2012-12-13
JP2012255424A (ja) 2012-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102816954A (zh) 蒸汽涡轮机的铸造用Ni基合金及蒸汽涡轮机的铸造部件
US20090074584A1 (en) Nickel-based alloy for turbine rotor of steam turbine and turbine rotor of steam turbine
CN102534309A (zh) Ni基合金、及使用其的燃气轮机的涡轮动叶和静叶
US20140030133A1 (en) Cast iron containing niobium and component
CA2586974A1 (en) Nickel-base superalloy
KR20200002776A (ko) 니켈 합금
US20100158682A1 (en) Ni-based alloy for a casting part of a steam turbine with excellent high temperature strength, castability and weldability, turbine casing of a steam turbine,valve casing of a steam turbine, nozzle box of a steam turbine, and pipe of a steam turbine
CN101818286A (zh) 用于汽轮机锻造部件的镍基合金、转子叶片、定子叶片、螺杆构件和管
US20110194969A1 (en) Ductile Iron Having Cobalt
JP5981250B2 (ja) 鋳造用Ｎｉ基合金、鋳造用Ｎｉ基合金の製造方法およびタービン鋳造部品
JP5578916B2 (ja) 蒸気タービンの鋳造部品用Ｎｉ基合金および蒸気タービンの鋳造部品
JP5932622B2 (ja) オーステナイト系耐熱鋼およびタービン部品
CN107630152A (zh) 一种含钇和铪的镍基等轴晶合金及其热处理工艺和应用
WO2019193630A1 (ja) Ｎｉ基超合金鋳造材およびそれを用いたＮｉ基超合金製造物
JP2015199980A (ja) 鋳造用Ｎｉ基合金およびタービン鋳造部品
JP2015086432A (ja) オーステナイト系耐熱鋼およびタービン部品
JP2013159842A (ja) 蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金および蒸気タービン用鋳造部品
JP6173956B2 (ja) オーステナイト系耐熱鋼およびタービン部品
JP2014058702A (ja) 鋳造用Ｎｉ基合金およびタービン鋳造部品
JP6173822B2 (ja) オーステナイト系耐熱鋼およびタービン部品
WO2016142961A1 (ja) 鋳造用Ｎｉ基合金およびタービン用鋳造部品
JP6062326B2 (ja) 鋳造用Ｎｉ基合金およびタービン鋳造部品
KR100290653B1 (ko) 650℃급 증기터빈 로터용15Cr 26Ni 1.25Mo 내열강
JP4585578B2 (ja) 蒸気タービンのタービンロータ用のＮｉ基合金および蒸気タービンのタービンロータ
JP2012117379A (ja) 蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金および蒸気タービンの鋳造部品

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20121212

RJ01 Rejection of invention patent application after publication