特許 6238276 蒸気タービン用部材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6238276

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】蒸気タービン用部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22F 1/10 20060101AFI20171120BHJP

   C22C 19/05 20060101ALI20171120BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20171120BHJP

   F01D 25/24 20060101ALI20171120BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20171120BHJP

【ＦＩ】

   C22F1/10 H

   C22C19/05 C

   F01D25/00 L

   F01D25/00 X

   F01D25/24 N

   F01D25/24 R

   !C22F1/00 602

   !C22F1/00 611

   !C22F1/00 630A

   !C22F1/00 651B

   !C22F1/00 691B

   !C22F1/00 691C

   !C22F1/00 692A

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-55193(P2013-55193)

(22)【出願日】2013年3月18日

(65)【公開番号】特開2014-181365(P2014-181365A)

(43)【公開日】2014年9月29日

【審査請求日】2016年1月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(72)【発明者】

【氏名】平川 裕一

(72)【発明者】

【氏名】角屋 好邦

(72)【発明者】

【氏名】西本 慎

(72)【発明者】

【氏名】田中 良典

(72)【発明者】

【氏名】山本 隆一

【審査官】 蛭田 敦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０５２３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１０６００６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１９７８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 藤山一成，発電プラントに使用される鉄鋼材料に求められる特性，まてりあ，日本，２０００年１１月２０日，Vol.39 No.11，Page.873-877

【文献】 小林信一、外５名，Ni-Co基鍛造合金TMW-4M3の時効処理，日本金属学会 ２０１３年春期大会講演概要，日本，２０１３年 ３月１３日，Page.358

【文献】 西本慎、外５名，A-USC向け材料の開発 ロータ材(LTES700R)、ケーシング材(Alloy617)，ターボ機械，日本，２０１３年 １月１０日，Vol.41 No.1，Page.18-23

【文献】 西本慎、外４名，A-USC向け材料の開発 ロータ材(LTES700R)、ケーシング材(Alloy617)，ターボ機械，日本，２０１３年 １月１０日，Vol.41 No.1，Page.18-23

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ １９／００ 〜 １９／０５

Ｃ２２Ｆ １／００ 〜 １／１８

Ｆ０１Ｄ ２５／００ 〜 ２５／３６

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ａｌ及びＴｉを含有するNｉ基合金からなり、蒸気タービン用部材となる鋳造成形品を鋳造する鋳造工程と、
前記鋳造工程中又は該鋳造工程後に、前記鋳造成形品のうち前記蒸気タービン用部材として他の部材と連結される連結部に、前記鋳造成形品の他の部位よりもＡｌ及びＴｉの含有量が多くなるようにする処理工程と、
前記鋳造工程後で且つ前記処理工程後に、前記連結部に、局部的に時効処理を施す時効処理工程と、
を備え、
前記処理工程では、第一処理工程と第二処理工程と第三処理工程とのうち、一の工程を実行し、
前記第一処理工程は、前記鋳造工程中に実行し、前記第一処理工程では、前記鋳造工程中に用いる溶湯のうち、前記連結部となる部分に用いる溶湯のＡｌ及びＴｉの含有量を、前記他の部位となる部分に用いる溶湯のＡｌ及びＴｉの含有量より多くする、
前記第二処理工程は、前記鋳造工程後に実行し、前記第二処理工程では、前記連結部となる部分を肉盛溶接によって形成し、前記肉盛溶接で得られるビードのＡｌ及びＴｉの含有量を、前記他の部分のＡｌ及びＴｉの含有量より多くする、
第三処理工程は、前記鋳造工程後に実行し、前記第三処理工程では、前記連結部となる部分をＮｉ基合金をクラッドして、前記連結部を形成し、前記連結部となる部分のＮｉ基合金のＡｌ及びＴｉの含有量を、前記他の部分のＡｌ及びＴｉの含有量より多くする、
ことを特徴とする蒸気タービン用部材の製造方法。

