KR102437409B1 - Ni기 합금, 가스 터빈재, 및 Ni기 합금의 제조 방법 - Google Patents

Ni기 합금, 가스 터빈재, 및 Ni기 합금의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102437409B1
KR102437409B1 KR1020197023893A KR20197023893A KR102437409B1 KR 102437409 B1 KR102437409 B1 KR 102437409B1 KR 1020197023893 A KR1020197023893 A KR 1020197023893A KR 20197023893 A KR20197023893 A KR 20197023893A KR 102437409 B1 KR102437409 B1 KR 102437409B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
based alloy
ppm
grain boundary
less
content
Prior art date
Application number
KR1020197023893A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190119045A (ko
Inventor
타쿠야 오카와
코이치 타카사와
에이지 마에다
마사토 요시다
Original Assignee
니혼 세이꼬쇼 엠앤이 가부시키가이샤
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 니혼 세이꼬쇼 엠앤이 가부시키가이샤 filed Critical 니혼 세이꼬쇼 엠앤이 가부시키가이샤
Publication of KR20190119045A publication Critical patent/KR20190119045A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102437409B1 publication Critical patent/KR102437409B1/ko

Links

Images

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%
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
    • 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
    • C22C19/056Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/04Heavy metals
    • F05C2201/0433Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0466Nickel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/17Alloys
    • F05D2300/175Superalloys

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

본 발명의 목적은 Ni기 합금의 크리프 특성을 향상시키는 것에 있다. 본 발명은 질량%로, 15.00∼25.00% Cr, 5.00∼15.00% Co, 1.00%~12.00% 미만 Mo, 1.50∼2.50% Ti, 1.00∼2.00% Al, 0.20∼1.00% Nb, 및 0.0010∼0.10% C; 또한 질량ppm으로, 10∼200ppm P, 30∼250ppm B, 및 30∼200ppm N을 함유하고, 잔부가 Ni 및 불가피 불순물을 포함하는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 Ni기 합금에 관한 것이다.

Description

Ni기 합금, 가스 터빈재, 및 Ni기 합금의 제조 방법
본 발명은 크리프 특성이 우수한 Ni기 합금, 가스 터빈재, 및 크리프 특성이 우수한 Ni기 합금의 제조 방법에 관한 것이다.
Ni기 합금은 고온에서 우수한 기계적 특성을 나타내고, 가스 터빈을 포함한 각종 기계 장치의 고온 부재로서 광범위하게 사용되고 있다. 일반적으로, Ni기 합금에 있어서 Al 또는 Ti, 또는 Nb 또는 Ta를 소량 첨가하여 결정입자 내에 Ni3(Al, Ti)으로 이루어지는 γ'(감마 프라임) 상 또는 Ni3(Al, Ti, Nb)으로 이루어지는 γ"(감마 더블 프라임)이라고 하는 석출 상을 미세 석출시켜 우수한 강도를 발현시키고 있다. 그러나, 동작 온도가 높아짐에 따라, 합금 내에서 결정입자의 내부보다 결정입자계(이하, 입계라고 약칭함)가 크리프 변형에 있어서의 약화 요인이 되기 때문에 더 높은 온도에서 사용하기 위해 입계를 적절하게 강화할 필요가 있다. 입계를 강화하기 위해서는 석출물 등의 일부 헤테로 상을 입계에 형성시킬 필요가 있다. 또한, 그 상기 헤테로상이 입계를 피복하는 비율, 즉 입계 피복률을 적절한 값 이상으로 하지 않으면 소망의 특성을 확보할 수 없다.
종래, 입계의 강도를 높이기 위한 방법으로서, 탄화물과 경질 상을 입계에 분산시키는 방법이 제시되고 있다. 예를 들면, 본 출원의 특허문헌 1에서는 입계에 MC 또는 M23C6 타입(M: 금속 원소, C: 탄소)의 탄화물을, 입계에서의 탄화물의 면적 비율을 결정 입자에 있어서의 탄화물의 면적 비율로 나누어 얻어지는 값으로서 정의된 탄화물 면적 비율이 0.6∼3.0을 충족하도록 석출시킴으로써 화력 발전 생성 터빈 로터용 Ni 기초합금의 입계 강화가 달성된다.
