JPH10204565A - コバルトの基礎耐熱合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガラス綿を製造する紡糸機車輪の素材として
使用されるコバルトの基礎耐熱合金組成に関するもの
で、特に真空熔融及び真空鋳造に適合する合金組成のた
めに、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗの基本合金組成にＭｎ、Ｓ
ｉを添加して脱酸効果及び流動性を調節し、その他の添
加元素として従来の高価な希土類金属（Ｙ）及びＴａ、
Ｈｆ、Ｂの代わりにＮｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃ、Ｓｉ元
素を添加し、不純物の許容範囲を拡大して適切の合金組
成とする。 【解決手段】 Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ｃ、Ｎｂ、Ｓ
ｉ、Ｚｒ及び不純物を含有するコバルトの基礎耐熱合金
において、希土類金属を含有しない特定の金属組成にす
ることにより、高温強度、高温耐摩耗性及び高温耐酸化
性の優れているコバルトの基礎耐熱合金を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス綿を製造す
る紡糸機車輪（spinner wheel）の素材として使用され
るコバルトの基礎耐熱合金組成に関するもので、特に真
空熔融及び真空鋳造に適する合金組成のために、Ｃｏ、
Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗの基本合金組成にＭｎ、Ｓｉを添加して
脱酸効果及び流動性を調節し、その他の添加元素として
従来の高価な希土類金属（Ｙ）及びＴａ、Ｈｆ、Ｂの代
わりにＮｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃ、Ｓｉ元素を添加し、
不純物の許容範囲を拡大して適切な合金組成を形成させ
るので、気泡発生による鋳造欠陥を防止し、Ｎｂ、Ｃｒ
のセメンタイト系の結晶相が合金内に均一に散在して三
次元網状構造である強力なウェブ（Ｗｅｂ）を構成し、
この結晶相をタングステンカーバイト及びＺｒを核とす
るＣｏ、Ｎｉのオーステナイト組織が強力に支持するの
で、高温強度及び高温耐摩耗性、高温耐酸化性に優れた
コバルトの基礎耐熱合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にガラス繊維は、速い速度で回転す
る紡糸機車輪に多数の穴があいた壁を通じて、熔融され
たガラスが遠心力によって通過しながら形成される。通
常、紡糸機は、約100℃の温度、2,000rpmの速度で作動
し、繊維が小さい多孔壁を通じて出てくることができる
高速回転であるので、高温では高い破壊強度と、熔融ガ
ラスに対する高い腐食抵抗性が要求される。

【０００３】上記紡糸機車輪に使用される従来のコバル
トの基礎耐熱合金は、合金の成分が重量比で通常、30％
のＣｒ、13％のＮｉ、10％のＷ、２％のＴａ、残りのＣ
ｏという組成であり、その他に１％以下のシリコン及び
約0.5％以下の炭素と、Ｚｒ、Ｂ、Ｙ等が種類により少
量ずつ含まれている。しかし、このような合金は、高速
回転する紡糸機車輪で要求される機械的強度を満足させ
ることができなかったので、さらに高い耐応力破壊性及
び腐食抵抗性が必要であった。また、前記要求条件を満
足させるために、米国特許第4,620,324号及び第4,904,2
90号の合金が提示されている。しかし、上記特許のこれ
らの合金において、Ｔａ及びＹ、Ｂ等は国内では購入が
難しく、高価である金属を含んでいる。特に市販されて
いる金属に不純物として混じっているＨｆを包まないこ
とを特徴としており、また、従来より耐摩耗性、耐酸化
性等が向上しているが、やはり過酷な条件ではガラス綿
を長時間連続的に製造することには限界点が露呈してい
る。

【０００４】前記問題点を解決するために、本出願人に
より開発された韓国特許公告第94-8942号のコバルトの
基礎耐熱合金が知られている。この技術によると、高温
強度と高温耐酸化性、また高温ガラス腐食抵抗性を有す
ることを特徴としている合金として、ガラス繊維を形成
する紡糸機車輪に適用して長時間性能を発揮するのに適
合し、特に空気熔融の鋳造として製作されるコバルトの
基礎耐熱合金を提供している。

