JPH0243816B2

JPH0243816B2 - Gasutaabinyokokyodocokitainetsugokin

Info

Publication number: JPH0243816B2
Application number: JP12307784A
Authority: JP
Inventors: Junya Ooe; Saburo Wakita
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1984-06-15
Filing date: 1984-06-15
Publication date: 1990-10-01
Anticipated expiration: 2004-06-15
Also published as: JPS613859A

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、高強度並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基耐熱合金製ガスター
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、Ｃ：0.01〜１％， SiおよびMnのうちの１種または２種：0.01〜
２％， Cr：15〜40％， Ni：５〜15％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％， Al：0.01〜３％， Hf：0.05〜５％，Ｙ：0.01〜１％，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％，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，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0.01％未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方１％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0.01〜１％と定めた。 (b) 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、溶湯の脱酸には不可欠の成分であるが、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２％を越えて含有させても
脱酸効果が飽和するばかりでなく、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。 (c) 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15％未満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の低下が著し
くなることから、その含有量を15％〜40％と定め
た。 (d) 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15％
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５〜15％と定めた。 (e) 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。 (f) Al Al成分には、HfおよびＹとの共存において高
温耐酸化性を向上させる作用があるが、その含有
量が0.01％未満では所望の高温耐酸化性向上効果
が得られず、一方３％を越えて含有させると、鋳
造性が劣化するようになると共に、合金に脆化傾
向が現われるようになることから、その含有量を
0.01〜３％と定めた。 (g) 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0.05％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0.05〜５％と定めた。 (h) ＹＹ成分には、合金の高温耐酸化性および耐腐食
性を改善するほか、耐スケール剥離性を著しく向
上させる作用があるが、その含有量が0.01％未満
では前記作用に所望の効果が得られず、一方１％
を越えて含有させると、鋳造性に劣化傾向が見ら
れるようになることから、その含有量を0.01〜１
％と定めた。 (i) 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。 (j) 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。 (k) 希土類元素希土類元素、すなわち元素の周期表における原
子番号57〜71の元素には、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。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１〜48お
よび比較Co基耐熱合金１〜12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：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。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35％NO₂SO₄＋65％
Na₂CO₃の溶融塩中に25時間浸漬の条件で浸漬試
験を行ない、試験後の試験片の脱スケール後の腐
食減量を測定することによつて耐ホツト・コロー
ジヨン性を評価した。これらの測定結果を第２表
に合せて示した。〔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１〜48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１〜12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、

【表】

【表】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：0.01〜１％， SiおよびMnのうちの１種または２種：0.01〜
２％， Cr：15〜40％， Ni：５〜15％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％， Al：0.01〜３％， Hf：0.05〜５％，Ｙ：0.01〜１％，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。２Ｃ：0.01〜１％， SiおよびMnのうちの１種または２種：0.01〜
２％， Cr：15〜40％， Ni：５〜15％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％， Al：0.01〜３％， Hf：0.05〜５％，Ｙ：0.01〜１％，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。３Ｃ：0.01〜１％， SiおよびMnのうちの１種または２種：0.01〜
２％， Cr：15〜40％， Ni：５〜15％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％， Al：0.01〜３％， Hf：0.05〜５％，Ｙ：0.01〜１％，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。４Ｃ：0.01〜１％， SiおよびMnのうちの１種または２種：0.01〜
２％， Cr：15〜40％， Ni：５〜15％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％， Al：0.01〜３％， Hf：0.05〜５％，Ｙ：0.01〜１％，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。５Ｃ：0.01〜１％， SiおよびMnのうちの１種または２種：0.01〜
２％， Cr：15〜40％， Ni：５〜15％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％， Al：0.01〜３％， Hf：0.05〜５％，Ｙ：0.01〜１％，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％と，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。６Ｃ：0.01〜１％， SiおよびMnのうちの１種または２種：0.01〜
２％， Cr：15〜40％， Ni：５〜15％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％， Al：0.01〜３％， Hf：0.05〜５％，Ｙ：0.01〜１％，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％と，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。７Ｃ：0.01〜１％， SiおよびMnのうちの１種または２種：0.01〜
２％， Cr：15〜40％， Ni：５〜15％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％， Al：0.01〜３％， Hf：0.05〜５％，Ｙ：0.01〜１％，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％と，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。８Ｃ：0.01〜１％， SiおよびMnのうちの１種または２種：0.01〜
２％， Cr：15〜40％， Ni：５〜15％，ＷおよびMoのうちの１種または２種：２〜12
％， Al：0.01〜３％， Hf：0.05〜５％，Ｙ：0.01〜１％，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％と，ＢおよびZrのうちの１種または２種：0.005〜
0.1％と，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。