JP3164972B2 - Moving blade for gas turbine, method of manufacturing the same, and gas turbine using the same - Google Patents

Moving blade for gas turbine, method of manufacturing the same, and gas turbine using the same

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JP3164972B2 JP18440594A JP18440594A JP3164972B2 JP 3164972 B2 JP3164972 B2 JP 3164972B2 JP 18440594 A JP18440594 A JP 18440594A JP 18440594 A JP18440594 A JP 18440594A JP 3164972 B2 JP3164972 B2 JP 3164972B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は新規なガスタービン用動
翼に係り、特にクリープ強度に優れた動翼とその製造法
及びそれを用いたガスタービン並びに複合発電プラント
システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel blade for a gas turbine, and more particularly to a blade having excellent creep strength, a method for manufacturing the same, a gas turbine using the same, and a combined power plant system.

【0002】[0002]

【従来の技術】発電用ガスタービンの動翼材料は、従来
から主としてNi基の超合金が使用されてきたが、ガス
タービンの熱効率向上を図るため、年々燃焼ガス温度が
上昇してきた。そして、それに伴い動翼の耐熱強度を上
げるため、組織的には普通鋳造による等軸晶翼から一方
向凝固による柱状晶翼へと変化すると共に、翼内部に複
雑な冷却孔を設け、内部からの冷却を図ってきた。
2. Description of the Related Art Ni-based superalloys have been mainly used as the blade material of gas turbines for power generation, but the combustion gas temperature has been increasing year by year in order to improve the thermal efficiency of gas turbines. And, in order to increase the heat resistance of the rotor blades, the structure changes from an equiaxed crystal blade by ordinary casting to a columnar crystal blade by unidirectional solidification, and a complicated cooling hole is provided inside the blade, Has been cooled.

【0003】柱状晶鋳物の大部分は、特公昭51−4186号
等で示されている一方向凝固法で製造されている。この
方法は、加熱した炉の中から鋳型を下方に引出し、下端
から上方に漸次凝固させる方法である。この方法によ
り、遠心応力が作用する長手方向に長く伸び、〈10
0〉方位の結晶方位を有する柱状晶動翼が製造され、ク
リープ強度特性や熱疲労強度特性が改善されてきた。
Most columnar crystal castings are produced by a unidirectional solidification method disclosed in Japanese Patent Publication No. 51-4186. In this method, a mold is drawn downward from a heated furnace and gradually solidified upward from a lower end. By this method, it is elongated in the longitudinal direction where the centrifugal stress acts, and <10
Columnar crystal blades having a crystal orientation of 0> have been manufactured, and creep strength characteristics and thermal fatigue strength characteristics have been improved.

【0004】また、柱状晶動翼より高温特性に優れた動
翼として特開昭60−261659号公報及び特開昭61−71168
号公報には翼部を単結晶とし、付根部を微結晶とした燃
焼タービン用羽根の製造法が開示されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 60-261659 and 61-71168 disclose blades having higher temperature characteristics than columnar blades.
Japanese Patent Application Publication No. JP-A-2005-64139 discloses a method of manufacturing a blade for a combustion turbine in which a wing portion is made of single crystal and a root portion is made of microcrystal.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】更に高効率化を図るた
めには、燃焼ガス温度を高めることが最も有効な方法で
あり、そしてそのためには内部冷却をさらに強化すると
共に、材料の高温強度を高めることが必要になってき
た。
In order to further increase the efficiency, it is most effective to increase the temperature of the combustion gas, and for that purpose, the internal cooling is further enhanced and the high-temperature strength of the material is increased. It has become necessary to increase.

【0006】ガスタービン用動翼の内部冷却孔は、セラ
ミック中子を用いて形成されるが、冷却を更に強化する
ため、冷却用パスの数を多くすると共に、翼自体の薄肉
化が図られてきた。柱状晶動翼は一方向凝固法で製造さ
れているが、溶融金属は中子を鋳ぐるんだ状態で凝固
し、その後室温まで冷却される。そして、冷却時には熱
収縮を生じる。中子と鋳造金属の熱膨張係数を比較する
と、中子は金属より一桁程度小さい値を示すため、金属
はほとんど収縮しない中子を内部に鋳ぐるんだまま収縮
することになり、冷却の過程で大きな引っ張り応力が発
生してくることになる。このため鋳造品は、強度の弱い
結晶粒界に沿って縦割れが発生しやすくなる。そして、
縦割れは特に薄肉部である翼部で著しい。その為、従来
の柱状晶動翼は翼部の薄肉化ができず、冷却を充分に行
うことができなかった。また鋳造時に粒界割れが発生し
歩留まりも悪かった。
The internal cooling holes of the blade for a gas turbine are formed by using a ceramic core. To further enhance the cooling, the number of cooling paths is increased and the blade itself is made thinner. Have been. The columnar blades are manufactured by a one-way solidification method, in which the molten metal solidifies in a state where the core is cast and then cooled to room temperature. Then, heat shrinkage occurs during cooling. When comparing the coefficient of thermal expansion between the core and the cast metal, the core shows a value that is about an order of magnitude smaller than the metal, so the metal shrinks with the core that hardly shrinks as it is cast inside. In the process, a large tensile stress is generated. For this reason, in the casting, a vertical crack is likely to occur along a crystal grain boundary having a low strength. And
Longitudinal cracks are particularly remarkable in the thin wings. For this reason, the conventional columnar blades cannot be made thinner in the blade portion, and cannot be sufficiently cooled. Grain boundary cracking occurred during casting, and the yield was poor.

【0007】航空機用ジェットエンジンに用いられてい
る動翼は、翼長が最大でも10cm程度、重さも数百グラ
ムであり単結晶化は容易である。しかし、発電用ガスタ
ービンに用いられる動翼は、翼の形状が複雑であるばか
りでなく、翼長は15〜40cm,重さも数kgから10kg
程度と非常に大きくなるため、特公昭51−4186号公報で
のやり方では異結晶やフレックル欠陥などが発生しやす
く単結晶化は非常に困難になっている。
A rotor blade used in an aircraft jet engine has a blade length of at most about 10 cm and a weight of several hundred grams, so that single crystallization is easy. However, the moving blade used for the gas turbine for power generation not only has a complicated blade shape, but also has a blade length of 15 to 40 cm and a weight of several kg to 10 kg.
In the method described in Japanese Patent Publication No. 51-4186, a foreign crystal or a freckle defect is liable to occur, and it is very difficult to form a single crystal.

【0008】特開昭60−261659号公報及び特開昭61−71
168 号公報には、翼部を単結晶、残りの部分を磁気撹拌
を利用して微小結晶粒とする製造法が述べられている。
しかし、この方法で従来の単結晶合金を鋳造すると微小
結晶粒部分の強度が弱くなる問題があった。また、微小
結晶粒部分の強度を保つために、多量の粒界強化元素を
含んだ合金を用いて鋳造すると、凝固時に形成された共
晶組織及び共晶γ′相の融点が低下するため溶体化が十
分できず、結果的に材料の強度向上を図れなかった。
[0008] JP-A-60-261659 and JP-A-61-71
Japanese Patent Publication No. 168 describes a production method in which a blade portion is made of a single crystal, and the remaining portion is made into fine crystal grains by using magnetic stirring.
However, when a conventional single crystal alloy is cast by this method, there has been a problem that the strength of the fine crystal grain portion is weakened. In addition, when casting is performed using an alloy containing a large amount of grain boundary strengthening elements to maintain the strength of the fine crystal grains, the eutectic structure formed during solidification and the melting point of the eutectic γ 'phase decrease, and As a result, the strength of the material could not be improved.

【0009】以上述べたように、従来技術による動翼で
は、冷却効率の向上を図るために薄肉化すると粒界割れ
が発生しやすくなり、また粒界割れを防止するために粒
界強化元素を添加すると強度向上がはかれないという欠
点があり、ガスタービンの効率向上を図ることが出来な
かった。
As described above, in the moving blade according to the prior art, when the thickness is reduced in order to improve the cooling efficiency, grain boundary cracks are likely to occur, and in order to prevent the grain boundary cracking, a grain boundary strengthening element is added. When added, there is a disadvantage that the strength cannot be improved, and the efficiency of the gas turbine cannot be improved.

【0010】また、高温強度に優れた単結晶動翼は、異
結晶が発生しやすいため歩留まりが非常に悪く、また大
きな物は製造できないため、発電用ガスタービンの動翼
としては適用できず、ガスタービンの効率向上を図るこ
とができなかった。
In addition, a single-crystal blade having excellent high-temperature strength has a very low yield because foreign crystals are easily generated, and cannot be manufactured as a large-size blade. Therefore, it cannot be used as a blade of a gas turbine for power generation. Gas turbine efficiency could not be improved.

【0011】本発明の目的は、鋳造時の粒界割れがな
く、しかもクリープ強度に優れたガスタービン用動翼及
びその製造法とそれを用いたガスタービン並びに複合発
電プラントシステムを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a moving blade for a gas turbine which is free from grain boundary cracks during casting and has excellent creep strength, a method for manufacturing the same, a gas turbine using the same, and a combined cycle power plant system. is there.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、高温高圧ガス
にさらされる翼部と、該翼部に連なり高温高圧ガスを遮
断するための張出し部であるプラットフォームと、該プ
ラットフォームに連なり該翼部とディスクの間に充分な
温度勾配を得るための距離を有するシャンク部と、該シ
ャンク部に設けられた高温高圧ガスを遮断するための突
起であるシールフィンと、該シャンク部に連なるディス
クへの埋込部であるダブティルとを有し、前記翼部は少
なくともその外面が単結晶であり、翼部内部を含み翼部
からシャンク部の1部に連続して形成された単結晶を有
し、残部が該単結晶から連続して形成された一方向凝固
した柱状晶からなる一体の鋳物からなり、重量で、C0.
03〜0.15%,Cr5.5〜9.0%,Al4〜7%,
W2〜15%,Ti0.5〜1.5%,Mo0.3〜1.0
%,Ta2〜7%,Co8.0〜10.5%,Hf0.5〜
1.0%,Re1〜4%,B及びZrの1種又は2種の
合計量が0.002〜0.02% 及び、Ni58%以上
であるNi基合金からなるガスタービン用動翼である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a wing exposed to a high-temperature and high-pressure gas, a platform connected to the wing and serving as an overhang for shutting off the high-temperature and high-pressure gas, and a wing connected to the platform and connected to the wing. A shank portion having a distance for obtaining a sufficient temperature gradient between the disk and the disk, a seal fin provided on the shank portion for blocking high-temperature and high-pressure gas, and a disk connected to the shank portion. Having a dovetil as an embedding portion, the wing portion is a single crystal at least on its outer surface, and has a single crystal formed continuously from the wing portion to a part of the shank portion, including the inside of the wing portion, The remainder consists of an integral casting consisting of unidirectionally solidified columnar crystals formed continuously from the single crystal and, by weight, C0.
03 to 0.15%, Cr 5.5 to 9.0%, Al 4 to 7%,
W2 to 15%, Ti 0.5 to 1.5%, Mo 0.3 to 1.0
%, Ta 2 to 7%, Co 8.0 to 10.5%, Hf 0.5 to
A gas turbine rotor blade made of a Ni-based alloy having a total amount of 1.0%, Re1 to 4%, one or two of B and Zr of 0.002 to 0.02%, and Ni of 58% or more. .

【0013】即ち、本発明に係るガスタービン用動翼
は、翼部が単結晶であり、残りが一方向凝固柱状晶から
なるものであるが、残りのプラットフォーム及びシャン
ク部内に翼部からの単結晶が引き続き形成される。
That is, the blade for a gas turbine according to the present invention has a blade portion made of a single crystal and the rest made of a unidirectionally solidified columnar crystal, but a single platform from the blade portion in the remaining platform and shank portion. Crystals are subsequently formed.

【0014】特に、本発明に係るガスタービン用動翼
は、柱状晶の長手方向のγ相の方位が〈100〉方位か
ら15度以内であり、隣接する柱状晶のγ相の結晶方位
差を15度、特に8度以内とすることが好ましい。
In particular, in the blade for a gas turbine according to the present invention, the γ phase orientation in the longitudinal direction of the columnar crystal is within 15 degrees from the <100> orientation, and the crystal orientation difference of the γ phase of the adjacent columnar crystal is reduced. It is preferable that the angle be 15 degrees, particularly 8 degrees or less.

【0015】また、翼部の単結晶におけるγ相の結晶方
位差が8度以内なら特に粒界は見られず許容することが
できる。
Further, if the difference in crystal orientation of the γ phase in the single crystal of the blade portion is within 8 degrees, no particular grain boundary is observed, which is acceptable.

【0016】特に、翼部外面の隣接する結晶粒間のγ相
の方位差が8度以内であり、該翼部外面以外の該翼部内
部を含む部分の一部の隣接する結晶粒間のγ相の方位差
が8度以内、残部の隣接する結晶粒間のγ相の方位差を
15度以内とすることが好ましい。
In particular, the azimuthal difference of the γ phase between adjacent crystal grains on the outer surface of the wing portion is within 8 degrees, and a part of the portion including the inside of the wing portion other than the outer surface of the wing portion may have a difference It is preferable that the orientation difference of the γ phase be within 8 degrees and the orientation difference of the γ phase between the remaining adjacent crystal grains be within 15 degrees.

【0017】さらに、翼部とその他の部分のγ相の結晶
方位の差は8〜15度以内であることが好ましい。
Further, the difference between the crystal orientations of the γ phase in the wing portion and the other portions is preferably within 8 to 15 degrees.

【0018】また、上記のガスタービン動翼を得るため
には、単結晶の少なくとも1ヶ所と突起であるシールフ
ィンの間に凝固促進通路を設けることが有効である。
In order to obtain the above-mentioned gas turbine blade, it is effective to provide a solidification promoting passage between at least one portion of the single crystal and the seal fin as a projection.

【0019】本発明のガスタービン動翼には、ダブティ
ルから翼部にかけて、内部に動翼を冷却するための冷媒
通路が設けられることがある。
The gas turbine blade of the present invention may be provided with a refrigerant passage for cooling the blade from the dovetail to the blade portion.

【0020】本発明のガスタービン動翼には、翼部表面
に、Cr,Al,Yを含むCoまたはNiを主成分とす
る合金層をコーティングすることがある。
In the gas turbine rotor blade of the present invention, the blade surface may be coated with an alloy layer containing Co, Ni containing Cr, Al and Y as a main component.

【0021】さらに、本発明のガスタービン動翼は、前
記翼部及びその周辺の最外表面に、セラミックス層から
なる遮熱コーティングを有する場合がある。
Further, the gas turbine rotor blade of the present invention may have a thermal barrier coating made of a ceramic layer on the outermost surface of the blade portion and its periphery.

【0022】本発明に係るガスタービン用動翼は、重量
で0.03%以上のC,0.002%以上のB及び0.0
02% 以上のZrの一種又は二種以上の元素を含み、
且つ合金の粒界での、局部的な溶融による初期溶融を生
じること無く、析出γ′相をγ相中に固溶できるNi基
超合金で鋳造されているものである。
The blade for a gas turbine according to the present invention has a C content of 0.03% or more, a B content of 0.002% or more, and 0.0% by weight.
Containing 02% or more of one or more elements of Zr,
Further, the alloy is cast with a Ni-based superalloy capable of dissolving the precipitated γ 'phase in the γ phase without causing initial melting due to local melting at the grain boundaries of the alloy.

【0023】特に、C0.05〜0.1%、B及びZrの
1種又は2種を0.005〜0.02%より好ましくはB
0.002〜0.02%,Zr0.02% 以下とするのが
割れを防止するのに好適である。
In particular, C is 0.05 to 0.1%, and one or two of B and Zr are 0.005 to 0.02%, more preferably B
0.002% to 0.02% and Zr 0.02% or less are suitable for preventing cracking.

【0024】本発明に係るガスタービン用動翼は重量%
で、以下の好適な組成のNi基超合金で鋳造されている
ものである。
The moving blade for a gas turbine according to the present invention has a weight percentage of
And is cast with a Ni-base superalloy having the following suitable composition.

【0025】本発明は、翼部と、該翼部に連らなる平坦
部を有するプラットフォームと、該プラットフォームに
連らなるシャンク部と、該シャンク部の両側に設けられ
た突起からなるフィンと、前記シャンク部に連らなるダ
ブティルとを有するガスタービン用動翼において、前記
翼部が単結晶であり、前記翼部及び前記フィンを除いた
部分が一方向凝固した柱状晶である一体の鋳物からなる
ことを特徴とする。
According to the present invention, a fin comprising a wing, a platform having a flat portion connected to the wing, a shank connected to the platform, and projections provided on both sides of the shank, In a gas turbine rotor blade having a dovetil connected to the shank portion, the blade portion is a single crystal, and a portion excluding the blade portion and the fins is a one-way solidified columnar crystal integrated casting. It is characterized by becoming.

