CN110770361A - Ni基超耐热合金线材的制造方法和Ni基超耐热合金线材 - Google Patents

Ni基超耐热合金线材的制造方法和Ni基超耐热合金线材 Download PDF

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Abstract

本发明提供弯曲加工性优异的Ni基超耐热合金线材的制造方法和Ni基超耐热合金线材。一种Ni基超耐热合金线材的制造方法，其具备：棒材准备工序，准备Ni基超耐热合金的棒材；和棒材加工工序，从该棒材的圆周面朝向轴心地以500℃以下的温度进行多次单次加工率为40％以下的塑性加工，直至使得累积加工率成为60％以上，压缩上述棒材的截面积。而且，为一种Ni基超耐热合金线材的制造方法，其具备：热处理工序，对通过上述棒材加工工序而得到的Ni基超耐热合金线材进一步进行超过500℃的温度下的热处理。通过这些制造方法得到的Ni基超耐热合金线材具有塑性加工组织或再结晶组织。

Description

Ni基超耐热合金线材的制造方法和Ni基超耐热合金线材
技术领域
本发明涉及Ni基超耐热合金线材的制造方法和Ni基超耐热合金线材。
背景技术
随着航空器发动机、发电用燃气轮机的高性能化、低燃油消耗化，对用于其的耐热部件要求优异的耐热性(高温强度)。而且，作为该耐热部件的坯料，大多使用有Ni基超耐热合金(非专利文献1、2)。Ni基超耐热合金其组织具有大量的作为析出强化相的γ′，所述γ′为以Ni3Al为主组成的金属间化合物的析出强化相，从而耐热性改善。而且，713合金、939合金(例如分别IN713、IN939的符号为代表性的)为通过含有大量的作为γ′形成元素的Al、Ti、Nb而耐热性优异的Ni基超耐热合金。
近年来，例如通过焊接等修复成为Ni基超耐热合金的耐热部件，或通过例如将激光、电子束用于热源的层叠造型法，以三维成型制作其耐热部件本身的需求提高。而且，作为此时的造型坯料，寻求Ni基超耐热合金的“线材”。该线材的线径(直径)例如细至5mm以下，进一步细至3mm以下。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：吉成明，“镍基超合金铸件的特征与其应用例”，铸造工学，公益社团法人日本铸造工学会，平成13年12月，第73卷，第12号，p.834-839非专利文献2：Compositions of Typical Cast Superalloys、[online]、Th e Minerals,Metals&Materials Society、[平成30年4月25日检索]、互联网＜URL：http://www.tms.org/communities/ftattachments/superalloystable_castco mp.pdf＞
发明内容
发明要解决的问题
以往的Ni基超耐热合金线材仅想要弯曲就立即断裂(折断)，而难以弯曲成卷状，因此，以一根一根的“棒”的方式提供。由此，使用该Ni基超耐热合金线材，修复耐热部件或制作耐热部件本身时，每当一根Ni基超耐热合金线材被消耗，需要安装新的Ni基超耐热合金线材，Ni基超耐热合金线材的供给是断续的。因此，如果可以将该Ni基超耐热合金线材弯曲成卷状，则可以以“卷材”的方式提供Ni基超耐热合金线材，可以从该卷材连续地送出Ni基超耐热合金线材并供给，因此，作业效率改善。
本发明的目的在于提供：弯曲加工性优异的Ni基超耐热合金线材的制造方法和Ni基超耐热合金线材。
用于解决问题的方案
本发明人对Ni基超耐热合金线材的弯曲加工性进行了研究。其结果发现：对Ni基超耐热合金线材赋予拉伸强度时，抑制上述弯曲加工时的Ni基超耐热合金线材的断裂，对Ni基超耐热合金线材的弯曲加工性的改善是有效的。而且，发现对制作这样的Ni基超耐热合金线材有效的制造方法，且还特定了Ni基超耐热合金线材的弯曲加工性优异时呈现的组织形态，完成了本发明。
即，本发明为一种Ni基超耐热合金线材的制造方法，其具备：棒材准备工序，准备Ni基超耐热合金的棒材；和棒材加工工序，从该棒材的圆周面朝向轴心地以500℃以下的温度进行多次单次加工率为40％以下的塑性加工，直至使得累积加工率成为60％以上，压缩上述棒材的截面积。此时，上述累积加工率优选70％以上。另外，上述单次加工率优选30％以下。而且，在上述棒材加工工序中，优选将棒材的截面积压缩至最终的Ni基超耐热合金线材的线径。
而且，为一种Ni基超耐热合金线材的制造方法，具备：热处理工序，对通过上述棒材加工工序而得到的Ni基超耐热合金线材进一步进行超过500℃的温度下的热处理。
上述Ni基超耐热合金优选具有700℃下的γ′的平衡析出量成为35摩尔％以上的析出强化型的成分组成。而且，该成分组成具体而言优选以质量％计由C：0～0.25％、Cr：8.0～25.0％、Al：0.5～8.0％、Ti：0.4～7.0％、Co：0～28.0％、Mo：0～8.0％、W：0～6.0％、Nb：0～4.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0～0.300％、余量的Ni和杂质组成。
作为上述具体的成分组成中的一者，可以举出以质量％计由C：0～0.2％、Cr：8.0～22.0％、Al：2.0～8.0％、Ti：0.4～7.0％、Co：0～28.0％、Mo：2.0～7.0％、W：0～6.0％、Nb：0～4.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0～0.300％、余量的Ni和杂质组成。
另外，作为上述具体的成分组成中的另一者，可以举出以质量％计由C：0～0.2％、Cr：20.0～25.0％、Al：0.5～5.0％、Ti：1.0～6.0％、Co：10.0～28.0％、Mo：0～8.0％、W：0.5～5.0％、Nb：0.1～3.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0.010～0.300％、余量的Ni和杂质组成。