【請求項2】

前記時効処理は、７２５℃以上８２５℃以下で行われることを特徴とする請求項1に記載の蒸気タービン用部材の製造方法。

【請求項3】

前記連結部は、
Ｃを０．０２ｍａｓｓ％以上０．０９ｍａｓｓ％以下、Ｓｉを０．６ｍａｓｓ％以下、Ｃｒを２０．０ｍａｓｓ％以上２４．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｏを８．０ｍａｓｓ％以上１０．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｏを１０．０ｍａｓｓ％以上１５．０ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．８ｍａｓｓ％以上１．５ｍａｓｓ％以下、Ｔｉを０．１ｍａｓｓ％以上０．６ｍａｓｓ％以下含有するＮｉ基合金からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蒸気タービン用部材の製造方法。

【請求項4】

前記連結部は、
Ｃを０．０２ｍａｓｓ％以上０．０９ｍａｓｓ％以下、Ｓｉを１．００ｍａｓｓ％以下、Ｃｒを２０．０ｍａｓｓ％以上２３．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｏを８．０ｍａｓｓ％以上１０．０ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．４０ｍａｓｓ％以下、Ｔｉを０．４０ｍａｓｓ％以下、ＮｂとＴａを合計で３．１５ｍａｓｓ％以上４．１５ｍａｓｓ％以下含有するＮｉ基合金からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蒸気タービン用部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸気タービン用部材の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

蒸気タービンの発電効率を向上させるためには、蒸気温度を上昇させることが必要であり、従来、蒸気温度が６００℃級では高Ｃｒフェライト系耐熱鋼が使用されてきた。例えば、蒸気タービンの内車室や弁体などの大型ケーシング部材（蒸気タービン用部材）としては、高Ｃｒフェライト系耐熱鋼の鋳造部材が利用されてきた。

【0003】

しかしながら、さらに蒸気タービンの発電効率を高めるために、蒸気温度を７００℃級にする場合、上述の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼は、高温強度や耐酸化性などにおいて性能が不十分とされ、使用することができない。そこで、Ｎｉを主成分とするＮｉ基耐熱合金（Ｎｉ基合金）を蒸気タービン用部材に適用することが考えられている。

【0004】

Ｎｉ基耐熱合金においては、一般的に、Ａｌ又はＴｉを含有させて、γ’相と称されるＮｉ_３（Ａｌ、Ｔｉ）の金属間化合物を析出させて強度を向上させているが、鋳造時において溶解中にＡｌやＴｉが酸化しやすく、蒸気タービン用部材のような大型の厚肉部材では鋳造欠陥が生じ易いといった問題があった。

【0005】

そこで、例えば特許文献１には、Ａｌ及びＴｉを含有せず、ＣやＳｉ等の組成を規定した上で、７００〜１０００℃で熱処理を施すことによって製造されたＮｉ基合金が開示されている。なお、このＮｉ基合金においては、７００〜１０００℃での熱処理は、応力除去のための熱処理とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００６−３２２０２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、蒸気タービン用部材において、他の部材と連結される連結部（フランジ部など）では、例えばボルト締結が行われることから、室温でのボルトの締め付け力を確保するために、高い室温強度が要求されている。このような室温強度が要求される蒸気タービン用部材に、特許文献１に記載のＮｉ基合金を適用することは、強度が不足するため困難である。
したがって、蒸気タービン用部材の製造性を確保した上で、さらに強度を向上させることが求められている。

【0008】

この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、製造性が良好でありながら、他の部材と連結される連結部の強度を確保することが可能な蒸気タービン用部材の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述の課題を解決するために本発明の蒸気タービン用部材の製造方法は、Ａｌ及びＴｉを含有するNｉ基合金からなり、蒸気タービン用部材となる鋳造成形品を鋳造する鋳造工程と、前記鋳造工程中又は該鋳造工程後に、前記鋳造成形品のうち前記蒸気タービン用部材として他の部材と連結される連結部に、前記鋳造成形品の他の部位よりもＡｌ及びＴｉの含有量が多くなるようにする処理工程と、前記鋳造工程後で且つ前記処理工程後に、前記連結部に、局部的に時効処理を施す時効処理工程と、を備え、前記処理工程では、第一処理工程と第二処理工程と第三処理工程とのうち、一の工程を実行し、前記第一処理工程は、前記鋳造工程中に実行し、前記第一処理工程では、前記鋳造工程中に用いる溶湯のうち、前記連結部となる部分に用いる溶湯のＡｌ及びＴｉの含有量を、前記他の部位となる部分に用いる溶湯のＡｌ及びＴｉの含有量より多くする、前記第二処理工程は、前記鋳造工程後に実行し、前記第二処理工程では、前記連結部となる部分を肉盛溶接によって形成し、前記肉盛溶接で得られるビードのＡｌ及びＴｉの含有量を、前記他の部分のＡｌ及びＴｉの含有量より多くする、第三処理工程は、前記鋳造工程後に実行し、前記第三処理工程では、前記連結部となる部分をＮｉ基合金をクラッドして、前記連結部を形成し、前記連結部となる部分のＮｉ基合金のＡｌ及びＴｉの含有量を、前記他の部分のＡｌ及びＴｉの含有量より多くする、ことを特徴とする。