【0026】本発明は、翼部と、該翼部に連らなる平坦
部を有するプラットフォームと、該プラットフォームに
連らなるシャンク部と、該シャンク部の両側に設けられ
た突起からなるフィンと、前記シャンク部に連らなるダ
ブティルとを有するガスタービン動翼において、前記翼
部が単結晶であり、前記翼部以外の全部が一方向凝固し
た柱状晶である一体の鋳物からなることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a fin comprising a wing, a platform having a flat portion connected to the wing, a shank connected to the platform, and projections provided on both sides of the shank. A gas turbine rotor blade having a dovetil connected to the shank portion, wherein the blade portion is a single crystal, and the entire portion other than the blade portion is formed of an integral casting that is a columnar crystal solidified in one direction. I do.

【0027】本発明における動翼は内部に一体に連らな
る冷媒通路を有する。
The rotor blade according to the present invention has a refrigerant passage integrally connected inside.

【0028】本発明は、前述のNi基合金からなり、前
記C量とB及びZr量の一方又は両方とがA(C0.2
0%,B+Zr0%),F(C0.04%,B+Zr0.
002%),C(C0%,B+Zr0.01%),G(C
0%,B+Zr0.02%),H(C0.1%,B+Zr
0.02%)及び前記Aの各点を結ぶ範囲内にあり、結晶
方位の差が2〜8度であることを特徴とするガスタービ
ン用動翼にある。
The present invention comprises the above-mentioned Ni-based alloy, and the amount of C and one or both of the amounts of B and Zr are A (C0.2).
0%, B + Zr0%), F (C0.04%, B + Zr0.
002%), C (C0%, B + Zr 0.01%), G (C
0%, B + Zr 0.02%), H (C 0.1%, B + Zr
0.02%) and the point A described above, and the difference in crystal orientation is 2 to 8 degrees.

【0029】本発明のガスタービン動翼は、重量で、C
0.03〜0.1%,Cr5.5〜7.0%,Co8.5〜9.
5%,W8〜9%,Re2.5〜3.5%,Mo0.3〜
1.0%,Ta3〜4%,Al5〜6%,Ti0.5〜
1.0%,Hf0.5〜1.0%,B及びZrの1種又は
両者が0.005〜0.025%、及び残部がNiと不可
避不純物であり、結晶方位の差が8度以下が好ましい。
The gas turbine blade of the present invention has a C
0.03-0.1%, Cr 5.5-7.0%, Co 8.5-9.5.
5%, W 8-9%, Re 2.5-3.5%, Mo 0.3-
1.0%, Ta 3-4%, Al 5-6%, Ti 0.5-
1.0%, Hf 0.5 to 1.0%, one or both of B and Zr are 0.005 to 0.025%, and the balance is Ni and inevitable impurities, and the difference in crystal orientation is 8 degrees or less. Is preferred.

【0030】本発明の動翼は3段又は4段のガスタービ
ンのいずれの段に用いられるが、特に最も温度の高い初
段に好適である。2段以降は特に全体を柱状晶又は等軸
晶とした多結晶のものが好適である。
The blade of the present invention is used in any of three-stage or four-stage gas turbines, and is particularly suitable for the first stage having the highest temperature. The second and subsequent stages are particularly preferably polycrystalline in which the whole is columnar or equiaxed.

【0031】特に、以下の組成が好適である(重量
%)。
Particularly, the following composition is preferable (% by weight).

【0032】 C :0.03〜0.1 Cr:5.5〜7.0 Co:9〜10.5 W :8.0〜11.0 Re:1.0〜3.5 Mo:0.3〜1.0 Ta:3.0〜4.0 Al:5.0〜6.0 Ti:0.5〜1.0 Hf:0.5〜1.0 B及びZrの1種又は2種:0.005〜0.02 残部:Ni及び不可避不純物 また、本発明に係るガスタービン用動翼は、鋳造後合金
のγ′相の固溶温度以上、初期溶融温度以下の温度範囲
で2〜60時間溶体化され、更に1000〜1150℃
で4〜20時間及び800〜920℃で8〜100時間
熱処理を施すのが好適である。
C: 0.03 to 0.1 Cr: 5.5 to 7.0 Co: 9 to 10.5 W: 8.0 to 11.0 Re: 1.0 to 3.5 Mo: 0.5 3 to 1.0 Ta: 3.0 to 4.0 Al: 5.0 to 6.0 Ti: 0.5 to 1.0 Hf: 0.5 to 1.0 One or two of B and Zr : 0.005 to 0.02 Remainder: Ni and unavoidable impurities The blade for a gas turbine according to the present invention has a temperature in the range of not less than the solid solution temperature of the γ 'phase of the alloy after casting and not more than the initial melting temperature. Solution solution for 60 hours, 1000-1150 ° C
For 4 to 20 hours and at 800 to 920 ° C. for 8 to 100 hours.

【0033】また、本発明に係るガスタービン用動翼の
製造法は、前述の構造と合金組成を有し、セラミック中
子を有する鋳型を水冷チルプレート上にセットする工程
と、鋳造原料を溶解後加熱された鋳型内に溶湯を鋳込む
工程と、鋳型を高温の加熱炉から相対的に引き抜いて、
翼部先端側からダブティル終端へ漸次一方向凝固させて
翼部を単結晶とする工程と、該翼部の鋳型の引出し速度
より早い速度で引き抜いてダブティルを一方向凝固させ
ることを特徴とするガスタービン動翼の製造法にある。
The method of manufacturing a moving blade for a gas turbine according to the present invention comprises the steps of: setting a mold having the above-described structure and alloy composition and having a ceramic core on a water-cooled chill plate; Step of pouring the molten metal into the post-heated mold, and relatively withdrawing the mold from the high-temperature heating furnace,
A gas characterized by a step of gradually unidirectionally solidifying the wing from the wing tip to the end of the dovetil to make the wing into a single crystal, and extracting the wing at a speed higher than the drawing speed of the mold to unidirectionally solidify the dovetil. In the method of manufacturing turbine blades.

【0034】単結晶製造における鋳型移動速度を15cm
/h以下とすることが好ましく、柱状晶製造における移
動速度を20〜45cm/hとすることが好ましく、特
に、前者は単結晶製造できるものであれば早いほどよい
が、歩留りの点から、10cm/h程度が好ましく、後者
は50cm/hを超えると柱状晶間の結晶方位が10度を
超えまた等軸晶となるので、45cm/h以下がよく、8
度以下とするには早い速度の方がよいので、30〜45
cm/hが好ましい。
The moving speed of the mold in the production of a single crystal was 15 cm.
/ H or less, and the moving speed in the production of columnar crystals is preferably 20 to 45 cm / h. In particular, the former is better as long as it can produce a single crystal, but it is better, but from the viewpoint of yield, 10 cm / H is preferable, and the latter is more than 50 cm / h, the crystal orientation between the columnar crystals exceeds 10 degrees and becomes equiaxed.
30 ~ 45
cm / h is preferred.

【0035】本発明は、前記ダブティル部から翼部先端
にかけて内部に一体に連らなる冷媒通路が設けられ、γ
相マトリックス内にγ′相が分散した組織を有し、前記
γ相の結晶方位の差が2〜6度であることを特徴とす
る。
According to the present invention, there is provided a refrigerant passage integrally connected from the dovetail portion to the tip of the blade portion.
The phase matrix has a structure in which a γ 'phase is dispersed, and a difference in crystal orientation of the γ phase is 2 to 6 degrees.

【0036】本発明は、コンプレッサによって圧縮され
た燃焼ガスを静翼を通してディスクに植設された動翼に
衝突させて該動翼を回転させるガスタービンにおいて、
前記動翼を3段以上有し、該動翼の初段が前述のガスタ
ービン用動翼からなることを特徴とするガスタービン。
According to the present invention, there is provided a gas turbine for rotating a moving blade by causing combustion gas compressed by a compressor to impinge on a moving blade implanted on a disk through a stationary blade.
A gas turbine comprising three or more stages of the moving blades, wherein the first stage of the moving blades comprises the above-described gas turbine moving blade.

【0037】本発明は上述のガスタービンにおいて、前
記燃焼ガス温度が1,500℃ 以上であり、前記動翼を
3段以上有し、該動翼の初段入口での前記燃焼ガス温度
が1,300℃ 以上であり、前記動翼の初段は全長が2
00mm以上で、その翼部が単結晶であり、該翼部を除く
付根部が一方向凝固した柱状晶である一体の鋳物からな
り、発電容量が5万KW以上であることを特徴とする。
According to the present invention, in the above-described gas turbine, the combustion gas temperature is 1,500 ° C. or more, the rotor has three or more stages, and the combustion gas temperature at the first stage inlet of the blade is 1,500. 300 ° C or higher, and the first stage of the rotor blade has a total length of 2
It is characterized in that the wing portion is a single crystal, the root portion excluding the wing portion is a unidirectionally solidified columnar crystal, and the power generation capacity is 50,000 KW or more.

【0038】本発明は、コンプレッサによって圧縮され
た燃焼ガスを静翼を通してディスクに植設された動翼に
衝突させて該動翼を回転させるガスタービンにおいて、
前記燃焼ガス温度が1,500℃ 以上であり、前記動翼
を3段以上有し、該動翼の初段入口での前記燃焼ガス温
度が1,300℃ 以上及び発電容量が5万KW以上であ
り、前記動翼の初段は全長が200mm以上で、前記動翼
の初段は前述のガスタービン用動翼からなり、前記鋳物
は重量で、C0.03〜0.1%,Cr5.5〜9.0%,
Co8.5 〜10.5% ,W8〜11%,Re1.0〜
3.5%,Mo0.3〜1.0%,Ta3〜4%,Al5
〜6%,Ti0.5〜1.0%,Hf0.5〜1.0%,B
及びZrの1種又は両者が0.005〜0.025%、及
び残部がNiと不可避不純物からなり、γ相マトリック
ス内にγ′相が析出した組織を有し、前記単結晶のγ相
と柱状晶のγ相の結晶方位の差が8度以下であるのが好
ましい。
According to the present invention, there is provided a gas turbine for rotating a moving blade by causing combustion gas compressed by a compressor to collide with a moving blade implanted on a disk through a stationary blade.
The combustion gas temperature is 1,500 ° C. or more, and the rotor blade has three or more stages, the combustion gas temperature at the first stage inlet of the rotor blade is 1,300 ° C. or more, and the power generation capacity is 50,000 KW or more. The first stage of the moving blade has a total length of 200 mm or more, and the first stage of the moving blade includes the above-described moving blade for a gas turbine. The casting is C 0.03 to 0.1% by weight and Cr 5.5 to 9%. 0.0%,
Co 8.5 to 10.5%, W 8 to 11%, Re 1.0 to 1.0
3.5%, Mo 0.3-1.0%, Ta 3-4%, Al5
66%, Ti 0.5-1.0%, Hf 0.5-1.0%, B
And one or both of Zr and 0.005 to 0.025%, and the balance consists of Ni and unavoidable impurities, and has a structure in which a γ ′ phase is precipitated in a γ phase matrix, and It is preferable that the difference in the crystal orientation of the γ phase of the columnar crystal is 8 degrees or less.

【0039】本発明は、高速で流れる燃焼ガスによって
駆動するガスタービンと、該ガスタービンの燃焼排ガス
によって水蒸気を得る排熱回収ボイラと、前記水蒸気に
よって駆動する蒸気タービンと、前記ガスタービン及び
蒸気タービンによって駆動する発電機とを備えた複合発
電プラントシステムにおいて、前記ガスタービンは動翼
を3段以上有し、前記燃焼ガスの前記動翼初段入口温度
が1,300℃ 以上で、タービン出口の燃焼排ガス温度
が560℃以上であり、前記排熱回収ボイラによって5
30℃以上の水蒸気を得、前記蒸気タービンは高低圧一
体型であり、該蒸気タービン動翼の初段への前記蒸気温
度が530℃以上であり、前記ガスタービンの発電容量
が5万KW以上及び蒸気タービンの発電容量が3万KW
以上であり、総合熱効率が45%以上であることを特徴
とする。
The present invention provides a gas turbine driven by combustion gas flowing at high speed, an exhaust heat recovery boiler that obtains steam from combustion exhaust gas of the gas turbine, a steam turbine driven by the steam, the gas turbine and the steam turbine. And a generator driven by the turbine, wherein the gas turbine has three or more moving blades, and the temperature of the first stage of the moving blade of the combustion gas is 1,300 ° C. or more, and the combustion at the turbine outlet The exhaust gas temperature is 560 ° C. or higher, and the exhaust heat recovery boiler
The steam turbine is a high-low pressure integrated type, the steam temperature to the first stage of the steam turbine blade is 530 ° C or more, and the power generation capacity of the gas turbine is 50,000 KW or more. The power generation capacity of the steam turbine is 30,000 KW
That is, the overall thermal efficiency is 45% or more.

【0040】高速で流れる燃焼ガスによって駆動するガ
スタービンと、該ガスタービンの燃焼排ガスによって水
蒸気を得る排熱回収ボイラと、前記水蒸気によって駆動
する蒸気タービンと、前記ガスタービン及び蒸気タービ
ンによって駆動する発電機とを備えた複合発電プラント
システムにおいて、前記ガスタービンは動翼が3段以上
有し、前記燃焼ガスの前記動翼初段入口温度が1,30
0℃ 以上で、タービン出口の燃焼排ガス温度が560
℃以上であり、前記排熱回収ボイラによって530℃以上
の水蒸気を得、前記蒸気タービンは高低圧一体型であ
り、該蒸気タービン動翼の初段への前記蒸気温度が53
0℃以上であり、前記ガスタービンの発電容量が5万K
W以上及び蒸気タービンの発電容量が3万KW以上であ
り、総合熱効率が45%以上であり、前記動翼の初段は
全長が200mm以上であり、前記動翼の初段は前述のガ
スタービン用動翼からなることを特徴とする。
A gas turbine driven by combustion gas flowing at a high speed, an exhaust heat recovery boiler for obtaining steam from combustion exhaust gas of the gas turbine, a steam turbine driven by the steam, and a power generator driven by the gas turbine and the steam turbine The gas turbine has three or more stages of moving blades, and the temperature of the first stage of the moving blade of the combustion gas is 1,30.
At 0 ° C or higher, the temperature of the flue gas at the turbine outlet is 560
° C or higher, and steam having a temperature of 530 ° C or higher is obtained by the exhaust heat recovery boiler. The steam turbine is of a high / low pressure integrated type, and the steam temperature to the first stage of the steam turbine blade is 53 ° C.
0 ° C or higher, and the power generation capacity of the gas turbine is 50,000K
W and the power generation capacity of the steam turbine is 30,000 KW or more, the total thermal efficiency is 45% or more, the first stage of the moving blade has a total length of 200 mm or more, and the first stage of the moving blade is It is characterized by consisting of wings.

【0041】本発明に係るガスタービン用動翼は、重量
%で0.15%以下のCと、0.002〜0.02%のB及び
0.002%〜0.02%のZrの1種以上及び0.5 〜
1.0%のHfを含み、且つ局部的溶融による初期溶融
を体積率で約5%以上生じることなく、体積率で約60
%以上の析出γ′相をγ相中に固溶できるNi基超合金
で鋳造されているものである。
The blade for a gas turbine according to the present invention has at least one kind of C of 0.15% or less by weight, B of 0.002 to 0.02%, and Zr of 0.002% to 0.02%. And 0.5 to
It contains about 1.0% of Hf, and does not cause initial melting due to local melting of about 5% or more by volume, and has a volume fraction of about 60%.
% Of the precipitated γ 'phase in the γ phase.

【0042】特に、C0.03〜0.1%,B及びZrの
一種又は二種を0.002〜0.02%およびHfを0.
5〜1.0%とするのが割れを防止し、且つ初期溶融を
体積率で約5%以上生じることなく、体積率で約60%
以上の析出γ′相をγ相中に固溶させるために好適であ
り、前記C量とB+Zr量をA(C0.20%,B+Zr
0%),F(C0.04%,B+Zr0.002%),C(C
0%,B+Zr0.01%),G(C0%,B+Zr0.0
2%),H(C0.10%,B+Zr0.20%)の範囲に
することが好ましい。
In particular, C is 0.03 to 0.1%, one or two of B and Zr are 0.002 to 0.02%, and Hf is 0.0 to 0.1%.
The content of 5 to 1.0% prevents cracks, and the initial melting does not occur at about 5% or more by volume, and about 60% by volume.
The above-mentioned precipitated γ ′ phase is suitable for solid solution in the γ phase, and the C amount and B + Zr amount are determined by A (C 0.20%, B + Zr
0%), F (C 0.04%, B + Zr 0.002%), C (C
0%, B + Zr 0.01%), G (C 0%, B + Zr 0.0
2%) and H (C 0.10%, B + Zr 0.20%).

