JP2013189695A - METHOD FOR PRODUCING Ni-BASE ALLOY AND THE Ni-BASE ALLOY - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば航空機、ガスタービン、原子力、圧力容器、化学プラント等の分野に用いられるＮｉ基合金の製造方法及びＮｉ基合金に関するものである。 The present invention relates to a Ni-based alloy manufacturing method and Ni-based alloy used in the fields of aircraft, gas turbines, nuclear power, pressure vessels, chemical plants, and the like.
Ｎｉ基合金は、耐食性、耐熱性に優れていることから、前述の航空機、ガスタービン、原子力、圧力容器、化学プラント等の高温または腐食環境等の苛酷な使用環境において使用される部材として利用されている。
このようなＮｉ基合金は、通常、次のようにして製造される。まず、配合原料を溶解して、所定成分の合金溶湯を生成し、この合金溶湯を鋳込んでインゴットを製出する。また、Ｓ等の不純物の除去、成分、組織の均一化を目的として、得られたインゴットを再溶解して最終的なインゴットを製出することもある。この再溶解を複数回実施することもある。なお、再溶解されるインゴットは「電極」と呼ばれることがある。
得られたインゴットに対して熱間鍛造や熱間圧延等の熱間加工あるいは冷間加工を施して、例えば棒材や板材等の所定形状の加工材とする。そして、この加工材に対して熱処理を行うことで、強度等の特性を調整するのである。
Ni-based alloys are excellent in corrosion resistance and heat resistance, so they are used as members that are used in severe environments such as the aforementioned aircraft, gas turbines, nuclear power, pressure vessels, chemical plants, and other high-temperature or corrosive environments. ing.
Such a Ni-based alloy is usually manufactured as follows. First, the compounding raw material is melted to produce a molten alloy having a predetermined component, and the molten alloy is cast to produce an ingot. In addition, for the purpose of removing impurities such as S and homogenizing components and structures, the obtained ingot may be redissolved to produce a final ingot. This re-dissolution may be performed multiple times. The ingot that is redissolved may be referred to as an “electrode”.
The obtained ingot is subjected to hot working such as hot forging or hot rolling or cold working to obtain a workpiece having a predetermined shape such as a bar or a plate. Then, the properties such as strength are adjusted by heat-treating the processed material.
ここで、特許文献１には、Ｎｉ基合金中に存在する窒素量を０．０１質量％以下にすることが提案されている。窒素はチタニウム窒化物その他の有害窒化物を形成しやすく、これらの窒化物が疲労割れの原因として考えられるためである。 Here, Patent Document 1 proposes that the amount of nitrogen present in the Ni-based alloy be 0.01% by mass or less. This is because nitrogen easily forms titanium nitride and other harmful nitrides, and these nitrides are considered to cause fatigue cracking.
しかしながら、特許文献１では、窒素量の上限値について規制されているものの、具体的に窒素量を低減する手段については開示されておらず、窒素量を低減したＮｉ基合金を得ることは困難であった。
ここで、Ｎｉ基合金中の窒素量を低減する手段としては、窒素含有量の少ない原料を選別して使用することが考えられる。
However, in Patent Document 1, although the upper limit value of the nitrogen amount is regulated, a means for specifically reducing the nitrogen amount is not disclosed, and it is difficult to obtain a Ni-based alloy with a reduced nitrogen amount. there were.
Here, as a means for reducing the amount of nitrogen in the Ni-based alloy, it is conceivable to select and use a raw material having a low nitrogen content.
ところで、Ｎｉ基合金は、レアメタルを比較的多く含有する材料である。近年、レアメタルは継続的に需要が増加し、その価格も高騰しており、調達が非常に困難となっている。また、レアメタルの価格は、世界情勢等によって大きく変動することから、Ｎｉ基合金の製造コストも大きく変動するリスクがある。
上述したレアメタルの安定調達、製造コストの安定性に加えて省資源の観点から、Ｎｉ基合金の原料として、スクラップ材等を多く再使用することが望ましい。
Incidentally, the Ni-based alloy is a material containing a relatively large amount of rare metal. In recent years, the demand for rare metals has continually increased and the price has soared, making procurement very difficult. In addition, since the price of rare metal varies greatly depending on the world situation and the like, there is a risk that the manufacturing cost of the Ni-based alloy also varies greatly.
From the viewpoint of resource saving in addition to the stable procurement of rare metals and the stability of manufacturing costs described above, it is desirable to reuse many scrap materials as Ni-based alloy materials.
