JPH07138719A - Ni基超合金鍛造品の鍛造方法 - Google Patents

Ni基超合金鍛造品の鍛造方法

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JPH07138719A JP30738693A JP30738693A JPH07138719A JP H07138719 A JPH07138719 A JP H07138719A JP 30738693 A JP30738693 A JP 30738693A JP 30738693 A JP30738693 A JP 30738693A JP H07138719 A JPH07138719 A JP H07138719A
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修 松本
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高野正義
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 均一微細な結晶粒を有するNi基超合金鍛造
品を製造できる方法を提供する。 【構成】 Ni:35〜65%、Cr:12〜20%を必
須成分として含み、更に、強化元素としてAl:0.1〜
0.8%、Ti:0.7〜2.0%、Nb:1.5〜6.0%
を含み、必要に応じて更にMo:5.0%以下を含み、残
部がFe及び不可避的不純物よりなるNi基超合金につい
て、圧下率≧10%、加熱温度950℃以上、11
00℃以下とし、圧下率/(加熱温度−鍛造温度)≧
0.3の関係を満足する鍛造条件にて鍛造を行うことに
よって、均一微細な結晶粒を得ることを特徴としてい
る。発電機の回転子部品、ガスタービンのホイール、シ
ャフト部品、極低温用構造部品、超電導発電機の回転
子、マグネット支持部品などに部品として用いられるN
i基超合金鍛造品に適している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エネルギー産業におけ
る発電機の回転子部品、ガスタービンのホイール、シャ
フト部品、極低温用構造部品、超電導発電機の回転子、
マグネット支持部品などに部品として用いられるNi基
超合金鍛造品の鍛造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】金属組織における結晶粒の大きさは種々
の機械的性質に影響を及ぼすことが知られており、この
結晶粒が細かいほど機械的性質、例えば引張強度、疲労
強度、靭性などは優れた性質を示す。また、品質保証の
面から、部品の超音波による探傷検査を行う場合、結晶
粒の細かいほど欠陥検出能が高くなることも知られてい
る。
【0003】ところで、上述の用途に用いられるNi基
超合金鍛造品は一般に以下のような製造工程により製造
されている。電極溶解→再溶解→鍛造→機械加工→熱処
理(溶体化、時効処理)→機械加工→検査。
【0004】すなわち、Ni基超合金はAl、Ti、Nbな
どの強化元素を多量に含んでいるため、偏析を生じやす
いので、鋳塊の組織の微細化を図らなければならないこ
とから、真空アーク溶解、エレクトロスラグ再溶解など
の再溶解が採用される。その後、鍛造を行い所定の形状
に成形すると共に内部組織(結晶粒)を均一化、微細化す
る。機械加工の後、熱処理(溶体化処理、時効処理)によ
って所定の機械的特性を付与し、仕上げの機械加工、検
査を行い製品とする。
【0005】Ni基超合金鍛造品の機械的性質は鍛造品
の内部の結晶粒の大きさにより決定される。この結晶粒
度は鍛造工程で決まるため、製品の製造ではこの工程が
最も重要になる。
【0006】結晶粒は一般に熱間加工時の歪み量が大き
いほど、また歪みを与える温度が低いほど結晶粒が微細
化されることが知られている(「鉄と鋼」、第70年(1
984)、第15号、大内千秋“熱間加工における再結
晶”p.291以後参照)。したがって、Ni基超合金鍛
造品においても、熱間加工時はできるだけ低い温度で高
い歪み量を与えることが望ましい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ni基
超合金では、他のオーステナイト系鉄鋼材料と比較して
熱間における延性が低いため、低い温度で高い歪み量を
加えると鍛造割れを生じ、歪み量が低すぎると結晶粒が
細かくならない問題がある。
【0008】結晶粒度が大きくなることによる問題点
は、J.H.MOLLらによるFe−Ni基合金に関する研究で強
度、延性が劣化することが報告されている(「Metalluu
rgicalTransactions」Vol.2、1971年8月、p.
2153〜2160)。
【0009】また、結晶粒が大きい場合や粗大粒と微細
粒が混合している場合は、製品の超音波探傷検査におい
て超音波の透過性が悪くなり、検出欠陥能が低下する。
H.J.Henningらの報告(「SUPERALLOY FORGING」、l9
79年)によると、種々のNi基超合金の鍛造における推
奨温度を示しており、前述の利用分野に使用されるNi
基超合金では982〜1150℃の範囲での鍛造が推奨
されている。しかし、この温度範囲でも結晶粒の微細化
が達成できていない。
【0010】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、均一微細な結晶粒を有するNi基超合金鍛造品を製
造できる方法を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段として、本発明は、Ni:35〜65%、Cr:1
2〜20%を必須成分として含み、更に、強化元素とし
てAl:0.1〜0.8%、Ti:0.7〜2.0%、Nb:
1.5〜6.0%を含み、必要に応じて更にMo:5.0%
以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物よりなるNi
基超合金について、圧下率≧10%、加熱温度95
0℃以上、1100℃以下とし、圧下率/(加熱温度
−鍛造温度)≧0.3の関係を満足する鍛造条件にて鍛造
を行うことによって、均一微細な結晶粒を得ることを特
徴とするNi基超合金鍛造品の鍛造方法を要旨としてい
る。
【0012】
【作用】以下に本発明を更に詳述する。まず、本発明に
おけるNi基超合金の成分組成の限定理由について説明
する。
【0013】Ni:Niはオーステナイト組織を安定さ
せ、析出強化に寄与するため、35%以上が必要であ
る。しかし、多すぎると強度低下を招くので、65%以
下とする。
【0014】Cr:Crは耐食性を確保し、かつ強化を図
るために必要な元素である。良好な耐食性を得るために
は12%以上必要である。しかし、20%を超えると組
織安定性及び靭性を劣化させる。よって、Cr量は12
〜20%の範囲とする。
【0015】Al:Alは強化元素であり、そのためには
0.1%以上が必要である。しかし、ある程度の加工性
を確保するために0.8%以下に制限する必要がある。
よって、Al量は0.1〜0.8%の範囲とする。
【0016】Ti:Tiは強化元素として必要であるが、
0.7%未満ではその効果が少ない。しかし、2.0%よ
り多いと靭性を低下させる。よって、Ti量は0.7〜
2.0%の範囲とする。
【0017】Nb:Nbは強化元素として必要であり、
1.5%より少ないとその効果が少ない。しかし、6.0
%を超えると靭性、加工性を極端に低下させる。よっ
て、Nb量は1.5〜6.0%の範囲とする。
【0018】Mo:Moは固溶強化元素であるが、必要に
応じて添加することができる。添加する場合、5.0%
を超えると強度、靭性を極端に低下させるので、5.0
%以下とする。
【0019】次に本発明の鍛造条件について説明する。
【0020】まず、圧下率は、10%より低いと再結晶
を生じさせるためのエネルギーが少なくなり、混粒組織
となるため、10%以上が必要である。ここで、圧下率
はプレスによる1回の圧下率で次の関係より求められ
る。 圧下率={(加工後の素材高さ)/(初期素材高さ)}×10
0(%)
【0021】加熱温度(鍛造を行うために素材を加熱保
持する温度)は、950℃以上、1100℃以下とす
る。950℃未満では加工粒が残存し、その後の溶体化
処理によっても微細化されないので、950℃以上とす
る必要がある。しかし、1100℃より高い温度で鍛造
を行うと、結晶粒成長を生じるので好ましくない。
【0022】素材を加熱後、鍛造を行うが、本発明者ら
は、上記の圧下率であっても、加熱温度及び鍛造温度と
の関係が重要であることを見い出した。ここで、鍛造温
度とは実際に素材を鍛造圧下する温度である。
【0023】すなわち、圧下率/(加熱温度−鍛造温度)
≧0.3の関係を満足しない条件で鍛造を行うと、鍛造
後、混粒組織となり、その後の溶体化処理によっても微
細化されないことを見い出した。
【0024】本発明の条件で鍛造することにより、鍛造
後において均一、微細な再結晶組織を得ることができ
る。なお、溶体化処理等の熱処理は従来と同様の条件で
行えばよい。
【0025】次に本発明の実施例を示す。
【実施例1】
【0026】表1に示す化学成分のNi基超合金を高周
波真空溶解炉によって溶製し、荒鍛造によって厚さ25
mmの板材とし、これを機械加工により直径8mm、高さ1
2mmの円柱材とした。
【0027】これを供試材として、1050℃又は11
00℃に加熱し、冷却途上の各温度にて0〜40%の圧
下率で圧縮(鍛造)を行った後、鍛造直後及び980℃溶
体化処理後の結晶粒組織を調査した。その結果を表2に
示す。
【0028】表2に示すように、本発明例はいずれも、
鍛造直後において均一微細な結晶粒度が得られ、割れ発
生もない。均一微細な組織であって混粒組織ではないの
で、溶体化処理によっても均一微細な結晶粒度が維持さ
れていることがわかる。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
【実施例2】表1に示した成分に更にMoを0.1%含む
化学成分のNi基超合金を実施例1と同様にして供試材
を製造し、この供試材を加熱温度1100℃に加熱し、
鍛造温度1000℃、圧下率30%(圧下率/(加熱温度
−鍛造温度):0.3)の条件で鍛造を行った。鍛造直後
及び980℃溶体化処理後の結晶粒組織を調査した。そ
の結果、鍛造直後、溶体化処理後とも結晶粒度が4.5
番で、均一微細な組織であることが確認された。
【0032】
【実施例3】表3に示した化学成分のNi基超合金を実
施例1と同様にして供試材を製造し、この供試材を加熱
温度1100℃に加熱し、鍛造温度1000℃、圧下率
30%(圧下率/(加熱温度−鍛造温度):0.3)の条件
で鍛造を行った。その結果、鍛造直後及び980℃溶体
化処理後の結晶粒度はそれぞれ6番で、均一微細であっ
た。
【0033】
【表3】
【0034】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
鍛造割れの発生がなく、均一微細な結晶粒を有するNi
基超合金鍛造品を容易に製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 19/05 Z 30/00

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で(以下、同じ)、Ni:35〜6
    5%、Cr:12〜20%を必須成分として含み、更
    に、強化元素としてAl:0.1〜0.8%、Ti:0.7
    〜2.0%、Nb:1.5〜6.0%を含み、残部がFe及
    び不可避的不純物よりなるNi基超合金について、圧
    下率≧10%、加熱温度950℃以上、1100℃以
    下とし、圧下率/(加熱温度−鍛造温度)≧0.3の関
    係を満足する鍛造条件にて鍛造を行うことによって、均
    一微細な結晶粒を得ることを特徴とするNi基超合金鍛
    造品の鍛造方法。
  2. 【請求項2】 更にMo:5.0%以下を含む請求項1に
    記載の方法。
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