JPH10330872A - Ｎｉ基耐熱超合金及びＮｉ基耐熱超合金部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のＮｉ基超合金にＲｕを含有させること、
また、含有させる元素の最適化を図ることにより優れた
高温耐食性を有し、かつ既存のＮｉ基単結晶合金に匹敵
する高温強度を有するＮｉ基耐熱超合金及びＮｉ基耐熱
超合金部品をより低コストで提供することを目的とす
る。 【解決手段】Ｎｉ基耐熱超合金は、重量％で、Ｃｒ：１
０〜１４％、Ａｌ：３〜７％、Ｔｉ：０〜５％、Ｗ：４
〜６％、Ｔａ：２〜８％、Ｍｏ：１〜３％、Ｃｏ：７〜
１２％、Ｒｕ：０．５〜４％、Ｃ：０〜０．２％を含
み、残部がＮｉ及び不可避的混入物から構成されている
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温で長期間使用
される部品、例えばタービンブレード等のガスタービン
エンジン部品に適用されるＮｉ基耐熱超合金及びＮｉ基
耐熱超合金部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンエンジンの高出力、高効率
化にともなう燃焼温度の上昇によって、タービンブレー
ドはもっとも厳しい使用環境に曝されている。そこで、
タービンブレードの材料は、多結晶の普通鋳造合金か
ら、応力軸方向の結晶粒界を無くし高温強度を高めた一
方向凝固合金に、さらに、結晶粒界を無くして、固溶温
度を上げることによって析出強化相であるγ′相の析出
率を高めさらに高温強度を向上させた単結晶合金へと変
遷を遂げてきた。

【０００３】近年、耐熱合金の材料としてはＮｉ基耐熱
合金が使用されている。Ｎｉ基耐熱合金は、γ相（Ｎｉ
マトリックス）中にγ′相（Ｎｉ_３（Ａｌ、Ｔｉ））を
析出させ、また、γ相およびγ′相にＴａ、Ｍｏ、Ｗ、
Ｒｅ等を固溶させることによって強化させた合金であ
る。

【０００４】実際、航空機用エンジンのタービンブレー
ドとして、一方向凝固させたＮｉ基耐熱合金が適用さ
れ、主にＲｅｎｅ８０Ｈ、ＰＷＡ１４２２、ＣＭ２４７
ＬＣ等が用いられている。

【０００５】航空機用、例えばジェットエンジンなどの
タービンブレードは、高速で回転するために遠心力を受
け易く、タービンブレードの長手方向に交わるような結
晶粒界にクラックが発生しやすい。つまり、棒状のもの
が引っ張られることにより、引っ張る方向に垂直方向で
ある結晶粒界の表面層部分からクラックが発生し易い。
そこで、このようなクラックの発生に対処するために、
タービンブレードの長手方向に垂直である結晶粒界自体
を無くすという方法が開発された。この方法が、上述し
た一方向凝固である。一方向凝固は、Ｎｉ基耐熱合金な
どの合金を溶融状態から凝固させるときに、合金材料の
下の端から冷却して、その冷やされた端から上へ向かっ
て結晶を一方向に成長させる方法である。前記方法をタ
ービンブレードのような複雑な曲面を持つ機械部品に適
用し、タービンブレードの長手方向に結晶を成長させる
ことにより、クリープ破断強度等に優れたタービンブレ
ードを得ることが可能である。

【０００６】ところが、一方向凝固により得られたター
ビンブレードは数本の結晶が縦に長く延びているという
構造を有し、それぞれの結晶の境目が完全に真直ぐでは
なく、ややジグザグになったり斜めになってしまってい
る。そのため、前記タービンブレードは、特に高温での
十分な強度を得ることができない。

【０００７】高温強度に関してのみ考慮すれば、Ｎｉ基
一方向凝固合金は従来の製造方法によるＮｉ基普通鋳造
合金よりも優れているが、Ｎｉ基一方向凝固合金よりも
さらにＮｉ基単結晶合金の方が優れていることが知られ
ている。しかしながら、Ｎｉ基単結晶合金は歩留まり率
が悪く、現時点でＮｉ基一方向凝固合金の約３倍のコス
トを要するため市場性において難点を有する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年急
速に発展を続けているガスタービンの高温化、高効率化
及び高出力化の要求に対し、これまでのものでは十分に
満足できる高温強度を有するＮｉ基一方向凝固合金を得
ることは困難であった。

【０００９】本発明はこのような課題に対処するために
なされたものであり、従来のＮｉ基耐熱超合金にＲｕを
含有させること、また、含有させる元素の最適化を図る
ことにより優れた高温耐食性を有し、かつ既存のＮｉ基
単結晶合金に匹敵する高温強度を有するＮｉ基耐熱超合
金をより低コストで提供することを目的とする。

【００１０】また、前記のようにして得られたＮｉ基耐
熱超合金を航空機用ガスタービン等に適用することによ
り、高温においても優れた強度を有するＮｉ基耐熱超合
金部品を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来合金
よりも優れた高温強度を有するＮｉ基耐熱超合金及びそ
の部品を開発すべく研究を行った結果、本発明に至った
ものである。

