JPS6033331A - 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−ジョン性を示し、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
カ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・コローヅヨ
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
ビンの入口温度は上昇の一途なたどシ、その温度は１３
００℃を越える状態になっている。

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、
最も高温の部分は１０００℃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。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シ、これに
伴って耐ホット・コローソ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拐料は未だ得
られていないのが現状である。

そこで、本発明者等は、上述のよ、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％で、 Ｃ：０．０５〜０６チ。

Ｓｉ：　０．１−２係。

Ｃｒ：　２５．５〜３５　％。

Ｎｉ：５〜１５％。

ＷおよびＭＯのうちの１種捷たは２種：２〜ユ２％。

Ｈｆ：０．５〜５　チ。

を含有し、さらに必要に応じて、 Ｍｎ：　０．０５〜１％。

ＴａおよびＮｂのうちの１種または２種二〇５〜３チ。

ＢおよびＺｒのうちの１種または２種：０．００５〜０
１％。

からなる群のうちの１種または２種以上を含有し。

残シがＣＯと不可避不純物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、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、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　、　Ｍ
ｏ。

およびＨｆ、さらにＴａ、Ｎｂなどと結合して炭化物を
形成し、もって結晶粒内およｑ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Ｏ，Ｃ）５　％未
満では前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００５〜０６％と定めだ。

（ｂ）　５ｉ Ｓｊ酸成分、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、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Ｏ１
〜２係と定めた。

（Ｃ）Ｃｒ ｃｒ酸成分、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２
５５％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３５％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２５５〜３５％と定めた。

（ｄ）　ｌ１ｉ 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５％未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方１５％を越えて含有させ
ると耐ホット・コローソヨン性に劣化傾向が現われるよ
うになることから、その含有量を５〜１５％と定めた。

（ｅ）ＷおよびＭ。

これらの成分には、Ｃと結合して高融点炭化物であるＭ
ＣＷ炭化物を形成し、一方Ｍ　７　Ｃ３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２係未満では前
記作用に所望の効果が得られず、一方１２係を越えて含
有させると、高温耐酸化性が急激に劣化するようになる
ばかシでなく、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
２〜１２係と定めた。

（ｆ）　Ｈｆ Ｈｆ成分には、ＭＣ型あるい’ＩｄＭ７Ｃｓ型の共晶灰
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、さらに耐ホット・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％と定めだ。

（ｇ）　Ｍｎ １Ｖ４１１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０．０
５　％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方
１チを越えて含有させると、高温面Ｊ酸化性に劣化傾向
が現われるようになることから、その含有量を０．０５
〜１係と定めた。

（ｈ）　、ＴａおよびＮｂ これらの成分には、Ｈｆとの共存において、高融点炭化
物であるＭＣ型の初晶複合炭化物を形成して、高温耐酸
化性および高温強度を一段と向上させ、さらに耐ホット
・コロ−ジョン性も向上させる作用があるので、特にこ
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０５係未満では前記作用に所望の向上
効果が得られず、一方３％を越えて含有させてもより一
層の向上効果は現われないことから、その含有量を０５
〜３条と定めた。

（１）ＢおよびＺｒ これらの成分には、結晶粒界を強化して合金の高温強度
を一段と向上させる作用があるので、特に高温強度が要
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％未満では所望の高温強度向上効果が得ら
れず、一方０１％を越えて含有させると靭性が低下する
ようになることから、その含有量を０００５〜０１％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％までの範囲て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１〜３４および比較Ｃｏ
基耐熱合金１〜］■を溶製し、ロストラックス精密鋳造
法を用いて、平行部外径、７朋φ×平行部長さ：５０Ｍ
Ｘチャック部外径：２５朋φ×全長：９０ｍｍの寸法を
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：：ｖｋｇ／−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：１０Ｍ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１０
００℃に１０時間保持後、脱スケールを１サイクルとし
、ｌＯザ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：１０ｍｍφ×高さ：１０７１１７
１１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３０
０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−ジョン性を評価した。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〜
３４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基耐熱合金１〜１１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、高温耐酸化性、および而」ホット・コ
ロ−ジョ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、さらにすぐれた耐ホット・コ
ローヅヨ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

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　Ｃ：　０．０５〜０６チ。 Ｓｉ：０．１〜２％。 Ｃｒ：　２５．５〜３５％。 Ｎ１：５〜１５％。 ＷおよびＭｏのうちの１種または２種二２〜］−２係。 Ｈｆ：０．５〜５％。 を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からなる組成（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。
2. （２）　Ｃ：　０．０５〜０．６係。 Ｓｉ：０．１〜２％。 Ｃｒ：　２５．５〜３　５　％。 Ｎ１：　５〜ｌ　５チ。 ＷおよびＭｏのうちの１種捷たは２種：２〜１２％。 Ｈｆ：０．５〜５％。 を含有し、さらに、 Ｍｎ：０．０５〜１％。 を含有し、残りがＣＯと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有することを特徴とする耐ポット・コロ−
   ジョン性にすぐれたガスタービン用高強度Ｃｏ基耐熱合
   金。
3. （３）　Ｃ：０．０５〜０６％。 Ｓｉ：０．１〜２％。 Ｃｒ：　２５．５〜３５％。 Ｎ１．５〜１５チ。 ＷおよびＭｏのうちの１種または２種：２〜１２チ。 ）ｉｆ：０．５〜５％。 を含有し、さらに、 ＴａおよびＮｂのうちの１種または２種：ｏ５〜３％。 を含有し、残りがＣＯと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有することを特徴とする耐ホット・コロ−
   ジョン性にすぐれたガスタービン層高強度ＣＯ基耐熱合
   金。
4. （４）　Ｃ：　０．０５〜０．６係。 Ｓｉ：０．１〜２％。 Ｃｒ：２５５〜３５％。 Ｎ１．５〜１５％。 ＷおよびＭｏのうちの１種まだは２種：２〜１２チ。 Ｈｆ：０．５〜５係。 を含有し、さらに、 ＢおよびＺｒのうちの１種まだは２種：０．００５〜０
   ．１％。 を含有し、残シがＣＯと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有することを特徴とする耐ホット・コロー
   ソヨン性にすぐれだガスタービン層高強度Ｃｏ基耐熱合
   金。
5. （５）　Ｃ：　０．０５〜０６チ。 Ｓユ　：０．１　〜２　％　。 Ｃｒ：　２　５．５〜３　５　％。 Ｎ１　：　５〜１５　％。 ＷおよびＭｏのうちの１種または２種、２〜１２％。 Ｈｆ：０．５〜５係。 を含有し、さらに、 Ｍｎ：０．０５〜１％。 ＴａおよびＮｂのうちの１種または２種：０５〜３係。 を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有することを特徴とする耐ホット・コロー
   ノヨン性にすぐれたガスタービン層高強度ＣＯ基耐熱合
   金。
6. （６）Ｃ：０．０５〜０６弼。 Ｓｉ：０．１〜２ｑ６゜ Ｏｒ：　２５．５〜３５％。 Ｎ１：５〜１５チ。 ＷおよびＭｏのうちの１種まだは２種二２〜１２係。 Ｈｆ：０．５〜５　％。 を含有し、さらに、 Ｍｎ：　０．０５〜１％。 ＢおよびＺｒのうちの１種または２種：０、　ＯＯ５〜
   ０１係。 を含有し、残りがｃｏと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有することを特徴とする耐ホット・コロー
   ヅヨン性にすぐれたガスタービン層高強度ＣＯ基耐熱合
   金。 （’７）　Ｃ：　０．０５〜０，６チ。 Ｓｉ：０．１〜２％。 Ｃｒ：　２５．５〜３５％。 Ｎ１：５〜１５％。 ＷおよびＭｏのうちの１種または２種：２〜］−２％。 Ｈｆ：０．５〜５チ。 を含有し、さらに、 ＴａおよびＮｂのうちの１種または２種二〇５〜３％。 ＢおよびＺｒのうちの１種または２種。 ０００５〜０１チ。 を含有し、残りがＣＯと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有することを特徴とする耐ポット・コ０−
   　Ｊヨン性ニスぐれたガスタービン層高強度ｃｏ基耐熱
   合金。 （ｓ）　ｃ　：　０．０５〜０．６％。 Ｓｉ：０．１〜２％。 Ｏｒ：　２５．５〜３５　％。 Ｎ１：５〜１５％。 ＷおよびＭｏのうちの１種または２種：２〜１２係。 Ｈｆ：０．５〜５％。 を含有し、さらに、 Ｍｎ　：　０．０５〜１％。 ｌＰａおよびＮｂのうちの１種または２種二〇５〜３チ
   。 ＢおよびＺｒのうちの１種または２種：０００５〜０．
   １％。 を含有し、残シがＣｏと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有することを特徴とする特許ト・コロ−ジ
   ョン性にすぐれたガスタービン用高強度Ｃｏ基耐熱合金
   。