JP2021116432A - Ni-BASED ALLOY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME - Google Patents

Ni-BASED ALLOY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME Download PDF

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Ayumi Yamashita
亜由美 山下
正和 山下
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正和 山下
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Abstract

To provide a Ni-based alloy and method for producing the same in which the formation of Freckle segregation can be suppressed without reducing production efficiency.SOLUTION: The Ni-based alloy comprises one having a liquid phase density differences Δρ (=ρ0-ρ0.35) of more than -0.050 and less than 0.015. Here, ρ0 is the density (g/cm3) of the mother liquid phase (solid phase ratio: zero) of the Ni alloy, and ρ0.35 is the density of the concentrated liquid phase of the Ni alloy (solid phase ratio: 0.35) (g/cm3). The Ni-based alloy preferably contains 0.05≤C≤0.10 mass%, 11.0≤Cr≤19.0 mass%, 1.0≤Co≤22.0 mass%, 0.5≤Fe≤10.0 mass%, 2.5≤Mo≤5.0 mass%, 1.0≤W≤5.0 mass%, 0.3≤Nb≤2.0 mass%, 3.0≤Al≤4.0 mass%, and 0.2≤Ti≤2.49 mass%, and the balance being Ni and unavoidable impurities.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、Ni基合金及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、生産効率を低下させることなくフレッケル偏析の生成を抑制することが可能なNi基合金及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a Ni-based alloy and a method for producing the same, and more particularly to a Ni-based alloy capable of suppressing the formation of Freckell segregation without lowering the production efficiency and a method for producing the same.

「Ni基合金(又は、Ni基超合金)」とは、Niを主成分とし、Al、Ti、W、Mo、Ta、Cr等を添加することにより固溶強化及び/又は析出強化させた合金をいう。Ni基合金は、高温強度、耐食性、耐酸化性等に優れていることから、航空機用ジェットエンジンや発電用ガスタービンの動翼や静翼、ターボチャージャー用タービンなどに賞用されている。そのため、このようなNi基合金に関し、従来から種々の提案がなされている。 A "Ni-based alloy (or Ni-based superalloy)" is an alloy containing Ni as a main component and strengthened by solid solution and / or precipitation by adding Al, Ti, W, Mo, Ta, Cr, etc. To say. Ni-based alloys are excellent in high-temperature strength, corrosion resistance, oxidation resistance, etc., and are therefore used for moving blades and stationary blades of aircraft jet engines and gas turbines for power generation, turbines for turbochargers, and the like. Therefore, various proposals have been made conventionally regarding such Ni-based alloys.

例えば、特許文献1には、
(A)0.001<C<0.100mass%、11.0≦Cr<19.0mass%、0.5≦Co<22.0mass%、0.5≦Fe<10.0mass%、Si≦0.1mass%、2.0<Mo<5.0mass%、1.0<W<5.0mass%、2.5≦Mo+1/2W<5.5mass%、S≦0.010mass%、0.3≦Nb<2.0mass%、3.0<Al<6.5mass%、及び、0.2≦Ti<2.49mass%を含み、残部がNi及び不可避的不純物からなり、
(B)元素Mの原子%を[M]とすると、0.2≦[Ti]/[Al]×10<4.0、及び、8.5≦[Al]+[Ti]+[Nb]<13.0を満たす
熱間鍛造用のNi基超合金が開示されている。
同文献には、Ti量を少なくしてAl量を多くすると、熱間鍛造加工性と高温強度特性との両立が可能となる点が記載されている。
For example, in Patent Document 1,
(A) 0.001 <C <0.100 mass%, 11.0 ≦ Cr <19.0 mass%, 0.5 ≦ Co <22.0 mass%, 0.5 ≦ Fe <10.0 mass%, Si ≦ 0 .1 mass%, 2.0 <Mo <5.0 mass%, 1.0 <W <5.0 mass%, 2.5 ≦ Mo + 1 / 2W <5.5 mass%, S ≦ 0.010 mass%, 0.3 ≦ It contains Nb <2.0 mass%, 3.0 <Al <6.5 mass%, and 0.2 ≦ Ti <2.49 mass%, and the balance consists of Ni and unavoidable impurities.
(B) Assuming that the atomic% of the element M is [M], 0.2 ≦ [Ti] / [Al] × 10 <4.0, and 8.5 ≦ [Al] + [Ti] + [Nb]. A Ni-based superalloy for hot forging that satisfies <13.0 is disclosed.
The document describes that when the amount of Ti is reduced and the amount of Al is increased, both hot forging workability and high-temperature strength characteristics can be achieved at the same time.

また、特許文献2には、
(A)0.001<C<0.100mass%、11≦Cr<19mass%、5<Co<25mass%、0.1≦Fe<4.0mass%、2.0<Mo<5.0mass%、1.0<W<5.0mass%、2.0≦Nb<4.0mass%、3.0<Al<5.0mass%、及び、1.0<Ti<3.0mass%を含み、残部がNi及び不可避的不純物からなり、
(B)元素Mの原子%を[M]とすると、3.5≦([Ti]+[Nb])/[Al]×10<6.5、及び、9.5≦[Al]+[Ti]+[Nb]<13.0を満たす
熱間鍛造用のNi基超合金が開示されている。
同文献には、Al、Ti、及びNbの含有量を最適化すると、γ'相の固溶温度を低下させることができることができ、これによって低温での熱間鍛造が可能となる点が記載されている。
Further, in Patent Document 2,
(A) 0.001 <C <0.100 mass%, 11 ≦ Cr <19 mass%, 5 <Co <25 mass%, 0.1 ≦ Fe <4.0 mass%, 2.0 <Mo <5.0 mass%, It contains 1.0 <W <5.0 mass%, 2.0 ≦ Nb <4.0 mass%, 3.0 <Al <5.0 mass%, and 1.0 <Ti <3.0 mass%, and the balance is Consists of Ni and unavoidable impurities
(B) Assuming that the atomic% of the element M is [M], 3.5 ≦ ([Ti] + [Nb]) / [Al] × 10 <6.5, and 9.5 ≦ [Al] + [ A Ni-based superalloy for hot forging that satisfies Ti] + [Nb] <13.0 is disclosed.
The document describes that by optimizing the contents of Al, Ti, and Nb, the solid solution temperature of the γ'phase can be lowered, which enables hot forging at a low temperature. Has been done.

また、特許文献3には、
(A)0.001<C<0.100mass%、11≦Cr<19mass%、5<Co<25mass%、0.1≦Fe<4.0mass%、2.0<Mo<5.0mass%、1.0<W<5.0mass%、0.3≦Nb<4.0mass%、3.0<Al<5.0mass%、1.0<Ti<3.4mass%、及び、0.01≦Ta<2.0mass%を含み、残部がNi及び不可避的不純物からなり、
(B)元素Mの原子%を[M]とすると、3.5≦([Ti]+[Nb])/[Al]×10<6.5、及び、9.5≦[Al]+[Ti]+[Nb]<13.0を満たす
熱間鍛造用のNi基超合金が開示されている。
同文献には、Al、Ti、及びNbの含有量を最適化すると、γ'相の固溶温度を低下させることができることができ、これによって低温での熱間鍛造が可能となる点が記載されている。
Further, in Patent Document 3,
(A) 0.001 <C <0.100 mass%, 11 ≦ Cr <19 mass%, 5 <Co <25 mass%, 0.1 ≦ Fe <4.0 mass%, 2.0 <Mo <5.0 mass%, 1.0 <W <5.0 mass%, 0.3 ≦ Nb <4.0 mass%, 3.0 <Al <5.0 mass%, 1.0 <Ti <3.4 mass%, and 0.01 ≦ It contains Ta <2.0 mass% and the balance consists of Ni and unavoidable impurities.
(B) Assuming that the atomic% of the element M is [M], 3.5 ≦ ([Ti] + [Nb]) / [Al] × 10 <6.5, and 9.5 ≦ [Al] + [ A Ni-based superalloy for hot forging that satisfies Ti] + [Nb] <13.0 is disclosed.
The document describes that by optimizing the contents of Al, Ti, and Nb, the solid solution temperature of the γ'phase can be lowered, which enables hot forging at a low temperature. Has been done.

さらに、非特許文献1には、横型一方向凝固試験炉を用いたストリーク状偏析(フレッケル偏析)の再現試験の結果が開示されている。
同文献には、
(a)偏析ストリークは、凝固方向ベクトルと、母液相との比重差を駆動力とした濃化液相の移動方向ベクトルとの和の方向に成長する点、
(b)Ni基超合金は、添加される成分に応じて、偏析ストリークが凝固前面から上方に伸びる浮上型と、凝固前面から下方に伸びる沈降型に分類される点、及び、
(c)ε×R1.1値(ε:冷却速度、R:凝固速度)を偏析生成の臨界値とする方法で、Ni基超合金のストリーク偏析傾向を整理することができる点、
が記載されている。
Further, Non-Patent Document 1 discloses the result of a reproduction test of streak-like segregation (Freckel segregation) using a horizontal unidirectional solidification test furnace.
In the same document,
(A) The segregation streak grows in the direction of the sum of the solidification direction vector and the movement direction vector of the concentrated liquid phase driven by the difference in specific gravity from the mother liquid phase.
(B) Ni-based superalloys are classified into a floating type in which segregation streaks extend upward from the solidification front surface and a sedimentation type in which the segregation streaks extend downward from the solidification front surface, depending on the components to be added.
(C) The streak segregation tendency of Ni-based superalloys can be sorted out by a method in which the ε × R 1.1 value (ε: cooling rate, R: solidification rate) is set as the critical value for segregation formation.
Is described.

Ni基合金は、多量の合金元素を含むため、凝固時に徐冷されるとフレッケルと呼ばれるマクロ偏析が発生しやすい。フレッケル偏析は、材料の機械的特性(例えば、引張強度)を低下させる原因となる。そのため、Ni基合金の製造には、一般に、エレクトロスラグ再溶解(ESR)法や真空アーク再溶解(VAR)法などの偏析の出にくい製造方法が採用されている。しかし、Ni基合金の製造方法としてESR法やVAR法を採用した場合であっても、鋳塊のサイズが大きくなるほど、凝固時にフレッケル偏析が発生しやすくなるという問題がある。 Since the Ni-based alloy contains a large amount of alloying elements, macrosegregation called fleckel tends to occur when the alloy is slowly cooled during solidification. Freckell segregation causes a decrease in the mechanical properties (eg, tensile strength) of the material. Therefore, in the production of Ni-based alloys, a production method such as an electroslag redissolving (ESR) method or a vacuum arc redissolving (VAR) method, which is less likely to cause segregation, is generally adopted. However, even when the ESR method or the VAR method is adopted as the method for producing the Ni-based alloy, there is a problem that the larger the size of the ingot, the more easily Feckel segregation occurs during solidification.

