JP2019112687A - Ni-BASED HEAT RESISTANT ALLOY - Google Patents

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JP2019112687A
JP2019112687A JP2017247818A JP2017247818A JP2019112687A JP 2019112687 A JP2019112687 A JP 2019112687A JP 2017247818 A JP2017247818 A JP 2017247818A JP 2017247818 A JP2017247818 A JP 2017247818A JP 2019112687 A JP2019112687 A JP 2019112687A
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光治 米村
Mitsuharu Yonemura
光治 米村
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Abstract

To provide a Ni-based heat resistant alloy having excellent creep strength and creep rupture ductility.SOLUTION: There is provided a Ni-based heat resistant alloy having a chemical composition containing, C≤0.10%, Si≤1.0%, Mn≤1.0%, P≤0.01%, S≤0.001%, O≤0.002%, Cr:15.0% or more and less than 28.0%, Al:over 0.5% and 2.5% or less, Ti:0.1-2.0%, Nb:0.1-2.0%, B:0.0005-0.01%, Mo:over 0% and 16.0% or less, W:over 0% and 16.0% or less, Nd:0.01-0.5%, Fe≤15.0%, Co:0-25.0%, Zr:0-0.2%, V:0-1.5%, Hf:0-1.0%, Mg:0-0.05%, Ca:0-0.05%, Sc:0-0.5%, Y:0-0.5%, La:0-0.5%, Ce:0-0.5%, Ta:0-8.0%, Re:0-8.0% and the balance:Ni with impurities, satisfying [3.0≤Mo+0.5 W≤18.0], [0.30≤Al/(Al+Ti+Nb)≤0.60], [0.20≤Ti/(Al+Ti+Nb)≤0.50], [0<Nb/(Al+Ti+Nb)≤0.50], and having number density of Nd lump existing on a crystal particle boundary of 10/μm or more, average concentration of P at an intermediate position of Nd lumps each other on the crystal particle boundary of 0.002 mass% or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、Ni基耐熱合金に関する。   The present invention relates to a Ni-based heat-resistant alloy.

近年、省エネルギー、資源の有効活用、および環境保全のためのCOガス排出量削減がエネルギー問題の解決課題の一つとなっており、重要な産業政策となっている。化石燃料を燃焼させる発電用ボイラ、化学工業用の反応炉等の場合には、効率の高い、超々臨界圧ボイラまたは反応炉が有利である。それに伴い、高効率化のために蒸気の温度と圧力とを高めた超々臨界圧ボイラの新設が世界中で進められている。具体的には、今までは600℃前後であった蒸気温度を650℃以上、さらには700℃以上にまで高めることが計画されている。 In recent years, energy saving, effective use of resources, and reduction of CO 2 gas emissions for environmental protection have become one of the problems to be solved for energy problems, and have become an important industrial policy. In the case of a power generation boiler for burning fossil fuel, a reactor for the chemical industry, etc., a highly efficient super-supercritical pressure boiler or reactor is advantageous. Along with this, construction of ultra-supercritical pressure boilers, in which the temperature and pressure of steam are increased for high efficiency, has been promoted all over the world. Specifically, it is planned to raise the steam temperature which has been around 600 ° C. up to 650 ° C. or more, or even 700 ° C. or more.

蒸気の高温高圧化により、ボイラの過熱器管および化学工業用の反応炉管、ならびに、耐熱耐圧部材としての厚板および鍛造品等は、実稼働時において700℃以上の温度まで上昇されることとなる。したがって、このような過酷な環境において長時間使用される材料には、高温強度および高温耐食性のみならず、長期にわたる金属組織の安定性、ならびに、良好なクリープ破断延性および耐クリープ疲労特性が要求される。   Due to the high temperature and pressure increase of steam, the boiler superheater tube and the reactor tube for chemical industry, and the thick plate and forged products as heat and pressure resistant members are raised to temperatures of 700 ° C or more during operation. It becomes. Therefore, not only high-temperature strength and high-temperature corrosion resistance, but also long-term stability of metal structure and good creep rupture ductility and creep-fatigue properties are required for materials used for a long time in such severe environments. Ru.

さらに、長時間使用後の補修等メンテナンスにおいては、長期経年変化した材料に対して切断、加工、溶接等の作業を行う必要が生じる。したがって、耐熱材料には、新材としての特性だけでなく、経年材としての健全性が強く求められる。   Furthermore, in maintenance such as repair after long-term use, it is necessary to carry out operations such as cutting, processing, and welding on a material which has been subjected to long-term aging. Therefore, not only the characteristics as a new material but also the soundness as an aged material is strongly required for the heat-resistant material.

特許文献1〜8には、上述のような過酷な高温環境下で使用されるNi基合金が開示されている。これらの文献では、Moおよび/またはWを含有させて固溶強化を図るとともに、AlおよびTiを含有させて金属間化合物であるγ´相、具体的には、Ni(Al,Ti)の析出強化を活用している。このうち、特許文献4〜6に開示されたNi基合金は、28%以上のCrを含有しているため、bcc構造を有するα−Cr相も多量に析出する。 Patent Documents 1 to 8 disclose Ni-based alloys used under the severe high-temperature environment as described above. In these documents, Mo and / or W are contained to achieve solid solution strengthening, and Al and Ti are contained to form an intermetallic compound γ ′ phase, specifically, Ni 3 (Al, Ti) It utilizes precipitation strengthening. Among these, since the Ni-based alloys disclosed in Patent Documents 4 to 6 contain 28% or more of Cr, a large amount of α-Cr phase having a bcc structure is also precipitated.

特許文献9には、Ni基単結晶超合金の整合ひずみの調整によってクリープ強度を向上することが開示されている。   Patent Document 9 discloses that creep strength is improved by adjusting the matching strain of a Ni-based single crystal superalloy.

特許文献10には、MnおよびCrといった添加元素を多く含有させることにより、高温強度を高めたオーステナイト鋼が開示されている。   Patent Document 10 discloses an austenitic steel whose high-temperature strength is enhanced by containing a large amount of additive elements such as Mn and Cr.

特許文献11には、MoおよびWを所定量含有し、さらに、NdおよびBを所定量含有するNi基合金が開示されている。この文献にはさらに、Sb、Zn、およびAsの総含有量を制限することにより、高温での熱間加工性およびクリープ破断強度を向上させることが記載されている。   Patent Document 11 discloses a Ni-based alloy containing predetermined amounts of Mo and W, and further, predetermined amounts of Nd and B. This document further describes improving the hot workability and creep rupture strength at high temperatures by limiting the total content of Sb, Zn and As.

特許文献12には、粒内を強化するγ´相を構成するAl、Ti、およびNbの含有量のバランスを規定するとともに、粒界を炭化物または硼化物で強化したNi基耐熱合金が開示されている。   Patent Document 12 discloses a Ni-based heat-resistant alloy in which the grain boundaries are reinforced with carbides or borides while defining the balance of the contents of Al, Ti, and Nb constituting the γ 'phase that strengthens the grains. ing.

特許文献13には、母相のガンマプライム(γ´)相の体積分率、ならびに、NbおよびMoの含有量のバランスを規定したNi基耐熱合金が開示されている。   Patent Document 13 discloses a Ni-based heat-resistant alloy in which the balance of the volume fraction of the matrix phase of gamma prime (γ ') and the contents of Nb and Mo is specified.

特開昭51−84726号公報JP-A-51-84726 特開昭51−84727号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-84727 特開平7−150277号公報JP-A-7-150277 特開平7−216511号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 7-216511 特開平8−127848号公報JP-A-8-127848 特開平8−218140号公報JP-A-8-218140 特開平9−157779号公報JP-A-9-157779 特表2002−518599号公報Japanese Patent Application Publication No. 2002-518599 特開2003−49231号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-49231 特開昭61−179834号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-179834 国際公開第2010/038826号WO 2010/038826 特開2013−216939号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2013-216939 特開2016−56436号公報JP, 2016-56436, A

特許文献1〜8に開示されたNi基合金では、γ´相およびα−Cr相が析出する。そのため、高温下でのクリープ破断延性が従来のオーステナイト鋼等に比べて低く、特に、長期間使用した場合には、経年変化を生じて延性が新材と比較して大きく低下する。   In the Ni-based alloys disclosed in Patent Documents 1 to 8, the γ 'phase and the α-Cr phase precipitate. Therefore, the creep rupture ductility under high temperature is low compared to the conventional austenitic steel etc., and in particular, when it is used for a long period of time, the secular change occurs and the ductility is greatly reduced compared to the new material.

特許文献9に開示されたNi基合金は、単結晶合金であり、鋼管材料のような構造物において延性・加工性が求められる用途に用いることができない。特許文献10に開示されたオーステナイト鋼は、Ni含有量が50%以上になると高い破断強度が得られない。特許文献11に開示されたNi基合金は、高温で長時間使用後のクリープ強度およびクリープ破断延性が低い場合がある。   The Ni-based alloy disclosed in Patent Document 9 is a single crystal alloy and can not be used for applications where ductility and processability are required in a structure such as a steel pipe material. The austenitic steel disclosed in Patent Document 10 can not obtain high breaking strength when the Ni content is 50% or more. The Ni-based alloy disclosed in Patent Document 11 may have low creep strength and creep rupture ductility after long-term use at high temperatures.

また、特許文献12に開示されたNi基耐熱合金は、粒界を炭化物または硼化物で強化しているため、800℃以上の高温環境下では強度が低下する場合がある。特許文献13に開示されたNi基耐熱合金は、優れたクリープ強度とクリープ破断延性とを有するものの、さらなる改善の余地が残されている。   In addition, since the Ni-based heat-resistant alloy disclosed in Patent Document 12 strengthens the grain boundaries with carbides or borides, the strength may decrease in a high temperature environment of 800 ° C. or higher. Although the Ni-based heat-resistant alloy disclosed in Patent Document 13 has excellent creep strength and creep rupture ductility, there is still room for further improvement.

本発明は上記の問題を解決し、優れたクリープ強度とクリープ破断延性とを有するNi基耐熱合金を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a Ni-based heat resistant alloy having excellent creep strength and creep rupture ductility.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のNi基耐熱合金を要旨とする。   The present invention was made in order to solve the above-mentioned subject, and makes the following Ni basis heat-resistant alloys a summary.

