FR2928661A1 - Alliage a base de ni pour rotor de turbine a vapeur et rotor de turbine a vapeur - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un alliage à base de Ni pour rotor de turbine à vapeur qui contient en pourcent en masse : C : 0,01 à 0,15, Cr : 15 à 28, Co : 10 à 15, Mo : 8 à 12, AI : 1,5 à 2, Ti : 0,1 à 0,6, B : 0,001 à 0,006, Re : 0,5 à 3, et le complément constitué par Ni et des impuretés inévitables, ainsi qu'un rotor de turbine à vapeur constitué au moins en partie par l'alliage à base de Ni ci-dessus.

Description

1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un matériau pour un rotor de turbine à vapeur dans laquelle de la vapeur à haute température circule en tant que fluide moteur, et plus particulièrement un alliage à base de Ni pour rotor de turbine à vapeur ayant une excellente résistance aux hautes températures et analogues, et un rotor de turbine à vapeur constitué par cet alliage à base de Ni.

2. Description de l'état de la technique Pour une centrale thermique incluant une turbine à vapeur, la technologie pour supprimer l'émission de dioxyde de carbone a été étudiée avec intérêt sous l'angle de la protection globale de l'environnement, et les besoins de production d'énergie à haut rendement sont croissants.

Pour augmenter le rendement de production d'énergie d'une turbine à vapeur, il est efficace d'augmenter la température de la vapeur à un haut niveau, et, dans les centrales thermiques récentes ayant des turbines à vapeur, la température de la vapeur atteint 600°C ou plus. Il existe une tendance selon laquelle la température de la vapeur atteindra 650°C et même 700°C dans le futur. Un rotor de turbine comprenant des pales mobiles entraînées par de la vapeur à haute température est soumis à une haute température du fait de la circulation de vapeur à haute température, ce qui produit des contraintes importantes dues à la rotation. De ce fait, le rotor de turbine doit résister aux hautes températures et aux contraintes élevées, et le matériau constituant le rotor de turbine doit avoir une excellente résistante mécanique, une excellente ductilité et une excellente ténacité dans la plage des hautes températures ambiantes. En particulier, si la température de la vapeur dépasse 700°C, un matériau à base de fer conventionnel présente une médiocre résistance aux hautes températures de sorte que l'application d'un alliage à base de Ni est envisagée par exemple dans le document 3P-A 7-150 277 (KOKAI). Un alliage à base de Ni a été appliqué largement comme matériau principalement pour les moteurs à réaction et les turbines à gaz du fait qu'il a une excellente résistance aux hautes températures et une excellente résistance à la corrosion. Comme exemple typique, l'alliage Inconel 617 (fabriqué par Special Metals Corporation) et l'alliage Inconel 706 (fabriqué par Special Metals Coporation) ont été utilisés. Comme mécanisme pour augmenter la résistance aux hautes températures d'un alliage à base de Ni, Al et Ti sont ajoutés pour garantir la résistance aux hautes températures par précipitation d'une phase précipitée appelée phase gamma prime (Ni3(Al, Ti)) ou d'une phase gamma seconde, ou de ces deux phases dans le matériau de phase mère de l'alliage à base de Ni. Par exemple, l'alliage Inconel 706 garantit une résistance aux hautes températures par précipitation de la phase gamma prime et de la phase gamma seconde. En même temps, la résistance aux hautes températures de l'alliage Inconel 617 est garantie par renforcement (consolidation par solution solide) de la phase mère à base de Ni par addition de Co et Mo. Comme décrit ci-dessus, on envisage d'appliquer un alliage à base de Ni comme matériau pour rotor de turbine à vapeur ayant une température dépassant 700°C, et on envisage également que sa résistance aux hautes températures puisse être améliorée encore plus. En outre, la résistance aux hautes températures d'un alliage à base de Ni doit être améliorée grâce à une modification de sa composition ou analogues tout en maintenant la forgeabilité et la soudabilité de l'alliage à base de Ni.

