JPH0684535B2

JPH0684535B2 - ニッケル基合金の製造方法

Info

Publication number: JPH0684535B2
Application number: JP59273614A
Authority: JP
Inventors: 和也辻本
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1994-10-26
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: JPS61153254A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は、疲労強度の良好なニッケル基合金の製造方法
に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］最近、半永久的なエネルギー源として、高速増殖炉が注
目されている。この炉は軽水炉とは異なり、その熱媒体
として金属液体ナトリウムが用いられ、炉心付近では、
600℃程度と高く、又、その構造上振動が大きく、そこ
に使用される材料には厳しい特性が要求された。そこで
この種の炉材として、SUS316鋼が用いられているが、耐
熱性の点及び耐疲労特性の点で、十分とは言えなかっ
た。

［発明の目的］本発明の目的は、（１）耐熱性が良好でかつ（２）疲労強度が大きい合金の製造方法を提供することにある。

［発明の概要］本発明者らは、ニッケル基合金の製造方法を鋭意研究し
た結果、クロム，鉄，モリブデンおよび残部が実質的に
ニッケルよりなる合金、または、クロム，鉄，モリブデ
ン，さらにチタン，ニオブ及びタンタル，コバルトから
選ばれた１種または２種以上の元素および残部が実質的
にニッケルよりなる合金は、その製造工程において熱間
加工の最終温度を低く制御することによって、疲労強度
が向上することを見い出した。本発明はこの知見に基づ
いてなされたものである。

即ち、本発明は、重量％で、クロム:15〜25％，鉄:9〜2
6％，モリブデン:2〜４％および残部が実質的にニッケ
ルよりなる合金、または、重量％で、クロム:15〜25
％，鉄:9〜26％，モリブデン:2〜４％、さらにチタン:
0.4〜2.0％，ニオブ及びタンタル:4〜６％，コバルト:1
％以下から選ばれた１種または２種以上の元素を含有
し、残部が実質的にニッケルよりなる合金を溶解し、鍛
造し、その後熱間加工を施し、更に溶体化処理した後急
冷し、時効処理を施すニッケル基合金の製造方法であっ
て、熱間加工の最終温度が850℃以下であり、溶体化開
始温度が940〜970℃の範囲であるニッケル基合金の製造
方法を提供するものである。

この製造方法により、耐熱性が良好でかつ疲労強度が良
好な合金が得られる。

即ち、ストレスラプチャー特性として18時間以上、更に
は23時間以上が得られ、又、高温（650℃）引張り強度
として90kg f/mm²以上、更には100kg f/mm²以上が得ら
れ、又、疲労強度として60kg f/mm²以上、好ましくは65
kg f/mm²以上、更に好ましくは68kg f/mm²以上の特性が
得られる。

また、この製造方法により、結晶粒度がJISG0551の粒度
番号で７番以上好ましくは８番以上、更に好ましくは９
番以上のニッケル基合金が得られる。

ここでCrは、耐酸化性及び耐応力腐食割れ性を向上させ
る為に必要であるが、Crが多すぎると、可鍛性を低下さ
せ、一方少なすぎると、その効果が減少する。

したがって、その範囲としては、15〜25％、更には17〜
23％が好ましい。

又Feは、850〜925℃の温度範囲にて、金属間化合物を生
成し、延性に寄与し、疲労破壊に対して有効であるが、
Feが多すぎると、耐熱性を低下させ、一方少なすぎる
と、その効果が減少する。

したがって、その範囲としては、９〜26％、更には11〜
24％、更には15〜22％が好ましい。

Moは、耐熱性を向上させる元素であるが、Moが多すぎる
と、加工性を低下させ、結晶粒を細粒化させにくくす
る。一方少なすぎると耐熱性の点で効果が得にくい。し
たがって、その範囲としては、２〜４％更には、2.5〜
3.5％が好ましい。

前記４成分すなわち、クロム，鉄，モリブデンおよび残
部が実質的にニッケルよりなる合金に、更にTi,Nb,Ta,C
oから選ばれた１種または２種以上の元素を添加した合
金としてもよい。

