JP2009084684A - 蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金および蒸気タービンのタービンロータ - Google Patents
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Abstract
【課題】鍛造性等の加工性を維持しつつ、機械的強度を向上させることができる蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金、およびこのNi基合金からなる蒸気タービンのタービンロータを提供することを目的とする。
【解決手段】蒸気タービンのタービンロータNi基合金は、重量%で、C:0.01〜0.15、Cr:18〜28、Co:10〜15、Mo:8〜12、Al:1.5〜2、Ti:0.1〜0.6、B:0.001〜0.006、Ta:0.1〜0.7を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなる。この化学組成範囲でNi基合金を構成することで、従来鋼と同様の鍛造性を維持しつつ、機械的強度が向上する。
【選択図】なし
【解決手段】蒸気タービンのタービンロータNi基合金は、重量%で、C:0.01〜0.15、Cr:18〜28、Co:10〜15、Mo:8〜12、Al:1.5〜2、Ti:0.1〜0.6、B:0.001〜0.006、Ta:0.1〜0.7を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなる。この化学組成範囲でNi基合金を構成することで、従来鋼と同様の鍛造性を維持しつつ、機械的強度が向上する。
【選択図】なし
Description
本発明は、高温の蒸気が作動流体として流入する蒸気タービンのタービンロータを構成する材料に係わり、特に高温強度等に優れた蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金、およびこのNi基合金からなる蒸気タービンのタービンロータに関する。
蒸気タービンを含む火力プラントにおいて、地球環境保護の観点から二酸化炭素の排出量抑制技術が注目されており、また発電の高効率化のニーズが高まっている。
蒸気タービンの発電効率を上げるためには、タービン蒸気温度を高温化することが有効であり、近年の蒸気タービンを備える火力発電プラントにおいて、その蒸気温度は600℃以上まで上昇している。将来的には650℃、さらに700℃へと上昇する傾向がみられる。
高温の蒸気を受け回転する動翼を支持するタービンロータでは、周囲に高温の蒸気が回流し高温になるとともに、回転により高い応力が発生する。そのためタービンロータは、高温、高応力に耐える必要があり、タービンロータを構成する材料として、室温から高温度領域において優れた強度、延性、靭性を有するものが求められている。
特に、蒸気温度が700℃を超える場合には、従来の鉄系材料では高温強度が不足するため、Ni基合金の適用が検討されている(例えば、特許文献1参照。)。
Ni基合金は、高温強度、耐食性に優れていることから主にジェットエンジンやガスタービン材料として広く適用されてきた。その代表例としてインコネル617合金(スペシャルメタル社製)やインコネル706合金(スペシャルメタル社製)が用いられてきた。
Ni基合金の高温強度を強化するメカニズムとして、AlやTiを添加することによりNi基合金の母相材内にガンマプライム相(Ni3(Al,Ti))、あるいはガンマダブルプライム相と呼ばれる析出相、それらの両相を析出させて高温強度を確保するものがある。このガンマプライム相あるいはガンマダブルプライム相の両相を析出させて高温強度を確保するものとして、例えばインコネル706合金が挙げられる。
一方、インコネル617合金のように、Co、Moを添加することにより、Ni基の母相を強化(固溶強化)して高温強度を確保するものがある。
特開平7−150277号公報
上記したように、700℃を超える蒸気タービンのタービンロータの材料として、Ni基合金の適用が検討されているが、さらに高温強度を向上させる余地があると考えられる。また、このNi基合金の高温強度は、Ni基合金の鍛造性や溶接性などを維持しつつ、組成改良等により向上されることが求められている。
