JPS6187841A - ガスタービン用ノズル - Google Patents

ガスタービン用ノズル

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JPS6187841A
JPS6187841A JP23122185A JP23122185A JPS6187841A JP S6187841 A JPS6187841 A JP S6187841A JP 23122185 A JP23122185 A JP 23122185A JP 23122185 A JP23122185 A JP 23122185A JP S6187841 A JPS6187841 A JP S6187841A
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contg
temperature
gas turbine
alloy
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Hiroshi Fukui
寛 福井
Hiromi Kozobara
楮原 広美
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Hitachi Ltd
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は新規なガスタービン用ノズルに係り、特に耐高
温腐食性及び高温延性に優れたNi基耐熱超合金に関す
る。
〔発明の背景〕
ガスタービンノズルは精密鋳造で製造され、それに用い
る材料としてGo基耐熱超合金あるいはNi基耐熱超合
金がある。Go基耐熱超合金は、1000℃以下での耐
高温腐食性に優れている反面1000℃以上での耐高温
耐化性に劣る。また高温延性が低く特に使用中に脆化し
、熱応力等の外力の作用で割れを生ずる。またAlの拡
散コーテングを施す場合co−AΩのσ相により脆化を
きたす。
溶接性も悪い。またCOは非常に高価である。一方、従
来のNi基合金は1000℃以上での耐高温酸化性に優
れている反面TiとAlとを含み、γ′相で強化してい
るので高温強度は大きいが延性はGo基よりさらに省り
、ノズルのような熱応力のくり返しを受ける部品には不
適当である。一方、γ′を含まないN1−C,rで代表
されるNi基合金もあるがこの場合逆に強度が低くその
ままでは高温溝造部材としては不適当である。またγ′
を析出させたNi基合金は真空溶解、真空鋳造の技術が
必要でありまた溶接性は悪く、補修溶接は困難である8
゛またγ′を含ませるためCr量が10〜15%と低く
、1000℃以下での耐高温腐食性が著しく乏しい。
〔発明の目的〕
本発明の目的は高温腐食性及び高温耐酸化性に優れかつ
溶接補修が容易でありしかも大気溶解大気鋳造で製造が
可能なガスタービンノズル材用Ni基耐熱超合金を提供
するにある。
〔発明の概要〕
本発明は重量で、C0,3%を越え1%以下、Cr20
〜40%、W及びMoの少なくとも一方を5〜20%、
Ta、Hf及びZrの少なくとも1つを0.2〜1%、
Bo、005〜0.1  %と含み、残部が実質的にN
iからなり、Crを含む炭化物が分散した鋳造組織を有
することを特徴とするガスタービン用ノズルにある。
更に本発明は前述の合金にCo 5〜15%及び、Y及
びAlの少なくとも1種0.05〜1%の片方又は両方
とを含むものである。
ガスタービンのノズルには一般にGo基鋳造超合金が使
用されているが、高温で長時間使用すると脆化し熱疲労
による割れを生ずる。また1000℃以上で使用される
場合は耐酸化性が悪い。一方、まれにはNi基超超合金
使用されるがガスタービン用に使用されるNi基超超合
金γ′を析出させた強析出型強化合金である。Ni基超
超合金ほとんどがブレードとして使用されているがノズ
ルとして使用する場合もある。しかし、γ′を析出させ
ているため高温強度には優れているが高温延性に乏しく
溶接が困難であり又真空溶解、真空鋳造されて使用され
る。本発明合金はノズル用Ni基超合金でγ′を含まず
、従ってCr量を非常に多くしたもので大気溶解でも製
造可能で延性が大で溶接性にも優れている。また高温強
度はCを高くしまた固溶強化を主体とするのでMo、W
を含む。
またGoが非常に高価であるのでその点Niをベースと
しているので安価なノズル材である。ノズルとして最も
要求される熱疲労と高温腐食性に優けたNi基耐熱超合
金である。
次に成分を限定した理由について説明する6CTCは高
温強度を向上するのに必須の元素であり、本発明材にお
いても非常に重要な役割を示す。従来のガスタービン用
Ni基超合金はγ′を析出させているためCが低い。γ
′はN1x(Al。
T i )であり、Tiを多く含む。Cが多いとTiC
が析出し、N1aAl を主体としたγ′となり。