Bref résumé de l'invention Ainsi, la présente invention fournit un alliage à base de Ni pour rotor de turbine à vapeur dont la résistance mécanique peut être améliorée tout en maintenant l'aptitude à la mise en forme comme la forgeabilité, et un rotor de turbine à vapeur. Selon un aspect de l'invention, il est fourni un alliage à base de Ni pour rotor de turbine à vapeur qui contient en pourcent en masse : C : 0,01 à 0,15, Cr : 15à28,Co: 10 à 15, Mo:8à12,AI: 1,5 à 2, Ti: 0,1 à 0,6, B : 0,001 à 0,006, Re : 0,5 à 3, et le complément constitué par Ni et des impuretés inévitables. Selon un aspect de l'invention, il est fourni aussi un alliage à base de Ni pour rotor de turbine à vapeur qui contient en pourcent en masse : C : 0,01 à 0,15, Cr : 15 à 28, Co : 10 à 15, Mo:8à12,AI: 1,5 à 2, Ti : 0,1 à 0,6, B : 0,001 à 0,006, Ta : 0,1 à 0,7, Re : 0,5 à 3, et le complément constitué par Ni et des impuretés inévitables. Selon un aspect de l'invention, il est fourni aussi un alliage à base de Ni pour rotor de turbine à vapeur qui contient en pourcent en masse :C:0,01à0,15,Cr:15à28,Co:10à15,Mo:8à12,AI:1,5à 2, Ti : 0,1 à 0,6, B : 0,001 à 0,006, Nb : 0,05 à 0,35, Re : 0,5 à 3, et le complément constitué par Ni et des impuretés inévitables. Selon un aspect de la présente invention, il est fourni un alliage à base de Ni pour rotor de turbine à vapeur qui contient en pourcent en masse : C : 0,01 à 0,15, Cr : 15à28, Co: 10 à 15, Mo : 8 à 12, Al : 1,5 à 2, Ti : 0,1 à 0,6, B : 0,001 à 0,006, Ta+2Nb (le rapport molaire de Ta et Nb est 1:2) : 0,1 à 0,7, Re : 0,5 à 3, et le complément constitué par Ni et des impuretés inévitables. Selon un aspect de l'invention, il est fourni aussi un rotor de turbine disposé dans une turbine à vapeur dans laquelle de la vapeur à haute température est introduite, où au moins une partie prédéterminée est constituée par un alliage à base de Ni pour rotor de turbine à vapeur décrit ci-dessus.

Brève description du dessin La présente invention est décrite en référence au dessin, qui est fourni à titre d'illustration seulement et qui ne limite absolument pas la présente invention. La figure 1 est un diagramme montrant les résultats du test de Gleeble sur des échantillons individuels.

Description détaillée de l'invention Des modes de réalisation de l'invention vont être décrits ci-dessous.

Un alliage à base de Ni pour rotor de turbine à vapeur dans un mode de réalisation selon la présente invention est composé des plages de composants montrées ci-dessous. Dans la description suivante, les pourcentages indiquant les composants constitutifs sont en masse sauf indication contraire. (Ml) alliage à base de Ni qui contient : C : 0,01 % à 0,15 %, Cr: 15%à28%,Co: 10%à 15%, Mo :8%à 12%, Al : 1,5%à 2%,Ti:0,1%à0,6%,8:0,001% à 0,006 %, Re:0,5%à3 %, et le complément constitué par Ni et des impuretés inévitables. (M2) alliage à base de Ni qui contient : C : 0,01 % à 0,15 %, Cr: 15%à28%, Co: 10%à 15%,Mo:8%à 12%,Al : 1,5%à2 %, Ti:0,1%à0,6%,B:0,001%à0,006%,Ta:0,1à0,7%,Re:0,5 à 3 %, et le complément constitué par Ni et des impuretés inévitables. (M3) alliage à base de Ni qui contient : C : 0,01 % à 0,15 %, Cr: 15%à28%, Co: 10%à 15%,Mo:8%à 12%,AI : 1,5%à2 %, Ti:0,1%à0,6%,B:0,001 %à 0,006 %, Nb:0,05%à0,35%,Re : 0,5 % à 3 %, et le complément constitué par Ni et des impuretés inévitables. (M4) alliage à base de Ni qui contient : C : 0,01 % à 0,15 %, Cr : 15 % à 28 %, Co : 10 % à 15 %, Mo : 8 % à 12 %, Al : 1,5 % à 2 %, Ti : 0,1 %à0,6%, B : 0,001 %à 0,006 %, Ta+2Nb : 0,1 %à0,7%, Re : 0,5 % à 3 %, et le complément constitué par Ni et des impuretés inévitables. "Ta+2Nb" indique que le rapport molaire de Ta à Nb est 1:2. Concernant les impuretés inévitables contenues dans les alliages à base de Ni (Ml) à (M4) ci-dessus, celles-ci sont réduites de préférence de telle manière qu'au moins Si représente 0,1 % ou moins, et Mn représente 0,1 % ou moins. Les alliages à base de Ni ayant les plages de composants constitutifs décrites ci-dessus sont appropriés comme matériaux constituant un rotor d'une turbine à vapeur qui est exposée à une température dans la plage de 680 à 750°C pendant son fonctionnement.

