JPH0770679A - High corrosion resistant and high strength cemented carbide, high corrosion resistant and high strength single crystal casting, gas turbine and combined cycle generating system - Google Patents

High corrosion resistant and high strength cemented carbide, high corrosion resistant and high strength single crystal casting, gas turbine and combined cycle generating system

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JPH0770679A
JPH0770679A JP22161893A JP22161893A JPH0770679A JP H0770679 A JPH0770679 A JP H0770679A JP 22161893 A JP22161893 A JP 22161893A JP 22161893 A JP22161893 A JP 22161893A JP H0770679 A JPH0770679 A JP H0770679A
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gas turbine
single crystal
gas
blade
strength
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JP22161893A
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Koji Sato
光司 佐藤
Takehiro Oono
丈博 大野
Hideki Tamaoki
英樹 玉置
Akira Yoshinari
明 吉成
Mitsuru Kobayashi
満 小林
Noriyuki Watabe
典行 渡部
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Hitachi Ltd
Proterial Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Metals Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a cemented carbide combining corrosion resistance more excellent than that of the existing single crystal alloys and oxidation resistance, high strength and creep fracture strength on a high level among the existing single crystal alloys, to provide single crystal cast parts for blades and nozzles using the same and to provide a combined cycle generating system using the same parts. CONSTITUTION:This high corrosion resistant and high strength cemented carbide is the one contg., by weight, 5.5 to 12% Cr, 4.5 to 6.5% Al, 0.1 to 5% Ti, 2 to 12% W, 2.5 to 10% Ta, <=5.8% Mo, 0.1 to 3% Co, <=3% Nb, 0.1 to 4% Re, <=0.3% Hf, and the balance Ni with inevitable impurities. Furthermore, the single crystal casting for blades and nozzles using the same is provided, and the same parts are used.

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、高温の燃焼ガス雰囲気
で高いクリープ破断強度が必要とされる航空機用または
地上発電用ガスタービン等のブレード(動翼)やノズル
(静翼)に使用される新規の超合金と、該超合金を用い
ることによってできる単結晶鋳造物、および該単結晶鋳
造物を用いることによってできるガスタービン用単結晶
部品、および該単結晶部品を用いることによってできる
高効率ガスタービンに関するもので、とりわけ地上発電
用で高い耐食性が要求されるものに関する。さらに該高
効率ガスタービンを用いてできる高効率コンバインドサ
イクル発電システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used for blades (moving blades) and nozzles (stating blades) of gas turbines for aircraft or ground power generation, which require high creep rupture strength in a high temperature combustion gas atmosphere. Novel superalloy, a single crystal cast produced by using the superalloy, a single crystal part for a gas turbine produced by using the single crystal cast, and a high efficiency obtained by using the single crystal part The present invention relates to a gas turbine, and more particularly, to a gas turbine that requires high corrosion resistance for ground power generation. Further, the present invention relates to a high efficiency combined cycle power generation system using the high efficiency gas turbine.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスタービンエンジンの高出力・高効率
化にともなう燃焼温度の上昇に対し、もっとも厳しい使
用環境に曝されるタービンブレードは、多結晶の普通鋳
造合金から、応力負荷方向に結晶粒界をもたない一方向
柱状晶凝固合金に、さらに結晶粒界を全くもたない単結
晶合金へと変遷を遂げてきた。このような発展の歴史は
主に航空機用ガスタービンを中心としたもので、連続運
転時間が比較的短く高いクリープ破断強度と高い低サイ
クル疲労強度が重視されてきた。
2. Description of the Related Art Turbine blades that are exposed to the most severe operating environment against the increase in combustion temperature due to higher power output and higher efficiency of gas turbine engines are made of polycrystalline ordinary casting alloys, and have crystal grains in the stress loading direction. It has undergone a transition from a unidirectional columnar solidified alloy with no boundaries to a single crystal alloy with no grain boundaries. The history of such development is mainly centered on aircraft gas turbines, and continuous running time is relatively short and high creep rupture strength and high low cycle fatigue strength have been emphasized.

【0003】Alloy444(米国特許第4,11
6,723号、特公昭59−34776号)、PWA1
484(米国特許第4,719,080号、特開昭61
−284545号、"Second-generation Nickel-base
Single Crystal Superalloy";A.D.Cetel and D.N.Duhl;
Superalloys 1988,The Metall. Soc.,(1988),pp235-24
4)、CMSX−4(米国特許第4,643,782
号、特開昭60−211031号,"Process and Allo
y Optimization forCMSX-4 Superalloy Single Cristal
Airfoils";D.J.Fraisier,J.R.Whetstone, K.Harris,
G.L.Erickson,R.E.Schwer;High Temp. Mater. Power
Eng. 1990 Part2,(1990),pp1281-1300)、SC−83K
(米国特許第4,976,791号、特開平2−138
431号,"Ni基単結晶超耐熱合金の開発";大野丈博、
渡辺力蔵;鉄と鋼,vol.77,(1991),pp832-839)やTUT31D
とTUT95("Realstic Advancement for Nickel-based Sin
gle Crystal Superalloys by the d-electrons Concep
t";K.Matsugi,Y.Murata,M.Morinagaand N.Yukawa;Super
alloys 1992,The Minerals,Metals and Materials So
c.,(1992),pp307-316などはいずれも航空機用ガスター
ビンのブレードを目的に開発されたもので、必ずしも十
分な耐食性をもっているとは言いがたい。
Alloy 444 (US Pat. No. 4,11)
6,723, Japanese Patent Publication No. 59-34776), PWA1
484 (U.S. Pat. No. 4,719,080, JP-A-61)
-284545, "Second-generation Nickel-base
Single Crystal Superalloy "; ADCetel and DNDuhl;
Superalloys 1988, The Metall. Soc., (1988), pp235-24
4), CMSX-4 (U.S. Pat. No. 4,643,782)
No. 60-211031, "Process and Allo"
y Optimization for CMSX-4 Superalloy Single Cristal
Airfoils "; DJ Fraisier, JR Whetstone, K. Harris,
GLErickson, RESchwer; High Temp. Mater. Power
Eng. 1990 Part2, (1990), pp1281-1300), SC-83K
(U.S. Pat. No. 4,976,791, JP-A-2-138
No. 431, "Development of Ni-base single crystal superalloys"; Takehiro Ohno,
Ryzo Watanabe; Iron and Steel, vol.77, (1991), pp832-839) and TUT31D
And TUT95 ("Realstic Advancement for Nickel-based Sin
gle Crystal Superalloys by the d-electrons Concep
t "; K.Matsugi, Y.Murata, M.Morinaga and N.Yukawa; Super
alloys 1992, The Minerals, Metals and Materials So
c., (1992), pp307-316, etc. were all developed for the purpose of aircraft gas turbine blades, and it cannot be said that they have sufficient corrosion resistance.

【0004】現状、ガスタービンのブレードあるいはノ
ズルの部品は、表面に高耐食性合金さらにはセラミック
スを溶射することで、厳しい腐食環境から保護されてい
る。しかし、表面のコーティングは剥離の問題があり、
剥離した部分での腐食の進行速度は極力遅いことが望ま
しい。航空機用のガスタービンでは、連続運転時間が短
く、点検のサイクルが短いので、単結晶超合金の耐食性
が不十分でもなんとか使用は可能である。しかし、メン
テナンス作業を減らすことは信頼性の向上につながるの
で、超合金の耐食性を改善することが望まれている。
Currently, the components of gas turbine blades or nozzles are protected from severe corrosive environments by spraying a highly corrosion resistant alloy and then ceramics on the surface. However, the surface coating has a problem of peeling,
It is desirable that the rate of progress of corrosion in the peeled portion is as slow as possible. In gas turbines for aircraft, the continuous operation time is short and the inspection cycle is short, so even if the corrosion resistance of the single crystal superalloy is insufficient, it can be used. However, reducing maintenance work leads to improved reliability, so it is desirable to improve the corrosion resistance of superalloys.

【0005】一方、地上発電用のガスタービンのブレー
ドの使用温度は、従来、航空機用ほど高くなく普通鋳造
合金が主に使用されてきた。しかし、近年の地球的規模
の環境汚染問題から、地上発電用ガスタービンの高効率
化が急務となり、地上用といえどもガスタービンの燃焼
温度は高くなり、ブレード用合金も普通鋳造合金から、
単結晶合金への移行が必要となってきた。地上用は航空
機用に比べて、連続運転時間が格段に長いために、点検
の間隔が長く、コーティングが剥離した場合の腐食の進
行速度が特に重要となる。従って、燃焼ガス雰囲気下で
の耐食・耐酸化性は航空機用よりも優れる必要性がある
が、このような高耐食性を目的とした単結晶合金は未だ
実用化されていないのが現状である。
On the other hand, the operating temperature of the blade of the gas turbine for terrestrial power generation has not been so high as that for aircraft, and ordinary cast alloy has been mainly used. However, due to recent global scale environmental pollution problems, there is an urgent need to improve the efficiency of gas turbines for ground power generation, the combustion temperature of gas turbines is high even for ground use, and the alloys for blades are also ordinary cast alloys.
The transition to single crystal alloys has become necessary. Since the continuous operation time of the ground type is much longer than that of the aircraft type, the inspection interval is long and the progress rate of corrosion when the coating is peeled off is particularly important. Therefore, although it is necessary that the corrosion resistance and the oxidation resistance in a combustion gas atmosphere are better than those for aircraft, the present situation is that a single crystal alloy aiming at such high corrosion resistance has not yet been put to practical use.

【0006】さらに、ガスタービンの効率化の最大のネ
ックは、第1段ブレードとノズルの耐用温度であり、上
記の問題を解決する高耐食高強度超合金とこの超合金を
用いた単結晶鋳造物が製造できればそのことにより、ガ
スタービンの燃焼温度が高まり、ガスタービンの高効率
化が可能となる。さらに、この高効率ガスタービンが製
造できれば、このガスタービンの排ガスのエネルギーに
よって水蒸気を得る排熱回収ボイラと、前記水蒸気によ
って駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービンおよ
び蒸気タービンによって駆動される発電機とを備えた複
合プラントにおいてプラント全体の熱効率が50%以上
の従来技術では到達出来なかった高効率のコンバインド
サイクル発電システムを得ることができる。
Further, the greatest bottleneck in improving the efficiency of the gas turbine is the service temperature of the first-stage blade and nozzle, and a high corrosion resistance and high strength superalloy that solves the above problems and single crystal casting using this superalloy. If the product can be manufactured, the combustion temperature of the gas turbine is raised, and the efficiency of the gas turbine can be improved. Furthermore, if this high-efficiency gas turbine can be manufactured, an exhaust heat recovery boiler that obtains steam by the energy of the exhaust gas of this gas turbine, a steam turbine driven by the steam, and a generator driven by the gas turbine and the steam turbine It is possible to obtain a highly efficient combined cycle power generation system in which the thermal efficiency of the entire plant is 50% or more, which cannot be achieved by the conventional technology, in the complex plant including the above.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】地上発電用ガスタービ
ンの燃焼ガスに含まれる腐食生成物としては、主にNa
ClとNa2SO4が知られている。一般に耐食性の評価
はこれらの混合塩を含むバーナーリグ試験、塗布加熱試
験、溶融塩の全浸漬試験等で評価される。地上発電用に
単結晶合金を使用する場合、従来、多結晶合金として広
く使用されてきたRene80(60Ni-14Cr-9.5Co-4Mo-4
W-3Al-5Ti-0.17C-0.015B-0.03Zr)と同等、あるいはそれ
に近い耐食性をもつことが必要条件となる。さらにRe
ne80より高温での使用を考えた場合、Rene80
よりも、より優れた耐酸化性をもつことも必要である。
The corrosion products contained in the combustion gas of a gas turbine for ground power generation are mainly Na products.
Cl and Na 2 SO 4 are known. Generally, the corrosion resistance is evaluated by a burner rig test containing these mixed salts, a coating heating test, a molten salt total immersion test, and the like. When using a single crystal alloy for terrestrial power generation, Rene 80 (60Ni-14Cr-9.5Co-4Mo-4), which has been widely used as a polycrystalline alloy, has been used.
W-3Al-5Ti-0.17C-0.015B-0.03Zr) must have corrosion resistance equivalent to or close to that. Furthermore Re
When considering use at a temperature higher than ne80, Rene80
It is also necessary to have better oxidation resistance than.

【0008】本発明者らは、耐食性を評価する手段とし
て後に述べる実施例に示す溶融塩の塗布加熱試験によ
り、各種既存単結晶合金の耐食性をRene80と比較
調査した。上述の単結晶合金(Alloy444は本発
明の目標レベルの強度に対して低過ぎるので、評価を行
なっていない)のうち、SC−83KやTUT−31D
およびTUT−95は、現在世界でもっとも高いクリー
プ破断強度を有する合金として知られているが、本実験
による評価では、その耐食性はRene80と比べはる
かに劣っており、耐食性の点では地上用ガスタービンブ
レード用として十分な耐食性をもたないことがわかっ
た。一方、PWA1484やCMSX−4は、熱効率5
0%を超える高効率のコンバインドサイクル発電システ
ムを提供するには、耐食性のみならず、強度の点でも不
足であった。
The inventors of the present invention conducted a comparative examination of the corrosion resistance of various existing single-crystal alloys with Rene 80 by a molten salt coating heating test shown in Examples described later as a means for evaluating the corrosion resistance. Among the above single crystal alloys (Alloy 444 was not evaluated because it is too low for the target level strength of the present invention), SC-83K and TUT-31D were used.
Although TUT-95 and TUT-95 are currently known as the alloys with the highest creep rupture strength in the world, their corrosion resistance is far inferior to that of René80 in the evaluation by this experiment, and in terms of corrosion resistance, they are gas turbines for ground use. It was found that they do not have sufficient corrosion resistance for blades. On the other hand, PWA1484 and CMSX-4 have a thermal efficiency of 5
In order to provide a highly efficient combined cycle power generation system exceeding 0%, not only corrosion resistance but also strength was insufficient.

