JPH09170402A - Nozzle for gas turbine and manufacture thereof, and gas turbine using same - Google Patents

Nozzle for gas turbine and manufacture thereof, and gas turbine using same

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JPH09170402A
JPH09170402A JP33149595A JP33149595A JPH09170402A JP H09170402 A JPH09170402 A JP H09170402A JP 33149595 A JP33149595 A JP 33149595A JP 33149595 A JP33149595 A JP 33149595A JP H09170402 A JPH09170402 A JP H09170402A
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JP
Japan
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gas turbine
single crystal
sidewall
nozzle
crystal
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Application number
JP33149595A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideki Tamaoki
英樹 玉置
Akira Yoshinari
明 吉成
Mitsuru Kobayashi
満 小林
Toshiaki Saito
年旦 斉藤
Noriyuki Watabe
典行 渡部
Hiroyuki Doi
裕之 土井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a casting property and heat resisting strength by composing an integrated type gas turbine nozzle having a monocrystal structure at one end of each of its blade part and side wall part, and having a columnar crystal structure solidified in one way or an eqiaxed crystal structure at a contiguous part from the monocrystal structure part. SOLUTION: In a nozzle of a gas turbine for power generation, an internal cooling structure from a cooling air inlet 4 to a cooling hole 5 is an insert type composed of silica as its main gradient, and casting is implemented using same. The nozzle is provided with a blade part 1 subjected to high temp./ pressure gas and side walls 2, 3 at both ends of the part 1, and is composed of an integrated casting, wherein especially, one end of each of the part 1 and the side wall 2 has a monocrystal structure, while a part of the portion except the one end of them has a monocrystal being contiguous from the monocrystal part, and the rest has a columnar crystal structure being solidified in one way in a continuous manner from the monocrystal structure. It is thus possible to improve high temp. strength and manufacture characteristics.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高温でのクリープ
強度及び耐熱疲労性に優れた新規なガスタービン用ノズ
ルに関し、さらに本ノズルを用いた高効率ガスタービン
及び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 relates to a novel gas turbine nozzle excellent in creep strength at high temperature and heat fatigue resistance, and further to a high efficiency gas turbine and a combined cycle power generation system using the nozzle.

【0002】[0002]

【従来の技術】発電用ガスタービンのノズルには、Ni
基又はCo基超合金の普通鋳造品が広く用いられてお
り、最近では、発電効率の向上を目的とした燃焼ガス温
度の上昇に伴って、内部に冷却孔を設けたノズルが主流
となっている。しかし、燃焼ガス温度の上昇に対応し
て、内部冷却を強化するために冷却に用いる圧縮空気の
量をさらに増やすことは、かえって発電効率の低下につ
ながる場合があること、また、翼の表面と内部の間の温
度差が大きくなると熱応力が増大することから、現状以
上の燃焼ガス温度の上昇には内部冷却の強化だけでは対
応できない。そこで、上記のNi基又はCo基超合金の
普通鋳造品より耐熱強度に優れた材料が必要とされてい
る。
2. Description of the Related Art Ni is used in the nozzle of a power generation gas turbine.
Commonly cast base- or Co-base superalloys have been widely used, and recently, as the combustion gas temperature rises for the purpose of improving power generation efficiency, nozzles having cooling holes inside have become the mainstream. There is. However, increasing the amount of compressed air used for cooling to enhance internal cooling in response to the rise in combustion gas temperature may rather lead to a decrease in power generation efficiency. Since the thermal stress increases as the temperature difference between the insides increases, it is not possible to cope with the rise in the combustion gas temperature above the current level only by strengthening the internal cooling. Therefore, there is a need for a material having higher heat resistance than the above-mentioned Ni-based or Co-based superalloy ordinary cast products.

【0003】なお、上記のノズル用Ni基普通鋳造用合
金としては米国特許第4,039,330 号公報或いは米国特許
第4,810,467 号公報に示される合金,ノズル用Co基普
通鋳造用合金としては米国特許第3,383,205 号公報或い
は特開平3−215644 号公報に示される合金等が挙げられ
る。
The above Ni-based ordinary casting alloy for nozzles is the alloy shown in US Pat. No. 4,039,330 or US Pat. No. 4,810,467, and the Co-based ordinary casting alloy for nozzles is US Pat. No. 3,383,205. The alloys and the like shown in the official gazette or Japanese Patent Laid-Open No. 3-215644 are mentioned.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のノズル用のNi
基又はCo超基合金の普通鋳造品よりも耐熱強度の優れ
た材料として、航空機用ガスタービンの動翼又はノズル
で使用されているNi基超合金の柱状晶材及び単結晶材
がある。
Ni for conventional nozzles
Materials having higher heat resistance than ordinary cast base- or Co-base alloys include Ni-base superalloy columnar and single crystal materials used in the blades or nozzles of aircraft gas turbines.

【0005】Ni基超合金の柱状晶材は、主に、米国特
許第3,260,505 号公報に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、下端から漸次凝固させる方法である。こ
の方法により、主応力方向と結晶粒界の方向を平行にす
ることで、クリープ強度の改善が可能である。
The columnar crystal material of Ni-base superalloy is mainly manufactured by the directional solidification method shown in US Pat. No. 3,260,505. This method is a method in which a mold is pulled out from a heated furnace and gradually solidified from the lower end. By this method, the creep stress can be improved by making the principal stress direction parallel to the crystal grain boundary direction.

【0006】この柱状晶材は、特開昭56−108852号公
報,特開平2−153037 号公報及び特開平3−97822号公報
等に示される合金で鋳造される。しかし、これらの従来
の柱状晶用の合金は、結晶粒界の強化のため、B,C,
Zr,Hf等の結晶粒界強化元素を多量に含んでいる。
これらの結晶粒界強化元素は結晶粒界の強度を向上させ
るが、一部はデンドライトアーム間に偏析し、偏析部の
融点を著しく低下させる。そのため、従来の柱状晶用合
金は溶体化熱処理温度を高くすることができず、溶体化
が不十分であったため、耐熱強度を大幅に向上させるこ
とができなかった。さらに、ガスタービン用ノズルの冷
却孔は、セラミック中子を用いて形成されるが、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。中子と合金の熱膨張係数を比較すると、中子
は金属より約一桁小さい値を示すため、合金は、ほとん
ど収縮しない中子を囲んで収縮することになり、冷却過
程で大きな引張応力が発生し、強度の弱い結晶粒界に沿
った凝固割れが発生しやすくなる。この凝固割れは、冷
却効果を高めるため薄肉となる翼部で著しく、航空機用
と比べて大型となる発電用ガスタービンのノズルではよ
り凝固割れが発生し易く、歩留まりが悪くなる。
This columnar crystal material is cast from the alloys shown in JP-A-56-108852, JP-A2-153037 and JP-A-3-97822. However, these conventional alloys for columnar crystals use B, C, and
It contains a large amount of grain boundary strengthening elements such as Zr and Hf.
These crystal grain boundary strengthening elements improve the strength of the crystal grain boundaries, but some segregate between the dendrite arms, and significantly lower the melting point of the segregated portion. Therefore, the conventional alloy for columnar crystals cannot increase the solution heat treatment temperature and the solution treatment is insufficient, so that the heat resistance strength cannot be significantly improved. Further, the cooling hole of the gas turbine nozzle is formed by using a ceramic core, but the molten metal is solidified in a state in which the core is cast, and then cooled to room temperature. Comparing the thermal expansion coefficients of the core and the alloy, the core shows a value that is about an order of magnitude smaller than that of the metal, so the alloy will contract around the core that does not shrink much, and a large tensile stress will be generated during the cooling process. Solidification cracks are likely to occur along the weak grain boundaries. This solidification cracking is remarkable in the thin blade portion to enhance the cooling effect, and the solidification cracking is more likely to occur in the nozzle of the gas turbine for power generation, which is larger than that for aircraft, and the yield deteriorates.

【0007】一方、耐熱強度を大幅に向上させた材料と
して、米国特許第3,494,709 号公報に示される方法で製
造されるNi基超合金の単結晶材があり、航空機用ガス
タービンの動翼及びノズルに適用されている。これに用
いられる合金としては特開昭58−63212 号公報,特公平
2−45694号公報及び特公平3−75619号公報等に示される
合金があるが、これらはいずれも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
ため偏析部の融点が上昇し、完全溶体化熱処理を可能に
している。そのため、この単結晶用合金は、柱状晶用合
金より、40〜50℃高い耐熱強度を有している。しか
し、単結晶用合金は、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。通
常は、結晶粒界があると鋳造後の冷却のみで割れが入る
程度の弱さになる。そのため単結晶用合金を用いて鋳造
したノズルは異結晶のない完全な単結晶にする必要があ
る。しかし、発電用のガスタービンは航空機用と比べて
大型であり、特に形状の複雑なノズルを完全な単結晶に
するのは非常に困難である。
On the other hand, as a material having significantly improved heat resistance, there is a Ni-base superalloy single crystal material manufactured by the method disclosed in US Pat. No. 3,494,709. Has been applied to. As an alloy used for this, JP-A-58-63212, Japanese Patent Publication No.
There are alloys shown in Japanese Patent Publication No. 2-45694 and Japanese Patent Publication No. 3-75619, etc., but these all handle the grain boundary strengthening element as an impurity element, and since the content is minimized, the melting point of the segregation part is Rises, enabling complete solution heat treatment. Therefore, this single crystal alloy has a higher heat resistance strength of 40 to 50 ° C. than the columnar crystal alloy. However, since the alloys for single crystals have the grain boundary strengthening elements reduced as much as possible, the crystal grain boundaries are very weak, and if there are different crystals with different crystal orientations, cracks easily occur at the crystal grain boundaries. Usually, if there is a grain boundary, it becomes weak enough to cause cracking only by cooling after casting. Therefore, it is necessary for the nozzle cast using the alloy for single crystals to be a complete single crystal without foreign crystals. However, a gas turbine for power generation is larger than that for an aircraft, and it is very difficult to form a completely single-crystal nozzle having a complicated shape.

【0008】以上述べたとおり、従来の柱状晶ノズルで
は、冷却効果を高めるために翼部を薄肉化すると凝固割
れが発生しやすくなり、また凝固割れを防止するために
粒界強化元素を多量に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
ができなかった。
As described above, in the conventional columnar crystal nozzle, solidification cracking is likely to occur when the blade portion is thinned in order to enhance the cooling effect, and a large amount of grain boundary strengthening elements is used to prevent solidification cracking. When added, there was a drawback that the strength could not be improved, and the efficiency of the gas turbine could not be improved.

【0009】また、高温強度に優れた単結晶ノズルは、
大型複雑形状品では異結晶が発生しやすいため歩留まり
が悪く、発電用ガスタービンのノズルとしては適用でき
ないため、ガスタービンの効率向上を図ることはできな
かった。
Further, the single crystal nozzle excellent in high temperature strength is
Since large crystals with a complicated shape are likely to produce foreign crystals, the yield is poor and it cannot be applied as a nozzle of a gas turbine for power generation, so that the efficiency of the gas turbine could not be improved.

【0010】本発明の目的は、鋳造性に優れ、しかも耐
熱強度に優れたガスタービン用ノズル及びその製造法と
それを用いたガスタービンを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a gas turbine nozzle excellent in castability and heat resistance, a method for manufacturing the same, and a gas turbine using the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、高温での溶体
化熱処理が可能で、かつガスタービンノズルとして充分
な結晶粒界強度を有する材料組成及びガスタービンノズ
ルの結晶性について検討した結果得られたものである。
本発明は、高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼部の
両端に連結部であるサイドウォールを有するガスタービ
ン用ノズルにおいて、前記翼部及び前記サイドウォール
の一端が単結晶であり、該翼部及び該サイドウォールの
一端を除いた部分の一部が該単結晶部から連続した単結
晶、残部が該単結晶から連続して一方向凝固した柱状晶
である一体の鋳物からなるガスタービン用ノズルにおい
て、従来にない高温強度と製造性を兼ね備えたガスター
ビンノズルが得られることが明らかになった。特に本発
明は、各結晶粒間の方位差を翼部及びサイドウォールの
一部では隣接する結晶粒間の方位差が8度以内、残りの
部分では20度まで許容することができる。
Means for Solving the Problems The present invention was obtained as a result of studying the material composition capable of solution heat treatment at high temperature and having sufficient grain boundary strength as a gas turbine nozzle and the crystallinity of the gas turbine nozzle. It has been done.
The present invention is a gas turbine nozzle having a blade exposed to high-temperature and high-pressure gas and a sidewall that is a connecting portion at both ends of the blade, wherein one end of the blade and the sidewall is a single crystal. A gas turbine made of an integral casting in which a part of a portion excluding one end of the blade and the side wall is a single crystal continuous from the single crystal part, and the rest is a columnar crystal continuously unidirectionally solidified from the single crystal. It has become clear that a gas turbine nozzle that has both high temperature strength and manufacturability that have never been obtained can be obtained. In particular, the present invention can allow the orientation difference between the crystal grains to be within 8 degrees in the part of the wing portion and the side wall and to be 20 degrees in the remaining portion.

【0012】また、連結部であるサイドウォールは、通
常は初段タービンでは翼部の両側にあるが、第二段以降
では片側のみとなる場合がある。この場合は、ノズル
を、前記翼部が単結晶であり、残部が該単結晶から連続
して一方向凝固した柱状晶である一体の鋳物とすること
で、従来にない高温強度と製造性を兼ね備えたガスター
ビンノズルが得られる。
The sidewalls, which are the connecting portions, are usually on both sides of the blade portion in the first stage turbine, but may be on only one side in the second and subsequent stages. In this case, by forming the nozzle into an integral casting in which the wing portion is a single crystal and the rest is a columnar crystal continuously unidirectionally solidified from the single crystal, high temperature strength and manufacturability that have not been obtained in the past can be obtained. A combined gas turbine nozzle can be obtained.

【0013】ガスタービンノズルで最も優れた高温強度
が要求されるのは翼部である。また、サイドウォールの
ような突起部は単結晶化が難しい。そこでサイドウォー
ルの一端の一部又は全部が単結晶であり、翼部が該サイ
ドウォールの一端の単結晶部から連続した単結晶であ
り、該翼部及び該サイドウォールの一端を除いた部分の
一部が該単結晶部から連続した単結晶或いは該単結晶か
ら連続して一方向凝固した柱状晶である一体の鋳物から
なるガスタービン用ノズルが高温強度及び製造性の点で
好ましい。また、サイドウォールの一端の一部又は全部
は、隣接する結晶粒間の方位差が8度以内の柱状晶であ
り、翼部は該サイドウォールの隣接する結晶粒間の方位
差が8度以内の柱状晶から連続して一方向凝固した隣接
する結晶粒間の方位差が8度以内の柱状晶からなり、該
翼部及び該サイドウォールの一端を除いた部分の一部が
該柱状晶部から連続して一方向凝固した隣接する結晶粒
間の方位差が20度以内の柱状晶からなる一体の鋳物で
構成されたガスタービン用ノズルも同様である。
The most important high temperature strength of the gas turbine nozzle is the blade. In addition, it is difficult to single crystallize a protrusion such as a sidewall. Therefore, a part or all of one end of the sidewall is a single crystal, the wing portion is a single crystal continuous from the single crystal portion of the one end of the sidewall, and the wing portion and the one end of the sidewall are excluded. A nozzle for a gas turbine, which is composed of a single crystal that is partially continuous from the single crystal portion or a columnar crystal that is unidirectionally solidified continuously from the single crystal, is preferable in terms of high temperature strength and manufacturability. Further, a part or all of one end of the sidewall is a columnar crystal in which the orientation difference between the adjacent crystal grains is within 8 degrees, and the wing portion has the orientation difference between the adjacent crystal grains in the sidewall within 8 degrees. The columnar crystals are unidirectionally solidified continuously from the columnar crystals of which the orientation difference between adjacent crystal grains is within 8 degrees, and a part of a portion excluding one end of the wing portion and the sidewall is the columnar crystal portion. The same applies to a nozzle for a gas turbine, which is composed of an integral casting made of columnar crystals in which the azimuth difference between adjacent crystal grains that are continuously unidirectionally solidified from is within 20 degrees.

【0014】つまり、翼部は高温強度の点及び薄肉部の
粒界割れ防止の点から隣接する結晶粒間の方位差が8度
以内の柱状晶或いは更に望ましくは完全な単結晶である
必要があるが、翼部ほどの強度が要求されず、さらに厚
肉となるその他の部分は隣接する結晶粒間の方位差が2
0度以内の柱状晶でも構わない。さらに、部分によって
は等軸晶とすることも可能である。
That is, the blade portion must be a columnar crystal having an orientation difference of 8 degrees or less between adjacent crystal grains or, more preferably, a perfect single crystal in view of high temperature strength and prevention of grain boundary cracking in the thin portion. However, the strength of the wing is not required, and the other thicker parts have a difference in orientation between adjacent crystal grains of 2
It may be columnar crystals within 0 degree. Furthermore, it is possible to form equiaxed crystal depending on the part.

【0015】両端にサイドウォールを有するガスタービ
ンノズルをその一端のサイドウォール側からもう一方の
サイドウォールの方向に凝固させる場合、チルプレート
側のサイドウォールの一部又は全部及び翼部を単結晶と
した後、さらに張出し部となる最終凝固部側のサイドウ
ォールの一部又は全部を該単結晶部から連続した単結晶
とするためには、前記単結晶部の少なくとも1か所と前
記最終凝固部側のサイドウォールの間に凝固促進通路を
設けることが効果的である。この凝固促進通路は最終凝
固部側のサイドウォールを単結晶化しない場合でも、ひ
け巣等の鋳造欠陥の防止に有効である。サイドウォール
を翼部の一端にのみ設けたガスタービンノズルにおいて
は、凝固促進通部は翼部或いはセレクタと翼部の間の単
結晶拡大部とサイドウォールの間に設けられる。
When a gas turbine nozzle having sidewalls at both ends is solidified in the direction from the sidewall at one end to the other sidewall, part or all of the sidewalls at the chill plate side and the blade portion are made of a single crystal. After that, in order to make a part or all of the sidewall on the side of the final solidified portion to be the overhanging portion a single crystal continuous from the single crystal portion, at least one portion of the single crystal portion and the final solidified portion are formed. It is effective to provide a solidification promoting passage between the side walls. This solidification promoting passage is effective in preventing casting defects such as shrinkage cavities even when the side wall on the final solidification portion side is not single-crystallized. In the gas turbine nozzle in which the sidewall is provided only at one end of the blade portion, the solidification promoting portion is provided between the sidewall or the single crystal expansion portion between the selector and the blade portion and the sidewall.

