KR100203379B1 - Ultra heat-resistance nickel alloy - Google Patents

Ultra heat-resistance nickel alloy Download PDF

Info

Publication number
KR100203379B1
KR100203379B1 KR1019960041407A KR19960041407A KR100203379B1 KR 100203379 B1 KR100203379 B1 KR 100203379B1 KR 1019960041407 A KR1019960041407 A KR 1019960041407A KR 19960041407 A KR19960041407 A KR 19960041407A KR 100203379 B1 KR100203379 B1 KR 100203379B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
alloy
present
creep
addition
strengthening
Prior art date
Application number
KR1019960041407A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR19980022301A (en
Inventor
최주
김현태
Original Assignee
박원훈
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 박원훈, 한국과학기술연구원 filed Critical 박원훈
Priority to KR1019960041407A priority Critical patent/KR100203379B1/en
Publication of KR19980022301A publication Critical patent/KR19980022301A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100203379B1 publication Critical patent/KR100203379B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/057Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

본 발명은 1000℃ 이상의 초고온에 가동되는 육상 발전용 터빈 블레이드를 비롯하여 고온에서 높은 강도와 내산화성을 요구하는 각종 장치의 핵심부품에 응용할 수 있는 주조용 Ni기 초내열 합금에 관한 것으로, 고온 특성중의 하나인 크립 파단 수명이 월등하게 향상된 Ni기 초내열 합금에 관한 것이다.The present invention relates to a casting-based Ni-based super heat-resistant alloy that can be applied to core components of various devices that require high strength and oxidation resistance at high temperatures, including turbine blades for onshore power generation operating at ultra high temperatures of 1000 ° C or higher. It is related to Ni-based super heat-resistant alloy which is significantly improved creep fracture life.

이와 같은 본 발명의 조성은 Ni을 기본 조성으로 하여 여기에 Cr 6∼10%, W 8∼13%, Mo 1∼4%, Al 3∼7%, Ti 0.5∼3%, Nb 0.5∼3%, Co 8∼12%, Ta 3∼7%, Hf 0.05∼2.0%, Zr 0.05∼2.0%, B 0.01∼0.1%, C 0.01∼0.5%로 이루어지는 것이다.Such a composition of the present invention is based on Ni 6-10%, W 8-13%, Mo 1-4%, Al 3-7%, Ti 0.5-3%, Nb 0.5-3% , Co 8-12%, Ta 3-7%, Hf 0.05-2.0%, Zr 0.05-2.0%, B 0.01-0.1%, C 0.01-0.5%.

이러한 본 발명 합금의 성분 한정 이유는 Cr은 내산화성을 향상시키기 위하여 첨가되는 것이고, W은 합금의 크립 변형을 억제하여 크립 파단 수명을 향상시키는 역할을 하는 것이며, Mo은 W과 함께 기지에 고용되어 크립 파단 수명을 향상기도록 한 것이다. 또한, Al과 Ti는 사용하고자 하는 용도에 적절하게 합금의 고온 강도를 증대시키고, Nb는 본 발명의 특징적 첨가원소의 하나로서, 입계 강화 효과를 가지며, Co는 고용강화 및 탄화물 형성에 의한 석출 강화 효과 뿐만 아니라 고온에서의 내식성을 향상시키게 되고, Ta는 고용강화 및 석출강화 효과와 크립 파단 수명을 향상시키게 된다. Hf는 미량의 첨가에도 불구하고 합금의 입계강화 및 결정립 미세화에 의한 연성을 향상시켜 크립성질을 크게 개선시키게 된다.The reason for limiting the components of the alloy of the present invention is that Cr is added to improve oxidation resistance, and W serves to suppress creep deformation of the alloy to improve creep rupture life, and Mo is dissolved in the base together with W. It is intended to improve creep rupture life. In addition, Al and Ti increase the high temperature strength of the alloy appropriately for the intended use, Nb is one of the characteristic addition elements of the present invention, has a grain boundary strengthening effect, Co is strengthening precipitation by solid solution strengthening and carbide formation In addition to improving the corrosion resistance at high temperatures, Ta enhances the solubility and precipitation strengthening effect and the creep rupture life. In spite of the addition of a small amount of Hf, the ductility by grain boundary strengthening and grain refinement of the alloy is improved, thereby greatly improving the creep quality.

Description

주조용 니켈기 초내열 합금Nickel-Based Super Heat-resistant Alloys for Casting

본 발명은 고온 강도가 우수한 주조용 니켈기 초내열 합금에 관한 것으로, 특히 1000℃ 이상의 초고온에서 가동되는 육상 발전용 터빈 블레이드를 비롯하여 고온에서 높은 강도와 내산화성을 요구하는 각종 장치의 핵심부품에 응용할 수 있는 주조용 니켈기 초내열 합금에 관한 것이다.The present invention relates to a nickel-based super heat-resistant alloy for casting excellent in high temperature strength, and particularly applicable to the core parts of various devices that require high strength and oxidation resistance at high temperatures, including turbine blades for onshore power generation operating at very high temperatures of 1000 ℃ or more. It relates to a nickel-based super heat-resistant alloy for casting.

일반적으로 니켈기 초내열 합금은 발전용 가스터빈을 비롯하여 제트엔진, 화학공장용 튜브 및 파이프재료, 원자력 발전설비의 열교환기용 재료 등의 고온 내식성 및 고온 기계강도를 요구하는 각종 부품재에 광범위하게 이용되고 있다.In general, nickel-based super heat-resistant alloys are widely used in various parts requiring high temperature corrosion resistance and high mechanical strength, such as gas turbines for power generation, tube and pipe materials for jet engines, chemical plants, and heat exchanger materials for nuclear power plants. It is becoming.

이는 니켈기 초내열 합금이 가지는 우수한 고온 내식성, 고온 내산화성 뿐만 아니라 가공성과 용접성 등의 생산성과 직접적으로 관련된 특성이 여타의 합금에 비하여 우수하기 때문에 가스터빈용 재료로서 많은 연구가 미국, 일본을 중심으로 이루어져 왔으며, 독일과 프랑스에서도 상당한 연구개발 투자를 해오고 있다.This is because it is superior to other alloys because the properties directly related to productivity, such as workability and weldability, as well as excellent high temperature corrosion resistance and high temperature oxidation resistance of nickel-based super heat-resistant alloys, are much researched as gas turbine materials. The company has been investing heavily in R & D in Germany and France.

또한 각종 고온장치에서는 에너지 효율을 향상시키기 위하여 사용온도를 높이고 있으며, 이를 위하여 고온 장치의 핵심부품에 사용되는 재료의 고온 강도를 높이고자 하는 노력이 계속 이루어져 왔는 바, 현재 상용화되고, 고온 강도와 크립 파단 수명이 가장 우수한 것으로 인정받고 있는 합금으로는 미국의 Martin Marietta사의 MM 247합금이 있으며, 상용화되지는 않았으나 일본의 금속 재료 기술 연구소(National Reserch Institute for Metals)에서 개발한 TM 321 합금이 있다.In addition, in various high temperature devices, the use temperature is increased to improve energy efficiency. To this end, efforts have been made to increase the high temperature strength of materials used in the core parts of high temperature devices. Among the alloys that are considered to have the highest break life are the MM 247 alloy from Martin Marietta, USA, and the TM 321 alloy, which has not been commercialized but was developed by the National Reserch Institute for Metals, Japan.

통상적으로 니켈기 초내열 합금의 주조는 주로 정밀 주조법에 의하여 진공 중에서 행해지는 것으로, 니켈기 초내열 합금은 가장 복잡한 조성을 가지고 있으면서 고온 부품으로서는 가장 널리 사용되고 있는 합금이다. 사용 온도도 융점의 0.9배에 해당되는 온도까지 접근하여 지금까지의 어느 금속재료보다도 높다.In general, casting of a nickel-based super heat-resistant alloy is mainly performed in a vacuum by a precision casting method. Nickel-based super heat-resistant alloys have the most complicated composition and are the most widely used high temperature components. The operating temperature is also close to the temperature corresponding to 0.9 times the melting point, which is higher than any metal material.

1940년 1965년 사이에 항공기용 엔진 블레이드 재료로서 니켈기 초내열 합금은 많은 주목을 받아 왔으며, 고온에서의 인장강도와 5천시간까지 일정한 크립강도를 유지하는 것을 목표로 했으나, 현재는 항공기용 블레이드인 경우에 2만 내지 5만 시간까지 강도가 유지되는 재료를 요구하고 있으며, 특히 산업용 가스터빈일 경우 10만 시간까지의 강도유지를 요구하고 있다. 이러한 요구에 가장 적합한 재료로서 니켈기 초내열 합금이 가장 적저란 합금으로 인정되어 세계 각국에서 많은 연구가 진행되고 있다.Nickel-based super heat-resistant alloys have received a great deal of attention as a material for aircraft engine blades between 1940 and 1965, and aimed to maintain a constant creep strength up to 5,000 hours at high temperatures. In the case of the material is required to maintain the strength up to 20,000 to 50,000 hours, especially in the case of industrial gas turbine is required to maintain the strength up to 100,000 hours. As the most suitable material for these needs, nickel-based super heat-resistant alloy is recognized as the least suitable alloy, and many studies have been conducted in various countries around the world.

이와 같은 실정에 비추어 본 출원인은 지금까지 내열 내식성이 우수한 니켈기 초내열 주조합금(대한민국 1984년 특허 제17099호), 코발트(Co)를 함유하지 않는 주조용 니켈기 초내열 합금(대한민국 1984년 특허 제17100호) 및 크리프파단 수명이 지금까지 개발된 여타 니켈기 초내열 합금보다 월등히 우수한 합금(대한민국 1995년 특허 제86502호)를 개발한 바 있고, 이러한 연구결과를 토대로 하여 본 발명 합금을 제안하고자 한다.In light of these circumstances, the present applicant has been a nickel-based super heat-resistant main alloy (Korea Patent No. 17099, 1984), which has excellent heat resistance and corrosion resistance, and a nickel-based super heat-resistant alloy for casting that does not contain cobalt (Co). No. 17100) and an alloy (Korean Patent No. 86502, 1995, Republic of Korea) superior to other nickel-based superheat-resistant alloys that have been developed so far. do.

본 발명에 의한 니켈기 초내열 합금은 보통 주조합금에서 가장 문제가 되고 있는 크립 파단 수명을 획기적으로 향상시킨 것으로서, 본 발명은 합금을 구성하는 원소 중에서 Nb와 Mo를 상대적으로 많은 양을 첨가하고, 기타 원소의 합금량을 적절히 조정함으로써 1000℃ 이상에서의 크립 파단 수명을 기존의 최강력 합금에 비하여 약 2배 가량 향상시킨 우수한 고온 강도를 가진 주조용 니켈기 초내열 합금을 제공하는데 목적이 있다. 이와 같은 본 발명에 의한 합금의 조성은 Ni을 기본 조성으로 하여 Cr 6∼10%, W 8∼13%, Mo 1∼4%, Al 3∼7%, Ti 0.5∼3%, Nb 0.5∼3%, Co 8∼12%, Ta 3∼7%, Hf 0.05∼2.0%, Zr 0.05∼2.0%, B 0.01∼0.1%, C 0.01∼0.5%가 함유되어 이루어진 것이다.Nickel-based super heat-resistant alloy according to the present invention is to significantly improve the creep rupture life, which is usually the most problematic in the main alloy, the present invention is to add a relatively large amount of Nb and Mo among the elements constituting the alloy, It is an object of the present invention to provide a nickel-based super heat-resistant alloy for casting having excellent high temperature strength, which is about twice as much as the existing strongest alloy by improving the creep rupture life at 1000 ° C. or higher by appropriately adjusting the alloying amount of other elements. The composition of the alloy according to the present invention is based on Ni 6-10%, W 8-13%, Mo 1-4%, Al 3-7%, Ti 0.5-3%, Nb 0.5-3 %, Co 8-12%, Ta 3-7%, Hf 0.05-2.0%, Zr 0.05-2.0%, B 0.01-0.1%, C 0.01-0.5% are contained.

이상과 같은 본 발명에 의한 주조용 니켈기 초내열 합금의 성분 한정 이유를 설명한다.The reason for component limitation of the nickel-based super heat-resistant alloy for casting by the above-mentioned this invention is demonstrated.

크롬(Cr)Chrome (Cr)

Cr은 합금의 내산화성을 향상시킬 목적으로 최대 10%까지 첨가하였으며, 6%이하일 경우에 합금의 내산화성이 떨어질 우려가 있다.Cr is added up to 10% for the purpose of improving the oxidation resistance of the alloy, there is a fear that the oxidation resistance of the alloy is less than 6%.

텅스텐(W)Tungsten (W)

W은 금속중에서 가장 무거운 금속이므로 고온에서의 확산속도가 매우 느려 합금의 크립 변형을 크게 억제하여 크립 파단 수명을 향상시키는 역할을 하며, 13%을 넘을 경우에 합금의 밀도가 과도하게 커져서 고온 장치에 적용할 때 에너지 효율을 낮출 가능성이 있으며, 8% 이하가 되면 얻고자 하는 고용강화 효과를 충분히 얻을 수 없다.W is the heaviest metal among the metals, so the diffusion rate at high temperature is very slow, which greatly suppresses creep deformation of the alloy and improves the creep rupture life. When applied, there is a possibility of lowering energy efficiency, and when it is 8% or less, it is not sufficient to obtain the employment strengthening effect that is desired.

몰리브덴(Mo)Molybdenum (Mo)

Mo은 W과 함께 기지에 고용되어 W과 동일한 역할을 하는 것으로, Mo은 내산화성을 해치는 원소로 인식되어 왔으나, 본 발명 합금의 경우에는 오히려 1% 이상의 Mo을 첨가함으로써 Mo을 첨가하지 않은 TM 321 합금이나, 0.6% 정도로 본 발명 합금보다 소량으로 첨가한 MM 247 합금에 비하여 우수한 크립 파단 수명 및 고온 인장 강도를 얻을 수 있었다.Mo is dissolved in the base together with W and plays the same role as W. Mo has been recognized as an element that deteriorates oxidation resistance, but in the case of the alloy of the present invention, rather than adding Mo by more than 1%, TM 321 Compared with the alloy and the MM 247 alloy added in a smaller amount than the alloy of the present invention at about 0.6%, excellent creep rupture life and high temperature tensile strength could be obtained.

알루미늄(Al)과 티타늄(Ti)Aluminum (Al) and Titanium (Ti)

Al과 Ti은 감마 프라임 석출물(표시기호:γ', 화학조성식:Ni3(Al,Ti)을 기지로부터 석출시키는 역할을 하며, Al 대 Ti의 비를 조정함으로써 석출되는 γ'의 함량을 조절하고, 사용하고자 하는 용도에 맞게 합금을 제조하게 된다. 보통γ'의 결합구조인 면심 입방 격자를 유지한다는 가정하에서 Al 대 Ti의 비율이 약 5:1까지 변화될 수 있는 것으로 알려져 있다.Al and Ti precipitate the gamma prime precipitate (symbol: γ ', chemical formula: Ni 3 (Al, Ti) from the base, and adjust the content of precipitated γ' by adjusting the ratio of Al to Ti. It is known that the ratio of Al to Ti can be changed to about 5: 1 under the assumption of maintaining a face-centered cubic lattice, which is a bonding structure of γ '.

그러나 Ti의 함량이 과량일 경우에 에타 상(Ni3Ti)이라는 조밀 육방 격자 형태를 갖는 화합물을 형성하여 합금의 기계적 성질을 헤치게 된다.However, when the Ti content is excessive, a compound having a dense hexagonal lattice form called an eta phase (Ni 3 Ti) is formed to spoil the mechanical properties of the alloy.

Ni기 초내열 합금의 강도중 상당부분은 1γ에 의하여 발생하며, 일반적으로 γ'의 부피분율은 Ti 대 Al의 비와, Al+Ti의 함량에 의하여 결정되는 바, 주조합금의 경우에는 35% 이상의 부피분율을 가지는 것이 보통이고, 본 발명 합금의 경우에 γ'의 부피분율은 60%로 조정하였다.Much of the strength of Ni-based super heat-resistant alloys is caused by 1γ. In general, the volume fraction of γ 'is determined by the ratio of Ti to Al and the content of Al + Ti, which is 35% for the main alloy. It is common to have the above volume fraction, and in the case of the alloy of the present invention, the volume fraction of γ 'is adjusted to 60%.

Al과 Ti의 함량이 너무 많으면 합금의 고온 강도는 증가되지만, 합금의 연성이 크게 나빠져서 쉽게 깨지는 경향이 있으므로 Al과 Ti의 함량을 각각 3∼7%, 0.5∼3%의 범위에서 조정하였다.If the content of Al and Ti is too high, the high temperature strength of the alloy is increased, but the ductility of the alloy is greatly deteriorated and tends to be easily broken, so the content of Al and Ti is adjusted in the range of 3 to 7% and 0.5 to 3%, respectively.

니오브(Nb)Niobium (Nb)

Nb는 본 발명 합금에서 특징적인 첨가원소 중의 하나로서, MM 247이나 TM 321에서는 첨가되지 않는 원소이다.Nb is one of the characteristic addition elements in the alloy of the present invention and is not added in MM 247 or TM 321.

일반적으로 Nb는 1γ;상(body centered tetragonal phase)이라는 석출물을 형성하는데 기여하고, 또한 NbC라는 형태의 탄화물로서 입계에 분포하여 입계 강화효과를 가지는 원소로 알려져 있다.In general, Nb contributes to the formation of a precipitate called 1γ; body centered tetragonal phase, and is also known as an element having a grain boundary strengthening effect as it is distributed in the grain boundary as a carbide of the form NbC.

이러한 Nb의 강화효과는 미국의 Inco사에서 현재까지 사용화하고 있는 Inconel 718이라는 합금에 의하여 충분히 밝혀져 있다. 그러나 과량 함유될 경우 유해한 Ni3Nb 금속간 화합물이 석출하여 파단시 균열의 원인이 된다. 이러한 점을 고려하여 Nb의 함량을 0.5에서 3% 내로 조정하였다.This strengthening effect of Nb is fully revealed by the alloy Inconel 718, which is currently being used by Inco in the US. However, when excessively contained, harmful Ni3Nb intermetallic compounds are precipitated and cause cracking at break. In consideration of this point, the content of Nb was adjusted within 0.5 to 3%.

코발트(Co)Cobalt (Co)

Co는 고용강화 및 탄화물 형성에 의한 석출강화 효과 뿐만 아니라 고온에서의 내식성을 향상시키는데 효과적인 원소이며, 특히 니켈기 초내열 합금의 주요 석출상인 1γ의 고용화 온도(solvus temperature)를 상승시켜, 합금이 보다 고온에서 사용될 수 있도록 함으로써 고온 강도를 높이는 역할을 한다.Co is an effective element to enhance the corrosion resistance at high temperature as well as the precipitation strengthening effect by solid solution strengthening and carbide formation. In particular, Co increases the solvation temperature of 1γ, which is the main precipitation phase of nickel-based superheat-resistant alloy, By being able to be used at higher temperatures serves to increase the high temperature strength.

그러나 Co의 가격이 여타 첨가 원소에 비하여 매우 고가입일 뿐 아니라, 과량 첨가시에 Co에서 발생하는 유도방사능이 문제가 될 수 있으므로 첨가 범위를 8∼12%로 정하였다.However, since the price of Co is very high compared to other additive elements, and the induced radioactivity generated by Co at the time of excessive addition may be a problem, the addition range is set to 8 to 12%.

탄탈(Ta)Tantalum (Ta)

Ta는 합금의 기지에 고용하여 고용강화 효과를 나타내고, 일부는 TaC의 형태의 탄화물로 석출하여 석출강화를 동시에 나타낸다. 또한 1γ에 일부 고용되어 합금의 크립 파단 수명을 향상시키는데 기여하며 그 효과가 가장 뚜렷한 3∼7%의 범위에서 조정하였다.Ta exhibits a solid solution strengthening effect by solid solution at the base of the alloy, and partly precipitates as carbide in the form of TaC to simultaneously exhibit precipitation strengthening. It was also partially dissolved in 1γ, contributing to improving creep rupture life of the alloy, and the effect was adjusted in the range of 3-7%, the most pronounced.

하프늄(Hf)Hafnium (Hf)

Hf은 미량 첨가에도 불구하고 합금의 입계강화 및 결정립 미세화에 의한 연성 향상효과가 우수한 원소로서 크립 성질을 개선하며, 0.05∼2.0%의 범위가 통상적으로 합의된 범위라고 하겠다.Hf is an element having excellent ductility improvement effect due to grain boundary strengthening and grain refinement of the alloy despite the addition of a small amount, and improves creep properties, and a range of 0.05 to 2.0% is generally agreed.

예를 들면, Hf를 함유한 기존 합금으로서는 B-1900, MM 200+Hf, MM 247, TRW-NASA VIA 합금 등이 있는 바, 모두 입계강도가 낮아지는 900℃ 이상의 고온영역에서 여타 주조합금에 비하여 상대적으로 우수한 고온 강도를 나타낸다고 하였다.For example, existing alloys containing Hf include B-1900, MM 200 + Hf, MM 247, and TRW-NASA VIA alloys, all of which have a higher grain boundary strength than 900 ° C in comparison with other main alloys. It is said to exhibit relatively good high temperature strength.

지르코늄(Zr)과 붕소(B)Zirconium (Zr) and Boron (B)

Zr과 B는 대부분이 결정입계에 분포하면서 고온 변형시 입계의 미끄러짐을 방지함으로써 입계 강도를 상승시키는 역할을 하지만, 다량이 첨가되면 입계 편석으로 인한 취성파괴의 원인이 되므로 각각 0.05∼2.0%, 0.01∼0.1% 범위에서 조정할 필요가 있다.Most of Zr and B are distributed at grain boundaries and increase grain boundary strength by preventing slippage at high temperature deformation. However, when Zr and B are added in large amounts, they cause brittle fracture due to grain boundary segregation. It is necessary to adjust in the range of -0.1%.

이상과 같은 조성을 갖는 본 발명에 의한 주조용 니켈기 초내열 합금의 제조방법과 제반 특성은 다음의 실시예를 통하여 보다 명확히 이해될 것이며, 이러한 실시예에 한정되지는 않는다.The manufacturing method and general characteristics of the nickel-based super heat-resistant alloy for casting according to the present invention having the composition as described above will be more clearly understood through the following examples, but are not limited to these examples.

실시예Example

주조용 니켈기 초내열 합금의 제조하기 위하여 우선 주조를 위한 잉코트의 크기를 52×52×150㎜이며, 용해용 원료금속은 미량 첨가원소인 B를 제외하고는 모두 99.5% 이상의 순도를 가진 순금속을 이용하였으며, B의 경우 Ni-15% B의 모합금을 이용하였다. 진공용해는 일본의 ULVA사의 10㎑, 50㎾ 용량의 고주파 진공용해로를 사용하였으며, 용해용 도가니는 171bs용 마그네시아 도가니를 사용하였다. 후보합금의 용해 시작 전에 도가니에 남아 있을 수 있는 수분을 제거하기 위하여 1차적으로 본 합금계의 기지 금속인 Ni을 용해하여 출탕하였다.In order to manufacture the nickel-based super heat-resistant alloy for casting, the size of the incoat for casting is 52 × 52 × 150 mm, and all of the raw metals for melting are pure metals having a purity of 99.5% or more except for B, a trace additive element. In the case of B, a mother alloy of Ni-15% B was used. As a vacuum melting furnace, a high frequency vacuum melting furnace having a capacity of 10 kV and 50 kV of ULVA Co., Ltd. was used, and a magnesia crucible for 171bs was used as a melting crucible. In order to remove water that may remain in the crucible before the start of melting of the candidate alloy, Ni, a base metal of the present alloy system, was melted and tapped.

원료금속의 장입순서는 다음과 같다.The charging sequence of the raw metal is as follows.

Ni과 Cr의 일부와 비중이 낮아 골고루 용탕 속으로 분포되지 않는 흑연 및 고융점 금속에 해당하면서 비교적 다량 첨가되는 금속, 즉 W, Mo, Co를 장입하고, 충분히 진공도를 낮춘 다음 진공도가 10-3torr 이하로 떨어졌을 때 용해를 시작하였다. 용탕이 형성될 때까지의 시간은 약 1시간이 소요되었으며, 브릿지가 생성되지 않도록 하면서 완전히 용탕을 형성하기 전에 나머니 Ni과 Cr을 넣어 완전히 용탕을 만든 후, 미량 첨가원소 중에서 휘발성이 적은 Ta과 Nb 및 Hf을 장입한 후, 약 15분간 유지하였으며, 최종적으로 활성원소인 Al, B, Ti을 장입하여 약 5분간 유지한 후, 합금의 용융점보다 약 150℃ 높은 온도에서 예열된 주형에 주입하였다. 이때 용탕의 온도는 장고온계를 이용하여 측정하였다. 1차 용해가 완료되어 잉크트로 만들어진 후보합금은 정밀주조를 위한 2차 용해를 위하여 잉고트 표면의 이형제를 제거하였다.Particularly low Ni and Cr and low specific gravity, graphite and high melting point metals that are not evenly distributed in the molten metal, and relatively large amounts of metal, that is, W, Mo, Co is charged, the degree of vacuum is lowered 10 -3 Dissolution started when it fell below torr. It took about 1 hour until the molten metal was formed, and the molten Ni and Cr were completely added to form the molten metal before forming the molten metal completely without forming a bridge. After charging with Nb and Hf, the mixture was maintained for about 15 minutes. Finally, the active elements Al, B, Ti were charged and maintained for about 5 minutes, and then injected into a preheated mold at a temperature of about 150 ° C. above the melting point of the alloy. . At this time, the temperature of the molten metal was measured using a high temperature thermometer. The candidate alloy made of ink after the primary melting was completed removed the release agent on the surface of the ingot for secondary melting for precision casting.

정밀주조는 우선 정밀주조용 세락밀 몰드를 제작한 후, 진공고주파 용해로에서 제조된 잉고트를 이용하여 아르곤 분위기 하에서 재용해하여 최종적으로 직경 15㎜, 길이 125㎜의 원통형의 시편을 제작하였다.Precision casting was first made into a precision casting fine milling mold, and then re-dissolved in an argon atmosphere using an ingot manufactured in a vacuum microwave melting furnace to finally produce a cylindrical specimen having a diameter of 15 mm and a length of 125 mm.

정밀주조용 세라믹 몰드의 제조과정을 설명한다.The manufacturing process of the ceramic mold for precision casting is explained.

원통형의 금형을 제작하여 왁스패턴을 만든 후, 트리(tree)설계를 한다. 트리의조립이 완성되면 세라믹 컵을 압탕부에 수직으로 부착한 후 지르콘 샌드, 스노우 텍스 등을 주원료로 하는 내화물 코팅을 8회에 걸쳐 반복적으로 실시하여 내화물 코팅층의 두께를 약 9㎜로 만든다. 내화물 코팅이 완료되면 몰드의 건조, 몰드 내에 있는 왁스의 제거 및 몰드의 소성과정을 거쳐 최종적으로 주조몰드를 완성한다. 완성된 정밀주조 몰드는 1100℃의 온도로 24시간 이상 소성하여 몰드 내에 존재할 수 있는 수분을 완전히 제거한 후 출탕 직전에 꺼내어 주입을 실시하였다. 정밀주조를 위한 잉고트의 용해를 시작하기 전에 직경 0.75㎜의 강철구를 이용한 쇼트 피닝 장치를 이용하여 잉고트 표면에 남아 있는 각종 불순물을 제거하였다. 정밀주조는 잉고트는 장입부터 용해, 출탕까지 시종 고순도 아르곤 분위기에서 행하였으며, 용탕주입시 주입온도는 합금의 용융점보다 약 150℃ 높은 온도로 조정하였다. 조입이 끝난 몰드는 대기 중에서 냉각시켰으며, 출탕 후 약 2시간이 경과된 후, 진동기와 쇼트 피닝 장치를 이용하여 시편 표면에 묻어 있는 세라믹 몰드의 잔해를 제거한 다음, 원통형 시편을 절취하였다.After making a cylindrical mold to make a wax pattern, a tree design is made. After the assembly of the tree is completed, the ceramic cup is vertically attached to the hot water section, and the refractory coating layer including zircon sand and snow tex is repeatedly applied eight times to make the thickness of the refractory coating layer about 9 mm. When the refractory coating is completed, the casting mold is finally completed by drying the mold, removing the wax in the mold, and firing the mold. The completed precision casting mold was baked at a temperature of 1100 ° C. for at least 24 hours to completely remove moisture that may be present in the mold, and then taken out just before tapping and injected. Before starting the melting of the ingot for precision casting, various impurities remaining on the surface of the ingot were removed using a shot peening apparatus using a steel ball with a diameter of 0.75 mm. Precision casting was carried out in the high purity argon atmosphere from ingot to charging, melting, and tapping. The injection temperature was adjusted to about 150 ° C higher than the melting point of the alloy. After the injection mold was cooled in the air, after about 2 hours after tapping, a vibrator and a short peening apparatus were used to remove the debris from the ceramic mold on the surface of the specimen, and then the cylindrical specimen was cut out.

최종적으로 가공된 시편은 1020℃에서 140㎫의 응력으로 대기중에서 크립 파단 시험을 행하였다. 크립 파단 시험기에서 중요한 부품 중의 하나의 가열로는 상, 중, 하 세부분이 각각 온도 제어가 되는 3영역 가열방식을 채택하여 시편의 온도 균일대를 넓게 하였다. 시험시 가열로와 시편 사이의 온도 보정을 위하여 시편의 중앙부위를 중심으로 1㎝ 간격으로 3개의 열전대를 시편에 직접 용접하여 가열로의 콘트롤러 상에 나타나는 온도와 실제 시편이 겪는 온도와의 차이를 측정하여 실제 시편의 온도를 1020℃에서 2℃ 내의 온도 범위에서 유지되도록 보정하였다. 크립 파단 시험시 시편의 변형량이 익스텐소메타(extensometer)를 통하여 LVDT(liner variable differential transduser)에 전달되면 이로부터 나오는 시그널을 퍼스널 컴퓨터에 장착된 데이터 처리장치(datd acquisition system)에서 받아들여 자동적으로, 또한 연속적으로 시편의 변형상태를 기록하였다. 이와 함께 시편의 온도 시그널도 계속적으로 컴퓨터로 받아들여 기록함으로써 크립 파단 시험의 정밀도를 높였다. 크립 파단 시험용 그립(grip)과 바(bar)의 재료로 IN713LC를 사용하였으며, 정밀주조법을 이용하여 제작하였다.The finally processed specimen was subjected to a creep rupture test in the air at a stress of 140 MPa at 1020 ° C. One of the important components of the creep rupture tester was to adopt a three-zone heating method in which the upper, middle, and lower subdivisions were temperature-controlled, thereby widening the temperature uniformity of the specimen. In order to compensate for the temperature between the furnace and the specimen, three thermocouples were welded directly to the specimen at 1 cm intervals around the center of the specimen to determine the difference between the temperature present on the controller of the furnace and the actual specimen. Measurements were made to correct the temperature of the actual specimen to be maintained at a temperature within 10 ° C to 2 ° C. During creep rupture testing, when the strain of the specimen is transmitted to the liner variable differential transduser (LVDT) through an extensometer, the signal from this is automatically received by a data acquisition system mounted on a personal computer. In addition, the deformation state of the specimen was continuously recorded. In addition, the temperature signal of the specimen was continuously accepted by the computer and recorded to increase the accuracy of the creep rupture test. IN713LC was used as a grip and bar material for creep rupture test, and manufactured by precision casting method.

합금의 고온 인장 강도를 측정하기 위하여 INSTRON(Model No.1127)을 이용하여 900℃에서 고온 인장시험을 하였다. 정확한 시험온도의 보정을 위하여 시편의 중앙 부위에 열전대를 직접 부착한 후, 가열로에서의 콘트롤러 세팅 온도를 조정하여 시편이 겪는 실제온도를 시험하고자 하는 온도로 조정하였다. 시험분위기는 대기이며, 노의 승온 속도는 분당 15℃로 하였으며, 시험온도에 이르러 15분간 유지한 후 시험을 하였다. 시험이 끝나면 즉시 노에서 꺼내어 수냉하였다. 시편의 그림은 INCONEL 713LC를 사용하였으며, 크로스 헤드 속도(cross head speed)는 0.6%/min로 일정하게 두었다.In order to measure the high temperature tensile strength of the alloy was subjected to a high temperature tensile test at 900 ℃ using INSTRON (Model No. 1127). The thermocouple was attached directly to the center of the specimen for correct calibration of the test temperature, and then the controller setting temperature in the furnace was adjusted to adjust the actual temperature of the specimen to the temperature to be tested. The test atmosphere was air, and the temperature rising rate of the furnace was 15 ° C. per minute, and the test temperature was maintained after maintaining the test temperature for 15 minutes. At the end of the test immediately removed from the furnace and water cooled. The specimens used were INCONEL 713LC and the cross head speed was kept constant at 0.6% / min.

이와같이 제조된 본 발명 합금 A, B, C, D와 비교 합금의 화학조성을 아래의 표1과 같으며, 크립 파단 시험을 행한 결과를 표2에 나타내었다.The chemical compositions of the inventive alloys A, B, C, and D prepared as described above are shown in Table 1 below, and the results of the creep rupture test are shown in Table 2 below.

본 발명 합금 A, B, C, D를 일본의 금속재료 연구소에서 개발한 최강력 합금인 TM 321 보통 주조합금과, 상용 보통 주조 합금 중에서 크립 강도가 가장 우수한 것으로 알려진 MM 247 합금과 비교하였다.Alloys A, B, C, and D of the present invention were compared with TM 321 ordinary main alloy, the strongest alloy developed by the Japan Institute of Metals, and MM 247 alloy, which is known to have the highest creep strength among commercially available cast alloys.

아래의 표 2에서 알 수 있듯이 비교 합금인 TM 321의 경우 본 연구의 시험온도보다 낮은 온도, 낮은 응력인 1000℃-118 ㎫에서 1057 시간만에 파단되었으며, MM 247의 경우에도 같은 조건에서 669 시간에 불과하여 본 발명 합금 A, B, C, D의 크립 파단 특성이 매우 우수함을 알 수 있었다.As can be seen in Table 2 below, the comparative alloy TM 321 was broken in 1057 hours at a temperature lower than the test temperature of this study and at a low stress of 1000 ° C.-118 MPa, and in the case of MM 247, 669 hours. It was found that only the creep fracture characteristics of the alloys A, B, C, D of the present invention are very excellent.