しかしながら、スクラップ材を多く用いた場合には、不純物等が原料に混入してしまうおそれがある。特に、合金溶湯中に窒素が混入した場合には、チタニウム窒化物その他の有害窒化物を形成してしまい、Ｎｉ基合金の品質が低下してしまうおそれがあった。
このように、従来は、Ｎｉ基合金の疲労特性を向上させるためには、スクラップ材の使用量を制限する必要があり、スクラップ材の使用を促進することができなかった。
However, when a large amount of scrap material is used, impurities and the like may be mixed into the raw material. In particular, when nitrogen is mixed in the molten alloy, titanium nitride and other harmful nitrides are formed, and the quality of the Ni-based alloy may be deteriorated.
As described above, conventionally, in order to improve the fatigue characteristics of the Ni-based alloy, it is necessary to limit the amount of the scrap material used, and the use of the scrap material cannot be promoted.
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、スクラップ材を溶解原料として使用した場合であっても、合金溶湯中の窒素量を十分に低減でき、特に、疲労特性に優れた高品質のＮｉ基合金を製造することが可能なＮｉ基合金の製造方法、及び、疲労特性に優れたＮｉ基合金を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and even when scrap material is used as a melting raw material, the amount of nitrogen in the molten alloy can be sufficiently reduced, and particularly excellent in fatigue characteristics. An object of the present invention is to provide a Ni-based alloy manufacturing method capable of manufacturing a high-quality Ni-based alloy and a Ni-based alloy having excellent fatigue characteristics.
上述の課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明のＮｉ基合金の製造方法は、Ｃｒを１３質量％以上含むＮｉ基合金の製造方法であって、
溶解原料を溶解して目標組成の合金溶湯を溶製する際に、前記合金溶湯中の窒素量を低減する精錬工程を備えており、前記精錬工程は、
溶湯の温度Ｔを、前記合金溶湯の融点をＴｍとして、Ｔｍ＋２０℃≦Ｔ≦Ｔｍ＋３５０℃の範囲内とし、
圧力Ｐ[Ｐａ]を、溶湯中のＣｒの含有量（質量％）を〔Ｃｒ〕として、
Ｐ≦７．２８×１０３×ｅｘｐ（−２．２３×１０−１×〔Ｃｒ〕）
の範囲内とし、
保持時間を３０ｍｉｎ以上とした条件で実施することを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the above-mentioned object, the method for producing a Ni-based alloy of the present invention is a method for producing a Ni-based alloy containing 13 mass% or more of Cr,
When melting the melting raw material to melt the molten alloy of the target composition, it comprises a refining step for reducing the amount of nitrogen in the molten alloy, the refining step,
The temperature T of the molten metal is within the range of Tm + 20 ° C. ≦ T ≦ Tm + 350 ° C., where the melting point of the molten alloy is Tm,
The pressure P [Pa], the Cr content (mass%) in the molten metal [Cr],
P ≦ 7.28 × 10 3 × exp (−2.23 × 10 −1 × [Cr])
Within the range of
It is characterized in that it is carried out under the condition that the holding time is 30 min or more.
このような構成とされた本発明のＮｉ基合金の製造方法においては、前記合金溶湯中の窒素量を低減する精錬工程を備え、この精錬工程における溶湯の温度、圧力、保持時間が上述のように規定されているので、溶解原料としてスクラップ材を用いた場合であっても、Ｎｉ基合金中の窒素量を低減でき、疲労特性に優れたＮｉ基合金を製造することが可能となる。 The method for producing a Ni-based alloy of the present invention having such a configuration includes a refining process for reducing the amount of nitrogen in the molten alloy, and the temperature, pressure, and holding time of the molten metal in this refining process are as described above. Therefore, even when a scrap material is used as a melting raw material, the amount of nitrogen in the Ni-based alloy can be reduced, and a Ni-based alloy having excellent fatigue characteristics can be manufactured.
ここで、精錬工程における溶湯の温度Ｔが、Ｔｍ＋２０℃未満であった場合には、溶湯からの窒素の除去速度が遅く、溶湯中の窒素量を十分に低減することができなくなるおそれがある。
一方、精錬工程における溶湯の温度Ｔが、Ｔｍ＋３５０℃を超える場合には、溶湯中の窒素の固溶限度量が高くなるため、溶湯中の窒素量を十分に低減することができない、あるいは、雰囲気中の窒素が溶湯中に混入し、溶湯中の窒素量が増加してしまうおそれがある。また、溶湯を保持する炉体の耐火物が損傷し易くなり、この耐火物が介在物として溶湯中に混在するおそれがある。また、耐火物の一部が分解される際に生じたガス成分が溶湯と反応して介在物を形成し、Ｎｉ基合金の清浄性が低下するおそれがある。また、他の成分元素の含有量が変動してしまい、有価金属を多く消費してしまうおそれがある。
このことから、精錬工程における溶湯の温度Ｔを、Ｔｍ＋２０℃≦Ｔ≦Ｔｍ＋３５０℃の範囲内に設定しているのである。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、精錬工程における溶湯の温度Ｔを、Ｔｍ＋１００℃≦Ｔ≦Ｔｍ＋３００℃の範囲内とすることが好ましい。
Here, when the temperature T of the molten metal in the refining process is less than Tm + 20 ° C., the removal rate of nitrogen from the molten metal is slow, and the amount of nitrogen in the molten metal may not be sufficiently reduced.
