KR20150129743A

KR20150129743A - 가공 가능한, 고강도, 내산화성 Ni-Cr-Co-Mo-Al 합금

Info

Publication number: KR20150129743A
Application number: KR1020157025345A
Authority: KR
Inventors: 에스. 크리슈나 스리바스타바; 리 파이크
Original assignee: 헤인스 인터내셔널, 인코포레이티드
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-11-20
Also published as: JP2016514768A; US10358699B2; AU2014275471A1; ES2654397T3; CA2901159C; US20190323107A1; US20160002752A1; UA115899C2; MX2015012388A; NO3021027T3; KR102239474B1; WO2014197088A1; US20180230578A1; RU2015144303A3; EP2971205B1; RU2015144303A; DK2971205T3; US10577680B2; TWI645049B; CN105143481B

Abstract

15 내지 20 중량% 크롬, 9.5 내지 20 중량% 코발트, 7.25 내지 10 중량% 몰리브덴, 2.72 내지 3.9 중량% 알루미늄과 함께 전형적인 불순물, 허용치 최대 10.5 중량% 철, 미량 원소 첨가물 및 잔부 니켈을 포함하는 Ni-Cr-Co-Mo-Al계 합금이 개시된다. 상기 합금은 용이하게 가공 가능하고, 최대 2100℉(1149℃)의 고온에서 높은 크리프 강도, 및 훌륭한 내산화성을 가진다. 상기 특징의 조합은 예를 들어, 연소기를 포함하는 다양한 가스터빈 엔진 부품에 유용하다.

Description

가공 가능한, 고강도, 내산화성 Ni-Cr-Co-Mo-Al 합금 {FABRICABLE, HIGH STRENGTH, OXIDATION RESISTANT Ni-Cr-Co-Mo-Al ALLOYS}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2013년 3월 15일자 미국 가출원번호 제61/790,137호의 우선권을 주장하며, 상기 문헌은 본 명세서에 참조문헌으로 포함된다.

발명의 분야

본 발명은 높은 온도에서의 사용을 위한 가공 가능한, 고강도 합금에 관련된다. 특히, 가스터빈 엔진 연소기 및 다른 고온을 요구하는 환경에 사용할 수 있도록 훌륭한 내산화성(oxidation resistance), 높은 크리프-파단 강도(creep-rupture strength), 및 충분한 가공성(fabricability)을 가지는 합금에 관련된다.

가스터빈 엔진 중의 시트 제조를 위해 다양한 상용 합금이 사용 가능하다. 이러한 합금은 그들의 핵심 특성에 따라 상이한 부류로 나뉘어질 수 있다. 다음의 논의는 냉간 가공 가능한(fabricable)/용접 가능한 합금에 관련하며, 이는 상기 합금들이 냉간 압연 시트(cold rolled sheet)로 제조되고, 가공 부품으로 냉간 성형되고, 용접될 수 있음을 의미하는 것에 유의한다.

감마- 프라임 성형구 ( Gamma - prime formers ). 이들은 R-41 합금, Waspaloy 합금, 282® 합금, 263 합금 등을 포함한다. 이러한 합금은 그들의 높은 크리프-파단 강도를 특징으로 한다. 그러나, 이러한 합금의 최대 사용 온도는 감마-프라임 솔버스 온도(solvus temperature)로 제한되고 일반적으로 1600-1700℉(871 내지 927℃) 이상에서 사용되지 않는다. 게다가, 사용 온도 범위에서 이들 합급의 내산화성은 꽤 우수한 반면, 더욱 높은 온도에서는 감소한다.

알루미나- 성형구 ( Alumina - formers ). 이들은 214® 합금 및 HR-224® 합금을 포함하지만, ODS 합금은 포함하지 않는다 (이는 필수 가공성을 가지지 않음). 이러한 부류의 합금은 2100℉(1149℃)의 높은 온도에서 훌륭한 내산화성을 가진다. 그러나, 약 1600-1700℉(871 내지 927℃) 이상의 온도에서 미흡한 크리프 강도로 인해 구조적인 부품으로의 사용이 제한된다. 이러한 합금은 또한 강화형 감마-프라임을 형성하겠지만, 상기 상(phase)은 보다 높은 온도 범위에서 안정하지 않음을 유의한다.

고용 강화형 합금( Solid - solution strengthened alloys ). 이들은 230® 합금, HASTELLOY® X 합금, 617 합금 등을 포함한다. 이름에서 알 수 있듯이, 이들 합금은 고용 강화 효과, 뿐만 아니라 카바이드 형성으로부터 주로 이들의 높은 크리프-파단 강도를 얻는다. 이러한 강화는 감마-프라임 성형구의 최대 온도를 훨씬 웃도는 매우 높은 온도에서도 계속 유효하다. 대부분의 고용 강화형 합금은 보호성 크로미아 스케일의 형성으로 인한 매우 우수한 내산화성을 가진다. 그러나, 특히 2100℉(1149℃)같은 초고온에서 이들의 내산화성은 알루미나-성형구와는 비교할 수 없다.

질화물 분산 강화형 합금( Nitride dispersion strengthened alloys ). 이들은 NS-163® 합금을 포함하고, 이는 2100℉(1149℃)의 높은 온도에서 매우 높은 크리프-파단 강도를 가진다. NS-163 합금의 크리프-파단 강도는 고용 합금보다 우수한 반면, 이의 내산화성은 단지 유사할 뿐이다. NS-163 합금은 알루미나-성형구의 훌륭한 내산화성을 가지지 않는다.

상기 논의에서 명백한 것은 높은 크리프-파단 강도 및 훌륭한 내산화성 모두를 갖춘, 시판되는 냉간 가공 가능한/용접 가능한 합금이 없다는 것이다. 그러나, 끊임없이 가스터빈 엔진 작동 온도를 더욱 더 높이기 위한 노력의 일환으로, 상기 특징을 갖춘 합금이 매우 바람직할 것이 명백하다.