【0009】本発明の目的は、高温の燃焼ガス雰囲気で
高いクリープ破断強度が必要とされる航空機用または地
上発電用ガスタービン等のブレード(動翼)やノズル
(静翼)にする従来の普通鋳造合金並みの高い耐食・耐
酸化性と従来の単結晶合金と同等のクリープ破断強度を
併せもつ単結晶部品に適した高耐食高強度の超合金と、
それからなるマスターインゴットおよびその合金を用い
ることによってできる単結晶鋳造物、さらにこの単結晶
鋳造物を用いることによってできるガスタービンブレー
ドおよびガスタービンノズル、さらにこれらのガスター
ビンブレードおよびガスタービンノズルを用いることに
よってできる高効率のガスタービンおよびこのガスター
ビンを用いてできる熱効率50%を超える高効率のコン
バインドサイクル発電システムを提供することである。
The object of the present invention is to provide conventional blades (moving blades) and nozzles (static blades) for gas turbines for aircraft or ground power generation, which require high creep rupture strength in a high temperature combustion gas atmosphere. A superalloy with high corrosion resistance and high strength suitable for single crystal parts that has both high corrosion and oxidation resistance equivalent to cast alloys and creep rupture strength equivalent to conventional single crystal alloys.
A single crystal casting made by using the master ingot and the alloy thereof, and a gas turbine blade and a gas turbine nozzle made by using the single crystal casting, and further by using these gas turbine blades and a gas turbine nozzle. It is possible to provide a high-efficiency gas turbine and a high-efficiency combined cycle power generation system that exceeds 50% in thermal efficiency that can be achieved by using the gas turbine.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、高耐食高
強度単結晶合金開発の予備検討として、耐食性向上にお
よぼす各種添加元素の影響を検討した。この結果、従
来、地上発電用ガスタービンの腐食は硫化のみが問題視
されてきたが、併せて耐酸化性も重要となるより高い温
度域では、高温強度向上に最も有効な元素の一つである
Tiの過度の添加は禁物であることがわかった。これ
は、Tiの添加量が多すぎると、Cr23と共存するこ
とで酸化と硫化が重畳する環境で有効に働く、Al23
保護被膜の均一な層状の生成を阻害するためである。本
発明の特徴は、優れた耐食性と高いクリープ破断強度を
両立させるためのTiの最適な添加量を見出したことで
あり、Reおよび好適な量のTiの複合添加により、優
れた耐食性と高温強度が得られることがわかった。
Means for Solving the Problems As a preliminary study for the development of a high-corrosion-resistant high-strength single crystal alloy, the present inventors examined the influence of various additive elements on the improvement of corrosion resistance. As a result, conventionally, only sulfurization has been regarded as a problem in the corrosion of gas turbines for ground power generation, but in the higher temperature range where oxidation resistance is also important, it is one of the most effective elements for improving high temperature strength. It has been found that excessive addition of some Ti is prohibited. This is because when the addition amount of Ti is too large, works effectively in environments sulfide oxidation by coexistence with Cr 2 O 3 is superimposed, Al 2 O 3
This is because it prevents the formation of a uniform layer of the protective film. The feature of the present invention is to find out the optimum addition amount of Ti for achieving both excellent corrosion resistance and high creep rupture strength. By adding Re and a suitable amount of Ti in combination, excellent corrosion resistance and high temperature strength can be obtained. It was found that

【0011】さらに本願発明の他の特徴とするところ
は、Coの最適な添加量を見い出したことである。従来
の合金では、Coは不純物程度としか見なされていなか
ったか、逆に強度向上の目的で5〜10%程度添加され
ていた。この過度のCoは、耐酸化性や耐食性および強
度面でも本発明合金に対しては、不適当に多い量である
ことを明らかにした。この注意深く制御された量のCo
はHfの少量添加と合わせ本発明合金の耐酸化性、耐食
性および高温強度の向上に対し、いずれにも著しい効果
を及ぼした。
Another feature of the present invention is to find an optimum amount of Co added. In conventional alloys, Co was regarded only as an impurity level, or conversely, about 5 to 10% was added for the purpose of improving strength. It has been clarified that this excessive Co is an unsuitably large amount with respect to the alloys of the present invention in terms of oxidation resistance, corrosion resistance and strength. This carefully controlled amount of Co
Combined with the addition of a small amount of Hf, had a remarkable effect on the improvement of the oxidation resistance, corrosion resistance and high temperature strength of the alloy of the present invention.

【0012】従来合金のうち、米国特許第4,719,
080号(特開昭61−284545号)は、PWA1
484を含む組成の合金であるが、この合金について
は、Tiは広い組成範囲に含まれるのみで、好適な範囲
からは外れている。さらに、この米国特許の発明は以下
に示す式(1)のP値において広い組成範囲で3360
〜4850であること、より好ましくは3800〜44
00であることがうたわれている(式(1)中の値はす
べて重量%の値)。 P=-200Cr+80Mo-20Mo2-250Ti2-50(TixTa)+15Nb+200W-14W2+30Ta-1.5Ta2+2.5C o+1200Al-100Al2+100Re+1000Hf-2000Hf2+700Hf3-2000V-500C-15000B-500Zr …(1)
Of the conventional alloys, US Pat. No. 4,719,
No. 080 (Japanese Patent Laid-Open No. 61-284545) describes PWA1.
Although it is an alloy having a composition containing 484, in this alloy, Ti is included only in a wide composition range and deviates from the preferable range. Further, the invention of this U.S. Patent is 3360 in a wide composition range in the P value of the formula (1) shown below.
To 4850, more preferably 3800 to 44
It is claimed to be 00 (the values in the formula (1) are all values by weight). P = -200Cr + 80Mo-20Mo 2 -250Ti 2 -50 (TixTa) + 15Nb + 200W-14W 2 + 30Ta-1.5Ta 2 + 2.5C o + 1200Al-100Al 2 + 100Re + 1000Hf-2000Hf 2 + 700Hf 3- 2000V-500C-15000B-500Zr… (1)

【0013】P値は個々の合金元素の強度に及ぼす寄与
率を表しているものと考えられる。参考のために実施例
に示す本発明合金についてもP値を計算したが、いずれ
も3360を下回っているにもかかわらず十分な高温強
度が得られている。本発明合金のP値が3360を下回
る主な原因は相対的に高いTi量とCr量および相対的
に低いTa量からきており、本発明合金については、P
値に左右されることなく、好適な量のTiの添加により
十分に高い高温強度が得られ、式(1)は高温強度を導
くのに、全く適当ではない。よって、この発明は本発明
合金とは、異質の発明であると言える。
The P value is considered to represent the contribution rate of each alloy element to the strength. For reference, the P value was calculated also for the alloys of the present invention shown in the examples, but sufficient high temperature strength was obtained despite the values being below 3360. The main reason why the P value of the alloy of the present invention is lower than 3360 is that the Ti amount and the Cr amount are relatively high and the Ta amount is relatively low.
Independent of the value, a sufficiently high high temperature strength can be obtained by adding a suitable amount of Ti, and the formula (1) is completely unsuitable for deriving the high temperature strength. Therefore, it can be said that this invention is a different invention from the alloy of the present invention.

【0014】本発明の高耐食高強度超合金は、一方向凝
固鋳造法により単結晶化できる。この単結晶超合金を用
いて出来るガスタービンのブレードやノズル等の単結晶
部品は高い耐食性と高温強度を有するため、これらの部
品の性能によって燃焼効率を律速されている現状のガス
タービンは本発明の単結晶超合金のブレードやノズルを
用いることで、従来にない高効率のガスタービンの製造
が可能となる。さらにこの高効率のガスタービンの製造
によって、蒸気タービンとのサイクル発電で、50%以
上の高効率のコンバインドサイクル発電システムが得ら
れる。
The high corrosion resistance and high strength superalloy of the present invention can be single crystallized by the unidirectional solidification casting method. Since single crystal parts such as blades and nozzles of a gas turbine made by using this single crystal superalloy have high corrosion resistance and high temperature strength, the current gas turbine whose combustion efficiency is limited by the performance of these parts is the present invention. By using the single crystal superalloy blades and nozzles described above, it becomes possible to manufacture a highly efficient gas turbine that has never been achieved. Further, by manufacturing this highly efficient gas turbine, a combined cycle power generation system having a high efficiency of 50% or more can be obtained in cycle power generation with a steam turbine.

【0015】上述した詳細な検討の結果得られた本発明
のうちの第1発明は、重量%で、Cr5.5〜12%,
Al4.5〜6.5%,Ti0.1〜5%,W2〜12
%,Ta2.5〜10%,Mo5.8%以下,Co0.
1〜3%,Re0.1〜4%,Hf0.3%以下および
残部不可避の不純物とNiからなることを特徴とする高
耐食高強度超合金である。なかでも、より高耐食、高強
度となるのは、重量%で、Cr7.3〜12%,Al
4.5〜6.5%,Ti0.35%以上1%未満,W2
〜12%,Ta2.5〜10%,Mo3%以下,Co
0.1〜3%,Re0.1〜3.2%,Hf0.13%
以下および残部不可避の不純物とNiからなる高耐食高
強度超合金である。さらにこれらの合金の耐食性をより
改善する手段として3%以下のNbを添加できる。そし
て、より好適には、重量%で、Tiが0.7%を超え1
%未満である上記高耐食高強度超合金であり、さらに好
適なのは重量%でTiが0.7%を超え0.9%以下で
ある上記高耐食高強度超合金である。
The first invention of the present invention obtained as a result of the above-mentioned detailed examination is, by weight%, Cr 5.5 to 12%,
Al4.5-6.5%, Ti0.1-5%, W2-12
%, Ta 2.5 to 10%, Mo 5.8% or less, Co 0.
It is a high corrosion resistant high strength superalloy characterized by comprising 1 to 3%, Re 0.1 to 4%, Hf 0.3% or less and the balance unavoidable impurities and Ni. Above all, it is the weight% that Cr, 7.3 to 12%, and Al that have higher corrosion resistance and higher strength.
4.5-6.5%, Ti 0.35% or more and less than 1%, W2
~ 12%, Ta2.5-10%, Mo3% or less, Co
0.1-3%, Re0.1-3.2%, Hf0.13%
It is a high-corrosion and high-strength superalloy consisting of the following and the unavoidable impurities and Ni. Furthermore, as a means for further improving the corrosion resistance of these alloys, 3% or less of Nb can be added. And, more preferably, Ti is more than 0.7% by weight and 1
% Of the above-mentioned high corrosion-resistant high-strength superalloy, and more preferable is the above-mentioned high corrosion-resistant high-strength superalloy having a Ti content of more than 0.7% and 0.9% or less by weight.

【0016】そして、最も高耐食、高強度となるのは、
重量%で、Cr7.3〜9%,Al4.5〜5.5%,
Ti0.7%を超え0.9%以下,W5.5〜7.5
%,Ta6.5〜9%,Mo0.5〜2%以下,Co
0.5〜1.5%,Nb1〜2%,Re1〜2%,Hf
0.1〜0.13%および残部不可避の不純物とNiか
らなる高耐食高強度超合金である。なお、高温強度と耐
食性のみを重視し、耐酸化性を重視しない場合は、Co
およびHfは故意に添加しなくてもよい。
The highest corrosion resistance and high strength are
% By weight, Cr 7.3 to 9%, Al 4.5 to 5.5%,
Ti more than 0.7% and 0.9% or less, W5.5 to 7.5
%, Ta 6.5 to 9%, Mo 0.5 to 2% or less, Co
0.5-1.5%, Nb1-2%, Re1-2%, Hf
It is a high corrosion resistant high strength superalloy consisting of 0.1 to 0.13% and the balance unavoidable impurities and Ni. If only high temperature strength and corrosion resistance are important and oxidation resistance is not important, Co
And Hf may not be added intentionally.

【0017】本発明のうちの第2発明は、上述の合金か
らなる棒状マスターインゴットである。本発明のうちの
第3発明は、上述の合金を一方向凝固させてできる、実
質的に結晶粒界を有しない高耐食高強度単結晶鋳造物で
ある。さらにこの高耐食高強度単結晶鋳造物は、固溶化
処理後に存在する未固溶の共晶γ’相の体積率が5%以
下、固溶化+時効後のγ’相の体積率が50〜70%、
および固溶化+時効処理後に析出するγ’相は一辺の長
さが1μm以下の立方体または直方体形状に調整される
ことで、優れた高温強度と耐食性がえられる。また、こ
の高耐食高強度単結晶鋳造物の一部は、1040℃、1
4kgf/mm2でのクリープ破断時間が1000時間
以上、および75重量%Na2SO4−25重量%NaC
l混合塩塗布加熱試験における、900℃,20時間×
5サイクル後の最大侵食深さが0.5mm以下の特性を
得ることができる。
A second aspect of the present invention is a rod-shaped master ingot made of the above alloy. A third aspect of the present invention is a high-corrosion-resistant, high-strength single crystal casting that is formed by unidirectionally solidifying the above alloy and has substantially no grain boundaries. Furthermore, this high corrosion-resistant high-strength single crystal casting has a volume ratio of the undissolved eutectic γ ′ phase existing after the solid solution treatment of 5% or less, and a volume ratio of the γ ′ phase after solid solution + aging is 50 to 50%. 70%,
Also, the γ'phase precipitated after solution treatment + aging treatment is adjusted to have a cubic or rectangular parallelepiped shape with a side length of 1 μm or less, whereby excellent high temperature strength and corrosion resistance can be obtained. In addition, a part of this high corrosion resistant high strength single crystal casting is
Creep rupture time at 4 kgf / mm 2 is 1000 hours or more, and 75 wt% Na 2 SO 4 -25 wt% NaC
l Mixed salt application heating test, 900 ° C, 20 hours ×
The characteristic that the maximum erosion depth after 5 cycles is 0.5 mm or less can be obtained.

