KR20000047693A - 보수재, 보수재를 사용하는 보수 방법 및 보수된 제품 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 조성물은 코발트; 크롬; 탄소; 붕소; 지르코늄; 알루미늄; 하나 이상의 내화재; 및 니켈을 포함한다. 상기 조성물은 보수 방법에서 초합금 제품을 보수하기 위한 보수재로서 사용된다.

Description

보수재, 보수재를 사용하는 보수 방법 및 보수된 제품{REPAIR MATERIAL, PROCESS OF REPAIRING USING THE REPAIR MATERIAL, AND ARTICLE REPAIRED}
본 발명은 물질의 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 터빈 및 그의 구성요소의 보수를 위해 사용할 수 있는 물질의 조성물에 관한 것이다.
터빈, 에어호일, 베인(vane), 버킷(bucket), 블레이드, 노즐 및 유사 요소 및 이들의 구성요소(이후 "터빈 구성요소")는 고압 용도에서 사용된다.
터빈 구성요소는 종종 초합금재로부터 형성된다. 초합금재은 바람직한 내산화성 및 내부식성, 열 피로 균열 내성 및 고강도를 갖는다. 하나의 공지된 초합금재는 GTD111(14 중량%의 크롬(Cr), 9.5 중량%의 코발트(Co), 3.8 중량%의 텅스텐(W), 1.5 중량%의 몰리브덴(Mo), 4.9 중량%의 티탄(Ti), 3.0 중량%의 알루미늄(Al), 0.1 중량%의 탄소(C), 0.01 중량%의 붕소(B), 2.8 중량%의 탄탈(Ta) 및 나머지(BAL)의 니켈(Ni)을 포함하는 조성물을 갖는 니켈계 초합금)이다. GTD111 재료는 터빈 구성요소로 사용될 때 등축(EA) 단일 결정 및 방향성 응고(DS) 미세구조물 중 하나가 제공된다.
터빈 구성요소는 터빈 버킷 팁에서 종종 일어나는 것과 같은 사용하는 동안 손상 및 열화된다. 이 열화는 팁의 후연(trailing edge)에서의 심각한 재료 손실을 포함한다. 재료 손실은 적어도 부분적으로 재료의 열 피로 균열 뿐만 아니라 산화 및 고온 부식 손상에 기인한다.
손상된 터빈 구성요소는 다시 사용되고자 한다면 보수되어야 한다. 과거에, 손상된 터빈 구성요소, 예를 들면 손상된 팁을 갖는 터빈 버킷은 팁이 터빈 버킷 팁 덮개판과 거의 동일한 깊이로 그라인딩된다. 새로운 터빈 버킷 팁은 보수재가 용접 풀에 공급되면 풀이 터빈 구성요소상의 덮개 팁의 둘레주위에서 이동하고 이 위에 용융되어 새로운 팁을 형성하는 다중 웰드-패스(weld-pass) 보수 방법에 의해 덮개판상에 장착된다.
하나의 이러한 터빈 구성요소 용접 보수 방법은 보수 공정동안 터빈 구성요소의 예비 가열 및 터빈 구성요소의 연속 가열 없이 용접에 의한 보수를 포함한다. 이러한 터빈 구성요소 용접 보수 방법을 위한 보수재는 특히 터빈 구성요소가 니켈계 초합금재로부터 형성된다면 종종 니켈계 초합금 보수재를 사용한다. 예를 들면, 하나의 니켈계 초합금 보수재는 IN625(24.64 원자%의 크롬(Cr), 5.6 원자%의 몰리브덴(Mo), 0.25 원자%의 티탄(Ti), 0.44 원자%의 알루미늄(Al), 0.25 원자%의 탄소(C), 2.1 원자%의 철(Fe), 2.3 원자%의 니오븀(Nb) 및 나머지의 니켈(Ni)을 포함하는 조성물을 갖는 니켈계 초합금)를 포함한다. IN625 니켈계 초합금, 예를 들면 GTD111 니켈계 초합금은 초합금 터빈 재료와 허용되는 용접 부착성 및 기계적 상용성을 갖는다. GTD111 터빈 구성요소와 같은 터빈 구성요소상에 IN625 보수재를 포함하는 용접은 낮은 균열 진동수를 나타내고, 이후 용접 보수 공정을 수행한다. 또한, IN625 보수재를 포함하는 보수된 터빈 구성요소는 후속 열 처리 후 낮은 균열 진동수를 나타내고, 이것은 바람직한 터빈 구성요소 특성이다.
IN625 보수재는 낮은 균열 진동수를 나타내지만, 보수된 터빈 구성요소에서 바람직하지 않은 강도 및 내산화성을 갖고, 따라서 단지 고압 및 고온 터빈 구성요소 사용에서 일어나는 적당한 온도 및 시간동안 수행되는 터빈 구성요소를 보수하는데에만 사용될 수 있다. 따라서, GTD111 보수재는 GTD111 터빈 구성요소를 보수하기 위한 용접 보수재로서 연구되었다. GTD111 보수재를 사용하는 보수 방법은 용접 보수 공정 전 및 보수 공정동안 터빈 구성요소를 가열한다. 터빈 구성요소 온도는 터빈 구성요소 및 보수재에서 균열의 형성을 피하기 위해 가열하는 동안 약 950℃보다 큰 온도에 도달한다. 균열은 한 번 보수된 터빈 구성요소의 바람직하지 않은 재가공을 요구하고, 보수된 터빈 구성요소에서 균열 문제점을 보정 또는 해결할 수 없어 바람직하지 못하다.
