JP2011052688A - タービンブレード用のプロセス及び合金並びにそれから形成されるブレード - Google Patents
タービンブレード用のプロセス及び合金並びにそれから形成されるブレード Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011052688A JP2011052688A JP2010188949A JP2010188949A JP2011052688A JP 2011052688 A JP2011052688 A JP 2011052688A JP 2010188949 A JP2010188949 A JP 2010188949A JP 2010188949 A JP2010188949 A JP 2010188949A JP 2011052688 A JP2011052688 A JP 2011052688A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blade
- steam turbine
- temperature
- bucket
- less
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title abstract description 18
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title abstract description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 4
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 5
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 5
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 229910001247 waspaloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001105 martensitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000006903 response to temperature Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
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
-
- 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
-
- 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
-
- 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
【課題】１３００°Ｆ超の蒸気で作動するタービンブレードを製造するための方法及び合金を提供する。
【解決手段】１４．２５〜１５．７５重量％のコバルト、１４．０〜１５．２５重量％のクロム、４．０〜４．６重量％のアルミニウム、３．０〜３．７重量％のチタン、３．９〜４．５重量％のモリブデン、０．０５〜０．０９重量％の炭素、０．０１２〜０．０２０重量％のホウ素、０．５重量％以下の鉄、０．２重量％以下のケイ素、０．１５重量％以下のマンガン、０．０４重量％以下のジルコニウム、０．０１５重量％以下のイオウ、０．１重量％以下の銅、残部のニッケル及び不可避不純物の組成、並びに最高２．３２の電子空孔数を有するγ′強化ニッケル基超合金からブレード１４を鋳造することを含んでいる。この鋳造品を次に高温の溶体化熱処理にかけて保持時間亀裂に対する耐性を促進する。
【選択図】図１
【解決手段】１４．２５〜１５．７５重量％のコバルト、１４．０〜１５．２５重量％のクロム、４．０〜４．６重量％のアルミニウム、３．０〜３．７重量％のチタン、３．９〜４．５重量％のモリブデン、０．０５〜０．０９重量％の炭素、０．０１２〜０．０２０重量％のホウ素、０．５重量％以下の鉄、０．２重量％以下のケイ素、０．１５重量％以下のマンガン、０．０４重量％以下のジルコニウム、０．０１５重量％以下のイオウ、０．１重量％以下の銅、残部のニッケル及び不可避不純物の組成、並びに最高２．３２の電子空孔数を有するγ′強化ニッケル基超合金からブレード１４を鋳造することを含んでいる。この鋳造品を次に高温の溶体化熱処理にかけて保持時間亀裂に対する耐性を促進する。
【選択図】図１
Description
本発明は、一般に高温用途用の鋳造品、特に１３００°Ｆ（約７０５℃）を越える作動温度を有することを意図した蒸気タービン用のバケットを製造するための材料及び方法に関する。
蒸気タービンのノズル（静翼）及びバケット（動翼）のような蒸気タービンの部品は、通例、約１０００〜約１０５０°Ｆ（約５３８〜約５６６℃）という典型的な蒸気タービン作動温度において望ましい機械的性質を示すステンレス鋼、ニッケル基及びコバルト基合金から形成される。蒸気タービンプラントの効率はその作動温度に依存するので、１３００°Ｆ（約７０５℃）以上もの高い作動温度に耐えることができる部品、特にタービンバケット及びノズルに対する需要がある。特に、約１４００°Ｆ（約７６０℃）までの最高作動温度が可能な次世代蒸気タービンの開発が目下検討中である。
