JPS59110757A - ガスタ−ビン用高強度Ｃｏ基耐熱合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、１０００℃以上の高温酸化性雰囲気におい
て、すぐれた強度並びに耐酸化性を示し、特にこれらの
特性が要求されるガスタービンの構造材として使用する
のに適したｃｏ基耐熱合金に関するものである。

従来、一般に、高温の酸化性雰囲気にさらされるガスタ
ービンのタービンノズルやベーンナトの構造部材の製造
には、高温耐酸化性のすぐれた各種のＣＯ基耐熱合金が
使用されている。

“一方、近年、ガスタービンの高性能化に伴い、ガスタ
ービンの入口温度は上昇の一途をたどり、３− その温度は１３００℃を越える状態に寿っている。

しかし、上記の従来ＣＯ基耐熱合金製ガスタービン部材
が、上記のような１３００℃以上の高温酸化性雰囲気に
さらされると、それ自身の温度は空冷された場合でも１
０００℃以上に上昇してしまい、高温強度不足が原因で
、比較的短時間で使用寿命に至るものであった。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、高温耐
酸化性は勿論のこと、特に高温強度にもすぐれた材料を
開発すべく研究を行なった結果、重量％で、 ０：０．０５〜０．６％。

Ｓｉ：０．１〜２％。

Ｃｒ：１８〜２５％。

Ｗ：１０〜２０チ。

Ｎｉ：２５〜３５％。

Ｈｆ：０．５〜５％。

を含有し、さらに必要に応じて、 Ｍｎ：Ｑ、１〜２％。

希土類元素：０．００５〜０．１係。

４− のいずれか、または両方を含有し、 ＣＯおよび不可避不純物：残シ。

からなる組成を有するＣＯ基合金は、高温酸化性雰囲気
中、１０００℃以上の温度において、すぐれた高温強度
を示すばかりでなく、すぐれた高温耐酸化性を示し、し
たがってこのＣｏ基耐熱合金を、これらの特性が要求さ
れるガスタービン部材ノ製造に用いると、この結果のガ
スタービン部材は、上記のような苛酷な条件下において
も、著しく長期に亘ってすぐれた性能を発揮するという
知見を得たのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、以下に成分組成範囲を上記の通シに限定した理由を
説明する。

（ａ）　　Ｃ Ｃ成分には、素地に固溶するほか、Ｏｒ、Ｗ、およびＨ
ｆと結合して炭化物を形成し、もって結晶粒内および結
晶粒界を強化すると共に、高温強度を向上させ、さらに
溶接性および鋳造性を改善する作用があるが、その含有
量が０．０５％未満では前５− 記作用に所望の効果が得られず、一方０．６％を越えて
含有させると靭性が劣化するようになることから、その
含有量を０．０５〜０６％と定めた。

（ｂ）　　５ｉ Ｓ１成分は、脱酸作用をもつほか、溶湯の流動性を向上
させ、さらに高温耐酸化性を向上させる作用をもつが、
その含有量が０．１％未満では前記作用に所望の効果が
得られず、一方２％を越えて含有させると、靭性および
溶接性が劣化するようになることから、その含有量を０
．１〜２％と定めた。

（ｃ）　　Ｃｒ Ｃｒ成分は、すぐれた高温耐酸化性を確保する上で不可
欠なオーステナイト構成成分であるが、その含有量が１
８％未満では所望のすぐれた高温耐酸化性を確保するこ
とができず、一方２５％を越えて含有させると高温強度
および靭性が急激に低下するようになることから、その
含有量を１８〜２５％と定めた。

（ａ）　　Ｗ Ｗ成分には、Ｃと結合して高融点炭化物である６− ＭＣ型炭化物を形成し、一方Ｍ７０３型やＭ２３Ｃ６型
の低融点炭化物の形成を抑制し、もって高温強度を向上
させると共に、オーステナイト素地に固溶して、これを
強化する作用があるが、その含有量が１０％未満では前
記作用に所望の効果が得られず、一方２０％を越えて含
有させると、高温耐酸化性が急激に劣化するようになる
ばかりでなく、靭性劣化の原因となるσ相などの金属間
化合物が形成されるようになることから、その含有量を
１０〜２０％と定めた。

（ｅ）　　Ｎｉ Ｎ１成分には、Ｃｒとの共存において高温強度を向上さ
せ、さらにオーステナイト素地を構成して、これを良く
安定化し、かつ加工性を向上させる作用があるが、その
含有量が２５−未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方３５％を越えて含有させると高温耐酸化性が劣
化するようになることから、その含有量を２５〜３５％
と定めた。

（ｆ）Ｈｆ Ｈｆ成分には、ＭＣ型あるいはＭ７Ｃ３型の共晶炭化７
− 物を形成することなく、高融点炭化物であるＭＣ型の初
晶炭化物を形成して、高温耐酸化性および高温強度を向
上させ、さらに靭性も向上させる作用があるが、その含
有量が０．５％未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方５％を越えて含有させても前記作用により一層
の向上効果は得られず、経済性を考慮して、その含有量
を０．５〜５チと定めた。

