JPS61548A

JPS61548A - ガスタ−ビン用高強度Ｃｏ基耐熱合金

Info

Publication number: JPS61548A
Application number: JP12152184A
Authority: JP
Inventors: Junya Oe; 大江　潤也; Saburo Wakita; 三郎脇田
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1984-06-13
Filing date: 1984-06-13
Publication date: 1986-01-06
Anticipated expiration: 2004-06-13
Also published as: JPH0243814B2

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、ｐ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
ビンの入口湿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１　　９！　ｈ　’ｉ
；　ｈｔｃ　Ｊｌ　ａ　Ｔ”　６、ｊｌ？ｉ！Ｉ！（７
）ａｎｔ；ｔ　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、１４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：０．０５〜０．７％。

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１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：　０．５〜３
％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、１００．０℃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
％５％未満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）　　０ｒＣｒ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。

（Ｃ）　　ＮｉＮｉ成分には、Ｏｒ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５〜１８％未満と定めた。

（（１）　　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Ｍ２３　Ｃｓ
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。

（ｅ）　　ＨｆＨｆ成分には、ＭＣ型あるいはＭ７Ｃ３型の共（品用化
物を形成するこ８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６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、その含有間０．５〜５％と定めた。

（ｆ）　　ＭｎＭｎ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０．０５％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。

（り）　　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から、その含有量を
０．５〜３％と定めた。

（ｈ）　　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＾温強痩向上効果が得ら
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。

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、経済性を考緻し
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１〜３７および比較Ｃｏ
基耐熱合金１〜８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Ｍφ×平行部長さ：５０Ｂｘ
チャック部外径：２５ＩＩａφ×全長：９０ａｗ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：１１００℃、付加荷重：　　３．５Ｎｇ／
−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：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：
１１００℃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履φ×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、９００℃
のＩｉ度に加熱した溶融ＮａｚＳＯａ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〜
３７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・］ローション性を兼ね備え
ているのに対して、比較Ｃｏ基耐熱合金１〜８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
゛ローシ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

【特許請求の範囲】（１）Ｃ：０．０５〜０．７％、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％、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％、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％、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。（５）Ｃ：０．０５〜０．７％、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％、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％、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：０．０５〜０．７％、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。