特許 6241638 時効条件設定方法及びタービン翼の製造方法

(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】6241638

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】時効条件設定方法及びタービン翼の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C21D 9/00 20060101AFI20171127BHJP

   C21D 6/00 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   C21D9/00 N

   C21D6/00 102R

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-183103(P2012-183103)

(22)【出願日】2012年8月22日

(65)【公開番号】特開2014-40631(P2014-40631A)

(43)【公開日】2014年3月6日

【審査請求日】2015年2月24日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(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】栗村 隆之

(72)【発明者】

【氏名】大山 宏治

【審査官】 佐藤 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２１１３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３５９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０９０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０５２６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１９４６２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｄ ９／００− ９／４４， ９／５０

Ｃ２１Ｄ ６／００− ６／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

析出硬化型ステンレス鋼である標準材料に対して時効処理を施すことで、時効条件パラメータと材料強度パラメータとの関係を示すマスターカーブを取得する工程と、
化学成分パラメータが前記標準材料とは異なる析出硬化型ステンレス鋼である対象材料に対して、前記材料強度パラメータの値を示すフィッティングポイントを取得する工程と、
前記マスターカーブの一部が前記フィッティングポイントに対応するように前記マスターカーブを材料強度パラメータの大小方向に移動して修正し、前記対象材料の時効条件パラメータと材料強度パラメータとの関係を近似的に示す修正時効カーブを取得する工程と、
前記修正時効カーブに基づいて前記対象材料の時効条件を設定する工程と、を備え、
前記フィッティングポイントは、前記対象材料に対して所定の条件で時効処理を施し、前記材料強度パラメータを採取することで取得され、
前記化学成分パラメータは、ＣｕとＮｂとＴａの合計含有量であり、
前記標準材料と、前記対象材料とは、同じ成分規格範囲内にある
ことを特徴とする時効条件設定方法。

【請求項2】

析出硬化型ステンレス鋼である標準材料に対して時効処理を施すことで、時効条件パラメータと材料強度パラメータとの関係を示すマスターカーブを取得する工程と、
化学成分パラメータが前記標準材料とは異なる析出硬化型ステンレス鋼である対象材料に対して、前記材料強度パラメータの値を示すフィッティングポイントを取得する工程と、
前記マスターカーブの一部が前記フィッティングポイントに対応するように前記マスターカーブを材料強度パラメータの大小方向に移動して修正し、前記対象材料の時効条件パラメータと材料強度パラメータとの関係を近似的に示す修正時効カーブを取得する工程と、
前記修正時効カーブに基づいて前記対象材料の時効条件を設定する工程と、を備え、
前記フィッティングポイントは、前記化学成分パラメータと、前記材料強度パラメータとの関係を把握し、前記標準材料と前記対象材料との前記化学成分パラメータの差から前記材料強度パラメータを予測することにより取得され、
前記化学成分パラメータは、ＣｕとＮｂとＴａの合計含有量であり、
前記標準材料と、前記対象材料とは、同じ成分規格範囲内にある
ことを特徴とする時効条件設定方法。

【請求項3】

前記材料強度パラメータは、硬さ、引張強さ、耐力の中から選択されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の時効条件設定方法。

【請求項4】

前記時効処理は、前記標準材料及び前記対象材料を鍛造した後に行われることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の時効条件設定方法。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の時効条件設定方法をタービン翼に適用することを特徴するタービン翼の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、対象材料の時効条件設定方法、及びこの時効条件設定方法を適用したタービン翼の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

蒸気タービンの低圧最終段翼の長大化は、熱効率の向上に有効である。タービン翼の長大化に伴って負荷される遠心応力が増大するため、タービン翼には高比強度を有する材料が用いられている。タービン翼の材料として、具体的には析出硬化型ステンレス鋼であるＳＵＳ６３０（１７−４ＰＨ鋼）などが用いられており、この析出硬化型ステンレス鋼は時効処理を施すことにより強度が高くなることを特徴としている。

【0003】

例えば、特許文献１には、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌの成分を調整した析出硬化型ステンレス鋼が開示されている。
また、特許文献２には、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ａｌの成分を調整した析出硬化型ステンレス鋼が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−２２５９１３号公報

【特許文献2】特開２００５−１９４６２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、析出硬化型ステンレス鋼は、化学成分の変動や、時効処理温度及び時間の変動によって強度が大きく変化する。タービン翼においては、製造のロットごとに化学成分が異なるため、同一の熱処理条件で時効処理を施しても必ずしも同一の強度が得られるわけではなく、要求される強度特性を満足できないことがある。したがって、特許文献１及び特許文献２に記載のように時効処理を行ったのみでは、それぞれのタービン翼に対して所望の強度特性を安定して得ることは困難である。

【0006】

また、異なる製造ロットのタービン翼においては、結晶粒径などの金属組織が異なることもあり、このような金属組織によっても時効処理後の強度にばらつきが生じる。
上述したように時効処理によって所望の強度特性を得ることができなかったタービン翼は、再度の熱処理が必要になったり、廃棄になったりして、製造時の歩留まりが悪化する。そのため、化学成分や金属組織が異なる場合においても、所望の特性が得られる時効条件設定方法が要望されている。

【0007】

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、化学成分や金属組織が変動した場合であっても、所望の強度特性を得ることが可能な時効条件設定方法、及びこの時効条件設定方法を適用したタービン翼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】

【0008】

前述の課題を解決するために、本発明の時効条件設定方法は、析出硬化型ステンレス鋼である標準材料に対して時効処理を施すことで、時効条件パラメータと材料強度パラメータとの関係を示すマスターカーブを取得する工程と、化学成分パラメータが前記標準材料とは異なる析出硬化型ステンレス鋼である対象材料に対して、前記材料強度パラメータの値を示すフィッティングポイントを取得する工程と、前記マスターカーブの一部が前記フィッティングポイントに対応するように前記マスターカーブを材料強度パラメータの大小方向に移動して修正し、前記対象材料の時効条件パラメータと材料強度パラメータとの関係を近似的に示す修正時効カーブを取得する工程と、前記修正時効カーブに基づいて前記対象材料の時効条件を設定する工程と、を備え、前記フィッティングポイントは、前記対象材料に対して所定の条件で時効処理を施し、前記材料強度パラメータを採取することで取得され、前記化学成分パラメータは、ＣｕとＮｂとＴａの合計含有量であり、前記標準材料と、前記対象材料とは、同じ成分規格範囲内にあることを特徴としている。

【0009】

本発明の時効条件設定方法によれば、標準材料のマスターカーブと対象材料のフィッティングポイントを取得し、さらにマスターカーブの一部をフィッティングポイントに対応させているので、対象材料の精度の高い修正時効カーブ（時効硬化曲線）を取得することが可能である。そして、この修正時効カーブに基づいて対象材料の時効条件を設定する構成とされているので、標準材料と対象材料との化学成分や金属組織が変動している場合においても、時効処理によって所望の強度特性を得ることができる。
ここで、標準材料とは、マスターカーブを取得するために用いられる特定の化学組成、及び金属組織を有する材料のことを意味しており、対象材料に対して基準となる化学組成、及び金属組織を有するものである。

【0010】

さらに、このような構成にすることによって、精度の高いフィッティングポイントを確実に取得でき、対象材料に対して最適な時効条件を設定することが可能となる。

【0011】

また、前記フィッティングポイントは、前記化学成分パラメータ及び前記金属組織パラメータと、前記材料強度パラメータとの関係を把握し、前記標準材料と前記対象材料との前記化学成分パラメータ及び前記金属組織パラメータの差から前記材料強度パラメータを予測することにより取得される構成とされても良い。
このような構成にすることによって、標準材料と対象材料の化学成分パラメータ及び金属組織パラメータの差からマスターカーブを修正できるので、対象材料の精度の高い修正時効カーブ（時効硬化曲線）を得ることができる。そして、この修正時効カーブに基づいて対象材料の時効条件を設定し、所望の強度特性を得ることができる。

【0012】

また、前記材料強度パラメータは、硬さ、引張強さ、耐力の中から選択される構成としても良い。
このような構成にすることによって、より精度の高い修正時効カーブを容易に取得できるので、時効処理によって所望の強度特性を得ることが可能となる。