另外，本发明为一种Ni基超耐热合金线材，具有如下的析出强化型的成分组成：以质量％计由C：0～0.25％、Cr：8.0～25.0％、Al：0.5～8.0％、Ti：0.4～7.0％、Co：0～28.0％、Mo：0～8.0％、W：0～6.0％、Nb：0～4.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0～0.300％、余量的Ni和杂质组成；700℃下的γ′的平衡析出量成为35摩尔％以上，所述Ni基超耐热合金线材具有塑性加工组织或再结晶组织。
而且，作为上述成分组成中的一者，可以举出以质量％计由C：0～0.2％、Cr：8.0～22.0％、Al：2.0～8.0％、Ti：0.4～7.0％、Co：0～28.0％、Mo：2.0～7.0％、W：0～6.0％、Nb：0～4.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0～0.300％、余量的Ni和杂质组成。
另外，作为上述成分组成中的另一者，可以举出以质量％计由C：0～0.2％、Cr：20.0～25.0％、Al：0.5～5.0％、Ti：1.0～6.0％、Co：10.0～28.0％、Mo：0～8.0％、W：0.5～5.0％、Nb：0.1～3.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0.010～0.300％、余量的Ni和杂质组成。
上述Ni基超耐热合金线材优选的是，基于如下的悬臂梁的弯曲试验中弯曲位移达到50mm时不断裂：准备长度为150mm的Ni基超耐热合金线材，约束距离该Ni基超耐热合金线材的一端为25mm的位置，对距离另一端为25mm的位置施加载荷。
发明的效果
根据本发明，可以提供：弯曲加工性优异的Ni基超耐热合金线材的制造方法和Ni基超耐热合金线材。
附图说明
图1为示出本发明例中制作的Ni基超耐热合金线材的截面显微组织的一例的作为附图使用的照片。
图2为示出另一本发明例中制作的Ni基超耐热合金线材的截面显微组织的一例的作为附图使用的照片。
图3为示出另一本发明例中制作的Ni基超耐热合金线材的截面显微组织的一例的作为附图使用的照片。
具体实施方式
以往的Ni基超耐热合金线材缺乏弯曲加工性，根据情况，还有仅想要弯曲就立即断裂的情况。这是由于，以往的Ni基超耐热合金线材是专门通过铸造而造型的，其具有较脆的铸造组织。这样的通过铸造而造型的线材的情况下，即使对于该线材进一步实施用于调整形状的轻度的加工，或者实施用于消除上述铸造组织的热处理，也难以改善上述弯曲加工性。
因此，本发明人对Ni基超耐热合金线材的弯曲加工性进行了研究。其结果发现：通过消除Ni基超耐热合金线材的铸造组织，可以对Ni基超耐热合金线材赋予拉伸强度，可以改善Ni基超耐热合金线材的弯曲加工性。而且发现：为此，通过强的塑性变形，将Ni基超耐热合金线材精加工成线材形状而制作是有效的。
即，本发明为一种Ni基超耐热合金线材的制造方法，其具备：棒材准备工序，准备Ni基超耐热合金的棒材；和棒材加工工序，从该棒材的圆周面朝向轴心地以500℃以下的温度进行多次单次加工率为40％以下的塑性加工，直至使得累积加工率成为60％以上，压缩上述棒材的截面积。而且，为一种Ni基超耐热合金线材的制造方法，在这些工序的基础上，进一步具备：热处理工序，对通过上述棒材加工工序而得到的Ni基超耐热合金线材进行超过500℃的温度下的热处理。
通过本发明的制造方法得到的Ni基超耐热合金线材，为了适应各种使用形态，其线径(直径)例如优选10mm以下，进一步优选6mm以下、5mm以下、4mm以下。而且，进一步优选3.5mm以下、3mm以下、2.5mm以下、2mm以下。而且，为了改善这样的Ni基超耐热合金线材的弯曲加工性，如果考虑消除上述铸造组织，对Ni基超耐热合金线材赋予充分的拉伸强度，则上述Ni基超耐热合金线材由如下制造方法制作是有效的：准备截面积大于该线材的坯料(棒材)，对其进行强的塑性加工(亦即，加工率大的塑性加工)。
此时，作为能进行上述“强的塑性加工”的手段，可以举出旋锻加工、利用箱式辊模、孔模等的模具拉丝加工。而且，旋锻加工为边使包围棒材整体的多个模具旋转边锻造棒材的圆周面的加工方法。由此，可以边对棒材中均匀且均等地施加压力，边压缩棒材的截面积，因此，是边抑制产生裂纹、瑕疵，边能对被认为难以塑性加工的Ni基超耐热合金进行塑性加工的有效的手段。
而且，为了达成上述“强的塑性加工”，本发明的Ni基超耐热合金线材的制造方法如下：对上述棒材进行基于“60％以上”的高的加工率的塑性加工。为优选70％以上、更优选80％以上的加工率。该加工率是指，根据塑性加工前的棒材(也称为“线材”)的截面积A0与塑性加工后的线材(wire)的截面积A1的关系，以[(A0-A1)/A0]×100(％)的式子算出的值。而且，根据上述高的加工率，可以将Ni基超耐热合金线材的线径精加工成例如细至3.5mm以下、3mm以下、2.5mm以下、2mm以下。需要说明的是，无需特别设定上述60％以上的加工率的上限。例如可以根据所制造的Ni基超耐热合金线材的最终的线径设为低于100％、98％以下，95％以下。
而且，本发明的Ni基超耐热合金线材的制造方法如下：将上述的“60％以上”的加工率的塑性加工进一步分成多次(所谓多道次)的塑性加工。对于该“道次”，上述旋锻加工、模具拉丝加工之类的塑性加工中，可以将被一个(或成为一对)模具等进行塑性加工时计数为“1道次”。而且，重要的是，使分成该多次的塑性加工时的、单次加工率低至“40％以下”。亦即，本发明实施的塑性加工(棒材加工工序)为进行多次单次加工率为40％以下的塑性加工直至它们的累积加工率成为60％以上的“小间隔的(阶段性的)塑性加工”。通过该小间隔的塑性加工，可以“遍及整体地”消除Ni基超耐热合金线材的铸造组织。而且，通过降低单次加工率，从而可以进一步抑制在Ni基超耐热合金线材的表面产生的瑕疵。优选为上述单次加工率为30％以下的小间隔的塑性加工。
