[发明专利]Ni基锻造合金和使用其的燃气轮机

说明书

技术领域

本发明涉及偏析特性优异、可制造大型部件，而且热锻造、轧制等加工性也优异的Ni基锻造合金及使用其的燃气轮机部件。

背景技术

燃烧温度的上升对燃气轮机的高效率化有效。因此，在构成燃气轮机的零件中，在各种各样的部位使用高温强度优异的Ni基耐热合金。Ni基耐热合金多含有W、Mo、Co等固溶强化元素、还有Al、Ti、Nb、Ta等析出强化元素，具有优异的高温强度。作为主要的析出强化相的γ′相(Ni₃Al)，具有随着温度上升强度也上升的性质，对提高高温时的强度特性极其有效。通过添加Ti、Nb、Ta等元素，将γ′相稳定化，可以在更高温度存在，因此，在Ni基合金的高性能化中，以如何将γ′相稳定化作为重点进行了开发。但是，这些Ti、Nb、Ta等元素在凝固中易发生偏析，难以制造大型部件，因此，高强度Ni基合金的使用被限定于动静叶片等比较小型的零件。作为可适用于比较大型的零件的高强度Ni基合金，有Alloy718，已被广泛实用。在专利文献1中，报告了对于含有Alloy718的合金成分范围，通过控制凝固速度或温度梯度，可以减少偏析，改善材料的延展性。但是，在超过5ton的大型材料的制造中，为了使稳定的操作连续，凝固条件存在制约，该发明的条件不一定可以适用。

另一方面，材料越大型化，其成型越难。通常，在加热至高温的状态下通过锻造、轧制等方法进行成型，但大型的高强度材料成型所需要的负荷变得极大。因此，应降低材料的变形阻力，需要提高加热温度。但是，当加热温度变高时，材料部分熔化而发生裂纹的可能性增高。另外，为了保持加工温度，需要频繁地进行加热，加工时间、加热能量消耗也变多。在专利文献2中，报告了纳米粒子的分散析出带来的强度的提高，在非专利文献1中报告了强化元素的添加、增量带来的强度的提高，但这些尝试都具有难以进行热锻造的一面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开平4－280938号公报

专利文献2：特开2008－179845号公报

非专利文献

非专利文献1：S.Fu et al.；“RESEARCH ON INCONEL 718TYPE ALLOYS WITH IMPROVEMENT OF TEMPERATURECAPABILITY”、7th International Symposium on SuperAlloy718andDerivatives,TMS,2010

发明内容

发明要解决的课题

这样，Ni基合金的强度特性和大型钢锭制造性、热锻造性一般为相反的要素，为了大型燃气轮机的高效率化，需要提高了大型钢锭制造性、热锻造性的材料，以保持高温强度，并且可制造大型零件。

本发明的目的在于通过调节元素的添加量，提供高温强度优异，同时不易发生偏析且大型钢锭制造性优异、热加工性也优异的Ni基锻造合金和使用其的燃气轮机。

用于解决课题的手段

本发明人通过热力学计算及偏析实验等，调查了导致合金的偏析倾向的各合金元素的影响，结果发现，在某合金成分范围，在Al、Ti、Nb、Mo的添加量满足一定条件的情况下，不易发生偏析，热锻造性良好，可获得大型零件的制造性优异的合金。

即，本发明为Ni基锻造合金，其特征在于，以质量百分比计，含有C：0.001～0.1%、B：0.001～0.01%、Cr：16～22%、Al：0.5～1.5%、W：0.1～6.0%、Nb：3.5～5.5%、Ti：0.8～3.0%、Fe：16～20%、2.0%以下的Mo，余量为Ni和不可避免的杂质，用(1)式表示的、显示偏析倾向的参数Ps为Ps≥－3.0的范围，而且以原子百分比计，W和Mo的总和为1.75%以下。

Ps＝1.05×Al量＋0.6×Ti量－0.8×Nb量－0.3×Mo量  ……(1)

另外，Ni基锻造合金的特征在于，作为微量添加元素，添加选自5%以下的Co、0.1%以下的Mg、0.1%以下的Ca、0.1%以下的Zr、0.5%以下的Mn、0.5%以下的Si、0.5%以下的V、0.5%以下的Ta、0.5%以下的Re中的至少一种。