Toutes les parties du rotor de turbine à vapeur peuvent être constituées par l'alliage à base de Ni, et certaines parties du rotor de la turbine à vapeur qui sont soumises à une température particulièrement élevée peuvent être constituées par cet alliage à base de Ni. Comme parties du rotor de turbine à vapeur qui sont exposées à une haute température, on trouve spécifiquement toutes les régions d'une section de turbine à vapeur à haute pression, ou les régions allant d'une section de turbine à vapeur à haute pression à certaines parties d'une section de turbine à vapeur à pression intermédiaire. Les alliages à base de Ni ayant les plages de composants constitutifs décrites ci-dessus peuvent améliorer la résistance mécanique y compris la résistance aux hautes températures tout en maintenant l'aptitude à la mise en forme comme la forgeabilité d'un alliage à base de Ni conventionnel. En d'autres termes, l'alliage à base de Ni est utilisé pour constituer le rotor de turbine à vapeur de sorte que la résistance aux hautes températures du rotor peut être améliorée, et qu'il est possible de produire un rotor de turbine ayant une grande fiabilité dans un environnement à haute température. En outre, quand le rotor de turbine à vapeur est fabriqué, l'aptitude à la mise en forme d'un alliage à base de Ni conventionnel peut être maintenue. Les raisons pour lesquelles les plages de composants constitutifs individuels de l'alliage à base de Ni selon l'invention décrit ci-dessus sont limitées vont être présentées ci-dessous.

(1) C (carbone) C est utile comme élément constitutif d'un carbure de type M23C6 qui constitue une phase consolidante, et en particulier, la résistance au fluage de l'alliage est maintenue par précipitation d'un carbure de type M23C6 pendant le fonctionnement de la turbine à vapeur dans un environnement à haute température de 650°C ou plus. Il a aussi pour effet d'assurer la fluidité d'un métal fondu lors de la coulée. Si la teneur en C est inférieure à 0,01 %, une quantité de précipitation de carbure suffisante ne peut pas être garantie, de sorte que la résistance mécanique est dégradée, et que la fluidité du métal fondu lors de la coulée diminue considérablement. D'autre part, si la teneur en C dépasse 0,15 %, la tendance à la ségrégation des composants augmente lors de la production d'un lingot de grande taille, la formation d'un carbure de type M6C, qui constitue une phase de fragilisation, est favorisée, et la résistance mécanique est améliorée, mais la forgeabilité et dégradée. De ce fait, la teneur en C est déterminée comme étant de 0,01 % à 0,15 %. (2) Cr (chrome) Cr est un élément indispensable pour améliorer la résistance à l'oxydation, la résistance à la corrosion et la résistance mécanique de l'alliage à base de Ni. En outre, il est indispensable comme élément constitutif d'un carbure de type M23C6r et en particulier, la résistance au fluage de l'alliage est maintenue par précipitation d'un carbure de type M23C6 pendant le fonctionnement de la turbine à vapeur dans un

environnement à haute température de 650°C ou plus. En outre, Cr améliore la résistance à l'oxydation dans un environnement de vapeur à haute température. Si la teneur en Cr est inférieure à 15 %, la résistance à l'oxydation diminue. D'autre part, si la teneur en Cr dépasse de 28 %, la précipitation d'un carbure de type M23C6 est considérablement accélérée, ce qui conduit à une augmentation de la tendance au grossissement. De ce fait, la teneur en Cr est déterminée comme étant de 15 % à 28 %•

(3) Co (cobalt) Dans l'alliage à base de Ni, Co améliore la résistance mécanique d'une phase mère en formant une solution solide dans la phase mère. Cependant, si la teneur en Co dépasse 15 %, il se forme une phase de composé intermétallique qui dégrade la résistance mécanique, et la forgeabilité est dégradée. D'autre part, si la teneur en Co est inférieure à 10 %, l'aptitude à la mise en forme est dégradée, et la résistance mécanique est abaissée. De ce fait, la teneur en Co est déterminée comme étant de 10 % à 15 %.

(4) Mo (molybdène) Mo procure un effet de formation d'une solution solide dans une phase mère de Ni ce qui améliore la résistance mécanique de la phase mère, et sa substitution partielle dans un carbure de type M23C6 améliore la stabilité du carbure. Si la teneur en Mo est inférieure à 8 %, l'effet ci-dessus ne peut pas être exercé, et si la teneur en Mo dépasse 12 %, la tendance à la ségrégation des composants augmente quand un lingot de grande taille est produit, et la formation d'un carbure de type M6C, qui constitue une phase de fragilisation, est accélérée. De ce fait, la teneur en Mo est déterminée comme étant de 8 % à 12 %. (5) Al (aluminium) Al forme une phase (phase gamma prime : Ni3Al) avec Ni et améliore la résistance mécanique de l'alliage à base de Ni sur la base de la précipitation. Si la teneur en Al est inférieure à 1,5 %, la résistance mécanique n'est pas améliorée par rapport à un acier conventionnel, et si la teneur en Al dépasse 2 %, la résistance mécanique est améliorée mais

la forgeabilité est dégradée. De ce fait, la teneur en Al est déterminée comme étant de 1,5 % à 2 %.