GTD111로 보수된 터빈 구성요소는 IN625로 보수된 터빈 구성요소와 비교할 때 강도 용접 보수를 개선시킨다. GTD111을 포함하는 보수된 터빈 구성요소는 IN625보다 큰 내산화성을 가지나, 그의 내산화성이 단지 원래 터빈 구성요소 재료의 내산화성 정도이기 때문에 산화되기 쉽다. GTD111로 보수된 터빈 구성요소가 IN625로 보수된 터빈 구성요소와 비교시 개선된 내산화성을 나타내지만, 내산화성이 바람직할 정도로 높지는 않다.
따라서, 터빈 구성요소를 보수하기 위한 내균열성 및 내산화성 보수재가 필요하다. 보수재는 가열과 관련된 바람직하지 않은 균열 효과로 인해 보수를 위해 터빈 구성요소의 추가 가열을 요구해서는 안된다. 또한, 보수재는 IN625 및 GTD111을 포함하나 이에 제한되지 않는 공지된 보수재보다 큰 내산화성을 가져야 하고, IN625 정도 또는 이보다 강해야 한다.
본 발명의 목적은 종래의 보수재보다 큰 내산화성, 내균열성 및 강도를 갖는 보수재를 제공하는 것이다.
도 1은 공지된 재료 및 니켈계 보수재에 대한 내산화성 곡선 그래프를 나타낸다.
도 2는 공지된 재료 및 니켈계 보수재에 대한 내산화성 곡선 그래프를 나타낸다.
도 3은 니켈계 보수재에 대한 내산화성 곡선 그래프를 나타낸다.
도 4 및 5는 니켈계 보수재에 대한 파열 거동으로서 강도의 그래프를 나타낸다.
본 발명은 종래의 보수재의 상기 지적된 결점을 극복하고자 한다.
본 발명은 초합금 제품을 보수하는데 사용될 수 있는, 코발트, 크롬, 탄소, 붕소, 지르코늄, 알루미늄, 하나 이상의 내화재 및 니켈을 포함하는 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 보수재를 사용하여 초합금 제품을 보수하는 보수 방법을 제공한다. 보수재는 코발트, 크롬, 탄소, 붕소, 지르코늄, 알루미늄, 하나 이상의 내화재 및 니켈을 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 양상, 잇점 및 현저한 특징은 다음의 상세한 설명으로부터 명백할 것이고, 유사 부분이 도면을 통해 유사한 참고 특징에 의해 지칭되는 첨부된 도면과 관련하여 볼 때 본 발명의 양태를 개시한다.
하기 논의에서, 각 재료의 특성은 달리 특정되지 않으면 제조된 형태로 논의된다. 특별히 특정된 재료는 와이어, 등축 미세구조(EA) 단일 구조물로 제공된 재료, 및 방향성 응고(DS) 미세구조물로 제공된 재료를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 본원에 논의되는 재료의 성질은 달리 특정되지 않으면 특정 조건에서 표준 산업 시험하에서 측정된다. 본원에 개시된 재료 조성물은 달리 논의되지 않으면 원자%로 제공된다.
본 발명에 의해 구체화된 보수재는 니켈계 초합금 조성물, 예를 들면 오스테나이트성 니켈(Ni) 매트릭스를 갖는 니켈계 초합금재를 포함한다. 보수재는 터빈, 블레이드, 에어호일, 버킷, 베인, 노즐 및 이들의 구성요소(이후 "터빈 구성요소")를 포함하나 이에 제한되지 않는 구조물의 보수에 유용하다. 터빈 구성요소의 초합금은 니켈계 초합금, 코발트계 초합금, 니켈-철계 초합금, 및 일반적으로 VIIIA족 원소를 기본으로 하는, 승온 사용을 위해 개발된 다른 합금을 포함하는 공지된 초합금 조성물을 포함하고, 이때 초합금은 비교적 심한 기계 응력을 받고, 초합금의 높은 표면 안정성이 자주 요구된다.
오스테나이트성 니켈 매트릭스 보수재(이후 "니켈계 보수재")는 보수재의 강도, 용접 부착성(주어진 조건하에서 재료의 용접되는 능력의 특정한 또는 상대적인 측정치, 따라서 목적하는 모든 기능을 만족하는 완성된 용접부) 및 내산화성을 유지하고 균형을 맞추는 양으로 성분들을 포함한다. 니켈계 보수재는 하나 이상의 내화성 요소를 포함하고, 재료의 약 10 부피% 미만의 양으로 감마 프라임(γ')을 포함한다.
