JPS61549A - ガスタ−ビン用高強度c0基耐熱合金 - Google Patents

ガスタ−ビン用高強度c0基耐熱合金

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JPS61549A
JPS61549A JP12274884A JP12274884A JPS61549A JP S61549 A JPS61549 A JP S61549A JP 12274884 A JP12274884 A JP 12274884A JP 12274884 A JP12274884 A JP 12274884A JP S61549 A JPS61549 A JP S61549A
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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、所望の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所望の耐ホット・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C
o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(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、1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、(以下%は重量%を示す)、 C:0.05 〜0.7%。
Cr:35%超〜40%。
Ni:5〜25%。
WおよびIvloのうちの1種または2種:〇、1〜1
2%。
Hf :  0.001〜0.5%未満。
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7r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%。
(D)SiおよびMnのうちの1種または2種:0.0
1〜2%。
以上(A)〜(0)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G
o基合金は、高温酸化性雰囲気中、1000℃以上の温
度において、所望の高温強度(およ、j□□□。、□、
□□。
気中でも所望の耐ホット・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
、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.
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0.05〜0.1%と定めた
(b)  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
および靭性が急激に低下するようになることから、その
含有量を35%超〜40%と定めた。
(C)  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25%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、その含有量を5〜25%と定めた。
(d)  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
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0.1%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
0.1〜12%と定めた。
(e)  Hf Hf成分には、高温耐酸化性、高温強度、および耐ホッ
ト・コロージョン性を改善する作用があるが、その含有
量が0.001%未満では前記作用に所望の効果が得ら
れず、一方0.5%以上含有させてもある種の使用条件
下では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0.001〜0.5%未満と定めた。
(f)  Ta、Nb、および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
0.01〜3%と定めた。
(o)  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o、oos〜0.
1%と定めた。
(h)  希土類元素 これらの成分には、特に1−1f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、1     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、その含有量
を0.005〜0.1%と定めた。
m  s;およびMn これらの成分には強力な脱酸作用があるので、特に溶湯
の脱酸が必要とされる場合に必要に応じて含有されるの
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3%を越えて含有させても
より一層の弱酸効果は得られず、むしろ合金特性に劣化
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。
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1〜65および比較Co
基耐熱合金1〜9を溶製し、ロストワックス精密鋳造法
を用いて、平行部外径ニア慣φ×平行部長さ:50mg
+Xチャック部外径:25sφ×全長:90m1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/rrr4
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:10m+φX高さ=10a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:10m+の寸法
をもった試験片を切り出し、この試験片を用い、100
0℃の湿度に加熱した 85%V2O5+15%Na 2 SOaの溶融塩中に
3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〜
65は、いずれも所望の高温強度および高温耐酸化性、
さらに耐ホット・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1〜9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基耐熱台金は、所望の高
温強度と高温耐酸化性、さらに耐ホット・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%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 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:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 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:0.05〜0.7%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 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。 (4)C:0.05〜0.7%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜25%未満、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 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:0.05〜0.7%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 を含有し、さらに、 SiおよびMnのうちの1種または2種: 0.01〜2%、 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。 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:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 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%、 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:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 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%、 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:0.05〜0.7%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 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%、 SiおよびMnのうちの1種または2種: 0.01〜2%、 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。 (9)C:0.05〜0.7%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 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%、 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。 (10)C:0.05〜0.7%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 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%、 SiおよびMnのうちの1種または2種: 0.01〜2%、 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。 (11)C:0.05〜0.7%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 を含有し、さらに、 希土類元素:0.005〜0.1%、 SiおよびMnのうちの1種または2種: 0.01〜2%、 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。 (12)C:0.05〜0.7%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 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%、 BおよびZrのうちの1種または2種: 0.005〜0.1%、 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。 (13)C:0.05〜0.7%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 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%、 BおよびZrのうちの1種または2種: 0.005〜0.1%、 SiおよびMnのうちの1種または2種: 0.01〜2%、 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。 (14)C:0.05〜0.7%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 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%、 希土類元素:0.005〜0.1%、 SiおよびMnのうちの1種または2種 0.01〜2%、 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。 (15)C:0.05〜0.7%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 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%、 希土類元素:0.005〜0.1%、 SiおよびMnのうちの1種または2種: 0.01〜2%、 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。 (16)C:0.05〜0.7%、 Cr:35%超〜40%、 Ni:5〜25%、 WおよびMoのうちの1種または2種: 0.1〜12%、 Hf:0.001〜0.5%未満、 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%、 BおよびZrのうちの1種または2種: 0.005〜0.1%、 希土類元素:0.005〜0.1%、 SiおよびMnのうちの1種または2種 0.01〜2%、 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 (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4820324A (en) * 1987-05-18 1989-04-11 Owens-Corning Fiberglas Corporation Glass corrosion resistant cobalt-based alloy having high strength
CN100386498C (zh) * 2006-09-27 2008-05-07 田聚 保险柜
DE102008053583A1 (de) 2007-12-20 2009-07-02 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Einspritzdüsenhalterungsstruktur

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