【0043】鋳造時の粒界割れ,クリープ強度,耐食
性,耐酸化性及び耐熱疲労特性などのすべてを満足する
ためには、特に、Cr6.0〜9.0%,Al5〜6%,
W7〜10%,Ti0.5〜1%,Mo0.3〜0.7
%,Ta3.0〜7.0%,Re1〜3.4%,Co8〜1
0.5%,C0.03〜0.1%,B0.002〜0.02
%,Hf0.5〜1.1%,Zr0.02% 以下、及び残
部がNiと不可避不純物である組成が好適である。
In order to satisfy all of grain boundary cracking, creep strength, corrosion resistance, oxidation resistance, and thermal fatigue resistance during casting, it is particularly preferable to use Cr 6.0 to 9.0%, Al 5 to 6%,
W7 to 10%, Ti 0.5 to 1%, Mo 0.3 to 0.7
%, Ta 3.0 to 7.0%, Re 1 to 3.4%, Co 8 to 1
0.5%, C 0.03-0.1%, B 0.002-0.02
%, Hf 0.5 to 1.1%, Zr 0.02% or less, and a composition in which the balance is Ni and inevitable impurities.

【0044】また、本発明の動翼は、タービンを三段又
は四段有するガスタービンのいずれのタービンにも用い
ることができるが、特に最もメタル温度が高くなる初段
タービンに好適である。二段目以後には、全体を柱状晶
又は等軸晶としたものが用いられることが多い。
The moving blade of the present invention can be used for any gas turbine having three or four stages, and is particularly suitable for the first stage turbine having the highest metal temperature. After the second stage, a columnar crystal or equiaxed crystal is often used.

【0045】本発明のガスタービン用動翼は、鋳造後合
金の析出γ′相の固溶温度以上,初期溶融温度以下の範
囲で2〜60時間溶体化され、更に1000〜1150
%で4〜20時間及び800〜920℃で8〜100時
間熱処理を施すのが好適である。
The blade for a gas turbine according to the present invention is solution-solutioned in a range from the solid solution temperature of the precipitated γ 'phase of the alloy after casting to the initial melting temperature for 2 to 60 hours, and further from 1000 to 1150.
It is preferable to carry out a heat treatment at 4% to 20 hours and at 800 to 920 ° C for 8 to 100 hours.

【0046】また、本発明のガスタービン用動翼は、前
述の構造と合金組成を有し、該動翼を形成するための鋳
型を水冷チルプレート上にセットする工程と、前記鋳型
を真空の加熱炉内で所定の温度に加熱する工程と、鋳造
原料を鋳型と同一の真空チャンバー内で溶解して前記の
加熱された鋳型に溶湯を鋳込む工程と、該溶湯を含む鋳
型を前記加熱炉から引き抜いて、前記翼部からダブティ
ルの方向に順次一方向凝固させて前記翼部を単結晶とし
た後、前記プラットフォーム以降を前記翼部の引き出し
速度より早い速度で引き抜いて、前記翼部以外の部分の
一部を該翼部から連続して一方向凝固した単結晶,残部
を該単結晶から連続して一方向凝固した柱状晶である一
体の鋳物とする工程により製造される。
Further, the moving blade for a gas turbine of the present invention has the above-mentioned structure and alloy composition, and includes a step of setting a mold for forming the moving blade on a water-cooled chill plate; A step of heating the casting raw material to a predetermined temperature in a heating furnace, a step of melting the casting raw material in the same vacuum chamber as the mold and casting the molten metal in the heated mold, and a step of heating the mold containing the molten metal to the heating furnace. From the wings, solidified sequentially in the direction of dovetails from the wings to form a single crystal of the wings, and then withdrawn from the platform and beyond at a speed higher than the drawing speed of the wings. It is manufactured by a process in which a part of the part is a single crystal continuously and unidirectionally solidified from the wing portion, and the remaining part is a columnar crystal continuously and unidirectionally solidified from the single crystal to form an integrated casting.

【0047】上記の鋳型引き出し速度は、単結晶製造に
おいては15cm/h以下とすることが好ましく、柱状晶
製造においては20〜45cm/hとすることが好まし
い。これらは、それぞれ製造が可能であれば早いほど良
いが、歩留りの点から、単結晶製造については10cm/
h程度が好ましい。柱状晶については、50cm/hを超
えると柱状晶間の結晶方位の差が20度を超えさらに等
軸晶となるので、45cm/h以下が良く、また、隣接す
る柱状晶間の結晶方位差が15度以下の良好な柱状晶を
得るためには、引き出し速度が遅すぎるのも好ましくな
く、好適には、30〜45cm/hである。
The drawing speed of the mold is preferably 15 cm / h or less in the production of a single crystal, and is preferably 20 to 45 cm / h in the production of a columnar crystal. These are better as soon as they can be manufactured, respectively, but from the viewpoint of yield, 10 cm / cm
h is preferred. With respect to the columnar crystals, if it exceeds 50 cm / h, the difference in the crystal orientation between the columnar crystals exceeds 20 degrees and becomes an equiaxed crystal. Therefore, the crystal orientation difference between the adjacent columnar crystals is preferably 45 cm / h or less. In order to obtain a good columnar crystal having a particle diameter of 15 ° or less, it is not preferable that the drawing speed is too slow, and it is preferably 30 to 45 cm / h.

【0048】[0048]

【作用】本発明に係るガスタービン用動翼は、翼部を単
結晶とし、単結晶における結晶方位差を8度以内とする
ものである。そして、翼部以外を一方向凝固柱状晶と
し、隣接する柱状晶どうしの結晶方位差をできるでけ小
さくし、特にその差を15度以内、より好ましくは8度
以内とすることにより結晶粒界強化元素の添加量を少な
くしても、鋳造時の粒界割れが発生しない柱状晶翼とす
ることができ、単結晶と同等の強度を維持することがで
きる。また、結晶粒界強化元素の添加量を少なくしたた
め、鋳造時に形成される共晶組織の融点が上昇し、溶体
化熱処理温度を上げることが出来るため、析出γ′相を
母相のγ相中に固溶させる熱処理が可能となった。その
ため、高クリープ強度を有する柱状晶翼とすることがで
きる。逆に、結晶方位の差が10度を超えると単結晶の
強度の10〜20%程度と急激に低下してしまう。
In the blade for a gas turbine according to the present invention, the blade portion is a single crystal, and the crystal orientation difference in the single crystal is set to within 8 degrees. Then, the unidirectionally solidified columnar crystals other than the wing portion are used, and the crystal orientation difference between adjacent columnar crystals is made as small as possible. Particularly, the difference is made within 15 degrees, more preferably within 8 degrees, thereby obtaining a crystal grain boundary. Even if the addition amount of the reinforcing element is reduced, it is possible to obtain a columnar blade in which grain boundary cracks do not occur during casting, and it is possible to maintain the same strength as a single crystal. In addition, since the addition amount of the grain boundary strengthening element is reduced, the melting point of the eutectic structure formed during casting increases, and the solution heat treatment temperature can be increased. A heat treatment for forming a solid solution in the alloy has become possible. Therefore, a columnar blade having high creep strength can be obtained. Conversely, if the difference between the crystal orientations exceeds 10 degrees, the strength of the single crystal drops sharply to about 10 to 20%.

【0049】材料の高温強度を向上させるためには、鋳
造後の溶体化熱処理が有効である。溶体化熱処理は、凝
固後析出したγ′相を母相中に完全に固溶させることに
よりその後の時効熱処理で析出γ′相の大きさや形状を
最適化でき、高温強度を向上させることができる。
In order to improve the high-temperature strength of the material, solution heat treatment after casting is effective. The solution heat treatment can optimize the size and shape of the precipitated γ 'phase in the subsequent aging heat treatment by completely dissolving the precipitated γ' phase in the mother phase after solidification, and can improve the high-temperature strength .

【0050】しかし、従来の柱状晶動翼に用いられてい
る合金は、鋳造時の結晶粒界に沿った縦割れを防止する
ため、B,C,Zr,Hf等の結晶粒界強化元素を多く
含有させる必要がある。結晶粒界強化元素は結晶粒界の
強度を向上させると共に、一部はデンドライトアーム間
に偏析し、偏析部の融点を著しく降下させる。Ni基超
合金の場合、前記偏析部は共晶組織を形成し、凝固時に
粗大な共晶γ′相を生じる。この時形成され共晶組織及
び共晶γ′相は合金中で最も融点が低く、溶体化熱処理
を行うために温度を上げると共晶組織が初期溶融を生じ
てくる。そのため、従来の柱状晶動翼に用いられている
合金は溶体化熱処理温度を高くできず、溶体化が不十分
であったため、結果的に材料の強度向上を図ることが出
来なかった。
However, the alloys used in the conventional columnar blades do not have a grain boundary strengthening element such as B, C, Zr, or Hf in order to prevent vertical cracks along the grain boundaries during casting. It is necessary to contain a large amount. The grain boundary strengthening element improves the strength of the grain boundary, and partially segregates between the dendrite arms, remarkably lowering the melting point of the segregated portion. In the case of a Ni-based superalloy, the segregated portion forms a eutectic structure and generates a coarse eutectic γ 'phase upon solidification. The eutectic structure and the eutectic γ 'phase formed at this time have the lowest melting point in the alloy, and when the temperature is raised to perform the solution heat treatment, the eutectic structure causes initial melting. For this reason, the alloys used in the conventional columnar blades could not have a high solution heat treatment temperature and were insufficiently solution-treated, and as a result, the strength of the material could not be improved.

【0051】なお、結晶粒界強化元素を含まない単結晶
用合金は、結晶粒界強化元素を不純物元素として取り扱
い、含有量を極力少なくしているため共晶γ′相の融点
が上昇し、完全溶体化熱処理を可能にしている。そのた
め、単結晶合金は、従来の材料より、40〜50℃高い
優れた高温特性を示し、航空機用ジェットエンジンの動
翼として使用される。しかし、単結晶合金は、結晶粒界
強化元素を極力少なくしているため、結晶粒界が形成さ
れと非常に弱く、結晶方位の異なる異結晶があると、そ
の結晶粒界で容易に割れが入る。結晶粒界があると、通
常は、鋳造後の冷却のみで割れが入る程度の弱さにな
る。そのため単結晶合金を用いて鋳造した動翼は異結晶
のない完全な単結晶にする必要がある。
In the case of a single crystal alloy containing no grain boundary strengthening element, the melting point of the eutectic γ 'phase increases because the grain boundary strengthening element is treated as an impurity element and its content is minimized. It enables complete solution heat treatment. For this reason, single crystal alloys exhibit excellent high-temperature characteristics that are 40 to 50 ° C. higher than conventional materials, and are used as moving blades for aircraft jet engines. However, single crystal alloys have as few grain boundary strengthening elements as possible, so they are very weak when grain boundaries are formed, and if there are foreign crystals with different crystal orientations, cracks can easily occur at those grain boundaries. enter. If there is a crystal grain boundary, it usually becomes weak enough to crack only by cooling after casting. Therefore, a rotor blade cast using a single crystal alloy needs to be a complete single crystal without any foreign crystal.

【0052】また、前記の粒界強化元素を含む合金で、
動翼全体を単結晶とすることも当然可能である。この動
翼は、結晶粒界強化元素を含まない単結晶専用合金で鋳
造された単結晶翼と比べて高温でのクリープ強度は劣る
が、高温になる翼部外面以外では隣接する結晶粒間の方
位差を15度まで許容できるため、従来の単結晶翼で必
要であったX線による結晶方位測定を大幅に簡略化でき
る。さらに、翼内部の結晶欠陥に対しては有効な検査手
段が無く、通常は抜取り試験で翼を切断して検査してい
る。しかし、翼が大型になる発電用ガスタービン用の動
翼では、抜取り試験では信頼性の確保が難しく、単結晶
翼を発電用ガスタービンに適用する上での大きなネック
になっていた。しかし、本発明では隣接する結晶粒間の
方位差を15度まで許容できるため、動翼の信頼性を大
幅に向上でき、高強度動翼の発電用ガスタービンへの適
用が可能となった。
Also, an alloy containing the above-mentioned grain boundary strengthening element,
Of course, it is also possible to make the entire moving blade a single crystal. This blade has a lower creep strength at high temperatures than a single crystal blade cast with a single crystal alloy containing no grain boundary strengthening element. Since the azimuth difference can be allowed up to 15 degrees, the crystal azimuth measurement using X-rays, which is required for the conventional single crystal blade, can be greatly simplified. Further, there is no effective inspection means for crystal defects inside the blade, and the blade is usually cut and inspected by a sampling test. However, in the case of a moving blade for a power generation gas turbine whose blades are large, it is difficult to ensure reliability in a sampling test, and this has been a major bottleneck in applying a single crystal blade to a power generation gas turbine. However, in the present invention, since the orientation difference between adjacent crystal grains can be allowed up to 15 degrees, the reliability of the moving blade can be greatly improved, and the high-strength moving blade can be applied to a gas turbine for power generation.

【0053】ガスタービン用動翼を構成するNi基超合
金に含有される各元素の役割を次に示す。
The role of each element contained in the Ni-base superalloy constituting the moving blade for the gas turbine will be described below.

【0054】Cはマトリックスあるいは特に粒界に固溶
すると共に炭化物を形成し高温引張強さを向上させる
が、過剰に添加すると、粒界の融点を低め高温強度及び
靭性を低下させるので添加量としては、0.15%以
下、特に0.05〜0.15% の範囲が適正であり、よ
り0.03〜0.1%が好ましい。
C forms a carbide while forming a solid solution in the matrix or especially at the grain boundaries, and improves the high-temperature tensile strength. However, if added excessively, it lowers the melting point of the grain boundaries and lowers the high-temperature strength and toughness. Is appropriate in a range of 0.15% or less, particularly 0.05 to 0.15%, and more preferably 0.03 to 0.1%.

【0055】Coはマトリックス中に固溶して高温強度
を向上させると共に、耐食性向上に寄与するが、過剰に
添加すると有害な金属間化合物析出を助長し、高温強度
の低下を招く。添加量としては、10.5% 以下とし、
特に8〜10.5% が適正である。特に、下限として4
%以上、より8.5% 以上が好ましい。
Co forms a solid solution in the matrix to improve the high-temperature strength and contributes to the improvement of the corrosion resistance. However, if added excessively, it promotes the precipitation of harmful intermetallic compounds and lowers the high-temperature strength. The addition amount should be 10.5% or less,
In particular, 8 to 10.5% is appropriate. In particular, the lower limit is 4
% Or more, more preferably 8.5% or more.

【0056】Crは耐食性を改善するのであるが、過剰
添加すると有害なσ相析出や炭化物の粗大化を引起こ
し、高温強度を低下させる。添加量としては5.5〜9
%の範囲とする。
Cr improves corrosion resistance, but when added excessively, it causes harmful σ phase precipitation and coarsening of carbides, and lowers the high-temperature strength. The addition amount is 5.5 to 9
% Range.

【0057】Al,TiはNi基合金の析出強化因子で
あるγ′相すなわちNi3(Al,Ti)を析出させて高
温強度の向上に寄与する。添加量としては、Al:4.
0〜7.0,Ti:0.5〜1.5% の範囲は適正であ
り、特にAl5〜6%,Ti0.5〜1.0%が好まし
い。
Al and Ti precipitate the γ ′ phase, ie, Ni 3 (Al, Ti), which is a precipitation strengthening factor of the Ni-based alloy, thereby contributing to improvement in high-temperature strength. The addition amount is Al: 4.
The ranges of 0 to 7.0 and Ti: 0.5 to 1.5% are appropriate, and in particular, Al of 5 to 6% and Ti of 0.5 to 1.0% are preferable.

【0058】Nb,Ta,Hfは強化因子であるγ′相
に固溶され、高温強度を向上するが、過剰に添加する
と、結晶粒界に偏析しかえって強度を低下させる。添加
量としては、Nb3%以下,Ta2〜7%,Hf0.5
〜1.0%が適正であり、特にNb:0.2〜3.0%,
Ta3〜4%,Hf0.5〜1.0%が好ましい。特に、
Hfは凝固時の縦割れ防止の効果があり、高温での延性
を改善させるが、1%を越えると凝固時の共晶組織を増
大させ、有効な溶体化処理を困難にさせる。
Nb, Ta, and Hf form a solid solution in the γ 'phase, which is a strengthening factor, and improve the high-temperature strength. However, if added excessively, they segregate at the crystal grain boundaries and lower the strength. The addition amount is Nb 3% or less, Ta 2 to 7%, Hf 0.5.
11.0% is appropriate, especially Nb: 0.2 to 3.0%,
Ta3-4%, Hf0.5-1.0% are preferred. In particular,
Hf has the effect of preventing longitudinal cracks during solidification and improves ductility at high temperatures. However, if it exceeds 1%, the eutectic structure at the time of solidification increases, making effective solution treatment difficult.

