JPH07145703A - Moving blade for gas turbine, manufacture thereof, and gas turbine using same - Google Patents

Moving blade for gas turbine, manufacture thereof, and gas turbine using same

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JPH07145703A
JPH07145703A JP18440594A JP18440594A JPH07145703A JP H07145703 A JPH07145703 A JP H07145703A JP 18440594 A JP18440594 A JP 18440594A JP 18440594 A JP18440594 A JP 18440594A JP H07145703 A JPH07145703 A JP H07145703A
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gas turbine
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shank
platform
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明 ▲吉▼成
Akira Yoshinari
Hideki Tamaoki
英樹 玉置
Toshiaki Saito
年旦 斉藤
Mitsuru Kobayashi
満 小林
Katsumi Iijima
活巳 飯島
Katsuo Wada
克夫 和田
Kimio Kano
公男 狩野
Hiroyuki Matsuzaki
裕之 松崎
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Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To achieve excellent creep strength and eliminate an intercrystalline crack by constituting a moving blade of an integral casting where a part of a blade unit, a platform and a shank unit is made of monocrystal and a part except for the part made of monocrystal is made of columnar crystal coagulated in one direction. CONSTITUTION:A gas turbine moving blade comprises a blade unit 1, a platform 15 having a flat portion continuous to the blade unit 1, a shank unit 18 continuous to the blade 1 and the platform 15, and fins 14 formed on both sides of the shank unit 18, a dovetail continuous to the shank unit 18. The blade unit 1 is made of monocrystal, and the whole except for the blade unit 1 is an integral casting of columnar crystal coagulated in one direction. The casting is composed of 0-0.20wt.% of C, 2-16wt.% of Cr, 4-7wt.% of Al, 2-15wt.% of W, 0.5-5wt.% of Ti, 0-3wt.% of Nb, 0-6wt.% of Mo, 0-12wt.% of Ta, 0-10.5wt.% of Co, 0-2wt.% of Hf, 0-4wt.% of Re, 0-0.035wt.% of B, 0-0.035wt.% of Zr and the rest of 58wt.% or more of Ni.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は新規なガスタービン用動
翼に係り、特にクリープ強度に優れた動翼とその製造法
及びそれを用いたガスタービンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel blade for a gas turbine, and more particularly to a blade having excellent creep strength, a method for manufacturing the blade and a gas turbine using the blade.

【0002】[0002]

【従来の技術】発電用ガスタービンの動翼材料は、従来
から主としてNi基の超合金が使用されてきたが、ガス
タービンの熱効率向上を図るため、年々燃焼ガス温度が
上昇してきた。そして、それに伴い動翼の耐熱強度を上
げるため、組織的には普通鋳造による等軸晶翼から一方
向凝固による柱状晶翼へと変化すると共に、翼内部に複
雑な冷却孔を設け、内部からの冷却を図ってきた。
2. Description of the Related Art Ni-based superalloys have been mainly used as the blade material of a gas turbine for power generation, but the combustion gas temperature has been increasing year by year in order to improve the thermal efficiency of the gas turbine. In order to increase the heat-resistant strength of the rotor blades, the structure changes from equiaxed crystal blades made by normal casting to columnar crystal blades made by unidirectional solidification, and complicated cooling holes are provided inside the blades. I have been trying to cool down.

【0003】柱状晶鋳物の大部分は、特公昭51−4186号
等で示されている一方向凝固法で製造されている。この
方法は、加熱した炉の中から鋳型を下方に引出し、下端
から上方に漸次凝固させる方法である。この方法によ
り、遠心応力が作用する長手方向に長く伸び、〈10
0〉方位の結晶方位を有する柱状晶動翼が製造され、ク
リープ強度特性や熱疲労強度特性が改善されてきた。
Most of the columnar crystal castings are manufactured by the unidirectional solidification method disclosed in Japanese Patent Publication No. 51-4186. This method is a method in which a mold is pulled out from a heated furnace and gradually solidified upward from the lower end. By this method, elongation is extended in the longitudinal direction where centrifugal stress acts, and <10
A columnar crystal blade having a crystal orientation of 0> orientation has been manufactured, and creep strength characteristics and thermal fatigue strength characteristics have been improved.

【0004】また、柱状晶動翼より高温特性に優れた動
翼として特開昭60−261659号公報及び特開昭61−71168
号公報には翼部を単結晶とし、付根部を微結晶とした燃
焼タービン用羽根の製造法が開示されている。
Further, as a rotor blade having a higher temperature characteristic than that of a columnar crystal rotor blade, JP-A-60-261659 and JP-A-61-71168 are used.
The publication discloses a method of manufacturing a blade for a combustion turbine in which the blade portion is made of single crystal and the root portion is made of fine crystal.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】更に高効率化を図るた
めには、燃焼ガス温度を高めることが最も有効な方法で
あり、そしてそのためには内部冷却をさらに強化すると
共に、材料の高温強度を高めることが必要になってき
た。
Increasing the combustion gas temperature is the most effective method for achieving higher efficiency, and for that purpose, the internal cooling is further strengthened and the high temperature strength of the material is improved. It has become necessary to raise it.

【0006】ガスタービン用動翼の内部冷却孔は、セラ
ミック中子を用いて形成されるが、冷却を更に強化する
ため、冷却用パスの数を多くすると共に、翼自体の薄肉
化が図られてきた。柱状晶動翼は一方向凝固法で製造さ
れているが、溶融金属は中子を鋳ぐるんだ状態で凝固
し、その後室温まで冷却される。そして、冷却時には熱
収縮を生じる。中子と鋳造金属の熱膨張係数を比較する
と、中子は金属より一桁程度小さい値を示すため、金属
はほとんど収縮しない中子を内部に鋳ぐるんだまま収縮
することになり、冷却の過程で大きな引っ張り応力が発
生してくることになる。このため鋳造品は、強度の弱い
結晶粒界に沿って縦割れが発生しやすくなる。そして、
縦割れは特に薄肉部である翼部で著しい。その為、従来
の柱状晶動翼は翼部の薄肉化ができず、冷却を充分に行
うことができなかった。また鋳造時に粒界割れが発生し
歩留まりも悪かった。
The internal cooling holes of the blade for a gas turbine are formed by using a ceramic core. To further enhance the cooling, the number of cooling paths is increased and the blade itself is made thin. Came. The columnar crystal blades are manufactured by the unidirectional solidification method, but the molten metal solidifies in a state where the core is surrounded by casting, and then cooled to room temperature. Then, heat contraction occurs during cooling. Comparing the thermal expansion coefficients of the core and the cast metal, the core shows a value that is about an order of magnitude smaller than the metal, so the metal shrinks with the core that does not shrink almost as if it is wrapped inside. A large tensile stress will be generated in the process. Therefore, in the cast product, vertical cracks are likely to occur along the grain boundaries where the strength is weak. And
Longitudinal cracking is particularly noticeable in the thin blade portion. Therefore, in the conventional columnar crystal moving blade, the blade portion cannot be thinned, and the cooling cannot be sufficiently performed. In addition, grain boundary cracking occurred during casting and the yield was poor.

【0007】航空機用ジェットエンジンに用いられてい
る動翼は、翼長が最大でも10cm程度、重さも数百グラ
ムであり単結晶化は容易である。しかし、発電用ガスタ
ービンに用いられる動翼は、翼の形状が複雑であるばか
りでなく、翼長は15〜40cm,重さも数kgから10kg
程度と非常に大きくなるため、特公昭51−4186号公報で
のやり方では異結晶やフレックル欠陥などが発生しやす
く単結晶化は非常に困難になっている。
A moving blade used in an aircraft jet engine has a maximum blade length of about 10 cm and a weight of several hundred grams, so that single crystallization is easy. However, the blade used in the gas turbine for power generation is not only complicated in shape, but also has a blade length of 15 to 40 cm and a weight of several kg to 10 kg.
Since the size is extremely large, foreign crystals and freckle defects are easily generated by the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 4186 / 51-4186, and single crystallization is very difficult.

【0008】特開昭60−261659号公報及び特開昭61−71
168 号公報には、翼部を単結晶、残りの部分を磁気撹拌
を利用して微小結晶粒とする製造法が述べられている。
しかし、この方法で従来の単結晶合金を鋳造すると微小
結晶粒部分の強度が弱くなる問題があった。また、微小
結晶粒部分の強度を保つために、多量の粒界強化元素を
含んだ合金を用いて鋳造すると、凝固時に形成された共
晶組織及び共晶γ′相の融点が低下するため溶体化が十
分できず、結果的に材料の強度向上を図れなかった。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-261659 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-71
Japanese Patent No. 168 describes a manufacturing method in which a blade is made of a single crystal and the remaining portion is made into fine crystal grains by using magnetic stirring.
However, when the conventional single crystal alloy is cast by this method, there is a problem that the strength of the fine crystal grain portion becomes weak. In addition, when casting is performed using an alloy containing a large amount of grain boundary strengthening elements in order to maintain the strength of the fine crystal grains, the eutectic structure formed during solidification and the melting point of the eutectic γ ′ phase are lowered, As a result, the strength of the material could not be improved.

【0009】以上述べたように、従来技術による動翼で
は、冷却効率の向上を図るために薄肉化すると粒界割れ
が発生しやすくなり、また粒界割れを防止するために粒
界強化元素を添加すると強度向上がはかれないという欠
点があり、ガスタービンの効率向上を図ることが出来な
かった。
As described above, in the rotor blade according to the prior art, grain boundary cracking is likely to occur when the wall thickness is reduced in order to improve cooling efficiency, and grain boundary strengthening elements are added to prevent grain boundary cracking. If added, there was a drawback that the strength could not be improved, and the efficiency of the gas turbine could not be improved.

【0010】また、高温強度に優れた単結晶動翼は、異
結晶が発生しやすいため歩留まりが非常に悪く、また大
きな物は製造できないため、発電用ガスタービンの動翼
としては適用できず、ガスタービンの効率向上を図るこ
とができなかった。
Further, a single crystal blade excellent in high temperature strength has a very low yield because foreign crystals are easily generated, and a large product cannot be manufactured. Therefore, it cannot be applied as a blade of a gas turbine for power generation. The efficiency of the gas turbine could not be improved.

【0011】本発明の目的は、鋳造時の粒界割れがな
く、しかもクリープ強度に優れたガスタービン用柱状晶
動翼及びその製造法とそれを用いたガスタービンを提供
することにある。
It is an object of the present invention to provide a columnar crystal blade for a gas turbine which is free from intergranular cracks during casting and which is excellent in creep strength, a method for producing the same, and a gas turbine using the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、高温高圧ガス
にさらされる翼部と,該翼部に連なり高温高圧ガスを遮
断するための張出し部であるプラットフォームと,該プ
ラットフォームに連なり該翼部とディスクの間に充分な
温度勾配を得るための距離を有するシャンク部と,該シ
ャンク部に設けられた高温高圧ガスを遮断するための突
起であるシールフィンと,該シャンク部に連なるディス
クへの埋込部であるダブティルとを有し、前記翼部は少
なくともその外面が単結晶であり、翼部内部を含み翼部
からシャンク部の1部に連続して形成された単結晶を有
し、残部が該単結晶から連続して形成された一方向凝固
した柱状晶からなる一体の鋳物からなるガスタービン用
動翼である。
DISCLOSURE OF THE INVENTION According to the present invention, a wing portion exposed to high-temperature and high-pressure gas, a platform which is a bulging portion connected to the wing portion for shutting off high-temperature and high-pressure gas, and the wing portion which is connected to the platform Between the disc and the disc, a shank portion having a distance for obtaining a sufficient temperature gradient, a seal fin provided on the shank portion for blocking high-temperature high-pressure gas, and a disc connected to the shank portion. With a dovetail which is an embedded portion, the wing portion is a single crystal at least the outer surface thereof, and has a single crystal formed continuously from the wing portion to a part of the shank portion including the inside of the wing portion, A balance is a blade for a gas turbine, which is made of an integral casting made of unidirectionally solidified columnar crystals continuously formed from the single crystal.

【0013】即ち、本発明に係るガスタービン用動翼
は、翼部が単結晶であり、残りが一方向凝固柱状晶から
なるものであるが、残りのプラットフォーム及びシャン
ク部内に翼部からの単結晶が引き続き形成される。
That is, in the gas turbine rotor blade according to the present invention, the blade portion is a single crystal and the rest is a unidirectionally solidified columnar crystal. However, the blade from the blade portion is formed in the remaining platform and shank portion. Crystals continue to form.

【0014】特に、本発明に係るガスタービン用動翼
は、多結晶部を柱状晶組織として柱状晶の長手方向の方
位は〈100〉方位から15度以内であり、隣接する柱
状晶の結晶方位差を15度、特に8度以内とすることが
好ましい。
In particular, in the rotor blade for a gas turbine according to the present invention, the longitudinal direction of the columnar crystals is within 15 degrees from the <100> orientation with the polycrystalline portion as the columnar crystal structure, and the crystal orientation of the adjacent columnar crystals is It is preferable that the difference is within 15 degrees, particularly within 8 degrees.

【0015】また、翼部の単結晶における結晶方位差が
8度以内なら特に粒界は見られず許容することができ
る。
Further, if the crystal orientation difference in the single crystal of the blade portion is within 8 degrees, no grain boundary is observed and it is acceptable.

【0016】特に、翼部外面の隣接する結晶粒間の方位
差が8度以内であり、該翼部外面以外の該翼部内部を含
む部分の一部の隣接する結晶粒間の方位差が8度以内、
残部の隣接する結晶粒間の方位差を15度以内とするこ
とが好ましい。
In particular, the orientation difference between the adjacent crystal grains on the outer surface of the blade is within 8 degrees, and the orientation difference between the adjacent crystal grains of a part including the inside of the blade other than the outer surface of the blade is Within 8 degrees,
The orientation difference between the remaining adjacent crystal grains is preferably within 15 degrees.

【0017】さらに、翼部とその他の部分の結晶粒の最
大の結晶方位の差は8〜15度以内であることが好まし
い。
Further, it is preferable that the maximum difference in crystal orientation between the crystal grains of the blade portion and other portions is within 8 to 15 degrees.

【0018】また、上記のガスタービン動翼を得るため
には、単結晶の少なくとも1ヶ所と突起であるシールフ
ィンの間に凝固促進通路を設けることが有効である。
Further, in order to obtain the above-mentioned gas turbine rotor blade, it is effective to provide a solidification promoting passage between at least one location of the single crystal and the seal fin which is a projection.

【0019】本発明のガスタービン動翼には、ダブティ
ルから翼部にかけて、内部に動翼を冷却するための冷媒
通路が設けられることがある。
The gas turbine rotor blade of the present invention may be provided with a refrigerant passage for cooling the rotor blade inside from the dovetail to the blade portion.

【0020】本発明のガスタービン動翼には、翼部表面
に、Cr,Al,Yを含むCoまたはNiを主成分とす
る合金層をコーティングすることがある。
In the gas turbine rotor blade of the present invention, the blade surface may be coated with an alloy layer containing Cr, Al, Y and containing Co or Ni as a main component.

【0021】さらに、本発明のガスタービン動翼は、前
記翼部及びその周辺の最外表面に、セラミックス層から
なる遮熱コーティングを有する場合がある。
Further, the gas turbine rotor blade of the present invention may have a thermal barrier coating made of a ceramic layer on the outermost surface of the blade portion and its periphery.

【0022】本発明に係るガスタービン用動翼は、重量
で0.03% 以上のC,0.005%以上のB及び0.0
05% 以上のZrの一種又は二種以上の元素を含み、
且つ合金の粒界での、局部的な溶融による初期溶融を生
じること無く、析出γ′相をγ相中に固溶できるNi基
超合金で鋳造されているものである。
The rotor blade for a gas turbine according to the present invention has a C content of 0.03% or more, a B content of 0.005% or more and 0.0 by weight.
Containing one or more elements of Zr of 05% or more,
Moreover, the alloy is cast from a Ni-base superalloy capable of forming a solid solution of the precipitated γ ′ phase in the γ phase without causing initial melting due to local melting at the grain boundaries of the alloy.

【0023】特に、C0.05〜0.1%、B及びZrの
1種又は2種を0.005〜0.025%より好ましくはB
0.002〜0.02%,Zr0.02% 以下とするのが
割れを防止するのに好適である。
In particular, C is 0.05 to 0.1%, one or two of B and Zr is 0.005 to 0.025%, and more preferably B.
The content of 0.002 to 0.02% and Zr of 0.02% or less is suitable for preventing cracking.

【0024】本発明に係るガスタービン用動翼は重量%
で、以下の好適な組成のNi基超合金で鋳造されている
ものである。
The gas turbine blade according to the present invention has a weight%
And is cast from a Ni-base superalloy having the following preferable composition.

【0025】鋳物は重量%で、C0〜0.20% ,Cr
2〜16%,Al4〜7%,W2〜15%,Ti0.5
〜5% ,Nb0〜3%,Mo0〜6%,Ta0〜12
%,Co0〜10.5%,Hf0〜2%,Re0〜4
%,B0〜0.035% ,Zr0〜0.035% 、及び
残部が58%以上のNiからなる。
The castings are in% by weight, C0 to 0.20%, Cr
2-16%, Al4-7%, W2-15%, Ti0.5
~ 5%, Nb0-3%, Mo0-6%, Ta0-12
%, Co0 to 10.5%, Hf0 to 2%, Re0 to 4
%, B0 to 0.035%, Zr0 to 0.035%, and the balance being 58% or more of Ni.

【0026】本発明は、翼部と,該翼部に連らなる平坦
部を有するプラットフォームと,該プラットフォームに
連らなるシャンク部と,該シャンク部の両側に設けられ
た突起からなるフィンと,前記シャンク部に連らなるダ
ブティルとを有するガスタービン用動翼において、前記
翼部が単結晶であり、前記翼部及び前記フィンを除いた
部分が一方向凝固した柱状晶である一体の鋳物からなる
ことを特徴とする。
According to the present invention, a wing portion, a platform having a flat portion connected to the wing portion, a shank portion connected to the platform, and fins including protrusions provided on both sides of the shank portion are provided. In a turbine blade for a gas turbine having a dovetail continuous with the shank portion, the blade portion is a single crystal, and a portion excluding the blade portion and the fin is a unidirectionally solidified columnar crystal from an integral casting It is characterized by

【0027】本発明は、翼部と,該翼部に連らなる平坦
部を有するプラットフォームと,該プラットフォームに
連らなるシャンク部と,該シャンク部の両側に設けられ
た突起からなるフィンと,前記シャンク部に連らなるダ
ブティルとを有するガスタービン動翼において、前記翼
部が単結晶であり、前記翼部以外の全部が一方向凝固し
た柱状晶である一体の鋳物からなることを特徴とする。
According to the present invention, a wing portion, a platform having a flat portion connected to the wing portion, a shank portion connected to the platform, and fins including protrusions provided on both sides of the shank portion are provided. In a gas turbine rotor blade having a dovetail continuous with the shank portion, the blade portion is a single crystal, and all except the blade portion are made of an integral casting which is a unidirectionally solidified columnar crystal. To do.

【0028】本発明における動翼は内部に一体に連らな
る冷媒通路を有する。
The moving blade in the present invention has a refrigerant passage integrally connected to the inside thereof.

【0029】本発明は、重量で、C0〜0.20% ,C
r2〜16%,Al4〜7%,W2〜15%,Ti0.
5〜5% ,Nb0〜3%,Mo0〜6%,Ta0〜1
2%,Co0〜10.5%,Hf0〜2%,Re0〜4
%,B0〜0.035% ,Zr0〜0.035% 、及び
残部が58%以上のNiからなり、前記C量とB及びZ
r量の一方又は両方とがA(C0.20%,B+Zr0
%),B(C0.05%,B+Zr0%),C(C0%,
B+Zr0.01%),D(C0%,B+Zr0.035
%)及びE(C0.1%,B+Zr0.025%)の範囲
内にあり、結晶方位の差が2〜8度であることを特徴と
するガスタービン用動翼にある。
In the present invention, C0 to 0.20% by weight, C
r2-16%, Al4-7%, W2-15%, Ti0.
5-5%, Nb0-3%, Mo0-6%, Ta0-1
2%, Co0-10.5%, Hf0-2%, Re0-4
%, B0 to 0.035%, Zr0 to 0.035%, and the balance of Ni of 58% or more, and the C content and B and Z.
One or both of the r amount is A (C 0.20%, B + Zr0
%), B (C0.05%, B + Zr0%), C (C0%,
B + Zr 0.01%), D (C0%, B + Zr 0.035)
%) And E (C0.1%, B + Zr0.025%), and the difference in crystal orientation is 2 to 8 degrees.

【0030】本発明は、重量で、C0.03〜0.1%,
Cr5.5〜7.0%,Co8.5 〜9.5% ,W8〜9
%,Re2.5〜3.5%,Mo0.3〜1.0%,Ta3
〜4%,Al5〜6%,Ti0.5〜1.0%,Hf0.
5〜1.0%,B及びZrの1種又は両者が0.005〜
0.025%、及び残部がNiと不可避不純物であり、
結晶方位の差が8度以下であることを特徴とするガスタ
ービン用動翼にある。
According to the present invention, C0.03-0.1% by weight,
Cr 5.5-7.0%, Co 8.5-9.5%, W8-9
%, Re 2.5 to 3.5%, Mo 0.3 to 1.0%, Ta3
~ 4%, Al 5-6%, Ti 0.5-1.0%, Hf 0.
5 to 1.0%, one or both of B and Zr 0.005
0.025%, and the balance Ni and inevitable impurities,
The rotor blade for a gas turbine is characterized in that the difference in crystal orientation is 8 degrees or less.

【0031】本発明の動翼は3段又は4段のガスタービ
ンのいずれの段に用いられるが、特に最も温度の高い初
段に好適である。2段以降は特に全体を柱状晶又は等軸
晶とした多結晶のものが好適である。
The moving blade of the present invention is used for any stage of a three-stage or four-stage gas turbine, and is particularly suitable for the first stage having the highest temperature. From the second stage onward, a polycrystalline one having columnar crystals or equiaxed crystals as a whole is particularly preferable.

【0032】特に、以下の組成が好適である(重量
%)。
The following composition is particularly preferable (% by weight).

【0033】 C :0.03〜0.1 Cr:5.5〜7.0 Co:9〜10.5 W :8.0〜11.0 Re:1.0〜3.5 Mo:0.3〜1.0 Ta:3.0〜4.0 Al:5.0〜6.0 Ti:0.5〜1.0 Hf:0.5〜1.0 B及びZrの1種又は2種:0.005〜0.025 残部:Ni及び不可避不純物 また、本発明に係るガスタービン用動翼は、鋳造後合金
のγ′相の固溶温度以上、初期溶融温度以下の温度範囲
で2〜60時間溶体化され、更に1000〜1150℃
で4〜20時間及び800〜920℃で8〜100時間
熱処理を施すのが好適である。
C: 0.03 to 0.1 Cr: 5.5 to 7.0 Co: 9 to 10.5 W: 8.0 to 11.0 Re: 1.0 to 3.5 Mo: 0.0 3 to 1.0 Ta: 3.0 to 4.0 Al: 5.0 to 6.0 Ti: 0.5 to 1.0 Hf: 0.5 to 1.0 One or two kinds of B and Zr. : 0.005-0.025 balance: Ni and unavoidable impurities Further, the gas turbine blade according to the present invention has a temperature range of 2 to 2 in the temperature range from the solid solution temperature of the γ'phase of the cast alloy to the initial melting temperature. Solution-treated for 60 hours, and further 1000 to 1150 ° C
The heat treatment is preferably performed for 4 to 20 hours and at 800 to 920 ° C. for 8 to 100 hours.

【0034】また、本発明に係るガスタービン用動翼の
製造法は、セラミック中子を有する鋳型を水冷チルプレ
ート上にセットする工程と,鋳造原料を溶解後加熱され
た鋳型内に溶湯を鋳込む工程と,鋳型を高温の加熱炉か
ら相対的に引き抜いて、翼部先端側から付根部側へ漸次
一方向凝固させて翼部を単結晶とする工程と,該翼部の
鋳型の引出し速度より早い速度で引き抜いて付根部を一
方向凝固させることを特徴とするガスタービン動翼の製
造法にある。
The method for manufacturing a gas turbine rotor blade according to the present invention includes the steps of setting a mold having a ceramic core on a water-cooled chill plate, and casting a molten metal in a heated mold after melting the casting raw material. And a step of pulling out the mold relatively from the high-temperature heating furnace, gradually unidirectionally solidifying from the tip side of the blade to the root side to form the blade into a single crystal, and the drawing speed of the mold of the blade. It is a method of manufacturing a gas turbine rotor blade, which is characterized in that the root portion is unidirectionally solidified by pulling out at a higher speed.

【0035】単結晶製造における鋳型移動速度を15cm
/h以下とすることが好ましく、柱状晶製造における移
動速度を20〜45cm/hとすることが好ましく、特
に、前者は単結晶製造できるものであれば早いほどよい
が、歩留りの点から、10cm/h程度が好ましく、後者
は50cm/hを超えると柱状晶間の結晶方位が10度を
超えまた等軸晶となるので、45cm/h以下がよく、8
度以下とするには早い速度の方がよいので、30〜45
cm/hが好ましい。
The mold moving speed in producing a single crystal is 15 cm.
/ H or less, and the moving speed in columnar crystal production is preferably 20 to 45 cm / h. In particular, the former is better as long as a single crystal can be produced, but 10 cm from the viewpoint of yield. / H is preferable, and in the latter case, the crystal orientation between the columnar crystals exceeds 10 degrees and equiaxed crystals are obtained when it exceeds 50 cm / h, so 45 cm / h or less is preferable.
Since it is better to use a faster speed to reduce the temperature to less than 30 degrees, 30 to 45
cm / h is preferred.

【0036】本発明は、単結晶と柱状晶との一体の一方
向凝固鋳物からなり、前記単結晶と柱状晶との前記凝固
方向に対して直角方向における結晶方位の差が8度以下
であることを特徴とする物品にあり、ガスタービン用動
翼以外に使用できる。
The present invention comprises a unidirectionally solidified casting of a single crystal and a columnar crystal, and the difference in crystal orientation between the single crystal and the columnar crystal in a direction perpendicular to the solidification direction is 8 degrees or less. It is an article characterized in that it can be used in addition to a blade for a gas turbine.

【0037】本発明は、翼部と,該翼部に連らなる平坦
部を有するプラットフォームと,該プラットフォームに
連らなるシャンク部と,該シャンク部の両側に設けられ
た突起からなるフィンと,前記シャンク部に連らなるダ
ブティルとを有するガスタービン動翼において、前記翼
部が単結晶であり、前記翼部以外の全部が一方向凝固し
た柱状晶である一体の鋳物であり、前記ダブティル部か
ら翼部先端にかけて内部に一体に連らなる冷媒通路が設
けられ、前記鋳物は重量で、C0〜0.20% ,Cr2
〜16%,Al4〜7%,W2〜15%,Ti0.5〜
5% ,Nb0〜3%,Mo0〜6%,Ta0〜12
%,Co0〜10.5% ,Hf0〜2%,Re0〜4,
B0〜0.035% ,Zr0〜0.035% 、及び残部
が58%以上のNiからなり、前記C量とB及びZr量
の一方又は両方ともA(C0.20%,B+Zr0%),
B(C0.03%,B+Zr0%),C(C0%,B+Z
r0.01%),D(C0%,B+Zr0.035%)及
びE(C0.1%,B+Zr0.025%)の範囲内にあ
り、γ相マトリックス内にγ′相が分散した組織を有
し、前記γ相の結晶方位の差が2〜6度であることを特
徴とする。
According to the present invention, a wing portion, a platform having a flat portion connected to the wing portion, a shank portion connected to the platform, and fins including protrusions provided on both sides of the shank portion, In a gas turbine blade having a dovetail continuous with the shank part, the vane part is a single crystal, and all but the vane part is an integrally cast product which is a unidirectionally solidified columnar crystal. From the end to the tip of the blade, a continuous refrigerant passage is provided inside, and the casting has a weight of C0 to 0.20%, Cr2.
~ 16%, Al4 ~ 7%, W2 ~ 15%, Ti0.5 ~
5%, Nb0-3%, Mo0-6%, Ta0-12
%, Co0 to 10.5%, Hf0 to 2%, Re0 to 4,
B0-0.035%, Zr0-0.035%, and the balance being Ni of 58% or more, and one or both of the C amount and the B and Zr amounts are A (C0.20%, B + Zr0%),
B (C 0.03%, B + Zr 0%), C (C 0%, B + Z
r0.01%), D (C0%, B + Zr0.035%) and E (C0.1%, B + Zr0.025%), with a structure in which the γ ′ phase is dispersed in a γ phase matrix. The difference in the crystal orientation of the γ phase is 2 to 6 degrees.

【0038】本発明は、コンプレッサによって圧縮され
た燃焼ガスを静翼を通してディスクに植設された動翼に
衝突させて該動翼を回転させるガスタービンにおいて、
前記動翼を3段以上有し、該動翼の初段が翼部と,該翼
部に連らなる平坦部を有するプラットフォームと,該プ
ラットフォームに連らなるシャンクと,該シャンクの両
側に設けられた突起からなるフィンと,前記シャンクに
連らなるダブティルとを有し、前記翼部が単結晶であ
り、前記翼部及び前記フィン以外の全部が一方向凝固し
た柱状晶である一体の鋳物からなることを特徴とするガ
スタービン。
The present invention relates to a gas turbine in which combustion gas compressed by a compressor is caused to collide with a moving blade planted on a disk through a stationary blade to rotate the moving blade,
The moving blade has three or more stages, and the first stage of the moving blade is provided with a wing portion, a platform having a flat portion connected to the wing portion, a shank connected to the platform, and both sides of the shank. From a single casting having fins composed of protrusions and dovetails connected to the shank, the wing portion is a single crystal, and all but the wing portion and the fin are unidirectionally solidified columnar crystals. Gas turbine characterized by becoming.

【0039】本発明は上述のガスタービンにおいて、前
記燃焼ガス温度が1,500℃ 以上であり、前記動翼を
3段以上有し、該動翼の初段入口での前記燃焼ガス温度
が1,300℃ 以上であり、前記動翼の初段は全長が2
00mm以上で、その翼部が単結晶であり、該翼部を除く
付根部が一方向凝固した柱状晶である一体の鋳物からな
り、発電容量が5万KW以上であることを特徴とする。
According to the present invention, in the above-described gas turbine, the combustion gas temperature is 1,500 ° C. or higher, the moving blade has three or more stages, and the combustion gas temperature at the first stage inlet of the moving blade is 1, The temperature is 300 ° C or higher, and the total length of the first stage of the blade is 2
It is characterized in that it has a diameter of at least 00 mm and its blade portion is a single crystal, and that the root portion excluding the blade portion is an integrally cast product which is unidirectionally solidified columnar crystal, and has a power generation capacity of 50,000 kW or more.

【0040】本発明は、コンプレッサによって圧縮され
た燃焼ガスを静翼を通してディスクに植設された動翼に
衝突させて該動翼を回転させるガスタービンにおいて、
前記燃焼ガス温度が1,500℃ 以上であり、前記動翼
を3段以上有し、該動翼の初段入口での前記燃焼ガス温
度が1,300℃ 以上であり、前記動翼の初段は全長が
200mm以上で、前記動翼の初段は翼部と,該翼部に連
らなる平坦部を有するプラットフォームと,該プラット
フォームに連らなるシャンク部と,該シャンク部の両側
に設けられた突起からなるフィンと,前記シャンク部に
連らなるダブティルとを有するガスタービン用動翼にお
いて、前記翼部が単結晶であり、前記フィンを除き一方
向凝固した柱状晶である一体の鋳物からなり、前記鋳物
は重量で、C0.03〜0.1%,Cr5.5〜9.0%,
Co8.5 〜10.5% ,W8〜11%,Re1.0〜
3.5%,Mo0.3〜1.0%,Ta3〜4%,Al5
〜6%,Ti0.5〜1.0%,Hf0.5〜1.0%,B
及びZrの1種又は両者が0.005〜0.025%、及
び残部がNiと不可避不純物からなり、γ相マトリック
ス内にγ′相が析出した組織を有し、前記単結晶のγ相
と柱状晶のγ相の結晶方位の差が8度以下であり、発電
容量が5万KW以上であることを特徴とする。
The present invention relates to a gas turbine in which combustion gas compressed by a compressor is caused to collide with a moving blade planted on a disk through a stationary blade to rotate the moving blade,
The combustion gas temperature is 1,500 ° C. or higher, the moving blade has three or more stages, the combustion gas temperature at the inlet of the first stage of the moving blade is 1,300 ° C. or higher, and the first stage of the moving blade is A total length of 200 mm or more, the first stage of the moving blade is a wing portion, a platform having a flat portion connected to the wing portion, a shank portion connected to the platform, and protrusions provided on both sides of the shank portion. In a gas turbine moving blade having a fin made of and a dovetail connected to the shank portion, the blade portion is a single crystal, and is made of an integral casting which is a unidirectionally solidified columnar crystal except for the fin, The casting is by weight C0.0-0.1%, Cr5.5-9.0%,
Co 8.5-10.5%, W8-11%, Re 1.0-
3.5%, Mo 0.3-1.0%, Ta 3-4%, Al5
~ 6%, Ti 0.5-1.0%, Hf 0.5-1.0%, B
One or both of Zr and 0.005 to 0.025%, and the balance Ni and unavoidable impurities, and a structure in which a γ ′ phase is precipitated in a γ phase matrix. The difference in the crystal orientation of the γ phase of the columnar crystal is 8 degrees or less, and the power generation capacity is 50,000 KW or more.

【0041】本発明は、高速で流れる燃焼ガスによって
駆動するガスタービンと、該ガスタービンの燃焼排ガス
によって水蒸気を得る排熱回収ボイラと,前記水蒸気に
よって駆動する蒸気タービンと,前記ガスタービン及び
蒸気タービンによって駆動する発電機とを備えた複合発
電プラントシステムにおいて、前記ガスタービンは動翼
を3段以上有し、前記燃焼ガスの前記動翼初段入口温度
が1,300℃ 以上で、タービン出口の燃焼排ガス温度
が560℃以上であり、前記排熱回収ボイラによって5
30℃以上の水蒸気を得、前記蒸気タービンは高低圧一
体型であり、該蒸気タービン動翼の初段への前記蒸気温
度が530℃以上であり、前記ガスタービンの発電容量
が5万KW以上及び蒸気タービンの発電容量が3万KW
以上であり、総合熱効率が45%以上であることを特徴
とする。
The present invention is directed to a gas turbine driven by combustion gas flowing at a high speed, an exhaust heat recovery boiler for obtaining steam from combustion exhaust gas of the gas turbine, a steam turbine driven by the steam, the gas turbine and the steam turbine. In the combined power generation plant system including a generator driven by, the gas turbine has three or more moving blades, the combustion blade first stage inlet temperature of the combustion gas is 1,300 ° C. or more, and the turbine outlet combustion is performed. The exhaust gas temperature is 560 ° C or higher, and the exhaust heat recovery boiler causes
Steam of 30 ° C. or higher is obtained, the steam turbine is a high-low pressure integrated type, the steam temperature to the first stage of the steam turbine blade is 530 ° C. or higher, and the power generation capacity of the gas turbine is 50,000 KW or higher; Power generation capacity of steam turbine is 30,000 kW
The above is the total thermal efficiency of 45% or more.

【0042】高速で流れる燃焼ガスによって駆動するガ
スタービンと,該ガスタービンの燃焼排ガスによって水
蒸気を得る排熱回収ボイラと,前記水蒸気によって駆動
する蒸気タービンと,前記ガスタービン及び蒸気タービ
ンによって駆動する発電機とを備えた複合発電プラント
システムにおいて、前記ガスタービンは動翼が3段以上
有し、前記燃焼ガスの前記動翼初段入口温度が1,30
0℃ 以上で、タービン出口の燃焼排ガス温度が560
℃以上であり、前記排熱回収ボイラによって530℃以上
の水蒸気を得、前記蒸気タービンは高低圧一体型であ
り、該蒸気タービン動翼の初段への前記蒸気温度が53
0℃以上であり、前記ガスタービンの発電容量が5万K
W以上及び蒸気タービンの発電容量が3万KW以上であ
り、総合熱効率が45%以上であり、前記動翼の初段は
全長が200mm以上であり、前記動翼の初段は翼部と,
該翼部に連らなる平坦部を有するプラットフォームと,
該プラットフォームに連らなるシャンク部と,該シャン
ク部の両側に設けられた突起からなるフィンと,前記シ
ャンク部に連らなるダブティルとを有し、前記翼部が単
結晶であり、前記フィンを除き一方向凝固した柱状晶で
ある一体の鋳物からなり、前記鋳物は重量で、C0.0
3〜0.1%,Cr5.5〜9.0%,Co8.5〜10.
5% ,W8〜11%,Re1.0〜3.5%,Mo0.3
〜1.0%,Ta3〜4%,Al5〜6%,Ti0.5〜
1.0%,Hf0.5〜1.0%,B及びZrの1種又は
両者が0.005〜0.025%、及び残部がNiと不可
避不純物からなり、γ相マトリックス内にγ′相が析出
した組織を有し、前記単結晶のγ相と柱状晶のγ相の結
晶方位の差が8度以下であることを特徴とする。
A gas turbine driven by combustion gas flowing at a high speed, an exhaust heat recovery boiler for obtaining steam from combustion exhaust gas of the gas turbine, a steam turbine driven by the steam, and power generation driven by the gas turbine and the steam turbine. In the combined power generation plant system including a gas turbine, the gas turbine has three or more stages of moving blades, and the combustion gas has a first-stage inlet temperature of 1,30.
At 0 ° C or higher, the combustion exhaust gas temperature at the turbine outlet is 560
C. or higher, steam is obtained at 530.degree. C. or higher by the exhaust heat recovery boiler, the steam turbine is a high-low pressure integrated type, and the steam temperature to the first stage of the steam turbine moving blade is 53.degree.
Above 0 ℃, the power generation capacity of the gas turbine is 50,000K
W or more and a steam turbine power generation capacity of 30,000 kW or more, total thermal efficiency of 45% or more, the first stage of the moving blade has a total length of 200 mm or more, and the first stage of the moving blade has a blade portion,
A platform having a flat portion connected to the wing portion,
A shank portion connected to the platform, fins formed of protrusions provided on both sides of the shank portion, and a dovetail connected to the shank portion, the wing portion being a single crystal, and the fin Except for the unidirectionally solidified columnar crystals, the casting is composed of C0.0.
3 to 0.1%, Cr 5.5 to 9.0%, Co 8.5 to 10.
5%, W8-11%, Re1.0-3.5%, Mo0.3
~ 1.0%, Ta3-4%, Al5-6%, Ti0.5-
1.0%, Hf 0.5 to 1.0%, one or both of B and Zr 0.005 to 0.025%, and the balance Ni and inevitable impurities, and the γ'phase is contained in the γ phase matrix. Is precipitated, and the difference in crystal orientation between the γ phase of the single crystal and the γ phase of the columnar crystal is 8 degrees or less.

【0043】本発明に係るガスタービン用動翼は、重量
%で0.20%以下のC,0.002〜0.02%のB,
0.002%以上のZr及び0.5%以上のHfの一種又
は二種以上の元素を含み、且つ局部的溶融による初期溶
融を体積率で約5%以上生じることなく、体積率で約6
0%以上の析出γ′相をγ相中に固溶できるNi基超合
金で鋳造されているものである。
The rotor blade for a gas turbine according to the present invention has a C content of not more than 0.20% by weight, a B content of 0.002 to 0.02%, and
It contains one or two or more elements of 0.002% or more Zr and 0.5% or more Hf, and about 6% by volume without initial melting due to local melting by about 5% or more by volume.
It is cast from a Ni-base superalloy that can dissolve 0% or more of the precipitated γ'phase in the γ phase.

【0044】特に、C0.03〜0.1%,B及びZrの
一種又は二種を0.002〜0.20%およびHfを0.
5〜1.1%とするのが割れを防止し、且つ初期溶融を
体積率で約5%以上生じることなく、体積率で約60%
以上の析出γ′相をγ相中に固溶させるために好適であ
り、前記C量とB+Zr量をA(C0.20%,B+Zr
0%),F(C0.04%,B+Zr0.002%),C(C
0%,B+Zr0.01%),G(C0%,B+Zr0.0
2%),H(C0.10%,B+Zr0.20%)の範囲に
することが好ましい。
In particular, 0.03 to 0.1% of C, 0.002 to 0.20% of one or two kinds of B and Zr, and 0.1% of Hf.
5 to 1.1% prevents cracking, and does not cause initial melting of about 5% or more by volume ratio, and about 60% by volume ratio.
It is suitable for solid-dissolving the above precipitated γ ′ phase in the γ phase, and the C content and B + Zr content are A (C 0.20%, B + Zr
0%), F (C 0.04%, B + Zr 0.002%), C (C
0%, B + Zr0.01%), G (C0%, B + Zr0.0)
2%) and H (C 0.10%, B + Zr 0.20%).

【0045】鋳造時の粒界割れ,クリープ強度,耐食
性,耐酸化性及び耐熱疲労特性などのすべてを満足する
ためには、特に、Cr6.0〜9.0%,Al5〜6%,
W7〜10%,Ti0.5〜1%,Mo0.3〜0.7
%,Ta3.0〜7.0%,Re1〜3.4%,Co8〜1
0.5%,C0.03〜0.1%,B0.002〜0.02
%,Hf0.5〜1.1%,Zr0.02% 以下、及び残
部がNiと不可避不純物である組成が好適である。
In order to satisfy all of the intergranular cracks during casting, creep strength, corrosion resistance, oxidation resistance and heat fatigue resistance, Cr 6.0-9.0%, Al 5-6%,
W7-10%, Ti 0.5-1%, Mo 0.3-0.7
%, Ta 3.0 to 7.0%, Re 1 to 3.4%, Co 8 to 1
0.5%, C 0.03 to 0.1%, B 0.002 to 0.02
%, Hf 0.5 to 1.1%, Zr 0.02% or less, and a composition in which the balance is Ni and inevitable impurities.

【0046】また、本発明の動翼は、タービンを三段又
は四段有するガスタービンのいずれのタービンにも用い
ることができるが、特に最もメタル温度が高くなる初段
タービンに好適である。二段目以後には、全体を柱状晶
又は等軸晶としたものが用いられることが多い。
Further, the moving blade of the present invention can be used in any of gas turbines having three or four stages of turbines, and is particularly suitable for the first stage turbine having the highest metal temperature. From the second stage onward, columnar crystals or equiaxed crystals are often used as a whole.

【0047】本発明のガスタービン用動翼は、鋳造後合
金の析出γ′相の固溶温度以上,初期溶融温度以下の範
囲で2〜60時間溶体化され、更に1000〜1150
%で4〜20時間及び800〜920℃で8〜100時
間熱処理を施すのが好適である。
The gas turbine blade of the present invention is subjected to solution heat treatment within a range from the solid solution temperature of the precipitated γ'phase of the alloy after casting to the initial melting temperature thereof for 2 to 60 hours, and further 1000 to 1150.
It is preferable that the heat treatment is performed for 4 to 20 hours and 800 to 920 ° C. for 8 to 100 hours.

【0048】また、本発明のガスタービン用動翼は、該
動翼を形成するための鋳型を水冷チルプレート上にセッ
トする工程と,前記鋳型を真空の加熱炉内で所定の温度
に加熱する工程と,鋳造原料を鋳型と同一の真空チャン
バー内で溶解して前記の加熱された鋳型に溶湯を鋳込む
工程と,該溶湯を含む鋳型を前記加熱炉から引き抜い
て、前記翼部からダブティルの方向に順次一方向凝固さ
せて前記翼部を単結晶とした後、前記プラットフォーム
以降を前記翼部の引き出し速度より早い速度で引き抜い
て、前記翼部以外の部分の一部を該翼部から連続して一
方向凝固した単結晶,残部を該単結晶から連続して一方
向凝固した柱状晶である一体の鋳物とする工程により製
造される。
The gas turbine moving blade of the present invention includes the step of setting a mold for forming the moving blade on a water-cooled chill plate, and heating the mold to a predetermined temperature in a vacuum heating furnace. A step of melting the casting raw material in the same vacuum chamber as the mold and casting the molten metal into the heated mold, and pulling out the mold containing the molten metal from the heating furnace, and removing the dovetail from the blade. Direction unidirectionally solidified to form a single crystal in the wing portion, and then the platform and subsequent parts are pulled out at a speed higher than the drawing speed of the wing portion, and a part of the portion other than the wing portion is continuously formed from the wing portion. Then, the unidirectionally solidified single crystal and the rest are continuously cast from the single crystal into a unidirectionally solidified columnar crystal to form an integral casting.

【0049】上記の鋳型引き出し速度は、単結晶製造に
おいては15cm/h以下とすることが好ましく、柱状晶
製造においては20〜45cm/hとすることが好まし
い。これらは、それぞれ製造が可能であれば早いほど良
いが、歩留りの点から、単結晶製造については10cm/
h程度が好ましい。柱状晶については、50cm/hを超
えると柱状晶間の結晶方位の差が20度を超えさらに等
軸晶となるので、45cm/h以下が良く、また、隣接す
る柱状晶間の結晶方位差が15度以下の良好な柱状晶を
得るためには、引き出し速度が遅すぎるのもの好ましく
なく、好適には、30〜45cm/hである。
The above-mentioned drawing speed of the template is preferably 15 cm / h or less in the production of single crystals, and 20 to 45 cm / h in the production of columnar crystals. Each of these is better if it can be manufactured, but from the viewpoint of yield, 10 cm /
About h is preferable. For columnar crystals, when it exceeds 50 cm / h, the difference in crystal orientation between columnar crystals exceeds 20 degrees and becomes equiaxed crystals, so 45 cm / h or less is preferable, and the crystal orientation difference between adjacent columnar crystals is good. In order to obtain a good columnar crystal having a crystallinity of 15 degrees or less, it is not preferable that the drawing speed is too slow, and preferably 30 to 45 cm / h.

【0050】[0050]

【作用】本発明に係るガスタービン用動翼は、翼部を単
結晶とし、単結晶における結晶方位差を8度以内とする
ものである。そして、翼部以外を一方向凝固柱状晶と
し、隣接する柱状晶どうしの結晶方位差をできるでけ小
さくし、特にその差を15度以内、より好ましくは8度
以内とすることにより結晶粒界強化元素の添加量を少な
くしても、鋳造時の粒界割れが発生しない柱状晶翼とす
ることができ、単結晶と同等の強度を維持することがで
きる。また、結晶粒界強化元素の添加量を少なくしたた
め、鋳造時に形成される共晶組織の融点が上昇し、溶体
化熱処理温度を上げることが出来るため、析出γ′相を
母相のγ相中に固溶させる熱処理が可能となった。その
ため、高クリープ強度を有する柱状晶翼とすることがで
きる。逆に、結晶方位の差が10度を超えると単結晶の
強度の10〜20%程度と急激に低下してしまう。
The blade of the gas turbine according to the present invention is made of a single crystal, and the crystal orientation difference in the single crystal is within 8 degrees. The unidirectionally solidified columnar crystal other than the wing portion is used to minimize the crystal orientation difference between the adjacent columnar crystals, and particularly the difference is set to be within 15 degrees, more preferably within 8 degrees. Even if the addition amount of the strengthening element is reduced, it is possible to obtain a columnar crystal blade in which grain boundary cracking does not occur during casting, and it is possible to maintain strength equivalent to that of a single crystal. In addition, since the addition amount of the grain boundary strengthening element is reduced, the melting point of the eutectic structure formed during casting rises and the solution heat treatment temperature can be raised. It became possible to perform a heat treatment to form a solid solution in. Therefore, the columnar crystal blade having high creep strength can be obtained. On the contrary, when the difference in crystal orientation exceeds 10 degrees, the strength of the single crystal is rapidly reduced to about 10 to 20%.

【0051】材料の高温強度を向上させるためには、鋳
造後の溶体化熱処理が有効である。溶体化熱処理は、凝
固後析出したγ′相を母相中に完全に固溶させることに
よりその後の時効熱処理で析出γ′相の大きさや形状を
最適化でき、高温強度を向上させることができる。
In order to improve the high temperature strength of the material, solution heat treatment after casting is effective. In the solution heat treatment, the size and shape of the precipitated γ'phase can be optimized in the subsequent aging heat treatment by completely dissolving the γ'phase precipitated after solidification in the matrix phase, and the high temperature strength can be improved. .

【0052】しかし、従来の柱状晶動翼に用いられてい
る合金は、鋳造時の結晶粒界に沿った縦割れを防止する
ため、B,C,Zr,Hf等の結晶粒界強化元素を多く
含有させる必要がある。結晶粒界強化元素は結晶粒界の
強度を向上させると共に、一部はデンドライトアーム間
に偏析し、偏析部の融点を著しく降下させる。Ni基超
合金の場合、前記偏析部は共晶組織を形成し、凝固時に
粗大な共晶γ′相を生じる。この時形成され共晶組織及
び共晶γ′相は合金中で最も融点が低く、溶体化熱処理
を行うために温度を上げると共晶組織が初期溶融を生じ
てくる。そのため、従来の柱状晶動翼に用いられている
合金は溶体化熱処理温度を高くできず、溶体化が不十分
であったため、結果的に材料の強度向上を図ることが出
来なかった。
However, the alloy used in the conventional columnar crystal blade has a grain boundary strengthening element such as B, C, Zr and Hf in order to prevent vertical cracks along the grain boundaries during casting. It is necessary to contain a large amount. The crystal grain boundary strengthening element improves the strength of the crystal grain boundary, and partly segregates between the dendrite arms to significantly lower the melting point of the segregated portion. In the case of a Ni-base superalloy, the segregation part forms a eutectic structure and produces a coarse eutectic γ'phase during solidification. The eutectic structure and the eutectic γ'phase formed at this time have the lowest melting points in the alloy, and when the temperature is raised to perform the solution heat treatment, the eutectic structure causes initial melting. Therefore, the alloy used in the conventional columnar crystal blade cannot raise the solution heat treatment temperature, and the solution treatment was insufficient, so that the strength of the material could not be improved as a result.

