JPH10237574A - 析出強化型超合金 - Google Patents

析出強化型超合金

Info

Publication number
JPH10237574A
JPH10237574A JP5554497A JP5554497A JPH10237574A JP H10237574 A JPH10237574 A JP H10237574A JP 5554497 A JP5554497 A JP 5554497A JP 5554497 A JP5554497 A JP 5554497A JP H10237574 A JPH10237574 A JP H10237574A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alloy
precipitation
superalloy
amount
mechanical properties
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP5554497A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3279949B2 (ja
Inventor
Takashi Shibata
尚 柴田
Tatsuya Takahashi
達也 高橋
Mamoru Mizusawa
護 水澤
Mikio Kusuhashi
幹雄 楠橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Steel Works Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Steel Works Ltd filed Critical Japan Steel Works Ltd
Priority to JP05554497A priority Critical patent/JP3279949B2/ja
Publication of JPH10237574A publication Critical patent/JPH10237574A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3279949B2 publication Critical patent/JP3279949B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型部材への適用が可能な析出強化型超
合金を提供する。 【解決手段】 Ni:35〜45%、Cr:15〜25
%、Al:1.0%以下、Ti:2.0〜4.0%、N
b:1.5〜3.0%を含み、さらに、所望によりB:
0.001〜0.020%または/およびMo:0.0
5〜2.0%、W:0.1〜4.0%の1種又は2種を
含む析出強化型超合金。 【効果】 機械的特性(特に引張強度)を損なうこ
となく偏析傾向を小さくすることができ、従来製造が困
難であった高強度の大型部材の製造が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発電用ガスタービ
ンディスクなどに使用される析出強化型超合金、特に、
大型部材に好適な析出強化型超合金に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】析出強化型のNi基超合金は極低温から
高温まで高い組織安定性と良好な機械的特性とを有して
いるために、各種の発電機部材や航空機部材などに広く
用いられている。このような超合金ではオーステナイト
(以下γと記す)のマトリクス中にガンマプライム相
(FCCライクのLl2構造、以後γ′と記す)あるい
は/およびガンマダブルプライム相(BCTライクのD
22構造、以後γ″と記す)あるいは/およびγ′と
γ″との共析出相(以後γ′−γ″と記す)と呼ばれる
析出相を整合的に微細析出させることにより、合金の強
化を成し遂げている。従って、その合金の強化能はγ′
あるいは/およびγ″の量、寸法などにより決定され
る。このような材料として、従来、インコネル718合
金(インコアロイズ社の商標)と呼ばれる超合金が広く
用いられてきた。
【0003】近年、発電効率の上昇に伴って発電用のガ
スタービン部材は大型化しつつある。この例のように、
従来よりも大型の超合金製品に対する要求が高くなって
きた。しかしながら、インコネル718合金を用いて大
型の超合金製品を製造するためには、種々の問題点があ
ることが明らかとなってきた。すなわち、このような部
材は一般的に鋼塊製造、鍛造、熱処理、機械加工といっ
た工程を経て製造されるが、インコネル718合金を用
いて大型の超合金製品を製造する場合には、鋼塊製造時
の偏析の問題、鍛造時の熱間加工性の問題、熱処理時の
温度均一性の問題、機械加工時の加工性の問題など種々
の問題を伴うため、実質的に適用は不可能であった。
【0004】そこで、インコネル706合金(インコア
ロイズ社の商標)と呼ばれる新しい超合金が開発され
た。この合金は、組成を改良することによりインコネル
718合金に比較して偏析性が低減されており、熱間加
工性や機械加工性に優れている。また、インコネル71
8合金と比較して高価なNiを約10%低減し、その分
安価なFeを増加しているために、大型部材の場合にと
くに重要視される価格面からも好ましい改良となってい
る。実際、大型部材の製造に好適であることが、工業的
に確認されつつある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近、
大型化の要求は益々大きくなってきた。さらに大型の部
材に対する要求が増えてきており、現状のインコネル7
06合金でも実質的に適用困難である場合も生じてき
た。特に、大きな問題となるのは大型鋼塊の製造に関し
てであり、成分偏析により起因する問題である。例え