【0059】Zr,Bは凝固時の縦割れを防止し、粒界
を強化し、高温強度を改善するが、過剰に添加すると延
性,靭性を低下し、粒界の融点を下げ高温強度を低下さ
せる。添加量としては、Zr:0〜0.035%,B:
0〜0.035%が適正である。特に、C量との関係か
らA(C0.20%,B+Zr0%),B(C0.05%,
B+Zr0%),C(C0%,B+Zr0.01%),
D(C0%,B+Zr0.035%),E(C0.1%,B
+Zr0.025%),F(C0.04%,B+Zr0.0
02%),G(C0%,B+Zr0.02%),H(C0.
1%,B+Zr0.02%)のうち、A,F,C,G,
H及びAで囲まれた範囲が好ましい。
Zr and B prevent vertical cracks during solidification, strengthen grain boundaries, and improve high-temperature strength. However, if added excessively, ductility and toughness are reduced, and the melting point of grain boundaries is lowered and high-temperature strength is reduced. Let it. As the addition amount, Zr: 0 to 0.035%, B:
0-0.035% is appropriate. Particularly, A (C 0.20%, B + Zr 0%), B (C 0.05%,
B + Zr 0%), C (C 0%, B + Zr 0.01%),
D (C 0%, B + Zr 0.035%), E (C 0.1%, B
+ Zr 0.025%), F (C 0.04%, B + Zr 0.0
02%), G (C0%, B + Zr 0.02%), H (C0.
1%, B + Zr 0.02%), A, F, C, G,
A range surrounded by H and A is preferable.

【0060】W,Moはマトリックスのγ相に固溶して
強化し、特に長時間強度の改善に効果が大きい。しかし
ながら、過剰に添加するとσ相等の有害相析出を助長
し、かえって強度を低下させる。添加量としては、W2
〜15%,特にW7.0〜11.0%,Mo0.3〜1.0%
が好ましい。よりW8〜10%が好ましい。
W and Mo form a solid solution in the γ phase of the matrix to strengthen them, and are particularly effective in improving long-term strength. However, if added in excess, it promotes the precipitation of harmful phases such as the σ phase, and on the contrary, lowers the strength. The addition amount is W2
-15%, especially W7.0-11.0%, Mo0.3-1.0%
Is preferred. W8 to 10% is more preferable.

【0061】Reは耐高温腐食性を向上させるが、ある
程度の添加量以上になると効果が飽和し、かえって延
性,靭性の低下を招く。添加量としては、1〜4%、よ
り2.5〜3.5%が好ましい。
Re improves the high-temperature corrosion resistance, but the effect is saturated when it is added to a certain amount or more, and on the contrary, the ductility and the toughness are reduced. The addition amount is preferably 1 to 4%, more preferably 2.5 to 3.5%.

【0062】[0062]

【実施例】[実施例1] 図1は本発明に係るガスタービン用単結晶動翼の斜視図
を示し、図2は本発明の動翼の製造方法を示す装置の概
略図である。
Embodiment 1 FIG. 1 is a perspective view of a single crystal blade for a gas turbine according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of an apparatus showing a method for manufacturing a blade according to the present invention.

【0063】図2において、最初、冷水銅チルプレート
11の上に、セットしたアルミナを主成分とするセラミ
ック鋳型8を固定し、それを鋳型加熱炉4の中にセット
し、セラミック鋳型8をNi基超合金の融点以上に加熱
する。次に溶解したNi基超合金をセラミック鋳型8の
中に鋳込み、その後水冷銅チルプレート11を下方に引
出し、一方向凝固させた。一方向凝固では最初スタータ
10で多くの結晶を発生させる。次にセレクタ9で一つ
の結晶のみを成長させる。更に拡大部で結晶を大きくさ
せ、翼部を10cm/hの引出し速度で凝固することによ
り単結晶化する。翼部が凝固し単結晶化した後、プラッ
トフォーム15で鋳型の引出し速度40cm/hと速くす
ることにより、残りの部分を単結晶成長せず柱状晶とし
た。この方法によって翼部は単結晶組織、翼部以外は柱
状晶組織の柱状晶動翼が得られた。この場合、柱状晶は
翼部の単結晶を種として成長させるため、柱状晶間の方
位の差を約5度とすることができた。また、鋳型加熱炉
4はセラミック鋳型8が完全に引出され、凝固が終了す
るまで高温に保った。また、上記溶解と凝固の工程は、
全て真空中で行った。表1に単結晶動翼の鋳造条件及
び、表2に鋳造に用いたNi基超合金の化学組成を示
す。尚、上記方法で鋳造した柱状晶動翼は、鋳造後12
60〜1280℃で真空中2〜60h溶体化処理を行っ
て、凝固後の冷却過程で形成された析出γ′相をγ相に
変え、その後1000〜1150℃で4〜20hと80
0〜950℃で8〜100hの時効熱処理を行い、マト
リックスのγ相中に平均0.3〜2μm より好ましくは
0.1〜0.5μmのγ′相を析出させた。
In FIG. 2, first, a ceramic mold 8 containing alumina as a main component is fixed on a cold water copper chill plate 11, and the ceramic mold 8 is set in a mold heating furnace 4. Heat to above the melting point of the base superalloy. Next, the melted Ni-base superalloy was cast into the ceramic mold 8, and then the water-cooled copper chill plate 11 was pulled out downward and solidified in one direction. In directional solidification, many crystals are generated in the starter 10 at first. Next, only one crystal is grown by the selector 9. Further, the crystal is enlarged in the enlarged portion, and the wing portion is solidified at a withdrawal speed of 10 cm / h to form a single crystal. After the wings were solidified and single-crystallized, the platform 15 was used to increase the mold withdrawal speed to 40 cm / h, thereby forming columnar crystals without growing single crystals. By this method, a columnar crystal blade having a single crystal structure in the blade portion and a columnar crystal structure in other than the blade portion was obtained. In this case, since the columnar crystal was grown using the single crystal of the blade portion as a seed, the difference in orientation between the columnar crystals could be set to about 5 degrees. The mold heating furnace 4 was kept at a high temperature until the ceramic mold 8 was completely drawn out and solidification was completed. In addition, the steps of dissolving and coagulating,
All performed in vacuum. Table 1 shows the casting conditions of the single crystal blade and Table 2 shows the chemical composition of the Ni-based superalloy used for casting. In addition, the columnar crystal blade cast by the above method is
A solution treatment is performed in a vacuum at 60 to 1280 ° C. for 2 to 60 hours to change a precipitated γ ′ phase formed in a cooling process after solidification into a γ phase.
Aging heat treatment was performed at 0 to 950 ° C. for 8 to 100 hours to precipitate a γ ′ phase having an average of 0.3 to 2 μm, more preferably 0.1 to 0.5 μm, in the γ phase of the matrix.

【0064】[0064]

【表1】 [Table 1]

【0065】[0065]

【表2】 [Table 2]

【0066】鋳型の引出し速度は鋳型8の中のプラット
フォーム15に相当する部分に熱伝対を挿入し、その部
分の温度を測定し凝固点になった時点で引出し速度を変
えた。なお、加熱炉4の下部に黒鉛の仕切板を設けると
ともに、その下部に水冷銅パイプを螺旋状に巻回して鋳
型を冷却するようにした。
With respect to the mold withdrawal speed, a thermocouple was inserted into a portion of the mold 8 corresponding to the platform 15, the temperature of the portion was measured, and when the solidification point was reached, the withdrawal speed was changed. In addition, a graphite partition plate was provided at the lower part of the heating furnace 4, and a water-cooled copper pipe was spirally wound at the lower part to cool the mold.

【0067】以上のやり方で得た動翼は翼部1は単結晶
で、プラットフォーム15より下の部分2は柱状晶とな
った。空冷フィン14では柱状晶とは言い難い直径10
mm程度の結晶粒となっていた。シャンク18の表面では
柱状晶であったが、内部は翼部1の単結晶が成長した大
きな柱状晶から次第に小さい柱状晶が形成された。表面
での柱状晶の幅は5〜10mmで、平均の幅は5〜6mmで
あった。翼部はエッチングによって外表面において全単
結晶であることが確認することができた。従って、翼部
における結晶方位の差は8度以内であることが分る。
In the rotor blade obtained in the above manner, the blade portion 1 was a single crystal, and the portion 2 below the platform 15 was a columnar crystal. The air-cooled fin 14 has a diameter of 10 which is hardly a columnar crystal.
The crystal grains were about mm. Columnar crystals were formed on the surface of the shank 18, but gradually smaller columnar crystals were formed inside the shank 18 from large columnar crystals on which the single crystal of the wing 1 was grown. The width of the columnar crystals on the surface was 5 to 10 mm, and the average width was 5 to 6 mm. The wings were confirmed to be all single crystals on the outer surface by etching. Therefore, it can be seen that the difference in crystal orientation in the wing is within 8 degrees.

【0068】図3は動翼の中子の平面図で、動翼との位
置関係を示したものである。本実施例における動翼は内
部を冷却できるように空洞にする。冷却媒体として空気
が用いられるが水蒸気冷却も適用できる。冷媒はダブテ
ィル16の中子21の部分より供給され、翼先端の17
より排出される部分と翼のトレーリングエッヂ23より
排出される部分とに分けて流れる。中子の20,22は
穴になっていて2枚の翼部が互いにこの穴に対応して形
成される突起によって一体になっており、トレーリング
エッヂ23部分の冷媒の排出口はスリット状になってい
る。中子の22は穴になっていてこの部分に溶湯が埋め
られ一体になって形成される。
FIG. 3 is a plan view of the core of the moving blade, showing the positional relationship with the moving blade. The rotor blades in this embodiment are hollow so that the inside can be cooled. Although air is used as a cooling medium, steam cooling can also be applied. The refrigerant is supplied from the core 21 of the dovetail 16,
It flows into a part discharged from the wing and a part discharged from the trailing edge 23 of the wing. The cores 20 and 22 are holes, and the two wings are integrated with each other by protrusions formed corresponding to the holes. The outlet of the refrigerant at the trailing edge 23 is formed in a slit shape. Has become. The core 22 is a hole and is formed integrally with the molten metal buried in this portion.

【0069】本実施例における翼部1の長さは約100
mmで、プラットフォーム以降の長さが120mmの大きさ
を有する。
The length of the wing 1 in this embodiment is about 100
mm, and the length after the platform has a size of 120 mm.

【0070】図4に得られた動翼のクリープラプチャー
強度を、ラルソン・ミラーパラメータPを用いて示す。
比較材は市販のCM186LC 合金の柱状晶を用いた。単結晶
化後溶体化熱処理及び時効熱処理を行うことによって、
従来の柱状晶組織で時効熱処理のみを行ったものに比
べ、応力14.0kgf/mm2,10万時間クリープでの耐
用温度が約20℃向上した。市販合金組成は表2に示す
合金組成において、B0.016%,Zr0.016%,
C0.15% を有するものである。
FIG. 4 shows the obtained creep rupture strength of the rotor blade using the Larson-Miller parameter P.
The comparative material used was a columnar crystal of a commercial CM186LC alloy. By performing solution heat treatment and aging heat treatment after single crystallization,
As compared with the conventional columnar crystal structure subjected to only the aging heat treatment, the service temperature at a stress of 14.0 kgf / mm 2 and creep for 100,000 hours was improved by about 20 ° C. The commercially available alloy compositions are the alloy compositions shown in Table 2 with B 0.016%, Zr 0.016%,
It has a C of 0.15%.

【0071】[実施例2] 本発明の動翼に溶体化熱処理を行えたのはC,B,Z
r,Hfの添加量を制御し、共晶組織を融点を上昇させ
たためである。以下に共晶組織を融点を上昇させるため
の方法について述べる。
[Example 2] C, B, and Z were subjected to solution heat treatment on the rotor blade of the present invention.
This is because the amounts of added r and Hf were controlled to increase the melting point of the eutectic structure. Hereinafter, a method for increasing the melting point of the eutectic structure will be described.

【0072】従来の粒界強化元素を含む合金は、C,
B,Zr,Hf等を多く含んでおり、溶体化熱処理がで
きなかった。そこで、重量で、 Cr:5.0〜14.0% Co:0〜12.0% W :5.0〜12.0% Re:0〜3.5% Mo:0.5〜3.0% Ta:3.0〜7.0% Al:4.0〜6.0% Ti:0.5〜3.0% Hf:0〜2.0% を含むNi基の合金について、合金のC量と(Zr+
B)量の割合を変化させ、共晶組織の融点と析出γ′相
の固溶温度の関係を調べた。その結果、C:0.1%以
下,B+Zr:0.025% 以下にすれば、共晶組織の
初期溶融を生じることなく、析出γ′相を母相中に固溶
できることが判った。しかし、C:0.1%以下,B+
Zr:0.025% 以下の組成範囲としたNi基超合金
の一方向凝固柱状晶翼を鋳造したところ、粒界割れが発
生した。図5は従来の一方向凝固で製造した柱状晶動翼
の粒界割れのスケッチを示す。すなわち従来の一方向凝
固法で、C:0.1重量%以下,B+Zr:0.025重
量%以下の合金を用いて柱状晶動翼を製造すると、粒界
に割れが生じ、製品として使用できなかった。
Conventional alloys containing a grain boundary strengthening element include C,
It contained a large amount of B, Zr, Hf, etc., and could not be subjected to solution heat treatment. Therefore, by weight, Cr: 5.0 to 14.0% Co: 0 to 12.0% W: 5.0 to 12.0% Re: 0 to 3.5% Mo: 0.5 to 3.0% % Ta: 3.0 to 7.0% Al: 4.0 to 6.0% Ti: 0.5 to 3.0% Hf: 0 to 2.0% Quantity and (Zr +
The relationship between the melting point of the eutectic structure and the solid solution temperature of the precipitated γ 'phase was examined by changing the proportion of B). As a result, it was found that if the content of C was 0.1% or less and the content of B + Zr was 0.025% or less, the precipitated γ ′ phase could be dissolved in the parent phase without initial melting of the eutectic structure. However, C: 0.1% or less, B +
When a unidirectionally solidified columnar blade of Ni-base superalloy having a composition range of Zr: 0.025% or less was cast, grain boundary cracking occurred. FIG. 5 shows a sketch of a grain boundary crack of a columnar blade manufactured by conventional directional solidification. That is, when the columnar crystal blade is manufactured by the conventional directional solidification method using an alloy of C: 0.1% by weight or less and B + Zr: 0.025% by weight or less, cracks occur at the grain boundaries and the product can be used as a product. Did not.

【0073】そこで、柱状晶の結晶方位差と、合金のC
量と(Zr+B)量、及び粒界割れの関係を調べたとこ
ろ、柱状晶の結晶方位差が8度以内のときに、重量で、
C:0.03%以上,(Zr+B):0.005%以上とす
ると、粒界割れのない健全な柱状晶翼が得られるが、柱
状晶の結晶方位差が8度以上のときは、C:0.03%
以上,(Zr+B):0.005%以上としても粒界割れ
が発生した。なお、C量が0.03% 以下では柱状晶の
結晶方位差が8度以内でも粒界割れが発生した。以上の
結果をまとめて図6に示す。尚、結晶方位差を6度以内
にすればA(C0.20%,B+Zr0%),B(C0.
05%,B+Zr0%),C(C0%,B+Zr0.01
%),D(C0%,B+Zr0.035%)及びE(C
0.1%,B+Zr0.025% )内であれば初期溶融
無く粒界割れもないものが得られる。
Therefore, the difference in crystal orientation between the columnar crystals and the C
When the relationship between the amount and the (Zr + B) amount and the grain boundary cracking was examined, when the crystal orientation difference of the columnar crystal was within 8 degrees,
When C: 0.03% or more and (Zr + B): 0.005% or more, a sound columnar blade without grain boundary cracks can be obtained, but when the crystal orientation difference of the columnar crystal is 8 degrees or more, C : 0.03%
As described above, grain boundary cracking occurred even when (Zr + B) was 0.005% or more. When the C content was 0.03% or less, grain boundary cracking occurred even when the crystal orientation difference of the columnar crystals was within 8 degrees. The above results are shown in FIG. When the crystal orientation difference is within 6 degrees, A (C 0.20%, B + Zr 0%) and B (C0.
05%, B + Zr0%), C (C0%, B + Zr0.01)
%), D (C 0%, B + Zr 0.035%) and E (C
(0.1%, B + Zr 0.025%), a material having no initial melting and no grain boundary cracking can be obtained.

【0074】C:0.1重量%以下,B+Zr:0.02
5重量%以下の合金で粒界割れを発生させないために
は、結晶方位の差を8度以内にすることが必要である
が、従来の一方向凝固法は各柱状晶の横方向の結晶方位
はランダムであり8度以内に制御することができなかっ
た。しかし本発明の方法では翼部を単結晶とし、この単
結晶を種にして柱状晶を成長させることにより、柱状晶
の方位の差を8度以内とすることができた。すなわち本
発明のように翼部を単結晶,翼部以外を方位差が8度以
内の柱状晶とすることで、C:0.1重量%以下,B+
Zr:0.025重量%以下でも粒界割れのない健全な
柱状晶翼が得られた。BとZrは一方又は両方のいずれ
でも同じ効果を示した。
C: 0.1% by weight or less, B + Zr: 0.02
In order to prevent grain boundary cracks from occurring in alloys of 5% by weight or less, it is necessary to keep the difference in crystal orientation within 8 degrees. However, in the conventional unidirectional solidification method, the lateral crystal orientation of each columnar crystal is used. Was random and could not be controlled within 8 degrees. However, in the method of the present invention, the difference in the orientation of the columnar crystals could be kept within 8 degrees by making the wings a single crystal and growing the columnar crystals by using this single crystal as a seed. That is, as in the present invention, the wing portion is made of a single crystal, and the other portions are made of columnar crystals having a misorientation of 8 degrees or less, so that C: 0.1% by weight or less,
Even with Zr: 0.025% by weight or less, a sound columnar blade free of grain boundary cracks was obtained. B and Zr showed the same effect in either one or both.

