JPS6254386B2 - - Google Patents

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は一途をたどり、
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：25.5〜35％、 Ni：５〜15％、 Ｗ：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) 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25.5％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
35％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25.5〜35％と定めた。 (d) 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15％を越えて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５〜15％と定めた。 (e) Ｗ Ｗ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。 (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。 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１〜13お
よび比較Co基耐熱合金１〜９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：３Kg／mm²の条件でクリー
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1000℃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

【表】 金１〜13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１〜９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、および性ホツト・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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：0.05〜0.6％、Si：0.1〜２％、 Cr：25.5〜35％、Ni：５〜15％、 Ｗ：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
   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。