KR102197355B1 - Ni base single crystal superalloy - Google Patents
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Abstract
본 발명은 4.5 내지 7.0중량%의 알루미늄(Al), 10.5 내지 12.5중량%의 코발트(Co), 2.65 내지 4.65중량%의 크롬(Cr), 0.8 내지 2.0중량%의 몰리브덴(Mo), 1.8 내지 2.5중량%의 레늄(Re), 6.0 내지 9.0중량%의 탄탈륨(Ta), 6.9 내지 8.9중량%의 텅스텐(W) 및 잔부가 니켈(Ni)로 이루어진, 니켈기 단결정 초내열합금을 제공한다.The present invention is 4.5 to 7.0% by weight of aluminum (Al), 10.5 to 12.5% by weight of cobalt (Co), 2.65 to 4.65% by weight of chromium (Cr), 0.8 to 2.0% by weight of molybdenum (Mo), 1.8 to 2.5 A nickel-based single crystal superheat-resistant alloy is provided in which weight% of rhenium (Re), 6.0 to 9.0 weight% of tantalum (Ta), 6.9 to 8.9 weight% of tungsten (W), and the balance consist of nickel (Ni).
Description
본 발명은 니켈기 단결정 초내열합금에 관한 것으로서, 더 상세하게는 고온 크리프 특성이 우수한 니켈기 단결정 초내열합금에 관한 것이다.The present invention relates to a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy, and more particularly, to a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy having excellent high-temperature creep properties.
초내열합금은 니켈(Ni)기, 철(Fe)기, 코발트(Co)기 합금군으로 분류될 수 있다. 이중에서도 산업적으로 가장 중요하면서도 널리 사용되고 있는 것은 니켈(Ni)기 초내열합금이다. 니켈(Ni)기 초내열합금은 기지(matrix)로 니켈(Ni)을 사용하며, 크롬(Cr), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 탄소(C) 및 레늄(Re) 등 10여 가지의 합금원소를 첨가하여 고온 기계적 특성과 내환경 특성을 최적화한 합금군을 말한다. 니켈(Ni)기 초내열합금은 고온 내식성과 내열성이 요구되는 많은 산업분야에 적용되고 있지만 가장 중요한 응용분야는 항공기용 엔진과 발전용 가스터빈이다.The super heat-resistant alloy can be classified into a nickel (Ni) group, an iron (Fe) group, and a cobalt (Co) group. Among them, nickel (Ni) based super heat-resistant alloys are the most important and widely used industrially. Nickel (Ni)-based super heat-resistant alloy uses nickel (Ni) as a matrix, and chromium (Cr), cobalt (Co), aluminum (Al), tungsten (W), tantalum (Ta), molybdenum (Mo) ), carbon (C) and rhenium (Re), etc. 10 kinds of alloy elements are added to optimize high-temperature mechanical properties and environmental resistance. Nickel (Ni) based superheat resistant alloys are applied to many industrial fields requiring high temperature corrosion resistance and heat resistance, but the most important applications are engines for aircraft and gas turbines for power generation.
최근 지구 온난화와 같은 환경문제가 대두되면서, 이산화탄소(CO2) 발생량을 줄이거나 없애기 위한 새로운 발전 방안의 연구와 함께 기존 발전 방법들의 효율을 높이는 방안에 대한 필요성이 커지고 있다. 그 결과 가스터빈의 경우 효율 향상을 위해 작동온도가 지속적으로 높아지고 있는 상태이다. 가스터빈은 압축기에서 압축된 공기를 연료와 함께 연소시켜 팽창된 연소가스가 터빈을 회전시킴으로써 출력을 발생시키거나 전력을 생산한다.As environmental issues such as global warming have recently emerged, there is a growing need for research on new power generation methods to reduce or eliminate the amount of carbon dioxide (CO 2 ) generation and to increase the efficiency of existing power generation methods. As a result, in the case of gas turbines, the operating temperature is constantly increasing to improve efficiency. In the gas turbine, compressed air in a compressor is combusted with fuel, and the expanded combustion gas rotates the turbine to generate output or generate power.
따라서, 터빈 블레이드나 베인 등은 주어진 조건에서 보다 높은 효율을 얻기 위해 부품 내부에 복잡한 형상의 냉각유로(cooling passage)를 포함하는 3차원적으로 복잡한 공기역학적인 디자인을 갖는다. 이러한 이유로 터빈 블레이드 및 베인 등은 형상 제조가 용이한 주조 공정에 의해 제조된다. 또, 고온에서 작동하는 가스터빈의 터빈 블레이드는 터빈의 고속 회전에 따른 원심력을 받게 되며, 고온에서의 원심력을 견디기 위한 크리프 특성이 매우 중요하다.Accordingly, turbine blades, vanes, and the like have a three-dimensionally complex aerodynamic design including a cooling passage of a complex shape inside the component to obtain higher efficiency under a given condition. For this reason, turbine blades and vanes are manufactured by a casting process that facilitates shape manufacturing. In addition, the turbine blades of the gas turbine operating at high temperatures are subjected to centrifugal force due to high-speed rotation of the turbine, and creep characteristics to withstand the centrifugal force at high temperatures are very important.
일반적인 주조공정으로 제조된 주조 합금의 결정립계는 고온 크리프 특성에 취약하기 때문에 응력에 수직한 방향을 갖는 결정립계를 제거시켜 합금의 크리프 특성을 향상시킨 일방향 응고 주조 공정과, 결정립계를 완전히 없앤 단결정 주조 공정이 개발되어 터빈 블레이드 제조를 위해 사용되고 있다. 이와 같이, 공정 개발, 각각의 다결정, 일방향 응고 및 단결정 주조 공정에 특화된 합금들이 개발되어 사용되고 있다. 니켈기 초내열합금은 첨가되는 합금원소의 종류, 함량, 특정원소의 조합에 따라 발휘되는 합금의 특성이 크게 변화하기 때문에 우수한 특성을 갖는 합금조성 설계를 위해 끊임없이 연구가 진행되고 있다. Since the grain boundaries of cast alloys manufactured by general casting processes are vulnerable to high-temperature creep characteristics, the one-way solidification casting process that improves the creep characteristics of the alloy by removing the grain boundaries in the direction perpendicular to the stress, and the single crystal casting process completely eliminated the grain boundaries. It has been developed and is being used to manufacture turbine blades. As described above, alloys specialized for process development, polycrystalline, unidirectional solidification and single crystal casting processes have been developed and used. Nickel-based superheat-resistant alloys are constantly being studied for the design of alloy compositions having excellent properties because the properties of the alloy exhibited greatly change depending on the type, content, and combination of specific elements to be added.
한편, 최근에 합금의 온도 수용성 및 크리프 특성이 우수한 합금의 필요성을 충족시키기 위하여 고가 합금원소의 추가적인 첨가를 최대한 억제한 채 다른 합금원소의 첨가량을 조절하는 방안도 고안되고 있다.On the other hand, in order to meet the need for an alloy having excellent temperature solubility and creep characteristics of an alloy, a method of controlling the addition amount of other alloying elements while suppressing the addition of expensive alloying elements as much as possible has been devised.
상술한 바와 같이 고온에서 사용되는 부품의 경우, 크리프 파단에 도달하는 크리프 수명도 중요하지만, 부품의 형태가 변하면 그 원래의 용도로 지속적인 사용이 불가하거나 효율이 낮아지기 때문에 초기 크리프 변형에 대한 저항성도 합금설계에 고려해야 할 매우 중요한 인자라고 할 수 있다.As described above, in the case of parts used at high temperatures, the creep life that reaches creep fracture is also important, but if the shape of the part changes, it cannot be used continuously for its original purpose or the efficiency decreases, so the resistance to initial creep deformation is also alloyed. This is a very important factor to consider in design.
이에 따라, 합금원소의 양을 조절하여 고온에서의 인장강도와 크리프 특성이 우수한 합금을 얻으려는 노력이 계속되고 있다. 그러나 고가의 레늄(Re)과 루테늄(Ru)을 포함하고 있기 때문에, 레늄(Re) 및 루테늄(Ru) 등을 함유한 합금은 가격 상승을 억제하는데 어려움이 있다. 또, 종래 기술은 크리프 특성만 고려하여 설계된 합금으로서, 고온의 부식성 가스와 접촉하고 수천 혹은 수만 rpm의 원심력으로 인해 고응력이 부가되는 발전용 가스터빈의 1단 블레이드와 같은 부품 적용 시 고온 산화 및 부식 문제로 인해 부품 수명을 단축시킬 수 있다.Accordingly, efforts to obtain an alloy having excellent tensile strength and creep properties at high temperature by controlling the amount of alloying elements are being continued. However, since it contains expensive rhenium (Re) and ruthenium (Ru), alloys containing rhenium (Re) and ruthenium (Ru) have difficulty in suppressing a price increase. In addition, the prior art is an alloy designed in consideration of only creep characteristics, and when applying parts such as one-stage blades of gas turbines for power generation, which contact high-temperature corrosive gases and add high stress due to centrifugal force of thousands or tens of thousands of rpm, high temperature oxidation and Parts life can be shortened due to corrosion problems.