【0075】表3に翼長22cm(翼部100mm,付根部
120mm)の動翼を製造したときの従来法による柱状晶
動翼,単結晶動翼及び本発明による動翼の特徴を比較し
て示す。尚柱状晶動翼及び単結晶動翼の鋳造には市販の
合金を用いた。
Table 3 compares the characteristics of the columnar crystal blade, the single crystal blade according to the conventional method, and the blade according to the present invention when a blade having a blade length of 22 cm (wing portion 100 mm, root portion 120 mm) was manufactured. Show. A commercially available alloy was used for casting the columnar crystal blade and the single crystal blade.

【0076】[0076]

【表3】 [Table 3]

【0077】本発明による柱状晶動翼は粒界割れが発生
しないため、動翼の歩留り15%から70%と約5倍ア
ップすると共に、応力14.0kgf/mm2,10万時間ク
リープでの耐用温度が約20℃上昇した。
Since the columnar crystal blade according to the present invention does not cause grain boundary cracking, the yield of the blade is increased by about 5 times from 15% to 70%, and the stress at a stress of 14.0 kgf / mm 2 and a creep of 100,000 hours is applied. The service temperature increased by about 20 ° C.

【0078】耐用温度だけを比較すると単結晶よりも劣
る。しかし、本発明では、翼部以外を柱状晶組織とした
ことで、鋳造時間を短くしかつ鋳型加熱温度を低くでき
た。その結果鋳型との反応が少なく、欠陥の割合が減少
して、動翼の製造歩留まりが向上することから、本発明
は極めて実用的な柱状晶動翼及び製造法である。なお、
生産性及び歩留まりは劣るが、本合金を用いて翼全体を
単結晶にしてもなんら実害が無いことは自明である。
When only the service temperature is compared, it is inferior to a single crystal. However, in the present invention, the casting time was shortened and the mold heating temperature was lowered by using a columnar crystal structure other than the blade portion. As a result, the reaction with the mold is small, the ratio of defects is reduced, and the production yield of the moving blade is improved. Therefore, the present invention is an extremely practical columnar crystal blade and a manufacturing method. In addition,
Although productivity and yield are inferior, it is obvious that there is no actual harm even if the entire blade is made of a single crystal using this alloy.

【0079】[実施例3] 本発明の動翼に溶体化熱処理を行えたのはC,B,Z
r,Hfの添加量を制御し、共晶組織を融点を上昇させ
たためである。以下に共晶組織の融点を上昇させるため
の方法について述べる。
Example 3 Solution blades of the present invention were subjected to solution heat treatment for C, B, and Z.
This is because the amounts of added r and Hf were controlled to increase the melting point of the eutectic structure. Hereinafter, a method for increasing the melting point of the eutectic structure will be described.

【0080】従来の粒界強化元素を含む合金は、C,
B,Zr,Hf等を多く含んでおり、溶体化熱処理がで
きなかった。そこで、重量で、 Cr:2.0〜16.0% Co:4〜10.5% W :2.0〜15.0% Re:0〜4.0% Mo:0〜6.0% Ta:2.0〜12.0% Al:4.0〜7.0% Ti:0.5〜5.0% を含むNi基の合金について、Hfが0.5〜1.1%の
範囲で合金のC量と(Zr+B)量の割合を変化させ、共
晶組織の融点と析出γ′相の固溶温度の関係を調べた。
その結果、B+Zr:0.020% 以下にすれば、共晶
組織の初期溶融を生じることなく、析出γ′相を母相中
に固溶できることが判った。しかし、Hf:0.5〜1.
1%,C:0.2%以下,B+Zr:0.020%以下の
組成範囲としたNi基超合金の一方向凝固柱状晶翼を鋳
造したところ、粒界割れが前述の図5に示すように発生
した。すなわち、Hf:0.5〜1.1重量%,C:0.
2 重量%以下,B+Zr:0.020 重量%以下の合
金を用いて従来の一方向凝固法で結晶方位をランダムと
した柱状晶動翼を製造すると、粒界に割れが生じ、製品
として使用できなかった。
Conventional alloys containing a grain boundary strengthening element include C,
It contained a large amount of B, Zr, Hf, etc., and could not be subjected to solution heat treatment. Therefore, by weight, Cr: 2.0 to 16.0% Co: 4 to 10.5% W: 2.0 to 15.0% Re: 0 to 4.0% Mo: 0 to 6.0% Ta : 2.0 to 12.0% Al: 4.0 to 7.0% Ti: 0.5 to 5.0% For Ni-based alloys containing Hf in the range of 0.5 to 1.1%. The relationship between the melting point of the eutectic structure and the solid solution temperature of the precipitated γ 'phase was examined by changing the ratio between the C content and the (Zr + B) content of the alloy.
As a result, it was found that when B + Zr: 0.020% or less, the precipitated γ ′ phase can be dissolved in the parent phase without initial melting of the eutectic structure. However, Hf: 0.5 to 1.
When a unidirectionally solidified columnar blade of Ni-base superalloy having a composition range of 1%, C: 0.2% or less and B + Zr: 0.020% or less was cast, grain boundary cracking was observed as shown in FIG. Occurred. That is, Hf: 0.5 to 1.1% by weight, C: 0.5%.
When a columnar crystal blade with a random crystal orientation is manufactured by a conventional one-way solidification method using an alloy having a weight ratio of 2% by weight or less and B + Zr: 0.020% by weight or less, cracks occur at grain boundaries and the product can be used as a product. Did not.

【0081】そこで、柱状晶の結晶方位差と、Hfが
0.5% 合金のC量と(Zr+B)量、及び粒界割れの
関係を調べたところ、柱状晶の結晶方位差が15度以内
のときに、重量で、C:0.03%以上,(Zr+B):
0.002%以上とすると、粒界割れのない健全な柱状
晶翼が得られるが、柱状晶の結晶方位差が15度以上の
ときは、C:0.03%以上,(Zr+B):0.002
%以上としても粒界割れが発生した。なお、Zr+B量
が0.002% 未満では柱状晶の結晶方位差が15度以
内でも粒界割れが発生した。
Then, when the relationship between the crystal orientation difference of the columnar crystals, the C content and the (Zr + B) content of the alloy with 0.5% Hf, and the grain boundary cracking was examined, the crystal orientation difference of the columnar crystals was within 15 degrees. At the time of, C: 0.03% or more by weight, (Zr + B):
When the content is 0.002% or more, a sound columnar blade without grain boundary cracks can be obtained. However, when the crystal orientation difference of the columnar crystals is 15 degrees or more, C: 0.03% or more, and (Zr + B): 0. .002
% Or more, grain boundary cracking occurred. When the Zr + B content was less than 0.002%, grain boundary cracking occurred even when the crystal orientation difference of the columnar crystal was within 15 degrees.

【0082】C量が0.1% 以上では、1040℃,1
4kgf/mm2 のクリープ破断時間が400hに満たない
ものがあった。また、初期溶融が起こることで完全な溶
体化処理が行えないものは400hに満たなかった。ま
た、Hfが0.5〜1.1%で柱状晶の結晶方位差が15
度以内の場合のC量とZr+B量との関係がA(0.2
%,0%),F(0.04%,0.002%),C(0%,
0.01%),G(0%,0.02%),H(0.1%,0.0
2%)の各点を囲んだ範囲内によって得られる。Hf:
0.5〜1.1%,C:0.2重量%以下,B+Zr:0.
020重量%以下の合金で粒界割れを発生させないため
には、結晶方位の差を15度以内にすることが必要であ
るが、従来の一方向凝固法は各柱状晶の横方向の結晶方
位はランダムであり15度以内に制御することができな
かった。しかし本発明の方法では翼部を単結晶とし、こ
の単結晶を種にして柱状晶を成長させることにより、柱
状晶の方位の差を15度以内とすることができた。すな
わち本発明のように翼部を単結晶、翼部以外を方位差が
15度以内の柱状晶とすることで、Hf:0.5 〜1.
1 重量%,C:0.2 重量%以下,B+Zr:0.02
0 重量%以下でも粒界割れのない健全な柱状晶翼が得
られた。BとZrは一方又は両方のいずれでも同じ効果
を示した。
When the C content is 0.1% or more, 1040 ° C., 1%
In some cases, the creep rupture time of 4 kgf / mm 2 was less than 400 hours. In addition, less than 400 hours did not allow complete solution treatment due to initial melting. Further, when Hf is 0.5 to 1.1% and the crystal orientation difference of the columnar crystal is 15%.
The relationship between the amount of C and the amount of Zr + B in the case of the degree is A (0.2
%, 0%), F (0.04%, 0.002%), C (0%,
0.01%), G (0%, 0.02%), H (0.1%, 0.0
2%) within the range surrounding each point. Hf:
0.5 to 1.1%, C: 0.2% by weight or less, B + Zr: 0.2%
In order to prevent grain boundary cracks from occurring in alloys of 020% by weight or less, it is necessary to keep the difference in crystal orientation within 15 degrees. Was random and could not be controlled within 15 degrees. However, in the method of the present invention, the difference in the orientation of the columnar crystals could be kept within 15 degrees by using a single crystal for the blade portion and growing the columnar crystals using this single crystal as a seed. That is, as in the present invention, the wing portion is made of a single crystal, and the other portions are made of columnar crystals having a misorientation difference of 15 degrees or less, so that Hf: 0.5 to 1.5.
1% by weight, C: 0.2% by weight or less, B + Zr: 0.02
Even at 0% by weight or less, a sound columnar blade without grain boundary cracks was obtained. B and Zr showed the same effect in either one or both.

【0083】表4に鋳造条件及び合金組成(重量%)を
示す。残部はNiである。
Table 4 shows the casting conditions and alloy compositions (% by weight). The balance is Ni.

【0084】[0084]

【表4】 [Table 4]

【0085】本発明動翼は粒界割れが発生しないため、
従来の柱状晶動翼と比べて歩留りが15%から70%と
約5倍アップすると共に、1040℃−14kgf/mm2
の条件のクリープ破断時間が翼部で193hから456
hと2倍以内向上した。また、本発明動翼のシャンク部
は柱状晶であるが、溶体化処理を施すことで、柱状晶部
のクリープ破断時間も従来柱状晶翼と比べて2倍以上で
あった。
Since the blade of the present invention does not cause grain boundary cracking,
Compared with the conventional columnar blades, the yield is increased by about 5 times from 15% to 70%, and at 1040 ° C.-14 kgf / mm 2.
Creep rupture time of wings from 193h to 456
h and improved within 2 times. Although the shank portion of the blade of the present invention is columnar, the creep rupture time of the columnar portion was twice or more as compared with the conventional columnar blade by performing the solution treatment.

【0086】本発明動翼と単結晶翼を比較すると、本発
明動翼は高温クリープ強度では単結晶翼に劣っている。
しかし、本発明動翼は翼部以外を柱状晶とすることで、
鋳造時間を短くしかつ鋳型加熱温度を低くすることがで
きた。その結果、鋳型との反応及び中子の変形が少なく
なり、欠陥の割合が減少して、製造歩留まりが向上した
ことから、本発明は極めて実用的な高強度動翼である。
さらに、本発明動翼の柱状晶部の700℃付近での引張
強度は単結晶翼と比べて約1割高かった。これは、柱状
晶のサブグレインが引張強度の向上に寄与しているもの
と考えられるが、シャンク部に要求されるのは高温での
クリープ強度ではなく700℃付近の温度での引張強度
であるため、翼部を単結晶,翼部以外を柱状晶とする本
発明動翼は動翼に要求される2つの特性を兼ね備えた優
れた動翼であるといえる。
When the blade of the present invention is compared with the single crystal blade, the blade of the present invention is inferior to the single crystal blade in high temperature creep strength.
However, the rotor blade of the present invention has columnar crystals other than the wing portion,
The casting time could be shortened and the mold heating temperature could be reduced. As a result, the reaction with the mold and the deformation of the core are reduced, the ratio of defects is reduced, and the production yield is improved. Therefore, the present invention is an extremely practical high-strength blade.
Furthermore, the tensile strength of the columnar crystal part of the blade of the present invention at around 700 ° C. was about 10% higher than that of the single crystal blade. This is thought to be due to the subgrains of columnar crystals contributing to the improvement in tensile strength, but what is required for the shank is not the creep strength at high temperatures but the tensile strength at temperatures around 700 ° C. Therefore, it can be said that the rotor blade of the present invention in which the blade portion is a single crystal and the other portion than the blade portion is a columnar crystal is an excellent rotor blade having two characteristics required for the rotor blade.

【0087】[実施例4] 実施例1で述べた方法で表5に示す組成(重量%)のN
i基超合金を鋳込み,翼部が単結晶,翼部以外をほぼ完
全に柱状晶とした柱状晶動翼を製造した。本実施例にお
ける鋳型は図2において空冷フィン部の突出部に対して
単結晶拡大部よりバイパスさせたストレートな鋳型を形
成させて空冷フィン部が柱状晶になるようにした。鋳造
後の動翼に粒界割れは見られなかった。また合金に、1
270〜1285℃で真空中2〜60hの溶体化処理、
及び1000〜1150℃で4〜20hと800〜95
0℃で8〜100hの時効熱処理を行った。そして、10
00〜1150℃で4〜20hと800〜950℃で8〜
100hの時効熱処理のみを施した試料と、応力14.
0kgf/mm2,10万時間クリープでの耐用温度を比較
したところ、耐用温度が約15℃上昇していた。本実施
例において、柱状晶同志の結晶方位差は約5度であっ
た。
Example 4 N of the composition (% by weight) shown in Table 5 was obtained by the method described in Example 1.
An i-base superalloy was cast to produce a columnar blade in which the blade portion was a single crystal and the other portions were almost completely columnar. In the mold of the present embodiment, a straight mold was formed so as to bypass the protruding portion of the air-cooled fin portion from the enlarged single crystal portion in FIG. 2 so that the air-cooled fin portion became a columnar crystal. No grain boundary cracks were found on the blade after casting. In addition, 1
Solution treatment in vacuum at 270 to 1285 ° C. for 2 to 60 h,
4 to 20 h at 1000 to 1150 ° C and 800 to 95
The aging heat treatment was performed at 0 ° C. for 8 to 100 hours. And 10
4 ~ 20h at 00 ~ 1150 ° C and 8 ~ at 800 ~ 950 ° C
A sample subjected to only the aging heat treatment for 100 hours and a stress of 14.
When the service temperature after creeping at 0 kgf / mm 2 and 100,000 hours was compared, the service temperature increased by about 15 ° C. In this example, the crystal orientation difference between the columnar crystals was about 5 degrees.

【0088】[0088]

【表5】 [Table 5]

【0089】[実施例5] 実施例1で述べた方法で表6に示す合成を鋳込み,翼部
が単結晶,翼部以外をほぼ完全に柱状晶としたガスター
ビン用動翼を鋳造した。本実施例における鋳型は図2に
おいて突起部であるフィンに対して単結晶拡大部よりバ
イパスさせたストレートな鋳型を凝固促進通路として追
加し、フィンが良好な結晶性をもつ柱状晶になるように
した。その結果、この動翼には鋳造後に粒界割れは見ら
れず、フィンは方位差5度以内の健全な柱状晶であっ
た。
Example 5 The compositions shown in Table 6 were cast by the method described in Example 1, and a blade for a gas turbine in which the blade portion was a single crystal and the column except for the blade portion was almost completely columnar was cast. In the mold in this embodiment, a straight mold which is bypassed from the single crystal enlargement portion to the fin which is the protrusion in FIG. 2 is added as a solidification promoting passage so that the fin becomes a columnar crystal having good crystallinity. did. As a result, no grain boundary cracks were found in the blade after casting, and the fins were sound columnar crystals with a misorientation of less than 5 degrees.

【0090】鋳造後、この動翼に、1250〜1285
℃−2〜60hの溶体化熱処理及び1080℃−4hと
871℃−20hの時効熱処理を施した試料と、108
0℃−4hと871℃−20hの時効熱処理のみの試料
を用意した。その結果、溶体化熱処理を施した試料は時
効熱処理のみの試料より、表4中のすべての合金で応力
14kgf/mm2 ,10万時間クリープでの耐用温度が約
15℃向上していた。
After casting, the rotor blades were provided with 1250 to 1285
A sample subjected to solution heat treatment at −2 to 60 ° C. and aging heat treatment at 1080 ° C. for 4 h and 871 ° C. for 20 h;
Samples were prepared only for the aging heat treatment at 0 ° C-4h and 871 ° C-20h. As a result, the samples subjected to the solution heat treatment showed that all the alloys shown in Table 4 had a stress of 14 kgf / mm 2 and a service temperature under creep of 100,000 hours improved by about 15 ° C. as compared with the samples subjected to the aging heat treatment alone.