【０００５】このような合金は大気溶解および大気鋳造
による鋳造方法として、鋳物の表面が粗く、溶解中、溶
湯に侵入した酸素によって固化（solidification）中に
組織内に微細な気泡を残す鋳造欠陥が誘発されたことも
あった。即ち、この温度範囲の合金液相（liquid phas
e）は、大気中の酸素及び窒素が溶湯内に過剰侵入して
酸化物、あるいは窒化物の形態で不安定に存在している
が、鋳型に注入する際に結晶化せず還元反応とともに気
泡を発生させて合金の結合力を弱め、高温降伏強度を低
下させる原因にもなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、上記のような従来のコバルトの基礎耐熱合金から発
生する諸般の問題点を改善するために、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ｗのような基本合金組成にＭｎ、Ｓｉを添加して脱
酸効果及び流動性を調節し、その他、添加元素として従
来の高価な希土類金属（Ｙ）及びＴａ、Ｈｆ、Ｂの代わ
りにＮｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃ、Ｓｉ元素の添加と不純
物の許容範囲を拡大して気泡発生による鋳造欠陥を防止
し、三次元網状構造である強力なウェブ（ｗｅｂ）をオ
ーステナイト組織が強力に支持する構造の合金として高
温強度、高温耐摩耗性及び高温耐酸化性の優れた合金を
提供することにその目的がある。

【０００７】また、このような合金を製造する際、真空
熔融及び真空鋳造法を適用して合金元素の改善とともに
溶解方法、鋳造方法及び熱処理方法を改善して物性を向
上させ、不純物の許容範囲を拡大してリサイクルが容易
になるように新たなコバルトの基礎耐熱合金を提供する
ことに別の目的がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空溶解及び
真空鋳造方法による超合金（super alloy）であるコバ
ルトの基礎耐熱合金において、希土類金属を含まず、不
可避な不純物を除外して、次のような重量％で構成され
たものをその特徴とする。 Ｃｒ 25〜33％，Ｎｂ 2.5〜4.8％，Ｓｉ 0.1〜0.3
％，Ｖ 0.05〜0.8％，Ｎｉ 9〜12％，Ｚｒ 0.1〜0.3
％，Ｍｎ 0.1〜0.3％，Ｃｏ 残り 上記本発明の合金は、好ましくは次のような含量の不純
物を選択的に包含することを特徴とする。 Ｓ 0.06％以下，Ａｌ 0.07％以下，Ｆｅ 0.7％以
下，Ｐ 0.01％以下，Ｈｆ*，Ｔａ*，Ｙ* *表示成分は総重量で2.6％以下

【発明の実施の形態】このような本発明をさらに詳細に
説明すれば次の通りである。

【０００９】本発明は、コバルトの基礎ステライト系超
合金として重量％の基準で、約40〜50％のコバルト、25
〜30％のクロム、9〜12％のニッケル、6〜12％のタング
ステン、2.8〜4.8％のニオビウム、0.1〜0.3％のジルコ
ニウム、0.6〜1％のカーボン、0.1〜0.3％のシリコン、
0.1〜0.3％のマンガン、0.1〜0.3％のチタン、0.1〜0.8
％のバナジウムを有する１１個の元素合金を基本とし、
不純物として0.06％以下の硫黄、0.07％以下のアルミニ
ウム、0.7％以下の鉄、総重量として2.6％以下のＨｆ、
Ｙ、Ｔａ金属が不純物として含まれていても機械的性質
に大きな影響はない。

【００１０】このように、本発明の成分組成を上記のよ
うに限定する理由を説明すれば次の通りである。Ｃｒ
は、優れた高温耐酸化性を確保するのに必要なオーステ
ナイトを構成する成分であり、含有量が25％以下である
ときには、高温耐酸化性を確保することができないし、
35％を超えると高温強度及び引張り性が急激に低くなる
ので、25〜35％の含量として使用する。

