JP2003193161A - 耐熱性構造部材 - Google Patents

耐熱性構造部材

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JP2003193161A JP2002356858A JP2002356858A JP2003193161A JP 2003193161 A JP2003193161 A JP 2003193161A JP 2002356858 A JP2002356858 A JP 2002356858A JP 2002356858 A JP2002356858 A JP 2002356858A JP 2003193161 A JP2003193161 A JP 2003193161A
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Ralf Buergel
ビュルゲル ラルフ
Winfried Esser
エッサー ヴィンフリート
Joern Grossmann
グロースマン イエルン
Wolfgang Hermann
ヘルマン ヴォルフガング
Hael Mughrabi
ムグラビ ハエル
Juergen Preuhs
プロイス ユルゲン
Florian Pyczak
ピュクツァーク フローリアン
Alfred Scholz
ショルツ アルフレート
Robert Singer
ジンガー ローベルト
Andreas Volek
フォレーク アンドレアス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に耐熱性及び耐食性で、かつ延性を低下さ
せる金属間相の形成に対する安定性を長い期間にわたっ
て示す、特に好ましい特性を持つＮｉベース超合金から
成る構造部材を提供する。 【解決手段】 重量％で、９〜１１％のＣｒ、３〜５％
のＷ、０．５〜２．５％のＭｏ、３〜５％のＡｌ、３〜
５％のＴｉ、３〜７％のＴａ、１〜５％のＲｅ、残部Ｎ
ｉの組成を有するＮｉベース超合金から成る構造部材を
形成する。また上記組成中、Ｒｅの代わりに０．１〜５
重量％のＲｕを含む組成の超合金から成る構造部材にも
関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｎｉベース超合金
から成る耐熱性構造部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】特許文献１は、Ｎｉ合金の熱処理方法を
記載している。このＮｉ合金は０．３％迄のＣ、１１〜
１５％のＣｒ、８〜１２％のＣｏ、１〜２．５％のＭ
ｏ、３〜１０％のＷ、３．５〜１０％のＴａ、３．５〜
４．５％のＴｉ、３〜４％のＡｌ、０．００５〜０．０
２５％のＢ、０．０５〜０．４％のＺｒ及び残部Ｎｉか
ら成る。更に０．０１〜３％のＨｆを付加的に合金中に
含んでおり、適切な熱処理によりブロック状の炭化物及
びＮｉ3（Ａｌ、Ｔｉ）相の微細分散析出物を含む。 但
しＲｅ又はＲｕの添加については言及していない。
【０００３】特許文献２はガスタービン用動翼を開示す
る。この回転翼は、単結晶の台部分と単結晶の回転羽根
を持つ。翼の静止部分は、指向性をもって凝固させた組
織で形成されている。この回転羽根は、重量比にて、
０．２％迄のＣ、５〜１４％のＣｒ、４〜７％のＡｌ、
２〜１５％のＷ、０．５〜５％のＴｉ、３％迄のＮｂ、
６％迄のＭｏ、１２％迄のＴａ、１０．５％迄のＣｏ、
２％迄のＨｆ、４％迄のＲｅ、０．０３５％迄のＢ、
０．０３５％迄のＺｒ及び残りＮｉの組成を有する超合
金から鋳造されている。これら広範にわたる詳細は、ほ
ぼ提案のガスタービン翼に適した合金組成について説明
