JPS63274730A - 延性合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ、産業上の利用分野 本発′明はＮ　ｉ　−８１でｕ１合金に関し、特に合金
の加工性と延性を向上させる他の元素を含むＮ　ｉ　−
８＋合金に関する。

ロ、従来の技術 Ｎｉ−８（でｕ合金は、湿１１腐食条件下での使用に特
に適した鋳造物品を製造するために５０年以上にも亘っ
て使用されてきた。

米国特許第１，２５８，２２７号、第１．７５３．９０
４号、第１，７６９．２２９＠、及び第３．３１１．４
７０ｊｊ、又英５Ｉ特ｒ：ｆ第１．１１４゜３９８号及
び第１，１６１．９１４＠は、その一般的な組成の合金
に関する従来の特許である。ドイツ特許第１．２４３．
３９７号も多少とも同様な合金に関するものである。第
１表はそれら特許の全般的な展望を示す。

当該技術における最も早い特許は、合金の「脆性］を除
くためマンガンやアルミニウムのような選択的な成分を
含むニッケルーケイ素２元系を内示した米国特許第１．
０７６．４３８号に見られる。ケイ素成分が約７％又は
これを餡える合金は加工された形に作れないので、ケイ
素含有率は好適には３％から５％とされる。その合金は
もっばら熱電素子として使用される。

米国特許第１．２５８．２２７号及び第１．２７８．３
０４号は、それぞれ８６Ｎｉ−６Ａ！−６Ｓｉ−１，５
Ｚｒ及び８１Ｎ＋−８，４ＡＩ−３，８８ｉ−６，８Ｚ
ｒを含む切削工具として使用される物品を内示している
。

現在の技術で（よ、ただ１つの主要な合金が登録商標［
ハステロイ（ＲＡＳ置ＬＯＹ　）　Ｊ合金りとして製造
されている。この合金は通常的９％のケイ素、３．０％
の銅、及び残部のニッケルを含む。この合金は一般的に
鋳造品の形としてだけ市販されているが、最近では米国
特許第４，５６１．８９２号に記載されているような合
金粉末から作られるコーティング及び物品としても提供
されている。

この合金は高濃度硫酸に対する耐性が大きいので特に化
学処理、衛生工事等に有用である。

現在の技術において合金りは、「アルファ」として知ら
れるＦＣＣ固溶体相と又「ベータ」として知られる金属
間化合物の配列をした相、Ｎｉ３Ｓ１とを含む２相組織
をもった鋳造品の形で作られる。又、合金の不十分な機
械的特性、即ち低い延性及び加工性が低いか全然無しで
ある特性をもたせるようなＮｉ　　３ｉ２相も存在する
ことがある。この合金は室温及び６００℃までの温度で
著しく脆弱である。それらの欠点のためにニッケルーケ
イ素合金は当該技術で使用できなかつた。

ハ９発明の目的 本発明の主要な目的は、加工された製品として作ること
ができる延性のあるニッケルーケイ素（Ｎ　ｉ　−８ｉ
　）合金を提供することである。

本発明の他の目的は、超塑性を有する延性のＮ　ｉ　−
３ｉ合金を提供することである。本発明の更に他の目的
は、タービンディスク及び軸及びポンプ羽根として使用
できる６００℃までの高い機械的強度を有する合金を提
供することである。

上記目的は第２表に示すような合金によって達せられる
。この本発明の合金は更にある種の添加元素、例えばラ
ンタン、希土類金属、ジルコニウム、コバルト、ハフニ
ウム、アルミニウム、カルシウム等を含むこともある。

これら元素は当該技術で周知のように脱酸や又鋳造性及
び加工性の向上のために合金製造中に添加される。又そ
の他に、ＦｉＢ！する原材料としてスクラップを使用し
た場合、例えば硫黄、リン、鉛等の元素が含まれること
もある。

ケイ素含有率の高い耐食性合金はその堅く脆弱な性質の
ために主として鋳造製品とされてきた。

しかしその種類の合金で延性があり加工製品の形にでき
るものの需要がある。特に熱間加工性は非常に要望され
る特性である。そこでいろいろなケイ素含有率をもった
ニッケル合金の熱間加工性を向上させるための好適な添
加物を決める一連の試験が行われた。それら合金は少な
くても３回アーク溶融され、それから水冷式銅鋳型に流
込んで１＃（２５，４履）ｘ　１／　２’　（１２，７
履）×５”　　（１２７，０ａｋ）のインゴットに＄８
造された。