【0013】

さらに、前記時効処理は、前記標準材料及び前記対象材料を鍛造した後に行われる構成としても良い。
このような構成にすることによって、鍛造製品が有する金属組織及び形状にし、鍛造製品の強度特性を把握することが可能となり、時効条件設定方法の精度を向上させることができる。

【0014】

本発明のタービン翼の製造方法は、上記の時効条件設定方法をタービン翼に適用することを特徴としている。
タービン翼は、大きな遠心応力が負荷される過酷な環境下で使用されるため、高強度かつ安定した品質のものが求められる。このタービン翼は、製造時のロットごとに化学成分や金属組織が異なることがあり、同一の条件で時効処理を行ったとしても、ロットごとに強度特性にばらつきが生じる。このような場合に、上述の時効条件設定方法を適用してタービン翼を製造することで、安定的に所望の強度特性を得ることが可能となる。したがって、製造時の歩留まりを向上させ、製造コストを低減することができる。

【0015】

また、前記タービン翼は、析出硬化型ステンレス鋼で構成されても良い。
析出硬化型ステンレス鋼は、高強度・高耐食性を有するステンレス鋼である。このような析出硬化型ステンレス鋼でタービン翼を構成することによって、過酷な環境下においても耐えるタービン翼を得ることができる。また、析出硬化型ステンレス鋼は、化学成分や金属組織の変動によって同一の熱処理条件で時効処理を行っても強度が大きく変動するため、本発明の時効条件設定方法を適用することで、所望の強度特性を得ることが可能となる。析出硬化型ステンレス鋼としては、具体的には、Ｃｕ，Ｎｂ、Ｔａを含有するＳＵＳ６３０などが挙げられる。

【0016】

また、前記化学成分パラメータは、ＣｕとＮｂとＴａの合計含有量とされても良い。
ＳＵＳ６３０は、時効処理によってＣｕ−ｒｉｃｈ析出物や炭化物を析出させることで高強度化される合金である。このＳＵＳ６３０では、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔａの合計含有量が変動することで析出物や炭化物の析出量が変わり、時効硬化曲線が大きく変化する。そのため、化学成分パラメータとしてＣｕとＮｂとＴａの合計の含有量を選択することによって、より精度の高い修正時効カーブを取得することが可能となる。そして、この修正時効カーブを基にして時効条件を設定し、所望の特性の強度を得ることができる。

【0017】

また、前記金属組織パラメータは、少なくとも結晶粒度と、残留オーステナイト量のいずれかとされても良い。
ＳＵＳ６３０合金をはじめとする析出硬化型ステンレス鋼で構成されたタービン翼は、製造時のロットごとに結晶粒度や残留オーステナイト量が異なる場合があり、このように金属組織パラメータを設定することによって、精度の高い修正時効カーブを得ることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、化学成分や金属組織が変動した場合であっても、所望の強度特性を得ることが可能な時効条件設定方法、及びこの時効条件設定方法を適用したタービン翼の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第一の実施形態に係るタービン翼の概略説明図である。

【図2】ＳＵＳ６３０を５５０℃で各時間時効した際の時効硬化曲線を示す図である。

【図3】ＳＵＳ６３０を各温度で４時間時効した際の時効硬化曲線を示す図である。

【図4】第一の実施形態に係る時効条件設定方法、及びタービン翼製造方法を説明するためのフロー図である。

【図5】第一の実施形態に係る時効条件設定方法の概略説明図である。

【図6】第二の実施形態に係る時効条件設定方法、及びタービン翼製造方法を説明するためのフロー図である。

【図7】第二の実施形態に係る時効条件設定方法の概略説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（第一の実施形態）
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。
本実施形態に係るタービン翼１は、図１で示すように、長翼１１と、長翼１１の先端部に設けられるシュラウド１２と、長翼１１の中央部に設けられるスタブ１３と、長翼１１の基端部に設けられる翼根１４とを備えている。このタービン翼１は、蒸気タービンの動翼であり、タービンロータ（図示なし）の回転軸の周りに翼根１４が植設されて複数のタービン翼１がタービンロータに設けられるようになっている。タービン翼１に設けられたシュラウド１２及びスタブ１３は、隣り合うもの同士が組み合わされて同心円をなす環状に形成される。例えば、一つのタービンロータには、５０個以上のタービン翼１が配設される。