しているが、しかし酸化及び腐食耐性又は強度に対し
て、特に適した組成範囲であることを示唆していない。
【０００４】特許文献３は、単結晶のＮｉベース超合金
を開示している。該超合金は重量比にて、６〜１５％の
Ｃｒ、５〜１２％のＷ、０．０１〜４％のＲｅ、３〜９
％のＴａ、０．５〜２％のＴｉ、４〜７％のＡｌ及び場
合により０．５〜３％のＭｏから成る組成を持つ。該超
合金は、耐熱亀裂性、耐食性を共に満足する。但し耐食
性を損なわないよう、Ｔｉの含有量が２重量％を超えて
はならない。
【０００５】特許文献４は、特に固相及び液相の狭い共
存帯域を持ち、従って特に単結晶の鋳造プロセスに適し
ているＮｉベース超合金を記載している。この合金は、
重量比にて、１０〜３０％のＣｒ、０．１〜５％のＮ
ｂ、０．１〜８％のＴｉ、０．１〜８％のＡｌ、０．０
５〜０．５％のＣｕ、又はＣｕの代わりに０．１〜３％
のＴａから成る組成を持ち、その際第１の例では、場合
により０．０５〜３％のＨｆ又はＲｅも組成に入ってい
ることもあり、また第２の例では、Ｒｅ又はＨｆの代わ
りに０．０５〜０．５％のＣｕが入っていることもあ
る。更に場合によっては、０．０５〜３％のＭｏ又はＷ
が入っていることもある。
【０００６】特許文献５は、重量比にて１１〜１３％の
Ｃｒ、３〜５％のＷ、０．５〜２．５％のＭｏ、３〜５
％のＡｌ、３〜５％のＴｉ、３〜７％のＴａ、０〜１２
％のＣｏ、０〜１％のＮｂ、０〜２％のＨｆ、０〜１％
のＺｒ、０〜０．０５％のＢ、０〜０．２％のＣ、１〜
５％のＲｅ、０〜５％のＲｕ、残部Ｎｉを含むＮｉベー
ス合金を開示する。脆性の金属間相（Ｃｒ及び／又はＲ
ｅを含む析出物）の形成は、Ｒｅにより助勢され、該相
が亀裂の形成を促し、寿命を縮める。
【０００７】
【特許文献１】独国特許第２３３３７７５号明細書
【特許文献２】米国特許出願第５６１１６７０号明細書
【特許文献３】欧州特許第０２９７７８５号明細書
【特許文献４】米国特許第５１２２２０６号明細書
【特許文献５】国際公開第０１／０９４０３号パンフレ
ット
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、特に
耐熱性及び耐酸化／耐腐食性で、かつ延性を低下させる
金属間相の形成に対する安定性を長い耐久期間にわたり
示し、特に好ましい特性を有するＮｉベース超合金から
成る構造部材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、構造部
材に関する課題は、その組成が重量比にて、 Ｃｒ ９〜１１％ Ｗ ３〜５％ Ｍｏ ０．５〜２．５％ Ａｌ ３〜５％ Ｔｉ ３〜５％ Ｔａ ３〜７％ Ｒｅ １〜５％ Ｎｉ及び不純物 残部 を必須の成分とするＮｉベース超合金の耐熱性構造部材
により解決される。
【００１０】上記構造部材の超合金は、その組成が、こ
の部材にとり特に好ましい特性、即ちその耐熱性、その
耐酸化性及び耐食性に関し、また延性を低下させる金属
間相の形成に対する耐久性に関して、特に好ましい特性
を持つことを初めて明確化したものである。本発明に先
立って行った広範なテストにより、前記の所望の特性を
驚異的に高度に満たすことができる、上述の特殊な組成
を発見した。特に本発明は、Ｒｅの添加により強度を高
めた、Ｃｒ分の多い超合金から出発する。Ｒｅにより促
進される脆化金属間相（Ｃｒ及び／又はＲｅ含有析出
物）の形成は、１１％以下のＣｒの含有により抑制され
る。
【００１１】Ｒｅの含有量が、少なくとも２重量％であ
ると有利である。
【００１２】この超合金が更にＲｕを含有すると特に望
ましい。即ち、Ｒｕの添加により、特に脆化金属間相を
形成する傾向は更に低減する。特に２重量％以上のＲｅ