ば、後工程の鍛造時に割れの原因となったり、所定の機
械的特性が得られなかったりする場合があり、製造上の
大きな問題となっている。
【0006】このような観点から、インコネル706合
金をさらに組成改良することにより、同程度の機械的特
性を有しつつ大型部材の製造性に優れた合金の開発が行
われている。例えば、特開平5−214494号では、
TiおよびNbの添加量を低減することにより、大型鋼
塊の製造性を容易にした合金が開示されている。しかし
ながら、この合金は製造性には優れているものの、析出
強化元素の含有量を減少させているために機械的特性は
従来合金よりも劣ってしまうという欠点を有する。同様
に特開平7−11376号、特開平7−332035号
にも同種の合金が開示されているが、Nbの添加量が少
ないために機械的特性は従来合金よりも劣ってしまう。
【0007】一方、特開平3−97823号、特開平4
−341538号では機械的特性を重視して、Nbの添
加量が従来合金と同様またはそれ以上の添加を行った合
金を開示している。しかし、このような場合には、逆に
製造性は従来合金よりも劣ってしまい、実質的に大型部
材の製造は困難である。
【0008】以上述べてきたように、大型部材用の析出
強化型超合金については多くの提案がなされているもの
の、従来合金と同程度の機械的特性を有し、且つ大型部
材の製造が可能である合金は未だに見いだされていない
のが現状である。本発明はこのような実情に鑑みてなさ
れたものであって、その目的はインコネル706合金と
同程度の機械的特性を有し、かつ大型部材の製造性に優
れた析出強化型超合金を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明者らはインコネル706合金をベースとする
多くの試験材を用いて、機械的特性と大型部材製造性と
に関する評価試験を行った。その結果、インコネル70
6合金と同程度の機械的特性を有し、かつ大型部材の製
造性に優れた析出強化型超合金を提供できる新規な合金
組成を見いだし、本発明に至った。
【0010】すなわち、本発明のうちの第1の発明は、
重量%で、Ni:35〜45%、Cr:15〜25%、
Al:1.0%以下、Ti:2.0〜4.0%、Nb:
1.5〜3.0%を含み、残部は不可避的不純物を除き
実質的に鉄からなることを特徴とする析出強化型超合金
であり、第2の発明は、上記成分に加え、B:0.00
1〜0.020%を含むことを特徴とする析出強化型超
合金であり、第3の発明は、第1あるいは第2の発明に
さらにMo:0.05〜2.0%、W:0.1〜4.0
%以下の1種又は2種を含む析出強化型超合金である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明における成分の限定
範囲について詳細に説明する。
【0012】Niは合金のマトリクスであるγを安定化
させると共に、Al、Ti、Nbと結合してγ′やγ″
を形成させる重要な元素である。その効果を発揮させる
ためには、最低35%以上の添加量が必要である。しか
しながら、Niは高価な金属であるために、多過ぎる添
加量は合金全体の高価格化を招いて従来合金よりも高価
となってしまう。従って、その添加量は35〜45%の
範囲に限定する。なお、同様の理由で下限を40%、上
限を44%とするのが望ましい。
【0013】Crは合金の耐酸化性、耐食性、強度を高
めるために不可欠な元素である。同時に、非磁性を維持
するためにも不可欠な元素である。それらの効果を発揮
させるためには、最低15%以上の添加量が必要であ
る。しかしながら、多過ぎる添加量はマトリクスである
γの安定性を阻害し、σ相などのTCP相を析出して延
靭性に悪影響を及ぼす。従って、その添加量は15〜2
5%の範囲に限定する。なお、同様の理由で下限を16
%越、上限を20%とするのが望ましい。
【0014】AlはNiと結合してγ′を析出し、合金
の強化に寄与する。但し、この合金系ではγ′形成には
AlよりもTiの方が有効に寄与するため、Alの添
加、未添加は所望により選定することができる。但し、
Alを添加する場合、多過ぎる添加はγ′の粗大化を招
き、それに伴って延性が低下する。従って、その添加量
は1.0%以下の範囲に限定する。なお、同様の理由
で、上限は0.6%とするのが一層望ましい。
【0015】Tiは強化析出元素の中で最も重要な作用
を行う。TiはAlと同様にNiと結合してγ′を析出
し、合金の強化に寄与する。同時に、本発明者らはNb
がNiと結合して析出したγ″のNbサイトにはTiの
置換が可能であることを見いだした。即ち、Tiのみに
よりこの合金の強化能の大部分を担うことができるから
である。しかしながら、多過ぎる添加はイータ(HCP
likeのDO24構造、以後ηと記す)を析出して、
延靭性を低下させる。従って、その添加量は2.0〜
4.0%の範囲に限定する。なお、同様の理由で下限を
2.5%越、上限を3.0%とするのが望ましい。
【0016】Nbも別な意味で添加が必須な強化析出元
素である。NbはNiと結合してγ″を析出するからで
ある。強化の要因となっているγとの整合歪みはγ″の
方がγ′よりも大きいために、γ″の方がより有効に合
金を強化することができる。従って、Nbの添加量が多
いほど、合金は効果的に強化されることになる。しかし
ながら、本発明者らは大型鋼塊の偏析部にはNbに起因
する金属間化合物、例えばLAVES(レーベス)と呼
ばれるTCP相が析出していることを見いだした。この
TCP相の析出が、前述のような鍛造時の割れや所定の
機械的特性が得られなかったりすることの原因となって
いるのである。これはNbは強化元素の中で最も重い元
素であるために、鋼塊の製造時、即ち凝固時には液相部
の下部に滞留し易く、結果的に最も偏析し易い元素であ
るからである。従って、偏析性を低減するためにはNb
の添加量は少ない方が良く、言い換えれば大型鋼塊を製
