(57)【要約】【課題】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、この蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金を用いて作製された蒸気タービンの鋳造部品を提供する。【解決手段】実施形態の蒸気タービンの鋳造部品用Ｎｉ基合金は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５、Ｃｒ：１５〜２０、Ｃｏ：７〜１３、Ｍｏ：４〜７、Ａｌ：０．３〜２、Ｔｉ：０．３〜２、Ｂ：０．００１〜０．００６、Ｗ＋Ｍｏ（ＷとＭｏの合計）：９〜１２を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５、Ｃｒ：１５〜２０、Ｃｏ：７〜１３、Ｍｏ：４〜７、Ａｌ：０．３〜２、Ｔｉ：０．３〜２、Ｂ：０．００１〜０．００６、Ｗ＋Ｍｏ（ＷとＭｏの合計）：９〜１２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部品用Ｎｉ基合金。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５、Ｃｒ：１５〜２０、Ｃｏ：７〜１３、Ｍｏ：４〜７、Ａｌ：０．３〜２、Ｔｉ：０．３〜２、Ｂ：０．００１〜０．００６、Ｔａ：０．１〜０．７、Ｗ＋Ｍｏ（ＷとＭｏの合計）：９〜１２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部品用Ｎｉ基合金。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５、Ｃｒ：１５〜２０、Ｃｏ：７〜１３、Ｍｏ：４〜７、Ａｌ：０．３〜２、Ｔｉ：０．３〜２、Ｂ：０．００１〜０．００６、Ｎｂ：０．１〜０．４、Ｗ＋Ｍｏ（ＷとＭｏの合計）：９〜１２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部品用Ｎｉ基合金。
【請求項４】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５、Ｃｒ：１５〜２０、Ｃｏ：７〜１３、Ｍｏ：４〜７、Ａｌ：０．３〜２、Ｔｉ：０．３〜２、Ｂ：０．００１〜０．００６、Ｔａ＋２Ｎｂ（Ｔａ含有量と、Ｎｂ含有量の２倍との合計）：０．１〜０．７、Ｗ＋Ｍｏ（ＷとＭｏの合計）：９〜１２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部品用Ｎｉ基合金。
【請求項５】
前記不可避的不純物のうち、少なくとも、Ｓｉを０．１質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以下に抑制した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部品用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部品用Ｎｉ基合金を用いて、少なくとも所定部位が鋳造により作製されたことを特徴とする蒸気タービンの鋳造部品。
【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の鋳造部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭火力発電設備から排出されるＣＯ２を削減する手段として、石炭火力システムの高効率化を図ることが有効な手段であり、例えば、石炭火力発電設備に備えられている蒸気タービンの発電効率を向上させることで実現可能となる。蒸気タービンの発電効率の向上には、タービン蒸気温度を高温化することが最も効果的である。近年の火力発電プラントにおいて、その蒸気温度は６００℃以上まで上昇しており、さらに現在、蒸気温度が７００℃以上の火力発電システムの開発が世界的に行われている。
【０００３】
高温の蒸気に曝される蒸気タービンが備える、タービンケーシング、バルブケーシング、ノズルボックスなどの鋳造部品は、高温になるとともに、高い応力が発生する。そのため、これらを構成する材料として、室温から高温の温度領域まで、優れた、強度、延性、靭性を有するものが求められている。
【０００４】
現在、蒸気タービンを構成する構成部品に使用されている材料は、Ｆｅを主成分とし、高温強度を向上させるためにＣｒ、Ｍｏ等の元素を添加したＦｅ基合金である。しかしながら、蒸気の温度が７００℃以上となると、Ｆｅ基合金の耐熱温度を超えるため、さらに耐熱温度が高いＮｉ基合金の適用が検討されている。
【０００５】
Ｎｉ基合金の代表例として、インコネル７１８合金（スペシャルメタル社製）やインコネル６１７合金（スペシャルメタル社製）が挙げられる。Ｎｉ基合金の強化機構は、大きく分けて析出強化型と固溶強化型に分けられる。析出強化型Ｎｉ基合金では、ＮｉにＡｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂを添加することによってγ’（ガンマプライム：Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ））相、あるいはγ”（ガンマダブルプライム：Ｎｉ３Ｎｂ）相 と呼ばれる析出相を析出させることによって高温での強度を向上させている。代表的な析出強化型Ｎｉ基合金としては、上記したインコネル７１８合金が挙げられる。一方、固溶強化型Ｎｉ基合金では、ＮｉにＣｏ、Ｍｏ、Ｗ等を添加することによって、母相そのものを強化している。代表的な固溶強化型Ｎｉ基合金としては、上記したインコネル６１７合金が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