【００１２】即ち、請求項１記載のＮｉ基耐熱超合金
は、重量％で、Ｃｒ：１０〜１４％、Ａｌ：３〜７％、
Ｔｉ：０〜５％、Ｗ：４〜６％、Ｔａ：２〜８％、Ｍ
ｏ：１〜３％、Ｃｏ：７〜１２％、Ｒｕ：０．５〜４
％、Ｃ：０．２％以下（０を含まない）を含み、残部が
Ｎｉ及び不可避的混入物からなることを特徴とする。

【００１３】本発明において、Ｎｉ基耐熱超合金に含有
される元素の効果及び元素成分を限定した理由について
説明する。

【００１４】Ｃｒ（クロム）には、高温耐食性を向上さ
せる作用がある。Ｃｒの含有量を１０〜１４％と規定し
た理由は、含有量が１０％未満においては所望の高温耐
食性を確保することができず、含有量が１４％を越える
と析出強化相であるγ′相（Ｎｉ（ニッケル）とＡｌ
（アルミニウム）の金属間化合物Ｎｉ_３Ａｌ）の析出が
抑制されるようになるばかりでなく、ＴＣＰ相（σ相）
と呼ばれる望ましくない脆化相が生成し、高温強度が低
下してしまうためである。

【００１５】また、Ｃｏ（コバルト）はγ′相の固溶温
度を低下させて溶体化処理を容易にするほか、耐高温腐
食性を向上させる効果を有する元素である。Ｃｏの含有
量を７〜１２％と規定した理由は、含有量が７％未満に
おいては上述した効果を十分に得ることができず、ま
た、１２％を超えるとγ′相の析出を抑制し高温強度が
低下してしまうためである。

【００１６】Ａｌ（アルミニウム）はγ′相を生成する
主要合金元素であり、また表面にＡｌ酸化物を形成する
ことによって耐酸化性にも寄与している。Ａｌの含有量
を３〜７％と規定した理由は、含有量が３％未満におい
ては良好なクリープ破断強度を得るのに十分なγ′相を
得られず、さらに耐酸化性も低下していしまい、含有量
が７％を越えると溶体化処理が困難になり未固溶γ′量
が増加してクリープ破断強度が低下してしまうためであ
る。

【００１７】Ｔｉ（チタン）はγ′相中のＡｌを代替す
ることができ、得られる相はＮｉ_３（Ａｌ、Ｔｉ）とな
るためにγ′相の固溶強化に寄与し、また耐高温腐食性
に優れるＣｒ酸化物の生成を促進する元素である。Ｔｉ
の含有量を０〜５％と規定した理由は、含有量が０％と
全く含まれない場合においても、本発明においてはＡｌ
（Ａｌの含有量は３〜７％）が必ず含有されているた
め、ＡｌがＴｉと同様にγ′相を生成、強化する効果を
有するためである。また、含有量が５％を超えると、共
晶γ′相を作りやすくかつ耐熱超合金の融点を下げてし
まうため、溶体化処理温度を十分高くすることができ
ず、共晶γ′を完全に固溶することが困難となり、クリ
ープ破断強度が低下してしまうためである。さらに含有
量が５％を超えると、耐酸化性に対しても有害となるた
めである。

【００１８】以上から明らかなように、γ′相を生成、
強化するためには、ＡｌかＴｉのいずれかの元素を含有
させることが重要である。

【００１９】Ｗ（タングステン）は、γ相及びγ′相に
固溶して両相を固溶強化する元素である。Ｗの含有量を
４〜６％とした理由は、４％未満においては特にγ相の
強度が著しく低下してしまい、含有量が６％を越える場
合には、α−Ｗ相などのＴＣＰ相（後述するＲｅ使用時
にはＲｅ−Ｗ相）を析出させてしまいクリープ破断強度
が低下してしまうためである。

【００２０】Ｔａ（タンタル）は、主としてγ′相に固
溶してγ′相を強化するとともに耐高温腐食性を付与す
る元素である。Ｔａの含有量を２〜８％と規定した理由
は、含有量が４％未満においては耐熱超合金の強度が低
くなり、含有量が８％を超える場合には、共晶γ′相を
固溶させることが困難となり、クリープ破断強度が低下
してしまうためである。

【００２１】Ｍｏ（モリブデン）は、γ相に固溶してγ
相を強化する元素である。Ｍｏの含有量を１〜３％と規
定した理由は、最低１％の含有量が必要であり、含有量
が３％を越えると脆化相であるＴＣＰ相（α−Ｍｏ相）
を生じて、クリープ破断強度を低下させてしまうためで
ある。

【００２２】Ｒｕ（ルテニウム）は、主としてγ相の強
化元素である。Ｒｕの含有量を０．５〜４％と規定した
理由は、最低０．５％の含有量が必要であり、含有量が
４％を超える場合には密度が高く、耐熱超合金の比重を
上げてしまうためである。また、Ｒｕは希土類元素であ
るため、含有量が過度になると耐熱超合金の価格を引き
上げてしまうためである。

【００２３】Ｃ（炭素）は粒界強化元素であり、従来の
Ｎｉ基単結晶合金ではまったく添加されない元素であ
る。またＣは、単結晶タービンブレード鋳造時に生成す
る異結晶や、その後の熱処理と加工により生じる再結晶
の粒界を強化するために、ごく少量含有することが望ま
しい。