そこで、本発明は、鍛造性等の加工性を維持しつつ、機械的強度を向上することができる蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金、およびこのNi基合金からなる蒸気タービンのタービンロータを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金は、重量%で、C:0.01〜0.15、Cr:18〜28、Co:10〜15、Mo:8〜12、Al:1.5〜2、Ti:0.1〜0.6、B:0.001〜0.006、Ta:0.1〜0.7を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。
また、本発明の蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金は、重量%で、C:0.01〜0.15、Cr:18〜28、Co:10〜15、Mo:8〜12、Al:1.5〜2、Ti:0.1〜0.6、B:0.001〜0.006、Nb:0.1〜0.4を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。
さらに、本発明の蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金は、重量%で、C:0.01〜0.15、Cr:18〜28、Co:10〜15、Mo:8〜12、Al:1.5〜2、Ti:0.1〜0.6、B:0.001〜0.006、Ta+2Nb:0.1〜0.7を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。
これらの蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金によれば、上記した組成成分範囲で構成されることで、従来の蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金の加工性を維持しつつ、高温強度を含む機械的強度が向上する。
また、高温蒸気が導入される蒸気タービンに貫設されるタービンロータの少なくとも所定部位を上記したいずれか1つのNi基合金で構成してもよい。この蒸気タービン用のタービンロータによれば、高温強度が向上し、高温環境下においても高い信頼性を有する。
本発明では、鍛造性等の加工性を維持しつつ、機械的強度を向上させることができる蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金、およびこのNi基合金からなる蒸気タービンのタービンロータを提供することができる。
以下、本発明の一実施の形態を説明する。
本発明に係る一実施の形態のNi基合金は、以下に示す組成成分範囲で構成される。なお、以下の説明において組成成分を表す%は、特に明記しない限り重量%とする。
(M1)C:0.01〜0.15%、Cr:18〜28%、Co:10〜15%、Mo:8〜12%、Al:1.5〜2%、Ti:0.1〜0.6%、B:0.001〜0.006%、Ta:0.1〜0.7%を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなるNi基合金。
(M2)C:0.01〜0.15%、Cr:18〜28%、Co:10〜15%、Mo:8〜12%、Al:1.5〜2%、Ti:0.1〜0.6%、B:0.001〜0.006%、Nb:0.1〜0.4%を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなるNi基合金。
(M3)C:0.01〜0.15%、Cr:18〜28%、Co:10〜15%、Mo:8〜12%、Al:1.5〜2%、Ti:0.1〜0.6%、B:0.001〜0.006%、Ta+2Nb:0.1〜0.7%を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなるNi基合金。
ここで、上記(M1)〜(M3)のNi基合金における不可避的不純物において、その不可避的不純物のうち、少なくとも、Siが0.1%以下、Mnが0.1%以下に抑制されていることが好ましい。