합금의 주사용온도인 900℃에서의 인장강도를 비교한 결과를 표 3에 실었으며, 본 발명 합금 A가 가장 우수한 인장강도를 나타내고 있음을 알 수 있다.The results of comparing the tensile strength at 900 ° C., which is the scanning temperature of the alloy, are shown in Table 3, and it can be seen that the alloy A of the present invention exhibits the best tensile strength.

Claims (1)

Ni을 기본 조성으로 하여 여기에 Cr 6∼10%, W 8∼13%, Mo 1∼4%, Al 3∼7%, Ti 0.5∼3%, Nb 0.5∼3%, Co 8∼12%, Ta 3∼7%, Hf 0.05∼2.0%, Zr 0.05∼2.0%, B 0.01∼0.1%, C 0.01∼0.5%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주조용 니켈기 초내열 합금.Based on Ni as the base composition, Cr 6-10%, W 8-13%, Mo 1-4%, Al 3-7%, Ti 0.5-3%, Nb 0.5-3%, Co 8-12%, A cast nickel-based super heat-resistant alloy comprising Ta 3-7%, Hf 0.05-2.0%, Zr 0.05-2.0%, B 0.01-0.1%, and C 0.01-0.5%.
KR1019960041407A 1996-09-21 1996-09-21 Ultra heat-resistance nickel alloy KR100203379B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019960041407A KR100203379B1 (en) 1996-09-21 1996-09-21 Ultra heat-resistance nickel alloy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019960041407A KR100203379B1 (en) 1996-09-21 1996-09-21 Ultra heat-resistance nickel alloy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19980022301A KR19980022301A (en) 1998-07-06
KR100203379B1 true KR100203379B1 (en) 1999-06-15

Family

ID=19474695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019960041407A KR100203379B1 (en) 1996-09-21 1996-09-21 Ultra heat-resistance nickel alloy

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100203379B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9828661B2 (en) 2014-03-05 2017-11-28 Korea Atomic Energy Research Institute Nickel-based super heat resistant alloy and method of manufacturing the same
WO2022098206A1 (en) * 2020-11-09 2022-05-12 한국재료연구원 Super-heat-resistant alloy

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101039736B1 (en) * 2009-07-08 2011-06-08 한국기계연구원 Ni based superalloy with ?' hardened surface layer and method of fabricating the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9828661B2 (en) 2014-03-05 2017-11-28 Korea Atomic Energy Research Institute Nickel-based super heat resistant alloy and method of manufacturing the same
WO2022098206A1 (en) * 2020-11-09 2022-05-12 한국재료연구원 Super-heat-resistant alloy

Also Published As

Publication number Publication date
KR19980022301A (en) 1998-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2881626B2 (en) Single crystal nickel-based superalloy
US6673308B2 (en) Nickel-base single-crystal superalloys, method of manufacturing same and gas turbine high temperature parts made thereof
EP1717326B1 (en) Ni-based alloy member, method of producing the alloy member and turbine engine part
JP4885530B2 (en) High strength and high ductility Ni-base superalloy, member using the same, and manufacturing method
CN113166855B (en) Nickel-base superalloy
EP1433865A1 (en) High-strength Ni-base superalloy and gas turbine blades
JP2009084684A (en) Nickel-based alloy for turbine rotor of steam turbine, and turbine rotor of steam turbine
JP2006312779A (en) Nickel based superalloy, and method for producing the same
JP4719583B2 (en) Unidirectional solidification nickel-base superalloy excellent in strength, corrosion resistance and oxidation resistance and method for producing unidirectional solidification nickel-base superalloy
JP4266196B2 (en) Nickel-base superalloy with excellent strength, corrosion resistance and oxidation resistance
US20100135847A1 (en) Nickel-containing alloys, method of manufacture thereof and articles derived therefrom
JP5047456B2 (en) Precipitation strengthened nickel-iron-chromium alloy and method of processing the same
JP5063550B2 (en) Nickel-based alloy and gas turbine blade using the same
JP6970438B2 (en) Ni-based superalloy
JP2011046972A (en) Nickel based superalloy for unidirectional solidification having excellent strength and oxidation resistance characteristic
KR100203379B1 (en) Ultra heat-resistance nickel alloy
US4127410A (en) Nickel based alloy
US7306682B2 (en) Single-crystal Ni-based superalloy with high temperature strength, oxidation resistance and hot corrosion resistance
NO175875B (en)
JPH06184685A (en) Precipitation hardened nickel super alloy and method of using said alloy as material for produc- ing adjustably solidified structural member
US3635769A (en) Nickel-chromium eutectic alloy
JP4607490B2 (en) Nickel-base superalloy and single crystal casting
JPWO2019193630A1 (en) Ni-based superalloy castings and Ni-based superalloy products using them
JP4773303B2 (en) Nickel-based single crystal superalloy excellent in strength, corrosion resistance, and oxidation resistance and method for producing the same
KR20180081313A (en) Directional solidification ni base superalloy and manufacturing method therefor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20040227

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee