[发明专利]Ni基合金、燃气轮机燃烧器用Ni基合金、燃气轮机燃烧器用构件、衬垫构件、过渡件构件、衬垫和过渡件

说明书

技术领域

本发明涉及具有优越高温强度和高温耐腐蚀性特性的Ni基合金，并涉及燃气轮机燃烧器用Ni基合金、燃气轮机燃烧器用构件、燃气轮机燃烧器用衬垫构件和过渡件构件、和燃气轮机燃烧器用衬垫和过渡件，其各自由上述Ni基合金制成。

本申请要求2013年8月6日在日本提交的日本专利申请号2013-163524的优先权，通过引用其全文将其并入本文。

背景技术

Ni基合金已广泛用作在航空器、和燃气轮机等中使用的构件的材料，例如专利文献1至3所公开的。

在燃气轮机中，燃烧器设置在压缩机的后方和更接近其外周的位置，其运转而将燃料注入压缩机排出的空气中，产生用于通过燃烧燃料而驱动轮机的高温高压气体，并引导燃料气体进入设置在轮机入口处的喷嘴(叶片)，即燃气轮机燃烧器在高温环境中使用。

特别地，燃烧器构件和部件中的衬垫(内筒)和过渡件(尾筒)暴露于高温燃烧气体。此外，为了燃气轮机的启动、停止和输出控制而非常频繁地重复加热和冷却时，衬垫和过渡件受到频繁的加热/冷却循环。

为考虑上述使用条件，期望燃气轮机的燃烧器等用的Ni基合金具有例如高温拉伸强度、蠕变断裂强度、低循环疲劳强度和热疲劳强度等高温强度，例如高温耐氧化性或高温耐硫化性等优越的高温耐腐蚀性，和高冷加工性、切削性、焊接性、钎焊特性。类似地在航空器等中适用上述使用环境，并因此要求上述特性。

在此类Ni基合金中，为了确保上述特性，要求严格控制组合物组分和金属结构，并且高度限制欲投入的原料。实施这些限制的原因在于，由于Ni基合金中氮化物和氧化物等夹杂物的存在，上述特性可能降低。特别地，已知当氮化物大小变得更大时会更明显地影响各种特性，并且已认识到包含Ti作为金属组分的主要组分的氮化物是有害的。具体地，氮化物可成为燃气轮机使用时由于蠕变和蠕变疲劳所致的龟裂发生的起点，并由此降低Ni基合金构件的寿命，并且由于切削时发生的切削工具的异常损耗和碎裂，也相当降低工具的寿命。

鉴于此，例如专利文献2公开，Ni基合金中存在的氮的量应限制在0.01质量％以下。

专利文献3公开了碳化物和氮化物的最大粒径应限制至10μm以下。该文献指出如果碳化物和氮化物的粒径超过10μm，则在室温下工作时，可能从碳化物或氮化物和母相(matrix phase)之间的界面处发生裂纹。

此外，如专利文献4和5所公开的，在钢铁工业领域中，已知一种用于评价如Fe-36％Ni合金和Fe-42％Ni合金等Fe-Ni合金中的夹杂物的方法，该方法通过推定非金属夹杂物特别是氧化物的最大粒径而进行。

引用列表

专利文献

[专利文献1]JP S61-034497 B

[专利文献2]JP S61-139633 A

[专利文献3]JP 2009-185352 A

[专利文献4]JP 2005-265544 A

[专利文献5]JP 2005-274401 A

发明内容

发明要解决的问题

然而，专利文献2公开了控制氮量的上限值，但氮量的控制不与氮化物的最大粒径相联系，并因此可能有即使降低氮量也不能确保获得具有足够高疲劳强度的Ni基合金的问题。

此外，专利文献3公开了氮化物的最大粒径控制在10μm以下，但本质上要求Ni基合金具有非常高的纯度因子，因为Ni基合金用于航空器和发电用燃气轮机的部件，并因此实际上难以通过观察所有部位而把握最大粒径。在专利文献3的实施例中测定了碳化物的粒径，并在这一点上也表明难以把握氮化物的最大粒径。同样，为了预测氮化物的最大粒径，在实际测定用的视野中氮化物的最大粒径分布是重要的，但专利文献3在这一点上沉默，没有公开氮化物的推定最大粒径的任何预测。

在专利文献4和5中，测定对象为氧化物，其特别倾向于在沉积了大量相对大的非金属夹杂物的Fe-Ni合金中具有大的粒径，并且非常难以推定氮化物的最大粒径来提高Ni基合金的疲劳强度，这要求我们进行各种检查。此外，在Ni基合金中，已通过真空熔解和再熔解而降低氧量和氮量，并由此非金属夹杂物的数量较少，且此类非金属夹杂物的大小比钢材料中包含的更小。此外，由于Ni基合金包含各种相，发光图案的分离和非金属夹杂物的观察不能在类似于钢铁领域中所进行的那样实施。

于是，即使仅仅实施钢铁领域中进行的方法，也不能充分评价Ni基合金中包含的氮化物和Ni基合金的疲劳强度之间的关系。