【００２４】従来のＮｉ基単結晶合金では、Ｃのような
粒界強化元素を含んでいないため、異結晶や再結晶の粒
界はまったく強度を有しなかった。従って、単結晶合金
についての高温強度が著しく低下してしまうために、異
結晶や再結晶をもったタービンブレードはすべて廃却さ
れていた。粒界強化元素であるＣを添加することにより
粒界が十分に強化されて、異結晶や再結晶を有するター
ビンブレードが十分許容されるようになった。これによ
り、廃却品の割合を低下させて製品の生産性を向上させ
ることが可能である。

【００２５】Ｃの含有量を０．２％以下（０を含まな
い）と規定した理由は、含有量が０．２％を越える場合
には、過剰のＣが分離してしまうために疲労亀裂の起点
となる炭化物を形成し、前記炭化物の形成によって、疲
労強度が低下してしまうためである。

【００２６】請求項２記載のＮｉ基耐熱超合金は、重量
％で、Ｃｒ：１１〜１３％、Ａｌ：３〜７％、Ｔｉ：０
〜５％、Ｗ：４〜６％、Ｔａ：３〜７％、Ｍｏ：１〜３
％、Ｃｏ：８〜１０％、Ｒｕ：０．５〜３％、Ｃ：０．
２％以下（０を含まない）を含み、残部がＮｉ及び不可
避混入物からなることを特徴とする。

【００２７】本発明におけるＮｉ基耐熱超合金の成分
は、請求項１記載の成分と同様であるが、特に上記の範
囲にある成分のＮｉ基耐熱超合金を用いることが望まし
い。

【００２８】請求項３記載のＮｉ基耐熱超合金は、請求
項１または２記載のＮｉ基耐熱超合金において、重量％
で、Ｈｆを０．１〜１％含有することを特徴とする。

【００２９】Ｈｆ（ハフニウム）は、Ｃと同様な粒界強
化元素である。また、Ｈｆは耐熱合金の融点を下げる働
きがあり、粒界に偏析する。Ｈｆの含有量を０．１〜１
％と規定した理由は、最低０．１％の含有量が必要であ
り、含有量が１％を超える場合には局部溶解温度を下げ
て熱処理を困難にさせてしまうためである。

【００３０】請求項４記載のＮｉ基耐熱超合金は、請求
項１または２記載のＮｉ基耐熱超合金において、重量％
で、Ｒｅを０．１〜３％含有することを特徴とする。

【００３１】Ｒｅ（レニウム）は主としてγ相の強化元
素であり、かつ耐高温腐食性を高める合金元素である。
Ｒｅの含有量を０．１〜３％と規定した理由は、最低
０．５％の含有量が必要であり、含有量が４％を超える
場合には、密度が高く合金の比重を上げてしまい、また
合金の比強度を下げてしまうためである。また、Ｒｅは
希土類元素であるために、過度の添加は合金の価格を引
き上げてしまうためである。

【００３２】請求項５記載のＮｉ基耐熱超合金は、請求
項１または２記載のＮｉ基耐熱超合金において、重量％
で、Ｙを０．０１〜１％含有することを特徴とする。

【００３３】Ｙ（イットリウム）は、酸化皮膜の密着性
を向上させる効果を持つ元素である。酸化皮膜は、高温
で運転中のタービンブレード上に生成されるものであ
る。前記酸化皮膜の密着性を向上させることにより、耐
熱超合金の高温腐食性を向上させることが可能である。
Ｙの含有量を０．０１〜１％と規定した理由は、最低
０．０１％の含有量が必要であり、含有量が１％を超え
ると粒界に偏析し、高温強度を低下させるためである。

【００３４】請求項６記載のＮｉ基耐熱超合金は、請求
項１または２記載のＮｉ基耐熱超合金において、硫黄含
量が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする。

【００３５】本発明における耐熱合金のベース金属には
Ｎｉが使用されているが、Ｎｉが単独の場合には十分な
耐酸化性を得ることができない。そこで、耐酸化性を得
るために、本発明においてはＡｌを添加して、Ａｌ酸化
物を形成させて保護性のよい安定な酸化皮膜を合金表面
に形成している。ところが、酸化皮膜が形成されたとし
ても、その酸化皮膜が簡単に剥離する場合には十分な耐
酸化性を得ることができない。そのため、十分な耐酸化
性を得るためには酸化皮膜と合金との密着性を向上させ
ることが望ましい。

【００３６】Ｓ（硫黄）は、酸化皮膜の密着性を向上さ
せるために低濃度含有させることが望ましい。即ち、近
年の研究から、Ｓは酸化皮膜と合金界面に偏析すること
により酸化皮膜の密着性を低めていることが明らかにな
ってきている。このことから、Ｓの含有量を１０ｐｐｍ
以下と規定した。

【００３７】請求項７記載のＮｉ基耐熱超合金は、請求
項１または２記載のＮｉ基耐熱超合金において、γ基地
中にγ′相を体積率で６０％析出させた組織を有するこ
とを特徴とする。

【００３８】従来において、γ基地中にγ′相を析出さ
せて合金を強化する場合には、合金全体の約３分の２程
度のγ′相を析出させることが良好であった。

【００３９】本発明の合金組成を有するＮｉ基耐熱超合
金によれば、効果的な特性を得るためには、γ基地中に
γ′相を体積率で６０％析出させることにより、効果的
な特性を得ることが可能である。

【００４０】請求項８記載のＮｉ基耐熱超合金部品は、
請求項１〜７記載のいずれかのＮｉ基耐熱超合金によっ
て、タービンブレード、その他のガスタービンエンジン
部品を構成したことを特徴とする。

【００４１】本発明において、将来のガスタービンの高
温化に伴う耐用温度の上昇にも十分対応可能な、ガスタ
ービンエンジンの部品を得ることができる。また、特に
タービンなどは、高速で回転するために遠心力を受け易
い。従って、応力軸方向に垂直な結晶粒界を含まない一
方向凝固させたＮｉ基耐熱超合金を、タービンブレード
として用いることが可能である。

【００４２】以上のことから、本発明で得られるＮｉ基
耐熱超合金は、歩留まり率が向上するために、従来のＮ
ｉ基単結晶合金よりも低コストで提供することが可能で
ある。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、以下の実施例を参照して説明する。

【００４４】実施例１（表１：図１〜４） 本実施例では、表１に示す成分組成範囲のＮｉ基耐熱合
金材料を用いた。

【００４５】具体的なＮｉ基耐熱合金材料の組成は表１
に示すように、重量パーセントで、Ｃｏ９．０％、Ｃｒ
１１．５％、Ａｌ４．５％、Ｔｉ３．０％、Ｔａ４．１
％、Ｍｏ２．１％、Ｗ５．３％、Ｒｅ２．０％、Ｒｕ
２．１％、Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０１％、Ｃ０．０１
％、Ｓ５ｐｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物
とした。

【００４６】

【表１】

【００４７】図１（Ａ）に示すように、上記のＮｉ基耐
熱合金材料を溶融した後、高速凝固法により一方向凝固
柱状晶に鋳造し、不活性雰囲気下において１３００℃で
加熱し、前記温度で４時間溶体化処理後空冷を行った。
その後、１１００℃で２時間時効処理後空冷を施し、さ
らに、８７０℃で２０時間時効処理後空冷を施し、試験
片を作製した。

【００４８】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。クリープ破断試験は、各試験片に対し大気
中で温度８５０℃、応力４６ｋｇｆ／ｍｍ^２の条件で試
験を行い、破断寿命（ｈ）を測定した。耐酸化性試験
は、温度９５０℃の大気雰囲気で９時間加熱後、１時間
冷却という熱サイクルを１００回反復して酸化質量増量
を測定し、酸化量（ｍｇ／ｃｍ^２）とした。耐高温腐食
性試験は、Ｎａ_２ＳＯ_４（７５％）＋ＮａＣｌ（２５
％）の組成を有する９００℃に加熱した溶融塩中に８時
間浸漬した後、重量減少を測定し、腐食量（ｍｍ×１
０）とした。

【００４９】上記の試験結果を図２〜４に示す。

【００５０】図２〜４に示すように、クリープ破断特性
における寿命が約１５００ｈ程度、酸化量が約０．５ｍ
ｇ／ｃｍ^２程度、腐食量が約８ｍｍ×１０程度であっ
た。

【００５１】実施例２（表１：図１〜４） 本実施例では、表１に示す成分組成範囲のＮｉ基耐熱合
金材料を用いた。

【００５２】具体的なＮｉ基耐熱合金材料の組成は表１
に示すように、重量パーセントで、Ｃｏ１１．１％、Ｃ
ｒ１３．０％、Ａｌ５．５％、Ｔｉ０．８％、Ｔａ５．
１％、Ｍｏ１．８％、Ｗ４．８％、Ｒｅ２．８％、Ｒｕ
３．１％、Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０１％、Ｃ０．０２
％、Ｓ５ｐｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物
とした。

【００５３】また、上記のＮｉ基耐熱合金材料を用い
て、実施例１と同様の処理を施した試験片を作製した。

【００５４】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように、クリー
プ破断特性における寿命が約１７５０時間程度、酸化量
が約０．４ｍｇ／ｃｍ^２程度、腐食量が約６ｍｍ×１０
程度であった。なお、試験条件は実施例１と同様であ
る。

【００５５】実施例３（表１：図１〜４） 本実施例では、表１に示す成分組成範囲のＮｉ基耐熱合
金材料を用いた。

【００５６】具体的なＮｉ基耐熱合金材料の組成は表１
に示すように、重量パーセントで、Ｃｏ９．１％、Ｃｒ
１２．５％、Ａｌ５．１％、Ｔｉ２．１％、Ｔａ４．１
％、Ｍｏ１．８％、Ｗ４．０％、Ｒｅ２．８％、Ｒｕ
３．０％、Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０１％、Ｃ０．０２
％、Ｓ５ｐｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物
とした。

【００５７】また、上記のＮｉ基耐熱合金材料を用い
て、実施例１と同様の処理を施した試験片を作製した。

【００５８】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように、クリー
プ破断特性における寿命が約１８００時間程度、酸化量
が約０．５ｍｇ／ｃｍ^２程度、腐食量が約７．５ｍｍ×
１０程度であった。なお、試験条件は実施例１と同様で
ある。

