JPS61547A - 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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JPS61547A
JPS61547A JP12152084A JP12152084A JPS61547A JP S61547 A JPS61547 A JP S61547A JP 12152084 A JP12152084 A JP 12152084A JP 12152084 A JP12152084 A JP 12152084A JP S61547 A JPS61547 A JP S61547A
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less
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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〕 この澄明は、1000℃以上の高温酸化性雰囲気におい
て、高強度なら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。
1  −ヵ、アイ1.jユ、−12゜□0.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1
300℃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、それ自身の湿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:0.05〜0.1%。
3i  :  0.1〜2%。
Cr:35%超〜40%。
Ni  :5〜18%未満。
Wおよび1yloのうちの1種または2種=2〜12%
)If :  0.5〜5%。
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%
と。
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a湿強度を示すばかりでなく、茗しくすぐ
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0,05%
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方0.7
%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0.05〜0.7%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3
5%以下では所望の著しく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35%超〜40%と定めた。
(d)  Ni Ni成分には、Qr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18%以上含有させると
耐ホット・コロージョン性にi     ”化WA @
 tfi IJ! to t’L 6 J:506次か
5・103(有量を5〜18%未満と定めた。
(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)  Hf 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0,5%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0.5〜5%と定めた。
(0)  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
必要に応じで含有されるが、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1%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
ようになることから、その含有量を0,05〜1%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0.5%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がら、その含有量を0
.5〜3%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o、 oos%未満では所望の1&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がら、その含有量をo、oos〜
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Go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Go基耐熱合金1〜35および比較Co
基耐熱合金1〜10を溶製し、口ストワックス精密鋳造
法を用いて、平行部外径ニアmφ×平行部長さ:50m
1lXチャック部外径:25amφ×全長:90am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、^湿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、雰囲気工大
気中、加熱温度:1100℃、付加荷重:  3.5K
fi/−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、上記クリーブラブチャー試験後の試験片のチャッ
ク部から直径:1011#Iφ×高さ:10m+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: 1000℃に24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:10m5+φ×高さ:10jll
Iの寸法をもった試験片を切り出し、この試験片を用い
、900℃の温度に加熱した溶融 Na 2304中に200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〜
35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:0.05〜0.7%、 Si:0.1〜2%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜18%未満、 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 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
    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:0.05〜0.7%、 Si:0.1〜2%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜18%未満、 WおよびMoのうちの1種または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:0.05〜0.7%、 Si:0.1〜2%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜18%未満。 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 Hf: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: 0.5〜3%、 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。 (4)C:0.05〜0.7%、 Si:0.1〜2%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜18%未満、 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 Hf:0.5〜5%、 を含有し、さらに、 Bおよびほ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。 (b)C:0.05〜0.7%、 Si:0.1〜2%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜18%未満、 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 Hf:0.5〜5%、 を含有し、さらに、 Mn:0.05〜1%、と、 TaおよびNbのうちの1種または2種: 0.5〜3%、 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。 (6)C:0.05〜0.7%、 Si:0.1〜2%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜18%未満、 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 Hf:0.5〜5%、 を含有し、さらに、 Mn:0.05〜1%、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。 (7)C:0.05〜0.7%、 Si:0.1〜2%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜18%未満、 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 Hf: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: 0.5〜3%、 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。 (8)C:0.05〜0.1%、 Si:0.1〜2%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜18%未満、 WおよびMoのうちの1種または2種:2 〜12%、 Hf:0.5〜5%、 を含有し、さらに、 Mn:0.05〜1%と、 TaおよびNbのうちの1種または2種: 0.5〜3%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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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