JPH0243815B2 - Gasutaabinyokokyodoc0kitainetsugokin - Google Patents

Gasutaabinyokokyodoc0kitainetsugokin

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JPH0243815B2
JPH0243815B2 JP12274884A JP12274884A JPH0243815B2 JP H0243815 B2 JPH0243815 B2 JP H0243815B2 JP 12274884 A JP12274884 A JP 12274884A JP 12274884 A JP12274884 A JP 12274884A JP H0243815 B2 JPH0243815 B2 JP H0243815B2
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JP
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less
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corrosion resistance
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gas turbines
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Junya Ooe
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Mitsubishi Metal Corp
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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、所望の強度並びに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所
望の耐ホツト・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、一般に高温の腐食・酸化性雰囲気にさら
されるガスタービンのタービンノズルやベーンな
どの構造部材の製造には、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各種のCo基
耐熱合金が使用されている。 一方、近年、ガスタービンの高性能化に伴い、
ガスタービンの入口温度は上昇の一途をたどり、
その温度は1300℃を越える状態になつている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、上記の従来Co基耐熱合金ガスタービ
ン部材が、上記のような1300℃以上の高温酸化性
雰囲気にさらされると、それ自身の温度は空冷さ
れた場合でも、最も高温の部分は1000℃以上に上
昇してしまい、高温強度不足が原因で、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、(以下%は
重量%を示す)、 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
%, Hf:0.001〜0.5%未満, を含有し、さらに必要に応じて、 (A) Ta,NbおよびTiのうちの1種または2種以
上:0.01〜3%, (B) BおよびZrのうちの1種または2種:0.005
〜0.1%, (C) 希土類元素:0.005〜0.1%, (D) SiおよびMnのうちの1種または2種:0.01
〜2%、 以上(A)〜(D)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、所望の高温強度および高温
耐酸化性を示すと共に、高温腐食雰囲気中でも所
望の耐ホツト・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、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) C C成分には、素地に固溶するほか、Cr,W,
Mo,およびHf,さらにTa,Nb,Ti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%以下では所望のすぐれた高温耐
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が急激に低下
するようになることから、その含有量を35%超〜
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25%
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5〜25%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0.1%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0.1〜12%と定めた。 (e) Hf Hf成分には、高温耐酸化性、高温強度、およ
び耐ホツト・コロージヨン性を改善する作用があ
るが、その含有量が0.001%未満では前記作用に
所望の効果が得られず、一方0.5%以上含有させ
てもある種の使用条件下では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0.001〜0.5
%未満と定めた。 (f) Ta,NbおよびTi これらの成分には、Hfとの共存において、高
融点炭化物であるMC型の初晶複合炭化物を形成
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。 (g) 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。 (h) 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ので、特にすぐ
れた高温耐酸化性および耐ホツト・コロージヨン
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0.005%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。 (i) 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必要に応じ
て含有されるのが、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。 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。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】 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1〜65お
よび比較Co基耐熱合金1〜9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:1000℃,付加荷重:7Kg/mm2の条件でクリー
プラプチヤー試験を行ない、破造寿命を測定し
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:1200℃に5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。
【表】
【表】
【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1〜65は、いずれも所望の高温強度および高
温耐酸化性、さらに耐ホツト・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
1〜9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、
所望の高温強度と高温耐酸化性、さらに耐ホツ
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 (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, 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。 2 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, を含有し、さらに、 Ta,NbおよびTiのうちの1種または2種以
    上: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。 3 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, 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。 4 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%未満, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, を含有し、さらに、 希土類元素: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。 5 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, を含有し、さらに、 SiおよびMn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。 6 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, を含有し、さらに、 Ta,NbおよびTiのうちの1種または2種以
    上: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。 7 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, を含有し、さらに、 Ta,NbおよびTiのうちの1種または2種以
    上:0.01〜3%, 希土類元素: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。 8 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, を含有し、さらに、 Ta,NbおよびTiのうちの1種または2種以
    上:0.01〜3%, SiおよびMn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。 9 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, 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%, 希土類元素: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%)を含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。 10 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, 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%, SiおよびMn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。 11 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, を含有し、さらに、 希土類元素:0.005〜0.1%, SiおよMn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。 12 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, を含有し、さらに、 Ta,NbおよびTiのうちの1種または2種以
    上:0.01〜3%, BおよびZrのうちの1種または2種:0.005〜
    0.1%, 希土類元素: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。 13 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, を含有し、さらに、 Ta,NbおよびTiのうちの1種または2種以
    上:0.01〜3%, BおよびZrのうちの1種または2種:0.005〜
    0.1%, SiおよびMn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。 14 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, を含有し、さらに、 Ta,NbおよびTiのうちの1種または2種以
    上:0.01〜3%, 希土類元素:0.005〜0.1%, SiおよびMn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。 15 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, 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%, 希土類元素:0.005〜0.1%, SiおよびMn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。 16 C:0.05〜0.7%, Cr:35%超〜40%, Ni:5〜25%, WおよびMoのうちの1種または2種:0.1〜12
    %, Hf:0.001〜0.5%未満, を含有し、さらに、 Ta,NbおよびTiのうちの1種または2種以
    上:0.01〜3%, BおよびZrのうちの1種または2種:0.005〜
    0.1%, 希土類元素:0.005〜0.1%, SiおよびMn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。
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