On the other hand, if the temperature T of the molten metal in the refining process exceeds Tm + 350 ° C., the solid solution limit amount of nitrogen in the molten metal becomes high, so the amount of nitrogen in the molten metal cannot be reduced sufficiently, or the atmosphere There is a possibility that the nitrogen in the molten metal is mixed in the molten metal and the amount of nitrogen in the molten metal is increased. Further, the refractory of the furnace body holding the molten metal is likely to be damaged, and this refractory may be mixed in the molten metal as inclusions. Moreover, the gas component produced when a part of the refractory is decomposed reacts with the molten metal to form inclusions, which may reduce the cleanliness of the Ni-based alloy. In addition, the content of other component elements may fluctuate and consume a lot of valuable metals.
From this, the temperature T of the molten metal in the refining process is set within the range of Tm + 20 ° C. ≦ T ≦ Tm + 350 ° C. In addition, in order to make the above-mentioned operation effect effective, it is preferable that the temperature T of the molten metal in the refining process is within a range of Tm + 100 ° C. ≦ T ≦ Tm + 300 ° C.
また、精錬工程における圧力Ｐは、できる限り低くすることで、溶湯中の窒素を除去することができる。ただし、設備上の制約の関係で、圧力を十分に低くできない場合もある。そこで、本発明では、溶湯中のＣｒの含有量に着目し、Ｃｒ含有量が低い場合には、圧力が比較的高くても窒素を除去できることを見出した。そこで、精錬工程における圧力Ｐを、溶湯中のＣｒ含有量との関係として規定することにより、必要以上に低い圧力にしなくても、溶湯中の窒素を除去できるのである。 Moreover, the nitrogen in molten metal can be removed by making pressure P in a refining process as low as possible. However, there are cases where the pressure cannot be lowered sufficiently due to restrictions on equipment. Therefore, in the present invention, focusing on the Cr content in the molten metal, it was found that when the Cr content is low, nitrogen can be removed even when the pressure is relatively high. Therefore, by defining the pressure P in the refining process as a relationship with the Cr content in the molten metal, nitrogen in the molten metal can be removed without setting the pressure lower than necessary.
さらに、精錬工程における保持時間が３０ｍｉｎ未満では、溶湯中の窒素を十分に除去できないおそれがある。このため、精錬工程における保持時間を３０ｍｉｎ以上としているのである。上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、精錬工程における保持時間を４５ｍｉｎ以上とすることが好ましい。
なお、精錬工程を複数回に分けて実施する場合には、複数の精錬工程の合計時間が３０ｍｉｎ以上となっていればよい。
Furthermore, if the holding time in the refining process is less than 30 min, nitrogen in the molten metal may not be sufficiently removed. For this reason, the holding time in the refining process is set to 30 minutes or more. In order to ensure that the above-described effects are achieved, it is preferable that the holding time in the refining process is 45 min or longer.
In addition, when implementing a refining process in multiple times, the total time of a some refining process should just be 30 minutes or more.
ここで、本発明のＮｉ基合金の製造方法においては、前記溶湯中のＣｒ含有量を、前記目標組成のＣｒ含有量よりも低い状態として実施することが好ましい。
この場合、前記溶湯中のＣｒ含有量を、前記目標組成のＣｒ含有量よりも低い状態としているので、上述のように、精錬工程における圧力Ｐを比較的高くしても、溶湯中の窒素を十分に除去することが可能となるのである。すなわち、精錬工程においては、溶湯中のＣｒ含有量を１３質量％未満としてもよいのである。
なお、この精錬工程の後にＣｒを添加して目標組成とすることができるので、溶湯中のＣｒ含有量は、Ｎｉ基合金の目標組成範囲よりもさらに低くてもよい。
Here, in the manufacturing method of the Ni-based alloy of the present invention, it is preferable that the Cr content in the molten metal is set to be lower than the Cr content of the target composition.