특허문헌 2에서는 탄화물을 이용하여 입계 강화를 도모하고 있다.
또한, 특허문헌 3에서는 알루미나로 이루어지는 경질 상을 입계에 분산시켜 강화를 도모하고 있다.
JP-A-2012-219339 JP-A-2005-314728 JP-A-2008-179845
그러나, 특허문헌 1에서 취급한 탄화물 면적 비율은 결정입자에 있어서의 탄화물의 양에 좌우되고, 입계만을 효과적으로 강화하고 있지 않을 가능성이 있다. 특허문헌 2에서는 입계 피복률이 공지되어 있지 않아 최적의 입계 강화가 행해지지 않을 가능성이 있다. 또한, 탄화물을 괴 형상으로 하기 위해 특수 열처리 공정을 필요로 하여 제조 비용을 높일 수 있다. 특허문헌 3에서는 경질 상의 입계 피복률이 명시되어 있지 않아 입계 강화가 최적으로 행해지고 있는지 여부가 불명확하다.
상술한 바와 같이, 지금까지 입계 강화에 의해 크리프 특성의 향상을 도모 한 Ni기 합금은 일부 개발되고 있지만, 소망의 크리프 특성 및 제조 비용 절감의 관점에서 가장 적합한 방법이 확립되었다고 말하기는 어렵다.
본 발명은 이러한 상황을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은 크리프 특성이 우수한 Ni기 합금, 가스 터빈재, 및 크리프 특성이 우수한 Ni기 합금의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 Ni기 합금은 질량%로, Cr: 15.00∼25.00%, Co: 5.00∼15.00%, Mo: 1.00% 이상 12.00% 미만, Ti: 1.50∼2.50%, Al: 1.00∼2.00%, Nb: 0.20∼1.00%, 및 C: 0.0010∼0.10%; 또한 질량ppm으로, P: 10∼200ppm, B: 30∼250ppm, 및 N: 30∼200ppm을 포함하고, 잔부가 Ni 및 불가피 불순물인 조성을 갖는다.
다른 실시형태의 Ni기 합금의 발명은 상기 실시형태에 기재된 발명에 있어서, 상기 P의 함유량이 P: 20∼150질량ppm이다.
다른 실시형태의 Ni기 합금의 발명은 상기 실시형태에 기재된 발명에 있어서, 석출 탄화물에 의해 입계가 강화되어 있다.
다른 실시형태의 Ni기 합금의 발명은 상기 실시형태에 기재된 발명에 있어서, 상기 합금 내의 입계의 길이에 대한 탄화물로 피복된 입계의 길이의 비율로서 정의된 입계 피복률이 85% 이상이다.
다른 실시형태의 Ni기 합금의 발명은 상기 실시형태에 기재된 발명에 있어서, 750℃ 및 333MPa에서의 크리프 파단 시간이 600시간 이상이다.
다른 실시형태의 Ni기 합금의 발명은 상기 실시형태에 기재된 발명에 있어서, Ni기 합금은, 750℃ 및 333MPa에서의 최소 크리프 속도가 1.5×10-5h-1 이하이다.
본 발명의 가스 터빈재는 상기 실시형태에 기재된 Ni기 합금을 포함한다.
본 발명의 Ni기 합금을 제조하는 방법은 상기 실시형태에 기재된 Ni기 합금을 용체화 처리하는 공정; 및 후속적으로 상기 Ni기 합금을 1010∼1050℃의 온도 및 760∼790℃의 온도에서 2회 시효 처리하는 공정을 포함한다.
(발명의 효과)
본 발명의 Ni기 합금은 크리프 특성이 우수하다. 또한, 본 발명의 Ni기 합금의 제조 방법에 따르면, 크리프 특성이 우수한 Ni기 합금을 얻을 수 있다.
도 1은 실시예 및 비교예의 Ni기 합금의 크리프 파단 시간과 P 함유량 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 실시예 및 비교예의 Ni기 합금의 최소 크리프 속도와 P 함유량 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 및 비교예의 Ni기 합금의 입계 근방의 FE-SEM 화상이다.