본 발명의 주 목적은 높은 크리프-파단 강도 및 훌륭한 산화-내성 모두를 가지며, 용이하게 가공 가능한 합금을 제공하는 것이다. 이것은 종래 기술에서 발견되지 않는(또는 예상되지 않는) 매우 유용한 특성의 조합이다. 이러한 특성을 갖는 것으로 발견된 합금의 조성은 다음과 같다: 15 내지 20 중량% 크롬(Cr), 9.5 내지 20 중량% 코발트(Co), 7.25 내지 10 중량% 몰리브덴(Mo), 2.72 내지 3.9 중량% 알루미늄(Al), 및, 최대 0.15 중량% 존재하는 탄소(C). 원소 티타늄(Ti) 및 니오븀(Nb)이 예를 들어, 강화를 제공하기 위하여 존재할 수도 있지만, 가공성의 특정 측면에 미치는 악영향으로 인해 양이 제한되어야 한다. 특히, 다량의 상기 원소는 변형-시효 균열(strain-age cracking)의 경향을 증가시킬 수 있다. 상기 원소가 존재하는 경우, 티타늄은 0.75 중량%를 초과하지 않고, 니오븀은 1 중량%를 초과하지 않도록 제한되어야 한다.

원소 하프늄(Hf) 및/또는 탄탈륨(Ta)의 존재가 예상외로 이러한 합금에서 더욱 긴 크리프-파단 수명과 관련된 것으로 밝혀졌다. 따라서, 하나 또는 양자의 원소가 크리프-파단 강도를 더욱 향상시키기 위하여 이러한 합금에 첨가될 수 있다. 하프늄은 최대 약 1 중량% 수준으로 첨가될 수 있는 반면, 탄탈륨은 최대 약 1.5 중량% 수준으로 첨가될 수 있다. 가장 효과적이기 위해서는, 탄탈륨 및 하프늄 함량의 합계가 0.2 중량% 내지 1.5 중량% 이어야 한다.

가공성을 유지하기 위하여, 존재하거나 존재하지 않을 수 있는 특정 원소(구체적으로, 알루미늄, 티타늄, 니오븀, 및 탄탈륨)는 다음의 추가적인 관계를 만족시키는 방식으로 양이 제한되어야 한다(여기서 원자량은 중량%이다):

Al + 0.56Ti + 0.29Nb + 0.15Ta ≤ 3.9 [1]

추가적으로, 보론(B)이 분야 내 공지된 특정 이점을 얻기 위하여 소량이지만 유효한 미량 함량으로 최대 0.015 중량% 존재할 수 있다. 텅스텐(W)은 이러한 합금에 최대 약 2 중량% 존재할 수 있다. 철(Fe) 또한 불순물로 존재할 수 있고, 또는 원료의 전체 비용을 낮추기 위한 의도적 첨가물일 수 있다. 그러나, 철은 약 10.5 중량% 초과로 존재해서는 안된다. 니오븀 및/또는 텅스텐이 미량 원소 첨가물로 존재하는 경우, 철 함량은 5 중량% 또는 그 이하로 더욱 제한되어야 한다. 용융 공정 동안 산소(O) 및 황(S)을 제거할 수 있도록, 이러한 합금은 전형적으로 소량의 망간(Mn) 최대 약 1 중량%, 및 실리콘(Si) 최대 약 0.6 중량%을 포함하고, 존재 가능하게는 미량의 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 및 희토류 원소(이트륨(Y), 세륨(Ce), 란타늄(La) 등을 포함) 각각 최대 약 0.05 중량%을 포함한다. 지르코늄(Zr)은 합금에 존재할 수 있지만, 가공성을 유지하기 위하여 이러한 합금에 0.06 중량% 미만으로 유지되어야 한다.

본 발명자들은 Ni-Cr-Co-Mo-Al 계 합금을 제공하고, 상기 합금은 15 내지 20 중량% 크롬, 9.5 내지 20 중량% 코발트, 7.25 내지 10 중량% 몰리브덴, 2.72 내지 3.9 중량% 알루미늄과 함께 전형적인 불순물로 허용치 최대 10.5 중량% 철, 미량 원소 첨가물 및 잔부의 니켈을 포함하고, 상기 합금은 용이하게 가공 가능하며, 최대 2100℉(1149℃)의 높은 온도에서 높은 크리프 강도, 및 훌륭한 내산화성을 가진다. 이러한 특성의 조합은 예를 들어, 연소기를 포함하는 다양한 가스터빈 엔진 부품에 유용하다.

미래의 가스터빈 엔진 연소기 요건의 이해를 바탕으로, 다음과 같은 속성을 가진 합금이 매우 바람직할 것이다: 1) 2100℉(1149℃)의 높은 온도에서 훌륭한 내산화성, 2) 가공된(wrought) 시트 형태로 제조되고, 냉간 성형되고, 용접 등이 될 수 있도록 우수한 가공성, 3) 통상적인 상용 합금, 예컨대 HASTELLOY X 합금만큼 우수하거나 그보다 더욱 우수한 고온 크리프-강도, 및 4) 높은 온도에서 우수한 열적 안정성. 오랜 기간, 4 가지 모든 특성을 갖춘 합금을 개발하기 위한 노력은 성공하지 못했고, 이에 따라 이러한 4 가지 모든 특징을 가지는 상용 합금은 시장 내에서 입수할 수 없다.

본 발명자들은 30개의 실험적 합금을 테스트하였고, 이의 조성이 표 1에 기재된다. 실험적 합금을 A부터 Z까지 및 AA부터 DD까지로 표지 하였다. 실험적 합금은 15.3 내지 19.9 중량% 범위의 Cr 함량, 뿐만 아니라 9.7 내지 20.0 중량% 범위의 코발트 함량을 가진다. 몰리브덴 함량은 5.2 내지 12.3 중량% 범위이다. 알루미늄 함량은 1.93 내지 4.30 중량% 범위이다. 철은 0.1 최대 10.4 중량% 미만의 범위이다. 티타늄, 니오븀, 탄탈륨, 하프늄, 텅스텐, 이트륨, 실리콘, 탄소, 및 보론을 포함하는 미량 원소 첨가물은 특정 실험적 합금에 존재하였다.

합금의 모든 테스트는 0.065" 내지 0.125"(1.6 내지 3.2 mm) 두께의 시트 재료에서 수행되었다. 실험적 합금은 진공 유도 용융되었으며(vacuum induction melted), 이후 30 내지 50 lb(13.6 내지 27.2 kg)의 열원 크기에서 일렉트로-슬래그 용융되었다(electro-slag remelted). 이렇게 제조된 잉곳(ingot)은 중간 규격으로 열간 단조되고(forged) 압연되었다. 원하는 규격의 시트를 제조하기 위하여 시트는 어닐링되고, 수냉되고, 냉간 압연되었다. 냉간 압연 시트의 중간 어닐링은 0.065" 시트(1.6 mm)의 제조 동안 필요했다. 냉간 압연 시트는 3½ 내지 4½의 ASTM 결정립 크기를 가지며 완전히 재결정화된 등축 결정립 구조(equiaxed grain structure)를 제조하는데 필요한 만큼 어닐링되었다.