(6) Ti (titane) De manière similaire à Al, Ti forme une phase y' (phase gamma prime : Ni3Ti) avec Ni et améliore la résistance mécanique de l'alliage à base de Ni. Si la teneur en Ti est inférieure à 0,1 %, l'effet ci-dessus n'est pas exercé, et si la teneur en Ti dépasse 0,6 %, l'aptitude à la mise en forme à chaud est dégradée, et la sensibilité aux entailles devient élevée.

De ce fait, la teneur en Ti est déterminée comme étant de 0,1 % à 0,6 %

(7) B (bore) B présente une ségrégation dans les joints de grains, ce qui affecte les caractéristiques aux hautes températures. En outre, B a un effet d'amélioration de la résistance mécanique d'une phase mère de Ni en précipitant dans la phase mère. Si la teneur en B est inférieure à 0,001 %, l'effet d'amélioration de la résistance mécanique de la phase mère n'est pas exercé, et si la teneur en B dépasse 0,006 %, les joints de grains peuvent être fragilisés. De ce fait, la teneur en B est déterminée comme étant de 0,001 % à 0,006 %.

(8) Re (rhénium) Re a un effet d'amélioration de la résistance mécanique d'une phase mère de Ni en formant une solution solide dans la phase mère. Si la teneur en Re est inférieure à 0,5 %, l'effet d'amélioration de la résistance mécanique de la phase mère n'est pas exercé, et si la teneur en Re dépasse 3 %, il se forme une phase fragile. De ce fait, la teneur en Re est déterminée comme étant de 0,5 % à 3 %. De manière similaire à Re, Co et Mo ont un effet d'amélioration de résistance mécanique de la phase mère de Ni en formant une solution solide dans la phase mère. Cependant, quand la teneur est la même, Re est plus efficace pour améliorer la résistance mécanique et peut améliorer la résistance mécanique sans modifier dans une large mesure la composition chimique du métal de base. (9) Ta (tantale) Ta forme une solution solide dans une phase y (phase gamma prime : Ni3(Al, Ti)) ce qui améliore la résistance et stabilise la résistance à la précipitation. Si la teneur en Ta est inférieure à 0,1 %, on n'observe aucune amélioration dans les effets ci-dessus par rapport à un acier conventionnel, et si la teneur en Ta dépasse 0,7 %, la résistance mécanique est améliorée mais la forgeabilité est dégradée. De ce fait, la teneur en Ta est déterminée comme étant de 0,1 % à 0,7 %.

(10) Nb (niobium) De manière similaire à Ta, Nb forme une solution solide dans une phase ' (phase gamma prime : Ni3(Al, Ti)) ce qui améliore la résistance et stabilise la résistance à la précipitation. Si la teneur en Nb est inférieure à 0,05 %, on n'observe aucune amélioration dans les effets ci-dessus par rapport à un acier conventionnel, et si la teneur en Nb dépasse 0,35 %, la résistance mécanique est améliorée mais la forgeabilité est dégradée. De ce fait, la teneur en Nb est déterminée comme étant de 0,05 % à 0,35 %. Quand ils sont contenus en une teneur en (Ta+2Nb) située dans une plage de 0,1 % à 0,7 %, Ta et Nb décrits ci-dessus forment une solution solide dans une phase y' (phase gamma prime : Ni3(Al, Ti)) ce qui améliore la résistance et la résistance à la précipitation. Si la teneur en (Ta+2Nb) est inférieure à 0,1 %, on n'observe aucune amélioration des effets ci-dessus par rapport à un acier conventionnel, et si la teneur en (Ta+2Nb) dépasse 0,7 %, la résistance mécanique est améliorée mais la forgeabilité est dégradée. Ta et Nb sont contenus à raison d'au moins 0,01 0/0 ou plus, respectivement. Comme la densité de Nb est environ la moitié de celle de Ta (densité de Ta : 16,6, densité de Nb : 8,57), la quantité de solution solide peut être augmentée par l'addition multiple de Ta et Nb par rapport à l'addition de Ta seul. En outre, comme Ta est un matériau stratégique, ses possibilités d'obtention sont instables, mais les réserves de Nb sont sensiblement 100 fois supérieures à celles de Ta, et Nb peut être fourni de manière stable. Ta a un point de fusion supérieur à celui de Nb (Ta a un point de fusion d'environ 3 000°C, Nb un point de fusion d'environ 2 470°C), sa phase y à une température plus élevée est augmentée, et sa résistance à l'oxydation est supérieure à celle de Nb. (11) Si (silicium), Mn (manganèse), Cu (cuivre), Fe (fer) et S (soufre) Si, Mn, Cu, Fe et S sont classés comme étant des impuretés inévitables dans l'alliage à base de Ni selon la présente invention. Les teneurs résiduelles en les impuretés inévitables sont diminuées de manière souhaitable jusqu'à 0 %. En outre, il est souhaitable qu'au moins Si et Mn dans les impuretés inévitables soient réduits à 0,1 % ou plus bas. Si est ajouté à l'acier ordinaire pour augmenter la résistance à la corrosion. Cependant, comme l'alliage à base de Ni a une grande teneur en Cr pour garantir une résistance à la corrosion suffisante, la teneur résiduelle de Si dans l'alliage à base de Ni selon la présente invention est déterminée comme étant 0,1 % ou moins, et il est souhaitable que la teneur résiduelle soit réduite jusqu'à 0 % dans la mesure du possible. Dans l'acier ordinaire, Mn empêche la fragilité, qui résulte de S (soufre), en formant MnS. Cependant, comme la teneur en S de l'alliage à base de Ni est très faible, il n'est pas nécessaire d'ajouter Mn. De ce fait, la teneur résiduelle de Mn dans l'alliage à base de Ni selon la présente invention est déterminée comme étant 0,1 % ou moins, et il est souhaitable que la teneur résiduelle soit réduite jusqu'à 0 % dans la mesure du possible. L'alliage à base de Ni selon la présente invention qui est décrit ci-dessus est produit par fusion des composants constitutifs formant l'alliage à base de Ni au moyen d'un four de fusion par induction sous vide, exposition du lingot obtenu à un traitement de recuit, forgeage du lingot et mise en oeuvre d'un traitement de mise en solution. Il est préférable que le traitement de recuit soit réalisé dans une plage de températures de 1 050 à 1 250°C pendant 5 à 72 h (heures), et que le traitement de mise en solution soit réalisé dans une plage de températures de 1 100 à 1 200°C pendant 4 à 5 h. Dans ce cas, la température du traitement de mise en solution est déterminée pour former une solution solide homogène des précipités de phase y', et si la température est inférieure à 1 100°C, une solution solide n'est pas formée de manière adéquate. Si la température dépasse 1 200°C, les grains cristallins sont rendus plus grossiers et la résistance mécanique est dégradée. En outre, le forgeage est réalisé dans une plage de températures de 950 à 1 150°C.

Dans le cas où l'alliage à base de Ni selon la présente invention qui est décrit ci-dessus est utilisé pour constituer un rotor de turbine à vapeur, par exemple, dans un procédé (double fusion), la matière première est soumise à une fusion par induction sous vide (ou VIM pour "vacuum induction melting") et à une refusion sous laitier électroconducteur (ou ESR pour "electro-slag remelting") puis déversée dans un moule prédéterminé. Ensuite, un traitement de forgeage et un traitement thermique sont réalisés pour produire le rotor de turbine. Dans un autre procédé (double fusion), la matière première est soumise à une fusion par induction sous vide (VIM) et à une refusion à arc sous vide (ou VAR pour "vacuum arc remelting") puis déversée dans un moule prédéterminé. Ensuite, un traitement de forgeage et un traitement thermique sont réalisés pour produire un rotor de turbine. Dans encore un autre procédé, (triple fusion), la matière première est soumise à une fusion par induction sous vide (VIM), à une refusion sous laitier électroconducteur (ESR) et à une refusion à arc sous vide (VAR) puis déversée dans un moule prédéterminé. Ensuite, un traitement de forgeage et un traitement thermique sont réalisés pour produire un rotor de turbine. Les rotors de turbine produits par les procédés ci-dessus sont inspectés par inspection aux ultrasons ou analogue. Il est indiqué ci-dessous que l'alliage à base de Ni selon la présente invention a une excellente résistance mécanique et une excellente forgeabilité.

