KR20200070403A

KR20200070403A - 니켈계 합금의 제조 방법

Info

Publication number: KR20200070403A
Application number: KR1020207015674A
Authority: KR
Inventors: 보도 게르만; 부르하르트 에르펜베크
Original assignee: 파우데엠 메탈스 인테르나티오날 게엠베하
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2020-06-17
Also published as: US20210371963A1; JP2022023193A; EP3720982A1; JP7052036B2; EP3720982B1; WO2019110050A1; JP2021502491A; CN111225990B9; DE102018009375A1; CN111225990A; CN111225990B; FI3720982T3; US11306380B2; JP7374160B2; ES2999761T3

Abstract

본 발명은 니켈계 합금을 제조하는 방법에 관한 것이며, 이 방법에서는: - 전극이 VIM, VOF 또는 VLF에 의해 생성되며; - 응력 감소 및 에이징(aging)을 위해, 상기 전극은 퍼니스에서 500 내지 1300 ℃의 온도 범위에서 10 내지 336 시간 동안 열처리되고, 상기 열처리는 1000 ℃ 내지 1300 ℃의 온도 범위에서 최소 10 시간 최대 48 시간 동안 적용되며; - 상기 전극은, 공기 중에서 또는 퍼니스 내에서, 실온 이상 900 ℃ 미만의 온도로 냉각되며; - 그 다음, 상기 냉각된 전극은 ESR에 의해 3.0 내지 10 kg/분의 재용융 속도에서 재용융되어 ESR 블록을 얻으며; - 상기 ESR 블록은, 공기 중에서 또는 퍼니스 내에서, 실온 이상 900 ℃ 미만의 온도로 냉각되고, 상기 ESR 블록은, 3.0 내지 10 kg/분의 재용융 속도에서 그리고 15% 미만, 더 우수하게는 10% 미만, 이상적으로는 5% 미만의 재용융 속도 변동 범위에서, VAR에 의해 다시 재용융되며; - 상기 재용융된 VAR 블록은 500 내지 1250 ℃의 온도 범위에서 10 내지 336 시간 동안 열처리되며; - 그 다음, 상기 VAR 블록은 열간 성형 또는 냉간 성형을 통해 목적하는 제품 형상 및 치수를 갖게 된다.

Description

니켈계 합금의 제조 방법

본 발명은 니켈계 합금의 제조 방법에 관한 것이다.

EP 1 377 690 B1은, 정편석 및 부편석(positive and negative segregation)이 실질적으로 없는, 니켈계 초합금의 제조 방법을 개시하고, 이 방법은 다음을 포함한다:

- 주조 금형 내에서 합금을 주조하는 단계,

- 합금을 적어도 649 ℃로 가열하고 적어도 10 시간 동안 어닐링 및 오버-에이징(over-aging)하는 단계.

- 적어도 3.63 kg/분의 용융 속도로 합금을 일렉트로슬래그(electroslag) 재용융하는 단계,

- 합금을 완전 응고 후 4 시간 이내에 가열 오븐 내로 이동시키는 단계,

- 합금을 316 ℃ 내지 982 ℃의 제1 온도에서 적어도 10 시간 동안 가열 오븐 내에서 유지하는 단계,

- 합금 내의 열 응력이 방지되도록, 퍼니스 온도를 제1 온도로부터 적어도 1163 ℃의 제2 온도로 올리는 단계,

- 합금을 적어도 10 시간 동안 제2 온도에서 유지하는 단계,

- VAR 잉곳을 제조하기 위해 합금의 VAR 전극을 3.63 내지 5 kg/분의 용융 속도로 진공 아크(vacuum arc) 재용융하는 단계.

니켈계 합금은 바람직하게는 합금 718 또는 합금 706에 관한 것이다.

통상적으로 알려진 바와 같이, 편석을 균질화하고 재료의 응력을 완화시키기 위해, 더 높은 온도 범위(예를 들어, 500 내지 1250 ℃)에서의 열처리가 사용될 수 있다.

본 발명의 목적은, 미래의 고객 요구를 담아 내기 위해, 마지막 재용융 단계 동안 재료 내에 도입되는 결함의 감소뿐만 아니라 미세구조의 개선이 가능한 수단에 의해, 니켈계 합금의 제조를 위한 대안적이고 더 저렴한 방법을 제공하는 것이다. EP 1 377 690 B1에 개시된 방법과 비교하여, 제1 및 제2 재용융 사이의 복잡한 공정 제어에 의해 발생되는 비용을 피해야 한다. 그리고 용융 및 재용융에 의해 야기되는 결함을 피함으로써 품질이 상당히 개선되어야 한다. 이 과제는 하기와 같은 니켈계 합금의 제조 방법에 의해 수행된다:

- 전극은 VIM, VOD 또는 VLF에 의해 생성되며,

- 응력 감소 및 오버에이징을 위해, 전극은 500 내지 1300 ℃의 온도 범위에서 10 내지 336 시간 동안 퍼니스에서 열처리되며, 여기서 열처리는 적어도 10 시간 내지 최대 48 시간 동안 1000 ℃ 내지 1300 ℃의 온도 범위에서 적용되며,

- 전극은, 공기 중에서 또는 퍼니스 내에서, 실온 이상 900 ℃ 미만의 온도로 냉각되며,

- 그 다음, 냉각된 전극은 3.0 내지 10 kg/분의 재용융 속도에서 ESR에 의해 재용융되어, ESR 잉곳을 수득하며,

- ESR 잉곳은 공기 중에서 또는 퍼니스 내에서 실온 이상 900 ℃ 미만의 온도로 냉각되며,

- ESR 잉곳은 3.0 내지 10 kg/분의 재용융 속도에서, 그리고 15% 미만, 더 우수하게는 10% 미만, 이상적으로는 5% 미만의 재용융 속도 변동 범위에서 VAR에 의해 다시 재용융되며,

- 재용융된 VAR 잉곳은 500 내지 1250 ℃의 온도 범위에서 10 내지 336 시간 동안 열처리되며,

- 그 다음, VAR 잉곳은 이후 열간 및/또는 냉간 가공을 통해 목적하는 제품 형상 및 치수를 갖게 된다.

본 발명에 따른 방법의 유리한 추가적인 개발(예를 들어, VAR에 의한 재용융의 추가 단계)은 종속항으로부터 추론될 수 있다.

종래 기술에 비해, ESR에 의한 재용융 후의 열처리 단계가 제거되고, 재용융 속도는 더 정확하게 지정된다. 따라서, 열처리는, 종래 기술에서 설명된 바와 같이, ESR 잉곳이 아닌 전적으로 기본 전극에서만 수행된다. 이러한 방식으로 생성된 재료는 재용융으로 인해 유발된 결함의 함량이 훨씬 더 낮다.

VIM 잉곳의 선택적인(selective) 열처리로 인해, 내부 응력이 완화되고 편석 결함이 제거된다. 이는 ESR 및 VAR의 후속 재용융 단계에 긍정적으로 작용한다.

이 과제는 또한, 바람직하게는 하기의 니켈계 합금의 제조 방법에 의해 달성된다:

- 전극은 VIM에 의해 생성되며,

- 니켈계 합금이 감마 프라임 상(gamma prime phase)을 형성하는 경우: 전극은, 200 ℃보다 차가워지기 전에, 이상적으로는 250 ℃보다 차가워지기 전에 , 퍼니스 내에 도입되며,

- 응력 감소 및 오버에이징을 위해, 전극은 퍼니스에서 500 내지 1250 ℃의 온도 범위에서 10 내지 336 시간 동안 퍼니스에서 열처리되며,

- 전극의 표면은, 결함 제거 및 세정을 위해, (예를 들어, 브러싱(brushing), 그라인딩(grinding), 산세척(pickling), 절단(cutting), 스캘핑(scalping) 등에 의해) 기계가공되며,

- 그 다음, 냉각된 전극은 3.0 내지 10 kg/분의 재용융 속도에서 ESR에 의해 재용융되어, 직경 400 내지 1500 mm의 ESR 잉곳을 수득하며,

- ESR 잉곳은 공기 중에서 또는 퍼니스에서 실온 이상 900 ℃ 미만의 온도로 냉각되며,

- 필요한 경우, ESR 잉곳의 표면은 결함 제거 및 세정을 위해 (예를 들어, 브러싱, 그라인딩, 산세척, 절단, 스캘핑 등에 의해) 기계가공된다.

- 냉각된 ESR 잉곳은 500 내지 1250 ℃의 온도 범위에서 10 내지 336 시간 동안 추가적으로 열처리되며,

- ESR 잉곳은 공기 중에서 또는 퍼니스에서 실온 이상 870 ℃ 미만의 온도로 냉각되며,

- ESR 잉곳은 3.0 내지 10 kg/분의 재용융 속도에서, 그리고 15% 미만, 더 우수하게는 10% 미만, 이상적으로는 5% 미만의 재용융 속도 변동 범위에서 VAR에 의해 다시 재용융되어, 직경 400 내지 1500 mm의 VAR 잉곳을 수득하며,

- 니켈계 합금이 감마 프라임 상을 형성하는 경우: VAR 잉곳은 상부 영역에서 200 ℃보다 차가워지기 전에, 이상적으로는 250 ℃보다 차가워지기 전에 퍼니스 내로 도입되며,

- VAR 잉곳은 공기 중에서 또는 퍼니스에서 실온 이상 900 ℃ 미만의 온도로 냉각되거나, 850 ℃보다 더 뜨꺼운 동안, 열간 가공 공정으로 전달되며,

- VAR 잉곳은 열간 및/또는 냉간 가공(예를 들어, 단조, 압연, 인발)에 의해 목적하는 제품 형상(예를 들어, 잉곳, 바, 와이어, 시트, 스트립, 포일) 및 치수를 갖게 된다.

전극이 제1 재용융 전에 표면이 기계 가공(예를 들어 브러싱, 그라인딩, 산세척, 절단, 스캘핑 등에 의해)되는 것이 유리할 수 있다. 이 공정에서, 추가 재용융에 의해 제거되지 않고 후속 적용을 손상시킬 수 있는, 결함이 제거될 수 있다.

본 발명의 추가적인 사상에 따르면, ESR 잉곳은 VAR 재용융 전에 추가적인 표면 기계 가공(예를 들어, 브러싱, 그라인딩, 산세척, 절단, 스캘핑 등에 의해)을 거치게 되며, 이 공정에서, 추가 재용융에 의해 제거될 수 없는 결함을 제거하는 것도 가능하다.

본 발명의 추가적인 사상에 따르면, VAR에 의한 재용융은 ESR에 의한 재용융 대신에 직접 수행된다.

이 방법은 임의의 Ni 합금 및 특히 표 1 및 11 내지 13에 따른 합금에 적용될 수 있다.

하기에, 본 발명에 따른 공정 파라미터에 의해 제조될 수 있는 합금 조성이 제공된다. 모든 값은 wt%이다:

최대 0.25 wt%의 C;

최대 0.03 wt%의 S;

17 내지 32 wt%의 Cr;

33 내지 72 wt%의 Ni;

최대 1 wt%의 Mn;

최대 1 wt%의 Si;

0 내지 10 wt%의 Mo;

최대 3.25 wt%의 Ti;

최대 5.5 wt%의 Nb;

최대 0.5 wt%의 Cu;

최대 25 wt%의 Fe;

최대 3.15 wt%의 Al;

최대 0.6 wt%의 V;

최대 0.12 wt%의 Zr;

최대 35 wt%의 Co;및

제조 관련 불순물.

또한, 선택적으로(optionally):

최대 5.2 wt%의 Nb+Ta;

최대 0.02 wt%의 B;

최대 0.0005 wt%의 SE;

최대 0.00005 wt%의 Bi;

최대 0.002 wt%의 Pb;

최대 0.03 wt%의 P.

유리하게는, 하기의 원자들이 하기와 같이 조정될 수 있다:

최대 0.2 wt%의 C;

최대 0.02 wt%의 S;

17 내지 25 wt%의 Cr;

45 내지 58 wt%의 Ni;

최대 0.6 wt%의 Mn;

최대 0.4 wt%의 Si;

0 내지 6.1 wt%의 Mo;

0.1 내지 2.7 wt%의 Ti;

최대 1.7 wt%의 Al;

최대 13 wt%의 Co.

하기에, 합금 718을 기반으로 하는 합금의 예가 제시된다:

최대 0.08 wt%의 C;

최대 0.015 wt%의 S;

17 내지 21 wt%의 Cr;

50 내지 55 wt%의 Ni;

최대 0.35 wt%의 Mn;

최대 0.35 wt%의 Si;

2.8 내지 3.3 wt%의 Mo;

0.65 내지 1.15 wt%의 Ti;

4.75 내지 5.5 wt%의 Nb;

최대 0.3 wt%의 Cu;

6 내지 25 wt%의 Fe;

최대 0.015 wt%의 P;

0.2 내지 0.8 wt%의 Al;

최대 1 wt%의 Co;

최대 0.006 wt%의 B;

최대 0.05 wt%의 Ta;

최대 0.001 wt%의 Pb;

최대 0.0005 wt%의 Se;

최대 0.00005 wt%의 Bi.

대안적으로, 이 합금은 또한, 더 높은 Ni 함량을 가질 수 있다.

최대 0.1 wt%의 C;

최대 0.03 wt%의 S;

17 내지 32 wt%의 Cr;

58 내지 79 wt%의 Ni;

최대 0.6 wt%의 Nb;

최대 18 wt%의 Fe;

최대 0.1 wt%의 C;

최대 0.02 wt%의 S;

17 내지 30 wt%의 Cr;

58 내지 72 wt%의 Ni;

최대 1 wt%의 Mn;

최대 1 wt%의 Si;

0 내지 10 wt%의 Mo;

최대 3.25 wt%의 Ti;

최대 4.1 wt%의 Nb;

최대 0.5 wt%의 Cu;

최대 18 wt%의 Fe;

최대 3.15 wt%의 Al;

최대 0.6 wt%의 V;

최대 0.1 wt%의 Zr;

최대 15 wt%의 Co.

또한, 선택적으로(optionally):

최대 0.008 wt%의 B;

최대 0.0005 wt%의 Se;

최대 0.00005 wt%의 Bi;

최대 0.002 wt%의 Pb;

최대 0.03 wt%의 P.

하기와 같은 추가 제한이 고려될 수 있다:

0.01 내지 0.04 wt%의 C;

최대 0.5 wt%의 Mn;

최대 0.5 wt%의 Si;

최대 0.2 wt%의 Cu.

또한, 필요에 따라 선택적으로(optionally):

8 내지 10 wt%의 Mo.

하기에, 합금 780을 기반으로 하는 합금의 예가 제시된다:

최대 0.1 wt%의 C;

최대 0.015 wt%의 S;

최대 0.03 wt%의 N;

16 내지 20 wt%의 Cr;

26 내지 62 wt%의 Ni;

최대 0.5 wt%의 Mn;

최대 0.3 wt%의 Si;

2 내지 4 wt%의 Mo;

0.1 내지 1 wt%의 Ti;

최대 0.5 wt%의 Cu;

최대 10 wt%의 Fe;

최대 0.03 wt%의 P;

1 내지 3 wt%의 Al;

최대 0.01 wt%의 Mg;

최대 0.01 wt%의 Ca;

최대 0.05 wt%의 Zr;

15 내지 28 wt%의 Co;

최대 0.02 wt%의 B;

최대 0.02 wt%의 O;

4 내지 6 wt%의 Nb+Ta.

이 제조 공정에 의해 제조된 재료는, 통상적으로 초음파 검사에서 0.8 mm의 비교 결함 크기를 갖는 결함이 상당히 더 적다(50%).

본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 하기 합금들에 사용될 수 있도록 의도된다:

* 합금 601

* 합금 602 CA 및 이의 변형물 MCA

* 합금 617 및 이의 변형물 617 B 및 617 OCC

* 합금 625

* 합금 690

* 합금 699XA

* 합금 718 및 이의 변형물들

* 합금 780

* 합금 788

* 합금 80A

* 합금 81

* 합금 X-750

* 합금 C-263

* 합금 K-500

* 와스팔로이(Waspaloy)

* FM 625

* FM 617 및

* FM 602

예로서, 표 1 및 11 내지 13은 상기 언급된 합금의 분석 범위를 보여준다.

400 mm(원형 및 다각형) 초과의 잉곳 형식이 달성된다.

VIM, ESR 및 VAR 잉곳은 또한, 합금 및 잉곳 직경에 따라 필요할 수 있는, 더 나은 균질성을 생성하기 위해, 전극 치수로 단조(forge)될 수 있다.

요구되는 제품 형상 및 치수에 대한 열간 성형은 전형적인 방법(단조, 압연, 등)에 의해 수행될 수 있다.

이 방법에 따라 제조된 잉곳 및 바(bar)는 종래의 방법에 의한 반제품 형상(바, 시트, 스트립, 포일, 와이어, 등)으로 추가적으로 제조될 수 있다.

예로서, 본 발명에 따른 방법은 하기과 같이 설명된다:

여러 실행예(heat), 예를 들어, S3 및 S4가 본 발명에 따른 방법에 의해 제조되었다.

- 전극은 VIM에 의해 제조되었다.

- 응력의 감소 및 편석의 평형을 위해, 전극을 500 내지 1300 ℃의 온도 범위에서 10 내지 72 시간 동안 퍼니스 내에서 열처리되었다. 이 공정에서, 열처리는 1000 ℃ 내지 1300 ℃의 온도 범위에서 적어도 10 시간 내지 최대 48 시간 동안 적용되었다.

- 전극은 공기 중에서 또는 퍼니스 내에서 실온 내지 900 ℃ 미만의 온도로 냉각되었다.

- 전극은, 그라인딩 등과 같은 표면 처리를 거친다.

- 그 다음, 전극은 3 내지 6 kg/분의 재용융 속도에서 ESR에 의해 재용융되어, ESR 잉곳을 수득하였다.

- ESR 잉곳은 퍼니스에서 실온과 900 ℃ 미만의 온도로 냉각되었다.

- ESR 잉곳은 3 내지 6 kg/분의 재용융 속도에서 VAR에 의해 재용융되었다.

- 그에 따라 VAR 잉곳은 500 내지 1220 ℃의 온도 범위에서 20 내지 100 시간 동안 퍼니스 내에서 열처리되었다.

- 그 다음, VAR 잉곳은 그라인딩되거나, 또는 가공되지 않은 상태에서, 바(bar)로 열간 또는 냉간 가공에 의해 가공되었다.

본 발명에 따른 방법을 거치지 않은, 실행예 S1 및 S2의 비교에서, VIM에 의해 생성된 전극은, 응력의 감소 및 편석의 평형을 위해, 10 내지 48 시간 동안 500 내지 1000 ℃의 온도 범위의 오직 퍼니스 내에서만 열처리되었다.

모든 실행예(본 발명에 따른 실행예 및 비교 실행예 모두)은 합금 718의 분석 보고서에 따라 제조되었다(표 1 및 11 내지 13 참조).

제조 동안 발생한 선택된 재용융 속도와의 편차는 표 2에 나타내었다.

재용융 속도의 편차는 하기 수준까지 발생했다.

	S1 (414972)	S2 (415078)	S3 (415130)	S4 (415156)
상향 편차	+26.39%	+43.89%	+2.2	+2.2
하향 편차	-40.83%	-46.67%	-0.83	-0.56

	VDM 합금 601	VDM 합금 602 CA / MCA	VDM FM 602	VDM 합금 617 (B/OCC)	VDM FM 617	VDM 합금 625
	합금 601	합금 602 CA / MCA	FM 602	합금 617 (B/OCC)	FM 617	합금 625
질량%	최소-최대	최소-최대	최소-최대	최소-최대	최소-최대	최소-최대
C	0.03-0.1	0.15-0.25	0.15-0.25	0.05-0.08	0.05-0.15	-0.03
S	-0.015	-0.01		-0.008		-0.01
N
Cr	21-25	24-26	24-26	21-23	20-24	21-23
Ni	58-63	59-66	59-66	45-58	50-61	58-71
Mn	-1	-0.5	-0.5	-0.5	-1	-0.5
Si	-0.5	-0.5	-0.5	-0.3	-1	-0.4
Mo				8-10	8-10	8-10
Ti	-0.5	0.1-0.2	0.1-0.2	0.25-0.5	-0.6	-0.4
Nb				-0.6
Cu	-0.5	-0.1	-0.1		-0.5
Fe	-18	8-11	8-11	-1.5	-3	-5
P	-0.02	-0.02		-0.012	-0.03	-0.01
Al	1-1.7	1.8-2.4	1.8-2.4	0.8-1.3	0.8-1.5	-0.4
Mg
Ca
희토류
V				-0.6
Zr		0.01-0.1	0.01-0.1
W					-0.5
Co			-1	11-13	10-15	-1
Y			0.05-0.12
La
B	-0.006			0.001-0.005
Hf
Ta
Ce
O
Pb
Sn
Zn
Se
Bi
Sb
Cd
Hg
H
As
Nb+Ta			3.2-3.8			3.2-3.8

	VDM FM 625	VDM 합금 690	VDM 합금 699XA	VDM 합금 718	VDM 합금 718 CTP	VDM FM 718
	FM 625	합금 690	합금 699XA	합금 718	합금 718 CTP	FM 718
질량%	최소-최대	최소-최대	최소-최대	최소-최대	최소-최대	최소-최대
C	-0.1	-0.05	0.005-0.12	-0.08	-0.045	-0.08
S		-0.015	-0.01	-0.015	-0.01
N			-0.05
Cr	20-23	27-31	26-30	17-21	17-21	17-21
Ni	58-71	58-66	62-72	50-55	50-55	50-55
Mn	-0.5	-0.5	-0.5	-0.35	-0.35	-0.3
Si	-0.5	-0.5	-0.5	-0.35	-0.35	-0.3
Mo	8-10			2.8-3.3	2.8-3.3	2.8-3.3
Ti	-0.4		-0.6	0.65-1.15	0.8-1.15	0.7-1.1
Nb	3-4.1		-0.5	4.75-5.5	Nb+Ta	4.8-5.5
Cu	-0.5	-0.5	-0.5	-0.3	-0.23	-0.3
Fe	-5	7-11	-2.5	6-25	12-24	-24
P			-0.02	-0.015	-0.01	-0.015
Al	-0.4		2-3	0.2-0.8	0.4-0.6	0.2-0.8
Mg
Ca
희토류
V
Zr			-0.1
W
Co				-1	-1
Y
La
B			-0.008	-0.006	-0.006	-0.006
Hf
Ta				-0.05
Ce
O
Pb				-0.0005	-0.001
Sn
Zn
Se				-0.0003	-0.0005
Bi				-0.00003	-0.00005
Sb
Cd
Hg
H
As
Nb+Ta	3.2-3.8				4.87-5.2

	VDM 합금 780	VDM 합금 788	Waspaloy	VDM 합금 C-263	VDM 합금 80A	VDM 합금 81
	합금 780	합금 788	Waspaloy	합금 C-263	합금 80A	합금 81
			N07001
			2.4654
질량%	최소-최대	최소-최대	최소-최대	최소-최대	최소-최대	최소-최대
C	-0.1	0.04-0.1	0.02-0.1	0.04-0.08	0.04-0.1	-0.08
S	-0.015	-0.01	-0.03	-0.007	-0.015	-0.02
N	-0.03
Cr	16-20	18-21	18-21	19-21	18-21	28-32
Ni	26-62	51-69	49.6-62.5	50-55	65-79	59-66
Mn	-0.5	-1	-1	-0.6	-1	-0.7
Si	-0.3	-0.5	-0.75	-0.4	-1	-0.7
Mo	2-4		3.5-5	5.6-6.1		-0.5
Ti	0.1-1	1.8-2.7	2.75-3.25	1.9-2.4	1.8-2.7	1.5-2.1
Nb
Cu	-0.5	-0.2	-0.5	-0.2	-0.2	-0.25
Fe	-10	8-15	-2	-0.7	-1.5	-1.5
P	-0.03	-0.02	-0.03	-0.015
Al	1-3	1-1.8	1.2-1.6	0.3-0.6	1-1.8	-1.2
Mg	-0.01					-1
Ca	-0.01
희토류
V
Zr	-0.05		0.02-0.12			0.01-0.1
W
Co	15-28	3-7	12-15	19-21		01 March
Y
La
B	-0.02	-0.008	0.003-0.01	-0.005		-0.006
Hf
Ta
Ce
O	-0.02
Pb				-0.002
Sn
Zn
Se
Bi
Sb
Cd
Hg
H
As
Nb+Ta	4-6

	VDM 합금 K-500	합금 X-750
	합금 K-500	합금 X-750
		N07750
		2.4669
질량%	최소-최대	최소-최대
C	-0.18	-0.08
S	-0.01	-0.01
N
Cr		14-17
Ni	63-70	70-77.5
Mn	-1.5	-1
Si	-0.5	-0.5
Mo
Ti	0.35-0.85	2.25-2.75
Nb		0.7-1.2
Cu	27-33	-0.5
Fe	0.5-2	5-9
P	-0.02
Al	2.3-3.15	0.4-1
Mg
Ca
희토류
V
Zr
W
Co		-1
Y
La
B
Hf
Ta
Ce
O
Pb	-0.006
Sn	-0.006
Zn	-0.02
Se
Bi
Sb
Cd
Hg
H
As
Nb+Ta		0.7-1.2

용어 설명

VIM: 진공 유도 용융(Vacuum Induction Melting)

VOD: 진공 산소 탈탄법(Vacuum Oxygen Decarburization)

VLF: 진공 정련로(Vacuum Ladle Furnace)

ESR: 일렉트로슬래그 재용융(Electroslag Remelting)

VAR: 진공 아크 재용융(Vacuum Arc Remelting)

Claims

니켈계 합금의 제조 방법으로서,
- 전극이 VIM, VOD 또는 VLF에 의해 생성되며,
- 응력 감소 및 오버에이징(over-aging)을 위해, 상기 전극은 퍼니스에서 500 내지 1300 ℃의 온도 범위에서 10 내지 336 시간 동안 열처리되고, 열처리는 1000 ℃ 내지 1300 ℃의 온도 범위에서 최소 10 시간 최대 48 시간 동안 적용되며,
- 상기 전극은, 공기 중에서 또는 상기 퍼니스 내에서, 실온 이상 900 ℃ 미만의 온도로 냉각되며,
- 그 다음, 상기 냉각된 전극은 ESR에 의해 3.0 내지 10 kg/분의 재용융 속도에서 재용융되어 ESR 잉곳을 얻으며,
- 상기 ESR 잉곳은, 공기 중에서 또는 상기 퍼니스 내에서, 실온 이상 900 ℃ 미만의 온도로 냉각되며,
- 상기 ESR 잉곳은, 3.0 내지 10 kg/분의 재용융 속도에서 그리고 15% 미만, 더 우수하게는 10% 미만, 이상적으로는 5% 미만의 재용융 속도 변동 범위에서, VAR에 의해 다시 재용융되며,
- 상기 재용융된 VAR 잉곳은 500 내지 1250 ℃의 온도 범위에서 10 내지 336 시간 동안 열처리되며,
- 그 다음, 상기 VAR 잉곳은 열간 및/또는 냉간 가공을 통해 목적하는 제품 형상 및 치수를 갖게 되는,
제조 방법.
제 1 항에 있어서, ESR에 의한 재용융 전에, 상기 전극은 표면 처리를 거치는, 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, VAR에 의한 재용융 전에, 상기 ESR 잉곳은 표면 가공을 거치는, 제조 방법.
니켈계 합금의 제조 방법으로서,
- 전극이 VIM에 의해 생성되며,
- 상기 니켈계 합금이 감마 프라임 상(gamma prime phase)을 형성하는 경우: 상기 전극은, 200 ℃보다 차가워지기 전에, 이상적으로는 250 ℃보다 차가워지기 전에, 퍼니스 내로 도입되며,
- 응력 감소 및 오버에이징을 위해, 상기 전극은 500 내지 1250 ℃의 온도 범위에서 10 내지 336 시간 동안 퍼니스에서 열처리되며,
- 상기 전극은, 공기 중에서 또는 상기 퍼니스 내에서, 실온 이상 900 ℃ 미만의 온도로 냉각되며,
- 상기 전극의 표면은, 결함 제거 및 세정을 위해, (예를 들어, 브러싱(brushing), 그라인딩(grinding), 산세척(pickling), 절단(cutting), 스캘핑(scalping) 등에 의해) 기계가공되며,
- 그 다음, 상기 냉각된 전극은 3.0 내지 10 kg/분의 재용융 속도에서 ESR에 의해 재용융되어, 직경 400 내지 1500 mm의 ESR 잉곳을 수득하며,
- 상기 ESR 잉곳은 공기 중에서 또는 상기 퍼니스에서 실온 이상 900 ℃ 미만의 온도로 냉각되며,
- 필요한 경우, 상기 ESR 잉곳의 표면은 결함 제거 및 세정을 위해 (예를 들어, 브러싱, 그라인딩, 산세척, 절단, 스캘핑 등에 의해) 기계가공되며,
- 상기 냉각된 ESR 잉곳은 500 내지 1250 ℃의 온도 범위에서 10 내지 336 시간 동안 추가적으로 열처리되며,
- 상기 ESR 잉곳은 공기 중에서 또는 상기 퍼니스에서 실온 이상 870 ℃ 미만의 온도로 냉각되며,
- 상기 ESR 잉곳은 3.0 내지 10 kg/분의 재용융 속도에서 그리고 15% 미만, 더 우수하게는 10% 미만, 이상적으로는 5% 미만의 재용융 속도 변동 범위에서 VAR에 의해 다시 재용융되어, 직경 400 내지 1500 mm의 VAR 잉곳을 얻으며,
- 상기 니켈계 합금이 감마 프라임 상을 형성하는 경우: 상기 VAR 잉곳은 상부 영역에서 200 ℃보다 차가워지기 전에, 이상적으로는 250 ℃보다 차가워지기 전에 퍼니스 내로 도입되며,
- 상기 재용융된 VAR 잉곳은 500 내지 1250 ℃의 온도 범위에서 10 내지 336 시간 동안 열처리되며,
- 상기 VAR 잉곳은 공기 중에서 또는 상기 퍼니스에서 실온 이상 900 ℃ 미만의 온도로 냉각되거나, 또는 850 ℃보다 더 뜨거운 동안 열간 가공 공정으로 전달되며,
- 그 다음, 상기 VAR 잉곳은 열간 및/또는 냉간 가공(예를 들어, 단조, 압연, 인발)을 통해 목적하는 제품 형상(예를 들어, 잉곳, 바, 와이어, 시트, 스트립, 포일) 및 치수를 갖게 되는,
제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 VAR 잉곳은 3.0 내지 10 kg/분의 재용융 속도로 VAR에 의해 재용융되는 추가 단계에서 재용융되며, 그 다음, 500 내지 1300 ℃의 온도 범위에서 10 내지 336 시간 동안 열처리되는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 최종 열처리 후, 상기 VAR 잉곳은 공기 중에서 또는 상기 퍼니스에서 실온 이상 900 ℃ 미만의 온도로 냉각되는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 최종 열처리 후, 상기 VAR 잉곳은, 여전히 뜨거운 동안, 800 ℃ 초과의 온도에서의 열간 가공 공정으로 전달되는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 조성의 합금이 사용되는, 제조 방법:
최대 0.25 wt%의 C;
최대 0.03 wt%의 S;
17 내지 32 wt%의 Cr;
33 내지 72 wt%의 Ni;
최대 1 wt%의 Mn;
최대 1 wt%의 Si;
0 내지 10 wt%의 Mo;
최대 3.25 wt%의 Ti;
최대 5.5 wt%의 Nb;
최대 0.5 wt%의 Cu;
최대 25 wt%의 Fe;
최대 0.03 wt%의 P;
최대 3.15 wt%의 Al;
최대 0.6 wt%의 V;
최대 0.1 wt%의 Zr;
최대 35 wt%의 Co;
최대 0.02 wt%의 B; 및
제조 관련 불순물.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 조성의 합금이 사용되는, 제조 방법:
최대 0.08 wt%의 C;
최대 0.015 wt%의 S;
17 내지 21 wt%의 Cr;
50 내지 55 wt%의 Ni;
최대 0.35 wt%의 Mn;
최대 0.35 wt%의 Si;
2.8 내지 3.3 wt%의 Mo;
0.65 내지 1.15 wt%의 Ti;
4.75 내지 5.5 wt%의 Nb;
최대 0.3 wt%의 Cu;
6 내지 25 wt%의 Fe;
최대 0.015 wt%의 P;
0.2 내지 0.8 wt%의 Al;
최대 1 wt%의 Co;
최대 0.006 wt%의 B;
최대 0.001 wt%의 Pb;
최대 0.0005 wt%의 Se;
최대 0.00005 wt%의 Bi;
4.75 내지 5.5 wt%의 Nb+Ta; 및
제조 관련 불순물.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 조성의 합금이 사용되는, 제조 방법:
최대 0.1 wt%의 C;
최대 0.015 wt%의 S;
최대 0.03 wt%의 N;
16 내지 20 wt%의 Cr;
26 내지 62 wt%의 Ni;
최대 0.5 wt%의 Mn;
최대 0.3 wt%의 Si;
2 내지 4 wt%의 Mo;
0.1 내지 1 wt%의 Ti;
최대 0.5 wt%의 Cu;
최대 10 wt%의 Fe;
최대 0.03 wt%의 P;
1 내지 3 wt%의 Al;
최대 0.01 wt%의 Mg;
최대 0.01 wt%의 Ca;
최대 0.05 wt%의 Zr;
15 내지 28 wt%의 Co;
최대 0.02 wt%의 B;
최대 0.02 wt%의 O;
4 내지 6 wt%의 Nb+Ta; 및
제조 관련 불순물.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생성된 VAR 잉곳의 직경은 450 mm 초과인, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생성된 VAR 잉곳의 직경은 500 mm 초과인, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생성된 잉곳은 재용융 결함을 함유하지 않고, 초음파 검사에서 0.8 mm 미만의 비교 결함 크기(comparison defect size)를 갖는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 VIM 잉곳의 열처리는 1000 ℃ 내지 1300 ℃의 온도 범위에서 최소 10 시간 최대 48 시간 동안 적용되는, 제조 방법.