蒸気タービン部品の作動温度が上昇すると、その用途に必要とされる機械的、物理的及び環境特性のバランスを実現するために様々な合金組成物及び加工処理法を使用しなければならない。１３００°Ｆ（約７０５℃）を超える温度に耐えることができる蒸気タービンバケットは、現在の蒸気タービンバケット合金（例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼Ｃｒｕｃｉｂｌｅ ４２２）と比較して、また中間強度のニッケル基合金（例えば、Ｗａｓｐａｌｏｙ）と比較して、実質的に改良されたクリープ−破断及び応力緩和能力を有するバケット合金を必要とする。加えて、適切なバケット合金はまた、部品の降伏強度要件を満たすか又は越えると共に蒸気中で環境亀裂及び他のタイプの劣化に抵抗する一方で、全体の部品コストを最小にしなければならない。
本発明は、タービン内で作動できるような特性を有するタービンブレード、特に１３００°Ｆ（約７０５℃）超の作動温度を有する蒸気タービンで使用するバケットを製造するためのプロセス及び合金を提供する。
本発明の第１の態様では、本方法は、１４．２５〜１５．７５重量％のコバルト、１４．０〜１５．２５重量％のクロム、４．０〜４．６重量％のアルミニウム、３．０〜３．７重量％のチタン、３．９〜４．５重量％のモリブデン、０．０５〜０．０９重量％の炭素、０．０１２〜０．０２０重量％のホウ素、０．５重量％以下の鉄、０．２重量％以下のケイ素、０．１５重量％以下のマンガン、０．０４重量％以下のジルコニウム、０．０１５重量％以下のイオウ、０．１重量％以下の銅、残部のニッケル及び不可避不純物の組成を有し、電子空孔数が最大で２．３２のγ′強化ニッケル基超合金からブレードを鋳造することを含んでいる。鋳造後、ブレードを約１１００〜約１２００℃（約２０１０〜約２１９０°Ｆ）の溶体化温度において不活性雰囲気中で約１〜約５時間の持続時間の間溶体化熱処理し、約１０００〜約１１００℃（約１８３０〜約２０１０°Ｆ）の第１の冷却温度に冷却し、約５００〜約６００℃（約９３０〜約１１１０°Ｆ）の第２の冷却温度に冷却し、次いで約２０℃（室温）に冷却する。次に、ブレードを約７００〜約８００℃（約１２９０〜約１４７０°Ｆ）の時効温度で約１０〜約２０時間時効処理した後、約２０℃（室温）に冷却する。得られたブレード材料は約２０℃（約７０°Ｆ）から約７６０℃（約１４００°Ｆ）の作動温度範囲にわたり少なくとも６９０ＭＰａ（約１００ｋｓｉ）の０．２％降伏強度を有し、約７６０℃（約１４００°Ｆ）の温度で約４５％〜約５５％のγ′相含有率を有し、約７００℃（約１２９０°Ｆ）の温度で５％未満のシグマ相含有率を有する。
本発明の他の局面は、上記のようにして形成されるタービンブレード、例えば蒸気タービンバケット、及びそのブレードを備えた蒸気タービンを含む。
本発明の顕著な利点は、上記のような合金及びその加工処理により製造されるタービンブレードが、１３００°Ｆ（約７０５℃）より高く、約１４００°Ｆ（約７６０℃）もの高い蒸気タービン作動温度と呼応した必要とされる材料特性を実現することができると思われることである。その結果、本発明のタービンブレードは、現存する蒸気タービンの効率を越える効率を有する次世代蒸気タービンに使用することができる。
本発明のその他の局面と利点は、以下の詳細な説明から理解されるであろう。
図１は蒸気タービンバケット１４の透視図であり、図２は、軸方向挿入雌ダブテールスロット１２を有する蒸気タービンホイール１０に設置されたバケット１４を示す。当技術分野では十分理解されているように、バケット１４はバケット１４の雄ダブテール１６をダブテールスロット１２の１つに挿入することによりホイール１０に固定されるように構成されている。ダブテールスロット１２とダブテール１６は形状と大きさが補完的でありそれらの間の密な嵌合を提供して、ホイール１０が高速で回転するとき各ダブテールスロット１２とその対応するダブテール１６の交互のローブ又はフック２０が互いに対して支え合うようになっている。図１と２はさらに、バケット１４の末端に一体型カバー１８があることを示している。隣接バケット１４のカバー２０の結合は先端漏洩を最小にすると共にバケットの振動を制御するのに必要であることが知られている。ホイール１０、バケット１４、並びにそれらのそれぞれのダブテールスロット１２及びダブテール１６は当技術分野で公知の構成であり、蒸気タービン内におけるバケット１４の意図された用途は別として本発明の範囲になんら特別な制限を課すものではない。
本発明は、改良された高温特性を有する蒸気タービンバケット鋳造品を製造できる能力を提供する。約１０００〜約１０５０°Ｆ（約５３８〜約５６６℃）の典型的な蒸気タービン作動温度で、図１及び２で表されるタイプのバケットは従来、Ｃｒｕｃｉｂｌｅ ４２２のような４００シリーズのマルテンサイト系ステンレス鋼を始めとする鉄基合金から製造されている。しかし、現在蒸気タービンの性能を改良するにはタービンの入口温度を実質的に上昇させるニーズがあり、それには図１及び２のバケット１４のような蒸気タービンバケットがさらに極めて高い作動温度に耐えることを必要とする。
図３は、Ｃｒｕｃｉｂｌｅ ４２２、Ｗａｓｐａｌｏｙ、及びＲｅｎｅ ７７として商業的に公知のニッケル基超合金の０．２％平均降伏強度をプロットしたものである。降伏強度データがほぼ室温（約２０℃又は約７０°Ｆ）〜約１４００°Ｆ（約７６０℃）の温度範囲にわたってプロットされている。図３から、Ｃｒｕｃｉｂｌｅ ４２２は約１１００°Ｆ（約５９５℃）を超えると適切な降伏強度を示さないが、Ｗａｓｐａｌｏｙ及びＲｅｎｅ ７７は室温〜約１４００°Ｆ（約７６０℃）の作動温度範囲にわたってより大きい降伏強度を提供することが分かる。
