專(zhuān)利名稱(chēng)：Ni基鑄造合金及以該合金為材料的蒸汽渦輪機(jī)用鑄造部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(jī)的渦輪機(jī)外殼或 閥殼的構(gòu)成材料，特別涉及高溫強(qiáng)度等優(yōu)良的蒸汽渦輪機(jī)的Ni基鑄造合金及以該合金為 材料的蒸汽渦輪機(jī)用鑄造部件。
背景技術(shù)：
在具備蒸汽渦輪機(jī)的火力發(fā)電廠(chǎng)，從保護(hù)地球環(huán)境的角度出發(fā)抑制二氧化碳排放 量的技術(shù)引人注目，此外發(fā)電高效率化的需求也在提高。為了提高蒸汽渦輪機(jī)的發(fā)電效率，有效的方法是使渦輪機(jī)蒸汽溫度高溫化，在 近年來(lái)的具備蒸汽渦輪機(jī)的火力發(fā)電廠(chǎng)，其蒸汽溫度上升到600°C以上。將來(lái)有上升到 650°C、進(jìn)一步上升到700°C或700°C以上的傾向。一般認(rèn)為以高溫、高壓的蒸汽作為工作流體流入的蒸汽渦輪機(jī)的渦輪機(jī)外殼或閥 殼是一種高溫壓力容器，其在高溫環(huán)境下承受高的內(nèi)壓。因此，渦輪機(jī)外殼或閥殼必須耐高 溫、耐高應(yīng)力，作為構(gòu)成渦輪機(jī)外殼或閥殼的材料，要求在高溫區(qū)域具有優(yōu)良的強(qiáng)度、延性 及韌性。此外，由于在高溫下長(zhǎng)時(shí)間使用，因此還要求具有優(yōu)良的耐水蒸氣氧化特性。再 有，渦輪機(jī)外殼或閥殼由于形狀復(fù)雜，因此一般多通過(guò)鑄造來(lái)成型，因而還要求具有盡量不 發(fā)生鑄造缺陷的良好的鑄造性。在發(fā)生鑄造缺陷時(shí)，由于需要削去該部分，進(jìn)行補(bǔ)修焊接，而且通過(guò)焊接在渦輪機(jī) 外殼或閥殼上接合(結(jié)構(gòu)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(jī)外殼或閥殼在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中可以在結(jié)構(gòu)上與其它部件組合使用。例 如，在渦輪機(jī)外殼的內(nèi)部安裝有通過(guò)蒸汽而旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子、及轉(zhuǎn)動(dòng)葉片、噴嘴(靜葉 片)、固定螺栓、噴嘴箱等，但是，在渦輪機(jī)外殼的熱膨脹系數(shù)與這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)部件的熱膨脹 系數(shù)處于同等水平的情況下，則易于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即使在長(zhǎng)期使用時(shí)可靠性也大大提高。此 外，在熱膨脹系數(shù)低的情況下，作為大型結(jié)構(gòu)件還可使局部產(chǎn)生的熱應(yīng)力降低，從該觀(guān)點(diǎn)考 慮，熱膨脹系數(shù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的容易度和長(zhǎng)期可靠性的提高有關(guān)。因此，用于渦輪機(jī)外殼或閥殼的Ni基鑄造合金要求具有高溫下優(yōu)良的強(qiáng)度(蠕變 斷裂強(qiáng)度)及延性(蠕變斷裂延伸率)、優(yōu)良的耐水蒸氣氧化特性、優(yōu)良的焊接性、低熱膨脹 系數(shù)?，F(xiàn)在，作為在蒸汽溫度為700°C或700°C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)?？墒?，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(qiáng)度不充分，熱膨脹系數(shù)也比較高，因此采用此種材料的渦輪機(jī)外殼 或閥殼在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上具有難度，在高溫下的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)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M基超合金作為蒸汽渦輪機(jī)的螺栓等 (例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。此外，提出了通過(guò)比較容易制作大型鍛造件的NWe基合金，制作 可在超過(guò)700°C的高溫下使用的蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)幻。再有，還提出了 使用鍛造性良好、低熱膨脹的奧氏體系M基合金，制作蒸汽渦輪機(jī)葉片(例如參照專(zhuān)利文 獻(xiàn)3)。但是，在上述技術(shù)中沒(méi)有考慮到鑄造性及焊接性等。專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2003-13161號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2005-2929號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 日本專(zhuān)利第3559681號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，作為超過(guò)700°C的蒸汽渦輪機(jī)的渦輪機(jī)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(rèn)為還需要進(jìn)一步提高高溫強(qiáng)度(蠕變斷裂強(qiáng)度)。