JPS6221064B2

JPS6221064B2 -

Info

Publication number: JPS6221064B2
Application number: JP1417083A
Authority: JP
Inventors: Junya Ooe; Saburo Wakita
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1983-01-31
Filing date: 1983-01-31
Publication date: 1987-05-11
Also published as: JPS59140344A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、1000℃以上の高温酸化性雰囲気に
おいて、すぐれた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す
ぐれた耐ホツト・コロージヨン性を示し、したが
つ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、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
耐ホツト・コロージヨ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1300℃を越える状態になつている。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つた。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
つて耐ホツト・コロージヨ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。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
ホツト・コロージヨン性も具備した材料を開発す
べく研究を行なつた結果、重量％で、Ｃ：0.05〜0.6％、 Si：0.1〜２％、 Cr：18〜25％、Ｗ：10〜20％、 Ni：18〜25％未満、 Hf：0.5〜５％、を含有し、さらに必要に応じて、 Mn：0.1〜２％、希土類元素：0.005〜0.1％、のいずれか、または両方を含有し、 Coおよび不可避不純物：残り、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、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ツト・コロージヨン性を示
し、したがつてこのCo基耐熱合金と、これらの
特性が要求されるガスタービンの部材の製造に用
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
つ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
のであつて、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) ＣＣ成分には、素地に固溶するほか、Cr、
Ｗ、およびHfと結合して炭化物を形成し、も
つ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0.6％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
〜0.6％と定めた。 (b) Si Si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18％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25
％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18〜25％と定めた。 (d) ＷＷ成分には、Ｃと結合して高融点炭化物であ
るMC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、もつて高温
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10％未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方20％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10〜20％と定めた。 (e) 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18％
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方25％以上含有させると耐ホツト・コロージヨ
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18〜25％未満と定めた。 (f) Hf Hf成分には、MC型あるいはM₇C₃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、さらに耐ホツ
ト・コロージヨ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、その含有量を0.5
〜５％と定めた。 (g) 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て含
有されるが、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２％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0.1
〜２％と定めた。 (h) 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ツト・コロージヨン
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ツト・コロ
ージヨ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。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。実施例通常の溶解法によりそれぞれ第１表に示される
成分組成をもつた本発明Co基耐熱合金１〜24お
よび比較Co基耐熱合金１〜７を溶製し、ロスト
ワツクス精密鋳造法を用いて、平行部外径：７mm
φ×平行部長さ：50mm×チヤツク部外径：25mmφ
×全長：90mmの寸法をもつ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プチヤー試験片を削り出
し、この試験片を用い、雰囲気：大気中、加熱温
度：1100℃、付加荷重：3.0Kg／mm²の条

【表】

【表】件でクリープラプチヤー試験を行ない、破断寿命
を測定した。また、上記クリープラプチヤー試験後の試験片
のチヤツク部から直径：10mmφ×高さ：10mmの寸
法をもつた試験片を切出し、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サイクルを行なつた後の酸
化減量を測定する高温耐酸化性試験を行なつた。さらに、同様に直径：10mmφ×高さ10mmの寸法
をもつた試験片を切出し、この試験片を用い、
900℃の温度に加熱した溶融Na₂SO₄中に300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つ
て耐ホツト・コロージヨン性を評価した。これら
の測定結果を第１表に合せて示した。第１表に示される結果から、本発明Co基耐熱
合金１〜24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ツト・コロー
ジヨン性を兼ね備えているのに対して、比較Co
基耐熱合金１〜７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、および耐ホツト・コロージ
ヨン性のうちの少なくともいずれかの特性が劣つ
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
た耐ホツト・コロージヨ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
亘つ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】１Ｃ：0.05〜0.6％、 Si：0.1〜２％、 Cr：18〜25％、Ｗ：10〜20％、 Ni：18〜25％未満、 Hf：0.5〜５％、 Coおよび不可避不純物：残り、からなる組成（以上重量％）を有することを特徴
とする耐ホツト・コロージヨン性にすぐれたガス
タービン用高強度Co基耐熱合金。２Ｃ：0.05〜0.6％、 Si：0.1〜２％、 Cr：18〜25％、Ｗ：10〜20％、 Ni：18〜25％未満、 Hf：0.5〜５％、 Mn：0.1〜２％、 Coおよび不可避不純物：残り、からなる組成（以上重量％）を有することを特徴
とする耐ホツト・コロージヨン性にすぐれたガス
タービン用高強度Co基耐熱合金。３Ｃ：0.05〜0.6％、 Si：0.1〜２％、 Cr：18〜25％、Ｗ：10〜20％、 Ni：18〜25％未満、 Hf：0.5〜５％、希土類元素：0.005〜0.1％、 Coおよび不可避不純物：残り、からなる組成（以上重量％）を有することを特徴
とする耐ホツト・コロージヨン性にすぐれたガス
タービン用高強度Co基耐熱合金。４Ｃ：0.05〜0.6％、 Si：0.1〜２％、 Cr：18〜25％、Ｗ：10〜20％、 Ni：18〜25％未満、 Hf：0.5〜５％、 Mn：0.1〜２％、希土類元素：0.005〜0.1％、 Coおよび不可避不純物：残り、からなる組成（以上重量％）を有することを特徴
とする耐ホツト・コロージヨン性にすぐれたガス
タービン用高強度Co基耐熱合金。