【0018】本発明のうちの第4発明は、第3発明の高
耐食高強度単結晶鋳造物からなることを特徴とするガス
タービンブレードである。前記ガスタービンブレードを
発電用として用いる場合、高温ガスの衝突する翼部、高
温ガスをシールするプラットフォーム部とシールフィ
ン、前記両部を支持するシャンク部およびディスクに植
設する役目をもつダブテール部とを有する構造が、熱効
率向上に有効である。
A fourth invention of the present invention is a gas turbine blade characterized by comprising the high corrosion resistant high strength single crystal casting of the third invention. When the gas turbine blade is used for power generation, a blade portion against which high-temperature gas collides, a platform portion and a seal fin that seal the high-temperature gas, a shank portion that supports the both portions, and a dovetail portion that has a role of being planted in a disk, Is effective in improving thermal efficiency.

【0019】さらに、これらのガスタービンブレードを
出力約2.5万KW以上の発電用として用いる場合、長
手方向の全長は150mm以上である必要がある。本発明
に係るガスタービンブレードは、ディスクへの固定部と
なるダブテール部と、このダブテール部に連なり、その
側面に一体に突設された単数または複数のシールフィン
を備えたシャンク部と、このシャンク部に連なる翼部と
を備え、重量%で、Cr5.5〜12%,Al4.5〜
6.5%,Ti0.1〜5%,W2〜12%、Ta2.
5〜10%、Mo5.8%以下、Re0.1〜4%、お
よび残部不可避の不純物とNiであるNi基合金また
は、さらにNb3%以下、Co0.1〜3%またはHf
0.3%以下の1種または2種以上を含むNi基合金か
らなり、前記翼部、シャンク部およびダブテール部に相
当するメーン鋳型に対して前記シールフィンに連通した
バイパス鋳型を有し、前記メーン鋳型とバイパス鋳型内
のNi基合金の溶湯を同速度で一方向に漸次凝固させ単
結晶組織に鋳造する工程を含む製造法によって得ること
ができる。
Furthermore, when these gas turbine blades are used for power generation with an output of about 25,000 KW or more, the total length in the longitudinal direction must be 150 mm or more. A gas turbine blade according to the present invention includes a dovetail portion which is a fixed portion to a disc, and a shank portion which is connected to the dovetail portion and which is provided with a single or a plurality of seal fins integrally projecting on a side surface thereof, And a wing portion connected to the portion, and in weight%, Cr 5.5 to 12%, Al 4.5 to
6.5%, Ti 0.1 to 5%, W 2 to 12%, Ta2.
5 to 10%, Mo 5.8% or less, Re 0.1 to 4%, and Ni-based alloy which is Ni with the balance unavoidable impurities, or Nb 3% or less, Co 0.1 to 3% or Hf.
A Ni-based alloy containing one or more of 0.3% or less, and a bypass mold communicating with the seal fin for a main mold corresponding to the blade, shank and dovetail, and It can be obtained by a manufacturing method including a step of gradually solidifying the melt of the Ni-based alloy in the main mold and the bypass mold in one direction at the same speed and casting it into a single crystal structure.

【0020】本発明のうちの第5発明は、上述の高耐食
高強度単結晶鋳造物からなることを特徴とするガスター
ビンノズルである。前記ガスタービンノズルを出力約
2.5万KW以上の発電用として用いる場合、1個の翼
部と該翼部両端に形成されたサイドウォールとを有し、
前記翼部は両端のサイドウォール間が70mm以上、燃焼
ガス入口側から出口側までの長さが100mm以上となる
構造が熱効率向上に有効である。
A fifth aspect of the present invention is a gas turbine nozzle characterized by comprising the above-mentioned high corrosion-resistant and high-strength single crystal casting. When the gas turbine nozzle is used for power generation with an output of about 25,000 kW or more, it has one blade portion and sidewalls formed at both ends of the blade portion,
A structure in which the distance between the sidewalls at both ends of the blade is 70 mm or more and the length from the combustion gas inlet side to the outlet side is 100 mm or more is effective for improving thermal efficiency.

【0021】本発明に係るガスタービンノズルは、翼部
と、該翼部両端に設けられたサイドウォールとを備え、
重量%で、Cr5.5〜12%、Al4.5〜6.5
%,Ti0.1〜5%,W2〜12%、Ta2.5〜1
0%、Mo5.8%以下、Re0.1〜4%、および残
部不可避の不純物とNiであるNi基合金または、さら
にNb3%以下、Co0.1〜3%またはHf0.3%
以下の1種または2種以上を含むNi基合金からなり、
前記翼部に相当するメーン鋳型に対して前記サイドウォ
ールに連通したバイパス鋳型を有し、前記メーン鋳型と
バイパス鋳型内のNi基合金の溶湯を同速度で一方向に
漸次凝固させ、単結晶組織に鋳造する工程を含む製造法
によって得ることができる。本発明のうちの第6発明
は、コンプレッサにより圧縮された空気を燃焼させ、そ
の高温ガスをガスタービンノズルを通し、複数のディス
クに各々植設された本発明第4のガスタービンブレード
に衝突させて該ブレードを回転させるガスタービンであ
る。
A gas turbine nozzle according to the present invention comprises a blade portion and sidewalls provided at both ends of the blade portion,
% By weight, Cr 5.5 to 12%, Al 4.5 to 6.5
%, Ti 0.1 to 5%, W 2 to 12%, Ta 2.5 to 1
0%, Mo 5.8% or less, Re 0.1 to 4%, and Ni-based alloy which is Ni with the balance unavoidable impurities, or Nb 3% or less, Co 0.1 to 3% or Hf 0.3%.
Consisting of a Ni-based alloy containing one or more of the following,
The main mold corresponding to the wing has a bypass mold in communication with the sidewall, and the melt of the Ni-based alloy in the main mold and the bypass mold is gradually solidified in one direction at the same speed to obtain a single crystal structure. It can be obtained by a manufacturing method including a step of casting. A sixth aspect of the present invention is to burn the air compressed by a compressor, pass the high temperature gas through a gas turbine nozzle, and collide with the fourth gas turbine blade of the present invention which is planted in each of a plurality of disks. And a gas turbine that rotates the blade.

【0022】本発明のうちの第7発明は、コンプレッサ
により圧縮された空気を燃焼させ、その高温ガスを本発
明第5のガスタービンノズルを通し、複数のディスクに
各々植設されたガスタービンブレードに衝突させて該ブ
レードを回転させるガスタービンである。本発明のうち
の第8発明は、コンプレッサにより圧縮された空気を燃
焼させ、その高温ガスを本発明第5のガスタービンノズ
ルを通し、複数のディスクに各々植設された本発明の第
4のガスタービンブレードに衝突させて該ブレードを回
転させるガスタービンである。
A seventh invention of the present invention is to combust air compressed by a compressor, and let its high-temperature gas pass through a gas turbine nozzle of the fifth invention of the present invention, and gas turbine blades are respectively planted in a plurality of disks. It is a gas turbine that causes the blades to rotate by colliding with. An eighth aspect of the present invention is the fourth aspect of the present invention in which the air compressed by the compressor is burned, and the high temperature gas is passed through the gas turbine nozzle of the fifth aspect of the present invention and is implanted in a plurality of disks. A gas turbine that collides with a gas turbine blade to rotate the blade.

【0023】本発明のうちの第9発明は、高速で流れる
高温ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタ
ービンの排ガスのエネルギー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される蒸気ター
ビンと、前記ガスタービンおよび蒸気タービンによって
駆動される発電機とを備えた複合発電プラントにおい
て、前記ガスタービンに本発明第6〜第8のいずれかの
ガスタービンを用いることにより、プラント全体の熱効
率が50%以上となることを特徴とするコンバインドサ
イクル発電システムである。
A ninth aspect of the present invention is a gas turbine driven by a high-temperature gas flowing at a high speed, an exhaust heat recovery boiler for obtaining steam by the energy of exhaust gas of the gas turbine, and steam driven by the steam. In a combined power generation plant including a turbine and a generator driven by the gas turbine and the steam turbine, by using the gas turbine according to any one of the sixth to eighth aspects of the present invention for the gas turbine, the thermal efficiency of the entire plant Is 50% or more, which is a combined cycle power generation system.

【0024】特に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
によって駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービン
および蒸気タービンによって駆動される発電機とを備え
た複合発電プラントにおいて、前記ガスタービンはブレ
ードを3段以上有し、前記燃焼ガスの初段ブレード入口
温度が1300℃以上で、タービン出口の燃焼排ガス温
度が560℃以上であり、前記廃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、該蒸気タービンブレードの初段への前記
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以上およ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50%以上である
ことを特徴とし、初段ブレードおよび初段ノズルに前述
の単結晶合金が用いられるものである。
In particular, the present invention relates 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 steam. In a combined power generation plant including a generator driven by a turbine, the gas turbine has three or more blades, the first stage blade inlet temperature of the combustion gas is 1300 ° C. or more, and the combustion exhaust gas temperature at the turbine outlet is 560. ℃ or more, obtain steam of 530 ℃ or more by the waste heat recovery boiler, the steam turbine is a high-low pressure integrated type, the steam temperature to the first stage of the steam turbine blade is 530 ℃ or more, the gas If the power generation capacity of the turbine is 50,000 kW or more and the power generation capacity of the steam turbine is 30,000 kW or more Ri, characterized in that total thermal efficiency is 50% or more, in which a single crystal alloy mentioned above is used in the first stage blade and the first stage nozzle.

【0025】[0025]

【作用】以下、本発明合金の成分限定理由について述べ
る。Crは合金の耐酸化性、耐食性を向上させる作用を
もつため、最低5.5%を必要とするが、過度の添加は
σ相などの有害析出相を生じ、クリープ破断強度と延性
を低下させるため、5.5〜12%に限定する。好適に
は7.3〜12%が望ましい。最も好適な範囲は7.3
〜9%である。
The reason for limiting the components of the alloy of the present invention will be described below. Since Cr has an effect of improving the oxidation resistance and corrosion resistance of the alloy, it needs to be at least 5.5%, but excessive addition thereof causes harmful precipitation phases such as σ phase and reduces creep rupture strength and ductility. Therefore, it is limited to 5.5 to 12%. It is preferably 7.3 to 12%. The most preferable range is 7.3.
~ 9%.

【0026】AlはNi基超耐熱合金の高温酸化特性の
改善に最も寄与するAl23の皮膜を形成するために重
要な元素であり、この点に関しては、Al量は多い方が
望ましい。また、同時にAlはNi基超耐熱合金を析出
強化する金属間化合物であるγ’相を形成する主要強化
元素でもある。γ’相は基本組成はNi3Alで表され
るが、Al以外のTi,Ta,W,Mo,Nbなどの元
素を固溶することによりさらに強化される。これらの元
素の作用は以下に詳しく述べる。単結晶合金は通常体積
率で50%以上もの多量のγ’相を含むが、凝固終了時
には最終凝固部に、共晶γ’相と呼ばれる粗大γ’相が
存在するので、これを母相(γ相)中へ一旦固溶させる
ために高温で固溶化処理を行なう。固溶化処理で固溶し
たγ’相は、冷却中およびその後の時効処理により、均
一微細に析出することにより、合金を強化する。
Al is an important element for forming a film of Al 2 O 3 which contributes most to the improvement of the high temperature oxidation characteristics of the Ni-base superalloy, and in this respect, it is desirable that the amount of Al is large. At the same time, Al is also a main strengthening element that forms a γ'phase, which is an intermetallic compound that precipitation strengthens the Ni-base superalloy. Although the basic composition of the γ'phase is represented by Ni 3 Al, it is further strengthened by solid-dissolving elements other than Al, such as Ti, Ta, W, Mo and Nb. The action of these elements will be described in detail below. A single crystal alloy usually contains a large amount of γ'phase of 50% or more in volume ratio, but at the end of solidification, a coarse γ'phase called a eutectic γ'phase exists in the final solidification part. A solution treatment is performed at a high temperature to once form a solid solution in the (γ phase). The γ'phase solid-solved by the solution treatment strengthens the alloy by uniformly and finely precipitating during the cooling treatment and the subsequent aging treatment.

【0027】そのために、Alは最低4.5%を必要と
するが、6.5%を超える過度の添加はγ’相が多過ぎ
て、共晶γ’相を固溶化処理で完全に固溶することが出
来ないので、強度が逆に低下するようになる。また、A
l量が上記のTa,W,Mo,Nbなどのγ’相の固溶
強化元素に対して相対的に高くなることは、十分にγ’
相が固溶強化されていないことも意味する。よって、本
発明において、Alは4.5〜6.5%の範囲に限定す
る。最も好適な範囲は4.5〜5.5%である。
Therefore, Al needs to be at least 4.5%, but excessive addition exceeding 6.5% causes too much γ'phase, and the eutectic γ'phase is completely solidified by solution treatment. Since it cannot be melted, the strength decreases. Also, A
The amount of 1 is relatively high with respect to the solid solution strengthening elements of the γ'phase such as Ta, W, Mo and Nb described above.
It also means that the phases are not solution strengthened. Therefore, in the present invention, Al is limited to the range of 4.5 to 6.5%. The most preferable range is 4.5 to 5.5%.