【0053】なお、結晶粒界強化元素を含まない単結晶
用合金は、結晶粒界強化元素を不純物元素として取り扱
い、含有量を極力少なくしているため共晶γ′相の融点
が上昇し、完全溶体化熱処理を可能にしている。そのた
め、単結晶合金は、従来の材料より、40〜50℃高い
優れた高温特性を示し、航空機用ジェットエンジンの動
翼として使用される。しかし、単結晶合金は、結晶粒界
強化元素を極力少なくしているため、結晶粒界が形成さ
れと非常に弱く、結晶方位の異なる異結晶があると、そ
の結晶粒界で容易に割れが入る。結晶粒界があると、通
常は、鋳造後の冷却のみで割れが入る程度の弱さにな
る。そのため単結晶合金を用いて鋳造した動翼は異結晶
のない完全な単結晶にする必要がある。
In the single crystal alloy containing no grain boundary strengthening element, the grain boundary strengthening element is treated as an impurity element, and the content is minimized, so that the melting point of the eutectic γ'phase increases. Enables complete solution heat treatment. Therefore, the single crystal alloy exhibits excellent high temperature characteristics of 40 to 50 ° C. higher than that of conventional materials, and is used as a blade of an aircraft jet engine. However, since the single crystal alloy contains as few crystal grain boundary strengthening elements as possible, the crystal grain boundaries are very weak when they are formed, and if there are different crystals with different crystal orientations, cracks easily occur at the crystal grain boundaries. enter. If there is a grain boundary, it is usually weak enough to cause cracking only by cooling after casting. Therefore, it is necessary for the rotor blade cast using a single crystal alloy to be a complete single crystal without foreign crystals.

【0054】また、前記の粒界強化元素を含む合金で、
動翼全体を単結晶とすることも当然可能である。この動
翼は、結晶粒界強化元素を含まない単結晶専用合金で鋳
造された単結晶翼と比べて高温でのクリープ強度は劣る
が、高温になる翼部外面以外では隣接する結晶粒間の方
位差を15度まで許容できるため、従来の単結晶翼で必
要であったX線による結晶方位測定を大幅に簡略化でき
る。さらに、翼内部の結晶欠陥に対しては有効な検査手
段が無く、通常は抜取り試験で翼を切断して検査してい
る。しかし、翼が大型になる発電用ガスタービン用の動
翼では、抜取り試験では信頼性の確保が難しく、単結晶
翼を発電用ガスタービンに適用する上での大きなネック
になっていた。しかし、本発明では隣接する結晶粒間の
方位差を15度まで許容できるため、動翼の信頼性を大
幅に向上でき、高強度動翼の発電用ガスタービンへの適
用が可能となった。
An alloy containing the grain boundary strengthening element described above,
Of course, it is possible to make the whole moving blade a single crystal. This blade is inferior in creep strength at high temperatures to a single crystal blade cast with an alloy for single crystals that does not contain grain boundary strengthening elements, but between the adjacent crystal grains other than the outer surface of the blade where the temperature becomes high. Since the azimuth difference can be allowed up to 15 degrees, the crystal orientation measurement by X-ray, which was necessary in the conventional single crystal blade, can be greatly simplified. Further, there is no effective inspection means for crystal defects inside the blade, and normally the blade is cut and inspected by a sampling test. However, it is difficult to secure reliability in a sampling test for a turbine blade for a power generation gas turbine, which has a large blade, and it has been a major obstacle in applying the single crystal blade to a power generation gas turbine. However, in the present invention, since the orientation difference between adjacent crystal grains can be allowed up to 15 degrees, the reliability of the rotor blade can be significantly improved, and the application to the gas turbine for power generation of the high-strength rotor blade becomes possible.

【0055】ガスタービン用動翼を構成するNi基超合
金に含有される各元素の役割を次に示す。
The role of each element contained in the Ni-based superalloy constituting the rotor blade for a gas turbine is shown below.

【0056】Cはマトリックスあるいは特に粒界に固溶
すると共に炭化物を形成し高温引張強さを向上させる
が、過剰に添加すると、粒界の融点を低め高温強度及び
靭性を低下させるので添加量としては、0.20%以
下、特に0.05〜0.2% の範囲が適正であり、より
0.03〜0.1%が好ましい。
C forms a solid solution with the matrix or especially the grain boundaries and forms carbides to improve the high temperature tensile strength. However, if added in excess, the melting point of the grain boundaries is lowered and the high temperature strength and toughness are lowered. Is appropriately 0.20% or less, particularly preferably in the range of 0.05 to 0.2%, and more preferably 0.03 to 0.1%.

【0057】Coはマトリックス中に固溶して高温強度
を向上させると共に、耐食性向上に寄与するが、過剰に
添加すると有害な金属間化合物析出を助長し、高温強度
の低下を招く。添加量としては、10.5% 以下とし、
特に8〜10.5% が適正である。特に、下限として4
%以上、より8.5% 以上が好ましい。
Co dissolves in the matrix to improve the high temperature strength and contributes to the improvement of the corrosion resistance. However, if added excessively, it promotes the precipitation of harmful intermetallic compounds, resulting in the reduction of the high temperature strength. The addition amount is 10.5% or less,
Especially, 8 to 10.5% is appropriate. In particular, the lower limit is 4
% Or more, and more preferably 8.5% or more.

【0058】Crは耐食性を改善するのであるが、過剰
添加すると有害なσ相析出や炭化物の粗大化を引起こ
し、高温強度を低下させる。添加量としては2〜16
%、好ましくは5〜14%の範囲が適正であり、特に
5.5〜9 %の範囲が好ましい。
Cr improves the corrosion resistance, but when added in excess, it causes harmful σ-phase precipitation and coarsening of carbides, which lowers the high temperature strength. Addition amount is 2-16
%, Preferably 5 to 14%, and more preferably 5.5 to 9%.

【0059】Al,TiはNi基合金の析出強化因子で
あるγ′相すなわちNi3(Al,Ti)を析出させて高
温強度の向上に寄与する。添加量としては、Al:4.
0〜7.0,Ti:0.5〜5.0% の範囲は適正であ
り、特にAl5〜6%,Ti0.5〜1.0%が好まし
い。
Al and Ti precipitate the γ'phase which is the precipitation strengthening factor of the Ni-based alloy, that is, Ni 3 (Al, Ti), and contribute to the improvement of the high temperature strength. The added amount is Al: 4.
The range of 0 to 7.0, Ti: 0.5 to 5.0% is appropriate, and Al is preferably 5 to 6% and Ti is 0.5 to 1.0%.

【0060】Nb,Ta,Hfは強化因子であるγ′相
に固溶され、高温強度を向上するが、過剰に添加する
と、結晶粒界に偏析しかえって強度を低下させる。添加
量としては、Nb3%以下,Ta12%以下,Hf2%
以下が適正であり、特にNb:0.2〜3.0%,Ta2
〜7%、より3〜4%,Hf0.5〜1.0%が好まし
い。特に、Hfは凝固時の縦割れ防止の効果があり、高
温での延性を改善させるが、2%を越えると凝固時の共
晶組織を増大させ、有効な溶体化処理を困難にさせる。
Nb, Ta, and Hf are solid-solved in the γ'phase, which is a strengthening factor, to improve the high temperature strength, but if added in excess, they segregate at the crystal grain boundaries to lower the strength. The addition amount is Nb 3% or less, Ta 12% or less, Hf 2%
The following is appropriate, especially Nb: 0.2-3.0%, Ta2
-7%, more preferably 3-4%, Hf 0.5-1.0% is preferable. In particular, Hf has the effect of preventing vertical cracking during solidification and improves the ductility at high temperatures, but if it exceeds 2%, it increases the eutectic structure during solidification, making effective solution treatment difficult.

【0061】Zr,Bは凝固時の縦割れを防止し、粒界
を強化し、高温強度を改善するが、過剰に添加すると延
性,靭性を低下し、粒界の融点を下げ高温強度を低下さ
せる。添加量としては、Zr:0〜0.035%,B:
0〜0.035%が適正である。特に、C量との関係か
らA(C0.20%,B+Zr0%),B(C0.05%,
B+Zr0%),C(C0%,B+Zr0.01%),
D(C0%,B+Zr0.035%),E(C0.1%,B
+Zr0.025%)の範囲内、又はB及びZrの1種
又は2種が0.005〜0.025%が好ましい。より好
ましくは、A,F,C,G,H及びAで囲まれた範囲が
好ましい。
Zr and B prevent vertical cracking during solidification, strengthen grain boundaries and improve high temperature strength. However, if added excessively, ductility and toughness are lowered, melting point of grain boundaries is lowered and high temperature strength is lowered. Let The addition amount is Zr: 0 to 0.035%, B:
0 to 0.035% is appropriate. In particular, from the relationship with the amount of C, A (C 0.20%, B + Zr 0%), B (C 0.05%,
B + Zr0%), C (C0%, B + Zr0.01%),
D (C0%, B + Zr 0.035%), E (C0.1%, B
+ Zr 0.025%), or 0.005 to 0.025% of 1 or 2 kinds of B and Zr is preferable. The range surrounded by A, F, C, G, H and A is more preferable.

【0062】W,Moはマトリックスのγ相に固溶して
強化し、特に長時間強度の改善に効果が大きい。しかし
ながら、過剰に添加するとσ相等の有害相析出を助長
し、かえって強度を低下させる。添加量としては、W2
〜15%,Mo6.0% 以下が適正であり、特にW7.
0〜11.0%,Mo0.3〜1.0%が好ましい。より
W8〜10%が好ましい。
W and Mo are solid-solved in the γ phase of the matrix and strengthened, and are particularly effective in improving the long-term strength. However, if added excessively, precipitation of a harmful phase such as σ phase is promoted and the strength is rather lowered. The amount added is W2
〜15%, Mo 6.0% or less is appropriate, especially W7.
0 to 11.0% and Mo 0.3 to 1.0% are preferable. W8 to 10% is more preferable.

【0063】Reは耐高温腐食性を向上させるが、ある
程度の添加量以上になると効果が飽和し、かえって延
性,靭性の低下を招く。添加量としては、Re4%以
下、特に1〜4%、より2.5〜3.5%が好ましい。
Re improves the high temperature corrosion resistance, but when it is added in a certain amount or more, the effect is saturated and rather the ductility and toughness are deteriorated. The addition amount is Re 4% or less, particularly 1 to 4%, and more preferably 2.5 to 3.5%.

【0064】[0064]

【実施例】【Example】

[実施例1]図1は本発明に係るガスタービン用単結晶
動翼の斜視図を示し、図2は本発明の動翼の製造方法を
示す装置の概略図である。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a perspective view of a single crystal moving blade for a gas turbine according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of an apparatus showing a manufacturing method of the moving blade of the present invention.

【0065】図2において、最初、冷水銅チルプレート
11の上に、セットしたアルミナを主成分とするセラミ
ック鋳型8を固定し、それを鋳型加熱炉4の中にセット
し、セラミック鋳型8をNi基超合金の融点以上に加熱
する。次に溶解したNi基超合金をセラミック鋳型8の
中に鋳込み、その後水冷銅チルプレート11を下方に引
出し、一方向凝固させた。一方向凝固では最初スタータ
10で多くの結晶を発生させる。次にセレクタ9で一つ
の結晶のみを成長させる。更に拡大部で結晶を大きくさ
せ、翼部を10cm/hの引出し速度で凝固することによ
り単結晶化する。翼部が凝固し単結晶化した後、プラッ
トフォーム15で鋳型の引出し速度40cm/hと速くす
ることにより、残りの部分を単結晶成長せず柱状晶とし
た。この方法によって翼部は単結晶組織、翼部以外は柱
状晶組織の柱状晶動翼が得られた。この場合、柱状晶は
翼部の単結晶を種として成長させるため、柱状晶間の方
位の差を約5度とすることができた。また、鋳型加熱炉
4はセラミック鋳型8が完全に引出され、凝固が終了す
るまで高温に保った。また、上記溶解と凝固の工程は、
全て真空中で行った。表1に単結晶動翼の鋳造条件及
び、表2に鋳造に用いたNi基超合金の化学組成を示
す。尚、上記方法で鋳造した柱状晶動翼は、鋳造後12
60〜1280℃で真空中2〜60h溶体化処理を行っ
て、凝固後の冷却過程で形成された析出γ′相をγ相に
変え、その後1000〜1150℃で4〜20hと80
0〜950℃で8〜100hの時効熱処理を行い、マト
リックスのγ相中に平均0.3〜2μm より好ましくは
0.1〜0.5μmのγ′相を析出させた。
In FIG. 2, first, the set ceramic mold 8 containing alumina as a main component was fixed on the cold water copper chill plate 11, which was set in the mold heating furnace 4, and the ceramic mold 8 was set to Ni. Heat above the melting point of the base superalloy. Next, the melted Ni-base superalloy was cast into a ceramic mold 8, and then the water-cooled copper chill plate 11 was drawn out downward and solidified in one direction. In directional solidification, many crystals are first generated in the starter 10. Then, only one crystal is grown by the selector 9. Further, the crystal is enlarged in the enlarged portion, and the blade portion is solidified at a drawing speed of 10 cm / h to form a single crystal. After the wing portion solidified and became a single crystal, the extraction speed of the mold was set to 40 cm / h on the platform 15 to form a columnar crystal without growing the single crystal in the remaining portion. By this method, a columnar crystal blade having a single crystal structure in the blade portion and a columnar crystal structure in the portions other than the blade portion was obtained. In this case, since the columnar crystals were grown using the single crystal of the blade portion as a seed, the difference in orientation between the columnar crystals could be about 5 degrees. Further, the mold heating furnace 4 was kept at a high temperature until the ceramic mold 8 was completely drawn out and solidification was completed. In addition, the steps of melting and solidifying are
Everything was done in vacuum. Table 1 shows the casting conditions for the single crystal moving blade, and Table 2 shows the chemical composition of the Ni-based superalloy used for casting. The columnar crystal blades cast by the above method are
Solution treatment is performed in vacuum at 60 to 1280 ° C. for 2 to 60 hours to change the precipitated γ ′ phase formed in the cooling process after solidification to the γ phase, and then at 1000 to 1150 ° C. for 4 to 20 hours and 80 hours.
Aging heat treatment was performed at 0 to 950 ° C. for 8 to 100 hours to precipitate a γ ′ phase having an average of 0.3 to 2 μm, more preferably 0.1 to 0.5 μm in the γ phase of the matrix.

【0066】[0066]

【表1】 [Table 1]

【0067】[0067]

【表2】 [Table 2]

【0068】鋳型の引出し速度は鋳型8の中のプラット
フォーム15に相当する部分に熱伝対を挿入し、その部
分の温度を測定し凝固点になった時点で引出し速度を変
えた。なお、加熱炉4の下部に黒鉛の仕切板を設けると
ともに、その下部に水冷銅パイプを螺旋状に巻回して鋳
型を冷却するようにした。
With respect to the drawing speed of the mold, a thermocouple was inserted into a part corresponding to the platform 15 in the mold 8, the temperature of the part was measured, and the drawing speed was changed when the solidification point was reached. A graphite partition plate was provided in the lower part of the heating furnace 4, and a water-cooled copper pipe was spirally wound under the lower part to cool the mold.

【0069】以上のやり方で得た動翼は翼部1は単結晶
で、プラットフォーム15より下の部分2は柱状晶とな
った。空冷フィン14では柱状晶とは言い難い直径10
mm程度の結晶粒となっていた。シャンク18の表面では
柱状晶であったが、内部は翼部1の単結晶が成長した大
きな柱状晶から次第に小さい柱状晶が形成された。表面
での柱状晶の幅は5〜10mmで、平均の幅は5〜6mmで
あった。翼部はエッチングによって外表面において全単
結晶であることが確認することができた。従って、翼部
における結晶方位の差は8度以内であることが分る。
In the rotor blade obtained by the above method, the blade portion 1 was a single crystal, and the portion 2 below the platform 15 was a columnar crystal. The diameter of the air-cooled fins 14 is 10
The crystal grains were about mm. The shank 18 had columnar crystals on its surface, but inside the shank 18, small columnar crystals gradually formed from large columnar crystals in which the single crystal of the blade portion 1 had grown. The width of the columnar crystals on the surface was 5 to 10 mm, and the average width was 5 to 6 mm. It was confirmed by etching that the wings were all single crystals on the outer surface. Therefore, it can be seen that the difference in crystal orientation in the wings is within 8 degrees.

【0070】図3は動翼の中子の平面図で、動翼との位
置関係を示したものである。本実施例における動翼は内
部を冷却できるように空洞にする。冷却媒体として空気
が用いられるが水蒸気冷却も適用できる。冷媒はダブテ
ィル16の中子21の部分より供給され、翼先端の17
より排出される部分と翼のトレーリングエッヂ23より
排出される部分とに分けて流れる。中子の20,22は
穴になっていて2枚の翼部が互いにこの穴に対応して形
成される突起によって一体になっており、トレーリング
エッヂ23部分の冷媒の排出口はスリット状になってい
る。中子の22は穴になっていてこの部分に溶湯が埋め
られ一体になって形成される。
FIG. 3 is a plan view of the core of the moving blade, showing the positional relationship with the moving blade. The rotor blade in this embodiment is hollow so that the inside can be cooled. Air is used as the cooling medium, but steam cooling can also be applied. The refrigerant is supplied from the core 21 of the dovetail 16, and
It flows separately into the part discharged from the blade and the part discharged from the trailing edge 23 of the blade. The cores 20 and 22 are holes, and the two blades are integrated with each other by the projections formed corresponding to these holes, and the refrigerant outlet of the trailing edge 23 is slit-shaped. Has become. The core 22 is a hole, and the molten metal is filled in this portion to be integrally formed.