도 4는 실시예 및 비교예의 Ni기 합금의 입계 피복률과 P 함유량 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예 및 비교예의 Ni기 합금의 입계 피복률, 크리프 파단 시간, 및 최소 크리프 속도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하에, 본 발명의 일 실시형태를 설명한다. 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 Ni기 합금은 질량% 또는 질량ppm으로, Cr: 19∼21%, Co: 9∼11%, Mo: 1∼10%, Ti: 1.8∼2.2%, Al: 1.1∼1.5%; Nb: 0.3∼0.7%, C: 0.04∼0.08%, P: 30∼140ppm, B: 30∼70ppm, 및 N: 40∼80ppm을 포함하고, 잔부가 Ni 및 불가피 불순물인 조성을 갖는다.
이하에, 본 발명에서 정의한 기술적 사항의 작용 및 제한 이유를 설명한다. 상기 합금 조성 중에서, P, B, 및 N의 함유량은 질량ppm으로 나타내고, 다른 원소의 함유량은 질량%로 나타낸다. 또한, 질량ppm 및 질량%는 각각 중량ppm 및 중량%와 동일한 의미를 갖고, "∼"는 그 하한값 이상 상한값 이하인 것을 의미한다.
Cr: 15.00∼25.00%
Cr은 내산화성, 내식성, 및 강도를 높이기 위해 필요한 원소이다. 또한, C와 결합하여 탄화물을 생성하여 고온 강도를 높인다. 그러나, 그 함유량이 너무 많으면 매트릭스의 불안정화를 초래하고, σ 상 및 α-Cr 등의 유해한 TCP 상의 형성을 촉진하여 연성 및 인성에 악영향을 초래한다. 따라서, Cr의 함유량은 15.00∼25.00%로 한정한다.
같은 이유에서, Cr 함유량의 하한을 18.00% 이상, 상한을 22.00% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
Co: 5.00∼15.00%
Co는 Al, Ti, Nb, 및 W 등의 합금 원소의 분배 계수를 1에 가깝게 하여 합금의 편석성을 개선하는 원소이다. Co의 함유량이 5.00% 미만이면, 상기 효과를 충분히 얻을 수 없다. Co의 함유량이 15.00%를 초과하면, 단조성을 악화시킬뿐만 아니라 라베스 상을 쉽게 생성하기 때문에, 고온에서의 매트릭스 구조를 오히려 불안정하게 하고, 또한 고온 조직 안정성을 악화시킨다. 따라서, Co의 함유량은 5.00∼15.00%의 범위로 한정한다.
같은 이유에서, Co 함유량의 하한을 8.00% 이상, 상한을 12.00% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
Mo: 1.00% 이상 12.00% 미만
Mo는 주로 매트릭스에 용해되어 이를 강화함과 아울러, γ' 상에 용해되어 상기 상의 Al 사이트를 대체함으로써, 상기 상의 안정성을 높인다. 따라서, Mo는 고온 강도와 조직 안정성을 모두 높이는데 효과적이다. Mo 함유량이 1.0% 미만이면 상기 효과가 불충분하고, 12.00% 이상이면 라베스 상이 쉽게 생성되기 때문에 고온에서의 매트릭스 조직을 오히려 불안정하게 하고, 또한 고온 조직 안정성을 악화시킨다. 따라서, Mo의 함유량은 1.0% 이상 12.00% 미만의 범위로 한정한다.
같은 이유에서, Mo 함유량의 하한을 5.00% 이상, 상한을 10.00% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
Ti: 1.50∼2.50%
Ti는 주로 MC 탄화물을 형성하여 합금의 결정입자 조대화를 억제하고, Ni와 결합하여 γ' 상을 석출시켜 합금의 석출 강화에 기여한다. 그러나, Ti가 지나치게 함유되어 있으면, 고온에서의 γ' 상의 안정성을 저하시키고, η 상을 생성하여 강도, 연성, 인성, 및 고온 장시간의 조직 안정성을 손상시킨다. 따라서, Ti의 함유량은 1.50∼2.50%의 범위로 한정한다.
같은 이유에서, Ti 함유량의 하한을 1.80% 이상, 상한을 2.20% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
Al: 1.00∼2.00%
Al은 Ni과 결합하여 γ' 상을 석출시켜 합금의 석출 강화에 기여한다. 그러나, 그 함유량이 너무 많으면, γ' 상이 입계에 응집해서 조대화하여 고온에서의 기계적 특성을 현저하게 손상시키고, 또한 열간 가공성도 저하시킨다. 따라서, Al 함유량은 1.00∼2.00%로 한정한다.
