JPS58153751A - 耐酸化性ニツケル合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は苛酷な酸化条件と高温で使用されるニッケル基
合金、特に耐酸化ならびに工学的特性の良好な合金であ
って、クロム、ニッケル、タングステンおよびモリプデ
゛ンを主合金元素、：　１．、て含有するニッケル基台
金に関する。

ニッケル基超合金は腐食、重湯、機械的作業などを含む
苛酷な作業条件で使用するために開光されて米た。代表
曲な１＋１１としては、近年に％許されたアメリカ特許
３，８６５，５８１玉４．ＣＩ　０６，０１　り、４．
１１０．１１　［，１、４，１９４，９０９にＩＮ　下
されたー柱の合金がある。第１表は、それらの％許に間
車された必’Ｊ４７ｃ累、あるいは選択ＭＳ加元系の全
てについての最も広い成分郵１囲を表ボしたものである
。

これらの台＠は成分的に摺接な関連があるものｈ藺めら
れる。

これらの付合相互間の成分的な相違は、−屋（７て僅少
であるように見えるが、実際には各合金か物理的、槻械
的特性、特に特別の用途に適する！特性に関してはそれ
ぞれ別棟の合金となる程に有効な走異になっている。

このような情況は、冶金学、特に超合金に関する分野に
は通常共通の問題である。

先付技術 アメリカ特許第３，８６５，５８１は、尚湛裏−で捩り
強１岐が要求される：：用途に特に１薗している。

この台金目、はう索、マグネシウム、ベリリウム間の相
関関係、特に、最良の成果を達成するためのジルコニウ
ムとセリウムの臨界的成分…に依存している。

アメリカ％奸第４，００６，０１５号は、すぐれたクリ
−ブイ１１νＭ特性を要求する高温での使用に特に＋１
癲している。この合金は、ニッケル、クロム、タングス
テン、ケタンについての臨界的な成分割合を僑゛むもの
である。

アメリカ特許第４．１１０，１１０号は、酸化性の低い
雰囲気、例えはアルゴンオたは典空中での核型」州外ψ
１での使用に特に通している。クロム、マンガンおよび
シリコン（けい素）を適止に保一つことと、チタンとア
ルミニウムに臨界的な限定を設けるこ吉により、効果的
な特性か得られる。

アメリカ特許第４，１９４，９０９はがス冷却型原子炉
用として神に企図されたもので、所望の特性（クリープ
破断特性を貧む）は、カルシウム、マグネシウム、ジル
コニウム、ニオビウム、ハクニウムおよび苗土類金属を
臨界的に制御することによって得られる。さらにこの合
金はコバルト、Ｊ−チタンを含有り、−Ｃはならない。

これらの％許は、関連台金の特別な一肝を開示している
ように見えるが、卆本的成分は一般的に類似している。

これらの特許は、符に最良の精米を得る目的で、概して
１種才たは２神以−トの倣清冗素の臨界…を冷加するこ
とを教７１＼している。

これらの教示は、それぞれ異なっていて、例／−はある
特許がアルミニウムの成分−ｉｏを供く保つよう（・（
−教示しているのに反し、別のある特許はアルミニウム
を一層尚く保つことが緊安であると述べていることであ
る。この事実は、この御合金に関する技術と科学が未だ
確立された状態にはなく、一層の改良が必要であること
を示唆するものである。

本発明の目的 本発明の主目的は、輝々のすぐれた工学的特性を絹み合
わ１．て改良した新規ハ゛合金を提供することである。

本発明の別の目的は、酸化に対し涜、鵬の抵抗性を有し
高温で長時間の使用で高い強扉を有する合金５−提供す
るこ吉である。本弁明の上記以外の目４系八らひに目的
（１１以下に述べる匪示により、当呆省に明４ｉｍにさ
れよう。

）：ｂ己ならひにその他の目的ならｒｙに効果は、第２
衣に記載されている本発明合金の提供によって達成され
る。

タングステンとモリブデンは多くの場合、全体としであ
るいは部分的に、相々直換さるべ青であるとの一般に承
認されている考オ方と（１反対に、本発明の合金は第２
表に示めす卸、曲内で臨界的比率を１呆ってタングステ
ンとモリブデンの両元素が′畠に共存するこ吉を散性々
するものである。タングステンは、少くともそれぞれが
約４．５対１で第２六ζこ六ボ（７た範囲内でモリブデ
ン知−を超える覇でなけれはｌＳらない。

さらに、本発明合金では、クロムと、タングステンと、
モリブデンθ）−鯖は次に示めすよう４１“＋ｙｉｒ、
療−的な相関関係で存イ１日しなけれはならない。

こ＼で、Ｃｒニクロムの小量％ ＭＯ−モリブデンの車−％ Ｗ　−タングステンの市軸％ 本発明によって最良のオリ点を得るためにはＷ：比は２
．２から２．６の１Ｉ１１．囲でなけれはならない。

本弁明の憧めて重要な特徴の一つとして、本発明の目的
を４成するためにエレクトロン・ベーカンシー数（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ　Ｖａｃａｎｃｙ　Ｎｕｍｂｅｒ）を制御
することか必須であることか判った。

エレクトロン・ベーカンシー数を決定する方法は、１ソ
ロ６年１０月のシャーナル・オブ・メタルス誌−ヒでＧ
、Ｔ、８ｆｍにより、またアメリカ特許４．１１８．２
２３号にも綱体されている。

本発明を達成する目的のため、室才しい金属１川化合物
析出相の形成か、Ｎｖ　（ｉｕか２．５を超えず、好適
には約２．４よりも低いようなバランスのとれた成分を
制御するこ坪により１けることかで六るこ々が判明した
。′＝Ｘ験例の台金についてのＮｖ数は第６衣に衣ボさ
れている。

Ｎｖ数を最低にするために合金成分をバランスささせる
ことは、本発明の合金を生産するに尚って付加的な制御
奴と負担を課すものであるか、それでも、本発明の利益
を十分に受けるためにはＮｖ数を４蛎めて低く保つこと
が必要である。

本発明の科学についての１確なメカニズムは兇全には解
明されるには至っていないか、り１１１＞、タングステ
ンおよびモリブデンの臨界的な量と比率とが相乗幼果的
に作用して、酸化に対する抵抗と強度の財ホな結合をも
たらすものと信じられる。

これらの諸元素が炭化物形成元累の決？的な比率と固俗
体中に存在するものと考えられる。顕微説組織中におけ
るこの決定的な比率によって、本発明の合金は激しい酸
化損失に抵抗し面層の応力破断寿命を有する。

鉄、コバルト、コロンビウムにオビウムの別名）、タル
タル、バナジウム、ジルコニウムナトはこの神の合金中
に存在するように不町避的不紳物として許容できる。ア
ルミニウムも、処理すなわち、脱酸やランタンをＪ１１
ｉ幇に制御する操作の結果として存在か認められる。０
．５０％までアルミニウムの存在は奸答される。

実施例 本発明の効果を実証するため、第６表に＾己載］。

たような一連の合金を準ＷＩＮＩＬだ。これらの合金に
は、このクラスの合金中に一西常任在するｈ！１赳−の
不可僻的含有量のコバルト、アルミニウムそθ）　他７
１合金元素を含有していた。

４神の合金全体についての成分範囲は、かハ゛り狭いも
のであった。これらの台金の試験給料は予期した以上の
ものであった。財に設定されていた成分についての狭い
範囲内で、さらに臨界的へ゛意義のある　Ｍｏ□や、の
比の１的が、１曲１面ある緒特性か卓越した組合わせに
なっている本合金提供する較件であることか判った。

従って本発明は、狭い成分範囲のほかに、クロム、タン
グステン、およびモリブデン吉の間において必要とされ
る比率に合致する合金を提供することに在る。

合金１３１７８が本発明の代表的４ｆ合金である。

−ＦＡ己のデータと検１から、合金１３１７８がその他
の試験合金よりも勝れていることが判る苦であり、かつ
その程度は全く予期できないものであった。

から１．５２までの範囲になっているが、それ以外の元
素は比較的に一定値に保たれた。

特性変化をボずものである。いづれの場合にも、諸性性
の最良の組合イつせは、この比の値が約２．２から約２
．６の範囲であることを示めしている。これは全く予期
しなかったこ吉である。すべての元素が比較的に一定で
ある以上、最も成績の良い合金はこの比の仙が最尚また
は最低の合金になる筈であると予期するのか当然であろ
う。

谷合金を、真空誘導俗解（ＶＩＭ）の佐で、成分を梢錬
するためエレクトロスラグ法による書俗解を行なった。

谷俗材を１０１．６ｍｍのインゴットにし、次に２５．
４　ｒｎｍまで熱間廠造した。１１７７°Ｃで焼なまし
た佐、試験材を１１７７℃で厚さ１２．７Ｍ＋ｘ１ 葉で熱間圧延した。その後試験材を２．５朋蓚で〜間圧
延し、１１．７７℃で焼なまし、１．３＋ｎｒｎまで〜
間で圧減した。１２３２’Ｃの最終焼な才し体に急冷し
た。

本発明合金の俗解は殆ど問題となるこみはなかったので
、最も公知の方法でも俗製が可能だ（Ｊ−ル］待できる
。さらにまた、本合金の＠造や加工性にも問題はないの
で、鋳造品、線材、粉末製品、浴接品、硬化肉盛などの
市販製品のきわめて多棟の形態に生産することができる
。

試窺・結果 ４棟の試験合金の試験片を苛酷な酸化条件下で試験した
。公知の動的酸化試験を下記の手順で実施した。

１　サイズが約１．６朋×９．５朋Ｘ　７６．２朋の試
験片を準イ箱する。

２、全表面を１２５μｍグリッドに研削什十しアセトン
などの俗沖Ｉ“で脱月盲する。

６　正確な表面種を測定し各試片を杵箪する。

４．３ＱＲＰＭで回転するホルダー中に入れた試片２ を過剰の空気を冷加し約０．６マツハの速度で流動する
油燃焼灸にさらす。

５　測定の都度大気温近くまで６０分間冷却する。

６　試験時間２５時間を経過する毎に谷試験片を杵鯖゛
する。

Ｚ　各試験片を底部から５０．８朋の所で切断し、顕微
鏡試験を行ない連続酸化侵透深さと、内部酸化深さと未
影響部の深さを測定する。

８、半均軍量偵失（〜／　ｃｎｔ２）を計算する。

９　影臀部の全深さを計算する。

これらのデータは、（１）高い方の比の値の合金と（２
）より低い比の値の合金が本発明の合金よりも劣ってい
ることを示めしている、本発明合金の比ののｉＮが約２
．２から２．６までの間で変動しても本発明の利点を保
持することができるこ七を示めしている。この範囲は、
この積の合金の商業生産の場合にも期待できる程度であ
る。全ての実生産俗解において正確な目榛点を期待する
のは実用的でなく、妥当ない、囲を目標とすべきである
。このよつな理由から、本発明合金については広い成分
範囲と好適成分範囲を設けるように伊東する。

米Ｎ１士不糾吻 ２．２　−　２．６　　　　　　　　　　蛸　２．４　
　　　　２．６７（１６） 里３表 試枦合金 Ａｌ　　　　　　、０５　　　．０６　　．０５　　．
０４Ｂ　　　　　　、００３　　．００６　　．００６
　　．００６Ｃ，１６，１０，０９，１１ Ｃｒ　　　　２１．１３　　２１．４０　２０．１４　
１８．００Ｌａ　　　　　、０１９　　．０２１　　．
０２１　　．０２８Ｍｎ　　　　　、４０　　　．４２
　　．４１　　．４１Ｍｏ　　　　　Ｔｒａｃｅ　　２
．００　　３．０４　　４．０４ｓ１．２８　　　．２
３　　．１９　　．２２ｗ　　　　　１５．４４　　１
４．０８　１４．８３　１５．６６ｒ −２，７４２，３７１，９３１，５２ Ｍｏ＋１／２Ｗ Ｗ：Ｍｏ　　　　　＋１００　　　７．０４　　４．８
８　　６．８８ＮＶ数　　　　２．１９　　２．２７　
　２．３１２．３２残部はＮ１＋不純物 ７ ４１ネ１１「１のｍ＊な謬明 第１図は、９８２°Ｃで５００時間の動的酸化試験後の
金属用量損失データをグラフとして示め（７たものであ
る。

第２図は、９８０°Ｃで５００時間の動的鹸化体の影響
部σ〕深さのデータをグラフとして図示し、たものであ
る。

第３図は、１０９３”Ｃで５　［ｊ　Ｑ　Ｉｔ、！Ｆ間
までσ）動的酸化試験で得られた金属のｌｌｌ′星＋＾
失データをグラフとして不め（、たものであって、凪６
図には衆知の２柚のＡｌｌ０Ｙ　１８８とＡ１１ｏｙ　
Ｘの分を含んでいる。Ａ、１１ｏｙ　１８８はクロム２
２％、ニッケル２２％、タングステン１４．５％を官有
するコバルト基台金で、Ａ１１ｏｙ　Ｘは、クロム２２
％、モリブデン９％、Ｎ　１８．５％を含むニッケル基
合金である。

第４図は１０９６°Ｃで３００時間の動的酸化試験で得
られた金属型゛量損失のデータをダ→）とし。

：１゜ −Ｃ図図示たものである。

第５図は衆知の標準の１応力破断試験“で得られた応力
破断前官をグラフとして図示したもので、８ データは９８２℃で２７’、６　Ｍｐａ　（４０［Ｊ　
ｔＪ　ｐｓｉ）の試験結果を示す。

代理人　浅　村　　　晧 外４名 ２ １２ ％Ｃｒ／（％Ｍｏ　＋　１／２　　（％Ｗ））ＦＩＧ、
　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　！量で実質的に０．５％以下のアルミニウム
   と、０．０２％以下のホウ素と、０．０５　カラ０．１
   ５％までの炭素と、５％以下のコバルトと、２ｏがら２
   ４％までのクロムと、５％以下の鉄と、有効量が０．０
   ５％以下のランタンと、０．３から１．０％までのマン
   ガンと、１から６．５％までのモリブデンと、０．０６
   ％以下のリンと、０．０１５％以下の硫黄と、０．２か
   ら０．７５％のけ（・素と、１ｏがら２０％までのタン
   グステンと、合計量が１．０％以下のコロンピウムにオ
   プ）とタンタルとチタンとバナジウムとジルコニウムと
   、残部カ＝ッヶルと不純物とからなり、さらにＣｒ／　
   （Ｎｏ＋”／２Ｗ）の値カ２．０５から２．６５の範囲
   内にありタングステンとモリブデンの比が４．５　：　
   １から１２＝１の範囲内にありさらにＮｖ数が約２．５
   以下であることを特徴とする合金。 （２、特許請求の範囲第１Ｊ貝に記載の合金において。 はう累が０．００１から０．０１５％まで、コバルトと
   鉄とがそれぞれ６％以下、ランタンが０．００５から０
   ．０５％まで、モリブデンが１％から３％まで、リンが
   ０．０２％以下、懺黄が０．０　（］　８８％以下けい
   系か０．２から０．６％まで、タングステンが１６から
   １５％までで、Ｃｒ　／　（Ｍｏ　十ｌ／２　Ｗ　）の
   価が２．２から２．６までの間で、タングステンとモリ
   ブデンの比か５：１から１０．１、好適には７．１であ
   ることを特徴とする合金 （３）特許請求の範囲第１項に記載の合金において、は
   う索が約０．０１％、炭素が約０．１０％、クロムか約
   ２２％、コバルｌ−ａ鉄がそれぞれ約３％、ランタンが
   約ｏ、ｏ２％、マンガンが約０．５　［，１％、モリブ
   デンが約２％、けい素か約０．４０％でタングステンが
   約１４％であることを％徴りする合金。 （４）　　特許請求の範囲第１項にｉ１載の合金（こぢ
   いて；はう累が約０．００６％、炭素が約ｏ、ｉ　ｏ％
   、クロムが約２１．４％、ランタンが約０．０２１％、
   マンガンか約０．４２％、モリブデンが約２．０％、け
   い索か約［Ｊ、２６％、タングステンか約１４％でＣｒ
   　／　（Ｍｏ　＋１／２　Ｗ）の１１１か約２．４で＃
   牢で、タングステンとモリブデンの比か約７：１でＮｖ
   数か約２．４未満であることを特徴とする合金。 （５）　　的、許請求の伸、門弟１項に６此載の合金に
   おいて：Ａｉｌ記の数領吉比ギが商度の対酸化抵抗性２
   尚強度を牛するよう（こ市ＩＩ　（ｆｉｔされているこ
   とを％僧とする合金。 （６）％許請求の軛門弟１項に記載の合金において；前
   ｉｒ８台金が歯１基の対酸化抵抗性と尚強度吉を必要と
   するがスタービンエンジン組部材？／Ｉ品の形帽にされ
   ていることを特徴とする合金。