JP4841931B2 - 耐熱金属材料の耐酸化性の改善方法および耐熱金属部材の製造方法 - Google Patents
耐熱金属材料の耐酸化性の改善方法および耐熱金属部材の製造方法 Download PDFInfo
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日本機械学会第75期通常総会講演会講演論文集(II) No.98−1 1998年 p.540−541 Journal of the Society of Materials Science, Japan (ジャーナル オブ ザ ソシエティ オブ マテリアルス サイエンス ジャパン) 第51巻 第12号 2002年 p.1405-1410
な酸化アルミニウム皮膜が形成されることを見出し本発明を完成するに至った。
このように、耐熱金属材料の機械的特性等を向上させるための溶体化処理および時効処理において低酸素分圧雰囲気とすることで、当該処理時に合金の構成金属のうちアルミニウムが選択的に表面近傍で酸化され、緻密な酸化アルミニウム皮膜が形成される。したがって、部材の製造工程を増やさずに、高温水蒸気雰囲気中における耐熱金属材料の耐酸化性を改善することができる。
上記の発明において、前記熱処理を、前記耐熱金属材料を構成するアルミニウム以外の金属元素の酸化物における、当該熱処理の温度での平衡酸素解離圧よりも低い酸素分圧雰囲気で行うことが好ましい。
上記の発明において、前記耐熱金属材料は、5.0質量%以上のアルミニウムを含有することが好ましい。
このように、耐熱金属部材の機械的特性等を向上させるための溶体化処理および時効処理において低酸素分圧雰囲気とすることで、当該処理時に合金の構成金属のうちアルミニウムが選択的に表面近傍で酸化され、緻密な酸化アルミニウム皮膜が形成される。したがって、部材の製造工程を増やさずに、高温水蒸気雰囲気中における耐酸化性に優れた耐熱金属部材を得ることができる。
上記の発明において、前記熱処理を、前記耐熱金属部材を構成するアルミニウム以外の金属元素の酸化物における、当該熱処理の温度での平衡酸素解離圧よりも低い酸素分圧雰囲気で行うことが好ましい。
上記の発明において、前記耐熱金属部材は、5.0質量%以上のアルミニウムを含有することが好ましい。
発電用のガスタービンにおいて、冷却構造を有する複数段の各動翼を鋳造する方法としては、ロストワックス法などが用いられており、真空溶解、真空鋳造で製造されるのが一般的である。例えば、マスターインゴットとして溶製された材料を用い、これを再溶解して鋳造を行う。普通鋳造合金では、疲労特性を向上させるために、各種の方法で結晶粒を微細化して鋳造することが多い。一方向凝固合金および単結晶凝固合金の鋳造には、いわゆる鋳型引出し式一方向凝固法などが用いられる。ガスタービン用途では、普通鋳造合金、一方向凝固合金および単結晶凝固合金は、使用温度、応力などに応じて使い分けられている。
上記の熱処理は、加熱炉などの所定の加熱室内に耐熱金属材料を配置し、アルゴンガスなどの不活性ガスの雰囲気下で、温度および酸素分圧を適宜に調節して行う。熱処理時における酸素分圧は、少なくとも熱処理温度におけるニッケル酸化物の平衡酸素解離圧よりも低いことが好ましい。また、合金の添加元素の種類および組成等に応じて、これらの元素の酸化物の平衡酸素解離圧を考慮し、合金表面に連続した酸化アルミニウム皮膜が形成される条件に酸素分圧を設定する。
ような水蒸気雰囲気において使用される耐熱金属部材の耐酸化性を大幅に向上させることができる。
実施例
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。
[実施例1]
表1に示す組成のニッケル基耐熱合金に対して低酸素分圧下における熱処理を行った。
[比較例1]
上記表1の組成を有し、実施例1の熱処理を行わずに表面を鏡面仕上げしたニッケル基耐熱合金を用意した。
図2および図4に示されるように、表面にAl2O3皮膜が形成された実施例1のニッケル基耐熱合金では、比較例1のニッケル基耐熱合金に比べて、800℃水蒸気中での酸化増量は約1/10に、700℃水蒸気中での酸化増量は約1/20に、600℃水蒸気中での酸化増量は約1/3にまで低下した。
Claims (8)
- アルミニウムを含有するニッケル基合金からなる耐熱金属材料を、低酸素分圧雰囲気で熱処理し、これにより、耐熱金属材料の表面に酸化アルミニウム保護皮膜を形成する耐熱金属材料の耐酸化性の改善方法であって、
前記熱処理を、当該熱処理の温度におけるニッケル酸化物の平衡酸素解離圧よりも低い酸素分圧雰囲気で行い、
前記熱処理は、鋳造した耐熱金属材料の溶体化処理および時効処理である
ことを特徴とする耐熱金属材料の耐酸化性の改善方法。 - アルミニウムを含有するニッケル基合金からなる耐熱金属材料を、低酸素分圧雰囲気で熱処理し、これにより、耐熱金属材料の表面に酸化アルミニウム保護皮膜を形成する耐熱金属材料の耐酸化性の改善方法であって、
前記熱処理を、前記耐熱金属材料を構成するアルミニウム以外の金属元素の酸化物における、当該熱処理の温度での平衡酸素解離圧よりも低い酸素分圧雰囲気で行い、
前記熱処理は、鋳造した耐熱金属材料の溶体化処理および時効処理である
ことを特徴とする耐熱金属材料の耐酸化性の改善方法。 - 発電用ガスタービンの構成部材として鋳造した前記耐熱金属材料に対して前記熱処理を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の耐熱金属材料の耐酸化性の改善方法。
- 前記耐熱金属材料は、5.0質量%以上のアルミニウムを含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の耐熱金属材料の耐酸化性の改善方法。
- アルミニウムを含有するニッケル基合金からなり、高温水蒸気中で使用される耐熱金属部材を、低酸素分圧雰囲気で熱処理し、これにより、耐熱金属部材の表面に酸化アルミニウム保護皮膜を形成する耐熱金属部材の製造方法であって、
前記熱処理を、当該熱処理の温度におけるニッケル酸化物の平衡酸素解離圧よりも低い酸素分圧雰囲気で行い、
前記熱処理は、前記耐熱金属部材の溶体化処理および時効処理である
ことを特徴とする耐熱金属部材の製造方法。 - アルミニウムを含有するニッケル基合金からなり、高温水蒸気中で使用される耐熱金属部材を、低酸素分圧雰囲気で熱処理し、これにより、耐熱金属部材の表面に酸化アルミニウム保護皮膜を形成する耐熱金属部材の製造方法であって、
前記熱処理を、前記耐熱金属部材を構成するアルミニウム以外の金属元素の酸化物における、当該熱処理の温度での平衡酸素解離圧よりも低い酸素分圧雰囲気で行い、
前記熱処理は、前記耐熱金属部材の溶体化処理および時効処理である
ことを特徴とする耐熱金属部材の製造方法。 - 前記耐熱金属部材は、発電用ガスタービンの構成部材であることを特徴とする請求項5または6に記載の耐熱金属部材の製造方法。
- 前記耐熱金属部材は、5.0質量%以上のアルミニウムを含有することを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の耐熱金属部材の製造方法。
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