JPH01272736A - 高靭性耐熱合金 - Google Patents

高靭性耐熱合金

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JPH01272736A
JPH01272736A JP10124988A JP10124988A JPH01272736A JP H01272736 A JPH01272736 A JP H01272736A JP 10124988 A JP10124988 A JP 10124988A JP 10124988 A JP10124988 A JP 10124988A JP H01272736 A JPH01272736 A JP H01272736A
Authority
JP
Japan
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alloy
toughness
heat
resistant alloy
kinds
Prior art date
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Pending
Application number
JP10124988A
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English (en)
Inventor
Motoaki Imamura
今村 元昭
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】
(産業上の利用分野) この発明は、耐熱性に優れ、しかも強度および靭性にも
潰れていることが要求される部品、例えばガスタービン
ブレードやディスク等の部品の素材として利用するのに
適したNi基の高靭性耐熱合金に関するものである。 (従来の技術) Ni基の耐熱合金は、耐熱性に優れ、強度および靭性に
もある程度優れているので、ガスタービンのブレード、
ベーンノズル、燃焼室などを構成する素材として多く用
いられている。このNi基の耐熱合金にはかなり多くの
種類のものがあり、それらの1つとして、C,Cr、G
o、Mo、Ti、AJI、Wをそれぞれ所要量含有する
Ni基の耐熱合金がU320の名称で知られている。そ
して、このNi基耐熱合金は、耐熱性に優れていると共
に、高温強度が優れているので、ガスタービンのブレー
ド用素材として多く用いられている。 (発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記したNi基耐熱合金においてはその
靭性をさらに向上させることが要望され、タービンブレ
ードを通過する流気中に異物などが混入されていたとき
に、この異物の衝突によってもタービンブレードが容易
に破損を生じないようにすることが要望されており、耐
熱性および高温強度に優れているNi基耐熱合金におI
/1て、その衝撃値が高く、高温靭性にさらに優れたも
のとすることが課題となっていた。 (発明の目的) この発明は、上記した従来の課題を解決し、熱間加工性
が良好であり、かつまた耐熱性および高温強度に優れ、
さらには高温靭性もより一層優れており、例えばタービ
ンブレードの素材として用いた場合において当該タービ
ンブレードが異物の衝突によって容易に破損することが
なI、%ようにすることが可能である高靭性耐熱合金を
提供することを目的としている。
【発明の構成】
(課題を解決するための手段) この発明に係る高靭性耐熱合金は、重量%で、C:0.
01〜0.2%、Cr:16〜22%、Mo:4〜10
%、W:0.5〜4%、CO: 8〜15%、Ti:2
〜4%、A交: 1〜3%、B:0.001〜0.02
%、 Zr:0.01〜0.5%、およびCa、Mgの
うちから選ばれる1種または2種:0.OO1〜0.0
2%、さらにYおよび希土類元素のうちから選ばれる1
種または2種以上:O,OO1〜0.02%を含み、残
部Niおよび不純物からなるものであり、このようなN
i基耐熱合金の組成としたことを上記した従来の課題を
解決するための手段としたことを特徴としている。 次に、この発明に係る高靭性Ni基耐熱合金における各
成分元素の含有量の範囲(重量%)の限定理由を述べる
。 C:0.01−0.2% Cは粒界に炭化物として析出することによって結晶粒の
成長を抑える作用を有するほかに、粒界の辷りに対する
抵抗を増加させるうえで重要な元素である。しかし、0
.01%未満ではこのような効果は顕著でなく、0.2
%を超すとTiとの炭化物量が増加するために靭性が損
われるので、0.01〜0.2%の範囲とした。 Cr:16〜22% Crは耐高温酸化性の向上に有効であるため耐熱合金と
して不可欠な元素であり、高温まで強固な保護被膜を生
成させるようにするためには、少なくとも16%の添加
