(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項４】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ｂ：０．００１〜０．０２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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項５】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ｚｒ：０．０１〜０．２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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項６】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項７】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、Ｂ：０．００１〜０．０２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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項８】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、Ｚｒ：０．０１〜０．２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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項９】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｂ：０．００１〜０．０２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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項１０】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｚｒ：０．０１〜０．２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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項１１】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ｂ：０．００１〜０．０２、Ｚｒ：０．０１〜０．２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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項１２】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｂ：０．００１〜０．０２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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項１３】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｚｒ：０．０１〜０．２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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項１４】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、Ｂ：０．００１〜０．０２、Ｚｒ：０．０１〜０．２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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項１５】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｂ：０．００１〜０．０２、Ｚｒ：０．０１〜０．２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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項１６】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｂ：０．００１〜０．０２、Ｚｒ：０．０１〜０．２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Ｎｉ基鋳造合金。
【請求項１７】
請求項２、６、７、８、１２、１３、１４、１６のいずれか１項において、前記Ａｌの含有量は、質量％で０．２〜０．３であることを特徴とするＮｉ基鋳造合金。
【請求項１８】
請求項２、６、７、８、１２、１３、１４、１６のいずれか１項において、前記Ｔｉの含有量は、質量％で０．５〜２．０であることを特徴とするＮｉ基鋳造合金。
【請求項１９】
請求項３、６、９、１０、１２、１３、１５、１６のいずれか１項において、前記ＮｂおよびＴａの１種または２種の含有量は、質量％でＮｂ＋Ｔａ／２が１．０〜２．５であることを特徴とするＮｉ基鋳造合金。