【0071】本実施例における翼部1の長さは約100
mmで、プラットフォーム以降の長さが120mmの大きさ
を有する。
The length of the wing portion 1 in this embodiment is about 100.
In mm, the length after the platform has a size of 120 mm.

【0072】図4に得られた動翼のクリープラプチャー
強度を、ラルソン・ミラーパラメータPを用いて示す。
比較材は市販のCM186LC 合金の柱状晶を用いた。単結晶
化後溶体化熱処理及び時効熱処理を行うことによって、
従来の柱状晶組織で時効熱処理のみを行ったものに比
べ、応力14.0kgf/mm2,10万時間クリープでの耐
用温度が約20℃向上した。市販合金組成は表2に示す
合金組成において、B0.016%,Zr0.016%,
C0.15% を有するものである。
FIG. 4 shows the creep rupture strength of the obtained blade using the Larson-Miller parameter P.
A columnar crystal of a commercially available CM186LC alloy was used as a comparative material. By performing solution heat treatment and aging heat treatment after single crystallization,
Compared to the conventional columnar crystal structure only subjected to aging heat treatment, the service temperature at a stress of 14.0 kgf / mm 2 and 100,000 hours of creep was improved by about 20 ° C. The commercially available alloy composition is as shown in Table 2, in which B 0.016%, Zr 0.016%,
It has a C of 0.15%.

【0073】[実施例2]本発明の動翼に溶体化熱処理
を行えたのはC,B,Zr,Hfの添加量を制御し、共
晶組織を融点を上昇させたためである。以下に共晶組織
を融点を上昇させるための方法について述べる。
[Example 2] The reason why the solution heat treatment was performed on the rotor blade of the present invention was that the addition amounts of C, B, Zr, and Hf were controlled to raise the melting point of the eutectic structure. The method for raising the melting point of the eutectic structure will be described below.

【0074】従来の粒界強化元素を含む合金は、C,
B,Zr,Hf等を多く含んでおり、溶体化熱処理がで
きなかった。そこで、重量で、 Cr:5.0〜14.0% Co:0〜12.0% W :5.0〜12.0% Re:0〜3.5% Mo:0.5〜3.0% Ta:3.0〜7.0% Al:4.0〜6.0% Ti:0.5〜3.0% Hf:0〜2.0% を含むNi基の合金について、合金のC量と(Zr+
B)量の割合を変化させ、共晶組織の融点と析出γ′相
の固溶温度の関係を調べた。その結果、C:0.1%以
下,B+Zr:0.025% 以下にすれば、共晶組織の
初期溶融を生じることなく、析出γ′相を母相中に固溶
できることが判った。しかし、C:0.1%以下,B+
Zr:0.025% 以下の組成範囲としたNi基超合金
の一方向凝固柱状晶翼を鋳造したところ、粒界割れが発
生した。図5は従来の一方向凝固で製造した柱状晶動翼
の粒界割れのスケッチを示す。すなわち従来の一方向凝
固法で、C:0.1重量%以下,B+Zr:0.025重
量%以下の合金を用いて柱状晶動翼を製造すると、粒界
に割れが生じ、製品として使用できなかった。
Conventional alloys containing grain boundary strengthening elements are C,
Since it contained a large amount of B, Zr, Hf, etc., solution heat treatment could not be performed. Therefore, by weight, Cr: 5.0 to 14.0% Co: 0 to 12.0% W: 5.0 to 12.0% Re: 0 to 3.5% Mo: 0.5 to 3.0 % Ta: 3.0-7.0% Al: 4.0-6.0% Ti: 0.5-3.0% Hf: 0-2.0% For Ni-based alloys, the alloy C Quantity and (Zr +
The ratio of the amount B) was changed and the relationship between the melting point of the eutectic structure and the solid solution temperature of the precipitated γ'phase was investigated. As a result, it was found that when the content of C: 0.1% or less and B + Zr: 0.025% or less, the precipitated γ'phase can be solid-solved in the parent phase without causing the initial melting of the eutectic structure. However, C: 0.1% or less, B +
Zr: 0.025% When a unidirectionally solidified columnar blade of Ni-base superalloy having a composition range of not more than 0 was cast, grain boundary cracking occurred. FIG. 5 shows a sketch of grain boundary cracking of a columnar crystal blade manufactured by conventional unidirectional solidification. That is, when a columnar crystal blade is manufactured by the conventional unidirectional solidification method using an alloy of C: 0.1% by weight or less and B + Zr: 0.025% by weight or less, cracks occur at grain boundaries and it can be used as a product. There wasn't.

【0075】そこで、柱状晶の結晶方位差と、合金のC
量と(Zr+B)量、及び粒界割れの関係を調べたとこ
ろ、柱状晶の結晶方位差が8度以内のときに、重量で、
C:0.03%以上,(Zr+B):0.005%以上とす
ると、粒界割れのない健全な柱状晶翼が得られるが、柱
状晶の結晶方位差が8度以上のときは、C:0.03%
以上,(Zr+B):0.005%以上としても粒界割れ
が発生した。なお、C量が0.03% 以下では柱状晶の
結晶方位差が8度以内でも粒界割れが発生した。以上の
結果をまとめて図6に示す。尚、結晶方位差を6度以内
にすればA(C0.20%,B+Zr0%),B(C0.
05%,B+Zr0%),C(C0%,B+Zr0.01
%),D(C0%,B+Zr0.035%)及びE(C
0.1%,B+Zr0.025% )内であれば初期溶融
無く粒界割れもないものが得られる。
Therefore, the crystal orientation difference of the columnar crystals and the C of the alloy are
When the relationship between the amount of (Zr + B) and the grain boundary cracking was investigated, when the crystal orientation difference of the columnar crystals was within 8 degrees,
When C: 0.03% or more and (Zr + B): 0.005% or more, a healthy columnar crystal blade without grain boundary cracks can be obtained, but when the crystallographic orientation difference of the columnar crystal is 8 degrees or more, C : 0.03%
As described above, grain boundary cracking occurred even when (Zr + B): 0.005% or more. When the C content was 0.03% or less, intergranular cracking occurred even when the crystal orientation difference of the columnar crystal was within 8 degrees. The above results are summarized in FIG. Incidentally, if the crystal orientation difference is within 6 degrees, A (C0.20%, B + Zr0%), B (C0.2.
05%, B + Zr0%), C (C0%, B + Zr0.01)
%), D (C0%, B + Zr 0.035%) and E (C
Within 0.1% and B + Zr 0.025%), no initial melting and no grain boundary cracking can be obtained.

【0076】C:0.1重量%以下,B+Zr:0.02
5重量%以下の合金で粒界割れを発生させないために
は、結晶方位の差を8度以内にすることが必要である
が、従来の一方向凝固法は各柱状晶の横方向の結晶方位
はランダムであり8度以内に制御することができなかっ
た。しかし本発明の方法では翼部を単結晶とし、この単
結晶を種にして柱状晶を成長させることにより、柱状晶
の方位の差を8度以内とすることができた。すなわち本
発明のように翼部を単結晶,翼部以外を方位差が8度以
内の柱状晶とすることで、C:0.1重量%以下,B+
Zr:0.025重量%以下でも粒界割れのない健全な
柱状晶翼が得られた。BとZrは一方又は両方のいずれ
でも同じ効果を示した。
C: 0.1% by weight or less, B + Zr: 0.02
In order to prevent the occurrence of intergranular cracks in alloys of 5% by weight or less, it is necessary to make the difference in crystal orientation within 8 degrees. However, the conventional unidirectional solidification method uses the crystal orientation in the lateral direction of each columnar crystal. Were random and could not be controlled within 8 degrees. However, in the method of the present invention, the blade portion is made of a single crystal, and the single crystal is used as a seed to grow the columnar crystals, whereby the difference in the orientation of the columnar crystals can be made within 8 degrees. That is, as in the present invention, the blade portion is made of a single crystal and the portion other than the blade portion is made of a columnar crystal having an orientation difference of 8 degrees or less.
Even if Zr: 0.025% by weight or less, a sound columnar crystal blade without grain boundary cracks was obtained. B and Zr showed the same effect with either one or both.

【0077】表3に翼長22cm(翼部100mm,付根部
120mm)の動翼を製造したときの従来法による柱状晶
動翼,単結晶動翼及び本発明による動翼の特徴を比較し
て示す。尚柱状晶動翼及び単結晶動翼の鋳造には市販の
合金を用いた。
Table 3 compares the characteristics of the columnar crystal rotor blade, the single crystal rotor blade according to the conventional method, and the rotor blade according to the present invention when the rotor blade having the blade length of 22 cm (the blade portion 100 mm, the root portion 120 mm) was manufactured. Show. A commercially available alloy was used for casting the columnar crystal blade and the single crystal blade.

【0078】[0078]

【表3】 [Table 3]

【0079】本発明による柱状晶動翼は粒界割れが発生
しないため、動翼の歩留り15%から70%と約5倍ア
ップすると共に、応力14.0kgf/mm2,10万時間ク
リープでの耐用温度が約20℃上昇した。
Since the grain boundary crack does not occur in the columnar crystal blade according to the present invention, the yield of the blade is increased from 15% to 70% by about 5 times, and the stress is 14.0 kgf / mm 2 at 100,000 hour creep. The service temperature increased by about 20 ° C.

【0080】耐用温度だけを比較すると単結晶よりも劣
る。しかし、本発明では、翼部以外を柱状晶組織とした
ことで、鋳造時間を短くしかつ鋳型加熱温度を低くでき
た。その結果鋳型との反応が少なく、欠陥の割合が減少
して、動翼の製造歩留まりが向上することから、本発明
は極めて実用的な柱状晶動翼及び製造法である。なお、
生産性及び歩留まりは劣るが、本合金を用いて翼全体を
単結晶にしてもなんら実害が無いことは自明である。
Compared only in the service temperature, it is inferior to the single crystal. However, in the present invention, the casting time can be shortened and the mold heating temperature can be lowered by forming the columnar crystal structure other than the blade portion. As a result, the reaction with the mold is small, the percentage of defects is reduced, and the manufacturing yield of the moving blade is improved. Therefore, the present invention is a very practical columnar crystal moving blade and manufacturing method. In addition,
Although productivity and yield are inferior, it is obvious that there is no actual harm even if the entire blade is made of a single crystal using the present alloy.

【0081】[実施例3]本発明の動翼に溶体化熱処理
を行えたのはC,B,Zr,Hfの添加量を制御し、共
晶組織を融点を上昇させたためである。以下に共晶組織
の融点を上昇させるための方法について述べる。
[Example 3] The reason why the solution heat treatment was performed on the rotor blade of the present invention was that the addition amounts of C, B, Zr and Hf were controlled to raise the melting point of the eutectic structure. The method for increasing the melting point of the eutectic structure will be described below.

【0082】従来の粒界強化元素を含む合金は、C,
B,Zr,Hf等を多く含んでおり、溶体化熱処理がで
きなかった。そこで、重量で、 Cr:2.0〜16.0% Co:4〜10.5% W :2.0〜15.0% Re:0〜4.0% Mo:0〜6.0% Ta:2.0〜12.0% Al:4.0〜7.0% Ti:0.5〜5.0% を含むNi基の合金について、Hfが0.5〜1.1%の
範囲で合金のC量と(Zr+B)量の割合を変化させ、共
晶組織の融点と析出γ′相の固溶温度の関係を調べた。
その結果、B+Zr:0.020% 以下にすれば、共晶
組織の初期溶融を生じることなく、析出γ′相を母相中
に固溶できることが判った。しかし、Hf:0.5〜1.
1%,C:0.2%以下,B+Zr:0.020%以下の
組成範囲としたNi基超合金の一方向凝固柱状晶翼を鋳
造したところ、粒界割れが前述の図5に示すように発生
した。すなわち、Hf:0.5〜1.1重量%,C:0.
2 重量%以下,B+Zr:0.020 重量%以下の合
金を用いて従来の一方向凝固法で結晶方位をランダムと
した柱状晶動翼を製造すると、粒界に割れが生じ、製品
として使用できなかった。
Conventional alloys containing grain boundary strengthening elements are C,
Since it contained a large amount of B, Zr, Hf, etc., solution heat treatment could not be performed. Therefore, by weight, Cr: 2.0 to 16.0% Co: 4 to 10.5% W: 2.0 to 15.0% Re: 0 to 4.0% Mo: 0 to 6.0% Ta : 2.0 to 12.0% Al: 4.0 to 7.0% Ti: 0.5 to 5.0% in a Ni-based alloy containing Hf in the range of 0.5 to 1.1%. The relationship between the melting point of the eutectic structure and the solid solution temperature of the precipitated γ'phase was investigated by changing the ratio between the C content and the (Zr + B) content of the alloy.
As a result, it was found that if the content of B + Zr: 0.020% or less, the precipitated γ'phase can be solid-solved in the matrix without causing the initial melting of the eutectic structure. However, Hf: 0.5-1.
When a unidirectionally solidified columnar blade of a Ni-base superalloy having a composition range of 1%, C: 0.2% or less and B + Zr: 0.020% or less was cast, grain boundary cracking was observed as shown in FIG. Occurred in. That is, Hf: 0.5 to 1.1% by weight, C: 0.0.
If columnar crystal blades with random crystallographic orientations are manufactured by the conventional unidirectional solidification method using alloys of 2% by weight or less and B + Zr: 0.020% by weight or less, cracks occur at the grain boundaries, and they can be used as products. There wasn't.

【0083】そこで、柱状晶の結晶方位差と、Hfが
0.5% 合金のC量と(Zr+B)量、及び粒界割れの
関係を調べたところ、柱状晶の結晶方位差が15度以内
のときに、重量で、C:0.03%以上,(Zr+B):
0.002%以上とすると、粒界割れのない健全な柱状
晶翼が得られるが、柱状晶の結晶方位差が15度以上の
ときは、C:0.03%以上,(Zr+B):0.002
%以上としても粒界割れが発生した。なお、Zr+B量
が0.002% 未満では柱状晶の結晶方位差が15度以
内でも粒界割れが発生した。
Then, the crystal orientation difference of the columnar crystals, the C content and (Zr + B) content of the alloy with Hf of 0.5%, and the relation between the grain boundary cracks were examined, and the crystal orientation difference of the columnar crystals was within 15 degrees. When, by weight, C: 0.03% or more, (Zr + B):
When it is 0.002% or more, a sound columnar crystal blade without grain boundary cracking can be obtained, but when the crystal orientation difference of the columnar crystals is 15 degrees or more, C: 0.03% or more, (Zr + B): 0 .002
Even if the content was more than 100%, intergranular cracking occurred. When the amount of Zr + B was less than 0.002%, intergranular cracking occurred even if the crystal orientation difference of the columnar crystals was within 15 degrees.

【0084】C量が0.1% 以上では、1040℃,1
4kgf/mm2 のクリープ破断時間が400hに満たない
ものがあった。また、初期溶融が起こることで完全な溶
体化処理が行えないものは400hに満たなかった。ま
た、Hfが0.5〜1.1%で柱状晶の結晶方位差が15
度以内の場合のC量とZr+B量との関係がA(0.2%,
0%),F(0.04%,0.002%),C(0%,0.0
1%),G(0%, 0.02%),H(0.1%,0.02
%)の各点を囲んだ範囲内によって得られる。 Hf:0.5〜1.1%,C:0.2重量%以下,B+Z
r:0.020重量%以下の合金で粒界割れを発生させ
ないためには、結晶方位の差を15度以内にすることが
必要であるが、従来の一方向凝固法は各柱状晶の横方向
の結晶方位はランダムであり15度以内に制御すること
ができなかった。しかし本発明の方法では翼部を単結晶
とし、この単結晶を種にして柱状晶を成長させることに
より、柱状晶の方位の差を15度以内とすることができ
た。すなわち本発明のように翼部を単結晶、翼部以外を
方位差が15度以内の柱状晶とすることで、Hf:0.
5 〜1.1 重量%,C:0.2 重量%以下,B+Z
r:0.020 重量%以下でも粒界割れのない健全な柱
状晶翼が得られた。BとZrは一方又は両方のいずれで
も同じ効果を示した。
When the C content is 0.1% or more, 1040 ° C., 1
The creep rupture time of 4 kgf / mm 2 was less than 400 h in some cases. In addition, the number of samples that could not be completely solution-treated due to the initial melting occurred was less than 400 hours. Further, when Hf is 0.5 to 1.1%, the crystal orientation difference of the columnar crystals is 15
The relationship between the amount of C and the amount of Zr + B within the range of A (0.2%,
0%), F (0.04%, 0.002%), C (0%, 0.0)
1%), G (0%, 0.02%), H (0.1%, 0.02)
%) Is obtained within the range enclosing each point. Hf: 0.5-1.1%, C: 0.2% by weight or less, B + Z
r: In order to prevent the occurrence of intergranular cracks in the alloy of 0.020% by weight or less, it is necessary to make the difference in crystal orientation within 15 degrees. The crystallographic orientation was random and could not be controlled within 15 degrees. However, in the method of the present invention, the blade portion is made of a single crystal, and the single crystal is used as a seed to grow the columnar crystal, whereby the difference in the orientation of the columnar crystal can be made within 15 degrees. That is, as in the present invention, Hf: 0.
5 to 1.1% by weight, C: 0.2% by weight or less, B + Z
Even if r: 0.020% by weight or less, a healthy columnar crystal blade without grain boundary cracks was obtained. B and Zr showed the same effect with either one or both.