【0021】

このタービン翼１は、蒸気タービンの動作時において、３０００ｒｐｍ以上の回転速度で用いられるため、大きな遠心応力が負荷されることになる。そのため、例えば、高強度を有する１２Ｃｒ系ステンレス鋼であるＳＵＳ４１０、析出硬化型ステンレス鋼であるＳＵＳ６３０（１７−４ＰＨ）、又は特開２００５−１９４６２６号公報記載の鋼、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金などが用いられており、本実施形態においては、タービン翼１は、析出硬化型ステンレス鋼であるＳＵＳ６３０（１７−４ＰＨ）によって構成されている。

【0022】

ＳＵＳ６３０は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａを含有し、残部がＦｅで構成されるステンレス鋼である。このＳＵＳ６３０は時効硬化型の合金であり、溶体化熱処理後に時効処理を施すことによって、Ｃｕ−ｒｉｃｈ析出物や、炭化物が析出し、高強度化される。

【0023】

図２に、ＳＵＳ６３０を５５０℃で１時間〜１０時間の条件で時効処理を施し、硬さ試験を行った時の時効硬化曲線を示す。図２において、実線は標準材料のＳＵＳ６３０（ＣｕとＮｂとＴａの合計含有量が質量％で３．７７％）の時効硬化曲線、破線は標準材料とは化学成分が異なるＳＵＳ６３０（ＣｕとＮｂとＴａの合計含有量が質量％で３．５２％）の時効硬化曲線を示している。

【0024】

ここで、標準材料とは、その合金の代表的な化学成分及び金属組織を有するもののことであり、本実施形態においては、ＣｕとＮｂとＴａの合計含有量が質量％で３．７７％、結晶粒度が♯６、残留オーステナイト量が５％のＳＵＳ６３０を標準材料としている。
なお、結晶粒度は、例えばＪＩＳ Ｇ ０５５１に準拠して求められる結晶粒の大きさの度合いを示すものである。また、残留オーステナイト量とは、ＳＵＳ６３０をＸ線回折法により定量化して計測される値を示すものである。

【0025】

また、図３に、ＳＵＳ６３０を５２０℃〜６００℃で４時間の条件で時効処理を施し、硬さ試験を行った時の時効硬化曲線を示す。図３において、実線は標準材料のＳＵＳ６３０（ＣｕとＮｂとＴａの合計含有量が質量％で３．７７％）の時効硬化曲線、破線は標準材料とは化学成分が異なるＳＵＳ６３０（ＣｕとＮｂとＴａの合計含有量が質量％で３．５２％）の時効硬化曲線を示している。
ここで、標準材料の時効硬化曲線をマスターカーブと称する（以下同様）。

【0026】

なお、図２及び図３においては、硬さ試験として具体的には、ビッカース硬さ試験を行っており、ビッカース硬さの測定値をビッカース硬さの目標値（要求される硬さ）で除したものを縦軸として図示している。したがって、硬さ（測定）／硬さ（目標値）が１に近い範囲が、時効処理後において要求される硬さの範囲であり、この範囲の一例が、図２及び図３においてドットで示されている。

【0027】

図２に示すように、ＳＵＳ６３０合金は、５５０℃で時効処理を施した場合、時効時間が１時間付近で最高の強度となり、その後強度は低下していく。通常、ＳＵＳ６３０の時効処理は過時効側で行われており、標準材料のＳＵＳ６３０は、Ｚで示す範囲が所望の要求特性を満たす時効条件の範囲である。そして、標準材料よりもＣｕとＮｂとＴａの合計含有量が少ないＳＵＳ６３０は、破線で示されるように、全体的に強度が標準成分のＳＵＳ６３０と比べて低くなっている。このことから、化学成分が異なる場合には、同一の熱処理条件で時効処理を行ったとしても同一の強度が得られないことが分かる。
なお、時効強度が最大となるピーク強度における時効条件ついては、成分規格範囲内程度の範囲では成分が変動してもその時効条件は変わらないようになっている。

