JPH0346535B2

JPH0346535B2 -

Info

Publication number: JPH0346535B2
Application number: JP58090559A
Authority: JP
Inventors: Bii Haachenroodaa Robaato
Original assignee: Haynes International Inc
Current assignee: Haynes International Inc
Priority date: 1982-05-24
Filing date: 1983-05-23
Publication date: 1991-07-16
Also published as: GB8313815D0; NL8301453A; GB2121824B; GB2121824A; NL193148C; NL193148B; IT8321247A0; JPS58221253A; FR2527224A1; IT1215631B; US4460542A; FR2527224B1; CA1215254A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明はNi−Cr−Al−Ｙ合金に関し、特に
鉄を含むNi−Cr−Al−Ｙ合金に関する。Ni−Cr
−Al−Ｙ合金は先行技術として公知である。こ
れらの合金はNiを基としCr、AlおよびＹを含有
する。これらの合金は優れた耐酸化性の点で著名であ
る。これらの対酸化性は主としてイツトリウムの
存在によつて改良されたアルミナ（Al₂O₃）から
成る保護性酸化膜の存在に帰することができる。アメリカ特許4312682は炉用金属部材の製造に
特に適したNi−Cr−Al−Ｙ合金について開示し
ている。この合金は重量で８から25％までのCr
と、2.5から８％までのAlと、少量ではあるが有
効な0.04％を越えないＹと残部が不純物と選択的
改良元素を含有するものである。その他の参考文献はある程度類似の合金につい
て開示している。これらの参考文献としてはアメ
リカ特許3754902と3832167とが含まれる。ここに引用した参考文献に注記されているよう
に、Ni−Cr−Al−Ｙ合金についての関心にもか
かわらず今日までのところ、これらの合金の商業
的な成功は限られた範囲に過ぎない。この理由
は、一部はそれら合金の加工性に帰することがで
きる。事実それらの用途の大部分は鋳造品としてか或
は被覆層としての状態での使用であつた。本発明によつて、加工性が改良されたNi−Cr
−Al−Ｙ合金が提供され、しかも1093℃以上の
非常に高温で優れた耐酸化性を有する合金である
ことを特徴とするものである。この望ましい結果は、合金のアルミニウム含有
量を慎重に制御し、さらにアルミニウム成分に応
じて鉄分を添加することによつて得られる。本発明の合金は、鉄についての制御された成分
範囲が1.5％から８％にされているニツケル基合
金であり、前記の参考文献の合金とは明らかに区
別されるものである。本合金にとつて、鉄は必須
添加成分であつて、前記のアメリカア国特許
4312682や3832167の場合のように、特に顕著な利
点に結びつくことのないような単なる選択的添加
元素としての使用ではない。本発明の合金は、他のある程度類似ではあるが
当業者に公知の多くの無ニツケルおよび／または
鉄基合金とも区別されるものである。これらの公知の合金の実例は、アメリカ国特許
3017265；3027252；3754398と4086085；さらに英
国特許明細書第1575038号を含んでいる。従つて本発明の目的は、加工性が改良された高
温酸化に対する抵抗性の高い合金を提供すること
である。本発明の別の目的は、鉄を含有するニツケル−
クロム−アルミニウム−イツトリウム合金を提供
することである。本発明の前述の目的ならびにその他の目的は、
この明細書の一部を成す添付の図面と関連して以
下に述べる発明の詳細な説明の記載から明確にな
る。図は、鉄の含有量が異なる種々のNi−Cr−Al
−Ｙ合金の926℃（1700〓）に於ける引張試験で
の諸特性をプロツトしたものである。本発明は、鉄を含み、加工性が改良され、しか
も極めて高温度での耐酸化抵抗性が優れたニツケ
ル−クロム−アルミニウム−イツトリウム合金を
提供するものである。本合金は、重量で14から18％のクロムと、４か
