JPH05222481A - 新規高クロムニッケルメカニカル合金およびその製造方法 - Google Patents

新規高クロムニッケルメカニカル合金およびその製造方法

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JPH05222481A
JPH05222481A JP4056116A JP5611692A JPH05222481A JP H05222481 A JPH05222481 A JP H05222481A JP 4056116 A JP4056116 A JP 4056116A JP 5611692 A JP5611692 A JP 5611692A JP H05222481 A JPH05222481 A JP H05222481A
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JP
Japan
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nickel
chromium
rolling
powder
phase
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JP4056116A
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Inventor
Masanobu Omori
正信 大森
Toshiki Shimizu
要樹 清水
Takashi Sakaki
孝 榊
Akira Honda
昭 本田
Masao Imamura
政雄 今村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】クロム、ニッケル以外の成分が0.5重量%以
下で、かつ、クロム含有量が50〜90重量%であり、
残部が実質的にニッケルからなる組成を有し、高温強度
を向上させた高クロムニッケルメカニカル合金及び純度
99%以上の金属クロム粉末およびニッケル粉末を用い
て、充填密度が7.0g/cm以上の加熱成形体を作
製し、該成形体を不活性ガス中、500〜900℃の圧
延温度範囲で圧下率10%以下/回の圧延後に、800
〜1300℃、5時間未満の中間焼鈍処理する工程を2
回以上繰返す加工処理を行なうことを特徴とする高クロ
ムニッケルメカニカル合金から成る圧延体の製造方法。 【効果】高クロムニッケル合金をメカニカルアロイング
法で作製することにより、優れた高温強度及び優れた耐
高温酸化性を有する高クロムニッケル合金が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一種のメカニカルアロイ
法、さらに詳しくは、繰返し圧延−焼鈍法により作製さ
れ、高温強度を有する高クロムニッケル合金に関するも
のであり、更に、詳しくは、クロムが50〜90重量%
であり、残部が実質的にニッケルからなる組成を有し、
優れた高温強度を有する高クロムニッケルメカニカル合
金に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高温環境プロセスに使用される材料に対
しては優れた高温強度と耐高温酸化性が要求される。例
えば、航空機用ジェットエンジンや発電用ガスタービン
などはその出力を増すために作動温度を高めたいという
強い要請が有り、それぞれの環境に対する材料の開発、
セラミックスコーティンク゛等の表面処理施工を施し、
高温強度及び耐高温酸化性を有する材料とする必要が有
る。
【0003】このような高温強度及び耐高温酸化性を有
する耐熱材料として従来より使用されている耐熱構造材
料としては、鉄基合金、ニッケル基合金及びコバルト基
合金の溶解鋳造又は鍛造品が一般的である。
【0004】Ni基合金の高温強度はγ´相の析出によ
る強化、モリブデン,タングステンの固溶による強化、
炭化物による析出強化等により得られるが、モリブデン
の存在は高温耐食性を低下させ、また、γ´相の体積率
