KR100814513B1 - 니켈-기초 합금 - Google Patents

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Abstract

중량%로 약 0.10%까지의 탄소; 약 12 ~ 약 20%까지의 크롬 ; 약 4%까지의 몰리브덴; 약 6%까지의 텅스텐, 여기서 몰리브덴과 텅스텐의 합은 약 2% 이상 및 약 8% 이하이며; 약 5 ~ 약 12%까지의 코발트; 약 14%까지의 철; 약 4% ~ 약 8%까지의 니오브; 약 0.6% ~ 약 2.6%까지의 알루미늄; 약 0.4% ~ 약 1.4%까지의 티타늄; 약 0.003% ~ 약 0.03%까지의 인; 약 0.003% ~ 약 0.015%까지의 붕소; 니켈; 그리고 부수적인 불순물을 포함하는 니켈-기초 합금. 알루미늄 원자% 및 티타늄 원자%의 합은 약 2 ~ 약 6%, 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율은 약 1.5 이상, 그리고 (알루미늄 + 티타늄)의 원자%/니오브 원자% 는 약 0.8 ~ 약 1.3과 동일하다. 이 니켈-기초 합금은 예를 들면, 디스크(disk), 블레이드(blade), 파스너(fastener), 케이스(case), 또는 샤프트(shaft)와 같은 물품의 제조에 제공될 수 있다. 니켈-기초 합금의 제조 방법 또한 개시된다. 이 요약문은 제도에 부합하며 검색자 또는 독자들이 개시된 기술의 주제를 빠르게 인식할 수 있도록 하기 위하여 제공된 것임이 강조되어야 한다. 이것은 청구범위를 제한하는 데 사용되지 않는 것으로 이해되어야 한다.

Description

니켈-기초 합금{NICKEL-BASE ALLOY}
본원 발명은 일반적으로 니켈-기초 합금에 관련된다. 특히, 본원 발명은 각각 Altemp® 718 및 Alivac® 718 합금이라는 이름으로 Allegheny Ludlum 사(社), Pittsburgh, Pennsylvania, 그리고 Alivac, Monroe사(社), North Carolina로부터 입수 가능한 잘-알려진 합금 718 버전과 같은, 특정 니켈-기초 슈퍼 합금에 비할 만한 가공 특성, 우수한 온도 용량(capability)을 나타낼 수 있는 저렴한 니켈-기초 합금에 관련된다.
본원 발명은 또한 니켈-기초 합금의 제조 방법 및 니켈-기초 합금을 포함하는 제조 물품에 관련된다. 본원 발명의 니켈-기초 합금은 예를 들면, 디스크(disks), 블레이드(blades), 파스너(fasteners), 케이스(cases), 또는 샤프트(shafts)와 같은 가스 터빈 엔진의 구성 요소로서 사용될 수 있다.
수년 동안에 걸친 가스 터빈 엔진의 개선된 성능은 니켈-기초 슈퍼 합금의 상승된 온도 기계적 성질의 개선에 보조를 맞추어 왔다. 이들 합금은 가장 뜨거운 작동 온도에 노출되는 가스 터빈 엔진의 대부분의 구성요소를 위하여 선택되는 물질이다. 예를 들면, 디스크(disks), 블레이드(blades), 파스너(fasteners), 케이스 (cases), 그리고 샤프트(shafts)와 같은 가스 터빈 엔지의 구성요소들은 모두 니켈-기초 슈퍼 합금으로 제조되며 매우 고온에서 장기간동안 높은 응력(stress)을 견디어야 한다. 개선된 니켈-기초 슈퍼 합금에 대한 요구가 예를 들면, 미국 특허 제 3,046, 108호; 제 4,371, 404호; 제 4,652, 315호; 제 4,777, 017호; 제 4,814, 023호; 제 4,837, 384호; 제 4,981, 644호; 제 5,006163호 ; 제 5,047, 091호; 제 5,077, 004호; 제 5,104, 614호; 제 5,131, 961호; 제 5,154, 884호; 제 5,156, 808호; 제 5,403, 546호; 제 5,435, 861호 그리고 제 6,106, 767호를 포함하는 많은 문제화된 특허권에서 초래되었다.
많은 경우, 개선된 성능은 보다 고온에서 개선된 성질 [예를 들면, 인장 강도, 크리프 파단 수명(creep rupture life), 그리고 저주기 피로 수명 (low cycle fatigue life)]을 갖는 새로운 또는 다른 합금으로 제조되도록 부품을 다시 설계함으로써 달성된다. 그러나 새로운 합금의 도입은, 특히 가스 터빈 엔진의 임계 회전 구성 요소에 도입되는 경우, 길고 비용이 많이 드는 공정이 될 수 있으며, 특정 경쟁력의 손실을 요구할 수도 있다.
합금 718은 가장 광범위하게 사용되는 니켈-기초 슈퍼 합금이며, 일반적으로 미국 특허 제 3,046,108호에 개시되어 있다. 합금 718은 아래 표에 도시된 고유의 조성을 갖는다.
합금 718의 고유의 화학적 조성
원소 중량 퍼센트
탄소 최대 0.08
망간 최대 0.35
인 최대 0.015
황 최대 0.015
규소 최대 0.35
크롬 17-21
니켈 50-55
몰리브덴 2.8-3.3
니오브+탄탈 4.75-5.5
티타늄 0.65-1.15
알루미늄 0.2-0.8
코발트 최대 1
붕소 최대 0.006
구리 최대 0.3
철 나머지
합금 718의 광범위한 용도는 이 합금의 몇몇 고유한 특성에 기인한다. 합금 718은 약 1200℉(649 ℃)까지에서 균형 잡힌 크리프 및 응력 파단(creep and stress rupture) 성질과 함께 높은 강도를 갖는다. 대부분의 높은 강도를 갖는 강도 니켈-기초 슈퍼 합금은 알루미늄과 티타늄, 즉, Ni3(Al, Ti)을 주요 강화 요소로 하는 γ'상(phase)의 침전에 의하여 그들의 강도가 유도되는 반면, 합금 718은 이차 강화 역할을 하는 γ' 상의 소 용량과 니오브, 즉 Ni3Nb를 주요 강화 요소로 하는 γ"상(phase)에 의하여 주로 강화된다. γ"상(phase)이 γ'상(phase)보다 동일한 부피 분획 및 입자 크기에서 높은 강화 효과를 가지므로, 합금 718은 일반적으로 대부분의 γ'상(phase) 침전에 의하여 강화된 슈퍼 합금보다 강력하다. 또한 ,γ"상(phase) 침전은 우수한 크리프 및 응력 파단 성질과 같은 고온-시간 의존적 기계적 성질을 초래한다. 주조성(castability), 열 가공성(hot workability) 그리고 용접성과 같은 합금 718의 가공 특성 또한 우수하며, 이로써 합금 718로 물품을 제조하는 것이 상대적으로 쉽다. 이들 가공 특성은 합금 718과 관련된 γ"상(phase)의 완만한 침전 동력학 및 낮은 침전 온도와 밀접한 관련이 있는 것으로 생각된다.
