JP2004527377A5

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Publication number: JP2004527377A5
Application number: JP2002571947A
Authority: JP
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2022-02-25

Claims

実質的に正偏析と負偏析のないニッケル基超合金を製造する方法であって、この方法は、
ニッケル基超合金である合金を鋳型内で鋳造し、
前記合金を少なくとも１２００^oＦ（６４９℃）で少なくとも１０時間加熱することによって、前記合金を焼鈍し、そして過時効させ、
少なくとも８ポンド/分（３.６３ｋｇ/分）の融解速度で前記合金をエレクトロスラグ再溶解し、
完全に凝固した後の４時間以内に前記合金を加熱炉に移動させ、
前記合金を前記加熱炉内に６００^oＦ（３１６℃）〜１８００^oＦ（９８２℃）の第１温度で少なくとも１０時間保持し、
前記合金中での熱応力の発生を抑制する方法で、前記第１温度から少なくとも２１２５^oＦ（１１６３℃）の第２温度まで前記加熱炉の温度を増大させ、
前記第２温度を少なくとも１０時間保持し、
８〜１１ポンド/分（３.６３〜５ｋｇ/分）の融解速度で前記合金のＶＡＲ電極を真空アーク再溶解して、ＶＡＲインゴットを得る、
以上の工程を含む、方法。
前記ＶＡＲインゴットは３０インチ（７６２ｍｍ）より大きい直径を有する、請求項１記載の方法。
前記ＶＡＲインゴットは少なくとも３６インチ（９１４ｍｍ）の直径を有する、請求項１記載の方法。
前記ＶＡＲインゴットの重量は２１５００ポンド（９７７２ｋｇ）より大きい、請求項１記載の方法。
前記ニッケル基合金は合金７１８および合金７０６のうちの１種である、請求項１記載の方法。
前記ニッケル基合金は、
約５０.０〜約５５.０重量パーセントのニッケル、
約１７〜約２１.０重量パーセントのクロム、
０〜約０.０８重量パーセントの炭素、
０〜約０.３５重量パーセントのマンガン、
０〜約０.３５重量パーセントのケイ素、
約２.８〜約３.３重量パーセントのモリブデン、
ニオブおよびタンタルのうちの少なくとも１種であって、ニオブとタンタルの合計が約４.７５〜約５.５重量パーセント、
約０.６５〜約１.１５重量パーセントのチタン、
約０.２０〜約０.８重量パーセントのアルミニウム、
０〜約０.００６重量パーセントのホウ素、そして
鉄および不可避不純物、
を含む、請求項１記載の方法。
前記ニッケル基合金は、
約５４.０重量パーセントのニッケル、
約０.５重量パーセントのアルミニウム、
約０.０１重量パーセントの炭素、
約５.０重量パーセントのニオブ、
約１８.０重量パーセントのクロム、
約３.０重量パーセントのモリブデン、
約０.９重量パーセントのチタン、そして
鉄および不可避不純物、
から実質的に構成される、請求項１記載の方法。
前記ニッケル基合金を鋳造する工程は、真空誘導溶解、アルゴン酸素脱炭、および真空酸素脱炭のうちの少なくとも1つによって、前記合金を溶解し、そして任意に精錬する工程を含む、請求項１記載の方法。
前記合金を焼鈍し、そして過時効させる工程は、前記合金を少なくとも１２００^oＦ（６４９℃）で少なくとも１８時間加熱する工程を含む、請求項１記載の方法。
前記合金を焼鈍し、そして過時効させる工程は、前記合金を少なくとも１５５０^oＦ（８４３℃）で少なくとも１０時間加熱する工程を含む、請求項１記載の方法。
前記合金をエレクトロスラグ再溶解する工程は、少なくとも１０ポンド/分（４.５４ｋｇ/分）の融解速度でエレクトロスラグ再溶解する工程を含む、請求項１記載の方法。
前記合金を前記加熱炉内に保持する工程は、前記合金を少なくとも６００^oＦ（３１６℃）〜１８００^oＦ（９８２℃）の炉温度で少なくとも２０時間保持する工程を含む、請求項１記載の方法。
前記合金を前記加熱炉内に保持する工程は、前記合金を少なくとも９００^oＦ（４８２℃）〜１８００^oＦ（９８２℃）の炉温度で少なくとも１０時間保持する工程を含む、請求項１記載の方法。
前記加熱炉の温度を増大させる工程は、前記加熱炉の温度を前記第１温度から第２温度まで多段階で増大させる工程を含み、この工程は、
前記第１温度から中間温度まで１００^oＦ/時（５５.６℃/時）以下で前記加熱炉の温度を増大させ、そして
更に、前記中間温度から前記第２温度まで２００^oＦ/時（１１１℃/時）以下で前記加熱炉の温度を増大させる工程を含む、請求項１記載の方法。
前記第１温度は１０００^oＦ（５８３℃）未満であり、そして前記中間温度は少なくとも１０００^oＦ（５８３℃）である、請求項１４記載の方法。
前記第１温度は１４００^oＦ（７６０℃）未満であり、そして前記中間温度は少なくとも１４００^oＦ（７６０℃）である、請求項１記載の方法。
前記第２温度は少なくとも２１７５^oＦ（１１９１℃）である、請求項１記載の方法。
前記合金は第２温度で少なくとも２４時間保持される、請求項１記載の方法。
前記合金をエレクトロスラグ再溶解する工程は、前記ＶＡＲ電極の所望の直径よりも大きい直径を有するＥＳＲインゴットを得るものであり、前記製造方法は、前記第２温度に保持し、次いで、前記ＥＳＲインゴットを機械加工してインゴットの寸法を変更し、これにより所望の直径を有するＶＡＲ電極を得る工程を更に含む、請求項１記載の方法。
前記合金を前記第２温度に保持した後に、そして前記ＥＳＲインゴットを機械加工する前に、前記合金を２００^oＦ/時（１１１℃/時）以下の冷却速度で機械加工温度まで冷却する工程を更に含む、請求項１４記載の方法。
前記合金を前記第２温度に保持した後に、そして前記ＶＡＲ電極を真空アーク再溶解する前に、前記合金を冷却プロセスを用いて前記第２温度から室温まで冷却する工程を更に含み、この冷却プロセスは、前記加熱炉温度を前記第２温度から１７５０^oＦ（９８２℃）以下の第１の中間温度まで２００^oＦ/時（１１１℃/時）以下の速度で低下させ、そしてこの第１中間温度を少なくとも１０時間保持する工程を含む、請求項１記載の方法。
前記合金を冷却する工程は、前記加熱炉温度を前記第１の中間温度から１４００^oＦ（７６０℃）以下の第２の中間温度まで１５０^oＦ/時（８３.３℃/時）以下の速度で低下させ、そしてこの第２中間温度を少なくとも５時間保持する工程を更に含む、請求項２１記載の方法。
前記第２の中間温度に保持した後に、前記合金は略室温まで空気中で冷却される、請求項２２記載の方法。
前記第２温度に保持した後に、そして前記ＥＳＲインゴットを機械加工する前に、前記合金中での熱応力の発生を抑制する方法で前記合金を前記第２温度から略室温まで冷却し、そして前記合金中での熱応力の発生を抑制する方法で前記合金を適当な機械加工温度まで加熱する工程を更に含む、請求項１記載の方法。
前記合金を適当な機械加工温度まで加熱する工程は、
前記合金を加熱炉内で少なくとも５００^oＦ（２６０℃）の炉温度で少なくとも２時間加熱し、
前記炉温度を少なくとも約２０^oＦ/時（１１.１℃/時）で少なくとも８００^oＦ（４２７℃）まで増大させ、
前記炉温度を少なくとも約３０^oＦ/時（１６.７℃/時）で少なくとも１２００^oＦ（６４９℃）まで更に増大させ、そして
前記炉温度を少なくとも約４０^oＦ/時（２２.２℃/時）で少なくとも２０２５^oＦ（１１０７℃）まで更に増大させ、そして前記合金が全体に渡って実質的に均一な温度に到達するまでこの温度を保持する工程を含む、請求項２４記載の方法。
前記ＥＳＲインゴットは約３４インチ（８６４ｍｍ）〜約４０インチ（１０１６ｍｍ）の直径を有し、そして前記ＶＡＲ電極は約３４インチ（８６４ｍｍ）以下の小さな直径を有する、請求項１９記載の方法。
実質的に正偏析と負偏析のないニッケル基合金を製造する方法であって、この方法は、
ニッケル基合金を鋳型内で鋳造し、ここで前記ニッケル基超合金は合金７１８であり、
前記合金を少なくとも１５５０^oＦ（８４３℃）で少なくとも１０時間加熱することによって、前記合金を焼鈍し、そして過時効させ、
少なくとも１０ポンド/分（４.５４ｋｇ/分）の融解速度で前記合金をエレクトロスラグ再溶解し、
完全に凝固した後の４時間以内に前記合金を加熱炉に移動させ、
前記合金を前記加熱炉内に９００^oＦ（４８２℃）〜１８００^oＦ（９８２℃）の第１炉温度で少なくとも１０時間保持し、
前記加熱炉の温度を中間の炉温度まで１００^oＦ/時（５５.６℃/時）以下で増大させ、そして
前記中間の炉温度から少なくとも２１２５^oＦ（１１６３℃）の第２炉温度まで２００^oＦ/時（１１１℃/時）以下で前記加熱炉の温度を更に増大させ、そして前記第２温度を少なくとも１０時間保持し、そして
９〜１０.２５ポンド／分（４.０９〜４.６６ｋｇ/分）の融解速度で前記合金のＶＡＲ電極を真空アーク再溶解してＶＡＲインゴットを得る工程を含む方法。
前記ＶＡＲインゴットは３０インチ（７６２ｍｍ）より大きい直径を有する、請求項２７記載の方法。
前記ＶＡＲインゴットは少なくとも３６インチ（９１４ｍｍ）の直径を有する、請求項２７記載の方法。
前記ＶＡＲインゴットの重量は２１５００ポンド（９７７２ｋｇ）より大きい、請求項２７記載の方法。
前記ニッケル基合金は、
約５０.０〜約５５.０重量パーセントのニッケル、
約１７〜約２１.０重量パーセントのクロム、
０〜約０.０８重量パーセントの炭素、
０〜約０.３５重量パーセントのマンガン、
０〜約０.３５重量パーセントのケイ素、
約２.８〜約３.３重量パーセントのモリブデン、
ニオブおよびタンタルのうちの少なくとも１種であって、ニオブとタンタルの合計が約４.７５〜約５.５重量パーセント、
約０.６５〜約１.１５重量パーセントのチタン、
約０.２０〜約０.８重量パーセントのアルミニウム、
０〜約０.００６重量パーセントのホウ素、そして
鉄および不可避不純物、
を含む、請求項２７記載の方法。
前記合金をエレクトロスラグ再溶解する工程は、前記ＶＡＲ電極の所望の直径よりも大きい直径を有するＥＳＲインゴットを得るものであり、前記製造方法は、前記合金を前記第２温度から適当な機械加工温度まで冷却し、次いで前記合金を機械加工して所望の直径を有するＶＡＲ電極を得る工程を更に含む、請求項２７記載の方法。
前記合金をエレクトロスラグ再溶解する工程は、前記ＶＡＲ電極の所望の直径よりも大きい直径を有するＥＳＲインゴットを得るものであり、前記製造方法は、前記合金中での熱応力の発生を抑制する方法で前記合金を前記第２温度から略室温まで冷却し、前記合金中での熱応力の発生を抑制する方法で前記合金を適当な機械加工温度まで加熱し、前記合金を機械加工して所望の直径を有するＶＡＲ電極を得る工程を更に含む、請求項２７記載の方法。
請求項１又は２７記載の方法によって製造されたニッケル基合金のＶＡＲインゴット。
約５０.０〜約５５.０重量パーセントのニッケル、
約１７〜約２１.０重量パーセントのクロム、
０〜約０.０８重量パーセントの炭素、
０〜約０.３５重量パーセントのマンガン、
０〜約０.３５重量パーセントのケイ素、
約２.８〜約３.３重量パーセントのモリブデン、
ニオブおよびタンタルのうちの少なくとも１種であって、ニオブとタンタルの合計が約４.７５〜約５.５重量パーセント、
約０.６５〜約１.１５重量パーセントのチタン、
約０.２０〜約０.８重量パーセントのアルミニウム、
０〜約０.００６重量パーセントのホウ素、そして
鉄および不可避不純物、
を含むニッケル基合金のＶＡＲインゴットであって、ここで、前記インゴットは３０インチより大きい直径を有する、ＶＡＲインゴット。
前記ＶＡＲインゴットは３６インチより大きい直径を有する、請求項３５記載のＶＡＲインゴット。
前記インゴットは２１５００ポンド（９７７２ｋｇ）より重い、請求項３５記載のＶＡＲインゴット。
前記ニッケル基合金は合金７１８である、請求項３６記載のＶＡＲインゴット。
約５０.０〜約５５.０重量パーセントのニッケル、
約１７〜約２１.０重量パーセントのクロム、
０〜約０.０８重量パーセントの炭素、
０〜約０.３５重量パーセントのマンガン、
０〜約０.３５重量パーセントのケイ素、
約２.８〜約３.３重量パーセントのモリブデン、
ニオブおよびタンタルのうちの少なくとも１種であって、ニオブとタンタルの合計が約４.７５〜約５.５重量パーセント、
約０.６５〜約１.１５重量パーセントのチタン、
約０.２０〜約０.８重量パーセントのアルミニウム、
０〜約０.００６重量パーセントのホウ素、そして
鉄および不可避不純物、
を含むニッケル基合金のインゴットであって、ここで、前記インゴットは３０インチより大きい直径を有し、実質的に負偏析がなく、斑点がなく、そして実質的に他の正偏析のない、インゴット。
前記インゴットは少なくとも３６インチの直径を有する、請求項３９記載のインゴット。
前記インゴットは２１５００ポンド（９７７２ｋｇ）より重い、請求項３９記載のインゴット。
前記ニッケル基合金は合金７１８である、請求項３９記載のインゴット。
請求項３５から３９までのいずれかに記載のインゴットから作製された製品。
前記製品は航空タービンおよび地上タービンのうちの１種に適する回転部材である、請求項４３記載の製品。
製品を得る方法であって、この方法は、請求項３５または３９記載のインゴットを用意し、このインゴットから前記製品を作製する工程を含む、方法。
前記製品は航空タービンおよび地上タービンのうちの１種に適する回転部材である、請求項４５の方法。
３０インチ（７６２ｍｍ）より大きい直径を有していて、２１５００ポンド（９７７２ｋｇ）より重い、合金７１８からなるＶＡＲインゴット。
前記インゴットは少なくとも３６インチ（９１４ｍｍ）の直径を有する、請求項４７記載のＶＡＲインゴット。
前記インゴットには実質的に負偏析がなく、斑点がなく、そして実質的に他の正偏析がない、請求項４７記載のＶＡＲインゴット。
請求項４７に記載のインゴットから作製された製品。
前記製品は航空タービンおよび地上タービンのうちの１種に適する回転部材である、請求項４７記載の製品。