(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１、Ｃｒ：１５〜２５、Ｃｏ：１０〜１５、Ｍｏ：５〜１２、Ａｌ：０．５〜２、Ｔｉ：０．３〜２、Ｂ：０．００１〜０．００６、Ｔａ：０．０５〜１、Ｓｉ：１〜２、Ｍｎ：０．１〜０．５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鋳造用Ｎｉ基合金。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１、Ｃｒ：１５〜２５、Ｃｏ：１０〜１５、Ｍｏ：５〜１２、Ａｌ：０．５〜２、Ｔｉ：０．３〜２、Ｂ：０．００１〜０．００６、Ｎｂ：０．０２５〜０．５、Ｓｉ：１〜２、Ｍｎ：０．１〜０．５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鋳造用Ｎｉ基合金。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１、Ｃｒ：１５〜２５、Ｃｏ：１０〜１５、Ｍｏ：５〜１２、Ａｌ：０．５〜２、Ｔｉ：０．３〜２、Ｂ：０．００１〜０．００６、Ｓｉ：１〜２、Ｍｎ：０．１〜０．５、Ｔａが０．０５〜１質量％含まれると想定したきのＴａのモル数と同じモル数になるように、Ｔａの一部をＮｂに置き換えてＴａとＮｂ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鋳造用Ｎｉ基合金。
【請求項４】
Ａｌを０．５〜１．４質量％含有し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鋳造用Ｎｉ基合金。
【請求項５】
ＡｌとＴｉとを合計して１〜３質量％含有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項記載の蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金を用いて、少なくとも所定部位が作製されたことを特徴とする蒸気タービン用鋳造部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金および蒸気タービン用鋳造部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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る。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。蒸気温度は、将来的には６５０℃、さらに７００℃へと上昇する傾向がみられる。
【０００４】
高温の蒸気に曝される、例えば、蒸気タービンの、タービンケーシング、バルブケーシング、ノズルボックスおよび配管などの鋳造部品は、周囲の高温の蒸気により高温になるとともに、これらの鋳造部品には、高い応力が発生する。そのため、これらの鋳造部品は、高温、高応力に耐える必要があり、これら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。
【０００５】
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。Ｎｉ基合金は、高温強度特性、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の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。
【０００６】
Ｎｉ基合金の高温強度を強化するために、ＡｌやＴｉを添加することによりＮｉ基合金の母相材内に、γ’（ガンマプライム：Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ））相、γ”（ガンマダブルプライム：Ｎｉ３Ｎｂ）相と呼ばれるいずれかの析出相、あるいは双方の析出相を析出させる方法がある。γ’相およびγ”相の双方の析出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。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１５０２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したように、６５０℃を超える蒸気タービンの構成部品の材料として使用可能なＮｉ基合金において、優れた高温強度特性および鋳造性を備えることが要求される。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、高温強度特性および鋳造性に優れた蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金および蒸気タービン用鋳造部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態の蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１、Ｃｒ：１５〜２５、Ｃｏ：１０〜１５、Ｍｏ：５〜１２、Ａｌ：０．５〜２、Ｔｉ：０．３〜２、Ｂ：０．００１〜０．００６、Ｔａ：０．０５〜１、Ｓｉ：１〜２、Ｍｎ：０．１〜０．５を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金および蒸気タービン用鋳造部品によれば、優れた高温強度特性および鋳造性を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
実施の形態における蒸気タービンの鋳造用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質量％とする。
【００１５】
（Ｍ１）Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｃｏ：１０〜１５％、Ｍｏ：５〜１２％、Ａｌ：０．５〜２％、Ｔｉ：０．３〜２％、Ｂ：０．００１〜０．００６％、Ｔａ：０．０５〜１％、Ｓｉ：１〜２％、Ｍｎ：０．１〜０．５％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。
【００１６】
（Ｍ２）Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｃｏ：１０〜１５％、Ｍｏ：５〜１２％、Ａｌ：０．５〜２％、Ｔｉ：０．３〜２％、Ｂ：０．００１〜０．００６％、Ｎｂ：０．０２５〜０．５％、Ｓｉ：１〜２％、Ｍｎ：０．１〜０．５％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。
【００１７】
（Ｍ３）Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｃｏ：１０〜１５％、Ｍｏ：５〜１２％、Ａｌ：０．５〜２％、Ｔｉ：０．３〜２％、Ｂ：０．００１〜０．００６％、Ｓｉ：１〜２％、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｔａが０．０５〜１質量％含まれると想定したきのＴａのモル数と同じモル数になるように、Ｔａの一部をＮｂに置き換えてＴａとＮｂ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。
【００１８】
ここで、上記した（Ｍ１）〜（Ｍ３）のＮｉ基合金において、Ａｌを０．５〜１．４％含有することが好ましい。また、上記した（Ｍ１）〜（Ｍ３）のＮｉ基合金において、ＡｌとＴｉとを合計して１〜３質量％含有することが好ましい。
【００１９】
また、上記した（Ｍ１）〜（Ｍ３）のＮｉ基合金における不可避的不純物としては、例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、ＰおよびＳなどが挙げられる。
【００２０】
上記した組成成分範囲のＮｉ基合金は、運転時の温度が６５０〜７５０℃となる蒸気タービンの鋳造部品を構成する材料として好適である。蒸気タービンの鋳造部品として、例えば、タービンケーシング、バルブケーシング、ノズルボックス、配管などが挙げられる。
【００２１】
ここで、タービンケーシングは、タービン動翼が植設されたタービンロータが貫通し、内周面にノズルが配設され、蒸気が導入されるケーシングである。バルブケーシングは、蒸気タービンに供給する、高温高圧の蒸気の流量を調整したり、蒸気の流れを遮断したりする蒸気弁として機能するバルブのケーシングである。特に、温度が６５０〜７５０℃の蒸気が流動するバルブのケーシングなどが例示できる。ノズルボックスは、蒸気タービン内に導入された高温高圧の蒸気を、出口に設けられた第１段の静翼を介して、第１段の動翼に導出するものである。このノズルボックスは、タービンロータの周囲に亘って設けられた環状の蒸気流路を備えている。配管は、ボイラからの蒸気を蒸気タービンに導く主蒸気配管または再熱蒸気配管である。これらのタービンケーシング、バルブケーシング、ノズルボックス、配管は、いずれも高温高圧の蒸気に曝される環境に設置される。