【００１１】Ｎｉは、Ｃｒと共存して高温強度を向上さ
せ、またオーステナイト系を構成するので、安定化を期
して同時に加工性を向上させる作用をしている。従っ
て、９％以上が望ましいし、多量添加する際には費用上
昇をまねくので、12％まで使用すればよい。Ｗ（タング
ステン）は、Ｃ（炭素）と結合して高融点炭化物である
ＭＣ形の炭化物を形成し、一般的にＭ７、Ｃ３形とＭ２
３Ｃ６形の低融点炭化物の形成を抑制する。また、これ
はオーステナイト系に高溶体を形成して高温強度を向
上、強化させるが、Ｗの含有量が６％未満であるときに
は、前に説明した効果を得ることができないし、安定化
が困難になる。また、一般的に12％を超えると、高温耐
酸化性が急激に低下し引張り性が弱くなるので、２〜12
％の範囲が適当である。

【００１２】特に、本発明では、ＭｎとＳｉを添加して
脱炭酸効果と流動性を調節したが、Ｍｎが0.3％より過
量であるかＳｉが過量含有されると、脆性を増加させて
鋳造してから冷却時に亀裂発生のおそれがある。また、
Ｎｂは高温での組織安定のために添加される。Ｎｂが過
量であると、鋳造費用増加及び高温疲労破壊の原因にな
り、Ｚｒは溶湯内の脱酸のための成分として、過量であ
るとジルコニアの不純物形態として合金に存在する恐れ
がある。

【００１３】Ｃ（炭素）は、この合金の組織内に高溶体
を形成する。即ち、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｂと結合して炭化物を
形成する。また、組織結晶粒（ＧＲＡＮ）及び組織結晶
粒の間の結合を強化させて高温強度を向上させ、鎔接性
と鋳造性を改善する作用をするが、１％を超えると、引
張り性が弱くなる。もしも0.6％よりも小さいときには
上記作用をしないので、要求される高温強度を持たない
ことになる。

【００１４】また、Ｔｉは、析出硬化鋼のために使用さ
れ、Ｖは微細組織のために使用される。これらが過量で
あると、脆性が増加するおそれがある。上記のように、
本発明の組成で合金を製造するが、以下にその製造過程
を説明する。本発明によると、既存のステライト系で
は、酸化物あるいは炭化物として高温で炭素の分布を均
一になるようにして軽度向上及び抗張力を向上させるた
めに、添加した希土類金属の代わりにニオビウム、チタ
ンカーバイト、タングステンカーバイト、バナジウムを
適切に配合させ、各合金の中の状態を基礎とした熔融温
度及び熔融時間を正確に制御し、適切な熱処理条件を付
与して良質の耐熱合金鋼を製造することになる。

【００１５】本発明の合金組成に対する溶解は、板状あ
るいは粒状、グレイン（grain）状のコバルト、ニッケ
ル、クロム、ニオビウム、ジルコニウム、バナジウム、
チタン及び粉末形態のタングステン、カーボンを、上記
組成比に準じて計量した後、真空溶解が可能な誘導電気
炉で1,550〜1,600度に加熱して溶解する。この温度で約
20分間維持してから円筒形状の母合金を作る。

【００１６】母合金を真空溶解して1,680〜1,750℃の間
で15分間等温維持しながら、真空溶解させた後、1,510
〜1,550℃の間で溶湯温度を低めると、液状酸化物が還
元され、溶湯内のガスは溶解状態で外へ噴出される。真
空溶解中、真空チェンバー内の真空圧力調整は各々の溶
解温度により相当量の圧力制御曲線を有し、溶解温度を
高めるためには、真空チェンバー内を不活性ガスで置換
して高温溶解中の真空圧力を500mmbar程度に維持し、注
入温度で真空度を高めることが望ましい。

【００１７】その後、溶湯温度を1,510〜1,550℃の間に
低める状態で、マンガンとシリコンを順次追加装入した
後に脱酸及び溶湯の安定化のために、一定時間放置して
から鋳型に注入して合金を作る。本発明による合金元素
の溶解過程を一具体例により説明すれば、まず低温融点
であるコバルトとニッケルを溶解炉に装入して1,500℃
程度に溶解した後、クロム、粉末、タングステン、チタ
ン、バナジウム、ジルコニウムを装入して短い時間に急
激に1,700℃以上に温度を上昇させる。15〜20分間維持
しながら、拡散、溶解させてから粉末カーボンを装入す
ると、体心立方晶元素と炭素が結合して侵入形のカーバ
イト物が形成される。