【請求項２０】
請求項４、７、９、１１、１２、１４、１５、１６のいずれか１項において、前記Ｂの含有量は、質量％で０．００２〜０．０１５であることを特徴とするＮｉ基鋳造合金。
【請求項２１】
請求項５、８、１０、１１、１３、１４、１５、１６のいずれか１項において、前記Ｚｒの含有量は、質量％で０．０２〜０．１０であることを特徴とするＮｉ基鋳造合金。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか１項において、前記Ｃｏの含有量は、質量％で７〜１７であることを特徴とするＮｉ基鋳造合金。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１項において、前記Ｃｒの含有量は、質量％で１８〜２３であることを特徴とするＮｉ基鋳造合金。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項において、前記Ｆｅの含有量は、質量％で５以下であることを特徴とするＮｉ基鋳造合金。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか１項において、前記Ｃの含有量は、質量％で０．０７〜０．１５であることを特徴とするＮｉ基鋳造合金。
【請求項２６】
蒸気タービンの鋳造部品に適用されることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１項に記載のＮｉ基鋳造合金。
【請求項２７】
請求項２、６、７、８、１２、１３、１４、１６のいずれか１項において、前記Ｔｉの含有量は、質量％で０．２を超え２．５以下であることを特徴とするＮｉ基鋳造合金。
【請求項２８】
高温蒸気が導入される蒸気タービンプラントの蒸気タービン用鋳造部品であって、少なくとも一部が、請求項１〜２７のいずれか１項に記載されたＮｉ基鋳造合金からなる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】
本発明は、高温・高圧の蒸気が作動流体として流入する蒸気タービンのタービンケーシングやバルブケーシングを構成する材料に係わり、特に高温強度等に優れた蒸気タービンのＮｉ基鋳造合金およびそれを材料とする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り、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。将来的には６５０℃、さらに７００℃や７００℃超級へと上昇する傾向が見られる。
【０００４】
高温・高圧の蒸気が作動流体として流入する蒸気タービンのタービンケーシングやバルブケーシングは、高温環境下で高圧の内圧を受ける高温圧力容器の一種と考えられる。そのため、タービンケーシングやバルブケーシングは高温、高応力に耐える必要があり、タービンケーシングやバルブケーシングを構成する材料として、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】
また、高温で長時間使用されるため、優れた耐水蒸気酸化特性も求められる。さらに、タービンケーシングやバルブケーシングは形状が複雑であるため、一般には鋳造で形作られる場合が多く、鋳造時の欠陥を出来るだけ発生させないような良好な鋳造性も求められる。
【０００６】
鋳造欠陥が発生した時には、その部分をはつり取って補修溶接を行う必要があるとともに、タービンケーシングやバルブケーシングには短管やエルボ配管などを溶接で接合（構造溶接）するので、溶接性の良好な材料であることも重要な要素である。
【０００７】
また、タービンケーシングやバルブケーシングは、その内部構造において、他の部品と構造的に組み合せて使用される。例えば、タービンケーシングの内部には、蒸気によって回転するタービンロータや、動翼、ノズル（静翼）、締付ボルト、ノズルボックスなどが組み込まれているが、タービンケーシングの熱膨張係数はこれらの内部構造部品の熱膨張係数と同等レベルにある方が、構造設計が容易になり、長期運用に際しても信頼性が大きく向上する。また、熱膨張係数の低い方が大型構造物として局所的な発生熱応力を低下させることにもなり、その観点からの構造設計の容易さと長期信頼性の向上につながる。
【０００８】
そのため、タービンケーシングやバルブケーシングに適用されるＮｉ基鋳造合金は、高温における優れた強度（クリープ破断強度）や延性（クリープ破断伸び）、優れた耐水蒸気酸化特性、優れた溶接性、低熱膨張係数を有していることが求められる。
【０００９】
現在、蒸気温度が７００℃あるいは７００℃超級で適用を検討されているＮｉ基鋳造合金としては、インコネル６１７合金（スペシャルメタル社製）やインコネル６２５合金（スペシャルメタル社製）が代表的な材料である。しかし、これらの材料は、クリープ破断伸び、耐水蒸気酸化特性、溶接性は良好であるが、クリープ破断強度は十分でなく、熱膨張係数も比較的大きいので、この材料を適用したタービンケーシングやバルブケーシングは構造設計面での困難さを伴い、高温での長期安定運用に課題が多い。
【００１０】
なお、従来からオーステナイト系低熱膨張Ｎｉ基超合金を蒸気タービンのボルト等に使用することが提案されている（例えば、文献特許１参照。）。また、大型鍛造品の作製が比較的容易なＮｉＦｅ基合金により、７００℃を超える高温で使用される蒸気タービンロータを作製することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。さらに、鍛造性が良く、低熱膨張のオーステナイト系Ｎｉ基合金を用い、蒸気タービン翼を作製することが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、このような技術では、鋳造性及び溶接性などについては、考慮されていない。
【特許文献１】特開２００３−１３１６１号公報
【特許文献２】特開２００５−２９２９号公報
【特許文献３】特許第３５５９６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記したように、７００℃を超える蒸気タービンのタービンケーシングやバルブケーシングの材料として、Ｎｉ基鋳造合金の適用が検討されているが、さらに高温強度（クリープ破断強度）を向上させる必要があると考えられる。また、熱膨張係数も適正なレベルまで低くする必要があると考えられる。このＮｉ基鋳造合金の必要な高温強度や熱膨張係数は、Ｎｉ基鋳造合金の高温延性（クリープ破断伸び）や耐水蒸気酸化特性、溶接性などを維持しつつ、組成改良等により得ることが求められている。
【００１２】
そこで、本発明は、鋳造性及び溶接性などの製造性を維持しつつ、クリープ破断強度の向上と、熱膨張係数の適正化を図ることのできるＮｉ基鋳造合金およびそれを材料とする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】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５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。
【００１４】
また、請求項２のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５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。
【００１５】
また、請求項３のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５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。
【００１６】
また、請求項４のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ｂ：０．００１〜０．０２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。
【００１７】
また、請求項５のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ｚｒ：０．０１〜０．２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。
【００１８】
また、請求項６のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５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。
【００１９】
また、請求項７のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、Ｂ：０．００１〜０．０２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。
【００２０】
また、請求項８のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、Ｚｒ：０．０１〜０．２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。
【００２１】
また、請求項９のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｂ：０．００１〜０．０２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。
【００２２】
また、請求項１０のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｚｒ：０．０１〜０．２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。
【００２３】
また、請求項１１のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ｂ：０．００１〜０．０２、Ｚｒ：０．０１〜０．２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。
【００２４】
また、請求項１２のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｂ：０．００１〜０．０２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。
【００２５】
また、請求項１３のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｚｒ：０．０１〜０．２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。
【００２６】
また、請求項１４のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、Ｂ：０．００１〜０．０２、Ｚｒ：０．０１〜０．２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。
【００２７】
