JPH10237574A - 析出強化型超合金 - Google Patents
析出強化型超合金Info
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- 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
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Abstract
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
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。
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
O22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。
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。
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。
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。
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。
−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。
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。
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。
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。
範囲について詳細に説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
の引張強さである。
強度である。
Claims (3)
- 【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 - 【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 - 【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
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)
| 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 |
-
1997
- 1997-02-24 JP JP05554497A patent/JP3279949B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| 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 |
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