【0010】

本発明の蒸気タービン用部材の製造方法によれば、蒸気タービン用部材の鋳造成形品を製造した後に、他の部材と連結される連結部に局部的に時効処理を施す構成とされているので、室温強度が必要とされる連結部の強度を向上させることができる。また、予め時効処理が施されているので、７００℃級のような高温環境で使用されても長時間使用における強度の変化が少なく、例えばケーシングの開放点検後にボルトを再締付した場合においても室温でのボルトの締め付け力を確保することができる。
さらに、連結部に局部的に時効処理を施す構成とされているので、連結部以外の部位においては、時効処理による室温強度向上と相反して生じる延性や靭性の低下の影響を受けないために、構造部材としての信頼性を確保することが可能となる。
また、このように予め時効処理を施すことによって連結部の強度を向上させることができるので、Ｎｉ基合金のＡｌ及びＴｉ含有量を少なくすることができ、鋳造時における欠陥の発生を抑制し、製造性を確保することができる。
さらに、この場合、蒸気タービン用部材において、連結部のみＡｌ及びＴｉの含有量が多くなるように製造されているので、連結部の強度を他の部位よりも高くすることができる。すなわち、例えばボルトなどによって他の部材と連結される連結部の室温強度を確保することができる。また、連結部以外の部位はＡｌ及びＴｉの含有量が少ないので、鋳造時の製造性を確保することができる。

【0011】

また、前記時効処理は、７２５℃以上８２５℃以下で行われることが好ましい。
この場合、７２５℃以上８２５℃以下で時効処理を行うことから、７００℃級の温度で使用される蒸気タービンの高温強度を確保することができる。例えば、Ｎｉ基合金がＡｌやＴｉを含む際には、上述の温度で時効をすると、Ｎｉ３（Ａｌ、Ｔｉ）に加えてＣｒやＭｏの炭化物を析出させることができる。また、Ｎｉ基合金がＡｌｌｏｙ６２５とされている場合、γ”相やδ相を析出させることができる。これらの析出相は母相の強度の向上に寄与するものであり、Ｎｉ基合金の強度を向上させることができる。

【0013】

また、前記連結部は、Ｃを０．０２ｍａｓｓ％以上０．０９ｍａｓｓ％以下、Ｓｉを０．６ｍａｓｓ％以下、Ｃｒを２０．０ｍａｓｓ％以上２４．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｏを８．０ｍａｓｓ％以上１０．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｏを１０．０ｍａｓｓ％以上１５．０ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．８ｍａｓｓ％以上１．５ｍａｓｓ％以下、Ｔｉを０．１ｍａｓｓ％以上０．６ｍａｓｓ％以下含有するＮｉ基合金からなることが好ましい。

【0014】

また、前記連結部は、Ｃを０．０６ｍａｓｓ％以下、Ｓｉを１．００ｍａｓｓ％以下、Ｃｒを２０．０ｍａｓｓ％以上２３．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｏを８．０ｍａｓｓ％以上１０．０ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．４０ｍａｓｓ％以下、Ｔｉを０．４０ｍａｓｓ％以下、ＮｂとＴａを合計で３．１５ｍａｓｓ％以上４．１５ｍａｓｓ％以下含有するＮｉ基合金からなる構成とされても良い。

【0015】

連結部が上記の範囲に設定されたＮｉ基合金からなる場合、鋳造時における製造性を確保できるとともに、連結部に必要とされる室温強度も十分な強度にすることができる。特に、Ｃ含有量を上記範囲に設定することで、強度と延性のバランスを向上させることができる。なお、蒸気タービン用部材の全領域の組成が上記の範囲に設定されていても良い。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、製造性が良好でありながら、他の部材と連結される連結部の強度を確保することが可能な蒸気タービン用部材の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン用部材の概略説明図である。

【図2】図１の連結部が連結された状態の概略説明図である。

【図3】本発明の第二実施形態に係る蒸気タービン用部材の概略説明図である。

【図4】実施例１における各供試体のビッカース硬さと時効処理条件の関係を示す図である。

【図5】実施例２における各供試体の引張強さとＣ含有量の関係を示す図である。

【図6】実施例２における各供試体の絞りとＣ含有量の関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

（第一実施形態）
以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る蒸気タービン用部材１の概略説明図を示す。この蒸気タービン用部材１は、蒸気タービンの内部車室である。
蒸気タービン用部材１は、内部車室空間を形成する壁部１１と、連結部１２（フランジ部）とを備えている。蒸気タービン用部材１は、７００℃級の蒸気タービンで用いられる部材であり、Ｎｉ基合金で構成されている。
なお、図１においては、連結部１２近傍における蒸気タービン用部材１の拡大図を一例として示している。

【0019】

連結部１２は、図２に示すように、蒸気タービン用部材１同士を対向配置し、ボルト留めなどの締結手段２によって連結される部位である。この連結部１２においては、室温環境において締結手段２での締め付け力を確保するため、高い室温強度が要求される。したがって、本実施形態の蒸気タービン用部材１では、壁部１１よりも連結部１２の方が、室温強度の要求値が高く設定されている。

【0020】

上述のＮｉ基合金においては、Ａｌ、Ｔｉを添加することにより強度が向上することが知られているが、Ａｌ、Ｔｉを添加することによって鋳造性が低下する。そこで、蒸気タービン用部材１を構成するＮｉ基合金のＡｌ、Ｔｉの含有量は低めに設定されている。具体的には、本実施形態において、Ｎｉ基合金におけるＡｌ及びＴｉの含有量は、Ａｌ＋Ｔｉの合計が２．１ｍａｓｓ％以下、Ｔｉの含有量は０．６ｍａｓｓ％以下とされている。Ａｌ及びＴｉの含有量は、より好ましくは、Ａｌ＋Ｔｉの合計が１．７ｍａｓｓ％以下、Ｔｉの含有量は０．５ｍａｓｓ％以下とされている。

【0021】

次に、第一実施形態に係る蒸気タービン用部材の製造方法を説明する。第一実施形態に係る蒸気タービン用部材は、例えば鋳造工程と、時効処理工程とを備えている。以下に、各工程の詳細を説明する。

【0022】

（鋳造工程）
まず、所望の組成のＮｉ基合金の溶湯を溶製する。次いで、成分調整されたＮｉ基合金溶湯を適宜の鋳造法によって鋳造し、所望の形状の鋳造成形品を得る。本実施形態では、この鋳造成形品は、蒸気タービン用部材１となるものであり、Ａｌの含有量が１．５ｍａｓｓ％以下、Ｔｉの含有量が０．６ｍａｓｓ％以下のＮｉ基合金によって構成される。

【0023】

（時効処理工程）
次に、上述のようにして得た鋳造成形品に対して、局部的に時効処理を実施する。本実施形態においては、鋳造成形品のうち連結部１２となる部位にのみ時効処理を実施する。このような局部的な時効処理は、例えば連結部１２となる部位に対して、インダクションヒーターやパネルヒーター等によって加熱をすることで実施できる。ここで、必要に応じて保温材を用いる。
また、時効処理は、例えば壁部１１を補助加熱としてのインダクションヒーターで加熱した上で、連結部１２をパネルヒーター等で加熱しても良い。

