JPS62109938A - 非磁性低抵抗ニツケル合金 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は非磁性低抵抗Ｎｉ合金に係り、特に発電機、モ
ーターなどの回転電機の回転子に設けられるダンパーシ
ールドあるいはリテイニング・リングなどの材料として
好適な非磁性低抵抗Ｎｉ合金に関する。

〔発明の背景〕

非磁性低抵抗Ｎｉ合金としてすでに本発明者等は、特開
昭５８−１４４５６９号公報および特開昭５９−１４３
５４号公報に記載されているＮｉ合金を提案している。

上記発明のＮｉ合金はモネル合金に５００およびに５０
２に比較して、比抵抗が小さく、また引張延性および靭
性が優れている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、先に開発したＮｉ合金よりも更に高温
での加工性が非磁性低抵抗Ｎｉ合金を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明は、重量％でＣｕ：７〜２０１、Ａｔ：３〜５％
、Ｔｉ：０．１〜０．８俤、Ｃ：　０．０５〜０．２５
％、　　８　ｉ　：　０．０１〜０．５俤、Ｍｎ　：　
０．０１〜１．５　％、　Ｂ　：　０．００１〜０．０
５　％、Ｓと結合して加工温度以上の融点を有する硫化
物を形成する１種以上の元素：０．００１〜０，２チお
よび残部が実質的にＮｉよりなり、ガンマ・プライム相
が分散した結晶組織を有するＮｉ合金である１゜本発明
は、先に開発したＮｉ合金にＢ（ボロン）および高融点
の硫化物を形成する元素全所定量、含有したものである
。かかるＮ１合金は、熱間で鍛造しても割れを生じない
ことを確認した。

本発明者等は、先に開発した非磁性低抵抗Ｎｉ合金の高
温の加工性が悪い原因全調査した結果、Ｓが合金中に５
ｐｐｍ以上含まれており、高温延性が低下するためであ
ることを明らかにした。図は第１表に示すＮｉ合金の鋳
造材について１０５０℃での引張伸びとＳ添加量との関
係を示す。

第　１　表　（重量％） Ｓがｓｐｐｍ以上含まれていると、引張伸びが急激に低
下することが明らかである。Ｎｉ合金中のＳ量ｉｓｐｐ
ｍ以下とすれば高温加工性が改善されるが、Ｓ墓の低い
合金とするためには高純度の溶解原料を用いる必要があ
り、合金コストを高める大きな要因となる。したがって
実用上の点からＳ’ｌｓｐｐｍ以上含んでいても高温加
工性に問題のないＮｉ合金が要望されていた。

Ｓは結晶粒界に偏析しやすく、粒界のＳ濃度は粒内浸度
の１００〜１０００倍に達する。またＳはＮｉ合金中へ
の固溶度が極めて小さく、６２０℃でｌ”ｔ３０ｐｐｍ
Ｌか固溶しないつしたがって粒界部に濃縮されたＳは大
部分Ｎ’３Ｓ２化合物として存在する。Ｎ　ｌ　ｓ　０
２の融′点は約７６０℃であり、またＮｉとＮ　ｌ　ｓ
　Ｏ２の共晶の融点は約６２０℃でおる。要するに、Ｓ
の存在によって、Ｎ１合金の粒界の融点が著しく低めら
れるために粒界が液化し、高温延性、ひいては高温加工
性が損われると考えられる。

以上の考察から、Ｎｉ合金の高温加工性を改善するため
には、Ｓよりも粒界に偏析しやすく、かつＮｉと共晶を
形成しても共晶温度が高温加工のなされる温度よりも高
い元素ｋＴｌｆｓ加すれば良い。

かかる目的に好適な元素はＢである。高温加工は通常９
００℃以上でなされるが、ＮｉとＮＩａＢの共晶温度は
１０９０℃であるから、少なくとも加工温度が１０９０
℃を越えなければ粒界液化による高温割れは生じないと
考えられる。

Ｂを添加するとＢはＳよりも優先的に粒界に偏析するた
め、合金の粒界のＳ濃度が低下し、低融点の硫化物であ
るＮｌ３０２の世も減少する。この結果として、高温に
おいて合金の粒界液化部が減少し、高温延性の向上ひい
ては高温加工性の改善が実現される。

また１Ｎｉ合金の高温加工性を改善するためには、高温
加工がなされる温度よりも高い融点を有する硫化物を形
成し得る元素を添加すれば良い。

Ｎｊ３０□の融点以上の高融点の硫化物を形成する元素
はＮｉよりもＳと結合しやすいと考えられる。

高温加工は通常９００℃以上でなされるので、硫化物の
融点は９００℃以上であることが好ましい。

硫化物形成のために添加する元素は過剰に添加するとＮ
ｉとの化合物を形成する。Ｎｉ化合物とＮｉ合金マトリ
ックスとの共晶の融点が高温加工温度よりも低い場合に
は高温加工性が損われるので、高融点硫化物形成のため
に添加する元素の許容量には自ずと上限が存在する。

高融点の硫化物を形成する元素は元素周期律表の中で２
人族から７Ａ族にかけての元素のうちに多数見い出され
る。たとえば、次のものが使用可能である。

周期律表、２人族のもの； Ｍｇ：ＭｇＳの融点＝２０００℃ Ｃａ：ＣａＳの融点＝　２５２５℃ Ｂａ：ＢａＳの融点≧２２００℃ ｓｒ：ｓｒｓの融点≧２０００℃ 周期律表、３Ａ族のもの； Ｙ　　：ＹＳの融点　＝　２０６０℃ Ｌａ：ＬａＳの融点＝２２００℃ Ｃｅ：ＣｅＳの融点＝２４５０℃ Ｐｒ：ＰｒＳの融点＝２２３０℃ Ｎｄ　：　ＮｄＳの融点＝２２００℃ Ｓｍ：ＳｍＳの融点＝　１９４０℃ Ｅｕ：ＥＬＩＳの融点：１６６７℃ Ｇｄ：ＧｄＳの融点＝２０２０℃ Ｔｂ：ＴｂＳの融点＝１９７０℃ Ｄｙ：Ｄｙ８の融点＝１９４０℃ ＨＯ：ＨＯ８の融点＝１８９０℃ Ｅｒ　：ＥｒＳの融点＝１９００℃ Ｔｍ：Ｔ’ｍＳの融点＝１８４０℃ Ｔｈ　：ＴｈＳの融点＝２３３５℃ Ｕ　　：ＵＳの融点　：２４６２℃ Ｐｕ：ＰｕＳの融点＝２３５０℃ 周期律表、４Ａ族のもの； Ｔｉ：’Ｉ”ｉＳの融点＝　１７８０℃ｚｒ　：ｚｒｓ
の融点＝２０５０℃ Ｈｆ　：）（ｆ３の融点≧２０００℃ 周期律表、５Ａ族のもの； ｖ　　：ｖｓｏ融点　≧１８００℃ Ｎｂ：ＮｂＳの融点≧１８００℃ ’ｒａ：’ｒａｓｏ融点≧１８００℃ 周期律表、６Ａ族のもの； ｃｒ：ｃｒｓの融点＝１５６５℃ Ｍ　Ｏ：　ＨＯ８２の融点≧１８００℃Ｗ　　：ＷＳ２
の融点≧１８００℃ 周期律表、７Ａ族のもの； Ｍｎ：ＭｎＳの融点：１６１０℃ よってこれらの各元素のうち１種以上を添加することに
よって高融点の硫化物が形成されるっ一般に高融点の硫
化物を形成する元素は硫化物形成傾向も大きいことが推
測されるが、Ｆｅ合金でこれが証明されている。たとえ
ば、「日本金属学会誌」第２７巻、第７号、　１９６３
年、第２９９頁を参照。高融点の硫化物を形成する元素
全添加すると、合金中の８は大部分が高融点硫化物とし
て吸収されるので、合金の粒界のＳ濃度が低下し、低融
点の硫化物であるＮ　ｉｓ　Ｏ２の量も減少する。この
結果として、高温において合金の粒界液化部が減少し、
高温延性の向上ひいては高温加工性の改善が実現される
。

本発明の非磁性低抵抗Ｎ１合金の各成分は重ｉｋ憾で、
下記の範囲とするのが特に好ましい。

炭素を０，０５〜０．２５％、／リコンを０．０１〜０
．５％、マンガンを０．０１〜１．５％、チタンを０．
１〜０．８　％　、アルミニウムを３〜５％、網金７〜
２０％、ボロンを０．００１〜０．０５％、元素周期律
表の２人族から７Ａ族の範囲に含まれる１種以上の元素
：０．００１〜０．２％および残部がＳなどの不可避不
純物とＮ　Ｉ　％ このように組成範囲を限定するのは以下の理由による。

炭素は熱処理時にガンマ・プライム相（Ｎ　Ｉ　ｓ　Ａ
　ｔ）の析出を促進して合金を強化するため０．０５４
以上含むのが好ましいっしかし０．２５％を越えると電
気抵抗を増加させて導電性を悪くするとともに、ＴＩＣ
が多く析出して靭性および切削性を悪くする。したがっ
て０．０５〜０．２５１が好適である。

シリコンは溶解時に脱酸剤として０．０１４以上含むの
が好ましいが、０．５４　’に越えると高温加工性、靭
性および導電性を悪くするうしたがって０．０１〜０．
５チが好適である。

マンガンは溶解時に脱酸剤および脱硫剤として０．０１
％以上含むのが好ましいが、１．５％を越えると高温加
工性、靭性および導電性を悪くする。。

したがって０．０１〜１．５係が好適である。

チタンは熱処理時にガンマ・プライム相の析出を促進し
て合金を強化するため０．１係以上含むのが好ましいが
、０．８％を越えると高温加工性、靭性および導電性を
悪くする。したがって０．１〜０．８俤が好適である。

アルミニウムは熱処理時にガンマ・プライム相を生成し
て合金を強化するためと、キュリ一点を低下させて合金
を非磁性とするために３係以上含むのが好ましい。しか
し５４を越えると昼温加工性、靭性および導電性を悪く
する。したがって３〜５係が好適である。

銅はキュリ一点を低下させて合金を非磁性とするために
７％以上含むのが好ましい。しかし２０チを越えると高
温加工性、靭性および導電性を悪くする。したがって７
〜２０％が好適である。

Ｂは高温加工性を向上する。この効果はＢがｏ、ｏ　ｏ
　ｔ　ｓ以上含まれることによって得られるつじかし、
０．０５％に越えてしまうと、ＮｒｓＢとマトリクスと
の間で形成される共晶のために高温加工性が悪くなる。

したがって０．００１〜０．０５％が好適である。

元素周期律表の２人族から７Ａ族の範囲の元素は１種以
上含まれることにより高温加工性を向上する。この効果
は上記の元素が０．００１’１以上含まれることによっ
て得られる。しかし、０．２係を越えてしまうと、上記
元素のＮｉ化合物とマ）　ＩＪラックスの間で低融点の
共晶を生じるため高温加工性を悪くする。またＦＡ性お
よび導電性も悪くする。

したがってｏ、ｏｏｔ〜０．２％が好適である。

なお、本発明の非磁性低抵抗Ｎｉ合金は溶製後、鋳塊に
高温で加工し、ついで溶体化処理し、さらに時効処理し
て用いる。あるいは、鋳塊を溶体化処理し、さらに時効
処理して用いても良い。なお、高温加工後の溶体化処理
は省略しても良い。略した場合には高い強度が得られる
。

〔発明の実施例〕

実施例１ 第２表に示す成分のＮｉ合金を各々４ｋｇ真空メ！イ解
により溶製した。第２表で比較合金の試番Ｔはモイルに
一５００合金である。

第２表に示す成分のＮｉ合金の鋳塊の高温加工性を調べ
るため、鋳塊に１１００℃で２時間保持後空冷の均質化
処理を施した後に、１０５０℃での引張試験により伸び
を測定した。その結果を第３表に示す。

また第２表に示す成分のＮ１合金を高温で加工し、つい
で熱処理を施した時のキュリ一点、０．２チ耐力および
比抵抗を調べるために、鋳塊を均質化処理した後、１１
００〜ＳＯＯ℃の温度域で鍛伸加工して直径１５ｍｍの
棒とし、次に９００℃で１時間保持後水冷の溶体化処理
と下記の３段時効処理を与えた。

１段目：５９０℃で１６時間保持後炉冷、２段目：５４
０℃で６時間保持後炉冷、３段目：４８０℃で６時間保
持後空冷、その後、キュリ一点と室温での０．２％耐力
および比抵抗を測定した１、その結果を第３表に示す３
゜第３表に示されているように、本発明合金は比較合金
よりも１０５０℃での伸びが優れている。すなわち高温
延性が優れている。また本発明合金はいずれもキュリ一
点が１０℃以下であシ、常温で非磁性である。さらに本
発明合金の比抵抗は比較せ４Ｔｉ　Ｌりも弁く、いずれ
も５５μΩｃｍ以下であ本災施例によれば比較合金より
も高温延性および導電性に優れた非磁性のＮ１合金が得
られている。

第３表 実施例２ 第４表に示す成分のＮｉ合金１５００ｋｇ真空溶解後、
遠心鋳造法によシ、外径４ＱＱｍｍ、内径ｌＱＱｍｍ、
長さ５　Ｑ　Ｑｍｍの中空インゴット１を製作した。次
にインゴットの内周部の欠陥を除去するため内径ｋ　１
５０ｍｍＫ７Ｘｌ工した後、インゴットの中空内に直径
が１４０ｍｍの心全會通し、１０５０℃で拡管のための
鍛造を行った。この時、鍛造割れに発生せず、外径６２
０ｍｍ、内径５００ｍｍ、長さ５ＱＱｍｍ中空鍛造品全
製作できた。

第４表（重ｉｔ幅） 中空鍛造品について、９００Ｃで１時間保持後水冷の溶
体化処理を与えた後に、５９０℃で１６時間保持後炉冷
と５４０℃で６時間保持後炉冷および４８０℃で６時間
保持後空冷よりなる３段時効処理を与えた。時効処理後
に、中空鍛造品の端部から採取した試料のキュリ一点、
室温での０．２チ耐力および室温での比抵抗を測定した
。その結果、キュリ一点として一１０Ｃ１０，２％耐力
として７５　ｋ　ｇ／ｍｍ２．比抵抗として５２μΩＣ
ｍの値が得られた。

本実施例によれば非磁性低抵抗のＮｉ合金を用いて大型
の中空円筒体を熱間鍛造によシ製作できた。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば高温加工性に優れ
た非磁性低抵抗Ｎｉ合金が得られる。このため非磁性低
抵抗Ｎｉ合金を高温で加工して任意の形状に成形するこ
とが容易となる。しかも高温で鍛稼加工すると微細な結
晶粒となるので、鋳造材に比べて機械的性質が優れてい
る。

また非磁性低抵抗Ｎｉ合金として従来知られているモネ
ルに一５００合金よシもさらに低抵抗の特性ｔＶする。

、このため、発電機、モータなどの回転電機の回電子に
設けられるダンパーシールド、あるいはリテイニング・
リング、待に超電導発電機の回転子に設けられるダンパ
ーシールドに好適なＮｉ＠金が得られる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の非磁性低抵抗Ｎ！合金の実施例の１０５０
℃での引張伸びとＳ添加量との関係金示す特性図である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、重量％で、銅：７〜２０％、アルミニウム：３〜５
   ％、チタン：０．１〜０．８％、炭素：０．０５〜０．
   ２５％、シリコン：０．０１〜０．５％、マンガン：０
   ．０１〜１．５％、ボロン：０．００１〜０．０５％、
   硫黄と結合して加工温度以上の融点を有する硫化物を形
   成する１種以上の元素：０．００１〜０．２％および残
   部が実質的にニッケルよりなり、ガンマ・プライム相が
   分散した結晶組織を有することを特徴とする非磁性低抵
   抗ニッケル合金。