【0016】ガスタービン用ノズルにおいては耐熱疲労
性が重要である。これは、両端をサイドウォールで拘束
された形状のガスタービン用ノズルでは、運転中に翼部
のサイドウォールと垂直方向に圧縮応力が働き、運転停
止時に逆に引っ張り応力が作用するためである。これを
解決するためには、少なくとも翼部のみを単結晶化し、
該翼部において、互いに垂直に交わる3つの〈100〉
方向の一つをサイドウォール長手方向に対して垂直方向
に、他の一つをサイドウォール長手方向に対して平行方
向に成長させたガスタービン用ノズルが有効である。こ
れはNi基超合金は〈100〉方向のヤング率が最も小
さいため、最も大きな熱ひずみが発生する方向を〈10
0〉方向としておけば、その方向の熱応力を小さくでき
るためである。通常この結晶方位の制御には、予め結晶
方位を制御した単結晶から成る種結晶をスタータに用い
る。
Thermal fatigue resistance is important in a gas turbine nozzle. This is because in a gas turbine nozzle having both ends constrained by sidewalls, compressive stress acts in the direction perpendicular to the sidewalls of the blades during operation, and tensile stress acts in reverse when operation is stopped. In order to solve this, at least only the wings are single-crystallized,
Three <100> perpendicular to each other in the wing
A gas turbine nozzle in which one of the directions is grown in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the sidewall and the other is grown in a direction parallel to the longitudinal direction of the sidewall is effective. This is because the Ni-based superalloy has the smallest Young's modulus in the <100> direction, so the direction in which the largest thermal strain occurs is <10
This is because if it is set to the 0> direction, the thermal stress in that direction can be reduced. In order to control the crystal orientation, a seed crystal composed of a single crystal whose crystal orientation is controlled in advance is usually used for the starter.

【0017】通常、複数の種結晶を用いて単結晶を鋳造
した場合、それぞれの種から成長した結晶の界面は粒界
となり強度が低下する。しかし、本発明のガスタービン
用ノズルは、隣接する結晶粒間の方位差を翼部では8°
まで、その他の部分では20°まで許容できるため複数の
種結晶から一体の鋳物を製造することが可能である。そ
こで、翼部から大きく張出した二つのサイドウォールを
単結晶化するために、凝固方向を翼部のガス入り口側か
らガス出口側方向または翼部のガス出口側からガス入り
口側方向とし、二つのサイドウォールをそれぞれ別の種
結晶を用いて一方向凝固させることで、翼部を含むでき
るだけ多くの部分を単結晶化することが可能となる。ま
た、一体の鋳物中の翼部を複数有するガスタービン用ノ
ズルにおいても、種結晶を2個以上用いることで複数の
翼を単結晶化することが可能となる。
Usually, when a single crystal is cast using a plurality of seed crystals, the interfaces of the crystals grown from the respective seeds become grain boundaries, and the strength decreases. However, in the gas turbine nozzle of the present invention, the azimuth difference between adjacent crystal grains is 8 ° in the blade portion.
It is possible to manufacture an integral casting from a plurality of seed crystals, since up to 20 ° can be tolerated in other parts. Therefore, in order to single crystallize the two sidewalls that largely overhang from the blade, the solidification direction is either from the gas inlet side of the blade to the gas outlet side or from the gas outlet side of the blade to the gas inlet side. By unidirectionally solidifying the sidewalls by using different seed crystals, it becomes possible to single crystallize as many portions as possible including the wings. Further, also in a gas turbine nozzle having a plurality of blades in a single casting, it is possible to make a plurality of blades into single crystals by using two or more seed crystals.

【0018】本発明のガスタービン用ノズルでは翼部表
面に、耐食性に優れたCr,Al,Yを含有しCoまた
はNiの一方又は両方を残部とする合金層をコーティン
グすることがある。さらに、本発明のガスタービン用ノ
ズルにおいて、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施すことがある。
In the gas turbine nozzle of the present invention, the blade surface may be coated with an alloy layer containing Cr, Al, and Y, which has excellent corrosion resistance, with one or both of Co and Ni as the balance. Further, in the gas turbine nozzle of the present invention, a thermal barrier coating made of a ceramic layer may be applied to the outermost surface of the blade portion and its periphery.

【0019】本発明のガスタービン用ノズルは、溶体化
処理による高温強度の向上が可能で、かつ翼部以外の一
部又は全部に結晶粒界の存在を許容できる。このこと
は、重量%で、Cr2〜25%,Al4〜7%,W2〜
15%,Ti0.5〜5%,Nb0〜3%,Mo0〜6
%,Ta1〜12%,Re0〜4%,Co7.5〜25
%,Fe0.5%以下,C0.20%以下,B0.002
〜0.035%,Hf0〜2.0%,Zr0.02% 以下、
及び40%以上好ましくは45〜85%のNiを含むN
i基合金である鋳物において可能である。
The gas turbine nozzle of the present invention can improve the high temperature strength by the solution treatment and can allow the presence of grain boundaries in a part or all other than the blade portion. This means that by weight%, Cr2 to 25%, Al4 to 7%, W2 to
15%, Ti 0.5-5%, Nb 0-3%, Mo 0-6
%, Ta 1-12%, Re 0-4%, Co 7.5-25
%, Fe 0.5% or less, C 0.20% or less, B 0.002
~ 0.035%, Hf0 ~ 2.0%, Zr0.02% or less,
And N containing 40% or more, preferably 45 to 85% Ni.
This is possible in castings that are i-based alloys.

【0020】特に、初期溶融を実質的に生じること無
く、充分な溶体化処理を行うためには、粒界強化元素を
C0.02%以下,B0.002〜0.035%,Hf0.
1〜1.1%及びZr0〜0.02%で、かつC量とB量
とがA(C0.10%,B 0.002%),B(C0
%,B0.01%),C(C0%,B0.035%),D
(C0.1%,B0.035%)の範囲にあることが好ま
しい。
In particular, in order to carry out a sufficient solution treatment without substantially causing the initial melting, the grain boundary strengthening element is C0.02% or less, B0.002-0.035%, Hf.
1 to 1.1% and Zr 0 to 0.02%, and the amounts of C and B are A (C 0.10%, B 0.002%), B (C0
%, B0.01%), C (C0%, B0.035%), D
It is preferably in the range of (C 0.1%, B 0.035%).

【0021】鋳造時の粒界割れの防止,クリープ強度,
耐熱疲労性,耐食性及び耐酸化性の各特性にバランスの
とれたガスタービン用ノズルには、特に、重量%で、C
r6.0〜9.0%,Al5〜6%,W7〜10%,Ti
0.5〜1%,Mo0.3〜0.7%,Ta2.5〜5.0
%,Re0〜3.2%,Co8〜10.5%,C0.03〜
0.1%,B0.002〜0.035%,Hf0.3〜1.
8%,Zr0.02%以下、及び60%以上好ましくは
65〜70%のNiを含むNi基合金である組成が好適
である。
Prevention of intergranular cracking during casting, creep strength,
Gas turbine nozzles that have well-balanced properties of heat fatigue resistance, corrosion resistance, and oxidation resistance have a C
r6.0-9.0%, Al5-6%, W7-10%, Ti
0.5-1%, Mo 0.3-0.7%, Ta 2.5-5.0
%, Re0 to 3.2%, Co8 to 10.5%, C0.03 to
0.1%, B 0.002-0.035%, Hf 0.3-1.
A Ni-based alloy containing 8%, Zr 0.02% or less, and 60% or more, preferably 65 to 70% Ni is suitable.

【0022】本発明のガスタービン用ノズルは、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
くなり、かつ両端のサイドウォールで拘束されることで
大きな熱応力負荷を受ける初段タービンのノズルに好適
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。
The gas turbine nozzle according to the present invention can be used for any gas turbine having three or four stages of turbines, but in particular, the metal temperature is the highest and is restrained by the sidewalls at both ends. Therefore, it is suitable for the nozzle of the first-stage turbine which is subjected to a large thermal stress load. From the second stage onward, columnar crystals or equiaxed crystals are often used as a whole.

【0023】本発明のガスタービン用ノズルは、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900〜1150
℃で4〜20時間及び760〜900℃で8〜100時
間熱処理を施すのが好適である。
The nozzle for a gas turbine of the present invention is subjected to solution heat treatment for 2 to 60 hours within a range from the solid solution temperature of the precipitated γ'phase of the alloy after casting to the initial melting temperature, and further 900 to 1150.
The heat treatment is preferably performed at 4 ° C. for 20 to 20 hours and at 760 to 900 ° C. for 8 to 100 hours.

【0024】本発明のガスタービン用ノズルは、該ノズ
ル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、
少なくとも翼部のみを単結晶とし、前記翼部以外の部分
の一部を該翼部と連続して一方向凝固した単結晶或いは
該単結晶と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鋳造される。
The gas turbine nozzle of the present invention comprises the steps of setting a mold for forming the nozzle on a water-cooled chill plate, heating the mold to a predetermined temperature in a vacuum heating furnace, and casting. A step of melting the 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,
At least only the wing portion is a single crystal, and a part of the portion other than the wing portion is a unidirectionally solidified single crystal continuous with the wing portion or a columnar crystal continuously unidirectionally solidified with the single crystal. It is cast in the casting process.

【0025】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、翼部が
単結晶化されたことが確認できれば、残部では引出し速
度を20〜45cm/hにすることができる。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。また、柱状晶となる残部については、50cm/hを
超えると柱状晶間の結晶方位の差が20°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20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好ましく
なく、好適には、30〜45cm/hである。
The above-mentioned drawing speed of the mold is preferably set to 15 cm / h or less in the production of the single crystal, and if it is confirmed that the blade portion is single-crystallized, the drawing speed is set to 20 to 45 cm / h in the rest. be able to. They are,
The earlier each can be manufactured, the better, but from the viewpoint of yield, about 10 cm / h is preferable for manufacturing a single crystal. Further, regarding the remaining columnar crystals, when it exceeds 50 cm / h, the difference in crystal orientation between the columnar crystals exceeds 20 ° and further becomes an equiaxed crystal. In order to obtain a good columnar crystal having a crystal orientation difference of 20 degrees or less, it is not preferable that the extraction speed is too slow, and preferably 30 to 45 cm / h.

【0026】本発明は、少なくとも翼部が単結晶であ
り、溶体化熱処理による高温強度の向上が可能で、かつ
翼部以外の一部又は全部に結晶粒界の存在を許容できる
ガスタービン用ノズルであるが、結果としてノズル全体
が単結晶となっても構わない。また、本発明のノズルは
一体の鋳物からなっていることを特徴とする。つまり、
鋳物全体は一つのマスターインゴトを再溶解し、チルプ
レート部から最終凝固部へかけて一方向に連続的に凝固
したものからなり、不連続な凝固、つまり等軸晶の発生
等はできるだけ抑制することが高温強度の点で好まし
い。本発明では、凝固界面の形状を変化させることで、
単結晶部から柱状晶を生成させる。凝固界面の形状は、
鋳型引出し速度,鋳型加熱温度,鋳物断面積及び鋳型断
面積を変化させることで制御できる。この方法で得られ
る柱状晶は、隣接する柱状晶間の結晶方位差が20°以
下の良好な柱状晶である。本発明では、単結晶部と方位
差の少ない柱状晶が得られ、煩雑な接合の工程を含まな
いことに特徴がある。さらに、本発明の組成であれば、
隣接する柱状晶間の結晶方位差を、通常の単結晶合金よ
り大きくできるため、前記の三軸の方位差の制限を緩和
でき、かつ溶体化熱処理を施すことで高強度のノズルを
得ることが可能である。
According to the present invention, at least the blade portion is a single crystal, the high temperature strength can be improved by solution heat treatment, and the existence of crystal grain boundaries in a part or all of the portion other than the blade portion can be allowed to exist. However, as a result, the entire nozzle may be a single crystal. Further, the nozzle of the present invention is characterized by being made of an integral casting. That is,
The entire casting is made by remelting one master ingot and continuously solidifying in one direction from the chill plate to the final solidification part, and discontinuous solidification, that is, generation of equiaxed crystals, etc. is suppressed as much as possible. Is preferable from the viewpoint of high temperature strength. In the present invention, by changing the shape of the solidification interface,
Columnar crystals are generated from the single crystal part. The shape of the solidification interface is
It can be controlled by changing the mold withdrawal speed, mold heating temperature, casting cross section and mold cross section. The columnar crystals obtained by this method are good columnar crystals in which the crystal orientation difference between adjacent columnar crystals is 20 ° or less. The present invention is characterized in that columnar crystals having a small difference in orientation from the single crystal part can be obtained and a complicated joining process is not included. Further, if the composition of the present invention,
Since the crystal orientation difference between adjacent columnar crystals can be made larger than that of a normal single crystal alloy, it is possible to relax the limitation of the above-mentioned triaxial orientation difference, and to obtain a high-strength nozzle by performing solution heat treatment. It is possible.

【0027】本発明の第二発明は、コンプレッサで圧縮
した空気を燃焼器で燃焼させ、該燃焼ガスでタービンデ
ィスクを回転させることで発電機を駆動するガスタービ
ンにおいて、前記ガスタービンは3段以上のタービンを
有し、前記タービンの初段ノズルは、高温高圧ガスにさ
らされる翼部と、該翼部の両端に連結部であるサイドウ
ォールを有し、前記サイドウォールの一端の一部又は全
部が単結晶であり、前記翼部が該サイドウォールの一端
の単結晶部から連続した単結晶であり、該翼部及び該サ
イドウォールの一端を除いた部分の一部又は全部が該単
結晶部から連続した単結晶或いは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からなることを
特徴とするガスタービンである。
A second aspect of the present invention is a gas turbine for driving a generator by burning air compressed by a compressor in a combustor and rotating a turbine disk with the combustion gas, wherein the gas turbine has three or more stages. The first stage nozzle of the turbine has a blade portion exposed to high temperature and high pressure gas, and a sidewall that is a connecting portion at both ends of the blade portion, and a part or all of one end of the sidewall is A single crystal, the wing portion is a single crystal continuous from the single crystal portion at one end of the sidewall, part or all of the portion except the one end of the wing portion and the sidewall from the single crystal portion A gas turbine characterized by comprising a continuous single crystal or an integral casting which is a columnar crystal continuously unidirectionally solidified from the single crystal.

【0028】本発明は、特に燃焼ガス温度は燃焼器で1
500℃以上、初段タービンの入口で1300℃以上で
あり、前記タービンの初段ノズルは、翼部の幅が70mm
以上となる高温大容量の発電用ガスタービンに好適であ
る。これは、ガスタービンが大型になるほどノズル全体
を単結晶化することが困難であり、かつ従来の柱状晶ノ
ズルでは高温強度が不足するためガスタービンの高温化
に対応できないためである。
The present invention is particularly applicable to the combustion gas temperature in the combustor.
500 ° C or higher, 1300 ° C or higher at the inlet of the first-stage turbine, and the first-stage nozzle of the turbine has a blade width of 70 mm.
It is suitable for the high temperature and large capacity gas turbine for power generation as described above. This is because the larger the gas turbine, the more difficult it is to single crystallize the entire nozzle, and the conventional columnar crystal nozzle lacks high-temperature strength, and cannot cope with the high temperature of the gas turbine.

【0029】本発明の第四発明は、高温高圧の燃焼ガス
で駆動されるガスタービンと、該ガスタービンの燃焼排
ガスによって高圧の水蒸気を発生させる排熱回収ボイラ
と、前記高圧水蒸気で駆動される蒸気タービンと、前記
ガスタービン及び蒸気タービンにより駆動される発電機
とを備えたコンパインドサイクル発電プラントにおい
て、前記ガスタービンは3段以上のタービンを有し、前
記燃焼ガス温度は燃焼器で1500℃以上、初段タービ
ンの入口で1300℃以上、最終タービンの出口で56
0℃以上であり、前記排熱回収ボイラで得られる水蒸気
の温度は530℃以上であり、前記蒸気タービンは高低
圧一体型で、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、プラ
ント全体の総合発電効率が45%以上で、前記ガスター
ビンの初段タービンノズルは、翼の幅が100mm以上
で、高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼部の両端に
連結部であるサイドウォールを有し、前記サイドウォー
ルの一端の一部又は全部が単結晶であり、前記翼部が該
サイドウォールの一端の単結晶部から連続した単結晶で
あり、該翼部及び該サイドウォールの一端を除いた部分
の一部又は全部が該単結晶部から連続した単結晶又は該
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
鋳物からなり、前記鋳物は前述のものが用いられる。
A fourth aspect of the present invention is directed to a gas turbine driven by high temperature and high pressure combustion gas, an exhaust heat recovery boiler for generating high pressure steam by combustion exhaust gas of the gas turbine, and driven by the high pressure steam. In a companded cycle power plant including a steam turbine and a generator driven by the gas turbine and the steam turbine, the gas turbine has three or more stages of turbines, and the combustion gas temperature is 1500 ° C. in a combustor. Above, 1300 ℃ or more at the inlet of the first stage turbine, 56 at the outlet of the final turbine
The temperature is 0 ° C. or higher, the temperature of the steam obtained in the exhaust heat recovery boiler is 530 ° C. or higher, the steam turbine is a high-low pressure integrated type, the power generation capacity of the gas turbine is 50,000 KW or higher, and the power generation of the steam turbine is The capacity is 30,000 kW or more, the total power generation efficiency of the entire plant is 45% or more, the first-stage turbine nozzle of the gas turbine has a blade width of 100 mm or more, and the blade portion exposed to high-temperature high-pressure gas, and the blade portion. Has a sidewall that is a connecting portion at both ends, a part or all of one end of the sidewall is a single crystal, and the wing portion is a single crystal continuous from a single crystal portion at one end of the sidewall, A part or all of a portion excluding one end of the wing portion and the sidewall is made of a single crystal that is a single crystal that is continuous from the single crystal portion or a columnar crystal that is unidirectionally solidified continuously from the single crystal, The above Things the foregoing is used.

【0030】ガスタービンのノズルはNi基超合金の融
点以上の温度のガス中で使用される。そのため、ノズル
は通常はコンプレッサの圧縮空気の一部をノズル内部に
導入し、ノズルの表面温度が約1000℃以下になるよ
うに冷却される。この場合、空気はさらに翼表面に設け
られた孔から外部に層状に流出し、表面を冷却する。さ
らに、空気より比熱の大きな媒体を用いてより高い冷却
効率でノズルを冷却することが可能である。この場合、
冷却媒体は閉じた冷却通路の中を循環して使用されるた
め、ノズルには冷却媒体の入口と出口以外に冷却孔は設
けられない。この冷却方式はクローズド冷却方式と呼ば
れ、冷却媒体として蒸気が用いられることが多い。この
クローズド冷却方式では、冷却媒体が外部に漏洩するこ
とは著しい効率の低下につながる。従来のノズルでは、
回転体でないこともあり、亀裂の存在を許容する設計が
行われてきた。しかし、本発明のノズルでは、翼部を単
結晶化し、さらに最も熱疲労の厳しくなる方向を、最も
熱応力が小さくなる〈100〉方位に合わせていること
から、耐熱疲労性に優れ、亀裂が発生しにくい。従っ
て、本発明ノズルはクローズド冷却方式のガスタービン
に好適なノズルと言える。
The nozzle of the gas turbine is used in a gas at a temperature above the melting point of the Ni-base superalloy. Therefore, the nozzle normally introduces a part of the compressed air of the compressor into the nozzle and is cooled so that the surface temperature of the nozzle becomes about 1000 ° C. or less. In this case, the air further flows out in layers from the holes provided on the blade surface to cool the surface. Furthermore, it is possible to cool the nozzle with higher cooling efficiency by using a medium having a larger specific heat than air. in this case,
Since the cooling medium is circulated and used in the closed cooling passage, the nozzle has no cooling holes other than the inlet and the outlet of the cooling medium. This cooling method is called a closed cooling method, and steam is often used as a cooling medium. In this closed cooling system, the leakage of the cooling medium to the outside leads to a significant decrease in efficiency. With conventional nozzles,
Since it is not a rotating body, it has been designed to allow the existence of cracks. However, in the nozzle of the present invention, the blade portion is made into a single crystal, and the direction in which the thermal fatigue is severer is aligned with the <100> orientation in which the thermal stress is the smallest, so that the thermal fatigue resistance is excellent and cracks are generated. Hard to occur. Therefore, it can be said that the nozzle of the present invention is suitable for a closed cooling type gas turbine.

【0031】本発明に係るガスタービン用ノズルは、翼
部を単結晶,翼部以外の一部を一方向凝固柱状晶とし、
柱状晶部の隣接する結晶粒間の結晶方位の差をできるだ
け小さくし、特にその差を20°以内とした。そのた
め、溶体化熱処理が可能なように結晶粒界強化元素の添
加量を少なくしたにもかかわらず、柱状晶部に凝固時の
縦割れが発生しない健全な柱状晶動翼を作製することが
可能となる。
In the gas turbine nozzle according to the present invention, the blade portion is a single crystal, and a part other than the blade portion is a unidirectionally solidified columnar crystal,
The difference in crystal orientation between adjacent crystal grains in the columnar crystal portion was made as small as possible, and particularly the difference was within 20 °. Therefore, it is possible to fabricate a healthy columnar crystal blade in which vertical cracks do not occur in the columnar crystal part during solidification even though the addition amount of the grain boundary strengthening element is reduced to enable solution heat treatment. Becomes

【0032】本発明においてさらに重要な点は、前記の
制御された隣接する結晶粒間の結晶方位差を有するガス
タービン用ノズルにおいて、最適な結晶粒界強化元素の
添加量を見出した点にある。この最適な添加量は、凝固
時の縮割れを防止し、かつ約5%以上の初期溶融を生じ
ることなく約50体積%以上の析出γ′相をγ相中に固
溶させる溶体化熱処理を可能にするという、従来技術で
は合い矛盾する問題を同時に解決するものである。これ
らの結果、歩留まりが高くかつ高いクリープ強度を有す
るガスタービン用ノズルを得ることができる。ここで、
結晶方位の差が20度を越えると、単結晶の強度の10
〜50%程度までにクリープ強度が低下するばかりでな
く、凝固時に結晶粒界に縦割れが発生しやすくなり、歩
留まりが著しく低下する。また、初期溶融量が約8体積
%を超えると、約50体積%以上の析出γ′相をγ相中
に固溶させても、クリープ強度が向上せず、かつ耐熱疲
労特性が著しく低下する。
A further important point in the present invention is that the optimum addition amount of the grain boundary strengthening element was found in the gas turbine nozzle having the above-described controlled crystal orientation difference between adjacent crystal grains. . This optimum addition amount prevents solution cracking during solidification, and a solution heat treatment for solid-solutioning about 50% by volume or more of the precipitated γ'phase in the γ phase without causing initial melting of about 5% or more. In the prior art of enabling it, the contradictory problems are simultaneously solved. As a result, a gas turbine nozzle having a high yield and a high creep strength can be obtained. here,
If the difference in crystal orientation exceeds 20 degrees, the strength of the single crystal becomes 10
Not only does the creep strength decrease to about 50%, but vertical cracks easily occur at the crystal grain boundaries during solidification, resulting in a significant decrease in yield. When the initial melting amount exceeds about 8% by volume, the creep strength is not improved and the thermal fatigue resistance is significantly deteriorated even if about 50% by volume or more of the precipitated γ'phase is dissolved in the γ phase. .

【0033】また、前記の粒界強化元素を含む合金で、
ノズル全体を単結晶とすることも当然可能である。この
ノズルは、結晶粒界強化元素を含まない単結晶専用合金
で鋳造されたものと比べて高温でのクリープ強度は劣る
が、高温になる翼部表面以外では隣接する結晶粒間の方
位差を20°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ノ
ズルでは、抜取り試験では信頼性の確保が難しく、単結
晶ノズル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
粒間の方位差を翼部以外では20°まで許容できるた
め、ノズルの信頼性を大幅に向上でき、高強度ノズルの
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 also possible to make the entire nozzle a single crystal. This nozzle is inferior in creep strength at high temperature compared to that cast with a single crystal alloy that does not contain a grain boundary strengthening element, but the orientation difference between adjacent crystal grains is high except for the surface of the blade where the temperature becomes high. Since it can be up to 20 °, it is possible to greatly simplify the crystal orientation measurement by X-ray, which was necessary in the conventional single crystal blade. 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, with a nozzle for a power generation gas turbine, which has a large blade, it is difficult to secure reliability in a sampling test, which has been a major obstacle in applying the single crystal nozzle to a power generation gas turbine. However, in the present invention, since the misorientation between the adjacent crystal grains can be allowed up to 20 ° except for the blade portion, the reliability of the nozzle can be significantly improved, and the high-strength nozzle can be applied to the gas turbine for power generation. It was

【0034】本発明において、前記結晶粒界強化元素の
最適添加量は以下に示すとおりに決定した。
In the present invention, the optimum addition amount of the grain boundary strengthening element was determined as shown below.

【0035】Hfは凝固時の縦割れの防止に効果がある
と共に、結晶粒界の高温での延性を改善する。しかし、
過剰な添加は凝固時に生成する共晶組識の量を著しく増
大させ、有効な溶体化熱処理を不可能とするため、その
最大添加量は2.0% 以下に限定される。Hfの効果の
一部はZr又はBで代用できるため、Hfを無添加とす
ることもできるが、好適には0.1〜1.1%のHfの添
加が必要である。
Hf has the effect of preventing vertical cracking during solidification and improves the ductility of grain boundaries at high temperatures. But,
Excessive addition markedly increases the amount of eutectic tissue formed during solidification and makes effective solution heat treatment impossible, so the maximum addition amount is limited to 2.0% or less. Since part of the effect of Hf can be substituted with Zr or B, it is possible to add no Hf, but it is preferable to add 0.1 to 1.1% of Hf.

【0036】BとZrは凝固時の縦割れの防止及び結晶
粒界の高温強度の向上に最も効果の高い元素であり、そ
の効果は数十ppm 程度から現出する。しかし、共にNi
と低融点の共晶を生成し、かつNiに対する固溶限が著
しく小さいため、その添加量は厳しく制限される。適正
な添加量は、B:0.002〜0.035%,Zr:0.
02% 以下である。
B and Zr are the most effective elements for preventing vertical cracks during solidification and improving the high temperature strength of crystal grain boundaries, and the effect appears from several tens of ppm. However, both Ni
And eutectic with a low melting point are formed, and the solid solubility limit with respect to Ni is extremely small, so the addition amount is severely limited. The proper addition amount is B: 0.002 to 0.035%, Zr: 0.0.
It is at most 02%.

【0037】Cは炭化物を形成して結晶粒界の高温強度
を向上させる。しかし、過剰に添加すると結晶粒内にも
無用な炭化物を多量に生成し、高温強度をかえって低下
させてしまう。そのため、添加量は0.20% 以下に制
限され、好適には0.03〜0.1% である。
C forms carbides and improves the high temperature strength of grain boundaries. However, if added excessively, a large amount of unnecessary carbides will be generated in the crystal grains, and the high temperature strength will be rather deteriorated. Therefore, the addition amount is limited to 0.20% or less, and preferably 0.03 to 0.1%.

【0038】B及びCの結晶粒界に対する効果の一部は
共通であり、また、相乗の効果を必要とする。このこと
から、凝固時の縦割れの防止,有効な溶体化熱処理の可
否及び高温強度の観点から、C量とB量の関係をA(C
0.10%,B0.002%),B(C0%,B0.01
%),C(C0%,B0.035%),D(C0.1%,
B0.035% )を結ぶ範囲内にすることが好ましい。
Some of the effects of B and C on the grain boundaries are common, and synergistic effects are required. From this, from the viewpoint of prevention of vertical cracks during solidification, availability of effective solution heat treatment, and high-temperature strength, the relationship between the C content and the B content is A (C
0.10%, B0.002%), B (C0%, B0.01)
%), C (C0%, B0.035%), D (C0.1%,
B0.035%) is preferable.

【0039】本発明のガスタービン動翼を構成するNi
基超合金に含まれるその他の元素の効果を次に示す。
Ni constituting the gas turbine rotor blade of the present invention
The effects of other elements contained in the base superalloy are shown below.

【0040】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の析出を助長し、高温強
度の低下を招く。そのため、添加量は7.5〜25% 以
下とし、特に7.5〜10.5%の範囲が好ましく、最適
な添加量は8〜10.5% である。
Co dissolves in the matrix to improve the high-temperature strength and contributes to the improvement of the corrosion resistance. However, if added in excess, it promotes the precipitation of harmful intermetallic compounds, resulting in a decrease in the high-temperature strength. Therefore, the addition amount is set to 7.5 to 25% or less, particularly preferably in the range of 7.5 to 10.5%, and the optimum addition amount is 8 to 10.5%.

【0041】Crは耐食性の向上のための必須元素であ
るが、過剰に添加すると有害な金属間化合物が析出し、
高温強度が著しく低下する。そのため、添加量は2〜2
5%以下とし、特に2〜16%の範囲が好ましく、最適
な添加量は6〜9%である。Al及びTiはNi基超合
金の強化因子であるγ′相すなわちNi3(Ai,Ti)
を析出させるための必須元素であり、発電用ガスタービ
ン用のノズル材として十分な高温強度を得るためには、
Al:1〜7%,Ti:0.5〜5% の添加が必要であ
る。さらに、望ましくはAl:4〜7%,Ti:0.5
〜5% であり、最も好適な範囲はAl:5〜6%,T
i:0.5〜1% である。
Cr is an essential element for improving the corrosion resistance, but if added in excess, harmful intermetallic compounds are precipitated,
The high temperature strength is significantly reduced. Therefore, the addition amount is 2 to 2.
It is set to 5% or less, particularly preferably in the range of 2 to 16%, and the optimum addition amount is 6 to 9%. Al and Ti are the strengthening factors of the Ni-based superalloy, that is, γ'phase, that is, Ni 3 (Ai, Ti)
Is an essential element for precipitating, and to obtain sufficient high temperature strength as a nozzle material for a gas turbine for power generation,
It is necessary to add Al: 1 to 7% and Ti: 0.5 to 5%. Furthermore, it is desirable that Al: 4 to 7% and Ti: 0.5.
~ 5%, the most preferred range is Al: 5-6%, T
i: 0.5 to 1%.

【0042】Nb,Taは析出強化相であるγ′相に固
溶し、高温強度の向上に寄与するが、過剰に添加すると
結晶粒界に偏析し、かえって高温強度を低下させる。添
加量はNb:3%以下,Ta:1〜12%とし、特に、
Taの好適範囲は2.5〜5%である。
Nb and Ta form a solid solution in the γ'phase, which is a precipitation strengthening phase, and contribute to the improvement of high temperature strength. However, if added in excess, they segregate at grain boundaries and rather lower the high temperature strength. The addition amount is Nb: 3% or less and Ta: 1 to 12%.
The preferable range of Ta is 2.5 to 5%.

【0043】W,Mo及びReはマトリックスのγ相を
固溶強化し、特に長時間強度の改善に効果が大きい。し
かし、過剰に添加すると金属間化合物やW,Mo及びR
eの一次固溶体の析出につながり、かえって高温強度を
低下させる。そこで、添加量は、W:2〜15%,M
o:6%以下,Re:4%以下とし、特にW:7〜10
%,Mo0.3〜0.7%以下、Re:0〜3.2% の範
囲が好ましい。
W, Mo and Re solidify the γ phase of the matrix by solid solution and are particularly effective in improving the long-term strength. However, if added excessively, intermetallic compounds, W, Mo and R
e leading to the precipitation of the primary solid solution, which rather reduces the high temperature strength. Therefore, the addition amount is W: 2 to 15%, M
o: 6% or less, Re: 4% or less, especially W: 7 to 10
%, Mo 0.3 to 0.7% or less, Re: 0 to 3.2% is preferable.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】 〔実施例1〕図1は本発明に係る発電用ガスタービン用
ノズルの斜視図である。冷却空気流入口4から冷却孔5
にかけての内部冷却構造は、図2はシリカを主成分とす
る中子の平面図であり、それを用いて鋳造が行われる。
中子は鋳造後にアルカリ溶液で除去される。
Embodiment 1 FIG. 1 is a perspective view of a gas turbine nozzle for power generation according to the present invention. Cooling air inlet 4 to cooling hole 5
FIG. 2 is a plan view of a core containing silica as a main component, and casting is performed using the internal cooling structure up to.
The core is removed with an alkaline solution after casting.

【0045】図3は本発明ノズルを内周側から外周側に
凝固する製造方法を示すための装置の概略図である。外
周側から内周側に凝固させる場合も同じ装置で行うこと
ができる。先ず、水冷銅チルプレート11の上にアルミ
ナを主成分とするセラミック鋳型16を固定する。それ
を鋳型加熱炉18中でNi基超合金の融点以上に加熱す
る。次に、溶解炉19で合金を溶解し、その溶湯をセラ
ミック鋳型16中に鋳込み、約5分間保持後、水冷銅チ
ルプレート11を鋳型加熱炉18から下方に引出し、合
金を一方向凝固させた。一方向凝固では、最初スタータ
12で多くの結晶が発生し、次にセレクタ13で一つの
結晶のみを選択的に成長させ、セレクタより上の部分を
単結晶とする。この単結晶は、拡大部14により拡大さ
れるが、本実施例では、凝固方向に垂直な方向に大きな
張り出し部が存在するため、この拡大部を複数個設け
た。これにより、図4に示すようにサイドウォール2を
完全な単結晶とすることが可能となったが、図5に示す
一部に柱状晶が存在する場合もあった。さらに、場合に
よっては、図5に示すサイドウォール2の端部に等軸晶
が存在するものもあった。図中、SCは単結晶、DSは
柱状晶である。その割合は、完全に単結晶になるもの約
50%、等軸晶の存在するもの約3%である。表1に示
す合金を用いた場合、ノズルにおいては、サイドウォー
ルに柱状晶が存在しても、強度上大きな問題はない。ま
た、実機の運転条件によってはサイドウォールに等軸晶
が存在しても問題にならない場合もある。この場合、翼
部につながる拡大部以外は省略することも可能である
が、サイドウォール2の端部に引き巣が発生しやすくな
るため、拡大部を複数個設けることが歩留まりの点でも
好ましい。外周側のサイドウォール3においては、中心
部は翼部から連続して一方向凝固した単結晶又は柱状晶
とすることは比較的容易である。しかし、サイドウォー
ル3の張出し部を単結晶又は柱状晶とするためには、図
6に示すように凝固促進通路15を設けることが有効で
ある。
FIG. 3 is a schematic view of an apparatus for showing a manufacturing method for solidifying the nozzle of the present invention from the inner peripheral side to the outer peripheral side. The same apparatus can be used to solidify from the outer peripheral side to the inner peripheral side. First, the ceramic mold 16 whose main component is alumina is fixed on the water-cooled copper chill plate 11. It is heated in the mold heating furnace 18 to a temperature above the melting point of the Ni-based superalloy. Next, the alloy was melted in the melting furnace 19, the molten metal was cast into the ceramic mold 16, and after holding for about 5 minutes, the water-cooled copper chill plate 11 was pulled out downward from the mold heating furnace 18 to solidify the alloy in one direction. . In unidirectional solidification, many crystals are first generated in the starter 12, and then only one crystal is selectively grown by the selector 13, and the portion above the selector is made into a single crystal. This single crystal is enlarged by the enlarged portion 14, but in the present embodiment, since there is a large overhang portion in the direction perpendicular to the solidification direction, a plurality of these enlarged portions were provided. As a result, the sidewall 2 can be made into a complete single crystal as shown in FIG. 4, but columnar crystals may exist in a part shown in FIG. Furthermore, in some cases, equiaxed crystals were present at the ends of the sidewall 2 shown in FIG. In the figure, SC is a single crystal and DS is a columnar crystal. The ratio is about 50% for completely becoming a single crystal and about 3% for the presence of equiaxed crystals. When the alloys shown in Table 1 are used, in the nozzle, even if columnar crystals are present in the sidewall, there is no serious problem in strength. Also, depending on the operating conditions of the actual machine, the presence of equiaxed crystals in the sidewall may not cause a problem. In this case, it is possible to omit the parts other than the enlarged part connected to the wing part, but it is easy to cause a hollow at the end of the sidewall 2, so it is preferable to provide a plurality of enlarged parts in terms of yield. In the side wall 3 on the outer peripheral side, it is relatively easy to form a single crystal or columnar crystal in which the central portion is unidirectionally solidified continuously from the blade portion. However, in order to make the overhanging portion of the sidewall 3 a single crystal or a columnar crystal, it is effective to provide the solidification promoting passage 15 as shown in FIG.

