[发明专利]环轧用材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将通过轧制成形的在高温环境下使用的环轧用材料(material for ring rolling)的制造方法。

背景技术

燃气轮机是使用诸如耐热钢制部件、超耐热合金制部件等的大量部件的装置的例子。在燃气轮机中，多个环状的涡轮盘的外周部均配置有翼状的叶片，从而使流体的轴向流动(即，沿转动轴的轴线方向的流动)转换为转动运动，以产生动力。

从燃气轮机的前方吸入空气，然后通过位于燃气轮机下游的多段轴流压缩部压缩空气。此外，在位于燃气轮机的更下游的燃烧器内燃烧包括压缩空气和燃料的混合物的气体，以产生高温高压的燃烧气体。该燃烧气体在沿各涡轮盘的外周部的流路轴向流动时与安装于各涡轮盘的叶片碰撞，从而将该轴向运动转换为转动运动，使得各涡轮盘以高速转动。由该转动产生的驱动力经由转动轴使前段的涡轮盘转动，从而进一步压缩空气，以便提供涡轮盘的连续转动。

近年来，出于节能的观点，提高燃气轮机的效率是重要的技术需求。但是，将被处理的燃烧气体的最高温度会随着效率的提高而升高，因此，燃气轮机必须能够在更高的温度下运行。另一方面，燃气轮机中的涡轮盘和叶片在高速转动的情况下使用，因此，存在如下问题：涡轮盘和叶片在燃气轮机运行期间受到归因于离心力而施加的高的载荷。另外，涡轮盘和叶片暴露于600℃或更高的高温气体，并且它们在高温气体的流路附近的位置处使用。因此，对于涡轮盘和叶片来说在高温环境下具有高的强度是不可或缺的。此外，如果在燃气轮机的运行的启动和停止间歇地发生的运行模式下使用涡轮盘和叶片，则涡轮盘和叶片的部件会受到反复施加的载荷，结果，在升高部件的温度阶段和冷却部件的阶段产生的热应力也反复地作用于涡轮盘和叶片的部件。

因此，对燃气轮机来说重要的是，使燃气轮机由具有足够对抗上述反复施加的载荷和热应力的高强度的部件构成。

另外，存在为了提高燃气轮机的效率而增大诸如涡轮盘和叶片等的转动体尺寸的倾向，因此，需要由能够抵抗高离心力的诸如耐热钢、超耐热合金等的高品质材料形成的环件。为了适应上述要求，在燃气轮机的内部，以奥氏体类耐热钢、铁素体类耐热钢和718合金为典型代表的Ni基超耐热合金主要用作具有抵抗高温环境的高强度的耐热钢。

在上述合金中，已知在高温下具有特别优异的强度的Ni基超耐热合金(例如，718合金)中，能够通过使其材料的金属结晶结构微细化来提高合金的疲劳强度。另外，已经提出了用于使材料内部的粒子尺寸减小的方法的各种技术。例如，如专利文献1记载的，已知为了使结晶结构微细化，抑制晶粒的粗大化的使粒子析出的方法等是有利的。

另外，如专利文献2记载的，提出如下方法：在该方法中，材料在热加工期间扭曲以便促进粒子微细化现象，从而能够获得微细粒。关于将在高温环境下使用的环件的制造方法，因为Ni基超耐热合金主要包括稀有金属，所以Ni基超耐热合金比普通的钢材贵。因此，通常使用近净成形锻造(near-net-shape forging)，其中将具有与最终形状接近的近净成形材料用作待切削的材料，并且进一步切削使得切削期间产生的切屑量减小，结果，能够降低制造成本。

对于近净成形锻造，一般使用热锻造。作为上述生产工序的例子，使用热锻造加工，其中对圆柱状的坯料施加顶锻(upset forging)以将其成形为圆盘状，对已成形为圆盘状的圆柱状的坯料的中心部穿孔，对已穿孔的圆柱状的坯料施加环轧以将其成形为具有预定直径的环件，最后，通过使用模具将环件成形为具有期望的截面形状。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭61-238936号公报

专利文献2：日本特开平7-138719号公报

专利文献3：日本特开2011-56548号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在使用上述热锻造工序的环轧中，归因于生产条件的热而可能会产生异常高的温度，结果，这可能会导致产品品质的下降。具体地，在使用诸如718合金等的Ni基超耐热合金的情况下，如果温度超过1050℃，则抑制结晶粒子生长的粒子会溶解在固体的基材中。结果，使结晶粒子的生长活跃化，可能会产生包括粗粒的结构。因此，对生产环件极其重要的技术要求是，在环轧期间Ni基超耐热合金的任何位置都不会归因于发热而产生异常高的温度。