此外，認(rèn)為 需要將熱膨脹系數(shù)也降低到適當(dāng)?shù)乃健Ｔ揗基鑄造合金的必要的高溫強(qiáng)度及熱膨脹系 數(shù)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(shí)，通過(guò)組成改進(jìn)等來(lái)得到。因而，本發(fā)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(jī) 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(shí)，謀求提高蠕變 斷裂強(qiáng)度和熱膨脹系數(shù)的最佳化。為達(dá)到上述目的，第1發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2,Si 0. 01 l、Mn :0. 01 l、Co 5 20、Fe :10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及Re中的1種或2種以上以Mo+(W+Re)/2計(jì)8 25，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。此外，第2發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、 Si 0. 01 l、Mn :0. 01 l、Co 5 20、Fe :10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1 種或2種以上以Mo+(W+Re)/2計(jì)8 25,Al :0. 1 0. 4,Ti :0. 1 2. 5，余量為Ni及不可 避免的雜質(zhì)。此外，第3發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.05 0.2、Si 0. 01 l、Mn :0. 01 l、Co 5 20、Fe :10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1 種或 2種以上以Mo+(W+Re)/2計(jì)8 25、選自Nb及Ta中的1種或2種以Nb+Ta/2計(jì)0. 5 5，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。此外，第4發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、 Si 0. 01 l、Mn :0. 01 l、Co 5 20、Fe :10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1 種或2種以上以Mo+(W+Re)/2計(jì)8 25、B :0. 001 0. 02，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。此外，第5發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、 Si 0. 01 l、Mn :0. 01 l、Co 5 20、Fe :10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1 種或2種以上以Mo+(W+Re)/2計(jì)8 25、Zr :0. 01 0. 2，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。此外，第6發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、 Si 0. 01 l、Mn :0. 01 l、Co 5 20、Fe :10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1種或2種以上以Mo+ (ff+Re) /2計(jì)8 25、Al :0. 1 0. 4、Ti :0. 1 2. 5、選自Nb及Ta中 的1種或2種以Nb+Ta/2計(jì)0. 5 5，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。此外，第7發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.05 0.2、Si 0. 01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1 種 或 2 種以上以 Mo+(W+Re)/2 計(jì)8 25、Al :0. 1 0. 4、Ti :0. 1 2. 5、B :0. 001 0. 02， 余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。此外，第8發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、 Si 0. 01 l、Mn :0. 01 l、Co 5 20、Fe :10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1 種或 2 種以上以 Mo+ (ff+Re)/2 計(jì)8 25、A1 :0. 1 0. 4,Ti :0. 1 2. 5,Zr :0. 01 0. 2，
