JPH06240394A

JPH06240394A - 高温強度のすぐれたＣｏ基合金

Info

Publication number: JPH06240394A
Application number: JP21225393A
Authority: JP
Inventors: Akira Mihashi; 章三橋; Tateaki Sahira; 健彰佐平; Saburo Wakita; 三郎脇田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1994-08-30
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JP3303023B2

Abstract

(57)【要約】【目的】特に高温強度のすぐれたＣｏ基合金を提供す
る。【構成】Ｃｏ基合金が、重量％で、Ｃ：０．１〜１．
２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種以上：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：
０．１〜３．５％を含有し、さらに必要に応じて、
（ａ）ＴａおよびＮｂのうちの１種以上：０．１〜１２
％、（ｂ）ＷおよびＭｏのうちの１種以上：０．１〜１
０％、（ｃ）ＢおよびＺｒのうちの１種以上：０．００
５〜０．１％、（ｄ）Ｙを含む希土類元素のうちの１種
以上：０．００５〜０．１％、以上（ａ）〜（ｄ）のう
ちの１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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、著しくすぐれた高温
強度を有すると共に、高温耐酸化性にもすぐれ、さらに
高温流体耐摩耗性および耐溶融ガラス侵食性にもすぐれ
たＣｏ基合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に、例えばガラス繊維が、ス
ピナー内に１０００℃程度に加熱した溶融ガラスを装入
し、このスピナーを１７００r.p.m 程度の回転数で高速
回転して、前記スピナーの側壁にそって放射状に穿設し
た多数の細孔から溶融ガラスを遠心力にて噴出させるこ
とによって成形されることは良く知られるところであ
り、したがって上記のガラス繊維成形スピナーには、高
温強度、高温耐酸化性、および耐溶融ガラス侵食性が要
求されることから、これらの製造には、例えば特公昭６
３−３０３８４号公報などに記載されるＣｏ基合金が用
いられている。また、例えば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にも、同じく高温強度およ
び高温耐酸化性、さらに高温燃焼ガスなどの高温流体に
対する耐摩耗性が要求されることから、これらの特性を
具備した、例えば特公平３−４３８１３号公報などに記
載されるＣｏ基合金が用いられることも知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年、例えばガ
スタービンの高出力化、並びにガラス繊維の成形加工の
高速化の進展はめざましく、これに伴ない、これらガス
タービンの構造部材やガラス繊維成形スピナーには、よ
り一段とすぐれた高温強度を具備することが求められて
いるが、これらを構成する上記従来Ｃｏ基合金はじめ、
その他多くのＣｏ基合金は十分満足する高温強度をもつ
ものでないため、より苛酷な高温条件下での実用に際し
ては比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。

【０００４】

【課題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、特に高温強度のすぐれたＣｏ基
合金を開発すべく研究を行なった結果、重量％で（以
下、％は重量％を示す）、Ｃ：０．１〜１．２％、Ｓｉ
およびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２％、
Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒ
ｅ：０．１〜３．５％、を含有し、さらに必要に応じ
て、（ａ）ＴａおよびＮｂのうちの１種または２種：
０．１〜１２％、（ｂ）ＷおよびＭｏのうちの１種ま
たは２種：０．１〜１０％、（ｃ）ＢおよびＺｒのう
ちの１種または２種：０．００５〜０．１％、（ｄ）
Ｙを含む希土類元素のうちの１種以上：０．００５〜
０．１％、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、きわめてすぐれた高温強度を
有し、さらに高温耐酸化性、高温流体耐摩耗性、および
耐溶融ガラス侵食性にもすぐれており、したがってこれ
を、例えばガスタービンの構造部材やガラス繊維成形ス
ピナーなどの製造に用いた場合に、苛酷な高温条件下で
の実用に際しても著しく長期に亘ってすぐれた性能を発
揮するという研究結果を得たのである。