上記した組成成分範囲のNi基合金は、運転時の温度が680〜750℃となる蒸気タービンのタービンロータを構成する材料として好適である。ここで、蒸気タービンのタービンロータのすべての部位をこのNi基合金で構成しても、また、特に高温となる蒸気タービンのタービンロータの一部の部位をこのNi基合金で構成してもよい。ここで、高温となる蒸気タービンのタービンロータの一部としては、具体的には、高圧蒸気タービン部の全領域、または高圧蒸気タービン部から中圧蒸気タービン部の一部分までの領域などが挙げられる。
また、上記した組成成分範囲のNi基合金は、従来のNi基合金における鍛造性等の加工性を維持しつつ、高温強度を含む機械的強度を向上させることができる。すなわち、このNi基合金を用いて蒸気タービンのタービンロータを構成することで、タービンロータの高温強度を向上させることができ、高温環境下においても高い信頼性を有するタービンロータを作製することができる。また、蒸気タービンのタービンロータを作製する際、従来のNi基合金の加工性を維持することができる。
次に、上記した本発明に係るNi基合金における各組成成分範囲の限定理由を説明する。
(1)C(炭素)
Cは、強化相であるM23C6型炭化物の構成元素として有用であり、特に650℃以上の高温環境下では、蒸気タービンの運転中にM23C6型炭化物を析出させることが合金のクリープ強度を維持させる要因の一つである。また、鋳造時の溶湯の流動性を確保する効果も併せ持つ。Cの含有率が0.01%未満の場合には、炭化物の十分な析出量を確保できないとともに、鋳造時の溶湯の流動性が著しく低下する。一方、Cの含有率が0.15%を超えると、大型鋳塊作製時の成分偏析傾向が増加するとともに脆化相であるM6C型炭化物の生成を促進する。そのため、Cの含有率を0.01〜0.15%とした。
Cは、強化相であるM23C6型炭化物の構成元素として有用であり、特に650℃以上の高温環境下では、蒸気タービンの運転中にM23C6型炭化物を析出させることが合金のクリープ強度を維持させる要因の一つである。また、鋳造時の溶湯の流動性を確保する効果も併せ持つ。Cの含有率が0.01%未満の場合には、炭化物の十分な析出量を確保できないとともに、鋳造時の溶湯の流動性が著しく低下する。一方、Cの含有率が0.15%を超えると、大型鋳塊作製時の成分偏析傾向が増加するとともに脆化相であるM6C型炭化物の生成を促進する。そのため、Cの含有率を0.01〜0.15%とした。
(2)Cr(クロム)
Crは、Ni基合金の耐酸化性、耐食性および機械的強度を高めるのに不可欠な元素である。さらにM23C6型炭化物の構成元素として不可欠であり、特に650℃以上の高温環境下では、蒸気タービンの運転中にM23C6型炭化物を析出させることで、合金のクリープ強度が維持される。また、Crは、高温蒸気環境下における耐酸化性を高める。Crの含有率が18%未満の場合には、耐酸化性が低下する。一方、Crの含有率が28%を超えると、M23C6型炭化物の析出を著しく促進することによって粗大化傾向を高める。そのため、Crの含有率を18〜28%とした。
Crは、Ni基合金の耐酸化性、耐食性および機械的強度を高めるのに不可欠な元素である。さらにM23C6型炭化物の構成元素として不可欠であり、特に650℃以上の高温環境下では、蒸気タービンの運転中にM23C6型炭化物を析出させることで、合金のクリープ強度が維持される。また、Crは、高温蒸気環境下における耐酸化性を高める。Crの含有率が18%未満の場合には、耐酸化性が低下する。一方、Crの含有率が28%を超えると、M23C6型炭化物の析出を著しく促進することによって粗大化傾向を高める。そのため、Crの含有率を18〜28%とした。
(3)Co(コバルト)
Coは、Ni基合金において、母相内に固溶して母相を強化する。しかしながら、Coの含有率が15%を超えると、機械的強度を低下させる金属間化合物相を生成し、鍛造性が低下する。一方、Coの含有率が10%未満の場合には、加工性が低下し、さらに機械的強度が低下する。そのため、Coの含有率を10〜15%とした。