余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。此外，第9發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.05 0.2、Si 0. 01 l、Mn :0. 01 l、Co 5 20、Fe :10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1 種或 2種以上以Mo+(W+Re)/2計(jì)8 25、選自Nb及Ta中的1種或2種以Nb+Ta/2計(jì)0. 5 5、B :0. 001 0. 02，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。此外，第10發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、 Si 0. 01 1、Mn :0. 01 1、Co 5 20、Fe 10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1種或2種以上以Mo+ (ff+Re)/2計(jì)8 25、選自Nb及Ta中的1種或2種以Nb+Ta/2計(jì) 0. 5 5、Zr 0. 01 0. 2，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。此外，第11發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、 Si 0. 01 l、Mn :0. 01 l、Co 5 20、Fe :10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1 種或2種以上以Mo+ (ff+Re) /2計(jì)8 25、B :0. 001 0. 02、Zr :0. 01 0. 2，余量為Ni及 不可避免的雜質(zhì)。此外，第12發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、 Si 0. 01 l、Mn :0. 01 l、Co 5 20、Fe :10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1 種或2種以上以Mo+ (ff+Re) /2計(jì)8 25、Al :0. 1 0. 4、Ti :0. 1 2. 5、選自Nb及Ta中 的1種或2種以Nb+Ta/2計(jì)0. 5 5、B :0. 001 0. 02，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。此外，第13發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、 Si 0. 01 l、Mn :0. 01 l、Co 5 20、Fe :10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1 種或2種以上以Mo+ (ff+Re) /2計(jì)8 25、Al :0. 1 0. 4、Ti :0. 1 2. 5、選自Nb及Ta中 的1種或2種以Nb+Ta/2計(jì)0. 5 5、& :0. 01 0. 2，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。此外，第14發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、 Si 0. 01 l、Mn :0. 01 l、Co 5 20、Fe :10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1 種或 2 種以上以 Mo+(W+Re)/2 計(jì)8 25,Al :0. 1 0. 4,Ti :0. 1 2. 5、B :0. 001 0. 02、 Zr 0. 01 0. 2，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。此外，第15發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、 Si 0. 01 1、Mn :0. 01 1、Co 5 20、Fe 10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1種或2種以上以Mo+ (ff+Re)/2計(jì)8 25、選自Nb及Ta中的1種或2種以Nb+Ta/2計(jì) 0. 5 5、B :0. 001 0. 02、Zr :0. 01 0. 2，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。此外，第16發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、Si 0. 01 l、Mn :0. 01 l、Co 5 20、Fe :10 以下、Cr 15 25、選自 Mo、W 及 Re 中的 1 種或2種以上以Mo+ (ff+Re) /2計(jì)8 25、Al :0. 1 0. 4、Ti :0. 1 2. 5、選自Nb及Ta中 的1種或2種以Nb+Ta/2計(jì)0. 5 5、B :0. 001 0. 02,Zr :0. 01 0. 2，余量為Ni及不可