【0028】Tiは、優れた耐食性と高いクリープ破断
強度を両立させるために、その添加量を非常に注意深く
制御する必要のある元素である。耐食性と高温強度を両
立させるための最適なTiの添加量を見出したことは、
本発明の最も特徴とするところのひとつである。
Ti is an element for which the addition amount must be controlled very carefully in order to achieve both excellent corrosion resistance and high creep rupture strength. The finding of the optimum Ti addition amount for achieving both corrosion resistance and high temperature strength
This is one of the most characteristic features of the present invention.

【0029】Tiは主にγ’相に固溶し、γ’相の固溶
強化固溶強化に寄与すると同時にγ’相を安定化する。
また耐食性の面でも、鋳造物を実際の腐食環境で使用し
た場合、Tiは鋳造物の表面近傍で硫化物を作り、Sの
内部への侵入を防ぎ耐硫化性を向上させる。これらの効
果を得るためにTiは最低0.1%の添加を必要とす
る。一方、5%を超える過度のTiの添加は共晶γ’相
の増加につながり、さらには合金の初期溶融温度を著し
く低下させる。このため、初期溶融温度とγ’相の完全
固溶温度の差、すなわち熱処理ウィンドウを狭めて、固
溶化処理によるγ’相の固溶が不十分となり、かえって
強度が低下する。また同時に過度の添加はAl23保護
被膜の均一な層状の生成を阻害し、耐酸化性を低下させ
る。このため、本発明において、Tiは0.1〜5%の
範囲に限定する。好適な範囲は0.35%以上1%未満
であり、さらに好適には0.7%を超え1%未満であ
る。また、優れた耐食性と高いクリープ破断強度を両立
させるために、最も好適な範囲は0.7%を超え0.9
%以下である。
Ti mainly forms a solid solution in the γ'phase, contributes to solid solution strengthening of the γ'phase, and stabilizes the γ'phase.
Also in terms of corrosion resistance, when the casting is used in an actual corrosive environment, Ti forms a sulfide near the surface of the casting, prevents S from entering the inside, and improves the sulfidation resistance. To obtain these effects, Ti needs to be added at a minimum of 0.1%. On the other hand, excessive addition of Ti in excess of 5% leads to an increase in the eutectic γ'phase, and further significantly lowers the initial melting temperature of the alloy. Therefore, the difference between the initial melting temperature and the complete solution temperature of the γ'phase, that is, the heat treatment window is narrowed, so that the γ'phase is not solidly dissolved by the solution treatment, resulting in a decrease in strength. At the same time, excessive addition hinders the formation of a uniform layered Al 2 O 3 protective film and reduces the oxidation resistance. Therefore, in the present invention, Ti is limited to the range of 0.1 to 5%. A preferred range is 0.35% or more and less than 1%, and more preferably more than 0.7% and less than 1%. Further, in order to achieve both excellent corrosion resistance and high creep rupture strength, the most preferable range is more than 0.7% and 0.9.
% Or less.

【0030】Wはγ相およびγ’相に固溶して両相を強
化する元素であり最低2%を必要とする。しかしなが
ら、過度の添加はα−W相やRe−W相を析出して強度
を低下させ、さらに高温の耐食性の低下や比重の増大を
招く。従って、Wは2〜12%の範囲に限定する。最も
好適な範囲は5.5〜7.5%の範囲である。MoもW
と同様、γ相およびγ’相に固溶して両相を強化する元
素であり必須の添加元素である。しかしながら、過度の
添加はα−Mo相やRe−Mo相を析出して強度を低下
させ、さらに高温の耐食性も低下させる。従って、Mo
は5.8%以下の範囲に限定する。ただし、耐酸化性、
耐食性の観点からは低い方が望ましく、Moは好適には
3%以下である。最も好適な範囲は0.5〜2%であ
る。
W is an element that forms a solid solution in the γ phase and the γ'phase to strengthen both phases, and at least 2% is required. However, excessive addition causes precipitation of the α-W phase and the Re-W phase and lowers the strength, and further lowers the corrosion resistance at high temperatures and increases the specific gravity. Therefore, W is limited to the range of 2 to 12%. The most preferable range is 5.5 to 7.5%. Mo is also W
Similarly to, is an element that forms a solid solution in the γ phase and the γ ′ phase to strengthen both phases and is an essential additional element. However, excessive addition causes precipitation of an α-Mo phase or a Re-Mo phase to lower the strength and further lowers the corrosion resistance at high temperatures. Therefore, Mo
Is limited to a range of 5.8% or less. However, oxidation resistance,
From the viewpoint of corrosion resistance, the lower the better, the Mo is preferably 3% or less. The most preferable range is 0.5 to 2%.

【0031】Coは本発明合金において、重要な役割を
果たす元素であり、本発明合金への添加に対し、耐食
性、耐酸化性をあきらかに向上させる最適な添加量が存
在する。強度面では、Coの添加は合金の積層欠陥エネ
ルギーを低下させて、比較的低温域のクリープ強度を向
上させる作用と、高温域では逆にγ’相の固溶度を増加
させて、析出強化を弱め、高温域でのクリープ強度を不
十分にする作用をもつ。両者の相反する作用のために、
Coには強度面でも最適な添加量が存在する。このよう
な効果のために、Coは最低0.1%の添加を必要とす
る。しかし、3%を超える添加は、耐酸化性や耐食性に
対してもはや有効でなくなり、高温強度も低下するよう
になる。また、TCP相(topologically close-packed
phase)と呼ばれる有害相の生成を生じやすくなるのでC
oは0.1〜3.0%に限定する。
Co is an element that plays an important role in the alloy of the present invention, and there is an optimum addition amount that clearly improves the corrosion resistance and the oxidation resistance with respect to the alloy of the present invention. In terms of strength, the addition of Co lowers the stacking fault energy of the alloy and improves the creep strength in a relatively low temperature range, while it also increases the solid solubility of the γ'phase in a high temperature range, resulting in precipitation strengthening. And weakens the creep strength in the high temperature range. Because of the conflicting effects of both
There is an optimum addition amount of Co in terms of strength. Due to such effects, Co requires a minimum addition of 0.1%. However, the addition of more than 3% is no longer effective for oxidation resistance and corrosion resistance, and the high temperature strength also decreases. In addition, TCP phase (topologically close-packed
C) because it is easy to generate a harmful phase called phase).
o is limited to 0.1 to 3.0%.

【0032】TiやReを含有する単結晶合金におい
て、このような限定された量のCoを含有することも本
発明の特徴の一つであり、最も好適な範囲は0.5〜
1.5%である。Taは主にγ’相を固溶強化する。し
たがって、最低2.5%を必要とするが、10%を超え
る過度の添加は、共晶γ’相の固溶温度の上昇やRe−
Ta相の析出を招き、高温強度を逆に低下させる。した
がって、Taは2.5〜10%の範囲に限定する。最も
好適な範囲は6.5〜9%である。
It is one of the characteristics of the present invention that the single crystal alloy containing Ti or Re contains such a limited amount of Co, and the most preferable range is 0.5-.
It is 1.5%. Ta mainly solid-solution strengthens the γ'phase. Therefore, a minimum of 2.5% is required, but excessive addition of more than 10% raises the solid solution temperature of the eutectic γ'phase and Re-.
It induces the precipitation of Ta phase, and conversely reduces the high temperature strength. Therefore, Ta is limited to the range of 2.5 to 10%. The most preferred range is 6.5-9%.

【0033】NbはTaと同族の元素であり、耐食性の
点では、NbはTaよりも優れた作用をもつために本発
明合金に添加することができる。しかし、高温クリープ
破断強度の向上には、γ’固溶強化元素として、むしろ
Taの方がNbよりも優れるので、Nbは3%以下に限
定する。最も好適な範囲は1〜2%である。
Nb is an element belonging to the same group as Ta. From the viewpoint of corrosion resistance, Nb has an action superior to that of Ta, so Nb can be added to the alloy of the present invention. However, in order to improve the high temperature creep rupture strength, Ta is better than Nb as a γ'solid solution strengthening element, so Nb is limited to 3% or less. The most preferred range is 1-2%.

【0034】Reは、γ相に固溶して基地を強化すると
ともに、合金の耐食性を高める効果をもつ。しかし、そ
の効果は好適な量のTiと共存することではじめて、発
電用ガスタービンなどの高温長時間の使用に耐えうるレ
ベルとなり、そのために、必要なReは最低0.1%で
ある。一方、Reは非常に高価な元素であり、4%を超
える過度の添加は、いたずらに合金の価格を高めるばか
りで、Re−W,Re−Mo,Re−Taなどの有害相
の析出も招くため、Reは0.1〜4.0%の範囲とす
る。より望ましくは0.1〜3.2%であり、最も好適
な範囲は1〜2%である。Hfは合金の耐酸化性および
高温強度を改善するための重要な元素であり、必須の添
加元素である。その効果はごく微量の添加量から現れ
る。しかし、Hfの過度の添加は合金の融点を下げるた
めに固溶化処理温度を低下させ、共晶γ’相を十分に固
溶できなくなるため、できるだけ添加量は少ない方がよ
い。したがって、Hfは0.3%以下の添加とするが、
より、好適な範囲は0.13%以下であり、最も好適な
範囲は0.01〜0.13%である。
Re has the effects of forming a solid solution in the γ phase to strengthen the matrix and enhance the corrosion resistance of the alloy. However, the effect becomes a level that can withstand use at high temperature for a long time such as a gas turbine for power generation only when it coexists with a suitable amount of Ti, and therefore, Re required is at least 0.1%. On the other hand, Re is a very expensive element, and excessive addition of more than 4% not only unnecessarily raises the price of the alloy but also causes precipitation of harmful phases such as Re-W, Re-Mo and Re-Ta. Therefore, Re is set to the range of 0.1 to 4.0%. More preferably, it is 0.1 to 3.2%, and the most preferable range is 1 to 2%. Hf is an important element for improving the oxidation resistance and high temperature strength of the alloy, and is an essential additional element. The effect appears from a very small amount of addition. However, excessive addition of Hf lowers the melting point of the alloy, lowers the solution treatment temperature, and the eutectic γ ′ phase cannot be sufficiently dissolved. Therefore, the addition amount should be as small as possible. Therefore, Hf should be 0.3% or less,
Therefore, the more preferable range is 0.13% or less, and the most preferable range is 0.01 to 0.13%.

【0035】尚、上記以外の元素のうち、C,Si,M
n,P,S,B,Zr,Y,REM,Cuは下記に示す
範囲内ならば、特性上特に問題とはならないが、極力低
い方が望ましい。 C ≦0.015% Si≦0.05% Mn
≦0.5% P ≦0.005% S ≦0.003% B
≦0.003% Zr≦0.02% Y ≦0.2% REM
≦0.2% Cu≦0.1%
Among the elements other than the above, C, Si, M
If n, P, S, B, Zr, Y, REM, and Cu are within the ranges shown below, there is no particular problem in terms of characteristics, but it is desirable that they are as low as possible. C ≦ 0.015% Si ≦ 0.05% Mn
≤0.5% P ≤0.005% S ≤0.003% B
≤0.003% Zr≤0.02% Y ≤0.2% REM
≤0.2% Cu ≤0.1%

【0036】上記の合金組成群は、以下に述べる手法
で、マスターインゴット化され、さらに単結晶鋳造物と
なる。ここで、母相のγ相(オーステナイト相)とγ’
相とは異なった相ではあるが、結晶方位の等しい整合な
相であるので、通常単結晶と呼ばれる。まず、上述の合
金組成のマスターインゴットは事前に個々の合金元素、
または以下に述べる単結晶鋳造物のスクラップを精錬し
再利用可能なレベルまで、不純物レベルをさげたリター
ン材を用いて、真空溶解でマスターインゴットとしたの
ちに、真空中で再溶解後、一方向凝固させて単結晶鋳造
物を得ることができる。このとき、マスターインゴット
はできるだけ、純度の高いものが、単結晶鋳造物の製造
に適する。
The above alloy composition group is made into a master ingot by the method described below, and further becomes a single crystal cast product. Here, the matrix γ phase (austenite phase) and γ '
Although it is a phase different from the phase, it is usually called a single crystal because it is a matched phase with the same crystal orientation. First of all, the master ingot of the above alloy composition has individual alloy elements in advance,
Or, after refining the scrap of the single crystal casting described below and using a return material with a reduced impurity level to a level where it can be reused, it is vacuum melted into a master ingot, then remelted in vacuum and then unidirectional. It can be solidified to obtain a single crystal casting. At this time, a master ingot having a purity as high as possible is suitable for manufacturing a single crystal cast.

【0037】この単結晶鋳造物は、固溶化処理、時効処
理および表面のコーティング処理等の熱処理を受けるこ
とで、工業的に使用可能となる。この単結晶鋳造物は、
以下に示す組織を有するように、熱処理と合金組成を調
整することが好ましい。まず第1に、凝固時に生成する
共晶γ’相が固溶化処理で十分に固溶できないと、この
未固溶共晶γ’相の部分がクリープ破壊の起点となる。
したがって、固溶化処理後に存在する未固溶の共晶γ’
相の体積率は5%以下が望ましい。第2に、固溶化+時
効処理後に存在するγ’相の量も鋳造物の強度と延性に
大きく影響する。このγ’相の体積率が50%を下回る
と十分な高温強度が得られず、逆に70%を超えると固
溶化処理で未固溶の共晶γ’相が過度に残存するように
なる。従って、固溶化+時効処理後のγ’相の体積率は
50〜70%に限定する。より、好適なγ’相の体積率
は55〜65%である。
The single crystal cast product can be industrially used by being subjected to heat treatment such as solution treatment, aging treatment and surface coating treatment. This single crystal casting is
The heat treatment and the alloy composition are preferably adjusted so as to have the structure shown below. First of all, if the eutectic γ'phase generated during solidification cannot be sufficiently dissolved by the solution treatment, this undissolved eutectic γ'phase portion becomes the starting point of creep fracture.
Therefore, the undissolved eutectic γ ′ existing after the solution treatment
The phase volume ratio is preferably 5% or less. Secondly, the amount of γ'phase present after solid solution + aging treatment also has a great influence on the strength and ductility of the casting. If the volume ratio of the γ'phase is less than 50%, sufficient high temperature strength cannot be obtained. On the contrary, if it exceeds 70%, undissolved eutectic γ'phase becomes excessively left in the solution treatment. . Therefore, the volume ratio of the γ ′ phase after solid solution + aging treatment is limited to 50 to 70%. Therefore, a more preferable volume ratio of the γ'phase is 55 to 65%.