【0085】表4に鋳造条件及び合金組成(重量%)を
示す。残部はNiである。
Table 4 shows the casting conditions and alloy composition (% by weight). The balance is Ni.

【0086】[0086]

【表4】 [Table 4]

【0087】本発明動翼は粒界割れが発生しないため、
従来の柱状晶動翼と比べて歩留りが15%から70%と
約5倍アップすると共に、1040℃−14kgf/mm2
の条件のクリープ破断時間が翼部で193hから456
hと2倍以内向上した。また、本発明動翼のシャンク部
は柱状晶であるが、溶体化処理を施すことで、柱状晶部
のクリープ破断時間も従来柱状晶翼と比べて2倍以上で
あった。
Since the interfacial cracks do not occur in the rotor blade of the present invention,
The yield is 15% to 70%, which is about 5 times higher than that of the conventional columnar crystal blade, and 1040 ° C-14kgf / mm 2
Creep rupture time of wing from 193h to 456
It improved within 2 times with h. Further, although the shank portion of the rotor blade of the present invention is columnar crystal, the creep rupture time of the columnar crystal portion was twice or more as long as that of the conventional columnar crystal blade by the solution treatment.

【0088】本発明動翼と単結晶翼を比較すると、本発
明動翼は高温クリープ強度では単結晶翼に劣っている。
しかし、本発明動翼は翼部以外を柱状晶とすることで、
鋳造時間を短くしかつ鋳型加熱温度を低くすることがで
きた。その結果、鋳型との反応及び中子の変形が少なく
なり、欠陥の割合が減少して、製造歩留まりが向上した
ことから、本発明は極めて実用的な高強度動翼である。
さらに、本発明動翼の柱状晶部の700℃付近での引張
強度は単結晶翼と比べて約1割高かった。これは、柱状
晶のサブグレインが引張強度の向上に寄与しているもの
と考えられるが、シャンク部に要求されるのは高温での
クリープ強度ではなく700℃付近の温度での引張強度
であるため、翼部を単結晶,翼部以外を柱状晶とする本
発明動翼は動翼に要求される2つの特性を兼ね備えた優
れた動翼であるといえる。
Comparing the blade of the present invention and the single crystal blade, the blade of the present invention is inferior to the single crystal blade in the high temperature creep strength.
However, the rotor blade of the present invention has columnar crystals other than the blade portion,
The casting time could be shortened and the mold heating temperature could be lowered. As a result, the reaction with the mold and the deformation of the core are reduced, the percentage of defects is reduced, and the manufacturing yield is improved. Therefore, the present invention is a very practical high-strength rotor blade.
Furthermore, the tensile strength of the columnar crystal portion of the rotor blade of the present invention at around 700 ° C. was about 10% higher than that of the single crystal blade. It is considered that the columnar crystal subgrains contribute to the improvement of the tensile strength, but what is required for the shank portion is not the creep strength at high temperature but the tensile strength at a temperature near 700 ° C. Therefore, it can be said that the blade of the present invention in which the blade portion is a single crystal and the portion other than the blade portion is a columnar crystal is an excellent blade having two characteristics required for the blade.

【0089】[実施例4]実施例1で述べた方法で表5
に示す組成(重量%)のNi基超合金を鋳込み,翼部が
単結晶,翼部以外をほぼ完全に柱状晶とした柱状晶動翼
を製造した。本実施例における鋳型は図2において空冷
フィン部の突出部に対して単結晶拡大部よりバイパスさ
せたストレートな鋳型を形成させて空冷フィン部が柱状
晶になるようにした。鋳造後の動翼に粒界割れは見られ
なかった。また合金に、1270〜1285℃で真空中
2〜60hの溶体化処理、及び1000〜1150℃で
4〜20hと800〜950℃で8〜100hの時効熱
処理を行った。そして、1000〜1150℃で4〜20h
と800〜950℃で8〜100hの時効熱処理のみを
施した試料と、応力14.0kgf/mm2,10万時間クリ
ープでの耐用温度を比較したところ、耐用温度が約15
℃上昇していた。本実施例において、柱状晶同志の結晶
方位差は約5度であった。
[Embodiment 4] Table 5 is obtained by the method described in Embodiment 1.
A Ni-base superalloy having the composition (% by weight) shown in FIG. 1 was cast to manufacture a columnar crystal blade in which the blade portion was a single crystal and the portions other than the blade portion were columnar crystals. In the mold of this example, a straight mold was formed by bypassing the single crystal expanded portion with respect to the protrusion of the air-cooled fin portion in FIG. 2 so that the air-cooled fin portion became columnar crystals. No intergranular cracks were found in the rotor blade after casting. Further, the alloy was subjected to solution treatment in vacuum at 1270 to 1285 ° C. for 2 to 60 hours, and aging heat treatment at 1000 to 1150 ° C. for 4 to 20 hours and 800 to 950 ° C. for 8 to 100 hours. And 1000 ~ 1150 ℃ 4 ~ 20h
And a sample subjected only to an aging heat treatment at 800 to 950 ° C. for 8 to 100 hours, and a service temperature at a stress of 14.0 kgf / mm 2 , 100,000 hours of creep, were compared.
C was rising. In this example, the crystal orientation difference between the columnar crystals was about 5 degrees.

【0090】[0090]

【表5】 [Table 5]

【0091】[実施例5]実施例1で述べた方法で表6
に示す合成を鋳込み,翼部が単結晶,翼部以外をほぼ完
全に柱状晶としたガスタービン用動翼を鋳造した。本実
施例における鋳型は図2において突起部であるフィンに
対して単結晶拡大部よりバイパスさせたストレートな鋳
型を凝固促進通路として追加し、フィンが良好な結晶性
をもつ柱状晶になるようにした。その結果、この動翼に
は鋳造後に粒界割れは見られず、フィンは方位差5度以
内の健全な柱状晶であった。
[Embodiment 5] Table 6 is obtained by the method described in Embodiment 1.
By casting the composition shown in (1), a blade for a gas turbine was cast with a single crystal blade and almost completely columnar crystals other than the blade. In the casting mold of this embodiment, a straight casting mold bypassed from the single crystal expanded portion is added to the fin, which is the protrusion in FIG. 2, as a solidification promoting passage so that the fin becomes a columnar crystal with good crystallinity. did. As a result, no intergranular cracks were found in this rotor blade after casting, and the fins were sound columnar crystals with an orientation difference within 5 degrees.

【0092】鋳造後、この動翼に、1250〜1285
℃−2〜60hの溶体化熱処理及び1080℃−4hと
871℃−20hの時効熱処理を施した試料と、108
0℃−4hと871℃−20hの時効熱処理のみの試料
を用意した。その結果、溶体化熱処理を施した試料は時
効熱処理のみの試料より、表4中のすべての合金で応力
14kgf/mm2 ,10万時間クリープでの耐用温度が約
15℃向上していた。
After casting, 1250 to 1285 was added to this rotor blade.
108, a sample subjected to solution heat treatment at -2 to 60 hours and aging heat treatment at 1080 to 4 hours and 871 to 20 hours;
Samples were prepared only by aging heat treatment at 0 ° C-4h and 871 ° C-20h. As a result, the solution-annealed sample was improved in all-alloy alloys in Table 4 by about 15 ° C. in stress of 14 kgf / mm 2 and 100,000 hour creep for all alloys in Table 4.

【0093】[0093]

【表6】 [Table 6]

【0094】[実施例6]表7に示す本発明合金を用い
て、実施例1に示した方法に準じてガスタービン用動翼
を鋳造した。ただし、ここではプラットフォーム15を
過ぎても鋳型引出し速度を変えず、全体を10cm/hの
鋳型引出し速度で鋳造した。鋳造後、実施例1と同様の
熱処理を施し、この動翼から2つの結晶粒をもつ数本の
ミニチュア試料を切り出し、2つの結晶粒の凝固方向に
直角方向の結晶方位の差とクリープ強度の関係を調べ
た。なお、試料は粒界に平行方向に採取した。また、単
結晶専用合金である特公平3−75619 号に示された合金
を比較合金として評価した。比較合金についても本発明
合金と同一の鋳造条件で鋳造し、特公平3−75619 号に
示された熱処理を施した後、試験に供した。結果を表8
に示す。この結果から、本発明合金の1040℃,14
kgf/mm2 のクリープ強度は、結晶方位の差が15度以
内であれば結晶方位差にほとんど影響されない。これに
対して、単結晶専用である比較合金は僅かの結晶方位の
差も許容できないことがわかる。
[Example 6] Using the alloys of the present invention shown in Table 7, a blade for a gas turbine was cast according to the method shown in Example 1. However, here, the casting speed was not changed even after passing through the platform 15, and the entire casting was performed at a casting speed of 10 cm / h. After casting, the same heat treatment as in Example 1 was performed, and several miniature samples having two crystal grains were cut out from this blade, and the difference in the crystal orientation of the two crystal grains at right angles to the solidification direction and the creep strength were measured. I investigated the relationship. The sample was taken in a direction parallel to the grain boundary. In addition, the alloy shown in Japanese Examined Patent Publication No. 3-75619, which is an alloy for single crystals, was evaluated as a comparative alloy. The comparative alloy was also cast under the same casting conditions as the alloy of the present invention, subjected to the heat treatment shown in JP-B-3-75619, and then subjected to the test. The results are shown in Table 8
Shown in. From these results, it is found that the alloy of the present invention has
The creep strength of kgf / mm 2 is hardly affected by the difference in crystal orientation if the difference in crystal orientation is within 15 degrees. On the other hand, it can be seen that the comparative alloy, which is dedicated to single crystals, cannot tolerate a slight difference in crystal orientation.

【0095】[0095]

【表7】 [Table 7]

【0096】[0096]

【表8】 [Table 8]

【0097】[実施例7]図7は実施例2の本発明のガ
スタービン動翼を有するガスタービンの回転部分の断面
図である。
[Embodiment 7] FIG. 7 is a sectional view of a rotating portion of a gas turbine having a gas turbine blade of the present invention according to Embodiment 2. As shown in FIG.

【0098】30はタービンスタブシャフト、33はタ
ービン動翼、43はタービンスタッキングボルト、38
はタービンスペーサ、49はディスタントピース、40
はノズル、36はコンプレッサディスク、37はコンプ
レッサブレード、38はコンプレッサスタッキングボル
ド、39はコンプレッサスタブシャフト、34はタービ
ンディスク、41は穴である。本発明のガスタービンは
コンプレッサディスク36が17段あり、又タービン動
翼33が3段のものである。タービン動翼33は4段の
場合もあり、いずれにも本発明の合金が適用できる。
Reference numeral 30 is a turbine stub shaft, 33 is a turbine rotor blade, 43 is a turbine stacking bolt, and 38 is a turbine stacking bolt.
Is a turbine spacer, 49 is a distant piece, 40
Is a nozzle, 36 is a compressor disk, 37 is a compressor blade, 38 is a compressor stacking bolt, 39 is a compressor stub shaft, 34 is a turbine disk, and 41 is a hole. In the gas turbine of the present invention, the compressor disk 36 has 17 stages and the turbine rotor blades 33 have 3 stages. The turbine rotor blade 33 may have four stages, and the alloy of the present invention can be applied to any of them.

【0099】本実施例におけるガスタービンは、主な形
式がヘビーテューティ形,一軸形,水平分割ケーシン
グ,スタッキング式ロータからなり、圧縮機が17段軸
流形,タービンが3段インパルス形,1,2段空気冷却
による静動翼,燃焼器がバースフロー形,16缶,スロ
ットクール方式を有するものである。
The gas turbine in this embodiment is mainly composed of a heavy tuty type, a single shaft type, a horizontal split casing, a stacking type rotor, a compressor is a 17-stage axial flow type, and a turbine is a 3-stage impulse type. The two-stage air-cooled stationary blades and combustor have a verse-flow type, 16 cans, and a slot cool system.

【0100】ディスタントピース39,タービンディス
ク34,スペーサ38,スタッキングボルト33を重量
で、C0.06〜0.15%,Si1%以下,Mn1.5
% 以下,Cr9.5〜12.5%,Ni1.5〜2.5
%,Mo1.5〜3.0%,V0.1〜0.3% ,Nb0.0
3〜0.15%,N0.04〜0.15%,残部Feから
なる全焼戻しマルテンサイト鋼が用いられる。本実施例
における特性として、引張強さが90〜120kg/m
m2 ,0.2% 耐力70〜90kg/mm2 ,伸び率10〜
25%,絞り率50〜70%,Vノッチ衝撃値5〜9.
5kg−m/cm2,450℃105h クリープ破断強度4
5〜55kg/mm2 であった。
The weight of the distant piece 39, the turbine disk 34, the spacer 38, and the stacking bolt 33 is C0.06 to 0.15%, Si 1% or less, and Mn 1.5.
% Or less, Cr 9.5 to 12.5%, Ni 1.5 to 2.5
%, Mo 1.5 to 3.0%, V 0.1 to 0.3%, Nb 0.0
A fully tempered martensitic steel consisting of 3 to 0.15%, N 0.04 to 0.15% and the balance Fe is used. Tensile strength is 90 to 120 kg / m as a characteristic in this embodiment.
m 2 , 0.2%, yield strength 70-90 kg / mm 2 , elongation 10-
25%, drawing rate 50-70%, V notch impact value 5-9.
5 kg-m / cm 2 , 450 ° C 10 5 h Creep rupture strength 4
It was 5 to 55 kg / mm 2 .

【0101】タービン動翼33は3段有し、初段に実施
例1で製造したものを用い、圧縮機の圧縮圧を14.7
,温度400℃,初段動翼入口温度を1,300℃ ,
燃焼器による燃焼ガス温度を1450℃級とした。ま
た、タービン動翼33の2段目には同等の合金組成の多
結晶体からなる翼長280mm(翼部160mm,プラット
フォーム部以降長さ120mm)及び、第3段目を同じく
同等の合金組成を用い、同じく多結晶体の翼長350mm
(翼部230mm,他120mm)の中実翼を製造した。製
法は従来のロストワックス法による精密鋳造法によっ
た。
The turbine rotor blade 33 has three stages, the one produced in Example 1 is used in the first stage, and the compression pressure of the compressor is 14.7.
, Temperature 400 ℃, first stage rotor blade inlet temperature 1,300 ℃,
The combustion gas temperature by the combustor was set to 1450 ° C. In addition, a blade length of 280 mm (blade portion 160 mm, platform portion and subsequent length 120 mm) made of a polycrystalline body having an equivalent alloy composition is used in the second stage of the turbine blade 33, and an equivalent alloy composition is used in the third stage. Also used, the wings of polycrystal are 350mm
A solid wing (wing 230 mm, other 120 mm) was manufactured. The manufacturing method was a precision casting method using the conventional lost wax method.

【0102】タービンノズル40には既知のCo基合金
が用いられ、初段から3段までを真空精密鋳造によって
翼部1ケからなるものを形成されたものを用いる。翼部
の長さは動翼の長さに相当する長さを有し、ピンフィン
冷却,インピンジメント冷却及びフィルム冷却構造を有
する。1段ノズルはサイドウォール両端で拘束される
が、2段目及び3段目はサイドウォール外周側の片側で
拘束される。ガスタービンにはインタークーラーが設け
られる。
A known Co-based alloy is used for the turbine nozzle 40, and one having one blade portion is formed by vacuum precision casting from the first stage to the third stage. The length of the blade has a length corresponding to the length of the moving blade, and has pin fin cooling, impingement cooling and film cooling structures. The first-stage nozzle is constrained at both ends of the sidewall, but the second-stage and third-stage nozzles are constrained at one side on the outer peripheral side of the sidewall. The gas turbine is provided with an intercooler.

【0103】本実施例によって得られる発電出力は50
MWが得られ、その熱効率は33%以上の高いものが得
られる。
The power generation output obtained by this embodiment is 50
MW is obtained, and its thermal efficiency is as high as 33% or more.

【0104】[実施例8]図8は実施例7のガスタービ
ンを用い、蒸気タービンと併用した一軸型コンバインド
サイクル発電システムを示す概略図である。
[Embodiment 8] FIG. 8 is a schematic diagram showing a single-shaft combined cycle power generation system using the gas turbine of Embodiment 7 and in combination with a steam turbine.

【0105】ガスタービンを利用して発電を行う場合、
近年では液化天然ガス(LNG)を燃料としてガスター
ビンを駆動するとともにガスタービンの排ガスエネルギ
ーを回収して得た水蒸気で蒸気タービンを駆動し、この
蒸気タービンとガスタービンとで発電機を駆動するよう
にした、いわゆる複合発電方式を採用する傾向にある。
この複合発電方式において以下のシステム構成によって
従来の蒸気タービン単独の場合の熱効率40%に比べ約
45%以上の高熱効率が可能となる。このような複合発
電プラントにおいて、最近ではさらに、液化天然ガス
(LNG)専焼から液化石油ガス(LPG)との両用を
図ったり、LNG,LPGの混焼の実現によって、プラ
ント運用の円滑化,経済性の向上を図ろうとするもので
ある。
When generating electricity using a gas turbine,
In recent years, a gas turbine is driven by using liquefied natural gas (LNG) as a fuel, and a steam turbine is driven by steam obtained by recovering exhaust gas energy of the gas turbine, and a generator is driven by the steam turbine and the gas turbine. There is a tendency to adopt the so-called combined power generation method.
In this combined power generation system, the following system configuration enables a high thermal efficiency of about 45% or more as compared to the thermal efficiency of 40% in the case of the conventional steam turbine alone. In such a combined cycle power plant, recently, the operation of the plant is facilitated and economically improved by the dual use of liquefied natural gas (LNG) and liquefied petroleum gas (LPG), and the co-firing of LNG and LPG. It is intended to improve the

【0106】まず空気は吸気フィルタと吸気サイレンを
通ってガスタービンの空気圧縮機に入り空気圧縮機は、
空気を圧縮し圧縮空気を低NOx燃焼器へ送る。そし
て、燃焼器では、この圧縮空気の中に燃料が噴射され燃
焼して1400℃以上の高温ガスを作りこの高温ガス
は、タービンで仕事をし動力が発生する。
First, air enters the air compressor of the gas turbine through the intake filter and the intake siren, and the air compressor
Compress air and send compressed air to a low NOx combustor. Then, in the combustor, fuel is injected into the compressed air and burned to produce a high temperature gas of 1400 ° C. or higher. The high temperature gas works in the turbine to generate power.

【0107】タービンから排出された530℃以上の排
気は、排気消音装置を通って排熱回収ボイラへ送られ、
ガスタービン排気中の熱エネルギーを回収して530℃
以上の高圧水蒸気を発生する。このボイラには乾式アン
モニア接触還元による脱硝装置が設けられている。排ガ
スは3脚集合型の数百mもある煙突から外部に排出され
る。発生した高圧および低圧の蒸気は高低圧一体ロータ
からなる蒸気タービンに送られる。
Exhaust gas of 530 ° C. or higher discharged from the turbine is sent to the exhaust heat recovery boiler through the exhaust silencer.
Recovers thermal energy from gas turbine exhaust at 530 ° C
The above high-pressure steam is generated. This boiler is provided with a denitration device by dry ammonia catalytic reduction. Exhaust gas is exhausted to the outside from a stack of several tripods with a length of several hundred meters. The generated high-pressure and low-pressure steam is sent to a steam turbine composed of a high-low pressure integrated rotor.

【0108】また、蒸気タービンを出た蒸気は、復水器
に流入し、真空脱気されて復水になり、復水は、復水ポ
ンプで昇圧され給水となってボイラへ送られる。そし
て、ガスタービンと蒸気タービンは夫々、発電機をその
両軸端から駆動して、発電が行われる。このような複合
発電に用いられるガスタービン翼の冷却には、冷却媒体
として空気の他に蒸気タービンで利用される蒸気を用い
ることもある。一般には翼の冷却媒体としては空気が用
いられているが、蒸気は空気と比較して比熱が格段に大
きく、また重量が軽いため冷却効果は大きい。
Further, the steam exiting the steam turbine flows into the condenser, is vacuum deaerated and becomes condensate, and the condensate is boosted by the condensate pump and supplied to the boiler. Then, the gas turbine and the steam turbine respectively drive a generator from both shaft ends thereof to generate electric power. For cooling the gas turbine blade used for such combined power generation, steam used in a steam turbine may be used as a cooling medium in addition to air. Generally, air is used as a cooling medium for the blades, but steam has a significantly larger specific heat than air and has a large cooling effect because of its light weight.

【0109】このコンバインド発電システムによりガス
タービンが5万KW、蒸気タービンにより3万KWのト
ータルで8万KWの発電を得ることができ、本実施例に
おける蒸気タービンはコンパクトとなるので、大型蒸気
タービンに比べ同じ発電容量に対し経済的に製造可能と
なり、発電量の変動に対して経済的に運転できる大きな
メリットが得られる。
With this combined power generation system, a gas turbine of 50,000 kW and a steam turbine of 30,000 kW can generate a total of 80,000 kW, and the steam turbine of this embodiment is compact, so that a large steam turbine can be obtained. Compared with the above, it is possible to economically manufacture with the same power generation capacity, and there is a great merit that it can be economically operated with respect to fluctuations in power generation.

【0110】本発明に係る蒸気タービンには高低圧一体
型蒸気タービンとし、この高低圧一体型蒸気タービンの
主蒸気入口部の蒸気圧力100atg ,温度538℃に上
昇させることによりタービンの単機出力の増加を図るこ
とができる。単機出力の増加は、最終段動翼の翼長を3
0インチ以上に増大し、蒸気流量を増す必要がある。本
発明に係る蒸気タービンは高低圧一体型ロータシャフト
に植設されたブレードが13段以上備えており、蒸気は
蒸気コントロールバルブを通って蒸気入口より前述の如
く538℃,88atg の高温高圧で流入する。蒸気は入
口より一方向に流れ、蒸気温度33℃,722mmHgと
なって最終段のブレードより出口より排出される。本発
明に係る高低圧一型体ロータシャフトはNi−Cr−M
o−V低合金鋼の鍛鋼が用いられる。ロータシャフトの
ブレードの植込み部はディスク状になっており、ロータ
シャフトより一体に切削されて製造される。ディスク部
の長さはブレードの長さが短いほど長くなり、振動を少
なくするようになっている。
The steam turbine according to the present invention is a high-low pressure integrated steam turbine. By increasing the steam pressure at the main steam inlet of this high-low pressure integrated steam turbine to 100 atg and a temperature of 538 ° C., the single-unit output of the turbine is increased. Can be achieved. The increase in the single machine output increases the blade length of the final stage rotor blade by 3
It is necessary to increase the steam flow rate to 0 inches or more. The steam turbine according to the present invention has 13 or more blades planted in the high and low pressure integrated rotor shaft, and the steam flows through the steam control valve from the steam inlet at the high temperature and high pressure of 538 ° C. and 88 atg as described above. To do. The steam flows in one direction from the inlet, the steam temperature becomes 33 ° C. and 722 mmHg, and is discharged from the outlet from the blade at the final stage. The high / low pressure one-piece rotor shaft according to the present invention is Ni-Cr-M.
Forged steel of oV low alloy steel is used. The blade of the rotor shaft has a disk-shaped implant portion and is manufactured by integrally cutting the rotor shaft. The shorter the length of the blade, the longer the length of the disk portion, so that vibration is reduced.

【0111】本実施例に係る高低圧一体型ロータシャフ
トはC0.18〜0.30%,Si0.1%以下,Mo0.
3%以下,Ni1.0〜2.0%,Cr1.0〜1.7%,
Mo1.0〜2.0%,V0.20〜0.3%,残部Feより
なり、900〜1050℃で水噴霧冷却によって焼入れ
後、650〜680℃で焼戻しが施される。
The high / low pressure integral type rotor shaft according to the present embodiment has C 0.18 to 0.30%, Si 0.1% or less, Mo 0.1.
3% or less, Ni 1.0 to 2.0%, Cr 1.0 to 1.7%,
It consists of Mo 1.0-2.0%, V 0.20-0.3%, and the balance Fe. After quenching by water spray cooling at 900 to 1050 ° C, tempering is performed at 650 to 680 ° C.

【0112】プラントの構成は、ガスタービン,排熱回
収ボイラ,蒸気タービン,発電機各1基からなる1組の
発電システムを6組組み合わせた1軸型に配列するもの
のほか、ガスタービン1基に対し発電機1基組み合わ
せ、これらを6組組み合わせた後の排ガスによって蒸気
を得、1台の蒸気タービンと1台の発電機とする多軸型
とすることができる。
The plant is constructed in such a way that six sets of one power generation system each consisting of a gas turbine, an exhaust heat recovery boiler, a steam turbine, and a generator are arranged in a single-shaft type, and one gas turbine is used. On the other hand, it is possible to obtain a steam from the exhaust gas after combining one generator and six sets of these generators, and it is possible to make a multi-shaft type having one steam turbine and one generator.

【0113】複合発電は、起動停止が短時間で容易なガ
スタービンと小型で単純な蒸気タービンの組み合わせで
成立っており、このため、出力調整が容易に出来、需要
の変化に即応した中間負荷火力として最適である。
The combined power generation consists of a combination of a gas turbine, which can be easily started and stopped in a short time, and a small, simple steam turbine. Therefore, the output can be easily adjusted and the intermediate load that responds quickly to changes in demand. Best for firepower.

【0114】ガスタービンの信頼性は、最近の技術の発
展により飛躍的に増大しており、また、複合発電プラン
トは、小容量機の組み合わせでシステムを構成している
ので、万一故障が発生してもその影響を局部にとどめる
ことが出来、信頼性の高い電源である。
The reliability of the gas turbine has dramatically increased due to the recent technological development. Further, since the combined cycle power plant constitutes a system with a combination of small capacity machines, a failure should occur. Even so, the effect can be limited to local areas, and it is a highly reliable power source.

【0115】[0115]

【発明の効果】本発明によれば、高クリープ強度を有す
るガスタービン用動翼が得られるため、動翼の長寿命化
と燃焼ガス温度の上昇によるガスタービン及びそれを用
いた複合発電プラントシステムの熱効率向上を図る顕著
な効果がある。
According to the present invention, since a gas turbine moving blade having high creep strength can be obtained, a gas turbine having a long life of the moving blade and an increase in combustion gas temperature and a combined power generation plant system using the gas turbine can be obtained. There is a remarkable effect of improving the thermal efficiency of.

【0116】また、本発明によるガスタービン用動翼の
製造法によれば、動翼製造における歩留まり率が向上で
きる。
Further, according to the method for manufacturing a gas turbine moving blade of the present invention, the yield rate in manufacturing the moving blade can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るガスタービン用動翼の斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view of a rotor blade for a gas turbine according to the present invention.

【図2】本発明に係るガスタービン用動翼の製造法の概
略を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an outline of a method of manufacturing a moving blade for a gas turbine according to the present invention.

【図3】本実施例に示す中子の平面図と動翼との位置関
係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship between a plan view of a core shown in the present embodiment and moving blades.

【図4】本発明によって得られた柱状晶動翼と従来の柱
状晶動翼の高温強度を示す比較図である。
FIG. 4 is a comparative diagram showing high temperature strengths of a columnar crystal blade obtained by the present invention and a conventional columnar crystal blade.

【図5】一方向凝固法で製造した柱状晶動翼に見られた
粒界割れの状況を示すスケッチ図である。
FIG. 5 is a sketch diagram showing a state of intergranular cracks observed in a columnar crystal blade manufactured by a unidirectional solidification method.

【図6】合金の初期溶融を生じること無く、析出γ′相
をγ相中に固溶できるC量と(B+Zr)量の関係、及
び粒界割れの関係を示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of C and the amount of (B + Zr) that can dissolve the precipitated γ ′ phase in the γ phase without causing the initial melting of the alloy, and the relationship of intergranular cracking.

【図7】本実施例に係るガスタービンの全体構成図であ
る。
FIG. 7 is an overall configuration diagram of a gas turbine according to the present embodiment.

【図8】本実施例に係る複合発電プラントの全体システ
ム図である。
FIG. 8 is an overall system diagram of a combined cycle power plant according to the present embodiment.

【符号の説明】 1…翼部、2…付根部、3…溶解炉、4…鋳型加熱炉、
5…溶湯、6…鋳物、7…中子、8…セラミック鋳型、
9…セレクタ、10…スタータ、11…水冷銅チルプレ
ート、12…真空ポンプ、13…炉殻、14…空冷フィ
ン、15…プラットフォーム、16…ダブティル、18
…シャンク、33…動翼、34…タービンディスク、3
6…コンプレッサディスク、38…スペーサ、40…静
翼。
[Explanation of Codes] 1 ... Wing portion, 2 ... Root portion, 3 ... Melting furnace, 4 ... Mold heating furnace,
5 ... Molten metal, 6 ... Casting, 7 ... Core, 8 ... Ceramic mold,
9 ... Selector, 10 ... Starter, 11 ... Water-cooled copper chill plate, 12 ... Vacuum pump, 13 ... Furnace shell, 14 ... Air-cooled fins, 15 ... Platform, 16 ... Dovetail, 18
... Shank, 33 ... Moving blade, 34 ... Turbine disk, 3
6 ... Compressor disk, 38 ... Spacer, 40 ... Stator blade.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 年旦 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小林 満 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 飯島 活巳 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 和田 克夫 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 狩野 公男 宮城県仙台市青葉区一番町三丁目7番1号 東北電力株式会社内 (72)発明者 松崎 裕之 宮城県仙台市青葉区一番町三丁目7番1号 東北電力株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tosatsu Saito 7-1, 1-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Mitsuru Kobayashi 7-chome, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki No. 1-1 Hitachi Ltd., Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Katsumi Iijima 7-1, 1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Katsuo Wada Hitachi, Ibaraki Prefecture 3-1-1, Saiwaicho, Ichi, Ltd. Hitachi, Ltd., Hitachi Plant (72) Inventor Kimio Kano 3-7-1, Ichibancho, Aoba-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture Tohoku Electric Power Co., Inc. (72) Inventor Matsuzaki Hiroyuki 3-7-1, Ichibancho, Aoba-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture Tohoku Electric Power Co., Inc.

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】翼部と,該翼部に連らなる平坦部を有する
プラットフォームと,該プラットフォームに連らなるシ
ャンク部と,該シャンク部の両側に設けられた突起から
なるフィンと,前記シャンク部に連らなるダブティルと
を有するガスタービン用動翼において、前記翼部と前記
プラットフォーム及び前記シャンク部内の1部とが単結
晶であり、該単結晶からなる部分を除いた部分が一方向
凝固した柱状晶である一体の鋳物からなることを特徴と
するガスタービン用動翼。
1. A wing section, a platform having a flat section connected to the wing section, a shank section connected to the platform, fins formed by projections provided on both sides of the shank section, and the shank. In a rotor for a gas turbine having a dovetail connected to a portion, a portion of the blade portion and the platform and the shank portion is a single crystal, and a portion excluding the portion made of the single crystal is unidirectionally solidified. A blade for a gas turbine, which is characterized by being formed of an integral casting that is a columnar crystal.
【請求項2】翼部と,該翼部に連らなる平坦部を有する
プラットフォームと,該プラットフォームに連らなるシ
ャンク部と,該シャンク部の両側に設けられた突起から
なるフィンと,前記シャンク部に連らなるダブティルと
を有するガスタービン用動翼において、前記翼部と前記
プラットフォーム及び前記シャンク部の1部とが単結晶
であり、前記単結晶からなる部分以外の全部が一方向凝
固した柱状晶である一体の鋳物からなることを特徴とす
るガスタービン用動翼。
2. A wing section, a platform having a flat section connected to the wing section, a shank section connected to the platform, fins formed by projections provided on both sides of the shank section, and the shank. In a turbine blade for a gas turbine having a dovetail connected to a portion, the blade portion and a part of the platform and the shank portion are single crystals, and all except the portion made of the single crystal are unidirectionally solidified. A rotor blade for a gas turbine, which is characterized by being formed of an integral casting that is a columnar crystal.
【請求項3】請求項1又は2において、前記ダブティル
部から翼部先端にかけて内部に一体に連らなる冷媒通路
が設けられているガスタービン用動翼。
3. The moving blade for a gas turbine according to claim 1 or 2, wherein a refrigerant passage integrally connected to the inside is provided from the dovetail portion to the tip of the blade portion.
【請求項4】翼部と,該翼部に連らなる付根部とを有
し、一体の鋳物からなるガスタービン用動翼において、
前記翼部と前記プラットフォーム及び前記シャンク部の
1部とが単結晶であり、前記単結晶からなる部分以外が
一方向凝固した柱状晶であり、前記翼部先端から前記付
根部に向って凝固していることを特徴とするガスタービ
ン用動翼。
4. A gas turbine moving blade having a blade portion and a root portion connected to the blade portion, which is made of an integral casting,
The wing portion and a part of the platform and the shank portion are single crystals, and unidirectionally solidified columnar crystals other than the portion made of the single crystal are solidified from the tip of the wing portion toward the root portion. A blade for a gas turbine, which is characterized in that
【請求項5】翼部と,該翼部に連らなる付根部とを有
し、一体の鋳物からなるガスタービン用動翼において、
前記翼部と付根部との結晶方位の差が2〜8度であるこ
とを特徴とするガスタービン用動翼。
5. A moving blade for a gas turbine, which has a blade portion and a root portion connected to the blade portion and is made of an integral casting,
A rotor blade for a gas turbine, wherein a difference in crystal orientation between the blade portion and the root portion is 2 to 8 degrees.
【請求項6】翼部と,該翼部に連らなる平坦部を有する
プラットフォームと,該プラットフォームに連らなるシ
ャンク部と,該シャンク部の両側に設けられた突起から
なるフィンと,前記シヤンク部に連らなるダブティルと
を有するガスタービン用動翼において、該動翼は一体の
鋳物からなり、各部の結晶方位の差が2〜8度であるこ
とを特徴とするガスタービン用動翼。
6. A wing portion, a platform having a flat portion connected to the wing portion, a shank portion connected to the platform, fins formed by projections provided on both sides of the shank portion, and the shank. A gas turbine moving blade having a dovetail connected to a portion, wherein the moving blade is made of an integral casting, and the difference in crystal orientation between the portions is 2 to 8 degrees.
【請求項7】請求項1〜6のいずれかにおいて、前記鋳
物は重量で、C0〜0.20% ,Cr2〜16%,Al
4〜7%,W2〜15%,Ti0.5〜5% ,Nb0〜
3%,Mo0〜6%,Ta0〜12%,Co0〜10.
5% ,Hf0〜2%,Re0〜4%,B0〜0.035
% ,Zr0〜0.035% 、及び残部が58%以上の
Niからなるガスタービン用動翼。
7. The casting according to claim 1, wherein the weight of the casting is C0 to 0.20%, Cr to 2 to 16%, and Al.
4-7%, W2-15%, Ti0.5-5%, Nb0-
3%, Mo0-6%, Ta0-12%, Co0-10.
5%, Hf 0 to 2%, Re 0 to 4%, B 0 to 0.035
%, Zr0 to 0.035%, and the balance being 58% or more of Ni.
【請求項8】重量で、C0〜0.20% ,Cr2〜16
%,Al4〜7%,W2〜15%,Ti0.5〜5% ,
Nb0〜3%,Mo0〜6%,Ta0〜12%,Co0
〜10.5% ,Hf0〜2%,Re0〜4,B0〜0.
035%,Zr0〜0.035%、及び残部が58%以上の
Niからなり、前記C量とB及びZr量の一方又は両方
とがA(C0.20%,B+Zr0%),B(C0.05
%,B+Zr0%),C(C0%,B+Zr0.01
%),D(C0%,B+Zr0.035%)及びE(C
0.1%,B+Zr0.025%)の範囲内にあり、結晶
方位の差が2〜6度であることを特徴とするガスタービ
ン用動翼。
8. By weight, C0 to 0.20%, Cr2 to 16
%, Al 4-7%, W 2-15%, Ti 0.5-5%,
Nb0-3%, Mo0-6%, Ta0-12%, Co0
-0.5%, Hf0-2%, Re0-4, B0-0.
035%, Zr0 to 0.035%, and the balance consisting of 58% or more of Ni, and the C amount and one or both of B and Zr amounts are A (C0.20%, B + Zr0%), B (C0.05).
%, B + Zr0%), C (C0%, B + Zr0.01)
%), D (C0%, B + Zr 0.035%) and E (C
0.1%, B + Zr 0.025%), and the difference in crystal orientation is 2 to 6 degrees.
【請求項9】翼部が単結晶及びダブティルが柱状晶を有
し、重量で、C0.03〜0.1%,Cr5.5〜9.0
%,Co8.5〜10.5%,W8〜11%,Re1.0
〜3.5%,Mo0.3〜1.0%,Ta3〜4%,Al
5〜6%,Ti0.5〜1.5%,Hf0.5〜1.0%,
B及びZrの1種又は両者が0.005〜0.025%、
及び残部がNiと不可避不純物であり、結晶方位の差が
単結晶部分で8度以下及び柱状晶部分で15度以下であ
ることを特徴とするガスタービン用動翼。
9. A wing portion having a single crystal and a dovetail having a columnar crystal, C0.03 to 0.1% by weight, and Cr 5.5 to 9.0.
%, Co 8.5-10.5%, W 8-11%, Re 1.0
~ 3.5%, Mo 0.3-1.0%, Ta 3-4%, Al
5-6%, Ti 0.5-1.5%, Hf 0.5-1.0%,
One or both of B and Zr are 0.005-0.025%,
The balance is Ni and unavoidable impurities, and the difference in crystal orientation is 8 degrees or less in the single crystal portion and 15 degrees or less in the columnar crystal portion.
【請求項10】翼部と,該翼部に連らなる平坦部を有す
るプラットフォームと,該プラットフォームに連らなる
シャンク部と,該シャンク部の両側に設けられた突起か
らなるフィンと、前記シャンク部に連らなるダブティル
とを有するガスタービン用動翼において、前記翼部が単
結晶であり、前記ダブティルが一方向凝固した柱状晶か
らなる一体の鋳物であり、前記ダブティル部から翼部先
端にかけて内部に一体に連らなる冷媒通路が設けられ、 前記鋳物は重量で、C0〜0.20% ,Cr2〜16
%,Al4〜7%,W2〜15%,Ti0.5〜5% ,
Nb0〜3%,Mo0〜6%,Ta0〜12%,Co0
〜10.5% ,Hf0〜2%,Re0〜4,B0〜0.
035% ,Zr0〜0.035% 、及び残部が58%
以上のNiからなり、前記C量とB及びZr量の一方又
は両方とがA(C0.20%,B+Zr0%),B(C0.
05%,B+Zr0%),C(C0%,B+Zr0.01
%),D(C0%,B+Zr0.035%)及びE(C
0.1%,B+Zr0.025%)の範囲内にあり、γ相
マトリックス内にγ′相が析出した組織を有し、前記γ
相の結晶方位の差が2〜6度であることを特徴とするガ
スタービン用動翼。
10. A wing section, a platform having a flat section connected to the wing section, a shank section connected to the platform, fins formed by projections provided on both sides of the shank section, and the shank. In a turbine blade for a gas turbine having a dovetail continuous with a part, the blade part is a single crystal, and the dovetail is an integral casting made of columnar crystals that are unidirectionally solidified, from the dovetail part to the tip of the blade part. A coolant passage integrally connected to the inside is provided, and the casting is C0 to 0.20% by weight and Cr2 to 16
%, Al 4-7%, W 2-15%, Ti 0.5-5%,
Nb0-3%, Mo0-6%, Ta0-12%, Co0
-0.5%, Hf0-2%, Re0-4, B0-0.
035%, Zr0-0.035%, and the balance 58%
It consists of the above Ni, and the C amount and one or both of the B and Zr amounts are A (C0.20%, B + Zr0%), B (C0.2.
05%, B + Zr0%), C (C0%, B + Zr0.01)
%), D (C0%, B + Zr 0.035%) and E (C
0.1%, B + Zr 0.025%), and has a structure in which the γ ′ phase is precipitated in the γ phase matrix.
A rotor blade for a gas turbine, wherein the crystal orientation difference between the phases is 2 to 6 degrees.
【請求項11】コンプレッサによって圧縮された燃料ガ
スを静翼を通してディスクに植設された動翼に衝突させ
て該動翼を回転させるガスタービンにおいて、前記動翼
は3段以上有し、該動翼の初段が翼部と、該翼部に連ら
なる平坦部を有するプラットフォームと、該プラットフ
ォームに連らなるシャンクと、該シャンクの両側に設け
られた突起からなるフィンと、前記シャンクに連らなる
ダブティルとを有し、前記翼部が単結晶であり、前記ダ
ブティルが一方向凝固した柱状晶からなる一体の鋳物か
らなることを特徴とするガスタービン。
11. A gas turbine for rotating fuel blades by causing fuel gas compressed by a compressor to collide with rotor blades implanted in a disk through stationary blades, wherein the rotor blades have three or more stages. The first stage of the wing has a wing portion, a platform having a flat portion connected to the wing portion, a shank connected to the platform, fins formed by protrusions provided on both sides of the shank, and connected to the shank. A gas turbine, wherein the blade portion is a single crystal, and the dovetail is an integral casting made of unidirectionally solidified columnar crystals.
【請求項12】コンプレッサによって圧縮された燃焼ガ
スを静翼を通してディスクに植設された動翼に衝突させ
て該動翼を回転させるガスタービンにおいて、前記燃焼
ガス温度が1,500℃ 以上であり、前記動翼を3段以
上有し、該動翼の初段入口での前記燃焼ガス温度が1,
300℃ 以上であり、前記動翼の初段は全長が200m
m以上で、その翼部が単結晶であり、前記付根部が一方
向凝固した柱状晶である一体の鋳物からなり、発電容量
が5万KW以上であることを特徴とするガスタービン。
12. A gas turbine in which combustion gas compressed by a compressor is caused to collide with a moving blade planted in a disk through a stationary blade to rotate the moving blade, and the combustion gas temperature is 1,500 ° C. or higher. , The moving blade has three or more stages, and the combustion gas temperature at the inlet of the first stage of the moving blade is 1,
Above 300 ° C, the first stage of the rotor blade has a total length of 200m
A gas turbine characterized in that the blade portion is a single crystal having a diameter of m or more, the root portion is made of a unidirectionally solidified columnar crystal, and is integrally cast, and has a power generation capacity of 50,000 KW or more.
【請求項13】コンプレッサによって圧縮された燃焼ガ
スを静翼を通してディスクに植設された動翼に衝突させ
て該動翼を回転させるガスタービンにおいて、前記燃焼
ガス温度が1,500℃ 以上であり、前記動翼を3段以
上有し、該動翼の初段入口での前記燃焼ガス温度が1,
300℃ 以上であり、前記動翼の初段は全長が200m
m以上で、 前記動翼の初段は翼部と、該翼部に連らなる平坦部を有
するプラットフォームと、該プラットフォームに連らな
るシャンク部と、該シャンク部の両側に設けられた突起
からなるフィンと、前記シャンク部に連らなるダブティ
ルとを有するガスタービン用動翼において、前記翼部が
単結晶であり、前記ダブティルが一方向凝固した柱状晶
からなる一体の鋳物からなり、 前記鋳物は重量で、C0.03〜0.1%,Cr5.5〜
9.0%,Co8.5 〜10.5% ,W8〜11%,R
e1.0〜3.5%,Mo0.3〜1.0%,Ta3〜4
%,Al5〜6%,Ti0.5〜1.0%,Hf0.5〜
1.0%,B及びZrの1種又は両者が0.005〜0.
025%、及び残部がNiと不可避不純物からなり、γ
相マトリックス内にγ′相が析出した組織を有し、前記
単結晶のγ相と柱状晶のγ相の結晶方位の差が8度以下
であり、発電容量が5万KW以上であることを特徴とす
るガスタービン。
13. A gas turbine in which combustion gas compressed by a compressor is caused to collide with a moving blade planted in a disk through a stationary blade to rotate the moving blade, and the combustion gas temperature is 1,500 ° C. or higher. , The moving blade has three or more stages, and the combustion gas temperature at the inlet of the first stage of the moving blade is 1,
Above 300 ° C, the first stage of the rotor blade has a total length of 200m
At m or more, the first stage of the moving blade includes a wing portion, a platform having a flat portion connected to the wing portion, a shank portion connected to the platform, and protrusions provided on both sides of the shank portion. In a gas turbine moving blade having a fin and a dovetail connected to the shank part, the vane part is a single crystal, and the dovetail is an integral casting made of columnar crystals that are unidirectionally solidified, and the casting is By weight, C0.03-0.1%, Cr5.5-
9.0%, Co8.5 to 10.5%, W8 to 11%, R
e 1.0-3.5%, Mo 0.3-1.0%, Ta 3-4
%, Al 5-6%, Ti 0.5-1.0%, Hf 0.5-
1.0%, one or both of B and Zr 0.005 to 0.005.
025% and the balance Ni and unavoidable impurities,
It has a structure in which the γ ′ phase is precipitated in the phase matrix, the difference in crystal orientation between the γ phase of the single crystal and the γ phase of the columnar crystal is 8 degrees or less, and the power generation capacity is 50,000 kW or more. Characteristic gas turbine.
【請求項14】高速で流れる燃焼ガスによって駆動する
ガスタービンと、該ガスタービンの燃焼排ガスによって
水蒸気を得る排熱回収ボイラと、前記水蒸気によって駆
動する蒸気タービンと、前記ガスタービン及び蒸気ター
ビンによって駆動する発電機とを備えた複合発電プラン
トシステムにおいて、前記ガスタービンは動翼を3段以
上有し、前記燃焼ガスの前記動翼初段入口温度が1,3
00℃ 以上で、タービン出口の燃焼排ガス温度が56
0℃以上であり、前記排熱回収ボイラによって530℃
以上の水蒸気を得、前記蒸気タービンは高低圧一体型で
あり、該蒸気タービン動翼の初段への前記蒸気温度が5
30℃以上であり、前記ガスタービンの発電容量が5万
KW以上及び蒸気タービンの発電容量が3万KW以上で
あり、総合熱効率が45%以上であり、 前記動翼の初段は全長が200mm以上であり、 前記動翼の初段は翼部と、該翼部に連らなる平坦部を有
するプラットフォームと、該プラットフォームに連らな
るシャンク部と、該シャンク部の両側に設けられた突起
からなるフィンと、前記シャンク部に連らなるダブティ
ルとを有し、前記翼部が単結晶であり、前記ダブティル
が一方向凝固した柱状晶である一体の鋳物からなり、 前記鋳物は重量で、C0.03〜0.1%,Cr5.5〜
9.0%,Co8.5 〜10.5% ,W8〜11%,R
e1.0〜3.5%,Mo0.3〜1.0%,Ta3〜4
%,Al5〜6%,Ti0.5〜1.0%,Hf0.5〜
1.0%,B及びZrの1種又は両者が0.005〜0.
025%、及び残部がNiと不可避不純物からなり、γ
相マトリックス内にγ′相が析出した組織を有し、前記
単結晶のγ相と柱状晶のγ相の結晶方位の差が8度以下
であることを特徴とする複合発電プラントシステム。
14. A gas turbine driven by combustion gas flowing at a high speed, an exhaust heat recovery boiler for obtaining steam by combustion exhaust gas of the gas turbine, a steam turbine driven by the steam, and driven by the gas turbine and the steam turbine. In the combined power generation plant system including the generator, the gas turbine has three or more moving blades, and the combustion blade first stage inlet temperature of the combustion gas is 1,3.
Above 00 ° C, the combustion exhaust gas temperature at the turbine outlet is 56
0 ° C or higher, 530 ° C by the exhaust heat recovery boiler
The above steam is obtained, the steam turbine is of a high-low pressure integrated type, and the steam temperature to the first stage of the steam turbine rotor blade is 5
The temperature is 30 ° C. or higher, the power generation capacity of the gas turbine is 50,000 KW or higher, the power generation capacity of the steam turbine is 30,000 KW or higher, the total thermal efficiency is 45% or higher, and the first stage of the moving blade has a total length of 200 mm or more. The first stage of the moving blade is a fin including a blade portion, a platform having a flat portion connected to the blade portion, a shank portion connected to the platform, and protrusions provided on both sides of the shank portion. And a dovetail continuous with the shank portion, the wing portion is a single crystal, and the dovetail is an integrally cast product that is a unidirectionally solidified columnar crystal, and the cast product is C0.03 in weight. ~ 0.1%, Cr 5.5-
9.0%, Co8.5 to 10.5%, W8 to 11%, R
e 1.0-3.5%, Mo 0.3-1.0%, Ta 3-4
%, Al 5-6%, Ti 0.5-1.0%, Hf 0.5-
1.0%, one or both of B and Zr 0.005 to 0.005.
025% and the balance Ni and unavoidable impurities,
A composite power plant system having a structure in which a γ'phase is precipitated in a phase matrix, and a difference in crystal orientation between the γ phase of the single crystal and the γ phase of a columnar crystal is 8 degrees or less.
【請求項15】翼部と,該翼部に連らなる付根部とを有
し、一体の鋳物からなるガスタービン用動翼の製造法に
おいて、該動翼を形成する鋳型を水冷チルプレート上に
セットする工程と,前記鋳型を加熱炉内にセットし鋳型
を所定温度に加熱する工程と,鋳造原料を真空溶解後前
記加熱された鋳型内に溶湯を鋳込む工程と,該溶湯を有
する鋳型を前記加熱炉から相対的に引き抜いて前記翼部
先端から前記付根部側終端にかけて順次凝固させて前記
翼部を単結晶とした後該翼部の鋳型の引き出し速度より
早い速度で引き抜いて前記付根部を一方向凝固し柱状晶
とする工程とを有することを特徴とするガスタービン用
動翼の製造法。
15. A method for manufacturing a gas turbine moving blade having a blade portion and a root portion connected to the blade portion, the casting blade forming mold being a water-cooled chill plate. , A step of setting the mold in a heating furnace and heating the mold to a predetermined temperature, a step of melting a casting raw material in vacuum and then pouring a molten metal into the heated mold, and a mold having the molten metal. Is relatively extracted from the heating furnace and sequentially solidified from the blade tip to the root side end to make the blade a single crystal, and then the blade is extracted at a speed faster than the mold drawing speed. And a step of unidirectionally solidifying the root portion to form columnar crystals.
【請求項16】単結晶と柱状晶との一体の一方向凝固鋳
物からなり、前記単結晶と柱状晶との前記凝固方向に対
して直角方向における結晶方位の差が8度以下であるこ
とを特徴とする物品。
16. A unidirectionally solidified casting of a single crystal and a columnar crystal, wherein a difference in crystal orientation between the single crystal and the columnar crystal in a direction perpendicular to the solidification direction is 8 degrees or less. Characterized articles.
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