【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、以下に成分組成を上記の通りに
限定した理由を説明する。（ａ）ＣＣ成分には、素地に固溶して、これを強化するほか、炭
化物を形成して高温流体耐摩耗性を向上させる作用があ
るが、その含有量が０．１％未満では所望の高温流体耐
摩耗性を確保することができず、一方その含有量が１．
２％を越えると急激な脆化が起るようになることから、
その含有量を０．１〜１．２％と定めた。

【０００６】（ｂ）ＳｉおよびＭｎこれらの成分は、合金溶湯の脱酸には不可欠の成分であ
り、したがってその含有量が０．０１％未満では所望の
脱酸効果を確保することができず、一方その含有量が２
％を越えると合金が脆化するようになることから、その
含有量を０．０１〜２％と定めた。

【０００７】（ｃ）ＣｒＣｒ成分には、上記の通り炭化物を形成して高温流体耐
摩耗性を向上させるほか、素地に固溶して高温耐酸化性
を向上させる作用があるが、その含有量が２２％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が
３７％を越えると高温強度および靭性が低下するように
なることから、その含有量を２２〜３７％と定めた。

【０００８】（ｄ）ＮｉＮｉ成分には、素地に固溶し、ＣｏおよびＣｒの共存下
で耐酸化性を向上させるほか、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
の向上効果が得られず、一方その含有量が１５％を越え
ても前記作用が飽和し、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５〜１５％と定めた。

【０００９】（ｅ）ＲｅＲｅ成分には、素地に固溶し、Ｈｆ成分との共存下で高
温強度を著しく向上させる作用があるが、その含有量が
０．１％未満では所望のすぐれた高温強度を確保するこ
とができず、一方その含有量が３．５％を越えると靭性
が低下するようになることから、その含有量を０．１〜
３．５％と定めた。

【００１０】（ｆ）ＴａおよびＮｂこれらの成分には、炭化物を形成して高温流体耐摩耗性
を向上させると共に、素地に固溶して高温耐酸化性およ
び耐溶融ガラス侵食性を向上させる作用があるので、必
要に応じて含有されるが、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、一方その含有量が
１２％を越えると靭性が低下するようになることから、
その含有量を０．１〜１２％と定めた。

【００１１】（ｇ）ＷおよびＭｏこれらの成分には、炭化物を形成して高温流体耐摩耗性
を向上させるほか、素地に固溶して高温強度を向上させ
る作用があるので、必要に応じて含有されるが、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、一方その含有量が１０％を越えると、高温耐酸化性
および靭性が低下するようになることから、その含有量
を０．１〜１０％と定めた。

【００１２】（ｈ）ＢおよびＺｒこれらの成分には、結晶粒界を強化し、もって高温強度
を向上させる作用があるので、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、一方その含有量が０．１％を越え
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。

【００１３】（ｉ）Ｙを含む希土類元素Ｙを含む希土類元素には、高温耐酸化性を向上させる作
用があるので、必要に応じて含有されるが、その含有量
が０．００５％未満では高温耐酸化性向上効果が不十分
であり、一方その含有量が０．１％を越えると、鋳造性
および加工性が損な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。

【００１４】（ｊ）Ｆｅなお、この発明のＣｏ基合金においては、不可避不純物
としてＦｅ成分を含有する場合があるが、Ｆｅ成分は４
％まで含有しても合金特性に何らの悪影響も及ぼさない
ので、経済性を考慮して４％までの範囲で積極的に含有
させる場合がある。

【００１５】

【実施例】つぎに、この発明のＣｏ基合金を実施例によ
り具体的に説明する。通常の溶解法により、それぞれ表
１〜７に示される成分組成をもった本発明Ｃｏ基合金１
〜５９および比較Ｃｏ基合金１〜８をそれぞれ溶製し、
これらの合金溶湯を、ロストワックス精密鋳造法を用
い、それぞれ高温強度を評価するためのクリープラプチ
ャー試験用試験片素材（直径：１２mm×長さ：１２０mm
の丸棒）、高温耐酸化性を評価するための高温酸化試験
用試験片素材（直径：１２mm×長さ：１２０mmの丸
棒）、高温流体耐摩耗性を評価するための高温流体摩耗
試験用試験片素材（直径：１２mm×長さ：１２０mmの丸
棒）、および耐溶融ガラス侵食性を評価するための溶融
ガラスノズル噴出試験用試験片素材（直径：３５mm×厚
さ：５mmの円板）に鋳造した。

【００１６】なお、上記比較Ｃｏ基合金１〜８は、基本
構成成分のうちのいずれかの成分含有量（表７に＊印を
付す）がこの発明の範囲から外れた成分組成をもつもの
である。また、クリープラプチャー試験は、上記素材か
ら、平行部径：６mm×平行部長さ：３２mm×チャック
（ネジ）部径：１２mm×全長：８０mmの寸法をもった試
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：１０２０℃、荷重応力：８kg／mm²の条件で
行ない、破断寿命（高温強度）を測定すると共に、高温
靭性を評価する目的で伸びを測定した。

【００１７】上記高温酸化試験は、上記素材から、直
径：１０mm×高さ：１２mmの寸法をもった試験片を削り
出し、この試験片を用い、温度：１１５０℃に４時間保
持後冷却して脱スケールを１サイクルとし、これを８サ
イクル繰り返すことにより行ない、試験後の試験片の酸
化減量を測定し、試験前の試験片重量に対する割合（酸
化減量割合）を算出した。

【００１８】高温流体摩耗試験は、上記素材から直径：
１０mm×長さ：１００mmの寸法をもった試験片を削り出
し、この試験片を、１００μｍの平均粒径を有するアル
ミナ粉を、５ｇ／min の割合で配合した灯油燃焼ガス
（温度：９００℃）が約９０ｍ／sec の流速で通過する
管内に立設し、この状態を４８時間保持する条件で行
い、試験後の試験片中央部における流体対向面の摩耗深
さを測定した。

【００１９】溶融ガラスノズル噴出試験は、上記素材の
中心部を厚さ：１mmに切削加工により減肉し、この減肉
部分に直径：０．５mmの穴をあけ、これを内径：２０mm
のＣｏ基合金るつぼの底板とし、このるつぼ内で、平均
粒径：５μｍのＷＣ粉末を３容量％の割合で混合したソ
ーダガラスを大気溶融し、前記溶融ガラスを１０５０℃
に加熱保持した状態で、前記るつぼの上方より前記溶融
ガラスに３気圧の圧力を付加して前記るつぼ底板の穴よ
り溶融ガラスを噴出し、この溶融ガラスの噴出を４８時
間続けることにより行ない、試験後の穴径を測定し、こ
の測定結果から穴径変化率、すなわち〔（試験後の穴
径）−（試験前の穴径）〕÷（試験前の穴径）×１００
％を算出した。これらの結果を表８〜１１に示した。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【表３】