따라서, 발전용 가스터빈 1단 블레이드용 소재 설계를 위해서는 크리프 특성뿐만 아니라, 고온 부식특성, 내산화성, 대형 부품의 주조성, 가격, 고온 피로 특성 등 다양한 소재특성 및 경제성을 고려하여 합금설계가 이루어져야 한다. 특히, 니켈기 초내열합금의 기지 내에 TCP상(topologically close packed phase)이 형성되는데, TCP상은 취성이 강한 조직으로서, 기지 내에 함량이 증가할수록 크리프 수명을 단축시킬 수 있으므로 이를 해결하면서도 크리프 특성을 향상시킬 수 있는 합금설계가 필요하다.Therefore, in order to design the material for the single-stage blade of the gas turbine for power generation, alloy design must be made in consideration of various material characteristics and economics such as not only creep characteristics, but also high temperature corrosion characteristics, oxidation resistance, castability of large parts, price, and high temperature fatigue characteristics. do. In particular, a TCP phase (topologically close packed phase) is formed in the base of the nickel-based superheat-resistant alloy, and the TCP phase is a structure with strong brittleness. As the content in the base increases, the creep life can be shortened. Alloy design that can be made is needed.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 초내열합금의 크리프 특성을 향상시키면서 기계적 특성을 열화시키는 TCP 상의 분율을 억제할 수 있는 니켈기 단결정 초내열합금을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention is to solve a number of problems including the above problems, and to provide a nickel-based single crystal superheat resistant alloy capable of suppressing the fraction of the TCP phase that deteriorates mechanical properties while improving the creep characteristics of the superheat resistant alloy. The purpose. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
본 발명의 일 관점에 따른 니켈기 단결정 초내열합금을 제공한다. 상기 니켈기 단결정 초내열합금은 4.5 내지 7.0중량%의 알루미늄(Al), 10.5 내지 12.5중량%의 코발트(Co), 2.65 내지 4.65중량%의 크롬(Cr), 0.8 내지 2.0중량%의 몰리브덴(Mo), 1.8 내지 2.5중량%의 레늄(Re), 6.0 내지 9.0중량%의 탄탈륨(Ta), 6.9 내지 8.9중량%의 텅스텐(W) 및 잔부가 니켈(Ni)로 이루어진다. It provides a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to an aspect of the present invention. The nickel-based single crystal superheat-resistant alloy includes 4.5 to 7.0% by weight of aluminum (Al), 10.5 to 12.5% by weight of cobalt (Co), 2.65 to 4.65% by weight of chromium (Cr), and 0.8 to 2.0% by weight of molybdenum (Mo ), 1.8 to 2.5% by weight of rhenium (Re), 6.0 to 9.0% by weight of tantalum (Ta), 6.9 to 8.9% by weight of tungsten (W), and the balance being nickel (Ni).
상기 초내열합금의 조성은, 상용합금(CMSX4)의 조성과 비교하여, 티타늄(Ti) 및 하프늄(Hf)은 함유하지 않되, 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re) 및 텅스텐(W)의 함량이 상대적으로 더 높으며, 크롬(Cr)의 함량은 상대적으로 더 낮은 것을 특징으로 할 수 있다. The composition of the super heat-resistant alloy, compared with the composition of the commercial alloy (CMSX4), does not contain titanium (Ti) and hafnium (Hf), but cobalt (Co), molybdenum (Mo), rhenium (Re) and tungsten ( It may be characterized in that the content of W) is relatively higher, and the content of chromium (Cr) is relatively lower.
상기 초내열 합금을 대기 중 1050℃의 온도에서 1000시간 동안 유지하는 조건으로 고온 노출한 경우에도 상기 초내열 합금의 조직 내에 TCP 상(Topologically Closed Packed Phase)이 형성되지 않고, 상기 초내열 합금을 982℃의 온도 및 248MPa의 응력 조건으로 크리프 테스트(Creep Test)한 경우 라이프 타임(life time)이 270시간 이상이며, 상기 초내열 합금을 75% Na2SO4와 25% NaCl의 혼합염에 침지하여 850℃의 온도에서 15시간 동안 유지한 후의 상기 초내열 합금의 단면 부식 깊이는 0.05mm 보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다. Even when the super heat-resistant alloy is exposed to high temperature under the condition of maintaining the super heat-resistant alloy at a temperature of 1050° C. for 1000 hours in the air, a TCP phase (Topologically Closed Packed Phase) is not formed in the structure of the super heat-resistant alloy, and the super heat-resistant alloy 982 In the case of creep test under the condition of temperature of ℃ and stress of 248 MPa, the life time is 270 hours or more, and the super heat-resistant alloy is immersed in a mixed salt of 75% Na 2 SO 4 and 25% NaCl. After maintaining at a temperature of 850° C. for 15 hours, the cross-sectional corrosion depth of the super heat-resistant alloy may be less than 0.05 mm.
본 발명의 다른 관점에 따른 니켈기 단결정 초내열합금을 제공한다. 상기 니켈기 단결정 초내열합금은 4.5 내지 7.0중량%의 알루미늄(Al), 10.5 내지 12.5중량%의 코발트(Co), 2.65 내지 4.65중량%의 크롬(Cr), 0.8 내지 2.0중량%의 몰리브덴(Mo), 1.8 내지 2.5중량%의 레늄(Re), 6.0 내지 9.0중량%의 탄탈륨(Ta), 0 초과 0.5중량% 이하의 티타늄(Ti), 6.9 내지 8.9중량%의 텅스텐(W) 및 잔부가 니켈(Ni)로 이루어진다. It provides a nickel-based single crystal super heat-resistant alloy according to another aspect of the present invention. The nickel-based single crystal superheat-resistant alloy includes 4.5 to 7.0% by weight of aluminum (Al), 10.5 to 12.5% by weight of cobalt (Co), 2.65 to 4.65% by weight of chromium (Cr), and 0.8 to 2.0% by weight of molybdenum (Mo ), 1.8 to 2.5% by weight of rhenium (Re), 6.0 to 9.0% by weight of tantalum (Ta), more than 0 and up to 0.5% by weight of titanium (Ti), 6.9 to 8.9% by weight of tungsten (W) and the balance nickel It consists of (Ni).
상기 초내열합금의 조성은, 상용합금(CMSX4)의 조성과 비교하여, 하프늄(Hf)은 함유하지 않되, 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re) 및 텅스텐(W)의 함량이 상대적으로 더 높으며, 크롬(Cr) 및 티타늄(Ti)의 함량은 상대적으로 더 낮은 것을 특징으로 할 수 있다. The composition of the super heat-resistant alloy does not contain hafnium (Hf), but the content of cobalt (Co), molybdenum (Mo), rhenium (Re) and tungsten (W) is compared with that of the commercial alloy (CMSX4). It is relatively higher, and the content of chromium (Cr) and titanium (Ti) may be characterized by being relatively lower.
상기 초내열 합금을 982℃의 온도 및 248MPa의 응력 조건으로 크리프 테스트(Creep Test)한 경우 라이프 타임(life time)이 280시간 이상이며, 상기 초내열 합금을 75% Na2SO4와 25% NaCl의 혼합염에 침지하여 850℃의 온도에서 15시간 동안 유지한 후의 상기 초내열 합금의 단면 부식 깊이는 0.1mm 보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다. When the super heat-resistant alloy is subjected to a creep test under a temperature of 982°C and a stress condition of 248 MPa, the life time is 280 hours or more, and the super heat-resistant alloy is 75% Na 2 SO 4 and 25% NaCl After being immersed in a mixed salt of and maintained at a temperature of 850° C. for 15 hours, the cross-sectional corrosion depth of the super heat-resistant alloy may be less than 0.1 mm.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따르면, 초내열합금의 크리프 특성을 향상시키면서 기계적 특성을 열화시키는 TCP 상의 분율을 억제시킴으로써, 가격이 저렴하고, 고온 부식특성, 내산화성, 대형 부품의 주조성, 고온 피로 특성 및 고온 크리프 특성이 우수한 니켈기 단결정 초내열합금을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to the embodiment of the present invention made as described above, by suppressing the fraction of the TCP phase that deteriorates the mechanical properties while improving the creep properties of the super heat-resistant alloy, the price is inexpensive, high temperature corrosion properties, oxidation resistance, large parts A nickel-based single crystal superheat-resistant alloy having excellent composition, high-temperature fatigue properties, and high-temperature creep properties can be implemented. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 실험예의 크리프 테스트 결과에 따른 니켈기 단결정 초내열합금의 수명(life time)을 비교한 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실험예 중 실시예1 및 비교예1의 니켈기 단결정 초내열합금에 대한 고온 노출 테스트를 수행한 후의 미세조직을 관찰한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 니켈기 단결정 초내열합금의 크리프 수명을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 니켈기 단결정 초내열합금의 고온 내식 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 니켈기 단결정 초내열합금의 고온 유지성 파라미터를 나타낸 그래프이다. 1 is a comparison of the life time of a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to the creep test result of the experimental example of the present invention.
2 and 3 are photographs of microstructures after high-temperature exposure tests of the nickel-based single crystal superheat-resistant alloys of Example 1 and Comparative Example 1 of the experimental examples of the present invention were performed.
4 is a graph showing the creep life of a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to an experimental example of the present invention.
5 is a graph showing high temperature corrosion resistance stability of a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to an experimental example of the present invention.
6 is a graph showing high temperature retention parameters of a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to an experimental example of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and the following embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art. It is provided to fully inform In addition, in the drawings for convenience of description, the size of the components may be exaggerated or reduced.