【0028】

図３に示すように、ＳＵＳ６３０合金は、時効温度が５４０℃〜６００℃の範囲では、時効温度が増加するにつれて強度が低下し、ＣｕとＮｂとＴａの合計含有量が少ない場合は、強度が低くなることが分かる。
図２及び図３に示すように、５５０℃で４時間の熱処理を行った場合には、標準材料の強度は、要求される強度の範囲となるが、ＣｕとＮｂとＴａの合計含有量が３．５２％のＳＵＳ６３０の強度は、要求される範囲よりも低い強度となる。
なお、このような強度の変動は、化学成分だけでなく、結晶粒度や残留オーステナイトの量によっても変動する。

【0029】

したがって、標準成分のＳＵＳ６３０とは化学成分や金属組織が異なる場合は、標準成分のＳＵＳ６３０と同様の熱処理を行ったとしても同一の強度は得られず、所望の強度特性にできないことがあり、化学成分及び金属組織に応じて最適な時効条件を設定する必要がある。タービン翼１の製造の際には、タービン翼１のロットごとに、化学成分及び金属組織は変動があり、それぞれのロットについて時間と温度の条件を変えて時効処理を行い、硬さを測定して時効硬化曲線を採取した後に、各タービン翼の時効条件を決定して製造することは、時間がかかるとともに製造コストが大きくなる。

【0030】

以下では、標準材料のＳＵＳ６３０のマスターカーブから、標準材料とは化学成分が異なる対象材料の時効硬化曲線を取得し、所望の強度特性が得られる時効条件設定方法、及びタービン翼の製造方法について、図４及び図５を用いて説明する。
第一の実施形態に係るタービン翼の製造方法は、図４に示すように、Ｓ１１〜Ｓ１５の工程で行われる。以下に、その詳細について説明する。

【0031】

（Ｓ１１）
まず、標準材料のＳＵＳ６３０に対して、５５０℃で１時間〜１０時間の条件（時効条件パラメータ）で時効処理を施し、硬さ試験を行い、図５の実線で示すように、標準材料のマスターカーブ２０（時効硬化曲線）を取得する。

【0032】

（Ｓ１２）
次に、化学成分（化学成分パラメータ）及び金属組織（金属組織パラメータ）の少なくともいずれか一方が標準材料とは異なるＳＵＳ６３０（対象材料）に対して、例えば、５５０℃で４時間の条件で時効処理を施し、ビッカース硬さ試験を行い、硬さ（材料強度パラメータ）と時効条件との関係を示すフィッティングポイント（図５において、点Ａで示されている。）を取得する。

【0033】

ここで、化学成分パラメータとは、材料強度に影響を及ぼす因子であり、例えば、Ｃｕの含有量、Ｎｂの含有量、Ｔａの含有量、ＣｕとＮｂとＴａの合計含有量などである。また、金属組織パラメータとは、材料強度に影響を及ぼす因子であり、例えば、結晶粒度や残留オーステナイト量である。

【0034】

（Ｓ１３）
そして、マスターカーブ２０の一部がフィッティングポイントＡに対応するようにスライドして、図５の破線で示すように、対象材料の修正時効カーブ３０（時効硬化曲線）を取得する。
（Ｓ１４）
次に、修正時効カーブ３０を基にして、所望の強度特性を得るための最適な時効条件を決定する。図５において、Ｘで示される時間が最適な時効条件である。なお、図５において、タービン翼１に要求される硬さの範囲の一例が、両矢印で示されている。この要求される硬さの範囲は、タービン翼のサイズや種別に応じて、適宜最適な範囲に設定すれば良い。
（Ｓ１５）
最後に、タービン翼１に対して、Ｓ１４で設定した熱処理条件で時効処理を行う。

【0035】

このようにして、所望の強度特性（硬さ）を有するタービン翼１を得ることができる。なお、Ｓ１において、時効温度が５５０℃の場合についてマスターカーブを取得する場合について説明したが、時効条件は、これに限定されるものではなく、適宜温度を設定すれば良い。また、複数の温度条件についてマスターカーブを取得しても良く、時間を一定にして温度を変化させてマスターカーブを取得しても良い。また、このような場合には、Ｓ１で取得したマスターカーブの条件に合わせて、Ｓ２で行う時効条件を選択すれば良い。

