JPS61546A - 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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JPS61546A
JPS61546A JP12052984A JP12052984A JPS61546A JP S61546 A JPS61546 A JP S61546A JP 12052984 A JP12052984 A JP 12052984A JP 12052984 A JP12052984 A JP 12052984A JP S61546 A JPS61546 A JP S61546A
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Junya Oe
大江 潤也
Saburo Wakita
三郎 脇田
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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℃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’C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σ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問題点〕
しかし、上記の従来Go基耐熱合金製ガスタービン部材
が、上記のような13001X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、高温耐
酸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%。
3i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%。
At :  0.01〜3%。
Hf :  0.05〜5%。
を含有し、さらに必要に応じて、 (A) Ta 、 Nb 、およびTiのうちの1種ま
たは2種以上:  0.01〜5%。
(B) Bおよび2「のうちの1種または2種=0.0
05〜0.1%。
(C)希土類元素:  o、oos〜0.1%。
以上(A)〜(C)のうちの1種または2種以上を含有
し、残りがGOと不可避不純物からなる組成を有するC
o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・コロージ
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、cr 、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0.01〜1%と定めた。
(b)  SiおよびMn 1    、:ゎ5.)。。よ、4カ、□わあ。。7、
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)  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
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。
(d)  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
ると耐ホット・コロージョン性に劣化傾向が現われるよ
うになることから、その含有間を5〜15%と定めた。
(e)  WおよびMo これらの成分には、Cと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M7 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)  Δ! At成分には、1−1f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。
((])  Hf Hf成分には、MC型あるいはM2O3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
性を老成して、その含有量0.05〜5%と定めた。
(h)  Ta、NbおよヒTi 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5%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
0.01〜5%と定めた。
(i)  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。
(j)  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・コロージ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0.005%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、その含有間を0.005〜
0.1%シ   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1〜51および比較Co
基耐熱合金1〜10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=7Mφ×平行部長さ:50a
mXチャック部外径:25馴φ×全長:90m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:大気中、
加熱温度: 1000℃、付加荷重ニアKfJ/yrd
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:10mφX高さ:10■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時間保持優、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:10a*φX高さ:1〇−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%Na 2804 +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〜
51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1〜10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%、 At:0.01〜3%、 Hf:0.05〜5%、 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
    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%、 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:0.01〜5%、 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
    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%、 At:0.01〜3%、 Hf:0.05〜5%、 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%、 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%、 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%、 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:0.01〜5%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%、 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:0.01〜5%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%、 At:0.01〜3%、 Hf:0.05〜5%、 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%、 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:0.01〜5%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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US4820324A (en) * 1987-05-18 1989-04-11 Owens-Corning Fiberglas Corporation Glass corrosion resistant cobalt-based alloy having high strength
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