(57)【要約】      （修正有）【課題】高温蒸気タービン用の構成部材、並びに高温蒸気タービンを提供する。【解決手段】６００℃、特に７００℃を超える温度で運転される高温蒸気タービンの構成部材が、ニッケルベース合金からなる。過熱蒸気によってもたらされる該構成部材の酸化の悪影響が、使用される、次の組成を（重量％で）有する合金によって防止される。Ｃ：≦０．２、Ｓｉ：≦１．０、Ｍｎ：≦１．０、Ｃｒ：２２．０〜２５．０、Ｃｏ：１５．０〜２５．０、Ｍｏ：≦３．０、Ｎｂ：≦２．０、Ａｌ：１．０〜３．０、Ｔｉ：２．０〜４．０、Ｆｅ：≦２．０、Ｚｒ：≦０．２、Ｂ：≦０．０５、Ｎｉ：残部【選択図】図１
2010106827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
６００℃、特に７００℃を超える温度で運転される高温蒸気タービンの構成部材であり、該構成部材がニッケルベース合金からなるものであって、その使用される該合金が次の組成を（重量％で）有することを特徴とする、上記構成部材。
Ｃ：  ≦０．２
Ｓｉ：  ≦１．０
Ｍｎ：  ≦１．０
Ｃｒ：  ２２．０〜２５．０
Ｃｏ：  １５．０〜２５．０
Ｍｏ：  ≦３．０
Ｎｂ：  ≦２．０
Ａｌ：  １．０〜３．０
Ｔｉ：  ２．０〜４．０
Ｆｅ：  ≦２．０
Ｚｒ：  ≦０．２
Ｂ：  ≦０．０５
Ｎｉ：  残部
【請求項２】
前記Ｃｒの割合が、２３．０〜２５．０重量％の範囲に限定されることを特徴とする、請求項１に記載の構成部材。
【請求項３】
前記構成部材が、高温蒸気タービンの翼であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の構成部材。
【請求項４】
６００℃、特に７００℃を超える温度で運転される高温蒸気タービンであり、該高温蒸気タービンが、過熱蒸気に曝される構成部材を含むものであって、該構成部材が、次の組成を（重量％で）有するニッケルベース合金からなることを特徴とする、高温蒸気タービン。
Ｃ：  ≦０．２
Ｓｉ：  ≦１．０
Ｍｎ：  ≦１．０
Ｃｒ：  ２２．０〜２５．０
Ｃｏ：  １５．０〜２５．０
Ｍｏ：  ≦３．０
Ｎｂ：  ≦２．０
Ａｌ：  １．０〜３．０
Ｔｉ：  ２．０〜４．０
Ｆｅ：  ≦２．０
Ｚｒ：  ≦０．２
Ｂ：  ≦０．０５
Ｎｉ：  残部
【請求項５】
前記Ｃｒの割合が、２３．０〜２５．０重量％の範囲に限定されることを特徴とする、請求項４に記載の高温蒸気タービン。
【請求項６】
前記構成部材が、高温蒸気タービンの翼であることを特徴とする、請求項４又は５に記載の高温蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンの分野に関する。より詳細には、請求項１の上位概念による高温蒸気タービン用の構成部材、並びに高温蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の蒸気タービンは、効率を高めるために非常に高い温度で運転される。６００℃より高い温度、特に７００℃より高い温度において必要な高温耐性（クリープ、疲労等）を達成するために、そのような高温蒸気タービンの多くの構成部材は、ニッケルベース合金から製造される。
【０００３】
高い運転温度においては、使用される原材料（及びニッケルベース合金もまた）は、もし過熱蒸気に曝されると酸化される。これは特にタービン翼の場合であり、そのような酸化によって、次のようなことが引き起こされる。
・運転に関連する負荷（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ−ｒｅｌａｔｅｄ  ｌｏａｄ）を高める耐負荷面の喪失；
・疲労亀裂を引き起こす危険性を高める“微小ノッチ（ｍｉｃｒｏ−ｎｏｔｃｈｅｓ）”を粒界に沿って生じさせる酸化；
・不規則な酸化物層の形成、及び表面からの酸化物類のはく離の発生によって生じる表面粗さ（いずれの影響も表面を粗くし、これはタービンの空気力学的効率を減少させる）。
【０００４】
６５０℃より高い運転温度を有する蒸気タービン発電所が、米国特許第７，２３８，００５号明細書（特許文献１）から公知であり、これは、負荷が変化する間の熱応力を低減するために、オーステナイト系耐熱鋼の代わりに、選択されたニッケルベース合金を、タービンの特定の構成部材、例えばケーシングや翼のために使用することによって特徴付けられている。この場合において問題となる合金は、Ｃｒ、Ｃｏ及びＭｏの様々な割合を有し、実際には≦２１重量％のＣｒ割合、例えば、１１．０〜２０．０、又は１７．０〜２１．０重量％、あるいは１９．０〜２４．０重量％のＣｒ割合であるが、≦１５重量％のＣｏ割合、あるいは１９．０〜２５．０重量％のＣｒ割合であるが、Ｃｏ割合がなく、≦２．０重量％のＭｏ割合である。
【０００５】
