JPH02301538A - 析出強化型Ni基単結晶鋳造合金 - Google Patents
析出強化型Ni基単結晶鋳造合金Info
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- JPH02301538A JPH02301538A JP12043589A JP12043589A JPH02301538A JP H02301538 A JPH02301538 A JP H02301538A JP 12043589 A JP12043589 A JP 12043589A JP 12043589 A JP12043589 A JP 12043589A JP H02301538 A JPH02301538 A JP H02301538A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、液相線と固相線の幅、すなわち液体と固体
とが共存する界域(以下、凝固温度範囲という)が狭く
、したがって単結晶鋳造組織の形成が容易な析出強化型
Ni基単結晶鋳造合金に関するものである。
とが共存する界域(以下、凝固温度範囲という)が狭く
、したがって単結晶鋳造組織の形成が容易な析出強化型
Ni基単結晶鋳造合金に関するものである。
従来、γ相の素地中に、IN 1 a (Ai’ 、
Ti)1のγ′相や(N ia N b)のγ′相など
の金属間化合物が析出すると共に、結晶構造および結晶
方位が同一の単結晶組織を有し、かつ高強度と、すぐれ
た耐食性および耐応力腐食割れ性を有する析出強化型N
i基単結晶鋳造合金として、例えば特開昭62−170
445号公報に記載される通りの、Cr :12〜30
%、 Nb:0.5〜3%、Ti1l 〜5%、
All 二 〇、2〜3%、を含有し、残り
がNiと不可避不純物からなる組成(以上重量%、以下
%は重量%を示す)を有するものが提案されている。
Ti)1のγ′相や(N ia N b)のγ′相など
の金属間化合物が析出すると共に、結晶構造および結晶
方位が同一の単結晶組織を有し、かつ高強度と、すぐれ
た耐食性および耐応力腐食割れ性を有する析出強化型N
i基単結晶鋳造合金として、例えば特開昭62−170
445号公報に記載される通りの、Cr :12〜30
%、 Nb:0.5〜3%、Ti1l 〜5%、
All 二 〇、2〜3%、を含有し、残り
がNiと不可避不純物からなる組成(以上重量%、以下
%は重量%を示す)を有するものが提案されている。
しかし、上記の従来Ni基単結晶鋳造合金は、上記の通
りすぐれた特性をもつものの、比較的広い凝固温度範囲
をもつものであることから、単結晶鋳造組織とするため
には、一方向凝固炉において、鋳片引下げ速度をかなり
遅くしなければならず、それだけ制御が難しくなり、さ
らに特に大きな直径の大型鋳片に単結晶鋳造組織を形成
するのはきわめて困難であるなどの問題点をもつもので
ある。
りすぐれた特性をもつものの、比較的広い凝固温度範囲
をもつものであることから、単結晶鋳造組織とするため
には、一方向凝固炉において、鋳片引下げ速度をかなり
遅くしなければならず、それだけ制御が難しくなり、さ
らに特に大きな直径の大型鋳片に単結晶鋳造組織を形成
するのはきわめて困難であるなどの問題点をもつもので
ある。
そこで、本発明者等は、上記のような観点から、上記の
従来析出強化型単結晶鋳造合金に着目し、これの具備す
るすぐれた特性を損なうことなく、これの凝固温度範囲
の縮小をはかるべく研究を行なった結果、上記の従来析
出強化型Ni基単結晶鋳造合金に、合成成分としてTa
を含有させると、前記合金の凝固温度範囲が一段と狭く
なり、かなり大型の鋳片でも単結晶鋳造組織を形成する
ことができるようになるほか、鋳片引下げ速度の高速化
が可能となり、また、加えて合金成分としてCu、H「
、およびReを含有させると耐応力腐食割れ性が、同じ
<MoおよびWを含有させると耐食性が一層向上するよ
うになるという知見を得たのである。
従来析出強化型単結晶鋳造合金に着目し、これの具備す
るすぐれた特性を損なうことなく、これの凝固温度範囲
の縮小をはかるべく研究を行なった結果、上記の従来析
出強化型Ni基単結晶鋳造合金に、合成成分としてTa
を含有させると、前記合金の凝固温度範囲が一段と狭く
なり、かなり大型の鋳片でも単結晶鋳造組織を形成する
ことができるようになるほか、鋳片引下げ速度の高速化
が可能となり、また、加えて合金成分としてCu、H「
、およびReを含有させると耐応力腐食割れ性が、同じ
<MoおよびWを含有させると耐食性が一層向上するよ