（ｇ）　　Ｍｎ Ｍｎ成分は、強力カ脱酸作用をもつほか、オーステナイ
ト素地に固溶して、これを安定化し、かつ靭性を向上さ
せる作用をもつので、これらの特性が要求される場合に
必要に応じて含有されるが、その含有量が０．１％未満
では前記作用に所望の効果が得られず、一方２％を越え
て含有させると、高温耐酸化性に劣化傾向が現われるよ
うに力ることから、その含有量を０１〜２チと定めた。

（ｈ）　　希土類元素 これらの成分には、特にＨｆとの共存において高温耐酸
化性をよシ一段と向上させる作用があるの８− で、特にすぐれた高温耐酸化性が要求される場合に必要
に応じて含有されるが、その含有量が０００５チ未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方０．１％を越
えて含有させると、鋳造性および加工性に劣化傾向が現
われるようになることから、その含有量’ｉ０．００５
〜０．１％と定めた。

なお、この発明のＣＯ基耐熱合金における不可避不純物
のうち、特にＦθに関しては、３％まで含有しても合金
特性が伺ら損なわれることがないので、経済性を考慮し
て３％までの範囲で積極的に含有させる場合がある。

つぎに、この発明のＣＯ基耐熱合金を実施例によシ具体
的に説明する。

実施例 通常の溶解法によシそれぞれ第１表に示される成分組成
をもった本発明ＣＯ基耐熱合金１〜２３および比較ＣＯ
基耐熱合金１〜７を溶製し、ロストワックス精密鋳造法
を用いて、平行部外径：’７ｗｎφ×平行部長さ：５０
ｗｎＸチャック部外径：２５ＷｒＭφ×全長：９０調の
寸法をもった試験片素材に鋳９− 造した。ついで、この試験片素材よシ、高温強度を評価
する目的でクリープラブチャー試験片を削り出し、この
試験片を用い、雰囲気：大気中、加熱温度：１１００℃
、付加荷重：３．５にり／−の条件でクリープラブチャ
ー試験を行ない、破断寿命および破断絞りを測定した。

また、上記クリープラブチャー試験後の試験片のチャッ
ク部から直径：１０ｍｍφ×高さ＝１０祁の寸法をもっ
た試験片を切出し、この試験片を用い、大気中、温度１
１００℃に１０時間保持後、脱スケールを１サイクルと
し、１０サイクルを行なった後の酸化減量を測定する高
温耐酸化性試験を行なった。これらの結果を第１表に示
した。

第１表に示される結果から、本発明ＣＯ基耐熱合金１〜
２３は、いずれもすぐれた高温強度および高温耐酸化性
、さらに高靭性を兼ね備えているのに対して、比較ＣＯ
基耐熱合金１〜７に見られるように、構成成分のうちの
いずれかの成分含有量（第１表に※印を付したもの）が
この発明の範囲から外れると、高温強度および靭性、さ
らに高温耐１０− 酸化性のうちの少々くともいずれかの特性が劣ったもの
になることが明らかである。

上述のように、この発明のＣＯ基耐熱合金は、すぐれた
高温強度と高温耐酸化性を兼ね備え、さらに靭性にもす
ぐれているので、これらの特性が要求される高性能化ガ
スタービンの構造部材として用いた場合に著しく長期に
亘ってすぐれた性能を発揮するなど工業上有用な特性を
有するのである。

出願人　三菱金属株式会社 代理人　富　１）和　夫　外１名 ′１３− ２６８−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ｃ：０．０５〜０．６％。 ８１：０．１〜２％。 Ｃｒ：１８〜２５％。 Ｗ：１０〜２０％。 Ｎｉ：２５〜３５％。 ａｆ：０．５〜５％。 ｃｏおよび不可避不純物：残り。 からなる組成（以上重量％）を有することを特徴とする
   ガスタービン層高強度Ｃｏ基耐熱合金。
2. （２）ｃ：ｏ、ｏｓ〜０．６ｑｂ。 ｓｉ：ｏ、ｔ〜２チ。 ０ｒ＝１８〜２５％。 Ｗ’：１０〜２０係。 １− Ｎｉ：２５〜３５　％。 Ｈｆ：０．５〜５１％。 Ｍｎ　：　　０．１〜２　％。 ＣＯおよび不可避不純物：残り。 から力る組成（以上重量％）を有することを特徴とする
   ガスタービン用高強度ＣＯ基耐熱合金。
3. （３）Ｏ：０．０５〜０．６％。 ８ｉ：０．１〜２１％。 Ｃｒ：１８〜２５％。 Ｗ：１０〜２０％。 Ｎｉ：２５〜３５％。 Ｈｆ　：　０．５〜５％。 希土類元素：０．００５〜０．１％。 ＣＯおよび不可避不純物：残り。 からなる組成（以上重量％）を有することを特徴とする
   ガスタービン層高強度Ｃｏ基耐熱合金。
4. （４）ｃ：０．０５〜０．６チ。 Ｓｉ’：０．１〜２チ。 Ｇｒ：１８〜２５％。 Ｗ：１０〜２０％。 ２− Ｎｉ：２５〜３５％。 Ｈｆ　：　　０．５〜５　％。 Ｍｎ：０．１〜２チ。 希土類元素：０．００５〜０．１％。 ＣＯおよび不可避不純物：残り。 からなる組成（以上重量％）を有することを特徴とする
   ガスタービン用高強度ｃＯ基耐熱合金。