표 1

(중량%로 나타낸) 실험적 합금의 조성

핵심 특성(내산화성, 가공성, 크리프 강도, 및 열적 안정성)을 평가하기 위하여 4 가지의 상이한 유형의 테스트가 수행되어 실험적 합금에 의도된 응용에 대한 적합성을 확립하였다. 이러한 테스트의 결과는 다음의 섹션에 기술된다.

내산화성 내산화성은 향상된 고온 합금에 있어 핵심 성질이다. 가스터빈 엔진의 연소기에서 온도는 매우 높을 수 있고, 더욱 더 높은 사용 온도에 대한 업계 내의 시도는 항상 존재해 왔다. 2100℉(1149℃)의 높은 온도에서 훌륭한 내산화성을 가지는 합금은 다수의 응용에 우수한 후보가 될 것이다. 니켈-계 합금의 내산화성은 열 노출시 합금의 표면상에 형성하는 산화물의 성질에 의해 매우 영향을 받는다. 일반적으로 크롬-풍부 및 알루미늄-풍부 산화물과 같은 보호성 표면 레이어를 형성하는 것이 유리하다. 그러한 산화물을 형성하는 합금은 흔히 각각 크로미아 또는 알루미나 성형구로 지칭된다. 대부분의 가공된 고온 니켈 합금은 크로미아 성형구다. 그러나, 몇몇 알루미나-성형구가 시판되고 있다. 그러한 하나의 예로는 HAYNES® 214® 합금이다. 214 합금은 훌륭한 내산화성으로 잘 알려져있다.

실험적 합금의 내산화성을 측정하기 위한 목적으로, 1008 시간 동안 2100℉(1149℃)의 유동 공기에서 대부분의 합금에 산화 테스트를 실시하였다. 또한 이들 샘플과 함께 다음의 5 가지 상용 합금이 테스트되었다: HAYNES 214 합금, 617 합금, 230 합금, 263 합금, 및 HASTELLOY X 합금. 샘플을 매주 실온으로 순환시켰다. 1008 시간의 종료 후 샘플을 디스케일하고 금속 조직 검사하였다. 표 2에 산화 테스트의 결과가 기재된다. 기재된 값은 영향받은 평균 금속(the average metal affected)이고, 이는 산화 공격의 금속 손실에 평균 내부 침투도를 더한 합계이다. 이러한 유형의 테스트의 세부 사항은 International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 36, 2011, pp. 4580-4587에서 찾을 수 있다. 본 발명의 목적을 위하여, 2.5 mils/side(64 νm/side) 이하의 값이 영향받은 평균 금속이 바람직한 목적이었고, 주어진 합금이 “훌륭한” 내산화성을 가지는 것으로 고려될 수 있는지에 대한 적절한 표시였다. 실제로, 이러한 공격 수준보다 낮은 공격 수준을 가지는 합금의 금속 조직 검사는 바람직한 산화 거동을 입증한다. 특정 미량 원소/불순물은 다소 감소된(하지만 여전히 허용 가능한) 내산화성을 가능하게는 야기할 수도 있고, 이에 따라 영향받은 평균 금속 값은 훌륭한 내산화성을 여전히 유지하면서도 3 mils/side(76 νm/side) 만큼 높을 수도 있다.

표 2

2100℉(1149℃)에서의 산화 테스트 결과

실험적 합금의 산화 테스트 결과는 매우 인상적이었다. (합금 CC를 제외한) 모든 테스트된 실험적 합금은 2.3 mils/side(58 νm)이하의 영향받은 평균 금속을 가졌다. 따라서, (합금 CC를 제외한) 이러한 모든 합금은 본 발명의 목적에 있어서 허용 가능한 내산화성을 가졌다. 상용 합금을 고려하면, 실험적 합금은 모두 1.3 mils/side(33 νm)의 영향받은 평균 금속 값을 가지는 알루미나-형성 HAYNES 214 합금과 유사하였다. 반대로, 크로미아-형성 617 합금, 230 합금, HASTELLOY X 합금, 및 263 합금 모두는 각각 5.1, 4.8, 12.0, 및 16.5 mils/side (130, 122, 305, 및 419 νm)의 영향받은 평균 금속 값을 가져 매우 높은 산화 공격 수준을 가졌다. 실험적 합금의 훌륭한 내산화성은 임계량의 알루미늄에서 기인하는 것으로 여겨지고, 이는 합금 CC을 제외한 모든 실험적 합금에 있어 2.72 중량% 이상이다. 합금 CC는 원하는 훌륭한 내산화성에 있어서 극히 낮은 Al 수준을 설명하는 단지 1.93 중량%의 Al 값을 가진다. 유사하게, 4 가지의 크로미아-형성 상용 합금의 Al 수준은 꽤 낮다(1.2 중량%의 Al을 가지는 617 합금이 가장 높음). 반대로, 알루미나 형성 214 합금 4.5 중량%의 Al 함량을 가진다. 요약하면, 이러한 프로그램에서 테스트된 2.72 중량% 이상의 Al 수준을 가지는 모든 니켈-계 합금은 훌륭한 내산화성을 가지는 반면, 낮은 Al 수준을 가지는 합금은 그렇지 않은 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명의 합금으로 고려되기 위해서는 합금의 Al 수준이 2.72 중량% 이상이어야 한다.

가공성 본 발명의 합금의 요건 중 하나는 이러한 합금이 가공 가능한 것이다. 전술한 바와 같이 유효한 양의 특정 원소(예컨대 알루미늄, 티타늄, 니오븀, 및 탄탈륨)을 포함하는 합금에 있어서, 우수한 가공성을 가지는 것은 변형-시효 균열에 대한 합금의 내성에 밀접하게 연관되어있다. 변형-시효 균열에 대한 실험적 합금의 내성은 Metzler에 의해 Welding Journal supplement, October 2008, pp. 249s-256s에 기재된 변형된 CHRT 테스트를 사용하여 측정하였다. 상기 테스트는 변형-시효 균열에 대한 합금의 상대적인 내성을 측정하도록 개발되었다. 이는 U.S. 특허 제8,066,938에 기재된 테스트의 변형이다. 변형된 CHRT 테스트에서, 게이지 섹션(gauge section)의 폭은 가변적이고 테스트는 나사-구동 인장 유닛보다는 동적 열-기계 시뮬레이터에서 수행되었다. 두 가지의 상이한 형태의 실험의 결과는 정성적으로 유사할 것으로 예상되지만, 절대적인 정량적인 결과는 상이할 것이다. 실험적 합금에 수행된 변형된 CHRT 테스트의 결과는 표 3에 나타난다. 테스트는 1450℉(788℃)에서 실시하였고, 기록된 CHRT 연성 값은 1.5 인치(38 mm) 초과의 연신으로 측정되었다. 실험적 합금의 변형된 CHRT 테스트 연성은 합금 DD에 대한 5.9%부터 합금 X에 대한17.9%까지의 범위이었다.