Coは、Ni基合金において、母相内に固溶して母相を強化する。しかしながら、Coの含有率が15%を超えると、機械的強度を低下させる金属間化合物相を生成し、鍛造性が低下する。一方、Coの含有率が10%未満の場合には、加工性が低下し、さらに機械的強度が低下する。そのため、Coの含有率を10〜15%とした。
(4)Mo(モリブデン)
Moは、Ni母相中に固溶して母相の強度を高める効果を有し、また、M23C6型炭化物中に一部が置換することによって炭化物の安定性を高める。Moの含有率が8%未満の場合には、上記した効果が発揮されず、Moの含有率が12%を超えると、大型鋳塊作製時の成分偏析傾向が増加するとともに、脆化相であるM6C型炭化物の生成を促進する。そのため、Moの含有率を8〜12%とした。
Moは、Ni母相中に固溶して母相の強度を高める効果を有し、また、M23C6型炭化物中に一部が置換することによって炭化物の安定性を高める。Moの含有率が8%未満の場合には、上記した効果が発揮されず、Moの含有率が12%を超えると、大型鋳塊作製時の成分偏析傾向が増加するとともに、脆化相であるM6C型炭化物の生成を促進する。そのため、Moの含有率を8〜12%とした。
(5)Al(アルミニウム)
Alは、Niとともにγ’(ガンマプライム:Ni3Al)相を生成し、析出によるNi基合金の機械的強度を向上させる。Alの含有率が1.5%未満の場合には、機械的強度、鍛造性ともに従来鋼と比べて向上がみられず、Alの含有率が2%を超えると、機械的強度は向上するが、鍛造性が低下する。そのため、Alの含有率を1.5〜2%とした。
Alは、Niとともにγ’(ガンマプライム:Ni3Al)相を生成し、析出によるNi基合金の機械的強度を向上させる。Alの含有率が1.5%未満の場合には、機械的強度、鍛造性ともに従来鋼と比べて向上がみられず、Alの含有率が2%を超えると、機械的強度は向上するが、鍛造性が低下する。そのため、Alの含有率を1.5〜2%とした。
(6)Ti(チタン)
Tiは、Alと同様、Niとともにγ’(ガンマプライム:Ni3Al)相を生成し、Ni基合金の機械的強度を向上させる。Tiの含有率が0.1%未満の場合には、上記した効果が発揮されず、Tiの含有率が0.6%を超えると、熱間加工性および鍛造性が低下し、さらに、切欠き感受性が高くなる。そのため、Tiの含有率を0.1〜0.6%とした。
Tiは、Alと同様、Niとともにγ’(ガンマプライム:Ni3Al)相を生成し、Ni基合金の機械的強度を向上させる。Tiの含有率が0.1%未満の場合には、上記した効果が発揮されず、Tiの含有率が0.6%を超えると、熱間加工性および鍛造性が低下し、さらに、切欠き感受性が高くなる。そのため、Tiの含有率を0.1〜0.6%とした。
(7)B(ホウ素)
Bは、Ni母相中に析出して母相の強度を高める効果を有する。Bの含有率が0.001%未満の場合には、上記した効果が発揮されず、Bの含有率が0.006%を超えると、粒界脆化を招く恐れがある。そのため、Bの含有率を0.001〜0.006%とした。
Bは、Ni母相中に析出して母相の強度を高める効果を有する。Bの含有率が0.001%未満の場合には、上記した効果が発揮されず、Bの含有率が0.006%を超えると、粒界脆化を招く恐れがある。そのため、Bの含有率を0.001〜0.006%とした。
(8)Ta(タンタル)
Taは、γ’(ガンマプライム:Ni3Al)相に固容し強度を高め、析出強度を安定させる。Taの含有率が0.1%未満の場合には、上記した効果において従来鋼と比べて向上がみられず、Taの含有率が0.7%を超えると、一般に機械的強度は向上するが、鍛造性が低下する。そのため、Taの含有率を0.1〜0.7%とした。
Taは、γ’(ガンマプライム:Ni3Al)相に固容し強度を高め、析出強度を安定させる。Taの含有率が0.1%未満の場合には、上記した効果において従来鋼と比べて向上がみられず、Taの含有率が0.7%を超えると、一般に機械的強度は向上するが、鍛造性が低下する。そのため、Taの含有率を0.1〜0.7%とした。
(9)Nb(ニオブ)
Nbは、Taと同様に、γ’(ガンマプライム:Ni3Al)相に固容し強度を高め、析出強度を安定させる。Nbの含有率が0.1%未満の場合には、上記した効果において従来鋼と比べて向上がみられず、Nbの含有率が0.4%を超えると、一般に機械的強度は向上するが、鍛造性が低下する。そのため、Nbの含有率を0.1〜0.4%とした。
Nbは、Taと同様に、γ’(ガンマプライム:Ni3Al)相に固容し強度を高め、析出強度を安定させる。Nbの含有率が0.1%未満の場合には、上記した効果において従来鋼と比べて向上がみられず、Nbの含有率が0.4%を超えると、一般に機械的強度は向上するが、鍛造性が低下する。そのため、Nbの含有率を0.1〜0.4%とした。
また、上記したTaとNbの双方を含有し、(Ta+2Nb)の含有率が0.1〜0.7%の範囲で含有することで、γ’(ガンマプライム:Ni3Al)相に固容し強度を高め、析出強度を安定させる。(Ta+2Nb)の含有率が0.1%未満の場合には、上記した効果において従来鋼と比べて向上がみられず、(Ta+2Nb)の含有率が0.7%を超えると、機械的強度は向上するが、鍛造性が低下する。なお、この場合、TaおよびNbは、それぞれ少なくとも0.01%以上含有される。Nbの比重は、Taの約1/2(Taの比重:16.6、Nbの比重:8.57)であることからTa単独で添加する場合に比べ、TaとNbを複合添加することで固溶量を増大することができる。また、Taは、戦略物質ということもあり、材料調達が不安定であるが、Nbの埋蔵量はTaの約100倍で安定供給が可能である。Taは、Nbよりも融点が高く(Taの融点:約3000℃、Nbの融点:約2470℃)、より高温におけるγ’相が強化され、また、Nbよりも耐酸化性に優れている。
(10)Si(ケイ素)およびMn(マンガン)
SiおよびMnは、本発明に係るNi基合金においては、不可避的不純物に分類されるものである。そのため、可能な限りその残存含有率を0%に近づけることが望ましい。
SiおよびMnは、本発明に係るNi基合金においては、不可避的不純物に分類されるものである。そのため、可能な限りその残存含有率を0%に近づけることが望ましい。
Siは、普通鋼の場合、耐食性を補うため添加される。しかしながら、Ni基合金はCr含有量が多く、十分に耐食性を確保できることから、本発明に係るNi基合金では、Siの残存含有率を0.1%以下とし、可能な限りその残存含有率を0%に近づけることが望ましい。
Mnは、普通鋼の場合、脆性に起因するS(硫黄)をMnSとして脆性を防止する。しかしながら、Ni基合金におけるSの含有量は極めて少なく、Mnを添加する必要はない。そのため、本発明に係るNi基合金では、Mnの残存含有率を0.1%以下とし、可能な限りその残存含有率を0%に近づけることが望ましい。
上記した本発明に係るNi基合金は、Ni基合金を構成する組成成分を真空誘導溶解炉にて溶解して得られた鋳塊をソーキング処理し、鍛造し、溶体化処理を施すことで作製される。
ソーキング処理では、1050〜1075℃の温度範囲で5〜6時間維持し、溶体化処理では、1100〜1180℃の温度範囲で4〜5時間維持することが好ましい。ここで、溶体化処理温度は、γ’相析出物を均質に固溶化するために行われ、温度が1100℃を下回る温度では十分に固溶されず、1180℃を上回る温度では結晶粒の粗大化により強度が低下する。また、鍛造は、950〜1100℃(再加熱温度1100℃)の温度範囲で行われる。
また、上記した本発明に係るNi基合金において蒸気タービンのタービンロータを構成する場合には、例えば、1つの方法(ダブルメルト)として、原料を真空誘導溶解(VIM)し、エレクトロスラグ再溶解(ESR)し、所定の型に流し込む。続いて、鍛造処理、熱処理を施しタービンロータを作製する。他の方法(ダブルメルト)として、原料を真空誘導溶解(VIM)し、真空アーク再溶解(VAR)し、所定の型に流し込む。続いて、鍛造処理、熱処理を施しタービンロータを作製する。さらに、他の方法(トリプルメルト)として、原料を真空誘導溶解(VIM)し、エレクトロスラグ再溶解(ESR)し、真空アーク再溶解(VAR)し、所定の型に流し込む。続いて、鍛造処理、熱処理を施しタービンロータを作製する。なお、上記方法によって作製されたタービンロータは、超音波検査等が行われる。
以下に、本発明に係るNi基合金が、機械的強度および鍛造性に優れていることを説明する。