【0024】

上述の局部的な時効処理は、加熱温度７２５℃以上８２５℃以下、保持時間３０時間以上２５０時間以下の条件で実施されることが好ましい。
加熱温度のより好ましい温度範囲及び時間の範囲は、７５０℃以上８２５℃以下、５０時間以上１５０時間以下である。また、加熱温度の最も好ましい温度は８００℃、保持時間の最も好ましい時間は、１００時間である。

【0025】

上記の時効処理工程の後に、所定の機械加工及び補修溶接を施すことによって、蒸気タービン用部材１を製造することができる。なお、時効処理工程の前に、加熱温度約１２００℃の溶体化処理を行う。また、保持時間は最大肉厚部の厚みに応じて、中心部が十分所定の温度に達する時間を設定する。溶体化処理後の冷却は、ファン空冷または水冷を行い、好ましくは水冷を行う。

【0026】

以上のような構成とされた本実施形態に係る蒸気タービン用部材１の製造方法によれば、蒸気タービン用部材１の鋳造成形品を製造した後に、他の部材と連結される連結部１２に局部的に時効処理を施す構成とされているので、室温強度が必要とされる連結部１２の強度を向上させることができる。

【0027】

また、予め時効処理が施されているので、蒸気タービン用部材１を高温環境で使用しても連結部１２の長時間使用における強度の変化が少なく、例えば連結部１２がボルト（締結手段２）で締結されている場合に、ケーシングの開放点検後にボルトを再締付した場合においても室温でのボルトの締め付け力を確保することができる。

【0028】

さらに、連結部１２に局部的に時効処理を施す構成とされているので、壁部１１（連結部１２以外の部位）においては、時効処理による室温強度向上と相反して生じる延性や靭性の低下の影響を受けないために、構造部材としての信頼性を確保することが可能となる。
また、このように予め時効処理を施すことによって連結部１２の強度を向上させることができるので、Ｎｉ基合金のＡｌ及びＴｉ含有量を少なくすることができ、鋳造時における欠陥の発生を抑制し、製造性を確保することができる。

【0029】

また、時効処理の好ましい温度条件は、７２５℃以上８２５℃以下とされており、この場合、７００℃級の温度で使用される蒸気タービンの高温強度を確保することができる。また、時効処理の好ましい時間は、３０時間以上２５０時間以下とされているので、確実に時効強度を向上させることができる。
例えば、Ｎｉ基合金としてＡｌｌｏｙ６１７を用いた場合、上述の温度及び時間で時効処理をすると、Ｎｉ_３（Ａｌ、Ｔｉ）に加えてＣｒやＭｏの炭化物を析出させることができる。また、Ｎｉ基合金がＡｌｌｏｙ６２５とされている場合には、γ”相やδ相を析出させることができる。これらの析出相は母相の強度の向上に寄与するものであり、Ｎｉ基合金の強度を向上させることができる。

【0030】

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について、図３を参照して説明する。
第二実施形態に係る蒸気タービン用部材１０１においては、連結部１１２におけるＡｌ及びＴｉの含有量が、壁部１１１のＡｌ及びＴｉの含有量よりも高く設定されている。すなわち、蒸気タービン用部材１０１において、壁部１１１から連結部１１２にかけてＡｌ及びＴｉの含有量が増加する傾斜成分とされているのである。
この連結部１１２においては、壁部１１１と比較して強度が高く設定されている。

【0031】

具体的には、壁部１１１におけるＡｌ及びＴｉの合計の含有量が１．７ｍａｓｓ％以下とされ、連結部におけるＡｌ及びＴｉの合計の含有量が２．１ｍａｓｓ％以下とされていることが好ましい。

【0032】

上述の連結部１１２において、壁部１１１のＡｌ及びＴｉの含有量が高い蒸気タービン用部材１０１の鋳造成形品は、例えば壁部１１１となる部位を鋳造によって成形した後に、連結部１１２となる部位を肉盛溶接によって形成することによって得ることができる。このとき、肉盛溶接に用いられるビードは、壁部１１１を構成するＮｉ基合金よりもＡｌ及びＴｉの含有量が高いＮｉ基合金を用いれば良い。