Ｒｅｎｅ ７７はγ′（主として Ｎｉ3（Ａｌ，Ｔｉ））で強化されたニッケル基超合金である。米国特許第４４７８６３８号に報告されているように、Ｒｅｎｅ ７７は、１４．２５〜１５．７５重量％のコバルト、１４．０〜１５．２５重量％のクロム、４．０〜４．６重量％のアルミニウム、３．０〜３．７重量％のチタン、３．９〜４．５重量％のモリブデン、０．０５〜０．０９重量％の炭素、０．０１２〜０．０２０重量％のホウ素、０．５重量％以下の鉄、０．２重量％以下のケイ素、０．１５重量％以下のマンガン、０．０４重量％以下のジルコニウム、０．０１５重量％以下のイオウ、０．１重量％以下の銅、残部のニッケル及び不可避不純物の組成を有し、電子空孔数（Ｎv）が最大２．３２である。本発明の１つの態様では、Ｒｅｎｅ ７７は、室温〜約１４００°Ｆ（約７６０℃）の作動温度範囲にわたって高温特性を示すことができ、これによりこの合金は蒸気タービンバケットに適切となると考えられる。好ましい公称組成は、約１５重量％のコバルト、１５重量％のクロム、４．３重量％のアルミニウム、３．３重量％のチタン、４．２重量％のモリブデン、０．０７重量％の炭素、０．０１５重量％のホウ素、残部のニッケル及び不可避不純物である。Ｒｅｎｅ ７７の組成物は航空用途に使用されるガスタービンエンジンの低圧タービン（ＬＰＴ）ブレードとして広く使用されているが、蒸気タービンバケット用途には使用されていない。
Ｒｅｎｅ ７７は、公知の方法を用いて鋳造することができ、図１及び２に示すような蒸気タービンバケット用途に好ましい多結晶質等軸晶（ＥＡ）ミクロ組織を有する。鋳造後、バケットを約１１００〜約１２００℃（約２０１０〜約２１９０°Ｆ）、例えば約１１６０℃（約６２５°Ｆ）の溶体化温度において不活性雰囲気（例えば、真空又は不活性ガス）中で約１〜約５時間、例えば約２時間の持続時間の間溶体化熱処理した後、鋳造品を約１０００〜約１１００℃（約１８３０〜約２０１０°Ｆ）、例えば約１０８０℃（約１９７５°Ｆ）の温度に冷却する。その後、鋳造品をさらに約５００〜約６００℃（約９３０〜約１１１０°Ｆ）、例えば約５４０℃（約１０００°Ｆ）の温度に冷却し、次いで約２０℃（室温）に冷却する。次に、バケットを約７００〜約８００℃（約１２９０〜約１４７０°Ｆ）、例えば約７６０℃（約１４００°Ｆ）の温度で、約１０〜約２０時間、例えば約１６時間時効処理した後、放置して約２０℃（室温）まで空冷する。適切な熱処理に関するさらなる詳細はＳｕｐｅｒａｌｌｏｙ II １２８（Ｓｉｍｓ，Ｓｔｏｌｌｏｆ及びＨａｇｅｌ編１９８７）に見られる。
上記のように配合され加工処理されたバケット鋳造品は、１４００°Ｆ（約７６０℃）までの蒸気タービン用途に都合のよい組合せの降伏強度、応力破断特性、環境抵抗、鋳造性、ミクロ組織安定性及びコストを示すことができる。例えば、Ｒｅｎｅ ７７を用いて製造したバケット鋳造品は図３に示されているように室温（約２０℃）〜約１４００°Ｆ（約７６０℃）の温度範囲にわたって少なくとも１００ｋｓｉ（約６９０ＭＰａ）の０．２％降伏強度であることができる。この温度範囲を通じた高い降伏強度は、蒸気タービンバケットが定常状態及び遷移状態の負荷に耐え、かつバケット翼における適切なプレストレスを維持して、作動中隣接のバケットカバー（図１及び２中の１８）が結合したままでいることを確保するのに適切な能力を提供するという点で重要な利益である。バケット鋳造品のγ′相含有率は好ましくは約７６０℃（約１４００°Ｆ）の温度で少なくとも４５％、例えば約４５％〜約５５％である。さらにまた、上記のように配合され加工処理されたバケット鋳造品は好ましくは例えば約７６０℃（約１４００°Ｆ）の温度で５％未満という非常に低いシグマ相（σ）含有率を有する。当技術分野で公知のように、シグマ相は、一般式（Ｆｅ，Ｍｏ）x（Ｎｉ，Ｃｏ）y［但し、ｘ及びｙ＝１〜７である］を有するＴＣＰ（トポロジー最密充填topologically close packed）相であり、充分なレベルのタンタル、ニオブ、クロム、タングステン及びモリブデンのようなｂｃｃ遷移金属の存在下でニッケル基超合金内に生成し得る。シグマ相は高温で脆性の板状析出物として形成されるので、この相の回避又は最小化は本発明で意図する１３００〜１４００°Ｆ（約７０５〜約７６０℃）の温度範囲内の蒸気タービンバケット用途では望ましい。好ましいバケット化学は２．３２以下の低いＰｈａＣｏｍｐ数（Ｎv）を有することが期待され、これは公知の相反応を経た後の合金マトリックス内の原子１個当たりの平均電子−空孔濃度に相当する。２．３２という低いＮv値はマトリックス内に脆性のシグマ相が生成する可能性が低いことを示す。特に、より高いＮv値（例えば２．４５）は従来、約４０ｋｓｉ（約２７６ＭＰａ）の応力をかけたとき約１６００°Ｆ（約８７０℃）の温度におけるＲｅｎｅ ７７内のシグマ相の生成を伴っている。
