ガスタービンでは 高温合金鋼鋳造 タービンブレードと燃焼チャンバー成分を製造するためのコアテクノロジーの1つです。これらのコンポーネントは、高温、高圧、腐食性ガス、機械的ストレスなど、極端な労働条件に耐える必要があります。
タービンブレードの適用
作業環境とパフォーマンスの要件
タービンブレードは、ガスタービンで最も重要な成分の1つであり、高温ガスの流れに直接さらされており、温度は1000°C以上高くなる可能性があります。
高温合金鋼鋳物には、次の特性が必要です。
高温抵抗：高温環境で長い間強度と安定性を維持する能力。
クリープ抵抗：高温および高応力条件下での塑性変形を防ぎます。
酸化抵抗：高温酸化に抵抗し、表面上の脆性酸化物層の形成を避けます。
熱疲労抵抗：頻繁なスタートストップサイクルと温度変動に対処します。
材料の選択
ニッケルベースの高温合金：
優れた高温強度、酸化抵抗、クリープ抵抗を備えた最も一般的に使用される材料。
一般的なグレードには、Innonel 718、Inconel 625、CMSX-4などが含まれます。
コバルトベースの超合金：
酸化抵抗と耐食性が高く、非常に腐食性の環境での使用に適しています。
一般的なグレードには、Haynes 188、Mar-M 509などが含まれます。
鉄ベースの超合金：
コストは低くなりますが、その温度抵抗はニッケルベースおよびコバルトベースの合金の温度よりもわずかに劣り、中温領域に適しています。
キャストプロセス
投資キャスティング
投資キャスティングは、タービンブレードを製造するための主なプロセスであり、複雑な形状と高精度を達成できます。
セラミック型を使用して、投資キャスティングを通じて欠陥のないブレードが生成されます。
内部冷却チャネル（中空刃など）を製造して、熱散逸効率を改善できます。
方向凝固（DS）
固化方向を制御することにより、粒子は特定の方向に成長し、粒界の境界の数を減らし、したがってクリープ抵抗を改善します。
単結晶キャスト（SC）
単結晶ブレードには粒界の境界がなく、高温の強度とクリープ抵抗が高く、ハイエンドタービンブレードの最初の選択肢です。
表面処理
コーティングテクノロジー：
熱バリアコーティング（TBC）：セラミック材料（酸化ジルコニウムなど）は、刃の表面にコーティングされており、基板の温度を下げてサービス寿命を延ばします。
抗酸化コーティング：アルミニドコーティングまたはマクラリー（金属クロムアルミニウムYttrium）コーティングなど、酸化能力を高める。
冷却設計：
ブレードの表面温度は、内部冷却チャネルと外部空気フィルム冷却技術によって低下します。
燃焼室成分の適用
作業環境とパフォーマンスの要件
燃焼室成分は、高温燃焼ガスと直接接触しており、高圧および腐食性培地（硫化物や窒素酸化窒素など）にさらされます。
主なパフォーマンス要件には以下が含まれます。
高温抵抗：1500°Cを超える燃焼温度に耐えることができます。
腐食抵抗：燃焼生成物による侵食に抵抗します。
構造安定性：高温および高圧下で変化しない幾何学的形状を維持します。
材料の選択
ニッケルベースの高温合金：優れた高温強度と酸化抗酸化特性を備えた燃焼チャンバー成分で広く使用されています。
一般的なグレードには、インコルエル617、ハステロイXなどが含まれます。
コバルトベースの高温合金：
燃焼室の高温領域で使用され、より良い腐食抵抗があります。
キャストプロセス
精密キャスティング：
複雑な燃焼チャンバーライナー、火炎管、その他のコンポーネントの製造に使用されます。
鋳造プロセスを最適化することにより、コンポーネントの壁の厚さが均一であることが保証され、熱応力濃度が低下します。
溶接とアセンブリ：
大規模な燃焼室成分の場合、セグメント化された鋳造と溶接が通常採用されます。
表面処理
サーマルバリアコーティング（TBC）：
セラミックコーティングは、燃焼室の内壁に適用され、基板温度を下げ、耐熱性を改善します。
酸化防止コーティング：
燃焼チャンバー成分の酸化抵抗を改善し、サービス寿命を延ばします。
冷却設計：
燃焼室成分は通常、フィルムの冷却と対流冷却を通じて温度を下げるために多孔質冷却構造で設計されています。
高温合金鋼鋳造の利点
複雑な形状の製造能力
高温合金鋼鋳造は、中空構造やタービンブレードの冷却チャネルなどの複雑な形状を生成できます。
この能力は、コンポーネントのパフォーマンスを最適化するために重要です（冷却効率の向上など）。
高性能材料の適用性
高温合金鋼は、優れた高温強度、酸化抵抗、クリープ耐性を持ち、ガスタービンの極端な労働条件のニーズを満たすことができます。
長寿命と信頼性
高度な鋳造プロセスと表面処理技術を通じて、高温合金鋼鋳物は、高温、高圧、腐食性の環境で安定して長時間動作する可能性があります。
ガスタービンでの高温合金鋼鋳造の適用は、主にタービンブレードと燃焼室成分の製造に反映されています。これらの技術は、ガスタービンの極端な労働条件のニーズを満たすだけでなく、航空宇宙とエネルギーの分野での技術的進歩を促進します。