【0038】第3に、この時効処理時に析出するγ’相
は、基地であるオーステナイト相と十分に整合な格子定
数をもち、規則正しい立方体あるいは直方体形状の微細
析出をすることが望ましい。オーステナイト相とγ’相
が十分に整合でないと、一辺の長さが1μmを超えた
り、立方体または直方体の角がくずれたり、球状の析出
をするようになり、その結果として、十分な高温強度が
得られなくなる。したがって、時効処理時に析出する
γ’相は、一辺の長さが1μm以下で、立方体または直
方体形状を有することが必要である。より、望ましい
γ’相の一辺の長さは0.02〜0.7μmである。ま
た、この単結晶鋳造物は、特性として、1040℃、1
4kgf/mm2でのクリープ破断時間が1000時間
以上、および75重量%Na2SO4−25重量%NaC
l中混合塩塗布加熱試験における、900℃、20時間
×5サイクル後の最大侵食深さが0.5mm以下である
ことが望ましい。
Thirdly, it is desirable that the γ'phase precipitated during the aging treatment has a lattice constant sufficiently matching with the austenite phase which is the matrix, and causes fine precipitation in a regular cubic or rectangular parallelepiped shape. If the austenite phase and the γ'phase are not sufficiently matched, the length of one side exceeds 1 μm, the corners of a cube or a rectangular parallelepiped are deformed, and spherical precipitation occurs, resulting in sufficient high temperature strength. You won't get it. Therefore, it is necessary that the γ'phase precipitated during the aging treatment has a cubic shape or a rectangular parallelepiped shape with a side length of 1 μm or less. Therefore, the desirable side length of the γ ′ phase is 0.02 to 0.7 μm. Further, this single crystal cast product has characteristics of 1040 ° C., 1
Creep rupture time at 4 kgf / mm 2 is 1000 hours or more, and 75 wt% Na 2 SO 4 -25 wt% NaC
It is preferable that the maximum erosion depth after 900 cycles at 900 ° C. for 20 hours × 5 cycles is 0.5 mm or less in the medium salt application heating test.

【0039】上述の新規な材料を一方向凝固させた高耐
食高強度単結晶鋳造物は、高いクリープ破断強度と優れ
た耐食性および耐酸化性の要求される、過酷な環境下で
用いられる物品に好適である。上述の高耐食高強度単結
晶鋳造物からなるガスタービンブレードおよびガスター
ビンノズルは、高いクリープ破断強度と優れた耐食性お
よび耐酸化性を有しているため、ガスタービンの燃焼ガ
ス温度を現在以上に高くすることが可能となり、結果と
してガスタービンの熱効率が大幅に向上する。上述のガ
スタービンを用いたコンバインドサイクル発電システム
は、ガスタービンの燃焼ガス温度が従来のものより高温
であるため、システム全体としての熱効率が50%以上
となる。
The high corrosion-resistant high-strength single-crystal cast product obtained by unidirectionally solidifying the above-mentioned novel material is used as an article for use in a harsh environment requiring high creep rupture strength and excellent corrosion resistance and oxidation resistance. It is suitable. Gas turbine blades and gas turbine nozzles made of the above-mentioned high-corrosion and high-strength single crystal castings have high creep rupture strength and excellent corrosion resistance and oxidation resistance, so that the combustion gas temperature of the gas turbine will be higher than at present. It is possible to increase the temperature, and as a result, the thermal efficiency of the gas turbine is significantly improved. In the combined cycle power generation system using the above-described gas turbine, the combustion gas temperature of the gas turbine is higher than that of the conventional one, so that the thermal efficiency of the entire system is 50% or more.

【0040】[0040]

【実施例】 (実施例1)表1に本発明合金および比較合金の特性を
比較するために用いた試料の化学組成および米国特許第
4,719,080号に記載される合金とは合金組成お
よびその効果が全く異なるものであることを示すため
に、式1のP値を示す。本発明合金No.1〜10およ
び比較合金 No.21〜28については、いずれも真
空誘導溶解により5kgのマスターインゴットを作成し
た。従来合金については、いずれも公表されている組成
と同一の組成を狙って溶解した。比較合金のうち、N
o.23はSC−83K、No.24はPWA148
4、No.25はCMSX−4、No.26はTUT−
31D、No.27はTUT−95、No.28はRe
ne80を示す。
EXAMPLES Example 1 Table 1 shows the chemical compositions of samples used for comparing the properties of the alloys of the present invention and comparative alloys and the alloy compositions described in US Pat. No. 4,719,080. And the P value of Equation 1 is shown to show that the effect is quite different. Inventive alloy No. 1 to 10 and comparative alloy No. For 21 to 28, a 5 kg master ingot was prepared by vacuum induction melting. All conventional alloys were melted aiming at the same composition as the published composition. N among comparative alloys
o. 23 is SC-83K, No. 23. 24 is PWA148
4, No. 25 is CMSX-4, No. 26 is TUT-
31D, No. No. 27 is TUT-95, No. 27. 28 is Re
ne80 is shown.

【0041】[0041]

【表1】 [Table 1]

【0042】表2に各合金の特性試験結果を示す。左か
ら、1040℃−14kgf/mm 2の条件でのクリー
プ破断時間とその時の伸び、75wt%Na2SO4−2
5wt%NaCl混合塩塗布試験での、900℃、20
時間×5サイクル後の最大侵食深さ。るつぼ中で110
0℃で16時間加熱後、空冷の熱サイクルを10回繰り
返した後の酸化減量値。そして、900℃の実機模擬燃
焼ガスに7時間×7サイクル曝した際の、脱スケール後
の腐食減量の順である。ここで、最大侵食深さは、試験
前の試験片の厚みから試験後のスケール部を除いた最小
の厚みを減じたものの1/2とした。
Table 2 shows the characteristic test results of each alloy. Left
1040 ° C-14kgf / mm 2Cree under the conditions
Rupture time and elongation at that time, 75 wt% Na2SOFour-2
900 ℃, 20 in 5wt% NaCl mixed salt application test
Maximum erosion depth after 5 times time cycle. 110 in the crucible
After heating at 0 ° C for 16 hours, repeat the heat cycle of air cooling 10 times.
Oxidation weight loss value after returning. And, a simulated combustion at 900 ℃
After descaling when exposed to burning gas for 7 hours x 7 cycles
Corrosion weight loss order. Where the maximum erosion depth is the test
Minimum excluding scale after test from thickness of previous test piece
The thickness was reduced to 1/2.

【0043】[0043]

【表2】 [Table 2]

【0044】表2に示す各種試験は、多結晶合金のRe
ne80を除き、前記のマスターインゴットを再溶解
し、引下げ式一方向凝固炉で単結晶化した後、以下に示
す熱処理を施したものを用いた。クリープ破断試験は、
平行部直径6.35mm、評点間距離25.4mmの試験片
を用いて、ASTM法に基づき上記の条件で試験を実施
した。混合塩塗布加熱試験は直径12mm、高さ2mm
の円盤状試験片を用い、るつぼ耐酸化性試験には直径7
mm、高さ4mmの円盤状試験片を用い、各々上記の条
件で試験した。実機模擬燃焼試験は直径9mm、長さ50
mmの丸棒試験片を用い、上記条件で実施した。
The various tests shown in Table 2 are conducted for Re of polycrystalline alloys.
Except for ne80, the above master ingot was redissolved, single-crystallized in a pull-down type directional solidification furnace, and then subjected to the heat treatment shown below. The creep rupture test is
A test piece having a parallel part diameter of 6.35 mm and a score distance of 25.4 mm was used to perform the test under the above conditions based on the ASTM method. Mixed salt application heating test is 12mm in diameter and 2mm in height
A disc-shaped test piece of No. 7 was used for the oxidation resistance test of the crucible.
A disc-shaped test piece having a size of 4 mm and a height of 4 mm was used, and each test was performed under the above conditions. Actual machine simulated combustion test is 9 mm in diameter and 50 in length
The test was carried out under the above conditions using a round bar test piece of mm.

【0045】熱処理条件は本発明合金および比較合金2
1,26および27については、1250〜1350℃
の範囲で4時間加熱後空冷した組織を事前に検討し、い
ずれの合金も基本的にγ’相が完全に固溶する温度を固
溶化処理温度に選び、その温度で4時間保持後空冷の固
溶化処理を実施した。固溶化処理後の時効条件について
は、1080℃で4時間加熱後空冷とそれに続く870
℃で20時間加熱後空冷の2段時効処理を行なった。他
の比較合金に関しては、No.23(SC−83K)は
1320℃で4時間加熱後空冷、1080℃で5時間加
熱後空冷および870℃で20h加熱後空冷の熱処理を
行なった。No.24(PWA1484)は1316℃
で4時間加熱後空冷した後、1080℃で4時間加熱後
空冷、さらに870℃で20時間加熱後空冷の熱処理を
行なった。
The heat treatment conditions are the alloy of the present invention and the comparative alloy 2
1,250 and 1350 ° C for 1, 26 and 27
The structure which was heated in the range of 4 hours and then air-cooled was examined in advance. Basically, for all alloys, the temperature at which the γ'phase was completely solid-solved was selected as the solution treatment temperature, and the alloy was kept at that temperature for 4 hours and then air-cooled. A solution treatment was carried out. As for the aging condition after the solution treatment, heating at 1080 ° C. for 4 hours, air cooling and subsequent 870
After heating at 0 ° C. for 20 hours, a two-stage aging treatment of air cooling was performed. For other comparative alloys, No. 23 (SC-83K) was heated at 1320 ° C. for 4 hours and then air-cooled, heated at 1080 ° C. for 5 hours and then air-cooled, and heated at 870 ° C. for 20 hours and then air-cooled. No. 24 (PWA1484) is 1316 ℃
After heating for 4 hours at 80 ° C. and air cooling, heat treatment was performed at 1080 ° C. for 4 hours and then air cooling, and further heating at 870 ° C. for 20 hours and then air cooling.

【0046】No.25(CMSX−4)は、Cannon-M
uskegon社の推奨 熱処理条件(出典;“最新ニッケル基
超合金の単結晶化とその高温強度特性”,太田芳雄
他;鉄と鋼,vol.76,(1990),pp940-947)に合わせ、12
72℃で2時間保持後昇温、1288℃で2時間保持後
昇温、1296℃で3時間保持後昇温、1304℃で3
時間保持後昇温、1313℃で3時間保持後昇温、さら
に1316℃で2時間保持後空冷の6段の連続固溶化処
理を実施後、1080℃で4時間保持後空冷と871℃
で20時間保持後空冷の時効処理を実施した。比較合金
中、多結晶状態で使用される比較合金No.28(Re
ne80)は、マスターインゴットを再溶解したものに
1220℃で2時間加熱後空冷、1096℃で4時間加
熱後空冷、1050℃で16時間加熱後空冷、さらに8
45℃で16時間加熱後空冷の熱処理を施した。
No. 25 (CMSX-4) is Cannon-M
Recommended heat treatment conditions by uskegon (Source: “Single crystallization of latest nickel-base superalloy and its high temperature strength characteristics”, Yoshio Ota)
Others; 12 according to iron and steel, vol.76, (1990), pp940-947)
Hold at 72 ° C for 2 hours, raise temperature at 1288 ° C for 2 hours, raise temperature at 1296 ° C for 3 hours, raise temperature at 1304 ° C for 3 hours
After 6 hours of continuous solution treatment of temperature rise after holding for 3 hours, hold at 1313 ° C. for 3 hours, hold at 1316 ° C. for 2 hours and air cooling, hold for 4 hours at 1080 ° C. and air cooling and 871 ° C.
After maintaining at 20 ° C. for 20 hours, air cooling aging treatment was performed. The comparative alloy No. used in the polycrystalline state in the comparative alloy. 28 (Re
ne80) is obtained by remelting a master ingot and heating it at 1220 ° C. for 2 hours and then air cooling, 1096 ° C. for 4 hours and then air cooling, and 1050 ° C. for 16 hours and then air cooling.
After heating at 45 ° C. for 16 hours, air-cooled heat treatment was performed.