本発明は、Ｒｅｎｅ ７７が高温で応力破断特性のような機械的特性を含めて追加の望ましい性質を有することを立証した。かかった応力をラーソン・ミラーパラメーター（ＬＭＰ）に対してプロットした図４から明らかなように、Ｒｅｎｅ ７７は、Ｃｒｕｃｉｂｌｅ ４２２及びＷａｓｐａｌｏｙより優れており、また１４００°Ｆ（約７６０℃）までの温度における蒸気タービンバケット用途に必要である応力破断特性を呈することが示された。Ｒｅｎｅ ７７は高温で保持時間亀裂、酸化、及び熱間腐食に対する耐性を含めて追加の望ましい環境特性を有する。例えば、図５は、非熱処理条件でＲｅｎｅ ７７鋳造品に対して蒸気中で行った保持時間（ドウェル）疲労亀裂伝播速度（ＨＴＦＣＧＲ、ｄａ／ｄＮ）試験で得られたデータの範囲を示し、図６はこれらの試験の１つのデータをプロットしたものである。試験条件は１４００°Ｆ（約７６０℃）、Ｒ＝０．１、及び最大応力強度（）ｋ）２５ｋｓｉ√ｉｎ（約２７．５ＭＰａ√ｍ）であった。図５のスキャターバンドは保持時間に対するデータで観察された比較的に平らな傾向を立証しており、かつこの合金が蒸気タービン環境に対して極めて感受性ではないという結論を支持している。図６は、時間に依存しない亀裂伝播からの多少のずれが約１００秒の保持時間で起こったが、Ｒｅｎｅ ７７は約３２０００秒以下の保持時間で完全に時間依存性ではないことを示している。Ｒｅｎｅ ７７は完全に熱処理された条件において保持時間亀裂に対してさらに大きな耐性を示すことができると考えられる。上記高温溶体化熱処理は、蒸気タービンバケットのような用途において保持時間亀裂に対するＲｅｎｅ ７７の耐性を促進するのに特に必要であると考えられる。
特定の実施形態に関して本発明を説明して来たが、当業者がその他の形態を採用することができるであろうことは明らかである。例えば、バケット鋳造品の物理的構成は本明細書に示すものと変わることができ、本発明は蒸気タービンノズル（静翼）並びにバケット（動翼）に応用することができる。従って、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定される。
１０ ホイール
１２ スロット
１４ バケット
１６ ダブテール
１８ カバー
２０ カバー
１２ スロット
１４ バケット
１６ ダブテール
１８ カバー
２０ カバー
Claims (10)
- 蒸気タービンブレード（１４）の製造方法であって、
１４．２５〜１５．７５重量％のコバルト、１４．０〜１５．２５重量％のクロム、４．０〜４．６重量％のアルミニウム、３．０〜３．７重量％のチタン、３．９〜４．５重量％のモリブデン、０．０５〜０．０９重量％の炭素、０．０１２〜０．０２０重量％のホウ素、０．５重量％以下の鉄、０．２重量％以下のケイ素、０．１５重量％以下のマンガン、０．０４重量％以下のジルコニウム、０．０１５重量％以下のイオウ、０．１重量％以下の銅、残部のニッケル及び不可避不純物の組成、並びに最大２．３２の電子空孔数を有するγ′強化ニッケル基超合金からブレード（１４）を鋳造し、
ブレード（１４）を１１００〜１２００℃の溶体化温度において不活性雰囲気中で１〜４時間の持続時間の間溶体化熱処理し、
ブレード（１４）を１０００〜１１００℃の第１の冷却温度に冷却し、
ブレード（１４）を５００〜６００℃の第２の冷却温度に冷却し、
ブレード（１４）を室温に冷却し、
ブレード（１４）を７００〜８００℃の時効温度で１０〜２０時間時効処理し、
ブレード（１４）を室温に冷却する
ことを含んでおり、
ブレード（１４）が、２０℃〜７６０℃の温度範囲のわたる６９０ＭＰａより大きい０．２％平均降伏強度、７６０℃の温度における４５％〜５５％のγ′相含有率、及び７６０℃の温度における５％未満のシグマ相含有率を有する、前記方法。 - 鋳造品が等軸晶ミクロ組織を有する、請求項１記載の方法。
- ブレード（１４）が、７０５℃超の作動温度を有する蒸気タービンに適した蒸気タービンバケット（１４）である、請求項１又は請求項２記載の方法。
- ブレード（１４）が、７０５℃〜７６０℃の作動温度を有する蒸気タービンに適した蒸気タービンバケット（１４）である、請求項１又は請求項２記載の方法。
- さらに、７０５℃超の作動温度を有する蒸気タービンの蒸気タービンホイール（１０）にブレード（１４）を設置する工程を含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の方法。
- 請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の方法で製造された蒸気タービン。
- 請求項１記載の方法で製造されたブレード（１４）。
- ブレード（１４）が多結晶質ミクロ組織を有する、請求項７記載のブレード（１４）。
- ブレード（１４）が、７０５℃超の作動温度を有する蒸気タービンの蒸気タービンホイール（１０）に設置される蒸気タービンバケット（１４）である、請求項７又は請求項８記載のブレード（１４）。
- ブレード（１４）が、７０５℃〜７６０℃の作動温度を有する蒸気タービンの蒸気タービンホイール（１０）に設置される蒸気タービンバケット（１４）である、請求項７又は請求項８記載のブレード（１４）。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/550,919 | 2009-08-31 | ||
| US12/550,919 US8597440B2 (en) | 2009-08-31 | 2009-08-31 | Process and alloy for turbine blades and blades formed therefrom |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011052688A true JP2011052688A (ja) | 2011-03-17 |
| JP5715782B2 JP5715782B2 (ja) | 2015-05-13 |
Family