また、請求項１５のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｂ：０．００１〜０．０２、Ｚｒ：０．０１〜０．２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。
【００２８】
また、請求項１６のＮｉ基鋳造合金は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｂ：０．００１〜０．０２、Ｚｒ：０．０１〜０．２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。
【００２９】
また、請求項１７のＮｉ基鋳造合金は、請求項２、６、７、８、１２、１３、１４、１６のいずれか1項において、前記Ａｌの含有量は、質量％で０．２〜０．３であることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１８のＮｉ基鋳造合金は、請求項２、６、７、８、１２、１３、１４、１６のいずれか1項において、前記Ｔｉの含有量は、質量％で０．５〜２．０であることを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１９のＮｉ基鋳造合金は、請求項３、６、９、１０、１２、１３、１５、１６のいずれか1項において、前記ＮｂおよびＴａの１種または２種の含有量は、質量％でＮｂ＋Ｔａ／２が１．０〜２．５であることを特徴とする。
【００３２】
また、請求項２０のＮｉ基鋳造合金は、請求項４、７、９、１１、１２、１４、１５、１６のいずれか1項において、前記Ｂの含有量は、質量％で０．００２〜０．０１５であることを特徴とする。
【００３３】
また、請求項２１のＮｉ基鋳造合金は、請求項５、８、１０、１１、１３、１４、１５、１６のいずれか1項において、前記Ｚｒの含有量は、質量％で０．０２〜０．１０であることを特徴とする。
【００３４】
また、請求項２２のＮｉ基鋳造合金は、請求項１〜２１のいずれか1項において、前記Ｃｏの含有量は、質量％で７〜１７であることを特徴とする。
【００３６】
また、請求項２３のＮｉ基鋳造合金は、請求項１〜２２のいずれか１項において、前記Ｃｒの含有量は、質量％で１８〜２３であることを特徴とする。
【００３７】
また、請求項２４のＮｉ基鋳造合金は、請求項１〜２３のいずれか１項において、前記Ｆｅの含有量は、質量％で５以下であることを特徴とする。
【００３８】
また、請求項２５のＮｉ基鋳造合金は、請求項１〜２４のいずれか１項において、前記Ｃの含有量は、質量％で０．０７〜０．１５であることを特徴とする。
【００３９】
これらの蒸気タービンのタービンケーシングやバルブケーシングなどの鋳造部品用のＮｉ基鋳造合金によれば、上記した組成成分範囲で構成されることで、従来の蒸気タービンのタービンケーシングやバルブケーシングなどの鋳造部品用のＮｉ基鋳造合金における鋳造性や溶接性を維持しつつ、高温強度が向上する。
【００４０】
また、高温蒸気が導入される蒸気タービンプラントにおいて、少なくとも所定部位を上記したいずれか１つのＮｉ基鋳造合金で構成しても良い。この蒸気タービン用のタービンケーシングやバルブケーシングなどの鋳造部品によれば、高温強度が向上し、高温環境下においても高い信頼性を有する。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、造性及び溶接性などの製造性を維持しつつ、クリープ破断強度の向上と、熱膨張係数の適正化を図ることのできるＮｉ基鋳造合金およびそれを材料とする蒸気タービン用鋳造部品を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の一実施の形態を説明する。本発明に係る一実施の形態のＮｉ基鋳造合金は、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。
【００４３】
（Ｍ１）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００４４】
（Ｍ２）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００４５】
（Ｍ３）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００４６】
（Ｍ４）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ｂ：０．００１〜０．０２を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００４７】
（Ｍ５）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ｚｒ：０．０１〜０．２を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００４８】
（Ｍ６）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００４９】
（Ｍ７）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、Ｂ：０．００１〜０．０２を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００５０】
（Ｍ８）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、Ｚｒ：０．０１〜０．２を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００５１】
（Ｍ９）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｂ：０．００１〜０．０２を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００５２】
（Ｍ１０）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｚｒ：０．０１〜０．２を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００５３】
（Ｍ１１）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ｂ：０．００１〜０．０２、Ｚｒ：０．０１〜０．２を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００５４】
（Ｍ１２）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｂ：０．００１〜０．０２を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００５５】
（Ｍ１３）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｚｒ：０．０１〜０．２を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００５６】
（Ｍ１４）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、Ｂ：０．００１〜０．０２、Ｚｒ：０．０１〜０．２を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００５７】
（Ｍ１５）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｂ：０．００１〜０．０２、Ｚｒ：０．０１〜０．２を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００５８】
（Ｍ１６）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２、Ｓｉ：０．０１〜１、Ｍｎ：０．０１〜１、Ｃｏ：５〜２０、Ｆｅ：１０以下、Ｃｒ：１５〜２５、Ｍｏ、ＷおよびＲｅの１種または２種以上をＭｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２：１３〜２０．５、Ａｌ：０．１〜０．４、Ｔｉ：０．１〜２．５、ＮｂおよびＴａの１種または２種をＮｂ＋Ｔａ／２：０．５〜５、Ｂ：０．００１〜０．０２、Ｚｒ：０．０１〜０．２を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基鋳造合金。
【００５９】
（Ｍ１７）上記のＭ２、Ｍ６〜Ｍ８、Ｍ１２〜Ｍ１４、Ｍ１６のいずれかにおいて、前記Ａｌの含有量は、質量％で０．２〜０．３であるＮｉ基鋳造合金。
【００６０】
（Ｍ１８）上記のＭ２、Ｍ６〜Ｍ８、Ｍ１２〜Ｍ１４、Ｍ１６のいずれかにおいて、前記Ｔｉの含有量は、質量％で０．５〜２．０であるＮｉ基鋳造合金。
【００６１】
（Ｍ１９）上記のＭ３、Ｍ６、Ｍ９、Ｍ１０、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１５、Ｍ１６のいずれかにおいて、前記ＮｂおよびＴａの１種または２種の含有量は、質量％でＮｂ＋Ｔａ／２が１．０〜２．５であるＮｉ基鋳造合金。
【００６２】
（Ｍ２０）上記のＭ４、Ｍ７、Ｍ９、Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１４〜Ｍ１６のいずれかにおいて、前記Ｂの含有量は、質量％で０．００２〜０．０１５であるＮｉ基鋳造合金。
【００６３】
（Ｍ２１）上記のＭ５、Ｍ８、Ｍ１０、Ｍ１１、Ｍ１３〜Ｍ１６のいずれかにおいて、前記Ｚｒの含有量は、質量％で０．０２〜０．１０であるＮｉ基鋳造合金。
【００６４】
（Ｍ２２）上記のＭ１〜Ｍ２１のいずれかにおいて、前記Ｃｏの含有量は、質量％で７〜１７であるＮｉ基鋳造合金。
【００６６】
（Ｍ２３）上記のＭ１〜Ｍ２２のいずれかにおいて、前記Ｃｒの含有量は、質量％で１８〜２３であるＮｉ基鋳造合金。
【００６７】
（Ｍ２４）上記のＭ１〜Ｍ２３のいずれかにおいて、前記Ｆｅの含有量は、質量％で５以下であるＮｉ基鋳造合金。
【００６８】
（Ｍ２５）上記のＭ１〜Ｍ２４のいずれかにおいて、前記Ｃの含有量は、質量％で０．００７〜０．１５であるＮｉ基鋳造合金。
（Ｍ２６）上記のＭ１〜Ｍ２５のいずれかにおいて、鋳造後、所定の熱処理を施したＮｉ基鋳造合金。
（Ｍ２７）上記のＭ２、Ｍ６〜Ｍ８、Ｍ１２〜１４、１６のいずれかにおいて、前記Ｔｉの含有量は、質量％で０．２を超え２．５以下であるＮｉ基鋳造合金。
【００６９】
上記した組成成分範囲のＮｉ基鋳造合金は、運転時の温度が６８０〜７５０℃となる蒸気タービンのタービンケーシングやバルブケーシングなどの鋳造部品を構成する材料として好適である。ここで、蒸気タービンのタービンケーシングやバルブケーシングなどの鋳造部品のすべての部位をこのＮｉ基鋳造合金で構成しても、また、特に高温となる蒸気タービンのタービンケーシングやバルブケーシングなどの鋳造部品の一部の部位をこのＮｉ基鋳造合金で構成しても良い。
【００７０】
また、上記した組成成分範囲のＮｉ基鋳造合金は、従来のＮｉ基鋳造合金における鋳造性や溶接性等の加工性を維持しつつ、高温強度を向上させることができる。すなわち、このＮｉ基鋳造合金を用いて蒸気タービンのタービンケーシングやバルブケーシングなどの鋳造部品を構成することで、タービンケーシングやバルブケーシングなどの鋳造部品の高温強度を向上させることができ、高温環境下においても高い信頼性を有するタービンケーシングやバルブケーシングなどの鋳造部品を製作することができる。また、蒸気タービンのタービンケーシングやバルブケーシングなどの鋳造部品を製作する際、従来のＮｉ基鋳造合金の鋳造性や溶接性などの加工性を維持することができる。
【００７１】
次に、上記した本発明に係るＮｉ基鋳造合金における各組成成分範囲の限定理由を説明する。
【００７２】
（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、合金のクリープ強度を維持させる要因の一つとなる。また、結晶粒の粗大化も防止する。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０．０５％未満の場合には、炭化物の十分な析出量を確保できないとともに、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０．２％を超えると、大型鋳造品製作時の成分偏析傾向が増加するとともに脆化相であるＭ６Ｃ型炭化物の生成を促進し、耐食性や延性の低下を引き起こす。そのため、Ｃの含有率を０．０５〜０．２％とした。さらに好ましくは０．０７〜０．１５％である。
【００７３】
（２）Ｃｒ（クロム）
Ｃｒは、オーステナイト母相に固溶し、固溶強化するだけでなく、耐酸化性や耐食性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、高温長時間で強度や延性の低下を引き起こす。また、Ｃｒは合金の熱膨張係数を増加させるため、高温用機器設計において添加量は低めの方が好ましい。そのため、Ｃｒの含有率を１５〜２５％とした。さらに好ましくは１８〜２３％である。
【００７４】
（３）Ｃｏ（コバルト）
Ｃｏは、オーステナイト母相内に固溶して高温強度を向上させる。また、γ’相［Ｎｉ3（Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ）］にも固溶し、γ’相を強化するとともにγ’相の析出量も増加させる効果を有する。しかしながら、Ｃｏの含有率が２０％を超えると、金属間化合物相を生成し、機械的強度を低下させるとともに、合金のコストアップ要因にもなる。一方、Ｃｏの含有率が５％未満の場合には、機械的強度が低下する。そのため、Ｃｏの含有率を５〜２０％とした。さらに好ましくは７〜１７％である。
【００７５】
（４）Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｒｅ（レニウム）
Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅはいずれも、オーステナイト母相内に固溶して高温強度を向上させる。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。さらに、合金の熱膨張係数を下げる効果があり、高温用機器設計において有用である。Ｍｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２の含有率が８％未満の場合には、上記の効果が少なく、Ｍｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２の含有率が２５％を超えると、大型鋳造品製作時の成分偏析傾向が増加するとともに、脆化相であるＭ６Ｃ型炭化物の生成を促進して、延性の低下を引き起こす。そのため、Ｍｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２の含有率を８〜２５％とした。さらに好ましくは１３〜２０．５％である。
【００７６】
（５）Ａｌ（アルミニウム）
Ａｌは、Ｎｉとともにγ’相［Ｎｉ3（Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ）］を生成し、析出によるＮｉ基鋳造合金の高温強度を向上させる。また、耐高温腐食性の向上にも効果がある。Ａｌの含有率が０．１％未満の場合には、γ’相の析出が不十分で強化に効かず、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａが多量に存在するとγ’相が不安定になり、η相（Ｎｉ3Ｔｉ）やδ相［Ｎｉ3（Ｎｂ，Ｔａ）］が析出して脆化する。一方、多量の添加では、鋳造時に多量の共晶γ’相が析出し、高温強度の低下や鋳造割れの原因になる。そのため、Ａｌの含有率を０．１〜０．４％とした。さらに好ましくは０．２〜０．３％である。
【００７７】
（６）Ｔｉ（チタン）
Ｔｉは、Ａｌと同様、Ｎｉとともにγ’相［Ｎｉ3（Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ）］を生成し、析出によるＮｉ基鋳造合金の高温強度を向上させる。さらに、合金の熱膨張係数を下げる効果があり、高温用機器設計において有用である。Ｔｉの含有率が０．１％未満の場合には、上記した効果が発揮されず、Ｔｉの含有率が２．５％を超えると、脆化相のη相（Ｎｉ3Ｔｉ）の析出を助長し、高温強度の低下と欠き感受性を増大させる。そのため、Ｔｉの含有率を０．１〜２．５％とした。さらに好ましくは、０．５〜２．０％である。
【００７８】
（７）Ｂ（ホウ素）
Ｂは、結晶粒界に入り込み、高温強度を向上させる。また、Ｔｉの量が多い場合は、脆化相のη相（Ｎｉ3Ｔｉ）の析出を抑制し、高温強度および延性の低下を防止する。さらに、ＢはＣｒなどとホウ化物を形成するが、このホウ化物は融点が低いため、固液共存温度域が広がり、鋳造性が向上する。Ｂの含有率が０．００１％未満の場合には、上記した効果が発揮されず、Ｂの含有率が０．０２％を超えると、粒界脆化を招き、高温強度および靭性の低下を生ずる可能性がある。そのため、Ｂの含有率を０．００１〜０．０２％とした。さらに好ましくは、０．００２〜０．０１５％である。
【００７９】
（８）Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）
ＮｂやＴａは、γ’相［Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ）］に固溶し、高温強度を高め、γ’相の粗大化を抑制して、析出強度を安定させる。また、Ｃと結合して炭化物を形成することによっても高温強度向上に寄与する。Ｎｂ＋Ｔａ／２の含有量が０．５％未満の場合には、上記した効果が発揮されず、Ｎｂ＋Ｔａ／２の含有量が５％を超えると、δ相［Ｎｉ３（Ｎｂ，Ｔａ）］が析出して脆化する。そのため、Ｎｂ＋Ｔａ／２の含有量を０．５％〜５％とした。さらに好ましくは、１％〜２．５％である。
【００８０】
（９）Ｚｒ（ジルコニウム）
Ｚｒは、Ｂと同様に、結晶粒界に入り込み、高温強度を向上させる。また、Ｃと結合して炭化物を形成し、高温強度の向上に寄与する。Ｚｒの含有量が０．０１％未満では、上述した効果が発揮されず、Ｚｒの含有量が０．２％を超えると、逆に高温強度が低下するとともに、延性の低下も引き起こされる。そのため、Ｚｒの含有量を０．０１〜０．２％とした。さらに好ましくは、０．０２〜０．１％である。
【００８１】
（１０）Ｆｅ（鉄）
Ｆｅは、Ｎｉ基超合金鋳造品においては、合金のコスト低減に貢献する。ただし、多量に添加すると、高温強度の低下を引き起こすだけでなく、合金の熱膨張係数の増加につながり、高温用機器設計において不利になる。そのため、Ｆｅの含有量は１０％以下とした。さらに好ましくは、５％以下である。
【００８２】
（１１）Ｓｉ（ケイ素）
Ｓｉは、溶解精錬時の脱酸剤として有用である。耐酸化性も改善する。ただし、含有量が多過ぎると、延性の低下を引き起こす。適正なＳｉ含有量は０．０１〜１％とした。さらに好ましくは、０．０２〜０．５％である。
【００８３】
（１２）Ｍｎ（マンガン）
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、溶解精錬時の脱酸剤として有用である。ただし、含有量が多過ぎると、高温酸化特性の低下や、η相（Ｎｉ3Ｔｉ）の析出による延性の低下が引き起こされる。適正なＭｎ含有量は０．０１〜１％とした。さらに好ましくは、０．１〜０．３％である。
【００８４】
以下に、本発明に係るＮｉ基鋳造合金が、機械的特性（高温強度の代表的な特性であるクリープ破断強度およびクリープ破断伸び）、耐水蒸気酸化、低熱膨張係数および溶接性に優れていることを説明する。
【００８５】
（試料の化学組成）
表１は、本発明に係るＮｉ基鋳造合金が、機械的特性（クリープ破断強度およびクリープ破断伸び）、耐水蒸気酸化、低熱膨張係数および溶接性に優れていることを説明するための評価に用いた各種試料の化学組成を示す。これらの試料に所定の熱処理を施した。表１には、試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．２９の本発明に係るＮｉ基鋳造合金の実施例、および試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１１の比較例が記載されている。比較例は本発明の化学組成範囲にないＮｉ基鋳造合金であり、そのうち、試料Ｎｏ．１は従来鋳造合金であるインコネル６１７相当の化学組成、試料Ｎｏ．２は従来合金であるインコネル６２５相当の化学組成を有する。
【００８６】
【表１】
0005248197.tif 000002
【００８７】
（クリープ破断試験）
クリープ破断試験では、表１に示す化学組成を有する実施例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．２９、および比較例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１１のＮｉ基鋳造合金各２０ｋｇを大気溶解炉にて溶解し、金型に鋳込み、凝固した鋳塊から所定のサイズの試験片を作製した。各試料に対して、７００℃、２５０ＭＰａの条件でクリープ破断試験を実施した。クリープ破断試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２７１（金属材料のクリープ及びクリープ破断試験方法）に基づいて実施した。クリープ破断試験で得られる特性として得られるクリープ破断時間（ｈｒ）およびクリープ破断伸び（％）を表２に示す。実施例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．２９は、いずれも従来鋳造合金である比較例の試料Ｎｏ．１（インコネル６１７相当）および比較例の試料Ｎｏ．２（インコネル６２５相当）に比べてクリープ破断時間が大幅に増加し、クリープ破断強度の向上がなされていることが明らかである。また、Ｍｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２において本発明の化学組成範囲の下限を下回った比較例Ｎｏ．５や、Ｔｉにおいて本発明の化学組成範囲の下限を下回った比較例Ｎｏ．７に比較して、実施例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．２９は、いずれもクリープ破断時間が大幅に増加し、クリープ破断強度の向上がなされている。一方、Ｍｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２、Ｔｉ、Ｎｂ＋Ｔａ／２において本発明の化学組成範囲の上限を上回った、それぞれ比較例Ｎｏ．６、比較例Ｎｏ．８、比較例Ｎｏ．９は、いずれもクリープ破断時間の向上が見られたが、逆にクリープ破断伸びの低下が顕著であった。
【００８８】
【表２】
0005248197.tif 000003
【００８９】
（水蒸気酸化試験）
水蒸気酸化試験では、クリープ破断試験と同様に、表１に示す化学組成を有する実施例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．２９、および比較例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１１のＮｉ基鋳造合金から、幅１０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、厚さ３ｍｍの試験片を採取し、７００℃の水蒸気環境中で３０００時間暴露して、暴露前後の酸化増量（ｍｇ／ｃｍ2）を測定した。その結果を表２に示す。実施例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．２９は、いずれも従来鋳造合金である比較例の試料Ｎｏ．１（インコネル６１７相当）および比較例の試料Ｎｏ．２（インコネル６２５相当）と同等の水蒸気酸化増量であり、良好な耐水蒸気酸化特性を有することがわかった。しかし、Ｃｒにおいて本発明の化学組成範囲の下限を下回った比較例Ｎｏ．３に比較すると、実施例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．２９は、いずれも大幅に水蒸気酸化増量が低下し、耐水蒸気酸化特性の向上が顕著であった。
【００９０】
（平均熱膨張係数測定）
平均熱膨張係数測定では、クリープ破断試験や水蒸気酸化試験と同様に、表１に示す化学組成を有する実施例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．２９、および比較例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１１のＮｉ基鋳造合金から、直径５ｍｍ、長さ１９ｍｍの丸棒の試験片を採取し、理学電気製熱機械分析装置を使用して測定した。標準試料として石英を使用し、昇温速度５℃／分の条件で、室温から７００℃までの平均熱膨張係数を示差膨張方式によって測定した。その結果を表２に示す。実施例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．２９は、いずれも従来鋳造合金である比較例の試料Ｎｏ．１（インコネル６１７相当）および比較例の試料Ｎｏ．２（インコネル６２５相当）に比べて室温から７００℃までの平均熱膨張係数が低下していることが明らかである。また、Ｃｒにおいて本発明の化学組成範囲の上限を上回った比較例Ｎｏ．４や、Ｍｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２において本発明の化学組成範囲の下限を下回った比較例Ｎｏ．５に比較して、実施例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．２９は、いずれも室温から７００℃までの平均熱膨張係数が低下していることが明らかであった。
【００９１】
（溶接性試験）
溶接性試験では、クリープ破断試験、水蒸気酸化試験や平均熱膨張係数測定と同様に、表１に示す化学組成を有する実施例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．２９、および比較例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１１のＮｉ基鋳造合金から、長さ１５０ｍｍ×幅８０ｍｍ×厚さ２０ｍｍの平板を製作し、その板面に所定の溶接棒により３パスの溶接を行い、その後、溶接ビードに垂直な５断面について割れ発生の有無を調査した。その結果を表２に示す。５断面のいずれにおいても割れの発生が認められなかった場合、割れ発生の有無は「無」、５断面のいずれか１断面以上に割れの発生が認められた場合、割れ発生の有無は「有」と記載した。実施例の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．２９は、いずれも「無」であった。また、従来鋳造合金である比較例の試料Ｎｏ．１（インコネル６１７相当）および比較例の試料Ｎｏ．２（インコネル６２５相当）も「無」であった。さらに、Ｃｒにおいて本発明の化学組成範囲の下限を下回った比較例Ｎｏ．３、上限を上回った比較例Ｎｏ．４、Ｍｏ＋（Ｗ＋Ｒｅ）／２において本発明の化学組成範囲の下限を下回った比較例Ｎｏ．５、上限を上回った比較例Ｎｏ．６およびＴｉにおいて本発明の化学組成範囲の下限を下回った比較例Ｎｏ．７は、いずれも「無」であったが、Ｔｉにおいて本発明の化学組成範囲の上限を上回った比較例Ｎｏ．８、Ｎｂ＋Ｔａ／２において本発明の化学組成範囲の上限を上回った比較例Ｎｏ．９、Ｂにおいて本発明の化学組成範囲の上限を上回った比較例Ｎｏ．１０およびＺｒにおいて本発明の化学組成範囲の上限を上回った比較例Ｎｏ．１１は、いずれも「有」であった。