또한 Metzler에 의하여 Welding Journal supplement, October 2008, pp. 249s-256s에 게재되어 있는 세 가지 상용 합금에 대한 변형된 CHRT 테스트의 결과가 표 3에 나타난다. R-41 합금 및 Waspaloy에 대한 변형된 CHRT 테스트 연성 값은 모두 7%미만인 반면, 263 합금에 대한 값은 18.9%이었다. R-41 합금 및 Waspaloy 합금은 용접 가능하지만, 모두 변형-시효 균열에 취약한 것으로 알려진 것에 비하여, 263 합금은 용이하게 용접 가능한 것으로 고려된다. 이러한 이유로, 본 발명의 합금은 7% 초과의 변형된 CHRT 테스트 연성 값을 가져야 한다. 실험적 합금 중 오직 합금 O 및 DD 가 7% 미만의 변형된 CHRT 테스트 연성 값을 가졌다; 따라서 합금 O 및 DD는 본 발명의 합금으로 고려될 수 없다.

표 3

변형된 CHRT 테스트의 결과

이러한 Ni-Cr-Co-Mo-Al 계 합금에 있어서, 변형 시효 균열에 대한 내성은 감마-프라임 형성 원소 Al, Ti, Nb, 및 Ta의 총량과 관련될 수 있음이 밝혀졌다. 따라서, 합금에 존재하는 이러한 원소의 합량은 (원자량이 중량%로 주어지는) 다음의 관계를 만족해야 한다:

Al + 0.56Ti + 0.29Nb + 0.15Ta ≤ 3.9 [1]

모든 실험적 합금에 대한 식 1의 좌변의 값이 표 4에 나타났다. Al + 0.56Ti + 0.29Nb + 0.15Ta이 3.9 이하인 모든 합금이 7% 초과의 변형된 CHRT 테스트 연성을 가지는 것으로 볼 수 있고, 따라서 본 발명의 변형-시효 균열 내성 요건을 충족한다. 오직 합금 O, Q, 및 DD가 3.9 초과의 값을 가지는 것으로 밝혀졌다. 합금 O 및 DD에 있어서, 연성 값 3.93 및 4.54는 미흡한 변형된 CHRT 테스트 연성과 연관될 수 있다. 이와 반대로, 합금 Q는 허용 가능한 변형된 CHRT 테스트 연성을 가지는 것으로 밝혀졌다. 이것은 합금의 높은 Fe 함량의 결과로 여겨진다. Fe 첨가물이 감마-프라임의 형성을 억제하는 것으로 알려졌고, 따라서 변형된 CHRT 테스트 연성을 향상시키는데 기여할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 더욱 소량의 감마-프라임 형성 원소가 일반적으로 가공성에 유리하다. 따라서, 본 발명의 모든 합금에 있어서 Al + 0.56Ti + 0.29Nb + 0.15Ta의 값은3.9 이하로 유지되어야 한다. 이것의 한 의미가 본 발명의 합금의 최대 알루미늄 함량이 3.9 중량% 이어야(티타늄, 니오븀, 및 탄탈륨이 모두 부재하는 경우에 해당)한다는 것임을 유의한다.

표 4

실험적 합금 - Eq. [1] 값 (좌변)

크리프-파단 강도 실험적 합금의 크리프-파단 강도는 크리프-파단 테스트를 사용하여 1800℉(982℃)에서 2.5 ksi(17 MPa)의 부하로 측정되었다. 이러한 조건 하에서, 크리프-내성의 HASTELLOY X 합금은 (Haynes International, Inc.의 #H-3009C 안내서의 보간 데이터에 기초하여) 285 시간의 크리프-파단 수명을 가질 것으로 추정된다. 본 발명의 목적을 위하여, 최소 325 시간의 크리프-파단 수명이 요건으로 확립되었고, 이는 HASTELLOY X 합금을 넘어서 두드러진 향상이 될 것이다. 1800℉(982℃)의 테스트 온도는 예측된 실험적 합금의 감마-프라임 솔버스 온도를 초과하고, 이에 따라 어떠한 감마-프라임 상 강화의 효과는 무시해도 될 정도이어야 함에 유의하는 것이 유용하다.

실험적 합금의 크리프-파단 수명이 몇몇 상용 합금의 수명과 함께 표 5에 나타난다. 합금 A 내지 O, R 내지 Z, 및 BB가 이러한 조건 하에서 모두 325 시간 초과의 크리프-파단 수명을 가지는 것으로 밝혀졌고, 따라서 본 발명의 크리프-파단 요건을 충족시킨다. 합금 P, Q, AA, CC 및 DD는 크리프-파단 요건을 충족시키지 못하는 것으로 밝혀졌다. 상용 합금을 고려하면, 617 합금 및 230 합금이 각각 732.2 및 915.4 시간의 허용 가능한 크리프-파단 수명을 가진다. 반대로, 214 합금은 단지 196.0 시간의 크리프-파단 수명을 가지며-이는 본 발명의 합금을 정의하는 크리프-파단 수명 요건의 시간을 훨씬 밑돈다.

표 5

1800℉(982℃)/2.5 ksi(17 MPa) 에서의 크리프-파단 수명

하프늄 또는 탄탈륨을 포함하는 특정 실험적 합금은 다른 다수의 실험적 합금보다 놀랍도록 긴 크리프-파단 수명을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 하프늄-포함 합금 K는 5645.5 시간의 크리프-파단 수명을 가지고, 탄탈륨-포함 합금 N은 1197.3 시간의 크리프-파단 수명을 가진다. 하프늄 및 탄탈륨 첨가물이 있거나 없는 합금의 비교가 표 6에 주어진다. 비교의 목적을 위해, 합금은 공칭 기본 조성에 따라 그룹화되었다. 크리프-파단 수명에 있어 하프늄 및 탄탈륨 첨가물의 명백한 이점이 모든 기본 조성에서 발견될 수 있다. 그러나, 크리프-파단 강도에 있어 탄탈륨의 임의의 효과는 상기 본 문서에 기재된 바와 같이 가공성에 임의의 부정적인 효과로 비교 검토되어야 한다.