これらインゴットは熱間加工段階に先立って少なくても
２時間１０００℃で均質化された。それらインゴットは
１０００℃、１０５０℃、及び１１００℃で熱間鋳造及
び熱間圧延された。

その合金は又実験的にエレクトロスラグ再溶融法によっ
て容易に作られている。当該技術の範囲内で更にその他
の方法も使用できよう。

第３表は試験の結果を一見して分かるように示したもの
である。数字は全て表示した元素の重量％を示す。文字
は一般的に略号である。［Ｆ−鍛造（ｒｏｒＱｅ　）と
Ｒ−圧延（Ｒｏｌｌ）　Ｊは熱間加工段階を示す。ｒＬ
−１０００℃、Ｍ　−１，０５０℃、及びＨ−１１００
℃」は熱間加工温度を示す。

「Ｅ−優（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　）　、Ｇ−良（ＧＯＯ
ｄ）　、及びＰ−劣（ｐｏｏｒ）　Ｊは熱間加工後の製
品の評価を示す。「■−劣悪（Ｔｅｒｒｉｂｌｅ）　Ｊ
は試料の全体的な不出来（破壊等）を意味する。「Ｗ−
溶融（Ｍａｌｔ）　Ｊは試料が熱間加工段階中に溶融し
たことを示す。

１ｍすべきこととして、２元合金はケイ素含有率が８８
２から１３．４％のとき良好に熱間加工された。しかし
１６％２元ケイ素合金は熱間加工性が劣っていた。

データは、約１％以上のチタン添加物を有する合金が熱
間加工性の劣ることを示している。従ってチタンは不純
物として１％以下に抑えられ、好適には０．５％を超え
ないようにされる。バナジンはそれ独自でも又他の元素
と一緒でも、熱間加工性を高める最も有効な添加物と思
われる。バナシンヲ含（ｒ（２Ｖ＋４Ｍｏ＋０．０２Ｂ
を除く）合金は全て良ないし優の熱間加工性を有する。

それらファクタを全体的に考察すると、Ｎｉ−８ｉ合金
への添加元素に関する幾つかの一般的結論が可能になる
。

１、ケイ素は耐食性を作る。

２、室温延性は一般的にバナジン、コロンビウム、及び
タンタルの添加によって大きくされる。

３、熱間加工性はクロム、マンガン、鉄、モリブデン、
及びタングステンの添加によって向上する。低温強度は
モリブデンとタングステンによって向上する。

４、ホウ素も又室温延性をある程度向上させる。

しかしそれは熱間加工の問題点を避けるために控え目に
添加すべきである。

それらの結論は、特定の条件においてどの合金を使用す
るかを決定するのに役立つ。従って第２表の範囲は本発
明の全体の広い概念を覆うものである。しかし全ての元
素が常に必要というわけではない。

第２表、第３表、第４表、及び第５表は上述のようにし
て作られる本発明の合金のリストを示す。

それら合金は良ないし優の熱間加工性を備える。

更にそれら合金は引張強度と超塑性の試験をされた。そ
の結果が第４表と第５表に示される。これらのデータは
、第２表に示すような合金が、高５ｉ−Ｎ１！合金につ
いて予期されなかった組合せの特性を有することを示し
ている。全てが良から優の熱間加工性と冷間圧延性を有
する。更に驚くべきことに、あるものは第４表に示され
るように高い超塑性を備えている。

第４表 超塑性を示すＮｔ−３ｉ合金 組　　成　　　　　　　　　　　　　　破壊までの最高
歪み（％）Ｎｉ−１０，ｌ５ｉ−３，１６０ｒ　　　　
　　　　　　１７７Ｎｉ−１０，１Ｓｉ−５，６７Ｍ０
　　　　　　　　　３１ＯＮｉ−１０，１８ｉ−３，１
Ｖ−２ＭＯ２０３Ｎｉ−９，０８ｉ−３，１Ｖ−ＩＭｏ
　　　　　　　　４４ＯＮｉ−９，３Ｓｉ−３，１Ｖ−
１５Ｆｅ　　　　　　　２０４Ｎｉ−９，３Ｓｉ−２Ｖ
　　　　　　　　　　　　　　２２２Ｎｉ−９，３Ｓｉ
−３，１Ｖ−１０Ｆｅ　　　　　　　２４３Ｎｉｉｏ、
ｌ５ｉ−３，１Ｖ−４ＭＯ５３２Ｎｉ−１０，ｌ５ｉ−
２，５Ｖ−３Ｍ０　　　　　　　４０８Ｎｉ−１０，１
Ｓｉ−３，１Ｖ−５Ｆｅ　　　　　　　　５７３Ｎｉ−
１０，ＩＳｌ５１−２Ｖ−４２８ＢＮｉ−１０，ｌ５ｉ
−４Ｃｒ　　　　　　　　　　　　　１５６第２表に載
っている合金Ｃはバナジン添加物をもっていないが、３
．５と４．５％のニオブ及び約３％のクロムを含んでい
た。合金Ｅも又バナジン添加物をもたないが、約２％の
ニオブと約２．５％の銅を含んでいた。それら合金の良
好な加工性は、バナジンが、非常に要望されるものでは
あるが、重要なものではないことを示唆する。

肛里盈 熱間加工可能であると知られた合金の多くは加工された
形に超塑性成形を行うことができる。第４表は、標準的
な引張試験において毎分２０％の歪み率で超塑性引張伸
び（破壊までの〉１００％歪み）を示す合金を載せてい
る。

それらの結果は、それら合金の２相高瀾ミクＯ組織が熱
間加工後非常に微細なミクロ組織になることを示唆する
。

その正確なメカニズムは完全には分からないが、Ｃｒ、
Ｍｎ、Ｍｏ、Ｆｅ、及びＷの効果でキャビテーションの
減少があるものと思われる。それらの特徴は、超塑性成
形（又恒温鍛造として知られている）による工業製品の
製造に重要である。

超塑性に加えて機械的特性の著しい改良は又、本発明の
目的とする６００℃までの高い強度を作る。

実例として、１０．１％のケイ素、２％のバナジン、及
び４％のモリブデンを含む１つのニッケル基合金が１０
８０℃までのいろいろな温度において試験された。第５
表に示されるその試験のデータは、６００℃までの強度
がタービンディスク及び軸に必要な値を超える、あるい
は比肩できるものであることを示している。例えば本発
明の合金は、当該技術で現在使用されている合金ｌＮ７
１８に好適に匹敵する。

第５表 本発明の合金の引張特性 （Ｎｉ−１０，ＩＳｉ−ｌ５１−２Ｖ−４℃）　　　　
　（にｓｉ）　　　　　（にｓｉ）　　　　　（％）１
６ｈ＠９００”ＣＷ温　　　　１２３．８　　２１１．
６　　　１２．０１６ｈ＠９００’ＣＭ　　　　　１２
７．４　　２０４．７　　　１０．５１６ｈ＠９００℃
　　　５００　　　１３５．８　　１８７．０　　　１
３．１１５ｈ＠９００℃　　　６００　　　１３９．８
　　１５５．０　　　　５．６１６ｈ＠９００℃　　　
７００　　　　９９．１　　１１９．４　　　　５．０
ｉ５ｈ＠９００℃　　　８００　　　　７９．８　　　
９３．３　　　　１．４１６ｈ＠９００℃　　１０００
　　　　　４．８　　　１１．６　　１２８．３１６ｈ
＠９００℃　　１０８０　　　　　２．２　　　　２．
６　　２８８．２１６ｈ＠９００℃　　１０８０　　　
　　２．３　　　　２．８　　２４８．９湿潤耐食性 それら合金は湿潤腐食条件下で広く使用されるから、い
ろいな元素を添加したときの基本的Ｎ１−ｓｉ合金への
効果を知るための試験が行われた。

第６表は、６０と７７％の濃度の沸騰硫酸内で９６時間
行われた試験から得られたデータを示す。

これら試験は、バナジンとクロムが腐食率を増大し、こ
れに対しニオブとチタンが腐食率を減少させることを示
している。

第７表は、２つの選択された合金の腐食率に対する金属
加工の効果を示す。それら２つの合金はそれぞれ、鋳造
で、又熱間及び冷間加工後に試験された。第７表に示さ
れるように、熱機械的処理は腐食率に少しく効果を及ぼ
す。６０％の酸では、腐食率は高いので、２つの処理の
間の腐食率の差はそれほど大きくない。７７％の酸では
、鋳造足す焼鈍した合金はその腐食率が冷閤加工足す焼
鈍した合金よりも著しく低い。

第６表 沸ｌＩ！酸中の様々なＮｉ−ｓｉ合金の腐食試験の結果
Ｎｉ−１０８ｉ　　　　　　　　　　　３６４０　　　
　　　　　　３５Ｎｉ−１０８ｉ−２，９Ｔｉ　　　　
　　３５８　　　　　　　　　　１Ｎｉ−１０Ｓｉ−５
，５Ｎｂ　　　　　　１６０　　　　　　　　　　３Ｎ
ｉ−１０Ｓｉ−３，２Ｏｒ　　　　　２３００　　　　
　　　　　７ＯＮ　ｉ−９，３８ｉ−２０Ｖ　　　　　
　３８００　　　　　　　　　４７Ｎｉ−９，３Ｓｉ−
３Ｖ　　　　　　　３１００　　　　　　　　　２５Ｎ
ｉ−９Ｓｉ−３Ｖ−１Ｍｏ　　　　　３２００　　　　
　　　　　３３Ｎｉ−９Ｓｉ−３Ｖ−２ＭＯ２１００２
５第７表 腐食率に対する熱機械的処理の効果 ＮｉＮｉ−９Ｓｉ−３Ｖ−１Ａ−鋳造　　　　　３２０
０　　　　　３３Ｎｉ−９Ｓｉ−３Ｖ−１Ｍｏ　　　Ｂ
−１］０工　　　　　２１００　　　　　５ＯＮｉ−９
Ｓｉ−３Ｖ−２Ｍｏ　　　Ａ−鋳造　　　　　２４００
　　　　　２５Ｎｉ−９Ｓｉ−３Ｖ−２Ｍｏ　　　Ｂ−
加工　　　　　１１００　　　　　６２処　　理１ 八−鋳造＋１０００℃で４時開 Ｂ−鋳造＋１０００℃で４時ＩＩ！＋熱間圧延＋１００
０℃で２時間＋冷間圧延＋１ｏｏｏ℃で２時間 第８表 実験試料の腐食試験の結果 ＋Ｇ、１ｓｉ　　　　　　　ＩＩＲ１１００℃／１６１
１Ｒ３，１（Ｋ）Ｏ’Ｃ３６１１０３３１０Ｓｉ−２Ｃ
ｒ　　　　　　ＩＩＲ１０８０’Ｃ／１６８Ｒ３，９２
５℃　　　　３２００　　　　　　５３１０Ｓｉ−４Ｃ
ｒ　　　　　　ＨＲ１０８０’Ｃ／１６１１Ｒ３，９２
５℃　　　１３６５　　　　　　　３７１０Ｓｉ−３Ｆ
ｃ　　　　　　ＩＩＲ１０９０’Ｃ／２１１Ｒ３，１１
００℃／　　　３９００　　　　　　　３９１６　＋ｌ
Ｒ３，鐙■℃ ＋０３ｉ−４，５Ｃｂ−３Ｃｒ　　　ＨＲ１１００’Ｃ
５９０２９１０Ｓｉ−２シー３Ｃｒ　　　　ＦＩＲ１０
８０℃／１６８Ｒ３，９２５℃　　　２６００　　　　
　　　１７１０．１Ｓｉ−３Ｖ−４）ｋ　　　ＨＲ１１
００”Ｃ／４　Ｎ’ＫＳ、　９ＧＯ’Ｃ／　　　　２３
００　　　　　　５５１６１１Ｒ３，’Ｘ）０℃ １０、　ｌ５ｉ−２Ｖ−４）４ｏ　　　　　−Ｓａ＋ｅ
ｅ　ａｓ　ａｂｏｖｅ　−１４３０２１１＜１．１ｓｔ
−２，５Ｖ−３１４ｏＩＩＲ１１００℃／２１１１１３
．１０８０　”Ｃ／　　　１３６２　　　　　　　１６
４　）ＨＲ３，９００’Ｃ／１６　ＨＲ３，９００℃＋
０．１Ｓｉ−３Ｖ−５「ｅ　　　ＩＩＲ１１０１Ｊ　’
Ｃ／２　ＨＲＳ、　１０８０　’Ｃ／　　　１７５０　
　　　　　　０．７４１１Ｒ３，９００’Ｃ／１６１（
Ｒ３，９００℃追加の腐食試験が第８表に示すような選
択された合金について行われた。その表で分かるように
、Ｎｉ−１０８ｉ２元合金へのＭＯｌＦｅ、又はＣｒの
添加は耐食性に有益ではなかった。Ｎｉ−１０Ｓ　ｉ−
Ｖ合金へのＭＯ又はＣｒの添加ら有益ではなかった。し
かしＮｉ−１０Ｓｉ　−３ＶへのＦｅの添加は７７％Ｈ
２ＳＯ４では有益であり、そして６０％Ｈ２ＳＯ４では
ある程度まで有益であることが知られた。後者の溶液で
は腐食率は最初低く、そして長時間で高い値になる。第
９表は選択された合金への銅の添加に関する腐食データ
を示す。銅の添加は一般的にそのクラスの合金に有益で
あることが知られた。

そのクラスの合金において銅は、原材料としてスクラッ
プを使った場合に偶々混入する元素として約０．５％ま
で存在しよう。約０．５％は好適な最少含有率である。

当該技術者には明らかなように、特定の実例と１１Ｑ連
してここに開示した本発明の新規な原理は、その他の様
々な変化形や適用例が可能である。従つて本発明はそれ
ら特定の実例に限定されるものでなく、特許請求の範囲
によってのみ定義されるものである。

第９表 銅を含む選択された合金のｌｌ５１食率９．５Ｓｉ−２
Ｃｂ−３゜２Ｃｒ−２，５Ｃｕ　　　　　　　　８９０
　　　　　　　　　５９９、５３１−３Ｖ−２１ｅ−２
，５ＣＵ　　　　　　　　１２５０　　　　　　　　　
　５９．５Ｓｉ−３Ｖ−５Ｆｅ　−２，５Ｃｕ　　　　
　　　　１８００　　　　　　　　　１７代哩人　浅　
　杓　　　皓

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）良好な熱間加工性を有する延性合金において、重
   量％で主として、 ケイ素　７から１４まで バナジン　０．５から６まで ニオブ　６まで Ｎｂ＋Ｔａ　１０まで Ｃｒ＋Ｍｎ＋Ｆｅ　３０まで Ｍｏ＋Ｗ　１５まで Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｃｒ＋Ｍｎ ＋Ｆｅ＋Ｍｏ＋Ｗ　３０まで ホウ素　０．２まで 銅　０．５から５まで チタン　最大１ ニッケル足す不純物　残部 から成る合金。
2. （２）特許請求の範囲第１項の合金において、重量％で ケイ素　８から１２．５まで バナジン　１から３．５まで ニオブ　１．５から５まで Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｃｒ＋Ｍｎ ＋Ｆｅ＋Ｍｏ＋Ｗ　１から３０まで 銅　０．５から３．５まで チタン　最大０．５ ニッケル足す不純物　残部 を含む合金。
3. （３）特許請求の範囲第１項の合金において、重量％で
   約１０のケイ素、約２のバナジン、約３．５のニオブ加
   えるタンタル、３．５から３０のＮｂ＋Ｔａ＋Ｃｒ＋Ｍ
   ｎ＋Ｆｅ＋Ｍｏ＋Ｗ、及び０．１までのホウ素を含む合
   金。
4. （４）特許請求の範囲第１項の合金において、重量％で
   約１０のケイ素、約３のニオブ、及び約５の鉄を含む合
   金。
5. （５）特許請求の範囲第１項の合金において、重量％で
   約１０のケイ素、約３．５のニオブ、及び約３のクロム
   を含む合金。
6. （６）特許請求の範囲第１項の合金において、重量％で
   約９．８のケイ素、約２のニオブ、及び約３．２のクロ
   ム、及び約２．５の銅を含む合金。
7. （７）特許請求の範囲第１項の合金において、重量％で
   約９．５のケイ素、約３のバナジン、約２の鉄、及び約
   ２．５の銅を含む合金。
8. （８）特許請求の範囲第１項の合金において、重量％で
   、約９．５のケイ素、約３のバナジン、約５の鉄、及び
   約２．５の銅を含む合金。