본 발명의 니켈계 보수재는 초합금재와 같은 터빈 구성요소의 기재 재료와 야금학적으로 상용성이다. 본 발명에 의해 구체화된 니켈계 보수재는 코발트(Co), 크롬(Cr), 탄소(C), 붕소(B), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 및 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 레늄(Re), 니오븀(Nb) 및 탄탈(Ta) 중 하나를 포함하나 이에 제한되지 않는 하나 이상의 내화성 요소를 포함하고, 니켈계 보수재의 나머지는 니켈(Ni)을 포함한다. 각 성분의 범위(원자%)는 다음과 같다: 약 12.0 내지 약 15.0의 코발트; 약 24.0 내지 약 30.0의 크롬; 약 0.2 내지 약 3.0의 탄소; 약 0.02 내지 약 0.05의 붕소; 약 0.02 내지 약 0.05의 지르코늄; 약 0.4 내지 약 3.0의 알루미늄; 약 2.0 내지 약 7.0의 몰리브덴; 약 0.75 내지 약 4.0의 탄탈; 나머지의 니켈. 니켈계 보수재에서 몰리브덴, 탄탈 및 텡스텐을 포함하나 이에 제한되지 않는 상기 내화성 요소 성분은 보수용 및 터빈 구성요소 재료의 강화, 예를 들면 고체 용액 강화를 증진시킨다.
니켈계 보수재는 티탄(Ti) 및 철(Fe)을 포함하나 이에 제한되지 않는 하나 이상의 추가의 성분을 포함한다. 니켈계 보수재가 제공된다면 추가의 성분은 다음의 원자%로 제공된다: 약 0.6 내지 약 5.0의 니오븀; 약 0.25 내지 약 1.9의 티탄; 약 0.8 내지 약 1.2의 레늄; 약 1.9 내지 약 2.3의 철; 및 약 1.0 내지 약 3.0의 텅스텐.
표 1은 공지된(기준선) 니켈계 재료 조성물, IN617, IN625 및 GTD111과 함께 본 발명에 의해 구체화된 니켈계 보수재("재료") 조성물을 나타낸다. 재료의 양은 원자%로 제공되고(나타낸 것은 제외), 보수재 조성물의 나머지는 니켈을 포함한다.
재료[a/o] Co Cr C B Zr Al Mo Ta 다른 원소 나머지
재료 1 15.0 24.9 0.24 0.03 0.03 2.2 4.3 0.81 0.63Nb1.84Ti Ni
재료 2 15.0 25.7 0.25 0.03 0.02 1.7 6.5 2.0 1.28Ti Ni
재료 3 15.0 27.0 0.25 0.03 0.02 1.0 7.0 4.0 Ni
재료 4 15.0 27.5 0.25 0.03 0.02 1.2 6.0 2.5 5.0Nb1.5Re Ni
재료 5 15.0 24.7 0.25 0.03 0.02 2.0 2.5 3.0 Ni
재료 6 15.0 24.7 0.25 0.03 0.02 2.0 5.0 3.0 Ni
재료 7 15.0 24.7 0.25 0.03 0.02 2.0 5.0 3.0 1.0Re1.0W Ni
재료 8 15.0 24.7 0.25 0.03 0.02 3.0 5.0 1.5 Ni
재료 9 15.0 24.7 0.25 0.03 0.02 2.0 5.0 3.0 3.0W Ni
재료 10 15.0 24.7 0.25 0.03 0.02 2.0 5.0 4.0 3.0W Ni
재료 11 15.0 24.7 0.25 0.03 0.02 2.0 6.0 3.0 3.0W Ni
재료 A 15.0 24.7 0.27 0.03 0.02 2.0 5.5 3.5 2.0W Ni
재료 B 15.0 24.7 0.27 0.03 0.02 2.0 5.5 3.5 1.25Mn2.0W1.0Si Ni
재료 C 15.0 24.7 0.27 0.03 0.02 2.0 5.5 3.5 1.25Mn2.0W2.0Si Ni
재료 D 15.0 24.7 0.27 0.03 0.02 2.0 5.0 4.0 1.25Mn3.0W1.0Si Ni
재료 E 15.0 24.7 0.27 0.03 0.02 2.0 5.0 4.0 1.25Mn3.0W2.0Si Ni
재료 F 10.2 23.0 2.2 6.2 0.8W Ni
IN625 24.64 0.25 0.44 5.6 2.1Fe0.25Ti2.3Nb Ni
IN617 12.4 24.7 0.3 2.2 5.5 Ni
GTD111(중량%) 9.3 15.5 0.5 0.05 6.4 0.9 0.9 1.2W5.9Ti Ni
본 발명에 의해 구체화된 니켈계 보수재는 개선된 내산화성을 나타내고, 이것은 필적할만하고 종종 공지된 보수재보다 우월하다. 니켈계 보수재중의 크롬, 알루미늄, 망간 및 규소 성분은 단독으로 및 혼합하여 니켈계 보수재의 내산화성을 개선한다. 규소 및 망간 첨가는 또한 산화물 파쇄에 대한 개선된 내성을 증진시킨다. 표 2는 약 2000℉(1093℃)에서 선택된 보수재에 대해 면적당 중량 변화(mg/cm2)의 산화 특성을 나타낸다.
2000℉에서의 시간 GTD111와이어 GTD111EA IN625와이어 DSIN625 재료 1 재료 5 재료 6 재료 7 재료 8 IN617와이어
24 -3.5 -1.4 -2.1 -11.9 1.4 -0.7 -1.2 0.1 -0.7 0.7
48 -6.7 -4.7 -2.1 -70.0 1.4 0.2 -0.7 0.3 0.5 0.7
72 -9.7 -6.1 -6.1 0.9 0.6 -0.1 -0.5 0.6 0.2
141 -16.1 -10.1 -15.7 0.3 0.8 -0.3 -0.7 0.6 0.0
237 -19.4 -14.9 -37.6 -0.8 -1.5 -1.7 -1.5 -0.3
309 -24.0 -18.0 -67.0 -9.7 -5.1 -3.2 -3.6 -1.7 -1.2
405 -28.3 -23.7 -112.0 -58.0 -10.1 -15.9 -8.9 -4.1 -1.9
477 -32.6 -29.0 -149.0 -104 -13.7 -9.2 -14.0 -6.8 -3.4
573 -41.6 -37.2 -180.0 -160 -17.4 -13.8 -20.3 -11.2 -7.0
645 -58.4 -44.1 -19.3 -17.1 -28.6 -15.9 -10.4
741 -88.6 -56.6 -22.6 -20.8 -47.0 -21.0 -13.8
813 -119.0 -67.7 -24.2 -28.1 -73.0 -25.9 -15.9
909 -121.0 -80.8 -26.4 -45.4 -91.9 -32.1 -18.5
1002 -137.0 -99.5 -33.1 -70.1 -103 -42.0 -22.3
도 1 및 2는 본 발명에 의해 구체화된 바와 같이 공지된 재료 및 니켈계 보수재에 대한 내산화성 곡선의 그래프를 나타낸다. 도 3은 약 2000℉(1093℃)에서 노출 시간의 함수로서 재료 A 내지 F에 대한 내산화성의 그래프를 나타낸다. 산화 곡선은 약 2000℉(1093℃)에서 산화에 대한 면적당 중량 변화 대 시간을 설명한다. 공지된 재료는 IN625, GTD111 및 IN617을 포함하고, 와이어 및 제조된 형태로 제공되고 나타난 바와 같이 방향성 응고(DS) 및 등축(EA) 구조물로 제공된다.
본 발명에 의해 구체화된 니켈계 보수재(보수재 재료 1 제외)는 내산화성을 나타내고, 이것은 GTD111의 내산화성에 비교시 유사하거나 또는 개선된다. (재료 2 내지 4의 내산화성 성질은 재료 1과 유사하고, 설명되지 않는다.) 니켈계 보수재는 터빈 용도에서 발견된 것과 같은 고온 용도에 이들을 적합하게 하는 소량의 재료를 잃는다. 재료 6은 약 2500℉(1093℃)에서 약 850시간에서 약 30 mg/cm2인 감소된 산화를 나타내고, 유사한 IN625 손실은 유사한 조건하에서 약 150시간에서 발생한다.
재료 D 및 E는 니켈계 보수재에서 증가된 규소 양으로 인해 유익한 내산화성 결과를 나타낸다. 증가된 몰리브덴 양은 재료 A의 내산화성과 비교시 재료 E에 대해 내산화성을 개선시킨다. 재료 E는 보수재 및 보수 방법에 사용하기에 바람직한 내산화성을 제공한다. 예를 들면, 니켈계 보수재 재료 E는 개선된 내산화성을 갖고, 이것은 약 2000℉(1093℃)에서 산화의 약 1000시간에서 단지 약 30 mg/cm2을 잃는다. 비교시, IN625는 약 2000℉(1093℃)에서 산화의 단지 약 150시간 미만에서 거의 유사한 재료 양을 잃고, GTD111은 약 2000℉(1093℃)에서 산화의 단지 약 500시간에서 유사한 재료 양을 잃는다.
개선된 내산화성 외에, 본 발명에 의해 구체화된 니켈계 보수재는 개선된 파열 강도와 같은 바람직한 강도를 갖는다. 높은 파열 강도는 보수재의 내파괴성을 개선한다. 니켈계 초합금에서 바람직한 파열 강도는 내산화성을 개선하기 위해 첨가되는 재료에 의해 감소될 수 있다. 따라서, 초합금에 첨가되는 재료 양은 개선된 내산화성 및 개선된 강도를 얻기 위한 양으로 제공된다.
초합금 보수재의 파열 강도는 다량의 망간 및 규소에 의해 악영향을 받을 수 있다. 예를 들면, 재료 A, B 및 C는 증가된 양의 망간 및 규소로 인해 공기중에서 약 2000℉(1093℃)/3 ksi에서 파열 시험으로 시험할 때 약 68 시간 내지 약 98 시간동안의 파열을 갖는다. 따라서, 초합금 보수재에서 망간 및 규소의 양은 개선된 내산화성을 가지면서 바람직한 개선된 파열 강도를 이루는 양으로 제공된다.
도 4 및 5는 본 발명에 의해 구체화된 바와 같이, 니켈계 보수재에 대한 파열 거동(응력 대 라슨 밀러 변수(Larson Miller parameter: PLM= T(c + log t)[c = 20, T(。R), t(시간)])으로서 강도의 그래프를 나타낸다. 그래프는 또한 DS IN625 및 DS IN617 재료, 및 레네(Rene, 제네랄 일렉트릭 캄파니(General Electric Company)의 상표명) 80 및 레네 41을 포함하나 이에 제한되지 않는 감마 프라임(γ') 강화된 초합금에 대한 파열 거동 곡선을 설명한다. 파열 강도는 당해 분야에 공지된 시험을 사용하여 샘플 게이지 중심에서 측정한다.
도 4는 DS 재료 1, 5 및 6에 대한 파열 거동 곡선을 설명하고, 도 5는 DS IN625 및 DS IN617과 비교시 DS 재료 2, 3, 4, 9, 10 및 11에 대한 파열 거동 곡선을 설명한다. 파열 거동 곡선은 DS IN625 및 DS IN617과 비교시 본 발명에 의해 구체화된 니켈계 보수재에 대한 개선된 파열 강도를 나타낸다. 재료에 대한 공기중에서 2000℉(1093℃)/3 ksi에서 파열 시험하에서 보수재 수명은 다음과 같다: DS IN617 약 160시간; 재료 9 약 77시간; 재료 10 약 198시간; 재료 11 약 186시간; 재료 2 약 67시간; 재료 3 약 68시간; 및 재료 4 약 37시간.
개선된 내산화성 외에, 보수재 DS 재료 6은 감소된 용접 균열 진동수 및 2000℉/3 ksi에서 파열 시험동안 연장된 파열 수명을 갖는다. DS 재료 6의 파열 수명은 동일한 조건하에서 DS IN625 재료의 파열 수명보다 약 6배 길다.
표 3은 본 발명에 의해 구체화된 바와 같이, 재료 A 내지 F에 대한 강도, 연성 및 산화 자료를 제공한다. 니켈계 보수재, 재료 A 내지 F는 비교적 연성이 있고, 이것은 터빈 보수재에 바람직하고, 이 재료는 보수 공정동안 쉽게 가공된다. 이들의 강도는 개선되고, 니켈계 보수재 재료 D 및 E는 둘다 2000℉(1093℃)/3 ksi에서 공지된 초합금재와 최소한 동일한 강도를 나타낸다.
재료 강도YS/UTS1800℉-ksi 연성%el/RA 1800℉ 파열2000℉/3 ksi(시간) 산화손실(1000시간/2000℉)
재료 A 23/23 76/80 79.3 >200 mg/cm2
재료 B 21/23 80/90 97.2 55
재료 C 19/24 62/82 68.2 40
재료 D 19/21 91/89 211.7 160
재료 E 22/29 61/81 337.4 30
재료 F 18/20 103/92 40.1 150
본 발명에 구체화된 재료 D 및 E의 파열 거동은 증가된 양의 텅스텐 및 탄탈로부터 개선된 강도를 나타낸다(재료 B 및 C와 비교시). 방향성 응고 재료 E의 파열 수명은 2000℉(1093℃)/3 ksi에서 파열 시험하에서 방향성 응고 IN617의 수명의 약 2배이고, 등축 감마 프라임(γ') 강화된 레네 80의 수명과 거의 동일하다. 재료 E는 약 2000℉(1093℃)에서 약 335시간 후 공기중에서 3 ksi에서 파열 시험에서 파열된다. 비교시, 유사 조건하의 파열 시험에서, 방향성 응고 IN625 재료는 단지 약 50시간 후 파열되지만, 방향성 응고 IN617은 단지 약 160시간 후 파열된다. 재료 E가 또한 GTD111로 형성된 터빈 구성요소와 같은 터빈 구성요소상에서 비구속된 용접 보수 방법에 사용될 때 감소된 균열 진동수를 제공한다. 비구속된 용접으로서 니켈계 보수재 E는 열 처리 후 균열을 나타내지 않는다. 그러나, 구속된 용접에서는 균열이 일어난다.
본 발명에 의해 구체화되는 바와 같이, 초합금 제품 보수 공정에서 보수재는 보수 공정에 적당한 형태로 제공된다. 예를 들면, 보수 공정은 터빈 구성요소 팁 덮개판에 거의 동일한 깊이로 손상된 팁을 그라인딩하는 것을 포함하는데, 이것으로 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 의해 구체화되는 바와 같이, 새로운 터빈 구성요소 팁은 보수재로부터 형성된 와이어 보수재로 다중 웰드-패스 보수 방법에 의해 덮개판상에 장착된다. 용접 토치가 버킷 둘레 주위를 가로질러 새로운 팁을 형성할 때, 보수재는 터빈 구성요소 팁상에서 액체 용접 풀내로 와이어로서 공급된다. 또한, 보수재는 터빈 구성요소의 결함부위에 용접 풀로 공급되고, 터빈 구성요소로 재응고되어 터빈 구성요소를 보수할 수 있다. 본 발명에 의해 구체화될 때 보수 방법의 범위는 보수재를 사용하는 임의의 적당한 보수 방법을 포함한다.
여러 양태가 본원에 기술되지만, 요소의 여러 조합, 그의 변형 또는 개선은 당해 분야의 숙련자에 의해 이루어질 수 있고, 본 발명의 범위내라는 것은 명세서로부터 이해될 것이다.
본 발명의 보수재는 종래의 보수재보다 우수한 내산화성, 내균열성 및 강도를 갖는다.

Claims (78)

  1. 코발트; 크롬; 탄소; 붕소; 지르코늄; 알루미늄; 하나 이상의 내화재; 및 니켈을 포함하는 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    약 10.0 내지 약 15.0 원자%의 코발트; 약 24.0 내지 약 30.0 원자%의 크롬; 약 0.2 내지 약 0.3 원자%의 탄소; 약 0.02 내지 약 0.05 원자%의 붕소; 약 0.02 내지 약 0.05 원자%의 지르코늄; 약 0.4 내지 약 3.0 원자%의 알루미늄; 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 니오븀 및 레늄으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 내화재 약 0.75 내지 약 7.0 원자%; 및 나머지의 니켈을 포함하는 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈 중 하나 이상을 포함하는 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    몰리브덴이 약 2.0 내지 약 7.0 원자%로 제공되고, 탄탈이 약 0.75 내지 약 4.0 원자%로 제공되는 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하는 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    몰리브덴이 약 2.0 내지 약 7.0 원자%로 제공되고, 탄탈이 약 0.75 내지 약 4.0 원자%로 제공되는 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴, 텅스텐 및 탄탈 중 하나 이상을 포함하는 조성물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    몰리브덴이 약 2.0 내지 약 7.0 원자%로 제공되고, 텅스텐이 약 1.0 내지 약 3.0 원자%로 제공되고, 탄탈이 약 0.75 내지 약 4.0 원자%로 제공되는 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    망간, 니오븀, 티탄, 레늄 및 규소 중 하나 이상을 추가로 포함하는 조성물.
  10. 제 9 항에 있어서,
    니오븀이 약 0.6 내지 약 5.0 원자%로 제공되고, 티탄이 약 0.25 내지 약 1.9 원자%로 제공되고, 레늄이 약 0.8 내지 약 1.2 원자%로 제공되고, 규소가 약 1.0 내지 약 2.0 원자%로 제공되고, 망간이 약 1.25 원자%로 제공되는 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 조성물이 니오븀 및 티탄을 추가로 포함하는 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 조성물이 티탄을 추가로 포함하는 조성물.
  13. 제 1 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 조성물이 니오븀 및 레늄을 추가로 포함하는 조성물.
  14. 제 1 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 조성물이 레늄 및 텅스텐을 추가로 포함하는 조성물.
  15. 제 1 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴, 텅스텐 및 탄탈을 포함하고, 조성물이 망간 및 규소를 추가로 포함하는 조성물.
  16. 제 1 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 조성물이 약 15.0 원자%의 코발트, 약 24.7 원자%의 크롬, 약 0.25 원자%의 탄소, 약 0.03 원자%의 붕소, 약 0.02 원자%의 지르코늄, 약 2.0 원자%의 알루미늄, 약 5.0 원자%의 몰리브덴, 약 3.0 원자%의 탄탈 및 나머지의 니켈을 포함하는 조성물.
  17. 제 1 항에 있어서,
    조성물이 규소, 텅스텐 및 망간을 추가로 포함하고, 내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 조성물이 약 15.0 원자%의 코발트, 약 24.7 원자%의 크롬, 약 0.27 원자%의 탄소, 약 0.03 원자%의 붕소, 약 0.02 원자%의 지르코늄, 약 2.0 원자%의 알루미늄, 약 5.0 원자%의 몰리브덴, 약 4.0 원자%의 탄탈, 1.25 원자%의 망간, 3.0 원자%의 텅스텐, 2.0 원자%의 규소 및 나머지의 니켈을 포함하는 조성물.
  18. 제 1 항에 있어서,
    조성물의 약 10 부피% 미만의 γ'을 포함하는 조성물.
  19. 코발트; 크롬; 탄소; 붕소; 지르코늄; 알루미늄; 하나 이상의 내화재; 및 니켈을 포함하는, 초합금 제품을 보수하기 위한 보수재.
  20. 제 19 항에 있어서,
    약 10.0 내지 약 15.0 원자%의 코발트; 약 24.0 내지 약 30.0 원자%의 크롬; 약 0.2 내지 약 0.3 원자%의 탄소; 약 0.02 내지 약 0.05 원자%의 붕소; 약 0.02 내지 약 0.05 원자%의 지르코늄; 약 0.4 내지 약 3.0 원자%의 알루미늄; 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 니오븀 및 레늄으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 내화재 약 0.75 내지 약 7.0 원자%; 및 나머지의 니켈을 포함하는 보수재.
  21. 제 19 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈 중 하나 이상을 포함하는 보수재.
  22. 제 21 항에 있어서,
    몰리브덴이 약 2.0 내지 약 7.0 원자%로 제공되고, 탄탈이 약 0.75 내지 약 4.0 원자%로 제공되는 보수재.
  23. 제 19 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하는 보수재.
  24. 제 23 항에 있어서,
    몰리브덴이 약 2.0 내지 약 7.0 원자%로 제공되고, 탄탈이 약 0.75 내지 약 4.0 원자%로 제공되는 보수재.
  25. 제 19 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴, 텅스텐 및 탄탈 중 하나 이상을 포함하는 보수재.
  26. 제 25 항에 있어서,
    몰리브덴이 약 2.0 내지 약 7.0 원자%로 제공되고, 텅스텐이 약 1.0 내지 약 3.0 원자%로 제공되고, 탄탈이 약 0.75 내지 약 4.0 원자%로 제공되는 보수재.
  27. 제 19 항에 있어서,
    망간, 니오븀, 티탄, 레늄 및 규소 중 하나 이상을 추가로 포함하는 보수재.
  28. 제 27 항에 있어서,
    니오븀이 약 0.6 내지 약 5.0 원자%로 제공되고, 티탄이 약 0.25 내지 약 1.9 원자%로 제공되고, 레늄이 약 0.8 내지 약 1.2 원자%로 제공되고, 규소가 약 1.0 내지 약 2.0 원자%로 제공되고, 망간이 약 1.25 원자%로 제공되는 보수재.