그러나 1200 ℉(649℃)보다 높은 온도에서, γ"상(phase)은 매우 낮은 열 안정성을 가지며 강화 효과가 없는 보다 안정한 δ상(phase)으로 재빨리 변형될 것이다. 이 변형의 결과, 합금 718의 응력 파단 수명과 같은 기계적 성질은 1200 ℉(649℃)보다 높은 온도에서 급격히 손상된다. 그러므로 합금 718의 용도는 대체로 1200 ℉(649℃)이하의 용도로 제한된다.
합금 718의 전술한 한계로 인하여, 슈퍼 합금을 개선하기 위한 많은 시도가 있었다. 미국 특허 제 4,981, 644호는 Rene'220 합금으로 알려진 합금을 개시한다. Rene'220 합금은 1300 ℉(704℃)까지의, 또는 합금 718보다 100 ℉(56℃) 높은 온도 용량을 갖는다. 그러나 Rene'220 합금은, 적어도 부분적으로는 코발트 및 니오브의 비용의 10~50배인 적어도 2% (대체로 3%) 탄탈을 함유하고 있기 때문에 매우 비싸다. 또한, Rene'220 합금은 비교적 무거운 δ상(phase), 및 오직 약 5%의 파단 연성(ductility)을 갖는 문제가 있으며, 이것은 노치 취성(notch brittleness)및 낮은 드웰 피로 균열 성장 내성(dwell fatigue crack growth resistance)을 초래한다.
Waspaloy® ( Pratt & Whitney Aircraft의 등록 상표) 니켈-기초 슈퍼 합금 (UNS N07001)로 알려진, Allvac, Monroe, NC로부터 입수 가능한 다른 니켈-기초 슈퍼 합금 또한 우주산업 및 가스 터빈 엔진 구성요소에 약 1500℉(816℃)까지의 온도에서 광범위하게 사용된다. 이 니켈-기초 슈퍼 합금은 아래 표에 도시된 고유의 조성을 갖는다.
Waspaloy 니켈-기초 합금의 고유의 화학적 조성
원소 중량 퍼센트
탄소 0.02-0.10
망간 최대 0.1
인 최대 0.015
황 최대 0.015
규소 최대 0.15
크롬 18-21
철 최대 2
몰리브덴 3.5-5.0
티타늄 2.75-3.25
알루미늄 1.2-1.6
코발트 12-15
붕소 0.003-0.01
구리 최대 0.1
지르코늄 0.02-0.08
니켈 나머지
Waspaloy 니켈-기초 슈퍼 합금은 합금 718에 비하여 우월한 온도 용량(temperature capability)을 가지며, 적어도 부분적로는 니켈, 코발트, 및 몰리브덴의 합금 원소의 용량의 증가로 인하여 합금 718보다 비싸다. 또한, 열 가공성(hot workability) 및 용접성과 같은 가공 특성은 γ'에 의한 강화에 의하여 합금 718보다 낮다. 그러므로 보다 높은 제조비용 및 보다 제한된 구성요소 수리성(repairability)을 갖는다.
따라서 합금 718보다 우수한 고온 용량(high temperature capability)을 갖는 저렴하고, 용접 가능하며, 열 가공성인 니켈-기초 합금을 제공하는 것이 필요하다.
본원 발명의 특정한 일 실시예에 따르면, 니켈-기초 합금은 중량%로: 약 0.10%까지의 탄소; 약 12 ~ 약 20%까지의 크롬 ; 0 ~ 약 4%까지의 몰리브덴; 0 ~ 약 6%까지의 텅스텐, 여기서 몰리브덴과 텅스텐의 합은 약 2% 이상 및 약 8% 이하임.; 약 5 ~ 약 12%까지의 코발트; 0 ~ 약 14%까지의 철; 약 4% ~ 약 8%까지의 니오브; 약 0.6% ~ 약 2.6%까지의 알루미늄 ; 약 0.4% ~ 약 1.4%까지의 티타늄; 약 0.003% ~ 약 0.03%까지의 인; 약 0.003% ~ 약 0.015%까지의 붕소; 니켈, 그리고 부수적인 불순물을 포함한다. 본원 발명에 따르면, (알루미늄 + 티타늄)의 원자%는 약 2 ~ 약 6%, 알루미늄 대 티타늄의 원자% 비율은 약 1.5 이상 ; 그리고/또는 (알루미늄 + 티타늄)의 원자%의 합 /니오브 원자%는 약 0.8 ~ 약 1.3이다. 본원 발명은 유익한 정도의 알루미늄, 티타늄 그리고 니오브, 유익한 정도의 붕소 및 인, 그리고 유익한 정도의 철, 코발트 그리고 텅스텐을 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈-기초 합금에 관련된다.
본원 발명은 또한 본원 발명의 니켈-기초 합금을 포함하는 또는 그로부터 제조된 예를 들면, 디스크(disk), 블레이드(blade),파스너(fastener),케이스(case), 또는 샤프트(shaft)와 같은 제조 물품에 관련된다. 본원 발명의 니켈-기초 합금으로 형성된 물품은 가스 터빈 엔진의 구성 요소로서 사용되는 것이 의도되는 경우 특히 유익할 것이다.
또한 본원 발명은 중량%로 : 0 ~ 약 0.08%까지의 탄소, 0 ~ 약 0.35%까지의 망간; 약 0.003 ~ 약 0.03%까지의 인; 0 ~ 약 0.015%까지의 황 ; 0 ~ 약 0.35까지의 % 규소 ; 약 17 ~ 약 21%까지의 크롬; 약 50 ~ 약 55% 니켈 ; 약 2.8 ~ 약 3.3% 까지의 몰리브덴 ; 약 4.7% ~ 약 5.5%까지의 니오브; 0 ~ 약 1%까지의 코발트; 약 0.003 ~ 약 0.015%까지의 붕소; 0 ~ 약 0.3%까지의 구리; 그리고 나머지의 철 (대체로 약 12 ~ 약 20%), 알루미늄, 티타늄 그리고 부수적인 불순물을 포함하며, 여기서 알루미늄 원자% 및 티타늄 원자%의 합은 약 2 ~ 약 6%, 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율은 약 1.5 이상이며, (알루미늄 + 티타늄)의 원자%의 합 /니오브 원자%는 약 0.8 ~ 약 1.3인 니켈-기초 합금에 관련된다.
본원 발명은 또한 니켈-기초 합금 제조방법에 관련된다. 특히, 본원 발명의 방법에 따르면, 전술한 본원 발명 범위 내의 조성을 갖는 니켈-기초 합금이 제공되며, 용체화 풀림, 냉각 및 시효를 포함하는 가공에 도입된다. 이 합금은 제조 물품 또는 다른 필요한 형태로 더 가공된다.