ここでTiは、Ni₃（Al,Ti）相を析出し、強度を向上させ
る為に有効な元素であるが、Tiが多すぎると、加工性を
低下させ、合金を細粒化させにくくする。一方、少なす
ぎると、耐熱性の点で効果が減少する。したがって、そ
の範囲としては、0.4〜2.0％更には、0.7〜1.5％が好ま
しい。

NbおよびTaは、δ〔Ni₃（Nb,Ta）〕相およびγ″〔Ni₃
（Nb,Ta）〕相を析出し、耐疲労強度を向上させる為に
有効な元素であるが、NbおよびTaが多すぎると、加工性
を低下させ、合金を細粒化させにくくする。一方、少な
すぎると、耐熱性の点で効果が減少する。したがって、
その範囲としては、合計で４〜６％更には、4.5〜5.5％
が好ましい。

Coは、耐熱性を向上させるために有効な元素であるが、
Coが多すぎると加工性を低下させる。したがって、その
範囲としては、１％以下が好ましい。

又、脱酸剤として、Alが0.1〜1.0％、Mnが0.5％以下、S
iが0.5％以下含有されても良く、又、不純物として、B,
Cu,S,P,Y,Mg及びＣ等が0.5％以下含有されても良い。

以上述べたクロム，鉄，モリブデンおよび残部が実質的
にニッケルよりなる合金、および、クロム，鉄，モリブ
デン，さらにチタン，ニオブ及びタンタル，コバルトか
ら選ばれた１種または２種以上の元素および残部が実質
的にニッケルよりなる合金の製造方法について述べる。

先ず、素材合金を溶解してインゴットとし次にこのイン
ゴットを鍛造し、鍛造ビレットを作り、その後熱間加工
を施す。その際、その加工の最終温度は、850℃以下に
されるのが良い。その後溶体化処理を施こすが、この溶
体化処理では、熱間加工後の被加工材をすぐ940〜970℃
に保たれた炉に投入しその温度範囲で所定の時間（被加
工材１インチにつき10〜60分）保ち、その後急冷する。
更にその後時効処理を施こすことによって上記疲労強度
の合金が得られる。

以上述べた条件について更に詳細に述べると熱間加工の
最終温度は、850℃以下が必要であるが、800℃以下であ
ると、更に好ましい。

又、溶体化の際の温度範囲は、940〜970℃であるが、94
5〜965℃であると、更に好ましい。又、時効処理では２
段の時効が好ましく、その温度範囲は、第１段目が600
〜750℃，第２段目が550〜650℃であるのが好ましい。

ところで、上記Mo,Ti,Nb又は、Taが含有されたNi基合金
及び板厚が厚いNi基合金は、その結晶粒が細粒化されに
くいため、所望の疲労強度が得られない。しかし、本発
明の製造方法を用いることにより、容易に耐疲労強度を
向上させることができる。

例えば、Mo2〜４重量％,Ti0.4〜2.0重量％,Nb及びTaが
４〜６重量％含有されていても、７番以上の結晶粒径が
得られやすく、板厚に関しても、例えば15mm以上更には
20mm以上の板厚の合金部材でも、７番以上の細粒が得ら
れやすい。

［発明の実施例］本発明および比較例のニッケル基合金を、脱酸剤として
添加するAl,Mn,Si、さらに不純物として含有されるC,P,
S,Cu,Bも併せて第１表に示す組成の合金として得た。

なおその際用いた製造条件を第２表に記載した。

この合金から試験片をつくり、この合金のストレスラプ
チャー特性、650℃での高温引張り強度及び600℃での疲
労強度を測定し、その結果を第２表に併記した。

尚、本発明の実施例の比較合金は、SUS316を用いた。

上記測定方法の詳細を下記に示す。

ラプチャー試験は650℃の温度で70.3kgの引張り応力で
破断する迄の時間を測定したものであり、高温引張り試
験は、650℃で測定した引張り測定をしたものであり、
高温疲労試験は、600℃で試験片に種々の応力を加え、1
0000rpmで回転させ、破断した時の回数を求め、10⁸時の
疲労寿命を求めたものである。

第２表から明らかな如く、本発明の実施例は、従来から
使用されているSUS316（比較例）よりラプチャー特性、
高温引張り強度及び疲労強度のすべての点で優れており
原子炉材、特に高速増殖炉材として適している。又、板
厚が20mmの本発明のNi基合金を製造したが、結晶粒度番
号が８番の合金が得られた。

［発明の効果］以上のように、本発明に係る製造方法によれば、ストレ
スラプチャー特性として18時間以上、又、高温（650
℃）引張り強度として90kg f/mm²以上、さらに、疲労強
度として60kg f/mm²以上である、耐熱性が良好でかつ疲
労強度が良好な合金が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−136443（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−211560（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−174538（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−136736（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−77559（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−101634（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、クロム:15〜25％，鉄:9〜26
％，モリブデン:2〜４％および残部が実質的にニッケル
よりなる合金を溶解し、鍛造し、その後熱間加工を施
し、更に溶体化処理した後急冷し、時効処理を施すニッ
ケル基合金の製造方法であって、熱間加工の最終温度が
850℃以下であり、溶体化開始温度が940〜970℃の範囲
であることを特徴とするニッケル基合金の製造方法。
【請求項２】前記ニッケル基合金の疲労強度が60kg f/m
m²以上であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載のニッケル基合金の製造方法。（尚、前記疲労強度
は、600℃で試験片に応力を加え、10000rpmで回転さ
せ、破断した時の回数から10⁸時の疲労寿命を求めたも
のである。）
【請求項３】前記ニッケル基合金は、18時間以上のラプ
チャー特性を有することを特徴とする特許請求の範囲第
１項乃至第２項に記載のニッケル基合金の製造方法。
【請求項４】前記ニッケル基合金は、650℃で90kg f/mm
²以上の高温引っ張り強度を有することを特徴とする特
許請求の範囲第１項乃至第３項に記載のニッケル基合金
の製造方法。
【請求項５】前記ニッケル基合金は、結晶粒度がJISG05
51の粒度番号で７番以上であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項乃至第４項に記載のニッケル基合金の製
造方法。
【請求項６】前記ニッケル基合金は、15mm以上の厚さを
有することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５
項に記載のニッケル基合金の製造方法。
【請求項７】重量％で、クロム:15〜25％，鉄:9〜26
％，モリブデン:2〜４％、さらにチタン:0.4〜2.0％，
ニオブ及びタンタル:4〜６％，コバルト:1％以下から選
ばれた１種または２種以上の元素を含有し、残部が実質
的にニッケルよりなる合金を溶解し、鍛造し、その後熱
間加工を施し、更に溶体化処理した後急冷し、時効処理
を施すニッケル基合金の製造方法であって、熱間加工の
最終温度が850℃以下であり、溶体化開始温度が940〜97
0℃の範囲であることを特徴とするニッケル基合金の製
造方法。
【請求項８】前記ニッケル基合金の疲労強度が60kg f/m
m²以上であることを特徴とする特許請求の範囲第７項に
記載のニッケル基合金の製造方法。（尚、前記疲労強度
は、600℃で試験片に応力を加え、10000rpmで回転さ
せ、破断した時の回数から10⁸時の疲労寿命を求めたも
のである。）
【請求項９】前記ニッケル基合金は、18時間以上のラプ
チャー特性を有することを特徴とする特許請求の範囲第
７項乃至第８項に記載のニッケル基合金の製造方法。
【請求項１０】前記ニッケル基合金は、650℃で90kg f/
mm²以上の高温引っ張り強度を有することを特徴とする
特許請求の範囲第７項乃至第９項に記載のニッケル基合
金の製造方法。
【請求項１１】前記ニッケル基合金は、結晶粒度がJISG
0551の粒度番号で７番以上であることを特徴とする特許
請求の範囲第７項乃至第10項に記載のニッケル基合金の
製造方法。
【請求項１２】前記ニッケル基合金は、15mm以上の厚さ
を有することを特徴とする特許請求の範囲第７項乃至第
11項に記載のニッケル基合金の製造方法。