上記したように、７００℃を超える蒸気環境下において使用される、蒸気タービンの構成部品の材料として、Ｎｉ基合金の適用が検討されている。蒸気タービンの構成部品の材料において、７００℃を超える蒸気環境下における十分な高温強度が要求され、さらに、高温に長時間曝されるため、長時間に亘る材料の健全性が要求される。
【０００８】
そこで、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、この蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金を用いて作製された蒸気タービンの鋳造部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る実施形態の蒸気タービンの鋳造部品用Ｎｉ基合金は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５、Ｃｒ：１５〜２０、Ｃｏ：７〜１３、Ｍｏ：４〜７、Ａｌ：０．３〜２、Ｔｉ：０．３〜２、Ｂ：０．００１〜０．００６、Ｗ＋Ｍｏ（ＷとＭｏの合計）：９〜１２を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態を説明する。
【００１１】
高温高圧の環境に設置される蒸気タービンの構成部品を構成する材料として、例えばインコネル６１７などのＮｉ基合金は有用な材料であるが、蒸気温度の高温化に対応するために、強化元素を過剰添加すると、有害相と呼ばれる機械的特性の弱化を引き起こす相の析出が助長される。  
【００１２】
例えば、従来のインコネル６１７にＡｌ、Ｔｉ、Ｍｏ等の強化元素を複合添加すると、γ’相の析出量が増加してクリープ強度は向上する。しかしながら、強化元素の過剰な添加は、板状あるいは針状のσ相の析出を促進させる。このσ相は、主としてＣｒ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｉからなる金属間化合物である。硬くて脆いσ相が板状あるいは針状に析出することによって、き裂進展の起点となり、衝撃値、クリープ特性、低サイクル疲労などの機械的特性の低下を招くと考えられている。
【００１３】
本発明の一実施の形態の、蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金では、有害相を析出しない合金範囲において強化元素を添加することで、高温強度の向上が図られている。
【００１４】
本発明に係る一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：０．０１〜０．１５％、Ｃｒ：１５〜２０％、Ｃｏ：７〜１３％、Ｍｏ：４〜７％、Ａｌ：０．３〜２％、Ｔｉ：０．３〜２％、Ｂ：０．００１〜０．００６％、Ｗ＋Ｍｏ（ＷとＭｏの合計）：９〜１２％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：０．０１〜０．１５％、Ｃｒ：１５〜２０％、Ｃｏ：７〜１３％、Ｍｏ：４〜７％、Ａｌ：０．３〜２％、Ｔｉ：０．３〜２％、Ｂ：０．００１〜０．００６％、Ｔａ：０．１〜０．７％、Ｗ＋Ｍｏ（ＷとＭｏの合計）：９〜１２％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：０．０１〜０．１５％、Ｃｒ：１５〜２０％、Ｃｏ：７〜１３％、Ｍｏ：４〜７％、Ａｌ：０．３〜２％、Ｔｉ：０．３〜２％、Ｂ：０．００１〜０．００６％、Ｎｂ：０．１〜０．４％、Ｗ＋Ｍｏ（ＷとＭｏの合計）：９〜１２％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】
（Ｍ４）Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｃｒ：１５〜２０％、Ｃｏ：７〜１３％、Ｍｏ：４〜７％、Ａｌ：０．３〜２％、Ｔｉ：０．３〜２％、Ｂ：０．００１〜０．００６％、Ｔａ＋２Ｎｂ（Ｔａ含有量と、Ｎｂ含有量の２倍との合計）：０．１〜０．７％、Ｗ＋Ｍｏ（ＷとＭｏの合計）：９〜１２％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。
【００１９】
また、上記した（Ｍ１）〜（Ｍ４）のＮｉ基合金における不可避的不純物のうち、少なくとも、Ｓｉが０．１％以下、Ｍｎが０．１％以下に抑制されていることが好ましい。なお、不可避的不純物としては、上記した、ＳｉおよびＭｎの他に、例えば、Ｃｕ、Ｆｅ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６８０〜７５０℃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、蒸気が導入されるタービン車室を構成す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６８０〜７５０℃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段ノズルを介して第１段のタービン動翼に向けて導出する、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上記したＮｉ基合金で構成しても、また、特に高温となる蒸気タービンの鋳造部品の一部の部位を上記したＮｉ基合金で構成してもよい。ここで、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６８０〜７５０℃程度となる部分であればこれに含まれる。
【００２３】
また、上記した組成成分範囲の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、この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タービンケーシング、バルブケーシング、ノズルボックスなどの鋳造部品を提供することができる。
【００２４】
次に、上記した本発明に係る一実施の形態の蒸気タービンの鋳造用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。
【００２５】
（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０．１５％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、粗大な炭化物の粒界析出により衝撃値の低下を引き起こす。そのため、Ｃの含有率を０．０１〜０．１５％とした。また、Ｃの含有率のより好ましい範囲は、０．０５〜０．１％である。
【００２６】
（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。また、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２０％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、脆化相であるσ相の析出が増加する。そのため、Ｃｒの含有率を１５〜２０％とした。また、Ｃｒの含有率のより好ましい範囲は、１８〜１９％である。
【００２７】
（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１３％を超えると、湯流れ性が低下する。また、経済性が損なわれ、製造コストが増加する。一方、Ｃｏの含有率が７％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７〜１３％とした。また、Ｃｏの含有率のより好ましい範囲は、１１〜１３％である。
【００２８】
（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４％未満の場合には、σ相の析出は抑制されるが、上記した効果が発揮されない。一方、Ｍｏの含有率が７％を超えると、σ相の析出量が増加し、衝撃値、クリープ特性、低サイクル疲労寿命などの機械的特性の低下が顕著になる。そのため、Ｍｏの含有率を４〜７％とした。また、Ｍｏの含有率のより好ましい範囲は、５〜７％である。
【００２９】
（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０．３％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い。一方、Ａｌの含有率が２％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、Ａｌの含有率を０．３〜２％とした。また、Ａｌの含有率のより好ましい範囲は、１〜１．５％である。
【００３０】
（６）Ｔｉ（チタン）
Ｔｉは、γ’（Ｎｉ３Ａｌ）相中のＡｌと置換して（Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ）となり、機械的強度を向上させる。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ず、Ｔｉの含有率が２％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、Ｔｉの含有率を０．３〜２％とした。また、Ｔｉの含有率のより好ましい範囲は、１〜１．５％である。
【００３１】
（７）Ｂ（ホウ素）
Ｂは、粒界に偏析して機械的特性を向上させる。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ない。一方、Ｂの含有率が０．００６％を超えると、粒界脆化を招き、溶接性が悪化する。そのため、Ｂの含有率を０．００１〜０．００６％とした。また、Ｂの含有率のより好ましい範囲は、０．００３〜０．００４％である。
【００３２】
（８）Ｗ（タングステン）
Ｗは、Ｍｏと同様に、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する。また、Ｗは、Ｍｏよりもσ相の析出に与える影響は小さい。Ｗ＋Ｍｏ（ＷとＭｏの合計）の含有率が１２％を超えると、σ相の析出が顕著となり、機械的特性が低下する。一方、Ｗ＋Ｍｏの含有率が９％未満の場合には、機械的強度を向上させる効果が発揮されない。そのため、Ｗ＋Ｍｏの含有率を９〜１２％とした。また、Ｗ＋Ｍｏの含有率のより好ましい範囲は、１０〜１２％である。
【００３３】
（９）Ｔａ（タンタル）
Ｔａは、γ’（Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ））相に固溶して、機械的強度を向上させ、γ’相の析出強度を安定させる。Ｔａの含有率が０．１％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ず、Ｔａの含有率が０．７％を超えると、鋳造性が低下する。そのため、Ｔａの含有率を０．１〜０．７％とした。また、Ｔａの含有率のより好ましい範囲は、０．１〜０．３％である。
【００３４】
（１０）Ｎｂ（ニオブ）
Ｎｂは、Ｔａと同様に、γ’（Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ））相に固容して、機械的強度を向上させ、γ’相の析出強度を安定させる。Ｎｂの含有率が０．１％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ず、Ｎｂの含有率が０．４％を超えると、溶解や鋳造の際に偏析を招く。そのため、Ｎｂの含有率を０．１〜０．４％とした。また、Ｎｂの含有率のより好ましい範囲は、０．２〜０．４％である。
【００３５】
ここで、上記したＴａとＮｂを複合的に添加してもよい。Ｔａの原子量は、Ｎｂの原子量のおよそ２倍であることから、Ｔａ換算等量として、Ｔａ含有量と、Ｎｂ含有量の２倍との合計（Ｔａ＋２Ｎｂ）が広く使用されている。
【００３６】
例えば、Ｔａを０．２％、Ｎｂを０．１％含有した場合、Ｔａ換算等量（Ｔａ＋２Ｎｂ）は、０．２＋０．１×２＝０．４％となり、Ｔａ単独で０．４％含有した場合と同様の効果が得られると考えられる。また、Ｔａを０．２％、Ｎｂを０．１％含む合金１００ｇ中におけるＴａ、Ｎｂのモル数は、Ｔａにおいては０．００１１ｍｏｌ（０．２／１８０．９）、Ｎｂにおいては０．００１１ｍｏｌ（０．１/９２．９＝０．００１１）となる。すなわち、ＴａおよびＮｂを合計した原子は、０．００２２ｍｏｌ存在することとなる。一方、Ｔａ単独で０．４％含有した合金１００ｇ中におけるＴａのモル数は、０．００２２ｍｏｌ（０．４/１８０．９）であり、上記したＴａおよびＮｂを合計した原子と、ほぼ同数のＴａ原子が含まれることとなる。
【００３７】
Ｔａの含有量と、Ｎｂの含有量の２倍とを合計した含有量の占める割合（含有率）が０．１〜０．７％の範囲で含有することで、γ’相（ガンマプライム相：Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ））の析出強度を向上させる。この含有率が０．１％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ず、含有率が０．７％を超えると、機械的強度は向上するが、鋳造性が低下する。また、Ｔａ＋２Ｎｂの含有率のより好ましい範囲は、０．３〜０．７％である。
【００３８】
（１１）Ｓｉ（ケイ素）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｕ（銅）、Ｆｅ（鉄）およびＳ（硫黄）
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、ＦｅおよびＳは、本発明に係る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。また、これらの不可避的不純物のうち、少なくとも、ＳｉおよびＭｎは、０．１％以下に抑制されることが好ましい。
【００３９】
Ｓｉは、普通鋼の場合、耐食性を補うため添加される。しかしながら、Ｎｉ基合金はＣｒ含有量が多く、十分に耐食性を確保できることから、本発明に係る一実施の形態における蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金では、Ｓｉの残存含有率を０．１％以下とし、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。
【００４０】
Ｍｎは、普通鋼の場合、脆性に起因するＳ（硫黄）をＭｎＳとして脆性を防止する。しかしながら、Ｎｉ基合金におけるＳの含有量は極めて少なく、Ｍｎを添加する必要はない。そのため、本発明に係る一実施の形態における蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金では、Ｍｎの残存含有率を０．１％以下とし、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。
【００４１】
ここで、本発明に係る一実施の形態の蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金、およびこの鋳造部品用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。
【００４２】
本発明に係る一実施の形態の蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金は、この鋳造部品用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し、その鋳塊に溶体化処理および時効処理を施すことで作製される。
【００４３】
また、本発明に係る一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、本発明に係る一実施の形態の蒸気タービンの鋳造用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、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し、溶体化処理および時効処理を施すことで作製される。
【００４４】
また、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、本発明に係る一実施の形態の蒸気タービンの鋳造用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、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し、溶体化処理および時効処理を施すことで作製されてもよい。
【００４５】
ここで、溶体化処理では、１０５０〜１１５０の温度範囲で３〜１５時間維持することが好ましい。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、温度が１０５０℃を下回る温度では十分に固溶されず、１１５０℃を上回る温度では結晶粒の粗大化により強度が低下する。
【００４６】
また、時効処理では、７００〜８００℃の温度範囲で１０〜４８時間維持することが好ましい。これによって、γ’相を早期に析出させることができる。
【００４７】
なお、上記した、蒸気タービンの鋳造部品用Ｎｉ基合金、タービンケーシング、バルブケーシング、ノズルボックスを作製する方法は、上記した方法に限定されるものではない。
【００４８】
以下に、本発明に係る蒸気タービンの鋳造部品用Ｎｉ基合金が、高温強度特性および鋳造性に優れていることを説明する。
【００４９】
（高温強度特性および鋳造性の評価）
ここでは、本発明の一実施の形態の化学組成範囲にある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３２の化学組成を示す。なお、試料１〜試料１７は、本発明の一実施の形態の化学組成範囲にあるＮｉ基合金であり、試料１８〜試料３２は、その組成が本発明の一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。なお、ここで使用した本発明の一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、Ｓｉ、Ｍｎ以外に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓが含まれている。
【００５０】
【表１】
2012117379.tif 000002
【００５１】
高温強度特性をクリープ破断試験によって評価した。クリープ破断試験では、表１に示す化学組成を有する試料１〜試料３２のＮｉ基合金をそれぞれ真空誘導溶解炉にて溶解し、押し湯部分を切断し、２０ｋｇの鋳塊を作製した。続いて、この鋳塊に対して、１１００℃で４時間溶体化処理を施して、７８０℃で３０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。
【００５２】
そして、各試料による試験片に対して、温度が７００℃、１０万時間におけるクリープ破断強度を測定した。なお、クリープ破断試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２７１の規格に準じて行われた。
【００５３】
ここで、クリープ破断試験における温度条件である７００℃は、蒸気タービンの通常の運転時の温度条件およびそれに安全率を見込んだ温度を考慮して設定した。クリープ破断試験の測定結果を表２に示す。
【００５４】
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）に基づいて、浸透探傷試験（ＰＴ）を行い、鋳造割れの有無を目視観察した。鋳造性の評価結果を表２に示す。ここで、表２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「○」で示す。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「×」で示す。
【００５５】
【表２】
2012117379.tif 000003
【００５６】
表２に示すように、試料１〜試料１７は、試料１８〜試料３２に比べて、高いクリープ破断強度を有し、かつ鋳造性が優れていることがわかった。
【００５７】
一方、比較例に係る試料１８〜試料３２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。
【００５８】
以上説明した実施形態によれば、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、この蒸気タービンの鋳造用Ｎｉ基合金を用いて作製された蒸気タービンの鋳造部品を提供することが可能となる。
【００５９】
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。