【００１８】その後、溶湯を約1,500℃前後に下げる
と、溶湯はカーバイトの結晶粒、不安定な液状酸化物及
び液状の既知金属が混在し、この時にマンガンを装入し
て脱酸を促進させ、シリコンを装入して脱酸効果ととも
に溶湯の流動性を促進して鋳型に注入すると、良好な鋳
造物を得ることができる。母合金地金を作らず、処女元
素をすぐ溶解して合金を作る場合、過度な真空状態で溶
解により温度を上昇させると、融点の高い合金元素が液
状に変態しないで、高溶体として混在した状態で溶解炉
内にあふれて良好な溶解をすることができない。この
時、温度上昇する前の真空チェンバー内の空気は不活性
な窒素ガスが良い。ガスを置換した後、溶解することが
望ましく、この時、主に使用されるガスとして窒素ガス
を使用する場合、高温溶解中で窒素ガスが溶湯内に侵入
して液状の窒化物及び残余空気中にある酸素と反応して
液状の酸化物を生成する可能性があるので、モールドに
注入する前にこの窒化物と酸化物を還元させる対策が必
要である。

【００１９】ここで、窒化物の大部分は熔融温度を落と
せば還元され、酸化物は温度を落とせば一部は還元、噴
出され、一部は溶湯に残される。しかし、残余酸化物は
マンガンのような脱酸剤で脱酸をすることができる。た
だし、マンガンを装入してかなり長い時間が経過する
と、再び酸素が侵入するので、適切な時間内にモールド
へ注入しなければならない。

【００２０】本発明によると、上記合金の液状の窒化物
あるいは酸化物の還元温度は1,480℃前後が適切である
が、合金の形状が大きい場合は、湯境がないし、良好な
合金を得るためには、1,510〜1,550℃の間に溶湯を還
元、鎮静させた後、モールドに注入することが望まし
い。このような特性のために母合金を製造しない場合に
は、１回の溶解で１モールドの鋳造、即ち溶解炉で１モ
ールドの合金重量だけを溶解して１つの合金のみを鋳造
すれば正確な合金特性を得ることができる。

【００２１】一般に、溶解が進行する過程中、脆性の原
因になる過度なカーバイト物の生成及び結晶形の酸化物
の早期生成が起きるが、この現象を防止するためには、
溶解炉内へ合金元素を装入する順序が一番重要である。
まず、熔融温度が高くて高温で酸素と結合して結晶粒を
生成しない元素から溶解する必要がある。

【００２２】したがって、本発明による合金の適切な耐
熱カーバイトの結晶粒を生成しようとする場合、適切な
温度は1,680〜1,720℃程度であり、この溶解温度に適合
するルツボ（crucible）の素材はジルコニア耐火物が望
ましい。この時にカーバイトの結晶粒の生成量は装入炭
素量及び高い溶融点の体心立方晶元素の添加量に比例す
る。

【００２３】その後、溶湯温度を1,510℃程度に冷却す
ると、拡散溶解状態になったクロムがカーバイト結晶粒
を核として体心立方結晶構造の樹脂状結晶粒に成長しは
じめ、ニオビウムも別途のカーバイト結晶粒を核として
体心立方結晶構造の樹脂状結晶粒に成長しはじめる。即
ち、溶湯はコバルト及びニッケル中心の液相、クロム結
晶粒、ニオビウム結晶粒、タングステンカーバイト、チ
タンカーバイトが混在している状態である。この時に温
度維持時間が長ければ、樹脂形結晶粒の成長が大きくな
って注入の後に粗大な組織を形成する。したがって、こ
の温度維持時間を適切に調整すると、所望の使用目的に
応じた材質のグレイン（grain）の大きさを得ることが
できる。