好ましくない。またCrが高いOr炭化物が過剰に析出
したりまた高温長時間使用中に成長、粗大化が進み、脆
化、強度の低下をきたす。従ってCrとの関係もありC
を1%以上にするのは好ましくなくまた0、3  %以
下では高CrJtとの関係からσ相が出やすくまた十分
な高温強度も得られない。Cは0.3〜0.6 %が最
も好ましい。
Cr;γ′を析出ぎせている従来のNi基超超合金σ相
の析出をきらうのでCrを多くできない。
また高温強度を主体に考慮された合金なのでγ′量が多
くこのためAl+Ti量が多くなっている。
一方、Ni基としての残量に限度があるので必然的にC
rが低く抑えられている。又、COを含み、Cr量を多
くするとγ′の固溶温度が下がりγ′が析出しにくくな
る。このため高温腐食性が低下することを覚悟で強度上
Crを低くしている。これは応力的に厳しいブレード用
材としてNi基超超合金発展してきたためである。ノズ
ルはブレード程の応力す要求されずむしろ熱疲労性向上
のために高温延性が必要である1本発明合金はγ′を含
まないのでCr量を十分高く選ぶことが可能である。高
温腐食、耐酸化性の点から20%以上必要であり、また
、炭化物の過剰析出、脆化の点で40%以上は適当でな
いので20〜40%と限定する。この内でも25〜30
%が最も適している。
W、 M o ; W、 M oはC,Crに次いで重
要である6本発明合金ではガスタービン用に使用されて
いる一般のNi基超超合金違い、γ′を析出させないの
で高温強度が小さい。W、Moは基地の固溶強化を目的
として添加されるものである。もちろん1強力な炭化物
形成元素であるのでCr炭化物のCrの一部が置き代っ
た(Cr、Mi、W)とCが結びついた型となっている
がこれらはそれ程重要でないmW、Moとも少ないと固
溶強化の役は果さず多(なりすぎるとσ相等の好ましく
相の析出により逆に高温度を低下させる。またW。
MOは単独でも十分な効果を示すが複合添加の方が効果
が大きい。従って各々、5〜20%が好ましくその内で
も7〜13%が最も適している。
Zr、Hf、Ta ;これらの元素はW、Moと違って
炭化物の析出に期待するため添加される6W、MoがC
r炭化物のCrの一部と置き代ったのに対し、これらの
元素はMC型炭化物を形成する。このMはCPを含まず
、Zr単独の場合はZ r C+ Hf t T aと
複合添加した場合は(Zr。
Hf、Ta)Cの如<MCのMの中に各元素が含有され
て行く。MC型炭化物の析出により基地中のC量が低く
なり、Cr炭化物の析出が抑制される。Cr炭化物は粒
界近傍には微細にまた粒界には連続的に出るのでCr炭
化物の析出を適当に抑える事が重要でこれらはZr、H
f、Ta等のMC型炭化物を作る元素である。これらの
元素が少ない場合は効果は小さくまた多くなると逆に高
温強度が低下する。原子比でM/C(MはMC型炭化物
を作る元素の和)が0.2〜0.3 が最も好ましい。
T a T Z r + Hfはそれぞれ0.2〜1%
で、各々単独又は複合で効果が大きいがTaとZr、Z
rとHfを組合せた方がより効果が大きい。
Co : Coは基地を強化させるために固溶強化を目
的で添加するものであるが多くなると高価の割りには効
果が小さいので5〜15%が適当である。
Y、Al :Y、Alは耐酸化性、耐高温腐食性向上の
度で添加されるものであり強度向上を目的としてもので
はない、特にAlは従来のNi基超超合金見られるγ′
析出のためでない。少ないと効果がなく多くなると溶接
性が悪くなりまた脆化をきたす好ましくない相が析出す
るのでYをO,OS〜1%、Alを0.05〜1%に限
定した。
BIBは高温強度と高温延性向上の両方の効果を期待し
て添加される。少ないと効果はなく、多くなると溶接性
を悪くするのでo、oos〜0.1 %とする。
実施例 表に供試材の化学成分(重量%)を示す。Nα1゜2は
比較のための従来材で&3〜7が本発明合金である。H
a 1〜7の供試材全ては精密鋳造法により100 r
rn X 200 rye X 15 rn tの板状
の素材とした。Nu 2は10−’Torr真空溶解、
真空鋳造によったが他の全ては大気溶解、大気鋳造によ
った。
上述の板より各試験片を採取した。クリープ破断試験片
は平行部60+w+φで30mmρを用い、982”C
,3,0kg/no”で試験し、破断時間と破断絞りを
比較した。結果は第1図に示す、Nα2のTi+Afi
を含んだものはγ′で析出強化されているので最も優れ
ているが逆に破断絞りが0%で強くて脆い。また&1は
強度も延性も低い、Cを0.4に上げW、Moで固溶強
化させ、さらにTi。
Nb、Zre Taで強化した本発明材No3〜7は強
度こそNα2に及ばないが総ての合金がNα1より強く
特に延性が大きい。ガスタービンノズルに要求される高