(1)化学組成が、質量%で、
C:0.10%以下、
Si:1.0%以下、
Mn:1.0%以下、
P:0.01%以下、
S:0.001%以下、
O:0.002%以下、
Cr:15.0%以上28.0%未満、
Al:0.5%を超えて2.5%以下、
Ti:0.1〜2.0%、
Nb:0.1〜2.0%、
B:0.0005〜0.01%、
Mo:0%を超えて16.0%以下、
W:0%を超えて16.0%以下、
Nd:0.01〜0.5%、
Fe:15.0%以下、
Co:0〜25.0%、
Zr:0〜0.2%、
V:0〜1.5%、
Hf:0〜1.0%、
Mg:0〜0.05%、
Ca:0〜0.05%、
Sc:0〜0.5%、
Y:0〜0.5%、
La:0〜0.5%、
Ce:0〜0.5%、
Ta:0〜8.0%、
Re:0〜8.0%、
残部:Niおよび不純物であり、
下記式(i)〜(iv)を満足し、
結晶粒界にNd塊が存在し、該Nd塊の前記結晶粒界の単位長さあたりの個数密度が10個/μm以上であり、
前記結晶粒界上において、隣り合う前記Nd塊同士の中間位置でのPの平均濃度が、質量%で、0.002%以下である、
Ni基耐熱合金。
3.0≦Mo+0.5W≦18.0 ・・・(i)
0.30≦Al/(Al+Ti+Nb)≦0.60 ・・・(ii)
0.20≦Ti/(Al+Ti+Nb)≦0.50 ・・・(iii)
0<Nb/(Al+Ti+Nb)≦0.50 ・・・(iv)
但し、上記式中の各元素記号は、合金中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
(1) Chemical composition is in mass%,
C: 0.10% or less,
Si: 1.0% or less,
Mn: 1.0% or less,
P: 0.01% or less,
S: 0.001% or less,
O: 0.002% or less,
Cr: 15.0% or more and less than 28.0%,
Al: more than 0.5% and less than 2.5%,
Ti: 0.1 to 2.0%,
Nb: 0.1 to 2.0%,
B: 0.0005 to 0.01%,
Mo: more than 0% and 16.0% or less,
W: more than 0%, 16.0% or less,
Nd: 0.01 to 0.5%,
Fe: 15.0% or less,
Co: 0 to 25.0%,
Zr: 0 to 0.2%,
V: 0 to 1.5%,
Hf: 0 to 1.0%,
Mg: 0 to 0.05%,
Ca: 0 to 0.05%,
Sc: 0 to 0.5%,
Y: 0 to 0.5%,
La: 0 to 0.5%,
Ce: 0 to 0.5%,
Ta: 0 to 8.0%,
Re: 0 to 8.0%,
Remainder: Ni and impurities,
Satisfy the following formulas (i) to (iv),
Nd lumps are present at grain boundaries, and the number density per unit length of the grain boundaries of the Nd lumps is 10 / μm or more,
On the grain boundaries, the average concentration of P at an intermediate position between adjacent Nd masses is, in mass%, 0.002% or less.
Ni-based heat-resistant alloy.
3.0 ≦ Mo + 0.5 W ≦ 18.0 (i)
0.30 ≦ Al / (Al + Ti + Nb) ≦ 0.60 (ii)
0.20 ≦ Ti / (Al + Ti + Nb) ≦ 0.50 (iii)
0 <Nb / (Al + Ti + Nb) ≦ 0.50 (iv)
However, each element symbol in the above formula represents the content (% by mass) of each element contained in the alloy, and is zero when not contained.

(2)前記化学組成が、質量%で、
Co:5.0%を超えて25.0%以下、
Zr:0.005〜0.2%、
V:0.02〜1.5%、
Hf:0.005〜1.0%、
Mg:0.0005〜0.05%、
Ca:0.0005〜0.05%、
Y:0.001〜0.5%、
La:0.001〜0.5%、
Ce:0.001〜0.5%、
Ta:0.01〜8.0%、および、
Re:0.01〜8.0%、
から選択される1種以上を含有する、
上記(1)に記載のNi基耐熱合金。
(2) The chemical composition is in mass%,
Co: over 5.0% to 25.0% or less,
Zr: 0.005 to 0.2%,
V: 0.02 to 1.5%,
Hf: 0.005 to 1.0%,
Mg: 0.0005 to 0.05%,
Ca: 0.0005 to 0.05%,
Y: 0.001 to 0.5%,
La: 0.001 to 0.5%,
Ce: 0.001 to 0.5%,
Ta: 0.01 to 8.0%, and
Re: 0.01 to 8.0%,
Containing one or more selected from
Ni base heat-resistant alloy as described in said (1).

(3)母相のγ´相の体積分率が25.0%以下であり、
粒界被覆率が70.0%以上である、
上記(1)または(2)に記載のNi基耐熱合金。
(3) The volume fraction of the γ 'phase of the matrix phase is 25.0% or less,
Grain boundary coverage is 70.0% or more,
Ni base heat-resistant alloy as described in said (1) or (2).

(4)粒界のσ相の体積分率が10.0%以下であり、
母相のLaves相の体積分率が5.0%以下である、
上記(1)から(3)までのいずれかに記載のNi基耐熱合金。
(4) The volume fraction of the grain boundary sigma phase is 10.0% or less,
The volume fraction of the Laves phase of the mother phase is 5.0% or less,
Ni base heat-resistant alloy in any one of said (1) to (3).

本発明によれば、優れたクリープ強度とクリープ破断延性とを有するNi基耐熱合金が得られる。   According to the present invention, a Ni-based heat-resistant alloy having excellent creep strength and creep rupture ductility can be obtained.

アトムプローブによる測定結果の一例を示したマッピング図である。It is the mapping figure which showed an example of the measurement result by an atom probe. 粒界被覆率を説明するための図である。It is a figure for demonstrating grain boundary coverage.

本発明者らは、特許文献13に開示されるNi基耐熱合金に基づき、クリープ強度およびクリープ破断延性をさらに改善する方法について鋭意検討を重ね、以下の知見を得た。   The inventors of the present invention, based on the Ni-based heat-resistant alloy disclosed in Patent Document 13, repeated intensive studies on methods of further improving creep strength and creep rupture ductility, and obtained the following findings.

合金中に不純物として含まれるPは、粒界に偏析し、粒界脆化を起こすことが知られている。そのため、合金中のP含有量は極力低減させることが望まれる。しかし、P含有量の極端な低減は、製錬コストの増加を招くため、ある程度の混入は免れられないのが現状である。   P contained as an impurity in the alloy is known to segregate at grain boundaries and cause grain boundary embrittlement. Therefore, it is desirable to reduce the P content in the alloy as much as possible. However, since the extreme reduction of the P content leads to an increase in the smelting cost, the current situation is that a certain degree of mixing is inevitable.

そこで本発明者は、不可避的に含まれるPを無害化する方法について検討を行った。その結果、合金中にNdを含有させることにより、Ndが結晶粒界において塊状に凝集するとともに、Pを捕集し無害化することを見出した。   Therefore, the present inventor examined a method for rendering P contained unavoidably included harmless. As a result, it was found that Nd contained in the alloy causes Nd to agglomerate in a massive manner at grain boundaries and to capture P to be harmless.

また、粒界に偏析するPを捕集することにより、塊状のNd(以降の説明において、「Nd塊」ともいう。)が存在する部分以外の領域においては、Pの濃度を低減させることが可能になり、粒界脆化を防止することが可能になる。   In addition, by collecting P segregating at grain boundaries, the concentration of P can be reduced in regions other than the portion where massive Nd (also referred to as “Nd block” in the following description) exists. It becomes possible to prevent intergranular embrittlement.

本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。   The present invention has been made based on the above findings. Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail.

1.化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
1. Chemical composition The reasons for limitation of each element are as follows. In the following description, “%” of the content means “mass%”.

C:0.10%以下
炭素(C)は、炭化物を形成してクリープ強度を向上するのに有効な元素である。また、粒界析出によって粒界強度が高められ、クリープ延性の向上にも寄与する。しかしながら、C含有量が高すぎると、溶体化状態(固溶化状態)における未固溶炭化物量が増加して、クリープ強度およびクリープ延性の向上に寄与しなくなる。さらに、靭性および溶接性が低下する。したがって、C含有量は0.10%以下とする。
C: 0.10% or less Carbon (C) is an element effective in forming a carbide to improve creep strength. In addition, grain boundary precipitation enhances grain boundary strength and contributes to the improvement of creep ductility. However, if the C content is too high, the amount of undissolved carbides in the solution state (solid solution state) increases, and the C content does not contribute to the improvement of creep strength and creep ductility. Furthermore, the toughness and the weldability are reduced. Therefore, the C content is 0.10% or less.

また、高温長時間において炭化物よりも安定な金属間化合物によって高温クリープ強度を実現したい場合には、C含有量が多くなると、粒界に炭化物が析出するため、粒界の金属間化合物の析出量が減少して高温長時間側での粒界安定性が保たれなくなる。その場合は、C含有量は、0.01%未満とすることが好ましい。一方、上記の効果を得たい場合には、C含有量は、0.001%以上であるのが好ましく、0.002%以上であるのがより好ましい。   In addition, when it is desired to realize high temperature creep strength by intermetallic compounds that are more stable than carbides at high temperatures for a long time, carbides precipitate at grain boundaries when the C content increases, so the precipitation amount of intermetallic compounds at grain boundaries As a result, the grain boundary stability on the high temperature long time side can not be maintained. In that case, the C content is preferably less than 0.01%. On the other hand, when it is desired to obtain the above effect, the C content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.002% or more.

Si:1.0%以下
シリコン(Si)は、合金を脱酸する。しかしながら、Si含有量が過剰になると、溶接性および熱間加工性が低下する。したがって、Si含有量は1.0%以下とする。Si含有量は、1.0%未満であることが好ましく、0.8%以下であることがより好ましく、0.5%以下であることがさらに好ましい。他の元素によって脱酸作用が十分確保されている場合には、Si含有量には下限を設けなくてもよい。脱酸作用、耐酸化性および耐水蒸気酸化性等の効果を安定して得たい場合には、Si含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.02%以上であるのがより好ましく、0.04%以上であるのがさらに好ましい。
Si: 1.0% or less Silicon (Si) deoxidizes the alloy. However, when the Si content is excessive, the weldability and the hot workability are reduced. Therefore, the Si content is 1.0% or less. The Si content is preferably less than 1.0%, more preferably 0.8% or less, and still more preferably 0.5% or less. If the deoxidizing action is sufficiently ensured by other elements, the Si content may not have a lower limit. In order to stably obtain effects such as deoxidation, oxidation resistance and water vapor oxidation resistance, the Si content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.02% or more. Preferably, it is more preferably 0.04% or more.

Mn:1.0%以下
マンガン(Mn)は、合金を脱酸する。Mnはさらに、不純物であるSを硫化物として固着して、合金の熱間加工性を高める。一方、Mn含有量が過剰になると、スピネル型酸化被膜の形成が促進され、高温での耐酸化性が低下する。したがって、Mn含有量は1.0%以下である。Mn含有量は1.0%未満であることが好ましく、0.8%以下であることがさらに好ましく、0.5%以下であることがさらに好ましい。熱間加工性改善の作用を安定して得たい場合には、Mn含有量は0.01%以上であることが好ましく、0.02%以上であることがさらに好ましく、0.04%以上であることがさらに好ましい。
Mn: 1.0% or less Manganese (Mn) deoxidizes the alloy. Mn further fixes the impurity S as sulfide to enhance the hot workability of the alloy. On the other hand, when the Mn content is excessive, the formation of a spinel-type oxide film is promoted, and the oxidation resistance at high temperature is lowered. Therefore, the Mn content is 1.0% or less. The Mn content is preferably less than 1.0%, more preferably 0.8% or less, and still more preferably 0.5% or less. The Mn content is preferably 0.01% or more, more preferably 0.02% or more, and more preferably 0.04% or more, in order to stably obtain the action of improving the hot workability. It is further preferred that

P:0.01%以下
リン(P)は、不純物として合金中に含まれる元素であり、高温使用中に粒界脆化を引き起こし、応力緩和割れ感受性の増加を招く。したがって、P含有量は0.01%以下とする。P含有量は0.008%以下であるのが好ましく、0.006%以下であるのがより好ましい。
P: 0.01% or less Phosphorus (P) is an element contained in the alloy as an impurity, causes intergranular embrittlement during high temperature use, and causes an increase in stress relaxation cracking susceptibility. Therefore, the P content is 0.01% or less. The P content is preferably 0.008% or less, more preferably 0.006% or less.