需要说明的是，无需设定上述单次加工率的下限。而且，在加工效率等方面，可以将其下限例如设为10％左右。或者，加工率可以在上述多次的塑性加工中的一次或二次以上中设为15％以上。
进一步，本发明实施的上述多次的塑性加工中，结束该多次的塑性加工的全部道次，为了对精加工成最终形状的Ni基超耐热合金线材赋予拉伸强度，有效的是，使其各个塑性加工温度为能够抑制恢复、再结晶的发生的低的温度区域。而且，本发明的情况下，为500℃以下。优选300℃以下，更优选100℃以下。进一步优选50℃以下(例如室温)。对此，为了使本发明的Ni基超耐热合金线材的金相组织保持后述的“塑性加工组织”、“再结晶组织”，可以说有效的是，使上述塑性加工温度为能够抑制恢复、再结晶的发生的低的温度区域。
在上述多次的塑性加工的过程中，无需进行热处理。此处所谓热处理是指，发生恢复、再结晶那样的在高的温度区域的热处理，例如为加热至超过500℃的温度的热处理。而且，结束上述多次的塑性加工，可以对精加工成最终形状的Ni基超耐热合金线材适宜进行上述热处理。
通过以上的Ni基超耐热合金线材的制造方法，可以对Ni基超耐热合金线材赋予拉伸强度。而且，对Ni基超耐热合金线材赋予拉伸强度可以借助此时的金相组织并非脆的“铸造组织”而是呈现通过强的塑性变形而得到的“塑性加工组织”或者呈现对该塑性加工组织实施上述热处理而得到的“再结晶组织”来确认。而且，通过以上的Ni基超耐热合金线材的制造方法，可以将Ni基超耐热合金线材的金相组织调整为上述塑性加工组织或再结晶组织。
本发明的Ni基超耐热合金线材的“塑性加工组织”例如是指，通过强的塑性变形，沿其塑性加工方向变形的组织(亦即，沿线材的长度方向延展的组织)。这样的Ni基超耐热合金例如具有500HV以上的硬度。另外，例如具有低于700HV的硬度。而且，例如，具有后述的成分组成的Ni基超耐热合金线材中，可以通过金相组织中确认到的γ′的“集流纹(collective flow)”的存在而特定上述塑性加工组织。图1(a)为对于根据本发明例制作的Ni基超耐热合金线材的组织观察包含其长度方向的中心轴的截面而得到的显微镜照片。此时，图1(a)的左右方向(亦即，图中的箭头的方向)为线材的长度方向。而且，图1(a)的观察倍率5000倍的扫描型电子显微镜图像(以下，记作“SEM图像”)中，细的粒状的分散物的集合处可见的部分(浅色的部分)为“γ′”(右上确认到的一个大的块状物为“碳化物”)。而且，可以确认该γ′沿着线材的长度方向呈现“集流纹”而存在。
需要说明的是，图1(a)的观察倍率200倍的光学显微镜图像(以下，记作“光显微像”)中，大致连续的带状的集合物(深色的部分)为“碳化物”。而且可以确认：该碳化物也与线材的长度方向大致平行，呈现“集流纹(collective flow)”而存在。金相组织中存在有大量的碳化物的情况下，上述塑性加工组织也可以由该碳化物的集流纹而特定。
另外，本发明的Ni基超耐热合金线材的“再结晶组织”例如是可以通过对上述塑性加工组织实施基于再结晶温度(例如超过500℃的温度)的热处理等而得到的、晶粒生长的组织。图1(b)为对于本发明例中制作的Ni基超耐热合金线材的组织观察包含其长度方向的中心轴的截面而得到的显微镜照片。图1(b)的左右方向(亦即，图中的箭头的方向)为线材的长度方向。而且，图1(b)为对图1(a)的Ni基超耐热合金线材在规定的再结晶温度下实施热处理而得到的线材的组织。图1(b)的观察倍率200倍的光显微像中，其整个视野的区分深浅的边界中明确可辨的大致直线为“晶界”。而且，可以确认由该晶界所围成的单元作为“再结晶晶粒”。该晶界也可以由图1(b)的观察倍率5000倍的SEM图像确认(大的块状物为“碳化物”)。
本发明的Ni基超耐热合金线材的情况下，上述“具有再结晶组织”可以代表晶粒的大小。而且，上述情况下，上述再结晶组织也可以以其截面组织例如“具有最大长度为100μm以上的晶粒”的形式表示(上限为1500μm左右是现实的)。另外，这样的Ni基超耐热合金的情况下，例如具有低于500HV的硬度。而且，例如具有400HV以上的硬度。
而且，即使为具有该再结晶组织的Ni基超耐热合金线材，金相组织中存在大量的碳化物的情况下，也可以在该金相组织中在晶粒内、或跨过晶界地确认上述碳化物的集流纹(图1(b)的光显微像)。而且，根据该碳化物的集流纹，可知该金相组织为“对上述塑性加工组织实施基于再结晶温度的热处理的组织”。而且可知，具有该再结晶组织的Ni基超耐热合金线材通过塑性加工制作成线材形状。
本发明中，通过将Ni基超耐热合金线材的金相组织调整为上述“塑性加工组织或再结晶组织”，从而可以消除脆的铸造组织，因此，即使弯曲也不易折断，可以改善该Ni基超耐热合金线材的弯曲加工性。而且，该弯曲加工性的改善效果还取决于对Ni基超耐热合金线材赋予拉伸强度。因此，本发明的Ni基超耐热合金线材的情况下，对其赋予拉伸强度可以代表具有上述塑性加工组织或再结晶组织。
另外，关于这样的弯曲加工性优异，本发明的Ni基超耐热合金线材例如为基于如下的悬臂梁的弯曲试验中弯曲位移达到50mm时不断裂的Ni基超耐热合金线材：“准备长度为150mm的线材，约束距离该线材的一端为25mm的位置，对距离另一端为25mm的位置施加载荷”。