【００２２】
ここで、上記した蒸気タービンの鋳造部品のすべての部位を本実施の形態のＮｉ基合金で構成してもよい。また、蒸気タービンの鋳造部品の構成部分のうち、特に高温となる構成部位を本実施の形態のＮｉ基合金で構成してもよい。
【００２３】
なお、蒸気タービンの鋳造部品が高温となるのは、具体的には、例えば、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。さらに、蒸気タービンの鋳造部品が高温となるのは、高圧蒸気タービンに蒸気を導入する主蒸気ライン部などが挙げられる。なお、蒸気タービンの鋳造部品が高温となる部分は、これらに限られるものではなく、例えば、温度が６５０〜７５０℃程度となる部分であればこれに含まれる。
【００２４】
また、上記した本実施の形態のＮｉ基合金は、従来のＮｉ基合金よりも、高温強度特性および鋳造性に優れている。すなわち、本実施の形態のＮｉ基合金を用いて、タービンケーシング、バルブケーシング、ノズルボックス、配管などの蒸気タービンの鋳造部品を構成することで、高温環境下においても高い信頼性を有する鋳造部品を提供することができる。
【００２５】
次に、上記した本実施の形態の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。
【００２６】
（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することができないため、機械的強度（高温強度特性、以下同じ）が低下するとともに、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０．１％を超えると、大型鋳塊作製時の成分偏析傾向が増加する。そのため、Ｃの含有率を０．０１〜０．１％とした。さらに好ましいＣの含有率は、０．０３〜０．０７％である。
【００２７】
（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１５％未満の場合には、耐酸化性が低下する。一方、Ｃｒの含有率が２５％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。また、有害相であるσ相の析出により機械的強度が低下する。そのため、Ｃｒの含有率を１５〜２５％とした。さらに好ましいＣｒの含有率は、１５〜２０％である。
【００２８】
（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の機械的強度を向上させる。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、機械的強度が低下する。一方、Ｃｏの含有率が１０％未満の場合には、鋳造性が低下し、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。さらに好ましいＣｏの含有率は、１０〜１３％である。
【００２９】
（４）Ｍｏ（モリブデン）
Ｍｏは、Ｎｉ母相中に固溶して母相の機械的強度を向上させる効果を有し、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５％未満の場合には、上記した効果が発揮されない。一方、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、σ相析出により機械的強度が低下する。そのため、Ｍｏの含有率を５〜１２％とした。さらに好ましいＭｏの含有率は、８〜１０％である。
【００３０】
（５）Ａｌ（アルミニウム）
Ａｌは、Ｎｉとともにγ’（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０．５％未満の場合には、機械的強度が従来鋼と比べて向上されなお。一方、Ａｌの含有率が２％を超えると、大気鋳造において酸化が著しい。そのため、Ａｌの含有率を０．５〜２％とした。さらに好ましいＡｌの含有率は、０．５〜１．４％である。
【００３１】
（６）Ｔｉ（チタン）