ら６％のアルミニウムと、1.5から８％の鉄と、
少量ではあるが有効で0.04％を超えないイツトリ
ウムとを必須成分として含有し、更に12％以下の
コバルトと１％以下のマンガンと１％以下のモリ
ブデンと１％以下のけい素と0.25％以下の炭素と
から成る群から選択された少なくとも一種と、残
部ニツケルと不可避不純物とから成ることを特徴
とする。以下本発明合金の成分の添加理由を説明する。 NiはCrとの共存状態で高温耐酸化性の向上を
もたらす主成分である。クロムは耐酸化性を付与するために添加される
もので、14％以下では合金の耐酸化性が低下し、
18％を越えると合金の安定性低下の傾向が増大す
る。アルミニウムの含有量は４から６％で、好適に
は4.1から5.1％である。合金の耐酸化性つまり酸
化に対する抵抗性の点からは少くとも4.0％、好
適には4.1％を添加する。４％より少ない量では
耐酸化性を向上させる効果がなく、一方６％を越
えるとγ′相の量が増加するので不適である。好適
にはアルミニウムの量の上限は5.1％である。鉄の量は1.5から８％までで、好適には２から
６％である。鉄を制御された量の範囲で添加する
ことは、耐酸化性を実質的に劣化することなく加
工性を向上するのに有効である。鉄は硬化相とし
てγ′析出相の有効性を低減させることが判明し
た。加工性の目的からは、Feは少くとも1.5％、
好適には２％以上を添加する。合金の耐酸化抵抗
性と高温強度を保持するためには、Feは８％を
越えて添加すべきではない。降伏強さの控え目で
はあるが有意的上昇が認められるのは、鉄が２か
ら６％の好適範囲内で存在していることに帰因す
る（図および実施例を参照のこと）。鉄の含有
量は、アルミニウムの含有量が５％以上の場合に
は、Fe≧３＋４（％Al−５）の式を満足する量で
あるのが必要である。上記にのべたように、鉄は
硬化剤としてのγ′相の有効性を低減されるものと
認められている。即ちアルミニウムが上記含有量
の上限に近づくと（５〜６％）、γ′相の多量の析
出（この析出は合金の熱間加工性を著しく困難に
する）を防止するため、充分な量の鉄も含有させ
なければならない。Alが５％までの場合はFe含
有量は３％で充分であるが、Alが５％より多い
場合にはAlの有する硬化作用を減少させるため
Al量の４倍のFe添加が必要なことが判明した。イツトリウムは、合金の耐酸化抵抗性を増進さ
せるのに有効な必須成分であり、0.04％以下の量
だけ添加され、好ましくは0.005％以上で0.04％
以下だけ添加される。0.04％を越えると合金の粒
界に脆い金属間化合物が析出して熱間加工性を低
下させ且つ溶接性を低下させる。コバルトは、
γ′相の固溶限線より上の温度で固溶体強度に関し
良い効果があるので任意成分として添加してもよ
い。しかし、コバルトはγ′相を安定化させる傾向
があるので上限を12％とする。本合金でのニツケ
ルとコバルトの合計量は、少くとも66％で通常は
71％以上である。けい素とマンガンとは、共に耐酸化性に寄与す
る役割を果すものであるが、それぞれ１％を越え
ると合金の延性を低下させる。炭素は高温強度を上昇させるが、炭素が過度に
多いと中間温度での延性と初期溶融温度を低下さ
せるので上限値を0.25％とした。鉄の存在、結局は合金の加工性が改良されるこ
とにより、本合金は特に展伸加工製品の製造に適
した合金になる。本合金の卓越した耐酸化性によ
つて、本合金はセラミツク製造窯や熱処理炉の金
物として使用するのに好適なものになる。本発明の利点は、当業者には充分評価されるも
のと考える。本発明は、アルミニウムの含有量を制限するこ
とによつて、γ′相の生成を最少限に抑え、さらに
付加的に鉄分の添加によつてアルミニウムの効力
を低減しようとするものである。これはアルミニウムを含有する超合金の典型的
な目的とは相反するものであつて、さらにまた、
γ′相を形成する超合金の典型的な目的とも相反す
るものである。下記の実施例は、本発明のいくつかの態様を示
すものである。実施例本発明合金におけるFe量の需要性を調査する
ため、最初に以下の比較材即ちＡ−Ｈの合金記号
の溶湯から2270Kgインゴツトを作成した。真空溶
解で溶湯として電極として鋳込み、エレクトロス
ラグ法で再溶解してインゴツトした。各合金記号の試料の化学成分は、微量の元素を
除き下記の第表に示す通りである。