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】これは、本発明においては、張出し部を単
結晶化するためのみではなく、柱状晶化するためにも用
いられる。従って、凝固促進通路の起点は単結晶部のみ
でなく、柱状晶部でも構わない。本実施例では、凝固促
進通路はチルプレート側のサイドウォール2の単結晶部
又は柱状晶部からサイドウォール3の張出し部へ複数個
設けた。これにより、約80%以上の歩留まりでサイド
ウォール3全体を単結晶又は柱状晶とすることが可能と
なった。前記のとおり、表1に示す合金であれば、サイ
ドウォール3は柱状晶であっても実機での運転上問題な
い強度を有する。本実施例において、サイドウォール2
及び3の端部も含めてノズル全体が完全な単結晶となっ
たものは全体の約5%であった。この結果は、単結晶専
用合金を用いた場合の歩留まりが約5%であることを示
しており、本実施例においては、表1に示す結晶粒界強
化元素を含む合金を用いることで歩留まりを約70%ま
で改善できた。なお、以上の結晶性は、100%塩酸:
100%過酸化水素水=9:1のエッチング液でマクロ
エッチングして確認した。
In the present invention, this is used not only for single crystallizing the overhanging portion but also for columnar crystallizing. Therefore, the starting point of the solidification promoting passage may be not only the single crystal portion but also the columnar crystal portion. In this embodiment, a plurality of solidification promoting passages are provided from the single crystal portion or columnar crystal portion of the sidewall 2 on the chill plate side to the projecting portion of the sidewall 3. As a result, the entire sidewall 3 can be made into a single crystal or a columnar crystal with a yield of about 80% or more. As described above, with the alloys shown in Table 1, even if the side wall 3 is a columnar crystal, it has a strength that does not cause a problem in operation in an actual machine. In this embodiment, the sidewall 2
Approximately 5% of the entire nozzles, including the end portions of 3 and 3, were completely single crystals. This result indicates that the yield is about 5% when the alloy for exclusive use of the single crystal is used. In this example, the yield is improved by using the alloy containing the grain boundary strengthening element shown in Table 1. I could improve to about 70%. The above crystallinity is 100% hydrochloric acid:
It was confirmed by macro etching with an etching solution of 100% hydrogen peroxide solution = 9: 1.

【0048】なお、鋳型加熱炉18はセラミック鋳型1
6が完全に引出され、凝固が完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2に鋳造条件を示す。鋳型加熱温度は、鋳型16
の中の翼部1に相当する部分に熱電対を挿入して測定し
た。凝固が一方向に進行しやすいように、加熱炉18を
二段加熱方式とし、さらに、下部に仕切り板及び螺旋状
の水冷銅パイプを設置して、凝固界面における温度勾配
が大きくなるようにした。
The mold heating furnace 18 is a ceramic mold 1.
6 was fully drawn out and kept hot until the solidification was complete. Further, all the melting and solidifying steps were performed in vacuum. Table 2 shows the casting conditions. The mold heating temperature is the mold 16
The measurement was performed by inserting a thermocouple into the portion corresponding to the wing portion 1 in the. In order to facilitate solidification in one direction, the heating furnace 18 has a two-stage heating system, and further, a partition plate and a spiral water-cooled copper pipe are installed in the lower part to increase the temperature gradient at the solidification interface. .

【0049】本実施例のノズルの翼部1のサイドウォー
ル間の長さは約100mmである。
The length between the sidewalls of the blade portion 1 of the nozzle of this embodiment is about 100 mm.

【0050】[0050]

【表2】 [Table 2]

【0051】〔実施例2〕表3に示す合金を用いて、実
施例1に示す方法に従って発電用ガスタービン用ノズル
を鋳造した。図4に示すようにこのノズルは翼部1とサ
イドウォール2が完全に単結晶で、サイドウォール3中
には隣接する結晶粒間の方位差が20°以内の柱状晶が
一部に存在した。また、結晶粒界に沿った鋳造割れは認
められなかった。
Example 2 Using the alloys shown in Table 3, a gas turbine nozzle for power generation was cast according to the method shown in Example 1. As shown in FIG. 4, in this nozzle, the wing portion 1 and the sidewall 2 were completely single crystals, and in the sidewall 3, there were some columnar crystals in which the orientation difference between adjacent crystal grains was within 20 °. . Further, no casting crack along the crystal grain boundary was observed.

【0052】上記のノズルに、真空中で1250〜12
80℃、4〜12hの溶体化熱処理を施した。この熱処
理により、5%以上の初期溶融を生じることなく、体積
率で50〜90%の領域の粗大な析出γ′相を溶体化す
ることができた。溶体化熱処理後、1000〜1150
℃で2〜10h及び800〜950℃で4〜50hの二
段時効熱処理を行い、γ′相が溶体化された領域に粒径
が約0.5μm の微細なγ′相を析出させた。このノズ
ルの翼部から応力軸と〈100〉方位の方位差が10°
以内になるように、厚さ2.5mm ,幅4mm,平行部長2
00mmの板状試験片を採取し、ノズルのクリープ強度を
評価した。
The above nozzle was placed in a vacuum at 1250-12
The solution heat treatment was performed at 80 ° C. for 4 to 12 hours. By this heat treatment, the coarse precipitation γ ′ phase in the region of 50 to 90% by volume could be solutionized without causing the initial melting of 5% or more. After solution heat treatment, 1000-1150
A two-step aging heat treatment was performed at 2 ° C. for 2 to 10 hours and at 800 to 950 ° C. for 4 to 50 hours to deposit a fine γ ′ phase having a grain size of about 0.5 μm in the region where the γ ′ phase was solutionized. The azimuth difference between the stress axis and the <100> direction is 10 ° from the blade of this nozzle.
2.5mm in thickness, 4mm in width and 2 in parallel section length
A 00 mm plate-shaped test piece was sampled and the creep strength of the nozzle was evaluated.

【0053】図7は溶体化処理を施したノズルのクリー
プ破断時間とγ′相との関係を示す線図であり、溶体化
熱処理を施さないものと比べて約1.5〜2.5倍に向上
した。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the creep rupture time of the solution-treated nozzle and the γ'phase, which is about 1.5 to 2.5 times that of the nozzle without solution heat treatment. Improved.

【0054】[0054]

【表3】 [Table 3]

【0055】なお、従来の柱状晶用の鋳造法では各柱状
晶の成長方向と垂直方向の結晶方位を制御できなかった
ため、隣接する結晶粒間の方位差が大きい(約20°以
上)粒界で鋳造時に粒界割れが発生し、歩留まりが悪か
った。本発明の方法では、凝固開始部を単結晶とするこ
とで、この単結晶を種にして柱状晶を成長させるため、
柱状晶部においても、隣接する結晶粒間の方位差を20
°以内とすることが可能なため、粒界割れは発生せず、
高強度ノズルを高い歩留まりで製造することが可能とな
った。この結果、従来の柱状晶ノズルと比べて歩留まり
が15%から70%と約5倍向上するとともに、溶体化
処理を施すことで、1040℃,14kgf/mm2 の条件
のクリープ破断時間が翼部で193hから456hと2
倍以上向上した。また、本発明ノズルのサイドウォール
部の一部は柱状晶であるが、溶体化熱処理を施すこと
で、柱状晶部のクリープ破断時間も従来の柱状晶ノズル
の約2倍となる。
Since the conventional casting method for columnar crystals could not control the crystal orientations of the columnar crystals in the direction perpendicular to the growth direction, the grain boundary with a large orientation difference (about 20 ° or more) between adjacent crystal grains. Therefore, grain boundary cracking occurred during casting, and the yield was poor. In the method of the present invention, by making the solidification start portion a single crystal, to grow a columnar crystal using this single crystal as a seed,
Even in the columnar crystal portion, the orientation difference between adjacent crystal grains is 20
Since it can be within °, grain boundary cracking does not occur,
It has become possible to manufacture high-strength nozzles with high yield. As a result, the yield is improved by about 5 times from 15% to 70% as compared with the conventional columnar crystal nozzle, and the solution treatment is performed, and the creep rupture time under the conditions of 1040 ° C. and 14 kgf / mm 2 is From 193h to 456h and 2
More than doubled. Further, although a part of the sidewall portion of the nozzle of the present invention is columnar crystal, the creep rupture time of the columnar crystal portion is about twice that of the conventional columnar crystal nozzle by performing the solution heat treatment.

【0056】本発明ノズルと単結晶ノズルを比較する
と、本発明ノズルは高温クリープ強度では単結晶ノズル
に劣っている。しかし、本発明ノズルは結晶粒界強化元
素を含有しているため、翼部以外の部分では結晶粒界の
存在を許容できる。従って、結晶粒界の存在を許容でき
ない従来の単結晶ノズルと比べて製造歩留まりが飛躍的
に向上する。また、本発明ノズルの柱状晶部の700℃
付近の引張り強度は単結晶ノズルより約1割高かった。
これは、柱状晶の結晶粒界が引張り強度の向上に寄与し
ているものと考えられるが、サイドウォール部に要求さ
れるのは高温でのクリープ強度ではなく700℃付近の
温度領域での引張り強度であるため、翼部を単結晶,翼
部以外を柱状晶とする構造は、発電用ガスタービン用ノ
ズルとして極めて有効であると言える。
Comparing the nozzle of the present invention with the single crystal nozzle, the nozzle of the present invention is inferior to the single crystal nozzle in high temperature creep strength. However, since the nozzle of the present invention contains the crystal grain boundary strengthening element, the existence of the crystal grain boundary can be allowed in the portion other than the blade portion. Therefore, the manufacturing yield is dramatically improved as compared with the conventional single crystal nozzle in which the existence of crystal grain boundaries cannot be tolerated. Further, the columnar crystal portion of the nozzle of the present invention is 700 ° C.
The tensile strength in the vicinity was about 10% higher than that of the single crystal nozzle.
It is considered that the grain boundaries of the columnar crystals contribute to the improvement of the tensile strength, but what is required for the sidewall portion is not the creep strength at high temperature but the tensile strength in the temperature range near 700 ° C. Because of its strength, it can be said that the structure in which the blade portion is a single crystal and the portion other than the blade portion is a columnar crystal is extremely effective as a gas turbine nozzle for power generation.

【0057】表4に本発明ノズルと従来ノズルの鋳造条
件及び合金組成を示す。
Table 4 shows casting conditions and alloy compositions of the nozzle of the present invention and the conventional nozzle.

【0058】[0058]

【表4】 [Table 4]

【0059】〔実施例3〕実施例2において、粒界強化
元素を含む本発明ノズルに溶体化熱処理を行えたのは
C,B,Hf,Zrの添加量を制御し、共晶組織の融点
を上昇させるためである。以下に結晶粒界の強度を維持
しながら、共晶組織の融点を上昇させる方法について述
べる。
Example 3 In Example 2, the solution heat treatment was performed on the nozzle of the present invention containing the grain boundary strengthening element by controlling the addition amounts of C, B, Hf and Zr and melting point of the eutectic structure. Is to raise. The method of increasing the melting point of the eutectic structure while maintaining the strength of the grain boundaries will be described below.

【0060】従来の粒界強化元素を含む合金は、C,
B,Hf,Zr等を多量に含んでおり、共晶部の融点が
低いため十分な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:7.5〜10.5% 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% Zr:0〜0.02% Hf:0.1〜1.1% を含むNi基の合金について、合金のC量とB量の割合
を変化させ、初期溶融を体積率で5%以上生じること無
く体積率で50%以上の析出γ′相をγ相中に固溶させ
る溶体化熱処理が可能で、かつ鋳造時に粒界割れの生じ
ない組成を検討した。なお、検討は実際に図1に示す形
状のノズルを鋳造して行った。
Conventional alloys containing grain boundary strengthening elements are C,
Since a large amount of B, Hf, Zr, etc. are contained and the melting point of the eutectic part is low, sufficient solution heat treatment cannot be performed. Therefore,
By weight, Cr: 2.0 to 16.0% Co: 7.5 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% Zr: 0 to 0.02% Hf: Ni containing 0.1 to 1.1% For the base alloy, a solution that changes the ratio of the C content and the B content of the alloy to form a solid solution of 50% or more by volume of precipitated γ'phase in the γ phase without causing initial melting by 5% or more by volume. A composition that enables chemical heat treatment and does not cause intergranular cracking during casting was investigated. The examination was conducted by actually casting a nozzle having the shape shown in FIG.

【0061】初期溶融を体積率で5%以上生じること無
く、体積率で50%以上の析出γ′相をγ相中に固溶さ
せるためには、C量を0.2% 以下、B量を0.035
% 以下にする必要があった。しかし、この範囲では、
隣接する結晶粒間の方位差がランダムである通常の柱状
晶ノズルを鋳造した場合、サイドウォールの端部を除い
てほぼ全面に粒界割れが発生した。代表的な粒界割れの
形態を図8に示す。
In order to form a solid solution of 50% or more by volume of precipitated γ'phase in the γ phase without causing initial melting of 5% or more by volume, C content is 0.2% or less and B content is B content. To 0.035
It had to be below%. But in this range,
When an ordinary columnar crystal nozzle in which the orientation difference between adjacent crystal grains was random was cast, grain boundary cracking occurred on almost the entire surface except for the end portions of the sidewalls. A typical morphology of intergranular cracks is shown in FIG.

【0062】次に、実施例1に示す方法でノズルを鋳造
した。この場合、中子を鋳ぐるんで凝固し、かつ薄肉と
する翼部では、図9に示すように、チルプレート側サイ
ドウォールとも隣接する結晶粒間の方位差が8°以内で
あれば粒界割れは発生しなかった。また、サイドウォー
ル部では隣接する結晶粒間の方位差が20°以内であれ
ば粒界割れが発生しなかった。
Next, a nozzle was cast by the method shown in Example 1. In this case, as shown in FIG. 9, in the blade portion where the core is cast around to solidify and has a thin wall, as shown in FIG. No cracking occurred. Further, in the sidewall portion, grain boundary cracking did not occur if the orientation difference between adjacent crystal grains was within 20 °.

【0063】さらに、C量を0.025%以下、B量を
0.005%以下としたところ、通常の柱状晶ノズルで
はサイドウォールの端部を含む全面で粒界割れが発生し
た。実施例1に示す方法で鋳造したノズルでは、サイド
ウォール部においては、隣接する結晶粒間の方位差が2
0°以内であっても8°以上の場合は粒界割れが発生し
た。翼部では隣接する結晶粒間の方位差が5°以内であ
れば粒界割れは発生しなかった。
Further, when the C content was 0.025% or less and the B content was 0.005% or less, grain boundary cracking occurred in the entire surface including the end portions of the sidewalls in the ordinary columnar crystal nozzle. In the nozzle cast by the method described in Example 1, the orientation difference between adjacent crystal grains is 2 in the sidewall portion.
Even if it was within 0 °, grain boundary cracking occurred at 8 ° or more. No grain boundary cracking occurred in the blade portion if the difference in orientation between adjacent crystal grains was within 5 °.

【0064】初期溶融した部分が体積率5%を超える
と、1040℃,14kgf/mm2 のクリープ破断時間が
300hに満たなかった。また、溶体化された析出γ′
相の量が体積率で50%以下の場合も300hに満たな
かった。また、C量が0.1%以上では、初期溶融を体
積率で5%以上生じること無く、体積率で50%以上の
析出γ′相をγ相中に固溶させても破断時間が300h
を下回る場合があった。以上の結果をまとめて図10に
示す。この図から、高温強度に優れかつ粒界割れを生じ
ないノズルは、翼部を隣接する結晶粒間の方位差が8°
以内の柱状晶、サイドウォールを隣接する結晶粒間の方
位差が20°以内の柱状晶とし、C量とB量をA(C
0.10%,B0.002%),B(C0%,B0.01
%),C(C0%,B0.035%),D(C0.1%,B
0.035%)の範囲にすることで製造できることがわか
る。
When the volume fraction of the initially melted portion exceeded 5%, the creep rupture time at 1040 ° C. and 14 kgf / mm 2 was less than 300 hours. Also, the solutionized precipitate γ ′
Even when the volume ratio of the phases was 50% or less, it was less than 300 hours. When the amount of C is 0.1% or more, the initial melting does not occur in 5% or more by volume ratio, and even if the precipitated γ'phase of 50% or more in volume ratio is dissolved in the γ phase, the breaking time is 300 h.
Sometimes fell below. The above results are shown together in FIG. From this figure, it can be seen that the nozzle, which has excellent high temperature strength and does not cause intergranular cracking, has an orientation difference of 8 ° between the crystal grains adjacent to the blade.
The columnar crystals within, the side wall is a columnar crystal in which the orientation difference between adjacent crystal grains is within 20 °, and the amount of C and the amount of B are A (C
0.10%, B0.002%), B (C0%, B0.01)
%), C (C0%, B0.035%), D (C0.1%, B
It can be seen that it can be manufactured by setting the range to 0.035%).

【0065】〔実施例4〕実施例1では、ノズルをサイ
ドウォール長手方向と直角方向に凝固させる。この場
合、成長方向が〈100〉方向となり、この方向がノズ
ルの最も熱応力の厳しい方向と一致するため熱応力を緩
和する上で都合が良い。しかし、鋳造の観点からは、凝
固方向に対して直角方向への張出し部が多いため凝固が
不連続になりやすく、等軸晶及び引け巣の発生等の問題
がある。そこで、本実施例では、ノズルをサイドウォー
ル長手方向と平行方向に凝固させた。凝固方向は翼部の
ガス入口側からガス出口側とし、図11に示すように熱
応力の最も厳しくなるサイドウォール長手方向と直角方
向に〈100〉方向を合わせるため、種結晶を用いて鋳
造した。また、凝固方向にはもう一つの〈100〉方向
を合わせた。鋳造方案を図12に示す。拡大部は三つに
分け、張出し部には凝固促進通路を設けた。本方案で
は、実施例1に示す方法と比べて、サイドウォール部の
結晶欠陥発生率が低下した。
[Embodiment 4] In Embodiment 1, the nozzle is solidified in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the sidewall. In this case, the growth direction is the <100> direction, and this direction coincides with the direction of the nozzle where the thermal stress is the most severe, which is convenient for relaxing the thermal stress. However, from the viewpoint of casting, since there are many overhangs in the direction perpendicular to the solidification direction, solidification is likely to be discontinuous, and there are problems such as equiaxed crystals and shrinkage cavities. Therefore, in this example, the nozzle was solidified in the direction parallel to the longitudinal direction of the sidewall. The solidification direction was from the gas inlet side of the blade to the gas outlet side, and as shown in FIG. 11, casting was performed using a seed crystal in order to align the <100> direction with the direction perpendicular to the sidewall longitudinal direction where the thermal stress becomes the most severe. . The <100> direction was set to the solidification direction. The casting method is shown in FIG. The enlarged part was divided into three parts, and the overhang part was provided with a coagulation accelerating passage. In this method, the crystal defect occurrence rate in the sidewall portion was lower than that in the method shown in Example 1.