도 1은 3.6-4.1의 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자% 비율을 갖는 특정 니켈-기초 합금에 대한 항복 강도 vs 알루미늄 + 티타늄 원자% 도표이다. ;
도 2는 3.6-4.1의 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자% 비율을 갖는 특정 니켈-기초 합금에 대한 응력 파단 수명 vs 알루미늄 + 티타늄 원자% 도표이다.;
도 3은 약 4의 (알루미늄+티타늄) 원자%를 포함하는 특정 니켈-기초 합금에 대한 항복 강도 vs 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자% 의 비율 도표이다.;
도 4는 약 4의 (알루미늄+ 티타늄) 원자%를 포함하는 특정 니켈-기초 합금에 대한 1300 ℉(704℃) 및 90 ksi 그리고 1250 ℉(677℃) 및 100 ksi에서의 응력 파단 수명 vs 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자% 비율 도표이다. ;
도 5는 다양한 함량의 알루미늄 및 티타늄 그리고 약 5 중량% 코발트를 포함하는 특정 니켈-기초 합금에 대한 1300 ℉(704℃) 및 80 ksi에서의 응력 파단 수명 도표이다.;
도 6은 다양한 함량의 알루미늄 및 티타늄 그리고 약 9 중량% 코발트를 포함하는 특정 니켈-기초 합금에 대한 1300 ℉(704℃) 및 80 ksi에서의 응력 파단 수명 도표이다.;
도 7은 약 1.45 중량% 알루미늄 및 약 0.65 중량% 티타늄을 포함하는 특정 니켈-기초 합금에 대한 응력 파단 수명 vs 인 함량 도표이다.;
도 8은 약 10 중량% 철, 약 9 중량% 코발트, 약 1.45 중량% 알루미늄 및 약 0.65 중량% 티타늄을 포함하는 특정 니켈-기초 합금에 대한 1300 ℉(704℃) 및 80 ksi에서의 응력 파단 수명 vs 인 함량 도표이다. ;
도 9는 약 1.45 중량% 알루미늄 및 약 0.65 중량% 티타늄을 포함하는 특정 니켈-기초 합금에 대한 1300 ℉(704℃) 및 90 ksi에서의 응력 파단 수명 vs 철 함량 도표이다.;
도 10은 1300 ℉ 및 90 ksi에서의 응력 파단 수명 vs 코발트 함량 도표이다.
도 11은 다양한 니켈-기초 합금의 테스트 온도에 대한 급속 변형 속도(strain rate) 장력 테스트에서의 면적 감소%의 도표이다.;
도 12는 (a)본원 발명의 실시예 그리고 (b) Waspaloy에 대한 TIG 용접 비드의 장축 단면의 한 쌍의 현미경 사진이다.
본원 발명은 유익한 용량의 알루미늄, 티타늄 및 니오브, 유익한 용량의 붕소 및 인, 그리고 유익한 용량의 철, 코발트, 및 텅스텐을 포함하는 니켈-기초 합금에 관련된다. 본원 발명의 특정한 일 실시예에 따르면, 니켈-기초 합금은 중량%로 : 약 0.10%까지의 탄소; 약 12 ~ 약 20%까지의 크롬 ; 0 ~ 약 4%까지의 몰리브덴 ; 0 ~ 약 6%까지의 텅스텐, 여기서 몰리브덴과 텅스텐의 합은 약 2% 이상 ~ 약 8% 이하; 약 5 ~ 약 12%까지의 코발트; 0 ~ 약 14%까지의 철; 약 4% ~ 약 8%까지의 니오브; 약 0.6% ~ 약 2.6%까지의 알루미늄 ; 약 0.4% ~ 약 1.4%까지의 티타늄; 약 0.003% ~ 약 0.03%까지의 인; 약 0.003% ~ 약 0.015%까지의 붕소; 니켈, 그리고 부수적인 불순물을 포함한다. 본원 발명에 따르면, (알루미늄 + 티타늄)의 원자%는 약 2 ~ 약 6%, 알루미늄 대 티타늄의 원자% 비율은 약 1.5 이상 ; 그리고/또는 (알루미늄 + 티타늄)의 원자%의 합 /니오브 원자%는 약 0.8 ~ 약 1.3이다.
본원 발명의 니켈-기초 합금의 일 실시예는 알루미늄, 티타늄 그리고/또는 니오브의 함량 및 그들의 상대적 비율이 고온에서의 기계적 성질, 특히 파단 및 크리프 강도 및 미세구조의 유익한 열 안정성을 제공하는 방식으로 조정된 것이다. 본원 발명의 합금의 알루미늄 및 티타늄 함량은 니오브 함량과 함께, 명백히 주요 강화 상(phase)으로서 니오브-함유 γ'과 γ'+γ"상(phase)에 의하여 강화된 합금을 유도한다. 일부 다른 니켈-기초 슈퍼 합금에 적용되는 전형적인 비교적 높은 티타늄, 비교적 낮은 알루미늄의 조합과는 달리, 본원 발명의 합금의 비교적 높은 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자% 비율은합금의 열 안정성을 증가시키는 것으로 보이며, 이것은 고온에 오래 노출된 후에 응력 파단 성질과 같은 우수한 기계적 성질을 유지하는데 중요한 것으로 보인다.
본원 발명의 실시예의 다른 특징은 붕소 및 인이 이용되는 방식이다. 인과 붕소가 본원 발명의 니켈-기초 합금 내의 용량으로 첨가되는 경우, 합금의 크리프 및 응력 파단 내성이, 인장 강도와 연성(ductility)에 현저히 불리한 영향 없이 개선될 것이다. 본원 발명자는 인 및 붕소 함량의 변화가 니켈-기초 슈퍼 합금의 기계적 성질을 개선하는 비교적 비용-효율적인 방법이라는 것을 관찰하였다.
본원 발명의 실시예의 또 다른 특징은 철 및 코발트를 사용하는 것이며, 이것은 원료비용의 비교적 최소한의 증가로 높은 강도, 높은 크리프/응력 파단 내성, 높은 열 안정성 그리고 우수한 가공 특성을 제공하는 것으로 보인다. 첫 째, 코발트가 비교적 고온에서 침전을 보다 미세하게 하며 성장에 보다 저항성이도록 만듦으로써 γ" 및 γ'상(phases) 모두의 침전 및 성장의 동력학을 변화시킬 수 있는 것으로 보인다. 코발트는 또한 적충 결함(stacking fault) 에너지를 감소시키며, 이로써 전위(dislocation) 운동을 보다 어렵게 만들며 응력 파단 수명을 개선시키는 것으로 보인다. 둘 째, 철 함량을 최적의 범위로 제어함으로써 합금의 응력 파단 성질이 합금 강도를 감소시키지 않고 현저하게 개선되는 것으로 보인다.
본원 발명의 실시예의 다른 특징은 몰리브덴 및 텅스텐을 합금의 기계적 성질을 개선시키는 수준으로 첨가하는 것이다. 몰리브덴 및 텅스텐이 본원 발명의 용량 범위 내로, 적어도 약 2 중량% ~ 약 8 중량% 이하, 첨가되는 경우, 합금의 인장 강도, 크리프/응력 파단 성질 및 열 안정성이 개선되는 것으로 보인다.
본원 발명의 일 실시예에 따르면, 합금 718 내의 알루미늄 및 티타늄의 용량 이 슈퍼 합금의 온도 용량을 개선시키기 위하여 조절되었다. 본 발명자는 합금 718의 기계적 성질 및 열 안정성에 대한 알루미늄 및 티타늄 밸런스의 효과를 연구하기 위하여 다수의 합금을 제조하였다. 합금들의 조성은 표 1에 열거되어 있다. 명백히 나타난 바와 같이, 히트 2 및 5는 모두 합금 718의 전형적 조성의 용량으로 알루미늄 및 티타늄을 함유하는 반면, 나머지 히트에서 알루미늄 및 티타늄의 적어도 하나의 함량은 합금 718의 전형적 조성의 범위 밖이다.
표 1
알루미늄 및 티타늄 효과를 연구하기 위한 테스트 합금의 화학적 조성
Figure 112004051442970-pct00001
기계적 성질은 표 2에 도시된다. 이하의 모든 표들에서, UTS는 극한 인장 강도를, YS는 항복 강도를, EL는 신장(elongation)을, 그리고 RA는 면적의 감소를 지시한다. 모든 합금은 이 분야의 당업자에게 공지된 진공 유도 용해로 (VIM) 및 진공 아크 재용해 (VAR)기술로 제조되었다. VAR는 50 파운드 VIM 히트를 4 인치 라운드 잉곳으로 전환하기 위하여, 또는 일부 경우에서 300 파운드 VIM 히트를 8 인치 잉곳으로 전환하기 위하여 사용되었다. 잉곳은 2175 ℉(1191℃)에서 16 시간 동안 균질화(homogenize) 되었다. 균질화 된 잉곳은 그 후 2-인치 바이 2-인치(2-inch by 2-inch) 빌렛(billets)으로 연마되었고, 이것은 그 후 3/4 인치 바(bars)로 롤링 되었다. 테스트 샘플 대조군은 롤링 된 바에서 절단되고 합금 718을 위한 전형적인 열처리 공정을 사용하여 열처리되었다. [즉, 1750 ℉(954℃)에서 1시간 동안 용액 처리, 실온으로 대기 중 냉각, 1325 ℉(718℃)에서 8시간 동안 시효(age), 시간당 100 ℉(56℃)으로 1150 ℉(621℃)로 용광로 냉각, 8시간 동안 1150 ℉(621℃)에서 시효(age), 그 후 실온으로 대기 중에서 냉각].
모든 테스트 합금의 열처리 후 결정 입자(grain) 크기는 ASTM 결정 입자 크기 9 ~ 11의 범위 내였다. 테스트 합금의 열안정성(즉, 비교적 장기간 동안 열에 노출 후 기계적 성질의 보유 능력)을 평가하기 위하여, 선-열처리된(as-heat treated) 합금은 그 후 1000시간 동안 1300 ℉(704℃)에서 다시 열처리 되었다. ASTM E8 및 ASTM E21에 따라 실온 및 상승된 온도에서 장력 테스트가 수행되었다. 다양한 온도 및 응력을 조합하여 응력 파단 테스트가 견본 5 (CSN-.0075 노치 반경)를 사용하여 ASTM E292에 따라 수행되었다.
표 2
열 안정성에 대한 알루미늄 및 티타늄 수준의 영향
Figure 112004051442970-pct00002
Figure 112004051442970-pct00003
표 2의 데이터는 도 1~4에 도시된다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 테스트 합금의 응력 파단 성질은 (Al+Ti)의 용량으로서 개선된 것으로 보이며, 따라서 γ'의 용량이 증가되었다. 개선은 (Al+Ti) =3.0 까지 가장 극적이었다. 표 2에 도시된 바와 같이, 선-열처리된 합금의 기계적 성질 대 1300 ℉(704℃)에서 1000시간 동안 열에 노출 후 합금의 기계적 성질에 대한 비율(저류 비율, R)로서 측정되는 열 안정성 또한 (Al+Ti)의 용량 증가로 개선된 것으로 보인다. 그러나 유익한 알루미늄 및 티타늄의 상한은 가공을 고려하여 제한된다. 특히, 과도하게 높은 정도의 알루미늄 및 티타늄은 작업성 및 용접성에 부정적 손상을 준다. 따라서 고온 작업 및 용접 가능한 니켈-기초 합금을 위하여 약 2 ~ 약 6 원자% 또는, 일부 경우 약 2.5 ~ 5 원자%, 또는 약 3 ~ 4 원자%로 (알루미늄 + 티타늄) 함량을 유지하는 것이 바람직한 것으로 보인다.
도 3에서, 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율 또한 테스트 합금의 기계적 성질 및 열 안정성에 영향을 주는 것으로 보인다. 특히 보다 낮은 알루미늄 대 티타늄 비율은 선 열처리된 상태의 합금의 보다 높은 항복 강도를 초래하는 것으로 보인다. 그러나 도 4에 도시된 바와 같이, 보다 높은 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자% 비율은 테스트 합금의 응력 파단 수명을 개선하는 것으로 보이며 응력 파단 수명의 피크가 약 3 ~ 4의 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자% 비율에서 나타났다. 이들 도 및 표 2로부터, 보다 높은 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자% 비율은 일반적으로 테스트 합금의 열 안정성을 개선하는 것으로 개선하는 것으로 나타났다. 그 결과, 낮은 알루미늄 대 티타늄 비율이 강도를 고려하여 대체로 718-타입 합금의 합금에 사용되나, 그러한 조성은 응력 파단 수명 또는 열 안정성 관점에서 바람직하지 않은 것으로 보인다. 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자% 비율의 유용한 한계는 일반적으로 높은 강도 및 열 가공성 또는 용접성과 같은 가공 특성을 위하여 제한된다. 바람직하게는, 본원 발명의 특정한 실시예에 따르면, 알루미늄 대 티타늄 원자% 비율은 약 1.5 이상이며, 또는 일부 경우 약 2 ~ 약 4 또는 약 3 ~ 약 4이다.
본원 발명의 다양한 실시예 범위 내의 인, 붕소, 철, 니오브, 코발트 및 텅스텐 조성을 포함하는 합금에서 다양한 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율의 합금에 대한 영향 또한 측정되었다, 테스트된 합금의 조성은 표 3에 열거되어 있다.
표 3
알루미늄 및 티타늄 효과 연구를 위한 테스트 합금의 화학적 조성
Figure 112004051442970-pct00004
표 3에 열거된 합금의 기계적 성질이 표 4에 도시된다. 표 3 및 4에 열거된 테스트 샘플은 가공되고, 열처리되고 위의 표 1 및 2에서와 동일한 방식으로 테스트되었다.

표 4
테스트 합금의 열 안정성에 대한 알루미늄 및 티타늄 수준의 영향
Figure 112004051442970-pct00005
표 4의 데이터는 도 5 및 6에 도시되었다. 1.41% 알루미늄 및 0.65% 티타늄이 함유되고, 최대의 알루미늄 대 티타늄 비율 (원자%에 기초하여 약 3.85)을 갖는 표 3의 히트 2가 가장 바람직한 응력 파단 성질 및 표 3의 중량으로 5%의 코발트를 함유하는 합금(히트 1 ~ 3)들 중에서 보다 높은 저류율(retention rate), R을 나타내었다. 유사한 경향이 중량으로 9%의 코발트를 함유하는 합금(히트 4 ~ 8)에서 관 찰되었다. 특히, 표 4 및 도 6에서, 보다 높은 알루미늄 대 티타늄 비율이 함유된 히트 4, 6 및 8은 히트 5 및 7에 대하여 우월한 응력 파단 성질을 나타내었다. 따라서 본원 발명의 특정한 실시예에 따르면, 니켈-기초 합금은 약 0.9 ~ 약 2.0 중량%까지의 알루미늄 그리고/또는 약 0.45 ~ 약 1.4 중량%까지의 티타늄을 포함할 것이다. 다른 한편으로, 본원 발명의 특정한 실시예에 따르면, 니켈-기초 합금은 약 1.2 ~ 약 1.5 중량% 알루미늄 그리고/또는 0.55 ~ 약 0.7 중량% 티타늄을 함유할 것이다.
다수의 합금이 또한 본원 발명 범위 내의 인 및 붕소를 포함하는 효과를 연구하기 위하여 제조되었다. 2 그룹의 합금이 표 5에 열거된 바와 같이 제조되었다. 그룹 1의 합금이 약 1.45 중량% 알루미늄 및 0.65 중량% 티타늄으로 조절된 알루미늄 및 티타늄 함량으로 인 및 붕소의 영향을 조사하기 위하여 제조되었다. 그룹 2 합금이 철 및 코발트의 정도 또한 본원 발명 범위 내의 용량으로 조절된 합금에서 인 및 붕소의 영향을 조사하기 위하여 제조되었다.
표 5
인 및 붕소를 연구하기 위한 테스트 합금의 화학적 조성
Figure 112004051442970-pct00006
Figure 112004051442970-pct00007
표 5에 열거된 합금의 기계적 성질은 표 6에 도시된다. 표 5 및 6에 열거된 테스트 샘플은 가공되고, 열처리되고 위의 표 1 및 2에서와 동일한 방식으로 테스트되었다.
표 6
기계적 성질에 대한 인 및 붕소 정도의 영향
Figure 112004051442970-pct00008
Figure 112004051442970-pct00009
*- 그룹 2 합금의 테스트 응력은 1300℉(704℃)에서 80 ksi이었음.
표 6의 데이터는 도 7 및 8에 도시된다. 표 6 그리고 도 7 ~8로부터 명백하듯이, 인 함량은 응력 파단 성질에 현저한 영향을 갖는 것으로 보인다. 예를 들면, 본원 발명의 약 0.003% ~ 약 0.03% 범위 밖의 인 함량을 갖는 표 6의 히트 1과 본원 발명의 범위 내의 인 함량을 갖는 표 6의 나머지 히트 사이에는 현저한 크리프 및 응력 파단 수명에 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한 크리프 및 응력 파단 수명이 최적화되는 인의 범위가 존재하는 것으로 보인다. 이 범위는 약 0.01 ~ 약 0.02 중량%의 인을 포함한다. 표 6의 모든 테스트 히트는 원 발명의 약 0.003 ~ 약 0.015% 범위 내의 붕소를 함유한다. 따라서 본원 발명의 특정한 실시예에 따르면, 니켈-기초 합금은 약 0.005 ~ 약 0.025 중량%까지의 인, 또는, 한편으로는, 약 0.01 ~ 약 0.02 중량%의 인을 포함한다. 니켈-기초 합금은 약 0.004 ~ 약 0.011 중량%까지의 붕소, 또는, 다른 한편으로는, 약 0.006 ~ 약 0.008 중량%까지의 붕소를 포함할 것이다.
본원 발명의 니켈-기초 합금의 실시예의 열 가공성에 대한 인과 붕소의 영향을 평가하기 위한 테스트 또한 수행되었다. 보통의 연마 온도 범위 내에서 현저한 영향은 발견되지 않았다.
또한 718-타입 합금의 기계적 성질은 용량의 철 및 코발트 용량을 조절함으로써 더욱 개선될 수 있는 것으로 나타났다. 우수한 강도, 크리프/응력 파단 내성, 열 안정성 및 가공 특성을 산출하는 것으로 나타나는 유익한 용량의 철 및 코발트를 포함하는 니켈-기초 합금은 본원 발명의 범위 내이다. 특히 본원 발명의 한 측면은 약 5 중량%까지의 약 12 중량% 코발트(다른 한편으로는 약 5 ~ 약 10%까지의 또는 약 8.75 ~ 약 9.25%), 그리고 14% (다른 한편으로는 약 6 ~ 약 12% 또는 약 9 ~ 약 11%)미만의 철을 포함하는 니켈-기초 합금에 관련된다.
기계적 성질에 대한 철 및 코발트 함량의 영향을 조사하기 위하여 많은 테스트 합금이 제조되었다. 이들 테스트 합금의 조성은 표 7에 열거된다. 이들 테스트 합금은 코발트함량에 기초하여 네 그룹으로 분류되었으며, 철 함량은 각 그룹 내에서 0 ~ 18 중량%로 변화되었다. 이 합금은 전술한 바와 같이 알루미늄 및 티타늄 함량을 약 1.45 중량% 알루미늄 및 0.65 중량% 티타늄으로 조절하여 제조되었다. 인 및 붕소 함량은 각각 약 0.01 ~ 약 0.02 그리고 약 0.004 ~ 약 0.11 중량%로 유지되었다.
표 7
철 및 코발트의 효과를 연구하기 위한 테스트 합금의 화학적 조성
Figure 112004051442970-pct00010
표 7에 열거된 합금 샘플의 기계적 성질은 표 8에 도시된다. 표 7 및 8에 열거된 테스트 샘플은 가공되고, 열처리되고, 위의 표 1 및 2에서와 동일한 방식으로 테스트되었다.
표 8
기계적 성질에 대한 철 및 코발트 수준의 영향
Figure 112004051442970-pct00011
Figure 112004051442970-pct00012
표 8의 데이터는 도 9 및 10에 도시되며, 테스트 합금에서 다양한 철 및 코발트 함량의 효과를 설명한다. 특히 표 8에서, 철 및 코발트함량의 변화에 따른 테스트 합금의 항복 강도에 대한 일관성 있는, 현저한 효과는 나타나지 않았다. 그러나 도 9에서, 철 및 코발트함량은 응력 파단 수명에 현저한 효과를 갖는 것으로 나타났다. 예를 들면, 도 9에서, 철 함량이 약 18 중량%일 때, 대략 합금 178의 명목 상 수준, 코발트함량이 0 ~ 약 9 중량%로 변화되는 경우 응력 파단 수명에 비교적 적은 개선이 있었다. 그러나 철 함량이 약 14%로, 그리고 특히 약 10%로 감소될 때, 코발트함량이 본원 발명의 범위 내에 있는 경우 크리프 및 응력 파단 수명에 보다 현저한 개선이 관찰되었다. 표 8에서, 또한 저류율, R로 표현되는 열 안정성은 본원 발명 범위 내의 철 및 코발트의 조합을 갖는 조성에서 가장 높은 경향이 있는 것으로 나타났다. 특히, 본원 발명은 약 14 중량%까지의 철 (다른 한편으로는 약 6 약 12%까지의 또는 약 9 ~ 약 11%), 그리고 약 5 ~ 약 12 중량%까지의 (다른 한편으로는 약 5 ~ 약 10% or 약 8.75 ~ 약 9.25%) 코발트를 포함하는 니켈-기초 합금에 관련된다. 본원 발명의 범위를 넘어서 현저히 코발트 함량을 증가시키는 것은 합금의 기계적 성질을 현저히 개선하지는 않으며, 가공 특성 및 비용에 부정적으로 작용하는 것으로 보인다.
표 9에 열거된 합금 조성을 사용하여 텅스텐 및 몰리브덴의 효과가 조사되었다. 표 9의 합금은 전술한 바와 같이 약 1.45 중량% 알루미늄 및 0.65 중량% 티타늄으로 조절된 알루미늄 및 티타늄 함량으로 제조되었다. 철 함량은약 10 중량% 정도의 필요한 수준으로 유지되었으며 코발트 함량은 약 9 중량% 정도의 필요한 수준으로 유지되었다.
표 9
텅스텐 및 몰리브덴 효과를 연구하기 위한 테스트 합금의 화학적 조성
Figure 112004051442970-pct00013
표 9에 열거된 합금의 기계적 성질은 표 10에 도시된다. 표 9 및 10에 열거된 테스트 샘들은 가공되고, 열처리되고, 전술한 표 1 및 2와 동일한 방식으로 테스트되었다.
표 10
기계적 성질에 대한 텅스텐 및 몰리브덴의 효과
Figure 112004051442970-pct00014
* 한 샘플은 노치에서 파손되었으며 계산에 포함되지 않았음.
** NB은 노치 브레이크(Notch Break)를 지시함.
표 10에서, 텅스텐 및 몰리브덴 첨가가 없는 테스트 합금은 감소된 응력 파단 수명, 감소된 파단 연성(ductility) 그리고 노치 브레이크(notch break)의 1회 발생을 나타내었다. 또한, 몰리브덴 또는 텅스텐을 단독으로 또는 조합하여 첨가하는 것은 표 10에서 테스트 합금의 열 안정성 및 응력 파단 수명을 개선하는 것으로 타나났다. 응력 파단 수명에 대한 저류 비율 R로 측정되는 열 안정성은 몰리브덴 그리고/또는 텅스텐을 갖는 합금에서 일반적으로 보다 높았다. 본원 발명은 약 4 중량%까지의 몰리브덴 (다른 한편으로는 약 2 ~ 약 4%까지의 또는 약 2.75 ~ 약 3.25%), 그리고 약 6 중량%까지의 (다른 한편으로는 약 1 ~ 약 2% 또는 약 0.75 ~ 약 1.25%) 텅스텐을 포함하는 니켈-기초 합금에 관련된다. 여기서 몰리브덴과 텅스텐의 합은 약 2% 이상 ~ 약 8% 이하 (다른 한편으로는 약 3% ~ 약 8% 또는 약 3% ~ 약 4.5%)이다.
니오브 함량의 효과는 표 11에 열거된 합금 조성을 사용하여 조사되었다. 표 11의 합금은 본원 발명 범위의 바람직한 정도의 철, 코발트 및 텅스텐을 첨가하여 제조되었다. 알루미늄 및 티타늄 수준은 보다 열등한 열 가공성 및 용접성과 같은 보다 높은 니오브 함량과 관련된 잠재적 문제점을 피하기 위하여 변화되었다. 크롬은 고형화 동안의 바람직하지 않은 미세구조 및 티(freckle) 형성을 방지하기 위하여 조정되었다.
표 11
니오브의 영향을 연구하기 위한 테스트 합금의 화학적 조성
Figure 112004051442970-pct00015
표 11에 열거된 합금의 기계적 성질은 표 12에 도시된다. 표 11 및 12에 열거된 테스트 샘플은 가공되고, 열처리되고 위의 표 1 및 2에서와 동일한 방식으로 테스트되었다.
표 12
기계적 성질에 대한 니오브 수준의 영향
Figure 112004051442970-pct00016
표 12에 도시된 바와 같이, 증가된 수준의 니오브는 비록 응력 파단 성질에는 명백한 개선은 없으나 테스트 합금의 강도를 개선하는 것으로 나타났다. 테스트 합금의 열 안정성은 니오브 함량 증가에 따라 변화하지 않는 것으로 나타났다. 본원 발명의 한 측면은 약 4 ~ 약 8 중량%까지의 니오브 (다른 한편으로는 약 5 ~ 약 7%까지의 또는 약 5 ~ 약 5.5%)를 포함하는 니켈-기초 합금에 관련되며, 여기서 (알루미늄 + 티타늄)의 원자% /니오브 원자%는 약 0.8 ~ 약 1.3 (다른 한편으로는 약 0.9 ~ 약 1.2 또는 약 1.0 ~ 약 1.2)이다.
본원 발명 합금의 실시예의 열 가공성이 급속 변형 속도 장력 테스트에 의하여 평가되었다 이것은 ASTM E21에 따른 전통적인 고온 장력 테스트이나, 다만 보다 높은 변형 속도 (약 10-1/초)에서 수행된다. 면적의 감소%는 다양한 온도에서 측정되며 허용 가능한 고온 작업 온도 범위 및 일어날 수 있는 균열(cracking)의 정도에 대한 지시를 제공한다.
도 11의 테스트 결과는 본원 발명 범위의 합금이 고온 작업 718-타입 슈퍼 합금에서 보통 적용되는 전체 온도 범위(1700℉-2050℉) (927℃-1121℃)에 걸쳐서 비교적 높은 면적 값의 감소(적어도 약 60%)를 갖는 것으로 나타났다. 냉각 균열이 대체로 경험되는 고온 작업 범위의 하부 말단, 약 1700 ℉(927℃),에서의 면적 값의 감소는 합금 718에 대한 값을 현저히 초과하며 심지어 Waspaloy에 대한 값을 더욱 초과하는 것으로 나타났다. 나머지 온도 범위에 걸쳐서, 본원 발명의 합금은 합금 718 및 Waspaloy와 적어도 동일한 값의 면적 감소를 나타내었다. 유일한 예외는
가장 높은 테스트 온도(2100℉) (1149℃)에서, 합금 718 및 Waspaloy에 대한 면적 값의 감소가 테스트 합금의 그것을 약간 초과하였다는 것이다. 그러나 테스트 합금의 면적 감소는 여전히 약 80%였으며, 그러므로 상당히 수용할 만하다.