一方、ESR法やVAR法を用いる場合において、消耗電極の溶解速度を遅くすると、溶湯の冷却速度が速くなる。その結果、フレッケル偏析を抑制することができる。しかしながら、この方法では、凝固速度が極端に遅くなり、高い生産効率は得られない。
さらに、フレッケル偏析が生成する臨界値は、合金組成によって異なる。そのため、フレッケル偏析が発生せず、かつ、高い生産効率が得られる製造条件を選定するためには、各合金組成毎に一方向凝固試験を実施し、臨界値を実験により求める必要があった。しかしながら、このような方法は、極めて煩雑である。また、臨界値が明らかになった場合であっても、工業レベルの生産設備において、事実上、臨界値を超える製造条件(フレッケル偏析が発生し難い製造条件)を採用することが困難である場合も多い。
On the other hand, when the ESR method or the VAR method is used, if the melting rate of the consumable electrode is slowed down, the cooling rate of the molten metal becomes high. As a result, Freckell segregation can be suppressed. However, with this method, the solidification rate becomes extremely slow, and high production efficiency cannot be obtained.
Furthermore, the critical value produced by Freckel segregation depends on the alloy composition. Therefore, in order to select production conditions that do not cause Freckell segregation and that can obtain high production efficiency, it is necessary to carry out a one-way solidification test for each alloy composition and obtain a critical value by experiment. However, such a method is extremely complicated. In addition, even when the critical value is clarified, it is difficult to adopt manufacturing conditions (manufacturing conditions in which Freckell segregation is unlikely to occur) that actually exceed the critical value in industrial-level production equipment. There are also many.

特開2015−129341号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-129341 特開2017−145479号公報JP-A-2017-145479 特開2017−145478号公報JP-A-2017-145478

鉄と鋼、Vol.95(2009)、No.8、P613Iron and steel, Vol. 95 (2009), No. 8, P613

本発明が解決しようとする課題は、生産効率を低下させることなくフレッケル偏析の生成を抑制することが可能なNi基合金及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、フレッケル偏析に起因する引張強度の低下の少ないNi基合金及びその製造方法を提供することにある。
An object to be solved by the present invention is to provide a Ni-based alloy capable of suppressing the formation of Freckell segregation without lowering the production efficiency and a method for producing the same.
Another problem to be solved by the present invention is to provide a Ni-based alloy having a small decrease in tensile strength due to Flekkel segregation and a method for producing the same.

上記課題を解決するために本発明に係るNi基合金は、液相密度差Δρ(=ρ0−ρ0.35)が−0.050超0.015未満であるものからなる。
但し、
ρ0は、前記Ni合金の母液相(固相率:ゼロ)の密度(g/cm3)、
ρ0.35は、前記Ni合金の濃化液相(固相率:0.35)の密度(g/cm3)。
前記Ni基合金は、
0.05≦C≦0.10mass%、
11.0≦Cr≦19.0mass%、
1.0≦Co≦22.0mass%、
0.5≦Fe≦10.0mass%、
2.5≦Mo≦5.0mass%、
1.0≦W≦5.0mass%、
0.3≦Nb≦2.0mass%、
3.0≦Al≦4.0mass%、及び、
0.2≦Ti≦2.49mass%
を含み、残部がNi及び不可避的不純物からなるものが好ましい。
In order to solve the above problems, the Ni-based alloy according to the present invention comprises a liquid phase density difference Δρ (= ρ 0 −ρ 0.35 ) of more than −0.050 and less than 0.015.
However,
ρ 0 is the density (g / cm 3 ) of the mother-liquid phase (solid phase ratio: zero) of the Ni alloy.
ρ 0.35 is the density (g / cm 3 ) of the concentrated liquid phase (solid phase ratio: 0.35) of the Ni alloy.
The Ni-based alloy is
0.05 ≤ C ≤ 0.10 mass%,
11.0 ≤ Cr ≤ 19.0 mass%,
1.0 ≤ Co ≤ 22.0 mass%,
0.5 ≤ Fe ≤ 10.0 mass%,
2.5 ≤ Mo ≤ 5.0 mass%,
1.0 ≤ W ≤ 5.0 mass%,
0.3 ≤ Nb ≤ 2.0 mass%,
3.0 ≤ Al ≤ 4.0 mass%, and
0.2 ≤ Ti ≤ 2.49 mass%
It is preferable that the balance is composed of Ni and unavoidable impurities.

本発明に係るNi基合金の製造方法は、
Ni基合金の液相密度差Δρ(=ρ0−ρ0.35)と、フレッケル偏析生成の臨界値α(=V×R1.1)との関係を表す予測式を、Δρ≧0である場合(浮上型)とΔρ<0である場合(沈降型)に分けて、それぞれ、予め取得しておく予測式取得工程と、
製造しようとする合金(X)の組成に基づいて、前記合金(X)の液相密度差ΔρXを算出するΔρ算出工程と、
算出された前記ΔρXを前記予測式に代入し、前記合金(X)のフレッケル偏析生成の臨界値αXを算出する臨界値算出工程と、
前記αX以上となる条件下において、前記合金(X)を製造する合金製造工程と
を備えている。
但し、
ρ0は、前記Ni合金の母液相(固相率:ゼロ)の密度(g/cm3)、
ρ0.35は、前記Ni合金の濃化液相(固相率:0.35)の密度(g/cm3)、
Vは、前記Ni基合金が凝固する時の冷却速度(℃/min)、
Rは、前記Ni基合金が凝固する時の凝固速度(℃/min)。
The method for producing a Ni-based alloy according to the present invention is
When Δρ ≧ 0 (floating), the prediction formula expressing the relationship between the liquidus density difference Δρ (= ρ 0 −ρ 0.35 ) of the Ni-based alloy and the critical value α (= V × R 1.1) of Feckel segregation formation Type) and when Δρ <0 (precipitation type), respectively, the prediction formula acquisition process to be acquired in advance, and the prediction formula acquisition process.
A Δρ calculation step of calculating the liquidus density difference Δρ X of the alloy (X) based on the composition of the alloy (X) to be produced, and
A critical value calculation step of substituting the calculated Δρ X into the prediction formula to calculate the critical value α X of the Freckell segregation formation of the alloy (X).
It includes an alloy manufacturing process for manufacturing the alloy (X) under the condition of α X or more.
However,
ρ 0 is the density (g / cm 3 ) of the mother-liquid phase (solid phase ratio: zero) of the Ni alloy.
ρ 0.35 is the density (g / cm 3 ) of the concentrated liquid phase (solid phase ratio: 0.35) of the Ni alloy.
V is the cooling rate (° C./min) when the Ni-based alloy solidifies.
R is the solidification rate (° C./min) when the Ni-based alloy solidifies.

Ni基合金をゆっくりと凝固させると、凝固の進行に伴い溶質が所定の比率で固相と液相に分配される。その結果、凝固中に、母液相とは密度が異なる濃化液相が生成する。フレッケル偏析は、母液相と濃化液相との間の液相密度差Δρを駆動力として成長すると考えられている。一般に、Δρの絶対値が大きくなるほど、フレッケル偏析が大きくなる。 When the Ni-based alloy is slowly solidified, the solute is distributed into the solid phase and the liquid phase at a predetermined ratio as the solidification progresses. As a result, during solidification, a concentrated liquid phase having a density different from that of the mother liquid phase is generated. Freckell segregation is thought to grow with the liquid phase density difference Δρ between the mother liquid phase and the concentrated liquid phase as the driving force. In general, the larger the absolute value of Δρ, the larger the Feckel segregation.

一方、各合金元素は、Δρを大きくする元素、Δρを小さくする元素、及び、Δρにほとんど影響を与えない元素に大別される。そのため、目的とする特性を得るために不可欠な元素の含有量を維持したまま、他の元素の含有量を増減させると、Δρを所定の範囲内に収めることができる。その結果、生産効率及び要求される特性(例えば、高温引張強度)を損なうことなく、フレッケル偏析の生成を抑制することができる。 On the other hand, each alloy element is roughly classified into an element that increases Δρ, an element that decreases Δρ, and an element that has almost no effect on Δρ. Therefore, if the content of other elements is increased or decreased while maintaining the content of the element essential for obtaining the desired property, Δρ can be kept within a predetermined range. As a result, the formation of Freckell segregation can be suppressed without impairing production efficiency and required properties (eg, high temperature tensile strength).

液相密度差ΔρとVR1.1との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the liquid-phase density difference Δρ and VR 1.1. 図2(A)〜図2(F)は、それぞれ、液相密度差Δρに及ぼすC、Cr、Co、Fe、Mo、又はWの含有量の差Δxの影響を示す図である。2 (A) to 2 (F) are diagrams showing the effect of the difference Δx in the contents of C, Cr, Co, Fe, Mo, or W on the liquid phase density difference Δρ, respectively. 図3(A)〜図3(D)は、それぞれ、液相密度差Δρに及ぼすNb、Ti、Zr、又はAlの含有量の差Δxの影響を示す図である。3A to 3D are diagrams showing the effect of the difference Δx in the contents of Nb, Ti, Zr, or Al on the liquidus density difference Δρ, respectively.

以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. Ni基合金]
[1.1. 組成]
[1.1.1. 主構成元素]
本発明に係るNi基合金は、液相密度差Δρが所定の範囲内にあるものからなる。液相密度差Δρの詳細については、後述する。本発明に係るNi基合金の組成は、液相密度差Δρが後述する条件を満たす限りにおいて特に限定されない。
本発明に係るNi基合金は、特に、以下のような元素を含み、残部がNi及び不可避的不純物からなるものが好ましい。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
[1. Ni-based alloy]
[1.1. composition]
[1.1.1. Main constituent elements]
The Ni-based alloy according to the present invention comprises an alloy in which the liquidus density difference Δρ is within a predetermined range. The details of the liquidus density difference Δρ will be described later. The composition of the Ni-based alloy according to the present invention is not particularly limited as long as the liquidus density difference Δρ satisfies the conditions described later.
The Ni-based alloy according to the present invention preferably contains the following elements, and the balance is composed of Ni and unavoidable impurities. The types of additive elements, their component ranges, and the reasons for their limitation are as follows.

