JPS59140344A - 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、１．０００℃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すと共に、さら
に約９００℃以下の高温腐食雰囲気中ですぐれた耐ホッ
ト・コローソヨン性を示し、したがってこれらの特性が
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、高温の腐食・酸化性雰囲気にさラサレル
ガスタービンのタービンノズルやベーンなどの構造部材
の製造には、高温耐酸化性および耐ホット・コローソヨ
ン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」−昇の一途をたどシ、その温度は１
３００℃を越える状態になっている。

しかし、」１記の従来Ｃｏ基耐熱合金製ガスタービン部
拐が、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
、最も高温の部分は１０００℃以−にに上昇してしまい
、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。このため高温酸化性雰囲気下で高強度
を示す材料の開発が進められているが、高温強度を向上
させると耐酸化性が劣化するようになる傾向にあり、こ
れに伴って耐ホット・コローヅヨン性も劣化するように
なり、このように前記の特性をすべて具備する材料は未
だ得られていないのが現状である。

そこで、本発明者等は、」二連のような観点から、高温
耐酸化性および高温強度を有し、かつ耐ホット・コロ−
ジョン性も具備した材料を開発すべく研究を行なった結
果、重量嘱で、 Ｃ：０．０５〜０６　％。

Ｓｉ：０．１〜２％。

Ｃｒ：１８〜２５　　％。

Ｗ：１０〜２０％。

Ｎｊ、：１８〜２５％未満。

Ｈｆ：０．５〜５　％。

を含有し、さらに必要に応じて、 Ｍｎ：０．１〜２　％。

希土類元素　０．００５〜０１％。

のいずれか、または両方を含有し、 ＣＯおよび不可避不純物゛残部。

からなる組成を有するＣ○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すと共
に、約９００℃以下の高温腐食雰囲気中でもすぐれた耐
ホット・コローソヨン性を示し、したがってとのＣｏ基
耐熱合金を５これらの特性が要求されるガスタービン部
材の製造に用いると、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、」−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°」１記の通りに限定した
理由を説明する。

（ａ）　　Ｃ Ｃ成分には、素地に固溶するほか　Ｃｒ、Ｗ、およＯ司
」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−１−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％未満では前記作用に所望の効果が
倒られず、一方０６％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 Ｓｉ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。、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」二で不
可欠なオーステナイト構成成分であるが、その含有量が
１８％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がら、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ＭＣ型炭
化物を形成し、一方Ｍ７Ｃ３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１．０％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がら、その含有量を１０〜
２０％と定めた。

（ｅ）　　Ｎ１ Ｎｉ成分には、Ｃｒとの共存において高温強度を向上さ
せる作用があるが、その含有量が１８％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方２５係以上含有させる
と耐ポット・コローソヨン性に劣化部向が現われるよう
になることがら、その含有量を１８〜２５％未満と定め
た。

（ｒ）　　　　）コｆ Ｆｌ　ｆ成分には、Ｍ　Ｃ型あるいはＭ　１Ｃ３型の共
晶炭化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、さらに耐ポット・コロ−ジョン性も著し
く向上させる作用があるが、その含有量が０５％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０５〜５％と定めた
。

（／！；）　　Ｍｎ Ｍｎ成分は、強力な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」ニ
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０１％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Ｊ
二うになることから、その含有量を０１〜２％と定めた
。

（ｈ）　　希土類元素 これらの成分には、特にＨ，ｆとの共存において高温耐
酸化性および耐ホット・コローヅヨン性ヲより一段と向
上させる作用があるので、特にすぐれた高温耐酸化性お
よび耐ホット・コローノヨン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Ｏ，ＯＯ５％未満
では［）ｉＩ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々ることがら、その含有量を０．
００５〜Ｏ１％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Ｆｅに関しては、３％まで含有しても合金
特性が何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り具体
的に説明する。

実施例 通常の溶解法によりそれぞれ第１表に示される成分組成
をもった本発明Ｃｏ基耐熱合金１〜２４および比較Ｃ○
基耐熱合金］〜７を溶製し、ロストワックス精密鋳造法
を用いて、平行部外径ニア朋φ×平行部長さ：５０朋×
チャック部外径、２５萌φ×全長：９０ｍｍの」法をも
った試験片素材に鋳造した。ついで、この試験片素材よ
り、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
熱昌度：　１１００℃、付加荷重’　３−　Ｏｋｇ／ｍ
ｉの条件でクリープラブチャー試験を行ない、破断寿命
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：１０ｍφ×高さ、１０馴の寸法をもった
試験片を切出し、この試験片を用い、大気中、温度１１
００℃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。

さらに、同様に直径：１０聴φ×高さ：１０Ｍの寸法を
もった試験片を切出し、この試験片を用い、９００℃の
温度に加熱した溶融Ｎａ２ＳＯ４中に３００時間浸漬の
条件で浸漬試験を行ない、試験後の試験片の脱スケール
後の腐食減量を測定することによって耐ホット・コロー
ヅヨン性を評価した。これらの測定結果を第１表に合せ
て示した。

第１表に示される結果から、本発明Ｃｏ基耐熱合金１〜
２４−は、いずれもすぐれた高温強度および高温耐酸化
性、さらにすぐれた耐ホット・コロ−ジョン性を兼ね備
えているのに対して、比較Ｃｏ基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、高温耐酸化性、および耐ホット
・コローソヨン性のうちの少なくともいずれかの特性が
劣ったものに々ることか明らかである。

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、さらにすぐれた耐ホット・コ
ロ−ジョン性を兼ね備えているので。

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」１有用な特性を有するのである
。

出願人　　三菱金属株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ｃ：　ｆ）、０５〜０６％。 Ｓｉ：０．１〜２％。 Ｃｒ：　１８〜２５　％。 Ｗ：１０〜２０％。 Ｎｉ：１８〜２５％未満。 Ｈｆ：０．５〜５％。 ＣＯおよび不可避不純物　残り。 から々る組成（以上重量％）を有することを特徴とする
   耐ホット・コロ−ジョン性にすぐれたガスタービン用高
   強度Ｃ○基耐熱合金。
2. （２）　　Ｃ：　０．０５〜０６％。 Ｓｉ：０．１〜２％。 Ｃｒ：１８〜２５％。 Ｖ／　　：　　１　０〜２０　％。 Ｎｉ：１８〜２５％未満。 Ｈｆ　：　　０．５〜５　％。 Ｍｎ：Ｏ，１〜２　％。 Ｃｏおよび不６■避不純物：残９゜ からなる組成（１−Ｊ、上型量％）を有することを特徴
   とする耐ホット・コローヅヨン性にすぐれたガスタービ
   ン円高強度Ｃｏ基耐熱合金。
3. （３）　　Ｃ：　０．０．５〜０６％。 Ｓｉ：０．１〜２％。 Ｃｒ：１８〜２３％。 Ｗ゛１０〜２０％。 １寸１：１８〜２５％未満。 １４ｆ：０．５〜５％。 希土類元素：０Ｏ０５〜０１％。 Ｃｏおよび不可避不純物：残部。 からなる組成（以」二重量％）を有することを特徴とす
   る耐ホット・コロ−ジョン性にすぐれたガスタービン円
   高強度Ｃｏ基耐熱合金。
4. （４）Ｃ：００５〜０６％。 Ｓｉ：０．１〜２　％。 Ｃｒ：１８〜２５　　％。 Ｗ：１０〜２０　％。 Ｎｉ：１８〜２５％未満。 Ｈｆ：０．５〜５　％。 Ｍｎ：０．１〜２　％。 希土類元素：０．００５〜０１％。 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
   耐ホット・コローソヨン性にすぐれたガスタービン用高
   強度ＣＯ基耐熱合金。