(引張強度試験および鍛造性の評価)
ここでは、本発明の化学組成範囲にあるNi基合金が、優れた機械的強度および鍛造性を有することを説明する。表1は、引張強度試験および鍛造性の評価に用いられた試料1〜試料28の化学組成を示す。なお、試料1〜試料6は、本発明の化学組成範囲にあるNi基合金であり、試料7〜試料28は、その組成が本発明の化学組成範囲にないNi基合金であり、比較例である。また、試料7は、従来鋼であるインコネル617相当の化学組成を有する。
ここでは、本発明の化学組成範囲にあるNi基合金が、優れた機械的強度および鍛造性を有することを説明する。表1は、引張強度試験および鍛造性の評価に用いられた試料1〜試料28の化学組成を示す。なお、試料1〜試料6は、本発明の化学組成範囲にあるNi基合金であり、試料7〜試料28は、その組成が本発明の化学組成範囲にないNi基合金であり、比較例である。また、試料7は、従来鋼であるインコネル617相当の化学組成を有する。
引張強度試験では、表1に示す化学組成を有する試料1〜試料28のNi基合金20kgをそれぞれ真空誘導溶解炉にて溶解し、鋳塊から鍛造鋼とし、この鍛造鋼から所定のサイズの試験片を作製した。そして、各試料に対して、温度が23℃、700℃、800℃の条件でJIS G 0567(鉄鋼材料及び耐熱合金の高温引張試験方法)に基づいて引張強度試験を行い、0.2%耐力を測定した。ここで、引張強度試験における温度条件である700℃、800℃は、蒸気タービンのタービンロータの通常の運転時の温度条件およびそれに安全率を見込んだ温度を考慮して設定した。
また、各試料に対して、鍛造性の評価を行った。ここで、鍛造性は、鍛造比が3となるまで鍛造処理を行い、その鍛造比が3となるまでのリヒート回数、鍛造比が3となったときの鍛造割れの有無によって評価した。
ここで、鍛造比とは、鍛造処理を施す前における、鍛造被対象物が伸長される方向に垂直な鍛造被対象物の断面積を、鍛造処理後における、鍛造被対象物が伸長された方向に垂直な鍛造被対象物の断面積で除したものである。また、一般的な鍛造処理では、鍛造被対象物の温度が低下したとき、すなわち鍛造被対象物の硬化してきたときには、再度加熱して鍛造処理を繰り返す。リヒート回数は、鍛造処理において鍛造比を3とするまでの間に、鍛造被対象物が再加熱された回数である。また、鍛造割れの有無は、鍛造処理後の鍛造被対象物を目視観察し、割れがない場合には「無」と示し、さらに、鍛造性が優れていることを示すため、鍛造性の評価を「○」で示す。一方、割れがある場合には「有」と示し、さらに、鍛造性が劣ることを示すため、鍛造性の評価を「×」で示す。
表2は、各試料における0.2%耐力の測定結果および鍛造性の評価の結果を示す。
表2に示すように、試料1〜試料6は、各温度において高い0.2%耐力を有するとともに、鍛造性も優れ、従来鋼のうちの鍛造性に優れるものと同様の鍛造性が得られることがわかった。0.2%耐力が高い値となったのは、析出強化と固溶強化が図られたためと考えられる。一方、例えば、試料18や試料20の従来鋼では、0.2%耐力は高い値を示したが、鍛造性が劣っていることがわかった。このように、機械的強度および鍛造性の双方に優れた従来鋼はなかった。
(グリーブル試験)
ここでは、本発明の化学組成範囲にあるNi基合金が、優れた熱間加工性を有することを説明する。なお、ここでは、表1に示す、試料1〜試料7を用い、各試料に対してグリーブル試験を行なった。ここで、試料1〜試料6は、本発明の化学組成範囲にあるNi基合金であり、試料7は、その組成が本発明の化学組成範囲にないNi基合金(インコネル617相当)であり、比較例である。
ここでは、本発明の化学組成範囲にあるNi基合金が、優れた熱間加工性を有することを説明する。なお、ここでは、表1に示す、試料1〜試料7を用い、各試料に対してグリーブル試験を行なった。ここで、試料1〜試料6は、本発明の化学組成範囲にあるNi基合金であり、試料7は、その組成が本発明の化学組成範囲にないNi基合金(インコネル617相当)であり、比較例である。
表3は、上記した各試料におけるグリーブル試験の結果を示す。また、図1は、表3に示した各試料におけるグリーブル試験の結果を示した図である。ここで、図1の縦軸に示されている断面積減少率(Reduction of area)は、試験前の試験片の断面積に対する、試験後(破断後)における試験片において試験前の断面積から減少した分の断面積の割合を意味する。すなわち、この値が大きい場合には、優れた熱間加工性を有することとなる。
表3および図1に示すように、本発明の化学組成範囲にあるNi基合金である、試料1〜試料6と、従来鋼のNi基合金である試料7とでは、ほぼ同等のグリーブル試験の結果が得られた。また、鍛造温度範囲(950〜1100℃程度)を含む900〜1300℃の温度範囲において、断面積減少率が70%以上となっており、従来鋼のNi基合金と同様に、良好な熱間加工性が得られることがわかった。
(時効特性)
ここでは、本発明の化学組成範囲にあるNi基合金を高温で所定時間保持しても、機械的強度を維持できることを説明する。
ここでは、本発明の化学組成範囲にあるNi基合金を高温で所定時間保持しても、機械的強度を維持できることを説明する。
前述した引張強度試験における試験片の作製方法と同様に、表1に示す化学組成を有する試料1〜試料6のNi基合金20kgをそれぞれ真空誘導溶解炉にて溶解し、鋳塊から鍛造鋼とし、この鍛造鋼から所定のサイズの試験片を作製した。そして作製した各試験片を750℃で2000時間保持した後、700℃の条件でJIS G 0567(鉄鋼材料及び耐熱合金の高温引張試験方法)に基づいて引張強度試験を行い、0.2%耐力を測定した。また、熱処理を行う前の各試験片に対して700℃の条件で引張強度試験を行い、0.2%耐力を測定した。ここで、試験片を750℃で保持した理由は、安全側のデータを得るために、上記したタービンロータの最高使用温度を考慮したためであり、一方、引張強度試験における温度条件である700℃は、蒸気タービンのタービンロータの通常の運転時の温度条件を考慮して設定した。
表4は、各試料における0.2%耐力の測定結果を示す。
表4に示すように、熱処理後の試験片における0.2%耐力は、若干低下するものの、ほぼ熱処理前の機械的強度が維持されることがわかった。これによって、経時変化による組織変化はほとんどないものと考えられる。
Claims (5)
- 重量%で、C:0.01〜0.15、Cr:18〜28、Co:10〜15、Mo:8〜12、Al:1.5〜2、Ti:0.1〜0.6、B:0.001〜0.006、Ta:0.1〜0.7を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなることを特徴とする蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金。
- 重量%で、C:0.01〜0.15、Cr:18〜28、Co:10〜15、Mo:8〜12、Al:1.5〜2、Ti:0.1〜0.6、B:0.001〜0.006、Nb:0.1〜0.4を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなることを特徴とする蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金。
- 重量%で、C:0.01〜0.15、Cr:18〜28、Co:10〜15、Mo:8〜12、Al:1.5〜2、Ti:0.1〜0.6、B:0.001〜0.006、Ta+2Nb:0.1〜0.7を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなることを特徴とする蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金。
- 前記不可避的不純物のうち、重量%で、Si:0.1以下、Mn:0.1以下に抑制されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金。
- 高温蒸気が導入される蒸気タービンに貫設されるタービンロータであって、
少なくとも所定部位が、請求項1乃至4のいずれか1項記載の蒸気タービンのタービンロータ用のNi基合金からなることを特徴する蒸気タービンのタービンロータ。
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