같은 이유에서, Al 함유량의 하한을 1.30% 이상, 상한을 1.70% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
Nb: 0.20∼1.00%
Nb는 γ' 상을 안정화시켜 강도 증가에 기여하는 원소이지만, Nb가 과잉으로 함유되면 유해한 상인 η 상, δ 상, 및 라베스 상의 석출이 촉진되어 조직 안정성이 현저하게 저하한다. 따라서, Nb의 함유량은 0.20∼1.00%로 한정한다. 같은 이유에서, 하한은 0.30% 이상, 상한은 0.70% 이하로 하는 것이 바람직하다.
P: 10∼200ppm
본 발명자들은, P는 용체화 처리 및 제 1 단계 시효에 있어서, 유지 및 냉각 동안의 탄화물의 입내 석출을 억제하고, 입계 탄화물을 증가시키는 효과를 갖는다는 것을 발견하였다. 구체적으로는, 입계 탄화물을 석출시켜 최소 크리프 속도를 감소시키는 효과를 얻기 위해서는 합금 내의 입계의 길이에 대한 탄화물로 피복된 입계의 길이의 비율로 정의된 입계 피복률(이하, 단지 "입계 피복률"이라고도 함)이 85% 이상이어야 하며, 이를 위해서는 10ppm 이상의 P 함유량이 요구되는 것을 발견하였다. 그러나, P가 과도하게 함유되어 있으면, P의 입계 편석이 과잉으로 되어 입계의 정합성을 저하시켜 연성 저하 등을 일으킨다. 따라서, P 함유량의 상한은 200ppm에 한정한다.
같은 이유에서, P 함유량의 하한을 20ppm 이상, 상한을 150ppm 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
C: 0.0010∼0.10%
C는 탄화물을 형성하여 합금의 결정입자 조대화를 억제하고, 입계에 석출하여 고온 강도를 향상시키는 첨가 원소이지만, 함유량이 적으면 강도 향상에 충분한 효과가 발휘되지 않기 때문에 적어도 0.0010% 이상의 양으로 함유할 필요가 있다. 그러나, 함유량이 너무 많으면, 과도한 탄화물 형성으로 인해 γ' 상 등의 다른 유효한 석출물의 양이 감소하는 바와 같은 악영향이 우려되므로, 상한은 0.10%로 한다. 같은 이유에서, 하한을 0.010% 이상, 상한을 0.070% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
B: 30∼250ppm
B는 입계에 편석하여 고온 특성에 기여하므로 소망에 따라 함유시킨다. 그러나, B가 과잉으로 함유되어 있으면, 붕화물을 형성하기 쉬워지고, 반대로 입계 취화를 초래한다. 따라서, 소망에 따라 함유되는 B의 함유량은 250ppm 이하로 제어한다. 상기 효과를 충분히 얻기 위해서, B는 30ppm 이상의 양으로 함유하는 것이 바람직하고, 또한 상기와 같은 이유로 하한을 40ppm 이상, 상한을 200ppm 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
N: 30∼200ppm
N은 입계에 질화물을 형성하여 크리프 강도를 향상시키는 것으로 생각되지만, 함유량이 적으면 충분한 효과를 얻을 수 없으므로 30ppm 이상의 함유량이 필요하다. 그러나, 함유량이 너무 많으면 과잉의 질화물이 형성되어 연성 저하를 초래하기 때문에 상한은 200ppm으로 제어한다. 같은 이유에서, 하한을 40ppm 이상, 상한을 150ppm 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
Ni 및 불가피 불순물: 잔부
본 발명의 Ni기 합금의 잔부는 Ni 및 불가피 불순물이다.
그 함유량은 특별히 한정되지 않지만, Ni는 통상 55∼65%의 양으로 함유된다. 또한, 함유량은 바람직하게는 58질량% 이상 62질량% 이하이다.
또한, 불가피 불순물은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 S는 40ppm 이하 의 양으로 함유된다.
상술한 본 발명의 Ni기 합금에 함유된 성분의 함유량은, 예를 들면 형광 X선 등에 의해 측정할 수 있다.
본 발명의 Ni기 합금은 750℃ 및 333MPa에서의 크리프 파단 시간이 600시간 이상인 것이 바람직하다. 또한, 750℃ 및 333MPa에서의 최소 크리프 속도가 1.5×10-5h-1 이하인 것이 바람직하다. 또한, 입계 피복률이 85% 이상인 것이 바람직하다.
상기 수치를 충족함으로써 매우 우수한 크리프 특성을 나타낸다.
본 발명의 Ni기 합금의 제조 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 통상적인 방법에 의해 용제할 수 있다.
또한, 용제된 Ni기 합금에 용체화 처리 및 시효 처리함으로써 입계 강화된 Ni기 합금이 얻어진다.
용체화 처리는 처리되는 합금 조성에 따라 다르지만, 예를 들면 1080∼1100℃에서 5∼8시간 동안의 조건 하에서 행해질 수 있다. 이 조건 하에서, 결정입자가 조대화하지 않고, JIS G0551:2013에 따른 결정 입도가 약 5의 정세입자가 되기 때문에 바람직하다.
시효 처리는 2단계로 행하는 처리가 바람직하다. 1단계의 시효 처리는 1010∼1050℃의 온도에서 20∼24시간 동안 행하는 것이 바람직하다. 이러한 조건 하에서는 γ' 상이 충분히 성장하여 강도가 더 향상된다. 또한, 2단계의 시효 처리는 760∼790℃의 온도에서 8∼12시간 동안 행하는 것이 바람직하다. 이러한 조건 하에서, M23C6-타입 탄화물의 석출량과 MC-타입 탄화물의 지름이 적절한 범위 내에 포함되기 때문에, 고온 연성이 양호해진다.
또한, 1단계의 시효 후, 일단 합금을 냉각재까지 공랭하고, 이어서 2단계의 시효 온도로 승온하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 Ni기 합금에 대해 소망에 따라 단조 등의 가공을 더 행할 수 있다. 가공 시의 조건은 특별히 한정되지 않는다.
상술의 바람직한 조건 하에서 용체화 처리 및 시효 처리를 행하여 제조된 Ni기 합금은 석출 탄화물에 의해 입계 강화되어 입계 피복률이 85% 이상이다.
또한, 합금은 750℃ 및 333MPa에서의 크리프 파단 시간이 600시간 이상이고, 750℃ 및 333MPa에서의 최소 크리프 속도가 1.5×10-5h-1 이하인 특성을 갖고 있으며, 크리프 특성이 우수하다.
본 발명의 Ni기 합금을 가스 터빈 등의 고온 기기의 부재(가스 터빈재)로서 적용함으로써, 기기의 수명 연장 및 신뢰성 향상이 도모될 것으로 기대된다.
실시예
이하에, 본 발명의 실시예를 도면 및 표에 의거해서 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
표 1에 나타내는 성분을 갖는 합금을 진공 유도 용해법에 의해 용제하여 얻어지는 50kg의 둥근형 잉곳을 단조비 3.0으로 단조하여 단조 플레이트를 얻었다.
표 1에 나타내는 조성에 있어서, P, B, 및 N은 질량ppm으로 나타내고, 다른 성분은 질량%로 나타낸다. 또한, 표 1에 있어서의 "Bal."은 잔부를 의미한다. 또한, 표 1에 기재된 성분에 추가하여 불가피 불순물이 함유될 수 있다.
Figure 112019083391525-pct00001
얻어진 단조 플레이트를 적당한 크기로 잘라내고, 1100℃×5시간의 용체화 처리와, 1050℃×24시간 및 790℃×8시간의 2단계 시효를 실시하여 시험재를 얻었다.
계속해서, 시험재를 기기 가공하여 하기의 크리프 특성의 평가에 있어서 사용되는 크리프 시험편을 얻었다.
크리프 특성은 JIS Z2271:2013에 따른 크리프 플레이트 시험을 행하여 평가했다. 시험 온도는 750℃로 제어하고, 시험 응력은 333MPa로 제어했다. 얻어진 크리프 속도-시간 곡선으로부터 최소 크리프 속도와 파단 시간을 구했다.