【0036】

本発明の第一の実施形態に係る時効条件設定方法、及びタービン翼の製造方法によれば、標準材料のマスターカーブ２０を取得するとともに、対象材料に時効処理を施し硬さ（材料強度パラメータ）を測定してフィッティングポイントＡを取得し、マスターカーブ２０をフィッティングポイントＡに対応させているので、対象材料の精度の高い修正時効カーブ３０（時効硬化曲線）を取得することが可能である。そして、この修正時効カーブ３０に基づいて対象材料の時効条件を設定する構成とされているので、標準材料と対象材料との化学成分や金属組織が変動している場合においても、時効処理によって所望の強度特性を得ることが可能となる。したがって、要求される強度特性を満足するタービン翼１を確実に得ることができ、製造コストを低減することが可能となる。

【0037】

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態に係る時効条件設定方法、及びタービン翼の製造方法について説明する。
第二の実施形態に係るタービン翼の構成及びタービン翼を構成する材料は、第一の実施形態と同様であるので、同一の構成については同一の符号で記載し、詳細な説明を省略する。

【0038】

第二の実施形態に係る時効条件設定方法、及びタービン翼の製造方法においては、マスターカーブ１２０を取得し、マスターカーブ１２０と、化学成分パラメータ及び金属組織パラメータとの相関を予め把握しておき、例えば、対象材料の化学成分や金属組織からマスターカーブ１２０を修正して、対象材料の修正時効カーブ１３０（時効硬化曲線）を取得する。以下に、その詳細について、図６及び図７を参照して説明する。

【0039】

（Ｓ２１）
まず、標準材料のＳＵＳ６３０に対して、５５０℃で１時間〜１０時間の条件（時効条件パラメータ）で時効処理を施し、硬さ試験を行い、図７の実線で示すように、標準材料のマスターカーブ１２０（時効硬化曲線）を取得する。
（Ｓ２２）
次に、化学成分及び金属組織の少なくともいずれか一方が標準材料とは異なるＳＵＳ６３０に対して、化学成分パラメータ及び金属組織パラメータと、材料強度パラメータとの関係を把握する。

【0040】

さらに具体的に説明すると、例えば、標準材料とはＣｕ＋Ｎｂ＋Ｔａの含有量（化学成分パラメータ）が異なるが、金属組織パラメータは同じであるＳＵＳ６３０に対して５５０℃で４時間の条件で時効処理を施し、ビッカース硬さ試験を行う。そして、このように測定した硬さの値と、５５０℃で４時間時効処理を施した時のマスターカーブの硬さの値と、Ｓ２２で取得した硬さの測定値とを用いて、例えば線形近似により、化学成分との関係を対応づける。例えば、以下のような関係式が得られる。
Δ硬さ＝−２８×（３．７７−（Ｃｕ＋Ｎｂ＋Ｔａ））
ここで、Δ硬さとは、所定の時効条件における対象材料の時効後の硬さと、マスターカーブの硬さの差を意味している。また、（Ｃｕ＋Ｎｂ＋Ｔａ）は、ＣｕとＮｂとＴａの質量％における合計含有量を意味している。

【0041】

（Ｓ２３）
このＣｕ＋Ｎｂ＋Ｔａの含有量（化学成分パラメータ）と硬さ（材料強度パラメータ）との関係を用いて、対象材料の化学成分パラメータ及び金属組織パラメータを対応づけ、対象材料の材料強度パラメータを示すフィッティングポイントＢを取得する。例えば、（Ｃｕ＋Ｎｂ＋Ｔａ）＝３．５２（％）の場合は、Δ硬さ＝−７となり、時効温度５５０℃におけるマスターカーブの硬さよりも７小さい点Ｂがフィッティングポイントとなる。