【００２４】また、バナジウム等の元素を追加して核生
成が多くなると、緻密組織を得て硬度及び耐摩耗性を向
上することができるが、高温脆性を増加させる恐れがあ
って、注意を要する。この時には、アニール（annealin
g）及び焼きなまし（normalizing）の熱処理を必ず行わ
なければならない。また、温度維持時間を長くして組織
が粗大になると、脆性は良好であるが、耐摩耗性が低下
して焼きなまし（normalizing）及び析出硬化熱処理(pr
ecipitate）が要求される。

【００２５】本発明による合金の鋳型としては、セラミ
ックモールド（uni-cast）及びロストワックス鋳型（in
vestment cast）を望ましく使用することができるが、
どんな場合でも鋳造の後に約40分経過した後、迅速に脱
射することにより自然空冷（air quenching）が可能で
あり、組織が緻密になる。セラミックモールドにより合
金を製作する場合、モールドの温度は100〜400℃程度が
良く、モールドを1,000℃前後で塑性した後に冷却させ
て使用する。また、局部的に急冷あるいは徐冷させて冷
却速度の差異により凝固組織の微細化あるいは粗大化を
図ろうとする際には、モールドを常温で完全に冷却させ
た後、局部的にモールドの表面を加熱して溶湯を注入す
ると、高い鋳型温度では粗大な組織を得ることができ、
低い鋳型温度では緻密な合金組織を得ることができる。
塑性した鋳型を大気中に冷却させる場合、鋳型が冷却さ
れる間に空気中にある水分の流入を遮断しなければなら
ない。水分が流入すると、合金表面にガス孔欠陥が起こ
るからである。

【００２６】注入速度は、モールド内の残留ガスによる
モールド膨張を起こさない範囲内でできるだけ迅速に注
入することができる方法でランナー及びゲートを設計し
なければならない。ゲートは、多数の分割形よりも１つ
の放射形ゲートが鋳造欠陥を除去するのに効果的であ
る。多数のゲートにて注入する場合、溶湯の流頭（flow
front）からクロムの酸化層が発生し、この酸化層は隣
接した流頭と接合凝固のときに酸化膜による湯境を発生
させる。

【００２７】圧湯は、特別の保温対策が必要であるが、
前述したようにこの合金は注入の前に過冷状態のクロム
樹脂相、ニオビウム樹脂相及びカーバイト高溶体等が既
知金属であるコバルト、ニッケル液相に高溶化された状
態で鋳型に注入される。これは凝固時間がかなり短い
し、流動性もやはりよくないので、凝固収縮量を圧湯か
ら迅速に補充する必要がある。したがって、圧湯の保温
が必要であり、発熱スリーブを使用すれば効果的であ
る。

【００２８】一方、ワックス鋳型（investment cast）
による方法は、本発明による合金の成形法として一番適
切であり、一番考慮しなければならないことはゲート部
分の保温である。通常、ワックス鋳型鋳造方法は圧湯を
使用しないので、収縮欠陥がゲート周囲に発生しやす
い。したがって、ゲートを予め準備した断熱セラミック
パイプとワックスを組み立てて鋳型を作った後、ワック
スを除去する方法がよい。塑性の後、注入するときにモ
ールドの温度は900℃の前後が適当であり、真空チェン
バー内で注入を行う場合には、合金の使用目的により60
0〜900℃が適当である。

【００２９】一方、ゲートは分離形が有利であるが、鋳
型の保温性のために、モールドに溶湯が充填される過程
で流頭での温度降下が小さいし、隣接した流頭との接合
面の鋳造欠陥もない。分離形ゲートを設計する場合、各
々のゲートでのフロー均衡及び断面抵抗を考慮して充填
解析を利用することが望ましい。一方、本発明による合
金の熱処理方法は、溶体化熱処理及び析出硬化の熱処理
が可能である。溶体化熱処理は、真空処理炉が望まし
く、鋳物厚さ25mm以下の製品は、時間当たり200℃ずつ
温度上昇し、1,180〜2,000℃まで温度上昇してから２時
間温度を維持した後にガス急冷により処理する。

【００３０】析出硬化の熱処理は、溶体化熱処理の後、
900〜920℃まで温度上昇した後に、20時間温度を維持す
れば、ニッケルコバルトオーステナイトの組織内に分布
しているタングステン過炭素がカーバイト組織に拡散、
析出する。本発明によると、チタンカーバイトとタング
ステンカーバイトを同時に析出させることはかなり難し
く、チタンが過剰に装入された場合には、オーバーエイ
ジング（overaging）の恐れがあるので、微細元素の含
量調節に特に留意しなければならない。

【００３１】図１は、本発明による合金を溶体化処理し
て、エージング（aging）処理した後の電子顕微鏡写真
である。このような図１の写真より見ると、溶体化処理
後にもクロム樹脂相及びニオビウム樹脂相は組織の変化
がなく、ニッケル、コバルト、組織内に三角形模様のタ
ングステンカーバイト物が緻密に析出されていることを
見ることができる。

【００３２】したがって、本発明の合金は、使用温度が
900〜1,200℃の間で高温強度及び耐摩耗性が優れるし、
ガラス繊維を製造する紡糸機車輪の素材として長時間使
用することができる。また、図２は、本発明による合金
の組織写真であり、組織写真の組成分布を部分拡大して
イメージ処理すれば図３の通りである。図３では、電子
顕微鏡でスキャニングして得るこの合金の組成分布を示
す。また、図４と図５は組織内の樹脂状組織を示してお
り、図４はクロムの分布を示し、図５はニオビウムの分
布を示す。

【００３３】上記図２に見られるように、本発明による
クロム樹脂状相とニオビウム樹脂状相が適切に散在して
おり、これらの樹脂状相が３次元空間で網状形態の強力
なウェブを構成し、その間をタングステンカーバイト及
びジルコニアを核とするコバルトニッケルの低融点オー
ステナイト組織がこのウェブを強力に支持しているの
で、強力な耐摩耗性と高温強度を有する。特に、粒界が
コバルト、ニッケルの面心立方晶結合で凝固が完了され
るので、粒界での欠陥がない。

