(57)【要約】【課題】  耐脆化性のＮｉＣｒＭｏＶ合金を提供する。【解決手段】ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、約０．０６重量％以上のマンガン、約３．４０重量％以上のニッケル、約０．２２〜０．３０重量％の炭素、約０．６０重量％以下のモリブデン、約０．１５重量％以下のバナジウム、約２．００重量％以下のクロム、約０．０１２重量％以下のリン、約０．００７重量％以下の硫黄、約０．１０重量％以下のケイ素、約０．００２重量％以下のアンチモン、約０．００８重量％以下のヒ素、約０．０１２重量％以下のスズ及び約０．０１５重量％以下のアルミニウムを含み、及び／又は７００°Ｆ超の温度で耐脆化性である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
、約０．０６〜０．１２重量％のマンガン、約３．４０重量％以上のニッケル、約０．２４〜０．３０重量％の炭素、約０．６０重量％以下のモリブデン、約０．１５重量％以下のバナジウム、約２．００重量％以下のクロム、約０．０１２重量％以下のリン、約０．００７重量％以下の硫黄、約０．１０重量％以下のケイ素、約０．００２重量％以下のアンチモン、約０．００８重量％以下のヒ素、約０．０１２重量％以下のスズ及び約０．０１５重量％以下のアルミニウムを含むＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項２】
残部の鉄及び不可避不純物をさらに含む、請求項１記載のＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項３】
リンが約０．００７重量％以上の濃度で存在するか、硫黄が約０．００６重量％以上の濃度で存在するか、ケイ素が約０．０５重量％以上の濃度で存在するか、或いはこれらの組合せである、請求項１記載のＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項４】
リンが約０．００７重量％以上の濃度で存在する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項５】
硫黄が約０．００６重量％以上の濃度で存在する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項６】
ケイ素が約０．０５重量％以上の濃度で存在する、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項７】
マンガンが約０．０６重量％以上の濃度で存在する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項８】
モリブデンが約０．３５重量％以上の濃度で存在する、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項９】
バナジウムが約０．０５重量％以上の濃度で存在する、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項１０】
クロムが約１．５０重量％以上の濃度で存在する、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項１１】
ニッケルが約４．００重量％以下のニッケルの濃度で存在する、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載のＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項１２】
７００°Ｆ超の温度で耐脆化性である、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載のＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項１３】
７２５°Ｆ超の温度で耐脆化性である、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項記載のＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項１４】
約７５０°Ｆの温度で耐脆化性である、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項記載のＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項１５】
酸素が約０．００７５重量％以下の濃度で存在する、請求項１乃至請求項１４のいずれか１項記載のＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項記載の合金を含むタービン部品。
【請求項１７】
蒸気タービンである、請求項１６記載のタービン部品。
【請求項１８】
低圧ロータである、請求項１７記載のタービン部品。
【請求項１９】
約０．０６〜０．１２重量％のマンガン、約３．４０重量％以上のニッケル、約０．２２〜０．３０重量％の炭素、約０．６０重量％以下のモリブデン、約０．１５重量％以下のバナジウム、約２．００重量％以下のクロム、約０．０１２重量％以下のリン、約０．００７重量％以下の硫黄、約０．１０重量％以下のケイ素、約０．００２重量％以下のアンチモン、約０．００８重量％以下のヒ素、約０．０１２重量％以下のスズ及び約０．０１５重量％以下のアルミニウムを含むＮｉＣｒＭｏＶ合金であって、リンが約０．００７重量％以上の濃度で存在するか、硫黄が約０．００６重量％以上の濃度で存在するか、ケイ素が約０．０５重量％以上の濃度で存在するか、或いはこれらの組合せである、ＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【請求項２０】
ニッケルと、クロムと、モリブデンと、バナジウムと、マンガンとを含むＮｉＣｒＭｏＶ合金であって、マンガンが約０．０６重量％以上の濃度であり、ＮｉＣｒＭｏＶ合金が７００°Ｆ超の温度で耐脆化性である、ＮｉＣｒＭｏＶ合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合金及び合金を含む部品に関する。具体的には、本発明は、ニッケル−クロム−モリブデン−バナジウム（ＮｉＣｒＭｏＶ）合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、蒸気タービンプラントは、高圧蒸気タービン、中圧蒸気タービン及び低圧蒸気タービンを含むことがある。各蒸気タービンは、その特定のタービンについての運転条件、圧力、温度、流速などに耐える適切な材料で形成される。各タービンは、ロータ及びケーシングジャケットを含むことがある。ロータは、動翼を含む回転可能に装着されたタービンシャフトを含む。加熱・加圧蒸気がケーシングジャケットとロータの間の流れ空間を流れると、蒸気からエネルギーがロータへと移動してタービンシャフトが回転し始める。
【０００３】
近年、容量増大及び効率向上を目指した蒸気タービンプラント設計で設計されたものには、作動温度の高い及び／又は運転期間の長い蒸気タービンが含まれる。例えば、低圧蒸気タービンは、６００°Ｆを超える温度で長期間運転される低圧ロータ鍛造物を含むことができる。従来の製鋼法で形成され、６００°Ｆ超の温度で使用されるＮｉＣｒＭｏＶ合金では、不都合なことに特殊な冷却が必要とされ、さもなければ延性−脆性遷移温度の望ましくない上昇を招く。
【０００４】
このような高温で取り扱うことのできるＮｉＣｒＭｏＶ合金には、有害不純物の含有量を低減する（例えば約０．０６％未満のマンガン濃度、約０．００５％未満のリン濃度）ための大がかりな製鋼法が必要とされる。こうした合金はスーパークリーンと呼ばれる。こうしたスーパークリーン合金は、製造コストの増大を招くおそれがあり、従来の製鋼法での製造は不可能である。
【０００５】
上述の短所の１以上が解消された合金並びに合金を含むタービン部品があれば、当技術分野で望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７６６２２４６号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
例示的な実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、約０．０６〜０．１２重量％のマンガン、約３．４０重量％以上のニッケル、約０．２４〜０．３０重量％の炭素、約０．６０重量％以下のモリブデン、約０．１５重量％以下のバナジウム、約２．００重量％以下のクロム、約０．０１２重量％以下のリン、約０．００７重量％以下の硫黄、約０．１０重量％以下のケイ素、約０．００２重量％以下のアンチモン、約０．００８重量％以下のヒ素、約０．０１２重量％以下のスズ及び約０．０１５重量％以下のアルミニウムを含む。
【０００８】
例示的な実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、約０．０６〜０．１２重量％のマンガン、約３．４０重量％以上のニッケル、約０．２２〜０．３０重量％の炭素、約０．６０重量％以下のモリブデン、約０．１５重量％以下のバナジウム、約２．００重量％以下のクロム、約０．０１２重量％以下のリン、約０．００７重量％以下の硫黄、約０．１０重量％以下のケイ素、約０．００２重量％以下のアンチモン、約０．００８重量％以下のヒ素、約０．０１２重量％以下のスズ及び約０．０１５重量％以下のアルミニウムを含む。リンが約０．００７重量％以上の濃度で存在するか、硫黄が約０．００６重量％以上の濃度で存在するか、ケイ素が約０．０５重量％以上の濃度で存在するか、或いはこれらの組合せである。
【０００９】
他の例示的な実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、ニッケル、クロム、モリブデン、バナジウム及びマンガンを含み、マンガンは約０．０６重量％以上の濃度である。ＮｉＣｒＭｏＶ合金は７００°Ｆ超の温度で耐脆化性である。
【００１０】
本発明の他の特徴及び利点は、好ましい実施形態、一例として、本発明の原理の以下のより詳細な説明から明らかであろう。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
例示的なＮｉＣｒＭｏＶ合金及びタービン部品を提供する。本開示の実施形態は、耐脆化性を増大させ、高温（例えば６００°Ｆ超、特に７００°Ｆ以上）でのＮｉＣｒＭｏＶ合金の使用を可能にし、非スーパークリーンＮｉＣｒＭｏＶ合金の作動範囲を６００°Ｆ超に拡大し、特殊な冷却条件を必要とせずにスーパークリーン合金でないＮｉＣｒＭｏＶ合金の製造／加工を可能にし、延性−脆性遷移温度の上昇を従来の同等の合金でみられるものの６０％に抑制し、製造／加工コストを削減（例えば約２５％）し、タービンシステムの運転効率を増大させ、或いはこれらの組合せをもたらす。
【００１２】
ＮｉＣｒＭｏＶ合金は適切な部品の一部又は全部である。一実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、例えば発電システム、例えば蒸気タービン及び／又は蒸気タービンシステム、ガスタービン及び／又はガスタービンシステム、その他任意の適切なシステムのタービン部品をなす。一実施形態では、タービン部品は、蒸気タービンシステムの蒸気タービンの低圧ロータである。
【００１３】
ＮｉＣｒＭｏＶ合金及び／又はタービン部品は、適切な任意の製造プロセスで形成される。一実施形態では、製造プロセスは従来の製鋼法であり、及び／又はスーパークリーンプロセスではない。スーパークリーンプロセスは、鋼鉄を精錬して、マンガン、硫黄及び／又はリンなどの不純物を除去するのに格段に長い時間を要する。
【００１４】
一実施形態では、タービン部品はＮｉＣｒＭｏＶ合金を含んでおり、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、約０．０６〜０．１２重量％のマンガン、約３．４０重量％以上のニッケル、約０．２４〜０．３０重量％の炭素、約０．６０重量％以下のモリブデン、約０．１５重量％以下のバナジウム、約２．００重量％以下のクロム、約０．０１２重量％以下のリン、約０．００７重量％以下の硫黄、約０．１０重量％以下のケイ素、約０．００２重量％以下のアンチモン、約０．００８重量％以下のヒ素、約０．０１２重量％以下のスズ及び約０．０１５重量％以下のアルミニウムの組成を有する。一実施形態では、リンが約０．００７重量％以上の濃度で存在するか、硫黄が約０．００６重量％以上の濃度で存在するか、ケイ素が約０．０５重量％以上の濃度で存在するか、或いはこれらの組合せである。さらなる実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、残部の鉄及び不可避不純物を含む。
【００１５】
追加的又は代替的に、一実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は約０．０６重量％以上のマンガンを含み、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、例えば約７００〜７５０°Ｆ、約７００〜７２５°Ｆ、約７２５〜７５０°Ｆ、約７００°Ｆ超、約７２５°Ｆ超、約７００°Ｆ、約７２５°Ｆ、約７５０°Ｆ、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の温度で、耐脆化性である。
【００１６】
一実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金におけるマンガン量を限定して、ＮｉＣｒＭｏＶ合金を耐脆化性にするとともに、有害な硫黄不純物と結合するのに十分なマンガンを保持する。適切なマンガン量は、約０．０６〜０．０９重量％、約０．０９〜約０．１２重量％、約０．０８〜約０．１０重量％、約０．０６重量％、約０．０８重量％、約０．１０重量％、約０．１２重量％、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲である。
【００１７】
一実施形態では、リンは、ＮｉＣｒＭｏＶ合金に、約０．０１０〜約０．０１２重量％、約０．００７〜約０．０１０重量％、約０．００８〜約０．０１１重量％、約０．００７重量％、約０．００８重量％、約０．００９重量％、約０．０１０重量％、約０．０１１重量％、約０．０１２重量％、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の濃度で存在する。
【００１８】
一実施形態では、硫黄は、ＮｉＣｒＭｏＶ合金に、約０．００６重量％、約０．００７重量％、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の濃度で存在する。
【００１９】
一実施形態では、ケイ素は、ＮｉＣｒＭｏＶ合金に、約０．０５〜約０．０８重量％、約０．０８〜約０．１０重量％、約０．０７〜約０．０８重量％、約０．０５重量％、約０．０７重量％、約０．０８重量％、約０．１０重量％、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の濃度で存在する。
【００２０】
一実施形態では、炭素は、ＮｉＣｒＭｏＶ合金に、約０．２２〜約０．３０重量％、約０．２４〜約０．２６重量％、約０．２２〜約０．２６重量％、約０．２２〜約０．２４重量％、約０．２４〜約０．２６重量％、約０．２６〜約０．３０重量％、約０．２８〜約０．３０重量％、約０．３０重量％以下、約０．２２重量％、約０．２４重量％、約０．２６重量％、約０．２８重量％、約０．３０重量％、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の濃度で存在する。
【００２１】
一実施形態では、モリブデンは、ＮｉＣｒＭｏＶ合金に、約０．３５〜約０．５０重量％、約０．３５〜約０．４０重量％、約０．４５〜約０．５０重量％、約０．４５〜約０．６０重量％、約０．５０〜約０．６０重量％、約０．５５〜約０．６０重量％、約０．３５重量％、約０．４０重量％、約０．４５重量％、約０．５０重量％、約０．５５重量％、約０．６０重量％、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の濃度で存在する。
【００２２】
一実施形態では、バナジウムは、ＮｉＣｒＭｏＶ合金に、約０．１０〜約０．１５重量％、約０．０５〜約０．１０重量％、約０．０９〜約０．１３重量％、約０．１０〜約０．１２重量％、約０．０５重量％、約０．０７重量％、約０．０８重量％、約０．０９重量％、約０．１０重量％、約０．１１重量％、約０．１２重量％、約０．１３重量％、約０．１４重量％、約０．１５重量％、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の濃度で存在する。
【００２３】
一実施形態では、クロムは、ＮｉＣｒＭｏＶ合金に、約１．７０〜約２．００重量％、約１．５０〜約１．８０重量％、約１．８０〜約２．００重量％、約１．７０〜約１．８０重量％、約１．５０〜約１．７０重量％、約１．５０〜約１．６０重量％、約１．５０重量％、約１．７０重量％、約１．８０重量％、約２．００重量％、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の濃度で存在する。
【００２４】
一実施形態では、ニッケルは、ＮｉＣｒＭｏＶ合金に、約３．４０〜約３．８０重量％、約３．４０〜約３．７０重量％、約３．４０〜約３．６０重量％、約３．７０〜約４．００重量％、約３．８０〜約４．００重量％、約３．９０〜約４．００重量％、約３．７０〜約３．８０重量％、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の濃度で存在する。
【００２５】
一実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、約０．０１２重量％以下、約０．０１０重量％以下、約０．００５重量％以下、約０．００１〜約０．０１２重量％、約０．００８〜約０．０１２重量％、約０．００１〜約０．０１０重量％、約０．００８〜約０．０１０重量％、約０．００１重量％、約０．００５重量％、約０．０１０重量％、約０．０１２重量％、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の濃度のスズを含む。
【００２６】
一実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、約０．０１５重量％以下、約０．０１０重量％以下、約０．００５重量％以下、約０．００１〜約０．０１５重量％、約０．００８〜約０．０１５重量％、約０．０１２〜約０．０１５重量％、約０．００１〜約０．０１０重量％、約０．００８〜約０．０１０重量％、約０．００１重量％、約０．００５重量％、約０．０１０重量％、約０．０１５重量％、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の濃度のアルミニウムを含む。
【００２７】
一実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、約０．００２重量％以下、約０．００１重量％以下、約０．００２重量％、約０．００１重量％、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の濃度のアンチモンを含む。
【００２８】
一実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、約０．００８重量％以下、約０．００６重量％以下、約０．００４重量％以下、約０．００２重量％以下、約０．００１〜約０．００８重量％、約０．００３〜約０．００８重量％、約０．００５〜約０．００８重量％、約０．００７〜約０．００８重量％、約０．００３〜約０．００６重量％、約０．００２〜約０．００７重量％、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の濃度のヒ素を含む。
【００２９】
一実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、酸素を、溶解酸素として又は酸化物中に、約０．００７５重量％以下、約０．００５０重量％以下、約０．００３０重量％以下、約０．００１０重量％以下、約０．００１０〜約０．００７５重量％、約０．００３０〜約０．００７５重量％、約０．００１０〜約０．００３０重量％、約０．００１０重量％、約０．００３０重量％、約０．００７５重量％、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の濃度で含む。
【００３０】
一実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、特定の不純物及び／又は微量元素を実質的に含まない。例えば、一実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、タングステン、コバルト及び／又はニオブを実質的に又は全く含まない。或いは、一実施形態では、ＮｉＣｒＭｏＶ合金は、痕跡量以上のタングステン、コバルト及び／又はニオブを含む。
【００３１】
本発明を、好ましい実施形態を参照して説明してきたが、当業者は、様々な変更を行うことができ、本発明の範囲から逸脱することなく、均等物をその要素と置き換えることができることを理解されよう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合するように多くの改変を行うことができる。したがって、本発明を、本発明を実施するために企図された最良の形態として開示された特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲内に包含されるすべての実施形態を含むものとする。