테스트 합금, 718, 및 Waspaloy 합금의 용접성이 동일한 조건 하에서 샘플에 충전재 없는(fillerless) TIG (텅스텐 불활성 가스) 용접을 수행함으로써 평가되었다. 용접은 그 후 절단되어 금속조직학적으로 조사되었다. 도 12에 도시된 바와 같이 718 또는 테스트 합금에서는 균열이 발견되지 않았으나, Waspaloy 합금에서는 균열이 발견되었다. 이들 테스트는 본원 발명의 합금이 일반적으로 합금 718에 비할만한 용접성을 가지며, Waspaloy 합금보다는 우월한 용접성을 갖는다는 것을 의미한다.
본원 발명자는 표 13에 도시된 조성의 일련의 추가적 히트를 제조하였다.
표 13
선택된 테스트 합금의 화학적 조성
Figure 112004051442970-pct00017
표 13에 열거된 합금의 기계적 성질은 표 14에 도시된다. 이들 선택된 합금은 위에서 개시된 테스트 합금과 동일한 방식으로 제조되었다. 다만 Waspaloy 샘플 은 보통의 상업적 절차에 따라 처리되었다. [즉, 1865 ℉(1018℃)에서 4시간 동안 용액 처리, 물로 켄칭되고(water quenched), 1550 ℉(843℃)에서 4시간 공안 시효(age), 공기 냉각되고, 1400 ℉(760ㅀ)에서 16시간 동안 시효 되고 그 후 실온으로 공기 냉각됨].
표 14
선택된 합금의 기계적 성질
Figure 112004051442970-pct00018
표 14의 데이터에서, 본원 발명의 합금의 인장강도는 Waspaloy의 그것과 매우 비슷한 것으로 보인다. 열 안정성 (R) 또한 Waspaloy의 그것과 매우 유사하며 합금 718의 그것에 비하여 우월하다. 모든 측정 조건에서 응력 파단 및 크리프 수명은 합금 718 및 Waspaloy 모두에 비하여 본원 발명에서 우월하였다. 또한, 시간 의존적 응력 파단 및 크리프 성질에 대한 테스트 합금의 열 안정성은 Waspaloy의 그것과 유사하였다. 따라서 전술한 설명으로부터 본원 발명의 니켈-기초 합금의 실시예는 합금 718 및 Waspaloy과 같은 특정한 상업적 합금에 비하여, 우수한 열 가공성, 용접성 및 바람직한 비용을 유지하면서, 높은 인장 강도, 응력 파단 및 크리프 수명, 그리고 장기간 열 안정성을 조합할 수 있는 것으로 보인다.
본원의 상세한 설명은 본 발명의 명확한 이해를 돕기 위하여 본 발명의 일 측면을 설명한 것임을 이해하여야 한다.
본 발명의 일부 측면은 이 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이며, 따라서 본 발명의 이해를 촉진시키지 않을 것이므로 본원 상세한 설명을 단순화하기 위하여 제시되지 않았다. 비록 본원 발명이 오직 일부 실시예와 관련하여 설명되었으나, 이 분야의 당업자는 전술한 상세한 설명을 고려하여 본 발명의 수많은 실시예, 변형 및 변화를 인식할 수 있을 것이다. 전술한 상세한 설명 및 첨부되는 청구범위는 본 발명의 그러한 모든 변형 및 변화를 포괄한다.

Claims (46)

  1. 다음을 포함하는 니켈-기초 합금. :
    중량%로, 0.10%까지의 탄소; 12 ~ 20%까지의 크롬 ; 4%까지의 몰리브덴; 6%까지의 텅스텐, 여기서 몰리브덴과 텅스텐의 합은 2% 이상 및 8% 이하; 5 ~ 12%까지의 코발트; 14%까지의 철; 4% ~ 8%까지의 니오브; 0.6% ~ 2.6%까지의 알루미늄; 0.4% ~ 1.4%까지의 티타늄; 0.003% ~ 0.03%까지의 인; 0.003% ~ 0.015%까지의 붕소; 잔부 니켈 및 기타 불가피한 불순물, 그리고 여기서 알루미늄 원자% 및 티타늄 원자%의 합은 2 ~ 6%이며, 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율은 1.5 이상, 그리고 (알루미늄 + 티타늄)의 원자% / 니오브 원자%는 0.8 ~ 1.3임.
  2. 제 1항에 있어서, 알루미늄 원자% 및 티타늄 원자%의 합은 2.5 ~ 5%인 니켈-기초 합금.
  3. 제 2항에 있어서, 알루미늄 원자% 및 티타늄 원자%의 합은 3 ~ 4%인 니켈-기초 합금.
  4. 제 1항에 있어서, 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율은 2 ~ 4인 니켈-기초 합금.
  5. 제 4항에 있어서, 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율은 3 ~ 4인 니켈-기초 합금.
  6. 제 1항에 있어서, (알루미늄 + 티타늄)의 원자% /니오브 원자%는 0.9 ~ 1.2인 니켈-기초 합금.
  7. 제 6항에 있어서, (알루미늄 + 티타늄)의 원자% / 니오브 원자%는 1.0 ~ 1.2인 니켈-기초 합금.
  8. 제 1항에 있어서, 2 ~ 4% 몰리브덴을 포함하는 니켈-기초 합금.
  9. 제 8항에 있어서, 2.75 ~ 3.25% 몰리브덴을 포함하는 니켈-기초 합금.
  10. 제 1항에 있어서, 1 ~ 2%까지의 텅스텐을 포함하는 니켈-기초 합금.
  11. 제 1항에 있어서, 0.75 ~ 1.25 %까지의 텅스텐을 포함하는 니켈-기초 합금.
  12. 제 1항에 있어서, 몰리브덴과 텅스텐의 합은 3% ~ 8%인 니켈-기초 합금.
  13. 제 12항에 있어서, 몰리브덴과 텅스텐의 합은 3 ~ 4.5%인 니켈-기초 합금.
  14. 제 1항에 있어서, 5 ~ 10%까지의 코발트를 포함하는 니켈-기초 합금.
  15. 제 14항에 있어서, 8.75 ~ 9.25%까지의 코발트를 포함하는 니켈-기초 합금.
  16. 제 1항에 있어서, 6 ~ 12%까지의 철을 포함하는 니켈-기초 합금.
  17. 제 16항에 있어서, 9 ~ 11%까지의 철을 포함하는 니켈-기초 합금.
  18. 제 1항에 있어서, 0.9 ~ 2.0%까지의 알루미늄을 포함하는 니켈-기초 합금.
  19. 제 18항에 있어서, 1.2 ~ 1.5%까지의 알루미늄을 포함하는 니켈-기초 합금.
  20. 제 1항에 있어서, 0.45 ~ 1.4%까지의 티타늄을 포함하는 니켈-기초 합금.
  21. 제 20항에 있어서, 0.55 ~ 0.7%까지의 티타늄을 포함하는 니켈-기초 합금.
  22. 제 1항에 있어서, 5 ~ 7%까지의 니오브를 포함하는 니켈-기초 합금.
  23. 제 22항에 있어서, 5 ~ 5.5%까지의 니오브를 포함하는 니켈-기초 합금.
  24. 제 1항에 있어서, 0.005 ~ 0.025%까지의 인을 포함하는 니켈-기초 합금.
  25. 제 24항에 있어서, 0.01 ~ 0.02%까지의 인을 포함하는 니켈-기초 합금.
  26. 제 1항에 있어서, 0.004 ~ 0.011% 붕소를 포함하는 니켈-기초 합금.
  27. 제 26항에 있어서, 0.006 ~ 0.009% 붕소를 포함하는 니켈-기초 합금.
  28. 다음을 포함하는 니켈-기초 합금. :
    중량%로, 0.10%까지의 탄소; 12 ~ 20%까지의 크롬 ; 2 ~ 4% 몰리브덴; 1 ~ 2%까지의 텅스텐; 5 ~ 10%까지의 코발트; 6 ~ 12%까지의 철; 5%까지의 7% 니오브; 0.9% ~ 2.0%까지의 알루미늄; 0.45% ~ 1.4%까지의 티타늄; 0.005% ~ 0.025%까지의 인; 0.004 ~ 0.011% 붕소; 잔부 니켈 및 기타 불가피한 불순물, 그리고 여기서 알루미늄 원자% 및 티타늄 원자%의 합은 2 ~ 6%이며, 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율은 1.5 이상, 그리고 (알루미늄 + 티타늄)의 원자% / 니오브 원자%는 0.8 ~ 1.3임.
  29. 제 28항에 있어서, 알루미늄 원자% 및 티타늄 원자%의 합은 2.5 ~ 5%인 니켈-기초 합금.
  30. 제 29항에 있어서, 알루미늄 원자% 및 티타늄 원자%의 합은 3 ~ 4%인 니켈-기초 합금.
  31. 제 28항에 있어서, 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율은 2 ~ 4인 니켈-기초 합금.
  32. 제 31항에 있어서, 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율은 3 ~ 4인 니켈-기초 합금.
  33. 제 28항에 있어서, (알루미늄 + 티타늄)의 원자% / 니오브 원자%는 0.9 ~ 1.2인 니켈-기초 합금.
  34. 제 33항에 있어서, (알루미늄 + 티타늄)의 원자% / 니오브 원자%는 1.0 ~ 1.2인 니켈-기초 합금.
  35. 다음으로 포함하는 니켈-기초 합금을 포함하는 제조 물품. :
    중량%로, 0.10%까지의 탄소; 12 ~ 20%까지의 크롬 ; 4%까지의 몰리브덴 ; 6%까지의 텅스텐, 여기서 몰리브덴과 텅스텐의 합은 2% 이상 및 8% 이하이며; 5 ~ 12%까지의 코발트; 14%까지의 철; 4% ~ 8%까지의 니오브; 0.6% ~ 2.6%까지의 알루미늄 ; 0.4% ~ 1.4%까지의 티타늄; 0.003% ~ 0.03%까지의 인; 0.003% ~ 0.015%까지의 붕소; 잔부 니켈 및 기타 불가피한 불순물, 그리고 여기서 알루미늄 원자% 및 티타늄 원자%의 합은 2 ~ 6%이며, 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율은 1.5 이상, 그리고 (알루미늄 + 티타늄)의 원자% / 니오브 원자%는 0.8 ~ 1.3임.
  36. 제 35항에 있어서, 상기 물품은 디스크(disk),블레이드(blade),파스너(fastener),케이스(case), 그리고 샤프트(shaft)로 부터 선택되는 니켈-기초 합금을 포함하는 제조 물품.
  37. 제 35항에 있어서, 상기 물품은 가스 터빈 엔진의 구성 요소인 니켈-기초 합금을 포함하는 제조 물품.
  38. 삭제
  39. 중량%로 0.10%까지의 탄소; 12 ~ 20%까지의 크롬 ; 4%까지의 몰리브덴 ; 6%까지의 텅스텐, 여기서 몰리브덴과 텅스텐의 합은 2% 이상 ~ 8% 이하; 5 ~ 12%까지의 코발트; 14%까지의 철; 4%까지의 8% 니오브; 0.6% ~ 2.6%까지의 알루미늄 ; 0.4%까지의 1.4% 티타늄; 0.003% ~ 0.03%까지의 인; 0.003%~ 0.015%까지의 붕소; 잔부 니켈 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 여기서 알루미늄 원자% 및 티타늄 원자%의 합은 2 ~ 6%, 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율은 1.5 이상이며, (알루미늄 + 티타늄)의 원자% /니오브 원자% 는 0.8 ~ 1.3인 니켈-기초 합금을 제공하는 단계 ;
    합금을 용체화 풀림(solution annealing)시키는 단계 ;
    합금을 냉각하는 단계 ;
    그리고 합금을 시효(aging)하는 단계를 포함하는 니켈-기초 합금의 제조방법.
  40. 제 39항에 있어서, 상기 합금의 알루미늄 원자% 및 티타늄 원자%의 합은 2.5 ~ 5%인 니켈-기초 합금의 제조방법.
  41. 제 40항에 있어서, 상기 합금의 알루미늄 원자% 및 티타늄 원자%의 합은 3 ~ 4%인 니켈-기초 합금의 제조방법.
  42. 제 39항에 있어서, 상기 합금의 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율은 2 ~ 4인 니켈-기초 합금의 제조방법.
  43. 제 42항에 있어서, 상기 합금의 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율은 3 ~ 4인 니켈-기초 합금의 제조방법.
  44. 제 39항에 있어서, 상기 합금의 (알루미늄 + 티타늄)의 원자%/니오브 원자% 은 0.9 ~ 1.2인 니켈-기초 합금의 제조방법.
  45. 제 44항에 있어서, 상기 합금의 (알루미늄 + 티타늄)의 원자%/니오브 원자%는 1.0 ~ 1.2인 니켈-기초 합금의 제조방법.
  46. 중량%로, 0.10%까지의 탄소; 12 ~ 20%까지의 크롬 ; 4%까지의 몰리브덴 ; 6%까지의 텅스텐, 여기서 몰리브덴 및 텅스텐의 합은 2% 이상 ~ 8% 이하임; 5 ~ 12%까지의 코발트; 14%까지의 철; 4% ~ 8%까지의 니오브; 0.6% ~ 2.6%까지의 알루미늄; 0.4% ~ 1.4%까지의 티타늄; 0.003% ~ 0.03%까지의 인; 0.003% ~ 0.015%까지의 붕소; 잔부 니켈 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 니켈-기초 합금에 있어서, 알루미늄 원자% 및 티타늄 원자%의 합은 2 ~ 6%, 알루미늄 원자% 대 티타늄 원자%의 비율은 1.5 이상, (알루미늄 + 티타늄)의 원자%/니오브 원자% 는 0.8 ~ 1.3이며, 상기 니켈-기초 합금은 ASTM E21에 따른 전통적인 고온 장력 테스트(다만 변형 속도는 10-1/초임)의 결과로서, 최초 수득된 상기 니켈-기초 합금에 비하여 1700 ℉ ~ 2050 ℉의 전체 온도 범위에 걸쳐서 60% 이상의 면적 값(area value)의 감소를 가짐을 특징으로 하는, 니켈-기초 합금.
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