【００５９】比較例１（表１、図１〜４） 本比較例では、表１に示す成分組成の異なる二種類の試
料として１及び２を用いた。

【００６０】具体的な試料１の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ９．０％、Ｃｒ１２．４
％、Ａｌ０．９％、Ｔｉ１．８％、Ｔａ４．２％、Ｍｏ
１．９％、Ｗ４．５％、Ｒｅ２．１％、Ｒｕ２．１％、
Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０１％、Ｃ０．０１％、Ｓ５ｐ
ｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【００６１】具体的な試料２の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ８．９％、Ｃｒ１１．１
％、Ａｌ１０．１％、Ｔｉ１．７％、Ｔａ４．２％、Ｍ
ｏ１．８％、Ｗ４．５％、Ｒｅ２．０％、Ｒｕ２．２
％、Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０１％、Ｃ０．０１％、Ｓ
５ｐｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とし
た。

【００６２】また、上記のＮｉ基耐熱合金材料を用い
て、実施例１と同様の処理を施した試験片を作製した。

【００６３】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように試料１
は、腐食量については実施例とほぼ同様であったが、ク
リープ寿命および酸化量については実施例よりも低下し
た。また試料２は、酸化量については実施例とほぼ同様
であったが、クリープ寿命および腐食量については実施
例よりも低下した。なお、試験条件は実施例１と同様で
ある。

【００６４】比較例２（表１、図１〜４） 本比較例では、表１に示す成分組成の試料として３を用
いた。

【００６５】具体的な試料３の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ８．９％、Ｃｒ１１．４
％、Ａｌ５．５％、Ｔｉ１０．０％、Ｔａ３．７％、Ｍ
ｏ１．４％、Ｗ３．８％、Ｒｅ１．９％、Ｒｕ２．４
％、Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０２％、Ｃ０．０１％、Ｓ
５ｐｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とし
た。

【００６６】また、上記のＮｉ基耐熱合金材料を用い
て、実施例１と同様の処理を施した試験片を作製した。

【００６７】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように、試料３
は、クリープ寿命および酸化量は実施例とほぼ同様であ
ったが、酸化量については実施例よりも低下した。な
お、試験条件は実施例１と同様である。

【００６８】比較例３（表１、図１〜４） 本比較例では、表１に示す成分組成の異なる二種類の試
料として４及び５を用いた。

【００６９】具体的な試料４の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ８．７％、Ｃｒ１１．８
％、Ａｌ５．１％、Ｔｉ３．０％、Ｔａ０．０％、Ｍｏ
１．１％、Ｗ４．５％、Ｒｅ２．０％、Ｒｕ１．１％、
Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０２％、Ｃ０．０２％、Ｓ５ｐ
ｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【００７０】試料５の組成は表１に示すように、重量パ
ーセントで、Ｃｏ８．９％、Ｃｒ１１．６％、Ａｌ５．
２％、Ｔｉ４．１％、Ｔａ１０．０％、Ｍｏ１．５％、
Ｗ４．１％、Ｒｅ０．９％、Ｒｕ１．２％、Ｈｆ０．１
０％、Ｙ０．０２％、Ｃ０．０１％、Ｓ５ｐｐｍを含
み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【００７１】また、上記のＮｉ基耐熱合金材料を用い
て、実施例１と同様の処理を施した試験片を作製した。

【００７２】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように、試料４
は、クリープ寿命、酸化量および腐食量のいずれも実施
例よりも低下した。また試料５は、酸化量は実施例とほ
ぼ同様であったが、クリープ寿命および腐食量について
は実施例よりも低下した。なお、試験条件は実施例１と
同様である。

【００７３】比較例４（表１、図１〜４） 本比較例では、表１に示す成分組成の異なる二種類の試
料として６及び７を用いた。

【００７４】具体的な試料６の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ８．１％、Ｃｒ１２．０
％、Ａｌ５．６％、Ｔｉ１．０％、Ｔａ５．５％、Ｍｏ
１．６％、Ｗ１．０％、Ｒｅ１．１％、Ｒｕ１．４％、
Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０３％、Ｃ０．０３％、Ｓ５ｐ
ｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【００７５】具体的な試料７の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ８．９％、Ｃｒ１１．８
％、Ａｌ６．１％、Ｔｉ１．５％、Ｔａ５．６％、Ｍｏ
１．８％、Ｗ１０．８％、Ｒｅ１．４％、Ｒｕ２．１
％、Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０２％、Ｃ０．０１％、Ｓ
５ｐｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とし
た。

【００７６】また、上記のＮｉ基耐熱合金材料を用い
て、実施例１と同様の処理を施した試験片を作製した。

【００７７】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように試料６お
よび７は、酸化量については実施例と同様であったが、
クリープ寿命および腐食量については実施例よりも低下
した。なお、試験条件は実施例１と同様である。

【００７８】比較例５（表１、図１〜４） 本比較例では、表１に示す成分組成の異なる二種類の試
料として８及び９を用いた。

【００７９】具体的な試料８の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ９．５％、Ｃｒ１１．４
％、Ａｌ５．８％、Ｔｉ１．１％、Ｔａ６．５％、Ｍｏ
０．５％、Ｗ４．５％、Ｒｅ１．５％、Ｒｕ１．９％、
Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０２％、Ｃ０．０２％、Ｓ５ｐ
ｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【００８０】具体的な試料９の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ８．２％、Ｃｒ１１．１
％、Ａｌ５．１％、Ｔｉ１．２％、Ｔａ４．５％、Ｍｏ
４．２％、Ｗ４．１％、Ｒｅ１．４％、Ｒｕ１．９％、
Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０１％、Ｃ０．０１％、Ｓ５ｐ
ｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【００８１】また、上記のＮｉ基耐熱合金材料を用い
て、実施例１と同様の処理を施した試験片を作製した。

【００８２】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように、試料８
はクリープ寿命、酸化量および腐食量のいずれも実施例
よりも低下した。また試料９は、酸化量については実施
例と同様であったが、クリープ寿命および腐食量につい
ては実施例よりも低下した。なお、試験条件は実施例１
と同様である。

【００８３】比較例６（表１、図１〜４） 本比較例では、表１に示す成分組成の異なる二種類の試
料として１０及び１１を用いた。

【００８４】具体的な試料１０の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ８．６％、Ｃｒ１２．１
％、Ａｌ５．８％、Ｔｉ１．３％、Ｔａ３．８％、Ｍｏ
２．１％、Ｗ４．３％、Ｒｅ０．０８％、Ｒｕ１．４
％、Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０２％、Ｃ０．０１％、Ｓ
５ｐｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とし
た。

【００８５】具体的な試料１１の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ９．９％、Ｃｒ１１．９
％、Ａｌ５．２％、Ｔｉ１．４％、Ｔａ４．５％、Ｍｏ
２．６％、Ｗ４．６％、Ｒｅ５．４％、Ｒｕ１．７％、
Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０１％、Ｃ０．０３％、Ｓ５ｐ
ｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【００８６】また、上記のＮｉ基耐熱合金材料を用い
て、実施例１と同様の処理を施した試験片を作製した。

【００８７】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように試料１０
は、酸化量については実施例と同様であったが、クリー
プ寿命および腐食量については実施例よりも低下した。
また試料１１は、クリープ寿命、酸化量および腐食量の
いずれも実施例よりも低下した。なお、試験条件は実施
例１と同様である。

【００８８】比較例７（表１、図１〜４） 本比較例では、表１に示す成分組成の異なる二種類の試
料として１２及び１３を用いた。

【００８９】具体的な試料１２の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ９．８％、Ｃｒ１１．０
％、Ａｌ５．３％、Ｔｉ１．８％、Ｔａ４．４％、Ｍｏ
１．１％、Ｗ４．７％、Ｒｅ１．１％、Ｒｕ０．０％、
Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０２％、Ｃ０．０１％、Ｓ５ｐ
ｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【００９０】具体的な試料１３の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ９．７％、Ｃｒ１１．８
％、Ａｌ５．６％、Ｔｉ１．５％、Ｔａ４．６％、Ｍｏ
１．８％、Ｗ４．４％、Ｒｅ１．２％、Ｒｕ７．０％、
Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０２％、Ｃ０．０１％、Ｓ５ｐ
ｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【００９１】また、上記のＮｉ基耐熱合金材料を用い
て、実施例１と同様の処理を施した試験片を作製した。

【００９２】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように試料１２
及び１３は、酸化量については実施例と同様であった
が、クリープ寿命および腐食量については実施例よりも
低下した。なお、試験条件は実施例１と同様である。

【００９３】比較例８（表１、図１〜４） 本比較例では、表１に示す成分組成の異なる二種類の試
料として１４及び１５を用いた。

【００９４】具体的な試料１４の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ９．５％、Ｃｒ１１．２
％、Ａｌ６．１％、Ｔｉ１．９％、Ｔａ５．１％、Ｍｏ
１．９％、Ｗ４．３％、Ｒｅ１．５％、Ｒｕ２．１％、
Ｈｆ０．１０％、Ｃ０．０２％、Ｓ５ｐｐｍを含み、残
部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【００９５】具体的な試料１５の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ９．３％、Ｃｒ１１．４
％、Ａｌ６．２％、Ｔｉ０．９％、Ｔａ５．５％、Ｍｏ
２．１％、Ｗ４．１％、Ｒｅ１．６％、Ｒｕ２．１％、
Ｈｆ０．１０％、Ｙ２．４０％、Ｃ０．０１％、Ｓ５ｐ
ｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【００９６】また、上記のＮｉ基耐熱合金材料を用い
て、実施例１と同様の処理を施した試験片を作製した。

【００９７】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように試料１４
は、酸化量については実施例と同様であったが、クリー
プ寿命および腐食量については実施例よりも低下した。
また試料１５は、クリープ寿命および腐食量については
実施例と同様であったが、酸化量については実施例より
も低下した。なお、試験条件は実施例１と同様である。

【００９８】比較例９（表１、図１〜４） 本比較例では、表１に示す成分組成の試料１６を用い
た。

【００９９】具体的な試料１６の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ８．９％、Ｃｒ１１．６
％、Ａｌ６．３％、Ｔｉ１０．８％、Ｔａ５．２％、Ｍ
ｏ２．５％、Ｗ４．８％、Ｒｅ１．１％、Ｒｕ２．０
％、Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０２％、Ｃ０．０１％、Ｓ
１００ｐｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物と
した。