S:0.001%以下
硫黄(S)は、不純物として合金中に含まれる元素であり、高温使用中に結晶粒界に偏析・濃化し、応力緩和割れ感受性を著しく高める。したがって、S含有量は0.001%以下とする。S含有量は0.0008%以下であるのが好ましく、0.0006%以下であるのがより好ましい。
S: 0.001% or less Sulfur (S) is an element contained in the alloy as an impurity, and segregates and concentrates at grain boundaries during high temperature use, and significantly increases stress relaxation cracking sensitivity. Therefore, the S content is made 0.001% or less. The S content is preferably 0.0008% or less, more preferably 0.0006% or less.

O:0.001%以下
酸素(O)は、不純物として合金中に含まれる元素であり、多く含まれると酸化物が過剰に生成し、加工性および延性が低下する。したがって、O含有量は0.001%以下とする。O含有量は0.0008%以下であるのが好ましく、0.0006%以下であるのがより好ましい。
O: 0.001% or less Oxygen (O) is an element contained in the alloy as an impurity, and if contained in large amounts, an oxide is excessively formed, and the workability and ductility decrease. Therefore, the O content is made 0.001% or less. The O content is preferably 0.0008% or less, more preferably 0.0006% or less.

Cr:15.0%以上28.0%未満
クロム(Cr)は、合金の耐酸化性、耐水蒸気酸化性、耐高温腐食性等の耐食性を高める。Crはさらに、Nbと結合して金属間化合物を形成して粒界に析出し、合金のクリープ強度を向上する。一方、Cr含有量が過剰になると、α−Cr相やσ相が過剰に析出し、粗大化して、長時間使用時に析出物界面にクリープボイドが形成されやすくなる。これによって、クリープ強度およびクリープ破断延性が低下し、また、熱間加工性も低下する。したがって、Cr含有量は、15.0%以上28.0%未満である。Cr含有量は、下限の観点では、15.0%よりも高いことが好ましく、16.0%以上であることがさらに好ましく、18.0%以上であることがさらに好ましい。Cr含有量は、上限の観点では、27.0%以下であることが好ましく、26.0%以下であることがさらに好ましい。
Cr: 15.0% or more and less than 28.0% Chromium (Cr) improves the corrosion resistance of the alloy, such as oxidation resistance, water vapor oxidation resistance, and high temperature corrosion resistance. Further, Cr combines with Nb to form an intermetallic compound and precipitates at grain boundaries to improve the creep strength of the alloy. On the other hand, when the Cr content is excessive, the α-Cr phase and the σ phase are excessively precipitated and coarsened, and creep voids are likely to be formed at the precipitate interface during long-term use. This reduces creep strength and creep rupture ductility and also reduces hot workability. Therefore, the Cr content is 15.0% or more and less than 28.0%. From the viewpoint of the lower limit, the Cr content is preferably higher than 15.0%, more preferably 16.0% or more, and still more preferably 18.0% or more. The Cr content is preferably 27.0% or less, and more preferably 26.0% or less, from the viewpoint of the upper limit.

Al:0.5%を超えて2.5%以下
アルミニウム(Al)は、γ´相(NiAl)を形成し、クリープ強度を高める。一方、Al含有量が過剰になると、γ´相の析出温度が上昇して高温におけるγ´相の体積分率が増大し、熱間加工性が低下する。したがって、Al含有量は、0.5%よりも高く2.5%以下である。Al含有量は、上限の観点では、2.5%未満であることが好ましく、2.3%以下であることがさらに好ましく、2.2%以下であることがさらに好ましい。Al含有量は、下限の観点では、0.6%以上であることが好ましく、0.7%以上であることがさらに好ましい。なお本明細書において、Al含有量は、sol.Al(酸可溶Al)の含有量を意味する。
Al: more than 0.5% to 2.5% or less Aluminum (Al) forms a γ 'phase (Ni 3 Al) to enhance creep strength. On the other hand, when the Al content is excessive, the precipitation temperature of the γ ′ phase is increased, the volume fraction of the γ ′ phase at high temperature is increased, and the hot workability is reduced. Therefore, the Al content is more than 0.5% and not more than 2.5%. From the viewpoint of the upper limit, the Al content is preferably less than 2.5%, more preferably 2.3% or less, and still more preferably 2.2% or less. From the viewpoint of the lower limit, the Al content is preferably 0.6% or more, and more preferably 0.7% or more. In the present specification, the Al content is sol. It means the content of Al (acid-soluble Al).

Ti:0.1〜2.0%
チタン(Ti)は、Alとともにγ´相(Ni(Al,Ti))を形成して、合金のクリープ強度を高める元素である。一方、Ti含有量が過剰になると、熱間加工性が低下する。したがって、Ti含有量は、0.1〜2.0%とする。Ti含有量は0.5%以上であることが好ましく、1.0%以上であることがより好ましい。Ti含有量は、2.0%未満であることが好ましく、1.8%以下であることがより好ましく、1.7%以下であることがさらに好ましい。
Ti: 0.1 to 2.0%
Titanium (Ti) is an element which forms a γ 'phase (Ni 3 (Al, Ti)) together with Al to enhance the creep strength of the alloy. On the other hand, when the Ti content is excessive, the hot workability is reduced. Therefore, the Ti content is 0.1 to 2.0%. The Ti content is preferably 0.5% or more, and more preferably 1.0% or more. The Ti content is preferably less than 2.0%, more preferably 1.8% or less, and still more preferably 1.7% or less.

Nb:0.1〜2.0%
ニオブ(Nb)はγ´相に固溶し、γ´相を強化する。Nbはさらに、母相を固溶強化する。そのため、Nbは、合金の高温強度を高める。しかしながら、Nb含有量が高すぎると、γ´相が増加し、かつ、Nbの母相(粒内)への固溶量も増加する。そのため、粒内が極度に強化される。さらに、粗大なNb炭化物が形成され、組織が弱くなる。そのため、クリープ強度および延性が低下し、熱間加工性も低下する。したがって、Nb含有量は0.1〜2.0%とする。Nb含有量は0.1%よりも高いことが好ましく、0.2%以上であるのがより好ましく、0.5%以上であるのがさらに好ましい。Nb含有量は2.0%未満であるのが好ましく、1.8%以下であるのがより好ましく、1.7%以下であるのがさらに好ましい。
Nb: 0.1 to 2.0%
Niobium (Nb) dissolves in the γ 'phase to strengthen the γ' phase. Nb further strengthens the matrix by solid solution. Therefore, Nb enhances the high temperature strength of the alloy. However, if the Nb content is too high, the γ 'phase increases and the amount of Nb dissolved in the matrix (intra-grain) also increases. Therefore, the intragranular structure is extremely strengthened. Furthermore, coarse Nb carbides are formed and the structure becomes weak. Therefore, creep strength and ductility are reduced, and hot workability is also reduced. Therefore, the Nb content is 0.1 to 2.0%. The Nb content is preferably higher than 0.1%, more preferably 0.2% or more, and still more preferably 0.5% or more. The Nb content is preferably less than 2.0%, more preferably 1.8% or less, and still more preferably 1.7% or less.

B:0.0005〜0.01%
ボロン(B)は、粒界を強化し、Ni基耐熱合金のクリープ強度とクリープ破断延性とを高める。一方、B含有量が過剰になると、溶接性が低下し、クリープ強度およびクリープ破断延性も低下する。したがって、B含有量は0.0005〜0.01%である。B含有量は、上限の観点では、0.01%未満であることが好ましく、0.009%以下であることがさらに好ましく、0.008%以下であることがさらに好ましい。B含有量は、下限の観点では、0.0005%よりも高いことが好ましく、0.001%以上であることがさらに好ましく、0.002%以上であることがさらに好ましい。
B: 0.0005 to 0.01%
Boron (B) strengthens the grain boundaries and enhances the creep strength and creep rupture ductility of the Ni-based heat resistant alloy. On the other hand, when the B content is excessive, the weldability is reduced and the creep strength and the creep rupture ductility are also reduced. Therefore, B content is 0.0005 to 0.01%. From the viewpoint of the upper limit, the B content is preferably less than 0.01%, more preferably 0.009% or less, and still more preferably 0.008% or less. From the viewpoint of the lower limit, the B content is preferably higher than 0.0005%, more preferably 0.001% or more, and still more preferably 0.002% or more.

Mo:0%を超えて16.0%以下
モリブデン(Mo)は、母相に固溶して、固溶強化によって合金のクリープ強度を向上させる。後述するように、本発明においてはMo当量を所定の範囲とする必要があるが、Mo含有量が0%であると、加工性が悪くなりさらに延性も低下する。一方、Mo含有量が過剰になると、熱間加工性が低下する。また、炭化物または窒化物を形成し、800℃以上での高温長時間強度を低下させる。したがって、Mo含有量は0%を超えて16.0%以下とする。Mo含有量は、0.2%以上であることが好ましく、0.5%以上であることがより好ましい。また、Mo含有量は、15.0%未満であることが好ましく、14.0%以下であることがより好ましく、12.0%以下であることがさらに好ましい。
Mo: More than 0% and 16.0% or less Mo (molybdenum) is solid-solved in the matrix and improves the creep strength of the alloy by solid solution strengthening. As described later, in the present invention, it is necessary to set the Mo equivalent within a predetermined range, but when the Mo content is 0%, the workability is deteriorated and the ductility is also reduced. On the other hand, when the Mo content is excessive, the hot workability is reduced. It also forms carbides or nitrides and lowers the high temperature long time strength at 800 ° C. or higher. Therefore, the Mo content is more than 0% and not more than 16.0%. The Mo content is preferably 0.2% or more, and more preferably 0.5% or more. The Mo content is preferably less than 15.0%, more preferably 14.0% or less, and still more preferably 12.0% or less.

W:0%を超えて16.0%以下
タングステン(W)は、母相に固溶して、固溶強化によって合金のクリープ強度を向上させる。また、粒界にラーベス相を析出し、粒界強度を向上させる。後述するように、本発明においてはMo当量を所定の範囲とする必要があるが、W含有量が0%であると、Laves相が熱平衡的に不安定となり、粒界析出量が低下する。一方、W含有量が過剰になると、熱間加工性が低下する。したがって、W含有量は0%を超えて16.0%以下とする。W含有量は、1.0%以上であることが好ましく、2.0%以上であることがより好ましい。また、W含有量は、14.0%以下であることが好ましく、12.0%以下であることがより好ましい。
W: more than 0% and 16.0% or less Tungsten (W) dissolves in the matrix and improves the creep strength of the alloy by solid solution strengthening. In addition, Laves phase precipitates at grain boundaries to improve grain boundary strength. As described later, in the present invention, it is necessary to set the Mo equivalent within a predetermined range, but when the W content is 0%, the Laves phase becomes thermally unstable and the grain boundary precipitation amount decreases. On the other hand, when the W content is excessive, the hot workability is reduced. Therefore, the W content is more than 0% and not more than 16.0%. The W content is preferably 1.0% or more, and more preferably 2.0% or more. The W content is preferably 14.0% or less, more preferably 12.0% or less.

Nd:0.01〜0.5%
ネオジム(Nd)は、結晶粒界において塊状に凝集するとともに、Pを捕集し無害化する作用を有する元素である。一方、Nd含有量が過剰になると、酸化物等の介在物が多くなり熱間加工性および溶接性が低下する。したがって、Nd含有量は、0.01〜0.5%とする。Nd含有量は0.03%以上であるのが好ましく、0.05%以上であるのがより好ましい。また、Nd含有量は0.3%以下であるのが好ましく、0.1%以下であるのがより好ましい。
Nd: 0.01 to 0.5%
Neodymium (Nd) is an element having the function of collecting and detoxifying P as well as aggregating in bulk at grain boundaries. On the other hand, when the Nd content is excessive, inclusions such as oxides increase and the hot workability and the weldability decrease. Therefore, the Nd content is 0.01 to 0.5%. The Nd content is preferably 0.03% or more, more preferably 0.05% or more. The Nd content is preferably 0.3% or less, more preferably 0.1% or less.

Fe:15.0%以下
鉄(Fe)は、Ni基耐熱合金の熱間加工性を高める元素である。また、粒界にLaves相を析出し、粒界強度を向上させる。一方、Fe含有量が過剰になると、組織安定性が低下する。したがって、Fe含有量は15.0%以下とする。Fe含有量は10.0%以下であるのが好ましく、5.0%未満であるのがより好ましい。また、準安定相であるLaves相を安定化させ、σ相の形成を抑制するためには、Fe含有量は1.0%以下であるのが好ましく、0.1%未満であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Fe含有量は0.02%以上であるのが好ましく、0.04%以上であるがより好ましく、0.06%以上であるのがさらに好ましい。
Fe: 15.0% or less Iron (Fe) is an element that improves the hot workability of a Ni-based heat-resistant alloy. Also, Laves phase precipitates at grain boundaries to improve grain boundary strength. On the other hand, when the Fe content is excessive, the tissue stability is reduced. Therefore, the Fe content is 15.0% or less. The Fe content is preferably 10.0% or less, more preferably less than 5.0%. Moreover, in order to stabilize the Laves phase which is a metastable phase and to suppress the formation of the σ phase, the Fe content is preferably 1.0% or less, more preferably less than 0.1%. preferable. In order to obtain the above effects, the Fe content is preferably 0.02% or more, more preferably 0.04% or more, and still more preferably 0.06% or more.

本発明のNi基耐熱合金の化学組成において、残部はNiおよび不純物である。ここで「不純物」とは、合金を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。   In the chemical composition of the Ni-based heat-resistant alloy of the present invention, the balance is Ni and impurities. Here, “impurity” is a component mixed in due to various factors such as ore, scrap, etc. and various factors in the manufacturing process when the alloy is industrially manufactured, and it is acceptable within a range not adversely affecting the present invention Means one.

なお、Ni含有量が40.0%以上であれば、他の元素を含有させてクリープ強度を高めても、延性の低下を抑制することができる。Ni含有量が低すぎると、粒内変形抵抗が著しく増大し、クリープ破断延性が低下する。したがって、Ni含有量は40.0%以上であるのが好ましい。   In addition, if Ni content is 40.0% or more, the fall of ductility can be suppressed even if it makes other elements contain and creep strength is raised. When the Ni content is too low, intragranular deformation resistance increases significantly and creep rupture ductility decreases. Therefore, the Ni content is preferably 40.0% or more.

本発明のNi基耐熱合金には、さらに、Co、Zr、V、Hf、Mg、Ca、Sc、Y、La、Ce、TaおよびReから選択される1種以上の元素を含有させてもよい。   The Ni-based heat-resistant alloy of the present invention may further contain one or more elements selected from Co, Zr, V, Hf, Mg, Ca, Sc, Y, La, Ce, Ta and Re. .

Co:0〜25.0%
コバルト(Co)は、γ相およびγ´相に分配され、主に固溶強化元素として作用する。Coはさらに、γ´に固溶することにより格子定数を大きく低下させ、整合格子ひずみを低下させる。そのため、Coはクリープ強度およびクリープ破断延性を向上させる。破断伸びの増加量は、Co含有による整合格子ひずみの低下量に対応する。Coはさらに、脆化相であるσ相の析出温度を低下し、粒内の強度および延性バランスに優れたγ+γ´の二相領域を拡げる。そのため、必要に応じてCoを含有させてもよい。
Co: 0 to 25.0%
Cobalt (Co) is distributed in the γ phase and the γ ′ phase and mainly acts as a solid solution strengthening element. Furthermore, Co solid solution in γ ′ greatly reduces the lattice constant and reduces matching lattice strain. Therefore, Co improves creep strength and creep rupture ductility. The increase in elongation at break corresponds to the decrease in lattice strain due to the inclusion of Co. Furthermore, Co lowers the precipitation temperature of the embrittlement phase σ phase, and spreads the γ + γ ′ two-phase region excellent in the strength and ductility balance in the grains. Therefore, Co may be contained as needed.

しかしながら、Co含有量が過剰になると、延性の向上効果は飽和する。さらに、Coの過剰な固溶により母相が著しく強化し、熱間加工性が低下する。したがって、Co含有量は25.0%以下とする。Co含有量は、25.0%未満であることが好ましく、22.0%以下であることがより好ましく、20.0%以下であることがさらに好ましい。上記した効果を安定して得るためには、Co含有量は5.0%を超えることが好ましく、7.0%以上であることがより好ましく、10.0%以上であることがさらに好ましい。   However, when the Co content is excessive, the ductility improvement effect is saturated. In addition, excessive solid solution of Co significantly strengthens the matrix and reduces the hot workability. Therefore, the Co content is 25.0% or less. The Co content is preferably less than 25.0%, more preferably 22.0% or less, and still more preferably 20.0% or less. In order to stably obtain the effects described above, the Co content is preferably more than 5.0%, more preferably 7.0% or more, and still more preferably 10.0% or more.

Zr:0〜0.2%
ジルコニウム(Zr)は、粒内γ´相と粒界とに分配され、粒内では、Tiと同様に粒内γ´相を安定化する。粒界では、Bと同様に粒界固溶元素として作用し、Ni基耐熱合金のクリープ強度およびクリープ破断延性を高める。そのため必要に応じてZrを含有させてもよい。しかしながら、Zr含有量が過剰になると、粒内に分配されるZrにより粒内が過剰に強化され、熱間加工性が低下する。さらに、Zrの一部が介在物として粗大な(Zr,Nb)炭化物を形成し、合金のクリープ強度が低下する。したがって、Zr含有量は0.2%以下とする。Zr含有量は、0.2%未満であることが好ましく、0.1%以下であることがより好ましく、0.05%以下であることがさらに好ましい。上記した効果を安定して得るためには、Zr含有量は、0.005%以上であることが好ましく、0.01%以上であることがより好ましく、0.02%以上であることがさらに好ましい。
Zr: 0 to 0.2%
Zirconium (Zr) is distributed between the intragranular γ 'phase and the grain boundaries, and stabilizes the intragranular γ' phase in the grains as Ti. At grain boundaries, it acts as a grain boundary solid solution element like B, and enhances the creep strength and creep rupture ductility of the Ni-based heat-resistant alloy. Therefore, Zr may be contained as needed. However, when the Zr content is excessive, the Zr distributed inside the grains excessively strengthens the grains and reduces the hot workability. Furthermore, part of Zr forms coarse (Zr, Nb) carbides as inclusions, and the creep strength of the alloy decreases. Therefore, the Zr content is 0.2% or less. The Zr content is preferably less than 0.2%, more preferably 0.1% or less, and still more preferably 0.05% or less. In order to stably obtain the above effects, the Zr content is preferably 0.005% or more, more preferably 0.01% or more, and further preferably 0.02% or more. preferable.

V:0〜1.5%
バナジウム(V)は、炭窒化物または金属間化合物を形成してクリープ強度を高める元素であるため必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、V含有量が過剰になると、高温腐食の発生と脆化相の析出に起因して、延性および靱性が低下する。したがって、V含有量は、1.5%以下とする。V含有量は、1.5%未満であることが好ましく、1.2%以下であることがより好ましく、1.0%以下であることがさらに好ましい。上記した効果を安定して得るためには、V含有量は、0.02%以上であることが好ましく、0.04%以上であることがより好ましく、0.06%以上であることがさらに好ましい。
V: 0 to 1.5%
Vanadium (V) may be contained as necessary because it is an element that forms carbonitrides or intermetallic compounds to increase creep strength. However, when the V content is excessive, the ductility and toughness decrease due to the occurrence of high temperature corrosion and the precipitation of the embrittled phase. Therefore, the V content is 1.5% or less. The V content is preferably less than 1.5%, more preferably 1.2% or less, and still more preferably 1.0% or less. In order to stably obtain the effects described above, the V content is preferably 0.02% or more, more preferably 0.04% or more, and further preferably 0.06% or more. preferable.

Hf:0〜1.0%
ハフニウム(Hf)は、主として粒界強化に寄与してクリープ強度を高める元素であるため必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Hf含有量が過剰になると、熱間加工性および溶接性が低下する。したがって、Hf含有量は1.0%以下とする。Hf含有量は、1.0%未満であることが好ましく、0.8%以下であることがより好ましく、0.5%以下であることがさらに好ましい。上記した効果を安定して得るためには、Hf含有量は、0.005%以上であることが好ましく、0.008%以上であることがより好ましく、0.01%以上であることがさらに好ましい。
Hf: 0 to 1.0%
Hafnium (Hf) is an element mainly contributing to grain boundary strengthening to enhance creep strength, and may be contained as necessary. However, when the Hf content is excessive, the hot workability and the weldability decrease. Therefore, the Hf content is 1.0% or less. The Hf content is preferably less than 1.0%, more preferably 0.8% or less, and still more preferably 0.5% or less. In order to stably obtain the above-described effects, the Hf content is preferably 0.005% or more, more preferably 0.008% or more, and further preferably 0.01% or more. preferable.

上記のVおよびHfは、1種のみ、または2種を複合して含有してもよい。VおよびHfを含有する場合、これらの元素の好ましい合計含有量は2.5%以下である。   The V and Hf may be contained alone or in combination of two or more. When V and Hf are contained, the preferable total content of these elements is 2.5% or less.

Mg:0〜0.05%
Ca:0〜0.05%
Sc:0〜0.5%
Y:0〜0.5%
La:0〜0.5%
Ce:0〜0.5%
マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)およびセリウム(Ce)はいずれも、不純物であるSおよびOを固定する作用を有する元素であるため必要に応じて含有させてもよい。
Mg: 0 to 0.05%
Ca: 0 to 0.05%
Sc: 0 to 0.5%
Y: 0 to 0.5%
La: 0 to 0.5%
Ce: 0 to 0.5%
Magnesium (Mg), calcium (Ca), scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La) and cerium (Ce) are all necessary elements because they have the function of fixing S and O which are impurities. You may make it contain according to.

上述のように、本発明においては、Nd塊によりPを捕集し無害化している。しかし、合金中にSおよびOが多く含まれる場合には、Ndはそれらの元素とも結びつき、粗大な硫化物または酸化物を形成しやすい。上記の元素のうち、特にCa、LaおよびCeは、NdよりもSとの親和性が高く、また、Mg、ScおよびYは、NdよりもOとの親和性が高い。そのため、これらの元素を含有させることにより、Ndの硫化物および酸化物の形成を抑制し、効率的なPの捕集が可能になる。   As described above, in the present invention, P is collected and detoxified by Nd lumps. However, when the alloy contains a large amount of S and O, Nd is also bonded to those elements, and tends to form coarse sulfides or oxides. Among the above elements, in particular, Ca, La and Ce have higher affinity for S than Nd, and Mg, Sc and Y have higher affinity for O than Nd. Therefore, the inclusion of these elements suppresses the formation of sulfides and oxides of Nd, and enables efficient collection of P.

また、Sc、Y、LaおよびCeはさらに、合金表面のCr保護皮膜の密着性を高め、特に、繰り返し酸化時の耐酸化性を高める。これらの元素はさらに、粒界を強化して、クリープ強度および破断ひずみを高める。 Further, Sc, Y, La and Ce further enhance the adhesion of the Cr 2 O 3 protective film on the alloy surface, and in particular, enhance the oxidation resistance at the time of repeated oxidation. These elements further strengthen grain boundaries to increase creep strength and strain at break.

しかしながら、MgおよびCaの含有量が過剰になると、清浄性が低下し、かえって熱間加工性および延性が低下する。したがって、MgおよびCaの含有量はいずれも、0.05%以下とする。MgおよびCaの含有量は、0.05%未満であることが好ましく、0.02%以下であることがより好ましく、0.01%以下であることがさらに好ましい。上記した効果を安定して得るためには、MgおよびCaの含有量の少なくとも一方が0.0005%以上であることが好ましく、0.0008%以上であることがより好ましく、0.001%以上であることがさらに好ましい。   However, when the content of Mg and Ca is excessive, the cleanliness is reduced and the hot workability and ductility are reduced. Therefore, the contents of Mg and Ca are both 0.05% or less. The content of Mg and Ca is preferably less than 0.05%, more preferably 0.02% or less, and still more preferably 0.01% or less. In order to stably obtain the effects described above, at least one of the content of Mg and Ca is preferably 0.0005% or more, more preferably 0.0008% or more, and 0.001% or more It is further preferred that

さらに、Sc、Y、LaおよびCeの含有量が過剰になると、酸化物等の介在物が多くなり熱間加工性および溶接性が低下する。したがって、Sc、Y、LaおよびCeの含有量はいずれも0.5%以下とする。これらの元素の含有量はいずれも、0.5%未満とすることが好ましく、0.3%以下とすることがより好ましく、0.15%以下とすることがさらに好ましい。上記した効果を安定して得るためには、これらの元素の含有量のいずれかを0.001%以上とすることが好ましく、0.002%以上とすることがより好ましく、0.003%以上とすることがさらに好ましい。   Furthermore, when the contents of Sc, Y, La and Ce become excessive, inclusions such as oxides increase and the hot workability and weldability decrease. Therefore, the contents of Sc, Y, La and Ce are all 0.5% or less. The content of each of these elements is preferably less than 0.5%, more preferably 0.3% or less, and still more preferably 0.15% or less. In order to stably obtain the above-described effects, it is preferable to set any of the contents of these elements to 0.001% or more, more preferably 0.002% or more, and 0.003% or more It is further preferred that

上記のMg、Ca、Y、LaおよびCeは、いずれか1種のみ、または2種以上を複合して含有することができる。これらの元素の好ましい合計含有量は0.94%以下である。また、Sを固定する効果を十分に得たい場合には、Ca、LaおよびCeから選択される1種以上の合計含有量を0.001%以上とすることが好ましい。同様に、Oを固定する効果を十分に得たい場合には、Mg、ScおよびYから選択される1種以上の合計含有量を0.001%以上とすることが好ましい。   The above Mg, Ca, Y, La and Ce can be contained alone or in combination of two or more. The preferable total content of these elements is 0.94% or less. Moreover, when it is desired to sufficiently obtain the effect of fixing S, it is preferable to set the total content of one or more selected from Ca, La and Ce to 0.001% or more. Similarly, when it is desired to sufficiently obtain the effect of fixing O, it is preferable to set the total content of one or more selected from Mg, Sc and Y to 0.001% or more.

Ta:0〜8.0%
Re:0〜8.0%
タンタル(Ta)およびレニウム(Re)はいずれも、炭窒化物を形成するとともに母相に固溶して、クリープ強度を高める。これらの元素はさらに、γ´相に固溶し高温強度を高める。そのため、必要に応じてこれらの元素を含有させてもよい。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰になると、加工性および機械的性質が低下する。したがって、Ta含有量およびRe含有量はそれぞれ、8.0%以下である。Ta含有量およびRe含有量はそれぞれ、8.0%未満であることが好ましく、7.0%以下であることがより好ましく、6.0%以下であることがさらに好ましい。上記した効果を安定して得るためには、TaおよびReの含有量の少なくとも一方が0.01%以上であることが好ましく、0.1%以上であることがより好ましく、0.5%以上であることがさらに好ましい。
Ta: 0 to 8.0%
Re: 0 to 8.0%
Both tantalum (Ta) and rhenium (Re) form carbonitrides and form a solid solution in the matrix to increase creep strength. These elements are further dissolved in the γ 'phase to increase the high temperature strength. Therefore, these elements may be contained as needed. However, when the content of these elements is excessive, the processability and mechanical properties are degraded. Accordingly, the Ta content and the Re content are each 8.0% or less. The Ta content and the Re content are each preferably less than 8.0%, more preferably 7.0% or less, and still more preferably 6.0% or less. In order to stably obtain the effects described above, at least one of the contents of Ta and Re is preferably 0.01% or more, more preferably 0.1% or more, and more preferably 0.5% or more It is further preferred that

上記のTaおよびReは、1種のみ、または2種を複合して含有することができる。これらの元素の好ましい合計含有量は14.0%以下である。   The above Ta and Re can be contained alone or in combination of two. The preferable total content of these elements is 14.0% or less.

上述の成分系において、Mo当量を下記の範囲内にすることによって、優れたクリープ強度およびクリープ破断延性が得られる。具体的には、Larson−Millerパラメータ法を用いて求められる750℃、100MPaでのクリープ破断時間が10時間以上となり、750℃、100MPaでのクリープ破断延性が20%以上となる。
3.0≦Mo+0.5W≦18.0 ・・・(i)
但し、上記式中の各元素記号は、合金中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
In the above component systems, excellent creep strength and creep rupture ductility can be obtained by setting the Mo equivalent within the following range. Specifically, 750 ° C. obtained using Larson-Miller parameter method, the creep rupture time at 100MPa becomes 105 hours or more, and 750 ° C., creep rupture ductility at 100MPa is more than 20%.
3.0 ≦ Mo + 0.5 W ≦ 18.0 (i)
However, each element symbol in the above formula represents the content (% by mass) of each element contained in the alloy, and is zero when not contained.

下記式(ii)〜(iv)は、Al、TiおよびNb含有量の総量に対する、Al含有量、Ti含有量およびNb含有量の比をそれぞれ示す。
0.30≦Al/(Al+Ti+Nb)≦0.60 ・・・(ii)
0.20≦Ti/(Al+Ti+Nb)≦0.50 ・・・(iii)
0<Nb/(Al+Ti+Nb)≦0.50 ・・・(iv)
但し、上記式中の各元素記号は、合金中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
The following formulas (ii) to (iv) indicate the ratios of the Al content, the Ti content, and the Nb content to the total of the Al, Ti and Nb contents, respectively.
0.30 ≦ Al / (Al + Ti + Nb) ≦ 0.60 (ii)
0.20 ≦ Ti / (Al + Ti + Nb) ≦ 0.50 (iii)
0 <Nb / (Al + Ti + Nb) ≦ 0.50 (iv)
However, each element symbol in the above formula represents the content (% by mass) of each element contained in the alloy, and is zero when not contained.

本発明に係るNi基耐熱合金は、化学組成が上述の範囲内であるのに加えて、上記式(ii)〜(iv)を満足する。上記式(ii)〜(iv)を満足する場合、TiおよびNbの個別の固溶効果とγ´相の析出強化とのバランスが良好となる。つまりこの場合、析出強化に因る著しい強度増加と、固溶強化に因る延性と強度の増加によって、優れたクリープ強度とクリープ破断延性とが得られる。   The Ni-based heat-resistant alloy according to the present invention satisfies the above formulas (ii) to (iv) in addition to the chemical composition being in the range described above. When the above formulas (ii) to (iv) are satisfied, the balance between the individual solid solution effects of Ti and Nb and the precipitation strengthening of the γ ′ phase is good. That is, in this case, excellent creep strength and creep rupture ductility can be obtained by a significant increase in strength due to precipitation strengthening and ductility and strength increase due to solid solution strengthening.

2.組織
上述のように、結晶粒界に塊状Ndを形成し、Pを捕集して無害化することにより、粒界脆化を防止することが可能になる。この効果を得るためには、結晶粒界にNd塊が存在し、Nd塊の結晶粒界の単位長さあたりの個数密度を10個/μm以上とする必要がある。ここで、Nd塊とは、Ndが凝集したものであり、5〜25nm程度の大きさを有する。本発明においては、円相当径が5nm以上のNdの凝集体をNd塊と定義する。
2. As described above, it is possible to prevent intergranular embrittlement by forming massive Nd at grain boundaries and trapping P to render it harmless. In order to obtain this effect, it is necessary that Nd lumps exist at grain boundaries, and the number density per unit length of grain boundaries of Nd lumps be 10 / μm or more. Here, the Nd lump is an aggregation of Nd, and has a size of about 5 to 25 nm. In the present invention, an aggregate of Nd having an equivalent circle diameter of 5 nm or more is defined as Nd lump.

なお、Nd塊の個数密度の上限は特に規定する必要はないが、過剰であるとLaves相による粒界被覆率が低下するおそれがある。そのため、Nd塊の個数密度は、400個/μm以下であるのが好ましく、100個/μm以下であるのがより好ましい。   The upper limit of the number density of Nd lumps need not be particularly defined, but if it is excessive, the grain boundary coverage by the Laves phase may be reduced. Therefore, the number density of Nd lumps is preferably 400 / μm or less, more preferably 100 / μm or less.

そして、粒界に偏析するPの多くをNd塊によって捕集し、Nd塊が存在する部分以外の領域におけるPの濃度を低減させる必要がある。具体的には、結晶粒界上において、隣り合うNd塊同士の中間位置でのPの平均濃度を、質量%で、0.002%以下とする必要がある。   Then, it is necessary to collect most of P segregated in grain boundaries by Nd lumps and to reduce the concentration of P in the region other than the portion where the Nd lumps are present. Specifically, on the grain boundary, the average concentration of P at an intermediate position between adjacent Nd masses needs to be set to 0.002% or less by mass%.

なお、本発明において、Nd塊の個数密度、およびNd塊同士の中間位置でのPの平均濃度は以下のように求める。   In the present invention, the number density of Nd lumps and the average concentration of P at an intermediate position between the Nd lumps are determined as follows.

まず、結晶粒界を含むように、針状試料を採取する。針状試料の大きさは、底面が直径50〜100nm、高さが300nm程度とする。そして、エネルギー補償型レーザー補助局所電極アトムプローブ(以下、単に「アトムプローブ」という。)を用いて、上記の針状試料の分析を行う。   First, a needle-like sample is collected so as to include grain boundaries. The size of the needle-like sample is such that the bottom has a diameter of 50 to 100 nm and the height is about 300 nm. Then, an analysis of the needle-like sample is performed using an energy compensated laser-assisted local electrode atom probe (hereinafter simply referred to as “atom probe”).

図1は、アトムプローブによる測定結果の一例を示したマッピング図である。図1においては、Nd塊が存在する部分を拡大して示しており、Nd塊にPが捕集されていることが分かる。   FIG. 1 is a mapping diagram showing an example of a measurement result by an atom probe. In FIG. 1, the part in which the Nd lump exists is shown enlarged, and it can be seen that P is collected in the Nd lump.

上記のようなマッピング図から、針状試料中に含まれる数10nm程度の長さの結晶粒界に存在するNd塊の数を求め、個数密度を算出する。それと同時に、Nd塊同士の中間位置でのPの濃度を測定する。測定は5試料に対して行い、その平均値を採用する。   From the mapping map as described above, the number density of Nd is determined by calculating the number of Nd lumps present in crystal grain boundaries having a length of about several 10 nm contained in the needle-like sample. At the same time, the concentration of P at an intermediate position between Nd masses is measured. The measurement is performed on 5 samples and the average value is adopted.

なお、同視野におけるC、Ni、C、Alのマッピング図を参照することによって、結晶粒界を特定することが可能である。そして、P濃度の測定は、針状試料の長手方向とは一致せず、かつ結晶粒界に略垂直な方向において行う。   The grain boundaries can be identified by referring to the mapping diagrams of C, Ni, C, and Al in the same field of view. And, the measurement of the P concentration is performed in the direction which does not coincide with the longitudinal direction of the needle-like sample and which is substantially perpendicular to the grain boundary.

その他の金属組織については、特に制限は設けないが、組織を安定化させ優れたクリープ強度およびクリープ破断延性を確保ためには、下記の条件を満足することが好ましい。   The other metal structures are not particularly limited, but in order to stabilize the structure and ensure excellent creep strength and creep rupture ductility, it is preferable to satisfy the following conditions.

母相のγ´相の体積分率:25.0%以下
母相のγ´相の体積分率(vol.%)とは、母相(γ相)中のNi粒内におけるγ´相の体積分率を意味する。プロセスによっては粒界にもγ´相が析出する場合があるが、本発明においては、粒内に析出したγ´相のみを対象とする。
The volume fraction of the γ 'phase of the matrix phase: 25.0% or less The volume fraction (vol.%) Of the γ' phase of the matrix phase is the volume fraction of Ni particles in the matrix phase (γ phase) It means volume fraction. Depending on the process, the γ 'phase may be precipitated at the grain boundaries, but in the present invention, only the γ' phase precipitated in the grains is considered.

γ´相の体積分率が高すぎると、整合格子ひずみが増大し、粒内延性が低下するおそれがある。さらに、γ´相の析出温度が上昇するため、熱間加工性が低下する場合がある。そのため、γ´相の体積分率は、25.0%以下とすることが好ましい。γ´相の体積分率を上記の範囲内とすることによって、強度と延性とのバランスが保たれ、優れた高温強度(クリープ強度)、延性および熱間加工性(破断伸び)が得られる。母相のγ´相の体積分率の下限については特に設けないが、γ´相の体積分率が低すぎると、必要なクリープ強度が得られない場合がある。そのため、γ´相の体積分率は10.0%以上とするのが好ましい。   If the volume fraction of the γ ′ phase is too high, the matching lattice strain may increase and the intragranular ductility may decrease. Furthermore, since the precipitation temperature of the γ 'phase is increased, the hot workability may be reduced. Therefore, the volume fraction of the γ 'phase is preferably 25.0% or less. By setting the volume fraction of the γ ′ phase in the above range, the balance between strength and ductility is maintained, and excellent high temperature strength (creep strength), ductility and hot workability (break elongation) can be obtained. Although the lower limit of the volume fraction of the γ ′ phase of the matrix phase is not particularly provided, if the volume fraction of the γ ′ phase is too low, the required creep strength may not be obtained. Therefore, the volume fraction of the γ 'phase is preferably 10.0% or more.

母相のγ´相の体積分率は、次の方法によって測定する。Ni基耐熱合金に対してX線回折測定を実施し、母相(γ相)およびγ´相の二相モデルでX線Rietveld法による構造最適化によって体積分率解析する。ここで、粒界に析出したγ´相は薄いフィルム状で、かつ疎であるため、X線回折測定では検出されない。つまり、X線回折測定において検出されるγ´相は、γ粒内に析出したγ´相である。したがって、上述のX線回折法により体積分率を解析することにより、γ´相の体積分率を求めることができる。   The volume fraction of the mother phase γ 'phase is measured by the following method. X-ray diffraction measurement is performed on a Ni-based heat-resistant alloy, and volume fraction analysis is performed by structure optimization by the X-ray Rietveld method using a two-phase model of the matrix phase (γ phase) and the γ ′ phase. Here, the γ 'phase precipitated at the grain boundaries is not detected by X-ray diffraction measurement because it is thin film-like and sparse. That is, the γ 'phase detected in the X-ray diffraction measurement is the γ' phase precipitated in the γ grains. Therefore, the volume fraction of the γ 'phase can be determined by analyzing the volume fraction by the above-mentioned X-ray diffraction method.

なお、γ´相の体積分率は、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた画像解析でも測定が可能である。この場合、画像解析により、γ粒内に析出したγ´相の面積率を求め、求めた面積率をもって、γ´相の体積分率と定義する。   The volume fraction of the γ ′ phase can also be measured by image analysis using a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). In this case, the area ratio of the γ 'phase precipitated in the γ particles is determined by image analysis, and the determined area ratio is defined as the volume fraction of the γ' phase.

粒界被覆率:70.0%以上
粒界被覆率とは、結晶粒(γ相)の粒界の全長さに対する、析出物によって覆われた粒界の長さの比(%)である。本発明においては、Ni基耐熱合金が使用に供される前の状態、すなわち、新材の時に測定した粒界被覆率を採用する。
Grain boundary coverage: 70.0% or more Grain boundary coverage is the ratio (%) of the length of grain boundaries covered by precipitates to the total length of grain boundaries of crystal grains (γ phase). In the present invention, the grain boundary coverage measured in the state before the Ni-based heat resistant alloy is put to use, that is, at the time of new material is adopted.

合金が変形する際、粒界に応力が集中する。粒界が析出物で覆われていれば、この応力を分散させることができる。そのため、粒界被覆率が高いほど、合金の強度を高くすることができる。粒界被覆率が70.0%以上であれば、優れたクリープ強度が得られる。粒界被覆率は、80.0%以上であることが好ましい。一方、粒界被覆率が高すぎると変形のためのサイトがなくなり、粒内γ´相の体積分率にもよるが延性が低下する場合がある。そのため、粒界被覆率は90.0%以下であることが好ましい。   When the alloy deforms, stress concentrates on grain boundaries. If the grain boundaries are covered with precipitates, this stress can be dispersed. Therefore, the higher the grain boundary coverage, the higher the strength of the alloy. If the grain boundary coverage is 70.0% or more, excellent creep strength can be obtained. The grain boundary coverage is preferably 80.0% or more. On the other hand, if the grain boundary coverage is too high, there are no sites for deformation, and ductility may sometimes decrease depending on the volume fraction of the intragranular γ 'phase. Therefore, the grain boundary coverage is preferably 90.0% or less.

粒界被覆率は、以下の方法によって算出する。Ni基耐熱合金の任意の場所からサンプルを採取する。採取されたサンプルから、60×50μm程度の領域を5視野観察する。観察には走査型電子顕微鏡(SEM)を用いる。図2は、観察された領域の模式図である。領域中の結晶粒界の全長Lを測定する。そして、析出物に覆われた各粒界部分(総計n個)の長さA1〜Anを測定する。得られたLおよびA1〜Anに基づいて、各領域(合計5つ)における粒界被覆率(%)を、以下の式(A)に基づいて求める。得られた5つの粒界被覆率の平均を、粒界被覆率(%)と定義する。
粒界被覆率=(A1+A2+A3+・・・+An)/L・・・(A)
Grain boundary coverage is calculated by the following method. A sample is taken from any place of the Ni-based heat-resistant alloy. From the collected sample, an area of about 60 × 50 μm 2 is observed in five fields of view. A scanning electron microscope (SEM) is used for observation. FIG. 2 is a schematic view of the observed area. The total length L of grain boundaries in the region is measured. And length A1-An of each grain boundary part (total n pieces) covered with the precipitate is measured. Based on the obtained L and A1 to An, grain boundary coverage (%) in each region (5 in total) is determined based on the following formula (A). The average of the obtained five grain boundary coverages is defined as grain boundary coverage (%).
Grain boundary coverage = (A1 + A2 + A3 + ... + An) / L (A)

本実施形態において粒界に析出する析出物は、主として金属間化合物である。ただし、粒界被覆率を算出するにあたっては、金属間化合物に加え、炭化物、硼化物等、何等かの析出物によって覆われていれば、上記の式(A)において、析出物によって覆われた粒界部分として計算する。   The precipitates precipitated at the grain boundaries in the present embodiment are mainly intermetallic compounds. However, in calculating the grain boundary coverage, if it is covered by any precipitate such as carbide, boride, etc. in addition to the intermetallic compound, it is covered by the precipitate in the above formula (A). Calculate as grain boundary part.

粒界のσ相の体積分率:10.0%以下
粒界のσ相の体積分率が、10.0%を超えると、高温環境下でLaves相からσ相への変化が早急に進み、粒界に存在するLaves相のほとんどがσ相へ変化する。その結果、粒界σ相が早期に粗大化し、σ相周囲にボイドが発生するとともに粒界近傍に無析出帯を形成し組織が弱化し、早期破断に至るおそれがある。そのため、粒界のσ相の体積分率は、10.0%以下とすることが好ましい。
Volume fraction of sigma phase at grain boundary: 10.0% or less When the volume fraction of sigma phase at grain boundary exceeds 10.0%, the change from Laves phase to sigma phase advances rapidly under high temperature environment Most of the Laves phase present at grain boundaries changes to the σ phase. As a result, the grain boundary σ phase coarsens at an early stage, and a void is generated around the σ phase, and a non-precipitation zone is formed in the vicinity of the grain boundary to weaken the structure, which may lead to early breakage. Therefore, it is preferable to set the volume fraction of the σ phase at grain boundaries to 10.0% or less.

なお、粒界のσ相の体積分率は、SEMに付属のエネルギー選択後方散乱(EsB)を用いた画像解析によって測定することが可能である。この場合、画像解析により、粒界のσ相の面積率を求め、求めた面積率をもって、体積分率と定義する。   The volume fraction of the sigma phase of the grain boundary can be measured by image analysis using energy selective backscattering (EsB) attached to the SEM. In this case, the area ratio of the σ phase of the grain boundary is obtained by image analysis, and the obtained area ratio is defined as a volume fraction.

母相のLaves相の体積分率:5.0%以下
母相のLaves相の体積分率(vol.%)とは、母相に析出したLaves相の体積分率を意味する。母相中に含まれるLaves相の体積分率が高すぎると、Laves相による粒内の応力集中によるクリープ損傷促進のおそれがある。そのため、母相のLaves相の体積分率は、5.0%以下とすることが好ましい。
Volume fraction of Laves phase of matrix: 5.0% or less The volume fraction (vol.%) Of Laves phase of the matrix means the volume fraction of Laves phase precipitated in the matrix. If the volume fraction of the Laves phase contained in the matrix phase is too high, there is a possibility that creep damage may be promoted by stress concentration in the grains by the Laves phase. Therefore, the volume fraction of the Laves phase of the parent phase is preferably 5.0% or less.

母相のLaves相の体積分率は、次の方法によって測定する。任意の断面で、SEM像を任意に5視野観察し、粒内の針状析出物の面積比を画像処理により算出する。その平均値を母相のLaves相の体積分率とする。   The volume fraction of the mother phase Laves phase is measured by the following method. The SEM image is arbitrarily observed in five fields of view with an arbitrary cross section, and the area ratio of the acicular precipitates in the grains is calculated by image processing. The average value is taken as the volume fraction of the Laves phase of the mother phase.

3.製造方法
本発明に係るNi基耐熱合金の製造条件について特に制限はないが、以下に示す製造方法を用いることにより、製造することができる。以下に示す例では、Ni基耐熱合金管の製造方法を説明する。
3. Manufacturing Method The manufacturing conditions of the Ni-based heat-resistant alloy according to the present invention are not particularly limited, but can be manufactured by using the manufacturing method described below. In the following example, a method of manufacturing a Ni-based heat-resistant alloy tube will be described.

上述のように、Nd塊を粒界に形成する必要があるが、Ndは、不純物として合金中に含まれるOおよびSと結合して、粗大な介在物を形成し得る。これらの介在物が生成すると、Pの捕集効果が得られにくくなる。そのため、Pを効率的に捕集するためには、溶製工程において、Ndを添加する前にOおよびSを他の化合物として固定しておくことが望まれる。すなわち、溶製工程でのNdの添加のタイミングが重要となる。   As described above, although it is necessary to form Nd lumps at grain boundaries, Nd can combine with O and S contained in the alloy as impurities to form coarse inclusions. When these inclusions are generated, it is difficult to obtain the P collection effect. Therefore, in order to collect P efficiently, it is desirable in the melting step that O and S be fixed as other compounds before adding Nd. That is, the timing of the addition of Nd in the melting step is important.

具体的には、溶製工程において、まず、SおよびOを固定するためにMg、Ca、Y、LaおよびCeから選択される1種以上を添加し、その後、Ndを添加することが好ましい。そして、最終的に化学組成が上記の規定を満足するように調整する。   Specifically, in the melting step, it is preferable to first add one or more selected from Mg, Ca, Y, La and Ce to fix S and O, and then add Nd. Finally, the chemical composition is adjusted to satisfy the above-mentioned definition.

次に、上記の方法によって製造した合金から、連続鋳造等によりビレットを作製し、その後、中空ビレットとする。中空ビレットは例えば、機械加工、竪型穿孔または遠心鋳造法等により製造される。続いて、中空ビレットに対して熱間押出加工を実施する。   Next, a billet is produced from the alloy produced by the above method by continuous casting or the like, and thereafter, it is made into a hollow billet. The hollow billet is manufactured by, for example, machining, vertical perforation or centrifugal casting. Subsequently, hot extrusion is performed on the hollow billet.

熱間押出加工の一例として、ユジーン・セジュルネ法による熱間押出加工について説明する。初めに、中空ビレットを加熱する。加熱された中空ビレットを熱間押出装置のコンテナ内に収容する。コンテナに収容された中空ビレットの心孔にマンドレルを挿入し、中空ビレットをステムにより前方に押し出す。コンテナの前方にはダイが配置される。ステムにより前方に押し出された中空ビレットは、ダイとマンドレルとの間から管状に押し出される。以上の熱間押出加工により、Ni基耐熱合金管が製造される。熱間押出加工後のNi基耐熱合金管に対してさらに、冷間圧延および/または冷間抽伸といった冷間加工を実施してもよい。   As an example of the hot extrusion processing, the hot extrusion processing by the Eugene Sejourne method will be described. First, the hollow billet is heated. The heated hollow billet is housed in the container of the hot extrusion device. The mandrel is inserted into the core hole of the hollow billet contained in the container, and the hollow billet is pushed forward by the stem. A die is placed in front of the container. The hollow billet pushed forward by the stem is pushed in a tube from between the die and the mandrel. The Ni-based heat-resistant alloy pipe is manufactured by the above-described hot extrusion processing. Cold working such as cold rolling and / or cold drawing may be further performed on the Ni-based heat-resistant alloy pipe after the hot extrusion processing.

製造した合金管を、溶体化熱処理(固溶化熱処理)する。溶体化熱処理は、具体的には、合金管を1000〜1200℃に均熱することによって実施する。保持時間は特に限定されないが、例えば、1〜2時間である。   The manufactured alloy tube is subjected to solution heat treatment (solution heat treatment). Specifically, solution heat treatment is performed by equalizing an alloy tube to 1000 to 1200 ° C. The holding time is not particularly limited, and is, for example, 1 to 2 hours.

溶体化処理された合金管に対し、第1時効熱処理を実施する。第1時効熱処理は、具体的には、合金管を750〜950℃で均熱することによって実施する。保持時間は、合金管の化学組成および均熱温度に依存するが、例えば2〜400時間である。Ni基合金の各元素の含有量が上述の範囲であれば、第1時効熱処理によって粒界に主として金属間化合物が析出する。このとき、粒界被覆率が70%以上となるように、均熱温度および保持時間を調整する。第1時効熱処理によって、γ´相も同時に形成される。   The first aging heat treatment is performed on the solution treated alloy tube. Specifically, the first aging heat treatment is performed by soaking the alloy tube at 750 to 950 ° C. The holding time depends on the chemical composition of the alloy tube and the soaking temperature, and is, for example, 2 to 400 hours. If the content of each element of the Ni-based alloy is in the above-mentioned range, mainly the intermetallic compounds are precipitated at the grain boundaries by the first aging heat treatment. At this time, the soaking temperature and the holding time are adjusted so that the grain boundary coverage is 70% or more. The? 'Phase is simultaneously formed by the first aging heat treatment.

なお、第1時効熱処理によっても、Nd塊の形成およびPの捕集が行われる。しかし、上記の第1時効熱処理を実施した後、さらにNd塊によるPの捕集を促進するために、第2時効熱処理を行う。また、第1時効熱処理によるγ´相の析出量が不十分であった場合にも、この第2時効処理によりγ´相をさらに析出させることが可能になる。   In addition, formation of Nd lump and collection of P are performed also by the first aging heat treatment. However, after carrying out the above-mentioned first aging heat treatment, the second aging heat treatment is carried out in order to further promote the collection of P by Nd lumps. Further, even when the precipitation amount of the γ 'phase by the first aging heat treatment is insufficient, it is possible to further precipitate the γ' phase by the second aging treatment.

第2時効熱処理は、具体的には、第1時効熱処理された合金管を、600〜700℃で1〜10時間均熱することによって実施する。第2時効熱処理は、γ´相の体積分率が25.0%以下となるように、均熱温度および保持時間を調整する。上記のLaves相が析出しにくい温度域で熱処理を行うことで、Laves相の粗大化を抑制しつつ、Nd塊の凝集とPの捕集を行うことができる。   Specifically, the second aging heat treatment is performed by soaking the first aging heat treated alloy tube at 600 to 700 ° C. for 1 to 10 hours. The second aging heat treatment adjusts the soaking temperature and the holding time such that the volume fraction of the γ ′ phase is 25.0% or less. By performing the heat treatment in the temperature range in which the Laves phase hardly precipitates, it is possible to perform aggregation of Nd lumps and collection of P while suppressing coarsening of the Laves phase.

上記ではNi基耐熱合金として、合金管の製造方法を説明した。しかしながら、Ni基耐熱合金は、管以外の形状に製造されてもよく、例えば、Ni基耐熱合金は、板であってもよい。   In the above, the manufacturing method of the alloy pipe was demonstrated as Ni-based heat-resistant alloy. However, the Ni-based heat resistant alloy may be manufactured in a shape other than a pipe, for example, the Ni-based heat resistant alloy may be a plate.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be more specifically described by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.

表1に示す化学組成を有する合金を製造した。上記の化学組成を有する各合金を高周波真空溶解炉で溶解し、25kgのインゴットを製造した。溶製においては、まず、Nd、Mg、Ca、Sc、Y、LaおよびCeを除く元素を添加して成分調整を行った。そして、その後、表2に示す投入順序にて、必要に応じて、これらの元素を添加し最終的な成分調整を行った。なお、表2の投入順序において、「,(カンマ)」でつないでいる元素は同時に添加していることを意味する。   An alloy having the chemical composition shown in Table 1 was produced. Each alloy having the above chemical composition was melted in a high frequency vacuum melting furnace to produce a 25 kg ingot. In the melting process, first, elements other than Nd, Mg, Ca, Sc, Y, La and Ce were added to adjust the components. Then, these elements were added as necessary in the order of introduction shown in Table 2 to perform final adjustment of the components. In addition, in the injection | pouring order of Table 2, it means that the element connected by ", (comma)" is simultaneously added.

続いて、各インゴットを1160℃に加熱した。加熱されたインゴットを熱間鍛造して、厚さ25mmの板材を製造した。熱間鍛造終了後、板材を空冷した。空冷した板材をさらに熱間鍛造して、厚さ15mmの板材を製造した。そして、厚さ15mmの各板材に対して、表2に示す条件で、溶体化処理および時効熱処理(第1時効熱処理、または、第1および第2時効熱処理)を実施した。   Subsequently, each ingot was heated to 1160 ° C. The heated ingot was hot forged to produce a plate having a thickness of 25 mm. After completion of the hot forging, the plate was air cooled. The air-cooled plate was further hot forged to produce a plate of 15 mm in thickness. Then, solution treatment and aging heat treatment (first aging heat treatment or first and second aging heat treatment) were performed on each plate material having a thickness of 15 mm under the conditions shown in Table 2.

次に、各合金の組織の測定を以下の手順により行った。   Next, the structure of each alloy was measured according to the following procedure.

<Nd塊の個数密度およびNd塊同士の中間位置でのPの平均濃度の測定>
まず、結晶粒界を含むように、針状試料を採取した。針状試料の大きさは、底面が直径50〜100nm、高さが300nm程度である。そして、アトムプローブ(CAMECA社製、LEAP4000X−HR)を用いて、上記の針状試料の分析を行った。
<Measurement of Nd Mass Number Density and Average Concentration of P at an Intermediate Position between Nd Mass>
First, a needle-like sample was collected so as to include grain boundaries. The size of the needle-like sample is about 50 to 100 nm in diameter at the bottom and about 300 nm in height. Then, analysis of the needle-like sample was performed using an atom probe (manufactured by CAMECA, LEAP4000X-HR).

そして、針状試料中に含まれる数10nm程度の長さの結晶粒界に存在するNd塊の数を求め、個数密度を算出した。それと同時に、Nd塊同士の中間位置でのPの濃度を測定した。これらの測定は5試料に対して行い、その平均値を採用した。   Then, the number density of Nd lumps was determined by calculating the number of Nd lumps present in crystal grain boundaries having a length of about several 10 nm contained in the needle-like sample. At the same time, the concentration of P at an intermediate position between Nd chunks was measured. These measurements were performed on 5 samples, and the average value was adopted.

<母相のγ´相の体積分率の測定>
各合金に対して、X線回折を実施した。X線の出力電圧・電流は40kV、40mA、ターゲットはCuを使用した。得られたX線回折パターンから、Rietveld法によって構造を最適化し、γ´相の体積分率を求めた。
<Measurement of volume fraction of matrix γ ′ phase>
X-ray diffraction was performed on each alloy. The output voltage and current of the X-ray were 40 kV and 40 mA, and the target was Cu. From the obtained X-ray diffraction pattern, the structure was optimized by the Rietveld method, and the volume fraction of the γ 'phase was determined.

<粒界被覆率の測定>
各合金について、60×50μm程度の領域をSEMにより5視野観察した。そして、図2に示すように、領域中の結晶粒界の全長Lを測定した後、析出物に覆われた各粒界部分(総計n個)の長さA1〜Anを測定した。得られたLおよびA1〜Anに基づいて、各領域(合計5つ)における粒界被覆率(%)を、以下の式(A)に基づいて求めた。得られた5つの粒界被覆率の平均を、粒界被覆率(%)とした。
粒界被覆率=(A1+A2+A3+・・・+An)/L・・・(A)
<Measurement of grain boundary coverage>
For each alloy, an area of about 60 × 50 μm 2 was observed in five fields of view by SEM. Then, as shown in FIG. 2, after measuring the total length L of the grain boundaries in the region, lengths A1 to An of each grain boundary portion (total of n) covered with the precipitates were measured. Based on the obtained L and A1 to An, grain boundary coverage (%) in each region (5 in total) was determined based on the following formula (A). The average of the obtained five grain boundary coverages was taken as the grain boundary coverage (%).
Grain boundary coverage = (A1 + A2 + A3 + ... + An) / L (A)

<粒界のσ相および母相のLaves相の体積分率の測定>
粒界のσ相および母材のLaves相の体積分率は、EsBを用いた画像解析によって測定した。具体的には、画像解析により、粒界のσ相および母材のLaves相の面積率をそれぞれ求め、求めた面積率をもって、各相の体積分率とした。
<Measurement of volume fraction of grain boundary sigma phase and mother phase Laves phase>
The volume fraction of the grain boundary sigma phase and the matrix Laves phase was measured by image analysis using EsB. Specifically, the area ratio of the σ phase of the grain boundary and the Laves phase of the base material was determined by image analysis, and the determined area ratio was defined as the volume fraction of each phase.

続いて、以下の手順に従い、クリープ破断試験を行った。時効熱処理(第1時効熱処理、または、第1および第2時効熱処理)を実施した各板材の厚さ方向中心部から、長手方向に平行に、直径が6mmで標点距離が30mmの丸棒引張試験片を機械加工により作製した。作製された丸棒引張試験片を用いて、クリープ破断試験を実施した。   Subsequently, a creep rupture test was performed according to the following procedure. A round bar with a diameter of 6 mm and a gauge length of 30 mm parallel to the longitudinal direction from the thickness direction central part of each plate material subjected to aging heat treatment (first aging heat treatment or first and second aging heat treatment) Test pieces were produced by machining. The creep rupture test was performed using the produced round bar tensile test piece.

クリープ破断試験により、各合金のクリープ強度およびクリープ破断延性を次のとおり評価した。具体的には、クリープ破断試験を、850℃の大気中において、130MPa、100MPaまたは80MPaの荷重で実施し、破断時間および破断伸びを求めた。さらに、得られた破断時間をLarson−Millerパラメータ(LMP)法で換算、回帰し、100MPa相当のクリープ強度を計算し、それをクリープ強度の指標とした。また、破断伸びをクリープ破断延性の指標とした。   The creep strength and the creep rupture ductility of each alloy were evaluated as follows by the creep rupture test. Specifically, a creep rupture test was carried out at a load of 130 MPa, 100 MPa or 80 MPa in the atmosphere at 850 ° C. to determine the rupture time and the elongation at break. Furthermore, the obtained fracture time was converted by the Larson-Miller parameter (LMP) method and regressed to calculate creep strength equivalent to 100 MPa, which was used as an index of creep strength. In addition, the elongation at break is used as an index of creep rupture ductility.

それらの結果を表2に併せて示す。   The results are shown together in Table 2.

表2から分かるように、本発明の化学組成の規定を全て満足する試験No.1〜20では、破断伸びが20%以上であるとともに、LMPの値が26000以上となり、クリープ強度およびクリープ破断延性の双方に優れる結果となった。一方、比較例である試験No.21〜35では、クリープ強度およびクリープ破断延性の少なくとも一方が劣る結果となった。

As can be seen from Table 2, Test No. 2 satisfies all the requirements of the chemical composition of the present invention. At 1 to 20, the elongation at break was 20% or more, and the value of LMP was 26000 or more, which resulted in excellent creep strength and creep rupture ductility. On the other hand, test No. 1 which is a comparative example. In 21 to 35, at least one of creep strength and creep rupture ductility was inferior.

Claims (4)

化学組成が、質量%で、
C:0.10%以下、
Si:1.0%以下、
Mn:1.0%以下、
P:0.01%以下、
S:0.001%以下、
O:0.002%以下、
Cr:15.0%以上28.0%未満、
Al:0.5%を超えて2.5%以下、
Ti:0.1〜2.0%、
Nb:0.1〜2.0%、
B:0.0005〜0.01%、
Mo:0%を超えて16.0%以下、
W:0%を超えて16.0%以下、
Nd:0.01〜0.5%、
Fe:15.0%以下、
Co:0〜25.0%、
Zr:0〜0.2%、
V:0〜1.5%、
Hf:0〜1.0%、
Mg:0〜0.05%、
Ca:0〜0.05%、
Sc:0〜0.5%、
Y:0〜0.5%、
La:0〜0.5%、
Ce:0〜0.5%、
Ta:0〜8.0%、
Re:0〜8.0%、
残部:Niおよび不純物であり、
下記式(i)〜(iv)を満足し、
結晶粒界にNd塊が存在し、該Nd塊の前記結晶粒界の単位長さあたりの個数密度が10個/μm以上であり、
前記結晶粒界上において、隣り合う前記Nd塊同士の中間位置でのPの平均濃度が、質量%で、0.002%以下である、
Ni基耐熱合金。
3.0≦Mo+0.5W≦18.0 ・・・(i)
0.30≦Al/(Al+Ti+Nb)≦0.60 ・・・(ii)
0.20≦Ti/(Al+Ti+Nb)≦0.50 ・・・(iii)
0<Nb/(Al+Ti+Nb)≦0.50 ・・・(iv)
但し、上記式中の各元素記号は、合金中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
The chemical composition is in mass%,
C: 0.10% or less,
Si: 1.0% or less,
Mn: 1.0% or less,
P: 0.01% or less,
S: 0.001% or less,
O: 0.002% or less,
Cr: 15.0% or more and less than 28.0%,
Al: more than 0.5% and less than 2.5%,
Ti: 0.1 to 2.0%,
Nb: 0.1 to 2.0%,
B: 0.0005 to 0.01%,
Mo: more than 0% and 16.0% or less,
W: more than 0%, 16.0% or less,
Nd: 0.01 to 0.5%,
Fe: 15.0% or less,
Co: 0 to 25.0%,
Zr: 0 to 0.2%,
V: 0 to 1.5%,
Hf: 0 to 1.0%,
Mg: 0 to 0.05%,
Ca: 0 to 0.05%,
Sc: 0 to 0.5%,
Y: 0 to 0.5%,
La: 0 to 0.5%,
Ce: 0 to 0.5%,
Ta: 0 to 8.0%,
Re: 0 to 8.0%,
Remainder: Ni and impurities,
Satisfy the following formulas (i) to (iv),
Nd lumps are present at grain boundaries, and the number density per unit length of the grain boundaries of the Nd lumps is 10 / μm or more,
On the grain boundaries, the average concentration of P at an intermediate position between adjacent Nd masses is, in mass%, 0.002% or less.
Ni-based heat-resistant alloy.
3.0 ≦ Mo + 0.5 W ≦ 18.0 (i)
0.30 ≦ Al / (Al + Ti + Nb) ≦ 0.60 (ii)
0.20 ≦ Ti / (Al + Ti + Nb) ≦ 0.50 (iii)
0 <Nb / (Al + Ti + Nb) ≦ 0.50 (iv)
However, each element symbol in the above formula represents the content (% by mass) of each element contained in the alloy, and is zero when not contained.
前記化学組成が、質量%で、
Co:5.0%を超えて25.0%以下、
Zr:0.005〜0.2%、
V:0.02〜1.5%、
Hf:0.005〜1.0%、
Mg:0.0005〜0.05%、
Ca:0.0005〜0.05%、
Y:0.001〜0.5%、
La:0.001〜0.5%、
Ce:0.001〜0.5%、
Ta:0.01〜8.0%、および、
Re:0.01〜8.0%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項1に記載のNi基耐熱合金。
The chemical composition is, in mass%,
Co: over 5.0% to 25.0% or less,
Zr: 0.005 to 0.2%,
V: 0.02 to 1.5%,
Hf: 0.005 to 1.0%,
Mg: 0.0005 to 0.05%,
Ca: 0.0005 to 0.05%,
Y: 0.001 to 0.5%,
La: 0.001 to 0.5%,
Ce: 0.001 to 0.5%,
Ta: 0.01 to 8.0%, and
Re: 0.01 to 8.0%,
Containing one or more selected from
The Ni-based heat-resistant alloy according to claim 1.
母相のγ´相の体積分率が25.0%以下であり、
粒界被覆率が70.0%以上である、
請求項1または請求項2に記載のNi基耐熱合金。
The volume fraction of the γ 'phase of the mother phase is 25.0% or less,
Grain boundary coverage is 70.0% or more,
The Ni-based heat-resistant alloy according to claim 1 or 2.
粒界のσ相の体積分率が10.0%以下であり、
母相のLaves相の体積分率が5.0%以下である、
請求項1から請求項3までのいずれかに記載のNi基耐熱合金。

The volume fraction of grain boundary sigma phase is 10.0% or less,
The volume fraction of the Laves phase of the mother phase is 5.0% or less,
The Ni-based heat-resistant alloy according to any one of claims 1 to 3.

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