本发明的Ni基超耐热合金线材例如在耐热部件的修复、三维成型时熔融而使用。上述情况下，Ni基超耐热合金线材在上述熔融后凝固，根据需要，在该凝固后进行热处理，作为耐热部件而完成。而且，为了维持这样的耐热部件的耐热性、且对其使用前的线材赋予优异的弯曲加工性，优选使本发明的Ni基超耐热合金线材(亦即，进行塑性加工前的棒材)的成分组成例如为700℃下的γ′的平衡析出量为“35摩尔％以上”的析出强化型。γ′的平衡析出量是指，在热力学的平衡状态下稳定的γ′的析出量。而且，通过使700℃下的γ′的平衡析出量为35摩尔％以上，从而有效改善耐热性。更优选40摩尔％以上、进一步优选50摩尔％以上。而且，特别优选60摩尔％以上。而且，还优选63摩尔％以上、进而还优选66摩尔％以上、进一步还优选68摩尔％以上。需要说明的是，无需特别设定其值的上限。但75摩尔％左右是现实的。
本发明的Ni基超耐热合金中，以“摩尔％”表示上述γ′的平衡析出量的值是能通过该Ni基超耐热合金所具有的成分组成确定的值。该平衡析出量的“摩尔％”的值是可以通过基于热力学平衡计算的解析而求出的。而且，基于热力学平衡计算的解析的情况下，通过使用各种热力学平衡计算软件，从而可以精度良好且容易地求出。
作为上述700℃下的γ′的平衡析出量为“35摩尔％以上”的析出强化型的Ni基超耐热合金，例如优选先调整为以质量％计由C：0～0.25％、Cr：8.0～25.0％、Al：0.5～8.0％、Ti：0.4～7.0％、余量的Ni和杂质组成的基本成分组成。另外，上述基本成分组成中，根据需要还可以含有以质量％计选自Co：0～28.0％、Mo：0～8.0％、W：0～6.0％、Nb：0～4.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0～0.300％中的1种或2种以上的元素种类。对于示例的上述成分组成，对其各元素的效果进行说明(对于质量％，简记作“％”)。
＜C：0～0.25％＞
C有提高晶界的强度的效果。然而，C如果变高，则粗大的碳化物增加，塑性加工时的延性劣化。由此，C的含量优选设为0.25％以下。更优选设为0.2％以下，进一步优选设为0.1％以下，更进一步优选设为0.05％以下。特别优选设为0.02％以下。上述粗大的碳化物可能成为使Ni基超耐热合金线材弯曲时的撕裂的起点。由此，在改善Ni基超耐热合金线材的弯曲加工性的方面，也优选限制C。而且，可以使C为无添加水平(原料的杂质水平)的情况下，可以将C的下限设为0％。
另一方面，含有C所产生的上述提高强度的效果对赋予Ni基超耐热合金线材的拉伸强度发挥作用，可以有利于Ni基超耐热合金线材的弯曲加工性的改善。由此，得到该效果的情况下，C的含量优选0.001％以上。更优选0.003％以上。进一步优选0.005％以上。特别优选0.01％以上。
＜Cr：8.0～25.0％＞
Cr为改善耐氧化性、耐腐蚀性的元素。但是，如果过剩地含有Cr，则形成σ(sigma)相等脆化相，例如使准备棒材时的热加工性降低。由此，Cr的含量优选设为8.0～25.0％。
＜Al：0.5～8.0％＞
Al为形成γ′、改善高温强度的元素。然而，Al的过度的含有成为耐热部件的高温状态下的金相组织变得不稳定的原因。由此，Al的含量优选设为0.5～8.0％。
＜Ti：0.4～7.0％＞
Ti与Al同样地，为形成γ′、使γ′固溶强化而提高高温强度的元素。然而，如果过度地含有Ti，则耐热部件的高温状态下的金相组织变得不稳定。由此，Ti的含量优选设为0.4～7.0％。
使以上中说明的元素以外的余量为Ni，当然可以包含不可避免的杂质。而且，该基本成分组成中，根据需要还可以含有以下的元素种类。
＜Co：0～28.0％＞
Co为改善耐热部件的金相组织的稳定性的选择元素之一。然而，Co如果变得过剩，则生成Co系的脆性金属间化合物。由此，Co根据需要优选含有28.0％以下。而且，可以使Co为无添加水平(原料的杂质水平)的情况下，可以将Co的下限设为0％。
＜Mo：0～8.0％＞
Mo为有利于基体的固溶强化、改善高温强度的选择元素之一。但Mo如果变得过剩，则形成金属间化合物相，破坏高温强度。由此，Mo根据需要优选含有8.0％以下。而且，可以使Mo为无添加水平(原料的杂质水平)的情况下，可以将Mo的下限设为0％。
＜W：0～6.0％＞
W与Mo同样地为有利于基体的固溶强化的选择元素之一。另一方面，W如果变得过剩，则形成有害的金属间化合物相，高温强度劣化。由此，W根据需要优选含有6.0％以下。而且，可以使W为无添加水平(原料的杂质水平)的情况下，可以将W的下限设为0％。
＜Nb：0～4.0％＞
Nb与Al、Ti同样地为形成γ′、使γ′固溶强化而提高高温强度的选择元素之一。但Nb的过度含有会形成有害的δ(delta)相，妨碍Ti所产生的高温强度的改善效果。由此，Nb根据需要优选含有4.0％以下。而且，可以使Nb为无添加水平(原料的杂质水平)的情况下，可以将Nb的下限设为0％。
＜Ta：0～3.0％＞
Ta与Al、Ti同样地为形成γ′、使γ′固溶强化而提高高温强度的选择元素之一。但如果过度地含有Ta，则γ′在高温下变得不稳定，变得难以得到Ta原本的高温强度的改善效果。由此，Ta根据需要优选含有3.0％以下。更优选2.5％以下，进一步优选2.25％以下，更进一步优选2.0％以下，特别优选1.75％以下。而且，可以使Ta为无添加水平(原料的杂质水平)的情况下，可以将Ta的下限设为0％。
需要说明的是，得到含有Ta所产生的上述效果的情况下，优选0.3％以上、更优选0.6％以上、进一步优选0.9％以上、更进一步优选1.1％以上。
＜Fe：0～10.0％＞
Fe是可以替代昂贵的Ni、Co而含有的、对降低合金成本有效的选择元素之一。但如果过剩地含有Fe，则形成σ相等脆化相，例如使准备棒材时的热加工性降低。由此，Fe根据需要优选含有10.0％以下。更优选8.0％以下，进一步优选5.0％以下，更进一步优选2.0％以下。而且，可以使Fe为无添加水平(原料的杂质水平)的情况下，可以将Fe的下限设为0％。
需要说明的是，得到含有Fe所产生的上述效果的情况下，优选0.1％以上、更优选0.4％以上、进一步优选0.6％以上、更进一步优选0.8％以上。
＜V：0～1.2％＞
V是对基体的固溶强化、碳化物生成所产生的晶界强化有用的选择元素之一。然而，V如果过多，则金相组织中形成不稳定的金属间化合物，高温强度降低。由此，V根据需要优选含有1.2％以下。更优选1.0％以下，进一步优选0.8％以下，更进一步优选0.7％以下。而且，可以使V为无添加水平(原料的杂质水平)的情况下，可以将V的下限设为0％。
需要说明的是，得到含有V所产生的上述效果的情况下，优选0.1％以上、更优选0.2％以上、进一步优选0.3％以上、更进一步优选0.5％以上。
＜Hf：0～1.0％＞
Hf是对合金的耐氧化性改善、碳化物生成所产生的晶界强化有用的选择元素之一。然而，Hf如果过多，则导致制造过程的氧化物生成、高温不稳定相的生成，对制造性和高温力学性能造成不良影响。由此，Hf根据需要优选含有1.0％以下。更优选0.7％以下，进一步优选0.5％以下，更进一步优选0.3％以下。而且，可以使Hf为无添加水平(原料的杂质水平)的情况下，可以将Hf的下限设为0％。
需要说明的是，得到含有Hf所产生的上述效果的情况下，优选0.02％以上、更优选0.05％以上、进一步优选0.1％以上、更进一步优选0.15％以上。
＜B：0～0.300％＞
B是能改善晶界强度、能改善蠕变强度、延性的选择元素之一。然而，B如果过多，则合金的熔点大幅降低，对高温强度造成不良影响。由此，B根据需要优选含有0.300％以下。更优选0.200％以下，进一步优选0.100％以下，更进一步优选0.050％以下，特别优选0.020％以下。而且，可以使B为无添加水平(原料的杂质水平)的情况下，可以将B的下限设为0％。
需要说明的是，得到含有B所产生的上述效果的情况下，优选0.002％以上、更优选0.003％以上、进一步优选0.004％以上、更进一步优选0.005％以上。
＜Zr：0～0.300％＞
Zr与B同样地是具有改善晶界强度的效果的选择元素之一。然而，Zr如果过多，则合金的熔点大幅降低，对高温强度造成不良影响。由此，Zr根据需要优选含有0.300％以下。而且，可以使Zr为无添加水平(原料的杂质水平)的情况下，可以将Zr的下限设为0％。
而且，上述基本成分组成中，例如以质量％计由C：0～0.2％、Cr：8.0～22.0％、Al：2.0～8.0％、Ti：0.4～7.0％、Co：0～28.0％、Mo：2.0～7.0％、W：0～6.0％、Nb：0～4.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0～0.300％、余量的Ni和杂质组成的成分组成A在700℃下的γ′的平衡析出量高(例如为40摩尔％以上)，在改善Ni基超耐热合金的耐热性的方面，为优选。
上述成分组成A的情况下，对于各元素中的1种或2种以上，更优选设为以下的范围。
＜Cr＞对于下限，优选9.0％、更优选9.5％。对于上限，优选18.0％、更优选16.0％、进一步优选14.0％。
＜Al＞对于下限，优选2.5％、更优选3.5％、进一步优选4.5％。对于上限，优选7.5％、更优选7.0％、进一步优选6.5％。
＜Ti＞对于下限，优选0.45％、更优选0.50％。对于上限，优选5.0％、更优选3.0％、进一步优选1.0％。
＜Co＞对于下限，优选1.0％、更优选3.0％、进一步优选8.0％、更进一步优选10.0％。对于上限，优选18.0％、更优选16.0％、进一步优选13.0％。
＜Mo＞对于下限，优选2.5％、更优选3.0％、进一步优选3.5％。对于上限，优选6.0％、更优选5.5％、进一步优选5.0％。
＜W＞对于下限，优选0.8％、更优选1.0％。对于上限，优选5.5％、更优选5.0％、进一步优选4.5％。
＜Nb＞对于下限，优选0.5％、更优选1.0％、进一步优选1.5％、更进一步优选2.0％。对于上限，优选3.5％、更优选3.0％、进一步优选2.5％。
＜Zr＞对于下限，优选0.001％、更优选0.005％、进一步优选0.010％、更进一步优选0.030％。对于上限，优选0.250％、更优选0.200％、进一步优选0.150％。
另外，上述基本成分组成中，例如以质量％计由C：0～0.2％、Cr：20.0～25.0％、Al：0.5～5.0％、Ti：1.0～6.0％、Co：10.0～28.0％、Mo：0～8.0％、W：0.5～5.0％、Nb：0.1～3.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0.010～0.300％、余量的Ni和杂质组成的成分组成B应对以往的铸造性的确保。由此，在能用于以往的耐热部件的修复、制作的方面，优选将本发明的Ni基超耐热合金线材也设为该成分组成。
上述成分组成B的情况下，对于各元素中的1种或2种以上，更优选设为以下的范围。
＜Cr＞对于下限，优选20.5％、更优选21.0％、进一步优选21.5％。对于上限，优选24.5％、更优选24.0％、进一步优选23.5％。
＜Al＞对于下限，优选0.8％、更优选1.0％、进一步优选1.25％、更进一步优选1.5％。对于上限，优选4.0％、更优选3.5％、进一步优选3.0％、更进一步优选2.5％。
＜Ti＞对于下限，优选1.5％、更优选2.0％、进一步优选2.5％、更进一步优选3.0％。对于上限，优选5.5％、更优选5.0％、进一步优选4.5％、更进一步优选4.2％。
＜Co＞对于下限，优选12.0％、更优选14.0％、进一步优选16.0％、更进一步优选17.0％。对于上限，优选27.0％、更优选25.0％、进一步优选23.0％、更进一步优选21.0％。
＜Mo＞对于下限，优选0.1％、更优选0.3％、进一步优选0.5％、更进一步优选0.7％。对于上限，优选5.0％、更优选3.0％、进一步优选1.0％。
＜W＞对于下限，优选0.7％、更优选1.2％、进一步优选1.5％、更进一步优选1.7％。对于上限，优选4.5％、更优选4.0％、进一步优选3.5％、更进一步优选3.0％。
＜Nb＞对于下限，优选0.2％、更优选0.3％、进一步优选0.5％、更进一步优选0.7％。对于上限，优选2.5％、更优选2.25％、进一步优选2.00％、更进一步优选1.50％。
＜Zr＞对于下限，优选0.020％、更优选0.030％、进一步优选0.050％、更进一步优选0.070％。对于上限，优选0.250％、更优选0.200％、进一步优选0.170％、更进一步优选0.150％。
根据本发明，可以提供弯曲加工性优异的Ni基超耐热合金线材的制造方法和Ni基超耐热合金线材。而且，由此，例如，本发明的棒材加工工序中，进行预定的全部道次，将棒材的截面积压缩至最终的线径，从而也可以将弯曲加工性优异的Ni基超耐热合金线材以“制品”的形式提供。而且，也可以将这样的Ni基超耐热合金线材形成卷状。
实施例1
由具有表1的成分组成(相当于939合金)的铸锭准备直径6.0mm的棒材(棒材准备工序)。该棒材的硬度为366HV。另外，此时，表1的成分组成中，用热力学平衡计算软件“JMatPro(Version8.0.1，Sente Software Ltd.公司制)”求出700℃下的γ′的平衡析出量。在该热力学平衡计算软件中输入表1中列举的各元素的含量并计算，结果表1的成分组成中，700℃下的γ′的平衡析出量为40摩尔％。
[表1]
Figure BDA0002323963730000151
※包含杂质
然后，在室温(25℃)下，对上述棒材进行累积加工率为83％的旋锻加工，制作本发明例的Ni基超耐热合金的线材A(线径2.5mm)(棒材加工工序)。此时，上述旋锻加工分成多次道次的旋锻加工而实施。而且，使该各道次的旋锻加工时使用的模具孔径以每0.5mm依次变小，从而实施每1次道次的旋锻加工的加工率成为40％以下的小间隔的塑性加工(即，道次次数总计为7次的旋锻加工)。需要说明的是，在各道次之间不进行热处理。将各道次中的旋锻加工的加工率以及至此的累积加工率一并示于表2。
对于线材A，第7道次(最终道次)的加工率较高，因而确认到极其微小的表面瑕疵，但是保持了良好的表面状态。而且，线材A的硬度为539HV。
[表2]
Figure BDA0002323963730000161
＜关于Ni基超耐热合金线材的组织＞
图1(a)示出线材A的截面显微组织的显微镜照片(SEM图像和光显微像)。其截面显微组织为在沿线材A的长度方向对半的截面中，自从线材A的表面朝向中心轴地恰好进入了1/2D的位置的截面采集的组织(D表示线径)。而且，图1(a)的左右方向(亦即，图中的箭头的方向)为线材的长度方向。根据图1(a)的SEM图像(观察倍率5000倍)，在线材A的截面组织中，可以确认沿该线材的长度方向延展的、γ′的集流纹。而且，由此可以确认，根据本发明例制作的线材A具有塑性加工组织。另外，关于线材A具有塑性加工组织，在图1(a)的光显微像(观察倍率200倍)中，还可以由线材A的截面组织中观察到的碳化物呈现带状的集流纹而确认。
接着，对于具有上述塑性加工组织的线材A，在1160℃和1200℃的各温度下实施热处理，制作2种线材B1(热处理温度1160℃)和B2(热处理温度1200℃)(热处理工序)。图1(b)示出线材B1、B2的截面显微组织的显微镜照片(SEM图像和光显微像)。该截面显微组织的位置和方向与图1(a)的情况相同。而且，如图1(b)的SEM图像(观察倍率5000倍)和光显微像(观察倍率200倍)所示那样，线材B1、B2的截面组织具有通过再结晶而大幅生长的晶粒。晶粒的最大长度如下：线材B1为270μm、线材B2为418μm。另外，根据图1(b)的光显微像，在线材B1、B2的截面组织中，可以确认其晶粒内或跨过晶界且与在图1(a)的光显微像中能确认到的情况相应的、碳化物的带状的集流纹。而且，由此确认根据本发明例制作的线材B1、B2是对线材A实施基于再结晶温度的热处理而具有再结晶组织。
＜关于Ni基超耐热合金线材的拉伸强度＞
测定保持塑性加工状态的上述线材A、和对其在1160℃和1200℃的各温度下进行了热处理的上述线材B1、B2的拉伸强度。此时，还测定位于线材A的制作的中途道次的表2的各线材材料(也可以称为线材)的拉伸强度。该各线材材料中选择第4道次(累积加工率56％)、第5道次(累积加工率66％)、第6道次(累积加工率75％)这3种。另外，对于第6道次的线材材料，还测定对其在1160℃和1200℃的各温度下进行了热处理的线材材料的拉伸强度。
拉伸试验如下进行：将具有各线径的线材(包含线材材料)“直接”作为拉伸试验片，将该线材的长度100mm的部分以试验温度22℃(常温)、应变速度0.1/秒沿其长度方向进行拉伸。然后，将线材沿长度方向拉伸时线材直至断裂能耐受的最大载荷除以线材的原截面积而得到的值作为拉伸强度。将结果与各线材的硬度一并示于表3。
[表3]
根据表3的结果，累积加工率变大的同时，线材的拉伸强度上升。而且，累积加工率达到大致60％的时刻，线材组织中的铸造组织被充分消除，线材的拉伸强度成为2000MPa以上。而且，如果对这样的线材进行热处理，则硬度降低，结果拉伸强度维持跟铸造组织已经被消除而上述降低了的硬度相应的充分的值(例如1000MPa以上的拉伸强度)。
＜关于Ni基超耐热合金线材的弯曲加工性＞
对于本发明例的线材A、B1、B2分别实施基于悬臂梁的弯曲试验。弯曲试验的要领如下：准备长度为150mm的线材，将距离该线材的两端为25mm的位置分别作为约束位置和载荷点(亦即，从约束位置至载荷点的距离为100mm)。然后，弯曲试验的结果：线材A、B1、B2在弯曲位移达到50mm的时刻均不断裂。
另外，准备表1的成分组成中还含有B：0.008％的铸锭、和含有Fe：1.0％的铸锭。此时，这两者的铸锭的成分组成中，700℃下的γ′的平衡析出量以与上述相同的要领计算，结果为40摩尔％。
然后，使用这两者的铸锭，以与线材A、B1、B2相同的制造工序制作的各线材也具有与线材A、B1、B2同样的塑性加工组织或再结晶组织。然后，对这些线材实施上述基于悬臂梁的弯曲试验，结果在弯曲位移达到50mm的时刻，任意线材均不断裂。
实施例2
由具有表4的成分组成(相当于939合金)的铸锭准备直径6.0mm的棒材(棒材准备工序)。该棒材的硬度为385HV。另外，此时，表4的成分组成中，700℃下的γ′的平衡析出量以与实施例1相同的要领计算，结果为40摩尔％。然后，对该棒材进行实施例1(线材A)的情况下的相同的条件的旋锻加工，制作本发明例的Ni基超耐热合金的线材C(线径2.5mm)(棒材加工工序)。线材C由于第7道次(最终道次)的加工率较高而确认到极其微小的表面瑕疵，但是保持了良好的表面状态。而且，线材C的硬度为561HV。
[表4]
※包含杂质
＜关于Ni基超耐热合金线材的组织＞
图2(a)示出线材C的截面显微组织的显微镜照片(SEM图像和光显微像)。其截面显微组织的位置和方向与图1(a)的情况相同。而且，根据图2(a)的SEM图像(观察倍率5000倍)，线材C的截面组织中可以确认γ′的集流纹，可以确认根据本发明例制作的线材C具有塑性加工组织。需要说明的是，线材C的情况下，由于其碳含量低等而图2(a)的光显微像(观察倍率200倍)中无法明确确认到碳化物的存在。
接着，对具有上述塑性加工组织的线材C在1160℃和1200℃的各温度下实施热处理，制作2种线材D1(热处理温度1160℃)和D2(热处理温度1200℃)(热处理工序)。图2(b)示出线材D1、D2的截面显微组织的显微镜照片(SEM图像和光显微像)。该截面显微组织的位置和方向与图1(b)的情况相同。而且，如图2(b)的SEM图像(观察倍率5000倍)和光显微像(观察倍率200倍)所示那样，线材D1、D2的截面组织具有通过再结晶而大幅生长的晶粒。晶粒的最大长度在线材D1、D2这两者中约为1000μm。而且，由此可以确认，根据本发明例制作的线材D1、D2具有再结晶组织。
＜关于Ni基超耐热合金线材的拉伸强度＞
测定上述线材C、D1、D2的拉伸强度。此时，还测定位于线材C的制作的中途道次的、第4道次(累积加工率56％)、第5道次(累积加工率66％)、第6道次(累积加工率75％)这3种线材材料(也可以称为线材)的拉伸强度。另外，对于第6道次的线材材料，还测定对其在1160℃和1200℃的各温度下进行了热处理的线材材料的拉伸强度。拉伸试验设为与实施例1相同的要领。将结果与各线材的硬度一并示于表5。
[表5]
Figure BDA0002323963730000201
根据表5的结果，累积加工率变大的同时，线材的拉伸强度体现上升的倾向。而且，在累积加工率达到大致60％的时刻，线材组织中的铸造组织被充分消除，线材的拉伸强度成为2100MPa以上。而且，如果对这样的线材进行热处理，则硬度降低，结果拉伸强度维持跟铸造组织已经被消除而上述降低了的硬度相应的充分的值(例如1000MPa以上的拉伸强度)
＜关于Ni基超耐热合金线材的弯曲加工性＞
对于本发明例的线材C、D1、D2分别以与实施例1相同的要领实施基于悬臂梁的弯曲试验。弯曲试验的结果，在弯曲位移达到50mm的时刻，线材C、D1、D2均不断裂。
另外，准备在表4的成分组成中还含有B：0.008％的铸锭、和含有Fe：1.0％的铸锭。此时，这两者的铸锭的成分组成中，700℃下的γ′的平衡析出量以与上述相同的要领计算，结果为40摩尔％。
然后，使用这两者的铸锭，以与线材C、D1、D2相同的制造工序制作的各线材也具有与线材C、D1、D2同样的塑性加工组织和再结晶组织。而且，对这些线材实施上述基于悬臂梁的弯曲试验，结果在弯曲位移达到50mm的时刻，任意线材均不断裂。
实施例3
由具有表6的成分组成(相当于713合金)的铸锭准备直径6.0mm的棒材(棒材准备工序)。该棒材的硬度为418HV。另外，此时，表6的成分组成中，700℃下的γ′的平衡析出量以与实施例1相同的要领计算，结果为69摩尔％。然后，对该棒材在与实施例1(线材A)的情况相同的条件下，进行直至第6道次(累积加工率75％)的旋锻加工，制作本发明例的Ni基超耐热合金线材E(线径3.0mm)(棒材加工工序)。线材E未确认到表面瑕疵，保持了良好的表面状态。而且，线材E的硬度为578HV。
[表6]
Figure BDA0002323963730000211
※包含杂质
＜关于Ni基超耐热合金线材的组织＞
图3(a)示出线材E的截面显微组织的显微镜照片(SEM图像和光显微像)。该截面显微组织的位置和方向与图1(a)的情况相同的。而且，根据图3(a)的SEM图像(观察倍率5000倍)，线材E的截面组织中可以确认到γ′的集流纹，可以确认根据本发明例制作的线材E具有塑性加工组织。此时，图3(a)的SEM图像中的γ′与图1(a)、图2(a)的SEM图像中的γ′相比，确认为深色。而且，确认了线材E的γ′的形态大于线材A、C的γ′，这样的形态大的γ′相也为线材的长度方向长的形状。需要说明的是，线材E的情况下，由于其碳含量低等而在图3(a)的光显微像(观察倍率200倍)中未明确确认到碳化物的存在。
接着，对具有上述塑性加工组织的线材E在1200℃的温度下实施热处理，制作线材F(热处理工序)。图3(b)示出线材F的截面显微组织的显微镜照片(SEM图像和光显微像)。该截面显微组织的位置和方向与图1(b)的情况相同。而且，如图3(b)的SEM图像(观察倍率5000倍)和光显微像(观察倍率200倍)所示那样，线材F的截面组织具有通过再结晶而大幅生长的晶粒。晶粒的最大长度为约1000μm。而且，由此可以确认根据本发明例制作的线材F具有再结晶组织。
＜关于Ni基超耐热合金线材的拉伸强度＞
测定上述线材E、F的拉伸强度。拉伸试验设为与实施例1相同的要领。将结果与各线材的硬度一并示于表7。
[表7]
Figure BDA0002323963730000221
根据表7的结果，对于根据60％以上的累积加工率制作的线材E，其组织中的铸造组织被充分消除，线材的拉伸强度成为2100MPa以上。而且，对线材E进行热处理而得到的线材F的硬度降低，结果拉伸强度维持跟铸造组织已经被消除而上述降低了的硬度相应的充分的值(例如1000MPa以上的拉伸强度)
＜关于Ni基超耐热合金线材的弯曲加工性＞
对本发明例的线材E、F分别以与实施例1相同的要领实施基于悬臂梁的弯曲试验。弯曲试验的结果，在弯曲位移达到50mm的时刻，线材E、F均不断裂。

Claims (13)

1.一种Ni基超耐热合金线材的制造方法，其特征在于，具备：
棒材准备工序，准备Ni基超耐热合金的棒材；和，
棒材加工工序，从所述棒材的圆周面朝向轴心地以500℃以下的温度进行多次单次加工率为40％以下的塑性加工，直至使得累积加工率成为60％以上，压缩所述棒材的截面积。
2.根据权利要求1所述的Ni基超耐热合金线材的制造方法，其特征在于，所述累积加工率为70％以上。
3.根据权利要求1或2所述的Ni基超耐热合金线材的制造方法，其特征在于，所述单次加工率为30％以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的Ni基超耐热合金线材的制造方法，其特征在于，在所述棒材加工工序中，将所述棒材的截面积压缩至最终的Ni基超耐热合金线材的线径。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的Ni基超耐热合金线材的制造方法，其特征在于，具备：
热处理工序，对通过所述棒材加工工序而得到的Ni基超耐热合金线材进行超过500℃的温度下的热处理。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的Ni基超耐热合金线材的制造方法，其特征在于，所述Ni基超耐热合金具有700℃下的γ′的平衡析出量成为35摩尔％以上的析出强化型的成分组成。
7.根据权利要求6所述的Ni基超耐热合金线材的制造方法，其特征在于，所述成分组成以质量％计由C：0～0.25％、Cr：8.0～25.0％、Al：0.5～8.0％、Ti：0.4～7.0％、Co：0～28.0％、Mo：0～8.0％、W：0～6.0％、Nb：0～4.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0～0.300％、余量的Ni和杂质组成。
8.根据权利要求7所述的Ni基超耐热合金线材的制造方法，其特征在于，所述成分组成以质量％计由C：0～0.2％、Cr：8.0～22.0％、Al：2.0～8.0％、Ti：0.4～7.0％、Co：0～28.0％、Mo：2.0～7.0％、W：0～6.0％、Nb：0～4.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0～0.300％、余量的Ni和杂质组成。
9.根据权利要求7所述的Ni基超耐热合金线材的制造方法，其特征在于，所述成分组成以质量％计由C：0～0.2％、Cr：20.0～25.0％、Al：0.5～5.0％、Ti：1.0～6.0％、Co：10.0～28.0％、Mo：0～8.0％、W：0.5～5.0％、Nb：0.1～3.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0.010～0.300％、余量的Ni和杂质组成。
10.一种Ni基超耐热合金线材，其特征在于，
具有如下的析出强化型的成分组成：以质量％计由C：0～0.25％、Cr：8.0～25.0％、Al：0.5～8.0％、Ti：0.4～7.0％、Co：0～28.0％、Mo：0～8.0％、W：0～6.0％、Nb：0～4.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0～0.300％、余量的Ni和杂质组成；700℃下的γ′的平衡析出量成为35摩尔％以上，
所述Ni基超耐热合金线材具有塑性加工组织或再结晶组织。
11.根据权利要求10所述的Ni基超耐热合金线材，其特征在于，所述成分组成以质量％计由C：0～0.2％、Cr：8.0～22.0％、Al：2.0～8.0％、Ti：0.4～7.0％、Co：0～28.0％、Mo：2.0～7.0％、W：0～6.0％、Nb：0～4.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0～0.300％、余量的Ni和杂质组成。
12.根据权利要求10所述的Ni基超耐热合金线材，其特征在于，所述成分组成以质量％计由C：0～0.2％、Cr：20.0～25.0％、Al：0.5～5.0％、Ti：1.0～6.0％、Co：10.0～28.0％、Mo：0～8.0％、W：0.5～5.0％、Nb：0.1～3.0％、Ta：0～3.0％、Fe：0～10.0％、V：0～1.2％、Hf：0～1.0％、B：0～0.300％、Zr：0.010～0.300％、余量的Ni和杂质组成。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的Ni基超耐热合金线材，其特征在于，所述Ni基超耐热合金线材在基于如下的悬臂梁的弯曲试验中弯曲位移达到50mm时不断裂：准备长度为150mm的Ni基超耐热合金线材，约束距离该Ni基超耐热合金线材的一端为25mm的位置，对距离另一端为25mm的位置施加载荷。
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