【0066】〔実施例5〕図13は一体の鋳物中に翼部
が二つある例のノズルの斜視図である。このタイプのノ
ズルは、翼部が一枚のノズルと比べて、凝固方向と垂直
方向の張出し部が非常に大きくなるため、従来の方法で
は単結晶化が非常に難しい。そこで、図14に示すよう
に、鋳造方向をサイドウォール長手方向に垂直方向と
し、種結晶を各翼部の下に設けた。種結晶の方位は凝固
方向を〈100〉方向、サイドウォール長手方向と平行
方向をもう一方の〈100〉方向とした。鋳造に用いた
合金の組成は表1に示したものと同一である。複数個の
種結晶を用いて鋳造した場合、異なる種結晶を核とした
結晶粒同士の界面は結晶粒界となる。これは、一方向凝
固法で大型品を鋳造する場合、凝固中に凝固方向と垂直
方向の方位が徐々に回転してしまうためで、結晶方位を
正確に合わせた種結晶を複数個用いた場合でも合体部の
方位差を3°以内程度に収めることは難しい。このた
め、結晶粒界の存在を許容できない、従来の単結晶合金
では、このように種結晶を複数個用いて鋳造することは
非常に難しい。しかし、種結晶を一つとすると、張出し
部で異結晶が発生しやすくなり、翼部のみを単結晶化す
ることも難しい。従って、従来法では少なくとも翼部を
単結晶とする、一体の鋳物中に翼部が複数個有る大型発
電用ガスタービン用ノズルの製造は困難であった。しか
し、本発明では、隣接する結晶粒間の方位差を8°ま
で、特にサイドウォールにおいては20°まで許容でき
るため、複数個の種結晶を用いることで、少なくとも翼
部のみを単結晶とする大型ノズルの製造が可能となっ
た。また、翼部が一つのノズルにおいても、本発明の方
法によれば種結晶を複数個用いて張出し部を単結晶化す
ることが可能である。
[Embodiment 5] FIG. 13 is a perspective view of a nozzle having two blades in a single casting. This type of nozzle has a very large overhang portion in the direction perpendicular to the solidification direction as compared with a nozzle having a single blade, and thus it is very difficult to single crystallize by the conventional method. Therefore, as shown in FIG. 14, the casting direction was perpendicular to the longitudinal direction of the sidewall, and the seed crystal was provided under each blade. The orientation of the seed crystal was such that the solidification direction was the <100> direction and the direction parallel to the longitudinal direction of the sidewall was the other <100> direction. The composition of the alloy used for casting is the same as that shown in Table 1. When casting is performed using a plurality of seed crystals, the interface between the crystal grains having different seed crystals as nuclei becomes a grain boundary. This is because when casting a large product by the unidirectional solidification method, the orientation in the direction perpendicular to the solidification direction gradually rotates during solidification. However, it is difficult to keep the orientation difference of the united part within about 3 °. For this reason, it is very difficult to cast using a plurality of seed crystals as described above in a conventional single crystal alloy in which the existence of crystal grain boundaries cannot be tolerated. However, if there is only one seed crystal, a different crystal is likely to be generated in the overhang portion, and it is difficult to make only the blade portion into a single crystal. Therefore, according to the conventional method, it is difficult to manufacture a nozzle for a large-scale gas turbine for power generation, in which at least the blade portion is made of a single crystal and a plurality of blade portions are included in an integral casting. However, in the present invention, the orientation difference between adjacent crystal grains can be allowed up to 8 °, and particularly up to 20 ° in the sidewall. Therefore, by using a plurality of seed crystals, at least only the blade portion is made to be a single crystal. It has become possible to manufacture large nozzles. Further, even in the case of a nozzle having one wing portion, according to the method of the present invention, the overhang portion can be made into a single crystal by using a plurality of seed crystals.

【0067】図15は二つの種結晶から成長した単結晶
の結晶粒界の強度を評価するために、厚さ15mmの二結
晶平板を鋳造した平面図である。試験片切り出し方向は
図10に示すように結晶粒界と垂直方向及び平行方向と
した。また、試験に用いた二結晶平板の凝固方向の結晶
方位の差は1°以内であった。
FIG. 15 is a plan view in which a two-crystal flat plate having a thickness of 15 mm is cast in order to evaluate the strength of the crystal grain boundary of a single crystal grown from two seed crystals. The test piece was cut out in a direction perpendicular to and parallel to the crystal grain boundaries as shown in FIG. Further, the difference in crystal orientation in the solidification direction of the two-crystal flat plate used in the test was within 1 °.

【0068】試験に用いた合金の組成を表5に示す。こ
のうち、比較合金は特公平3−75619号公報に示された単
結晶合金で、特公平3−75619号公報に示された熱処理を
施した。本発明合金の熱処理条件は、真空中で1250
〜1280℃,4〜20hの溶体化熱処理後、1000
〜1150℃で2〜10h及び800〜950℃で4〜
50hの二段時効熱処理とした。試験結果を表6に示
す。この結果から、本発明合金は結晶方位の差が20°
までは大幅な強度低下が認められないのに対して、単結
晶合金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。
Table 5 shows the composition of the alloy used in the test. Among them, the comparative alloy is a single crystal alloy disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-75619, and the heat treatment described in Japanese Patent Publication No. 3-75619 was applied. The heat treatment condition of the alloy of the present invention is 1250 in vacuum.
After solution heat treatment at 1280 ° C. for 4 to 20 hours, 1000
~ 1150 ° C for 2-10h and 800-950 ° C for 4 ~
It was a two-step aging heat treatment for 50 hours. Table 6 shows the test results. From this result, the alloy of the present invention has a difference in crystal orientation of 20 °.
It is found that the comparative alloy, which is a single crystal alloy, cannot tolerate even a slight difference in crystal orientation, while no significant decrease in strength is observed.

【0069】[0069]

【表5】 [Table 5]

【0070】[0070]

【表6】 [Table 6]

【0071】〔実施例6〕本発明のガスタービンノズル
として次の請求項に該当する前述と同様に製造される。
[Embodiment 6] A gas turbine nozzle of the present invention is manufactured in the same manner as described above corresponding to the following claims.

【0072】図16は請求項3に該当するもの、図17
は請求項4に該当するもの、図18は請求項6に該当す
るもの、図19は請求項7に該当するもの、図20は請
求項8に該当するもの、図21は請求項10に該当する
もの、図22は請求項11に該当するもの、図23は請
求項13に該当するものである。
FIG. 16 corresponds to claim 3, and FIG.
18 corresponds to claim 6, FIG. 18 corresponds to claim 6, FIG. 19 corresponds to claim 7, FIG. 20 corresponds to claim 8, and FIG. 21 corresponds to claim 10. 22 corresponds to claim 11, and FIG. 23 corresponds to claim 13.

【0073】〔実施例7〕図24はガスタービン回転部
分の断面図である。30はタービンスタブシャフト、3
3はタービン動翼、40はタービンノズル、43はター
ビンスタッキングボルトである。本発明のガスタービン
は一軸型のスタッキング式ロータからなり、コンプレッ
サディスク36が17段あり、またタービンディスク3
4は3段である。初段及び第二段タービンの動翼及びノ
ズルは空冷式である。燃焼器はバースフロー形でスロッ
トクール式で16缶ある。圧縮機の圧縮比は14:1
で、出口温度は400℃である。燃焼器での燃焼ガス温
度は1475℃で、タービン入口でのガス温度は135
0℃である。
[Embodiment 7] FIG. 24 is a sectional view of a rotating portion of a gas turbine. 30 is a turbine stub shaft, 3
3 is a turbine rotor blade, 40 is a turbine nozzle, and 43 is a turbine stacking bolt. The gas turbine of the present invention is composed of a single-axis type stacking rotor, has 17 stages of compressor disks 36, and has a turbine disk 3
4 is 3 steps. The blades and nozzles of the first-stage and second-stage turbines are air-cooled. The combustor is a verse-flow type slot cool type with 16 cans. The compression ratio of the compressor is 14: 1
And the outlet temperature is 400 ° C. The combustion gas temperature at the combustor is 1475 ° C, and the gas temperature at the turbine inlet is 135
0 ° C.

【0074】ディスタントピース49,タービンディス
ク34,スペーサ48,スタッキングボルト43は重量
で、C:0.01〜0.05%,Si:0.10〜0.30
%,Mn0.10〜0.30%,Cr:13.0〜19.0
%,Fe:35.0〜45.0%,Mo:0.1〜1.0
%,Nb:2.0〜4.0%,Ti:1.0〜2.5%,A
l:0.1〜0.3%,Co:0.1〜0.9%,残部Ni
からなるNi基超合金が用いられる。本実施例における
特性として、引張り強さが100〜115kgf/mm2
0.2% 耐力80〜90kgf/mm2、伸び率10〜25
%,絞り率35〜65%であった(いずれも538℃の
値)。
The weight of the distant piece 49, turbine disk 34, spacer 48, and stacking bolt 43 is C: 0.01 to 0.05%, Si: 0.10 to 0.30.
%, Mn 0.10 to 0.30%, Cr: 13.0 to 19.0
%, Fe: 35.0-45.0%, Mo: 0.1-1.0
%, Nb: 2.0 to 4.0%, Ti: 1.0 to 2.5%, A
l: 0.1 to 0.3%, Co: 0.1 to 0.9%, balance Ni
A Ni-based superalloy consisting of is used. Tensile strength of 100 to 115 kgf / mm 2 ,
0.2% yield strength 80-90 kgf / mm 2 , elongation 10-25
%, And the draw ratio was 35 to 65% (all values at 538 ° C.).

【0075】タービンノズル40は3段有るが、そのう
ちの初段に本発明品を適用した。初段ノズルは一つの翼
部が一つの鋳造品からなるタイプで全部で82枚ある
が、その内の4枚に実施例1に示したセレクタ法で製造
したノズル、他の4枚に実施例4に示した種結晶法で製
造したノズルを適用した。このうち、種結晶法で製造し
たノズルはサイドウォール長手方向と平行方向に一方向
凝固させ、凝固方向の方位を〈100〉方位とし、サイ
ドウォール長手方向に垂直方向の方位を〈100〉とした
ものと〈110〉としたものを2枚ずつとした。また、
セレクタ法で製造したノズルはサイドウォールまで完全
に単結晶としたもの1枚、外周側のサイドウォールの一
部を柱状晶とした2枚、外周側のサイドウォールの一部
が柱状晶でかつ内周側及び外周側のサイドウォールの端
部に等軸晶が存在するもの1枚とした。合金は表7中の
合金Eを用い、熱処理条件は、真空中で1250〜12
80℃,4〜20h後水冷+1080℃−4h後空冷+
871℃−20h後空冷とした。第二段のノズルはサイ
ドウォールが片側のみにあるタイプであるが、この内の
8枚に翼部が単結晶で、サイドウォールの一部を柱状晶
としたノズルを用いた。このノズルはセレクタ法で鋳造
し、翼部側からサイドウォール方向に一方向凝固させ
た。合金は表7中の合金Fを用いた。第三段のノズルも
片持ち式であり、表7中の合金Fの等軸晶を用いた。第
二,第三ノズルの熱処理条件は、1230℃−2h後空
冷+1080℃−4h後空冷+871℃−20h後空冷
とした。
The turbine nozzle 40 has three stages, and the product of the present invention was applied to the first stage of them. There are a total of 82 first-stage nozzles, each of which consists of a single casting with one blade, four of which are nozzles manufactured by the selector method shown in Example 1, and the other four are those of Example 4. The nozzle manufactured by the seed crystal method shown in FIG. Among these, the nozzle manufactured by the seed crystal method was unidirectionally solidified in a direction parallel to the longitudinal direction of the sidewall, the solidification direction was <100> orientation, and the vertical direction to the sidewall longitudinal direction was <100>. Two pieces each, one with <110> and one with <110>. Also,
Nozzle manufactured by the selector method has one complete single crystal up to the side wall, two nozzles with part of the outer peripheral side wall having columnar crystals, and part of the outer peripheral side wall with columnar crystal One sheet having equiaxed crystals at the end portions of the sidewalls on the circumferential side and the outer circumferential side was used. As the alloy, alloy E in Table 7 was used, and the heat treatment conditions were 1250 to 12 in vacuum.
80 ℃, water cooling after 4 ~ 20h + 1080 ℃ -4h after air cooling +
It was air-cooled after 871 ° C. for 20 hours. The second stage nozzle is of a type in which the sidewall is only on one side, but a nozzle in which the blade portion is a single crystal and a portion of the sidewall is a columnar crystal is used for eight of these. This nozzle was cast by the selector method and solidified in one direction in the sidewall direction from the blade side. As the alloy, the alloy F in Table 7 was used. The third stage nozzle was also a cantilever type, and the equiaxed crystal of alloy F in Table 7 was used. The heat treatment conditions of the second and third nozzles were air cooling after 1230 ° C.-2 hours + air cooling after 1080 ° C.-4 hours + air cooling after 871 ° C.-20 hours.

【0076】[0076]

【表7】 [Table 7]

【0077】タービン動翼33は3段あるが、そのうち
の初段(翼長235mm)には表7中の合金Eの鋳造した
単結晶翼を用いた。熱処理条件は初段ノズルと同一とし
た。また、第二段動翼(翼長280mm)及び第三段動翼
(翼長350mm)には0.07%C−6.0%Cr−9.3
%Co−0.5%Mo−8.4%W−2.9%Re−3.4
%Ta−5.7%Al−0.7%Ti−0.015%B−
0.005%Zr−1.4%Hf−残部Ni(重量%)の
合金で鋳造した柱状晶翼を用いた。熱処理条件は108
0℃−4h後空冷+871℃−20h後空冷とした。
The turbine rotor blade 33 has three stages, of which the first stage (blade length 235 mm) was a cast single crystal blade of alloy E in Table 7. The heat treatment conditions were the same as for the first stage nozzle. In addition, the second stage rotor blade (wing length 280 mm) and the third stage rotor blade
(Wing length 350mm) 0.07% C-6.0% Cr-9.3
% Co-0.5% Mo-8.4% W-2.9% Re-3.4
% Ta-5.7% Al-0.7% Ti-0.015% B-
A columnar crystal blade cast from an alloy of 0.005% Zr-1.4% Hf-balance Ni (weight%) was used. The heat treatment condition is 108
It was air-cooled after 0 ° C.-4 hours and air-cooled after 871 ° C.-20 hours.

【0078】本実施例によって得られる発電出力は60
MWで、熱効率は34%以上の高いものが得られる。
The power generation output obtained by this embodiment is 60
With MW, thermal efficiency as high as 34% or more can be obtained.

【0079】本実施例のガスタービンを約1年後に定期
点検し、初段に適用した本発明ノズルの損傷状況を調査
した。本発明ノズルと同時に使用されていた0.15%
C−20%Co−23%Cr−2%W−0.01%B−
0.5%Fe−3.7%Ti−1.0%Nb−1.4%Ta
−1.9%Al−残部Ni(重量%)の組成の等軸晶ノ
ズルは、翼部にサイドウォールと垂直方向の割れが多数
あり、一部はサイドウォールまで達していた。この割れ
は熱応力により生じたものと考えられる。これに対し
て、本発明ノズルのうち、セレクタ法で作成したもの及
び種結晶法で作成し、サイドウォール長手方向に垂直方
向方位を〈100〉としたものには約1年間の使用後も
割れがまったく存在しなかった。また、柱状晶及び等軸
晶の存在するサイドウォール部にも割れは見つからなか
った。しかし、サイドウォール長手方向に垂直方向方位
を〈110〉としたものには翼部にごく少数の割れが見
つかった。以上の結果は、翼部を単結晶とし、サイドウ
ォール長手方向と垂直方向方位を〈100〉とした本発
明ノズルの優れた耐熱応力性を示したものであり、さら
に温度が翼部ほど高温とならないサイドウォール部には
柱状晶又は等軸晶が存在しても実機運転上なんら問題無
いことを示している。図25に本発明ノズルに用いた表
7中の合金Eの高温低サイクル疲労試験結果を示す。こ
の結果から、結晶方位が等しい場合は単結晶と柱状晶の
疲労寿命はほぼ同一であり、このことから最も熱応力の
高くなる方向を〈100〉方向としておけば、柱状晶で
も単結晶と同等の疲労寿命が得られることがわかる。
The gas turbine of this example was periodically inspected about one year later, and the damage condition of the nozzle of the present invention applied to the first stage was investigated. 0.15% used at the same time as the nozzle of the present invention
C-20% Co-23% Cr-2% W-0.01% B-
0.5% Fe-3.7% Ti-1.0% Nb-1.4% Ta
In the equiaxed crystal nozzle having a composition of -1.9% Al-the balance Ni (% by weight), the blade portion had many cracks in the vertical direction with respect to the sidewall, and part thereof reached the sidewall. It is considered that this crack was caused by thermal stress. On the other hand, among the nozzles of the present invention, those prepared by the selector method and those prepared by the seed crystal method and having the vertical azimuth of <100> in the longitudinal direction of the sidewall were cracked even after about 1 year of use. Did not exist at all. Further, no crack was found in the sidewall portion where columnar crystals and equiaxed crystals exist. However, a very small number of cracks were found on the wings in the case where the vertical direction was <110> in the longitudinal direction of the sidewall. The above results show the excellent thermal stress resistance of the nozzle of the present invention in which the blade portion is made of a single crystal and the longitudinal direction of the sidewall and the vertical direction are <100>. It shows that even if columnar crystals or equiaxed crystals are present in the side wall portions that do not exist, there is no problem in actual operation. FIG. 25 shows the high temperature low cycle fatigue test results of alloy E in Table 7 used in the nozzle of the present invention. From these results, when the crystal orientations are the same, the fatigue lives of the single crystal and the columnar crystals are almost the same. Therefore, if the direction with the highest thermal stress is set to the <100> direction, the columnar crystals are equivalent to the single crystal. It can be seen that the fatigue life of is obtained.

【0080】〔実施例8〕図26は実施例6のガスター
ビンと蒸気タービンを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. 26 is a schematic diagram showing a single-shaft combined cycle power generation system using a gas turbine and a steam turbine of Embodiment 6 together.

【0081】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%より高い
約46%以上の高熱効率が可能となる。
When power is generated 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 high thermal efficiency of approximately 46% or higher, which is higher than the thermal efficiency of 40% in the case of the conventional steam turbine alone.

【0082】まず空気が吸気フィルタと蒸気サイレンサ
を通ってガスタービンの空気圧縮機に入る。ここで約1
4倍に圧縮され約400℃となった空気は低NOxタイ
プの燃焼器に導かれる。燃焼器では、この圧縮空気に燃
料を噴射し、1470℃の高温高圧ガスとし、このガス
がタービンで仕事をすることで動力が発生する。
First, air enters the air compressor of the gas turbine through the intake filter and the steam silencer. About 1 here
The air that has been compressed four times and reached about 400 ° C. is introduced into a low NOx type combustor. In the combustor, fuel is injected into the compressed air to generate a high temperature and high pressure gas of 1470 ° C., and this gas works in a turbine to generate power.

【0083】タービンから排出された530℃以上の排
ガスは、排気サイレンサを通って排熱回収ボイラへ送ら
れ、この熱エネルギーから530℃以上の高圧水蒸気が
得られる。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脚集合体の高
さ約200mの煙突から外部に排出される。排熱回収ボ
イラで発生した高圧及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 at 530 ° C. or higher discharged from the turbine is sent to the exhaust heat recovery boiler through the exhaust silencer, and high-pressure steam at 530 ° C. or higher is obtained from this thermal energy. This boiler is provided with a denitration device by dry ammonia catalytic reduction. The exhaust gas is discharged to the outside from a stack of tripods having a height of about 200 m. High-pressure and low-pressure steam generated in the exhaust heat recovery boiler is sent to a steam turbine composed of a high-low pressure integrated rotor.

【0084】蒸気タービンで仕事をした蒸気は、復水器
で真空脱気された復水になり、復水ポンプで昇圧され給
水となってボイラに送られる。ガスタービンと蒸気ター
ビンは一つの発電機の両端から発電機を駆動して発電す
る。このような複合発電システムに用いられるガスター
ビンの高温部の冷却には、通常の圧縮空気の他に、蒸気
タービンで利用される蒸気を用いることがある。蒸気は
空気と比較して比熱が大きくかつ軽いため、空気と比べ
て冷却効率が高い。この場合、効率向上のため蒸気は閉
じられた空間の中を循環するシステムが形成され、動翼
及びノズルは空冷のように冷却孔を持たないクローズド
タイプとなる。実施例6中に示したとおり、本発明ノズ
ルは熱疲労によるクラックが発生しにくいため、クロー
ズドタイプのノズルとして好適である。
The steam that has worked in the steam turbine becomes condensed water that has been degassed in a vacuum in the condenser, is pressurized by the condensate pump, and is supplied to the boiler as feed water. The gas turbine and the steam turbine drive the generator from both ends of one generator to generate electricity. For cooling the high temperature part of the gas turbine used in such a combined cycle power generation system, steam used in a steam turbine may be used in addition to ordinary compressed air. Since steam has a larger specific heat and is lighter than air, it has a higher cooling efficiency than air. In this case, in order to improve efficiency, a system in which steam circulates in a closed space is formed, and the blades and nozzles are of a closed type having no cooling holes like air cooling. As shown in Example 6, the nozzle of the present invention is less likely to cause cracks due to thermal fatigue, and is therefore suitable as a closed type nozzle.

【0085】このコンバインド発電システムはガスター
ビンが60MW、蒸気タービンが30MWの発電を行
う。本システムは同等の発電容量の蒸気タービンと比べ
てコンパクトとなるので、蒸気タービンより安価で製造
可能である。
In this combined power generation system, the gas turbine generates 60 MW and the steam turbine generates 30 MW. Since this system is more compact than a steam turbine of the same power generation capacity, it can be manufactured at a lower cost than a steam turbine.

【0086】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100atg ,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が図れ
る。単機出力の増加に対応して最終段動翼の翼長を30
インチ以上に増大し、蒸気流量を増加させた。
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 raised to 100 atg and the temperature is increased to 538 ° C. Can be increased. The blade length of the final stage rotor blade is set to 30 in response to the increase in single machine output.
Increased to more than an inch and increased steam flow rate.

【0087】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動翼を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
り前述のごとく、蒸気圧力100atg 、温度を538℃
で流入する。蒸気は入口より一方向に流れ、蒸気圧力7
22mmHg、蒸気温度33℃となって最終段動翼後部の
蒸気出口より排出される。本発明に係る高低圧一体型ロ
ータシャフトはNi−Cr−Mo−V低合金鋼が用いら
れる。ロータシャフトの動翼植込み部はダブティル状と
なっており、ロータシャフトより切削加工される。ダブ
ティル部の長さは動翼が短いほど長くなり、振動を低減
するようになっている。
The steam turbine according to the present invention is provided with 13 or more stages of moving blades planted in the high and low pressure integrated rotor shaft, and the steam passes through the steam control valve from the steam inlet to the steam pressure of 100 atg, as described above. Temperature is 538 ℃
Flows in. Steam flows in one direction from the inlet, and steam pressure is 7
22 mmHg and steam temperature 33 ° C., and the gas is discharged from the steam outlet at the rear of the final stage moving blade. Ni-Cr-Mo-V low alloy steel is used for the high-low pressure integrated rotor shaft according to the present invention. The rotor blade embedded portion of the rotor shaft has a dovetail shape and is cut from the rotor shaft. The length of the dovetail portion becomes longer as the moving blade becomes shorter, so that the vibration is reduced.

【0088】本実施例に係る高低圧一体型ロータシャフ
トはC:0.18〜0.30%,Si:0.1%以下,M
n0.3%以下,Ni:1.0〜2.0%,Cr:1.0〜
1.7%,Mo:1.0〜2.0%,V:0.20〜0.3
0%,残部Feよりなり、900〜1050℃で水噴霧冷
却によって焼き入れ後、650〜680℃で焼き戻しさ
れる。
The high / low pressure integrated rotor shaft according to this embodiment has C: 0.18 to 0.30%, Si: 0.1% or less, M
n 0.3% or less, Ni: 1.0 to 2.0%, Cr: 1.0 to
1.7%, Mo: 1.0 to 2.0%, V: 0.20 to 0.3
It consists of 0% and balance Fe, and is quenched by water spray cooling at 900 to 1050 ° C, and then tempered at 650 to 680 ° C.

【0089】プラントの構成は、ガスタービン,蒸気タ
ービン及び発電機を一軸とした一軸型の他に、ガスター
ビン一機に対して発電機1台の組合せを複数組み設置
し、さらに複数機のガスタービンの排ガスを一機の蒸気
タービンに集合し、一機の蒸気タービンで1台の別の発
電機を駆動する多軸形とすることもできる。
The plant configuration is not limited to a uniaxial type in which a gas turbine, a steam turbine and a generator are uniaxial, and a plurality of combinations of one generator is installed for one gas turbine, and a plurality of gas generators are installed. It is also possible to collect the exhaust gas of the turbine into one steam turbine and use the one steam turbine to drive one different generator to form a multi-shaft type.

【0090】複合発電システムは、短時間で起動可能な
ガスタービンと小型で単純な構造の蒸気タービンの組合
せで成り立っており、このため、出力調整が容易で、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 cycle power generation system consists of a combination of a gas turbine that can be started in a short time and a steam turbine that is small and has a simple structure. Therefore, output adjustment is easy, and intermediate load thermal power that responds quickly to changes in demand. As is the best.

【0091】ガスタービンの信頼性は、最近の技術の発
展により飛躍的に向上しており、また、複合発電プラン
トは、小容量機の組合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止めるこ
とができる。
The reliability of the gas turbine has been dramatically improved due to the recent development of technology, and since the combined cycle power plant has a system composed of a combination of small capacity machines, a failure should occur. However, the effect can be stopped locally.

【0092】[0092]

【発明の効果】本発明によれば、優れた高温強度を有す
る大型ノズルを高い歩留まりで製造することが可能とな
る。従って、燃焼ガス温度の上昇による発電効率の向上
或いはノズルの長寿命化によるプラントの信頼性向上等
の顕著な効果が発揮される。
According to the present invention, it becomes possible to manufacture a large-sized nozzle having excellent high temperature strength with a high yield. Therefore, remarkable effects such as improvement of power generation efficiency due to increase of combustion gas temperature or improvement of plant reliability due to extension of nozzle life are exhibited.

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

【図1】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視図。FIG. 1 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図2】本実施例に示す冷却孔作製用の中子の平面図。FIG. 2 is a plan view of a core for producing cooling holes according to this embodiment.

【図3】本発明に係るガスタービン用ノズルを製造する
装置の概略を示す構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an outline of an apparatus for manufacturing a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図4】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視図。FIG. 4 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図5】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視図。FIG. 5 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図6】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視図。FIG. 6 is a perspective view of a nozzle for a gas turbine according to the present invention.

【図7】本発明によって得られたノズルと従来ノズルの
高温強度を示す比較図。
FIG. 7 is a comparative diagram showing high temperature strength of a nozzle obtained according to the present invention and a conventional nozzle.

【図8】従来の柱状晶ノズルに見られた粒界割れの状況
を示すスケッチ図。
FIG. 8 is a sketch diagram showing a state of intergranular cracking observed in a conventional columnar crystal nozzle.

【図9】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視図。FIG. 9 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図10】合金の初期溶融を生じることなく析出γ′相
を溶体化でき、かつ粒界割れの起こらないC量とB量の
関係を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the amount of C and the amount of B in which the precipitated γ ′ phase can be solutionized without causing initial melting of the alloy and grain boundary cracking does not occur.

【図11】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視
図。
FIG. 11 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図12】本発明において、凝固方向をサイドウォール
長手方向と平行方向とした場合の鋳造法案を示す構成
図。
FIG. 12 is a configuration diagram showing a casting method plan in the case where the solidification direction is parallel to the sidewall longitudinal direction in the present invention.

【図13】本発明において、一つの鋳物中に翼部を二枚
有する構造のノズルの斜視図。
FIG. 13 is a perspective view of a nozzle having a structure having two blades in one casting according to the present invention.

【図14】本発明において、一つの鋳物中の翼部を二枚
有する構造のノズルの鋳造法案を示す構成図。
FIG. 14 is a configuration diagram showing a casting method of a nozzle having a structure having two blades in one casting in the present invention.

【図15】本実施例に示す、結晶粒界の強度を評価する
ために用いた二結晶平板と試験片の採取方向を示した概
略図。
FIG. 15 is a schematic view showing a two-crystal flat plate used to evaluate the strength of a crystal grain boundary and a sampling direction of a test piece shown in this example.

【図16】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視
図。
FIG. 16 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図17】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視
図。
FIG. 17 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図18】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視
図。
FIG. 18 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図19】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視
図。
FIG. 19 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図20】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視
図。
FIG. 20 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図21】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視
図。
FIG. 21 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図22】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視
図。
FIG. 22 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図23】本発明に係るガスタービン用ノズルの斜視
図。
FIG. 23 is a perspective view of a gas turbine nozzle according to the present invention.

【図24】本実施例に係るガスタービンの構成図。FIG. 24 is a configuration diagram of a gas turbine according to the present embodiment.

【図25】本実施例に示す、単結晶と柱状晶の高温低サ
イクル疲労強度の比較図。
FIG. 25 is a comparison diagram of high temperature low cycle fatigue strength of a single crystal and a columnar crystal shown in this example.

【図26】本実施例に係る複合発電プラントの構成図。FIG. 26 is a configuration diagram of a combined cycle power plant according to the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…翼部、2…サイドウォール(内周側)、3…サイド
ウォール(外周側)、4…冷却空気流入口、5…冷却
孔、11…水冷銅チルプレ〜ト、12…スタータ、13
…セレクタ、14…拡大部、15…凝固促進通路、16
…セラミック鋳型、17…押湯部、18…鋳型加熱炉、
19…溶解炉、20…真空ポンプ、21…粒界割れ、2
2…種結晶、23…結晶粒界、24…平行方向試験片、
25…垂直方向試験片、26…結晶1の方位、27…結
晶2の方位、28…結晶1と結晶2の方位差、30…タ
ービンスタブシャフト、33…タービン動翼、34…タ
ービンディスク、36…コンプレッサディスク、37…
コンプレッサ動翼、38…コンプレッサスタッキングボ
ルト、39…コンプレッサスタブシャフト、40…ター
ビンノズル、43…タービンスタッキングボルト、48
…スペーサ、49…ディスタントピース。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wing part, 2 ... Side wall (inner peripheral side), 3 ... Side wall (outer peripheral side), 4 ... Cooling air inlet, 5 ... Cooling hole, 11 ... Water-cooled copper chill plate, 12 ... Starter, 13
... selector, 14 ... enlarged part, 15 ... coagulation accelerating passage, 16
… Ceramic molds, 17… feeders, 18… Mold heating furnaces,
19 ... Melting furnace, 20 ... Vacuum pump, 21 ... Intergranular crack, 2
2 ... Seed crystal, 23 ... Crystal grain boundary, 24 ... Parallel direction test piece,
25 ... Vertical test piece, 26 ... Crystal 1 orientation, 27 ... Crystal 2 orientation, 28 ... Crystal 1 and crystal 2 orientation difference, 30 ... Turbine stub shaft, 33 ... Turbine blade, 34 ... Turbine disk, 36 … Compressor disk, 37…
Compressor blade, 38 ... Compressor stacking bolt, 39 ... Compressor stub shaft, 40 ... Turbine nozzle, 43 ... Turbine stacking bolt, 48
… Spacer, 49… Distant piece.

───────────────────────────────────────────────────── 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 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 (72)発明者 土井 裕之 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Todan Saito 7-1, 1-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Noriyuki Watanabe Seven-mika-cho, Oita, Ibaraki 1-1-1, Hitachi Ltd., Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Hiroyuki Doi 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Ltd. Hitachi Factory

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼部
の両端に連結部であるサイドウォールを有するガスター
ビン用ノズルにおいて、前記翼部及び前記サイドウォー
ルの一端が単結晶であり、残部が前記単結晶から連続し
た部分に一方向凝固した柱状晶又は等軸晶を有する一体
の鋳物からなることを特徴とするガスタービン用ノズ
ル。
1. A gas turbine nozzle having a blade portion exposed to high-temperature high-pressure gas and a sidewall that is a connecting portion at both ends of the blade portion, wherein one end of the blade portion and the sidewall is a single crystal, A nozzle for a gas turbine, characterized in that the balance is made of an integral casting having columnar crystals or equiaxed crystals that are unidirectionally solidified in a portion continuous from the single crystal.
【請求項2】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼部
の両端に連結部であるサイドウォールを有するガスター
ビン用ノズルにおいて、前記翼部及び前記サイドウォー
ルの一端が隣接する結晶粒間の方位差が8度以内の柱状
晶であり、残りの部分が隣接する結晶粒間の方位差が2
0度以内の柱状晶からなることを特徴とするガスタービ
ン用ノズル。
2. A gas turbine nozzle having a blade exposed to high-temperature and high-pressure gas and a sidewall that is a connecting portion at both ends of the blade, and between the crystal grains in which one end of the blade and the sidewall are adjacent to each other. Is a columnar crystal having an orientation difference of 8 degrees or less, and the remaining portion has an orientation difference of 2 between adjacent crystal grains.
A nozzle for a gas turbine, which is composed of columnar crystals within 0 degree.
【請求項3】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼部
の一端に連結部であるサイドウォールを有するガスター
ビン用ノズルにおいて、前記翼部が単結晶であり、残部
が前記単結晶から連続した一方向凝固した柱状晶を有す
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
ノズル。
3. A gas turbine nozzle having a blade portion exposed to high-temperature and high-pressure gas, and a sidewall that is a connecting portion at one end of the blade portion, wherein the blade portion is a single crystal and the rest is a single crystal. A nozzle for a gas turbine, which is composed of an integral casting having continuous unidirectionally solidified columnar crystals.
【請求項4】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼部
の一端に連結部であるサイドウォールを有するガスター
ビン用ノズルにおいて、前記翼部が隣接する結晶粒間の
方位差が8度以内の柱状晶であり、残りの部分が隣接す
る結晶粒間の方位差が20度以内の柱状晶からなること
を特徴とするガスタービン用ノズル。
4. A gas turbine nozzle having a blade portion exposed to high-temperature and high-pressure gas and a sidewall that is a connecting portion at one end of the blade portion, wherein the orientation difference between the crystal grains adjacent to the blade portion is 8 degrees. Nozzle for a gas turbine, characterized in that the remaining portion is a columnar crystal having an orientation difference of 20 degrees or less between adjacent crystal grains.
【請求項5】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼部
の両端に連結部であるサイドウォールを有するガスター
ビン用ノズルにおいて、前記サイドウォールの一端の中
央部が単結晶で、両端部が柱状晶及び等軸晶の少なくと
も一方であり、前記翼部が前記サイドウォールの単結晶
部から連続した単結晶であり、他端のサイドウォールが
前記翼部から連続した一方向凝固した柱状晶及び等軸晶
の少なくとも一方を有す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ノズル。
5. A gas turbine nozzle having a blade portion exposed to high-temperature and high-pressure gas and a sidewall as a connecting portion at both ends of the blade portion, wherein a central portion of one end of the sidewall is a single crystal, and both end portions are formed. Is at least one of a columnar crystal and an equiaxed crystal, the wing portion is a single crystal continuous from the single crystal portion of the sidewall, and the other sidewall is a unidirectionally solidified columnar crystal continuous from the wing portion. And a gas turbine nozzle made of an integral casting having at least one of equiaxed crystals.
【請求項6】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼部
の両端に連結部であるサイドウォールを有するガスター
ビン用ノズルにおいて、前記サイドウォールの一端中央
部が隣接する結晶粒間の方位差が8度以内の柱状晶で、
両端部角部が等軸晶であり、前記翼部は該サイドウォー
ルの隣接する結晶粒間の方位差が8度以内の柱状晶から
連続して一方向凝固した隣接する結晶粒間の方位差が8
度以内の柱状晶からなり、他端のサイドウォールの中央
部が前記翼部から連続して一方向凝固した隣接する結晶
粒間の方位差が20度以内の柱状晶でその両端部角部が
等軸晶からなることを特徴とする一体の鋳物で構成され
たガスタービン用ノズル。
6. A gas turbine nozzle having a blade portion exposed to high-temperature high-pressure gas, and sidewalls that are connecting portions at both ends of the blade portion. Columnar crystals with a difference of 8 degrees or less,
The corner portions at both ends are equiaxed crystals, and the wing portion has a misorientation between adjacent crystal grains which is unidirectionally solidified continuously from columnar crystals in which the adjoining crystal grains of the sidewall are within 8 degrees. Is 8
Columnar crystals of which the orientation difference between adjoining crystal grains is 20 degrees or less. A nozzle for a gas turbine, which is composed of an integral casting and is made of an equiaxed crystal.
【請求項7】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼部
の一端に連結部であるサイドウォールを有するガスター
ビン用ノズルにおいて、前記翼部が単結晶であり、前記
サイドウォールの中央部が前記単結晶部から連続した単
結晶から連続して一方向凝固した柱状晶で、角部が等軸
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
ビン用ノズル。
7. A gas turbine nozzle having a blade portion exposed to high-temperature and high-pressure gas and a sidewall that is a connecting portion at one end of the blade portion, wherein the blade portion is a single crystal, and a central portion of the sidewall. Is a columnar crystal that is unidirectionally solidified continuously from a single crystal that is continuous from the single crystal part, and is made of an integral casting in which the corners are equiaxed crystals.
【請求項8】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼部
の一端に連結部であるサイドウォールを有するガスター
ビン用ノズルにおいて、前記翼部は隣接する結晶粒間の
方位差が8度以内の柱状晶からなり、前記サイドウォー
ルの中央部が前記翼部から連続して一方向凝固した隣接
する結晶粒間の方位差が20度以内で柱状晶で、角部が
等軸晶からなる一体の鋳物で構成されていることを特徴
とするガスタービン用ノズル。
8. A gas turbine nozzle having a blade portion exposed to high-temperature high-pressure gas and a sidewall as a connecting portion at one end of the blade portion, wherein the blade portion has an orientation difference of 8 degrees between adjacent crystal grains. Columnar crystals within, the central portion of the side wall is columnar crystals with an orientation difference of 20 degrees or less between adjacent crystal grains continuously unidirectionally solidified from the wing portion, and corner portions are equiaxed crystals. A nozzle for a gas turbine, which is characterized by being formed of an integral casting.
【請求項9】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼部
の両端に連結部であるサイドウォールを有し、チルプレ
ート側のサイドウォールの一部又は全部及び前記翼部が
単結晶であり、最終凝固部側のサイドウォールの一部又
は全部が前記単結晶部から連続して一方向凝固した柱状
晶を有する一体の鋳物からなるガスタービン用ノズルの
製造法であって、前記単結晶部の少なくとも1か所と前
記最終凝固部側のサイドウォールの間に凝固促進通路を
有し、該最終凝固部側のサイドウォールの一部又は全部
を単結晶或いは該単結晶から連続して一方向凝固した柱
状晶とすることを特徴とするガスタービン用ノズルの製
造法。
9. A wing part exposed to a high temperature and high pressure gas, and sidewalls that are connecting parts at both ends of the wing part, and part or all of the chill plate side wall and the wing part are single crystals. There is a method for manufacturing a gas turbine nozzle, wherein a part or all of the sidewalls on the final solidification portion side is made of an integral casting having columnar crystals continuously and unidirectionally solidified from the single crystal portion, wherein the single crystal Has a solidification accelerating passage between at least one part of the portion and the sidewall on the final solidification portion side, and a part or all of the sidewall on the final solidification portion side is a single crystal or one continuous from the single crystal. A method for manufacturing a nozzle for a gas turbine, which is characterized in that columnar crystals are directionally solidified.
【請求項10】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼
部の一端に連結部であるサイドウォールを有し、前記翼
部が単結晶であり、サイドウォールの一部又は全部が該
単結晶部から連続して一方向凝固した柱状晶である一体
の鋳物からなるガスタービン用ノズルの製造法であっ
て、前記単結晶部の少なくとも1か所と前記サイドウォ
ールの間に凝固促進通路を有し、該サイドウォールの一
部又は全部を単結晶又は該単結晶から連続して一方向凝
固した柱状晶とすることを特徴とするガスタービン用ノ
ズルの製造法。
10. A wing part exposed to a high temperature and high pressure gas, and a sidewall that is a connecting part at one end of the wing part, wherein the wing part is a single crystal, and a part or all of the sidewall is the single crystal. A method for producing a nozzle for a gas turbine, which is made of an integral casting which is a columnar crystal continuously unidirectionally solidified from a crystal part, wherein a solidification promoting passage is provided between at least one location of the single crystal part and the sidewall. A method for manufacturing a nozzle for a gas turbine, characterized in that a part or all of the sidewall is formed into a single crystal or a columnar crystal continuously unidirectionally solidified from the single crystal.
【請求項11】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼
部の両端に連結部であるサイドウォールを有するガスタ
ービン用ノズルにおいて、内周側のサイドウォールの一
部又は全部が単結晶であり、前記翼部が該内周側のサイ
ドウォールの単結晶部から連続した単結晶であり、外周
側のサイドウォールの一部又は全部が該単結晶部から連
続した単結晶或いは該単結晶から連続して一方向凝固し
た柱状晶であり、前記内周側のサイドウォールから前記
外周側のサイドウォール方向に一方向凝固した一体の鋳
物からなることを特徴とするガスタービン用ノズル。
11. A gas turbine nozzle having a blade exposed to high-temperature high-pressure gas and a sidewall as a connecting portion at both ends of the blade, part or all of the inner sidewall is a single crystal. The wing portion is a single crystal continuous from the single crystal portion of the inner sidewall, and a part or all of the outer sidewall is a single crystal continuous from the single crystal portion or from the single crystal A nozzle for a gas turbine, which is a columnar crystal that is continuously unidirectionally solidified, and is made of an integral casting that is unidirectionally solidified in a direction from the sidewall on the inner peripheral side to the sidewall on the outer peripheral side.
【請求項12】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼
部の両端に連結部であるサイドウォールを有するガスタ
ービン用ノズルにおいて、種結晶を用いて一方向凝固さ
せることで少なくとも翼部のみを単結晶化し、該翼部に
おいて、互いに垂直に交わる3つの〈100〉方向の一
つをサイドウォール長手方向に対して垂直方向に、他の
一つをサイドウォール長手方向に対して平行方向に成長
させたことを特徴とするガスタービン用ノズル。
12. A gas turbine nozzle having a blade exposed to high-temperature high-pressure gas and a sidewall as a connecting portion at both ends of the blade, and at least only the blade is obtained by unidirectionally solidifying with a seed crystal. In the wing portion, one of the three <100> directions perpendicular to each other is perpendicular to the longitudinal direction of the sidewall, and the other one is parallel to the longitudinal direction of the sidewall. A gas turbine nozzle characterized by being grown.
【請求項13】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼
部の両端に連結部であるサイドウォールを有するガスタ
ービン用ノズルにおいて、種結晶を用いて一方向凝固さ
せ、少なくとも翼部を隣接する結晶粒間の方位差が8度
以内の柱状晶とし、該翼部において、互いに垂直に交わ
る3つの〈100〉方向の一つをサイドウォール長手方
向に対して垂直方向から±10°以内、他の一つをサイ
ドウォール長手方向に対して平行方向から±10°以内
に成長させたことを特徴とするガスタービン用ノズル。
13. A gas turbine nozzle having a blade portion exposed to high-temperature high-pressure gas and a sidewall as a connecting portion at both ends of the blade portion, which is unidirectionally solidified by using a seed crystal and at least the blade portions are adjacent to each other. A columnar crystal having an orientation difference of 8 degrees or less between the crystal grains, and one of the three <100> directions perpendicular to each other in the blade portion is within ± 10 ° from the vertical direction with respect to the sidewall longitudinal direction, A nozzle for a gas turbine, characterized in that the other one is grown within ± 10 ° from a direction parallel to the longitudinal direction of the sidewall.
【請求項14】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼
部の両端に連結部であるサイドウォールを有するガスタ
ービン用ノズルの製造法において、2個以上の種結晶を
用いて一方向凝固させることを特徴とするガスタービン
用ノズルの製造法。
14. A method for producing a gas turbine nozzle having a blade portion exposed to high-temperature and high-pressure gas and a sidewall as a connecting portion at both ends of the blade portion, in one direction solidification using two or more seed crystals. A method for manufacturing a nozzle for a gas turbine, which comprises:
【請求項15】請求項14に記載のガスタービン用ノズ
ルの製造法において、少なくとも翼部を隣接する結晶粒
間の方位差が8度以内の柱状晶とすることを特徴とする
ガスタービン用ノズルの製造法。
15. The method for manufacturing a gas turbine nozzle according to claim 14, wherein at least the blade portion is a columnar crystal having an orientation difference of 8 degrees or less between adjacent crystal grains. Manufacturing method.
【請求項16】請求項15に記載のガスタービン用ノズ
ルの製造法において、該翼部において、互いに垂直に交
わる3つの〈100〉方向の一つをサイドウォール長手
方向に対して垂直方向から±10°以内、他の一つをサ
イドウォール長手方向に対して平行方向から±10°以
内に成長させることを特徴とするガスタービン用ノズル
の製造法。
16. The method for manufacturing a gas turbine nozzle according to claim 15, wherein in the blade portion, one of three <100> directions perpendicular to each other is ±± from a direction perpendicular to the longitudinal direction of the sidewall. A method of manufacturing a nozzle for a gas turbine, characterized in that the other one is grown within ± 10 ° from a direction parallel to the longitudinal direction of the sidewall.
【請求項17】請求項12〜16に記載のガスタービン
用ノズルの製造法において、翼部のガス入り口側からガ
ス出口側方向または翼部のガス出口側からガス入り口側
方向に一方向凝固させることを特徴とするガスタービン
用ノズルの製造法。
17. The method for manufacturing a gas turbine nozzle according to claim 12, wherein the gas is unidirectionally solidified from the gas inlet side of the blade portion toward the gas outlet side or from the gas outlet side of the blade portion toward the gas inlet side. A method for manufacturing a nozzle for a gas turbine, which is characterized in that
【請求項18】一体の鋳物中に翼部を複数有するガスタ
ービン用ノズルにおいて、少なくとも翼部は単結晶であ
り、残部には柱状晶或いは等軸晶のいずれか一つ又は両
方を含むことを特徴とするガスタービン用ノズル。
18. A gas turbine nozzle having a plurality of blades in a single casting, wherein at least the blades are single crystals, and the balance contains one or both of columnar crystals and equiaxed crystals. Characteristic gas turbine nozzle.
【請求項19】一体の鋳物中に翼部を複数有するガスタ
ービン用ノズルの製造法において、種結晶を2個以上用
いて一方向凝固させ、少なくとも翼部を単結晶とするこ
とを特徴とするガスタービン用ノズルの製造法。
19. A method for manufacturing a gas turbine nozzle having a plurality of blades in a single casting, characterized in that two or more seed crystals are unidirectionally solidified so that at least the blades are single crystals. Gas turbine nozzle manufacturing method.
【請求項20】請求項1〜8,11〜13のいずれかに
記載のガスタービン用ノズルにおいて、前記翼部表面
に、Cr,Al,Yを含むCo,Ni或いはCo+Ni
を主成分とする合金層をコーティングしたガスタービン
用ノズル。
20. The gas turbine nozzle according to any one of claims 1 to 8 and 11 to 13, wherein Co, Ni or Co + Ni containing Cr, Al and Y is contained on the blade surface.
A nozzle for a gas turbine, which is coated with an alloy layer containing as a main component.
【請求項21】請求項1〜8,11〜13,20のいず
れかに記載のガスタービン用ノズルにおいて、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ガスタービン用ノズル。
21. A gas turbine nozzle according to any one of claims 1 to 8, 11 to 13, and 20, wherein a gas having a thermal barrier coating made of a ceramic layer is formed on the outermost surface of the blade portion and its periphery. Turbine nozzle.
【請求項22】請求項1〜8,11〜13,20,21
に記載のガスタービン用ノズルであって、前記ガスター
ビン用ノズルは、重量%で、Cr2〜25%,Al1〜
7%,W2〜15%,Ti0.5〜5%,Nb0〜3
%,Mo0〜6%,Ta1〜12%,Re0〜4%,C
o7.5〜25%,Fe0.5%以下、C0.20% 以
下,B0.002〜0.035%,Hf0〜2.0%,Z
r0.02%以下、及び40%以上のNiを含むNi基
合金の鋳物からなることを特徴とするガスタービン用ノ
ズル。
22. Claims 1-8, 11-13, 20, 21
5. The gas turbine nozzle according to claim 1, wherein the gas turbine nozzle comprises Cr2 to 25% and Al1 to 1% by weight.
7%, W2-15%, Ti0.5-5%, Nb0-3
%, Mo0-6%, Ta1-12%, Re0-4%, C
o 7.5-25%, Fe 0.5% or less, C 0.20% or less, B 0.002-0.035%, Hf 0-2.0%, Z
A nozzle for a gas turbine, comprising a casting of a Ni-based alloy containing Ni of not more than 0.02% and not less than 40%.
【請求項23】請求項1〜11,20,21に記載のガ
スタービン用ノズルであって、前記ガスタービン用ノズ
ルは、重量%で、Cr2〜16%,Al4〜7%,W2
〜15%,Ti0.5〜5%,Nb0〜3%,Mo0〜
6%,Ta2〜12%,Re0〜4%,Co7.5〜1
0.5%,C0.20% 以下,B0.002〜0.035
%,Hf0.1〜1.1%,Zr0.02% 以下、及び4
0%以上のNiを含むNi基合金からなり、前記C量と
B量とがA(C0.10%,B0.002%),B(C0
%,B0.01%),C(C0%,B0.035%),D
(C0.1%,B0.035%)の範囲にある鋳物からなる
ことを特徴とするガスタービン用ノズル。
23. The gas turbine nozzle according to any one of claims 1 to 11, 20 and 21, wherein the gas turbine nozzle is, by weight%, Cr 2 to 16%, Al 4 to 7%, W2.
~ 15%, Ti 0.5-5%, Nb 0-3%, Mo 0-
6%, Ta2-12%, Re0-4%, Co7.5-1
0.5%, C 0.20% or less, B0.002-0.035
%, Hf 0.1 to 1.1%, Zr 0.02% or less, and 4
It is made of a Ni-based alloy containing 0% or more of Ni, and the C content and the B content are A (C 0.10%, B 0.002%) and B (C0
%, B0.01%), C (C0%, B0.035%), D
A nozzle for a gas turbine, which is made of a casting in the range of (C0.1%, B0.035%).
【請求項24】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼
部の両端に連結部であるサイドウォールを有し、前記サ
イドウォールの一端の一部又は全部が単結晶であり、前
記翼部が該サイドウォールの一端の単結晶部から連続し
た単結晶であり、該翼部及び該サイドウォールの一端を
除いた部分の一部又は全部が該単結晶部から連続した単
結晶又は該単結晶から連続して一方向凝固した柱状晶で
ある一体の鋳物からなるガスタービン用ノズルであっ
て、前記鋳物が重量%で、Cr6.0〜9.0%,Al5
〜6%,W7〜10%,Ti0.5〜1%,Mo0.3〜
0.7%,Ta2.5〜5.0%,Re0〜3.2%,Co8
〜10.5%,C0.03〜0.1%,B0,002〜0.035
%,Hf0.5〜1.8%,Zr0.02%以下、及び4
0%以上のNiを含むNi基合金からなることを特徴と
するガスタービン用ノズル。
24. A wing part exposed to a high temperature and high pressure gas, and a sidewall as a connecting part at both ends of the wing part, wherein a part or all of one end of the sidewall is a single crystal, and the wing part. Is a single crystal continuous from a single crystal portion at one end of the sidewall, and a single crystal or a single crystal in which a part or all of the portion excluding one end of the wing and the sidewall is continuous from the single crystal portion. A nozzle for a gas turbine, which is composed of an integral casting which is a columnar crystal continuously unidirectionally solidified from, wherein the casting is in a weight% ratio of Cr 6.0 to 9.0%, Al 5
~ 6%, W7 ~ 10%, Ti0.5 ~ 1%, Mo0.3 ~
0.7%, Ta2.5-5.0%, Re0-3.2%, Co8
10.5%, C 0.03 to 0.1%, B 0,002 to 0.035
%, Hf 0.5 to 1.8%, Zr 0.02% or less, and 4
A gas turbine nozzle comprising a Ni-based alloy containing 0% or more of Ni.
【請求項25】高温高圧ガスにさらされる翼部と、該翼
部の両端に連結部であるサイドウォールを有し、前記サ
イドウォールの一端の一部又は全部が単結晶であり、前
記翼部が該サイドウォールの一端の単結晶部から連続し
た単結晶であり、該翼部及び該サイドウォールの一端を
除いた部分の一部又は全部が該単結晶部から連続した単
結晶又は該単結晶から連続して一方向凝固した柱状晶で
ある一体の鋳物からなるガスタービン用ノズルにおい
て、前記ガスタービン用ノズルは、重量%で、Cr2〜
16%,Al4〜7%,W2〜15%,Ti0.5〜5
% ,Nb0〜3%,Mo0〜6%,Ta2〜12%,R
e0〜4%,Co7.5〜10.5%,C0.20%以下,B
0.002〜0.035%,Hf0.1〜1.1%,Zr
0.02% 以下、及び40%以上のNiを含むNi基合
金からなり、前記C量とB量とがA(C0.10%,B
0.002%),B(C0%,B0.01%),C(C0
%,B0.035%),D(C0.1%,B0.035%)の範
囲にある鋳物からなることを特徴とするガスタービン用
ノズル。
25. A wing part exposed to a high temperature and high pressure gas, and sidewalls which are connecting parts at both ends of the wing part, and a part or all of one end of the sidewall is a single crystal, and the wing part Is a single crystal continuous from a single crystal portion at one end of the sidewall, and a single crystal or a single crystal in which a part or all of the portion excluding one end of the wing and the sidewall is continuous from the single crystal portion. In the nozzle for a gas turbine, which is made of an integral casting that is a unidirectionally solidified columnar crystal from the above, the gas turbine nozzle is, by weight%, Cr2 to
16%, Al 4-7%, W 2-15%, Ti 0.5-5
%, Nb0-3%, Mo0-6%, Ta2-12%, R
e0-4%, Co 7.5-10.5%, C 0.20% or less, B
0.002-0.035%, Hf 0.1-1.1%, Zr
It is composed of a Ni-based alloy containing Ni of 0.02% or less and 40% or more, and the C content and the B content are A (C 0.10%, B
0.002%), B (C0%, B0.01%), C (C0
%, B0.035%), D (C0.1%, B0.035%) in the range of castings, characterized by being a gas turbine nozzle.
【請求項26】コンプレッサで圧縮した空気を燃焼器で
燃焼させ、該燃焼ガスでタービンディスクを回転させる
ことで発電機を駆動するガスタービンにおいて、前記ガ
スタービンは3段以上のタービンを有し、前記タービン
の初段動翼は、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、前記翼部が単結晶であり、該翼部及び前
記シールフィンを除いた部分の一部が該翼部から連続し
た単結晶、残部が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からなり、さらに、前記タービ
ンの初段ノズルは、高温高圧ガスにさらされる翼部と、
該翼部の両端に連結部であるサイドウォールを有し、前
記サイドウォールの一端の一部又は全部が単結晶であ
り、前記翼部が該サイドウォールの一端の単結晶部から
連続した単結晶であり、該翼部及び該サイドウォールの
一端を除いた部分の一部又は全部が該単結晶部から連続
した単結晶又は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からなることを特徴とするガスタ
ービン。
26. A gas turbine in which air compressed by a compressor is combusted in a combustor, and a turbine disk is rotated by the combustion gas to drive a generator, wherein the gas turbine has three or more stages of turbines. The first-stage rotor blade of the turbine includes a blade portion exposed to the high-temperature and high-pressure gas, a platform that is an overhanging portion that is connected to the blade portion and shuts off the high-temperature and high-pressure gas, and is connected to the platform and between the blade portion and the disk. A shank portion having a distance for obtaining a sufficient temperature gradient, and a seal fin provided on the shank portion, which is a protrusion for blocking high-temperature high-pressure gas,
And a dovetail which is an embedded portion in a disc connected to the shank portion, the wing portion is a single crystal, and a part of a portion excluding the wing portion and the seal fin is continuous from the wing portion. The crystal, the remainder consists of an integral casting which is a columnar crystal continuously unidirectionally solidified from the single crystal, further, the first stage nozzle of the turbine, a blade portion exposed to high temperature and high pressure gas,
A single crystal having sidewalls that are connecting portions at both ends of the wing portion, a part or all of one end of the sidewall being a single crystal, and the wing portion being continuous from the single crystal portion at one end of the sidewall. And a part or all of the portion excluding one end of the wing portion and the sidewall is a single crystal continuous from the single crystal portion or a columnar crystal continuously unidirectionally solidified from the single crystal, an integral casting. A gas turbine comprising:
【請求項27】コンプレッサで圧縮した空気を燃焼器で
燃焼させ、該燃焼ガスでタービンディスクを回転させる
ことで発電機を駆動するガスタービンにおいて、前記ガ
スタービンは3段以上のタービンを有し、前記燃焼ガス
温度は燃焼器で1500以上、初段タービンの入口で1
300℃以上であり、前記タービンの初段ノズルは、翼
部の幅が70mm以上で、高温高圧ガスにさらされる翼部
と、該翼部の両端に連結部であるサイドウォールを有
し、前記サイドウォールの一端の一部又は全部が単結晶
であり、前記翼部が該サイドウォールの一端の単結晶部
から連続した単結晶であり、該翼部及び該サイドウォー
ルの一端を除いた部分の一部又は全部が該単結晶部から
連続した単結晶又は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からなり、発電容量が2.5
万KW以上であることを特徴とするガスタービン。
27. A gas turbine for driving a generator by burning air compressed by a compressor in a combustor and rotating a turbine disk with the combustion gas, wherein the gas turbine has a turbine of three stages or more, The combustion gas temperature is 1500 or more in the combustor and 1 at the inlet of the first stage turbine.
The temperature is 300 ° C. or higher, and the first stage nozzle of the turbine has a blade portion having a width of 70 mm or more, a blade portion exposed to high-temperature high-pressure gas, and sidewalls at both ends of the blade portion that are connecting portions. Part or all of one end of the wall is a single crystal, the wing portion is a single crystal continuous from the single crystal portion of one end of the sidewall, and one of the portions excluding the wing portion and one end of the sidewall Part or all consisting of a single crystal that is continuous from the single crystal part or a columnar crystal that is unidirectionally solidified continuously from the single crystal, and has a power generation capacity of 2.5.
A gas turbine characterized by having a capacity of 10,000 kW or more.
【請求項28】コンプレッサで圧縮した空気を燃焼器で
燃焼させ、該燃焼ガスでタービンディスクを回転させる
ことで発電機を駆動するガスタービンにおいて、前記ガ
スタービンは3段以上のタービンを有し、前記燃焼ガス
温度は燃焼器で1500℃以上、初段タービンの入口で
1300℃以上であり、前記タービンの初段ノズルは、
翼部の幅が70mm以上で、高温高圧ガスにさらされる翼
部と、該翼部の両端に連結部であるサイドウォールを有
し、前記サイドウォールの一端の一部又は全部が単結晶
であり、前記翼部が該サイドウォールの一端の単結晶部
から連続した単結晶であり、該翼部及び該サイドウォー
ルの一端を除いた部分の一部又は全部が該単結晶部から
連続した単結晶又は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からなり、前記鋳物は重量%
で、Cr6.0〜9.0%,Al5〜6%,W7〜10
%,Ti0.5〜1%,Mo0.3〜0.7%,Ta2.5
〜5.0%,Re0〜3.2%,Co8〜10.5%,C0.
03〜0.1%,B0.002〜0.035%,Hf0.5
〜1.8%,Zr0.02%以下、及び65%以上のNi
を含むNi基合金からなり、発電容量が2.5 万KW以
上であることを特徴とするガスタービン。
28. A gas turbine for driving a generator by burning air compressed by a compressor in a combustor and rotating a turbine disk with the combustion gas, wherein the gas turbine has a turbine of three or more stages, The combustion gas temperature is 1500 ° C. or higher in the combustor and 1300 ° C. or higher at the inlet of the first-stage turbine, and the first-stage nozzle of the turbine is
The wing has a width of 70 mm or more, and has a wing that is exposed to high-temperature and high-pressure gas, and sidewalls that are connecting portions at both ends of the wing, and one or all of one end of the sidewall is a single crystal. A single crystal in which the wing portion is a single crystal continuous from a single crystal portion at one end of the sidewall, and a part or all of the portion except the one end of the wing portion and the sidewall is continuous from the single crystal portion Alternatively, the casting consists of an integral casting, which is a columnar crystal continuously unidirectionally solidified from the single crystal, and the casting is wt%.
Then, Cr 6.0-9.0%, Al 5-6%, W7-10
%, Ti 0.5 to 1%, Mo 0.3 to 0.7%, Ta 2.5
~ 5.0%, Re0-3.2%, Co8-10.5%, C0.
03-0.1%, B0.002-0.035%, Hf0.5
~ 1.8%, Zr 0.02% or less, and 65% or more Ni
A gas turbine that is made of a Ni-based alloy that contains, and has a power generation capacity of 25,000 kW or more.
【請求項29】高温高圧の燃焼ガスで駆動されるガスタ
ービンと、該ガスタービンの燃焼排ガスによって高圧の
水蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記高圧水蒸気
で駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービン及び蒸
気タービンにより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3段以上のター
ビンを有し、前記燃焼ガス温度は燃焼器で1500℃以
上、初段タービンの入口で1300℃以上、最終タービ
ンの出口で560℃以上であり、前記排熱回収ボイラで
得られる水蒸気の温度は530℃以上であり、前記蒸気
タービンは高低圧一体型で、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K
W以上で、プラント全体の総合発電効率が45%以上
で、前記ガスタービンの初段タービンノズルは、翼の幅
が100mm以上で、高温高圧ガスにさらされる翼部と、
該翼部の両端に連結部であるサイドウォールを有し、冷
却媒体に空気以外の媒体を用いるためのクローズド冷却
方式で冷却され、前記サイドウォールの一端の一部又は
全部が単結晶であり、前記翼部が該サイドウォールの一
端の単結晶部から連続した単結晶であり、該翼部及び該
サイドウォールの一端を除いた部分の一部又は全部が該
単結晶部から連続した単結晶又は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からなり、前記
鋳物は、重量%で、Cr6.0〜9.0%,Al5〜6
%,W7〜10%,Ti0.5〜1% ,Mo0.3〜0.
7%,Ta2.5〜5.0%,Re0〜3.2%,Co8〜
10.5% ,C0.03〜0.1%,B0.002〜0.0
35%,Hf0.5〜1.8%,Zr0.02% 以下、及
び65%以上のNiを含むNi基合金からなることを特
徴とする複合発電プラント。
29. A gas turbine driven by high-temperature and high-pressure combustion gas, an exhaust heat recovery boiler that generates high-pressure steam by combustion exhaust gas of the gas turbine, a steam turbine driven by the high-pressure steam, and the gas. In a combined cycle power plant including a turbine and a generator driven by a steam turbine, the gas turbine has a turbine having three or more stages, the combustion gas temperature is 1500 ° C. or more in a combustor, and 1300 at an inlet of a first stage turbine. ℃ or more, 560 ℃ or more at the outlet of the final turbine, the temperature of the steam obtained in the exhaust heat recovery boiler is 530 ℃ or more, the steam turbine is a high-low pressure integrated type, the power generation capacity of the gas turbine is 5 Over 10,000 kW and steam turbine power generation capacity of 30,000 K
W or more, the total power generation efficiency of the entire plant is 45% or more, the first stage turbine nozzle of the gas turbine has a blade width of 100 mm or more, and a blade portion exposed to high temperature and high pressure gas,
The sidewall has a connecting portion at both ends of the blade, is cooled by a closed cooling method for using a medium other than air as a cooling medium, a part or all of one end of the sidewall is a single crystal, The wing portion is a single crystal continuous from the single crystal portion at one end of the sidewall, and a part or all of the portion except the one end of the wing portion and the sidewall is a single crystal continuous from the single crystal portion or It is composed of an integral casting which is a columnar crystal continuously and unidirectionally solidified from the single crystal. The casting is Cr 6.0 to 9.0% by weight and Al 5 to 6
%, W7 to 10%, Ti 0.5 to 1%, Mo 0.3 to 0.
7%, Ta2.5-5.0%, Re0-3.2%, Co8-
10.5%, C0.03-0.1%, B0.002-0.0
35%, Hf 0.5-1.8%, Zr 0.02% or less, and a composite power plant comprising a Ni-based alloy containing Ni of 65% or more.
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Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002302724A (en) * 2001-01-10 2002-10-18 Mtu Aero Engines Gmbh Nickel alloy for producing structural member solidified as single crystal by casting method
JP2003510459A (en) * 1999-08-11 2003-03-18 シーメンス ウエスチングハウス パワー コーポレイション Superalloy for high temperature applications with excellent weldability
JP2004060057A (en) * 2002-07-30 2004-02-26 General Electric Co <Ge> Nickel based alloy
JP2004131844A (en) * 2002-07-12 2004-04-30 Cannon-Muskegon Corp Superalloy for single crystal turbine vane
JP2004162173A (en) * 2002-08-27 2004-06-10 General Electric Co <Ge> Reduced-tantalum superalloy composition of material and article made therefrom, and method for selecting reduced-tantalum superalloy
JP2004332061A (en) * 2003-05-09 2004-11-25 Hitachi Ltd HIGHLY OXIDATION RESISTANT Ni BASED SUPERALLOY, AND GAS TURBINE COMPONENT
WO2005064027A1 (en) 2003-12-26 2005-07-14 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Nickel-based super-heat-resistant alloy and gas turbine component using same
JP2005240186A (en) * 2005-04-11 2005-09-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd TREATMENT METHOD FOR RESTORING PERFORMANCE OF Ni-BASED HEAT-RESISTANT ALLOY
JP2007510056A (en) * 2003-09-30 2007-04-19 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Nickel-containing alloy, method for producing the same, and article obtained therefrom
WO2008032806A1 (en) * 2006-09-13 2008-03-20 National Institute For Materials Science Heat resistant member
JP2008062300A (en) * 2006-08-29 2008-03-21 Snecma Method of casting single-crystal part simultaneously with manufacture of single-crystal seed
JP2008274314A (en) * 2007-04-25 2008-11-13 Hitachi Ltd Gas turbine blade and manufacturing method thereof
JP2009132964A (en) * 2007-11-30 2009-06-18 Hitachi Ltd Ni-BASED ALLOY
JP2012140663A (en) * 2010-12-28 2012-07-26 Hitachi Ltd Ni-BASED ALLOY, AND TURBINE ROTOR AND STATOR BLADES FOR GAS TURBINE USING THE SAME
JP2013108166A (en) * 2011-11-17 2013-06-06 Cannon-Muskegon Corp Rhenium-free single crystal superalloy for turbine blade and vane application
JP2014074208A (en) * 2012-10-05 2014-04-24 Hitachi Ltd HIGH STRENGTH Ni-BASED SUPERALLOY, AND GAS TURBINE USING THE SAME
KR101470069B1 (en) * 2011-12-06 2014-12-05 캐논-머스케곤 코포레이션 Low rhenium single crystal superalloy for turbine blades and vane applications
CN103814193B (en) * 2011-09-07 2015-10-14 斯奈克玛 By for the turbomachine injection nozzle of turbogenerator or compressor diffuser and the assembly that formed by metal wear resistant material support ring, and comprise turbo machine or the gas compressor of this assembly
JP2016056448A (en) * 2014-09-05 2016-04-21 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Nickel-base superalloy article, and method for forming the article
JP2017518184A (en) * 2014-03-27 2017-07-06 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Articles with multiple grain structures for use in high stress environments
TWI624548B (en) * 2015-07-09 2018-05-21 三菱日立電力系統股份有限公司 Ni-based high-strength heat-resistant alloy member, method of manufacturing ni-based high-strength heat-resistant alloy member, and gas turbine blade
JP2018099647A (en) * 2016-12-20 2018-06-28 三菱重工業株式会社 Exhaust gas treatment apparatus and exhaust gas treatment method
WO2019162991A1 (en) * 2018-02-20 2019-08-29 三菱重工エンジニアリング株式会社 Exhaust gas processing apparatus and exhaust gas processing method
JP2020037899A (en) * 2018-09-03 2020-03-12 株式会社東芝 Repair method of gas turbine stationary blade and manufacturing method of gas turbine stationary blade improved in strength