を含む場合、Ｒｕの添加が有利であることを確認した。
この場合、Ｒｕ含有量が最高で３重量％、最少で０．１
重量％であると有利である。この超合金のＣｏ含有量は
１２重量％迄とするのがよい。
【００１３】この超合金が、更に最高で１重量％のＮｂ
を含有すると有利である。
【００１４】この超合金中に、場合により次に記載する
元素の少なくとも１つを更に添加することができる。即
ち、 ０〜２重量％のＨｆ ０〜１重量％のＺｒ ０〜０．０５重量％のＢ ０〜０．２重量％のＣ。
【００１５】構造部材に対する課題は、本発明によれ
ば、必須成分の組成が重量比にて、 Ｃｒ ９〜１１％ Ｗ ３〜５％ Ｍｏ ０．５〜２．５％ Ａｌ ３〜５％ Ｔｉ ３〜５％ Ｔａ ３〜７％ Ｒｕ ０．１〜５％ Ｎｉ及び不純物 残部 であるＮｉベース超合金から成る耐熱性の構造部材によ
り達成される。
【００１６】この種構造部材の利点は、上述の、Ｒｅを
含む構造部材の利点に関する記載に相応して生ずる。驚
くべきことに、Ｒｕの添加により、Ｒｅ不含の場合で
も、上記の組成で同時に耐酸化／耐腐食性が高く、特に
高度の耐熱性も達成できる。
【００１７】この超合金中のＣｏの含有量を１２重量％
以下とし、一方Ｎｂの含有量を最高でも１％とするとよ
い。超合金中に０〜２重量％のＨｆ及び／又は０〜１重
量％のＺｒ及び／又は０〜０．０５重量％のＢ及び／又
は０〜０．２重量％のＣを含んでいると有利である。
【００１８】構造部材が、指向性をもって凝固した粒状
構造を持つとよい。該部材中では、粒界が主に軸に沿っ
て生ずる。従って、強度はこの軸に沿って特に高い。
【００１９】この構造部材が、単結晶構造を持つと特に
望ましい。単結晶構造により、構造部材中に強度を減少
させる粒界が生ぜず、その結果極めて高い強度が生じ
る。
【００２０】この構造部材をガスタービン翼として形成
すると有利である。特にガスタービン翼は、耐熱性及び
耐酸化／腐食性を極めて高度に要求されるからである。
【００２１】ガスタービン翼を、Ｎｉベース超合金で製
造し、その際特にＣｏの含有量を６〜１０重量％、Ｚｒ
の含有量を０〜０．１重量％にするとよい。
【００２２】好ましい組成を、例として以下に記載する
（いずれも重量％）。 ・Ｃｒ：１０．２５％、Ｍｏ：１．８５％、Ｗ：４．７
０％、Ｃｏ：６．５０％、Ｔｉ：３．７５％、Ｔａ：
３．９％、Ａｌ：３．３％、Ｂ：０．０１２５％、Ｚ
ｒ：０．００８％、Ｈｆ：＜０．０１％、Ｒｅ：１．５
％、残部Ｎｉ。 ・Ｃｒ：９．００％、Ｍｏ：１．８５％、Ｗ：４．７０
％、Ｃｏ：６．５０％、Ｔｉ：３．７５％、Ｔａ：３．
９％、Ａｌ：３．３％、Ｂ：０．０１２５％、Ｚｒ：
０．００８％、Ｈｆ：＜０．０１％、Ｒｅ：３．５％、
残部Ｎｉ。 ・Ｃｒ：１０．７５％、Ｍｏ：１．８５％、Ｗ：４．７
０％、Ｃｏ：６．５０％、Ｔｉ：３．７５％、Ｔａ：
３．９％、Ａｌ：３．３％、Ｂ：０．０１２５％、Ｚ
ｒ：０．００８％、Ｈｆ：＜０．０１％、Ｒｅ：１．５
％、Ｒｕ：２．０％、残部Ｎｉ。 ・Ｃｒ：１０．２５％、Ｍｏ：１．８５％、Ｗ：４．７
０％、Ｃｏ：８．５０％、Ｔｉ：３．７５％、Ｔａ：
３．９％、Ａｌ：３．３％、Ｂ：０．０１２５％、Ｚ
ｒ：０．００８％、Ｈｆ：＜０．０１％、Ｒｕ：１．５
％、残部Ｎｉ。 ・Ｃｒ：１０．７５％、Ｍｏ：１．８５％、Ｗ：４．７
０％、Ｃｏ：８．５０％、Ｔｉ：３．７５％、Ｔａ：
３．９％、Ａｌ：３．３％、Ｂ：０．０１２５％、Ｚ
ｒ：０．００８％、Ｈｆ：＜０．０１％、Ｒｕ：３．７
５％、残部Ｎｉ。 ・Ｃｒ：１０．２５％、Ｍｏ：１．８５％、Ｗ：４．７
０％、Ｃｏ：８．５０％、Ｔｉ：３．７５％、Ｔａ：
３．９％、Ａｌ：３．３％、Ｂ：０．０１２５％、Ｚ
ｒ：０．００８％、Ｈｆ：＜０．０１％、Ｒｅ：２．０
