[發明專利]Ni基鑄造合金及以該合金為材料的蒸汽渦輪機用鑄造部件

有效

• 申請號: 200910138966.0
• 申請日: 2009-05-21
• 公開（公告）號: CN101586203A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發明（設計）人: 山田政之;今井潔;根本邦義;宮下重和;池田一隆;須賀威夫
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C30/00;F01D25/00;F01D25/24
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 周 欣;陳建全

技術領域

本發明涉及以高溫、高壓的蒸汽作為工作流體流入的蒸汽渦輪機的渦 輪機外殼或閥殼的構成材料，特別涉及高溫強度等優良的蒸汽渦輪機的Ni 基鑄造合金及以該合金為材料的蒸汽渦輪機用鑄造部件。

背景技術

在具備蒸汽渦輪機的火力發電廠，從保護地球環境的角度出發抑制二 氧化碳排放量的技術引人注目，此外發電高效率化的需求也在提高。

為了提高蒸汽渦輪機的發電效率，有效的方法是使渦輪機蒸汽溫度高 溫化，在近年來的具備蒸汽渦輪機的火力發電廠，其蒸汽溫度上升到600 ℃以上。將來有上升到650℃、進一步上升到700℃或700℃以上的傾向。

一般認為以高溫、高壓的蒸汽作為工作流體流入的蒸汽渦輪機的渦輪 機外殼或閥殼是一種高溫壓力容器，其在高溫環境下承受高的內壓。因此， 渦輪機外殼或閥殼必須耐高溫、耐高應力，作為構成渦輪機外殼或閥殼的 材料，要求在高溫區域具有優良的強度、延性及韌性。

此外，由于在高溫下長時間使用，因此還要求具有優良的耐水蒸氣氧 化特性。再有，渦輪機外殼或閥殼由于形狀復雜，因此一般多通過鑄造來 成型，因而還要求具有盡量不發生鑄造缺陷的良好的鑄造性。

在發生鑄造缺陷時，由于需要削去該部分，進行補修焊接，而且通過 焊接在渦輪機外殼或閥殼上接合(結構焊接)短管或彎管等，因此焊接性 良好的材料也是重要的要素。

此外，渦輪機外殼或閥殼在其內部結構中可以在結構上與其它部件組 合使用。例如，在渦輪機外殼的內部安裝有通過蒸汽而旋轉的渦輪機轉子、 及轉動葉片、噴嘴(靜葉片)、固定螺栓、噴嘴箱等，但是，在渦輪機外殼 的熱膨脹系數與這些內部結構部件的熱膨脹系數處于同等水平的情況下， 則易于結構設計，即使在長期使用時可靠性也大大提高。此外，在熱膨脹 系數低的情況下，作為大型結構件還可使局部產生的熱應力降低，從該觀 點考慮，熱膨脹系數與結構設計的容易度和長期可靠性的提高有關。

因此，用于渦輪機外殼或閥殼的Ni基鑄造合金要求具有高溫下優良的 強度(蠕變斷裂強度)及延性(蠕變斷裂延伸率)、優良的耐水蒸氣氧化特 性、優良的焊接性、低熱膨脹系數。

現在，作為在蒸汽溫度為700℃或700℃以上的條件下研究了適用性的 Ni基鑄造合金，代表性的材料有鎳鉻鐵617合金(Special?metals公司制) 及鎳鉻鐵625合金(Special?metals公司制)。可是，這些材料雖然蠕變斷裂 延伸率、耐水蒸氣氧化特性及焊接性良好，但蠕變斷裂強度不充分，熱膨 脹系數也比較高，因此采用此種材料的渦輪機外殼或閥殼在結構設計上具 有難度，在高溫下的長期穩定運轉方面還存在較多的課題。

另外，以前提出了使用奧氏體系低熱膨脹Ni基超合金作為蒸汽渦輪機 的螺栓等(例如參照專利文獻1)。此外，提出了通過比較容易制作大型鍛 造件的NiFe基合金，制作可在超過700℃的高溫下使用的蒸汽渦輪機轉子 (例如參照專利文獻2)。再有，還提出了使用鍛造性良好、低熱膨脹的奧 氏體系Ni基合金，制作蒸汽渦輪機葉片(例如參照專利文獻3)。但是，在 上述技術中沒有考慮到鑄造性及焊接性等。

專利文獻1：日本特開2003-13161號公報

專利文獻2：日本特開2005-2929號公報

專利文獻3：日本專利第3559681號公報

發明內容

如上所述，作為超過700℃的蒸汽渦輪機的渦輪機外殼或閥殼的材料， 雖然研究了Ni基鑄造合金的適用性，但認為還需要進一步提高高溫強度(蠕 變斷裂強度)。此外，認為需要將熱膨脹系數也降低到適當的水平。該Ni 基鑄造合金的必要的高溫強度及熱膨脹系數要求在維持Ni基鑄造合金的高 溫延性(蠕變斷裂延伸率)及耐水蒸氣氧化特性、焊接性等的同時，通過 組成改進等來得到。

因而，本發明的目的是，提供一種Ni基鑄造合金及以該合金為材料的 蒸汽渦輪機用鑄造部件，該Ni基鑄造合金能夠在維持鑄造性及焊接性等制 造性的同時，謀求提高蠕變斷裂強度和熱膨脹系數的最佳化。