がある値以上に増加することにより高温強度が低下する
ことも知られている。耐高温腐食性の面では雰囲気中に
硫黄が含まれていると、それらの硫化物が形成し腐食が
起こることが知られている。
【0005】鉄基合金において鉄は1183°Kに変態
を持ち、それ以下では体心立方のα相、それ以上では面
心立方のγ相となる。添加元素としてのクロムはα相を
安定化する元素であり、鉄−クロム系合金では高温まで
α相が安定であり、高温強度が改良できる。又、このα
相とγ相の拡散係数を同温度で比較すると、α相の方が
約100倍大きく、耐高温腐食性にとっては有利である
が、高温強度の面からは不利となる。例えば合金表面に
安定なクロム酸化被膜を形成する場合、拡散が早いとC
rの表面への供給が多くなり、クロム酸化被膜の形成が
早く、その被膜が破壊されたときも再生しやすくなる
が、クロム添加量が増加してくると、α相の面積率に臨
界点が有り、高温強度、室温附近の著しい脆性を示しや
すく、構造材料としては強度に対する信頼性に欠けると
いう欠点を有する。これに対して、添加元素のニッケル
はγ相安定化元素である。
【0006】一般に、γ相は合金元素の固溶度が大きい
ため固溶強化原理を利用しやすく、さらに、γ´相や炭
化物の析出による強化原理も利用できるので高温強度を
要求される用途にはオ−ステナイト系ステンレス鋼が使
用される。従って、鉄基合金の組み立ては、Cr添加に
よる耐高温酸化性向上、ニッケル添加によるγ相の安定
化、アルミニウム及び/又はチタン添加によるγ´相に
よる析出強化を行なっている。
【0007】また、まれにクロム基合金も存在するが、
金属クロムの融点が高いことから溶解法では完全な耐熱
材料は作れず、純度も低くなることから母材の粒界に不
純物を主とする偏析物が現れ高温強度を低下、選択的な
粒界腐食、加工性の低下が起こる。
【0008】以上のように、高温強度および耐高温酸化
性とを同時に満足する材料はまれであり、使用環境毎に
材料を選択して使用しているのが現状である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は高温環境下で
の強度維持および耐高温酸化性を同時に満足し、加工も
容易な金属合金材を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記を解決
するために高温強度特性、耐高温酸化性及び加工性等に
ついて検討した結果、従来技術である溶解法ではなく、
メカニカルアロイング法により、本発明を完成するに至
った。すなわち、純度99%以上の金属クロム粉末およ
びニッケル粉末、例えば、カルボニルニッケル粉末を用
いて、充填密度が7.0g/cm以上の加熱成形体を
作製し、該成形体を不活性ガス中、500〜900℃の
圧延温度範囲で圧下率10%/回以下の圧延後に、80
0〜1300℃、5時間未満の中間焼鈍処理する工程を
2回以上繰返す加工処理を行なう圧延体が、クロム、ニ
ッケル以外の成分が0.5重量%以下で、かつ、クロム
が50〜90重量%であり、残部が実質的にニッケルか
らなる組成を有し、優れた高温強度を有する高クロムニ
ッケルメカニカル合金及びその製造方法である。
【0011】以下、その詳細について説明する。
【0012】
【作用】先ず、加熱成形体用原料粉末は、純度99重量
%以上の金属クロム粉末を用いるが、望ましくは粒径1
00μm以下に粉砕したものを用いることが望ましく、
同様にニッケル粉末も、例えば微細なカルボニルニッケ
ル粉末を用いる。これらの原料粉末を用いて密度7.0
g/cm以上になる成形体を形成する。この形成方法
としては、例えばステンレス鋼等の金属容器にクロム粉
末、ニッケル粉末を充填し、10−4mmHg程度に真
空封止するが、金属クロムの脆性の原因となる吸着ガス
をフラッシングすることを目的としている。
【0013】次に、この充填した金属容器を熱間等方静
水圧(HIPプロセス)法やホットプレス法等の加熱成
形法により圧密化する。以上の操作条件で充填密度7.