【００２３】

【表４】

【００２４】

【表５】

【００２５】

【表６】

【００２６】

【表７】

【００２７】

【表８】

【００２８】

【表９】

【００２９】

【表１０】

【００３０】

【表１１】

【００３１】

【発明の効果】表１〜１１に示される結果から、本発明
Ｃｏ基合金１〜５９は、いずれも著しくすぐれた高温強
度を有し、かつ高温靭性、高温耐酸化性、高温流体耐摩
耗性、および耐溶融ガラス侵食性にもすぐれているのに
対して、比較Ｃｏ基合金１〜８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がこの発明の範囲か
ら外れると、上記の特性のうち少なくともいずれかの特
性が劣っ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基合金は、特にすぐれた高温強度を
有し、かつ高温耐酸化性、高温流体耐摩耗性、および耐
溶融ガラス侵食性にもすぐれているので、これらの特性
が要求される、例えばガスタービンの構造部材やガラス
繊維成形スピナーなどとして用いた場合に、より苛酷な
条件下での実用に際してもすぐれた性能を著しく長期に
亘って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】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、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ことを特徴とする高温強
度のすぐれたＣｏ基合金。
【請求項２】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、を含有し、さらに、ＴａおよびＮｂのうちの１種または２種：０．１〜１２
％、を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からなる組成
を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣｏ基合
金。
【請求項３】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、を含有し、さらに、ＷおよびＭｏのうちの１種または２種：０．１〜１０
％、を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からなる組成
を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣｏ基合
金。
【請求項４】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、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
る組成を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣ
ｏ基合金。
【請求項５】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、を含有し、さらに、Ｙを含む希土類元素のうちの１種以上：０．００５〜
０．１％、を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からな
る組成を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣ
ｏ基合金。
【請求項６】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、を含有し、さらに、ＴａおよびＮｂのうちの１種または２種：０．１〜１２
％、ＷおよびＭｏのうちの１種または２種：０．１〜１０
％、を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からなる組成
を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣｏ基合
金。
【請求項７】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、を含有し、さらに、ＴａおよびＮｂのうちの１種または２種：０．１〜１２
％、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
る組成を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣ
ｏ基合金。
【請求項８】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、を含有し、さらに、ＴａおよびＮｂのうちの１種または２種：０．１〜１２
％、Ｙを含む希土類元素のうちの１種以上：０．００５〜
０．１％、を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からな
る組成を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣ
ｏ基合金。
【請求項９】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、を含有し、さらに、ＷおよびＭｏのうちの１種または２種：０．１〜１０
％、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
る組成を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣ
ｏ基合金。
【請求項１０】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、を含有し、さらに、ＷおよびＭｏのうちの１種または２種：０．１〜１０
％、Ｙを含む希土類元素のうちの１種以上：０．００５〜
０．１％、を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からな
る組成を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣ
ｏ基合金。
【請求項１１】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、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％、Ｙを含む希土類元素のうちの１種以上：０．００５〜
０．１％、を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からな
る組成を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣ
ｏ基合金。
【請求項１２】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、を含有し、さらに、ＴａおよびＮｂのうちの１種または２種：０．１〜１２
％、ＷおよびＭｏのうちの１種または２種：０．１〜１０
％、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
る組成を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣ
ｏ基合金。
【請求項１３】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、を含有し、さらに、ＴａおよびＮｂのうちの１種または２種：０．１〜１２
％、ＷおよびＭｏのうちの１種または２種：０．１〜１０
％、Ｙを含む希土類元素のうちの１種以上：０．００５〜
０．１％、を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からな
る組成を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣ
ｏ基合金。
【請求項１４】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、を含有し、さらに、ＴａおよびＮｂのうちの１種または２種：０．１〜１２
％、ＢおよびＺｒのうちの１種または２種：０．００５〜
０．１％、Ｙを含む希土類元素のうちの１種以上：０．００５〜
０．１％、を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からな
る組成を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣ
ｏ基合金。
【請求項１５】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、を含有し、さらに、ＷおよびＭｏのうちの１種または２種：０．１〜１０
％、ＢおよびＺｒのうちの１種または２種：０．００５〜
０．１％、Ｙを含む希土類元素のうちの１種以上：０．００５〜
０．１％、を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からな
る組成を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣ
ｏ基合金。
【請求項１６】重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、ＳｉおよびＭｎのうちの１種または２種：０．０１〜２
％、Ｃｒ：２２〜３７％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｒｅ：０．１〜３．５％、を含有し、さらに、ＴａおよびＮｂのうちの１種または２種：０．１〜１２
％、ＷおよびＭｏのうちの１種または２種：０．１〜１０
％、ＢおよびＺｒのうちの１種または２種：０．００５〜
０．１％、Ｙを含む希土類元素のうちの１種以上：０．００５〜
０．１％、を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からな
る組成を有することを特徴とする高温強度のすぐれたＣ
ｏ基合金。