造するためにはNbの添加量は少ない方が良いことにな
る。このように、Nbは大型鋼塊の製造と機械的特性の
維持との2つの要求に対して、全く相反する効果を示
す。
【0017】しかしながら、前述のように本発明者ら
は、一旦γ″が形成されれば、そのNbサイトにはTi
が置換可能であることを見いだした。従って、γ″を形
成する最低限のNbを添加すると同時に、予め置換すべ
き量のTiを添加することにより、機械的特性の劣化を
伴うことなく、偏析性を低減して大型鋼塊を製造するこ
とができるのである。以上のような観点から、Nbの添
加量は1.5〜3.0%の範囲に限定する。これまでの
説明で明らかなように、添加量が1.5%未満の場合に
はγ″を形成しないために機械的特性が劣化し、逆に添
加量が3.0%を越えると偏析性を著しく促進して大型
鋼塊の製造に不適となるからである。なお、同様の理由
で下限を1.7%越、上限を2.8%とするのが望まし
く、さらに、下限を2.0%、上限を2.5%とするの
が望ましい。
【0018】Bは粒界に偏析して高温特性に寄与するた
めに、本発明合金に添加することが望ましい。また、η
への変態を遅延することから、特にTi添加量が高い場
合(例えば3.0%以上)には有効な元素である。但
し、多過ぎる添加は硼化物を形成し易くなり、逆に粒界
脆化を招くことがある。従って、添加する場合でも、そ
の量は0.001〜0.020%の範囲に限定する。
【0019】MoやWはγに固溶してマトリクスを強化
する、いわゆる固溶強化元素として有効であるので、本
発明合金に添加することが望ましい。同時に、Bと同様
にηへの変態を遅延することから、特にTi添加量が高
い場合(例えば2.8%以上)には有効な元素である。
但し、MoやWもNbと同様の重い元素であるために、
多過ぎる添加は偏析性を助長して大型鋼塊製造に悪影響
を及ぼす。従って、添加する場合でも、Mo:0.05
〜2.0%、W:0.1〜4.0%以下の範囲に限定す
る。上記と同様の理由でMoの下限を0.5%、上限を
1.5%未満とするのが望ましい。また、上記と同様の
理由でWの下限を1%、上限を3%とするのが望まし
い。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。表
1に示す組成を有する供試材を真空誘導炉により溶製し
た50kg鋼塊を、拡散熱処理の後、熱間鍛造により厚
さ30mm×幅120mmの板材とした。この板材から
採取した試験片に980℃で3時間の溶体化処理、その
後720℃で8時間、引き続き620℃で8時間の二段
時効処理を施した。
【0021】
【表1】
【0022】熱処理した各々の試験片について、室温で
引張試験を行った。その結果から求めた引張強さを図1
に示す。図1から明らかなように、本発明合金は従来合
金とほぼ同程度、あるいはそれ以上の高強度を有してい
ることが明らかである。また、比較材は従来合金および
本発明合金よりも強度が劣っていることが明らかであ
る。
【0023】また、同様に供試材から試験材を採取し
て、一方向凝固装置により底面より一方向凝固させた試
料を作製した。凝固後の試料の各位置で組成分析を行
い、各成分毎に単位長さあたりの成分変化率を求めた。
ここで、比較材の成分変化率の最大幅を100とした時
の、各試験材の成分変化率の最大幅を偏析傾向と定義す
る。即ち、偏析傾向の値が少ないほど、実際の鋼塊中の
偏析が生じにくいことを意味している。このようにして
求めた偏析傾向を図2に示すが、本発明合金は従来合金
よりも偏析傾向が少なくなっていることが明らかであ
る。
【0024】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、インコネル706合金と同程度の機械的特性
を有し、かつ大型部材の製造性に優れた析出強化型超合
金を提供することができる。従って、発電用ガスタービ
ンディスクなどの、特に大型部材に好適な析出強化型超
合金であるために、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 試験片の引張試験結果から求めた、各試験材
の引張強さである。
【図2】 一方向凝固試験から求めた、各試験材の偏析
強度である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 楠橋 幹雄 北海道室蘭市茶津町4番地 株式会社日本 製鋼所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、Ni:35〜45%、Cr:
    15〜25%、Al:1.0%以下、Ti:2.0〜
    4.0%、Nb:1.5〜3.0%を含み、残部は不可
    避的不純物を除き実質的に鉄からなることを特徴とする
    析出強化型超合金
  2. 【請求項2】 組成成分として、さらに重量%で、B:
    0.001〜0.020%を含むことを特徴とする請求
    項1記載の析出強化型超合金
  3. 【請求項3】 組成成分として、さらに重量%で、M
    o:0.05〜2.0%、W:0.1〜4.0%の1種
    又は2種を含むことを特徴とする請求項1または2に記
    載の析出強化型超合金
JP05554497A 1997-02-24 1997-02-24 析出強化型超合金 Expired - Fee Related JP3279949B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP05554497A JP3279949B2 (ja) 1997-02-24 1997-02-24 析出強化型超合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP05554497A JP3279949B2 (ja) 1997-02-24 1997-02-24 析出強化型超合金

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10237574A true JPH10237574A (ja) 1998-09-08
JP3279949B2 JP3279949B2 (ja) 2002-04-30

Family

ID=13001665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP05554497A Expired - Fee Related JP3279949B2 (ja) 1997-02-24 1997-02-24 析出強化型超合金

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3279949B2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008130757A1 (en) * 2007-04-19 2008-10-30 Ati Properties, Inc. Nickel-base alloys and articles made therefrom
US8506884B2 (en) 2006-12-11 2013-08-13 Hitachi, Ltd. γ phase strengthened Fe—Ni base superalloy
US10563293B2 (en) 2015-12-07 2020-02-18 Ati Properties Llc Methods for processing nickel-base alloys
CN112453101A (zh) * 2020-11-10 2021-03-09 华能国际电力股份有限公司 一种铁基高温合金的大口径厚壁管材成型制备工艺

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8506884B2 (en) 2006-12-11 2013-08-13 Hitachi, Ltd. γ phase strengthened Fe—Ni base superalloy
WO2008130757A1 (en) * 2007-04-19 2008-10-30 Ati Properties, Inc. Nickel-base alloys and articles made therefrom
US7985304B2 (en) 2007-04-19 2011-07-26 Ati Properties, Inc. Nickel-base alloys and articles made therefrom
US10563293B2 (en) 2015-12-07 2020-02-18 Ati Properties Llc Methods for processing nickel-base alloys
US11725267B2 (en) 2015-12-07 2023-08-15 Ati Properties Llc Methods for processing nickel-base alloys
CN112453101A (zh) * 2020-11-10 2021-03-09 华能国际电力股份有限公司 一种铁基高温合金的大口径厚壁管材成型制备工艺
CN112453101B (zh) * 2020-11-10 2023-03-10 华能国际电力股份有限公司 一种铁基高温合金的大口径厚壁管材成型制备工艺

Also Published As

Publication number Publication date
JP3279949B2 (ja) 2002-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2778705B2 (ja) Ni基超耐熱合金およびその製造方法
JP4037929B2 (ja) 低熱膨張Ni基超耐熱合金およびその製造方法
EP2479302B1 (en) Ni-based heat resistant alloy, gas turbine component and gas turbine
US4078920A (en) Austenitic stainless steel with high molybdenum content
JP3308090B2 (ja) Fe基超耐熱合金
GB2405643A (en) A nickel-chromium-molybdenum alloy
JP2003253363A (ja) 耐熱ばね用Ni基合金、その合金を用いた耐熱ばねとその製造方法
JP2004010963A (ja) 高強度Ti合金およびその製造方法
JP2536673B2 (ja) 冷間加工用チタン合金材の熱処理方法
CN111118422B (zh) 一种高钨高钴的镍合金细晶板材的制备方法
JP3559681B2 (ja) 蒸気タービン翼およびその製造方法
JP2005002451A (ja) 耐熱ばね用Fe−Ni−Cr基合金および耐熱ばねの製造方法
JP2586023B2 (ja) TiA1基耐熱合金の製造方法
JPS6179742A (ja) 耐熱合金
JPH0116292B2 (ja)
JPH09165655A (ja) 高温機器用オーステナイトステンレス鋼およびその製造方法
JP2965841B2 (ja) Ni基超合金鍛造品の製造方法
US20170342525A1 (en) High strength ni-based superalloy
JP6293682B2 (ja) 高強度Ni基超合金
JP2018145516A (ja) マルエージング鋼およびその製造方法
JPH0138848B2 (ja)
JP3279949B2 (ja) 析出強化型超合金
CN113969380B (zh) 一种核级镍基合金高性能棒材的制造方法、棒材及应用
JP4387331B2 (ja) Ni−Fe基合金およびNi−Fe基合金材の製造方法
WO2017170433A1 (ja) Ni基超耐熱合金の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090222

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100222

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100222

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110222

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110222

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120222

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130222

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140222

Year of fee payment: 12

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees