JPS613859A - ガスタ−ビン用高強度Co基耐熱合金 - Google Patents

ガスタ−ビン用高強度Co基耐熱合金

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JPS613859A
JPS613859A JP12307784A JP12307784A JPS613859A JP S613859 A JPS613859 A JP S613859A JP 12307784 A JP12307784 A JP 12307784A JP 12307784 A JP12307784 A JP 12307784A JP S613859 A JPS613859 A JP S613859A
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Junya Oe
大江 潤也
Saburo Wakita
三郎 脇田
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Mitsubishi Metal Corp
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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、1000’C以上の高温酸化性雰囲気にお
いて、高強度並びに著しくすぐれた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。
〔従来の技術〕
従来、一般に高温の腐食・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・コロージョン
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をたどり、その温度は13
00℃を越える状態になっている。
〔発明が解決しようとする曲題点〕
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8!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・コロージョ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。
〔問題点を解決、するための手段〕
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、高温T
l4m化性および高温強度を有し、かつ耐ホット・コロ
ー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:0.01〜1%、 SiおよびMnのうちの1種または2種=0.01〜2
%。
Cr:15〜40%。
N::5〜15%。
WおよびMoのうちの1種または2種=2〜12%。
At :  0.01〜3%。
Hf :  0.05〜5%。
Y:0.01〜1%、 を含有し、さらに必要に応じて、 (^) Ta 、 Nb 、およびTiのうちの1種ま
たは2種以上:  0.01〜3%。
(B) BおよびZrのうちの1種または2種:0、0
05〜0.1%、 (C)希土類元素:  0.005〜0.1%、以上(
^)〜(C)のうちの1種または2種以上を含有し、残
りが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、著しくす
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−ジョン性
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、Or 、W。
Mo,およびHf、さらにTa 、Nb 、Tiなどと
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
0.01%未満では前記作用に所望の効果が得られず、
一方1%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0.01〜1%と定めた。
(b)  SiおよびMn これらの成分には、強力な脱酸作用があるので、溶湯の
脱酸には不可欠の成分であるが、その含有量が0.01
%未満では所望の脱酸作用を確保することができず、一
方2%を越えて含有させても脱酸効果が飽和するばかり
でなく、合金特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0.01〜2%と定めた。
(c)  0r 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
5%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40%を越えて含有させると高温強度
および靭性の低下が著しくなることから、その含有量を
15%〜40%と定めた。
(cl)  Ni 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
ると耐ホ多ト・コロ−ジョ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Mo これらの成分には、Cど結合して高融点炭化物であるM
C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2%未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方12゛%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2
〜12%と定めた。
(f)   Affi AX成分には、l−1fおよびYとの共存において高温
耐酸化性を向上させる作用があるが、その含有量が0.
01%未満では所望の高温耐酸化性向上効果が得られず
、一方3%を越えて含有させると、鋳造性が劣化するよ
うになると共に、合金に脆化傾向が現われるようになる
ことから、その含有量を0.01〜3%と定めた。
(o)  H’f Hf成分には、MC型あるいはM7’C3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、さらに耐ホット・コロー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0.05%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0.05〜5%と定めた
(h)  Y Y成分には、合金の高温耐酸化性および耐腐食性を改善
するほか、耐スケール剥離性を著しく向上させる作用が
あるが、その含有量が0.01%未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方1%を越えて含有させると、
鋳造性に劣化傾向が見られるようになることから、その
含有量を0.01〜1%と定めた。   ′ (i)  Ta 、NbおよびTi これらの成分には、1」[との共存において、高融点炭
化物であるMo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・コロー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0.01%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が現われないことから、その含有量
を0.01〜3%と定めた。
(j)  Bおよび7r 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−
間が0.005%未満では所望の高温強度向上効果が得
られず、一方0.1%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0.005〜0
.1%と定めた。
(k)  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
化性および耐ホット・]ローション性をより一段と向上
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・コロージョ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、 oos%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、その含有量を0.005
〜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。
〔実施例〕
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。
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1〜48および比較C
o基耐熱合金1〜12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III!Rφ×平行部長
さ:50mXヂャック部外径:25#ll1lφ×全長
:90#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
、雰囲気二人気中、加熱温度:1000℃、付加荷重ニ
アKy/vJ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:10履φX高さ:10#I+11の寸法
をもった試験片を切り出し、この試験片を用い、大気中
、温度: 1200℃に5時間保持後、脱スケールを1
ザイクルとし、10サイクルを行なった後の酸化減付を
測定する高温耐酸化性試験さらに、同様に直径:10履
φX高さ:10#lll+の寸法をもった試験片を切り
出し、この試験片を用い、900℃の温度に加熱した 35%Na2SO4+65%Na2Co3の溶融塩中に
25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・コロージョン性を評価した。これらの測定結果
を第2表に合せて示した。
〔発明の効果〕
第2表に示される結果から、本発明Co基耐熱合金1〜
48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・コロー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1〜12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、および耐ホット・コロ
ー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
工業上有用な特性を有するのである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)C:0.01〜1%。 SiおよびMnのうちの1種または2種: 0.01〜2%、 Cr:15〜40%、 Ni:5〜15%、 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 Al:0.01〜3%、 Hf:0.05〜5%、 Y:0.01〜1%、 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ホット・コロー
    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。 (2)C:0.01〜1%、 SiおよびMnのうちの1種または2種: 0.01〜2%、 Cr:15〜40%、 Ni:5〜15%、 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 Al:0.01〜3%、 Hf:0.05〜5%、 Y:0.01〜1%、 を含有し、さらに、 Ta、Nb、およびTiのうちの1種また は2種以上:0.01〜3%。 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・コロー
    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)C:0.01〜1%、 SiおよびMnのうちの1種または2種: 0.01〜2%、 Cr:15〜40%、 Ni:5〜15%、 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 Al:0.01〜3%、 Hf:0.05〜5%、 Y:0.01〜1%、 を含有し、さらに、 BおよびZrのうちの1種または2種: 0.005〜0.1%、 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ホット・コロー
    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。 (4)C:0.01〜1%、 SiおよびMnのうちの1種または2種: 0.01〜2%、 Cr:15〜40%、 N::5〜15%、 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 Al:0.01〜3%、 Hf:0.05〜5%、 Y:0.01〜1%、 を含有し、さらに、 希土類元素:0.005〜0.1%、 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ホット・コロー
    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。 (5)C:0.01〜1%、 SiおよびMnのうちの1種または2種: 0.01〜2%、 Cr:15〜40%、 Ni:5〜15%、 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 Al:0.01〜3%、 Hf:0.05〜5%、 Y:0.01〜1%、 を含有し、さらに、 Ta、Nb、およびTiのうちの1種また は2種以上:0.01〜3%と、 BおよびZrのうちの1種または2種: 0.005〜0.1%、 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ホット・コロー
    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。 (6)C:0.01〜1%、 SiおよびMnのうちの1種または2種: 0.01〜2%、 Cr:15〜40%、 Ni:5〜15%。 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 Al:0.01〜3%、 Hf:0.05〜5%、 Y:0.01〜1%、 を含有し、さらに、 Ta、Nb、およびTiのうちの1種また は2種以上:0.01〜3%と、 希土類元素:0.005〜0.1%、 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ホット・コロー
    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。 (7)C:0.01〜1%、 SiおよびMnのうちの1種または2種: 0.01〜2%、 Cr:15〜40%、 Ni:5〜15%、 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 Al:0.01〜3%、 Hf:0.05〜5%、 Y:0.01〜1%、 を含有し、さらに、 BおよびZrのうちの1種または2種: 0.005〜0.1%と、 希土類元素:0.005〜0.1%、 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ホット・コロー
    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。 (8)C:0.01〜1%、 SiおよびMnのうちの1種または2種: 0.01〜2%、 Cr:15〜40%、 Ni:5〜15%、 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 Al:0.01〜3%、 Hf:0.05〜5%、 Y:0.01〜1%、 を含有し、さらに、 Ta、Nb、およびTiのうちの1種また は2種以上:0.01〜3%と、 BおよびZrのうちの1種または2種: 0.005〜0.1%と、 希土類元素:0.005〜0.1%、 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ホット・コロー
    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。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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