【表】これらのインゴツトを、持続時間が20時間まで
の加熱サイクルの後、1120℃（2050〓）から1204
℃（2200〓）の温度で鍛造した。合金記号Ｆ、Ｇ
およびＨでは、インゴツト鍛造の間、熱間状態に
保つため、鍛造ダイスの部分にガストーチを使用
した。分塊鋳造を行つた後の歩留りは芳しくなく、回
復には広範なコンデイシヨニング（後処理）を必
要とした。それはこの例では研磨であつた。回収出来た材料から、破断が次々と起らない中
に線引できたのは加工度が約20％の線引に限ら
れ、20％の公称線引きが行なわれた材料をコイル
の状態で焼なました場合、フープ材の中10中９は
破断を生じた。次に比較材Ｉ、Ｋ、Ｎ、Ｏ及び本発明合金の例
としてＪ、Ｌ、Ｍ、Ｐの溶解番号の溶湯から22.7
Kg（50ポンド）のインゴツトを準備した。試料は
真空溶解後電極として鋳込み、エレクトロスラグ
法でインゴツトとした。アルミニウム成分の目標
値を４および５％とした。鉄の目標値は、比較材
Ｉにおける残渣程度の微量から、本発明合金Ｊ、
Ｌ、Ｐでの2.5から８％の範囲及び比較材での８
％を越える範囲とした。微量元素を除き、溶湯の
成分を下記第表に示す。

【表】それらのインゴツトを1120℃（2050〓）で鍛造
して板とし、同じ温度で厚さ1.91mmの中間板に熱
間圧延し、次に冷間圧延で最終厚さ1.14mmに冷間
圧延し、1120℃で５分間焼鈍しフアンで送風冷却
した。合金記号Ｊの板材だけを除き、他の全ての合金
記号の板材を815℃（1500〓）から1036℃（1900
〓）の各種の温度で焼鈍し、焼鈍間の引張り試験
を行なつた。試験結果を第表に示す。高温試験については、ASTMのＥ−21に従つ
て試験を行なつた。

【表】

【表】合金記号ＩとＬ−Ｐについての926℃での引張
試験特性をプロツトして図面とした。鉄の含有量
が上昇するのに伴なつて、伸びが上昇することに
注目されたい。また本発明での好適範囲（２から
６％）の鉄により、強度と伸びが望ましく組み合
わされて達成されていることに注目すべきであ
る。実施例本発明合金の他の実施例である合金番号Ｑから
重さ2.270Kgの２個のインゴツトを準備した。試
料は真空溶解し、複数の電極として鋳造し、エレ
クトロスラグ法により再溶解し、インゴツトとし
た。合金番号Ｑの化学成分は、微量元素を除き下
記第表に示す如くである。

【表】これらのインゴツトは、実施例のインゴツト
の場合と同様に鍛造した。鍛造の間の熱を保持す
るためのダイス部でのガストーチは使用しなかつ
た。インゴツトは両方共鍛造状態は良好であり、鍛
造後の歩留りは実施例のインゴツトの場合より
もはるかに良好で平均80％を上廻つた。これらイ
ンゴツトは鉄分2.62％であつたが、第表のイン
ゴツトではいづれの場合も最高で0.51％であつ
た。本発明の対象とする合金の鉄分は、1.5から８
％の範囲であり、鍛造後の歩留りが30％以下だつ
たのは、鉄分が少い合金記号の試料の場合に典型
的であつた。合金番号Ｑから作成した試料は、熱間ならびに
冷間加工でも優れた結果を示した。熱間圧延板を焼鈍し焼入れしたが、割れは皆無
であつた。直径が6.35mmで断面積が31.7mm²の線材
を、断面積が13.16mm²（58％）で中間焼鈍なしに
線引し続いて焼鈍したが、割れは全く生じなかつ
た。実施例本発明の範囲内の２種の合金を、鉄分が1.5％
より低い１種の合金と、それらの耐酸化性を比較
するために、1149℃で500時間の酸化試験を行な
つた。本合金の対象内の２種の合金は、Ｌ（Al：5.07
％、Fe：5.1％）とＰ（Al：4.89％Fe：2.26％）で
あり、本発明の対象外の合金はＫ（Al：3.93％、
Fe：0.61％）のものである。試験法は1981年６月
９日に発行されたアメリカ国特許第4272289号に
記載されている。試験結果を第表に示す。