표 6

크리프-파단 수명에 있어 하프늄 및 탄탈륨 첨가물의 효과

1800℉(982℃)/2.5 ksi(17 MPa)

상기 언급된 바와 같이, 모두 약 10 중량% 철을 포함하는 실험적 합금 P 및 Q는 크리프-파단 요건을 충족하지 못했다. 이러한 합금은 각각 텅스텐 및 니오븀의 미량 원소 첨가물을 포함했다. 이러한 합금들을 이들 두 합금과 유사하지만 텅스텐 또는 니오븀 첨가물을 가지지 않는 합금 G와 비교하는 것이 유용하다. 합금 G는 허용 가능한 크리프-파단 수명을 가지는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 이러한 종류의 합금이 철 범위(~10 중량%)의 상단에 있을 때 원소 텅스텐 및 니오븀은 크리프-파단 수명에 있어 역효과를 가지는 것으로 나타난다. 그러나, 철 함량이 낮을 때, 예를 들어 합금 I 및 T는, 텅스텐 첨가물이 허용 가능하지 않은 크리프-파단 수명을 야기하지 않는다. 유사하게, 철 함량이 낮을 때(합금 T) 니오븀 첨가물도 허용 가능하지 않은 크리프-파단 수명을 야기하지 않는다. 이러한 이유로, 본 발명의 합금은 텅스텐 또는 니오븀이 미량 원소 첨가물로 존재할 때 5 중량% 이하의 철로 제한된다. 5 중량% 초과의 철을 가지는 합금에 대해서는, 니오븀 및 텅스텐이 단지 불순물 수준으로 제어되어야 한다(니오븀 및 텅스텐 각각에 대해 대략 0.2 중량% 및 0.5 중량%).

또한 상기 언급된, 합금 AA, CC, 및 DD도 크리프-파단 요건을 충족하지 못했다. 합금 AA는 다른 모든 원소들이 허용 가능한 범위 내에 속하는 반면, 본 발명에 의해 요구되는 수준 아래의 Mo 수준을 가진다. 따라서, 필수 크리프-파단 강도에 있어서 임계 최소 Mo 수준이 필요한 것으로 밝혀졌다. 유사하게, 합금 CC 및 DD 모두도 다른 모든 원소들이 허용 가능한 범위 내에 속하는 반면, 본 발명의 범위를 벗어나는 Al 수준을 가진다. Al 수준이 본 발명에 의하여 정의된 범위 밖에 있을 때 낮은 크리프-파단 강도에 대해 책임이 있는 메커니즘은 불확실하다.

열적 안정성 실험적 합금의 열적 안정성은100 시간 동안 1400℉(760℃)에서의 열 노출 이후 실온 인장 테스트를 사용하여 테스트되었다. 열 노출 이후 실온 인장 연신(유지 연성)의 양이 합금의 열적 안정성 측정으로 간주될 수 있다. 1400℉(760℃)의 노출 온도는 다수의 니켈-계 합금이 상기 온도 범위 근처에서 최소 열적 안정성을 가지기 때문에 선택되었다. 주목하는 응용을 위한 허용 가능한 열적 안정성을 가지기 위하여, 10% 초과의 유지 연성이 필수인 것으로 측정되었다. 바람직하게는 유지 연성은 15% 초과 이어야 한다. 본 명세서에 기재된 30개의 실험적 합금 가운데, 28개가 17% 이상의 바람직한 최저 수치를 문제없이 웃도는 유지 연성을 가졌다. 합금 BB 및 DD은 예외로, 모두 10% 미만의 유지 연성을 가진다. 다른 모든 원소들이 허용 가능한 범위 내에 속했던 반면, 합금 BB는 본 발명의 합금에 대한 최대 수치를 초과하는 Mo 수준을 가진다. 이와 같이, 이러한 높은 Mo 수준이 미흡한 열적 안정성에 원인이 되는 것으로 여겨진다. 유사하게, 다른 모든 원소들이 허용 가능한 범위 내에 속했던 반면, 합금 DD는 본 발명의 합금에 대한 최대 수치를 초과하는 Al 수준을 가진다. 이와 같이, 이러한 높은 Al 수준이 미흡한 열적 안정성에 원인이 되는 것으로 여겨진다.

표 7

열적 안정성 테스트

4 가지 핵심 특성(내산화성, 가공성, 크리프-파단 강도, 및 열적 안정성)에 대한 테스트의 결과를 요약하여, 합금 A부터 N까지, 합금 R부터 X까지, 및 합금 Z (총 22개)가 모든 4 가지 핵심 특성 테스트를 통과한 것으로 밝혀졌고 따라서 본 발명의 합금으로 고려된다. 본 발명의 일부로 간주되는 것은 합금 Y이고, 이는 크리프-파단, 변형된 CHRT, 및 열적 안정성 테스트는 통과했지만, 내산화성에 대한 테스트는 실시되지 않았다(이의 알루미늄 수준은 합금 Y가 본 명세서의 교시에 따라 훌륭한 내산화성 또한 가질 것을 나타냄). 합금 O 및 DD는 변형된 CHRT 테스트를 통과하지 못하여 이로 인해 (변형 시효 균열에 대한 미흡한 내성으로 인한) 불충분한 가공성을 가지는 것으로 측정되었다. 합금 P, Q, AA, CC, 및 DD는 크리프-파단 강도 요건을 충족하지 못한 것으로 밝혀졌다. 합금 CC는 산화 요건을 충족하지 못했다. 마지막으로, 합금 BB 및 DD는 열적 안정성 요건을 충족하지 못했다. 따라서, 합금 O, P, Q, AA, BB, CC, 및 DD (총 7 개)는 본 발명의 합금으로 고려되지 않는다. 이러한 결과는 표 8에 요약된다. 추가적으로, 7개의 상이한 상용 합금이 실험적 합금과 함께 고려되었다. 모든 7개의 상용 합금은 하나 이상의 핵심 특성 테스트를 통과하지 못한 것으로 밝혀졌다.

