[發(fā)明專利]鎳基鍛造合金和使用其的汽輪機設備用部件

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310191363.3
• 申請日: 2011-01-24
• 公開（公告）號: CN103276249A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設計）人: 今野晉也;土井裕之;佐藤順
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王永紅

本申請為申請?zhí)?01110024681.1、申請日2011年1月24日、發(fā)明名稱“鎳基鍛造合金和使用其的汽輪機設備用部件”的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及汽輪機等的高溫部件、用于高溫部件的鎳基鍛造合金。

背景技術(shù)

為了提高汽輪機發(fā)電設備、燃氣輪機等的發(fā)電效率，主蒸汽溫度或燃燒溫度的提高是有效的。伴隨主蒸汽溫度或燃燒溫度的提高，高溫部件的溫度變高，因此，需要耐用溫度更高的耐熱材料。

根據(jù)暴露的溫度及部件的尺寸，高溫部件被分類為精密鑄造材料和鍛造材料。小型且使用溫度高的燃氣輪機轉(zhuǎn)動葉片及定子葉片通常是通過精密鑄造而制作的，但由于難以通過精密鑄造制作大型部件，因而，其它的大型的部件通常是通過鍛造而制作的。鍛造品在1000℃～1200℃的范圍進行熱鍛造而成型，但為了確保在該溫度區(qū)域的加工性，需要1000℃以上的變形阻力小。

利用γ'相(Ni₃Al)而被析出強化的鎳基超合金由于高溫強度優(yōu)異，因此，被廣泛應用于通過鍛造制作的高溫部件。γ'相在低溫比在高溫穩(wěn)定，具有若溫度上升則消失的特性。由于在γ'相析出的狀態(tài)下熱加工性差，因此，需要在γ'相消失的溫度(固溶溫度)以上進行熱加工。對于使用溫度下的強度，由于γ'相的析出量越多則強度越強，因此，需要增加γ'相的析出量，但由于γ'相的析出量增加時，固溶溫度也上升，因此熱加工變難。因此，γ'相強化型鍛造材料的高溫強度存在界限。

在將必要的10萬小時的斷裂強度設定為100MPa的情況下，將γ'相的固溶溫度設定為1000℃程度以下而確保充分的熱加工性的情況下的鍛造材料的耐用溫度的界限為750℃左右。另外，在750℃以上時，氧化開始變得顯著，因此，為了將耐用溫度提高到750℃以上，提高抗氧化性是不可避免的。為了提高抗氧化性，形成穩(wěn)定的氧化物的Al的添加是有效的，Al提高γ'相的固溶溫度，使熱加工性變差，因此，在現(xiàn)有的鍛造合金中為3wt.%以下，對穩(wěn)定地形成鋁氧化物是不充分的。

在公知例1(日本特開2009-97052號公報)中，嘗試了在保持與現(xiàn)有材料同等的熱加工性的同時使耐用溫度從現(xiàn)有材料的界限即750℃提高到780～800℃，并在表面形成Al膜，同時，對使γ'相在高溫不穩(wěn)定、使γ'相在低溫穩(wěn)定化的合金元素的添加平衡進行了研究，發(fā)現(xiàn)了可以不損害熱加工性而大幅提高耐用溫度的添加元素的平衡。通過增加γ'相可以得到高強度，但γ'相會使熱鍛造性變差。

公知例1中，是以沒有實質(zhì)添加Nb、Ti、Ta為特征，由此，將析出強化相即γ'相的固溶溫度抑制在較低的水平并使鍛造下限溫度較低，成功地增加了在使用溫度即700～800℃時的γ'相的析出量。公知例1中所示的成分中，除了γ'相以外，析出以Cr、W、Mo為主體的碳化物。

這些合金中析出的主要的碳化物為M₂₃C₆型碳化物。碳化物在至1000℃以上是穩(wěn)定的，在鍛造中或固溶處理中成為結(jié)晶粒界移動的障礙，具有抑制晶粒粗大化的作用。作為在鎳基超合金中析出的碳化物，除M₂₃C₆型碳化物以外，已知有以Ta、Ti、Nb為主成分的MC型碳化物。為了制造大型鍛造品，如公知例1所示的材料，除γ'相的固溶溫度低、即鍛造下限溫度低以外，還優(yōu)選鍛造上限溫度高。

對于鍛造上限溫度，在將鍛造品成型時，可以也包含由加工發(fā)熱引起的升溫量在內(nèi)設定為略低于部分熔融溫度，即使在部分熔融溫度以下，若在碳化物不析出的溫度進行鍛造，則晶粒也顯著粗大化，疲勞特性及切口敏感性變差。因此，鍛造上限溫度由碳化物的固溶溫度決定。

M₂₃C₆型碳化物與MC型碳化物相比，在高溫不穩(wěn)定，因此，C的添加量少時，固溶溫度變低，鍛造上限溫度變低。MC型碳化物直到高溫都是穩(wěn)定的，因此，即使是少量的C，直到略低于熔點的溫度也可以穩(wěn)定地存在。

這樣，碳化物起到控制鍛造上限溫度的重要的作用，但如果過量析出，則成為龜裂的產(chǎn)生基點，使疲勞強度降低。在公知例1中，由于不含有Ta、Ti、Nb，因此，碳化物為M₂₃C₆型碳化物，為了提高鍛造上限溫度，需要添加大量的C，由此，產(chǎn)生龜裂的基點增加。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2009-97052號公報

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的課題