JPWO2008032751A1 - Ni基単結晶超合金 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2006年9月13日に、日本に出願された特願2006−248714号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1)AlとCrとHf(ハフニウム)を最適な範囲に設定することによりクリープ強度を維持しつつ耐酸化性を向上させることができる、
(2)耐酸化性に優れたCrの組成比率を増大させるとともに組織安定性やTCP相の抑制を考慮して組成比率の改良を行うことによってもクリープ強度を維持しつつ耐酸化性を向上させることができる、
との知見を得た。本発明はかかる知見に基づいてなされた。
さらに、HfとCrの組成比を、Hf:0.1重量%以上0.5重量%以下、Cr:4.1重量%以上8.5重量%以下としてもよいし、Hf:0.1重量%以上0.5重量%以下、Cr:5.1重量%以上8.5重量%以下としてもよい。
Crの組成比(重量比)は、Hfの重量比が2.0重量%以下のとき、より好ましくは0.1重量%以上2.0重量%以下のとき、Cr:2.5重量%以上8.5重量%以下の範囲が好ましく、4.1重量%以上8.5重量%以下の範囲がより好ましく、4.0重量%以上6.7重量%以下の範囲がより好ましく、5.1重量%以上8.5重量%以下の範囲とすることが最も好ましい。
また、Hfの重量比が0.5重量%以下のとき、より好ましくは0.1重量%以上0.5重量%以下のとき、Cr:4.1重量%以上8.5重量%以下の範囲が好ましく、5.1重量%以上8.5重量%以下の範囲がより好ましく、5.1重量%以上6.7重量%以下の範囲とすることが最も好ましい。
Crの組成比が2.5重量%未満であると、所望の高温耐食性を確保することができないので好ましくなく、Crの組成比が8.5重量%を越えると、γ’相の析出が抑制されるとともにσ相やμ相などの有害相が生成し、高温強度が低下するので好ましくない。
Alの組成比(重量比)は、5.0重量%以上7.0重量%以下の範囲が好ましく、5.0重量%以上6.5重量%以下の範囲がより好ましく、5.5重量%以上5.9重量%以下の範囲が最も好ましい。
Alの組成比が5.0重量%未満であると、γ’相の析出量が不十分となり、所望の高温強度・高温耐食性を確保することができないので好ましくなく、Alの組成比が7.0重量%を越えると、共晶γ’相と呼ばれる粗大なγ相が多く形成され、溶体化処理が不可能となり、高い高温強度を確保できなくなるので好ましくない。
Hfの組成比(重量比)は、2.0重量%以下であることが好ましく、0.5重量%以下であることがより好ましく、0.1重量%以上2.0重量%以下の範囲がより好ましく、0.1重量%以上0.5重量%以下の範囲とすることが最も好ましい。
Hfの組成比が0.01重量%未満であると、γ’相の析出量が不十分となり、所望の高温強度を確保できないので好ましくない。但し、必要に応じ、Hfの組成比を0重量%以上0.01重量%未満とする場合もある。また、Hfの組成比が2.0重量%を越えると、局部溶融を引き起こして高温強度を低下させる可能性があるので好ましくない。
Moの組成比は、1.1重量%以上4.5重量%以下の範囲が好ましく、2.1重量%以上4.5重量%以下の範囲がより好ましく、2.1重量%以上4.0重量%以下の範囲がより好ましく、2.2重量%以上2.8重量%以下の範囲とすることが最も好ましい。
Moの組成比が1.1重量%未満であると、所望の高温強度を確保できないので好ましくなく、一方、Moの組成比が4.5重量%を越えても、高温強度が低下し、更には高温耐食性も低下するので好ましくない。
Wの組成比は、4.0重量%以上10.0重量%以下の範囲が好ましく、4.0重量%以上6.0重量%以下の範囲がより好ましく、4.4重量%以上5.6重量%以下の範囲とすることが最も好ましい。
Wの組成比が4.0重量%未満であると、所望の高温強度を確保できないので好ましくなく、Wの組成比が10.0重量%を越えると高温耐食性が低下するので好ましくない。
Taの組成比は、4.0重量%以上10.0重量%以下の範囲が好ましく、4.0重量%以上6.5重量%以下の範囲がより好ましく、4.0重量%以上6.0重量%以下の範囲がより好ましく、4.7重量%以上5.6重量%以下の範囲とすることが最も好ましい。
Taの組成比が4.0重量%未満であると、所望の高温強度を確保できないので好ましくなく、Taの組成比が10.0重量%を越えると、σ相やμ相が生成して高温強度が低下するので好ましくない。
Coの組成比は、0.0重量%以上9.9重量%以下の範囲が好ましく、4.5重量%以上9.5重量%以下の範囲がより好ましく、5.3重量%以上9.0重量%以下の範囲とすることが最も好ましい。
Coの組成比が0.1重量%未満であると、γ’相の析出量が不十分となり、所望の高温強度を確保できないので好ましくない。但し、必要に応じ、Coの組成比を0重量%以上0.1重量%未満とする場合もある。また、Coの組成比が9.9重量%を越えると、Al、Ta、Mo、W、Hf、Cr等の他の元素とのバランスがくずれ、有害相が析出して高温強度が低下するので好ましくない。
Reの組成比は、3.1重量%以上8.0重量%以下の範囲が好ましく、4.5重量%以上7.5重量%以下の範囲がより好ましく、5.0重量%以上6.8重量%以下の範囲とすることが最も好ましい。
Reの組成比が3.1重量%未満であると、γ相の固溶強化が不十分となって所望の高温強度を確保できないので好ましくなく、Reの組成比が8.0重量%を越えると、高温時にTCP相が析出し、高い高温強度を確保できなくなるので好ましくない。
Ruの組成比は、1.0重量%以上14.0重量%以下の範囲が好ましく、1.5重量%以上6.5重量%以下の範囲がより好ましく、2.3重量%以上5.9重量%以下の範囲とすることが最も好ましい。
Ruの組成比が1.0重量%未満であると、高温時にTCP相が析出し、高い高温強度を確保できなくなる。また、Ruの組成比が14.0重量%を越えると、ε相が析出して高温強度が低下するので好ましくない。
本図に示すように、参考例では「−40mg/cm2」を超える重量変化量が見られたが、本発明の実施例ではいずれも参考例よりも低い値となった。実施例2は比較的参考例に近い値であったが、実施例1及び4は参考例1及び4の約半分の値であり、実施例3においては1/10以下という値が得られた。
また、実施例5〜実施例15については、1373K(1100℃)に保持した大気圧熱処理炉に各実施例の試験片を載置し、1時間間隔で取り出し、50時間経過後(50サイクル)の重量を計測した。その結果を図2に示す。比較のために、参考例1〜参考例4についても同様の計測を行った。
本図に示すように、参考例では「−14mg/cm2」を超える重量変化量が見られたが、本発明の実施例ではいずれも参考例よりも低い値となった。参考例のうち最も重量変化量が小さい参考例4と各実施例とを比較すると、実施例のうち重量変化量の大きい実施例5及び6でも参考例4の約半分の値となる結果が得られた。
また、
図4は、図1に示した重量変化量の計測結果とOP値との関係を示す図である。縦軸は重量変化量(mg/cm2)を示し、横軸は表1に示したOP値を示す。図4から、実施例1〜実施例4についても、図3とほぼ同様の結果が得られることがわかる。
比較のために、参考例1〜参考例4についても同様の計測を行った。
クリープラプチャー破断時間は、1000℃・245MPa及び1100℃・137MPaの温度及び応力の各条件下で各試料がクリープ破断するまでの時間(寿命)を計測したものである。
本図に示すように、実施例1及び実施例2については、クリープラプチャー破断時間(Hr)が短い参考例1よりも低い結果となったが、それ以外の実施例については参考例1と同等もしくはそれよりも高い結果が得られた。
本図に示すように、参考例では「−40mg/cm2」を超える重量変化量が見られたが、本発明の実施例ではいずれも参考例よりも低い値となった。
本図に示すように、実施例19については、クリープラプチャー破断時間(Hr)が短い参考例1よりも低い結果となったが、それ以外の実施例については参考例1よりも高い結果が得られた。
本図に示すように、参考例では「1.3mg/cm2」を超える重量変化量が見られたが、本発明の実施例ではいずれも参考例よりも低い値となった。
Claims (18)
- 各成分が重量比で、Al:5.0重量%以上7.0重量%以下、Ta:4.0重量%以上10.0重量%以下、Mo:1.1重量%以上4.5重量%以下、W:4.0重量%以上10.0重量%以下、Re:3.1重量%以上8.0重量%以下、Hf:0.0重量%以上2.0重量%以下、Cr:2.5重量%以上8.5重量%以下、Co:0.0重量%以上9.9重量%以下、Nb:0.0重量%以上4.0重量%以下、Ru:1.0重量%以上14.0重量%以下を含有し、残部がNiと不可避的不純物からなる組成を有するNi基単結晶超合金。
- Hf:0.0重量%以上0.5重量%以下、Cr:5.1重量%以上8.5重量%以下、とした請求項1に記載のNi基単結晶超合金。
- Hf:0.0重量%以上0.5重量%以下、Cr:5.1重量%以上8.5重量%以下、Mo:2.1重量%以上4.5重量%以下、Ta:4.0重量%以上6.0重量%以下、とした請求項1に記載のNi基単結晶超合金。
- 各成分が重量比で、Al:5.0重量%以上6.5重量%以下、Ta:4.0重量%以上6.5重量%以下、Mo:2.1重量%以上4.0重量%以下、W:4.0重量%以上6.0重量%以下、Re:4.5重量%以上7.5重量%以下、Hf:0.1重量%以上2.0重量%以下、Cr:2.5重量%以上8.5重量%以下、Co:4.5重量%以上9.5重量%以下、Nb:0.0重量%以上1.5重量%以下、Ru:1.5重量%以上6.5重量%以下を含有し、残部がNiと不可避的不純物からなる組成を有するNi基単結晶超合金。
- Cr:4.1重量%以上8.5重量%以下、とした請求項4に記載のNi基単結晶超合金。
- Cr:5.1重量%以上8.5重量%以下、とした請求項4に記載のNi基単結晶超合金。
- Hf:0.1重量%以上0.5重量%以下、Cr:4.1重量%以上8.5重量%以下、とした請求項4に記載のNi基単結晶超合金。
- Hf:0.1重量%以上0.5重量%以下、Cr:5.1重量%以上8.5重量%以下、とした請求項4に記載のNi基単結晶超合金。
- 各成分が重量比で、Al:5.5重量%以上5.9重量%以下、Ta:4.7重量%以上5.6重量%以下、Mo:2.2重量%以上2.8重量%以下、W:4.4重量%以上5.6重量%以下、Re:5.0重量%以上6.8重量%以下、Hf:0.1重量%以上2.0重量%以下、Cr:4.0重量%以上6.7重量%以下、Co:5.3重量%以上9.0重量%以下、Nb:0.0重量%以上1.0重量%以下、Ru:2.3重量%以上5.9重量%以下を含有し、残部がNiと不可避的不純物からなる組成を有するNi基単結晶超合金。
- Hf:0.1重量%以上0.5重量%以下、Cr:5.1重量%以上6.7重量%以下、とした請求項9に記載のNi基単結晶超合金。
- OP(OxidationParameter)=5.5×[Cr (wt%)]+15.0×[Al(wt%)]+9.5×[Hf(wt%)]としたとき、OP≧108である請求項1〜請求項10のいずれかに記載のNi基単結晶超合金。
- OP(OxidationParameter)=5.5×[Cr (wt%)]+15.0×[Al(wt%)]+9.5×[Hf(wt%)]としたとき、OP≧113である請求項1〜請求項10のいずれかに記載のNi基単結晶超合金。
- 重量比で、1.0重量%以下のTiをさらに含有する請求項1〜請求項10のいずれかに記載のNi基単結晶超合金。
- B、C、Si、Y、La、Ce、V、Zrのうちの少なくとも一つの成分をさらに含有する請求項1〜請求項10のいずれかに記載のNi基単結晶超合金。
- 個々の成分は、重量比で、B:0.05重量%以下、C:0.15重量%以下、Si:0.1重量%以下、Y:0.1重量%以下、La:0.1重量%以下、Ce:0.1重量%以下、V:1重量%以下、Zr:0.1重量%以下である請求項14に記載のNi基単結晶超合金。
- 母相の格子定数をa1とし、析出相の格子定数をa2としたときに、a2≦0.999a1である請求項1〜請求項10のいずれかに記載のNi基単結晶超合金。
- 母相の格子定数をa1とし、析出相の格子定数をa2としたときに、a2≦0.9965a1である請求項1〜請求項10のいずれかに記載のNi基単結晶超合金。
- P=−200[Cr(重量%)]+80[Mo(重量%)]−20[Mo(重量%)]2+200[W(重量%)]−14[W(重量%)]2+30[Ta(重量%)]−1.5[Ta(重量%)]2+2.5[Co(重量%)]+1200[Al(重量%)]−100[Al(重量%)]2+100[Re(重量%)]+1000[Hf(重量%)]−2000[Hf(重量%)]2+700[Hf(重量%)]3としたとき、P<4500である請求項1〜請求項10のいずれかに記載のNi基単結晶超合金。
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