【0091】[0091]

【表6】 [Table 6]

【0092】[実施例6] 表7に示す本発明合金を用いて、実施例1に示した方法
に準じてガスタービン用動翼を鋳造した。ただし、ここ
ではプラットフォーム15を過ぎても鋳型引出し速度を
変えず、全体を10cm/hの鋳型引出し速度で鋳造し
た。鋳造後、実施例1と同様の熱処理を施し、この動翼
から2つの結晶粒をもつ数本のミニチュア試料を切り出
し、2つの結晶粒の凝固方向に直角方向の結晶方位の差
とクリープ強度の関係を調べた。なお、試料は粒界に平
行方向に採取した。また、単結晶専用合金である特公平
3−75619 号に示された合金を比較合金として評価し
た。比較合金についても本発明合金と同一の鋳造条件で
鋳造し、特公平3−75619 号に示された熱処理を施した
後、試験に供した。結果を表8に示す。この結果から、
本発明合金の1040℃,14kgf/mm2 のクリープ強
度は、結晶方位の差が15度以内であれば結晶方位差に
ほとんど影響されない。これに対して、単結晶専用であ
る比較合金は僅かの結晶方位の差も許容できないことが
わかる。
Example 6 Using the alloy of the present invention shown in Table 7, a rotor blade for a gas turbine was cast in accordance with the method shown in Example 1. However, in this case, the entire mold was cast at a mold withdrawal speed of 10 cm / h without changing the mold withdrawal speed even after passing through the platform 15. After casting, the same heat treatment as in Example 1 was performed, and several miniature samples having two crystal grains were cut out from the rotor blade, and the difference in crystal orientation in the direction perpendicular to the solidification direction of the two crystal grains and the creep strength were measured. Investigated the relationship. The sample was taken in a direction parallel to the grain boundary. In addition, a special alloy for single crystal
The alloy shown in 3-75619 was evaluated as a comparative alloy. The comparative alloy was cast under the same casting conditions as the alloy of the present invention, subjected to the heat treatment described in Japanese Patent Publication No. 3-75619, and then subjected to a test. Table 8 shows the results. from this result,
The creep strength of the alloy of the present invention at 1040 ° C. and 14 kgf / mm 2 is hardly affected by the difference in crystal orientation as long as the difference in crystal orientation is within 15 degrees. In contrast, it can be seen that the comparative alloy dedicated to single crystals cannot tolerate even a slight difference in crystal orientation.

【0093】[0093]

【表7】 [Table 7]

【0094】[0094]

【表8】 [Table 8]

【0095】[実施例7] 図7は実施例2の本発明のガスタービン動翼を有するガ
スタービンの回転部分の断面図である。
[Embodiment 7] FIG. 7 is a cross-sectional view of a rotating part of a gas turbine having a gas turbine rotor blade according to Embodiment 2 of the present invention.

【0096】30はタービンスタブシャフト、33はタ
ービン動翼、43はタービンスタッキングボルト、38
はタービンスペーサ、49はディスタントピース、40
はノズル、36はコンプレッサディスク、37はコンプ
レッサブレード、38はコンプレッサスタッキングボル
ド、39はコンプレッサスタブシャフト、34はタービ
ンディスク、41は穴である。本発明のガスタービンは
コンプレッサディスク36が17段あり、又タービン動
翼33が3段のものである。タービン動翼33は4段の
場合もあり、いずれにも本発明の合金が適用できる。
Reference numeral 30 denotes a turbine stub shaft; 33, a turbine rotor blade; 43, a turbine stacking bolt;
Is a turbine spacer, 49 is a distant piece, 40
Is a nozzle, 36 is a compressor disk, 37 is a compressor blade, 38 is a compressor stacking bold, 39 is a compressor stub shaft, 34 is a turbine disk, and 41 is a hole. The gas turbine of the present invention has seventeen stages of compressor disks 36 and three stages of turbine blades 33. The turbine blade 33 may have four stages, and the alloy of the present invention can be applied to any of them.

【0097】本実施例におけるガスタービンは、主な形
式がヘビーテューティ形,一軸形,水平分割ケーシン
グ,スタッキング式ロータからなり、圧縮機が17段軸
流形,タービンが3段インパルス形,1,2段空気冷却
による静動翼,燃焼器がバースフロー形,16缶,スロ
ットクール方式を有するものである。
The gas turbine of this embodiment is mainly composed of a heavy tuty type, a single-shaft type, a horizontally split casing, and a stacking type rotor. The compressor is a 17-stage axial flow type, the turbine is a 3-stage impulse type, and , Two-stage air-cooled stationary blades and combustor of berth flow type, 16 cans, slot cool type.

【0098】ディスタントピース39,タービンディス
ク34,スペーサ38,スタッキングボルト33を重量
で、C0.06〜0.15%,Si1%以下,Mn1.5
% 以下,Cr9.5〜12.5%,Ni1.5〜2.5
%,Mo1.5〜3.0%,V0.1〜0.3% ,Nb0.0
3〜0.15%,N0.04〜0.15%,残部Feから
なる全焼戻しマルテンサイト鋼が用いられる。本実施例
における特性として、引張強さが90〜120kg/m
m2 ,0.2% 耐力70〜90kg/mm2 ,伸び率10〜
25%,絞り率50〜70%,Vノッチ衝撃値5〜9.
5kg−m/cm2,450℃105h クリープ破断強度4
5〜55kg/mm2 であった。
The distant pieces 39, the turbine disk 34, the spacers 38, and the stacking bolts 33 are C 0.06 to 0.15%, Si 1% or less, and Mn 1.5 by weight.
% Or less, Cr 9.5 to 12.5%, Ni 1.5 to 2.5
%, Mo 1.5 to 3.0%, V 0.1 to 0.3%, Nb 0.0
A fully tempered martensitic steel consisting of 3 to 0.15%, N 0.04 to 0.15% and the balance Fe is used. As a characteristic in this embodiment, the tensile strength is 90 to 120 kg / m.
m 2 , 0.2% yield strength 70-90 kg / mm 2 , elongation 10
25%, drawing ratio 50-70%, V-notch impact value 5-9.
5kg-m / cm 2 , 450 ° C 10 5 h Creep rupture strength 4
It was 5~55kg / mm 2.

【0099】タービン動翼33は3段有し、初段に実施
例1で製造したものを用い、圧縮機の圧縮圧を14.7
,温度400℃,初段動翼入口温度を1,300℃ ,
燃焼器による燃焼ガス温度を1450℃級とした。ま
た、タービン動翼33の2段目には同等の合金組成の多
結晶体からなる翼長280mm(翼部160mm,プラット
フォーム部以降長さ120mm)及び、第3段目を同じく
同等の合金組成を用い、同じく多結晶体の翼長350mm
(翼部230mm,他120mm)の中実翼を製造した。製
法は従来のロストワックス法による精密鋳造法によっ
た。
The turbine blade 33 has three stages, the first stage being the one manufactured in Example 1 and having a compressor pressure of 14.7.
, Temperature 400 ℃, first stage rotor blade inlet temperature 1,300 ℃,
The temperature of the combustion gas from the combustor was set at 1450 ° C. In the second stage of the turbine rotor blade 33, a blade length of 280 mm (160 mm in blade portion, 120 mm in length after the platform portion) made of a polycrystal having the same alloy composition, and the same alloy composition in the third stage are used. Used, same polycrystalline wing length 350mm
A solid wing (wing section 230 mm, other 120 mm) was manufactured. The manufacturing method was a precision casting method using a conventional lost wax method.

【0100】タービンノズル40には既知のCo基合金
が用いられ、初段から3段までを真空精密鋳造によって
翼部1ケからなるものを形成されたものを用いる。翼部
の長さは動翼の長さに相当する長さを有し、ピンフィン
冷却,インピンジメント冷却及びフィルム冷却構造を有
する。1段ノズルはサイドウォール両端で拘束される
が、2段目及び3段目はサイドウォール外周側の片側で
拘束される。ガスタービンにはインタークーラーが設け
られる。
For the turbine nozzle 40, a known Co-based alloy is used, and the first to third stages formed with one blade portion by vacuum precision casting are used. The wing has a length corresponding to the length of the moving blade, and has a pin fin cooling, impingement cooling and film cooling structure. The first stage nozzle is constrained at both ends of the sidewall, while the second and third stages are constrained on one side of the sidewall outer peripheral side. The gas turbine is provided with an intercooler.

【0101】本実施例によって得られる発電出力は50
MWが得られ、その熱効率は33%以上の高いものが得
られる。
The power output obtained by this embodiment is 50
MW is obtained, and a high thermal efficiency of 33% or more is obtained.

【0102】[実施例8] 図8は実施例7のガスタービンを用い、蒸気タービンと
併用した一軸型コンバインドサイクル発電システムを示
す概略図である。
Eighth Embodiment FIG. 8 is a schematic diagram showing a single-shaft combined cycle power generation system using the gas turbine of the seventh embodiment in combination with a steam turbine.

【0103】ガスタービンを利用して発電を行う場合、
近年では液化天然ガス(LNG)を燃料としてガスター
ビンを駆動するとともにガスタービンの排ガスエネルギ
ーを回収して得た水蒸気で蒸気タービンを駆動し、この
蒸気タービンとガスタービンとで発電機を駆動するよう
にした、いわゆる複合発電方式を採用する傾向にある。
この複合発電方式において以下のシステム構成によって
従来の蒸気タービン単独の場合の熱効率40%に比べ約
45%以上の高熱効率が可能となる。このような複合発
電プラントにおいて、最近ではさらに、液化天然ガス
(LNG)専焼から液化石油ガス(LPG)との両用を
図ったり、LNG,LPGの混焼の実現によって、プラ
ント運用の円滑化,経済性の向上を図ろうとするもので
ある。
When power is generated using a gas turbine,
In recent years, a gas turbine is driven by using liquefied natural gas (LNG) as a fuel, and a steam turbine is driven by steam obtained by recovering exhaust gas energy of the gas turbine, and a generator is driven by the steam turbine and the gas turbine. There is a tendency to adopt a so-called combined power generation system.
In this combined power generation system, the following system configuration enables high thermal efficiency of about 45% or more as compared with the thermal efficiency of 40% in the case of the conventional steam turbine alone. In such a combined cycle power plant, recently, it has been further promoted to use both liquefied natural gas (LNG) and liquefied petroleum gas (LPG), and to realize co-firing of LNG and LPG, thereby facilitating plant operation and economy. The goal is to improve

【0104】まず空気は吸気フィルタと吸気サイレンを
通ってガスタービンの空気圧縮機に入り空気圧縮機は、
空気を圧縮し圧縮空気を低NOx燃焼器へ送る。そし
て、燃焼器では、この圧縮空気の中に燃料が噴射され燃
焼して1400℃以上の高温ガスを作りこの高温ガス
は、タービンで仕事をし動力が発生する。
First, the air passes through the intake filter and the intake siren and enters the air compressor of the gas turbine.
Compress air and send compressed air to low NOx combustor. In the combustor, fuel is injected into the compressed air and burned to produce a high-temperature gas of 1400 ° C. or higher, and the high-temperature gas works in a turbine to generate power.

【0105】タービンから排出された530℃以上の排
気は、排気消音装置を通って排熱回収ボイラへ送られ、
ガスタービン排気中の熱エネルギーを回収して530℃
以上の高圧水蒸気を発生する。このボイラには乾式アン
モニア接触還元による脱硝装置が設けられている。排ガ
スは3脚集合型の数百mもある煙突から外部に排出され
る。発生した高圧および低圧の蒸気は高低圧一体ロータ
からなる蒸気タービンに送られる。
Exhaust gas of 530 ° C. or higher discharged from the turbine is sent to an exhaust heat recovery boiler through an exhaust silencer,
530 ° C by recovering thermal energy in gas turbine exhaust
The above high-pressure steam is generated. This boiler is provided with a denitration device by dry ammonia catalytic reduction. Exhaust gas is discharged outside from a three-legged chimney with a length of several hundred meters. The generated high-pressure and low-pressure steam is sent to a steam turbine comprising a high-low pressure integrated rotor.

【0106】また、蒸気タービンを出た蒸気は、復水器
に流入し、真空脱気されて復水になり、復水は、復水ポ
ンプで昇圧され給水となってボイラへ送られる。そし
て、ガスタービンと蒸気タービンは夫々、発電機をその
両軸端から駆動して、発電が行われる。このような複合
発電に用いられるガスタービン翼の冷却には、冷却媒体
として空気の他に蒸気タービンで利用される蒸気を用い
ることもある。一般には翼の冷却媒体としては空気が用
いられているが、蒸気は空気と比較して比熱が格段に大
きく、また重量が軽いため冷却効果は大きい。
The steam that has exited the steam turbine flows into the condenser, is degassed in a vacuum, and becomes condensed water. The condensed water is pressurized by the condensate pump and supplied as water to the boiler. Then, the gas turbine and the steam turbine each drive a generator from both shaft ends to generate power. For cooling the gas turbine blades used in such combined power generation, steam used in a steam turbine may be used as a cooling medium in addition to air. Generally, air is used as a cooling medium for the blades. However, steam has a much higher specific heat than air, and has a large cooling effect because of its light weight.

【0107】このコンバインド発電システムによりガス
タービンが5万KW、蒸気タービンにより3万KWのト
ータルで8万KWの発電を得ることができ、本実施例に
おける蒸気タービンはコンパクトとなるので、大型蒸気
タービンに比べ同じ発電容量に対し経済的に製造可能と
なり、発電量の変動に対して経済的に運転できる大きな
メリットが得られる。
The combined power generation system can generate a total of 80,000 KW of power of 50,000 KW by the gas turbine and 30,000 KW by the steam turbine. The steam turbine in this embodiment is compact, and It is possible to manufacture economically with the same power generation capacity as compared with the above, and there is obtained a great merit that it can be operated economically with respect to fluctuations in power generation.

【0108】本発明に係る蒸気タービンには高低圧一体
型蒸気タービンとし、この高低圧一体型蒸気タービンの
主蒸気入口部の蒸気圧力100atg ,温度538℃に上
昇させることによりタービンの単機出力の増加を図るこ
とができる。単機出力の増加は、最終段動翼の翼長を3
0インチ以上に増大し、蒸気流量を増す必要がある。本
発明に係る蒸気タービンは高低圧一体型ロータシャフト
に植設されたブレードが13段以上備えており、蒸気は
蒸気コントロールバルブを通って蒸気入口より前述の如
く538℃,88atg の高温高圧で流入する。蒸気は入
口より一方向に流れ、蒸気温度33℃,722mmHgと
なって最終段のブレードより出口より排出される。本発
明に係る高低圧一型体ロータシャフトはNi−Cr−M
o−V低合金鋼の鍛鋼が用いられる。ロータシャフトの
ブレードの植込み部はディスク状になっており、ロータ
シャフトより一体に切削されて製造される。ディスク部
の長さはブレードの長さが短いほど長くなり、振動を少
なくするようになっている。
The steam turbine according to the present invention is a high / low pressure integrated steam turbine, and the single steam output of the turbine is increased by increasing the steam pressure at the main steam inlet of the high / low pressure integrated steam turbine to 100 atg and the temperature to 538 ° C. Can be achieved. Increasing the output of a single unit increases the blade length of the last stage rotor blade by three.
It needs to be increased to 0 inches or more, and the steam flow rate needs to be increased. The steam turbine according to the present invention has 13 or more stages of blades installed on a high / low pressure integrated rotor shaft, and steam flows through the steam control valve from the steam inlet at a high temperature and pressure of 538 ° C. and 88 atg as described above. I do. The steam flows in one direction from the inlet, reaches a steam temperature of 33 ° C. and 722 mmHg, and is discharged from the outlet through the blade at the last stage. The high-low pressure monolithic rotor shaft according to the present invention is Ni-Cr-M.
Forged steel of oV low alloy steel is used. The implanted portion of the blade of the rotor shaft has a disk shape, and is manufactured by being integrally cut from the rotor shaft. The length of the disk portion increases as the length of the blade decreases, so that vibration is reduced.

【0109】本実施例に係る高低圧一体型ロータシャフ
トはC0.18〜0.30%,Si0.1%以下,Mo0.
3%以下,Ni1.0〜2.0%,Cr1.0〜1.7%,
Mo1.0〜2.0%,V0.20〜0.3%,残部Feより
なり、900〜1050℃で水噴霧冷却によって焼入れ
後、650〜680℃で焼戻しが施される。
The high / low pressure integrated rotor shaft according to this embodiment has a C of 0.18 to 0.30%, a Si of 0.1% or less, and a Mo of 0.1%.
3% or less, Ni 1.0 to 2.0%, Cr 1.0 to 1.7%,
Mo is 1.0 to 2.0%, V is 0.20 to 0.3%, and the balance is Fe. After quenching at 900 to 1050 ° C by water spray cooling, it is tempered at 650 to 680 ° C.