粒界の酸化、及びそれに関連する疲労亀裂の発生の問題、及び酸化に関連した表面粗さの問題は、特許文献１の解法の場合には重要とされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，２３８，００５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の課題は、可能性のある酸化及びその不都合な影響を考慮して、過熱蒸気に曝される、高度に負荷をかけることのできる（耐負荷性（ｌｏａｄａｂｌｅ））、過熱蒸気タービンの構成部材を向上させることであり、そしてそれに対応する過熱蒸気タービンを開示することでもある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、請求項１及び請求項４の特徴全体によって解決される。本発明の本質的な特徴は、構成部材が特定の合金から製造され、これは、該合金成分の選択、特にクロム割合に基づいて、ニッケルベース合金の高い運転温度での高強度を、粒界酸化、全般的な表面の酸化、及び表面の酸化物類のはく離に対して高い耐性とを兼ね備えるものである。
【０００９】
本発明に従って使用される合金は、以下の組成（重量％で）を有する。
Ｃ：≦０．２
Ｓｉ：≦１．０
Ｍｎ：≦１．０
Ｃｒ：  ２２．０〜２５．０
Ｃｏ：  １５．０〜２５．０
Ｍｏ：  ≦３．０
Ｎｂ：  ≦２．０
Ａｌ：  １．０〜３．０
Ｔｉ：  ２．０〜４．０
Ｆｅ：  ≦２．０
Ｚｒ：  ≦０．２
Ｂ：  ≦０．０５
Ｎｉ：  残部
本発明の一形態によれば、Ｃｒの割合は、２３．０〜２５．０（重量％）の範囲に限定される。
【００１０】
構成部材は、好ましくは蒸気タービン翼である。
【００１１】
本発明の高温蒸気タービンは、以下の組成（重量％）を有するニッケルベース合金からなることを特徴とする。
Ｃ：  ≦０．２
Ｓｉ：  ≦１．０
Ｍｎ：  ≦１．０
Ｃｒ：  ２２．０〜２５．０
Ｃｏ：  １５．０〜２５．０
Ｍｏ：  ≦３．０
Ｎｂ：  ≦２．０
Ａｌ：  １．０〜３．０
Ｔｉ：  ２．０〜４．０
Ｆｅ：  ≦２．０
Ｚｒ：  ≦０．２
Ｂ：  ≦０．０５
Ｎｉ：  残部
一形態によれば、この場合のＣｒの割合は、２３．０〜２５．０（重量％）の範囲に限定される。構成部材は、特に高温蒸気タービン翼である。
【００１２】
続いて、本発明を図面と関連させてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に従う、市場から入手可能な合金（Ｎｉｍｏｎｉｃ  １０１（登録商標））と、市場から従来入手可能な合金（Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標））との、１，０００時間後の平均クリープ破壊強度を温度に関して比較したグラフを示す。
【図２】図２は、図１からの二種の合金について、平均引張り強度を温度に関して比較したグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明によれば、６００℃以上の高温蒸気による負荷がかかる高温蒸気タービンの構成部材、特に翼（回転翼及び／又は静止翼）にニッケルベース合金が使用され、このニッケルベース合金は、比較的に高い含有量のＣｒとＣｏによって特徴付けられ、そして次の組成を（重量％で）有する。
Ｃ：  ≦０．２
Ｓｉ：  ≦１．０
Ｍｎ：  ≦１．０
Ｃｒ：  ２２．０〜２５．０
Ｃｏ：  １５．０〜２５．０
Ｍｏ：  ≦３．０
Ｎｂ：  ≦２．０
Ａｌ：  １．０〜３．０
Ｔｉ：  ２．０〜４．０
Ｆｅ：  ≦２．０
Ｚｒ：  ≦０．２
Ｂ：  ≦０．０５
Ｎｉ：  残部
この結果、運転温度での高い強度によって特徴付けられ、そして粒界における酸化、及び全般的な表面における酸化に対して大きな耐性を有し、かつ表面から酸化物層がはく離する傾向を示さない、構成部材が実現される。
【００１５】
Ｃｒ含有量２２．０〜２５．０重量％に代えて、２３．０〜２５．０重量％の制限された範囲を有利に使用することができる。
【００１６】
本発明に従う組成分布範囲内にある、市場から入手可能なニッケルベース合金は、商品名Ｎｉｍｏｎｉｃ  １０１（登録商標）によって知られている。この公知のニッケルベース合金は、２４．２重量％のＣｒ、１９．７重量％のＣｏ、１．５重量％のＭｏ、３．０重量％のＴｉ、１．４重量％のＡｌ、１．０重量％のＮｂ、及び４８．０重量％のＮｉを含有しており、蒸気タービンの構成部材には従来使用されていなかったものである。
【００１７】
市場から入手可能なもう一方のニッケルベース合金、すなわちＷａｓｐａｌｏｙ（登録商標）（１８．０〜２１．０重量％のＣｒ及び１２．０〜１５．０重量％のＣｏだけを含有する）との比較によって、６００℃を超える高温においてでさえ、本発明による合金が顕著な利点を有することが明らかである。
【００１８】
従って、図１は、Ｎｉｍｏｎｉｃ  １０１（登録商標）の、問題の温度範囲、６００より高温〜６５０℃内の１，０００時間（Ｒｍ、１０００ｈ）における平均クリープ破壊強度が、Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標）の対応する値よりも最大で１６％高いことを示している。
【００１９】
同様に、図２によれば、Ｎｉｍｏｎｉｃ  １０１（登録商標）の、６５０℃を超える温度での平均引張り強度（Ｒｍ）は、Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標）のそれよりも若干高い。
【００２０】
全体として、以下の利点が本発明によって創出される。
・翼の機械的故障が排除される（長い耐用年数）；
・増大した表面粗さによる空気力学的効率の損失が回避される。
【図１】
2010106827.tif 000003
【図２】
2010106827.tif 000004
【外国語明細書】
2010106827000001.pdf