温特性は強度と同時に延性をもかねそなえた合金である
。その点&3〜7はどの合金もノズル材として適してい
る。特に−4および&6が優れている。
一方、耐熱衝撃性については10wmφXIO側Ωの試
験片を982℃と水との間を1サイクル6分で200回
繰り返した後たて断面のクラックについて検討した。ク
ラックの長さと数は第2図に示す。高温強度と延性に乏
しいNα1および強度は大きいが延性が著しく悪いNα
2は耐熱衝撃性が悪い、Nα3〜7の本発明合金はほと
んど差はみられないが全体的にNα1,2より優れてお
りその中でもクリープ破断絞りの大きいh4が最もすぐ
れその他も破断絞りとの相関性がみられる。
高温腐食性については熱衝撃性試験に用いたと同じ10
面φX 10 lff1Qの試片でもって塗布法によっ
て検討した。塗布剤は75%NazSOt十25%Na
Cf1 で750℃、500h腐食後、腐食減量でもっ
て評価した。その結果を第3図に示す、Na2の合金は
Crが15%しか含まれておらずそのため高温腐食性は
著しく悪い0本発明合金ではY、Alを含んだNa 5
が最もすぐれている。
その他はNQ 1とほとんど差はない。
Nα1か現在ノズル材として多く使用されている合金で
特に高温腐食で問題になる事は少ないことから本発明合
金は耐湿腐食性の点からもノズル材として使用に適して
いるものと考えられる。
一方、溶接性試験は100mnX100膓×51ffI
ltの板を試験片とし、溶加棒なしで2%ひずみを与え
るパレストレン試験法によって評価した。
その結果Nα2が最も悪く次いでNα1で本発明合金は
Nα6を除いて全てNα1よりすぐれていた。Nα6は
Y、Aを含んでいるため溶接性が悪い。
Go基超超合金びγ′析析出型Ni超超合金代る本発明
合金は■高温強度と延性の両方をかねそなえている。■
γ′を含まないのでCrを20〜40%含ませ得る。従
って耐高温腐食性に優れている。■溶接性に優れている
。■大気溶解可能。
■COを含まないので安価。
【図面の簡単な説明】
第1図はクリープ破断試験結果を示す線図、第2図は熱
m撃試験結果を示す線図および第3図は高温腐食試験結
果を示す線図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、重量で、C0.3%を越え1%以下、Cr20〜4
    0%、W及びMoの少なくとも一方を5〜20%、Ta
    、Hf及びZrの少なくとも1つを0.2〜1%、B0
    .005〜0.1%と含み、残部が実質的にNiからな
    り、Crを含む炭化物が分散した鋳造組織を有すること
    を特徴とするガスタービン用ノズル。 2、重量で、C0.3%を越え1%以下、Cr20〜4
    0%、Mo及びWの少なくとも一方を5〜20%、Ta
    、Hf及びZrの少なくとも1つを0.2〜1%、B0
    .001〜0.1%と、Co5〜15%及び、Y及びA
    lの少なくとも1種0.05〜1%の片方又は両方とを
    含み、残部が実質的にNiからなり、Crを含む炭化物
    が分散した鋳造組織を有することを特徴とするガスター
    ビン用ノズル。
JP23122185A 1985-10-18 1985-10-18 ガスタービン用ノズル Granted JPS6187841A (ja)

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JPS6187841A true JPS6187841A (ja) 1986-05-06
JPS6210289B2 JPS6210289B2 (ja) 1987-03-05

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7553555B2 (en) * 2004-12-23 2009-06-30 Nuovo Pignone S.P.A. Vapour turbine
US7556866B2 (en) * 2004-12-23 2009-07-07 Nuovo Pignone S.P.A. Vapour turbine

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5582737A (en) * 1978-12-15 1980-06-21 Hitachi Ltd Gas turbine nozzle material

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7556866B2 (en) * 2004-12-23 2009-07-07 Nuovo Pignone S.P.A. Vapour turbine

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