が必要である。しかし、長時間使用しても組織的に安定
でかつ靭性を著しく低下させないようにするためには2
2%を超えてはいけない、したがって、Crの添加量は
16〜22%の範囲とした。 MO:4〜lO% MOは基地の固溶強化元素としてWと共ド重要な元素で
あり、高温靭性の向上に有効な元素である。そして、こ
の効果が顕著に表れるのは4%以上であるが、10%を
超えると熱間加工が著しく困難となるので、MOの添加
量は4〜lO%の範囲とした。 W:0.5〜4% WはMOと同様に基地の固溶強化に寄与し、高温靭性の
向上に有効な元素であるが、0.5%よりも少ないとそ
の効果は大きくなく、4%を超えると密度の増加のため
その効果が相殺されてしまうので、Wの添加量は0.5
〜4%の範囲とした。 Co:8〜15% COは基地に固溶して組織を高温まで安定化し、高温強
度を向上させるとともに、クリープ強度を高めるのに効
果がある。しかし、この効果はCO量が8%未満では少
なく、15%を超えると熱間加工性が低下し、かつまた
コスト高となるので、COの添加量は8〜15%の範囲
とした。 Ti:2〜4% TiはAfLと共に金属間化合物γ’  [=Ni3(
AM、Ti)]を生成し、時効硬化して高温強度を向上
させるために必要な元素である。しかし、2%未満では
十分な強度が得られず、4%超過では熱間加工性を害す
るので、Tiの添加量は2〜4%の範囲とした。 Ai:1〜3% AnはTiと同様に金属間化合物γ′の生成元素であり
、γ′の析出によって基地を強化し、高温まで強度を支
えるためには少なくとも1%の添加が必要である。しか
し、T i +AfLの合計量が7%を超すと熱間加工
性が極めて悪くなり、鍛造による成形が困難となるので
、AfLの添加量は1〜3%の範囲に限定した。 B:0.OO1〜0.02% BはZrと共にクリープ強度を高めるのに効果があるが
、0.001%未満ではその効果は著しく少なく、0.
02%を超えると熱間加工が困難となるので、Bの添加
量は0.001 NO,02%の範囲とした。 zr:o、ot 〜0.5% ZrもBと同様に粒界を強化してクリープに対する抵抗
を著しく増大させる。しかし、0.01%未満ではその
効果は著しく大きくなく、0.5%超過では熱間加工性
が損われるので、Zrの添加量は0.01〜0.5%の
範囲とした。 Ca 、 M gのうちから選ばれる1sまたは2種二
0.001〜0.02% Ca、MgはBと共存する場合にとくに熱間加工性を著
しく向上させる。そして、この効果を発揮させるために
は0.001%以上必要であるが0.02%を超すと低
融点の共晶化合物を生成するため熱間加工性を害するの
で、Ca、Mgのうちから選ばれる1種または2種で0
.001〜0.02%の範囲とした。 Yおよび希土類元素のうちから選ばれる1種または2種
以上:0.0OL−0,02% YおよびLaなどの希土類元素は、Ca 、 M gと
同様に酸素や硫黄等と結合して安定な化合物を作り、清
浄度を上げるのに効果がある。また、YおよびLaなと
の希土類元素による靭性向上は粒界の清浄化による粒界
強度の増大に帰することができ、亀裂の粒界伝播に対す
る抵抗力を増すことができる。そして、このような効果
が発揮されるのはYおよびLaなどの希土類元素の1種
または2種以上の合計が0.001%以上においてであ
り、0.02%を超すとNiとの低融点共晶化合物を作
り、熱間加工性を害するのみでなく、クリープ破断延性
および靭性をも低下するので、YおよびLaなどの希土
類元素のうちから選ばれる1種または2種以上の合計で
0.001〜0.02%の範囲とした。 (実施例) 夫ム勇ユ 小型の真空誘導溶解炉によって成分組成の異なるNi基
耐熱合金を溶製し、WIJ1表に示す成分組成の30K
gインゴットを調製した。 次いで、各インゴットに対して均熱処理および鍛伸加工
を行い、20mm角まで鍛伸加工したのも多段熱処理を
行って衝撃試験片を作製した。ここで作製した衝撃試験
片は、サブサイズ(7,5X10X55mm)のもので
あり、802℃における衝撃エネルギーで評価した。こ
の結果を同じく第1表および第1図に示す、また、比較
例1および発明例3のものについて、熱処理後のミクロ
組織(100倍)を調べた。この結果を第2図および第
3図に示す、さらに、比較例1および発明例3のものに
ついて、高温衝撃試験後の破面組織(500倍)を調べ
た。この結果を第4図および第5図に示す。 第1表および第1図に示すように、希土類元素であるL
aの添加量を増大させることによって、高温での衝撃値
は高くなることが確かめられ、熱間加工性を低下させな
いようにするためにLaの添加量は0.001〜0.0
2%の範囲とするのが良いことが確かめられた。 また、各試験片の結晶粒度番号を調べたところ、第1表
および第2図、第3図に示すように2.8〜3.5の間
にあり、希土類元素であるLaの添加量にほとんど影響