본 발명에서는 TCP상의 생성을 억제하기 위하여 티타늄(Ti)의 함량을 조절하며, 그럼에도 불구하고, 상용 초내열합금 대비 우수한 크리프 특성과 상안정성을 확보하기 위하여, 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re), 텅스텐(W) 및 크롬(Cr)의 함량을 추가로 제어한 니켈기 단결정 초내열합금을 제공한다.In the present invention, the content of titanium (Ti) is adjusted to suppress the formation of the TCP phase. Nevertheless, in order to secure excellent creep characteristics and phase stability compared to commercial superheat-resistant alloys, titanium (Ti), hafnium (Hf), Provides a nickel-based single crystal superheat resistant alloy in which the content of cobalt (Co), molybdenum (Mo), rhenium (Re), tungsten (W) and chromium (Cr) is additionally controlled.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 니켈기 단결정 초내열합금은 4.5 내지 7.0중량%의 알루미늄(Al), 10.5 내지 12.5중량%의 코발트(Co), 2.65 내지 4.65중량%의 크롬(Cr), 0.8 내지 2.0중량%의 몰리브덴(Mo), 1.8 내지 2.5중량%의 레늄(Re), 6.0 내지 9.0중량%의 탄탈륨(Ta), 6.9 내지 8.9중량%의 텅스텐(W) 및 잔부가 니켈(Ni)로 이루어진다. Specifically, the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to an embodiment of the present invention includes 4.5 to 7.0 wt% of aluminum (Al), 10.5 to 12.5 wt% of cobalt (Co), and 2.65 to 4.65 wt% of chromium (Cr) , 0.8 to 2.0 wt% molybdenum (Mo), 1.8 to 2.5 wt% rhenium (Re), 6.0 to 9.0 wt% tantalum (Ta), 6.9 to 8.9 wt% tungsten (W) and the balance nickel (Ni ).
상기 초내열합금의 조성은, 상용합금(CMSX4)의 조성과 비교하여, 티타늄(Ti) 및 하프늄(Hf)은 함유하지 않되, 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re) 및 텅스텐(W)의 함량이 상대적으로 더 높으며, 크롬(Cr)의 함량은 상대적으로 더 낮은 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 상용합금(CMSX4)의 조성은 5.6중량%의 알루미늄(Al), 10.0중량%의 코발트(Co), 5.4중량%의 크롬(Cr), 0.6중량%의 몰리브덴(Mo), 1.5중량%의 레늄(Re), 8.0중량%의 탄탈륨(Ta), 0.7중량%의 티타늄(Ti), 8.0중량%의 텅스텐(W), 0.2중량%의 하프늄(Hf) 및 잔부가 니켈(Ni)로 이루어진다. The composition of the super heat-resistant alloy, compared with the composition of the commercial alloy (CMSX4), does not contain titanium (Ti) and hafnium (Hf), but cobalt (Co), molybdenum (Mo), rhenium (Re) and tungsten ( It may be characterized in that the content of W) is relatively higher, and the content of chromium (Cr) is relatively lower. The composition of the commercial alloy (CMSX4) is 5.6 wt% aluminum (Al), 10.0 wt% cobalt (Co), 5.4 wt% chromium (Cr), 0.6 wt% molybdenum (Mo), 1.5 wt% rhenium (Re), 8.0% by weight of tantalum (Ta), 0.7% by weight of titanium (Ti), 8.0% by weight of tungsten (W), 0.2% by weight of hafnium (Hf) and the balance is made of nickel (Ni).
본 실시예에서 알루미늄(Al)의 조성은 4.5중량% 내지 7.0중량%를 만족할 수 있다. 알루미늄(Al)은 니켈기 단결정 초내열합금의 주 강화상인 감마 프라임 상(γ')의 구성 원소이므로, 고온 크리프 특성 향상에 필요한 원소이며, 내산화성 향상에도 기여한다. 그러나, 4.5중량% 미만에서는 크리프 강도가 저하되고, 반면에 7.0중량%를 초과할 경우에는 과도한 감마 프라임 상(γ')의 석출로 기계적 특성을 저하시킬 수 있다. 또, 알루미늄(Al)의 경우 조성의 절대량도 중요하지만 또 다른 감마 프라임 상(γ')의 생성원소인 티타늄(Ti) 함량과의 관계도 중요하다.In this embodiment, the composition of aluminum (Al) may satisfy 4.5% by weight to 7.0% by weight. Since aluminum (Al) is a constituent element of the gamma prime phase (γ'), which is the main strengthening phase of a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy, it is an element necessary to improve high-temperature creep characteristics, and contributes to improving oxidation resistance. However, when it is less than 4.5% by weight, the creep strength decreases, whereas when it exceeds 7.0% by weight, mechanical properties may be deteriorated due to excessive precipitation of the gamma prime phase (γ'). In addition, in the case of aluminum (Al), the absolute amount of the composition is also important, but the relationship with the content of titanium (Ti), which is an element of another gamma prime phase (γ'), is also important.
코발트(Co)의 조성은 10.5중량% 내지 12.5중량%를 만족할 수 있다. 코발트(Co)는 고용강화의 역할과 더불어 니켈기 단결정 초내열합금의 주 강화상인 감마 프라임 상(γ') 고상선과 기지인 감마상(γ)의 고상선을 변화시켜 용체화 처리가 가능한 온도에 영향을 주며, 고온 내식성을 향상시키기도 한다. 코발트(Co)의 함량이 10.5중량% 미만이면 크리프 특성이 낮아지며, 반면, 12.5중량%를 초과하면 용체화 처리가 가능한 온도 영역이 작아져 열처리 조건을 결정하기 어렵다.The composition of cobalt (Co) may satisfy 10.5% by weight to 12.5% by weight. In addition to the role of solid solution strengthening, cobalt (Co) changes the solid phase line of the gamma prime phase (γ'), which is the main strengthening phase of the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy, and the solid phase line of the gamma phase (γ), which is the base, so that the solution treatment becomes possible. It has an effect and also improves high temperature corrosion resistance. When the content of cobalt (Co) is less than 10.5% by weight, the creep characteristics are lowered, whereas when the content of cobalt (Co) is more than 12.5% by weight, the temperature range in which the solution treatment is possible becomes small, making it difficult to determine the heat treatment conditions.
크롬(Cr)의 조성은 2.65 내지 4.65중량%를 만족할 수 있다. 크롬(Cr)의 함량이 2.65중량% 미만인 경우 고온산화 및 부식저항성 특성이 열화되며, 크롬(Cr)의 함량이 4.65중량%를 초과할 경우 고온 강도가 취약해지는 문제점이 발생할 수 있다. The composition of chromium (Cr) may satisfy 2.65 to 4.65% by weight. When the content of chromium (Cr) is less than 2.65% by weight, high-temperature oxidation and corrosion resistance characteristics are deteriorated, and when the content of chromium (Cr) is more than 4.65% by weight, the high temperature strength may be weakened.
몰리브덴(Mo)의 조성은 0.8 내지 2.0중량%를 만족할 수 있다. 몰리브덴(Mo)은 고용강화 원소로 니켈기 단결정 초내열합금의 고온 특성을 향상시키는 역할을 한다. 하지만 2.0중량%를 초과할 경우 밀도가 높아지고 TCP상이 생성될 수 있으며, 0.8중량% 미만인 경우에는 고용강화 효과를 기대하기 어렵다.The composition of molybdenum (Mo) may satisfy 0.8 to 2.0% by weight. Molybdenum (Mo) is a solid solution strengthening element and plays a role in improving the high temperature characteristics of a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy. However, when it exceeds 2.0% by weight, the density increases and a TCP phase may be generated, and when it is less than 0.8% by weight, it is difficult to expect a solid solution strengthening effect.
레늄(Re)은 고용강화 원소로 확산속도가 매우 느리기 때문에 크리프 특성 향상에 크게 기여한다. 다시 말해, 레늄을 첨가함으로써, 초내열합금은 고온에서 사용하기 위해 필수적인 크리프 수명 뿐 아니라 크리프 변형에 대한 저항성이 크게 향상된다. 그러나 다량을 함유하면, 상 안정성이 저하되고 밀도가 커지며 또한 가격이 비싸기 때문에, 본 실시예에서는 1.8 내지 2.5중량%의 범위를 갖도록 제한한다.Rhenium (Re) is a solid solution strengthening element and has a very slow diffusion rate, which greatly contributes to the improvement of creep characteristics. In other words, by adding rhenium, the superheat-resistant alloy is greatly improved in resistance to creep deformation as well as creep life, which is essential for use at high temperatures. However, when a large amount is contained, the phase stability is lowered, the density is increased, and the price is high, and thus, in this example, the range is limited to 1.8 to 2.5% by weight.
탄탈륨(Ta)의 조성은 6.0 내지 9.0중량%를 만족할 수 있다. 탄탈륨(Ta)은 주 강화상인 감마 프라임 상(γ')에 고용되어 감마 프라임 상(γ')상을 강화시키는 역할을 한다. 이를 통해 크리프 강도의 향상에 기여하며, 수지상간 영역에 편석되어 이 영역의 밀도를 높이므로 주조결함인 프렉클의 생성을 억제하기도 한다. 탄탈륨(Ta)의 함량이 6.0중량% 미만이면 상기 효과를 기대할 수 없으며, 9.0중량%를 초과할 경우 델타상(δ)이 석출될 수 있어서 특성을 저하시키게 된다.The composition of tantalum (Ta) may satisfy 6.0 to 9.0% by weight. Tantalum (Ta) is dissolved in the gamma prime phase (γ'), which is the main strengthening phase, and serves to strengthen the gamma prime phase (γ'). Through this, it contributes to the improvement of the creep strength, and because it is segregated in the interdendritic region to increase the density of this region, it also suppresses the generation of freckle, which is a casting defect. If the content of tantalum (Ta) is less than 6.0% by weight, the above effect cannot be expected, and if the content of tantalum (Ta) is more than 9.0% by weight, a delta phase (δ) may be precipitated, resulting in deterioration of properties.
텅스텐은 고용강화에 의해 크리프 강도를 높이는 원소이다. 하지만, 다량을 첨가하면, 밀도가 높아지고 인성 및 내식성이 저하되며 상 안정성이 저하된다. 또한, 단결정 및 일방향 응고를 할 때, 프렉클(freckle)과 같은 주조 결함의 발생 가능성이 증가한다. 따라서 고온강도를 위해 6.9중량% 이상의 텅스텐이 첨가되며, 다량을 첨가하는 경우에 생길 수 있는 바람직하지 못한 효과를 억제하기 위해 8.9중량%로 함량을 제한한다. 나아가, 크리프 수명의 향상을 위해서, 엄격하게는, 텅스텐이 8.1중량% 이상 첨가될 수 있는 바, 8.1 내지 8.9중량%의 텅스텐(W)의 조성범위를 만족할 수도 있다. Tungsten is an element that increases creep strength by solid solution strengthening. However, when a large amount is added, the density increases, toughness and corrosion resistance decrease, and phase stability decreases. In addition, when a single crystal and one-way solidification are performed, the possibility of occurrence of casting defects such as freckle increases. Therefore, 6.9% by weight or more of tungsten is added for high temperature strength, and the content is limited to 8.9% by weight in order to suppress undesirable effects that may occur when a large amount is added. Further, in order to improve the creep life, strictly, tungsten may be added in an amount of 8.1% by weight or more, and the composition range of 8.1 to 8.9% by weight of tungsten (W) may be satisfied.
본 실시예의 니켈기 단결정 초내열합금은 TCP상의 분율이 증가하는 문제점을 극복하기 위하여 티타늄(Ti)을 함유하지 않도록 설계하였다. TCP상은 취성이 강한 상으로 초내열합금의 기계적 특성을 열화시키는 상이므로 가능한 억제되어야 한다. 다만, 니켈기 단결정 초내열합금 내 티타늄(Ti)의 부존재로 인하여 크리프 특성이 열화될 수 있으나, 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re), 텅스텐(W) 및 크롬(Cr)의 함량을 상술한 바와 같이 제어함으로써 티타늄(Ti)이 존재할 때의 크리프 특성을 유지할 수 있음을 확인하였다. The nickel-based single crystal superheat-resistant alloy of this embodiment was designed not to contain titanium (Ti) in order to overcome the problem of increasing the fraction of the TCP phase. The TCP phase is a highly brittle phase and should be suppressed as much as possible because it deteriorates the mechanical properties of the super heat-resistant alloy. However, the creep characteristics may be deteriorated due to the absence of titanium (Ti) in the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy, but cobalt (Co), molybdenum (Mo), rhenium (Re), tungsten (W) and chromium (Cr) It was confirmed that the creep characteristics in the presence of titanium (Ti) can be maintained by controlling the content as described above.
본 발명자는 상술한 조성을 가지는 초내열 합금을 대기 중 1050℃의 온도에서 1000시간 동안 유지하는 조건으로 고온 노출한 경우에도 상기 초내열 합금의 조직 내에 TCP 상(Topologically Closed Packed Phase)이 형성되지 않고, 상기 초내열 합금에 대하여 982℃의 온도 및 248MPa의 응력 조건으로 크리프 테스트(Creep Test)한 경우 라이프 타임(life time)이 270시간 이상이며, 상기 초내열 합금을 75% Na2SO4와 25% NaCl의 혼합염에 침지하여 850℃의 온도에서 15시간 동안 유지한 후의 상기 초내열 합금의 단면 부식 깊이가 0.05mm 보다 작게 현출됨을 확인하였다. In the present inventors, even when the super heat-resistant alloy having the above-described composition is exposed to high temperature under the condition of maintaining at a temperature of 1050° C. in the air for 1000 hours, a TCP phase (Topologically Closed Packed Phase) is not formed in the structure of the super heat-resistant alloy, When the super heat-resistant alloy is subjected to a creep test at a temperature of 982°C and a stress condition of 248 MPa, the life time is 270 hours or more, and the super heat-resistant alloy is 75% Na 2 SO 4 and 25% After immersing in a mixed salt of NaCl and maintaining at a temperature of 850° C. for 15 hours, it was confirmed that the cross-sectional corrosion depth of the super heat-resistant alloy appeared to be less than 0.05 mm.
구체적인 본 발명의 다른 실시예에 의한 니켈기 단결정 초내열합금은 4.5 내지 7.0중량%의 알루미늄(Al), 10.5 내지 12.5중량%의 코발트(Co), 2.65 내지 4.65중량%의 크롬(Cr), 0.8 내지 2.0중량%의 몰리브덴(Mo), 1.8 내지 2.5중량%의 레늄(Re), 6.0 내지 9.0중량%의 탄탈륨(Ta), 0 초과 0.5중량% 이하의 티타늄(Ti), 6.9 내지 8.9중량%의 텅스텐(W) 및 잔부가 니켈(Ni)로 이루어진다. Specific nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to another embodiment of the present invention is 4.5 to 7.0% by weight of aluminum (Al), 10.5 to 12.5% by weight of cobalt (Co), 2.65 to 4.65% by weight of chromium (Cr), 0.8 To 2.0% by weight of molybdenum (Mo), 1.8 to 2.5% by weight of rhenium (Re), 6.0 to 9.0% by weight of tantalum (Ta), more than 0 and up to 0.5% by weight of titanium (Ti), 6.9 to 8.9% by weight of Tungsten (W) and the remainder are made of nickel (Ni).
상기 다른 실시예는 상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 니켈기 단결정 초내열합금과 달리, 티타늄(Ti)을 함유하는 점에서 차이가 있다. 상기 본 발명의 다른 실시예에 의한 초내열합금의 조성은, 상용합금(CMSX4)의 조성과 비교하여, 하프늄(Hf)은 함유하지 않되, 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re) 및 텅스텐(W)의 함량이 상대적으로 더 높으며, 크롬(Cr) 및 티타늄(Ti)의 함량은 상대적으로 더 낮은 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 상용합금(CMSX4)의 조성은 5.6중량%의 알루미늄(Al), 10.0중량%의 코발트(Co), 5.4중량%의 크롬(Cr), 0.6중량%의 몰리브덴(Mo), 1.5중량%의 레늄(Re), 8.0중량%의 탄탈륨(Ta), 0.7중량%의 티타늄(Ti), 8.0중량%의 텅스텐(W), 0.2중량%의 하프늄(Hf) 및 잔부가 니켈(Ni)로 이루어진다. The other embodiments are different from the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to the embodiment of the present invention described above in that they contain titanium (Ti). The composition of the super heat-resistant alloy according to another embodiment of the present invention, compared with the composition of the commercial alloy (CMSX4), does not contain hafnium (Hf), but cobalt (Co), molybdenum (Mo), rhenium (Re) And a relatively higher content of tungsten (W), and a relatively lower content of chromium (Cr) and titanium (Ti). The composition of the commercial alloy (CMSX4) is 5.6 wt% aluminum (Al), 10.0 wt% cobalt (Co), 5.4 wt% chromium (Cr), 0.6 wt% molybdenum (Mo), 1.5 wt% rhenium (Re), 8.0% by weight of tantalum (Ta), 0.7% by weight of titanium (Ti), 8.0% by weight of tungsten (W), 0.2% by weight of hafnium (Hf) and the balance is made of nickel (Ni).
본 실시예에서 알루미늄(Al)의 조성은 4.5중량% 내지 7.0중량%를 만족할 수 있다. 알루미늄(Al)은 니켈기 단결정 초내열합금의 주 강화상인 감마 프라임 상(γ')의 구성 원소이므로, 고온 크리프 특성 향상에 필요한 원소이며, 내산화성 향상에도 기여한다. 그러나, 4.5중량% 미만에서는 크리프 강도가 저하되고, 반면에 7.0중량%를 초과할 경우에는 과도한 감마 프라임 상(γ')의 석출로 기계적 특성을 저하시킬 수 있다. 또, 알루미늄(Al)의 경우 조성의 절대량도 중요하지만 또 다른 감마 프라임 상(γ')의 생성원소인 티타늄(Ti) 함량과의 관계도 중요하다.In this embodiment, the composition of aluminum (Al) may satisfy 4.5% by weight to 7.0% by weight. Since aluminum (Al) is a constituent element of the gamma prime phase (γ'), which is the main strengthening phase of a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy, it is an element necessary to improve high-temperature creep characteristics, and contributes to improving oxidation resistance. However, when it is less than 4.5% by weight, the creep strength decreases, whereas when it exceeds 7.0% by weight, mechanical properties may be deteriorated due to excessive precipitation of the gamma prime phase (γ'). In addition, in the case of aluminum (Al), the absolute amount of the composition is also important, but the relationship with the content of titanium (Ti), which is an element of another gamma prime phase (γ'), is also important.
코발트(Co)의 조성은 10.5중량% 내지 12.5중량%를 만족할 수 있다. 코발트(Co)는 고용강화의 역할과 더불어 니켈기 단결정 초내열합금의 주 강화상인 감마 프라임 상(γ') 고상선과 기지인 감마상(γ)의 고상선을 변화시켜 용체화 처리가 가능한 온도에 영향을 주며, 고온 내식성을 향상시키기도 한다. 코발트(Co)의 함량이 10.5중량% 미만이면 크리프 특성이 낮아지며, 반면, 12.5중량%를 초과하면 용체화 처리가 가능한 온도 영역이 작아져 열처리 조건을 결정하기 어렵다.The composition of cobalt (Co) may satisfy 10.5% by weight to 12.5% by weight. In addition to the role of solid solution strengthening, cobalt (Co) changes the solid phase line of the gamma prime phase (γ'), which is the main strengthening phase of the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy, and the solid phase line of the gamma phase (γ), which is the base, so that the solution treatment becomes possible. It has an effect and also improves high temperature corrosion resistance. When the content of cobalt (Co) is less than 10.5% by weight, the creep characteristics are lowered, whereas when the content of cobalt (Co) is more than 12.5% by weight, the temperature range in which the solution treatment is possible becomes small, making it difficult to determine the heat treatment conditions.
크롬(Cr)의 조성은 2.65 내지 4.65중량%를 만족할 수 있다. 크롬(Cr)의 함량이 2.65중량% 미만인 경우 고온산화 및 부식저항성 특성이 열화되며, 크롬(Cr)의 함량이 4.65중량%를 초과할 경우 고온 강도가 취약해지는 문제점이 발생할 수 있다. The composition of chromium (Cr) may satisfy 2.65 to 4.65% by weight. When the content of chromium (Cr) is less than 2.65% by weight, high-temperature oxidation and corrosion resistance characteristics are deteriorated, and when the content of chromium (Cr) is more than 4.65% by weight, the high temperature strength may be weakened.
몰리브덴(Mo)의 조성은 0.8 내지 2.0중량%를 만족할 수 있다. 몰리브덴(Mo)은 고용강화 원소로 니켈기 단결정 초내열합금의 고온 특성을 향상시키는 역할을 한다. 하지만 2.0중량%를 초과할 경우 밀도가 높아지고 TCP상이 생성될 수 있으며, 0.8중량% 미만인 경우에는 고용강화 효과를 기대하기 어렵다.The composition of molybdenum (Mo) may satisfy 0.8 to 2.0% by weight. Molybdenum (Mo) is a solid solution strengthening element and plays a role in improving the high temperature characteristics of a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy. However, when it exceeds 2.0% by weight, the density increases and a TCP phase may be generated, and when it is less than 0.8% by weight, it is difficult to expect a solid solution strengthening effect.
레늄(Re)은 고용강화 원소로 확산속도가 매우 느리기 때문에 크리프 특성 향상에 크게 기여한다. 다시 말해, 레늄을 첨가함으로써, 초내열합금은 고온에서 사용하기 위해 필수적인 크리프 수명 뿐 아니라 크리프 변형에 대한 저항성이 크게 향상된다. 그러나 다량을 함유하면, 상 안정성이 저하되고 밀도가 커지며 또한 가격이 비싸기 때문에, 본 실시예에서는 1.8 내지 2.5중량%의 범위를 갖도록 제한한다.Rhenium (Re) is a solid solution strengthening element and has a very slow diffusion rate, which greatly contributes to the improvement of creep characteristics. In other words, by adding rhenium, the superheat-resistant alloy is greatly improved in resistance to creep deformation as well as creep life, which is essential for use at high temperatures. However, when a large amount is contained, the phase stability is lowered, the density is increased, and the price is high, and thus, in this example, the range is limited to 1.8 to 2.5% by weight.
탄탈륨(Ta)의 조성은 6.0 내지 9.0중량%를 만족할 수 있다. 탄탈륨(Ta)은 주 강화상인 감마 프라임 상(γ')에 고용되어 감마 프라임 상(γ')상을 강화시키는 역할을 한다. 이를 통해 크리프 강도의 향상에 기여하며, 수지상간 영역에 편석되어 이 영역의 밀도를 높이므로 주조결함인 프렉클의 생성을 억제하기도 한다. 탄탈륨(Ta)의 함량이 6.0중량% 미만이면 상기 효과를 기대할 수 없으며, 9.0중량%를 초과할 경우 델타상(δ)이 석출될 수 있어서 특성을 저하시키게 된다.The composition of tantalum (Ta) may satisfy 6.0 to 9.0% by weight. Tantalum (Ta) is dissolved in the gamma prime phase (γ'), which is the main strengthening phase, and serves to strengthen the gamma prime phase (γ'). Through this, it contributes to the improvement of the creep strength, and because it is segregated in the interdendritic region to increase the density of this region, it also suppresses the generation of freckle, which is a casting defect. If the content of tantalum (Ta) is less than 6.0% by weight, the above effect cannot be expected, and if the content of tantalum (Ta) is more than 9.0% by weight, a delta phase (δ) may be precipitated, resulting in deterioration of properties.
티타늄(Ti)은 알루미늄과 마찬가지로 γ' 상의 구성원소로 크리프 강도 향상에 도움을 준다. 특히 티타늄 첨가에 따라 미스핏(misfit)이 커지고 적층결함 에너지가 작아지게 되기 때문에 크리프 특성을 향상시키도록 한다. 하지만 0.5중량%를 초과하여 과도하게 첨가될 경우 TCP상의 분율이 증가하고 내산화성이 감소되고 상 안정성이 저하되므로 상한치를 0.5중량%로 제한된다.Titanium (Ti), like aluminum, is a constituent element of the γ'phase and helps to improve creep strength. In particular, as the addition of titanium increases the misfit and decreases the stacking defect energy, the creep characteristics are improved. However, if excessively added in excess of 0.5% by weight, the fraction of the TCP phase increases, the oxidation resistance decreases, and the phase stability decreases, so the upper limit is limited to 0.5% by weight.
텅스텐은 고용강화에 의해 크리프 강도를 높이는 원소이다. 하지만, 다량을 첨가하면, 밀도가 높아지고 인성 및 내식성이 저하되며 상 안정성이 저하된다. 또한, 단결정 및 일방향 응고를 할 때, 프렉클(freckle)과 같은 주조 결함의 발생 가능성이 증가한다. 따라서 고온강도를 위해 6.9중량% 이상의 텅스텐이 첨가되며, 다량을 첨가하는 경우에 생길 수 있는 바람직하지 못한 효과를 억제하기 위해 상한치를 8.9중량%로 함량을 제한한다. 나아가, 크리프 수명의 향상을 위해서, 엄격하게는, 텅스텐이 8.1중량% 이상 첨가될 수 있는 바, 8.1 내지 8.9중량%의 텅스텐(W)의 조성범위를 만족할 수도 있다. Tungsten is an element that increases creep strength by solid solution strengthening. However, when a large amount is added, the density increases, toughness and corrosion resistance decrease, and phase stability decreases. In addition, when a single crystal and one-way solidification are performed, the possibility of occurrence of casting defects such as freckle increases. Therefore, 6.9% by weight or more of tungsten is added for high-temperature strength, and the content is limited to 8.9% by weight in order to suppress undesirable effects that may occur when a large amount is added. Further, in order to improve the creep life, strictly, tungsten may be added in an amount of 8.1% by weight or more, and the composition range of 8.1 to 8.9% by weight of tungsten (W) may be satisfied.
본 발명의 다른 실시예에 의한 니켈기 단결정 초내열합금은 TCP상의 분율이 증가하는 문제점을 극복하기 위하여 티타늄(Ti)의 함량을 0.5중량% 이하로 제한하여 설계하였다. TCP상은 취성이 강한 상으로 초내열합금의 기계적 특성을 열화시키는 상이므로 가능한 억제되어야 한다. 다만, 니켈기 단결정 초내열합금 내 티타늄(Ti)의 함량이 낮아지면 크리프 특성이 열화될 수 있으나, 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re), 텅스텐(W) 및 크롬(Cr)의 함량을 상술한 바와 같이 제어함으로써 티타늄(Ti)이 0.5중량% 초과 함량일 때의 크리프 특성을 여전히 유지할 수 있음을 확인하였다. The nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to another embodiment of the present invention was designed by limiting the content of titanium (Ti) to 0.5% by weight or less in order to overcome the problem of increasing the fraction of the TCP phase. The TCP phase is a highly brittle phase and should be suppressed as much as possible because it deteriorates the mechanical properties of the super heat-resistant alloy. However, when the content of titanium (Ti) in the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy decreases, the creep characteristics may deteriorate, but cobalt (Co), molybdenum (Mo), rhenium (Re), tungsten (W) and chromium (Cr) It was confirmed that the creep properties when the content of titanium (Ti) exceeded 0.5% by weight was still maintained by controlling the content as described above.
본 발명자는 상술한 조성을 가지는 본 발명의 다른 실시예에 의한 니켈기 단결정 초내열합금에 대하여 982℃의 온도 및 248MPa의 응력 조건으로 크리프 테스트(Creep Test)한 경우 라이프 타임(life time)이 280시간 이상이며, 상기 초내열 합금을 75% Na2SO4와 25% NaCl의 혼합염에 침지하여 850℃의 온도에서 15시간 동안 유지한 후의 상기 초내열 합금의 단면 부식 깊이는 0.1mm 보다 작게 현출됨을 확인하였다. The inventors of the present invention have a life time of 280 hours when a creep test is performed under a temperature of 982°C and a stress condition of 248 MPa for a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to another embodiment of the present invention having the above composition. Above, and after immersing the super heat-resistant alloy in a mixed salt of 75% Na 2 SO 4 and 25% NaCl and maintaining it at a temperature of 850° C. for 15 hours, the cross-sectional corrosion depth of the super heat-resistant alloy is revealed to be less than 0.1 mm. Confirmed.
실험예Experimental example
이하에서는 본 발명의 니켈기 단결정 초내열합금의 제조방법에 의해 구현된 니켈기 단결정 초내열합금의 특성을 파악하기 위한 실험예들을 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 실시예들이 아래의 실험예들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, experimental examples for grasping the characteristics of a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy implemented by the method of manufacturing a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy of the present invention will be described. However, the following experimental examples are only for helping understanding of the present invention, and embodiments of the present invention are not limited to the following experimental examples.
시편의 조성Composition of the specimen
표 1은 본 실험예에 제공된 시편들의 합금 조성(단위: 중량%)을 나타낸 것이다. Table 1 shows the alloy composition (unit:% by weight) of the specimens provided in this experimental example.
표 1을 참조하면, 비교예1은 상용합금(CMSX4)의 조성으로서 5.6중량%의 알루미늄(Al), 10.0중량%의 코발트(Co), 5.4중량%의 크롬(Cr), 0.6중량%의 몰리브덴(Mo), 1.5중량%의 레늄(Re), 8.0중량%의 탄탈륨(Ta), 0.7중량%의 티타늄(Ti), 8.0중량%의 텅스텐(W), 0.2중량%의 하프늄(Hf) 및 잔부가 니켈(Ni)로 이루어진다. 비교예1에 의한 니켈기 단결정 초내열합금의 조성은, 본 발명의 실시예와 달리, 10.5 내지 12.5중량%의 코발트(Co)의 조성범위를 만족하지 못하며, 2.65 내지 4.65중량%의 크롬(Cr)의 조성범위를 만족하지 못하며, 0.8 내지 2.0중량%의 몰리브덴(Mo)의 조성범위를 만족하지 못하며, 1.8 내지 2.5중량%의 레늄(Re)의 조성범위를 만족하지 못하며, 0 내지 0.5중량%의 티타늄(Ti)의 조성범위를 만족하지 못하며, 8.1 내지 8.9중량%의 텅스텐(W)의 엄격한 조성범위를 만족하지 못하며, 0.2중량%의 하프늄(Hf)을 더 함유한다. Referring to Table 1, Comparative Example 1 is a composition of a commercial alloy (CMSX4), which is 5.6% by weight of aluminum (Al), 10.0% by weight of cobalt (Co), 5.4% by weight of chromium (Cr), and 0.6% by weight of molybdenum. (Mo), 1.5% by weight rhenium (Re), 8.0% by weight tantalum (Ta), 0.7% by weight titanium (Ti), 8.0% by weight tungsten (W), 0.2% by weight hafnium (Hf) and cup It consists of additional nickel (Ni). The composition of the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to Comparative Example 1, unlike the examples of the present invention, does not satisfy the composition range of 10.5 to 12.5% by weight of cobalt (Co), and 2.65 to 4.65% by weight of chromium (Cr ) Does not satisfy the composition range, does not satisfy the composition range of 0.8 to 2.0 wt% molybdenum (Mo), does not satisfy the composition range of 1.8 to 2.5 wt% rhenium (Re), 0 to 0.5 wt% It does not satisfy the composition range of titanium (Ti), does not satisfy the strict composition range of tungsten (W) of 8.1 to 8.9% by weight, and further contains 0.2% by weight of hafnium (Hf).
비교예2는 6.0중량%의 알루미늄(Al), 11.5중량%의 코발트(Co), 4.0중량%의 크롬(Cr), 1.0중량%의 몰리브덴(Mo), 2.0중량%의 레늄(Re), 7.0중량%의 탄탈륨(Ta), 1.0중량%의 티타늄(Ti), 8.5중량%의 텅스텐(W) 및 잔부가 니켈(Ni)로만 이루어진 니켈기 단결정 초내열합금을 제공한다. 비교예2에 의한 니켈기 단결정 초내열합금의 조성은, 본 발명의 실시예와 달리, 0 내지 0.5중량%의 티타늄(Ti)의 조성범위를 만족하지 못한다. Comparative Example 2 is 6.0% by weight of aluminum (Al), 11.5% by weight cobalt (Co), 4.0% by weight chromium (Cr), 1.0% by weight molybdenum (Mo), 2.0% by weight rhenium (Re), 7.0 It provides a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy consisting only of tantalum (Ta), 1.0% titanium (Ti), 8.5% tungsten (W), and the balance nickel (Ni) by weight. The composition of the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to Comparative Example 2, unlike the embodiment of the present invention, does not satisfy the composition range of 0 to 0.5% by weight of titanium (Ti).
실시예1은 5.5중량%의 알루미늄(Al), 11.5중량%의 코발트(Co), 4.0중량%의 크롬(Cr), 1.0중량%의 몰리브덴(Mo), 2.0중량%의 레늄(Re), 8.0중량%의 탄탈륨(Ta), 8.5중량%의 텅스텐(W) 및 잔부가 니켈(Ni)로만 이루어진 니켈기 단결정 초내열합금을 제공한다. 상기 실시예1에 따른 초내열합금의 조성은, 상용합금(CMSX4)의 조성과 비교하여, 티타늄(Ti) 및 하프늄(Hf)은 함유하지 않되, 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re) 및 텅스텐(W)의 함량이 상대적으로 더 높으며, 크롬(Cr)의 함량은 상대적으로 더 낮은 것을 특징으로 한다. Example 1 is 5.5 wt% of aluminum (Al), 11.5 wt% of cobalt (Co), 4.0 wt% of chromium (Cr), 1.0 wt% of molybdenum (Mo), 2.0 wt% of rhenium (Re), 8.0 It provides a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy composed of only weight% tantalum (Ta), 8.5 weight% tungsten (W), and the balance nickel (Ni). The composition of the super heat-resistant alloy according to Example 1 was compared with the composition of the commercial alloy (CMSX4), but did not contain titanium (Ti) and hafnium (Hf), but cobalt (Co), molybdenum (Mo), rhenium ( The content of Re) and tungsten (W) is relatively higher, and the content of chromium (Cr) is relatively lower.
실시예2는 6.0중량%의 알루미늄(Al), 11.5중량%의 코발트(Co), 4.0중량%의 크롬(Cr), 1.0중량%의 몰리브덴(Mo), 2.0중량%의 레늄(Re), 7.0중량%의 탄탈륨(Ta), 0.5중량%의 티타늄(Ti), 8.5중량%의 텅스텐(W) 및 잔부가 니켈(Ni)로만 이루어진 니켈기 단결정 초내열합금을 제공한다. 상기 실시예2에 따른 초내열합금의 조성은, 상용합금(CMSX4)의 조성과 비교하여, 하프늄(Hf)은 함유하지 않되, 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re) 및 텅스텐(W)의 함량이 상대적으로 더 높으며, 크롬(Cr) 및 티타늄(Ti)의 함량은 상대적으로 더 낮은 것을 특징으로 한다. Example 2 is 6.0% by weight of aluminum (Al), 11.5% by weight of cobalt (Co), 4.0% by weight of chromium (Cr), 1.0% by weight of molybdenum (Mo), 2.0% by weight of rhenium (Re), 7.0 It provides a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy consisting only of tantalum (Ta), 0.5% titanium (Ti), 8.5% tungsten (W) and the balance nickel (Ni) by weight. The composition of the super heat-resistant alloy according to Example 2, compared with the composition of the commercial alloy (CMSX4), does not contain hafnium (Hf), but cobalt (Co), molybdenum (Mo), rhenium (Re), and tungsten ( The content of W) is relatively higher, and the content of chromium (Cr) and titanium (Ti) is relatively lower.
고온 내식 테스트(Hot Corrosion Test)Hot Corrosion Test
먼저, 표 1의 조성을 가지는 시편들을 준비한다. 상기 시편은 지름 12mm, 두께 3mm의 형상으로 제공한 후 표면 폴리싱(polishing)을 수행하여 준비한다. 상기 준비된 시편을 75% Na2SO4와 25% NaCl을 혼합한 염이 담긴 배스(bath)에 넣어 850℃의 분위기에서 15시간 동안 유지시키는 고온 내식 테스트(Hot Corrosion Test)를 수행한다. 상기 고온 내식 테스트 후, 염과 혼합되어 있는 시편을 80℃ 증류수 속에 담아 수분간 유지한 후 염과 분리한다. 분리된 시편을 수직으로 절단하여 이미지 분석(image analysis)하여 시편 내로 침투(penetration)된 길이를 측정한다. First, prepare specimens having the composition shown in Table 1. The specimen is prepared by performing surface polishing after providing a shape having a diameter of 12 mm and a thickness of 3 mm. The prepared specimen is put in a bath containing a salt in which 75% Na 2 SO 4 and 25% NaCl are mixed and maintained in an atmosphere of 850° C. for 15 hours, followed by a hot corrosion test (Hot Corrosion Test). After the high-temperature corrosion resistance test, the specimen mixed with the salt is immersed in distilled water at 80° C. for several minutes, and then separated from the salt. The separated specimen is cut vertically and image analysis is performed to measure the length of penetration into the specimen.
표 2는 고온 내식 테스트(Hot Corrosion Test)에서 수득한 최종 시편을 수직으로 절단하여 시편 내로 침투된 길이를 측정한 결과를 나타낸 것이다. Table 2 shows the results of measuring the length of penetration into the specimen by vertically cutting the final specimen obtained in the hot corrosion test (Hot Corrosion Test).
실시예1에 의한 니켈기 단결정 초내열합금 시편 내 침투 길이는 0.05mm 보다 작은 0.02mm이며, 실시예2에 의한 니켈기 단결정 초내열합금 시편 내 침투 길이는 0.1mm 보다 작은 0.05mm이다. 이에 반하여, 비교예1에 의한 니켈기 단결정 초내열합금 시편 내 침투 길이는 0.44mm이며, 비교예2에 의한 니켈기 단결정 초내열합금 시편 내 침투 길이는 0.15mm이다. The penetration length in the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy specimen according to Example 1 is 0.02 mm, which is less than 0.05 mm, and the penetration length in the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy specimen according to Example 2 is 0.05 mm, which is less than 0.1 mm. In contrast, the penetration length in the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy specimen according to Comparative Example 1 was 0.44 mm, and the penetration length in the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy specimen according to Comparative Example 2 was 0.15 mm.
이에 의하면, 본 발명의 실시예들에 의한 니켈기 단결정 초내열합금들은 상용합금(비교예1) 보다 우수한 내식 저항성을 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 의한 니켈기 단결정 초내열합금들은 티타늄의 함량이 0.5중량%를 초과하는 니켈기 단결정 초내열합금(비교예2) 보다 우수한 내식 저항성을 가지는 것을 알 수 있다. Accordingly, it can be seen that the nickel-based single crystal superheat-resistant alloys according to the embodiments of the present invention have better corrosion resistance than the commercial alloy (Comparative Example 1). In addition, it can be seen that the nickel-based single crystal superheat-resistant alloys according to the embodiments of the present invention have better corrosion resistance than the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy (Comparative Example 2) having a titanium content exceeding 0.5% by weight.
크리프 테스트(Creep Test)Creep Test
표 1의 조성을 가지는 시편들에 대하여 크리프 테스트를 수행하였다. 크리프 테스트는 982℃의 온도 및 248MPa의 응력 조건으로 수행하였다. Creep tests were performed on specimens having the composition of Table 1. The creep test was performed under conditions of a temperature of 982° C. and a stress of 248 MPa.
도 1 및 표 3은 크리프 테스트 결과에 따른 니켈기 단결정 초내열합금의 수명(life time)을 비교한 것이다. 1 and Table 3 compare the life times of nickel-based single crystal superheat-resistant alloys according to creep test results.
실시예1에 의한 니켈기 단결정 초내열합금의 수명은 270시간 이상인 274시간이며, 실시예2에 의한 니켈기 단결정 초내열합금의 수명은 280시간 이상인 281시간이다. 이에 반하여, 비교예1에 의한 니켈기 단결정 초내열합금의 수명은 220시간이며, 비교예2에 의한 니켈기 단결정 초내열합금의 수명은 254시간이다. The life of the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to Example 1 is 270 hours or more, 274 hours, and the life of the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to Example 2 is 280 hours or more, 281 hours. In contrast, the lifetime of the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to Comparative Example 1 is 220 hours, and the life of the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy according to Comparative Example 2 is 254 hours.
이에 의하면, 본 발명의 실시예들에 의한 니켈기 단결정 초내열합금들은 상용합금(비교예1) 보다 우수한 크리프 수명을 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 의한 니켈기 단결정 초내열합금들은 티타늄의 함량이 0.5중량%를 초과하는 니켈기 단결정 초내열합금(비교예2) 보다 우수한 크리프 수명을 가지는 것을 알 수 있다. 나아가, 실시예1 보다 실시예2의 경우에서, 크리프 특성이 더 우수함을 확인할 수 있다. Accordingly, it can be seen that the nickel-based single crystal superheat-resistant alloys according to the embodiments of the present invention have a creep life superior to that of the commercial alloy (Comparative Example 1). In addition, it can be seen that the nickel-based single crystal superheat-resistant alloys according to the embodiments of the present invention have a creep life superior to that of the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy (Comparative Example 2) in which the titanium content exceeds 0.5% by weight. Furthermore, in the case of Example 2 than in Example 1, it can be confirmed that the creep characteristics are better.
고온 노출 테스트(Thermal Exposure Test)Thermal Exposure Test
표 1의 조성을 가지는 시편들에 대하여 고온에서 상안정성을 시험하기 위하여 고온 노출 테스트(Thermal Exposure Test)를 수행하였다. 상기 열 노출 테스트는 상기 시편을 대기 중 1050℃의 온도에서 1000시간 동안 유지하는 조건으로 고온 노출하는 테스트이다. 고온에서 오랜 시간 노출되게 되면 미세조직에 변화가 발생하는데, 그 중 TCP 상(Topologically Closed Packed Phase) 형성은 고온 기계적 성질을 저하시키는 주요 원인이다. 따라서 상기 고온 노출 테스트 수행 후 미세조직 관찰을 통하여 상안정성을 비교하였다. In order to test the phase stability at high temperature for the specimens having the composition of Table 1, a thermal exposure test was performed. The thermal exposure test is a test in which the specimen is exposed to high temperature under conditions of maintaining the specimen at a temperature of 1050° C. in the air for 1000 hours. When exposed to a high temperature for a long time, a change occurs in the microstructure. Among them, the formation of a Topologically Closed Packed Phase (TCP) is a major cause of deteriorating high temperature mechanical properties. Therefore, the phase stability was compared through microstructure observation after performing the high temperature exposure test.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실험예 중 실시예1 및 비교예1의 니켈기 단결정 초내열합금에 대한 고온 노출 테스트를 수행한 후의 미세조직을 관찰한 사진이다. 2 and 3 are photographs of microstructures after high-temperature exposure tests of the nickel-based single crystal superheat-resistant alloys of Example 1 and Comparative Example 1 of the experimental examples of the present invention were performed.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예1의 니켈기 단결정 초내열합금은 고온 노출 테스트를 수행한 후에도 건전한 미세조직이 나타나며 TCP 상(Topologically Closed Packed Phase)을 발견할 수 없었다. Referring to FIG. 2, the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy of Example 1 of the present invention exhibited a sound microstructure even after performing a high temperature exposure test, and could not find a TCP phase (Topologically Closed Packed Phase).
도 3을 참조하면, 본 발명의 비교예1의 니켈기 단결정 초내열합금은 고온 노출 테스트를 수행한 후 미세조직상의 변화가 관찰되었으며 TCP 상(Topologically Closed Packed Phase)이 형성되었음을 확인할 수 있었다(붉은색 화살표 참조). 3, the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy of Comparative Example 1 of the present invention was observed to have a microstructure change after performing a high temperature exposure test, and it was confirmed that a TCP phase (Topologically Closed Packed Phase) was formed (red See color arrows).
고온 유지성 파라미터High temperature retention parameters
본 실험예에서는 크리프 수명과 고온 내식 안정성의 곱으로 구현되는 고온 유지성 파라미터를 도입하여 니켈기 단결정 초내열합금을 평가하였다. 크리프 수명은 앞에서 설명한 크리프 테스트(Creep Test)의 표 3에 해당한다(도 4 참조). 한편, 상기 고온 내식(Hot corrosion) 안정성은 하기 수학식 1에 의하여 표현될 수 있는 바, 상용합금과 비교하기 위한 상대적인 파라미터이다(도 5 참조). In this experimental example, a nickel-based single crystal superheat-resistant alloy was evaluated by introducing a high-temperature retention parameter implemented as a product of creep life and high-temperature corrosion resistance. The creep life corresponds to Table 3 of the creep test described above (see Fig. 4). On the other hand, the hot corrosion stability can be expressed by the following Equation 1, and is a relative parameter for comparison with a commercial alloy (see FIG. 5).
[수학식 1][Equation 1]
고온 내식 안정성 = (비교예1의 부식 깊이 ?? 해당 합금 부식 깊이)/(비교예1의 부식 깊이)High temperature corrosion resistance = (corrosion depth of Comparative Example 1 ??corrosion depth of the alloy)/(corrosion depth of Comparative Example 1)
본 실험예에서 도입한 고온 유지성 파라미터는 하기 수학식 2에 의하여 표현될 수 있다(도 6 참조). The high temperature retention parameter introduced in this experimental example can be expressed by Equation 2 below (see FIG. 6).
[수학식 2][Equation 2]
고온 유지성 = 크리프 수명 x 고온 내식 안정성 High temperature retention = creep life x high temperature corrosion resistance
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실험예 중에서 실시예1 및 실시예2는 비교예1 및 비교예2 보다 크리프 수명, 고온 내식 안정성 및 고온 유지성이 모두 높다는 것을 확인할 수 있다. 4 to 6, it can be seen that, among the experimental examples of the present invention, Examples 1 and 2 have higher creep life, high temperature corrosion resistance, and high temperature retention than Comparative Examples 1 and 2.
이를 티타늄 함량의 관점에서 살펴보면, 4.5 내지 7.0중량%의 알루미늄(Al), 10.5 내지 12.5중량%의 코발트(Co), 2.65 내지 4.65중량%의 크롬(Cr), 0.8 내지 2.0중량%의 몰리브덴(Mo), 1.8 내지 2.5중량%의 레늄(Re), 6.0 내지 9.0중량%의 탄탈륨(Ta), 6.9 내지 8.9중량%의 텅스텐(W)의 조성범위를 만족하는 전제 하에서, 티타늄의 함량이 1.0중량%인 니켈기 단결정 초내열합금(비교예2) 보다 티타늄의 함량이 0.5중량%인 니켈기 단결정 초내열합금(실시예2)에서 크리프 수명, 고온 내식 안정성 및 고온 유지성이 모두 높음을 확인할 수 있다.Looking at this in terms of titanium content, 4.5 to 7.0% by weight of aluminum (Al), 10.5 to 12.5% by weight of cobalt (Co), 2.65 to 4.65% by weight of chromium (Cr), 0.8 to 2.0% by weight of molybdenum (Mo ), 1.8 to 2.5% by weight of rhenium (Re), 6.0 to 9.0% by weight of tantalum (Ta), 6.9 to 8.9% by weight of tungsten (W) under the premise that the composition range is satisfied, the content of titanium is 1.0% by weight It can be seen that in the nickel-based single-crystal super-heat-resistant alloy (Example 2) with a titanium content of 0.5% by weight compared to the phosphorus-nickel-based single crystal super-heat-resistant alloy (Comparative Example 2), creep life, high-temperature corrosion resistance, and high-temperature retention are all higher.
또한, 4.5 내지 7.0중량%의 알루미늄(Al), 10.5 내지 12.5중량%의 코발트(Co), 2.65 내지 4.65중량%의 크롬(Cr), 0.8 내지 2.0중량%의 몰리브덴(Mo), 1.8 내지 2.5중량%의 레늄(Re), 6.0 내지 9.0중량%의 탄탈륨(Ta), 6.9 내지 8.9중량%의 텅스텐(W)의 조성범위를 만족하는 전제 하에서, 티타늄의 함량이 1.0중량%인 니켈기 단결정 초내열합금(비교예2) 보다 티타늄을 함유하지 않는 니켈기 단결정 초내열합금(실시예1)에서 크리프 수명, 고온 내식 안정성 및 고온 유지성이 모두 높음을 확인할 수 있다. In addition, 4.5 to 7.0% by weight of aluminum (Al), 10.5 to 12.5% by weight of cobalt (Co), 2.65 to 4.65% by weight of chromium (Cr), 0.8 to 2.0% by weight of molybdenum (Mo), 1.8 to 2.5% by weight % Rhenium (Re), 6.0 to 9.0% by weight tantalum (Ta), and 6.9 to 8.9% by weight tungsten (W) under the premise that the composition range is satisfied, the nickel-based single crystal having a titanium content of 1.0% by weight is super heat resistant It can be seen that in the nickel-based single crystal superheat-resistant alloy (Example 1) that does not contain titanium than the alloy (Comparative Example 2), all of the creep life, high temperature corrosion resistance and high temperature retention properties are higher.
즉, 4.5 내지 7.0중량%의 알루미늄(Al), 10.5 내지 12.5중량%의 코발트(Co), 2.65 내지 4.65중량%의 크롬(Cr), 0.8 내지 2.0중량%의 몰리브덴(Mo), 1.8 내지 2.5중량%의 레늄(Re), 6.0 내지 9.0중량%의 탄탈륨(Ta), 6.9 내지 8.9중량%의 텅스텐(W)의 조성범위를 만족하는 전제 하에서, 크리프 수명, 고온 내식 안정성 및 고온 유지성의 측면에서, 티타늄의 함량이 0 내지 0.5중량%의 조성범위(도 4 내지 도 6의 구간 A)는 임계적 의의가 있다고 볼 수 있다. That is, 4.5 to 7.0% by weight of aluminum (Al), 10.5 to 12.5% by weight of cobalt (Co), 2.65 to 4.65% by weight of chromium (Cr), 0.8 to 2.0% by weight of molybdenum (Mo), 1.8 to 2.5% by weight % Rhenium (Re), 6.0 to 9.0 wt% tantalum (Ta), 6.9 to 8.9 wt% tungsten (W) under the premise that the composition range is satisfied, in terms of creep life, high temperature corrosion resistance and high temperature retention, It can be seen that the composition range of the titanium content of 0 to 0.5% by weight (section A of FIGS. 4 to 6) is of critical significance.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다. The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (6)
하프늄(Hf)은 함유하지 않는 것을 특징으로 하는,
니켈기 단결정 초내열합금.4.5 to 7.0 wt% aluminum (Al), 10.5 to 12.5 wt% cobalt (Co), 2.65 to 4.65 wt% chromium (Cr), 0.8 to 2.0 wt% molybdenum (Mo), 1.8 to 2.5 wt% Rhenium (Re), 6.0 to 9.0% by weight of tantalum (Ta), 6.9 to 8.9% by weight of tungsten (W) and the balance is made of nickel (Ni),
It is characterized in that it does not contain hafnium (Hf),
Nickel-based single crystal super heat-resistant alloy.
상기 초내열합금의 조성은, 상용합금(CMSX4)의 조성과 비교하여, 티타늄(Ti) 및 하프늄(Hf)은 함유하지 않되, 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re) 및 텅스텐(W)의 함량이 상대적으로 더 높으며, 크롬(Cr)의 함량은 상대적으로 더 낮은 것을 특징으로 하는,
니켈기 단결정 초내열합금.The method of claim 1,
The composition of the super heat-resistant alloy, compared with the composition of the commercial alloy (CMSX4), does not contain titanium (Ti) and hafnium (Hf), but cobalt (Co), molybdenum (Mo), rhenium (Re) and tungsten ( W) content is relatively higher, characterized in that the content of chromium (Cr) is relatively lower,
Nickel-based single crystal super heat-resistant alloy.
상기 초내열 합금을 대기 중 1050℃의 온도에서 1000시간 동안 유지하는 조건으로 고온 노출한 경우에도 상기 초내열 합금의 조직 내에 TCP 상(Topologically Closed Packed Phase)이 형성되지 않고,
상기 초내열 합금을 982℃의 온도 및 248MPa의 응력 조건으로 크리프 테스트(Creep Test)한 경우 라이프 타임(life time)이 270시간 이상이며,
상기 초내열 합금을 75% Na2SO4와 25% NaCl의 혼합염에 침지하여 850℃의 온도에서 15시간 동안 유지한 후의 상기 초내열 합금의 단면 부식 깊이는 0.05mm 보다 작은 것을 특징으로 하는,
니켈기 단결정 초내열합금.The method of claim 2,
Even when the super heat-resistant alloy is exposed to high temperature under the condition of maintaining at a temperature of 1050° C. in the air for 1000 hours, a TCP phase (Topologically Closed Packed Phase) is not formed in the structure of the super heat-resistant alloy,
When the super heat-resistant alloy is subjected to a creep test under a temperature of 982°C and a stress condition of 248 MPa, the life time is 270 hours or more,
After immersing the super heat-resistant alloy in a mixed salt of 75% Na 2 SO 4 and 25% NaCl and maintaining it at a temperature of 850° C. for 15 hours, the cross-sectional corrosion depth of the super heat-resistant alloy is less than 0.05 mm,
Nickel-based single crystal super heat-resistant alloy.
하프늄(Hf)은 함유하지 않는 것을 특징으로 하는,
니켈기 단결정 초내열합금.4.5 to 7.0 wt% aluminum (Al), 10.5 to 12.5 wt% cobalt (Co), 2.65 to 4.65 wt% chromium (Cr), 0.8 to 2.0 wt% molybdenum (Mo), 1.8 to 2.5 wt% Rhenium (Re), 6.0 to 9.0% by weight of tantalum (Ta), more than 0 and 0.5% by weight or less of titanium (Ti), 6.9 to 8.9% by weight of tungsten (W) and the remainder consisting of nickel (Ni),
It is characterized in that it does not contain hafnium (Hf),
Nickel-based single crystal super heat-resistant alloy.
상기 초내열합금의 조성은, 상용합금(CMSX4)의 조성과 비교하여, 하프늄(Hf)은 함유하지 않되, 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re) 및 텅스텐(W)의 함량이 상대적으로 더 높으며, 크롬(Cr) 및 티타늄(Ti)의 함량은 상대적으로 더 낮은 것을 특징으로 하는,
니켈기 단결정 초내열합금.The method of claim 4,
The composition of the super heat-resistant alloy does not contain hafnium (Hf), but the content of cobalt (Co), molybdenum (Mo), rhenium (Re) and tungsten (W) is compared with that of the commercial alloy (CMSX4). It is relatively higher, characterized in that the content of chromium (Cr) and titanium (Ti) is relatively lower,
Nickel-based single crystal super heat-resistant alloy.
상기 초내열 합금을 982℃의 온도 및 248MPa의 응력 조건으로 크리프 테스트(Creep Test)한 경우 라이프 타임(life time)이 280시간 이상이며,
상기 초내열 합금을 75% Na2SO4와 25% NaCl의 혼합염에 침지하여 850℃의 온도에서 15시간 동안 유지한 후의 상기 초내열 합금의 단면 부식 깊이는 0.1mm 보다 작은 것을 특징으로 하는,
니켈기 단결정 초내열합금.
The method of claim 5,
When the super heat-resistant alloy is subjected to a creep test under a temperature of 982°C and a stress condition of 248 MPa, the life time is 280 hours or more,
After immersing the super heat-resistant alloy in a mixed salt of 75% Na 2 SO 4 and 25% NaCl and maintaining it at a temperature of 850° C. for 15 hours, the cross-sectional corrosion depth of the super heat-resistant alloy is less than 0.1 mm,
Nickel-based single crystal super heat-resistant alloy.
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