【００３４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
するが、本発明が実施例により限定されるものではな
い。 実施例１〜６ １．本願発明の組成範囲を適用した製造過程（母合金の
適用） １）Ｃｏ48％、Ｎｉ11％、Ｃｒ28％、Ｗ９％、Ｎｂ2.7
％、Ｚｒ0.1％、Ｃ0.6％、Ｍｎ0.2％、Ｓｉ0.2％、Ｖ0.
05％、Ｔｉ0.15％ ２）Ｃｏ45％、Ｎｉ11％、Ｃｒ31％、Ｗ９％、Ｎｂ2.5
％、Ｚｒ0.2％、Ｃ0.6％、Ｍｎ0.3％、Ｓｉ0.2％、Ｖ0.
1％、Ｔｉ0.1％ ３）Ｃｏ45％、Ｎｉ10％、Ｃｒ31.9％、Ｗ９％、Ｎｂ2.
6％、Ｚｒ0.2％、Ｃ0.6％、Ｍｎ0.2％、Ｓｉ0.2％、Ｖ
0.1％、Ｔｉ0.2％ ２．本願発明の組成範囲を適用した製造過程（母合金の
未適用） ４）Ｃｏ45.2％、Ｎｉ10.8％、Ｃｒ30.8％、Ｗ９％、Ｎ
ｂ2.7％、Ｚｒ0.2％、Ｃ0.7％、Ｍｎ0.2％、Ｓｉ0.1
％、Ｖ0.1％、Ｔｉ0.3％ ５）Ｃｏ45％、Ｎｉ10.8％、Ｃｒ31％、Ｗ９％、Ｎｂ2.
8％、Ｚｒ0.2％、Ｃ0.6％、Ｍｎ0.2％、Ｓｉ0.15％、Ｖ
0.05％、Ｔｉ0.2％ ６）Ｃｏ45％、Ｎｉ10.8％、Ｃｒ31.55％、Ｗ8.2％、Ｎ
ｂ3.0％、Ｚｒ0.2％、Ｃ0.6％、Ｍｎ0.2％、Ｓｉ0.2
％、Ｖ0.1％、Ｔｉ0.15％ 比較例１〜８ １．本願発明の組成範囲を外れた組成で製造する過程
（母合金適用） １）Ｃｏ47.9％、Ｎｉ10.95％、Ｃｒ31.2％、Ｗ5.2％、
Ｚｒ0.25％、Ｔａ2.85％、Ｈｆ0.9％、Ｓｉ0.15％、Ｃ
0.6％ ２）Ｃｏ33.9％、Ｎｉ22.1％、Ｃｒ32.85％、Ｗ6.2％、
Ｚｒ0.2％、Ｔａ3.65％、Ｍｎ0.3％、Ｃ0.6％、Ｓｉ0.2
％ ２．本願発明の組成範囲を外れた組成で製造する過程
（母合金適用） ３）Ｃｏ46.5％、Ｎｉ12％、Ｃｒ31.75％、Ｗ5.1％、Ｔ
ａ3.0％、Ｚｒ0.25％、Ｈｆ0.7％、Ｃ0.7％ ４）Ｃｏ0.27％、Ｎｉ52.3％、Ｃｒ26.32％、Ｗ4.83
％、Ｃ0.51％、Ｆｅ14.52％、Ｍｎ1.15％、Ｖ0.1％ ３．従来の大気熔融鋳造法 ５）Ｃｏ48.02％、Ｎｉ11.46％、Ｃｒ27.19％、Ｗ8.97
％、Ｎｂ2.21％、Ｃ0.9％、Ｆｅ0.3％、Ｍｎ0.4％、Ｓ
ｉ0.2％、Ｔａ0.35％ ６）Ｃｏ45.64％、Ｎｉ11.53％、Ｃｒ30.36％、Ｗ8.55
％、Ｎｂ1.94％、Ｃ0.93％、Ｍｎ0.16％、Ｆｅ0.4％、
Ｓｉ0.2％、Ｔａ0.12％、Ｃｕ0.17％ ４．従来の真空熔融鋳造法 ７）Ｃｏ47.97％、Ｎｉ10.95％、Ｃｒ31.24％、Ｗ5.19
％、Ｔａ2.97％、Ｚｒ0.28％、Ｈｆ0.7％、Ｃ0.7％ ８）Ｃｏ33.9％、Ｎｉ22.15％、Ｃｒ33.94％、Ｗ6.2
％、Ｔａ2.27％、Ｚｒ0.31％、Ｃ0.7％、Ｍｎ0.01％、
Ｆｅ0.51％、Ｓ0.01％ 実験例１ 次の表３は、本発明による合金を適用して作った紡糸機
車輪に対する試験結果として、紡糸機車輪の重量10kg、
使用温度1,150〜1,200℃、紡糸機車輪回転数2,250rpm、
紡糸機車輪の外径380mm、フープ引張り荷重1,86kg/mmで
ある状態で200時間の連続円柱速度47.1m/秒、時間当た
り生産量700kg、ガラス面積直径6〜7.5マイクロンの品
質条件下で回転させた後、伸張量を測定してクリープ試
験の代わりとした。 実験例２ 上記実施例１〜６及び比較例１〜８により製造した合金
試料を使用して上記実験例１と同様の方法で紡糸機車輪
に適用して性能を比較し、その結果を次の表に示す。 表 各々の試料に対する性能比較表（ガラス繊維を製造する
紡糸機車輪に適用） 試料番号 使用時間 変形量（％） ――――――――――――――――――――― 実施例１ 207時間 0.52 実施例２ 202時間 0.46 実施例３ 218時間 0.51 実施例４ 198時間 0.36 実施例５ 227時間 0.17 実施例６ 215時間 0.39 比較例１ 168時間 1.92 比較例２ 172時間 1.25 比較例３ 154時間 2.64 比較例４ 58時間 5.25 比較例５ 152時間 1.97 比較例６ 165時間 1.85 比較例７ 188時間 3.68 比較例８ 192時間 3.55 ――――――――――――――――――――― 上記表のように、実施例における平均伸張量（0.40％）
は比較例における平均伸張量（2.76％）よりすぐれてい
て、実施例における平均使用時間（211時間）も比較例
における平均使用時間（156時間）より約35％向上され
ていることが分かる。