In this case, since the Cr content in the molten metal is lower than the Cr content of the target composition, as described above, even if the pressure P in the refining process is relatively high, the nitrogen in the molten metal is reduced. It can be removed sufficiently. That is, in the refining process, the Cr content in the molten metal may be less than 13% by mass.
In addition, since Cr can be made into a target composition after this refining process, the Cr content in the molten metal may be lower than the target composition range of the Ni-based alloy.
また、本発明のＮｉ基合金の製造方法においては、前記精錬工程の開始時点で、Ｃを０．０１質量％以上含有していることが好ましい。
Ｃ（炭素）は、Ｏ（酸素）との共存下でＣＯを形成し、気体として溶湯から排出されることになり、溶湯中の脱酸を促進する作用を有する。このとき、溶湯中の窒素も溶湯の外部へと排出されることになり、溶湯中の窒素量を低減することが可能となる。そこで、前記精錬工程の開始時点で、Ｃを０．０１質量％以上含有していることが好ましい。なお、この作用効果を確実に奏功せしめるためには、前記精錬工程の開始時点で、Ｃを０．０２質量％以上含有していることがさらに好ましい。
Moreover, in the manufacturing method of the Ni base alloy of this invention, it is preferable to contain 0.01 mass% or more of C at the time of the start of the said refining process.
C (carbon) forms CO in the presence of O (oxygen) and is discharged from the molten metal as a gas, and has an action of promoting deoxidation in the molten metal. At this time, nitrogen in the molten metal is also discharged to the outside of the molten metal, and the amount of nitrogen in the molten metal can be reduced. Therefore, it is preferable to contain 0.01% by mass or more of C at the start of the refining process. In order to ensure that this effect is achieved, it is more preferable that C is contained at 0.02% by mass or more at the start of the refining process.
本発明のＮｉ基合金は、上述のＮｉ基合金の製造方法によって製造されたことを特徴としている。
この構成のＮｉ基合金によれば、窒素量が十分に低減されているので、疲労特性に優れることになる。
The Ni-based alloy of the present invention is manufactured by the above-described Ni-based alloy manufacturing method.
According to the Ni-based alloy having this configuration, the amount of nitrogen is sufficiently reduced, so that the fatigue characteristics are excellent.
さらに、本発明のＮｉ基合金においては、窒素量が０．０２質量％以下とされていることが好ましい。
この場合、窒素量を０．０２質量％以下とすることで、疲労特性に優れた高品質のＮｉ基合金を提供することが可能となる。
Furthermore, in the Ni-based alloy of the present invention, the nitrogen content is preferably 0.02% by mass or less.
In this case, by setting the nitrogen amount to 0.02% by mass or less, it is possible to provide a high-quality Ni-based alloy having excellent fatigue characteristics.
本発明によれば、スクラップ材を溶解原料として使用した場合であっても、合金溶湯中の窒素量を十分に低減でき、特に、疲労特性に優れた高品質のＮｉ基合金を製造することが可能なＮｉ基合金の製造方法、及び、疲労特性に優れたＮｉ基合金を提供することができる。 According to the present invention, even when scrap material is used as a melting raw material, the amount of nitrogen in the molten alloy can be sufficiently reduced, and in particular, a high-quality Ni-based alloy having excellent fatigue characteristics can be produced. A possible Ni-based alloy production method and a Ni-based alloy excellent in fatigue characteristics can be provided.
以下に、本発明の一実施形態であるＮｉ基合金の製造方法及びＮｉ基合金について説明する。
本実施形態であるＮｉ基合金は、Ｃｒ；１３質量％以上を含み、さらに、活性金属であるＡｌ、Ｔｉを含み、残部がＮｉ及び不可避不純物とされている。なお、Ａｌ、Ｔｉといった活性金属を含有していなくてもよい。
そして、本実施形態であるＮｉ基合金においては、窒素含有量が、０，０２質量％以下に制御されている。
Below, the manufacturing method of Ni base alloy and Ni base alloy which are one Embodiment of this invention are demonstrated.
The Ni-based alloy according to the present embodiment contains Cr: 13% by mass or more, and further contains Al and Ti which are active metals, with the balance being Ni and inevitable impurities. The active metal such as Al or Ti may not be contained.
And in the Ni base alloy which is this embodiment, nitrogen content is controlled to 0.02 mass% or less.
