JPS648697B2

JPS648697B2 -

Info

Publication number: JPS648697B2
Application number: JP7096384A
Authority: JP
Inventors: Rikizo Watanabe; Takehiro Oono
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1984-04-11
Filing date: 1984-04-11
Publication date: 1989-02-15
Also published as: JPS60221556A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はガスタービンブレード、デイスク、ス
チームタービンブレード、ローター、高温用ボル
ト、ナツト、各種熱間工具などの各種高温用途か
ら極低温の各種高強度高靭性部材まで広範囲の用
途に応用できる省資源型のγ′析出強化型鉄基超耐
熱合金に関するものである。 A286（JIS SUH660）の名で知られるγ′析出強
化型鉄基超耐熱合金（以下A286と記す）はこの
型の合金に特有な高い常温および高温強度と良好
な延性をもつ一方、この型の合金の中では最も安
価であるところから近年ますます広範囲の用途に
応用されるようになつた。それにともないA286
でもまだ価格的に満足できず、同等の性質を有
し、さらに安価な合金に対する要求がますます高
まつている。本発明はこのような要求にこたえるために、合
金元素の含有量に徹底的な再検討を加え、従来ク
リープ破断延性を付与するために必要不可欠とさ
れていたＶおよびMoはその他の元素のバランス
を適正化することによつて省略可能であることを
見出し、さらにNiの量を特性を劣化させない範
囲で極限まで低下させることにより、A286に比
べて特性は同等以上でありながらはるかに安価な
省資源型の合金を創出したものである。従来合金A286の成分範囲はJIS規格によれば、
Ｃ 0.08％以下、Si 1.00％以下、Mn 2.0％以下、
Ｐ 0.040％以下、Ｓ 0.030％以下、Ni 24.00〜
27.00％、Cr 13.50〜16.00％、Mo 1.00〜1.50％、
Ｖ 0.10〜0.50％、Al 0.35％以下、Ti 1.90〜
2.35％、B0.001〜0.010％、残部Feと規定されて
いる。一方、本発明合金は、Ｃ 0.1％以下、Si 0.5％
以下、Mn 2.0％以下、Ni 17.0〜20.0％、Cr 13.0
〜15.0％、Al 0.20〜0.40％、Ti 2.00〜3.00％、
さらにＢ 0.02％以下および／またはZr 0.2％以
下、残部Feよりなる。従来合金A286と比較した場合の本発明合金の
特徴は、第１にMoおよびＶを含まないことであ
り、第２にNi量が低いことである。従来合金
A286に関連する合金は、米国特許第2641540号明
細書をはじめとして特公昭34―3412号公報ならび
に米国特許第3065067号、同第3065068号、同第
3199978号各明細書に記載されたものなどがある
が、これらの合金はすべてMoおよびＶを必須元
素として含有している。本発明は他の元素のバラ
ンス特にAlとTi、NiとCr量を適正化すればMo
とＶは特に必要ないことを見出したことに大きな
特徴がある。MoおよびＶを省略することによ
り、オーステナイトの母相を安定化させるNi量
を低くすることができ、これによつて低Ni化が
可能となつた。結局、本発明合金は従来合金
A286に比べて高価なMoおよびＶを含まず、かつ
Niが約７％低いことから大巾な省資源化が達成
されたものである。以下に本発明合金の成分限定理由について述べ
る。ＣはTiと結びついてTiCを生成し、オーステナ
イト結晶粒の粗大化を防ぐので若干量は必要であ
るが、0.1％を超えるＣはTiCの過度の生成によ
り合金の析出強化能を低下させるので、Ｃは0.1
％以下とする。 Siは脱酸剤として0.5％以下まで合金中に含ま
れることが許容されるが、0.5％より多いSiは有
害な金属間化合物をつくりやすいので0.5％以下
とする。 Mnは脱酸剤として2.0％まで合金中に含まれる
ことが許容されるが、2.0％より多いMnはオース
テナイト組織を不安定にするので2.0％以下に限
定する。 Niは合金の母相を安定なオーステナイト組織
にするために不可欠の元素であり、またAl、Ti
と結びつくことによりNi₃（Al、Ti）で表わされ
る通常γ′と呼ばれる金属間化合物を生成し合金の
析出強化に寄与する重要な元素である。しかし
Niは17％未満ではオーステナイト組織を不安定
にするので好ましくないが、オーステナイト組織
を安定にしまた所要の強度を得るためには20％以
下で十分である。20％を越えるNiは本発明の目
的である合金量の低減という観点から好ましくな
い。それゆえ、Niは17.0％〜20.0％に限定する。 Crは本発明合金においては耐食耐酸化性を付
与すると同時にオーステナイト組織を安定化させ
るために不可欠の元素であり、最低13.0％を必要
とするが、15.0％を越えるCrは逆にオーステナイ
ト組織を不安定にするので13.0〜15.0％に限定す
る。 Alは本発明合金においてはγ′相を安定化させる
作用があり最低0.20％必要であるが、0.40％を越
えるとオーステナイト組織が不安定になるので
0.20〜0.40％に限定する。 Tiは本発明合金においてはγ′相を形成し、合金
を析出強化させるための基本元素であり、最低
2.00％は必要であるが、3.00％を越えるTiはオー
ステナイト組織を不安定化させるので2.00〜3.00
％に限定する。ＢおよびZrは粒界を強化し、合金の高温にお
ける延性を高める作用があるので若干量は必要で
あるが、過度に多量に添加すると低融点の共晶を
生成し熱間加工性を劣化させるので、それぞれ
0.02％以下および0.20％以下に限定する。本発明合金は従来合金A286と異なり、Moおよ
びＶは必要としない。本発明合金にあつてはMo
とＶはむしろオーステナイト組織を不安定化させ
るので、不純物としてなるべく低く抑える必要が
ある。次に本発明の実施例について述べる。第１表に本発明合金および従来合金の特性を比
較するための試料の化学組成を示す。試料は真空
中で10Kgのインゴツトを溶製後30mm角に鍛造した
ものである。熱処理は次に示す２通りの熱処理を行なつて比
較した。熱処理(1) 900℃で１時間加熱後空冷し、さら
に740℃で16時間加熱後空冷、さら
に650℃で16時間加熱後空冷。熱処理(2) 980℃で１時間加熱後空冷し、さら
に740℃で16時間加熱後空冷、さら
に650℃で16時間加熱後空冷。第２表は熱処理(1)における各温度での引張特性
およびかたさを示したものである。第３表は熱処理(2)における各温度での引張特性
およびかたさを示したものである。第２表および
第３表から本発明合金は従来合金と同等の引張特
性およびかたさ特性をもつたことがわかる。第４表は熱処理(1)におけるクリープ破断特性を
示したものである。第５表は熱処理(2)におけるクリープ破断特性を
示したものである。第４表および第５表から本発明合金は従来合金
より優れた破断寿命を有し、破断延性は同等であ
ることがわかる。第６表は熱処理(1)における常温および−176℃
におけるシヤルピー衝撃値試験結果を示したもの
である。第７表は熱処理(2)における常温および−196℃
におけるシヤルピー衝撃値試験結果を示したもの
である。第６表と第７表より本発明合金は従来合金と同
等の抵温靭性をもつことがわかる。

【表】

【表】 (注) クリープ破断試験は平滑一切欠複合試験
片で実施したが全試料とも平滑部破断

【表】

【表】以上の実施例からわかるように、本発明合金は
従来合金より添加合金量を低減したにもかかわら
ず、従来合金と同等またはそれ以上の性能を有す
るので従来合金の代替材としてコストを低減でき
る。さらに今まで従来合金では高価すぎて使用さ
れていなかつた分野にも使用することが可能であ
る。また、本発明合金は低温においても良好なシ
ヤルピー衝撃値を有するので、低温用材料として
用いることも可能である。このように、本発明合
金を用いることによる工業上の効果は非常に大で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量％にてＣ 0.1％以下、Si 0.5％以下、
Mn 2.0％以下、Ni 17.0〜20.0％、Cr 13.0〜15.0
％、Al 0.20〜0.40％、Ti 2.00〜3.00％、さらに
Ｂ 0.02％以下および／またはZr 0.20％以下、
残部Feおよび不純物からなる省資源型鉄基超耐
熱合金。