(57)【要約】不可避の精錬に起因した不純物を含めて、次のもの（単位：質量％）：  炭素：０．０５〜０．１０％；クロム：２１〜２３％；コバルト：１０〜１５％；モリブデン：１０〜１１％；アルミニウム：１．０〜１．５％；タングステン：５．１〜８．０％；イットリウム：０．０１〜０．１０％；ホウ素０．００１〜０．０１０％；チタン：最大０．５０％；ケイ素：最大０．５０％；鉄：最大２％；マンガン：最大０．５％；ニッケル：残余からなる、オーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金。【特許請求の範囲】
【請求項１】
不可避の精錬に起因した不純物を含めて、次のもの（単位：質量％）：
炭素：０．０５〜０．１０％
クロム：２１〜２３％
コバルト：１０〜１５％
モリブデン：１０〜１１％
アルミニウム：１．０〜１．５％
タングステン：５．１〜８．０％
イットリウム：０．０１〜０．１０％
ホウ素：０．００１〜０．０１０％
チタン：最大０．５０％
ケイ素：最大０．５０％
鉄：最大２％
マンガン：最大０．５％
ニッケル：残余
からなるオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金。
【請求項２】
不可避の精錬に起因した不純物を含めて、次のもの（単位：質量％）：
炭素：０．０５〜０．１０％
クロム：２１〜２３％
コバルト：１２〜１３％
モリブデン：１０〜１１％
アルミニウム：１．０〜１．５％
タングステン：５．１〜７．０％
イットリウム：０．０４〜０．０７％
ホウ素：０．００１〜０．００５％
チタン：最大０．５０％
ケイ素：最大０．５０％
鉄：最大２％
マンガン：最大０．５％
ニッケル：残余
からなるオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金。
【請求項３】
特に固定式又は可搬式ガスタービンの燃焼室のための請求項１又は２記載のオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金の使用。
【請求項４】
特に内燃機関の圧縮機及びターボ過給機のための請求項１又は２記載のオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金の使用。
【請求項５】
蒸気タービンのための請求項１又は２記載のオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金の使用。
【請求項６】
特に高温−換気機の軸、ボス及び羽根のための請求項１又は２記載のオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金の使用。
【請求項７】
ガスタービン発電所及び蒸気タービン発電所、特に燃焼室壁、羽根、管、ボイラ壁、膜壁、アキュムレーター又はそういうもののための請求項１又は２記載のオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、オーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金に関する。
【０００２】
ニッケル基合金が、熱機関、例えば内燃機関、固定式及び可搬式ガスタービンにおいて広範囲に使用されることは公知である、それというのも、該合金は、ちょうど７００−９００℃の温度範囲内で際立って良好な強度特性を有するからである。
【０００３】
これらの合金の多くは、７００−９００℃の温度範囲内の強度増大に決定的に寄与する、名を挙げるに値するγ′−及びγ″−相含分を含有する。γ′−及びγ″−相の析出のためには、たいてい合金元素であるアルミニウム、チタン、タンタル及びニオブが利用される。
【０００４】
例えば、ＧＢ−Ａ ９２９，６８７には、チタン２．０−３．５％、アルミニウム０−０．８％及びニオブ２−５．２５％の添加により、γ′−及びγ″−析出による明らかな強度増大を助けるニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−合金が記載されている。
【０００５】
タングステンは、この際、モリブデンの置換元素として１０原子％まで認められ、タンタルは、ニオブの置換元素として３質量％まで推奨される。
【０００６】
ＧＢ−Ａ １，０３６，１７９には、本質的に、鉄が合金元素としてもはや認められていないことを除いて、ＧＢ−Ａ ９２９，６８７に記載された元素の限定が単に記載されているに過ぎない。
【０００７】
ＵＳ−Ａ ４，９８１，６４４には、同様に、チタン、アルミニウム、ニオブ及びタンタルにより析出硬化性であるが、しかしながら、元素レニウム、モリブデン及びタングステンに関して１．０−８．５％の合計含量のみを規定するニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−合金が記載されている。
【０００８】
ＷＯ−Ａ ９０／０３４５０には、ＵＳ−Ａ ４，９８１，６４４と比較して、析出硬化性元素であるＡｌ、Ｔｉ、Ｎｂ及びＴａについて上限だけでなく、下限も記載され；他方ではレニウム、ハフニウム及びバナジウムが上限でのみ調節される、析出硬化性合金が記載されている。
【０００９】
高温合金を鍛錬合金としても、すなわち例えば変形されることができかつ接合されることができる薄板としても使用できるという要望は、析出硬化性元素、例えばアルミニウム、チタン及びニオブ約２質量％以下を含有する混晶凝固した合金をもたらした。
【００１０】
例えば、ＧＢ−Ａ １，３３６，４０９には、析出硬化性元素であるアルミニウム及びチタンの合計が０．８−２．１％に制限されているニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−合金が記載されている。
【００１１】
ほぼ同じ高い水準、すなわち０．５−２．２５％に、しかしタングステン５％までの添加を伴い、ＵＳ−Ａ ４，８７７，４６１には、改善されたクリープ強度を有するニッケル−クロム−モリブデン−コバルト−合金が記載されている。
【００１２】