されないことが明らかであり、Laの添加による衝撃値
の向上は結晶粒度以外の要因を考える必要のあることが
わかった。 さらに、第4図および第5図に示すように、衝撃試験後
の破面に関し、Laを添加しないベース合金(比較例1
:第4図)では平滑な粒界破面の占める面積が多いのに
対して、Laを添加した本発明合金(発明例3;第5図
)はデインプルをともなった凹凸の著しい粒内破面が多
くなることが実1目1ス 小型の真空誘導溶解炉によって成分組成の異なるNi基
耐熱合金を溶製し、第2表に示す成分組成の30Kgイ
ンゴットを調製した。 次いで、各インゴットに対して均熱処理および鍛伸加工
を行い、20mm角まで鍛伸加工したのち多段熱処理を
行って衝撃試験片を作製した。ここで作製した衝撃試験
片は、サブサイズ(7,5X10X55mm)(7)も
のであり、802℃における衝撃エネルギーで評価した
。この結果を同じく第2表に示す。 、ノ ′J7: 第2表に示す結果より明らかなように、本発明成分を満
足する発明例5〜13の場合にはいずれも高温での衝撃
値が高いものとなっていた。また、衝撃試験片を作製す
る際の熱間加工性も良好なものであった。 これに対して、C含有量が少なすぎる比較例2、Cr含
有量が多すぎる比較例3.La含有量が多すぎる比較例
4はいずれも衝撃値が低いものであった。
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、この発明に係る高靭性耐
熱合金は、その成分組成が、重量%で、C:0.01〜
0.2%、Cr:16〜22%、Mo:4〜10%、W
:0.5〜4%、CO:8〜15%、Ti:2〜4%、
AfL:1〜3%、B:0.001〜0.02%、Zr
:0.01〜0.5%、およびCa、Mgのうちから選
ばれる1種または2種:0.001 NO,02%、さ
らにYおよび希土類元素のうちから選ばれる1種または
2種以上:0.001〜0.02%を含み、残部Niお
よび不純物からなるものであるから、熱間鍛造などによ
ってタービンブレードやノズルなどを製作する場合の熱
間加工性に優れており、耐熱性お・よび高温強度にも優
れており、さらには高温靭性にもより優れたものとなっ
ていることから1例えばタービンブレードに異物が衝突
した場合における耐損傷性を著しく向上させることが可
能になるという優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1で用いた組成の合金中のLa含有量と
衝撃値との関係(かっこ内の数値は結晶粒度番号)を示
すグラフ、第2図および第3図はそれぞれ比較例1およ
び発明例3の合金からなる試験片の熱処理後における金
属組織を示す図面代用顕微鏡写真(100倍)、第4図
および第5図はそれぞれ比較例1t3よび発明例3の合
金からなる試験片の高温衝撃試験後の破面における金属
組織を示す図面代用電子111!鏡写真(500倍)で
ある。 特許出願人   大同特殊鋼株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%で、C:0.01〜0.2%、Cr:16
    〜22%、Mo:4〜10%、W:0.5〜4%、Co
    :8〜15%、Ti:2〜4%、Al:1〜3%、B:
    0.001〜0.02%、Zr:0.01〜0.5%、
    およびCa、Mgのうちから選ばれる1種または2種: 0.001〜0.02%、さらにYおよび希土類元素の
    うちから選ばれる1種または2種以上:0.001〜0
    .02%を含み、残部Niおよび不純物からなることを
    特徴とする高靭性耐熱合金。
JP10124988A 1988-04-26 1988-04-26 高靭性耐熱合金 Pending JPH01272736A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000502405A (ja) * 1995-12-21 2000-02-29 テレダイン インダストリーズ インコーポレイテッド リン及び硼素の水準の調整によるニッケル―クロム―コバルト合金の応力破壊特性
JP2007113057A (ja) * 2005-10-19 2007-05-10 Daido Steel Co Ltd 高温における強度特性にすぐれた排気バルブ用耐熱合金

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000502405A (ja) * 1995-12-21 2000-02-29 テレダイン インダストリーズ インコーポレイテッド リン及び硼素の水準の調整によるニッケル―クロム―コバルト合金の応力破壊特性
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