うになるという知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、 Cr : 10〜30%、 Nb : 0.1〜5%
、Ti:0.1〜8%、 Al1:0.1〜8%、を含
有し、 Ta:0.1〜3%、 を含有し、さらに必要に応じて、 (a) Cu : 0.05〜0.5%、Hf:0.0
5〜3%、Re:0.05〜3%、 のうちの1種または2種以上(ただし合量で3%以下)
、 (b)MoおよびWのうちの1種または2種: 0.0
5〜3%、 以上(a)および(b)のうちのいずれか、または両方
、 を含有し、残りがNiと不可避不純物からなる組成を有
する凝固温度範囲の狭い析出強化型Ni基単結晶鋳造合
金に特徴を有するものである。
て、 Cr : 10〜30%、 Nb : 0.1〜5%
、Ti:0.1〜8%、 Al1:0.1〜8%、を含
有し、 Ta:0.1〜3%、 を含有し、さらに必要に応じて、 (a) Cu : 0.05〜0.5%、Hf:0.0
5〜3%、Re:0.05〜3%、 のうちの1種または2種以上(ただし合量で3%以下)
、 (b)MoおよびWのうちの1種または2種: 0.0
5〜3%、 以上(a)および(b)のうちのいずれか、または両方
、 を含有し、残りがNiと不可避不純物からなる組成を有
する凝固温度範囲の狭い析出強化型Ni基単結晶鋳造合
金に特徴を有するものである。
つぎに、この発明のNi基単結晶鋳造合金において、成
分組成範囲を上記の通りに限定した理由を説明する。
分組成範囲を上記の通りに限定した理由を説明する。
(a) Cr
Cr成分には、合金の耐食性を向上させる作用があるが
、その含有量が10%未満では所望の耐食性を確保する
ことができず、一方その含6mが30%を越えると、凝
固温度範囲が広がるようになって単結晶化が困難となり
、この結果合金は多結晶化し易(なるが、多結晶組織と
単結晶組織を比較した場合、耐応力腐食割れ性は前者の
方が著しく劣ったものになることから、その含有量を1
0〜30%と定めた。
、その含有量が10%未満では所望の耐食性を確保する
ことができず、一方その含6mが30%を越えると、凝
固温度範囲が広がるようになって単結晶化が困難となり
、この結果合金は多結晶化し易(なるが、多結晶組織と
単結晶組織を比較した場合、耐応力腐食割れ性は前者の
方が著しく劣ったものになることから、その含有量を1
0〜30%と定めた。
(b) Nb
Nb成分には、Niと結合してγ“相:(NfaNb)
からなる金属間化合物を形成し、これがγ相の素地中に
析出して合金の強度を向上させる作用があるが、その含
有量が0.1%未満では所望の強度向上効果が得られず
、一方5%を越えて含有させても強度向上効果は飽和し
、より一層の向上効果は得られないことから、経済性を
考慮して、その含有量を0.1〜5%と定めた。
からなる金属間化合物を形成し、これがγ相の素地中に
析出して合金の強度を向上させる作用があるが、その含
有量が0.1%未満では所望の強度向上効果が得られず
、一方5%を越えて含有させても強度向上効果は飽和し
、より一層の向上効果は得られないことから、経済性を
考慮して、その含有量を0.1〜5%と定めた。
(c)TiおよびAΩ
これらの成分には、Ni と結合して(N t a(T
i、AN )lの金属間化合物からなるγ′相を形成し
、上記γ′相と共に素地に析出して合金の強度を著しく
向上させる作用があるが、その含有量がそれぞれTi:
0.1%未満およびAf!:0.1%未満では所望の強
度向上効果が得られず、一方その含有量がそれぞれTl
:8%およびAl:8%を越えると、Crの場合と同様
に凝固温度範囲が広がって、単結晶化が困難になること
から、その含有量を、それぞれT I:0.1〜8%、
AΩ:0.1〜8%と定めた。
i、AN )lの金属間化合物からなるγ′相を形成し
、上記γ′相と共に素地に析出して合金の強度を著しく
向上させる作用があるが、その含有量がそれぞれTi:
0.1%未満およびAf!:0.1%未満では所望の強
度向上効果が得られず、一方その含有量がそれぞれTl
:8%およびAl:8%を越えると、Crの場合と同様
に凝固温度範囲が広がって、単結晶化が困難になること
から、その含有量を、それぞれT I:0.1〜8%、
AΩ:0.1〜8%と定めた。
(d) Ta
Ta成分には、上記の通り凝固温度範囲を狭くして、鋳
片の単結晶化を容易にする作用があるが、その含有量が
0.1%未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方3%を越えて含有させても前記作用は飽和し、より一
層の改善効果は見られないことから、その含有量を0.