ＥＰ−Ｂ ０６３３ ３２５では、ニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−合金のためにＵＳ−Ａ ４，８７７，４６１を基礎として、アルミニウム及びチタンを０．５−２．０質量％に制限しかつタングステン最大５質量％を添加することに加えて、タンタル０．７−２．５質量％を強度のために有利であるとして含有する合金が開示されている。
【００１３】
確かに、０．５−２．０質量％へのアルミニウム及びチタンの低下及びニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−合金へのタングステン及びタンタルの添加により、高温で変形可能かつ接合可能な薄板材料を製造することに成功しているが、それにもかかわらず到達した耐熱性は、析出硬化性合金のそれを常に明らかに下回っていた。
【００１４】
故に、本発明の課題は、冒頭に記載された種類のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−合金が、そのような合金から製造された対象物の寿命が明らかに高められるように十分な耐酸化性で耐熱性及びクリープ強度の値が改善されているように形成させることである。材料は、変形可能でかつ溶接できる鍛錬合金として使用可能であるべきである。
【００１５】
この課題は、不可避の精錬に起因した不純物を含めて、次のもの（単位：質量％）：
炭素：０．０５〜０．１０％
クロム：２１〜２３％
コバルト：１０〜１５％
モリブデン：１０〜１１％
アルミニウム：１．０〜１．５％
タングステン：５．１〜８．０％
イットリウム：０．０１〜０．１０％
ホウ素：０．００１〜０．０１０％
チタン：最大０．５０％
ケイ素：最大０．５０％
鉄：最大２％
マンガン：最大０．５％
ニッケル：残余
からなるオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金により解決される。
【００１６】
好ましいオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金は（単位：質量％）不可避の精錬に起因した不純物を含めて、次の組成を有する：
炭素：０．０５〜０．１０％
クロム：２１〜２３％
コバルト：１２〜１３％
モリブデン：１０〜１１％
アルミニウム：１．０〜１．５％
タングステン：５．１〜７．０％
イットリウム：０．０４〜０．０７％
ホウ素：０．００１〜０．００５％
チタン：最大０．５０％
ケイ素：最大０．５０％
鉄：最大２％
マンガン：最大０．５％
ニッケル：残余。
【００１７】
本発明によるニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金は、これまでの技術水準に反して、明らかに５質量％を上回るタングステンを有し、かつ耐熱性及びクリープ強度の改善のためのタンタルの添加を放棄する。そのうえイットリウム０．０１〜０．１０質量％を合金することは、サイクル耐酸化性を改善する。
【００１８】
僅かなタンタル添加も伴うタングステン５質量％までのみの添加を伴う合金は、混晶硬化により達成すべき強度潜在性を利用し尽くしていない。例えば、意外なことに、ＵＳ−Ａ ４，８７７，４６１及びＥＰ−Ｂ ０６３３ ３２５の教示にもかかわらず５％を上回るタングステン含量は、強度増大の極めて有効な可能性であることが判明している。タングステンの添加は、ただし与えられた組成で８．０質量％に制限されている、それというのも、より高い含量で熱加工性はもはや与えられていないからである。
【００１９】
本発明によるニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金は、７００−９００℃の温度範囲内のそれらの卓越したクリープ強度に基づいて、対象物、例えば
・ 固定式及び可搬式ガスタービン
・ 内燃機関
・ 蒸気タービン中の構成要素
・ 進歩的なＧｕＤ−発電所の構成要素
・ ターボ過給機
・ ＨＴ−換気機
に特に適している。
【００２０】
記載された対象物は、本発明による材料から簡単に製造されうる、それというのも、良好に熱加工可能であるだけでなく、冷間加工過程−例えばより薄い寸法への冷間圧延、折曲げ加工、深絞り、フランジング−に必要な変形能を有するからでもある。
【００２１】
より大きな構成要素の接合も、材料の良好な溶接適性に基づいて問題なく可能である。
【００２２】
図１〜４は、応力−破壊−試験において７００℃、７５０℃、８００℃及び８５０℃で達成された寿命に基づいて、技術水準を代表する合金５−７に対して本発明による合金１−４の優位性を極めて明らかに示している。
【００２３】
合金１−７の組成は、第１表に表されている。
【００２４】
サイクル耐酸化性へのタングステンの負の影響を補償するだけでなく、サイクル耐酸化性もさらにもっと改善するために、本発明による合金にイットリウムが合金されている。０．０１〜０．１０％の本発明による含量は、目に見える改善効果に特に必要である０．０１％の最小含量、及びその向こう側で‘オーバードーピング’、ひいては再びサイクル耐酸化性の悪化を考慮に入れるべきである０．１０％で定められた最大含量からもたらされる。
【００２５】
イットリウムの正の効果は、１，０００時間を上回る試験時間に亘る、７００℃及び８００℃でのサイクル酸化試験における図５−６に表された明らかにより僅かな質量増大により、確認される。
【００２６】
【表１】
2004530789.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【図１】
負荷３３０ ＭＰａで７００℃での応力−破壊−試験の結果を示す棒グラフ。
【図２】
負荷２４５ ＭＰａで７５０℃での応力−破壊−試験の結果を示す棒グラフ。
【図３】
負荷１８０ ＭＰａで８００℃での応力−破壊−試験の結果を示す棒グラフ。
【図４】
負荷１２５ ＭＰａで８５０℃での応力−破壊−試験の結果を示す棒グラフ。
【図５】
時間の関数としての７００℃での空気中の比質量変化［ｇ／ｍ２］（平均値）を示す折れ線グラフ。
【図６】
時間の関数としての８００℃での空気中の比質量変化［ｇ／ｍ２］（平均値）を示す折れ線グラフ。
【図１】
2004530789.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
2004530789.tif 000009
2004530789.tif 000010
2004530789.tif 000011
2004530789.tif 000012
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2004530789.tif 000016
2004530789.tif 000017
2004530789.tif 000018
2004530789.tif 000019
2004530789.tif 000020
2004530789.tif 000021
2004530789.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成14年9月28日(2002.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不可避の精錬に起因した不純物を含めて、次のもの（単位：質量％）：
炭素：０．０５〜０．１０％
クロム：２１〜２３％
コバルト：１０〜１５％
モリブデン：１０〜１１％
アルミニウム：１．０〜１．５％
タングステン：５．１〜８．０％
イットリウム：０．０１〜０．１０％
ホウ素：０．００１〜０．０１０％
チタン：最大０．５０％
ケイ素：最大０．５０％
鉄：最大２％
マンガン：最大０．５％
ニッケル：残余
からなるオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金。
【請求項２】
不可避の精錬に起因した不純物を含めて、次のもの（単位：質量％）：
炭素：０．０５〜０．１０％
クロム：２１〜２３％
コバルト：１２〜１３％
モリブデン：１０〜１１％
アルミニウム：１．０〜１．５％
タングステン：５．１〜７．０％
イットリウム：０．０４〜０．０７％
ホウ素：０．００１〜０．００５％
チタン：最大０．５０％
ケイ素：最大０．５０％
鉄：最大２％
マンガン：最大０．５％
ニッケル：残余
からなる請求項１記載のオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金。
【請求項３】
特に固定式又は可搬式ガスタービンの燃焼室のための請求項１又は２記載のオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金の使用。
【請求項４】
特に内燃機関の圧縮機及びターボ過給機のための請求項１又は２記載のオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金の使用。
【請求項５】
蒸気タービンのための請求項１又は２記載のオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金の使用。
【請求項６】
特に高温−換気機の軸、ボス及び羽根のための請求項１又は２記載のオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金の使用。
【請求項７】
ガスタービン発電所及び蒸気タービン発電所、特に燃焼室壁、羽根、管、ボイラ壁、膜壁又はアキュムレーターのための請求項１又は２記載のオーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金の使用。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
確かに、０．５−２．０質量％へのアルミニウム及びチタンの低下及びニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−合金へのタングステン及びタンタルの添加により、高温で変形可能かつ接合可能な薄板材料を製造することに成功しているが、それにもかかわらず到達した耐熱性は、析出硬化性合金のそれを常に明らかに下回っていた。
ＵＳ−Ａ ５，０１７，２４９により、特にタービン及びエンジンにおける使用に適しているとするニッケル−基合金が公知となっている。それは（単位：質量％）Ｃｒ 約１８〜２５％、Ｍｏ １２％まで、Ｗ １５％まで、Ｃｏ １５％まで、Ｆｅ ８％まで、Ａｌ ３％まで、Ｔｉ ５％まで、Ｃ 約０．０４〜０．１５％、Ｎ ０．０４％まで、Ｂ ０．０２％まで、Ｓｉ 約０．０５〜０．７５％、Ｚｒ ０．５％まで、Ｎｉ 残余を有する。この合金は、さらにまた、＜３μｍを有しているＭ６Ｃ炭化物０．５〜３％を含んでおり、同じ方向に方向付けられた再結晶したミクロ構造が添加されているとすることにも傑出している。
ＵＳ−Ａ ３，８５９，０６０には、溶接材料として線材又はストリップの形で使用されるとするニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−合金が紹介されている。それは（単位：質量％）Ｃｒ 約２０〜２４％、Ａｌ 約０．８〜１．５％、Ｃｏ 約９．５〜２０％、Ｍｏ 約７〜１２％、Ｃ 最大０．１５％、Ｔｉ ０．６％まで、Ｂ ０．００６％まで、Ｚｒ ０．１％まで、Ｍｇ ０．０５％まで、Ｎｉ 残余を含む。この合金中では、タングステンは使用されない。一定の場合に、僅少量の希土類、例えばＣｅ又はＬａは、耐酸化性を高めるために、ミッシュメタルの形で０．１５％までの含量で添加されてよい。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
この課題は、請求項１に記載されているような、オーステナイト系のニッケル−クロム−コバルト−モリブデン−タングステン−合金により解決される。




【国際調査報告】
2004530789.tif 000023
2004530789.tif 000024
2004530789.tif 000025
2004530789.tif 000026
2004530789.tif 000027
2004530789.tif 000028