JPH0143833B2

JPH0143833B2 -

Info

Publication number: JPH0143833B2
Application number: JP21654087A
Authority: JP
Inventors: Saburo Wakita; Junji Hoshi
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1987-09-01
Filing date: 1987-09-01
Publication date: 1989-09-22
Also published as: JPS6462446A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕この発明は、例えば、原子炉の構造部材などに
使用される耐応力腐食割れ性にすぐれた高強度高
靭性Ni基合金の製造方法に関するものである。〔従来の技術〕一般に、原子炉の構造部材は、高温で腐食性の
高い雰囲気にさらされる。例えば、原子炉での使用環境は、温度：250〜
500℃の高圧水あるいは高蒸気圧下にあり、この
ような環境で使用される構造部材には、一般にイ
ンコネルＸ−750（インコ社商品名）により代表さ
れるNi基合金が用いられている。このようなNi基合金を鋳造後、鍛造したもの
を温度：1150℃、２時間の条件で溶体化処理し、
ついで、温度：710℃、20時間の条件で時効処理
していた。かかる熱処理されたNi基合金は、強
度および靭性にすぐれているものの、多結晶組織
を有するために応力腐食割れが発生し、部材の寿
命が著しく短くなる。この応力腐食割れの問題を解決する方法とし
て、素材の単結晶化が知られており、単結晶化に
より粒界が無くなり、応力腐食割れを防止できる
ことも知られている。〔発明が解決しようとする問題点〕ところが、上記Ni基合金の単結晶化により高
温での高水圧あるいは高蒸気圧下における応力腐
食割れの発生は抑えることはできたが、単結晶化
により粒界強化機構が作用せず、強度低下を引き
起こし、安全性の観点から使用できないという問
題点が生じていた。〔問題点を解決するための手段〕そこで、本発明者らは、耐応力腐食割れ性にす
ぐれたNi基単結晶合金の強度および靭性不足を
補うべく研究を行なつた結果、鋳造したNi基単結晶合金を、温度：1200℃を
越え1300℃以下で溶体化処理し、ついで、温度：
680〜750℃で時効処理することにより、常温から
温度：500℃までの温度域で耐応力腐食割れ性に
すぐれた高強度高靭性Ni基合金を得ることがで
きるという知見を得たのである。この発明は、かかる知見にもとづいてなされた
ものであつて、重量％で（以下、成分組成の％は
重量％を示す）、 Cr：14〜17％、Fe：５〜９％、Ti：2.25〜2.75
％、Al：0.4〜1.0％、Nb：0.7〜1.2％、必要に応
じてＣ：0.08％以下、Cu：0.1〜0.5％の１種また
は２種、残部：Niおよび不可避不純物からなる
Ni基単結晶合金を、温度：1200℃を越え1300℃
以下で溶体化処理し、ついで、温度：680〜750℃
で時効処理する耐応力腐食割れ性にすぐれた高強
度高靭性Ni基合金の製造方法に特徴を有するも
のである。つぎに、この発明で使用するNi基合金の成分
組成および熱処理条件の限定理由を説明する。Ａ成分組成、 Cr Crは、耐食性を維持するために必要不可欠
の合金元素であり、耐食性を確保するためには
14％以上含む必要があるが、17％を越えると凝
固温度が広がり単結晶化が困難になる。したが
つて、Crの含有量は、14〜17％に定めた。 Fe Feは、固溶強化のために必要な成分である
が、５％以下ではその効果が得られず、９％を
越えると耐食性が低下し好ましくない。したが
つてFeの含有量は５〜９％と定めた。 Ti Tiは、耐応力腐食割れ性の向上と析出強化
相であるγ′相およびγ″相形成元素であり、耐応
力腐食割れ性向上のためには、2.25％以上必要
であるが、2.75％を越えるとσ相などの有害相
析出の可能性がある。したがつて、Ti含有量は、2.25〜2.75％と定
めた。 Al Alは、耐応力腐食割れ性を低下させる成分
であるが、析出強化相であるγ′相形成元素で強
化のためには0.4％以上必要であり、耐応力腐
食割れ性を低下させないためには１％を越えて
はならない。したがつて、Alの含有量は、0.4
〜１％と定めた。 Nb Nbは、γ′相およびγ″相を形成し高温強度向
上のために必要な成分であるが、0.7％未満で
はその効果が現われず、一方、1.2％を越えて
も一層の高温強度向上は得られない。したがつ
て、Nbの含有量は、0.7〜1.2％と定めた。ＣＣは、強度を得るために必要な成分であり、
添加量と共に強度は上昇するので、必要に応じ
て添加されるが、0.08％を越えると耐食性が低
下するので、Ｃの含有量は0.08％以下とするの
が良い。 Cu Cuは、耐応力腐食割れ性向上のために有効
であるが、0.1％未満では所望の効果が得られ
ず、0.5％を越えると強度の低下を引き起こし
好ましくない。したがつて、Cuの含有量は0.1
〜0.5％と定めた。なお、この発明で使用するNi基合金には、
不可避不純物として、Si：0.5％以下、Mn：１
％以下Co：１％以下等が含有することがある。Ｂ溶体化処理この種のNi基合金は、鋳造時の冷却速度が
緩やかであるため、析出γ′相が粗大化するため
に強度が上昇しない。そこで、γ′相を高温で保
持することにより一時γ相に固溶し、その後の
冷却でγ′相を微細に析出し高強度を得る。完全
にγ′相をγ相に固溶するためには、温度：1200
℃を越える必要があり、温度：1300℃を越える
と材料が局部的に溶解し強度低下を招くので、
溶体化処理温度は1200℃を越え1300℃以下が好
ましく、さらに好ましい溶体化処理温度は1280
℃〜1290℃である。溶体化処理時間に関しては、γ′相が完全に固
溶する時間保持すればよく、２時間は必要であ
る。Ｃ時効処理時効処理温度は、680℃以下ではγ′相の析出
が不十分で所望の強化がはかれず、750℃を越
えると過時効になりγ′相の粗大化が起つて強度
が低下する。したがつて時効処理温度は680℃
〜750℃と定めた。時間に関しても、20時間以下では時効の効果
が現われず、100時間を越えると過時効になり、
強度低下を招くので、時効処理時間は20〜100
時間程度が好ましい。〔実施例〕つぎに、この発明を実施例にもとづいて具体的
に説明する。 Cr：15.7％、Fe：7.8％、Ti：2.5％、Al：0.8
％、Nb：1.0％、Ｃ：0.02％、Cu：0.3％、残部：
Niおよび不可避不純物からなる成分組成を有す
るNi基合金を溶解し、溶湯を通常の一方向凝固
炉を用いて鋳造して、外径：20mm×長さ：150mm
の大きさの円柱状Ni基単結晶鋳物を11個鋳造し
た。これら11個の円柱状Ni基単結晶鋳物を、第１
表の本発明実施例１〜６および比較例１〜５に示
された溶体化処理条件でそれぞれ溶体化処理した
のち、空冷し、ついで、第１表の本発明実施例１
〜６および比較例１〜５に示された時効処理条件
で時効処理し、空冷した。かかる熱処理条件で熱処理した11個の円柱状
Ni基単結晶鋳物から、マクロ組織を観察の上、
単結晶の成長方向に平行に引張試験片およびシヤ
ル