【0047】表1より、本発明合金の前記(1)式で計
算されるP値はいずれも、米国特許第4,719,08
0号で規定されている3360を下回っており、本発明
とは、異なる発明であることが明らかであり、表2よ
り、本発明合金No.1〜10はいずれも良好なクリー
プ破断寿命、クリープ破断伸び、耐食性および耐酸化性
を有していることがわかる。とくに耐食性については、
塗布加熱試験ではNo.28(Rene80)よりは多
少劣っているものの、他の単結晶合金よりもあきらかに
良好であり、実機模擬燃焼腐食減量では、No.28よ
りもあきらかに良好な耐食性を有している。耐酸化性に
ついてもNo.28(Rene80)より、格段に優れ
ている。また、クリープ破断寿命についてみても、本発
明合金は耐食性の劣る比較合金No.23(SC−83
K)よりは短いものの、最短のものでも他の比較合金と
同等の寿命であり、この強度は単結晶合金として、申し
分のないレベルである。
From Table 1, the P-values calculated by the above formula (1) for the alloys of the present invention are shown in US Pat. No. 4,719,08.
It is lower than 3360 specified in No. 0, and it is clear that the present invention is different from the present invention. It can be seen that all of 1 to 10 have good creep rupture life, creep rupture elongation, corrosion resistance and oxidation resistance. Especially for corrosion resistance,
No. in the coating heating test. Although it is slightly inferior to that of the No. 28 (Rene 80), it is clearly better than other single crystal alloys. It clearly has better corrosion resistance than 28. No. 1 also for oxidation resistance. 28 (Rene 80) is far superior. Also, in terms of creep rupture life, the alloy of the present invention is comparative alloy No. 1 having poor corrosion resistance. 23 (SC-83
Although shorter than K), the shortest one has a life equivalent to that of other comparative alloys, and this strength is at a satisfactory level as a single crystal alloy.

【0048】一方、比較合金については、個々の特性は
本発明合金に匹敵する特性を持つものもあるが、すべて
の特性が、本発明合金のようにバランスよく良好とはな
らない。これらから、本発明の成分範囲内の合金が如何
に優れた特性をバランスよく示すかがあきらかである。
On the other hand, some of the comparative alloys have individual characteristics comparable to those of the alloy of the present invention, but not all the characteristics are well balanced as in the alloy of the present invention. From these, it is clear how the alloys within the composition range of the present invention exhibit excellent properties in a well-balanced manner.

【0049】比較合金のうち、No.21はTi,Co
およびHfを含まないために本発明合金に比べて強度、
耐食性がともに劣っている。また、No.23(SC−
83K)はクリープ破断強度に優れており、少量のCo
とHfを含むために耐酸化性も良いが、ReとTiを含
まないために耐食性が悪い。No.24(PWA148
4)はReを含むがTiを含まず、かつCrおよびCo
量が本発明の成分範囲から外れるため、耐食性が本発明
合金に比べて劣っており、クリープ破断寿命も短い。N
o.25(CMSX−4)は、No.24と同様Co量
が多いため、クリープ破断寿命が短い。No.26,2
7は良好なクリープ破断特性を示すが、CoとHfの複
合添加がないため、耐酸化性および模擬燃焼試験の耐食
性が本発明合金より劣っている。多結晶材であるNo.
28(Rene80)は確かに混合塩塗布加熱法での耐
食性は良好であるが、実機模擬燃焼ガス下での耐食性は
本発明合金より著しく劣り、一方、クリープ破断強度は
極めて低く、耐酸化性も悪い。なお、本発明合金におい
ては、P値が2350から3280の範囲でクリープ破
断時間が1000時間以上で、かつ、塗布加熱試験にお
ける最大侵食深さが0.5mm以下の高耐食高強度合金
が得られた。
Of the comparative alloys, No. 21 is Ti, Co
And strength as compared with the alloy of the present invention because it does not contain Hf
Both have poor corrosion resistance. In addition, No. 23 (SC-
83K) has excellent creep rupture strength, and a small amount of Co
And Hf, the oxidation resistance is good, but since Re and Ti are not contained, the corrosion resistance is poor. No. 24 (PWA148
4) contains Re but does not contain Ti, and contains Cr and Co.
Since the amount is out of the composition range of the present invention, the corrosion resistance is inferior to that of the alloy of the present invention, and the creep rupture life is also short. N
o. No. 25 (CMSX-4) is No. Since the amount of Co is large as in No. 24, the creep rupture life is short. No. 26, 2
Although No. 7 has a good creep rupture property, it does not have a combined addition of Co and Hf, and thus is inferior in oxidation resistance and corrosion resistance in a simulated combustion test to the alloy of the present invention. No. which is a polycrystalline material.
No. 28 (Rene 80) has a good corrosion resistance in the mixed salt coating heating method, but the corrosion resistance under the simulated combustion gas of an actual machine is significantly inferior to that of the alloy of the present invention, while the creep rupture strength is extremely low and the oxidation resistance is also high. bad. In addition, in the alloy of the present invention, a high corrosion resistance and high strength alloy having a creep rupture time of 1000 hours or more in a P value range of 2350 to 3280 and a maximum erosion depth of 0.5 mm or less in a coating heating test can be obtained. It was

【0050】(実施例2)実施例1中の本発明合金N
o.1を用い、図1に示すガスタービンブレードおよび
図2に示すガスタービンノズルを製造した。図3にガス
タービンブレード用、図4にガスタービンノズル用の中
子の正面図を示す。近年のガスタービンは燃焼ガスの高
温化に伴い、金属表面および内部の温度を低下させるた
めに、ブレードおよびノズルの内部に複雑な形状の冷却
孔を設けることが一般的である。このような中空構造の
ブレードおよびノズルを製造するために、図3および図
4の形状のシリカを主成分とする耐火物で形成された中
子を用いた。この中子のまわりにワックス模型を作製
し、さらにその外側にアルミナ、ジルコンおよびイット
リア等の耐火物でセラミックスシェルを形成し、脱ろう
および焼成したものを鋳型とした。
(Example 2) Inventive alloy N in Example 1
o. 1 was used to manufacture the gas turbine blade shown in FIG. 1 and the gas turbine nozzle shown in FIG. FIG. 3 shows a front view of a core for a gas turbine blade, and FIG. 4 shows a front view of a core for a gas turbine nozzle. In gas turbines of recent years, it is common to provide cooling holes of complicated shapes inside the blades and nozzles in order to lower the temperature on the metal surface and inside as the combustion gas temperature rises. In order to manufacture such a hollow structure blade and nozzle, a core made of a refractory material containing silica as a main component and having the shapes shown in FIGS. 3 and 4 was used. A wax model was formed around this core, and a ceramic shell was formed on the outside with a refractory material such as alumina, zircon, and yttria, and dewaxed and fired to obtain a mold.

【0051】図5はガスタービンブレード用、図6はガ
スタービンノズル用の鋳型の断面図である。図5および
図6のいずれの場合においても、鋳型10は水冷銅チル
11の上に固定し、鋳型加熱ヒーター13の中にセット
した。次に、高周波加熱で溶解した本発明合金No.1
の組成のマスターインゴットを、合金の融点以上に加熱
した鋳型10の中に鋳込み、引き下げ速度 30cm/h
で鋳型加熱ヒーター13から引き出し、スターター部1
4より順次一方向凝固させた。スターター部14内では
いくつもの柱状晶が成長するが、セレクター部15を用
いてその中の一つの結晶のみを成長させ、セレクター部
15より上の部分を単結晶鋳造物とした。
FIG. 5 is a sectional view of a mold for a gas turbine blade, and FIG. 6 is a sectional view of a mold for a gas turbine nozzle. 5 and 6, the mold 10 was fixed on the water-cooled copper chill 11 and set in the mold heater 13. Next, the alloy No. of the present invention melted by high frequency heating. 1
The master ingot having the composition of No. 1 is cast into the mold 10 heated above the melting point of the alloy, and the pulling speed is 30 cm / h.
Withdraw from the mold heater 13 and starter part 1
One-way solidification was sequentially carried out from No. 4. Although many columnar crystals grow in the starter portion 14, only one crystal in the columnar crystal was grown using the selector portion 15, and the portion above the selector portion 15 was a single crystal cast.

【0052】鋳型加熱ヒーター13は鋳型10が完全に
引き出され、鋳造物が完全に凝固するまで合金の融点以
上の温度とした。以上の工程のうち水冷銅チル11に鋳
型10をセットする工程より後は真空中で行なった。冷
却後鋳型10を取り出し、中子をアルカリで除去し、ス
ターター部、セレクター部および押し湯部等を切断し、
図1に示す形状のガスタービンブレードおよび図2に示
す形状のガスタービンノズルを得た。ガスタービンブレ
ードは全長約220mmで、そのうち翼部が約130mm、
ガスタービンノズルは二つのサイドウォール間が約13
0mmである。ここで、バイパス部12は張出し部である
シールフィン3およびサイドウォール8等の結晶成長方
向に対して急激に断面積が変化する部分を単結晶化する
ために用いるもので、最終的には押湯部等と同様、切断
し除去する。これを用いることで、大型単結晶鋳造物の
張出し部における異結晶の発生を抑制し、歩留が向上し
た。
The mold heater 13 was kept at a temperature not lower than the melting point of the alloy until the mold 10 was completely drawn out and the casting was completely solidified. After the steps of setting the mold 10 in the water-cooled copper chill 11 among the above steps, the steps were performed in vacuum. After cooling, the mold 10 is taken out, the core is removed with an alkali, and the starter part, the selector part, the riser part, etc. are cut,
A gas turbine blade having the shape shown in FIG. 1 and a gas turbine nozzle having the shape shown in FIG. 2 were obtained. The gas turbine blade has a total length of about 220 mm, of which the blade part is about 130 mm,
The gas turbine nozzle has approximately 13 between the two sidewalls.
It is 0 mm. Here, the bypass portion 12 is used to single-crystallize a portion of the overhang portion, such as the seal fin 3 and the sidewall 8 where the cross-sectional area changes abruptly with respect to the crystal growth direction. Cut and remove like hot water. By using this, generation of foreign crystals in the overhang portion of the large single crystal cast was suppressed, and the yield was improved.

【0053】結晶は、ブレードにおいては〈001〉方
向が翼部長手方向(拡大部16からダブテール部5の方
向)に、つまり〈001〉方向が遠心力のかかる方向に
なる用に成長させることが望ましく、またノズルにおい
ては〈001〉方向が翼部横手方向(サイドウォール7
からサイドウォール8の方向)に、つまり〈001〉方
向がガスタービンの起動停止に伴う熱サイクルから生じ
る熱応力のかかる方向になるように成長させることが望
ましい。本実施例においてはいずれも〈001〉方向か
らの結晶成長方位のずれが5度以内の単結晶鋳造物が得
られた。ガスタービンブレードおよびガスタービンノズ
ルとも、真空中で1300℃4時間加熱後空冷の固溶化
処理の後、翼部に厚さ 100μmのCoNiCrAl
Y合金層をプラズマ溶射法で形成し、この合金層と基材
をなじませるために、1080℃にて4時間保持後、空
冷の拡散処理を行なった。次にその外層に厚さ300μ
mのZrO2−6wt%Y23膜をプラズマ溶射法でコ
ーティングした。さらにその後、γ′層の形状を整える
目的で870℃20時間加熱後空冷の時効処理を行なっ
た。
In the blade, the crystal can be grown so that the <001> direction is the blade longitudinal direction (the direction from the enlarged portion 16 to the dovetail portion 5), that is, the <001> direction is the direction to which the centrifugal force is applied. Desirably, in the nozzle, the <001> direction is the lateral direction of the wing (sidewall 7
To the side wall 8), that is, the <001> direction is preferably the direction in which the thermal stress generated from the thermal cycle accompanying the start and stop of the gas turbine is applied. In each of the examples, single crystal castings were obtained in which the deviation of the crystal growth orientation from the <001> direction was within 5 degrees. Both the gas turbine blade and the gas turbine nozzle were heated in vacuum at 1300 ° C. for 4 hours and then air-cooled for solution treatment, and then the blades were made of CoNiCrAl with a thickness of 100 μm.
A Y alloy layer was formed by a plasma spraying method, and in order to make the alloy layer and the base material compatible with each other, the Y alloy layer was held at 1080 ° C. for 4 hours and then subjected to air cooling diffusion treatment. Next, the thickness of the outer layer is 300μ
m ZrO 2 -6 wt% Y 2 O 3 film was coated by the plasma spraying method. After that, for the purpose of adjusting the shape of the γ'layer, an aging treatment of heating at 870 ° C for 20 hours and then air cooling was performed.

【0054】(実施例3)図7は実施例2の本発明のガ
スタービンブレードおよびノズルを有するガスタービン
の回転部分の断面図である。30はタービンスタブシャ
フト、33はタービンブレード、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、41はコンプレッ
サスタッキングボルト、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、また
タービンブレード33が3段のものである。タービンブ
レード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。
(Third Embodiment) FIG. 7 is a sectional view of a rotating portion of a gas turbine having a gas turbine blade and a nozzle according to the second embodiment of the present invention. 30 is a turbine stub shaft, 33 is a turbine blade, 43 is a turbine stacking bolt, 38 is a turbine spacer, 49 is a distant piece, 40 is a nozzle, 36 is a compressor disk, 37 is a compressor blade, 41 is a compressor stacking bolt, and 39 is The compressor stub shaft 34 is a turbine disk. The gas turbine of the present invention has 17 stages of compressor disks 36 and 3 stages of turbine blades 33. The turbine blade 33 may have four stages, and the alloy of the present invention can be applied to any of them.

【0055】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、一軸形で、水平分割ケーシン
グ、スタッキング式ロータからなり、圧縮機は17段軸
流形、タービンは3段インパルス形、ブレードおよびノ
ズルの第1段および第2段は空気冷却式で、燃焼器はバ
ースフロー形、16缶、スロットクール方式である。デ
ィスタントピース49、タービンディスク34、スペー
サ38、スタッキングボルト43は重量%で、C 0.
06〜0.15%、Si 1%以下、Mn 1.5%以
下、Cr 9.5〜12.5%、Ni 1.5〜2.5
%、Mo 1.5〜3.0%、V 0.1〜0.3%、N
b 0.03〜0.15%、N 0.04〜0.15%、
残部Feからなる全焼もど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90〜1
20kg/mm2、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℃−106hクリープ破断
強度 45〜55kg/mm2であった。
The gas turbine in this embodiment is mainly of a heavy tuty type, a single shaft type, and comprises a horizontal split casing and a stacking type rotor, a compressor is a 17-stage axial flow type, a turbine is a 3-stage impulse type, The first and second stages of blades and nozzles are air cooled, and the combustor is a verse flow type, 16 cans, slot cool type. The distant piece 49, the turbine disk 34, the spacer 38, and the stacking bolt 43 are% by weight, and C 0.
06-0.15%, Si 1% or less, Mn 1.5% or less, Cr 9.5-12.5%, Ni 1.5-2.5
%, Mo 1.5 to 3.0%, V 0.1 to 0.3%, N
b 0.03 to 0.15%, N 0.04 to 0.15%,
A fully tempered martensitic steel consisting of the balance Fe is used. Tensile strength of 90 to 1 is a characteristic of this embodiment.
20kg / mm 2, 0.2% proof stress 70~90kg / mm 2, elongation
It was 10 to 25%, drawing ratio was 50 to 70%, V notch impact value was 5 to 9.5 kg-m / cm 2 , and 450 ° C.-10 6 h creep rupture strength was 45 to 55 kg / mm 2 .

【0056】タービンブレード33は3段式で、初段に
実施例2で製造したものを用い、圧縮機の圧縮圧を1
4.7、温度 400℃、初段ブレード入口温度を1,
350℃、燃焼器による燃焼ガス温度を1500℃級と
した。また、タービンブレード33の2段目にはRen
e80(Cr 14%、Co 9.5%、Mo 4%、W 4
%、Al 3%、Ti 5%、C 0.17%、B 0.01
5%、Zr 0.03%、Ni残部)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)の中空翼を用いた。第3段目には、IN
738(C 0.17%、Cr 16%、Co 8.5%、
Mo 1.75%、W 2.6%、Nb 0.9%、Ti
3.4%、Al 3.4%、Ta 1.75%、B 0.0
1%、Ni 残部)の多結晶体からなる翼長 350mm(翼
部 230mm、他 120mm)の中実翼を用いた。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 blade 33 is of a three-stage type, the one manufactured in Example 2 is used in the first stage, and the compression pressure of the compressor is 1
4.7, temperature 400 ℃, the first stage blade inlet temperature 1,
The temperature of the combustion gas at 350 ° C and that of the combustor was set to 1500 ° C. The second stage of the turbine blade 33 is Ren.
e80 (Cr 14%, Co 9.5%, Mo 4%, W 4
%, Al 3%, Ti 5%, C 0.17%, B 0.01
A hollow blade having a blade length of 280 mm (wing portion 160 mm, length after the platform portion 120 mm) made of a polycrystalline body of 5%, Zr 0.03%, Ni balance) was used. In the third row, IN
738 (C 0.17%, Cr 16%, Co 8.5%,
Mo 1.75%, W 2.6%, Nb 0.9%, Ti
3.4%, Al 3.4%, Ta 1.75%, B 0.0
A solid blade having a blade length of 350 mm (blade portion 230 mm, other 120 mm) made of a polycrystalline body of 1% and Ni balance was used. The manufacturing method was a precision casting method using the conventional lost wax method.

【0057】タービンノズル40の初段には、実施例2
で得たもの、第2段および第3段には既知のCo基合金
が用いられる。第2段および第3段は従来法により真空
精密鋳造によって翼部1ヶからなるものを形成した。翼
部の長さはブレードの翼部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およびフィ
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段目および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。本実施例によって発電出力は
6万kWが得られ、その熱効率は33%以上の高いもの
が得られる。
In the first stage of the turbine nozzle 40, the second embodiment is used.
Known Co-based alloys are used in the second and third stages obtained in the above. The second stage and the third stage were formed of one blade by vacuum precision casting according to the conventional method. The length of the blade has a length corresponding to the length of the blade of the blade, and has a pin fin cooling, impingement cooling and film cooling structure. The first-stage nozzle is restrained at both ends of the sidewall, but the second-stage nozzle and the third-stage nozzle are restrained at one side on the outer peripheral side of the sidewall. The gas turbine is provided with an intercooler. According to the present embodiment, a power generation output of 60,000 kW can be obtained, and its thermal efficiency can be as high as 33% or more.

【0058】(実施例4)図8は実施例3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。ガスタービ
ンを利用して発電を行なう場合、近年ではガスタービン
の排ガスエネルギーを回収し、これにより得られた高温
の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
るコンバインドサイクル発電方式を採用する傾向にあ
る。このコンバインドサイクル発電方式を採用すると、
ガスタービンおよび蒸気タービン単独の場合と比較して
熱効率を大幅に向上させることが可能となり、本発明の
ガスタービンを用いれば、システム全体の熱効率は50
%以上に達する。
(Fourth Embodiment) FIG. 8 is a schematic diagram showing a single-shaft combined cycle power generation system using the gas turbine of the third embodiment and used in combination with a steam turbine. In the case of performing power generation using a gas turbine, in recent years, exhaust gas energy of the gas turbine is recovered, a steam turbine is driven by high temperature steam obtained thereby, and a generator is driven by the steam turbine and the gas turbine. The so-called combined cycle power generation method tends to be adopted. With this combined cycle power generation system,
It is possible to significantly improve the thermal efficiency as compared with the case of using the gas turbine and the steam turbine alone, and using the gas turbine of the present invention, the thermal efficiency of the entire system is 50%.
Reach over%.

【0059】本システムでは、まず空気を吸気フィルタ
と吸気サイレンサを通ってガスタービンの空気圧縮機に
導入し、ここで圧縮された圧縮空気を燃焼器へ送る。燃
焼器では、この圧縮空気の中に燃料を噴射し燃焼させ1
500℃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。次に、タービンから排
出された500℃以上の排気を、排気サイレンサを通っ
て排熱回収ボイラへ送り、ガスタービン排気中の熱エネ
ルギを回収して500℃以上の高圧水蒸気を発生させ
る。発生した高圧および低圧の蒸気は蒸気タービンへ送
られる。
In this system, air is first introduced into the air compressor of the gas turbine through the intake filter and the intake silencer, and the compressed air compressed here is sent to the combustor. In the combustor, fuel is injected into this compressed air and burned.
A high temperature gas of 500 ° C. or higher is produced, and this high temperature gas works in a turbine to generate power. Next, the exhaust gas of 500 ° C. or higher discharged from the turbine is sent to the exhaust heat recovery boiler through the exhaust silencer, and the thermal energy in the exhaust gas of the gas turbine is recovered to generate high-pressure steam of 500 ° C. or higher. The generated high pressure and low pressure steam is sent to a steam turbine.

【0060】さらに、蒸気タービンを出た蒸気を復水器
に導き、真空脱気して復水とする。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。以上の結
果、ガスタービンと蒸気タービンは、直結の発電機をそ
の両軸端から駆動する。本実施例のコンバインドサイク
ル発電システムによりガスタービンから6万kW、蒸気
タービンから3万kWのトータルで9万kWの発電を得
ることができた。また、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る。本発明に係る
蒸気タービン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を1
00atgに、温度を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
の増加により、最終段ブレードの翼長を30インチ以上
に増大し、蒸気流量を増す必要がある。
Further, the steam discharged from the steam turbine is guided to a condenser and vacuum deaerated to be condensed water. Condensed water is boosted by the condensate pump and supplied to the boiler. As a result of the above, the gas turbine and the steam turbine drive the directly connected generator from both shaft ends thereof. With the combined cycle power generation system of the present embodiment, a total of 90,000 kW of power could be obtained from the gas turbine, 60,000 kW, and the steam turbine, 30,000 kW. Further, since the steam turbine in this embodiment is compact, it can be economically manufactured for the same power generation capacity as compared with the large steam turbine. The steam turbine according to the present invention is a high-low pressure integrated steam turbine, and the steam pressure at the main steam inlet of this high-low pressure integrated steam turbine is 1
By increasing the temperature to 00 atg and increasing the temperature to 538 ° C., it is possible to increase the single-unit output of the turbine. Due to the increase in single machine output, it is necessary to increase the blade length of the final stage blade to 30 inches or more and increase the steam flow rate.

【0061】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を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℃、100atg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
℃、722mHgとなって最終段のブレードを通り出口よ
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−Mo−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のディスクの
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。本実施例に係る高低圧一体
型ロータシャフトは重量%でC 0.18〜0.30
%、Si 0.1%以下、Mn 0.3%以下、Ni 1.
0〜2.0%、Cr1.0〜1.7%、Mo 1.0〜
2.0%、V 0.20〜0.3%、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℃で焼もどしが施される。
The steam turbine according to the present invention is provided with 13 or more stages of blades planted in the high and low pressure integrated rotor shaft, and the steam passes through the steam control valve to reach the high temperature of 538 ° C. and 100 atg from the steam inlet as described above. Inflow at high pressure. Steam flows in one direction from the inlet, resulting in a steam temperature of 33
It becomes 722 mHg at ℃ and is discharged from the outlet through the blade at the final stage. For the high-low pressure one-piece rotor shaft according to the present invention, forged steel of Ni-Cr-Mo-V low alloy steel is used. The length of the disk at the blade implant portion of the rotor shaft increases as the length of the blade decreases, thereby reducing vibration. The high / low pressure integrated rotor shaft according to the present embodiment has C 0.18 to 0.30 in weight%.
%, Si 0.1% or less, Mn 0.3% or less, Ni 1.
0-2.0%, Cr 1.0-1.7%, Mo 1.0-
It consists of 2.0%, V 0.20 to 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.

【0062】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1基からなる1組の発
電システムを6つ並列に組み合わせた1軸型とした。ま
た、この他にガスタービン1基に対し発電機1基を6つ
並列に組み合わせ、さらに各ガスタービンの排ガスから
得た蒸気を1台の蒸気タービンに導入し、この1台の蒸
気タービンと1台の発電機および前記6組のガスタービ
ンとから構成された多軸型とすることができる。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いる。この
ため、出力調整が容易にでき、需要の変化に即応した中
間負荷火力として最適であり、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ある。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
その影響を局部的にとどめることができ、信頼性の高い
電源である。
The plant is of a single-shaft type in which six sets of a power generation system consisting of a gas turbine, an exhaust heat recovery boiler, a steam turbine, and one generator are combined in parallel. In addition to this, one generator is combined in parallel with one gas turbine, and steam obtained from the exhaust gas of each gas turbine is introduced into one steam turbine. It may be a multi-shaft type composed of a single generator and the six sets of gas turbines. Combined power generation consists of a combination of a gas turbine, which is easy to start and stop in a short time, and a small, simple steam turbine. For this reason, the output can be easily adjusted, and it is most suitable as an intermediate load thermal power that quickly responds to changes in demand, and there is a great merit that it can be economically operated with respect to fluctuations in power generation. The reliability of gas turbines has increased dramatically due to recent technological developments, and the combined cycle power plant has a system composed of a combination of small capacity machines. It is a highly reliable power source that can limit the impact locally.

【0063】本システムにより、従来の火力発電の熱効
率を上回る約52%の熱効率での発電を行なうことがで
きた。また、複数のコンバインドサイクル発電システム
をまとめて一つのプラントとする発電システムの場合、
部分負荷の場合もガスタービンの運転台数を減らすこと
により、運転中の設備を熱効率の高い定格負荷付近で運
転することが可能なため、プラント全体として高い熱効
率を維持することが可能となる。
With this system, it was possible to generate power with a thermal efficiency of approximately 52%, which exceeds the thermal efficiency of conventional thermal power generation. Also, in the case of a power generation system that combines multiple combined cycle power generation systems into one plant,
Even in the case of partial load, by reducing the number of operating gas turbines, it is possible to operate the operating equipment near the rated load with high thermal efficiency, so that it is possible to maintain high thermal efficiency for the entire plant.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上のように、本発明合金は既存単結晶
合金よりも優れた耐食性と、既存単結晶合金のなかでも
良好な部類の耐酸化性、および既存単結晶合金のなかで
もとりわけ高強度とされる合金と同等あるいはそれに近
いクリープ破断強度を兼備している。その結果、従来適
応が困難であった地上発電用高効率ガスタービンのブレ
ードやノズル用等の単結晶鋳造物として、厳しい腐食環
境と高いクリープ応力下での操業が可能となり、従来達
成できなかった熱効率50%以上の高効率コンバインド
サイクル発電システムが得られる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the alloys of the present invention have superior corrosion resistance to existing single crystal alloys, good oxidation resistance among existing single crystal alloys, and particularly high resistance among existing single crystal alloys. It has a creep rupture strength that is equivalent to or close to that of a strength alloy. As a result, as a single crystal casting for blades and nozzles of high-efficiency gas turbines for terrestrial power generation, which was difficult to apply in the past, it became possible to operate in a severe corrosive environment and high creep stress, which was previously unattainable. A highly efficient combined cycle power generation system with a thermal efficiency of 50% or more can be obtained.

【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ブレードの斜視図で
ある。
FIG. 1 is a perspective view of a gas turbine blade according to the present invention.

【図2】本発明に係るガスタービンノズルの斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図3】本発明に係るガスタービンブレードの製造に用
いた中子の正面図である。
FIG. 3 is a front view of a core used for manufacturing a gas turbine blade according to the present invention.

【図4】本発明に係るガスタービンノズルの製造に用い
た中子の正面図である。
FIG. 4 is a front view of a core used for manufacturing the gas turbine nozzle according to the present invention.