【０１００】また、上記のＮｉ基耐熱合金材料を用い
て、実施例１と同様の処理を施した試験片を作製した。

【０１０１】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように、試料１
６は、クリープ寿命、酸化量および腐食量のいずれも実
施例よりも低下した。なお、試験条件は実施例１と同様
である。

【０１０２】比較例１０（表１、図１〜４） 本比較例では、表１に示す成分組成の異なる二種類の試
料として１７及び１８を用いた。

【０１０３】具体的な試料１７の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ８．７％、Ｃｒ１１．７
％、Ａｌ５．９％、Ｔｉ１．０％、Ｔａ４．８％、Ｍｏ
２．２％、Ｗ３．９％、Ｒｅ１．７％、Ｒｕ１．９％、
Ｈｆ０．００％、Ｙ０．０２、Ｃ０．０１％、Ｓ５ｐｐ
ｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【０１０４】具体的な試料１８の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ８．８％、Ｃｒ１１．５
％、Ａｌ６．１％、Ｔｉ１．１％、Ｔａ４．６％、Ｍｏ
２．９％、Ｗ４．２％、Ｒｅ２．１％、Ｒｕ１．８％、
Ｈｆ３．００％、Ｙ０．０２％、Ｃ０．０１％、Ｓ５ｐ
ｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【０１０５】また、上記のＮｉ基耐熱合金材料を用い
て、実施例１と同様の処理を施した試験片を作製した。

【０１０６】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように試料１７
は、クリープ寿命および酸化量は実施例と同様であった
が、腐食量は実施例よりも低下した。また試料１８は、
クリープ寿命、酸化量および腐食量のいずれも実施例よ
りも低下した。なお、試験条件は実施例１と同様であ
る。

【０１０７】比較例１１（表１、図１〜４） 本比較例では、表１に示す成分組成の試料１９を用い
た。

【０１０８】具体的な試料１９の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ８．６％、Ｃｒ１１．２
％、Ａｌ６．２％、Ｔｉ１．５％、Ｔａ４．２％、Ｍｏ
２．４％、Ｗ４．３％、Ｒｅ２．６％、Ｒｕ１．７％、
Ｈｆ０．１０％、Ｙ０．０１％、Ｃ０．５０％、Ｓ５ｐ
ｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【０１０９】また、上記のＮｉ基耐熱合金材料を用い
て、実施例１と同様の処理を施した試験片を作製した。

【０１１０】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように、試料１
９は、クリープ寿命、酸化量および腐食量のいずれも実
施例よりも低下した。なお、試験条件は実施例１と同様
である。

【０１１１】比較例１２（表１、図１〜４） 本比較例では、表１に示す成分組成の異なる二種類の試
料として２０及び２１を用いた。

【０１１２】具体的な試料２０の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ８．７％、Ｃｒ２．０％、
Ａｌ６．２％、Ｔｉ１．２％、Ｔａ４．７％、Ｍｏ２．
４％、Ｗ４．４％、Ｒｅ２．７％、Ｒｕ１．８％、Ｈｆ
０．１０％、Ｙ０．０２％、Ｃ０．０１％、Ｓ５ｐｐｍ
を含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【０１１３】具体的な試料２１の組成は表１に示すよう
に、重量パーセントで、Ｃｏ８．６％、Ｃｒ１９．０
％、Ａｌ５．４％、Ｔｉ１．１％、Ｔａ４．２％、Ｍｏ
２．６％、Ｗ４．３％、Ｒｅ２．１％、Ｒｕ１．７％、
Ｈｆ０．２０％、Ｙ０．０１％、Ｃ０．０２％、Ｓ５ｐ
ｐｍを含み、残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【０１１４】また、上記のＮｉ基耐熱合金材料を用い
て、実施例１と同様の処理を施した試験片を作製した。

【０１１５】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように、試料２
０は、酸化量は実施例とほぼ同様であったが、クリープ
寿命および腐食量については実施例よりも低下した。ま
た試料２１は、クリープ寿命、酸化量および腐食量のい
ずれも実施例よりも低下した。なお、試験条件は実施例
１と同様である。

【０１１６】従来例（表１、図１〜４） 本従来例では、表１に示す成分組成のＮｉ基耐熱合金材
料を用いた。

【０１１７】具体的な組成は表１に示すように、重量パ
ーセントで、Ｃｏ９．５％、Ｃｒ６．２％、Ａｌ５．５
％、Ｔｉ１．０％、Ｔａ６．５％、Ｍｏ０．６％、Ｗ
６．５％、Ｒｅ３．０％、Ｒｕ０．０％、Ｈｆ０．１０
％、Ｙ０．００％、Ｃ０．００％、Ｓ５ｐｐｍを含み、
残部をＮｉ及び不可避的不純物とした。

【０１１８】図１（Ｂ）に示すように、上記のＮｉ基耐
熱合金材料を溶融した後、高速凝固法により一方向凝固
柱状晶に鋳造し、不活性雰囲気下において１３１５℃で
加熱し、前記温度で４時間溶体化処理後空冷を行った。
その後、１１００℃で２時間時効処理後空冷を施し、さ
らに、８７０℃で２０時間時効処理後空冷を施し、試験
片を作製した。

【０１１９】本実施例で得られた試験片を対象として、
クリープ破断試験、耐酸化性試験および耐高温腐食性試
験を行った。その結果、図２〜４に示すように、従来例
は、酸化量は実施例とほぼ同様であったが、クリープ寿
命および腐食量については実施例よりも低下した。な
お、試験条件は実施例１と同様である。

【０１２０】本実施形態の比較例において、Ａｌおよび
Ｔｉの含有量が多い試料２及び３は、合金の熱処理後
に、未固溶であるγ′相や共晶γ′相が残留し、図１に
示すように特にクリープ破断寿命が短い。またＴａ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｒｅ含有量が多い試料１１、５、９、７は、合
金中にα−（Ｗ，Ｍｏ）相やＲｅ−Ｗ，Ｒｅ−Ｍｏ相が
析出してしまうために、クリープ破断寿命が短い。さら
に、Ａｌ含有率が低い試料１の合金およびＴｉ含有率の
高い試料３の合金は、図２に示すように耐酸化性が低下
している。また耐高温腐食性についてはＣｒ量の低下
（試料２０）、及びＲｅ添加量の低下（試料１０）が影
響を及ぼしている。

【０１２１】またＹを添加していない試料１４の合金
は、耐酸化性に有効な酸化皮膜についての剥離が生じ、
図２に示すように耐酸化性が低下している。

【０１２２】これに対して実施例１〜３における本発明
合金はＡｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｅの合金
元素をバランスよく添加しているため、熱処理後の未固
溶γ′相、および共晶γ′相の残留がなく、また脆化相
であるα−（Ｗ，Ｍｏ）およびＲｅ−Ｗ，Ｒｅ−Ｍｏ相
の析出も見られず、図１に示すようにクリープ破断寿命
が比較例および従来例にくらべ優れた値を示している。

【０１２３】また、Ｃｒ、Ｒｅ含有率が高いこと及び
Ｙ，Ｈｆの添加及び低濃度のＳを添加することにより図
２、３に示すように耐高温腐食性、耐酸化性が比較例お
よび従来例にくらべ優れた値を示している。

【０１２４】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明によるＮ
ｉ基耐熱超合金及びＮｉ基耐熱超合金部品によれば、従
来合金に比べて優れたクリープ破断寿命、耐高温腐食性
及び耐酸化性を有し、また、従来よりもより低コストで
Ｎｉ基耐熱超合金を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の実施例及び比較例の熱処理に
ついて示す図。（Ｂ）は本発明の従来例の熱処理につい
て示す図。

【図２】本発明の実施例、比較例及び従来例のクリープ
試験結果について示すグラフ。

【図３】本発明の実施例、比較例及び従来例の酸化試験
結果について示すグラフ。

【図４】本発明の実施例、比較例及び従来例の高温腐食
試験結果について示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石渡 裕 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 吉岡 洋明 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃｒ：１０〜１４％、Ａｌ：
   ３〜７％、Ｔｉ：０〜５％、Ｗ：４〜６％、Ｔａ：２〜
   ８％、Ｍｏ：１〜３％、Ｃｏ：７〜１２％、Ｒｕ：０．
   ５〜４％、Ｃ：０．２％以下（０を含まない）を含み、
   残部がＮｉ及び不可避的混入物からなることを特徴とす
   るＮｉ基耐熱超合金。
2. 【請求項２】 重量％で、Ｃｒ：１１〜１３％、Ａｌ：
   ３〜７％、Ｔｉ：０〜５％、Ｗ：４〜６％、Ｔａ：３〜
   ７％、Ｍｏ：１〜３％、Ｃｏ：８〜１０％、Ｒｕ：０．
   ５〜３％、Ｃ：０．２％以下（０を含まない）を含み、
   残部がＮｉ及び不可避的混入物からなることを特徴とす
   るＮｉ基耐熱超合金。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のＮｉ基耐熱超合
   金において、重量％で、Ｈｆを０．１〜１％含有するこ
   とを特徴とするＮｉ基耐熱超合金。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載のＮｉ基耐熱超合
   金において、重量％で、Ｒｅを０．１〜３％含有するこ
   とを特徴とするＮｉ基耐熱超合金。
5. 【請求項５】 請求項１または２記載のＮｉ基耐熱超合
   金において、重量％で、Ｙを０．０１〜１％含有するこ
   とを特徴とするＮｉ基耐熱超合金。
6. 【請求項６】 請求項１または２記載のＮｉ基耐熱超合
   金において、硫黄含量が１０ｐｐｍ以下であることを特
   徴とするＮｉ基耐熱超合金。
7. 【請求項７】 請求項１または２記載のＮｉ基耐熱超合
   金において、γ基地中にγ′相を体積率で６０％析出さ
   せた組織を有することを特徴とするＮｉ基耐熱超合金。
8. 【請求項８】 請求項１〜７記載のいずれかのＮｉ基耐
   熱超合金によって、タービンブレード、その他のガスタ
   ービンエンジン部品を構成したことを特徴とするＮｉ基
   耐熱超合金部品。