ID=43297171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010188949A Expired - Fee Related JP5715782B2 (ja) | 2009-08-31 | 2010-08-26 | タービンブレード用のプロセス及び合金並びにそれから形成されるブレード |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8597440B2 (ja) |
| EP (1) | EP2290115B1 (ja) |
| JP (1) | JP5715782B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9598774B2 (en) | 2011-12-16 | 2017-03-21 | General Electric Corporation | Cold spray of nickel-base alloys |
| US20170284208A1 (en) | 2014-01-21 | 2017-10-05 | United Technologies Corporation | Method for forming single crystal components using additive manufacturing and re-melt |
| US10267156B2 (en) | 2014-05-29 | 2019-04-23 | General Electric Company | Turbine bucket assembly and turbine system |
| CN104451263A (zh) * | 2014-12-02 | 2015-03-25 | 常熟市良益金属材料有限公司 | 一种超耐热镍钴合金 |
| EP3501809A1 (en) | 2017-12-22 | 2019-06-26 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Pultruded fibrous composite strips having non-planar profiles cross-section for wind turbine blade spar caps |
| FR3129858B1 (fr) * | 2021-12-07 | 2024-01-05 | Safran Aircraft Engines | Poudre métallique pour un procédé de fabrication additive sur lit de poudre |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1248492A (en) * | 1968-05-31 | 1971-10-06 | Gen Electric | Alloy heat treatment |
| JPS52148416A (en) * | 1976-06-04 | 1977-12-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Heat treatment of heat resistant ni alloy |
| JPS5916906A (ja) * | 1982-05-28 | 1984-01-28 | ゼネラル・エレクトリツク・カンパニイ | 均質合金粉末混合物 |
| JPH03177526A (ja) * | 1989-10-04 | 1991-08-01 | General Electric Co <Ge> | 耐疲れ亀裂性高強度ニッケル基合金物品とその製法 |
| JPH05505426A (ja) * | 1991-02-07 | 1993-08-12 | ロールス―ロイス、パブリック、リミテッド、カンパニー | 鋳造用ニッケル系合金 |
| JPH07207391A (ja) * | 1993-12-03 | 1995-08-08 | Westinghouse Electric Corp <We> | ガスタービンのタービン翼の合金材料 |
| JPH09184035A (ja) * | 1995-12-28 | 1997-07-15 | Kansai Electric Power Co Inc:The | ニッケル基超合金の製造方法および高温耐食性と高温強度に優れたニッケル基超合金 |
| JPH1046278A (ja) * | 1996-04-24 | 1998-02-17 | Rolls Royce Plc | タービンエンジン部品用ニッケル合金 |
| JPH11310839A (ja) * | 1998-04-28 | 1999-11-09 | Hitachi Ltd | 高強度Ｎｉ基超合金方向性凝固鋳物 |
| JP2005144488A (ja) * | 2003-11-14 | 2005-06-09 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 連続鋳造ロール肉盛用溶接材料およびロール |
| JP2007051375A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | General Electric Co <Ge> | 粉末の射出成形、圧密、および熱処理によるシートの製造 |
| JP2007119802A (ja) * | 2005-10-25 | 2007-05-17 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 耐熱金属材料の耐酸化性の改善方法および耐熱金属部材の製造方法 |
| JP2007191791A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-08-02 | General Electric Co <Ge> | ニッケル基超合金組成物 |
| JP2009191301A (ja) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Japan Steel Works Ltd:The | 偏析性に優れたＮｉ基超合金 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3457066A (en) * | 1959-04-10 | 1969-07-22 | Gen Electric | Nickel base alloy |
| US4478638A (en) * | 1982-05-28 | 1984-10-23 | General Electric Company | Homogenous alloy powder |
| US5106010A (en) * | 1990-09-28 | 1992-04-21 | Chromalloy Gas Turbine Corporation | Welding high-strength nickel base superalloys |
| US5987718A (en) * | 1997-04-08 | 1999-11-23 | Kelly; Kevin J. | Clutch fastener |
-
2009
- 2009-08-31 US US12/550,919 patent/US8597440B2/en active Active
-
2010
- 2010-08-20 EP EP10173573.6A patent/EP2290115B1/en not_active Not-in-force
- 2010-08-26 JP JP2010188949A patent/JP5715782B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1248492A (en) * | 1968-05-31 | 1971-10-06 | Gen Electric | Alloy heat treatment |
| JPS52148416A (en) * | 1976-06-04 | 1977-12-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Heat treatment of heat resistant ni alloy |
| JPS5916906A (ja) * | 1982-05-28 | 1984-01-28 | ゼネラル・エレクトリツク・カンパニイ | 均質合金粉末混合物 |
| JPH03177526A (ja) * | 1989-10-04 | 1991-08-01 | General Electric Co <Ge> | 耐疲れ亀裂性高強度ニッケル基合金物品とその製法 |
| JPH05505426A (ja) * | 1991-02-07 | 1993-08-12 | ロールス―ロイス、パブリック、リミテッド、カンパニー | 鋳造用ニッケル系合金 |
| JPH07207391A (ja) * | 1993-12-03 | 1995-08-08 | Westinghouse Electric Corp <We> | ガスタービンのタービン翼の合金材料 |
| JPH09184035A (ja) * | 1995-12-28 | 1997-07-15 | Kansai Electric Power Co Inc:The | ニッケル基超合金の製造方法および高温耐食性と高温強度に優れたニッケル基超合金 |
| JPH1046278A (ja) * | 1996-04-24 | 1998-02-17 | Rolls Royce Plc | タービンエンジン部品用ニッケル合金 |
| JPH11310839A (ja) * | 1998-04-28 | 1999-11-09 | Hitachi Ltd | 高強度Ｎｉ基超合金方向性凝固鋳物 |
| JP2005144488A (ja) * | 2003-11-14 | 2005-06-09 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 連続鋳造ロール肉盛用溶接材料およびロール |
| JP2007051375A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | General Electric Co <Ge> | 粉末の射出成形、圧密、および熱処理によるシートの製造 |
| JP2007119802A (ja) * | 2005-10-25 | 2007-05-17 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 耐熱金属材料の耐酸化性の改善方法および耐熱金属部材の製造方法 |
| JP2007191791A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-08-02 | General Electric Co <Ge> | ニッケル基超合金組成物 |