Ｔｉは、Ａｌと同様に、（Ｎｉ３Ｔｉ）となり、γ’相の固溶強化に役立つ元素である。Ｔｉの含有率が０．３％未満の場合には、上記した効果が発揮されない。一方、Ｔｉの含有率が２％を超えると、大気鋳造において酸化が著しい。そのため、Ｔｉの含有率を０．３〜２％とした。さらに好ましいＴｉの含有率は、０．３〜１．５％である。
【００３２】
ここで、上記したＡｌおよびＴｉを、ＡｌとＴｉを合計（Ａｌ＋Ｔｉ）した含有率が１〜３％であることが好ましい。ＡｌとＴｉを合計（Ａｌ＋Ｔｉ）した含有率を１〜３％とすることで、γ’（Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ））相をさらに強化し、機械的強度をさらに向上させることができる。
【００３３】
（７）Ｂ（ホウ素）
Ｂは、Ｎｉ母相中に析出して母相の機械的強度を向上させる効果を有する。Ｂの含有率が０．００１％未満の場合には、母相の機械的強度を向上させる効果が発揮されない。一方、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。さらに好ましいＢの含有率は、０．００２〜０．００５％である。
【００３４】
（８）Ｔａ（タンタル）
Ｔａは、γ’（Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ））相に固溶して、γ’相を強化し、γ’相の安定化を図ることができる。Ｔａの含有率が０．０５％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ない。一方、Ｔａの含有率が１％を超えると、経済性が損なわれ、製造コストが増加する。そのため、Ｔａの含有率を０．０５〜１％とした。さらに好ましいＴａの含有率は、０．０５〜０．５％である。
【００３５】
（９）Ｎｂ（ニオブ）
Ｎｂは、Ｔａと同様に、γ’（Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ））相に固容して、γ’相を強化し、安定化させる。Ｎｂは、Ｔａに比べ価格が安く、経済的である。Ｎｂの含有率が０．０２５％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ない。一方、Ｎｂの含有率が０．５％を超えると、機械的強度は向上するが、鋳造性が低下する。そのため、Ｎｂの含有率を０．０２５〜０．５％とした。さらに好ましいＮｂの含有率は、０．１〜０．５％である。
【００３６】
また、上記したＴａとＮｂの双方を含有する場合において、Ｔａが０．０５〜１質量％含まれると想定したきのＴａのモル数と同じモル数になるように、Ｔａの一部をＮｂに置き換えてＮｂを含有する。上記したように、Ｎｂは、Ｔａと同様の効果を奏する添加物であるため、Ｔａのモル数と同じモル数になるように、Ｔａの一部をＮｂに置き換えてＮｂを含有しても、Ｔａを０．０５〜１質量％含有する場合と同様の効果を得ることができる。さらに、ＮｂはＴａに比べ価格が安いことから製造コストの削減にもつながる。
【００３７】
ここで、ＴａとＮｂのモル数を合計した総モル数をＴａのみのモル数とみなす換算方法について説明する。
【００３８】
ＴａとＮｂの合計した質量をＴａの質量として換算したときのＴａのモル数をＡｍｏｌとする。ＴａとＮｂの双方を含有する場合においても、ＴａとＮｂのモル数の合計である総モル数が、このＡｍｏｌとなるように構成する。
【００３９】
例えば、このＴａの質量として換算したときのＴａのモル数であるＡｍｏｌのうちのＢ％をＮｂに置き換えて添加したとすると、Ｎｂの添加モル数は、「Ａ×Ｂ／１００＝Ｃｍｏｌ」となり、Ｎｂの添加量は、「Ｃ×９２．９１（ｇ）（Ｎｂの原子量）」となる。また、ＡｍｏｌのうちのＢ％をＮｂに置き換えた後のＴａの添加モル数は、「Ａ−Ｃ＝Ｄｍｏｌ」となり、Ｔａの添加量は、「Ｄ×１８０．９（ｇ）（Ｔａ原子量）」となる。
【００４０】
さらに、具体的に説明する。例えば、Ｎｉ基合金１００（ｋｇ）中にＴａのみが０．５％添加されている場合のＴａ質量は、「１０００００（ｇ）×０．００５＝５００（ｇ）」で、Ｔａの総モル数は、「５００（ｇ）／１８０．９（ｇ）（Ｔａ原子量）＝２．７６４（ｍｏｌ）」となる。例えば、Ｔａの総モル数のうち４０モル％をＮｂに置き換えたとすると、Ｎｂの添加量は、「２．７６４（ｍｏｌ）×０．４×９２．９１（ｇ）（Ｎｂの原子量）＝１０２．７２（ｇ）」となり、Ｎｂの添加率は、Ｎｉ基合金１００（ｋｇ）に対して、「１０２．７２（ｇ）／１０００００（ｇ）×１００＝０．１％」となる。