각 시험재에 대해, 전계 방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM)을 이용하여 배율 3000에서 약 10시야의 FE-SEM 화상을 촬영하고, 각각의 시야 내의 모든 입계 길이에 대한 석출물로 피복된 입계 길이의 비를 구하고, 그 비를 평균하여 입계 피복률을 얻었다.
표 2는 각 시험재의 입계 피복률, 크리프 파단 시간, 및 최소 크리프 속도를 나타낸다.
도 1 및 도 2는 각각 크리프 파단 시간과 최소 크리프 속도의 P 함유량 의존성을 나타낸다. 상기 도면으로부터, 실시예 1∼3은 비교예보다 크리프 파단 시간이 길고, 최소 크리프 속도가 작아지는 것을 발견했다.
도 3은 FE-SEM으로 관찰한 각 예의 입계 근방의 SEM 이미지를 나타낸다. 어느 예에 있어서도, 입계에 탄화물이 확인되었다.
도 4는 P 함유량과 입계 피복률 사이의 관계를 나타낸다. 입계 피복률은 P 함유량이 증가함에 따라 증가하고, P 함유량이 32ppm에서 약 96%의 극대값을 나타낸 후, P 함유량에 관계없이 약 88%로 일정해졌다.
도 5는 입계 피복률, 최소 크리프 속도, 및 크리프 파단 시간 사이의 관계를 나타낸다. 입계 피복률, 최소 크리프 속도, 및 크리프 파단 시간 사이에 양호한 관계가 관찰되었고, 입계 피복률이 85% 이상에서 크리프 파단 시간이 600시간 이상이고, 최소 크리프 속도가 1.5×10-5h-1 이하인 크리프 특성이 얻어질 수 있었다.
Figure 112019083391525-pct00002
본 발명은 그 특정 실시형태를 참조하여 상세하게 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 그 안에서 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백하다. 본 출원은 2017년 2월 17일자로 제출된 일본 특허 출원 제2017-027525호에 의거하고 있으며, 그 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다. 또한, 여기에 인용된 모든 참조는 전체로서 포함된다.

Claims (8)

  1. 질량%로,
    Cr: 15.00∼25.00%;
    Co: 5.00∼15.00%;
    Mo: 1.00% 이상 12.00% 미만;
    Ti: 1.50∼2.50%;
    Al: 1.00∼2.00%;
    Nb: 0.20∼1.00%; 및
    C: 0.0010∼0.10%; 또한
    질량ppm으로,
    P: 10∼200ppm;
    B: 30∼250ppm; 및
    N: 30∼200ppm을 포함하고,
    잔부가 Ni 및 불가피 불순물인 조성을 갖는 Ni기 합금으로서,
    상기 Ni기 합금 내의 입계의 길이에 대한 탄화물로 피복된 입계의 길이의 비율로 정의된 입계 피복률이 85% 이상이고,
    750℃ 및 333MPa에서의 최소 크리프 속도가 1.5×10-5h-1 이하인 Ni기 합금.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 P의 함유량이 P: 20∼150질량ppm인 Ni기 합금.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    석출 탄화물에 의해 입계가 강화되는 Ni기 합금.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    750℃ 및 333MPa에서의 크리프 파단 시간이 600시간 이상인 Ni기 합금.
  6. 삭제
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 Ni기 합금을 포함하는 가스 터빈재.
  8. 질량%로, Cr: 15.00∼25.00%, Co: 5.00∼15.00%, Mo: 1.00% 이상 12.00% 미만, Ti: 1.50∼2.50%, Al: 1.00∼2.00%, Nb: 0.20∼1.00%, 및 C: 0.0010∼0.10%, 또한 질량ppm으로, P: 10∼200ppm, B: 30∼250ppm, 및 N: 30∼200ppm을 포함하고, 잔부가 Ni 및 불가피 불순물인 조성을 갖는 Ni기 합금을 용체화 처리하는 공정; 및
    후속적으로 상기 Ni기 합금을 1010∼1050℃의 온도에서 제 1 시효 처리하고, 이어서 760∼790℃의 온도에서 제 2 시효 처리하는 공정을 포함하며,
    상기 Ni기 합금 내의 입계의 길이에 대한 탄화물로 피복된 입계의 길이의 비율로 정의된 입계 피복률이 85% 이상이고, 750℃ 및 333MPa에서의 최소 크리프 속도가 1.5×10-5h-1 이하인, Ni기 합금의 제조 방법.
KR1020197023893A 2017-02-17 2018-02-16 Ni기 합금, 가스 터빈재, 및 Ni기 합금의 제조 방법 KR102437409B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017027525A JP6842316B2 (ja) 2017-02-17 2017-02-17 Ni基合金、ガスタービン材およびクリープ特性に優れたNi基合金の製造方法
JPJP-P-2017-027525 2017-02-17
PCT/JP2018/005533 WO2018151262A1 (ja) 2017-02-17 2018-02-16 Ni基合金、ガスタービン材およびNi基合金の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190119045A KR20190119045A (ko) 2019-10-21
KR102437409B1 true KR102437409B1 (ko) 2022-08-29

Family

ID=63169420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197023893A KR102437409B1 (ko) 2017-02-17 2018-02-16 Ni기 합금, 가스 터빈재, 및 Ni기 합금의 제조 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11131013B2 (ko)
JP (1) JP6842316B2 (ko)
KR (1) KR102437409B1 (ko)
CN (1) CN110300811B (ko)
WO (1) WO2018151262A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2565063B (en) 2017-07-28 2020-05-27 Oxmet Tech Limited A nickel-based alloy
AU2019363613A1 (en) * 2018-10-26 2021-05-20 Oerlikon Metco (Us) Inc. Corrosion and wear resistant nickel based alloys
CN112575228B (zh) * 2020-11-12 2021-09-03 中国联合重型燃气轮机技术有限公司 抗蠕变、长寿命镍基变形高温合金及其制备方法和应用
CN113234963B (zh) * 2021-05-19 2021-12-17 沈阳航空航天大学 室温以及低温环境用镍铬基超合金及其制备方法
CN114892013A (zh) * 2022-05-18 2022-08-12 江苏宇钛新材料有限公司 一种含钴镍铬基高温合金及其制备方法与应用
CN115537604B (zh) * 2022-09-23 2023-10-20 北京北冶功能材料有限公司 一种抗蠕变、抗氧化的镍基高温合金及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008075171A (ja) * 2006-09-25 2008-04-03 Nippon Seisen Co Ltd 耐熱合金ばね、及びそれに用いるNi基合金線
JP2012219339A (ja) 2011-04-11 2012-11-12 Japan Steel Works Ltd:The Ni基超合金材、タービンロータおよびそれらの製造方法
JP2013177668A (ja) * 2012-02-10 2013-09-09 Toshiba Corp Ni基合金、その製造方法およびタービン用部品

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69423061T2 (de) 1993-08-06 2000-10-12 Hitachi Ltd Gasturbinenschaufel, Verfahren zur Herstellung derselben sowie Gasturbine mit dieser Schaufel
DE59904846D1 (de) 1999-05-20 2003-05-08 Alstom Switzerland Ltd Nickel-Basis-Superlegierung
JP4277113B2 (ja) * 2002-02-27 2009-06-10 大同特殊鋼株式会社 耐熱ばね用Ni基合金
JP4036091B2 (ja) 2002-12-17 2008-01-23 株式会社日立製作所 ニッケル基耐熱合金及びガスタービン翼
DE10302989B4 (de) * 2003-01-25 2005-03-03 Schmidt + Clemens Gmbh & Co. Kg Verwendung einer Hitze- und korrosionsbeständigen Nickel-Chrom-Stahllegierung
JP4430974B2 (ja) 2004-04-27 2010-03-10 大同特殊鋼株式会社 低熱膨張Ni基超合金の製造方法
JP5147037B2 (ja) 2006-04-14 2013-02-20 三菱マテリアル株式会社 ガスタービン燃焼器用Ni基耐熱合金
JP2008179845A (ja) 2007-01-23 2008-08-07 General Electric Co <Ge> ナノ構造化超合金構造部材及び製造方法
EP2196551B1 (en) * 2007-08-31 2014-12-17 Hitachi Metals, Ltd. Use of low-thermal-expansion nickel-based superalloy for a boiler component, according boiler component and method for its production
DE102007062417B4 (de) 2007-12-20 2011-07-14 ThyssenKrupp VDM GmbH, 58791 Austenitische warmfeste Nickel-Basis-Legierung
JP2010138476A (ja) * 2008-12-15 2010-06-24 Toshiba Corp ジェットポンプビームおよびその製造方法
JP5657964B2 (ja) * 2009-09-15 2015-01-21 三菱日立パワーシステムズ株式会社 高強度Ni基鍛造超合金及びその製造方法
KR20150004918A (ko) * 2009-12-10 2015-01-13 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 오스테나이트계 내열 합금
KR101651345B1 (ko) * 2012-06-07 2016-08-25 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 Ni기 합금
JP5981250B2 (ja) * 2012-07-19 2016-08-31 株式会社東芝 鋳造用Ni基合金、鋳造用Ni基合金の製造方法およびタービン鋳造部品
JP6393993B2 (ja) * 2013-07-12 2018-09-26 大同特殊鋼株式会社 高温強度に優れた熱間鍛造可能なNi基超合金
JP6223743B2 (ja) * 2013-08-07 2017-11-01 株式会社東芝 Ni基合金の製造方法
JP6176665B2 (ja) * 2014-02-20 2017-08-09 株式会社日本製鋼所 Ni−Fe基合金およびNi−Fe基合金材の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008075171A (ja) * 2006-09-25 2008-04-03 Nippon Seisen Co Ltd 耐熱合金ばね、及びそれに用いるNi基合金線
JP2012219339A (ja) 2011-04-11 2012-11-12 Japan Steel Works Ltd:The Ni基超合金材、タービンロータおよびそれらの製造方法
JP2013177668A (ja) * 2012-02-10 2013-09-09 Toshiba Corp Ni基合金、その製造方法およびタービン用部品

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018131667A (ja) 2018-08-23
KR20190119045A (ko) 2019-10-21
US11131013B2 (en) 2021-09-28
US20200239993A1 (en) 2020-07-30
CN110300811B (zh) 2021-08-31
CN110300811A (zh) 2019-10-01
JP6842316B2 (ja) 2021-03-17
WO2018151262A1 (ja) 2018-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102437409B1 (ko) Ni기 합금, 가스 터빈재, 및 Ni기 합금의 제조 방법
JP5582532B2 (ja) Co基合金
EP2826877B1 (en) Hot-forgeable Nickel-based superalloy excellent in high temperature strength
JP4861651B2 (ja) 進歩したガスタービンエンジン用Ni−Cr−Co合金
JP6839401B1 (ja) Ni基超耐熱合金及びNi基超耐熱合金の製造方法
JP5792500B2 (ja) Ni基超合金材およびタービンロータ
US8685316B2 (en) Ni-based heat resistant alloy, gas turbine component and gas turbine
AU2017232117B2 (en) Method for producing Ni-based superalloy material
JP6687118B2 (ja) TiAl合金及びその製造方法
JP6733210B2 (ja) 熱間鍛造用Ni基超合金
KR20200002965A (ko) 석출 경화성의 코발트-니켈 베이스 초합금 및 이로부터 제조된 물품
US7922969B2 (en) Corrosion-resistant nickel-base alloy
JP4768672B2 (ja) 組織安定性と高温強度に優れたNi基合金およびNi基合金材の製造方法
JP4387331B2 (ja) Ni−Fe基合金およびNi−Fe基合金材の製造方法
JP5395516B2 (ja) 蒸気タービンのタービンロータ用ニッケル基合金及び蒸気タービンのタービンロータ
JP6293682B2 (ja) 高強度Ni基超合金
JP2014070230A (ja) Ni基超耐熱合金の製造方法
JP6733211B2 (ja) 熱間鍛造用Ni基超合金
US3937628A (en) Solid-solution strengthened austenitic alloys
JP2004256840A (ja) 複合強化型Ni基超合金とその製造方法
JP6176665B2 (ja) Ni−Fe基合金およびNi−Fe基合金材の製造方法
JP2002097537A (ja) Co−Ni基耐熱合金およびその製造方法
JP6738010B2 (ja) 高温強度特性および高温クリープ特性に優れたニッケル基合金
EP1308529B1 (en) Titanium aluminum intermetallic compound based alloy and method of fabricating a product from the alloy
KR102139177B1 (ko) 크립 특성이 우수한 단련용 니켈기 초내열합금 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant