JPS5817818B2 - 溶接可能な耐熱ニッケル基合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶接可能な耐熱合金に関するものであり、よ
り詳細に述べるならば、ニッケル基合金に関するもので
ある。

本発明は、溶接された基本構造物に使われる薄板を作る
ために、最も効果的に使用され得るものである。

また本発明は、棒材及び座金を製造するために使用され
得るものである。

溶接は構造物製作の技術を単純化し、かつこれら構造物
の重量を減少させるものである。

従って、現代製造業は溶接可能な耐熱合金を必要として
いる。

当業界に知られているニッケル基合金は、下記重量％： 炭素 ０．０９ クロム １９．０ コノくルト １１．０ チタン ３．１ アルミニウム １．５ モリブデン １０．０ ホウ素 ０．０１ ニッケル 残 部 の炭素、クロム、コバルト、チタン、アルミニウム、モ
リブデン及びホウ素を含有するものである。

上述の合金から作られた薄板は、溶接構造物に使用され
ている。

しかしながら、この既知合金の耐熱性は、８１５℃又は
９８０℃の高温における１００時間でのクリープラブチ
ャー強度力旬８１５℃＝ ３１．５ｋｙ／ｉｎおよびσ
９８０°Ｃ＝ ７ ｋＶｍ４で・あるように低い。

下記重量％： 炭素 ０．１ クロム １４．０ コノマルト １５．０ チタン ２．５ アルミニウム ３．８ タングステン ３．０ モリブデン ６．０ ホウ素 ０．０１５ ニッケル 残 部 の炭素、クロム、コバルト、チタン、アルミニウム、タ
ングステン、モリブデン及びホウ素を含有しているニッ
ケル基合金も当業界に知られている。

この合金は、９８０℃における１００時間でのクリープ
ラブチャー強度がσ９８０”Ｃ＝７・７ ｋｇ／ｍｒＡ
程度の高い耐熱性を有する。

しかし、上述の合金を溶接構造物に使用するのは好韮し
くない。

なぜならば、熱処理が溶接前に必要とされ、かつこの熱
処理が複雑な工程条件及び段階的な冷却を含んでいるか
らである。

さらにある種の薄板の溶接構造物は、打抜き及び繰り返
し熱処理を必要とし、このことが前記合金の使用を不可
能にするからである。

同様に、下記重量％： 炭素 ０．０５−０．１２ クロム １４．０ −１．８．０コノくルト
１３．０ −１８．０チタン
４．５ − ６．５アルミニウム ２．０ −
３．０タングステン １．５−２．０ モリブデン ２．５ − ３．５ホウ素
０．００８−０．０２９マグネシウム
０．００ −０．５イツトリウム ０．００ −
０．１ニツケル 残 部 の炭素、クロム、コバルト、チタン、アルミニウム、タ
ングステン、モリブデン、ホウ素、マグネシウム及びイ
ツトリウムを含有しているニッケル基合金も当業界に知
られている。

上記ニッケル基合金は、コンプレッサー用のディスク及
びブレードを製造するのに使用され、かつ、合金組織の
相の安定性と結びついた高い耐熱性、すなわち、７３０
℃又は８７０℃の高温における１００時間でのクリープ
ラブチャー強度σ７３０℃−６３ｋｇＡ４およびσ８７
”Ｃ＝ ３１．５ ｋｇＡｍを有する。

しかしながら、この合金の変形態が乏しいために薄板を
形成すること及びこの合金を溶接することが出来ない。

本発明の目的は、上記欠点を解消することである。

本発明の主要な目的は、上記のような割合で上記のよう
な成分を含有しているニッケル基合金を提供することで
あり、かつこの合金が保証することは、同様なニッケル
基合金と比較して変形能及び溶接性がより高いことと、
溶接後にクラックの。

発生なしに熱処理を施し得るとメと、耐熱性、強度、及
び組織の安定性がより高いことである。

前記目的は、下記の溶接可能な耐熱ニッケル基合金によ
って達成される。

すなわち、この合金は、炭素、クロム、コバルト、チタ
ン、アルミニウム、タングステン、モリブデン、イツト
リウム及びホウ素を含有しているニッケル基合金であっ
て、下記重量％： 炭素 ０．０５−０．１０ クロム １５．０ −１８．０ コノくルート １０．０ −１７．０チ
タン １．８ − ２．５ アルミニウム ２．８ − ３．５ タングステン ２．５ − ５．０ モリブデン ６．０−７．５ イツトリウム ０．２以下 ホウ素 ０．００５−０．０２ の前記成分に加えて、本発明により、０．００５−０．
０５重量％のマグネシウム及びＯ，ＯＯ５−０，０２重
量％のセリウムを含み、かつ残部がニッケルのニッケル
基合金である。

炭素が二次炭化物を形成して、合金の粒界を強化するこ
とが、知られている。

炭素含有量が前記下限値より低いと、合金の粒界か弱く
なり、溶接後の熱処理中にクラックが発生する。

炭素含有量が前記上限値より高いと、結晶粒度が小さく
なり合金の耐熱性が低下する。

１，２００℃以上の温度における焼入れによって、結晶
の粒度及び耐熱性を高めることができる。

しかしながら、このことは粒界に沿っての部分的な溶融
を生じ、その結果として、合金を弱化させることになる
。

クロムがニッケル基合金の耐熱性を高め、かつ、溶接性
を改善することは、一般に知られている。

クロム含有量カ月５重量％より低いと、溶接後の熱処理
中にクラックの発生が生じる。

なぜならば、クロム含有量の減少が強化γ′相の含有量
を増すからである。

クロム含有量が、１８重量％より高いと、もろいσ相の
形成を助長し、即ち、合金組織をより不安定にし、従っ
て、合金の耐熱性が低下し、かつ溶接及び溶接後の熱処
理工程間にクラックが発生する。

コバルトが合金の耐熱性と及び高温状態での合金の変形
能とを高めることは、一般に知られている。

コバルト含有量が１０重量％より低いと、合金の耐熱性
が悪化し、かつ高温状態での変形能が低下する。

コバルト含有量が、１７重量％より高いと、もろいσ相
の形成を助長し、即ち、合金組織をより不安定にする。

チタン及びアルミニウムが析出硬化性のニッケル基合金
の耐熱性を高めるのは、Ｎ３（Ａ７．’ｒｉ ）に基づ
く強化γ′相の形成のためであることは、良く知られて
いる。

チタン及びアルミニウムの含有量が前記下限より低いと
、ニッケル基合金の耐熱性が低下し、一方これら含有量
が前記上限より高いと、合金の変形能が低下し、かつも
ろいσ相の形成、即ち、この合金組織の不安定化を生じ
る。

タングステンがニッケル基合金の耐熱性を高めることは
、一般に知られている。

合金中のタングステン含有量が前記下限値より低いと、
耐熱性が低下し、一方、上限値より高いと、溶接後の熱
処理中におけるクラックの発生を助長する。

モリブデンがニッケル基合金の耐熱性を高めることは、
一般に知られている。

モリブデン含有量が、６重量％より低いと、溶接後の熱
処理中におけるクラックの発生を助長する。

モリブデン含有量が７．５重量％より高いと、μ相が形
成され、即ち、合金組織がより不安定となる。

ニッケル基合金中のイツトリウムは、その耐熱性を高め
る。

０．２重量％より高いイツトリウムは１この合金の変形
能を低下させる。

ホウ素が合金の耐熱性を高めるのは、粒界を強化するホ
ウ化物の形成のためであることが、７般に知られている
。

ホウ素含有量が０．００５重量％より低いと、合金の耐
熱性が低下し、一方、０．０２重量％より高１いと、合
金の変形能が低下する。

本発明によれば、マグネシウムが合金内へ上述した限度
範囲内で導入されて合金の変形能および溶接性が改善さ
れかつ溶接後の熱処理中でのクラック発生が押えられる
。

マグネシウム含有量が０．００５重量％よりも低いとあ
るいは０．０５重欧％よりも高くとも耐熱性が低下する
。

本発明によれば、セリウムが合金内へ導入されており、
それによってその合金の耐熱性が高められ、かつその変
形能と溶接性とが改善されている。

セリウム含有量が０．００５重量％より低いと、合金の
耐熱性、変形能及び溶接性が悪くなる。

セリウム含有量が０．０２重量％より高いと、合金の変
形能が低下する。

溶接可能な耐熱ニッケル基合金が下記重量％のの下記成
分： 炭素 ０．０５−０．０７ クロム １６．５ −１７．０ コノくルト １０．０ −１２．０チタン
１．８ − ２．２ ２．８ − ３．２ タングステン ２．８ − ３．５ モリブデン ６．０ − ６．５イツトリウム
０．０２以下 ホウ素 ０．００５−０．０１５マグネシウム
０．００５−０．０１５セリウム ０．
００５−０．０１５ニツケル 残 部 を含有していることが好ましい。

上述成分の含有量が前記範囲内にあることは、ニッケル
基合金の耐熱性と、変形能と、溶接性との最も良い組合
せを作り、このことが、この合金から薄板を作り、これ
らを溶接し、そして溶接後の熱処理を、クラックの発生
なしで行なうことを可能にする。

チタンとアルミニウムとの割合が２対３であることは、
安定な組織と共に溶接性と耐熱性との最適な組合せを確
実憾するので好ましい。

このことが前記合金から作られた溶接継手の能力を改善
し、それは溶接後にクラックの形成なしに熱処理するた
めである。

本発明は変形能、溶接性、耐熱性、強度及び組織安定性
のすぐれたニッケル基合金を提供するものである。

ここに提案された溶接可能な耐熱ニッケル基合金を、当
業者は、公知の方法によって得ることができる。

実施例 １ 主要なチャージ成分、即ち、ニッケル、クロム、コバル
ト、チタン、アルミニウム、タングステン及びモリブデ
ンを炉内へ装入した。

これら要素の溶融体が得られた後に、炭素、イツトリウ
ム、ホウ素、マグネシウム及びセリウムを添加した。

次に、溶融体を撹拌し、そして、インゴットを作るため
に鋳型へ鋳込んだ。

得られたニッケル基合金は、重量％で 炭素 ’ ０．０５ クロム １７．０ コノくルト １０．１ チタン １．９ アルミニウム ３，２ タングステン ２．８ モリブデン ６．５ イツトリウム ０．００１ ＊ホウ素
０．００６ マグネシウム ０．０１ セリウム ０．０１３ ニッケル 残 部 を含有していた。

ここに得られた合金は、溶接構造物用の厚さ１ｍｖｔの
薄板を作るために使用され得るものであった。

強化熱処理後の試験によれば、得られた合金から作られ
た薄板は、第１表に示された特性を有するものであった
。

実施例 ２ 主要なチャージ成分、即ち、ニッケル、クロムコバルト
、チタン、アルミニウム、タングステン及びモリブデン
を炉内へ装入した。

これらの要素の溶融体が得られた後に、炭素、イツトリ
ウム、ホウ素、マグネシウム及びセリウムを添加した。

次に、溶融体を撹拌し、そして、インゴットを作るため
に鋳型内へ鋳込んだ。

得られたニッケル基合金は、重量％で 炭素 ０．０８ クロム １５．０ コノくルト １６，５ チタン １．９ アルミニウム ２，８ タングステン ３．１ モリブデン ６．０ イツトリウム ０．００５ ホウ素 ０．０１８ マグネシウム ｏ、ｏｏｓ セリウム ０．００７ ニッケル 残 部 を含有していた。

得られた合金は、溶接構造物用の厚さ２．５ ｍＴＩＬ
の薄板を作るために使用され得るものであった。

強化熱処理後の試験によれば、得られた合金から作られ
た薄板は、第２表に示された特性を有するものであった
。

実施例 ３ 主要なチャージ成分、即ち、ニッケル、クロムコバルト
、チタン、アルミニウム、タングステン及びモリブデン
を炉内へ装入した。

これら要素の溶融体が得られた後に、炭素、イツトリウ
ム、ホウ素、マグネシウム及びセリウムを添加した。

次に、溶融体を撹拌し、そして、インゴットを作るため
に鋳型へ鋳込んだ。

得られたニッケル基合金は、重量％で 炭素 ０．０６ クロム １７．６ コノくルト １０．１ チタン ２．２ アルミニウム ３．１ タングステン ４．５ モリブデン ６・０ イツトリウム ０．１ ホウ素 ｏ、 ｏ ｏ ｓ マグネシウム ０．０３ セリウム ０．１５ ニッケル 残 部 を含有していた。

得られた合金は、溶接構造物用の直径３０ｍｍの棒材を
作るために使用され得るものであった。

強化熱処理後の試験によれば、得られた合金から作られ
た棒材は、第３表に示された特性を有するものであった
。

実施例 ４ 主要なチャージ成分、即ち、ニッケル、クロム、コバル
ト、チタン、アルミニウム、タングステン及びモリブデ
ンを炉内へ装入した。

これら要素の溶融体が得られた後に、炭素、イツトリウ
ム、ホウ素、マグネシウム及びセリウムを添加した。

次に、溶融体を撹拌し、そして、インゴットを作るため
に鋳型へ鋳込んだ。

得られたニッケル基合金は、重量％で 炭素 ０．０６ クロム １５．０ コバルト １２，１ チタン ２．２ アルミニウム ３・２ タングステン ２．８ モリブデン ７・３ イツトリウム ０・００１ ホウ素 ０．００６ マグネシウム ０．００７ セリウム ０．０１３ ニッケル 残 部 を含有していた。

得られた合金は、溶接構造物用の座金を作るために使用
され得るものであった。

強化熱処理後の試験によれば、得られた合金から作られ
た座金は、第４表に示された特性を有するものであった
。

提案された合金から作られた溶接継手のクラック形成性
状１験を、これは、複雑な応力が加えられた厚さ１２ｍ
ｍの試料の周囲接合試験片に、実際の溶接構造物で観察
された応力に近い応力を加えて実施した。

溶接をアルゴンアーク法で行ない、その際に、溶加剤と
共にタングステン電極を使用した。

試験によれば、溶接後に残留応力を除去したときに、試
料は、熱処理中にクラックを生じないことがわかった。

本発明により提案されたニッケル基合金は、第５表に示
された特性を有することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭素、クロム、コバルト、チタン、アルミニウム、
   タングステン、モリブデン、イツトリウム及びホウ素を
   含有しているニッケル基合金において、下記重量％： 炭 素 ０．０５− ０．１０り
   ロ ム １５．０ −１８．０
   コ ノく ル ト １０．０ −
   １７．０チ タ ン １．８−
   ２．５アルミニウム ２．８ − ３．５タン
   グステン ２．５−５．０ モリブデン ６．０ − ７．５ イツトリウム ０．２以下 ホ ウ 素 ０．００５−０．０２の
   前記成分に加えて、前記合金がＯ，ＯＯ５−０，０５重
   量％のマグネシウム及び０．０ Ｏ５−０，０２重量％
   のセリウムを含み、かつ残部がニッケルであることを特
   徴とする溶接可能な耐熱ニッケル基合金。 ２ 前記合金が重量％で 炭 素 ０．０５−０．０７り
   ロ ム １６．５ −１７．０コ
   バルト ｉｏ、ｏ −１２，０ チ タ ン １．８−２．２アルミ
   ニウム ２．８− ３．２タングステン
   ２；８ − ３．５モリブデン ６．０ −
   ６．５ イツトリウム ０．０２以下 ホ ウ 素 ０．００５−０．０１５
   マグネシウム ０．００５−０．０１５セリウ
   ム ０．００５−０．０１５ ニツケル 残 部 の成分を含有していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の溶接可能な耐熱ニッケル基合金。