【００４１】
一方、Ｔａの添加量は、「２．７６４（ｍｏｌ）×０．６×１８０．９（ｇ）＝３００（ｇ）」となり、Ｔａの添加率は、Ｎｉ基合金１００（ｋｇ）に対して、「３００（ｇ）／１０００００（ｇ）×１００＝０．３％」となる。よって、Ｎｉ基合金中におけるＴａとＮｂを合計した添加率は、「０．３＋０．１＝０．４％」となり、ＴａとＮｂを合計した総添加量は、「３００（ｇ）＋１０２．７２（ｇ）＝４０２．７２（ｇ）」となる。
【００４２】
（１０）Ｓｉ（ケイ素）
Ｓｉは、鋳込み時の湯流れを向上させ、複雑形状の鋳造部品における鋳造欠陥と表面粗さを低減させる効果を有する。また、Ｓｉを添加することによって、Ｎｉ3Ｓｉが析出し、機械的強度が向上する。Ｓｉの過剰添加は、融点降下や有害相の析出の原因となる。
【００４３】
従来においては、析出強化相であるγ’（Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ））相を多く析出させることで機械的強度の向上を図っていたため、ＡｌやＴｉを多量に添加していた。この場合、大気鋳造の際に、ＡｌおよびＴｉの酸化が著しく、鋳造欠陥が発生しやすくなる。そこで、本実施の形態では、ＡｌおよびＴｉの添加量を抑制し、Ｓｉを添加することで強化相であるＮｉ3Ｓｉを析出させている。
【００４４】
このＮｉ3Ｓｉを析出させるためには、Ｓｉの含有率を１％以上とする必要がある。一方、Ｓｉの含有率が２％を超えると、凝固時の偏析が大きくなり、粒界強度が低下する。そのため、Ｓｉの含有率を１〜２％とした。さらに好ましいＳｉの含有率は、１．０〜１．５％である。
【００４５】
（１１）Ｍｎ（マンガン）
普通鋼の場合、脆性に起因するＳ（硫黄）は、Ｍｎを添加することでＭｎＳとして脆性を防止し、機械的強度を向上させる。しかしながら、Ｍｎの含有率が０．１％未満の場合には、この効果は見られない。一方、Ｍｎの含有率が０．５％を超えると、機械的強度を低下させる。そのため、Ｍｎの含有率を０．１〜０．５％とした。さらに好ましいＭｎの含有率は、０．１〜０．３％である。
【００４６】
（１２）Ｃｕ（銅）、Ｆｅ（鉄）、Ｐ（リン）およびＳ（硫黄）
Ｃｕ、Ｆｅ、ＰおよびＳは、本実施の形態の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。これらの不可避的不純物は、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。
【００４７】
ここで、本実施の形態のＮｉ基合金、およびこのＮｉ基合金を用いて製造される蒸気タービンの鋳造部品の製造方法について説明する。
【００４８】
本実施の形態のＮｉ基合金は、例えば、次のように製造される。まず、本実施の形態のＮｉ基合金を構成する組成成分を真空誘導溶解（ＶＩＭ）し、その溶湯を所定の型枠に注入して鋳塊を形成する。そして、その鋳塊を溶体化処理および時効処理することで、Ｎｉ基合金が作製される。
【００４９】
また、本実施の形態の鋳造部品であるタービンケーシング、バルブケーシング、ノズルボックスは、例えば、次のように製造される。まず、本実施の形態のＮｉ基合金を構成する組成成分を真空誘導溶解（ＶＩＭ）し、その溶湯をタービンケーシング、バルブケーシングまたはノズルボックスの形状に形成するための型枠に注入して大気鋳造する。そして、鋳造物を溶体化処理および時効処理することで、タービンケーシング、バルブケーシング、ノズルボックスが作製される。
【００５０】
鋳造部品を作製する他の方法として、まず、本実施の形態のＮｉ基合金を構成する組成成分を電気炉溶解（ＥＦ）し、アルゴン−酸素脱炭（ＡＯＤ）を行い、その溶湯をタービンケーシング、バルブケーシングまたはノズルボックスの形状に形成するための型枠に注入して大気鋳造する。そして、鋳造物を溶体化処理および時効処理することで、タービンケーシング、バルブケーシング、ノズルボックスが作製される。
【００５１】
また、本実施の形態の鋳造部品である配管は、例えば、次のように製造される。まず、本実施の形態のＮｉ基合金を構成する組成成分を、真空誘導溶解（ＶＩＭ）を行い溶湯とし、または電気炉溶解（ＥＦ）してアルゴン−酸素脱炭（ＡＯＤ）を行い溶湯とする。そそして、円筒形の型を高速回転させた状態でこの溶湯を流し込み、回転の遠心力を利用して溶湯を加圧し、配管形状に形成する（遠心鋳造法）。続いて、配管形状の鋳造物を溶体化処理および時効処理することで、配管が作製される。