【0033】

また、蒸気タービン用部材１０１の鋳造成形品は、鋳造中にＡｌ及びＴｉの含有量が高い溶湯を継ぎ足すことによっても得ることができる。
また、成分組成が均一な鋳造成形品を鋳造した後に、連結部１１２を局部的に再溶解しＡｌ及びＴｉの含有量が高い溶湯を継ぎ足す構成とされても良い。
また、成分組成が均一な鋳造成形品を鋳造した後に、連結部１１２となる部位にＡｌ及びＴｉの含有量が高いＮｉ基合金をクラッドして、クラッド構造を形成することによっても蒸気タービン用部材１０１の鋳造成形品を得ることもできる。

【0034】

そして、上述のように得られた鋳造成形品を第一実施形態で説明したように連結部１１２に対して局部的に時効処理を行い、所定の機械加工及び補修溶接を施すことによって第二実施形態に係る蒸気タービン用部材１０１を得ることができる。

【0035】

以上のような構成とされた本発明の第二実施形態に係る蒸気タービン用部材１０１の製造方法によれば、連結部１１２のみＡｌ及びＴｉの含有量が多くなるように製造されているので、連結部１１２の強度を他の部位よりも高くすることができる。また、壁部１１１（連結部１１２以外の部位）ではＡｌ及びＴｉの含有量が少ないので、鋳造時の製造性を確保することができる。そして、第一実施形態で述べたように連結部１１２に対して局部的に時効処理を施すので、連結部１１２の強度をさらに向上させることが可能である。

【0036】

（第三実施形態）
本発明者らは、第一実施形態及び第二実施形態で述べた蒸気タービン用部材の製造方法の効果をより向上させるために、Ｎｉ基合金の成分組成について検討行った結果、連結部を特定の成分組成にすることによって、さらに蒸気タービン用部材の鋳造性と強度を良好に両立できることを見出した。

【0037】

その合金組成は、Ｃを０．０２ｍａｓｓ％以上０．０９ｍａｓｓ％以下、Ｓｉを０．６ｍａｓｓ％以下、Ｍｎを１．００ｍａｓｓ％以下、Ｃｒを２０．０ｍａｓｓ％以上２４．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｏを８．０ｍａｓｓ％以上１０．０ｍａｓｓ％以下、Ｆｅを３．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｏを１０．０ｍａｓｓ％以上１５．０ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．８ｍａｓｓ％以上１．５ｍａｓｓ％以下、Ｔｉを０．１ｍａｓｓ％以上０．６ｍａｓｓ％以下、Ｂを０．００６ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＮｉ及び上記元素以外の不可避的不純物からなるものである。
以下に、第三実施形態における連結部の化学成分組成の限定理由を説明する。なお、以下では、「ｍａｓｓ％」を「％」と記載することがある。

【0038】

「Ｃ：炭素」０．０２ｍａｓｓ％以上０．０９ｍａｓｓ％以下
炭素は、Ｎｉ基合金の強度向上に寄与する元素である。０．０２％未満では炭化物による時効強度上昇の効果が十分に得られず、また、著しく延性が低下するため、０．０２％以上とされている。また、０．０９％を超えると延性が低下するため、０．０９％以下とされている。
Ｃの含有量は、好ましくは０．０３％以上０．０８％以下であり、この場合、強度と延性のバランスが良好である。

【0039】

「Ｓｉ：ケイ素」０．６ｍａｓｓ％以下
Ｓｉは、脱酸材として作用し、鋳造性の向上に有効であるが、ミクロ偏析を生じて延性低下を招くため過剰な添加は避けるべきであり、良好な延性が得られる上限として０．６％以下とした。

【0040】

「Ｍｎ：マンガン」１．００ｍａｓｓ％以下
Ｍｎは、不可避的不純物であり、可能な限り低減することが望ましいが、機械的性質を低下させない範囲として１％以下とした。

【0041】

「Ｃｒ：クロム」２０．０ｍａｓｓ％以上２４．０ｍａｓｓ％以下
Ｃｒは、耐酸化性向上および炭化物生成に不可欠な元素であり、２０％未満では耐酸化性が低下し、２４％を超えると脆化相生成を助長するため２０〜２４％とした。