Cited By (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003510459A (en) * 1999-08-11 2003-03-18 シーメンス ウエスチングハウス パワー コーポレイション Superalloy for high temperature applications with excellent weldability
JP2002302724A (en) * 2001-01-10 2002-10-18 Mtu Aero Engines Gmbh Nickel alloy for producing structural member solidified as single crystal by casting method
JP2004131844A (en) * 2002-07-12 2004-04-30 Cannon-Muskegon Corp Superalloy for single crystal turbine vane
JP2004060057A (en) * 2002-07-30 2004-02-26 General Electric Co <Ge> Nickel based alloy
JP4520118B2 (en) * 2002-07-30 2010-08-04 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Nickel alloy
JP2004162173A (en) * 2002-08-27 2004-06-10 General Electric Co <Ge> Reduced-tantalum superalloy composition of material and article made therefrom, and method for selecting reduced-tantalum superalloy
JP2004332061A (en) * 2003-05-09 2004-11-25 Hitachi Ltd HIGHLY OXIDATION RESISTANT Ni BASED SUPERALLOY, AND GAS TURBINE COMPONENT
JP2007510056A (en) * 2003-09-30 2007-04-19 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Nickel-containing alloy, method for producing the same, and article obtained therefrom
WO2005064027A1 (en) 2003-12-26 2005-07-14 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Nickel-based super-heat-resistant alloy and gas turbine component using same
JP2005240186A (en) * 2005-04-11 2005-09-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd TREATMENT METHOD FOR RESTORING PERFORMANCE OF Ni-BASED HEAT-RESISTANT ALLOY
JP2008062300A (en) * 2006-08-29 2008-03-21 Snecma Method of casting single-crystal part simultaneously with manufacture of single-crystal seed
WO2008032806A1 (en) * 2006-09-13 2008-03-20 National Institute For Materials Science Heat resistant member
US8252430B2 (en) 2006-09-13 2012-08-28 National Institute For Materials Science Heat-resistant member
JP2008274314A (en) * 2007-04-25 2008-11-13 Hitachi Ltd Gas turbine blade and manufacturing method thereof
JP2009132964A (en) * 2007-11-30 2009-06-18 Hitachi Ltd Ni-BASED ALLOY
JP2012140663A (en) * 2010-12-28 2012-07-26 Hitachi Ltd Ni-BASED ALLOY, AND TURBINE ROTOR AND STATOR BLADES FOR GAS TURBINE USING THE SAME
US9574451B2 (en) 2010-12-28 2017-02-21 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Ni-based superalloy, and turbine rotor and stator blades for gas turbine using the same
US9034248B2 (en) 2010-12-28 2015-05-19 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Ni-based superalloy, and turbine rotor and stator blades for gas turbine using the same
CN103814193B (en) * 2011-09-07 2015-10-14 斯奈克玛 By for the turbomachine injection nozzle of turbogenerator or compressor diffuser and the assembly that formed by metal wear resistant material support ring, and comprise turbo machine or the gas compressor of this assembly
JP2013108166A (en) * 2011-11-17 2013-06-06 Cannon-Muskegon Corp Rhenium-free single crystal superalloy for turbine blade and vane application
KR101470069B1 (en) * 2011-12-06 2014-12-05 캐논-머스케곤 코포레이션 Low rhenium single crystal superalloy for turbine blades and vane applications
JP2014074208A (en) * 2012-10-05 2014-04-24 Hitachi Ltd HIGH STRENGTH Ni-BASED SUPERALLOY, AND GAS TURBINE USING THE SAME
JP2017518184A (en) * 2014-03-27 2017-07-06 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Articles with multiple grain structures for use in high stress environments
JP2016056448A (en) * 2014-09-05 2016-04-21 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Nickel-base superalloy article, and method for forming the article
TWI624548B (en) * 2015-07-09 2018-05-21 三菱日立電力系統股份有限公司 Ni-based high-strength heat-resistant alloy member, method of manufacturing ni-based high-strength heat-resistant alloy member, and gas turbine blade
US11155910B2 (en) 2015-07-09 2021-10-26 Mitsubishi Power, Ltd. High-strength, heat-resistant Ni-base alloy, method for producing same, and gas turbine blade
JP2018099647A (en) * 2016-12-20 2018-06-28 三菱重工業株式会社 Exhaust gas treatment apparatus and exhaust gas treatment method
WO2019162991A1 (en) * 2018-02-20 2019-08-29 三菱重工エンジニアリング株式会社 Exhaust gas processing apparatus and exhaust gas processing method
US11209165B2 (en) 2018-02-20 2021-12-28 Mitsubishi Heavy Industries Engineering, Ltd. Exhaust gas treatment device and exhaust gas treatment method
JP2020037899A (en) * 2018-09-03 2020-03-12 株式会社東芝 Repair method of gas turbine stationary blade and manufacturing method of gas turbine stationary blade improved in strength

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