避免的雜質(zhì)。此外，第17發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于在第2、6、7、8、12、13、14、16發(fā)明 中的任何一發(fā)明中，所述Al的含量以質(zhì)量％計(jì)為0. 2 0. 3。此外，第18發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于在第2、6、7、8、12、13、14、16中的 任何一項(xiàng)中，所述Ti的含量以質(zhì)量％計(jì)為0. 5 2. 0。此外，第19發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于在第3、6、9、10、12、13、15、16發(fā)明 中的任何一發(fā)明中，所述選自Nb及Ta中的1種或2種的含量以質(zhì)量％計(jì)且以Nb+Ta/2計(jì) 為 1. 0 2. 5。此外，第20發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于在第4、7、9、11、12、14、15、16發(fā)明 中的任何一發(fā)明中，所述B的含量以質(zhì)量％計(jì)為0. 002 0015。此外，第21發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于在第5、8、10、11、13、14、15、16發(fā) 明中的任何一發(fā)明中，所述ττ的含量以質(zhì)量％計(jì)為0. 02 0. 10。此外，第22發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于在第1 21發(fā)明中的任何一發(fā)明 中，所述Co的含量以質(zhì)量％計(jì)為7 17。此外，第23發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于在第1 22發(fā)明中的任何一發(fā) 明中，所述選自Mo、W及Re中的1種或2種以上的含量以質(zhì)量％計(jì)且以Mo+(W+Re)/2計(jì)為 13 20。此外，第M發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于在第1 23發(fā)明中的任何一發(fā)明 中，所述Cr的含量以質(zhì)量％計(jì)為18 23。 此外，第25發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于在第1 M發(fā)明中的任何一發(fā)明 中，所述i^e的含量以質(zhì)量％計(jì)為5以下。此外，第沈發(fā)明的Ni基鑄造合金，其特征在于在第1 25發(fā)明中的任何一發(fā)明 中，所述C的含量以質(zhì)量％計(jì)為0. 07 0. 15。利用這些蒸汽渦輪機(jī)的渦輪機(jī)外殼或閥殼等鑄造部件用的Ni基鑄造合金，通過(guò) 按上述的組成成分范圍構(gòu)成，能夠在維持以往的蒸汽渦輪機(jī)的渦輪機(jī)外殼或閥殼等鑄造部 件用的Ni基鑄造合金的鑄造性及焊接性的同時(shí)，提高高溫強(qiáng)度。此外，在導(dǎo)入高溫蒸汽的蒸汽渦輪機(jī)成套設(shè)備中，至少規(guī)定部位可以由上述的任 何一種M基鑄造合金構(gòu)成。采用此種蒸汽渦輪機(jī)用的渦輪機(jī)外殼或閥殼等鑄造部件，可提 高高溫強(qiáng)度，即使在高溫環(huán)境下也具有高的可靠性。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種Ni基鑄造合金及以該合金為材料的蒸汽渦輪機(jī)用鑄 造部件，其能夠在維持鑄造性及焊接性等制造性的同時(shí)，謀求蠕變斷裂強(qiáng)度的提高和熱膨 脹系數(shù)的最佳化。
具體實(shí)施例方式下面，對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的一實(shí)施方式的Ni基鑄造合金 由以下所示的組成成分范圍構(gòu)成。再有，在以下的說(shuō)明中，只要不特別明示，表示組成成分的％為質(zhì)量％。(Ml) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C :0. 05 0.2、Si :0.01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+(ff+Re)/2計(jì)8 25，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。(M2) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C :0.05 0.2、Si :0.01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+(ff+Re)/2計(jì)8 25、Al :0. 1 0. 4、Ti :0. 1 2. 5，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。(M3) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C :0.05 0.2、Si :0.01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+ (ff+Re)/2計(jì)8 25、選自Nb及Ta中的1種或2種以Nb+Ta/2計(jì)0. 5 5，余量為Ni 及不可避免的雜質(zhì)。(M4) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C :0.05 0.2、Si :0.01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+(ff+Re)/2計(jì)8 25、B :0. 001 0. 02，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。