표 8

실험적 합금 요약

허용 가능한 실험적 합금은 다음을 포함했다(중량 퍼센트로): 15.3 내지 19.9 크롬, 9.7 내지 20.0 코발트, 7.5 내지 10.0 몰리브덴, 2.72 내지 3.78 알루미늄, 0.1 최대 10.4 미만의 철, 0.085 내지 0.120 탄소, 뿐만 아니라 미량 원소 및 불순물. 허용 가능한 합금은 다음 항 Al + 0.56Ti + 0.29Nb + 0.15Ta의 값으로 2.93 내지 3.89의 범위의 값을 가졌다.

아마도 본 발명의 가장 결정적인 측면은 원소 알루미늄에 대한 매우 좁은 구간(narrow window)이다. 훌륭한 내산화성에 필수적인 보호성 알루미나 스케일의 형성을 촉진하기 위하여 최소 2.72 중량%의 알루미늄 임계 함량이 이러한 합금에 요구된다. 그러나, 알루미늄 함량은 어느 정도 변형-시효 균열에 대한 합금의 내성으로 정의되는 합금의 가공성을 유지하기 위하여 3.9 중량% 미만으로 제어되어야 한다. 알루미늄 함량의 이러한 주의 깊은 제어는 본 발명의 합금에 있어서 필수적이다. 좁은 알루미늄 구간은 또한 이들 합금의 크리프-강도, 뿐만 아니라 열적 안정성에도 중요한 것으로 밝혀졌다. 좁은 알루미늄 구간뿐 아니라, 본 발명에 결정적인 다른 요인이 존재한다. 다른 요인은 코발트 및 몰리브덴 첨가물을 포함하며, 이들은 이러한 합금의 핵심 특성인 크리프-파단 강도에 크게 기여한다. 특히, 몰리브덴의 임계 최소 수준은 충분한 크리프-강도를 보장하기 위해 이러한 특정 부류의 합금에 필수적인 것으로 밝혀졌다. 크롬 또한 내산화성에 대한 기여로 중요하다. 특정 미량 원소 첨가물은 본 발명의 합금에 상당한 이점을 제공할 수 있다. 이것은 탄소, 크리프 강도를 부여하기 위하여 결정적인(및 요구되는) 원소, 결정립 미세화 등을 포함한다. 또한, 존재하도록 요구되지 않는 보론 및 지르코늄은 크리프-파단 강도에 유익한 영향으로 인해 존재하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 희토류 원소, 예컨대 이트륨, 란타늄, 세륨 등도 내산화성에 유익한 영향으로 인해 존재하는 것이 바람직하다. 마지막으로, 본 발명의 모든 합금이 높은 크리프-파단 강도를 가지는 반면, 하프늄 및/또는 탄탈륨 첨가물을 가지는 합금은 예상외로 현저한 크리프-파단 강도를 가지는 것으로 밝혀졌다.

4 가지 핵심 재료 특성의 조합을 충족하기 위한 본 발명의 합금의 능력에 대한 특정 원소의 임계치는 본 발명과 중첩하는 Gresham에 의한 U.S. 특허 제 2,712,498에 기재된 임계치와 본 발명의 비교에 의해 설명된다. Gresham의 특허에서 원소의 넓은 범위는 조성적 공간의 광대한 폭(swath)을 포함하는 것으로 기재된다. 본 발명에 의해 요구되는 4 가지 핵심 재료 특성의 조합을 가지는 합금을 기술하기 위한 노력은 시도되지 않는다. 사실상, Gresham의 특허는 본 발명의 요건을 충족하지 않는 다수의 합금을 기술한다. 예를 들어, Rolls-Royce Limited에 의해 상용 263 합금이 개발되었고(상기 특허가 이에 양도됨) 항공 우주산업에서 수십 년간 사용되어 왔다. 그러나, 상기 합금은 상기 표 2에 나타난 바와 같이 본 발명에 의해 요구되는 훌륭한 내산화성을 가지지 않는다. 게다가, 알루미늄 수준이 내산화성에 필수적이라는 Gresham 등에 의한 교시도 존재하지 않는다. 또 다른 예는 표 1에 기재된 합금 DD이다. 상기 합금은 Gresham 특허의 범위 내에 속한다. 그러나, 상기 합금은 본 발명의 4 가지 요건 중 다음의 3가지를 충족하지 못한다: 크리프-파단, (변형된 CHRT 테스트로 측정되는) 변형-시효 균열에 대한 내성, 및 열적 안정성. 합금 DD가 예를 들어, 변형-시효 균열 요건을 충족하지 못한 것은 본 명세서에 알루미늄 수준이 매우 높은 결과로 나타난다. 변형-시효 균열에 대한 감수성을 방지하기 위한 임계 최대 알루미늄 수준(또는 원소 Al, Ti, Nb, 및 Ta의 최대 조합 수준)이 존재한다는 Gresham 등에 의한 교시도 존재하지 않는다. 세 번째 예로는 Gresham은 미흡한 열적 안정성을 방지하기 위하여 최대 몰리브덴 수준을 제한해야 하는 필요성도 기술하지 않는다. 요약하면, Gresham은 본 명세서에 기재된 4 가지 핵심 재료 특성의 조합을 충족하지 않는 합금을 기술하고, 이러한 4 가지 특성을 결합하기 위하여 예를 들어, 매우 좁은 허용 가능한 알루미늄 범위를 포함하는 결정적인 구성 요건에 대한 어떠한 교시도 하지 않는다.

본 발명의 합금은 다음을 포함해야 한다(중량 퍼센트로): 15 내지 20 크롬, 9.5 내지 20 코발트, 7.25 내지 10 몰리브덴, 2.72 내지 3.9 알루미늄, 최대 0.15 양의 탄소, 및 잔부 니켈과 함께 불순물 미량 원소 첨가물. 주요 원소에 대한 범위는 표 9에 요약된다. 탄소뿐 아니라, 미량 원소 첨가물은 또한 철, 실리콘, 망간, 티타늄, 니오븀, 탄탈륨, 하프늄, 지르코늄, 보론, 텅스텐, 마그네슘, 칼슘, 및 하나 이상의 희토류 원소(이트륨, 란타늄, 및 세륨을 포함하지만 이에 제한되지 않음)를 포함할 수 있다. 미량 원소의 허용 가능한 범위는 하기 기술되고 표 10에 요약된다.

표 9

주요 원소 범위(중량%)

원소 티타늄 및 니오븀이 예를 들어, 강화를 제공하기 위하여 존재할 수도 있지만, 가공성의 특정 측면에 있어 그들의 역효과로 인해 양이 제한되어야 한다. 특히, 다량의 이들 원소는 변형-시효 균열에 대한 합금의 경향을 증가시킬 수 있다. 존재하는 경우, 티타늄은 티타늄은 0.75 중량%를 초과하지 않고, 니오븀은 1 중량%를 초과하지 않도록 제한되어야 한다. 의도적인 첨가물로 존재하지 않는 경우에는, 티타늄 및 니오븀은 불순물로서 각각 최대 약 0.2 중량%으로 존재할 수 있다.

원소 하프늄 및/또는 탄탈륨의 존재는 이러한 합금에서 예상외로 더욱 더 큰 크리프-파단 수명과 연관이 있는것으로 밝혀졌다. 따라서, 하나 또는 양자의 원소가 선택적으로 이러한 합금에 추가되어 크리프-파단 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 하프늄은 최대 약 1 중량% 수준으로 첨가될 수 있는 반면, 탄탈륨은 최대 약 1.5 중량% 수준으로 첨가될 수 있다. 가장 효과적이기 위하여, 탄탈륨 및 하프늄 함량의 합계는 0.2 중량% 내지 1.5 중량% 이어야 한다. 의도적 첨가물로 존재하지 않는 경우, 하프늄 및 탄탈륨은 불순물로서 각각 최대 약 0.2 중량% 존재할 수 있다.

가공성을 유지하기 위해, 존재할 수도 있고 존재하지 않을 수도 있는 특정 원소(구체적으로, 알루미늄, 티타늄, 니오븀, 및 탄탈륨)는 다음의 추가적인 관계를 만족하는 방식으로 양이 제한되어야 한다(원자량은 중량%):

Al + 0.56Ti + 0.29Nb + 0.15Ta ≤ 3.9 [1]

추가적으로, 보론은 소량이지만 유효한 미량의 함량으로 최대 0.015 중량% 존재하여 분야 내 공지된 특정 이점을 얻을 수 있다. 텅스텐은 최대 약 2 중량%이 첨가될 수 있지만, 불순물로 존재하는 경우에는 전형적으로 약 0.5 중량% 이하이다. 철은 또한 불순물로서 최대 약 2 중량% 수준으로 존재할 수 있거나, 더 높은 수준으로 의도적 첨가물이 되어 원료의 전체 비용을 낮출 수 있다. 그러나, 철은 약 10.5 중량% 초과로 존재해서는 안 된다. 니오븀 및/또는 텅스텐이 미량 원소 첨가물로 존재하는 경우, 철 함량은 5 중량% 이하로 더욱 제한되어야 한다. 용융 공정 동안 산소 및 황의 제거를 가능하게 하기 위해, 이러한 합금은 전형적으로 소량의 망간을 최대 약 1 중량%, 및 실리콘을 최대 약 0.6 중량%, 및 존재 가능하게는 미량의 마그네슘, 칼슘, 및 희토류 원소(이트륨, 세륨, 란타늄 등을 포함)를 각각 최대 약 0.05 중량%으로 포함한다. 지르코늄은 불순물 또는(예를 들어, 크리프-파단 수명을 향상시키기 위해) 의도적 첨가물로서 합금에 존재할 수 있지만, 가공성을 유지하기 위해 이러한 합금에 0.06 중량% 이하로, 바람직하게는 0.04 중량% 이하로 유지되어야 한다.

표 10

미량 원소 첨가물(중량%로)

^a Nb 또는 W이 불순물 수준보다 높게 존재하는 합금은 또한 ≤ 5 중량% Fe을 포함해야 함

^b희토류 원소(REE)는 하나 이상의 Y, La, Ce 등을 포함

^c중간 범위에서, 니오븀, 탄탈륨, 및 하프늄 중 최소 하나가 존재해야 하고, 합계는 0.2 내지 1.5이어야 함

^d좁은 범위에서, 탄탈륨 및 하프늄 중 최소 하나가 존재해야 하고, 합계는 0.2 내지 1.5이어야 함

특정 불순물에 대한 허용치의 요약이 표 11에 제공된다. 표 11에 기재된 일부 원소(탄탈륨, 하프늄, 보론 등)은 불순물보다는 의도적 첨가물로 존재할 수 있고; 주어진 원소가 의도적 첨가물로 존재하는 경우, 표 11보다는 표 10에 정의된 범위를 따라야 한다. 추가로 기재되지 않은 불순물은 또한 핵심 특성을 저하시키지 않는 경우 하기 정의된 기준 이하로 존재하고 허용될 수 있다.

표 11

불순물 허용치(중량%로)

* 의도적 첨가물일 경우 더 높을 수있음(표 10 참조)

본 명세서에 제시된 정보로부터 표 12에 기재된 합금 조성 또한 바람직한 특성을 갖고 있을 것으로 예상할 수 있다.

표 12

다른 합금 조성

상기 기재된 4 가지 핵심 특성뿐 아니라, 본 발명의 합금에 바람직한 다른 특성은 다음을 포함한다: 어닐링된 조건에서 고장력 연성, 용접 동안 우수한 고온 내균열성, 우수한 열적 내피로성 등.

테스트된 샘플이 가공된 시트에 제한되었다 하더라도, 합금은 다른 가공된 형태(예컨대 플레이트, 바, 튜브, 파이프, 단조, 및 와이어) 및 주조, 용사-성형, 또는 분말 야금 형태, 즉, 분말, 압축 분말 및 소결 압축 분말로도 유사한 특성을 나타내야 한다. 따라서, 본 발명은 합금 조성물의 모든 형태를 포함한다.

상기 합금에 나타나는 훌륭한 내산화성, 우수한 가공성, 및 우수한 크리프-파단 강도의 조합된 특성은 가스터빈 엔진 부품으로의 제조에 특히 유용하고, 엔진에서 연소기에 특히 유용하다. 그러한 부품 및 그러한 부품을 포함하는 엔진은 고장 없이 보다 높은 온도에서 작동될 수 있고, 현재 이용 가능한 이러한 부품 및 엔진보다 더욱 긴 사용 수명을 가져야 한다.

발명자들이 합금의 특정 바람직한 구체예를 개시했지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 다음의 청구범위 내에서 다양하게 구체화될 수 있다는 것을 분명하게 이해해야 한다.