(1) 0.05≦C≦0.10mass%:
Cは、Cr、Nb、Ti、W、Mo等と結合し、種々の炭化物を生成する。炭化物のうち固溶温度の高いもの(Nb系及びTi系炭化物)は、ピンニング効果によって高温下での結晶粒の粗大化を抑制し、熱間加工性の改善に寄与する。また、Cr系、Mo系、及びW系の炭化物は、粒界に析出して粒界強化することで、機械特性の改善に寄与する。このような効果を得るためには、C含有量は、0.05mass%以上が好ましい。
(1) 0.05 ≤ C ≤ 0.10 mass%:
C combines with Cr, Nb, Ti, W, Mo and the like to produce various carbides. Among the carbides, those having a high solid solution temperature (Nb-based and Ti-based carbides) suppress the coarsening of crystal grains at high temperatures due to the pinning effect, and contribute to the improvement of hot workability. Further, Cr-based, Mo-based, and W-based carbides are deposited at the grain boundaries to strengthen the grain boundaries, thereby contributing to the improvement of mechanical properties. In order to obtain such an effect, the C content is preferably 0.05 mass% or more.

一方、C含有量が過剰になると、炭化物量が過剰となる。その結果、炭化物の偏析による組織の不均一化、粒界炭化物の過剰析出による熱間加工性及び機械特性の低下などを招く。従って、C含有量は、0.1mass%以下が好ましい。 On the other hand, when the C content becomes excessive, the amount of carbide becomes excessive. As a result, the structure becomes non-uniform due to segregation of carbides, and hot workability and mechanical properties deteriorate due to excessive precipitation of intergranular carbides. Therefore, the C content is preferably 0.1 mass% or less.

(2) 11.0≦Cr≦19.0mass%:
Crは、Cr23の保護酸化膜を形成し、耐食性及び耐酸化性を向上させるために不可欠な元素である。また、Crは、Cと結合してCr236炭化物を生成し、強度特性の向上に寄与する。このような効果を得るためには、Cr含有量は、11.0mass%以上が好ましい。Cr含有量は、好ましくは、12.0mass%以上、さらに好ましくは、12.3mass%以上である。
(2) 11.0 ≦ Cr ≦ 19.0 mass%:
Cr is an essential element for forming a protective oxide film of Cr 2 O 3 and improving corrosion resistance and oxidation resistance. Further, Cr combines with C to form Cr 23 C 6 carbide, which contributes to the improvement of strength characteristics. In order to obtain such an effect, the Cr content is preferably 11.0 mass% or more. The Cr content is preferably 12.0 mass% or more, more preferably 12.3 mass% or more.

一方、Crは、フェライト安定化元素である。そのため、Cr含有量が過剰になると、オーステナイトが不安定化し、脆化相であるσ相やラーベス相の生成が促進される。その結果、熱間加工性、並びに、強度や衝撃値などの機械的特性の低下を招く。従って、Cr含有量は、19.0mass%以下が好ましい。Cr含有量は、好ましくは、17.0mass%以下、さらに好ましくは、16.0mass%以下である。 On the other hand, Cr is a ferrite stabilizing element. Therefore, when the Cr content becomes excessive, austenite becomes unstable and the formation of the embrittled phase σ phase and Laves phase is promoted. As a result, the hot workability and the mechanical properties such as strength and impact value are deteriorated. Therefore, the Cr content is preferably 19.0 mass% or less. The Cr content is preferably 17.0 mass% or less, more preferably 16.0 mass% or less.

(3) 1.0≦Co≦22.0mass%:
Coは、Ni基合金の母相であるオーステナイト相に固溶して加工性を改善する。また、Coは、γ'相の析出を促進し、引張特性等の高温強度を向上させる。このような効果を得るためには、Co含有量は、1.0mass%以上が好ましい。Co含有量は、好ましくは、15.0mass%以上、さらに好ましくは、19.0mass%以上である。
一方、Coは高価であるため、過剰な添加は高コスト化を招く。従って、Co含有量は、22.0mass%以下が好ましい。
(3) 1.0 ≤ Co ≤ 22.0 mass%:
Co dissolves in the austenite phase, which is the parent phase of the Ni-based alloy, to improve workability. In addition, Co promotes the precipitation of the γ'phase and improves the high temperature strength such as tensile properties. In order to obtain such an effect, the Co content is preferably 1.0 mass% or more. The Co content is preferably 15.0 mass% or more, more preferably 19.0 mass% or more.
On the other hand, since Co is expensive, excessive addition leads to high cost. Therefore, the Co content is preferably 22.0 mass% or less.

(4) 0.5≦Fe≦10.0mass%:
Feは、Ni基合金の母相であるオーステナイト相に固溶する。Feは、少量であれば強度特性及び加工性への影響はない。また、Feは、合金製造時の原料に混入することがある成分であり、原料の選択によってはFe含有量が多量となるものの、原料コストの低下に繋がる。このような効果を得るためには、Fe含有量は、0.5mass%以上が好ましい。Fe含有量は、好ましくは、0.95mass%以上、さらに好ましくは、1.0mass%以上である。
一方、Fe含有量が過剰になると、強度が低下する。従って、Fe含有量は、10.0mass%以下が好ましい。Fe含有量は、好ましくは、7.0mass%以下、さらに好ましくは、5.0mass%以下である。
(4) 0.5 ≤ Fe ≤ 10.0 mass%:
Fe dissolves in the austenite phase, which is the parent phase of the Ni-based alloy. If the amount of Fe is small, there is no effect on the strength characteristics and workability. Further, Fe is a component that may be mixed in the raw material at the time of alloy production, and although the Fe content becomes large depending on the selection of the raw material, it leads to a reduction in the raw material cost. In order to obtain such an effect, the Fe content is preferably 0.5 mass% or more. The Fe content is preferably 0.95 mass% or more, and more preferably 1.0 mass% or more.
On the other hand, when the Fe content becomes excessive, the strength decreases. Therefore, the Fe content is preferably 10.0 mass% or less. The Fe content is preferably 7.0 mass% or less, more preferably 5.0 mass% or less.

(5) 2.5≦Mo≦5.0mass%:
Moは、固溶強化元素であり、Ni基合金の母相であるオーステナイト相に固溶して合金を強化する。また、Moは、Cと結合して炭化物を生成し、粒界を強化して機械強度の向上に寄与する。このような効果を得るためには、Mo含有量は、2.5mass%以上が好ましい。Mo含有量は、好ましくは、3.0mass%以上である。
一方、Mo含有量が過剰になると、有害相であるσ相やラーベス相の生成を促進し、熱間加工性及び機械的特性を低下させる。従って、Mo含有量は、5.0mass%以下が好ましい。
(5) 2.5 ≤ Mo ≤ 5.0 mass%:
Mo is a solid solution strengthening element and is solid solution into the austenite phase, which is the parent phase of the Ni-based alloy, to strengthen the alloy. In addition, Mo binds to C to form carbides, strengthens grain boundaries, and contributes to improvement of mechanical strength. In order to obtain such an effect, the Mo content is preferably 2.5 mass% or more. The Mo content is preferably 3.0 mass% or more.
On the other hand, when the Mo content becomes excessive, the formation of σ phase and Laves phase, which are harmful phases, is promoted, and hot workability and mechanical properties are deteriorated. Therefore, the Mo content is preferably 5.0 mass% or less.

(6) 1.0≦W≦5.0mass%:
Wは、固溶強化元素であり、Ni基合金の母相であるオーステナイト相に固溶して合金を強化する。また、Wは、Cと結合して炭化物を生成し、粒界を強化して機械強度の向上に寄与する。このような効果を得るためには、W含有量は、1.0mass%以上が好ましい。W含有量は、好ましくは、2.0mass%以上、さらに好ましくは、2.5mass%以上である。
一方、W含有量が過剰になると、有害相であるσ相やラーベス相の生成を促進し、熱間加工性及び機械的特性を低下させる。従って、W含有量は、5.0mass%以下が好ましい。W含有量は、好ましくは、4.5mass%以下、さらに好ましくは、4.0mass%以下である。
(6) 1.0 ≤ W ≤ 5.0 mass%:
W is a solid solution strengthening element and is solid solution into the austenite phase, which is the parent phase of the Ni-based alloy, to strengthen the alloy. Further, W combines with C to form carbides, strengthens grain boundaries, and contributes to improvement of mechanical strength. In order to obtain such an effect, the W content is preferably 1.0 mass% or more. The W content is preferably 2.0 mass% or more, and more preferably 2.5 mass% or more.
On the other hand, when the W content becomes excessive, the formation of the σ phase and the Raves phase, which are harmful phases, is promoted, and the hot workability and mechanical properties are deteriorated. Therefore, the W content is preferably 5.0 mass% or less. The W content is preferably 4.5 mass% or less, more preferably 4.0 mass% or less.

(7) 0.3≦Nb≦2.0mass%:
Nbは、Cと結合して比較的固溶温度の高いMC型炭化物を生成させる。そのため、Nbを添加すると、ピンニング効果により固溶化熱処理後の結晶粒の粗大化が抑制され、高温強度特性、及び熱間加工性が改善される。また、Nbは、Tiとともに強化相であるγ'相(Ni3Al)のAlサイトを置換し、Ni3(Al,Ti,Nb)となってγ'相を固溶強化させる。このような効果を得るためには、Nb含有量は、0.3mass%以上が好ましい。Nb含有量は、好ましくは、0.7mass%以上、さらに好ましくは、1.0mass%以上である。
(7) 0.3 ≦ Nb ≦ 2.0 mass%:
Nb combines with C to form MC-type carbides with a relatively high solid solution temperature. Therefore, when Nb is added, coarsening of crystal grains after solution heat treatment is suppressed due to the pinning effect, and high-temperature strength characteristics and hot workability are improved. Further, Nb replaces the Al site of the γ'phase (Ni 3 Al), which is a strengthening phase, together with Ti, and becomes Ni 3 (Al, Ti, Nb) to solidify and strengthen the γ'phase. In order to obtain such an effect, the Nb content is preferably 0.3 mass% or more. The Nb content is preferably 0.7 mass% or more, more preferably 1.0 mass% or more.

一方、Nb含有量が過剰になると、γ'相の固溶温度が上昇し、熱間加工性が低下する。また、脆化相であるラーベス相が生成し、高温強度の低下を招く。従って、Nb含有量は、2.0mass%以下が好ましい。Nb含有量は、好ましくは、1.5mass%以下である。 On the other hand, when the Nb content becomes excessive, the solid solution temperature of the γ'phase rises and the hot workability decreases. In addition, a Laves phase, which is an embrittlement phase, is formed, which causes a decrease in high-temperature strength. Therefore, the Nb content is preferably 2.0 mass% or less. The Nb content is preferably 1.5 mass% or less.

(8) 3.0≦Al≦4.0mass%:
Alは、強化相であるγ'相(Ni3Al)の生成元素として働き、高温強度特性の改善に特に重要な元素である。また、Alは、γ'相の固溶温度を上昇させるが、NbやTiに比べて固溶温度上昇への影響は小さい。むしろ、Alは、γ'相の固溶温度の上昇を抑えつつ、時効温度域におけるγ'相の析出量を増加させる作用がある。さらに、Alは、Oと結合してAl23からなる保護酸化被膜を形成し、耐食性及び耐酸化性の改善にも有効である。このような効果を得るためには、Al含有量は、3.0mass%以上が好ましい。Al含有量は、好ましくは、3.5mass%以上である。
(8) 3.0 ≤ Al ≤ 4.0 mass%:
Al acts as a forming element of the γ'phase (Ni 3 Al), which is a strengthening phase, and is an element particularly important for improving high-temperature strength characteristics. Further, Al raises the solid solution temperature of the γ'phase, but has a smaller effect on the rise in the solid solution temperature than Nb and Ti. Rather, Al has the effect of increasing the amount of γ'phase precipitated in the aging temperature range while suppressing the rise in the solid solution temperature of the γ'phase. Further, Al combines with O to form a protective oxide film composed of Al 2 O 3, which is also effective in improving corrosion resistance and oxidation resistance. In order to obtain such an effect, the Al content is preferably 3.0 mass% or more. The Al content is preferably 3.5 mass% or more.

一方、Al含有量が過剰になると、γ'相の固溶温度が上昇する。また、γ'相の析出量が増加し、熱間加工性が低下するおそれがある。従って、Al含有量は、4.0mass%以下が好ましい。 On the other hand, when the Al content becomes excessive, the solid solution temperature of the γ'phase rises. In addition, the amount of γ'phase precipitated may increase and the hot workability may decrease. Therefore, the Al content is preferably 4.0 mass% or less.

(9) 0.2≦Ti≦2.49mass%:
Tiは、Cと結合して比較的固溶温度の高いMC型炭化物を生成させる。そのため、Tiを添加すると、ピンニング効果により固溶化熱処理後の結晶粒の粗大化が抑制され、高温強度特性、及び熱間加工性が改善される。また、Tiは、Nbとともに強化相であるγ'相(Ni3Al)のAlサイトを置換し、Ni3(Al,Ti,Nb)となってγ'相を固溶強化させる。このような効果を得るためには、Ti含有量は、0.2mass%以上が好ましい。Ti含有量は、好ましくは、0.23mass%以上、さらに好ましくは、0.5mass%以上である。
(9) 0.2 ≤ Ti ≤ 2.49 mass%:
Ti combines with C to form MC-type carbides with a relatively high solid solution temperature. Therefore, when Ti is added, coarsening of crystal grains after solution heat treatment is suppressed due to the pinning effect, and high-temperature strength characteristics and hot workability are improved. Further, Ti replaces the Al site of the γ'phase (Ni 3 Al), which is a strengthening phase, together with Nb, and becomes Ni 3 (Al, Ti, Nb) to solidify and strengthen the γ'phase. In order to obtain such an effect, the Ti content is preferably 0.2 mass% or more. The Ti content is preferably 0.23 mass% or more, more preferably 0.5 mass% or more.

一方、Ti含有量が過剰になると、γ'相の固溶温度が上昇し、熱間加工性が低下する。また、脆化相であるラーベス相が生成し、高温強度の低下を招く。従って、Ti含有量は、2.49mass%以下が好ましい。Ti含有量は、好ましくは、2.0mass%以下である。 On the other hand, when the Ti content becomes excessive, the solid solution temperature of the γ'phase rises and the hot workability decreases. In addition, a Laves phase, which is an embrittlement phase, is formed, which causes a decrease in high-temperature strength. Therefore, the Ti content is preferably 2.49 mass% or less. The Ti content is preferably 2.0 mass% or less.

[1.1.2. 副構成元素]
Ni基合金は、上述した主構成元素に加えて、以下のような1又は2以上の元素をさらに含んでいても良い。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
[1.1.2. Sub-components]
The Ni-based alloy may further contain one or more of the following elements in addition to the main constituent elements described above. The types of additive elements, their component ranges, and the reasons for their limitation are as follows.

(10) 0.09≦Si≦0.15mass%:
Siを添加すると、Si酸化物のスケール層が形成され、耐酸化性が改善される。このような効果を得るためには、Si含有量は、0.09mass%以上が好ましい。
しかしながら、Si含有量が過剰になると、Siが偏析することにより局部的な低融点部を生成し、熱間加工性を低下させる。従って、Si含有量は、0.15mass%以下が好ましい。Si含有量は、好ましくは、0.10mass%以下である。
(10) 0.09 ≤ Si ≤ 0.15 mass%:
When Si is added, a scale layer of Si oxide is formed and the oxidation resistance is improved. In order to obtain such an effect, the Si content is preferably 0.09 mass% or more.
However, when the Si content becomes excessive, Si segregates to form a locally low melting point portion, which lowers the hot workability. Therefore, the Si content is preferably 0.15 mass% or less. The Si content is preferably 0.10 mass% or less.

(11) 1.0≦Ta≦2.0mass%:
Taは、Cと結合して比較的固溶温度の高いMC型炭化物を生成させる。そのため、Taを添加すると、ピンニング効果により固溶化熱処理後の結晶粒の粗大化が抑制され、高温強度特性、及び熱間加工性が改善される。また、Taは、Nb、Tiとともに強化相であるγ'相(Ni3Al)のAlサイトを置換し、Ni3(Al,Ti,Nb,Ta)となってγ'相を固溶強化させる。このような効果を得るためには、Ta含有量は、1.0mass%以上が好ましい。
(11) 1.0 ≤ Ta ≤ 2.0 mass%:
Ta combines with C to form MC-type carbides with a relatively high solid solution temperature. Therefore, when Ta is added, coarsening of crystal grains after solution heat treatment is suppressed due to the pinning effect, and high-temperature strength characteristics and hot workability are improved. Further, Ta replaces the Al site of the γ'phase (Ni 3 Al), which is a strengthening phase, together with Nb and Ti, and becomes Ni 3 (Al, Ti, Nb, Ta) to solidify and strengthen the γ'phase. .. In order to obtain such an effect, the Ta content is preferably 1.0 mass% or more.

一方、Ta含有量が過剰になると、γ'相の固溶温度が上昇し、熱間加工性が低下する。また、脆化相であるラーベス相が生成し、高温強度の低下を招く。従って、Ta含有量は、2.0mass%以下が好ましい。Ta含有量は、好ましくは、1.5mass%以下である。 On the other hand, when the Ta content becomes excessive, the solid solution temperature of the γ'phase rises and the hot workability decreases. In addition, a Laves phase, which is an embrittlement phase, is formed, which causes a decrease in high-temperature strength. Therefore, the Ta content is preferably 2.0 mass% or less. The Ta content is preferably 1.5 mass% or less.

(12) 0.001≦B≦0.03mass%:
Bは、結晶粒界に偏析して粒界を強化し、加工性及び機械特性を改善する。このような効果を得るためには、B含有量は、0.001mass%以上が好ましい。B含有量は、好ましくは、0.01mass%以上である。
一方、B含有量が過剰になると、粒界への過剰偏析により延性が失われ、熱間加工性が低下する。従って、B含有量は、0.03mass%以下が好ましい。B含有量は、好ましくは、0.025mass%以下、さらに好ましくは、0.02mass%以下である。
(12) 0.001 ≤ B ≤ 0.03 mass%:
B segregates at the grain boundaries to strengthen the grain boundaries and improve workability and mechanical properties. In order to obtain such an effect, the B content is preferably 0.001 mass% or more. The B content is preferably 0.01 mass% or more.
On the other hand, when the B content becomes excessive, ductility is lost due to excessive segregation at the grain boundaries, and hot workability is lowered. Therefore, the B content is preferably 0.03 mass% or less. The B content is preferably 0.025 mass% or less, more preferably 0.02 mass% or less.

(13) 0.04≦Zr≦0.1mass%:
Zrは、結晶粒界に偏析して粒界を強化し、加工性及び機械特性を改善する。このような効果を得るためには、Zr含有量は、0.04mass%以上が好ましい。Zr含有量は、好ましくは、0.045mass%以上である。
一方、Zr含有量が過剰になると、粒界への過剰偏析により延性が失われ、熱間加工性が低下する。従って、Zr含有量は、0.1mass%以下が好ましい。
(13) 0.04 ≤ Zr ≤ 0.1 mass%:
Zr segregates at the grain boundaries to strengthen the grain boundaries and improve workability and mechanical properties. In order to obtain such an effect, the Zr content is preferably 0.04 mass% or more. The Zr content is preferably 0.045 mass% or more.
On the other hand, when the Zr content becomes excessive, ductility is lost due to excessive segregation at the grain boundaries, and hot workability is lowered. Therefore, the Zr content is preferably 0.1 mass% or less.

[1.2. 液相密度差]
[1.2.1. Δρの好適な範囲]
本発明に係るNi基合金は、液相密度差Δρが−0.050超0.015未満であるものからなる。ここで、「液相密度差Δρ」とは、次の式(1)で表される値をいう。
Δρ=ρ0−ρ0.35 …(1)
但し、
ρ0は、前記Ni合金の母液相(固相率:ゼロ)の密度(g/cm3)、
ρ0.35は、前記Ni合金の濃化液相(固相率:0.35)の密度(g/cm3)。
[1.2. Liquid phase density difference]
[1.2.1. Suitable range of Δρ]
The Ni-based alloy according to the present invention comprises an alloy having a liquid phase density difference Δρ of more than −0.05 and less than 0.015. Here, the "liquid phase density difference Δρ" means a value represented by the following equation (1).
Δρ = ρ 0 −ρ 0.35 … (1)
However,
ρ 0 is the density (g / cm 3 ) of the mother-liquid phase (solid phase ratio: zero) of the Ni alloy.
ρ 0.35 is the density (g / cm 3 ) of the concentrated liquid phase (solid phase ratio: 0.35) of the Ni alloy.

Ni基合金をゆっくりと凝固させると、鋳壁にデンドライトの核が生成し、デンドライトが鋳型の内部に向かって成長する。この時、溶質が所定の比率で固相と液相に分配される。通常、凝固の進行に伴って固相から溶質が掃き出されるため、液相中の溶質の濃度が上昇する。その結果、凝固中に母液相(固相率:ゼロ)とは密度が異なる濃化液相が生成する場合がある。母液相の密度と濃化液相の密度との差(液相密度差)Δρは、固相率により異なる。本発明において、液相密度差Δρの算出には、固相率が0.35である時の濃化液相の密度ρ0.35を用いる。これは、固相率が0.35の時にΔρが最大となる場合が多いためである。 When the Ni-based alloy is slowly solidified, dendrite nuclei are formed on the casting wall, and the dendrite grows toward the inside of the mold. At this time, the solute is distributed into the solid phase and the liquid phase at a predetermined ratio. Normally, as the solidification progresses, the solute is swept out from the solid phase, so that the concentration of the solute in the liquid phase increases. As a result, a concentrated liquid phase having a density different from that of the mother liquid phase (solid phase ratio: zero) may be generated during solidification. The difference between the density of the mother-liquid phase and the density of the concentrated liquid phase (difference in liquid-phase density) Δρ differs depending on the solid phase ratio. In the present invention, the density ρ 0.35 of the concentrated liquid phase when the solid phase ratio is 0.35 is used for calculating the liquid phase density difference Δρ. This is because Δρ is often the maximum when the solid phase ratio is 0.35.

フレッケル偏析は、母液相と濃化液相との間の液相密度差Δρを駆動力として成長すると考えられている。そのため、一般に、Δρの絶対値が小さくなるほど、フレッケル偏析が生成しにくくなる。
工業的なサイズ(例えば、直径が150mm〜1000mm程度)を持ち、かつ、フレッケル偏析のない鋳塊を、汎用の製造設備で製造するためには、Δρは、−0.050超0.015未満である必要がある。
Freckell segregation is thought to grow with the liquid phase density difference Δρ between the mother liquid phase and the concentrated liquid phase as the driving force. Therefore, in general, the smaller the absolute value of Δρ, the less likely it is that Feckel segregation will occur.
In order to produce an ingot having an industrial size (for example, a diameter of about 150 mm to 1000 mm) and having no Freckell segregation in a general-purpose manufacturing facility, Δρ is more than -0.050 and less than 0.015. Must be.

[1.2.2. Δρとフレッケル偏析の臨界値αとの関係]
「フレッケル偏析生成の臨界値α」とは、次の式(2)で表される値をいう。
α=V×R1.1 …(2)
但し、
Vは、前記Ni基合金が凝固する時の冷却速度(℃/nin)、
Rは、前記Ni基合金が凝固する時の凝固速度(mm/min)。
[1.2.2. Relationship between Δρ and the critical value α of Freckell segregation]
The “critical value α for Feckel segregation formation” means a value represented by the following equation (2).
α = V × R 1.1 … (2)
However,
V is the cooling rate (° C./nin) when the Ni-based alloy solidifies.
R is the solidification rate (mm / min) when the Ni-based alloy solidifies.

フレッケル偏析生成の臨界値α(=V×R1.1)とΔρとの間には相関があり、凝固時の冷却条件が臨界値αを下回ると、フレッケル偏析が生成しやすいことが知られている。
そのため、実際の製造条件下における臨界値αが不明である場合であっても、Δρを知ることができれば、フレッケル偏析が生成するか否かをある程度、正確に予測することができる。
また、Δρが上述の範囲にある時にはフレッケル偏析は出にくくなるが、それでもなおフレッケル偏析が発生した時には、冷却条件が臨界値αを下回っていることを表す。このような場合には、Δρの絶対値がさらに小さくなるように、合金元素の含有量を変更するか、あるいは、冷却条件が臨界値αを上回るように(すなわち、より急冷条件となるように)、製造方法及び/又は製造条件を変更すれば良い。
It is known that there is a correlation between the critical value α (= V × R 1.1 ) for the formation of Freckell segregation and Δρ, and that Freckell segregation is likely to occur when the cooling conditions during solidification fall below the critical value α. ..
Therefore, even when the critical value α under the actual manufacturing conditions is unknown, if Δρ can be known, it is possible to accurately predict whether or not Freckell segregation is generated to some extent.
Further, when Δρ is in the above range, it is difficult for Freckell segregation to occur, but when Freckell segregation still occurs, it means that the cooling condition is below the critical value α. In such a case, the content of the alloying element should be changed so that the absolute value of Δρ becomes smaller, or the cooling condition should be higher than the critical value α (that is, the quenching condition should be obtained). ), The manufacturing method and / or the manufacturing conditions may be changed.

Δρとαとの関係を表す経験式として、従来から種々の式が提案されている。しかしながら、従来は、合金が浮上型(Δρ≧0)であるか、あるいは、沈降型(Δρ<0)であるかを区別することなく、Δρとαとの関係を論ずるのが一般的であった。 Various empirical formulas have been conventionally proposed as empirical formulas expressing the relationship between Δρ and α. However, conventionally, it is common to discuss the relationship between Δρ and α without distinguishing whether the alloy is a floating type (Δρ ≧ 0) or a sedimentation type (Δρ <0). rice field.

これに対し、Δρとαとの間の相関は、合金が浮上型(Δρ≧0)であるか、あるいは、沈降型(Δρ<0)であるかによって大きく異なる。この点は、本願発明者らによって初めて見出された知見である。そのため、Δρとαとの関係を表す予測式を浮上型(Δρ≧0)である場合と沈降型(Δρ<0)である場合に分けて、それぞれ、予め取得しておくと、フレッケル偏析の有無をある程度正確に予測することができる。 On the other hand, the correlation between Δρ and α differs greatly depending on whether the alloy is a floating type (Δρ ≧ 0) or a sedimentation type (Δρ <0). This point is the first finding found by the inventors of the present application. Therefore, if the prediction formula expressing the relationship between Δρ and α is divided into the case of the floating type (Δρ ≧ 0) and the case of the sedimentation type (Δρ <0) and obtained in advance, the Flekkel segregation The presence or absence can be predicted with some accuracy.

Δρとαとの関係(予測式)は、一般に、合金の種類により異なる。しかし、類似の組成及び性質を有すると見なすことができる一群の合金については、1組の予測式を用いてαを推定することができる。
ここで、「類似の組成及び性質を有すると見なすことができる一群の合金」とは、
(a)同一の主構成元素を含んでおり、
(b)同一の結晶構造を備えており、
(c)類似の物理的性質及び化学的性質を備えた合金
をいう。
The relationship between Δρ and α (prediction formula) generally differs depending on the type of alloy. However, for a group of alloys that can be considered to have similar composition and properties, α can be estimated using a set of prediction formulas.
Here, "a group of alloys that can be regarded as having similar compositions and properties" is defined as
(A) Contains the same main constituent elements
(B) It has the same crystal structure and has the same crystal structure.
(C) An alloy having similar physical and chemical properties.

例えば、合金が上述した主構成元素を含むNi基合金である場合において、Ni基合金が浮上型(Δρ≧0)である時には、前記予測式として次の式(3)を用いるのが好ましい。一方、Ni基合金が沈降型(Δρ<0)である時には、前記予測式として、次の式(4)を用いるのが好ましい。
V×R1.1=353.42Δρ+4.11 ・・・(3)
V×R1.1=167.64Δρ−0.29 ・・・(4)
なお、「V×R1.1」は、現実にはマイナスの値を取ることはないが、Δρがマイナスの値を取る時には、便宜的にV×R1.1をマイナスの値で表す。
For example, when the alloy is a Ni-based alloy containing the above-mentioned main constituent elements and the Ni-based alloy is a floating type (Δρ ≧ 0), it is preferable to use the following formula (3) as the prediction formula. On the other hand, when the Ni-based alloy is of the precipitation type (Δρ <0), it is preferable to use the following formula (4) as the prediction formula.
V × R 1.1 = 353.42Δρ + 4.11 ・ ・ ・ (3)
V × R 1.1 = 167.64 Δρ −0.29 ・ ・ ・ (4)
Note that "V × R 1.1 " does not actually take a negative value, but when Δρ takes a negative value, V × R 1.1 is represented by a negative value for convenience.

溶質の平衡分配係数は既知であるため、合金組成が決まると、理論計算によりΔρを算出することができる。一方、ある組成を持つ合金の臨界値αは、一方向凝固試験(具体的には、縦型一方向凝固試験が好ましいが、これに限らない)により求めることができる。そのため、
(a)一群の合金の中からΔρが大きく異なる合金組成であって、Δρ≧0であるものとΔρ<0であるものとを、それぞれ、複数個(好ましくは、2個以上)選択し、
(b)選択された合金組成について、それぞれ、凝固試験を行い、
(c)理論計算から求められたΔρと、凝固試験から求められた臨界値α(=V×R1.1)とを、それぞれ、Δρ≧0である場合とΔρ<0である場合に分けて直線回帰する
ことにより、予測式を得ることができる。
Since the equilibrium partition coefficient of the solute is known, Δρ can be calculated by theoretical calculation once the alloy composition is determined. On the other hand, the critical value α of the alloy having a certain composition can be obtained by a unidirectional solidification test (specifically, a vertical unidirectional solidification test is preferable, but the present invention is not limited to this). for that reason,
(A) From a group of alloys, a plurality (preferably two or more) of alloy compositions having Δρ significantly different from each other, one having Δρ ≧ 0 and the other having Δρ <0, are selected.
(B) A solidification test was performed on each of the selected alloy compositions.
(C) The Δρ obtained from the theoretical calculation and the critical value α (= V × R 1.1 ) obtained from the solidification test are divided into a straight line when Δρ ≧ 0 and when Δρ <0, respectively. By regressing, a prediction formula can be obtained.

[1.2.3. Δρの調整方法]
Ni基合金において、合金元素は、
(a)含有量の増加に伴いΔρが大きくなる元素(以下、「正元素」ともいう)、
(b)含有量の増加に伴いΔρが小さくなる元素(以下、「負元素」ともいう)、及び、
(c)含有量を増減してもΔρにあまり影響がない元素(以下、「中性元素」ともいう)
に大別される。
そのため、目的に応じて各合金元素の含有量を増減させると、Δρを所定の範囲に維持することができる。また、含有量を増減させる合金元素の選択を最適化すると、生産効率及び要求される特性(例えば、高温引張強度)を損なうことなく、フレッケル偏析の生成を抑制することができる。
[1.2.3. How to adjust Δρ]
In Ni-based alloys, the alloying elements are
(A) Elements whose Δρ increases as the content increases (hereinafter, also referred to as “positive elements”),
(B) Elements whose Δρ decreases as the content increases (hereinafter, also referred to as “negative elements”), and
(C) Elements that have little effect on Δρ even if the content is increased or decreased (hereinafter, also referred to as "neutral elements")
It is roughly divided into.
Therefore, Δρ can be maintained within a predetermined range by increasing or decreasing the content of each alloy element according to the purpose. Further, by optimizing the selection of alloying elements that increase or decrease the content, it is possible to suppress the formation of Feckel segregation without impairing the production efficiency and the required properties (for example, high temperature tensile strength).

正元素としては、例えば、Alなどがある。
負元素としては、例えば、Mo、Nb、Ti、Zr、C、W(但し、含有量が2.5mass%以上の時)などがある。
中性元素としては、例えば、Cr、Co、Fe、W(但し、含有量が2.5mass%以下の時)などがある。
Examples of positive elements include Al and the like.
Examples of the negative element include Mo, Nb, Ti, Zr, C, W (provided that the content is 2.5 mass% or more).
Examples of the neutral element include Cr, Co, Fe, and W (provided that the content is 2.5 mass% or less).

[1.3. 高温引張強度]
合金元素の含有量を最適化すると、実質的にフレッケル偏析のないNi基合金を得ることができる。また、このようなNi基合金に対して適切な熱処理を施すと、母相中にγ'相が析出した組織を有し、かつ、高い高温引張強度を有するNi基合金が得られる。
具体的には、各合金元素の含有量及び熱処理条件を最適化すると、650℃での引張強度が1200MPa以上となる。
合金元素の含有量をさらに最適化すると、650℃での引張強度が1300MPa以上となる。
[1.3. High temperature tensile strength]
By optimizing the content of alloying elements, it is possible to obtain a Ni-based alloy that is substantially free of Flekkel segregation. Further, when such a Ni-based alloy is appropriately heat-treated, a Ni-based alloy having a structure in which the γ'phase is precipitated in the matrix phase and having a high high-temperature tensile strength can be obtained.
Specifically, when the content of each alloy element and the heat treatment conditions are optimized, the tensile strength at 650 ° C. becomes 1200 MPa or more.
When the content of the alloying element is further optimized, the tensile strength at 650 ° C. becomes 1300 MPa or more.

[2. Ni基合金の製造方法]
本発明に係るNi基合金の製造方法は、
Ni基合金の液相密度差Δρ(=ρ0−ρ0.35)と、フレッケル偏析生成の臨界値α(=V×R1.1)との関係を表す予測式を、Δρ≧0である場合(浮上型)とΔρ<0である場合(沈降型)に分けて、それぞれ、予め取得しておく予測式取得工程と、
製造しようとする合金(X)の組成に基づいて、前記合金(X)の液相密度差ΔρXを算出するΔρ算出工程と、
算出された前記ΔρXを前記予測式に代入し、前記合金(X)のフレッケル偏析生成の臨界値αXを算出する臨界値算出工程と、
前記αX以上となる条件下において、前記合金(X)を製造する合金製造工程と
を備えている。
但し、
ρ0は、前記Ni合金の母液相(固相率:ゼロ)の密度(g/cm3)、
ρ0.35は、前記Ni合金の濃化液相(固相率:0.35)の密度(g/cm3)、
Vは、前記Ni基合金が凝固する時の冷却速度(℃/min)、
Rは、前記Ni基合金が凝固する時の凝固速度(℃/min)。
[2. Manufacturing method of Ni-based alloy]
The method for producing a Ni-based alloy according to the present invention is
When Δρ ≧ 0 (floating), the prediction formula expressing the relationship between the liquidus density difference Δρ (= ρ 0 −ρ 0.35 ) of the Ni-based alloy and the critical value α (= V × R 1.1) of Feckel segregation formation Type) and when Δρ <0 (precipitation type), respectively, the prediction formula acquisition process to be acquired in advance, and the prediction formula acquisition process.
A Δρ calculation step of calculating the liquidus density difference Δρ X of the alloy (X) based on the composition of the alloy (X) to be produced, and
A critical value calculation step of substituting the calculated Δρ X into the prediction formula to calculate the critical value α X of the Freckell segregation formation of the alloy (X).
It includes an alloy manufacturing process for manufacturing the alloy (X) under the condition of α X or more.
However,
ρ 0 is the density (g / cm 3 ) of the mother-liquid phase (solid phase ratio: zero) of the Ni alloy.
ρ 0.35 is the density (g / cm 3 ) of the concentrated liquid phase (solid phase ratio: 0.35) of the Ni alloy.
V is the cooling rate (° C./min) when the Ni-based alloy solidifies.
R is the solidification rate (° C./min) when the Ni-based alloy solidifies.

合金製造工程は、具体的には、
(a)所定の組成となるように配合された原料を、αX以上となる条件下において溶解・鋳造する溶解鋳造工程と、
(b)得られた鋳塊に対して均質化熱処理を行う均熱化処理工程と、
(c)均質化熱処理後の素材に対して熱間加工を行う熱間加工工程と、
(d)熱間加工後の素材に対して固溶化熱処理を行う固溶化熱処理工程と、
(e)固溶化熱処理後の素材に対して時効処理を行う時効処理工程と
を備えている。
Specifically, the alloy manufacturing process
(A) A melting and casting step in which raw materials blended to have a predetermined composition are melted and cast under conditions of α X or higher.
(B) A soaking process in which the obtained ingot is homogenized and heat-treated, and
(C) A hot working step of performing hot working on the material after homogenization heat treatment, and
(D) A solution heat treatment step of performing a solution heat treatment on the material after hot working,
(E) It is provided with an aging treatment step of performing an aging treatment on the material after the solution heat treatment.

[2.1. 予測式取得工程]
まず、Ni基合金の液相密度差Δρ(=ρ0−ρ0.35)と、フレッケル偏析生成の臨界値α(=V×R1.1)との関係を表す予測式を、Δρ≧0である場合(浮上型)とΔρ<0である場合(沈降型)に分けて、それぞれ、予め取得しておく(予測式取得工程)。予測式取得工程の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
[2.1. Prediction formula acquisition process]
First, when the prediction formula expressing the relationship between the liquid phase density difference Δρ (= ρ 0 −ρ 0.35 ) of the Ni-based alloy and the critical value α (= V × R 1.1) of the Freckel segregation formation is Δρ ≧ 0. It is divided into (floating type) and the case where Δρ <0 (precipitation type), and each is acquired in advance (prediction formula acquisition step). Since the details of the prediction formula acquisition process are as described above, the description thereof will be omitted.

[2.2. Δρ算出工程]
次に、製造しようとする合金(X)の組成に基づいて、前記合金(X)の液相密度差ΔρXを算出する(Δρ算出工程)。Δρ算出工程の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
[2.2. Δρ calculation process]
Next, the liquidus density difference Δρ X of the alloy (X) is calculated based on the composition of the alloy (X) to be produced (Δρ calculation step). Since the details of the Δρ calculation step are as described above, the description thereof will be omitted.

[2.3. 臨界値算出工程]
次に、算出された前記ΔρXを前記予測式に代入し、前記合金(X)のフレッケル偏析生成の臨界値αXを算出する(臨界値算出工程)。臨界値算出工程の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
[2.3. Critical value calculation process]
Next, the calculated Δρ X is substituted into the prediction formula, and the critical value α X of the Freckell segregation formation of the alloy (X) is calculated (critical value calculation step). The details of the critical value calculation step are as described above, and thus the description thereof will be omitted.

[2.4. 合金製造工程]
次に、前記αX以上となる条件下において、前記合金(X)を製造する(合金製造工程)。
[2.4.1. 溶解・鋳造工程]
まず、所定の組成となるように配合された原料を、αX以上となる条件下で溶解・鋳造する(溶解・鋳造工程)。溶解・鋳造の方法及び条件は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な方法及び条件を選択することができる。溶解・鋳造方法としては、例えば、エレクトロスラグ再溶解(ESR)法、真空アーク再溶解(VAR)法などがある。
[2.4. Alloy manufacturing process]
Next, the alloy (X) is manufactured under the condition of α X or higher (alloy manufacturing step).
[2.4.1. Melting / casting process]
First, the raw materials blended so as to have a predetermined composition are melted and cast under the condition of α X or more (melting / casting step). The melting / casting method and conditions are not particularly limited, and the optimum method and conditions can be selected according to the purpose. Examples of the melting / casting method include an electroslag remelting (ESR) method and a vacuum arc remelting (VAR) method.

[2.4.2. 均質化熱処理工程]
次に、得られた鋳塊に対し、均質化熱処理を行う。均質化熱処理は、鋳造時に生じた偏析を除去するために行われる。均質化熱処理の条件は、このような効果を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。通常、均質化熱処理は、温度:1100℃〜1220℃、時間:10hr以上の条件で、鋳塊を加熱保持することにより行う。
[2.4.2. Homogenization heat treatment process]
Next, the obtained ingot is subjected to a homogenizing heat treatment. The homogenization heat treatment is performed to remove segregation generated during casting. The conditions of the homogenizing heat treatment are not particularly limited as long as such effects are obtained. Usually, the homogenizing heat treatment is performed by heating and holding the ingot under the conditions of temperature: 1100 ° C. to 1220 ° C. and time: 10 hr or more.

[2.4.3. 熱間鍛造工程]
次に、均質化熱処理後の素材を熱間鍛造する。熱間鍛造は、粗大な鋳造組織を破壊し、組織を微細化するために行われる。熱間鍛造の条件は、このような効果を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。通常、熱間鍛造は、1100℃〜1160℃の条件で素材を加熱し、鍛造終止温度:1100℃の条件下で鍛造し、その後空冷することにより行う。なお、熱間鍛造は、均質化熱処理を行った後、素材を室温まで冷却することなく、連続して実施しても良い。
[2.4.3. Hot forging process]
Next, the material after the homogenization heat treatment is hot forged. Hot forging is performed to destroy the coarse cast structure and miniaturize the structure. The conditions for hot forging are not particularly limited as long as such effects are exhibited. Usually, hot forging is performed by heating the material under the conditions of 1100 ° C. to 1160 ° C., forging under the condition of forging end temperature: 1100 ° C., and then air-cooling. The hot forging may be continuously performed after the homogenizing heat treatment without cooling the material to room temperature.

[2.4.4. 固溶化熱処理工程]
次に、熱間鍛造後の素材に対して、固溶化熱処理を行う。固溶化熱処理は、素材をオーステナイト単相にするために行う。固溶化熱処理の条件は、このような効果を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。通常、固溶化熱処理は、温度:1000℃〜1160℃×加熱時間:3hr〜5hrの条件の下で素材を加熱し、冷却することにより行う。冷却方法としては、例えば、空冷、衝風冷却、油冷、水冷などがある。
[2.4.4.4. Solution heat treatment process]
Next, the material after hot forging is subjected to solution heat treatment. The solution heat treatment is performed to make the material austenite single phase. The conditions of the solution heat treatment are not particularly limited as long as such effects are obtained. Usually, the solution heat treatment is performed by heating and cooling the material under the conditions of temperature: 1000 ° C. to 1160 ° C. × heating time: 3 hr to 5 hr. Examples of the cooling method include air cooling, impulse cooling, oil cooling, and water cooling.

[2.4.5. 時効処理工程]
次に、固溶化熱処理後の素材に対して、時効処理を行う。時効処理は、母相中にγ'相を析出させるために行う。時効処理の条件は、このような効果を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。通常、時効処理は、素材を700℃〜900℃において、10hr〜24hr加熱することにより行う。熱処理後、空冷にて冷却を行う。
[2.4.5. Aging process]
Next, the material after the solution heat treatment is subjected to an aging treatment. The aging treatment is carried out to precipitate the γ'phase in the mother phase. The conditions of the aging treatment are not particularly limited as long as they exert such an effect. Usually, the aging treatment is performed by heating the material at 700 ° C. to 900 ° C. for 10 hr to 24 hr. After heat treatment, it is cooled by air cooling.

[3. 作用]
Ni基合金をゆっくりと凝固させると、凝固の進行に伴い溶質が所定の比率で固相と液相に分配される。その結果、凝固中に、母液相とは密度が異なる濃化液相が生成する。フレッケル偏析は、母液相と濃化液相との間の液相密度差Δρを駆動力として成長すると考えられている。一般に、Δρが大きくなるほど、フレッケル偏析が大きくなる。
[3. Action]
When the Ni-based alloy is slowly solidified, the solute is distributed into the solid phase and the liquid phase at a predetermined ratio as the solidification progresses. As a result, during solidification, a concentrated liquid phase having a density different from that of the mother liquid phase is generated. Freckell segregation is thought to grow with the liquid phase density difference Δρ between the mother liquid phase and the concentrated liquid phase as the driving force. In general, the larger Δρ, the larger the Freckel segregation.

一方、各合金元素は、Δρを大きくする元素、Δρを小さくする元素、及び、Δρにほとんど影響を与えない元素に大別される。そのため、目的とする特性を得るために不可欠な元素の含有量を維持したまま、他の元素の含有量を増減させると、Δρを所定の範囲内に収めることができる。その結果、生産効率及び要求される特性(例えば、高温引張強度)を損なうことなく、フレッケル偏析の生成を抑制することができる。 On the other hand, each alloy element is roughly classified into an element that increases Δρ, an element that decreases Δρ, and an element that has almost no effect on Δρ. Therefore, if the content of other elements is increased or decreased while maintaining the content of the element essential for obtaining the desired property, Δρ can be kept within a predetermined range. As a result, the formation of Freckell segregation can be suppressed without impairing production efficiency and required properties (eg, high temperature tensile strength).

(実施例1〜24、比較例1〜7)
[1. 試料の作製]
表1に示す化学成分のNi基合金50kgを高周波誘導炉にて溶製した。溶製したインゴットに対し、1100〜1220℃で16時間の均質化熱処理を実施した。その後、φ30mmの棒材に熱間鍛造加工した。
次に、熱間鍛造加工した材料に対し、1000〜1160℃の固溶化熱処理を施した。さらに、固溶化熱処理後の材料に対し、700〜900℃で1段若しくは2段階以上の時効処理を行った。
(Examples 1 to 24, Comparative Examples 1 to 7)
[1. Preparation of sample]
50 kg of Ni-based alloys having the chemical components shown in Table 1 were melted in a high-frequency induction furnace. The molten ingot was subjected to a homogenization heat treatment at 1100 to 1220 ° C. for 16 hours. Then, a rod having a diameter of 30 mm was hot forged.
Next, the hot forged material was subjected to a solution heat treatment at 1000 to 1160 ° C. Further, the material after the solution heat treatment was subjected to one-step or two-step or more aging treatment at 700 to 900 ° C.

[2. 試験方法]
[2.1. 液相密度差Δρの算出]
熱物性計算ソフト:JMatPro(登録商標)を用いて、母液相の密度ρ0、及び固相率が0.35である時の濃化液相の密度ρ0.35を算出した。さらに、母液相の密度及び濃化液相の密度から、液相密度差Δρを算出した。
[2. Test method]
[2.1. Calculation of liquidus density difference Δρ]
Thermophysical properties calculation software: JMatPro using (R), the density was calculated [rho 0.35 thickening liquid phase when the density [rho 0 of the mother liquid phase and solid phase ratio is 0.35. Further, the liquid phase density difference Δρ was calculated from the density of the mother liquid phase and the density of the concentrated liquid phase.

[2.2. VR1.1の予測]
算出した液相密度差Δρが浮上型(Δρ≧0)である場合には、上述した式(3)に代入し、VR1.1を求めた。
また、算出した液相密度差Δρが沈降型(Δρ<0)である場合には、上述した式(4)に代入し、VR1.1を求めた。
[2.2. VR 1.1 Forecast]
When the calculated liquidus density difference Δρ was a floating type (Δρ ≧ 0), it was substituted into the above equation (3) to obtain VR 1.1.
When the calculated liquidus density difference Δρ is a sedimentation type (Δρ <0), it is substituted into the above equation (4) to obtain VR 1.1.

[2.3. フレッケル欠陥発生有無]
作製された試料を切断し、切断面をマクロ組織観察し、フレッケル欠陥の発生の有無を確認した。
[2.4. 高温引張試験]
上記の鍛造加工した素材を固溶化熱処理後、1段若しくは2段以上の時効処理を実施した。その後、平行部径8mm、標点距離40mmの試料を作製し、JIS G 0567に準拠して、高温引張試験を行った。試験温度は、650℃とした。
[2.3. Presence or absence of freckle defects]
The prepared sample was cut, and the cut surface was observed with a macrostructure to confirm the presence or absence of Freckell defects.
[2.4. High temperature tensile test]
After the solution heat treatment of the forged material, one step or two or more steps of aging treatment were carried out. Then, a sample having a parallel portion diameter of 8 mm and a gauge point distance of 40 mm was prepared and subjected to a high-temperature tensile test in accordance with JIS G 0567. The test temperature was 650 ° C.

[3. 結果]
表1に、結果を示す。また、図1に、液相密度差ΔρとVR1.1との関係を示す。表1、及び、図1より、以下のことが分かる。
[3. result]
Table 1 shows the results. Further, FIG. 1 shows the relationship between the liquid phase density difference Δρ and VR 1.1. From Table 1 and FIG. 1, the following can be seen.

Figure 2021116432
Figure 2021116432

(1)液相密度差Δρが−0.050超0.015未満である場合、フレッケル欠陥のない鋳塊が得られた。
(2)鋳造時にフレッケル欠陥が発生した場合、時効処理を行っても、高温引張強度が低い。一方、鋳造時にフレッケル欠陥が発生しなかった場合、時効処理により、高温引張強度は、いずれも1200MPa以上となった。
(1) When the liquidus density difference Δρ was more than −0.05 and less than 0.015, an ingot without Freckell defects was obtained.
(2) If a Freckell defect occurs during casting, the high-temperature tensile strength is low even after aging treatment. On the other hand, when the Freckell defect did not occur during casting, the high-temperature tensile strength was 1200 MPa or more due to the aging treatment.

(実施例25)
[1. 試験方法]
実施例1の組成をベース組成とした。ベース組成に含まれる一部の元素の含有量を増減させた試料について、理論計算により液相密度差Δρを算出した。さらに、上述した式(3)及び式(4)を用いて、フレッケル偏析の臨界値α(予測値)を算出した。
(Example 25)
[1. Test method]
The composition of Example 1 was used as the base composition. The liquidus density difference Δρ was calculated by theoretical calculation for the sample in which the content of some elements contained in the base composition was increased or decreased. Further, the critical value α (predicted value) of Feckel segregation was calculated using the above-mentioned equations (3) and (4).

[2. 結果]
元素(M)の含有量がベース組成からΔx(mass%)だけずれた時に、Δρがどのように変化するかを見積もった。図2(A)〜図2(F)に、それぞれ、液相密度差Δρに及ぼすC、Cr、Co、Fe、Mo、又はWの含有量の差Δxの影響を示す。図3(A)〜図3(D)に、それぞれ、液相密度差Δρに及ぼすNb、Ti、Zr、又はAlの含有量の差Δxの影響を示す。図2及び図3より、以下のことが分かる。
[2. result]
It was estimated how Δρ changes when the element (M) content deviates from the base composition by Δx (mass%). 2 (A) to 2 (F) show the influence of the difference Δx in the contents of C, Cr, Co, Fe, Mo, or W on the liquid phase density difference Δρ, respectively. 3 (A) to 3 (D) show the influence of the difference Δx in the contents of Nb, Ti, Zr, or Al on the liquid phase density difference Δρ, respectively. The following can be seen from FIGS. 2 and 3.

(1)元素(M)の種類によって、Δρに与えるΔxの影響が大きく異なった。元素(M)は、Δxの増加に伴って、Δρが増加するもの、Δρが減少するもの、及びΔρが増減しないものに大別される。
(2)元素(M)の中でも、Al及びMoは、僅かなΔxの変化によって、Δρが大きく変化することが分かった。
(3)元素(M)の中では、Mo、Nb、Tiは、Δxの増加に伴い、Δρは減少することが分かった。
(4)元素(M)の中では、Cr、Co、Fe、Wは、Δxがマイナスの値からゼロの値への変化に伴うΔρの変化量、及びΔxがゼロの値からプラスの値への変化に伴うΔρの変化量が2段階で異なる増減傾向を示すことが分かった。
(5)元素(M)の中では、Alは、Δxの増加に伴い、Δρが増加することが分かった。
(1) The influence of Δx on Δρ was significantly different depending on the type of element (M). The element (M) is roughly classified into those in which Δρ increases, those in which Δρ decreases, and those in which Δρ does not increase or decrease as Δx increases.
(2) Among the elements (M), Al and Mo were found to have a large change in Δρ with a slight change in Δx.
(3) Among the elements (M), it was found that for Mo, Nb, and Ti, Δρ decreased as Δx increased.
(4) Among the elements (M), Cr, Co, Fe, and W are the amount of change in Δρ that accompanies the change in Δx from a negative value to a value of zero, and the value of Δx from a value of zero to a positive value. It was found that the amount of change in Δρ with the change of was different in two stages.
(5) Among the elements (M), it was found that Δρ of Al increases as Δx increases.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明に係るNi基合金は、タービンの動翼や静翼、ターボチャージャーなどに用いることができる。 The Ni-based alloy according to the present invention can be used for moving blades, stationary blades, turbochargers and the like of turbines.

Claims (13)

液相密度差Δρ(=ρ0−ρ0.35)が−0.050超0.015未満であるNi基合金。
但し、
ρ0は、前記Ni合金の母液相(固相率:ゼロ)の密度(g/cm3)、
ρ0.35は、前記Ni合金の濃化液相(固相率:0.35)の密度(g/cm3)。
A Ni-based alloy having a liquidus density difference Δρ (= ρ 0 −ρ 0.35 ) of more than −0.05 and less than 0.015.
However,
ρ 0 is the density (g / cm 3 ) of the mother-liquid phase (solid phase ratio: zero) of the Ni alloy.
ρ 0.35 is the density (g / cm 3 ) of the concentrated liquid phase (solid phase ratio: 0.35) of the Ni alloy.
0.05≦C≦0.10mass%、
11.0≦Cr≦19.0mass%、
1.0≦Co≦22.0mass%、
0.5≦Fe≦10.0mass%、
2.5≦Mo≦5.0mass%、
1.0≦W≦5.0mass%、
0.3≦Nb≦2.0mass%、
3.0≦Al≦4.0mass%、及び、
0.2≦Ti≦2.49mass%
を含み、残部がNi及び不可避的不純物からなる請求項1に記載のNi基合金。
0.05 ≤ C ≤ 0.10 mass%,
11.0 ≤ Cr ≤ 19.0 mass%,
1.0 ≤ Co ≤ 22.0 mass%,
0.5 ≤ Fe ≤ 10.0 mass%,
2.5 ≤ Mo ≤ 5.0 mass%,
1.0 ≤ W ≤ 5.0 mass%,
0.3 ≤ Nb ≤ 2.0 mass%,
3.0 ≤ Al ≤ 4.0 mass%, and
0.2 ≤ Ti ≤ 2.49 mass%
The Ni-based alloy according to claim 1, wherein the balance is composed of Ni and unavoidable impurities.
0.09≦Si≦0.15mass%、
0.001≦B≦0.03mass%、及び、
0.04≦Zr≦0.1mass%
からなる群から選ばれるいずれか1以上の元素をさらに含む請求項2に記載のNi基合金。
0.09 ≤ Si ≤ 0.15 mass%,
0.001 ≤ B ≤ 0.03 mass%, and
0.04 ≤ Zr ≤ 0.1 mass%
The Ni-based alloy according to claim 2, further comprising any one or more elements selected from the group consisting of.
1.0≦Ta≦2.0mass%をさらに含む請求項2又は3に記載のNi基合金。 The Ni-based alloy according to claim 2 or 3, further comprising 1.0 ≦ Ta ≦ 2.0 mass%. 650℃での引張強度が1200MPa以上である請求項1から4までのいずれか1項に記載のNi基合金。 The Ni-based alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein the tensile strength at 650 ° C. is 1200 MPa or more. 650℃での引張強度が1300MPa以上である請求項1から5までのいずれか1項に記載のNi基合金。 The Ni-based alloy according to any one of claims 1 to 5, wherein the tensile strength at 650 ° C. is 1300 MPa or more. Ni基合金の液相密度差Δρ(=ρ0−ρ0.35)と、フレッケル偏析生成の臨界値α(=V×R1.1)との関係を表す予測式を、Δρ≧0である場合(浮上型)とΔρ<0である場合(沈降型)に分けて、それぞれ、予め取得しておく予測式取得工程と、
製造しようとする合金(X)の組成に基づいて、前記合金(X)の液相密度差ΔρXを算出するΔρ算出工程と、
算出された前記ΔρXを前記予測式に代入し、前記合金(X)のフレッケル偏析生成の臨界値αXを算出する臨界値算出工程と、
前記αX以上となる条件下において、前記合金(X)を製造する合金製造工程と
を備えたNi基合金の製造方法。
但し、
ρ0は、前記Ni合金の母液相(固相率:ゼロ)の密度(g/cm3)、
ρ0.35は、前記Ni合金の濃化液相(固相率:0.35)の密度(g/cm3)、
Vは、前記Ni基合金が凝固する時の冷却速度(℃/min)、
Rは、前記Ni基合金が凝固する時の凝固速度(℃/min)。
When Δρ ≧ 0 (floating), the prediction formula expressing the relationship between the liquidus density difference Δρ (= ρ 0 −ρ 0.35 ) of the Ni-based alloy and the critical value α (= V × R 1.1) of Feckel segregation formation Type) and when Δρ <0 (precipitation type), respectively, the prediction formula acquisition process to be acquired in advance, and the prediction formula acquisition process.
A Δρ calculation step of calculating the liquidus density difference Δρ X of the alloy (X) based on the composition of the alloy (X) to be produced, and
A critical value calculation step of substituting the calculated Δρ X into the prediction formula to calculate the critical value α X of the Freckell segregation formation of the alloy (X).
A method for producing a Ni-based alloy, which comprises an alloy manufacturing step for manufacturing the alloy (X) under the condition of α X or more.
However,
ρ 0 is the density (g / cm 3 ) of the mother-liquid phase (solid phase ratio: zero) of the Ni alloy.
ρ 0.35 is the density (g / cm 3 ) of the concentrated liquid phase (solid phase ratio: 0.35) of the Ni alloy.
V is the cooling rate (° C./min) when the Ni-based alloy solidifies.
R is the solidification rate (° C./min) when the Ni-based alloy solidifies.
前記合金(X)は、前記液相密度差Δρ(=ρ0−ρ0.35)が−0.050超0.015未満である請求項7に記載のNi基合金の製造方法。 The method for producing a Ni-based alloy according to claim 7, wherein the alloy (X) has a liquidus density difference Δρ (= ρ 0 −ρ 0.35) of more than −0.050 and less than 0.015. 前記合金(X)は、
0.05≦C≦0.10mass%、
11.0≦Cr≦19.0mass%、
1.0≦Co≦22.0mass%、
0.5≦Fe≦10.0mass%、
2.5≦Mo≦5.0mass%、
1.0≦W≦5.0mass%、
0.3≦Nb≦2.0mass%、
3.0≦Al≦4.0mass%、及び、
0.2≦Ti≦2.49mass%
を含み、残部がNi及び不可避的不純物からなる請求項7又は8に記載のNi基合金の製造方法。
The alloy (X) is
0.05 ≤ C ≤ 0.10 mass%,
11.0 ≤ Cr ≤ 19.0 mass%,
1.0 ≤ Co ≤ 22.0 mass%,
0.5 ≤ Fe ≤ 10.0 mass%,
2.5 ≤ Mo ≤ 5.0 mass%,
1.0 ≤ W ≤ 5.0 mass%,
0.3 ≤ Nb ≤ 2.0 mass%,
3.0 ≤ Al ≤ 4.0 mass%, and
0.2 ≤ Ti ≤ 2.49 mass%
The method for producing a Ni-based alloy according to claim 7 or 8, wherein the balance is composed of Ni and unavoidable impurities.
前記合金(X)は、
0.09≦Si≦0.15mass%、
0.001≦B≦0.03mass%、及び、
0.04≦Zr≦0.1mass%
からなる群から選ばれるいずれか1以上の元素をさらに含む請求項9に記載のNi基合金の製造方法。
The alloy (X) is
0.09 ≤ Si ≤ 0.15 mass%,
0.001 ≤ B ≤ 0.03 mass%, and
0.04 ≤ Zr ≤ 0.1 mass%
The method for producing a Ni-based alloy according to claim 9, further comprising any one or more elements selected from the group consisting of.
前記合金(X)は、1.0≦Ta≦2.0mass%をさらに含む請求項9又は10に記載のNi基合金の製造方法。 The method for producing a Ni-based alloy according to claim 9 or 10, wherein the alloy (X) further contains 1.0 ≦ Ta ≦ 2.0 mass%. 前記合金(X)は、650℃での引張強度が1200MPa以上である請求項7から11までのいずれか1項に記載のNi基合金の製造方法。 The method for producing a Ni-based alloy according to any one of claims 7 to 11, wherein the alloy (X) has a tensile strength of 1200 MPa or more at 650 ° C. 前記合金(X)は、650℃での引張強度が1300MPa以上である請求項7から12までのいずれか1項に記載のNi基合金の製造方法。 The method for producing a Ni-based alloy according to any one of claims 7 to 12, wherein the alloy (X) has a tensile strength of 1300 MPa or more at 650 ° C.
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