(M5) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C :0. 05 0.2、Si :0.01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+(ff+Re)/2計(jì)8 25、& :0. 01 0. 2，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。(M6) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C :0.05 0.2、Si :0.01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+ (ff+Re)/2 計(jì)8 25、Al :0. 1 0. 4、Ti :0. 1 2. 5、選自 Nb 及 Ta 中的 1 種或 2 種以 Nb+Ta/2計(jì)0. 5 5，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。(M7) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C :0.05 0.2、Si :0.01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+ (ff+Re) /2 計(jì)8 25、Al :0. 1 0. 4、Ti :0. 1 2. 5、B :0. 001 0. 02，余量為 Ni 及不
可避免的雜質(zhì)。(M8) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C :0.05 0.2、Si :0.01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+ (ff+Re) /2 計(jì)8 25,Al :0. 1 0. 4,Ti :0. 1 2. 5,Zr :0. 01 0. 2，余量為 Ni 及不可
避免的雜質(zhì)。(M9) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C :0.05 0.2、Si :0.01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+ (ff+Re)/2計(jì)8 25、選自Nb及Ta中的1種或2種以Nb+Ta/2計(jì)0. 5 5、B :0. 001 0. 02，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。(MlO) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、Si :0. 01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+ (ff+Re)/2 if 8 25、選自 Nb 及 Ta 中的 1 種或 2 種以 Nb+Ta/2 計(jì)0. 5 5,Zr :0. 01 0. 2，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。(Mil) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、Si :0. 01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以
7Mo+ (ff+Re)/2計(jì)8 25,B :0. 001 0. 02,Zr :0. 01 0. 2，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。(M12) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C :0. 05 0. 2、Si :0. 01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+ (ff+Re)/2 計(jì)8 25、Al :0. 1 0. 4、Ti :0. 1 2. 5、選自 Nb 及 Ta 中的 1 種或 2 種以 Nb+Ta/2計(jì)0. 5 5、B :0. 001 0. 02，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。(M13) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C :0. 05 0. 2、Si :0. 01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+ (ff+Re)/2 計(jì)8 25、Al :0. 1 0. 4、Ti :0. 1 2. 5、選自 Nb 及 Ta 中的 1 種或 2 種以 Nb+Ta/2計(jì)0. 5 5、& :0. 01 0. 2，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。(M14) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、Si :0. 01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+ (ff+Re) /2 計(jì)8 25,Al 0. 1 0. 4,Ti 0. 1 2. 5、B :0. 001 0. 02,Zr 0. 01 0. 2， 余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。