| JP2009191301A (ja) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Japan Steel Works Ltd:The | 偏析性に優れたＮｉ基超合金 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20110052409A1 (en) | 2011-03-03 |
| EP2290115B1 (en) | 2013-07-03 |
| JP5715782B2 (ja) | 2015-05-13 |
| US8597440B2 (en) | 2013-12-03 |
| EP2290115A1 (en) | 2011-03-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5715782B2 (ja) | タービンブレード用のプロセス及び合金並びにそれから形成されるブレード | |
| RU2415959C1 (ru) | МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ СУПЕРСПЛАВ НА ОСНОВЕ Ni И СОДЕРЖАЩАЯ ЕГО ЛОПАТКА ТУРБИНЫ | |
| JP2017075403A (ja) | ニッケル基耐熱超合金 | |
| JP2011074492A (ja) | ニッケル基超合金及び物品 | |
| JP2014214381A (ja) | 鉄を含む鋳造ニッケル基超合金 | |
| JP6016016B2 (ja) | Ｎｉ基単結晶超合金 | |
| RU2518838C2 (ru) | МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ СУПЕРСПЛАВ НА ОСНОВЕ Ni И ЛОПАТКА ТУРБИНЫ | |
| JP5323162B2 (ja) | 高温での機械的特性に優れた多結晶ニッケル基超耐熱合金 | |
| JP2009114501A (ja) | ニッケル基単結晶合金 | |
| JP4115369B2 (ja) | Ｎｉ基超合金 | |
| JP2011074491A (ja) | ニッケル基超合金及び物品 | |
| JP5395516B2 (ja) | 蒸気タービンのタービンロータ用ニッケル基合金及び蒸気タービンのタービンロータ | |
| JP6148843B2 (ja) | ニッケル基合金からなる大型鋳造部材およびその製造方法 | |
| CA2749755C (en) | Ni-based single crystal superalloy | |
| JP2004332116A (ja) | ニッケル基合金 | |
| JP2000063969A (ja) | Ｎｉ基超合金、その製造方法およびガスタービン部品 | |
| JP5932622B2 (ja) | オーステナイト系耐熱鋼およびタービン部品 | |
| JP5393829B2 (ja) | クリープ特性が向上された単結晶ニッケル基超耐熱合金 | |
| JP2013133505A (ja) | ニッケル基単結晶超合金熱処理方法及びニッケル基単結晶超合金 | |
| JP4911753B2 (ja) | Ｎｉ基超耐熱合金及びそれを用いたガスタービン部品 | |
| US20130126056A1 (en) | Cast nickel-iron-base alloy component and process of forming a cast nickel-iron-base alloy component | |
| JP2005139548A (ja) | ニッケル基超合金及び単結晶鋳造品 | |
| JP2014005528A (ja) | Ｎｉ基耐熱合金およびタービン用部品 | |
| JP6173956B2 (ja) | オーステナイト系耐熱鋼およびタービン部品 | |
| JP6173822B2 (ja) | オーステナイト系耐熱鋼およびタービン部品 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130814 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140313 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140401 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20140630 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20140703 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140801 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150217 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150316 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5715782 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |