JPH0232339B2

JPH0232339B2 -

Info

Publication number: JPH0232339B2
Application number: JP59120528A
Authority: JP
Inventors: Junya Ooe; Saburo Wakita
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1984-06-12
Filing date: 1984-06-12
Publication date: 1990-07-19
Also published as: JPS61545A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕この発明は、1000℃以上の高温酸化性雰囲気に
おいて、高強度ならびに著しくすぐれた耐酸化性
を示すと共に、さらに約900℃以下の高温腐食雰
囲気中ですぐれた耐ホツト・コロージヨン性を示
し、したがつてこれらの特性が要求されるガスタ
ービンの構造材として使用するのに適したCo基
耐熱合金に関するものである。〔従来の技術〕従来、一般に、ガスタービンは圧縮機（コンプ
レツサーで圧縮した気体に燃料の燃焼の発生熱に
よつて熱を与え、1000℃以上の高温高圧ガスを作
り、このガスをタービンブレードもしくはタービ
ンベーンにあてて、そのエネルギーを直接回転仕
事にかえる熱機関であることはよく知られてい
る。このガスタービンの燃料には、普通、重油もし
くは軽油が多く使用されており、その中にはＳ成
分が１〜４重量％、灰分が0.02〜0.05重量％含ま
れており、そのため燃焼ガスの中にSO₂，SO₃等
のホツト・コロージヨンの発生の原因となるガス
が含まれていることも知られている。上記ガスタービンのタービンブレードもしくは
タービンベーンは、上記1000℃以上の高温高圧の
燃焼ガスに直接さらされる部分であるが、その構
造は先端の薄肉部分と付け根の比較的肉厚部分か
ら構成されており、これらタービンブレードもし
くはタービンベーンが上記1000℃以上の高温高圧
燃焼ガス雰囲気にさらされると、上記薄肉部分は
1000℃以上に上昇するが、上記比較的肉厚部分
は、温度上昇がやや低く、700℃〜900％（以下、
中間温度域という）になる。そのため、上記ター
ビンブレードもしくはタービンベーンの中間温度
域表面には、燃焼ガス中のSO₂，SO₃等のＳ成分
はNa成分と反応してできたNa₂SO₄がデイポジ
ツト（凝集）する。上記ホツト・コロージヨンは、このようなデイ
ポジツトしたNa₂SO₄と上記タービンブレードも
しくはタービンベーンの金属材料との反応により
起るものであり、従つて、上記Na₂SO₄がデイポ
ジツトしない900℃以上や、デイポジツトしても
上記タービンブレードもしくはタービンベーンの
金属材料と反応しない700℃以下では上記ホツ
ト・コロージヨンは起らない。一方、タービンブレードもしくはタービンベー
ンの酸化は、温度の上昇に伴つてより進行するも
のであり、また高温強度も同様に温度が高い程低
下する。上記タービンブレードもしくはタービン
ベーンのうち、特に先端の薄肉部分は1000℃以上
に上昇するために酸化は進行し、強度が低下す
る。したがつて、上記タービンブレードもしくはタ
ービンベーン等のタービン部材のうち、1000℃以
上に上昇する上記先端部等の薄肉部分は、高温強
度と酸化が問題となり、中間温度域となる比較的
肉厚部分はホツト・コロージヨンが問題となつて
いた。上記高温強度、高温耐酸化性および耐ホツト・
コロージヨン性のすぐれたガスタービン用合金と
して従来各種のCo基耐熱合金が使用されていた。〔発明が解決しようとする問題点〕しかしながら、上記従来のCo基合金では高温
強度が不足しているために比較的短時間で使用寿
命に至るものであつた。このため高温酸化性雰囲
気下で高強度を示す材料の開発が進められている
が、高温強度を向上させると耐酸化性が劣化する
ようになる傾向にあり、これに伴つて耐ホツト・
コロージヨン性も劣化するようになり、このよう
に前記の特性をすべて具備する材料は未だ得られ
ていないのが現状である。〔問題点を解決するための手段〕そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、高温耐酸化性および高温強度を有し、かつ耐
ホツト・コロージヨン性も具備した材料を開発す
べく研究を行なつた結果、重量％で、Ｃ：0.05〜0.7％， Cr：35.7〜40％， Ni：５〜17.4％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％，希土類元素：0.005〜0.1％， Hf：0.5〜５％，を含有し、さらに必要に応じて、 (A) MnおよびSiのうちの１種または２種：0.01
〜２％， (B) Ta：0.01〜３％， (C) ＢおよびZrのうちの１種または２種：0.005
〜0.1％，以上(A)〜(C)のうちの１種または２種以上を含有
し、残りがCoと不可避不純物からなる組成を有
するCo基合金は、高温酸化性雰囲気中、1000℃
以上の温度において、すぐれた高温強度を示すば
かりでなく、著しくすぐれた高温耐酸化性を示す
と共に、約900℃以下の高温腐食雰囲気中でもす
ぐれた耐ホツト・コロージヨン性を示し、したが
つてこのCo基耐熱合金を、これらの特性が要求
されるガスタービン部材の製造に用いると、この
結果のガスタービン部材は、上記のような苛酷な
条件下においても、著しく長期に亘つてすぐれた
性能を発揮するという知見を得たのである。この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、以下に成分組成範囲を上記の通りに
限定した理由を説明する。 (a) ＣＣ成分には、素地に固溶するほか、Cr，Ｗ，
Mo，およびHf，さらにTaなどと結合して炭
化物を形成し、もつて結晶粒内および結晶粒界
を強化すると共に、高温強度を向上させ、さら
に溶接性および鋳造性を改善する作用がある
が、その含有量が0.05％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方0.7％を越えて含有
させると靭性が劣化するようになることから、
その含有量を0.05〜0.7％と定めた。 (b) Cr Cr成分は、すぐれた高温耐酸化性を確保す
る上で不可欠なオーステナイト構成成分である
が、その含有量が35.7％未満では所望の著しく
すぐれた高温耐酸化性を確保することができ
ず、一方40％を越えて含有させると高温強度お
よび靭性の低下が著しくなることから、その含
有量が35.7％〜40％と定めた。 (c) Ni Ni成分には、Crとの共存において高温強度
を向上させる作用があるが、その含有量が５％
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方17.4％を越えて含有させると耐ホツト・コロ
ージヨン性に劣化傾向が現われるようになるこ
とから、その含有量を５〜17.4％と定めた。 (d) ＷおよびMo これらの成分には、Ｃと結合して高融点炭化
物であるMC型炭化物を形成し、一方M₇C₃型
やM₂₃C₆型の低融点炭化物の形成を抑制し、も
つて高温強度を向上させると共に、オーステナ
イト素地に固溶して、これを強化する作用があ
るが、その含有量が２％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方12％を越えて含有さ
せると、高温耐酸化性が急激に劣化するように
なるばかりでなく、靭性劣化の原因となるσ相
などの金属間化合物が形成されるようになるこ
とから、その含有量を２〜12％と定めた。 (e) 希土類元素これらの成分には、特にHfとの共存におい
て高温耐酸化性および耐ホツト・コロージヨン
性をより一段と向上させる作用があるが、その
含有量が0.005％未満では前記作用に所望の含
有量が0.005％未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方0.1％を越えて含有させると、
鋳造性および加工性に劣化傾向が現われるよう
になることから、その含有量を0.005〜0.1％と
定めた。 (f) Hf Hf成分には、MC型あるいはM₇C₃型の共晶
炭化物を形成することなく、高融点炭化物であ
るMC型の初晶炭化物を形成して、高温耐酸化
性および高温強度を向上させ、さらに耐ホツ
ト・コロージヨン性も著しく向上させる作用が
あるが、その含有量が0.5％未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方５％を越えて含
有させても前記作用により一層の向上効果は得
られず経済性を考慮して、その含有量を0.5〜
５％と定めた。 (g) SiおよびMn これらの成分には強力な脱酸作用があるの
で、特に溶湯の脱酸が必要とされる場合には必
要に応じて含有されるが、その含有量が0.01％
未満では所望の脱酸作用を確保することができ
ず、一方３％を越えて含有させてもより一層の
脱酸効果は得られず、むしろ合金特性に劣化傾
向が現われるようになることから、その含有量
を0.01〜２％と定めた。 (h) Ta Ta成分には、Hfとの共存において、高融点
炭化物であるMC型の初晶炭化物を形成して、
高温耐酸化性および高温強度を一段と向上さ
せ、さらに耐ホツト・コロージヨン性も向上さ
せる作用があるので、特にこれらの特性が要求
される場合に必要に応じて含有されるが、その
含有量が0.01％未満では前記作用に所望の向上
効果が得られず、一方３％を越えて含有させて
もより一層の向上効果が現われないことから、
その含有量を0.01〜３％と定めた。 (i) ＢおよびZr これらの成分には、結晶粒界を強化して合金
の高温強度を一段と向上させる作用があるの
で、特に高温強度が要求される場合に必要に応
じて含有されるが、その含有量が0.005％未満
では所望の高温強度向上効果が得られず、一方
0.1％を越えて含有させると靭性が低下するよ
うになることから、その含有量を0.005〜0.1％
と定めた。なお、この発明のCo基耐熱合金における不可
避不純物のうち、特にFeに関しては、３％まで
含有しても合金特性が何ら損なわれることがない
ので、経済性を考慮して３％までの範囲で積極的
に含有させる場合がある。〔実施例〕つぎに、この発明のCo基耐熱合金を実施例に
より具体的に説明する。通常の溶解法によりそれぞれ第１表に示される
成分組成をもつた本発明Co基耐熱合金１〜41お
よび比較Co基耐熱合金１〜13を溶製し、ロスト
ワツクス精密鋳造法を用いて、平行部外径：７mm
φ×平行部長さ：50mm×チヤツク部外径：25mmφ
×全長：90mmの寸法をもつた試験片素材に鋳造し
た。ついで、この試験片素材より、高温強度を評
価する目的でクリープラプチヤー試験片を削り出
し、この試験片を用い、雰囲気：大気中、加熱温
度：1100℃、付加荷重：3.5Kg／mm²の条件でクリ
ープラプチヤー試験を行ない、破断寿命を測定し
た。また、上記クリープラプチヤー試験後の試験片
のチヤツク部から直径：10mmφ×高さ：10mmの寸
法をもつた試験片を切り出し、この試験片を用
い、大気中、温度：1000℃に10時間保持後、脱ス
ケールを１サイクルとし、10サイクルを行なつた
後の酸化減量を測定する高温耐酸化性試験を行な
つた。さらに、同様に直径：10mmφ×高さ：10mmの寸
法をもつた試験片を切り出し、この試験片を用
い、900℃の温度に加熱した溶融Na₂SO₄中に300
時間浸漬の条件で浸漬試験を行ない、試験

【表】

〔発明の効果〕

第２表に示される結果から、本発明Co基耐熱
合金１〜41は、いずれもすぐれた高温強度および
高温耐酸化性、さらにすぐれた耐ホツト・コロー
ジヨン性を兼ね備えているのに対して、比較Co
基耐熱合金１〜13に見られるように、構成成分の
うちのいずれかの成分含有量（第１表に※印を付
したもの）がこの発明の範囲から外れると、高温
強度、高温耐酸化性、および耐ホツト・コロージ
ヨン性のうちの少なくともいずれかの特性が劣つ
たものになることが明らかである。上述のように、この発明のCo基耐熱合金は、
すぐれた高温強度と高温耐酸化性、さらにすぐれ
た耐ホツト・コロージヨン性を兼ね備えているの
で、これらの特性が要求される高性能化ガスター
ビンの構造部材として用いた場合に著しく長期に
亘つてすぐれた性能を発揮するなど工業上有用な
特性を有するのである。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.05〜0.7％， Cr：35.7〜40％， Ni：５〜17.4％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％，希土類元素：0.005〜0.1％， Hf：0.5〜５％，を含有し、残りがCoと不可避不純物からなる組
成（以上重量％）を有することを特徴とする耐ホ
ツト・コロージヨン性にすぐれたガスタービン用
高強度Co基耐熱合金。２Ｃ：0.05〜0.7％， Cr：35.7〜40％， Ni：５〜17.4％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％，希土類元素：0.005〜0.1％， Hf：0.5〜５％，を含有し、さらに、 MnおよびSiのうちの１種または２種：0.01〜
２％，を含有し、残りがCoと不可避不純物からなる組
成（以上重量％）を有することを特徴とする耐ホ
ツト・コロージヨン性にすぐれたガスタービン用
高強度Co基耐熱合金。３Ｃ：0.05〜0.7％， Cr：35.7〜40％， Ni：５〜17.4％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％，希土類元素：0.005〜0.1％， Hf：0.5〜５％，を含有し、さらに、 Ta：0.01〜３％，を含有し、残りがCoと不可避不純物からなる組
成（以上重量％）を有することを特徴とする耐ホ
ツト・コロージヨン性にすぐれたガスタービン用
高強度Co基耐熱合金。４Ｃ：0.05〜0.7％， Cr：35.7〜40％， Ni：５〜17.4％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％，希土類元素：0.005〜0.1％， Hf：0.5〜５％，を含有し、さらに、ＢおよびZrのうちの１種または２種：0.005〜
0.1％，を含有し、残りがCoと不可避不純物からなる組
成（以上重量％）を有することを特徴とする耐ホ
ツト・コロージヨン性にすぐれたガスタービン用
高強度Co基耐熱合金。５Ｃ：0.05〜0.7％， Cr：35.7〜40％， Ni：５〜17.4％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％，希土類元素：0.005〜0.1％， Hf：0.5〜５％，を含有し、さらに、 MnおよびSiのうちの１種または２種：0.01〜
２％， Ta：0.01〜３％，を含有し、残りがCoと不可避不純物からなる組
成（以上重量％）を有することを特徴とする耐ホ
ツト・コロージヨン性にすぐれたガスタービン用
高強度Co基耐熱合金。６Ｃ：0.05〜0.7％， Cr：35.7〜40％， Ni：５〜17.4％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％，希土類元素：0.005〜0.1％， Hf：0.5〜５％，を含有し、さらに、 MnおよびSiのうちの１種または２種：0.01〜
２％，ＢおよびZrのうちの１種または２種：0.005〜
0.1％，を含有し、残りがCoと不可避不純物からなる組
成（以上重量％）を有することを特徴とする耐ホ
ツト・コロージヨン性にすぐれたガスタービン用
高強度Co基耐熱合金。７Ｃ：0.05〜0.7％， Cr：35.7〜40％， Ni：５〜17.4％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％，希土類元素：0.005〜0.1％， Hf：0.5〜５％，を含有し、さらに、 Ta：0.01〜３％，ＢおよびZrのうちの１種または２種：0.005〜
0.1％，を含有し、残りがCoと不可避不純物からなる組
成（以上重量％）を有することを特徴とする耐ホ
ツト・コロージヨン性にすぐれたガスタービン用
高強度Co基耐熱合金。８Ｃ：0.05〜0.7％， Cr：35.7〜40％， Ni：５〜17.4％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％，希土類元素：0.005〜0.1％， Hf：0.5〜５％，を含有し、さらに、 MnおよびSiのうちの１種または２種：0.01〜
２％， Ta：0.01〜３％，ＢおよびZrのうちの１種または２種：0.005〜
0.1％，を含有し、残りがCoと不可避不純物からなる組
成（以上重量％）を有することを特徴とする耐ホ
ツト・コロージヨン性にすぐれたガスタービン用
高強度Co基耐熱合金。