０％、Ｒｕ：２．５％、残部Ｎｉ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィンフリート エッサー ドイツ連邦共和国 44805 ボッフム ア ム ゲラーデン ヴェーク 39 (72)発明者 イエルン グロースマン ドイツ連邦共和国 45325 ハッティンゲ ン アム ゲヘーゲ 23 ベー (72)発明者 ヴォルフガング ヘルマン ドイツ連邦共和国 45481 ミュールハイ ム アン デア ルール ルクセンブルガ ー アレー 119 (72)発明者 ハエル ムグラビ ドイツ連邦共和国 91054 ブッケンホー フ カールスガルテン ７ (72)発明者 ユルゲン プロイス ドイツ連邦共和国 46047 オーバーハウ ゼン ローラントシュトラーセ 153 (72)発明者 フローリアン ピュクツァーク ドイツ連邦共和国 91054 ブッケンホー フ カールスガルテン 19 (72)発明者 アルフレート ショルツ ドイツ連邦共和国 64354 ラインハイム アム カンデルボルン ８ (72)発明者 ローベルト ジンガー ドイツ連邦共和国 91054 エルランゲン ルーデルスヴァイヤーシュトラーセ 49 ベー (72)発明者 アンドレアス フォレーク ドイツ連邦共和国 91056 エルランゲン ドンプロプストシュトラーセ 40

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｎｉベース超合金からなる耐熱性構造部
    材が、重量比にて、 Ｃｒ ９〜１１％ Ｗ ３〜５％ Ｍｏ ０．５〜２．５％ Ａｌ ３〜５％ Ｔｉ ３〜５％ Ｔａ ３〜７％ Ｃｏ ０〜１２％ Ｎｂ ０〜１％ Ｈｆ ０〜２％ Ｚｒ ０〜１％ Ｂ ０〜０．０５％ Ｃ ０〜０．２％ Ｒｅ １〜５％ Ｒｕ ０〜５％ Ｎｉ及び不純物 残部 の組成を有することを特徴とする耐熱性の構造部材。
  2. 【請求項２】 Ｒｅの含有量が少なくとも２重量％であ
    ることを特徴とする請求項１記載の構造部材。
  3. 【請求項３】 前記超合金のＲｕの最大含有量が、３重
    量％であることを特徴とする請求項１記載の構造部材。
  4. 【請求項４】 前記超合金のＲｕの最低含有量が、０．
    １重量％、特に０．５重量％であることを特徴とする請
    求項１乃至３の１つに記載の構造部材。
  5. 【請求項５】 その組成が、以下に記載する元素を重量
    比にて、 Ｃｒ ９〜１１％ Ｗ ３〜５％ Ｍｏ ０．５〜２．５％ Ａｌ ３〜５％ Ｔｉ ３〜５％ Ｔａ ３〜７％ Ｃｏ ０〜１２％ Ｎｂ ０〜１％ Ｈｆ ０〜２％ Ｚｒ ０〜１％ Ｂ ０〜０．０５％ Ｃ ０〜０．２％ Ｒｕ ０．１〜５％ Ｎｉ及び不純物 残部 を含むことを特徴とするＮｉベース超合金から成る耐熱
    性の構造部材。
  6. 【請求項６】 構造部材が、指向性をもって凝固させた
    粒状組織を有することを特徴とする請求項１乃至５の１
    つに記載の構造部材。
  7. 【請求項７】 単結晶の組織構造を有することを特徴と
    する請求項１乃至５の１つに構造部材。
  8. 【請求項８】 粒状組織の配向が等方性分布を示すこと
    を特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の構造部材。
  9. 【請求項９】 ガスタービン翼として形成されているこ
    とを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の構造部
    材。
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