[发明专利]镍基超级合金

说明书

本发明涉及镍基超级合金，其可以用于涡轮部件，特别是用于具有定向凝固（DS）或单晶结构（SX）的燃气涡轮部件。

镍基超级合金往往用于在热和腐蚀环境中运行的部件，比如暴露于驱动该涡轮的热的和腐蚀性燃烧气体的燃气涡轮的叶片和导向叶片(vane)。在这样的环境中，需要在高温下的高强度和强抗化学腐蚀能力。

虽然根据目前的工艺水平，例如根据EP 0 325 760 Al、EP 1 914 327 Al、US2003／0041930 Al、US2005／0194068 Al、JP10-317080 A和这些文献中引用的文献，在高温下具有高强度和强抗化学腐蚀能力的镍基超级合金是已知的，但是由这些材料制成的部件仍然需要像所谓的MCrAlY涂层的防蚀层来保护，其中M代表铁（Fe）钴（Co）或镍（Ni），Cr代表铬，Al代表铝，Y代表活性元素，尤其是钇（Y）。 然而，硅（Si）和/或至少一种稀土元素或铪（Hf）可用作除钇之外的活性元素或用作钇的替代物。此外，还经常把热障涂层施用到防蚀层上，以降低该涂层和下面的镍基超级合金承受的温度。

存在提高燃烧气体温度即涡轮入口的进气温度的趋势，这与提高涡涡轮效率的目标有关，该效率反过来取决于涡轮入口的进气温度。因此，需要改进涡轮部件的所有部分，即部件的超级合金和防蚀层以及热障涂层，以使得部件能在更高的温度下运行。

此外，还期望不涂覆涡轮叶片或导向叶片的特定区域，特别是叶片或导向叶片通过其固定到转子或机壳上的叶片固定部分。然而，这意味着超级合金本身的耐腐蚀性需要足够高。

本发明涉及镍基超级合金的改进。

本发明的一个目的是提供具有高耐腐蚀性和高抗蠕变强度的镍基超级合金。本发明另一个目的是提供具有高耐腐蚀性和高抗蠕变强度的涡轮部件，特别是涡轮叶片或导向叶片。

通过权利要求1中请求保护的镍基超级合金以及权利要求书5中请求保护的涡轮部件达到了这些目的。从属权利要求包含本发明的进一步地改进。

本发明的镍基超级合金包含（以wt%计）： 

碳（C）： ≤0.1 

硅（Si）： ≤0.2

锰（Mn）： ≤0.2

磷（P）： ≤0.005

硫（S）： ≤0.0015

铝（Al）： 4.0-5.5

硼（B）： ≤0.03 

钴（Co）： 5.0-9.0

铬（Cr）： 18.0-22.0

铜(Cu) ： ≤0.1

铁（Fe）： ≤0.5

铪（Hf）： 0.9-1.3

镁（Mg）： ≤0.002

钼（Mo）≤0.5

氮（N）： ≤0.0015

铌（Nb）： ≤0.01

氧（0）： ≤0.0015

钽（Ta）： 4.8-5.2

钛（Ti）： 0.8-2.0

钨（W）： 1.8-2.5

锆（Zr）： ≤0.01

镍（Ni）： 余量

和不可避免的杂质。

尤其是，本发明的镍基超级合金可以包含（wt%）： 

C： 0.03-0.07

Si： ≤0.2

Mn： ≤0.2

P： ≤0.005

S： ≤0.0015

Al： 4.2-4.4

B： ≤0.01

Co： 7.8-8.5

Cr： 18.2-19.2

Cu： ≤0.1

Fe： ≤0.5

Hf： 1.0-1.2

Mg： ≤0.002

Mo： ≤0.5

N： ≤0.0015

Nb： ≤0.01

O： ≤0.0015 

Ta： 4.9-5.1

Ti： 1.1-1.3

W： 2.0-2.4

Zr： 0.003-0.007

Ni： 余量

和不可避免的杂质。 

尽管本发明的镍基超级合金在上述给出的所有组成中均显示高耐腐蚀性和抗蠕变强度，但是根据第一和第二变体的组成显示特别好的耐腐蚀性和抗蠕变强度结果。

本发明的涡轮部件（其可以特别是为燃气涡轮叶片或导向叶片）由本发明的镍基超级合金制成。如果涡轮部件是燃气涡轮部件，则优选其具有定向凝固结构（DS结构）或单晶结构（SX结构），这是有利的。