【図5】本発明に係るガスタービンブレードの製造方法
を示す、ガスタービンブレード用の鋳型の縦断面図であ
る。
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of a gas turbine blade mold showing a method for manufacturing a gas turbine blade according to the present invention.

【図6】本発明に係るガスタービンノズルの製造方法を
示す、ガスタービンノズル用の鋳型の縦断面図である。
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of a mold for a gas turbine nozzle showing a method for manufacturing a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図7】本発明に係るガスタービンの模式図である。FIG. 7 is a schematic view of a gas turbine according to the present invention.

【図8】本発明に係るコンバインドサイクル発電システ
ムの模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram of a combined cycle power generation system according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 翼部 2 プラットフォーム部 3 シールフィン 4 シャンク部 5 ダブテール部 6 翼部 7,8 サイドウォール 10 鋳型 11 水冷銅チル 12 バイパス部 13 鋳型加熱ヒーター 14 スターター部 15 セレクター部 16 拡大部 30 タービンスタブシャフト 33 タービンブレード 34 タービンディスク 36 コンプレッサディスク 37 コンプレッサブレード 38 タービンスペーサ 39 コンプレッサスタブシャフト 40 ノズル 41 コンプレッサスタッキングボルト 43 タービンスタッキングボルト 49 ディスタントピース 1 Wing Part 2 Platform Part 3 Seal Fin 4 Shank Part 5 Dovetail Part 6 Wing Part 7, 8 Sidewall 10 Mold 11 Water-cooled Copper Chill 12 Bypass Part 13 Mold Heating Heater 14 Starter Part 15 Selector Part 16 Expanding Part 30 Turbine Stub Shaft 33 Turbine blade 34 Turbine disk 36 Compressor disk 37 Compressor blade 38 Turbine spacer 39 Compressor stub shaft 40 Nozzle 41 Compressor stacking bolt 43 Turbine stacking bolt 49 Distant piece

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉置 英樹 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 吉成 明 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 渡部 典行 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hideki Tamaki, Inventor Hideki Tamaki 7-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Ltd. (72) Inventor Akira Yoshinari 7-chome, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Hitachi Ltd., Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Mitsuru Kobayashi 7-1, 1-1 Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Noriyuki Watanabe Hitachi City, Ibaraki Prefecture 7-1-1 Omika-cho, Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重量%で、Cr5.5〜12%,Al
4.5〜6.5%,Ti0.1〜5%,W2〜12%,
Ta2.5〜10%,Mo5.8%以下,Co0.1〜
3%,Re0.1〜4%,Hf0.3%以下および残部
不可避の不純物とNiからなることを特徴とする高耐食
高強度超合金。
1. Cr in an amount of 5.5 to 12% by weight and Al
4.5-6.5%, Ti0.1-5%, W2-12%,
Ta 2.5-10%, Mo 5.8% or less, Co 0.1
A high corrosion-resistant high-strength superalloy comprising 3%, Re 0.1 to 4%, Hf 0.3% or less, and the balance unavoidable impurities and Ni.
【請求項2】 重量%で、Cr7.3〜12%,Al
4.5〜6.5%,Ti0.35%以上1%未満,W2
〜12%、Ta2.5〜10%,Mo3%以下,Co
0.1〜3%,Re0.1〜3.2%,Hf0.13%
以下および残部不可避の不純物とNiからなることを特
徴とする高耐食高強度超合金。
2. Cr in the range of 7.3 to 12% and Al
4.5-6.5%, Ti 0.35% or more and less than 1%, W2
~ 12%, Ta2.5-10%, Mo3% or less, Co
0.1-3%, Re0.1-3.2%, Hf0.13%
A high-corrosion-resistant high-strength superalloy characterized by comprising Ni and the following and the unavoidable impurities.
【請求項3】 重量%で、Nbを3%以下含む請求項1
または2に記載の高耐食高強度超合金。
3. The weight percentage of Nb is 3% or less.
Alternatively, the high corrosion resistance and high strength superalloy according to 2.
【請求項4】 重量%で、Tiを0.7%を超え1%未
満含む請求項1ないし3に記載の高耐食高強度超合金。
4. The high corrosion-resistant high-strength superalloy according to claim 1, which contains Ti in an amount of more than 0.7% and less than 1% by weight.
【請求項5】 重量%で、Tiを0.7%を超え0.9
%以下含む請求項1ないし3に記載の高耐食高強度超合
金。
5. A Ti content of more than 0.7% and 0.9 by weight.
% Or less, the high corrosion resistant high strength superalloy according to claim 1.
【請求項6】 重量%で、Cr7.3〜9%,Al4.
5〜5.5%,Ti0.7%を超え0.9%以下,W
5.5〜7.5%,Ta6.5〜9%,Mo0.5〜2
%,Co0.5〜1.5%,Nb1〜2%,Re1〜2
%,Hf0.01〜0.13%および残部不可避の不純
物とNiからなることを特徴とする高耐食高強度超合
金。
6. A weight percentage of Cr 7.3-9%, Al 4.
5 to 5.5%, Ti over 0.7% and 0.9% or less, W
5.5-7.5%, Ta 6.5-9%, Mo 0.5-2
%, Co 0.5-1.5%, Nb 1-2%, Re 1-2
%, Hf 0.01 to 0.13%, and the balance unavoidable impurities and Ni, a high corrosion resistant high strength superalloy.
【請求項7】 請求項1〜6に記載の合金からなる多結
晶マスターインゴット。
7. A polycrystalline master ingot made of the alloy according to claim 1.
【請求項8】 請求項1〜6に記載の合金を一方向凝固
させてできる、実質的に結晶粒界を有しない高耐食高強
度単結晶鋳造物。
8. A high-corrosion-resistant high-strength single crystal cast, which is obtained by unidirectionally solidifying the alloy according to claim 1 and has substantially no grain boundaries.
【請求項9】 固溶化処理後に存在する未固溶の共晶
γ’相の体積率が5%以下、固溶化+時効後のγ’相の
体積率が50〜70%、および固溶化+時効処理で析出
するγ’相は一辺の長さが1μm以下の立方体または直
方体形状を有することを特徴とする請求項8に記載の高
耐食高強度単結晶鋳造物。
9. The volume ratio of the undissolved eutectic γ ′ phase existing after the solution treatment is 5% or less, the volume ratio of the γ ′ phase after solution + aging is 50 to 70%, and the solution + The high corrosion-resistant high-strength single crystal cast product according to claim 8, wherein the γ'phase precipitated by the aging treatment has a cubic or rectangular parallelepiped shape with a side length of 1 µm or less.
【請求項10】 1040℃、14kgf/mm2での
クリープ破断時間が1000時間以上、および75重量
%Na2SO4−25重量%NaCl混合塩塗布加熱試験
における、900℃、20時間×5サイクル後の最大侵
食深さが0.5mm以下であることを特徴とする請求項
8に記載の高耐食高強度単結晶鋳造物。
10. 1040 ° C., 14 kgf / creep rupture time in mm 2 is 1000 hours or more, and 75 wt% Na 2 SO 4 at -25 wt% NaCl mixed salt coating heat test, 900 ° C., 20 hours × 5 cycles The maximum corrosion depth afterwards is 0.5 mm or less, The high-corrosion-resistant high-strength single crystal casting according to claim 8.
【請求項11】 請求項8〜10の高耐食高強度単結晶
鋳造物からなることを特徴とするガスタービンブレー
ド。
11. A gas turbine blade comprising the high-corrosion-resistant high-strength single crystal cast product according to any one of claims 8 to 10.
【請求項12】 請求項11において、高温ガスの衝突
する翼部、高温ガスをシールするプラットフォーム部と
シールフィン、前記両部を支持するシャンク部およびデ
ィスクに植設する役目をもつダブテール部とを有するガ
スタービンブレード。
12. A wing portion against which high temperature gas collides, a platform portion for sealing high temperature gas and a seal fin, a shank portion for supporting both portions, and a dovetail portion having a role of being planted on a disk. Gas turbine blade having.
【請求項13】 請求項11または12のいずれかにお
いて、長手方向の全長が150mm以上であるガスタービ
ンブレード。
13. The gas turbine blade according to claim 11, wherein the total length in the longitudinal direction is 150 mm or more.
【請求項14】 請求項1ないし6に記載の高耐食高強
度超合金からなるガスタービンブレードの製造法であっ
て、該ブレードがディスクへの固定部となるダブテール
部と、このダブテール部に連なりその側面に一体に突設
された単数または複数のシールフィンを備えたシャンク
部と、このシャンク部に連なる翼部とを備え、前記翼
部、シャンク部およびダブテール部に相当するメーン鋳
型に対して前記シールフィンに連通したバイパス鋳型を
有し、前記メーン鋳型とバイパス鋳型内のNi基合金の
溶湯を同速度で一方的に漸次凝固させ単結晶組織に鋳造
する工程を含むことを特徴とするガスタービンブレード
の製造方法。
14. A method of manufacturing a gas turbine blade made of the high corrosion resistant high strength superalloy according to claim 1, wherein the blade is a dovetail portion fixed to a disk and is connected to the dovetail portion. A shank portion having a single or a plurality of seal fins integrally projecting on its side surface, and a wing portion continuous with the shank portion, and for the main mold corresponding to the wing portion, the shank portion and the dovetail portion. A gas having a bypass mold communicating with the seal fins, and including a step of unilaterally gradually solidifying the melt of the Ni-based alloy in the main mold and the bypass mold at the same speed and casting into a single crystal structure. Turbine blade manufacturing method.
【請求項15】 請求項8〜10の高耐食高強度単結晶
鋳造物からなることを特徴とするガスタービンノズル。
15. A gas turbine nozzle comprising the high corrosion resistant high strength single crystal casting according to claim 8.
【請求項16】 請求項15において、1個の翼部と該
翼部両端に形成されたサイドウォールとを有し、前記翼
部は両端のサイドウォール間が70mm以上、燃焼ガス入
口側から出口側までの長さが100mm以上であるガスタ
ービンノズル。
16. The wing according to claim 15, comprising one wing and sidewalls formed at both ends of the wing, wherein the wing has a distance between the sidewalls of both ends of 70 mm or more and an outlet from a combustion gas inlet side. Gas turbine nozzle whose length to the side is 100 mm or more.
【請求項17】 請求項1ないし6に記載の高耐食高強
度超合金からなるガスタービンノズルの製造法であっ
て、該ノズルが翼部と、該翼部両端に設けられたサイド
ウォールとを備え、前記翼部に相当するメーン鋳型に対
して前記サイドウォールに連通したバイパス鋳型を有
し、前記メーン鋳型とバイパス鋳型内のNi基合金の溶
湯を同速度で一方的に漸次凝固させ単結晶組織に鋳造す
る工程を含むことを特徴とするガスタービンノズルの製
造方法。
17. A method of manufacturing a gas turbine nozzle made of the high corrosion resistant high strength superalloy according to claim 1, wherein the nozzle comprises a blade portion and sidewalls provided at both ends of the blade portion. And a bypass mold communicating with the sidewall with respect to the main mold corresponding to the blade portion, and a single crystal is obtained by unidirectionally gradually solidifying the melt of the Ni-based alloy in the main mold and the bypass mold at the same speed. A method of manufacturing a gas turbine nozzle, comprising the step of casting into a tissue.
【請求項18】 コンプレッサにより圧縮された空気を
燃焼させ、その高温ガスをガスタービンノズルを通し、
複数のディスクに各々植設された請求項11〜13のい
ずれかのガスタービンブレードに衝突させて該ブレード
を回転させるガスタービン。
18. Combusting air compressed by a compressor, and passing the hot gas through a gas turbine nozzle,
A gas turbine which collides with the gas turbine blade according to any one of claims 11 to 13, which is planted in a plurality of disks, to rotate the blade.
【請求項19】 コンプレッサにより圧縮された空気を
燃焼させ、その高温ガスを請求項15または16のいず
れかのガスタービンノズルを通し、複数のディスクに各
々植設されたガスタービンブレードに衝突させて該ブレ
ードを回転させるガスタービン。
19. The air compressed by a compressor is burned, and its hot gas is passed through a gas turbine nozzle according to claim 15 or 16 and collided with gas turbine blades respectively implanted in a plurality of disks. A gas turbine that rotates the blades.
【請求項20】 コンプレッサにより圧縮された空気を
燃焼させ、その高温ガスを請求項15または16のいず
れかのガスタービンノズルを通し、複数のディスクに各
々植設された請求項11〜13のガスタービンブレード
に衝突させて該ブレードを回転させるガスタービン。
20. The gas according to any one of claims 11 to 13, wherein the compressed air is burned by a compressor, and the high temperature gas is passed through the gas turbine nozzle according to any one of claims 15 and 16 and is implanted in a plurality of disks. A gas turbine that collides with a turbine blade to rotate the blade.
【請求項21】 高速で流れる高温ガスによって駆動さ
れるガスタービンと、該ガスタービンの排ガスのエネル
ギーによって水蒸気を得る排熱回収ボイラと、前記水蒸
気によって駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービ
ンおよび蒸気タービンによって駆動される発電機とを備
えた複合発電プラントにおいて、前記ガスタービンに請
求項18〜20に記載のいずれかのガスタービンを用い
ることにより、プラント全体の熱効率が50%以上とな
ることを特徴とするコンバインドサイクル発電システ
ム。
21. A gas turbine driven by high-temperature gas flowing at a high speed, an exhaust heat recovery boiler that obtains steam by the energy of the exhaust gas of the gas turbine, a steam turbine driven by the steam, the gas turbine and steam. In a combined power generation plant including a generator driven by a turbine, by using the gas turbine according to any one of claims 18 to 20 for the gas turbine, the thermal efficiency of the entire plant becomes 50% or more. Characteristic combined cycle power generation system.
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