〔発明の効果〕

第１表に示された結果から明らかなように、室
温および高温における耐応力腐食割れ性のすぐれ
たNi基単結晶合金に、この発明の熱処理を施す
ことにより、さらに強度と靭性とを付与すること
ができるので、室温および高温における耐応力腐
食割れ性にすぐれ同時に強度と靭性にもすぐれた
Ni基合金を得ることができ、かかるNi基合金を
原子炉の構造部材として用いることにより、寿命
が長く、信頼性の高い構造部材を得ることができ
るというすぐれた効果を奏するものである。

Claims

【特許請求の範囲】１ Cr：14〜17％、 Fe：５〜９％、 Ti：2.25〜2.75％、 Al：0.4〜1.0％、 Nb：0.7〜1.2％、残部：Niおよび下可避不純物からなる組成
（以上、％は重量％）を有するNi基単結晶合金
を、温度：1200℃を越え1300℃以下で溶体化処理
し、ついで、温度：680〜750℃で時効処理することを特徴と
する耐応力腐食割れ性にすぐれた高強度高靭性
Ni基合金の製造方法。２ Cr：14〜17％、 Fe：５〜９％、 Ti：2.25〜2.75％、 Al：0.4〜1.0％、 Nb：0.7〜1.2％、 Cu：0.1〜0.5％、残部：Niおよび不可避不純物からなる組成
（以上、％は重量％）を有するNi基単結晶合金
を、温度：1200℃を越え1300℃以下で溶体化処理
し、ついで、温度：680〜750℃で時効処理することを特徴と
する耐応力腐食割れ性にすぐれた高強度高靭性
Ni基合金の製造方法。