(M15) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 05 0. 2、Si :0. 01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+ (ff+Re)/2 if 8 25、選自 Nb 及 Ta 中的 1 種或 2 種以 Nb+Ta/2 計(jì)0. 5 5、B :0. 001 0. 02、Zr 0. 01 0. 2，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。(M16) 一種Ni基鑄造合金，以質(zhì)量％計(jì)含有C :0. 05 0. 2、Si :0. 01 1、Mn 0. 01 1、Co 5 20、Fe 10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以 Mo+ (ff+Re)/2 計(jì)8 25、Al :0. 1 0. 4、Ti :0. 1 2. 5、選自 Nb 及 Ta 中的 1 種或 2 種以 Nb+Ta/2計(jì)0. 5 5、B :0. 001 0. 02, Zr :0. 01 0. 2，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。(M17)根據(jù)上述M2、M6 M8、M12 M14、M16的任何一項(xiàng)所述的Ni基鑄造合金， 其中，所述Al的含量以質(zhì)量％計(jì)為0. 2 0. 3。(M18)根據(jù)上述M2、M6 M8、M12 M14、M16的任何一項(xiàng)中，所述Ti的含量以質(zhì) 量％計(jì)為0. 5 2. 0。(M19)根據(jù)上述M3、M6、M9、M10、M12、M13、M15、M16的任何一項(xiàng)所述的Ni基鑄造 合金，其中，所述選自Nb及Ta中的1種或2種的含量以質(zhì)量％計(jì)且以Nb+Ta/2計(jì)為1. 0
2 · 5 ο(M20)根據(jù)上述M4、M7、M9、Mil、M12、M14 M16的任何一項(xiàng)所述的Ni基鑄造合 金，其中，所述B的含量以質(zhì)量％計(jì)為0. 002 0. 015。(M21)根據(jù)上述] 5、]\18、]\110、]\111、]\113 M16的任何一項(xiàng)所述的Ni基鑄造合金，其 中，所述ττ的含量以質(zhì)量％計(jì)為0. 02 0. 10。(Μ22)根據(jù)上述Ml Μ21的任何一項(xiàng)所述的Ni基鑄造合金，其中，所述Co的含量 以質(zhì)量％計(jì)為7 17。(Μ23)根據(jù)上述Ml Μ22的任何一項(xiàng)所述的Ni基鑄造合金，其中，所述選自Mo、 W及Re中的1種或2種以上的含量以質(zhì)量％計(jì)且以Mo+(W+Re)/2計(jì)為13 20。(M24)根據(jù)上述Ml M23的任何一項(xiàng)所述的Ni基鑄造合金，其中，所述Cr的含量 以質(zhì)量％計(jì)為18 23。(M25)根據(jù)上述Ml MM的任何一項(xiàng)所述的Ni基鑄造合金，其中，所述!^e的含量以質(zhì)量％計(jì)為5以下。(M26)根據(jù)上述Ml M25的任何一項(xiàng)所述的Ni基鑄造合金，其中，所述C的含量 以質(zhì)量％計(jì)為0. 07 0. 15。在上述組成成分范圍內(nèi)的Ni基鑄造合金適合作為構(gòu)成運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度為680 750°C的蒸汽渦輪機(jī)的渦輪機(jī)外殼或閥殼等鑄造部件的材料。這里，可以用此種Ni基鑄造 合金構(gòu)成蒸汽渦輪機(jī)的渦輪機(jī)外殼或閥殼等鑄造部件的所有部位，此外也可以用此種M 基鑄造合金構(gòu)成特別是達(dá)到高溫的蒸汽渦輪機(jī)的渦輪機(jī)外殼或閥殼等鑄造部件的部分部 位。此外，上述組成成分范圍內(nèi)的Ni基鑄造合金能夠在維持以往的Ni基鑄造合金的 鑄造性及焊接性等加工性的同時(shí)，能提高高溫強(qiáng)度。也就是說(shuō)，通過(guò)采用此種M基鑄造合 金，構(gòu)成蒸汽渦輪機(jī)的渦輪機(jī)外殼或閥殼等鑄造部件，能夠提高渦輪機(jī)外殼或閥殼等鑄造 部件的高溫強(qiáng)度，制作即使在高溫環(huán)境下也具有較高的可靠性的渦輪機(jī)外殼或閥殼等鑄造 部件。此外，在制作蒸汽渦輪機(jī)的渦輪機(jī)外殼或閥殼等鑄造部件時(shí)，能夠維持以往的M基 鑄造合金的鑄造性及焊接性等加工性。下面，對(duì)上述的有關(guān)本發(fā)明的Ni基鑄造合金的各組成成分范圍的限定理由進(jìn)行 說(shuō)明。(I)C(碳)C作為強(qiáng)化相的M23C6型碳化物的構(gòu)成元素是有用的，特別是在650°C以上的高溫 環(huán)境下，成為在蒸汽渦輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)中使M23C6型碳化物析出，維持合金的蠕變強(qiáng)度的重要因 素之一。此外，還可防止晶粒的粗大化。另外，還一并具有確保鑄造時(shí)的熔液的流動(dòng)性的效 果。在C的含有率低于0. 05%時(shí)，不能確保碳化物的足夠的析出量，而且鑄造時(shí)的熔液的流 動(dòng)性顯著降低。另一方面，如果C的含有率超過(guò)0.2%，則制作大型鑄造件時(shí)的成分偏析傾 向會(huì)增強(qiáng)，同時(shí)促進(jìn)作為脆化相的M6C型碳化物的生成，引起耐蝕性及延性的下降。因此， 將C的含有率規(guī)定為0.05 0.2%。更優(yōu)選為0.07 0. 15%。(2) Cr (鉻)Cr在奧氏體母相中固溶，不僅是進(jìn)行固溶強(qiáng)化的元素，而且是對(duì)于提高耐氧化性 及耐蝕性不可缺的元素。而且，作為M23C6型碳化物的構(gòu)成元素也是不可缺的，尤其在650°C 以上的高溫環(huán)境下，通過(guò)在蒸汽渦輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)中使M23C6型碳化物析出，可維持合金的蠕變 強(qiáng)度。此外，Cr還可提高高溫蒸汽環(huán)境下的耐氧化性。在Cr的含有率低于15%時(shí)，耐氧化 性下降。另一方面，如果Cr的含有率超過(guò)25%，則因顯著促進(jìn)M23C6S碳化物的析出而使粗 大化傾向增強(qiáng)，在高溫下保持長(zhǎng)時(shí)間時(shí)會(huì)引起強(qiáng)度及延性的下降。此外，由于Cr使合金的 熱膨脹系數(shù)增大，因此在高溫用機(jī)器的設(shè)計(jì)中優(yōu)選添加量低的。因此，將Cr的含有率規(guī)定 為15 25%。更優(yōu)選為18 23%。(3) Co (鈷)Co在奧氏體母相內(nèi)固溶，可提高高溫強(qiáng)度。此外，也在Y，相[Ni3(Al、Ti、Nb、Ta)] 中固溶，具有強(qiáng)化Y’相的同時(shí)使Y’相的析出量增加的效果。但是，如果Co的含有率超 過(guò)20%，則生成金屬間化合物相，使機(jī)械強(qiáng)度下降，而且成為合金成本上升的主要因素。另 一方面，在Co的含有率低于5%時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度下降。因此，將Co的含有率規(guī)定為5 20%。 更優(yōu)選為7 17%。
(4)Mo(鉬)、W(鎢)、Re(錸)Mo、W、Re都在奧氏體母相內(nèi)固溶，可提高高溫強(qiáng)度。此外，通過(guò)在M23C6型碳化物 中置換一部分可提高碳化物的穩(wěn)定性。另外，還具有降低合金的熱膨脹系數(shù)的效果，因此 在高溫用機(jī)器的設(shè)計(jì)中是有用的。在Mo+(W+Re)/2的含有率低于8%時(shí)，上述效果小，如果 Mo+W+Re)/^的含有率超過(guò)25%，則制作大型鑄件時(shí)的成分偏析傾向增強(qiáng)，而且促進(jìn)脆化 相的M6C型碳化物的生成，引起延性下降。因此，將Mo+(W+Re)/2的含有率規(guī)定為8 25%。 更優(yōu)選為13 20%。(5) Al(鋁)Al與Ni —同生成Y，相[Ni3(Al、Ti、Nb、Ta)]，通過(guò)析出可提高Ni基鑄造合金的 高溫強(qiáng)度。此外，還具有提高耐高溫腐蝕性的效果。在A(yíng)l的含有率低于0.1%時(shí)，因Y’相 的析出不充分，對(duì)強(qiáng)化沒(méi)有效果，如果Ti、Nb、Ta大量存在，則Y’相不穩(wěn)定，η相(Ni3Ti) 及δ相[Ni3(Nb、Ta)]析出，變得脆化。另一方面，如果大量添加，則在鑄造時(shí)析出大量的共 晶Y，相，成為高溫強(qiáng)度下降或發(fā)生鑄造裂紋的原因。因此，將Al的含有率規(guī)定為0. 1 0.4%。更優(yōu)選為0. 2 0. 3%。(6) Ti(鈦)Ti同Al —樣，與Ni —同生成Y，相[Ni3(Al、Ti、Nb、Ta)]，通過(guò)析出可提高Ni基 鑄造合金的高溫強(qiáng)度。此外，還具有降低合金的熱膨脹系數(shù)的效果，因此在高溫用機(jī)器的設(shè) 計(jì)中是有用的。在Ti的含有率低于0. 時(shí)，無(wú)法發(fā)揮上述效果，但如果Ti的含有率超過(guò) 2.5%，則助長(zhǎng)脆化相的η相(Ni3Ti)的析出，使高溫強(qiáng)度的下降和缺陷敏感性增大。因此， 將Ti的含有率規(guī)定為0. 1 2. 5 %。更優(yōu)選為0. 5 2. 0 %。(7)B(硼)B進(jìn)入晶界，可提高高溫強(qiáng)度。此外，在Ti量大時(shí)，可抑制脆化相的η相(Ni3Ti) 的析出，防止高溫強(qiáng)度及延性的下降。另外，雖然B與Cr等形成硼化物，但由于該硼化物的 熔點(diǎn)低，因此固液共存溫度范圍寬，鑄造性提高。在B的含有率低于0.001%時(shí)，無(wú)法發(fā)揮 上述的效果，如果B的含有率超過(guò)0. 02%，則有可能性導(dǎo)致晶界脆化，使高溫強(qiáng)度及韌性下 降。因此，將B的含有率規(guī)定為0.001 0.02%。更優(yōu)選為0. 002 0. 015%。(8)Nb(鈮)、Ta(鉭)Nb及Ta在Y，相[Ni3 (Al,Ti,Nb,Ta)]中固溶，可提高高溫強(qiáng)度，抑制Y，相的粗 大化，使析出強(qiáng)度穩(wěn)定。此外，通過(guò)與C結(jié)合形成碳化物有助于提高高溫強(qiáng)度。在Nb+Ta/2 的含量低于0.5%時(shí)，無(wú)法發(fā)揮上述的效果，如果Nb+Ta/2的含量超過(guò)5%，則δ相[Ni3 (Nb、 Ta)]析出，變得脆化。因此，將Nb+Ta/2的含量規(guī)定為0. 5 5%。更優(yōu)選為1 2. 5%。(9) Zr (鋯)^ 與B —樣進(jìn)入晶界，可提高高溫強(qiáng)度。此外，與C結(jié)合形成碳化物，有助于提高 高溫強(qiáng)度。如果ττ的含量低于0. 01 %，則無(wú)法發(fā)揮上述的效果，如果ττ的含量超過(guò)0. 2%， 則反而使得高溫強(qiáng)度下降，而且還引起延性下降。因此，將&的含量規(guī)定為0. 01 0. 2%。 更優(yōu)選為0.02 0. 1%。(10) Fe(鐵)Fe在Ni基超合金鑄造件中有助于降低合金的成本。但是，如果大量添加，則不僅 引起高溫強(qiáng)度下降，而且還涉及到合金的熱膨脹系數(shù)的增大，這在高溫用機(jī)器的設(shè)計(jì)中是不利的。因此，將狗的含量規(guī)定為10%以下。更優(yōu)選為5%以下。(11) Si(硅)Si作為熔化精煉時(shí)的脫氧劑是有用的。還能改善耐氧化性。但是，如果含量過(guò)高， 則引起延性下降。適當(dāng)?shù)腟i含量為0.01 1%。更優(yōu)選為0.02 0.5%。(1 Mn(錳)Mn與Si —樣作為熔化精煉時(shí)的脫氧劑是有用的。但是，如果含量過(guò)高，則引起高 溫氧化特性的下降及由Π相(Ni3Ti)的析出造成的延性下降。適當(dāng)?shù)腗n含量為0.01 1%。更優(yōu)選為0. 1 0.3%。下面，對(duì)本發(fā)明的Ni基鑄造合金的機(jī)械特性(高溫強(qiáng)度的代表性特性即蠕變斷裂 強(qiáng)度及蠕變斷裂延伸率)、耐水蒸氣氧化、低熱膨脹系數(shù)及焊接性?xún)?yōu)良的情況進(jìn)行說(shuō)明。(樣品的化學(xué)組成)表1示出了評(píng)價(jià)用的各樣品的化學(xué)組成，該評(píng)價(jià)用于對(duì)本發(fā)明的Ni基鑄造合金的 機(jī)械特性(高溫強(qiáng)度的代表性特性即蠕變斷裂強(qiáng)度及蠕變斷裂延伸率)、耐水蒸氣氧化、低 熱膨脹系數(shù)及焊接性?xún)?yōu)良的情況進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)這些樣品實(shí)施了規(guī)定的熱處理。表1中記載 了作為本發(fā)明的Ni基鑄造合金的實(shí)施例的樣品No. 1 樣品No.四、及作為比較例的樣品 No. 1 樣品No. 11。比較例是化學(xué)組成不在本發(fā)明的化學(xué)組成范圍內(nèi)的Ni基鑄造合金，其 中，樣品No. 1具有相當(dāng)于以往的鑄造合金即鎳鉻鐵617的化學(xué)組成，樣品No. 2具有相當(dāng)于 以往的合金即鎳鉻鐵625的化學(xué)組成。
權(quán)利要求
1.一種Ni基鑄造合金，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)含有C :0. 05 0.2、Si 0.01 1、 Mn 0. 01 l、Co 7 17、Fe :10以下、Cr 15 25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上 以Mo+(W+Re) /2計(jì)13 20、選自Nb及Ta中的1種或2種以Nb+Ta/2計(jì)0. 5 5、Zr 0. 01 0. 2，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni基鑄造合金，其特征在于所述選自Nb及Ta中的1種或 2種的含量以質(zhì)量％計(jì)且以Nb+Ta/2計(jì)為1. 0 2. 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni基鑄造合金，其特征在于所述ττ的含量以質(zhì)量％計(jì)為 0. 02 0. 10。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni基鑄造合金，其特征在于所述Cr的含量以質(zhì)量％計(jì)為 18 23。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni基鑄造合金，其特征在于所述狗的含量以質(zhì)量％計(jì)為5 以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni基鑄造合金，其特征在于所述C的含量以質(zhì)量％計(jì)為 0. 07 0. 15。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni基鑄造合金，其特征在于該Ni基鑄造合金適用于蒸汽 渦輪機(jī)的鑄造部件。
8.一種蒸汽渦輪機(jī)用鑄造部件，其特征在于是導(dǎo)入高溫蒸汽的蒸汽渦輪機(jī)設(shè)備的蒸 汽渦輪機(jī)用鑄造部件，該蒸汽渦輪機(jī)用鑄造部件的至少一部分由權(quán)利要求1 7中任何一 項(xiàng)所述的Ni基鑄造合金形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種Ni基鑄造合金及以該合金為材料的蒸汽渦輪機(jī)用鑄造部件，其能夠在維持鑄造性及焊接性等制造性的同時(shí)，謀求提高蠕變斷裂強(qiáng)度和熱膨脹系數(shù)的最佳化。該Ni基鑄造合金以質(zhì)量％計(jì)含有C0.05～0.2、Si0.01～1、Mn0.01～1、Co5～20、Fe10以下、Cr15～25、選自Mo、W及Re中的1種或2種以上以Mo+(W+Re)/2計(jì)8～25，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號(hào)C22C19/05GK102094141SQ20111006264
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月21日
發(fā)明者今井潔, 宮下重和, 山田政之, 根本邦義, 池田一隆, 須賀威夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