【0110】プラントの構成は、ガスタービン,排熱回
収ボイラ,蒸気タービン,発電機各1基からなる1組の
発電システムを6組組み合わせた1軸型に配列するもの
のほか、ガスタービン1基に対し発電機1基組み合わ
せ、これらを6組組み合わせた後の排ガスによって蒸気
を得、1台の蒸気タービンと1台の発電機とする多軸型
とすることができる。
The plant has a single-shaft type in which six sets of a power generation system including a gas turbine, an exhaust heat recovery boiler, a steam turbine, and a generator are combined. On the other hand, steam can be obtained by exhaust gas after combining one generator and combining these six sets, so that a multi-shaft type having one steam turbine and one generator can be obtained.

【0111】複合発電は、起動停止が短時間で容易なガ
スタービンと小型で単純な蒸気タービンの組み合わせで
成立っており、このため、出力調整が容易に出来、需要
の変化に即応した中間負荷火力として最適である。
The combined power generation is realized by a combination of a gas turbine that can be easily started and stopped in a short time and a small and simple steam turbine. Therefore, the output can be easily adjusted, and the intermediate load that can respond to a change in demand can be easily obtained. Ideal for thermal power.

【0112】ガスタービンの信頼性は、最近の技術の発
展により飛躍的に増大しており、また、複合発電プラン
トは、小容量機の組み合わせでシステムを構成している
ので、万一故障が発生してもその影響を局部にとどめる
ことが出来、信頼性の高い電源である。
The reliability of gas turbines has been dramatically increased due to the recent development of technology. In addition, since a combined cycle power plant has a system composed of a combination of small-capacity machines, a failure should occur. Even so, the effects can be localized, and the power supply is highly reliable.

【0113】[0113]

【発明の効果】本発明によれば、高クリープ強度を有す
るガスタービン用動翼が得られるため、動翼の長寿命化
と燃焼ガス温度の上昇によるガスタービン及びそれを用
いた複合発電プラントシステムの熱効率向上を図る顕著
な効果がある。
According to the present invention, a moving blade for a gas turbine having a high creep strength can be obtained, so that the life of the moving blade is prolonged and the combustion gas temperature is increased, and a gas turbine and a combined cycle power plant system using the same are provided. This has a remarkable effect of improving the thermal efficiency of the device.

【0114】また、本発明によるガスタービン用動翼の
製造法によれば、動翼製造における歩留まり率が向上で
きる。
Further, according to the method for manufacturing a moving blade for a gas turbine according to the present invention, the yield rate in manufacturing the moving blade can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るガスタービン用動翼の斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view of a moving blade for a gas turbine according to the present invention.

【図2】本発明に係るガスタービン用動翼の製造法の概
略を示す構成図である。
FIG. 2 is a schematic view showing the outline of a method for manufacturing a moving blade for a gas turbine according to the present invention.

【図3】本実施例に示す中子の平面図と動翼との位置関
係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a plan view of a core shown in the present embodiment and a positional relationship between the rotor blades.

【図4】本発明によって得られた柱状晶動翼と従来の柱
状晶動翼の高温強度を示す比較図である。
FIG. 4 is a comparison diagram showing the high-temperature strength of a columnar crystal blade obtained by the present invention and a conventional columnar crystal blade.

【図5】一方向凝固法で製造した柱状晶動翼に見られた
粒界割れの状況を示すスケッチ図である。
FIG. 5 is a sketch diagram showing a state of grain boundary cracks observed in a columnar crystal blade manufactured by a unidirectional solidification method.

【図6】合金の初期溶融を生じること無く、析出γ′相
をγ相中に固溶できるC量と(B+Zr)量の関係、及
び粒界割れの関係を示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between the amount of C and the amount of (B + Zr) capable of forming a precipitated γ ′ phase in a γ phase without causing initial melting of an alloy, and a relationship of grain boundary cracking.

【図7】本実施例に係るガスタービンの全体構成図であ
る。
FIG. 7 is an overall configuration diagram of a gas turbine according to the present embodiment.

【図8】本実施例に係る複合発電プラントの全体システ
ム図である。
FIG. 8 is an overall system diagram of the combined cycle power plant according to the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…翼部、2…付根部、3…溶解炉、4…鋳型加熱炉、
5…溶湯、6…鋳物、7…中子、8…セラミック鋳型、
9…セレクタ、10…スタータ、11…水冷銅チルプレ
ート、12…真空ポンプ、13…炉殻、14…空冷フィ
ン、15…プラットフォーム、16…ダブティル、18
…シャンク、33…動翼、34…タービンディスク、3
6…コンプレッサディスク、38…スペーサ、40…静
翼。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wing part, 2 ... Root part, 3 ... Melting furnace, 4 ... Mold heating furnace,
5: molten metal, 6: casting, 7: core, 8: ceramic mold,
9 selector, 10 starter, 11 water-cooled copper chill plate, 12 vacuum pump, 13 furnace hearth, 14 air-cooled fins, 15 platform, 16 dubtil, 18
... shank, 33 ... rotor blade, 34 ... turbine disk, 3
6 ... Compressor disk, 38 ... Spacer, 40 ... Static blade.

フロントページの続き (72)発明者 斉藤 年旦 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 小林 満 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 飯島 活巳 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 和田 克夫 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 狩野 公男 宮城県仙台市青葉区一番町三丁目7番1 号 東北電力株式会社内 (72)発明者 松崎 裕之 宮城県仙台市青葉区一番町三丁目7番1 号 東北電力株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−124237(JP,A) 特開 平4−187363(JP,A) 特開 昭58−57005(JP,A) 特開 昭59−113205(JP,A) 特開 昭61−71168(JP,A) 特開 昭60−261659(JP,A) 特開 平5−113131(JP,A) 特公 昭45−40661(JP,B1) 特公 昭51−4186(JP,B2) 実公 昭52−32739(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01D 5/28 B22D 27/04 C22C 19/05 F01D 5/18 F02C 7/00 Continued on the front page (72) Inventor Saito New Year 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Mitsuru Kobayashi 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Akemi Iijima 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratory Co., Ltd. No. 1 Co., Ltd.Hitachi, Ltd.Hitachi Plant (72) Inventor Kimio Kano 3-7-1 Ichibancho, Aoba-ku, Sendai, Miyagi Prefecture Inside Tohoku Electric Power Co., Inc. 3-7-1 Ichibancho Inside Tohoku Electric Power Co. (56) References JP-A-4-124237 (JP, A) JP-A-4-187363 (JP, A) JP-A-58-57005 (JP, A) JP-A-59-113205 (JP, A) JP-A-61-71168 (JP, A) JP-A-60-261659 (JP, A) A) JP-A-5-113131 (JP, A) JP-B-45-40661 (JP, B1) JP-B-51-4186 (JP, B2) Jiko-sho 52-32739 (JP, Y1) (58) Survey Field (Int.Cl. 7 , DB name) F01D 5/28 B22D 27/04 C22C 19/05 F01D 5/18 F02C 7/00

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】翼部と、該翼部に連らなる平坦部を有する
プラットフォームと、該プラットフォームに連らなるシ
ャンク部と、該シャンク部の両側に設けられた突起から
なるフィンと、前記シャンク部に連らなるダブティルと
を有するガスタービン用動翼において、前記翼部と前記
プラットフォーム及び前記シャンク部内の1部とが単結
晶であり、該単結晶以外の全部、又は前記単結晶及びフ
ィンを除いた部分が一方向凝固した柱状晶である一体の
鋳物からなり、重量で、C0.03〜0.15%,Cr
5.5〜9.0%,Al4〜7%,W2〜15%,Ti
0.5〜1.5%,Mo0.3〜1.0%,Ta2〜7%,
Co8.0〜10.5%,Hf0.5〜1.0%,Re1〜
4%,B及びZrの1種又は2種の合計量が0.002
〜0.02%及び、Ni58%以上であるNi基合金か
らなることを特徴とするガスタービン用動翼。
1. A platform having a wing portion, a flat portion connected to the wing portion, a shank portion connected to the platform, fins comprising projections provided on both sides of the shank portion, and the shank. In a gas turbine rotor blade having a dovetil connected to a part, the blade part and the platform and a part of the shank part are single crystals, and all other than the single crystal, or the single crystal and the fin Except for the part, it is a unidirectionally solidified columnar solid casting, C03-0.15% by weight, Cr
5.5-9.0%, Al 4-7%, W2-15%, Ti
0.5-1.5%, Mo 0.3-1.0%, Ta 2-7%,
Co 8.0-10.5%, Hf 0.5-1.0%, Re1
4%, the total amount of one or two of B and Zr is 0.002
A moving blade for a gas turbine, comprising a Ni-based alloy having a content of 0.02% or more and a Ni content of 58% or more.
【請求項2】翼部と、該翼部に連らなる平坦部を有する
プラットフォームと、該プラットフォームに連らなるシ
ャンク部と、該シャンク部の両側に設けられた突起から
なるフィンと、前記シャンク部に連らなるダブティルと
を有するガスタービン用動翼において、前記翼部と前記
プラットフォーム及び前記シャンク部の1部とが単結晶
であり、前記単結晶以外の全部、又は前記単結晶及びフ
ィンを除いた部分が一方向凝固した柱状晶であり、前記
翼部先端から前記ダブティルの終端に向かって凝固した
一体の鋳物からなり、重量で、C0.03〜0.15%,
Cr5.5〜9.0%,Al4〜7%,W2〜15%,Ti
0.5〜1.5%,Mo0.3〜1.0%,Ta2〜7%,
Co8.0〜10.5%,Hf0.5〜1.0%,Re1〜
4%,B及びZrの1種又は2種の合計量が0.002
〜0.02%及び、Ni58%以上であるNi基合金か
らなることを特徴とするガスタービン用動翼。
2. A platform having a wing portion, a flat portion connected to the wing portion, a shank portion connected to the platform, fins including projections provided on both sides of the shank portion, and the shank. In a gas turbine rotor blade having a dovetil connected to a part, the blade part, the platform, and a part of the shank part are single crystals, and all other than the single crystal, or the single crystal and fins The removed part is a columnar crystal solidified in one direction, consisting of an integral casting solidified from the tip of the wing toward the end of the dovetail, and has a weight of C0.03-0.15%,
Cr 5.5-9.0%, Al 4-7%, W2-15%, Ti
0.5-1.5%, Mo 0.3-1.0%, Ta 2-7%,
Co 8.0-10.5%, Hf 0.5-1.0%, Re1
4%, the total amount of one or two of B and Zr is 0.002
A moving blade for a gas turbine, comprising a Ni-based alloy having a content of 0.02% or more and a Ni content of 58% or more.
【請求項3】請求項1又は2において、前記ダブティル
部から翼部先端にかけて内部に一体に連らなる冷媒通路
が設けられているガスタービン用動翼。
3. The moving blade for a gas turbine according to claim 1, wherein a cooling medium passage is provided integrally from the dovetail portion to the tip of the blade portion.
【請求項4】請求項1又は2において、前記隣接する柱
状晶間のγ相の結晶方位の差が2〜8度であることを特
徴とするガスタービン用動翼。
4. The moving blade for a gas turbine according to claim 1, wherein a difference in crystal orientation of the γ phase between the adjacent columnar crystals is 2 to 8 degrees.
【請求項5】翼部と、該翼部に連らなる平坦部を有する
プラットフォームと、該プラットフォームに連らなるシ
ャンク部と、該シャンク部の両側に設けられた突起から
なるフィンと、前記シヤンク部に連らなるダブティルと
を有するガスタービン用動翼において、前記翼部と前記
プラットフォーム及び前記シャンク部内の1部とが単結
晶であり、該単結晶以外の全部、又は前記単結晶及びフ
ィンを除いた部分が一方向凝固した柱状晶である一体の
鋳物からなり、重量で、C0.03〜0.15%,Cr
5.5〜9.0%,Al4〜7%,W2〜15%,Ti
0.5〜1.5%,Nb0〜3%,Mo0.3〜1.0%,
Ta2〜7%,Co8.0〜10.5%,Hf0.5〜1.
0%,Re1〜4%,B0.002〜0.02%,Zr
0.002〜0.02% 、及びNi58%以上のNi基
合金からなり、前記隣接する柱状晶間のγ相の結晶方位
の差が2〜8度であることを特徴とするガスタービン用
動翼。
5. A fin comprising a wing portion, a platform having a flat portion connected to the wing portion, a shank portion connected to the platform, projections provided on both sides of the shank portion, and the shank. In a gas turbine rotor blade having a dovetil connected to a part, the blade part and the platform and a part of the shank part are single crystals, and all other than the single crystal, or the single crystal and the fin Except for the part, it is a unidirectionally solidified columnar solid casting, C03-0.15% by weight, Cr
5.5-9.0%, Al 4-7%, W2-15%, Ti
0.5-1.5%, Nb0-3%, Mo 0.3-1.0%,
Ta 2 to 7%, Co 8.0 to 10.5%, Hf 0.5 to 1.0.
0%, Re 1-4%, B 0.002-0.02%, Zr
A gas turbine engine comprising a Ni-based alloy of 0.002 to 0.02% and Ni of 58% or more, wherein a difference in crystal orientation of the γ phase between the adjacent columnar crystals is 2 to 8 degrees. Wings.
【請求項6】翼部と、該翼部に連らなる平坦部を有する
プラットフォームと、該プラットフォームに連らなるシ
ャンク部と、該シャンク部の両側に設けられた突起から
なるフィンと、前記シヤンク部に連らなるダブティルと
を有するガスタービン用動翼において、前記翼部と前記
プラットフォーム及び前記シャンク部内の1部とが単結
晶であり、該単結晶以外の全部、又は前記単結晶及びフ
ィンを除いた部分が一方向凝固した柱状晶である一体の
鋳物からなり、重量で、C0.03〜0.15%,Cr
5.5〜9.0%,Al4〜7%,W2〜15%,Ti
0.5〜1.5%,Nb0〜3%,Mo0.3〜1.0%,
Ta2〜7%,Co8.0〜10.5%,Hf0.5〜1.
0%,Re1〜4%,B0.002〜0.02%,Zr
0.002〜0.02% 、及びNi58%以上のNi基
合金からなり、前記C量とB及びZr量の一方又は両方
とがA(C0.20%,B+Zr0%),F(C0.04
%,B+Zr0.002%),C(C0%,B+Zr0.0
1%),G(C0%,B+Zr0.02%),H(C0.1
%,B+Zr0.02%)及び前記Aの各点を結ぶ範囲
内にあることを特徴とするガスタービン用動翼。
6. A platform having a wing portion, a flat portion connected to the wing portion, a shank portion connected to the platform, fins comprising projections provided on both sides of the shank portion, and the shank. In a gas turbine rotor blade having a dovetil connected to a part, the blade part and the platform and a part of the shank part are single crystals, and all other than the single crystal, or the single crystal and the fin Except for the part, it is a unidirectionally solidified columnar solid casting, C03-0.15% by weight, Cr
5.5-9.0%, Al 4-7%, W2-15%, Ti
0.5-1.5%, Nb0-3%, Mo 0.3-1.0%,
Ta 2 to 7%, Co 8.0 to 10.5%, Hf 0.5 to 1.0.
0%, Re 1-4%, B 0.002-0.02%, Zr
0.002-0.02% and Ni-based alloy of 58% or more, and the C amount and one or both of B and Zr amounts are A (C 0.20%, B + Zr 0%), F (C 0.04%).
%, B + Zr 0.002%), C (C0%, B + Zr 0.0
1%), G (C 0%, B + Zr 0.02%), H (C 0.1
%, B + Zr 0.02%) and the point A.
【請求項7】翼部と、該翼部に連らなる平坦部を有する
プラットフォームと、該プラットフォームに連らなるシ
ャンク部と、該シャンク部の両側に設けられた突起から
なるフィンと、前記シヤンク部に連らなるダブティルと
を有するガスタービン用動翼において、前記翼部と前記
プラットフォーム及び前記シャンク部内の1部とが単結
晶であり、該単結晶以外の全部、又は前記単結晶及びフ
ィンを除いた部分が一方向凝固した柱状晶である一体の
鋳物からなり、翼部が単結晶及びダブティルが柱状晶を
有し、重量で、C0.03〜0.1%,Cr5.5〜9.0
% ,Co8.0〜10.5%,W2〜15%,Re1〜
4%,Mo0.3〜1.0% ,Ta2〜7%,Al4〜
7%,Ti0.5〜1.5%,Hf0.5〜1.0%,B及
びZrの1種又は両者が0.005〜0.02%、及び残
部がNiと不可避不純物であり、γ相の結晶方位の差が
単結晶部分で8度以下及び柱状晶部分で15度以下であ
ることを特徴とするガスタービン用動翼。
7. A platform having a wing portion, a flat portion connected to the wing portion, a shank portion connected to the platform, fins including projections provided on both sides of the shank portion, and the shank. In a gas turbine rotor blade having a dovetil connected to a part, the blade part and the platform and a part of the shank part are single crystals, and all other than the single crystal, or the single crystal and the fin The removed part is made of an integral casting with columnar crystals solidified in one direction, the wing has a single crystal and dovetail has columnar crystals, and C0.03-0.1%, Cr5.5-0.9 by weight. 0
%, Co 8.0-10.5%, W2-15%, Re1
4%, Mo 0.3 to 1.0%, Ta 2 to 7%, Al 4 to
7%, Ti 0.5 to 1.5%, Hf 0.5 to 1.0%, one or both of B and Zr are 0.005 to 0.02%, and the balance is Ni and inevitable impurities. A blade for a gas turbine, wherein a difference in crystal orientation between phases is 8 degrees or less in a single crystal part and 15 degrees or less in a columnar crystal part.
【請求項8】翼部と、該翼部に連らなる平坦部を有する
プラットフォームと、該プラットフォームに連らなるシ
ャンク部と、該シャンク部の両側に設けられた突起から
なるフィンと、前記シャンク部に連らなるダブティルと
を有するガスタービン用動翼において、前記翼部と前記
プラットフォーム及び前記シャンク部内の1部とが単結
晶であり、該単結晶以外の全部、又は前記単結晶及びフ
ィンを除いた部分が一方向凝固した柱状晶である一体の
鋳物であり、前記ダブティル部から翼部先端にかけて内
部に一体に連らなる冷媒通路が設けられ、 前記鋳物は重量で、C0.03〜0.15%,Cr5.5
〜9.0%,Al4〜7%,W2〜15%,Ti0.5〜
1.5%,Nb0〜3%,Mo0.3〜1.0%,Ta2
〜7%,Co8.0〜10.5%,Hf0.5〜1.0%,
Re1〜4%,B0.002〜0.02%,Zr0.00
2〜0.02%、及びNi58%以上のNi基合金から
なり、前記C量とB及びZr量の一方又は両方とがA
(C0.20%,B+Zr0%),F(C0.04%,B
+Zr0.002%),C(C0%,B+Zr0.01
%),G(C0%,B+Zr0.02%),H(C0.1
%,B+Zr0.02%)及び前記Aの各点を結ぶ範囲内
にあり、前記隣接する柱状晶間のγ相の結晶方位の差が
2〜8度であることを特徴とするガスタービン用動翼。
8. A platform having a wing portion, a flat portion connected to the wing portion, a shank portion connected to the platform, fins comprising projections provided on both sides of the shank portion, and the shank. In a gas turbine rotor blade having a dovetil connected to a part, the blade part and the platform and a part of the shank part are single crystals, and all other than the single crystal, or the single crystal and the fin The removed part is an integral casting which is a columnar crystal solidified in one direction, and a refrigerant passage is provided integrally inside from the dovetail part to the tip of the wing part. The casting is C0.03-0.0 by weight. .15%, Cr 5.5
~ 9.0%, Al4 ~ 7%, W2 ~ 15%, Ti0.5 ~
1.5%, Nb 0 to 3%, Mo 0.3 to 1.0%, Ta2
~ 7%, Co 8.0 ~ 10.5%, Hf 0.5 ~ 1.0%,
Re 1-4%, B 0.002-0.02%, Zr 0.00
2 to 0.02% and a Ni-based alloy of Ni 58% or more, and the C amount and one or both of the B and Zr amounts are A
(C 0.20%, B + Zr 0%), F (C 0.04%, B
+ Zr 0.002%), C (C 0%, B + Zr 0.01
%), G (C0%, B + Zr 0.02%), H (C0.1
%, B + Zr 0.02%) and the difference between the crystal orientations of the γ phase between the adjacent columnar crystals is 2 to 8 degrees within the range connecting the points A and A. Wings.
【請求項9】コンプレッサによって圧縮された空気を用
いて形成された燃料ガスを静翼を通してディスクに植設
された動翼に衝突させて該動翼を回転させるガスタービ
ンにおいて、前記動翼は3段以上有し、該動翼の初段が
翼部と、該翼部に連らなる平坦部を有するプラットフォ
ームと、該プラットフォームに連らなるシャンクと、該
シャンクの両側に設けられた突起からなるフィンと、前
記シャンクに連らなるダブティルとを有し、前記翼部が
単結晶であり、前記ダブティルが一方向凝固した柱状晶
からなる一体の鋳物からなり、重量で、C0.03〜0.
15%,Cr5.5〜9.0%,Al4〜7%,W2〜1
5%,Ti0.5〜1.5%,Mo0.3〜1.0%,Ta
2〜7%,Co8.0〜10.5% ,Hf0.5〜1.0
%,Re1〜4%,B及びZrの1種又は2種の合計量
が0.002〜0.02%及び、Ni58%以上であるN
i基合金からなることを特徴とするガスタービン。
9. A gas turbine in which fuel gas formed using air compressed by a compressor is impinged on a moving blade implanted on a disk through a stationary blade to rotate the moving blade. A fin comprising a platform having a wing portion, a flat portion connected to the wing portion, a shank connected to the platform, and projections provided on both sides of the shank; And a dovetil connected to the shank, wherein the wing portion is a single crystal, and the dovetil is formed of a one-piece solidified columnar solidified casting, and has a weight of C0.03-0.03.
15%, Cr 5.5-9.0%, Al 4-7%, W2-1
5%, Ti 0.5-1.5%, Mo 0.3-1.0%, Ta
2-7%, Co 8.0-10.5%, Hf 0.5-1.0
%, Re1 to 4%, and the total amount of one or two of B and Zr is 0.002 to 0.02% and Ni is 58% or more.
A gas turbine comprising an i-based alloy.
【請求項10】コンプレッサによって圧縮された空気を
用いて形成された燃焼ガスを静翼を通してディスクに植
設された動翼に衝突させて該動翼を回転させるガスター
ビンにおいて、前記燃焼ガス温度が1,500℃ 以上で
あり、前記動翼を3段以上有し、該動翼の初段入口での
前記燃焼ガス温度が1,300℃ 以上及び発電容量が5
万KW以上であり、前記動翼の初段は全長が200mm以
上で、該動翼の初段が翼部と、該翼部に連らなる平坦部
を有するプラットフォームと、該プラットフォームに連
らなるシャンクと、該シャンクの両側に設けられた突起
からなるフィンと、前記シャンクに連らなるダブティル
とを有し、前記翼部が単結晶であり、前記ダブティルが
一方向凝固した柱状晶からなる一体の鋳物からなり、重
量で、C0.03〜0.15%,Cr5.5〜9.0%,A
l4〜7%,W2〜15%,Ti0.5〜1.5%,Mo
0.3〜1.0%,Ta2〜7%,Co8.0〜10.5
%,Hf0.5〜1.0% ,Re1〜4%,B及びZr
の1種又は2種の合計量が0.002〜0.02%及び、
Ni58%以上であるNi基合金からなることを特徴と
するガスタービン。
10. A gas turbine in which combustion gas formed using air compressed by a compressor is caused to impinge on a moving blade implanted on a disk through a stationary blade to rotate the moving blade. 1,500 ° C. or more, and has three or more stages of the moving blades, the combustion gas temperature at the first stage inlet of the moving blade is 1,300 ° C. or more, and the power generation capacity is 5 or more.
10,000 KW or more, the first stage of the rotor blade has a total length of 200 mm or more, the first stage of the rotor blade has a wing portion, a platform having a flat portion connected to the wing portion, and a shank connected to the platform. An integral casting comprising a fin comprising protrusions provided on both sides of the shank and a dovetil connected to the shank, wherein the wing is a single crystal, and the dovetil is a columnar crystal solidified in one direction. Consisting of 0.03 to 0.15% of C, 5.5 to 9.0% of Cr,
14-7%, W2-15%, Ti 0.5-1.5%, Mo
0.3 to 1.0%, Ta 2 to 7%, Co 8.0 to 10.5
%, Hf 0.5-1.0%, Re 1-4%, B and Zr
The total amount of one or two of 0.002 to 0.02% and
A gas turbine comprising a Ni-based alloy containing 58% or more of Ni.
【請求項11】コンプレッサによって圧縮された空気を
用いて形成された燃焼ガスを静翼を通してディスクに植
設された動翼に衝突させて該動翼を回転させるガスター
ビンにおいて、前記燃焼ガス温度が1,500℃ 以上で
あり、前記動翼を3段以上有し、該動翼の初段入口での
前記燃焼ガス温度が1,300℃ 以上及び発電容量が5
万KW以上であり、前記動翼の初段は全長が200mm以
上で、 前記動翼の初段は翼部と、該翼部に連らなる平坦部を有
するプラットフォームと、該プラットフォームに連らな
るシャンク部と、該シャンク部の両側に設けられた突起
からなるフィンと、前記シャンク部に連らなるダブティ
ルとを有するガスタービン用動翼において、前記翼部が
単結晶であり、前記ダブティルが一方向凝固した柱状晶
からなる一体の鋳物からなり、 前記鋳物は重量で、C0.03〜0.1%,Cr5.5〜
9.0%,Co8.0 〜10.5% ,W2〜15%,R
e1〜4%,Mo0.3〜1.0%,Ta2〜7%,Al
4〜7%,Ti0.5〜1.5%,Hf0.5〜1.0%,
B及びZrの1種又は両者が0.005〜0.02%、及
び残部がNiと不可避不純物からなり、γ相マトリック
ス内にγ′相が析出した組織を有し、前記単結晶のγ相
と柱状晶のγ相の結晶方位の差が8度以下であることを
特徴とするガスタービン。
11. A gas turbine in which a combustion gas formed by using air compressed by a compressor is caused to collide with a moving blade implanted on a disk through a stationary blade to rotate the moving blade. 1,500 ° C. or more, and has three or more stages of the moving blades, the combustion gas temperature at the first stage inlet of the moving blade is 1,300 ° C. or more, and the power generation capacity is 5 or more.
10,000 KW or more, the first stage of the rotor blade has a total length of 200 mm or more, the first stage of the rotor blade has a wing portion, a platform having a flat portion connected to the wing portion, and a shank portion connected to the platform. And a fin comprising protrusions provided on both sides of the shank portion and a dovetail connected to the shank portion, wherein the blade portion is a single crystal, and the dovetil is unidirectionally solidified. Of a columnar crystal, wherein the weight of the casting is 0.03 to 0.1% C, 5.5 to Cr
9.0%, Co 8.0 to 10.5%, W 2 to 15%, R
e 1-4%, Mo 0.3-1.0%, Ta 2-7%, Al
4-7%, Ti 0.5-1.5%, Hf 0.5-1.0%,
One or both of B and Zr is 0.005 to 0.02%, and the balance is Ni and unavoidable impurities, and has a structure in which a γ 'phase is precipitated in a γ phase matrix; A difference in crystal orientation between the γ phase of the columnar crystal and the columnar crystal is 8 degrees or less.
【請求項12】高速で流れる燃焼ガスによって駆動する
ガスタービンと、該ガスタービンの燃焼排ガスによって
水蒸気を得る排熱回収ボイラと、前記水蒸気によって駆
動する蒸気タービンと、前記ガスタービン及び蒸気ター
ビンによって駆動する発電機とを備えた複合発電プラン
トシステムにおいて、前記ガスタービンは動翼を3段以
上有し、前記燃焼ガスの前記動翼初段入口温度が1,3
00℃ 以上で、タービン出口の燃焼排ガス温度が56
0℃以上であり、前記排熱回収ボイラによって530℃以
上の水蒸気を得、前記蒸気タービンは高低圧一体型であ
り、該蒸気タービン動翼の初段への前記蒸気温度が53
0℃以上であり、前記ガスタービンの発電容量が5万K
W以上及び蒸気タービンの発電容量が3万KW以上であ
り、総合熱効率が45%以上であり、 前記ガスタービン動翼の初段は全長が200mm以上であ
り、 前記動翼の初段は翼部と、該翼部に連らなる平坦部を有
するプラットフォームと、該プラットフォームに連らな
るシャンク部と、該シャンク部の両側に設けられた突起
からなるフィンと、前記シャンク部に連らなるダブティ
ルとを有し、前記翼部が単結晶であり、前記ダブティル
が一方向凝固した柱状晶である一体の鋳物からなり、 前記鋳物は重量で、C0.03〜0.15%,Cr5.5
〜9.0%,Co8.0〜10.5% ,W2〜15%,R
e1〜4%,Mo0.3〜1.0%,Ta2〜7%,Al
4〜7%,Ti0.5〜1.5%,Hf0.5〜1.0%,
B及びZrの1種又は両者が0.002〜0.02%、及
び残部がNiと不可避不純物からなり、γ相マトリック
ス内にγ′相が析出した組織を有し、前記単結晶のγ相
と柱状晶のγ相の結晶方位の差が8度以下であることを
特徴とする複合発電プラントシステム。
12. A gas turbine driven by combustion gas flowing at a high speed, an exhaust heat recovery boiler for obtaining steam from combustion exhaust gas of the gas turbine, a steam turbine driven by the steam, and driven by the gas turbine and the steam turbine A gas turbine having three or more stages of moving blades, wherein the temperature of the first stage of the moving blade of the combustion gas is 1.3.
If the temperature of the exhaust gas at the turbine outlet is
0 ° C. or higher, and steam having a temperature of 530 ° C. or higher is obtained by the exhaust heat recovery boiler. The steam turbine is of a high / low pressure integrated type, and the steam temperature to the first stage of the steam turbine blade is 53 ° C.
0 ° C or higher, and the power generation capacity of the gas turbine is 50,000K
W or more and the power generation capacity of the steam turbine is 30,000 KW or more, the total thermal efficiency is 45% or more, the first stage of the gas turbine rotor blade has a total length of 200 mm or more, and the first stage of the rotor blade has a blade portion, A platform having a flat portion connected to the wing portion, a shank portion connected to the platform, fins formed on both sides of the shank portion, and fins formed on both sides of the shank portion, and a dovetail connected to the shank portion. The wing portion is a single crystal, and the dovetail is a one-piece solidified columnar solid casting, and the casting is C0.03-0.15% by weight, Cr5.5.
~ 9.0%, Co 8.0 ~ 10.5%, W2 ~ 15%, R
e 1-4%, Mo 0.3-1.0%, Ta 2-7%, Al
4-7%, Ti 0.5-1.5%, Hf 0.5-1.0%,
One or both of B and Zr is 0.002 to 0.02%, and the balance is Ni and unavoidable impurities, and has a structure in which a γ 'phase is precipitated in a γ phase matrix; Wherein the difference between the crystal orientations of the γ phase and the columnar crystal is 8 degrees or less.
【請求項13】翼部と、該翼部に連らなる平坦部を有す
るプラットフォームと、該プラットフォームに連らなる
シャンク部と、該シャンク部の両側に設けられた突起か
らなるフィンと、前記シャンク部に連らなるダブティル
とを有し、重量で、C0.03〜0.15%,Cr5.5
〜9.0%,Al4〜7%,W2〜15%,Ti0.5〜
1.5%,Mo0.3〜1.0%,Ta2〜7%,Co8.
0〜10.5%,Hf0.5〜1.0%,Re1〜4%,B
及びZrの1種又は2種の合計量が0.002〜0.02
% 及び、Ni58%以上であるNi基合金からなる一
体の鋳物からなるガスタービン用動翼の製造法であっ、
該動翼を形成する鋳型を水冷チルプレート上にセットす
る工程と、前記鋳型を加熱炉内にセットし該鋳型を所定
温度に加熱する工程と、鋳造原料を真空溶解後前記加熱
された鋳型内に溶湯を鋳込む工程と、該溶湯を有する鋳
型を前記加熱炉から相対的に引き抜いて前記翼部先端か
ら前記ダブティル終端にかけて順次凝固させて前記翼部
を単結晶とした後該翼部の鋳型の引き出し速度より早い
速度で引き抜いて前記ダブティルを一方向凝固し柱状晶
とする工程とを有することを特徴とするガスタービン用
動翼の製造法。
13. A fin comprising a wing portion, a platform having a flat portion connected to the wing portion, a shank portion connected to the platform, projections provided on both sides of the shank portion, and the shank. And Dovetil connected to the other part, C0.03-0.15% by weight, Cr5.5
~ 9.0%, Al4 ~ 7%, W2 ~ 15%, Ti0.5 ~
1.5%, Mo 0.3-1.0%, Ta 2-7%, Co8.
0-10.5%, Hf0.5-1.0%, Re1-4%, B
And the total amount of one or two of Zr is 0.002 to 0.02.
% And a method for manufacturing a moving blade for a gas turbine comprising an integral casting made of a Ni-based alloy having a Ni content of 58% or more,
Setting the mold forming the rotor blade on a water-cooled chill plate; setting the mold in a heating furnace and heating the mold to a predetermined temperature; Casting the molten metal into the mold, and pulling the mold having the molten metal relatively from the heating furnace to solidify sequentially from the tip of the wing portion to the end of the dovetail to form the wing portion into a single crystal, and then mold the wing portion. Drawing out the dovetil unidirectionally to form columnar crystals by drawing at a speed higher than the drawing speed of the gas turbine.
【請求項14】請求項13において、前記単結晶と柱状
晶との前記凝固方向に対して直角方向における前記合金
のγ相の結晶方位の差を8度以下とすることを特徴とす
るガスタービン用動翼の製造法。
14. The gas turbine according to claim 13, wherein a difference in crystal orientation of the γ phase of the alloy in a direction perpendicular to the solidification direction between the single crystal and the columnar crystal is 8 degrees or less. Method of manufacturing rotor blades.
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