Claims

1. 잔부 니켈 및 불순물과 함께, 다음의 중량 퍼센트로 이루어진 조성을 가지는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금:
15 내지 20 크롬
9.5 내지 20 코발트
7.25 내지 10 몰리브덴
2.72 내지 3.9 알루미늄
최대 10.5 철
최대 0.15 존재 탄소
최대 0.015 보론
최대 0.75 티타늄
최대 1.5 탄탈륨
최대 1 하프늄
최대 1 망간
최대 0.6 실리콘
최대 0.06 지르코늄
상기 합금은 중량 퍼센트의 관점으로 정의된 원자량과 함께 다음 조성의 관계를 추가로 만족시킴:
Al + 0.56Ti + 0.29Nb + 0.15Ta ≤ 3.9 .

제1항에 있어서, 하프늄, 탄탈륨, 또는 하프늄 및 탄탈륨의 조합을 포함하고, 상기 두 원소의 합계가 0.2 중량% 내지 1.5 중량%인 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금.

제1항에 있어서, 티타늄을 0.2 내지 0.75 중량%로 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금.

제1항에 있어서, 원소 하프늄 및 탄탈륨 중 최소 하나를 각각 0.2 최대 1 중량% 및 1.5 중량% 범위의 수준으로 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금.

제1항에 있어서, 미량의 마그네슘, 칼슘, 및 임의의 희토류 원소 중 최소 하나를 최대 0.05 중량%로 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금.

제1항에 있어서, 다음의 불순물 중 최소 하나를 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금: 구리 최대 0.5 중량%, 황 최대 0.015 중량%, 및 인 최대 0.03 중량%.

제1항에 있어서, 상기 합금은 다음을 중량 퍼센트로 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금:
16 내지 20 크롬
15 내지 20 코발트
7.25 내지 9.75 몰리브덴
2.9 내지 3.7 알루미늄

제1항에 있어서, 상기 합금은 다음을 중량 퍼센트로 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금:
17 내지 20 크롬
17 내지 20 코발트
7.25 내지 9.25 몰리브덴
2.9 내지 3.6 알루미늄

제1항에 있어서, 상기 합금은 다음을 중량 퍼센트로 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금:
17.5 내지 19.5 크롬
17.5 내지 19.5 코발트
7.25 내지 8.25 몰리브덴
3.0 내지 3.5 알루미늄

제1항에 있어서, 상기 합금은 다음을 중량 퍼센트로 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금:
최대 5 철
최대 0.12 존재 탄소
최대 0.008 보론
최대 0.5 실리콘
최대 0.04 지르코늄

제1항에 있어서, 상기 합금은 다음을 중량 퍼센트로 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금:
최대 2 철
0.02 내지 0.12 탄소
최대 0.005 존재 보론
0.2 내지 0.5 티타늄
최대 0.5 망간
최대 0.4 실리콘
최대 0.04 존재 지르코늄

제1항에 있어서, 상기 합금은 내산화성을 가져, 유동 공기 중 2100℉(1149℃)에서 1008 시간 동안 테스트될 때 영향받은 평균 금속은 2.5 mils/side를 초과하지 않는 값을 가지는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금.

제1항에 있어서, 상기 합금은 7%를 초과하는 변형된 CHRT 테스트 연성 값을 가지는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금.

제1항에 있어서, 상기 합금은 1800℉(982℃)에서 2.5 ksi(17 MPa)의 부하로 테스트될 때 최소 325 시간의 크리프-파단 수명을 가지는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금.

잔부 니켈 및 불순물과 함께, 다음의 중량 퍼센트로 이루어진 조성을 가지는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금:
15 내지 20 크롬
9.5 내지 20 코발트
7.25 내지 10 몰리브덴
2.72 내지 3.9 알루미늄
최대 5 철
최대 0.15 존재 탄소
최대 0.015 보론
최대 0.75 티타늄
최대 1 니오븀
최대 1.5 탄탈륨
최대 1 하프늄
최대 2 텅스텐
최대 1 망간
최대 0.6 실리콘
최대 0.06 지르코늄
상기 합금은 중량 퍼센트의 관점으로 정의된 원자량과 함께 다음 조성의 관계를 추가로 만족시킴:
Al + 0.56Ti + 0.29Nb + 0.15Ta ≤ 3.9.

제15항에 있어서, 하프늄, 탄탈륨, 또는 하프늄 및 탄탈륨의 조합을 포함하고, 상기 두 원소의 합계가 0.2 중량% 내지 1.5 중량%인 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금.

제15항에 있어서, 하프늄, 탄탈륨, 및 니오븀 중 최소 하나를 포함하고, 상기 원소들의 합계가 0.2 중량% 내지 1.5 중량%인 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금.

제15항에 있어서, 티타늄을 0.2 내지 0.75 중량%로 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금.

제15항에 있어서, 원소 니오븀, 하프늄, 및 탄탈륨 중 최소 하나를 각각, 0.2 최대 1 중량%, 1,및 1.5 중량% 범위의 수준으로 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금.

제15항에 있어서, 미량의 마그네슘, 칼슘, 및 임의의 희토류 원소 중 최소 하나를 최대 0.05 중량%로 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금.

제15항에 있어서, 다음의 불순물 중 최소 하나를 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금: 구리 최대 0.5 중량%, 황 최대 0.015 중량%, 및 인 최대 0.03 중량%.

잔부 니켈 및 불순물과 함께, 다음의 중량 퍼센트로 이루어진 조성을 가지는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금:
15.3 내지 19.9 크롬
9.7 내지 20.0 코발트
7.5 내지 10.0 몰리브덴
2.72 내지 3.78 알루미늄
0.1 내지 10.4 철
0.085 내지 0.120 탄소
최대 0.005 보론
최대 0.49 티타늄
최대 1.0 탄탈륨
최대 0.48 하프늄
최대 0.49 실리콘
최대 0.02 이트륨
최대 0.04 지르코늄
상기 합금은 중량 퍼센트의 관점으로 정의된 원자량과 함께 다음 조성의 관계를 추가로 만족시킴:
Al + 0.56Ti + 0.29Nb + 0.15Ta ≤ 3.89.

제22항에 있어서, 최대 4.5 중량% 철 및 텅스텐 또는 니오븀 중 최소 하나를 최대 1.94 중량% 텅스텐 및 최대 0.91 중량% 니오븀 수준으로 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금.

제22항에 있어서, 미량의 마그네슘, 칼슘, 및 임의의 희토류 원소 중 최소 하나를 최대 0.05 중량%로 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금.

제22항에 있어서, 다음의 불순물 중 하나 이상을 포함하는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴-알루미늄계 합금: 니오븀 최대 0.2 중량%, 텅스텐 최대 0.5 중량%, 구리 최대 0.5 중량%, 황 최대 0.015 중량%, 및 인 최대 0.03 중량%.