【0042】

（Ｓ２４）
そして、マスターカーブ１２０の一部がフィッティングポイントＢに対応するようにスライドして、図７の破線で示すように、対象材料の修正時効カーブ１３０（時効硬化曲線）を取得する。
（Ｓ２５）
次に、修正時効カーブ１３０を基にして、所望の強度特性を得るための最適な時効条件を決定する。図７において、Ｙで示す時間が最適な時効条件である。なお、図７において、タービン翼１に要求される硬さの範囲の一例が、両矢印で示されている。
（Ｓ２６）
最後に、タービン翼１に対して、Ｓ２５で設定した時効条件で時効処理を行う。

【0043】

このようにして、所望の特性を有するタービン翼１を得ることができる。なお、Ｓ２１において、時効温度５５０℃でマスターカーブ１２０を取得する場合について説明したが、時効条件は、これに限定されるものではなく、適宜温度を設定すれば良い。また、複数の温度条件についてマスターカーブを取得しても良く、時間を一定にし、温度を変化させてマスターカーブを取得しても良い。また、この場合には、Ｓ２１で取得したマスターカーブの条件に合わせて、Ｓ２２で行う時効条件を選択すれば良い。

【0044】

本発明の第二の実施形態に係る時効条件設定方法によれば、標準材料のマスターカーブ１２０を取得し、標準材料と対象材料の化学成分パラメータ及び金属組織パラメータの差から、材料強度パラメータを予測し、マスターカーブ１２０を修正するので、対象材料の精度の高い修正時効カーブ１３０（時効硬化曲線）を得ることができる。そして、この修正時効カーブ１３０に基づいて対象材料の時効条件を設定する構成とされているので、標準材料と対象材料との化学成分や金属組織が変動している場合においても、時効処理によって所望の強度特性を得ることができる。したがって、要求される強度特性を満足するタービン翼１を確実に得ることができ、製造コストを低減することが可能となる。

【0045】

さらには、第一の実施形態と異なり、一度、対象材料の化学成分パラメータ及び金属組織パラメータを対応づければ、その後は、それぞれのタービン翼（対象材料）に対して時効処理を行うことなく、フィッティングポイントを取得することができるので、製造コストを低減することができるとともに、時効条件の決定に要する時間も短縮することが可能である。

【0046】

なお、第二の実施形態においては、フィッティングポイントを１点のみ取得する場合について説明したが、複数の点について、化学成分パラメータ及び金属組織パラメータと、硬さとの関係について把握し、複数のフィッティングポイントにマスターカーブを対応させて、対象材料の修正時効カーブ（時効硬化曲線）を取得しても良い。

【0047】

また、上記の実施形態では、ＣｕとＮｂとＴａの合計含有量と硬さの関係について把握する場合について説明したが、これに限定されることはなく、他の化学成分パラメータや金属組織パラメータについて硬さとの関係を把握しても良い。さらに、化学成分パラメータに用いる化学成分は、材料に応じて選定することが可能であり、例えば特開２００５−１９４６２６号公報記載の鋼においては、析出物の構成元素であるＡｌとＮｉを選択しても良い。
また、化学成分パラメータ及び金属組織パラメータは、一つでなく、複数選択されても良い。この場合には、例えば、重回帰分析を用いて化学成分パラメータ及び金属組織パラメータと硬さとの関係を把握すれば良い。

【0048】

以上、本発明の実施形態である時効条件設定方法、及びタービン翼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。

【0049】

なお、上記の実施形態では、標準材料及び対象材料に対して時効処理を施して、材料強度パラメータを測定する場合について説明したが、時効処理を行う前にタービン翼を模擬した鍛造加工を行う構成としても良い。例えば、タービン翼の鍛造素材から端材を切り出して、タービン翼の翼根を模擬した形状に鍛造（熱間鍛造）を行い、時効処理を施して材料強度パラメータを取得しても良い。このようにすることによって、より正確な材料強度パラメータを得ることができ、より精度の高い修正時効カーブ（時効硬化カーブ）を得ることが可能となる。

【0050】

また、上記の実施形態では、材料強度パラメータとして、ビッカース硬さを用いる場合について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、他の硬さ試験による硬さの測定を用いても良いし、引張強さや耐力（０．２％耐力）の測定値を用いても良い。

【符号の説明】

【0051】

１ タービン翼
２０、１２０ マスターカーブ
３０、１３０ 修正時効カーブ
Ａ、Ｂ フィッティングポイント

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】