0g/cm以上となるが、使用する原料粉末の純度が
低く、真空封止が不十分であると、該成形体内に空隙、
割れを生じてしまう。
【0014】さらに、該成形体の(圧延−中間焼鈍)加
工処理を繰返し行なうが、500〜900℃の圧延温度
範囲内で圧下率10%/回以下の条件から外れると該成
形体内結晶間に割れが生じ、組織的にも微細結晶が形成
出来なくなる。また、中間焼鈍条件として800℃未満
では成形体内結晶間の拡散が不足し、繰返し圧延時に割
れを生じる。1300℃以上では熱膨張係数差により2
相間に割れを生じ、粒成長を起こし結晶の球状化により
最終的には強度が低下する。
【0015】次に、この様にして作製された本発明の高
クロムニッケルメカニカル合金の組成、X線回折による
結晶構造および組織に関して説明する。
【0016】金属クロムは各種腐食環境下における耐食
性ならびに耐摩耗性には優れた金属であるが、金属クロ
ム単体では加工性に乏しい。一方、金属ニッケルは加工
特性、耐食性を向上させる金属である。
【0017】これらの2成分から成る本発明のクロムニ
ッケルメカニカル合金のミクロ組織は、クロムを主成分
とする硬質相とニッケルを主成分とする軟質相の2相か
ら成り、各相とも針状となる。
【0018】一方、溶解法等により製造したクロムニッ
ケル合金のミクロ組織は、結晶粒径の大きい各相が形成
されている為、強度及び耐食性に影響する。
【0019】又、この合金中の全クロム含有量が50重
量%未満であると、耐食性、耐摩耗性そして高温強度の
効果が顕著には見られず、本発明の目的を達成出来な
い。
【0020】逆に、全クロム含有量が90重量%以上で
あると、塑性加工特性に乏しく内部欠陥や表面亀裂が発
生し、本発明の目的を達成出来ない。
【0021】以上のことから、クロム含有量は50〜9
0重量%であることが必須である。
【0022】次に、本発明の製造方法によって作製され
たメカニカルアロイ法圧延材の結晶構造について説明す
る。
【0023】本発明材のX線回折ピ−クパタ−ンには、
体心立方相、面心立方相および金属間化合物に由来する
ピ−ク以外に、格子定数=0.894〜0.897オン
グストロ−ム(X線回折角2θ=118.9°〜11
8.3°)及び格子定数=0.820〜0.823オン
グストロ−ム(X線回折角2θ=139.8°〜13
8.6°)の範囲に特徴的なピークが存在することが分
る。
【0024】一方、比較材(HIP加工材)のクロムニ
ッケル焼結材のX線回折ピ−クパタ−ンには、その様な
ピ−クは存在しない。
【0025】
【実施例】以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に
説明するが、本発明はこれにより制限を受けるものでは
ない。
【0026】実施例1 表1に示す組成の本発明材料No.1からNo.4は以
下の粉末冶金法にてクロムニッケル圧延体を作製する。
【0027】
【表1】 先ず、作製方法として使用する原料粉末は、純度99重
量%以上、粒径100μm以下の金属クロム粉末および
カルボニルニッケル粉末を用いて成形体密度7.0g/
cm以上になる成形体を形成する。この形成方法とし
て、ステンレス鋼等の金属容器にクロム粉末及びカルボ
ニルニッケル粉末を充填し、10−4mmHgに真空封
止する。次に、この充填した金属容器を熱間等方静水圧
(HIPプロセス)法により1300℃,圧力1000
kgf/cm、1時間で圧密化する。さらに、該成形
体の(圧延−中間焼鈍)加工処理を繰返し行なうが、圧
延温度、900℃、圧下率8%/回の圧延条件および中
間焼鈍条件として900℃又は1300℃にて行なう工
程を3回繰返した。
【0028】比較材No.1からNo.10も同様に粉
末冶金法で作製したクロムニツケル成形体であるが、本
発明材と異なり、圧延−中間焼鈍処理を行なわず無処理
又は焼鈍処理(1300℃で15時間)のみ行なったも
のである。さらに、比較材No.11は表1に示す組成
の溶解品、比較材No.12は汎用の溶解ニッケル基合
金である。
【0029】次に、この様にして作製された本発明材お
よび比較材の高クロムニッケル合金を用いて高温引張り
試験を行なった。
【0030】供試片は平板を用い、試験温度は室温から
1100℃、大気中で行なった。
【0031】図1に各温度での引張り強度を示す。本発
明材料は従来品である溶解材(比較材No.11)や粉
末冶金法(比較材No.7,No.8及びNo.9)に
比べ、高い引張り強度を示すことが分る。
【0032】又、表2には1000℃での引張り強度を
示す。従来の溶解品(比較材No.12)や粉末冶金材
(比較材No.2,No.6,No.7,No.8及び
No.10)に比べ、本発明材(No.1及びNo.