Test de résistance à la traction et évaluation de la forgeabilité Il est indiqué ci-dessous que l'alliage à base de Ni ayant les plages de composition chimique de la présente invention a une excellente résistance mécanique est une excellente forgeabilité. Le tableau 1 ci-dessous montre les compositions chimiques des échantillons 1 à 8 utilisés pour le test de résistance à la traction et l'évaluation de la forgeabilité. Les échantillons 1 à 7 sont des alliages à base de Ni ayant les plages de composition chimique de la présente invention, et l'échantillon 8 est un alliage à base de Ni dont la composition n'est pas située dans les plages de composition chimique de la présente invention et qui est utilisé comme exemple comparatif. L'échantillon 8 a une composition chimique correspondant à un acier conventionnel Inconel 617. L'alliage à base de Ni ayant les plages de composition chimique de la présente invention contient Fe (fer), Cu (cuivre) et S (soufre) à titre d'impuretés inévitables, en plus de Si et Mn.

Tableau 1 Ni C Si Mn Cr Fe Al Mo Co Cu Ti B S Ta Nb Re Echantillon complément 0,05 moins de moins de 23,12 1,52 1,74 9,15 12,5 0,25 0,32 0,0041 0,0008 0 0 0,5 1 0,01 0,01 Echantillon complément 0,047 moins de moins de 23,52 1,58 1,71 9,19 12,7 0,24 0,33 0,0029 0,0005 0 0 2,9 2 0,01 0,01 Echantillon complément 0,051 moins de moins de 23, 2 1,55 1,72 9,05 12,49 0,25 0,35 0,0038 0,0012 0,11 0 2,8 3 0,01 0,01 Exemple Echantillon complément 0,049 moins de moins de 23,38 1,58 1,77 9,19 12,73 0,24 0,33 0,0031 0,0006 0,69 0 2,8 4 0,01 0,01 Echantillon complément 0,052 moins de moins de 22,58 1,48 1,75 9,2 12,28 0,24 0,32 0,0019 0,001 0 0,07 2,8 5 0,01 0,01 Echantillon complément 0,051 moins de moins de 23,27 1,57 1,77 9,21 12,73 0,24 0,34 0,0032 0,0008 0 0,35 2,8 6 0,01 0,01 Echantillon complément 0,05 moins de moins de 23,4 1,59 1,78 9,23 12,72 0,24 0,33 0,0032 0,0005 0,1 0,25 2,9 7 0,01 0,01 Exemple Echantillon complément 0,095 moins de moins de 22,43 1,46 1,28 9,09 12,29 0,23 0,3 0,003 0,0008 0 0 0 comparatif 8 0,01 0,01

Dans le test de résistance à la traction, les alliages à base de Ni des échantillons 1 à 8 ayant les compositions chimiques montrées dans le tableau 1, chacun en une quantité de 20 kg, ont été fondus dans un four de fusion par induction sous vide pour produire des lingots. Les lingots ont été soumis à un traitement de recuit à 1 050°C pendant 5 h. Ils ont ensuite été forgés dans une plage de température de 950 à 1 100°C (réchauffage à 1 100°C) et soumis à un traitement de mise en solution à 1 180°C pendant 4 h. En outre, des éprouvettes d'une taille prédéterminée ont été produites à partir des aciers forgés produits.

Les éprouvettes des échantillons ont été mesurées en ce qui concerne la contrainte correspondant à la limite d'allongement à 0,2 0/0 par la mise en oeuvre d'un test de résistance à la traction dans des conditions de température de 23°C, 700°C et 800°C selon la norme JIS G 0567 (procédé de test de résistance à la traction à haute température pour matériaux ferreux et alliages résistant à la chaleur). Les conditions de température de 700°C et 800°C dans le test de résistance à la traction ont été déterminées compte tenu des conditions de température pendant le fonctionnement normal d'un rotor de turbine à vapeur et des températures en prévision d'une marge de sécurité.

Les échantillons respectifs ont été évalués en ce qui concerne la forgeabilité. Pour évaluer la forgeabilité, les alliages à base de Ni des échantillons 1 à 8 ayant les compositions chimiques montrées dans le tableau 1, chacun en une quantité de 20 kg, ont été fondus dans un four de fusion par induction sous vide, et des lingots cylindriques ayant un diamètre de 114 mm et une longueur de 200 mm ont été produits. Les lingots ont été soumis à un traitement de recuit à 1 050°C pendant 5 h. Ils ont ensuite été forgés par une machine de forgeage par martelage de 4 900 N (Newton) (500 kgf (kilogramme-force)) dans une plage de température de 950 à 1 100°C (réchauffage à 1 100°C), un traitement de mise en solution a été mis en oeuvre à 1 180°C pendant 4 h pour produire des éprouvettes. Pour la forgeabilité, le traitement de forgeage décrit ci-dessus a été réalisé jusqu'à ce que le rapport de forgeage devienne égal à 3. La forgeabilité a été évaluée sur la base du nombre d'étapes de réchauffage jusqu'à ce que le rapport de forgeage devienne égal à 3 et de la présence éventuelle de criques de forgeage quand le rapport de forgeage est devenu égal à 3.

Le rapport de forgeage est défini comme étant le quotient de l'aire en section droite d'un objet à forger perpendiculairement à la direction d'étirage de l'objet à forger avant le traitement de forgeage à l'aire en section droite de l'objet forgé perpendiculairement à la direction d'étirage de l'objet forgé après le traitement de forgeage. Selon le traitement de forgeage ordinaire, si la température de l'objet forgé diminue, c'est-à-dire si l'objet forgé devient durci, le traitement de forgeage est répété par réchauffage. Le nombre d'étapes de réchauffage est le nombre de fois que l'objet forgé est réchauffé dans le traitement de forgeage jusqu'à ce que le rapport de forgeage devienne égal à 3. En outre, concernant la présence éventuelle de criques de forgeage, l'objet forgé qui a subi le traitement de forgeage est vérifié visuellement. S'il n'y a pas de criques, ceci est indiqué par "aucune", et la forgeabilité est évaluée comme étant "o", ce qui indique que la forgeabilité est excellente.

D'autre part, s'il y a des criques, ceci est indiqué par "oui", et la forgeabilité est évaluée comme étant "x", ce qui indique que la forgeabilité est inférieure. Le tableau 2 ci-dessous montre les résultats obtenus en mesurant les échantillons respectifs en ce qui concerne la contrainte correspondant à la limite d'allongement à 0,2 % et les résultats obtenus en évaluant la forgeabilité.

Tableau 2 Contrainte correspondant à la Evaluation de la forgeabilité limite d'allongement à 0,2 %, MPa (rapport de forgeage = 3) 23°C 700°C 800°C Nombre de Criques de Forgeabilité réchauffages forgeage Echantillon 1 425 350 326 10 aucune 0 Echantillon 2 435 382 349 10 aucune O Echantillon 3 428 366 353 10 aucune 0 Exemple Echantillon 4 429 378 358 10 aucune 0 Echantillon 5 424 369 350 10 aucune 0 Echantillon 6 426 370 352 10 aucune 0 Echantillon 7 430 380 355 10 aucune 0 Exemple Echantillon 8 330 265 252 10 aucune 0 comparatif Comme le montre le tableau 2, on a constaté que les échantillons 1 à 7 avaient une contrainte correspondant à la limite d'allongement à 0,2 % élevée aux températures respectives par rapport à l'acier conventionnel de l'échantillon 8. On a constaté aussi que leur forgeabilité était excellente, ce qui indique que la forgeabilité de l'acier conventionnel était maintenue. On suppose que les échantillons 1 à 7 avaient une valeur élevée de la contrainte correspondant à la limite d'allongement à 0,2 % car la consolidation par précipitation et la consolidation par solution solide étaient favorisées. Comme l'acier conventionnel de l'échantillon 8 avait une faible résistance mécanique, un résultat satisfaisant à la fois la résistance mécanique et la forgeabilité n'a pas été obtenu.

Test de Gleeble Il est décrit ci-dessous que l'alliage à base de Ni ayant les plages de composition chimique de la présente invention a une excellente aptitude à la mise en forme à chaud. Les échantillons respectifs montrés dans le tableau 1 ont été soumis au test de Gleeble (procédé de test courant dans l'industrie de l'acier).

Le tableau 3 ci-dessous montre les résultats du test de Gleeble sur les échantillons respectifs décrits ci-dessus. La figure 1 est un diagramme montrant les résultats du test de Gleeble sur les échantillons respectifs montrés dans le tableau 3. Le taux de réduction de l'aire en section droite (réduction de l'aire) montré sur l'axe vertical de la figure 1 désigne le rapport de l'aire en section droite d'une partie de l'éprouvette testée (rompue) réduite à l'aire en section droite de l'éprouvette avant le test. C'est-à-dire que si la valeur ci-dessus est élevée, cela signifie que l'aptitude à la mise en forme à chaud est excellente. Tableau 3 Température Réduction d'aire, du test, °C Echantillon Echantillon Echantillon Echantillon Echantillon Echantillon Echantillon Echantillon 1 2 3 4 5 6 7 8 900 48 46 43 46 45 44 45 49 1000 60 58 57 59 56 57 57 63 1100 69 67 67 68 67 66 65 70 1200 82 79 78 79 80 81 81 81 1300 94 91 89 91 90 89 90 93 Comme le montrent le tableau 3 et la figure 1, sensiblement les mêmes résultats du test de Gleeble ont été obtenus pour les échantillons 1 à 7 des alliages à base de Ni ayant les plages de composition chimique de la présente invention et pour l'échantillon 8 de l'alliage à base de Ni de l'acier conventionnel dans une plage de températures de 900 à 1 300°C, incluant la plage de températures de forgeage (environ 950 à 1 150°C). Ainsi, on a constaté qu'il était possible d'obtenir une bonne aptitude à la mise en forme à chaud pour l'alliage à base de Ni ayant les plages de composition chimique de la présente invention, de manière similaire à l'alliage à base de Ni de l'acier conventionnel.

Caractéristiques de vieillissement Il est décrit ci-dessous que la résistance mécanique peut être maintenue même quand l'alliage à base de Ni ayant les plages de composition chimique de la présente invention est maintenu à une température élevée pendant une durée prédéterminée. De manière similaire au procédé de production des éprouvettes dans le test de résistance à la traction décrit ci-dessus, les alliages à base de Ni des échantillons 1 à 7 ayant les compositions chimiques montrées dans le tableau 1, chacun en une quantité de 20 kg, ont été fondus dans un four de fusion par induction sous vide pour produire des lingots. Les lingots ont été soumis à un traitement de recuit à 1 050°C pendant 5 h. Puis, ils ont été forgés dans une plage de températures de 950 à 1 100°C (réchauffage à 1 100°C), et un traitement de mise en solution a été mis en oeuvre à 1 180°C pendant 4 h. Des éprouvettes d'une taille prédéterminée ont été produites à partir des aciers forgés produits. Les éprouvettes produites respectives ont été maintenues à 750°C pendant 2 000 h, soumises à un test de résistance à la traction dans des conditions de 700°C selon la norme JIS G 0567 (procédé de test de résistance à la traction à haute température pour matériaux ferreux et alliages résistants à la chaleur) et la contrainte correspondant à la limite d'allongement à 0,2 % a été mesurée. Les éprouvettes respectives avant le traitement thermique ont été soumises à un test de résistance à la traction dans des conditions de 700°C et la contrainte correspondant à la limite d'allongement à 0,2 % a été mesurée. Les éprouvettes ont été maintenues à 750°C car la température d'utilisation maximale du rotor de

turbine décrit ci-dessus a été prise en compte pour obtenir des marges de sécurité. D'autre part, les conditions de température de 700°C dans le test de résistance à la traction ont été déterminées compte tenu des conditions de température lors du fonctionnement normal d'un rotor de turbine à vapeur. Le tableau 4 ci-dessous montre les résultats de la mesure de la contrainte correspondant à la limite d'allongement à 0,2 % des échantillons respectifs.

Tableau 4 contrainte correspondant à la limite d'allongement à 0,2 %, MPa Avant le traitement Après maintien à thermique 700°C pendant 2 000 h Echantillon 1 350 307 Echantillon 2 382 312 Echantillon 3 366 324 Echantillon 4 378 352 Echantillon 5 369 340 Echantillon 6 370 348 Echantillon 7 380 351 Comme le montre le tableau 4, on a constaté que la contrainte correspondant à la limite d'allongement à 0,2 % des éprouvettes après le traitement thermique était légèrement réduite, mais que la résistance mécanique avant le traitement thermique était sensiblement maintenue. Ainsi, on suppose qu'il n'y a sensiblement pas de changement de texture au cours du temps. Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus en se référant aux modes de réalisation de l'invention, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. Il convient de comprendre que des modifications et variantes peuvent être apportées aux modes de réalisation sans s'écarter du cadre de l'invention.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Alliage à base de Ni pour rotor de turbine à vapeur caractérisé en ce qu'il contient en pourcent en masse : -C:0,01à0,15; - Cr:15à28; -Co:10à15; - Mo : 8 à 12; - Al : 1,5 à 2; - Ti : 0,1 à 0,6; - B : 0,001 à 0,006; - Re : 0,5 à 3; - et le complément constitué par Ni et des impuretés inévitables.

2. Alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient en outre, en pourcent en masse : - Ta : 0,1 à 0, 7.

3. Alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, en pourcent en masse : - Nb : 0,05 à 0,35.

4. Alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, en pourcent en masse : - Ta+2Nb: 0,1 à 0,7, le rapport molaire de Ta à Nb étant de 1:2.

5. Alliage à base de Ni pour rotor de turbine à vapeur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les impuretés inévitables sont réduites en pourcent en masse à Si : 0,1 ou moins et Mn : 0,1 ou moins.

6. Rotor destiné à être disposé dans une turbine à vapeur dans laquelle de la vapeur à haute température est introduite caractérisé en ce qu'au moins une partie prédéterminée du rotor est constituée par l'alliage à base de Ni selon l'une quelconque des revendications précédentes.