次に、本実施形態であるＮｉ基合金の製造方法について、図１及び図２を用いて説明する。
本実施形態であるＮｉ基合金の製造方法においては、溶解原料を溶解して溶湯を得る溶解工程Ｓ０１と、得られた溶湯から窒素を除去し、合金溶湯中の窒素量等を低減する精錬工程Ｓ０２と、Ｃｒを添加して目標組成とするＣｒ成分調整工程Ｓ０３と、活性金属を添加する活性金属添加工程Ｓ０４と、得られた目標組成の合金溶湯を鋳造する鋳造工程Ｓ０５と、を備えている。このＮｉ基合金の製造方法により、目標組成のＮｉ基合金からなるインゴットが製造されることになる。
Next, the manufacturing method of the Ni-based alloy which is this embodiment is demonstrated using FIG.1 and FIG.2.
In the Ni-based alloy manufacturing method according to this embodiment, a melting step S01 for melting a melting raw material to obtain a molten metal, and a refining step for removing nitrogen from the obtained molten metal to reduce the amount of nitrogen in the molten alloy, etc. S02, Cr component adjustment step S03 for adding Cr to achieve the target composition, active metal addition step S04 for adding active metal, and casting step S05 for casting the molten alloy having the obtained target composition Yes. By this Ni-based alloy manufacturing method, an ingot made of a Ni-based alloy having a target composition is manufactured.
溶解工程Ｓ０１においては、溶解原料としてスクラップ材等を使用して調製し、真空誘導溶解炉を用いて溶解原料を溶解し、溶湯を生成する。このとき、溶湯中のＣｒの含有量が、Ｎｉ基合金の目標組成よりも低くなるように、原料を調製する。本実施形態では、溶解工程Ｓ０１によって得られる溶湯中のＣｒの含有量が目標組成のＣｒ量よりも低くなるように、本実施形態ではＣｒの含有量が１３質量％未満となるように、かつ、溶湯中のＣの含有量が０．０３質量％以上０．１質量％以下となるように、原料を調整した。 In the melting step S01, a scrap material or the like is prepared as a melting raw material, and the melting raw material is melted using a vacuum induction melting furnace to generate a molten metal. At this time, the raw material is prepared so that the content of Cr in the molten metal is lower than the target composition of the Ni-based alloy. In this embodiment, so that the Cr content in the molten metal obtained by the melting step S01 is lower than the Cr content of the target composition, in this embodiment, the Cr content is less than 13% by mass, and The raw material was adjusted so that the C content in the molten metal was 0.03% by mass or more and 0.1% by mass or less.
精錬工程Ｓ０２においては、溶湯中のＣｒの含有量を１３質量％未満、溶湯中のＣの含有量を０．０３質量％以上０．１質量％以下の溶湯に対して実施した。
保持時間は、３０ｍｉｎ以上とした。
精錬工程Ｓ０２においては、溶湯の温度Ｔを、前記合金溶湯の融点をＴｍとしたときに、Ｔｍ＋２０℃≦Ｔ≦Ｔｍ＋３５０℃の範囲内とした。
In the refining step S02, the Cr content in the melt was less than 13% by mass, and the C content in the melt was 0.03% by mass to 0.1% by mass.
The holding time was 30 min or more.
In the refining step S02, the temperature T of the molten metal was set within the range of Tm + 20 ° C. ≦ T ≦ Tm + 350 ° C. when the melting point of the molten alloy was Tm.
精錬工程Ｓ０２においては、圧力Ｐを、溶湯中のＣｒの含有量（質量％）を〔Ｃｒ〕としたときに、Ｐ≦７．２８×１０３×ｅｘｐ（−２．２３×１０−１×〔Ｃｒ〕）の範囲内で実施した。すなわち、図２に示すように、溶湯中のＣｒの含有量（質量％）が多くなるにつれて、圧力Ｐの上限値が下がるような条件とした。
本実施形態では、圧力Ｐは、Ｃｒの含有量が１３質量％とした場合において、
Ｐ≦７．２８×１０３×ｅｘｐ（−２．２３×１０−１×１３）＝４０１ [Ｐａ]
となるように設定することになり、具体的には、Ｐ≦５０Ｐａとした。
In the refining step S02, P ≦ 7.28 × 10 3 × exp (−2.23 × 10 −1 ×) when the pressure P is set to [Cr] as the Cr content (mass%) in the molten metal. [Cr]). That is, as shown in FIG. 2, the upper limit value of the pressure P was lowered as the Cr content (mass%) in the molten metal increased.
In the present embodiment, when the pressure P is 13% by mass,
P ≦ 7.28 × 10 3 × exp (−2.23 × 10 −1 × 13) = 401 [Pa]
Specifically, P ≦ 50 Pa was set.
Ｃｒ成分調整工程Ｓ０３においては、上述の精錬工程Ｓ０２が終了した後に、目標組成となるようにＣｒを添加した。すなわち、Ｃｒの含有量が低い状態で、窒素を除去しておき、その後、必要なＣｒを添加しているのである。
また、活性金属添加工程Ｓ０４においては、上述のＣｒ成分調整工程Ｓ０３が終了した後に、活性元素であるＡｌ、Ｔｉを添加した。なお、Ａｌ、Ｔｉといった活性金属を含有しない場合は、活性金属添加工程Ｓ０４が省略される。
In Cr component adjustment process S03, Cr was added so that it might become a target composition, after the above-mentioned refining process S02 was completed. That is, nitrogen is removed while the Cr content is low, and then necessary Cr is added.
Further, in the active metal addition step S04, Al and Ti as active elements were added after the Cr component adjustment step S03 described above was completed. In the case where no active metal such as Al or Ti is contained, the active metal addition step S04 is omitted.
そして、鋳造工程Ｓ０５においては、目標組成となった合金溶湯を、鋳型に注入して、インゴットを得る。
このようにして、窒素の含有量が低減された本実施形態であるＮｉ基合金が製造されることになる。
このインゴットは、その後、塑性加工、熱処理、機械加工等が施されて、各種部品に成形されることになる。
In the casting step S05, the molten alloy having the target composition is injected into the mold to obtain an ingot.
In this way, the Ni-based alloy according to this embodiment in which the nitrogen content is reduced is manufactured.
Thereafter, the ingot is subjected to plastic working, heat treatment, machining, and the like to be formed into various parts.
以上のような構成とされた本実施形態であるＮｉ基合金の製造方法及びＮｉ基合金によれば、溶湯中の窒素量を低減する精錬工程Ｓ０２を備え、この精錬工程Ｓ０２における溶湯の温度Ｔ、圧力Ｐ、保持時間が上述のように規定されているので、原料としてスクラップ材を用いた場合であっても、Ｎｉ基合金中の窒素含有量を低減でき、疲労特性に優れたＮｉ基合金を製造することが可能となる。 According to the Ni-base alloy manufacturing method and Ni-base alloy of the present embodiment configured as described above, a refining step S02 for reducing the amount of nitrogen in the molten metal is provided, and the temperature T of the molten metal in the refining step S02 is provided. Since the pressure P and the holding time are defined as described above, even when scrap material is used as a raw material, the Ni content can be reduced in the Ni base alloy, and the Ni base alloy has excellent fatigue characteristics. Can be manufactured.
また、本実施形態では、溶湯の温度Ｔを、前記合金溶湯の融点をＴｍとして、Ｔｍ＋２０℃≦Ｔ≦Ｔｍ＋３５０℃の範囲内とされているので、溶湯中への窒素の固溶量を抑制でき、かつ、窒素の除去速度を確保でき、溶湯中の窒素量を確実に低減することができる。 In this embodiment, the temperature T of the molten metal is within the range of Tm + 20 ° C. ≦ T ≦ Tm + 350 ° C., where the melting point of the molten alloy is Tm, so that the amount of nitrogen dissolved in the molten metal can be suppressed. And the removal rate of nitrogen can be ensured and the amount of nitrogen in a molten metal can be reduced reliably.
さらに、本実施形態では、圧力Ｐを、溶湯中のＣｒの含有量（質量％）を〔Ｃｒ〕として、Ｐ≦７．２８×１０３×ｅｘｐ（−２．２３×１０−１×〔Ｃｒ〕）の範囲内とし、具体的には、Ｃｒの含有量を１３質量％とした場合において、
Ｐ≦７．２８×１０３×ｅｘｐ（−２．２３×１０−１×１３）＝４０１[Ｐａ]となるように、Ｐ≦５０Ｐａとしたので、溶湯中の窒素を確実に除去することができる。
Furthermore, in the present embodiment, P ≦ 7.28 × 10 3 × exp (−2.23 × 10 −1 × [Cr], where the pressure P is the Cr content (% by mass) in the molten metal [Cr]. ]), Specifically, when the Cr content is 13% by mass,
Since P ≦ 50 Pa so that P ≦ 7.28 × 10 3 × exp (−2.23 × 10 −1 × 13) = 401 [Pa], nitrogen in the molten metal can be surely removed. it can.
また、本実施形態では、精錬工程Ｓ０２における保持時間を３０ｍｉｎ以上としているので、溶湯中の窒素を十分に除去することが可能となる。
さらに、本実施形態では、溶湯中のＣｒ含有量を、目標組成のＣｒ含有量よりも低い状態としているので、上述のように、精錬工程Ｓ０２における圧力Ｐを比較的高くしても、溶湯中の窒素を十分に除去することが可能となる。
また、本実施形態では、溶湯中のＣの含有量を０．０３質量％以上０．１質量％以下の溶湯に対して精錬工程Ｓ０２を実施しているので、ＣがＣＯとなって溶湯中から排出される際に窒素の排出も促進され、溶湯中の窒素の除去を効率的に行うことが可能となる。
Moreover, in this embodiment, since the holding time in the refining process S02 is set to 30 minutes or more, it is possible to sufficiently remove nitrogen in the molten metal.
Furthermore, in this embodiment, since the Cr content in the molten metal is lower than the target Cr content, as described above, even if the pressure P in the refining step S02 is relatively high, It is possible to sufficiently remove nitrogen.
Moreover, in this embodiment, since refining process S02 is implemented with respect to the molten metal whose content of C in a molten metal is 0.03 mass% or more and 0.1 mass% or less, C turns into CO in molten metal When the gas is discharged from the steel, the discharge of nitrogen is also promoted, and the nitrogen in the molten metal can be efficiently removed.
以上、本発明の実施形態であるＮｉ基合金の製造方法及びＮｉ基合金について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
精錬工程Ｓ０２を１回実施するものとして説明したが、これに限定されることはなく、精錬工程Ｓ０２を複数回に分けて実施してもよい。複数回に分けて精錬工程を実施する場合には、その複数回の精錬工程の保持時間の合計が３０ｍｉｎ以上となっていればよい。
As described above, the manufacturing method of the Ni-based alloy and the Ni-based alloy according to the embodiment of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the present invention. It is.
Although the refining step S02 has been described as being performed once, the present invention is not limited to this, and the refining step S02 may be performed in a plurality of times. When the refining process is carried out in a plurality of times, the total holding time of the refining processes may be 30 min or more.
また、本実施形態では、溶解工程Ｓ０１において、溶湯中のＣｒの含有量が目標組成のＣｒ量よりも低くなるように原料を調整する構成としたが、これに限定されることはなく、溶解工程Ｓ０１において、溶湯中のＣｒの含有量を目標組成のＣｒ量となるように原料を調整してもよい。この場合、図１に図示したＣｒ成分調整工程Ｓ０３が省略されることになる。 In the present embodiment, in the melting step S01, the raw material is adjusted so that the Cr content in the molten metal is lower than the Cr content of the target composition. However, the present invention is not limited to this. In step S01, the raw material may be adjusted so that the Cr content in the molten metal becomes the Cr content of the target composition. In this case, the Cr component adjustment step S03 illustrated in FIG. 1 is omitted.
さらに、本実施形態ではＣｒの含有量が１３質量％未満となるように原料を調整する構成としたが、これに限定されることはなく、例えば目標組成が１６〜２３質量％であれば、精錬工程Ｓ０２時のＣｒ含有量が１３〜１５質量％となるように原料を調整してもよい。
また、本実施形態では、溶解工程Ｓ０１において、溶湯中のＣの含有量が０．０３質量％以上０．１質量％以下となるように原料を調整する構成としたが、これに限定されることはなく、溶解工程Ｓ０１において溶湯中のＣの含有量を調整しなくてもよい。
Furthermore, although it was set as the structure which adjusts a raw material so that content of Cr may be less than 13 mass% in this embodiment, it is not limited to this, For example, if a target composition is 16-23 mass%, You may adjust a raw material so that Cr content at the refining process S02 may be 13-15 mass%.
In the present embodiment, in the melting step S01, the raw material is adjusted so that the content of C in the molten metal is 0.03% by mass or more and 0.1% by mass or less. However, the present invention is limited to this. There is no need to adjust the content of C in the molten metal in the melting step S01.
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
表１、表２に示す目標組成のＮｉ基合金の６ｋｇのインゴットを、以下の手順で製造した。
ＭｇＯルツボ内で、Ａｌ、Ｔｉ等の活性金属以外の原料を溶解し、溶落後、表１に示す条件で保持時間３０ｍｉｎとして、精錬工程を実施した。その後、Ａｌ、Ｔｉ等の活性金属を投入、溶解後、鉄製鋳型に注湯して円柱状のインゴットを得た。このインゴットから分析用試料を採取し、窒素濃度を分析した。また、精錬中に採取した分析用試料についてＣｒ濃度を分析した。
ここで、本発明例１５，１６においては、精錬工程における溶湯中のＣｒ含有量が目標組成よりも低くなるように、一部のＣｒを精錬工程の後に添加した。
Below, the result of the confirmation experiment performed in order to confirm the effect of this invention is demonstrated.
6 kg ingots of Ni-base alloys having the target compositions shown in Tables 1 and 2 were manufactured by the following procedure.
In the MgO crucible, raw materials other than active metals such as Al and Ti were dissolved, and after the smelting, a refining process was carried out under the conditions shown in Table 1 with a holding time of 30 minutes. Thereafter, active metals such as Al and Ti were charged and dissolved, and then poured into an iron mold to obtain a cylindrical ingot. An analytical sample was taken from the ingot and analyzed for nitrogen concentration. Further, the Cr concentration was analyzed for the analytical sample collected during refining.
Here, in Inventive Examples 15 and 16, a part of Cr was added after the refining step so that the Cr content in the molten metal in the refining step was lower than the target composition.
Ｃｒ濃度は、合金系毎に作製した標準試料を用いた蛍光Ｘ線分析によって測定した。また、窒素濃度は、不活性ガス融解、熱伝導法によって求めた。 The Cr concentration was measured by fluorescent X-ray analysis using a standard sample prepared for each alloy system. The nitrogen concentration was determined by melting an inert gas and heat conduction method.
評価結果を表１、表２に示す。 The evaluation results are shown in Tables 1 and 2.
比較例１〜３、５においては、精錬工程における圧力Ｐが、
Ｐ≦７．２８×１０３×ｅｘｐ（−２．２３×１０−１×〔Ｃｒ〕）
の範囲外とされ、インゴット中の窒素濃度が０．０２質量％を超えており、窒素を十分に低減できていないことが確認される。
また、比較例４においては、精錬工程における溶湯温度Ｔが、
Ｔｍ＋２０℃≦Ｔ≦Ｔｍ＋３５０℃
の範囲外とされ、インゴット中の窒素濃度が０．０２質量％を超えており、窒素を十分に低減できていないことが確認される。
In Comparative Examples 1 to 3, the pressure P in the refining process is
P ≦ 7.28 × 10 3 × exp (−2.23 × 10 −1 × [Cr])
The nitrogen concentration in the ingot exceeds 0.02% by mass, and it is confirmed that nitrogen cannot be sufficiently reduced.
In Comparative Example 4, the molten metal temperature T in the refining process is
Tm + 20 ° C ≦ T ≦ Tm + 350 ° C
The nitrogen concentration in the ingot exceeds 0.02% by mass, and it is confirmed that nitrogen cannot be sufficiently reduced.
これに対して、精錬工程における溶湯温度及び圧力が本発明の範囲内とされた本発明例１〜１６においては、いずれもインゴット中の窒素濃度が０．０２質量％を大きく下回っており、窒素が十分に低減されていることが確認される。よって、これらのＮｉ基合金は、疲労特性に優れることになる。 On the other hand, in Examples 1-16 of the present invention in which the melt temperature and pressure in the refining process were within the scope of the present invention, the nitrogen concentration in the ingot was significantly below 0.02% by mass, Is confirmed to be sufficiently reduced. Therefore, these Ni-based alloys are excellent in fatigue characteristics.
Claims (5)
溶解原料を溶解して目標組成の合金溶湯を溶製する際に、前記合金溶湯中の窒素量を低減する精錬工程を備えており、
前記精錬工程は、
溶湯の温度Ｔを、前記合金溶湯の融点をＴｍとして、
Ｔｍ＋２０℃≦Ｔ≦Ｔｍ＋３５０℃
の範囲内とし、
圧力Ｐ[Ｐａ]を、溶湯中のＣｒの含有量（質量％）を〔Ｃｒ〕として、
Ｐ≦７．２８×１０３×ｅｘｐ（−２．２３×１０−１×〔Ｃｒ〕）
の範囲内とし、
保持時間を３０ｍｉｎ以上とした条件で実施することを特徴とするＮｉ基合金の製造方法。 A method for producing a Ni-based alloy containing 13 mass% or more of Cr,
When melting the melting raw material and melting the molten alloy of the target composition, it has a refining process to reduce the amount of nitrogen in the molten alloy,
The refining process includes
The temperature T of the molten metal is Tm, and the melting point of the molten alloy is Tm.
Tm + 20 ° C ≦ T ≦ Tm + 350 ° C
Within the range of
The pressure P [Pa], the Cr content (mass%) in the molten metal [Cr],
P ≦ 7.28 × 10 3 × exp (−2.23 × 10 −1 × [Cr])
Within the range of
A method for producing a Ni-base alloy, which is carried out under a condition that the holding time is 30 min or more.
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