3)の高温引張り強度は高く優れた高温強度を示してい
る。
【0033】
【表2】 さらに、表3には高温酸化耐食性を示している。
【0034】
【表3】 この測定方法としては試験前後の試料重量変化を単位面
積、単位時間で除した腐食速度で示しているが、耐食性
に付いても比較材(No.2,No.6,No.7,N
o.8,No.10及びNo.12)に比べ,本発明材
(No.1,及び No.3)は優れており、本発明材
料が耐熱材料として優れた特性を有していることが分
る。
【0035】実施例2 実施例1の製造方法で作製されたクロムニッケル合金の
X線回折ピークパターンを図2および図3に示す。
【0036】図2に本発明材料のX線回折ピ−クパタ−
ンを示すが、クロムの体心立方相、ニッケルの面心立方
相の他に、本発明材(No.1)に於いては、格子定数
=0.896オングストロ−ム(X線回折角2θ=11
8.5°)及び格子定数=0.822オングストロ−ム
(X線回折角2θ=139.1°)に特徴的なピークを
有していることが分る。又、本発明材(No.3)に於
いても、格子定数=0.895オングストロ−ム(X線
回折角2θ=118.7°)及び格子定数=0.821
オングストロ−ム(X線回折角2θ=139.4°)に
特徴的なピークを有していることが分る。
【0037】一方、図3は粉末冶金法によるHIP材
(比較材No.4及びNo.5)および溶解材(比較材
No.12)のX線回折ピ−クパタ−ンを示している
が、その様なピ−クは存在しない。
【0038】実施例3 図4に実施例1と同条件で作製したクロムニッケル合金
(本発明材No.1)の金属組織を示し、図5には溶解
品(比較材No.11)の金属組織を示す。
【0039】図4に示す本発明材(No.1)の組織で
は、針状の硬質相および軟質相が微細に分布している。
【0040】一方、図5に示す溶解品(比較材No.1
1)のミクロ組織には、硬質相が大きく、球状化してい
ることが分る。
【0041】
【発明の効果】高クロムニッケル合金をメカニカルアロ
イング法で作製することにより、優れた高温強度及び優
れた耐高温酸化性を有する高クロムニッケル合金が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明材1、3および比較材7、8、9、10
の強度の温度依存性を示す。
【図2】本発明材1、3のX線回折ピ−クパタ−ンを示
す。
【図3】比較材4、5、12のX線回折ピ−クパタ−ン
を示す。
【図4】本発明材1の金属組織を示す。
【図5】比較材11の金属組織を示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クロム、ニッケル以外の成分が0.5重量
    %以下で、かつ、クロム含有量が50〜90重量%であ
    り、残部が実質的にニッケルからなる組成を有し、高温
    強度を向上させた高クロムニッケルメカニカル合金。
  2. 【請求項2】X線回折において、格子定数=0.894
    〜0.897オングストロ−ム(X線回折角2θ=11
    8.9°〜118.3°)及び格子定数=0.820〜
    0.823オングストロ−ム(X線回折角2θ=13
    9.8°〜138.6°)の範囲に特徴的なピークを示
    すことを特徴とする請求項1に記載の高クロムニッケル
    メカニカル合金。
  3. 【請求項3】組織が硬質相と軟質相の針状2相のみから
    成り、硬質相内のクロム含有量が90重量%以上、か
    つ、軟質相内のクロム含有量が25重量%以下であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の高クロムニッケルメカ
    ニカル合金。
  4. 【請求項4】純度99%以上の金属クロム粉末およびニ
    ッケル粉末を用いて、充填密度が7.0g/cm以上
    の加熱成形体を作製し、該成形体を不活性ガス中、50
    0〜900℃の圧延温度範囲で圧下率10%/回以下の
    圧延後に、800〜1300℃、5時間未満の中間焼鈍
    処理する工程を2回以上繰返す加工処理を行なうことを
    特徴とする請求項1に記載の高クロムニッケルメカニカ
    ル合金から成る圧延体の製造方法。
JP4056116A 1992-02-07 1992-02-07 新規高クロムニッケルメカニカル合金およびその製造方法 Pending JPH05222481A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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