【００５２】
ここで、上記した溶体化処理においては、鋳造部品に応じて、１１００〜１２００℃の温度範囲で３〜２４時間の熱処理を行うことが好ましい。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る。１１００℃を下回る溶体化処理温度では十分に固溶されず、１２００℃を上回る溶体化処理温度では結晶粒の粗大化により強度が低下する。
【００５３】
また、時効処理では、鋳造部品に応じて、例えば、７００〜８００℃の温度範囲で１０〜４８時間の熱処理を行い、γ’相を早期に析出させて結晶粒内を強化する。
【００５４】
なお、上記した本実施の形態の、Ｎｉ基合金や鋳造部品を作製する方法は、上記した方法に限定されるものではない。
【００５５】
（高温強度特性および鋳造性の評価）
ここでは、本実施の形態のＮｉ基合金が、優れた、高温強度特性および鋳造性を有することを説明する。表１は、高温強度特性および鋳造性の評価に用いられた試料１〜試料２３の化学組成を示す。
【００５６】
なお、試料１〜試料９は、本実施の形態の化学組成範囲にあるＮｉ基合金であり、試料１０〜試料２３は、その組成が本実施の形態の化学組成範囲にないＮｉ基合金であり、比較例である。ここで使用した本実施の形態の化学組成範囲にあるＮｉ基合金には、不可避的不純物として、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓが含まれている。また、ＴａとＮｂの双方を含む試料においては、前述したように、Ｔａが０．０５〜１質量％含まれると想定したきのＴａのモル数と同じモル数になるように、Ｔａの一部をＮｂに置き換えたときの値が示されている。
【００５７】
【表１】
0005646521.tif 000002
【００５８】
試料１〜試料２３の鋳造合金について高温強度特性を引張強度試験およびクリープ破断試験により評価した。表１に示す化学組成を有する試料１〜試料２３のＮｉ基合金２０ｋｇをそれぞれ真空誘導溶解炉にて溶解し、鋳塊を作製した。続いて、この鋳塊に対して、１１７５℃で３時間溶体化処理を施し、７７５℃で１０時間時効処理を施して、鋳造合金とした。そして、この鋳造合金から所定のサイズの試験片を作製した。
【００５９】
引張強度試験は、各試料による試験片に対して、温度が室温（２４℃）および７５０℃の条件の下、ＪＩＳ Ｇ ０５６７（鉄鋼材料及び耐熱合金の高温引張試験方法）に準拠して実施された。この引張強度試験では、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７５０℃は、蒸気タービン起動運転時の温度条件を考慮して設定した。
【００６０】
クリープ破断試験では、各試料による試験片に対して、温度が７５０℃、１０万時間におけるクリープ破断強度をＪＩＳ Ｚ ２２７１に準拠して測定した。
【００６１】
また、各試料に対して鋳造性の評価を行った。鋳造性の評価では、上記した鋳塊を縦に２分割に切断し、切断面についてＪＩＳ Ｚ ２３４３−１（非破壊試験−浸透探傷試験−第１部：一般通則：浸透探傷試験方法及び浸透指示模様の分類）に準拠して、浸透探傷試験（ＰＴ）を行い、鋳造割れの有無を目視観察した。
【００６２】
上記した試験結果を表２に示す。表２に示された鋳造性の評価の結果において、鋳造割れがない場合には「無」と示し、さらに、鋳造性が優れていることを示すため、鋳造性の評価を「○」で示している。一方、鋳造割れがある場合には「有」と示し、さらに、鋳造性が劣ることを示すため、鋳造性の評価を「×」で示している。
【００６３】
【表２】
0005646521.tif 000003
【００６４】
表２に示すように、試料１〜試料９は、試料１０〜試料２３と比べて、各温度において、０．２％耐力が高く、クリープ破断強度も高いことがわかった。さらに、試料１〜試料９は、鋳造性にも優れていることがわかった。すなわち、試料１〜試料９は、高温強度特性および鋳造性の双方に優れていることがわかった。試料１〜試料９において、優れた高温強度特性が得られたのは、析出強化と固溶強化の最適な調和がとられ、さらに熱処理により強度が高められたためと考えられる。
【００６５】
一方、比較例に係る試料１０〜試料２３では、高温強度特性および鋳造性の双方に優れた結果は得られなかった。
【００６６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。