【0042】

「Ｍｏ：モリブデン」８．０ｍａｓｓ％以上１０．０ｍａｓｓ％以下
Ｍｏは、固溶強化元素として機械的性質向上に有効であり、また炭化物生成により室温における機械的性質を向上させる元素である。８％未満では上記効果が発揮されず、１０％を超えるとミクロ偏析を生じて延性低下を招くため、８〜１０％とした。

【0043】

「Ｆｅ：鉄」３．０ｍａｓｓ％以下
Ｆｅは、不可避的不純物であり、可能な限り低減することが望ましいが、機械的性質を低下させない範囲として３％以下とした。

【0044】

「Ｃｏ：コバルト」１０．０ｍａｓｓ％以上１５．０ｍａｓｓ％以下
Ｃｏは、固溶強化元素として機械的性質向上に有効な元素であり、１０％未満では効果が十分に発揮されず、１５％を超えると脆化相生成を助長するため１０〜１５％とした。

【0045】

「Ａｌ：アルミニウム」０．８ｍａｓｓ％以上１．５ｍａｓｓ％以下
Ａｌはγ’相（Ｎｉ_３Ａｌ）を生成し、析出強化により高温強度を向上させる元素である。０．８％未満では十分な強度を得ることができず、１．５％を超えると酸化物による欠陥を生成し易くなり鋳造性が低下するため、０．８〜１．５％とした。

【0046】

「Ｔｉ：チタン」０．１ｍａｓｓ％以上０．６ｍａｓｓ％以下
Ｔｉはγ’相（Ｎｉ_３（Ａｌ，Ｔｉ））を生成し、析出強化により高温強度を向上させる元素である。０．１％未満では十分な強度を得ることができず、０．６％を超えると酸化物による欠陥を生成して鋳造性が低下するため、０．１〜０．６％とした。

【0047】

「Ｂ：ボロン」０．００６ｍａｓｓ％以下
Ｂは、粒界強化元素として効果的な元素であるが、過剰な添加は溶接性を低下させるため、０．００６％以下とした。

【0048】

上記のような組成の連結部を有する蒸気タービン用部材においては、第一実施形態及び第二実施形態で述べた蒸気タービン用部材の製造方法を適用することで、鋳造時における製造性を確保できるとともに、連結部に必要とされる室温強度を十分な強度にすることができる。上記の組成のＮｉ基合金を７２５〜８２５℃で時効処理を行うと、γ’相に加えて、ＣｒやＭｏの炭化物を析出させ、強度を向上できる。

【0049】

なお、蒸気タービン用部材の全部位の組成が上記の範囲に設定されていても良い。
また、第三実施形態では、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｂの含有量の範囲を規定したが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｂは、上記の範囲に規定されていなくても良い。

【0050】

（第三実施形態の変形例）
本発明者らは、上述の組成だけではなく、下記に記載の組成においても、蒸気タービン用部材の鋳造性と強度を良好に両立できることを見出した。その組成は、Ｃを０．０２ｍａｓｓ％以上０．０９ｍａｓｓ％以下、Ｓｉを１．００ｍａｓｓ％以下、Ｍｎを１．００ｍａｓｓ％以下、Ｃｒを２０．０ｍａｓｓ％以上２３．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｏを８．０ｍａｓｓ％以上１０．０ｍａｓｓ％以下、Ｆｅを５．０ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．４０ｍａｓｓ％以下、Ｔｉを０．４０ｍａｓｓ％以下、ＮｂとＴａを合計で３．１５ｍａｓｓ％以上４．１５ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＮｉ及び上記元素以外の不可避的不純物とされている。
Ｃの含有量、及びＮｂとＴａの合計含有量を限定する理由を以下に示す。

【0051】

「Ｃ：炭素」０．０２ｍａｓｓ％以上０．０９ｍａｓｓ％以下
炭素は、Ｎｉ基合金の強度向上に寄与する元素である。０．０２％未満では炭化物による時効強度上昇の効果が十分に得られず、また、著しく延性が低下するため、０．０２％以上とされている。また、０．０９％を超えると延性が低下するため、０．０９％以下とされている。

【0052】

「Ｎｂ＋Ｔａ：ニオブ＋タンタル」３．１５ｍａｓｓ％以上４．１５ｍａｓｓ％以下
ＮｂとＴａは、γ”相やδ相の析出による室温強度向上に寄与する元素である。ＮｂとＴａの合計の含有量が３．１５ｍａｓｓ％未満では上記効果が発揮されず、４．１５ｍａｓｓ％を超えるとミクロ偏析を生じて延性低下を招くため、３．１５ｍａｓｓ％以上４．１５ｍａｓｓ％以下とした。

【0053】

第三実施形態の変形例で示された組成の連結部を有する蒸気タービン用部材においても、第一実施形態及び第二実施形態で述べた蒸気タービン用部材の製造方法を適用することで、鋳造時における製造性を確保できるとともに、連結部に必要とされる室温強度を十分な強度にすることが可能である。この組成のＮｉ基合金を７２５〜８２５℃で時効処理を施す場合、γ”（Ｎｉ_３Ｎｂ）又はδ相を析出させ、効果的に強度を向上させることができる。
なお、上記組成において、Ｆｅ、Ｍｎは、上記の範囲に設定されていなくても良い。

【0054】

以上、本発明の実施形態に係る蒸気タービン用部材の製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【0055】

上記実施の形態では、一例として蒸気タービン用部材が内部車室である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば弁体など、大型ケーシング部材とされても良い。

【実施例】

【0056】

以下に、本発明の実施例として行った実験結果について説明する。
（実施例１）
まず、表１に示す組成のＮｉ基合金を５０ｋｇ真空溶解により鋳造し、１２００℃×２４時間保持後に水冷して固溶化処理を行った。その後、温度７００℃〜８２５℃、保持時間０時間超〜３００時間の条件で時効処理を行い、Ｎｉ基合金の各供試体を作製した。
このように得られた各供試体に対して、ビッカース硬さ試験を実施した。ビッカース硬さ試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠して実施した。
硬さ試験の結果を図４に示す。

【0057】

【表1】

【0058】

図４に示すように、時効温度７２５℃、７５０℃、８００℃、８２５℃の供試体では、ビッカース硬さ（時効強度）の大きな上昇が確認され、時効時間約１００時間において、ビッカース硬さが最大となった。また、時効温度７００℃のサンプルでは、時効時間１００時間において、わずかなビッカース硬さの上昇が確認された。このように、時効温度７２５〜８２５℃では、時効強度の上昇が確認され、連結部の強度を向上させることができる。
また、これらの供試体は、鋳造時の欠陥が少なく、鋳造性が良好であることを確認した。

【0059】

（実施例２）
表２に示す組成のＮｉ基合金を５０ｋｇ真空溶解により鋳造し、１２００℃×２４時間保持後に水冷して固溶化処理を行った。その後、温度８００℃、保持時間１００時間の条件で時効処理を行い、供試体１〜５を作製した。
このように得られたＮｉ基合金の供試体に対して、引張試験を実施し、引張強さ及び絞りを測定した。引張試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して実施した。

【0060】

【表2】

【0061】

引張試験の結果を図５及び図６に示す。なお、図５においては、縦軸を０．０２％Ｃ材の引張強さで規格化（各供試体の引張強さ／０．０２％Ｃ材の引張強さ）し、横軸をＣｍａｓｓ％として示している。また、図６においては、縦軸を０．０２％Ｃ材の絞りで規格化（各供試体の絞り／０．０２％Ｃ材の絞り）し、横軸をＣｍａｓｓ％として示している。

【0062】

図５に示すように、Ｃ含有量が０．０２％以上では引張強度が単調に増大し、室温引張強度向上の効果が認められた。また、図６に示すように、Ｃ含有量が０．０２％未満では０．０２％Ｃ材よりも絞りが低下し、０．０９％を超えても０．０２％Ｃ材よりも絞りが低下する。すなわち、０．０２〜０．０９％の範囲における絞りが良好であることが確認された。さらに、０．０３〜０．０８％の範囲において絞りの最大値が得られる。

【符号の説明】

【0063】

１、１０１ 蒸気タービン用部材
１２、１１２連結部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】