【表】この結果から、本発明の範囲内の鉄分は、耐酸
化抵抗性に顕著な悪影響がないことを示してい
る。この結果によつて結論に影響するものではな
いが、上記の表での数値については疑問がある。実施例本発明の範囲内のさらに別の２種の合金と、鉄
分が1.5％より低い他の１種類の合金の耐酸化性
を比較するために、追加の静的酸化試験を行なつ
た。本発明の対象とする範囲内の合金はＪ（Al：
4.31％、Fl：6.0％）とＱ（Al：4.29％、Fe：2.62
％）であり、本発明の対象外の比較材合金はＥ
（Al：5.04％、Fe：0.49％）であつた。合金Ｊと
Ｑは500時間の試験を行ない、合金Ｅは100時間だ
け試験した。試験結果を第表に示す。

【表】この結果、鉄分（本発明の範囲内での）は、耐
酸化性には何らの悪影響がないことが判つた。こ
のことは、特に合金記号ＪとＱとが、合金記号Ｅ
の100時間に対し500時間の試験を行なつたことを
考慮に入れると、特に明白な事実である。当業者にとつては、特定の実施例に関連してこ
こに述べた本発明の新規な原理は、それ以上の種
種の変更や応用を支持しうることが明白である。従つて、ここに記載する特許請求の範囲による
権利の巾を解釈するに当つては、ここに述べた特
定の実施例に限定されるべきでない。

【図面の簡単な説明】

添付の図面は鉄の含有量に伴なう引張り試験で
の各特性の変化を示すグラフ。

Claims

【特許請求の範囲】１重量で14から18％のクロムと、４から６％の
アルミニウムと、1.5から８％の鉄と、耐酸化抵
抗性を増進するために少量ではあるが有効で0.04
％を越えないイツトリウムとを必須成分として含
有し、更に12％までのコバルトと１％までのマン
ガンと１％までのモリブデンと１％までのけい素
と0.25％までの炭素とから成る群から選択された
少なくとも一種、及び残部ニツケルと不可避不純
物からなり、前記アルミニウムが５％以上含有さ
れる場合に前記鉄の含有量は％Fe≧３＋４（％Al
−５）の関係式に従つて定められ、ニツケルとコ
バルトの合計量が少なくとも66％になつている加
工性が改良された高温耐酸化性合金。２特許請求の範囲第１項に記載の合金におい
て、15から17％のクロムを含有する合金。３特許請求の範囲第１項に記載の合金におい
て、4.1から5.1％のアルミニウムを含有している
該合金。４特許請求の範囲第１項に記載の合金におい
て、鉄分が２から６％である合金。５特許請求の範囲第１項に記載の合金におい
て、ニツケルとコバルトの合計量が少くとも71％
である該合金。６特許請求の範囲第１項記載の合金において、
クロームが15から17％、アルミニウムが4.1から
5.1、鉄が２から６％で、ニツケルとコバルトの
合計量が少くとも71％である該合金。７特許請求の範囲第１項に記載の合金におい
て、コバルトの含有量が２％未満である、該合
金。８特許請求の範囲第１項に記載の合金におい
て、炭素が0.1％未満であることを特徴とする合
金。９特許請求の範囲第１項に記載の合金におい
て、アルミニウムが少くとも５％、鉄が少くとも
３％含有されていることを特徴とする合金。１０特許請求の範囲第１項に記載の合金から製
造された展伸製品。１１特許請求の範囲第１項記載の合金製のセラ
ミツク窯用金物。１２特許請求の範囲第１項記載の合金製の熱処
理炉用金物。