【００３５】

【発明の効果】上述したように、本発明は、ガラス綿を
製造する紡糸機車輪の素材として使用されるコバルトの
基礎耐熱合金の組成において、特に真空熔融及び真空鋳
造に適合する合金組成として、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗの
基本合金組成にＭｎ、Ｓｉを添加して脱酸効果及び流動
性を調節し、その他の添加元素として従来の高価な希土
類金属（Ｙ）及びＴａ、Ｈｆ、Ｂの代わりにＮｂ、Ｔ
ｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃ、Ｓｉ元素を添加し、不純物の許容範
囲を拡大して適切な合金組成として鋳造するので、気泡
発生による鋳造欠陥を防止し、Ｎｂ、Ｃｒのセメンタイ
ト系の結晶相が合金内に均一に散在して三次元網状構造
である強力なウェブを構成し、この結晶相をタングステ
ンカーバイト及びＺｒを核とするＣｏ、Ｎｉのオーステ
ナイト組織が強力に支持している構造として製造するの
で、従来に比べて高温強度、高温耐摩耗性及び高温耐酸
化性のすぐれた合金を製造することができることとな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるコバルトの基礎耐熱合金を溶剤
化処理してからエージング処理した後の電子顕微鏡写真
である。

【図２】 本発明による合金組織写真である。

【図３】 本発明による合金組織写真の組成部分を部分
拡大したイメージ写真である。

【図４】 本発明による合金組織内の垂直状組織に対す
るクロムの分布を示す写真である。

【図５】 本発明による合金の組織内の樹脂状組織に対
するニオビウムの分布を示す写真である。

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年４月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空溶解及び
真空鋳造方法による超合金（ｓｕｐｅｒ ａｌｌｏｙ）
であるコバルトの基礎耐熱合金において、希土類金属を
含まず、不可避な不純物を除外して、次のような重量％
で構成されたものをその特徴とする。 Ｃｒ ２５〜３０％，Ｎｂ ２．８〜４．８％，Ｓｉ
０．１〜０．３％，Ｖ０．１〜０．８％，Ｎｉ ９〜１
２％，Ｚｒ ０．１〜０．３％，Ｍｎ ０．１〜０．３
％，Ｃｏ 残りＷ ６〜１２％，Ｃ ０．６〜１％，Ｔｉ ０．１〜
０．３％ 上記本発明の合金は、好ましくは次のような含量の不純
物を選択的に包含することを特徴とする。 Ｓ ０．０６％以下，Ａｌ ０．０７％以下，Ｆｅ
０．７％以下，Ｐ ０．０１％以下，Ｈｆ＊，Ｔａ＊，
Ｙ＊ ＊表示成分は総重量で２．６％以下

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ｃ、Ｎｂ、Ｓｉ、
   Ｚｒ及び不純物を含有するコバルトの基礎耐熱合金にお
   いて、希土類金属を含まず、不可避な不純物を除外して
   次のような重量％の組成からなることを特徴とするコバ
   ルトの基礎耐熱合金。 Ｃｒ 25〜33％，Ｎｂ 2.5〜4.8％，Ｓｉ 0.1〜0.3
   ％，Ｖ 0.05〜0.8％，Ｎｉ 9〜12％，Ｚｒ 0.1〜0.3
   ％，Ｍｎ 0.1〜0.3％，Ｃｏ 残り
2. 【請求項２】次のような含量の不純物を選択的に含有す
   ることを特徴とする請求項１記載のコバルトの基礎耐熱
   合金。 Ｓ 0.06％以下，Ａｌ 0.07％以下，Ｆｅ 0.7％以
   下，Ｐ 0.01％以下，Ｈｆ*，Ｔａ*，Ｙ* *表示成分は総重量で2.6％以下。
3. 【請求項３】１）真空炉にＣｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ｃ、
   Ｎｂ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ及びＶを投入して1,550〜1,600
   ℃で溶解した後に母合金を製造する過程； ２）前記母合金1,680〜1,750℃で真空、溶解する過程；
   また、 ３）前記溶湯の温度を1,510〜1,550℃に低める状態でＭ
   ｎとＳｉを順次投入した後、モールドに注入、成形する
   過程からなることを特徴とするコバルトの基礎耐熱合金
   の製造方法。