1〜3%と定めた。
片の単結晶化を容易にする作用があるが、その含有量が
0.1%未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方3%を越えて含有させても前記作用は飽和し、より一
層の改善効果は見られないことから、その含有量を0.
1〜3%と定めた。
(c)Cu、Hf’、およびRe
これらの成分には、合金の耐応力腐食割れ性を一段と向
上させる作用があるので、必要に応して含有されるが、
その含有量が、いずれの場合も0.05%未満では前記
作用に所望の向上結果が得られず、一方その含有量がそ
れぞれCu:0.5%、Hf’:3%、およびRe:3
%を越え、また合量で3%を越えると、合金の強度が低
下するようになることから、その含有量をそれぞれCu
:0.05〜0.5%、Hf:0.05〜3%、および
Re:0.05〜3%、並びに合量で3%以下と定めた
。
上させる作用があるので、必要に応して含有されるが、
その含有量が、いずれの場合も0.05%未満では前記
作用に所望の向上結果が得られず、一方その含有量がそ
れぞれCu:0.5%、Hf’:3%、およびRe:3
%を越え、また合量で3%を越えると、合金の強度が低
下するようになることから、その含有量をそれぞれCu
:0.05〜0.5%、Hf:0.05〜3%、および
Re:0.05〜3%、並びに合量で3%以下と定めた
。
(r) MoおよびW
これらの成分には、Crとの共存において、合金の耐食
性をより一層向上させる作用があるので、必要に応じて
含有させるが、その含有量が0,05%未満では耐食性
に所望の向上結果が得られず、一方その含有量が3%を
越えると、合金が脆化するようになることから、その含
有量を0.05〜3%と定めた。
性をより一層向上させる作用があるので、必要に応じて
含有させるが、その含有量が0,05%未満では耐食性
に所望の向上結果が得られず、一方その含有量が3%を
越えると、合金が脆化するようになることから、その含
有量を0.05〜3%と定めた。
なお、この発明のNIM単結晶合金に、BおよびZrの
うちの1種または2種を含有させると、これらの成分が
鋳造合金独特の樹枝状晶の界面に偏析し、この結果合金
の被削性が一段と改善されるようになるので、特に快削
性が要求される場合に含有させるとよいが、その含有量
は0.005〜0.5%とするのが望ましく、これは0
.005%未満で所望の改善効果が得られず、一方0.
5%を越えると合金強度が低下するようになるという理
由によるものである。
うちの1種または2種を含有させると、これらの成分が
鋳造合金独特の樹枝状晶の界面に偏析し、この結果合金
の被削性が一段と改善されるようになるので、特に快削
性が要求される場合に含有させるとよいが、その含有量
は0.005〜0.5%とするのが望ましく、これは0
.005%未満で所望の改善効果が得られず、一方0.
5%を越えると合金強度が低下するようになるという理
由によるものである。
つぎに、この発明のNi基単結晶合金を実施例により具
体的に説明する。
体的に説明する。
通常の高周波誘導炉を用い、それぞれ第1表に示される
成分組成をもった溶湯を調製し、鋳造して直径=801
1×長さ: 100 mmのインゴットとし、ついでこ
のインゴットを真空炉内のるつぼで溶解した後、同じく
真空炉内に設置したセラミック鋳型に鋳造し、このセラ
ミック鋳型を取り巻いて設置された高周波加熱コイルに
よる加熱帯から前記セラミック鋳型を100〜300
mm/hrの範囲内の所定の引下げ速度で引出して外径
=20m■X長さ=100m鵬の寸法をもった丸棒状鋳
片とし、この鋳片に、900〜1300℃の範囲内の所
定温度に60〜tg。
成分組成をもった溶湯を調製し、鋳造して直径=801
1×長さ: 100 mmのインゴットとし、ついでこ
のインゴットを真空炉内のるつぼで溶解した後、同じく
真空炉内に設置したセラミック鋳型に鋳造し、このセラ
ミック鋳型を取り巻いて設置された高周波加熱コイルに
よる加熱帯から前記セラミック鋳型を100〜300
mm/hrの範囲内の所定の引下げ速度で引出して外径
=20m■X長さ=100m鵬の寸法をもった丸棒状鋳
片とし、この鋳片に、900〜1300℃の範囲内の所
定温度に60〜tg。
分間保持後空冷の溶体化処理、並びに500〜900℃
の範囲内の所定温度に100〜200時間保持の時効処
理を施すことにより本発明Ni基合金鋳片1〜32およ
び比較Ni基合金鋳片1〜8をそれぞれ製造した。
の範囲内の所定温度に100〜200時間保持の時効処
理を施すことにより本発明Ni基合金鋳片1〜32およ
び比較Ni基合金鋳片1〜8をそれぞれ製造した。
なお、比較Ni基合金鋳片1〜8は、いずれも構成成分
のうちのいずれかの成分含有量(第1表に栗印を付す)
がこの発明の範囲から外れたものである。
のうちのいずれかの成分含有量(第1表に栗印を付す)
がこの発明の範囲から外れたものである。
ついで、この結果得られた各種のNi基合金鋳片につい
て、金属顕微鏡を用いて結晶構造を観察し、かつ強度を
評価する目的で室温での引張強さを測定し、また前記鋳
片より平行部直径:5@IX標点間距離: 20w++
*の引張試験片を切出し、この引張試験片を用い、原子
力発電用軽水炉の構造部材のうち、特にボルト材やビン
材がさらされる条件を模擬した環境下、すなわち圧力釜
内において、HBO:(Bとして)約350ppsSL
i OH:(Liとして)約21)pm 、N2 :
約30cc−8TP1kg・N20、DO:51)
I)b以下、CD″″: 0.1pp−以下を含有する
pH:約7の水溶液中に上記試験片を浸漬した状態で、
温度:320℃、圧カニ157kg/cj。
て、金属顕微鏡を用いて結晶構造を観察し、かつ強度を
評価する目的で室温での引張強さを測定し、また前記鋳
片より平行部直径:5@IX標点間距離: 20w++
*の引張試験片を切出し、この引張試験片を用い、原子
力発電用軽水炉の構造部材のうち、特にボルト材やビン
材がさらされる条件を模擬した環境下、すなわち圧力釜
内において、HBO:(Bとして)約350ppsSL
i OH:(Liとして)約21)pm 、N2 :
約30cc−8TP1kg・N20、DO:51)
I)b以下、CD″″: 0.1pp−以下を含有する
pH:約7の水溶液中に上記試験片を浸漬した状態で、
温度:320℃、圧カニ157kg/cj。
歪速度+2.0w/ win、の条件で低歪速度引張試
験(S S RT法)を行ない、破断後の破面を観察し
て応力腐食割れ破面率を測定し、さらに耐食性を評価す
る目的で、上記水溶液中に、室温で500時間浸漬後、
腐食減量測定の耐食性試験を行なった。さらに、また鋳
片の単結晶化を評価する目的で、上記鋳片より 0.7
I1mX0.7mmX 0.7+I1mの小片ブロック
の試験片を切出し、この試験片を用い、示差熱分析法に
て凝固温度範囲を1lp1定した。これらの結果を第1
表に示した。
験(S S RT法)を行ない、破断後の破面を観察し
て応力腐食割れ破面率を測定し、さらに耐食性を評価す
る目的で、上記水溶液中に、室温で500時間浸漬後、
腐食減量測定の耐食性試験を行なった。さらに、また鋳
片の単結晶化を評価する目的で、上記鋳片より 0.7
I1mX0.7mmX 0.7+I1mの小片ブロック
の試験片を切出し、この試験片を用い、示差熱分析法に
て凝固温度範囲を1lp1定した。これらの結果を第1
表に示した。
第1表に示される結果から、本発明Ni基合金鋳片1〜
32は、いずれもγ相の素地中にγ′相およびγ″相の
金属間化合物が分散析出した単結晶組織を有し、かつ従
来Ni基単結晶鋳造合金に相当する比較Ni基合金鋳片
と同等の強度、耐応力腐食割れ性、および耐食性を有し
、一方合金成分としてCu、H「、およびRe、さらに
MoおよびWを含有する場合にはこれより一段とすぐれ
た耐応力腐食割れ性、耐食性を示し、さらに従来Ni基
単結晶鋳造合金に比して著しく狭い凝固温度範囲を有し
、単結晶化の容易な合金であることが明らかであり、一
方比較Ni基合金鋳片1〜8に見られるように、構成成
分のうちのいずれかの成分含有量でもこの発明の範囲か
ら外れると上記の特性のうちの少なくともいずれかの特
性が劣ったものになることが明らかである。
32は、いずれもγ相の素地中にγ′相およびγ″相の
金属間化合物が分散析出した単結晶組織を有し、かつ従
来Ni基単結晶鋳造合金に相当する比較Ni基合金鋳片
と同等の強度、耐応力腐食割れ性、および耐食性を有し
、一方合金成分としてCu、H「、およびRe、さらに
MoおよびWを含有する場合にはこれより一段とすぐれ
た耐応力腐食割れ性、耐食性を示し、さらに従来Ni基
単結晶鋳造合金に比して著しく狭い凝固温度範囲を有し
、単結晶化の容易な合金であることが明らかであり、一
方比較Ni基合金鋳片1〜8に見られるように、構成成
分のうちのいずれかの成分含有量でもこの発明の範囲か
ら外れると上記の特性のうちの少なくともいずれかの特
性が劣ったものになることが明らかである。
上述のように、この発明のNi基単結晶鋳造合金は、同
種の従来Ni基単結晶合金と同等、あるいはこれ以上の
強度、耐応力腐食割れ性、および耐食性を有し、一方合
金の凝固温度範囲はこれより一層狭いものとなっており
、この結果1j結晶化が容易となることから、鋳片の引
下げ速度の上昇、並びにこれの大型化が可能となり、生
産性の向上に寄与するなど工業上有用な特性を有するの
である。
種の従来Ni基単結晶合金と同等、あるいはこれ以上の
強度、耐応力腐食割れ性、および耐食性を有し、一方合
金の凝固温度範囲はこれより一層狭いものとなっており
、この結果1j結晶化が容易となることから、鋳片の引
下げ速度の上昇、並びにこれの大型化が可能となり、生
産性の向上に寄与するなど工業上有用な特性を有するの
である。
Claims (4)
- (1)Cr:10〜30%、Nb:0.1〜5%、Ti
:0.1〜8%、Al:0.1〜8%、を含有し、 Ta:0.1〜3%、 を含有し、残りがNiと不可避不純物からなる組成(以
上重量%)を有することを特徴とする析出強化型Ni基
単結晶鋳造合金。 - (2)Cr:10〜30%、Nb:0.1〜5%、Ti
:0.1〜8%、Al:0.1〜8%、を含有し、 Ta:0.1〜3%、 を含有し、さらに、 Cu:0.05〜0.5%、Hf:0.05〜3%、R
e:0.05〜3%、 のうちの1種または2種以上(ただし合量で3%以下)
、 を含有し、残りがNiと不可避不純物からなる組成(以
上重量%)を有することを特徴とする析出強化型Ni基
単結晶鋳造合金。 - (3)Cr:10〜30%、Nb:0.1〜5%、Ti
:0.1〜8%、Al:0.1〜8%、を含有し、 Ta:0.1〜3%、 を含有し、さらに、 MoおよびWのうちの1種または2種:0.05〜3%
、 を含有し、残りがNiと不可避不純物からなる組成(以
上重量%)を有することを特徴とする析出強化型Ni基
単結晶鋳造合金。 - (4)Cr:10〜30%、Nb:0.1〜5%、Ti
:0.1〜8%、Al:0.1〜8%、を含有し、 Ta:0.1〜3%、 を含有し、さらに、 Cu:0.05〜0.5%、Hf:0.05〜3%、R
e:0.05〜3%、 のうちの1種または2種以上(ただし合量で3%以下)
と、 MoおよびWのうちの1種または2種:0.05〜3%
、 を含有し、残りがNiと不可避不純物からなる組成(以
上重量%)を有することを特徴とする析出強化型Ni基
単結晶鋳造合金。
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US07/521,323 US5122206A (en) | 1989-05-16 | 1990-05-09 | Precipitation hardening nickel base single crystal cast alloy |
DE69007853T DE69007853T2 (de) | 1989-05-16 | 1990-05-15 | Ausscheidungshärtende Einkristallegierung auf Nickelbasis. |
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JPS5858242A (ja) * | 1981-10-02 | 1983-04-06 | ゼネラル・エレクトリツク・コンパニ− | 単結晶ニツケル基超合金、物品およびその製造方法 |
JPS58120758A (ja) * | 1981-12-30 | 1983-07-18 | ユナイテツド・テクノロジ−ズ・コ−ポレイシヨン | 高強度ニツケル基超合金物品 |
JPS62170445A (ja) * | 1986-01-21 | 1987-07-27 | Mitsubishi Metal Corp | 耐応力腐食割れ性のすぐれた析出強化型Ni基鋳造合金 |
-
1989
- 1989-05-16 JP JP1120435A patent/JP2657096B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
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JPS5858242A (ja) * | 1981-10-02 | 1983-04-06 | ゼネラル・エレクトリツク・コンパニ− | 単結晶ニツケル基超合金、物品およびその製造方法 |
JPS58120758A (ja) * | 1981-12-30 | 1983-07-18 | ユナイテツド・テクノロジ−ズ・コ−ポレイシヨン | 高強度ニツケル基超合金物品 |
JPS62170445A (ja) * | 1986-01-21 | 1987-07-27 | Mitsubishi Metal Corp | 耐応力腐食割れ性のすぐれた析出強化型Ni基鋳造合金 |
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