  29. 제 19 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 니오븀 및 티탄을 추가로 포함하는 보수재.
  30. 제 19 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 티탄을 추가로 포함하는 보수재.
  31. 제 19 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 니오븀 및 레늄을 추가로 포함하는 보수재.
  32. 제 19 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 레늄 및 텅스텐을 추가로 포함하는 보수재.
  33. 제 19 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 망간, 텅스텐 및 규소를 추가로 포함하는 보수재.
  34. 제 19 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 약 15.0 원자%의 코발트, 약 24.7 원자%의 크롬, 약 0.25 원자%의 탄소, 약 0.03 원자%의 붕소, 약 0.02 원자%의 지르코늄, 약 2.0 원자%의 알루미늄, 약 5.0 원자%의 몰리브덴, 약 3.0 원자%의 탄탈 및 나머지의 니켈을 포함하는 보수재.
  35. 제 19 항에 있어서,
    보수재가 규소, 텅스텐 및 망간을 추가로 포함하고, 하나 이상의 내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 약 15.0 원자%의 코발트, 약 24.7 원자%의 크롬, 약 0.27 원자%의 탄소, 약 0.03 원자%의 붕소, 약 0.02 원자%의 지르코늄, 약 2.0 원자%의 알루미늄, 약 5.0 원자%의 몰리브덴, 약 4.0 원자%의 탄탈, 1.25 원자%의 망간, 3.0 원자%의 텅스텐, 2.0 원자%의 규소 및 나머지의 니켈을 포함하는 보수재.
  36. 제 19 항에 있어서,
    재료의 약 10 부피% 미만의 γ'을 포함하는 보수재.
  37. 제 19 항에 있어서,
    초합금 제품이 터빈 구성요소를 포함하는 보수재.
  38. 제 19 항에 있어서,
    터빈 구성요소가 니켈계 초합금, 니켈-철계 초합금 및 코발트계 초합금 중 하나 이상을 포함하는 보수재.
  39. 코발트; 크롬; 탄소; 붕소; 지르코늄; 알루미늄; 하나 이상의 내화재; 및 니켈을 포함하는 보수재를 포함하는 초합금 제품.
  40. 제 39 항에 있어서,
    보수재가 약 10.0 내지 약 15.0 원자%의 코발트; 약 24.0 내지 약 30.0 원자%의 크롬; 약 0.2 내지 약 0.3 원자%의 탄소; 약 0.02 내지 약 0.05 원자%의 붕소; 약 0.02 내지 약 0.05 원자%의 지르코늄; 약 0.4 내지 약 3.0 원자%의 알루미늄; 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 니오븀 및 레늄으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 내화재 약 0.75 내지 약 7.0 원자%; 및 나머지의 니켈을 포함하는 초합금 제품.
  41. 제 39 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈 중 하나 이상을 포함하는 초합금 제품.
  42. 제 41 항에 있어서,
    몰리브덴이 약 2.0 내지 약 7.0 원자%로 제공되고, 탄탈이 약 0.75 내지 약 4.0 원자%로 제공되는 초합금 제품.
  43. 제 39 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하는 초합금 제품.
  44. 제 43 항에 있어서,
    몰리브덴이 약 2.0 내지 약 7.0 원자%로 제공되고, 탄탈이 약 0.75 내지 약 4.0 원자%로 제공되는 초합금 제품.
  45. 제 39 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴, 텅스텐 및 탄탈 중 하나 이상을 포함하는 초합금 제품.
  46. 제 45 항에 있어서,
    몰리브덴이 약 2.0 내지 약 7.0 원자%로 제공되고, 텅스텐이 약 1.0 내지 약 3.0 원자%로 제공되고, 탄탈이 약 0.75 내지 약 4.0 원자%로 제공되는 초합금 제품.
  47. 제 39 항에 있어서,
    망간, 니오븀, 티탄, 레늄 및 규소 중 하나 이상을 추가로 포함하는 초합금 제품.
  48. 제 47 항에 있어서,
    니오븀이 약 0.6 내지 약 5.0 원자%로 제공되고, 티탄이 약 0.25 내지 약 1.9 원자%로 제공되고, 레늄이 약 0.8 내지 약 1.2 원자%로 제공되고, 규소가 약 1.0 내지 약 2.0 원자%로 제공되고, 망간이 약 1.25 원자%로 제공되는 초합금 제품.
  49. 제 39 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 니오븀 및 티탄을 추가로 포함하는 초합금 제품.
  50. 제 39 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 티탄을 추가로 포함하는 초합금 제품.
  51. 제 39 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 니오븀 및 레늄을 추가로 포함하는 초합금 제품.
  52. 제 39 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 레늄 및 텅스텐을 추가로 포함하는 초합금 제품.
  53. 제 39 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 망간, 텅스텐 및 규소를 추가로 포함하는 초합금 제품.
  54. 제 39 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 약 15.0 원자%의 코발트, 약 24.7 원자%의 크롬, 약 0.25 원자%의 탄소, 약 0.03 원자%의 붕소, 약 0.02 원자%의 지르코늄, 약 2.0 원자%의 알루미늄, 약 5.0 원자%의 몰리브덴, 약 3.0 원자%의 탄탈 및 나머지의 니켈을 포함하는 초합금 제품.
  55. 제 39 항에 있어서,
    보수재가 규소, 텅스텐 및 망간을 추가로 포함하고, 내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 약 15.0 원자%의 코발트, 약 24.7 원자%의 크롬, 약 0.27 원자%의 탄소, 약 0.03 원자%의 붕소, 약 0.02 원자%의 지르코늄, 약 2.0 원자%의 알루미늄, 약 5.0 원자%의 몰리브덴, 약 4.0 원자%의 탄탈, 1.25 원자%의 망간, 3.0 원자%의 텅스텐, 2.0 원자%의 규소 및 나머지의 니켈을 포함하는 초합금 제품.
  56. 제 39 항에 있어서,
    보수재가 재료의 약 10 부피% 미만의 γ'을 포함하는 초합금 제품.
  57. 제 39 항에 있어서,
    터빈 구성요소를 포함하는 초합금 제품.
  58. 제 39 항에 있어서,
    터빈 구성요소가 니켈계 초합금, 니켈-철계 초합금 및 코발트계 초합금 중 하나 이상을 포함하는 초합금 제품.
  59. 제 39 항에 있어서,
    터빈 구성요소가 니켈계 초합금 중 하나를 포함하는 초합금 제품.
  60. 보수재를 제공하고;
    코발트; 크롬; 탄소; 붕소; 지르코늄; 알루미늄; 하나 이상의 내화재; 및 니켈을 포함하는 보수재를 초합금 제품에 결합시키는 것을 포함하는, 초합금 제품을 보수하는 보수 방법.
  61. 제 60 항에 있어서,
    보수재가 약 10.0 내지 약 15.0 원자%의 코발트; 약 24.0 내지 약 30.0 원자%의 크롬; 약 0.2 내지 약 0.3 원자%의 탄소; 약 0.02 내지 약 0.05 원자%의 붕소; 약 0.02 내지 약 0.05 원자%의 지르코늄; 약 0.4 내지 약 3.0 원자%의 알루미늄; 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 니오븀 및 레늄으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 내화재 약 0.75 내지 약 7.0 원자%; 및 나머지의 니켈을 포함하는 방법.
  62. 제 60 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  63. 제 62 항에 있어서,
    몰리브덴이 약 2.0 내지 약 7.0 원자%로 제공되고, 탄탈이 약 0.75 내지 약 4.0 원자%로 제공되는 방법.
  64. 제 60 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하는 방법.
  65. 제 64 항에 있어서,
    몰리브덴이 약 2.0 내지 약 7.0 원자%로 제공되고, 탄탈이 약 0.75 내지 약 4.0 원자%로 제공되는 방법.
  66. 제 60 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴, 텅스텐 및 탄탈 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  67. 제 66 항에 있어서,
    몰리브덴이 약 2.0 내지 약 7.0 원자%로 제공되고, 텅스텐이 약 1.0 내지 약 3.0 원자%로 제공되고, 탄탈이 약 0.75 내지 약 4.0 원자%로 제공되는 방법.
  68. 제 60 항에 있어서,
    망간, 니오븀, 티탄, 레늄 및 규소 중 하나 이상을 추가로 포함하는 방법.
  69. 제 68 항에 있어서,
    니오븀이 약 0.6 내지 약 5.0 원자%로 제공되고, 티탄이 약 0.25 내지 약 1.9 원자%로 제공되고, 레늄이 약 0.8 내지 약 1.2 원자%로 제공되고, 규소가 약 1.0 내지 약 2.0 원자%로 제공되고, 망간이 약 1.25 원자%로 제공되는 방법.
  70. 제 60 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 니오븀 및 티탄을 추가로 포함하는 방법.
  71. 제 60 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 티탄을 추가로 포함하는 방법.
  72. 제 60 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 니오븀 및 레늄을 추가로 포함하는 방법.
  73. 제 60 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 레늄 및 텅스텐을 추가로 포함하는 방법.
  74. 제 60 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 망간, 텅스텐 및 규소를 추가로 포함하는 방법.
  75. 제 60 항에 있어서,
    내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 약 15.0 원자%의 코발트, 약 24.7 원자%의 크롬, 약 0.25 원자%의 탄소, 약 0.03 원자%의 붕소, 약 0.02 원자%의 지르코늄, 약 2.0 원자%의 알루미늄, 약 5.0 원자%의 몰리브덴, 약 3.0 원자%의 탄탈 및 나머지의 니켈을 포함하는 방법.
  76. 제 60 항에 있어서,
    보수재가 규소, 텅스텐 및 망간을 추가로 포함하고, 내화재가 몰리브덴 및 탄탈을 포함하고, 보수재가 약 15.0 원자%의 코발트, 약 24.7 원자%의 크롬, 약 0.27 원자%의 탄소, 약 0.03 원자%의 붕소, 약 0.02 원자%의 지르코늄, 약 2.0 원자%의 알루미늄, 약 5.0 원자%의 몰리브덴, 약 4.0 원자%의 탄탈, 1.25 원자%의 망간, 3.0 원자%의 텅스텐, 2.0 원자%의 규소 및 나머지의 니켈을 포함하는 방법.
  77. 제 60 항에 있어서,
    초합금 제품이 터빈 구성요소를 포함하는 방법.
  78. 제 60 항에 있어서,
    터빈 구성요소가 니켈계 초합금, 니켈-철계 초합금 및 코발트계 초합금 중 하나 이상을 포함하는 방법.
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