KR20160046770A - Ni-BASED ALLOY FOR FORGING, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND TURBINE COMPONENT - Google Patents

Ni-BASED ALLOY FOR FORGING, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND TURBINE COMPONENT Download PDF

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KR20160046770A
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기요시 이마이
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? 오이누마
쇼고 이와이
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Abstract

A Ni-group alloy of an embodiment comprises: 0.01-0.07 mass% of C; 14-26 mass% of Cr; 10-15 mass% of Co; 5-12 mass% of Mo; 0.8-3 mass% of Ti; 0.001-0.006 mass% of B; and the remaining part consisting of Ni and unavoidable impurities. The Ni-group alloy satisfies the relationship of Mo + 0.176Cr + 0.037Co is greater than or equal to 10 mass% and less than or equal to 15 mass%. In addition, the average thickness of carbide precipitated along the grain boundary is less than or equal to 250 nm.

Description

단조용 Ni기 합금, 그 제조 방법 및 터빈 부품{Ni-BASED ALLOY FOR FORGING, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND TURBINE COMPONENT}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a Ni-based alloy for forging, a method of manufacturing the same and a turbine component,

본 발명은, 단조용 Ni기 합금, 그 제조 방법 및 터빈 부품에 관한 것이다.The present invention relates to a Ni-based alloy for forging, a method of manufacturing the same and a turbine component.

최근, 대기 중에의 이산화탄소의 배출량 삭감의 관점에서, 화력 발전 플랜트의 고효율화가 진행되고 있다. 그 때문에, 화력 발전 플랜트에 구비되는 증기 터빈이나 가스 터빈의 고효율화가 요구되고 있다. 또한, 화력 발전 플랜트에 설치 가능한 CO2 터빈에 있어서도 고효율화가 요구되고 있다. 여기에서, CO2 터빈은, 천연 가스 등의 연료와 산소의 연소에 의해 생성된 CO2를 작동 유체로 해서 터빈을 구동하는 것이다. CO2 터빈에 있어서는, 생성된 CO2의 대부분을 용이하게, 분리, 회수할 수 있다. 그 때문에, 지구 환경 보호의 관점에서 주목받고 있다.In recent years, from the viewpoint of reducing the amount of carbon dioxide emission in the atmosphere, the efficiency of the thermal power generation plant has been increasing. Therefore, high efficiency of steam turbines and gas turbines provided in thermal power plants is required. In addition, CO 2 turbines, which can be installed in thermal power plants, are required to have high efficiency. Here, a CO 2 turbine drives a turbine using CO 2 produced by combustion of oxygen and a fuel such as natural gas as a working fluid. In the CO 2 turbine, most of the generated CO 2 can be easily separated, and recovered. Therefore, it is attracting attention from the viewpoint of global environment protection.

상기한 각 터빈에 있어서의 효율을 올리기 위해서는, 터빈에 도입되는 작동 유체의 입구 온도를 고온화하는 것이 유효하다. 예를 들면, 증기 터빈에 있어서는, 장래적으로는, 작동 유체인 증기의 온도가 700℃ 이상에서의 운용이 기대되고 있다. 가스 터빈이나 CO2 터빈에 있어서도, 도입되는 작동 유체의 입구 온도는, 상승하는 경향이 있다.In order to increase the efficiency of each turbine, it is effective to increase the temperature of the inlet of the working fluid introduced into the turbine. For example, in the case of a steam turbine, in the future, it is expected to operate the steam at a temperature of 700 ° C or higher as a working fluid. Even in a gas turbine or a CO 2 turbine, the inlet temperature of the working fluid to be introduced tends to rise.

그 때문에, 각 터빈의 고온부를 구성하는 부품은, 발전용 가스 터빈이나 항공기용 엔진의 부품에 사용되는, 고온장에 있어서의 사용에 실적이 있는 Ni기 합금으로 구성되는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable that the components constituting the high-temperature portion of each turbine be made of a Ni-based alloy which is used in a component parts of a power generation gas turbine or an engine for an aircraft, and has a track record in use at a high temperature.

Ni기 합금의 대표예로서, 인코넬 718이나 인코넬 617(스페셜메탈사제)을 들 수 있다. Ni기 합금의 강화 기구는, 크게 나눠서 석출 강화형과 고용(固溶) 강화형으로 나뉜다.Typical examples of the Ni-based alloy include Inconel 718 and Inconel 617 (manufactured by Special Metal). The strengthening mechanism of the Ni-based alloy is roughly divided into precipitation strengthening type and solid solution strengthening type.

석출 강화형 Ni기 합금에서는, Ni에 Al, Ti, Ta, Nb을 첨가함에 의하여 γ'(감마프라임 : Ni3(Al, Ti))상, 또는 γ''(감마더블프라임 : Ni3Nb)상이라 불리는 석출상을 석출시킴에 의하여, 고온 하에 있어서의 기계적 강도를 향상시키고 있다. 대표적인 석출 강화형 Ni기 합금으로서는, 상기한 인코넬 718을 들 수 있다.(Gamma prime: Ni 3 (Al, Ti)) phase or gamma prime (gamma double prime: Ni 3 Nb) phase by adding Al, Ti, Ta and Nb to Ni in the precipitation- By precipitating a precipitated phase called phase, the mechanical strength under high temperature is improved. As a representative precipitation-strengthening type Ni-based alloy, Inconel 718 can be mentioned.

한편, 고용 강화형 Ni기 합금에서는, Ni에 Co, Mo 등을 첨가함에 의하여, 모상(母相) 그 자체를 강화하고 있다. 대표적인 고용 강화형 Ni기 합금으로서는, 상기한 인코넬 617을 들 수 있다.On the other hand, in the solid solution strengthening type Ni-based alloy, the mother phase itself is strengthened by adding Co, Mo or the like to Ni. A typical example of the employment hardening type Ni-based alloy is Inconel 617 described above.

상기한 바와 같이, 고온의 환경 하에 있어서 사용되는, 터빈의 구성 부품의 재료로서, Ni기 합금의 적용이 검토되고 있다. 그리고, Ni기 합금에 대해서, 고온의 환경 하에 있어서의 충분한 기계적 강도가 요구되며, 또한, 대형 단조 부품 등을 제조할 때의 제조성 등이 요구되고 있다.As described above, application of a Ni-based alloy as a material of component parts of a turbine, which is used under a high temperature environment, has been studied. In addition, Ni-based alloys are required to have sufficient mechanical strength under a high-temperature environment, and are required to be manufactured when producing large-sized forged parts and the like.

도 1은 실시형태에 있어서의 Ni기 합금의 금속 조직을 모식적으로 나타낸 도면.
도 2는 시효 처리의 조건에 따라서 결정립계(結晶粒界)에 석출하는 탄화물의 석출 형태를 설명하기 위해, Ni기 합금의 금속 조직의 전자현미경 사진을 나타낸 도면.
도 3은 시효 처리의 조건에 따라서 결정립계에 석출하는 탄화물의 석출 형태를 설명하기 위해, Ni기 합금의 금속 조직의 전자현미경 사진을 나타낸 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram schematically showing a metal structure of a Ni-based alloy in the embodiment; Fig.
2 is an electron micrograph of a metal structure of a Ni-based alloy in order to explain the precipitation form of carbide precipitated on a grain boundary (grain boundary) according to the conditions of the aging treatment.
Fig. 3 is an electron micrograph of a metal structure of a Ni-based alloy in order to explain the precipitation form of carbide precipitated on grain boundaries according to the conditions of the aging treatment; Fig.

한 실시 형태에 있어서, 단조용 Ni기 합금은, 질량%로, C : 0.01∼0.07%, Cr : 14∼26%, Co : 10∼15%, Mo : 5∼12%, Al : 0.8∼3%, Ti : 0.8∼3%, B : 0.001∼0.006%를 함유하고, 잔부가 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 10질량%≤Mo+0.176Cr+0.037Co≤15질량%의 관계를 만족시킨다. 또한, 결정립계를 따라서 석출한 탄화물의 평균 두께가 250㎚ 이하이다.In one embodiment, the forging Ni-based alloy contains 0.01 to 0.07% of C, 14 to 26% of Cr, 10 to 15% of Co, 5 to 12% of Mo, 0.8 to 3% of Ti, 0.001 to 0.006% of B, and the balance of Ni and inevitable impurities, and satisfies the relationship of 10 mass%? Mo + 0.176 Cr + 0.037 Co 15 mass% . The average thickness of the carbide precipitated along the grain boundaries is 250 nm or less.

이하, 본 발명에 따른 실시형태를 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described.

Ni기 합금은, Mo, W 등의 고용 강화 원소에 의한 고용 강화 및 Al, Ti 등의 첨가에 의해 얻어지는 γ'(감마프라임 : Ni3(Al,Ti))상의 미세 석출에 의한 석출 강화에 의하여, 실온 및 고온에 있어서의 재료 강도를 향상시키고 있다. 한편 과잉한 강화는, 고온에 있어서의 재료의 가공성을 악화시켜, 제조성을 저하시킨다.Ni-based alloys, γ 'is obtained by the addition of such as Mo, W, such as solid solution strengthening reinforcement by the element employed, and Al, Ti of: by the precipitation strengthening by fine precipitation of (gamma prime Ni 3 (Al, Ti)) , The material strength at room temperature and high temperature is improved. On the other hand, the excessive strengthening deteriorates the workability of the material at a high temperature and deteriorates the productivity.

예를 들면, γ'상에 의한 석출 강화량이 경미한 인코넬 617은, γ'상에 의한 석출 강화량이 큰 유디메트 520(스페셜메탈사제) 등에 비해, 양호한 단조성을 갖는다. 한편, γ'상의 석출량이 큰 인코넬 738LC(스페셜메탈사제)에 있어서는, 단조에 의하여 성형할 수는 없고, 주조로 성형되는 것이 일반적이다.For example, Inconel 617 having a slight amount of precipitation strengthening by? 'Phase has a good mono-composition compared with that of Udimet 520 (produced by Special Metal Co., Ltd.), which has a large precipitation strengthening amount by?' Phase. On the other hand, in the case of Inconel 738LC (manufactured by Special Metals) having a large amount of precipitation of the γ 'phase, it is generally not molded by forging but molded by casting.

이렇게 Ni기 합금의 제조 방법은, 주로 γ'상의 석출량에 따라서 결정된다. 예를 들면, 단조용의 Ni기 합금의 경우, 단조 시에 γ'상의 과잉한 석출이 생기지 않는 합금 조성을 설정하고 있다.Thus, the production method of the Ni-based alloy is mainly determined according to the precipitation amount of the? 'Phase. For example, in the case of a Ni-based alloy for forging, an alloy composition which does not cause excessive precipitation of? 'Phase during forging is set.

화력 발전 플랜트에 구비되는 증기 터빈이나 CO2 터빈의 터빈 로터 등의 대형 부재는, 종래 Ni기 합금이 사용되는 가스 터빈이나 제트 엔진 등의 단조 부재에 비해서 대형이다. 그 때문에, 이들 대형 부재를 제조하기 위해서는, 예를 들면, 10톤을 초과하는 단조 부재가 필요해진다.A large member such as a steam turbine or a CO 2 turbine turbine rotor provided in a thermal power generation plant is larger than a forged member such as a gas turbine or a jet engine in which a Ni-based alloy is conventionally used. For this reason, in order to manufacture these large members, for example, a forging member exceeding 10 tons is required.

이러한 대형 단조 부재의 단조에 있어서는, 단조 프레스의 용량 부족 등의 요인에 의하여, 지금까지 단조 가능하다고 생각되고 있던 인코넬 617 등에 있어서도 건전한 단조품이 얻어지지 않는 경우가 있다. 이렇게, 대형 부재에 사용하기 위한 Ni기 합금에 있어서는, γ'상의 석출량뿐만 아니라, 고온에서의 변형 저항에 영향을 미치는 고용 강화량에 대해서도 고려할 필요가 있다.In the forging of such a large forged member, the forged product can not be obtained even with the Inconel 617, which has been considered for forging so far due to factors such as insufficient capacity of the forging press. Thus, in the Ni-based alloy for use in a large member, it is necessary to consider not only the precipitation amount of the γ 'phase but also the solid solution strengthening amount which affects the deformation resistance at a high temperature.

고용 강화는, 모상을 구성하는 용매 원자에 다른 용질 원자가 녹아들고(고용), 그때에 생긴 내부 변형이 전위의 운동을 방해함에 의하여 얻어진다. 고용 강화는, 전위가 용질 원자의 장해를 피하면서 운동하는 모델로 이론적인 해석이 이루어지고 있다. Friedel들에 따르면, 희박 고용체의 고용 강화량은, 용질 원자 농도의 1/2승에 비례하고, 원자 사이즈 차에 따른 미스핏 변형의 3/2승에 비례한다고 되어 있다(Advances in Physics, vol. 3, Issue 12, p.446-507). 또한, Labusch들에 따르면, 고농도 고용체에 있어서, 고용 강화량은, 용질 원자 농도의 2/3승에 비례하고, 원자 사이즈 차에 따른 미스핏 변형(misfit strain)의 4/3승에 비례한다고 되어 있다(Physica status solidi (b). Volume 41, Issue 2, p. 659-669).The solid solution strengthening is obtained by solving (solving) other solute atoms in the solvent atoms constituting the parent phase, and then the internal deformation that occurs hinders the motion of the potential. Employment reinforcement is theoretically interpreted as a model in which dislocation moves while avoiding the disadvantages of solute atoms. According to Friedel, the solubility enhancement of the dilute solid solution is proportional to 1/2 the solute atom concentration and proportional to the 3/2 power of the misfit strain according to the atomic size difference (Advances in Physics, vol. 3, Issue 12, pp.446-507). Further, according to Labusch, in the high concentration solid solution, the solubility enhancement amount is proportional to 2/3 of the solute atom concentration and proportional to the 4/3 power of the misfit strain according to the atom size difference (Physica status solidi (b). Volume 41, Issue 2, pp. 659-669).

또한, 금속 재료의 특성에 강한 영향을 미치는 인자로서, 재료의 미크로 조직을 들 수 있다. Ni기 합금에 있어서는, 결정립 내뿐만 아니라, 결정립계의 조직에 있어서도 재료의 특성이 좌우된다. 특히, 결정립계 상에 막상(膜狀)으로 석출하는 M23C6형의 탄화물은, 재료의 인성을 저하시키는 것이 알려져 있다. 따라서, 재료의 신뢰성을 확보하기 위해서는, 열처리 조건의 최적화에 의하여, 금속 조직을 적절히 제어하는 것이 필요해진다.Further, as a factor strongly influencing the characteristics of the metal material, a microstructure of the material can be mentioned. In the Ni-based alloy, the characteristics of the material depend not only on the crystal grain but also on the grain boundary structure. Particularly, it is known that M 23 C 6 type carbide precipitated in a film form on grain boundaries lowers the toughness of the material. Therefore, in order to secure the reliability of the material, it is necessary to appropriately control the metal structure by optimizing the heat treatment conditions.

이러한 점에서 본 발명자들은, Ni기 합금에 미치는 각 첨가 원소의 고용량과 미스핏 변형에 대해서 정량적으로 평가함으로써, 고용 강화량을 나타내는 파라미터를 알아냈다. 또한, 화학 조성을 변화시킨 재료에 대해서 다양한 재료 시험을 실시하여, 충분한 재료 강도를 유지하면서 우수한 단조성을 갖는 화학 조성을 알아냈다.In view of the above, the present inventors have quantitatively evaluated the amount of added elements and the misfit deformation of each element added to the Ni-based alloy, thereby finding parameters indicating the amount of solid solution strengthening. In addition, various material tests were conducted on the material whose chemical composition was changed, and the chemical composition having excellent mono-composition was obtained while maintaining sufficient material strength.

또한, 다양한 열처리를 실시한 Ni기 합금에 대해서 결정립계 조직을 조사한 결과, Ni기 합금의 인성을 지배하는 인자로서 「결정립계 상의 탄화물의 평균 두께」를 알아냈다. 그리고, 인성을 확보할 수 있는 입계 위의 탄화물 두께의 범위를 밝혀냈다.As a result of investigation of the grain boundary structure of the Ni-base alloy subjected to various heat treatments, the " average thickness of the carbides on the grain boundary " was found as a factor controlling the toughness of the Ni-base alloy. Then, the range of the thickness of the carbide on the grain boundary that can secure the toughness was found.

다음으로, 실시형태의 단조용 Ni기 합금을 구체적으로 설명한다.Next, the forging Ni-based alloy of the embodiment will be specifically described.

도 1은 실시형태에 있어서의 Ni기 합금의 금속 조직을 모식적으로 나타낸 도면이다. 또, 이하의 설명에 있어서 조성 성분을 나타내는 %는, 특히 명기하지 않는 한 질량%로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram schematically showing a metal structure of a Ni-based alloy in the embodiment. FIG. In the following description, percentages representing compositional components are, unless otherwise specified, in mass%.

실시형태의 Ni기 합금은, C : 0.01∼0.07%, Cr : 14∼26%, Co : 10∼15%, Mo : 5∼12%, Al : 0.8∼3%, Ti : 0.8∼3%, B : 0.001∼0.006%를 함유하고, 잔부가 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 10질량%≤Mo+0.176Cr+0.037Co≤15질량%의 관계를 만족시킨다.The Ni-based alloy according to the embodiment contains 0.01 to 0.07% of C, 14 to 26% of Cr, 10 to 15% of Co, 5 to 12% of Mo, 0.8 to 3% of Al, 0.8 to 3% B: 0.001 to 0.006%, and the balance of Ni and inevitable impurities, and satisfies the relation of 10 mass%? Mo + 0.176 Cr + 0.037 Co 15 mass%.

또한, 실시형태의 Ni기 합금은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 결정립계(10)를 따라서, 탄화물(11)이 석출하여 있다. 이 탄화물(11)의 평균 두께(t)는, 250㎚ 이하인 것이 바람직하다. 탄화물(11)은, 결정립계(10)를 따라서, 연속해서 석출하여 있다. 또한, 결정립(12) 내에는, 입상에 석출물(13)이 석출하여 있다.Further, in the Ni-based alloy of the embodiment, as shown in Fig. 1, the carbide 11 precipitates along the grain boundaries. The average thickness t of the carbide 11 is preferably 250 nm or less. The carbide (11) is continuously deposited along the grain boundary system (10). In the crystal grains 12, precipitates 13 precipitate on the granular phase.

탄화물(11)은, Cr, Mo를 주성분으로 하는 탄화물이며, 구체적으로는, M23C6형의 탄화물이다. 탄화물(11)의 평균 두께(t)가 250㎚ 이하인 것이 바람직한 것은, 예를 들면, 인성이 저하하지 않아, 적절히 터빈 부품을 제조하기 위한 인성을 확보할 수 있기 때문이다.The carbide (11) is a carbide containing Cr and Mo as a main component, specifically, an M 23 C 6 type carbide. The reason why the average thickness t of the carbide 11 is preferably 250 nm or less is that the toughness does not decrease, for example, and the toughness for manufacturing a turbine component can be appropriately secured.

석출물(13)은, γ'(감마프라임 : Ni3(Al,Ti))상으로 구성되어 있다. γ'상의 직경은, 석출 강화의 관점에서, 작은 것이 바람직하다. γ'상의 평균 직경은, 예를 들면, 150㎚ 이하인 것이 바람직하다.The precipitate 13 is composed of? '(Gamma prime: Ni 3 (Al, Ti)) phase. The diameter of? 'phase is preferably small in view of precipitation strengthening. The average diameter of the? 'phase is preferably, for example, 150 nm or less.

여기에서, 실시형태에 있어서의 Ni기 합금은, 상술한 화학 조성에 더하여, Ta을 0.05∼0.7% 더 함유해도 된다. 또한, 실시형태에 있어서의 Ni기 합금은, 상술한 화학 조성에 더하여, Nb을 0.1∼0.7% 더 함유해도 된다. 또한, 실시형태에 있어서의 Ni기 합금은, 상술한 화학 조성에 더하여, Ta을 0.05∼0.7% 및 Nb을 0.1∼0.7% 더 함유해도 된다.Here, the Ni-based alloy in the embodiment may contain 0.05 to 0.7% of Ta in addition to the chemical composition described above. Further, the Ni-based alloy in the embodiment may contain 0.1 to 0.7% of Nb in addition to the chemical composition described above. Further, the Ni-based alloy in the embodiment may contain 0.05 to 0.7% of Ta and 0.1 to 0.7% of Nb in addition to the chemical composition described above.

또, 불가피적 불순물로서는, 예를 들면, Si, Mn, N, Cu, Fe, S 등을 들 수 있다. 이들 불가피적 불순물은, 가능한 한 그 잔존 함유율을 0%에 가깝게 하는 것이 바람직하다.Examples of the inevitable impurities include Si, Mn, N, Cu, Fe, and S. It is preferable that these inevitable impurities are made as close to 0% as possible.

상기한 실시형태의 Ni기 합금은, 예를 들면, 650℃ 이상의 온도 하에 있어서 사용되는, 예를 들면 발전용 터빈 등의 단조에 의하여 구성되는 터빈 부품을 구성하는 재료로서 호적(好適)하다. 터빈 부품으로서, 예를 들면, 터빈 로터, 동익(動翼), 정익(靜翼), 스크류잉 부재, 배관 등을 들 수 있다. 이들 단조 부품은, 모두 고온 고압의 환경에 설치되는 것이다.The Ni-based alloy of the above embodiment is favorable as a material constituting a turbine component constituted by, for example, forging of a power generation turbine or the like, which is used under a temperature of 650 DEG C or higher, for example. Examples of the turbine component include a turbine rotor, a rotor blade, a stationary blade, a screwing member, a pipe, and the like. These forged parts are all installed in an environment of high temperature and high pressure.

여기에서, 스크류잉 부재로서, 예를 들면, 터빈 케이싱이나 터빈 내부의 각종 구성 부품을 고정하는 볼트나 너트 등을 예시할 수 있다. 또한, 배관으로서, 예를 들면, 발전용 터빈 플랜트 등에 설치되며, 고온 고압의 작동 유체가 통과하는 배관 등을 예시할 수 있다.Here, as the screwing member, for example, a bolt or a nut for fixing various components in the turbine casing or the turbine may be exemplified. As the piping, for example, a piping or the like which is installed on a power generation turbine plant or the like and through which a high-temperature, high-pressure working fluid passes can be exemplified.

또, 상기한 발전용 터빈의 터빈 부품의 모든 부위를 상기한 Ni기 합금으로 구성해도 된다. 또한, 특히 고온으로 되는 터빈 부품의 일부의 부위를 상기한 Ni기 합금으로 구성해도 된다.Further, all the parts of the turbine parts of the power generation turbine may be made of the Ni-based alloy described above. Further, a part of the turbine part, which is particularly high in temperature, may be made of the Ni-based alloy described above.

상기한 실시형태의 단조용 Ni기 합금은, 종래의 단조용 Ni기 합금보다도 강도 특성이 우수하며, 또한 단조성이 우수하다. 그 때문에, 실시형태의 단조용 Ni기 합금을 사용해서 제작된, 터빈 로터, 동익, 정익, 스크류잉 부재, 배관 등의 터빈 부품은, 고온 환경 하에 있어서도 높은 신뢰성을 갖는다.The forging Ni-based alloy of the above-described embodiment is superior to the conventional forging Ni-based alloy in strength characteristics and excellent in mono-composition. Therefore, turbine components such as turbine rotors, rotor blades, stator blades, screwing members, and pipes manufactured using the forging Ni-based alloys according to the embodiments have high reliability even under a high temperature environment.

다음으로, 상기한 실시형태의 단조용 Ni기 합금에 있어서의 각 조성 성분 범위의 한정 이유를 설명한다.Next, reasons for limiting each composition component range in the forging Ni-based alloy of the above embodiment will be explained.

(1) C(탄소)(1) C (carbon)

C는, 강화상인 탄화물의 구성 원소로서 유용하다. 또한, C는, 결정립계의 이동을 저지하는, 탄화물의 핀 고정 효과에 의하여, 고온 하에 있어서의 결정립의 조대화(粗大化)를 억제하는 기능이 있다. C의 함유율이 0.01 미만인 경우에는, 탄화물에 의한 강화가 충분하지 않다. 또한, C의 함유율이 0.01 미만인 경우에는, 탄화물의 충분한 석출량을 확보할 수 없음에 의해, 결정립의 조대화를 야기할 우려가 있다. 한편, C의 함유율이 0.07%를 초과하면, 단조성이 저하한다. 그 때문에, C의 함유율을 0.01∼0.07%로 했다. 또한, 보다 바람직한 C의 함유율은, 0.03∼0.07%이다.C is useful as a constituent element of the reinforcing phase carbide. C has a function of suppressing coarsening of crystal grains under a high temperature by the pinning effect of carbide which inhibits the movement of crystal grain boundaries. When the content of C is less than 0.01, the strengthening by carbide is not sufficient. When the content of C is less than 0.01, there is a possibility that crystal grains are coarsened because a sufficient deposition amount of carbide can not be ensured. On the other hand, if the content of C exceeds 0.07%, the mono-composition decreases. Therefore, the content of C was set to 0.01 to 0.07%. The content of C is more preferably 0.03 to 0.07%.

(2) Cr(크롬)(2) Cr (chromium)

Cr은, Ni기 합금의 내산화성, 내식성 및 고온 강도 특성을 높이는데 불가결한 원소이다. Cr의 함유율이 14% 미만인 경우에는, 내산화성 및 내식성이 저하한다. 한편, Cr의 함유율이 26%를 초과하면, 크리프 강도의 저하를 야기하는 σ상의 석출이 현저해짐과 함께, 단조성이 악화한다. 그 때문에, Cr의 함유율을 14∼26%로 했다. 또한, 보다 바람직한 Cr의 함유율은, 16∼20%이다.Cr is an indispensable element for improving the oxidation resistance, corrosion resistance and high-temperature strength characteristics of the Ni-based alloy. When the content of Cr is less than 14%, oxidation resistance and corrosion resistance are deteriorated. On the other hand, when the content of Cr exceeds 26%, precipitation of the σ phase, which causes a decrease in the creep strength, becomes remarkable, and the monocomponent composition deteriorates. Therefore, the content of Cr was set to 14 to 26%. The content of Cr is more preferably from 16 to 20%.

(3) Co(코발트)(3) Co (cobalt)

Co는, Ni기 합금에 있어서, 모상 내에 고용하여, 크리프 강도 및 인장 강도를 향상시킨다. Co의 함유율이 10% 미만인 경우에는, 충분한 기계적 강도가 얻어지지 않는다. 한편, Co의 함유율이 15%를 초과하면, 단조성이 저하한다. 그 때문에, Co의 함유율을 10∼15%로 했다. 또한, 보다 바람직한 Co의 함유율은, 11∼14%이다.Co is dissolved in the parent phase in the Ni-based alloy to improve creep strength and tensile strength. When the content of Co is less than 10%, sufficient mechanical strength can not be obtained. On the other hand, when the content of Co exceeds 15%, the mono-composition decreases. Therefore, the content of Co was set to 10 to 15%. The content of Co is more preferably 11 to 14%.

(4) Mo(몰리브덴)(4) Mo (molybdenum)

Mo는, Ni 모상 중에 고용하여, 크리프 강도 및 인장 강도를 향상시킨다. 또한, Mo의 일부가, M23C6형 탄화물 중에 치환함에 의하여 탄화물의 안정성을 높인다. Mo의 함유율이 12%를 초과하면, 열간 가공성이 저하한다. 한편, Mo의 함유율이 5% 미만인 경우에는, 기계적 강도의 향상이 얻어지지 않는다. 그 때문에, Mo의 함유율을 5∼12%로 했다. 또한, 보다 바람직한 Mo의 함유율은, 7∼10%이다.Mo is dissolved in the Ni phase to improve creep strength and tensile strength. Further, the stability of the carbide is enhanced by substituting a part of Mo into the M 23 C 6 type carbide. If the content of Mo exceeds 12%, the hot workability deteriorates. On the other hand, when the content of Mo is less than 5%, the mechanical strength can not be improved. Therefore, the content of Mo is set to 5 to 12%. The content of Mo is more preferably 7 to 10%.

(5) Al(알루미늄)(5) Al (aluminum)

Al은, Ni과 함께 γ'(Ni3Al)상을 생성하여, 석출에 의한 Ni기 합금의 기계적 강도를 향상시킨다. Al의 함유율이 0.8% 미만인 경우에는, γ'상의 석출에 의한 효과가 발휘되지 않는다. 한편, Al의 함유율이 3%를 초과하면, σ상의 석출이 조장(助長)되어, 기계적 특성이 저하한다. 또한, Al의 함유율이 3%를 초과하면, 열간 가공성이 현저하게 저하한다. 그 때문에, Al의 함유율을 0.8∼3%로 했다. 또한, 보다 바람직한 Al의 함유율은, 1∼2%이다.Al generates γ '(Ni 3 Al) phase together with Ni, thereby improving the mechanical strength of the Ni-based alloy by precipitation. When the Al content is less than 0.8%, the effect of precipitation of the? 'Phase is not exerted. On the other hand, if the content of Al exceeds 3%, precipitation of the σ phase is promoted and the mechanical properties are lowered. When the content of Al exceeds 3%, the hot workability remarkably decreases. Therefore, the content of Al is set to 0.8 to 3%. The content of Al is more preferably 1 to 2%.

(6) Ti(티타늄)(6) Ti (titanium)

Ti은, Al과 마찬가지로, Ni과 함께 γ'(Ni3(Al, Ti))상을 생성하여, Ni기 합금의 기계적 강도를 향상시킨다. Ti의 함유율이 0.8% 미만인 경우에는, γ'상의 석출에 의한 효과가 발휘되지 않는다. 한편, Ti의 함유율이 3%를 초과하면, σ상이나 η상의 석출이 조장되어, 기계적 특성이 저하함과 함께, 열간 가공성이 저하한다. 그 때문에, Ti의 함유율을 0.8∼3%로 했다. 또한, 보다 바람직한 Ti의 함유율은, 1∼2%이다.Ti, like Al, generates γ '(Ni 3 (Al, Ti)) phase together with Ni, thereby improving the mechanical strength of the Ni-based alloy. When the content of Ti is less than 0.8%, the effect of precipitation of the? 'Phase is not exerted. On the other hand, if the content of Ti exceeds 3%, precipitation of σ-phase and η-phase is promoted, resulting in deterioration of mechanical properties and deterioration of hot workability. Therefore, the content of Ti was set to 0.8 to 3%. The content of Ti is more preferably 1 to 2%.

(7) B(붕소)(7) B (boron)

B는, 입계에 편석(偏析)해서 고온 강도 특성을 향상시킨다. B의 함유율이 0.001% 미만인 경우에는, 이 고온 강도 특성을 향상시키는 효과가 발휘되지 않는다. 한편, B의 함유율이 0.006%를 초과하면, 입계 취화(脆化)를 초래한다. 그 때문에, B의 함유율을 0.001∼0.006%로 했다. 또한, 보다 바람직한 B의 함유율은, 0.002∼0.004%이다.B segregates at the grain boundaries to improve high-temperature strength characteristics. When the B content is less than 0.001%, the effect of improving the high-temperature strength characteristics is not exhibited. On the other hand, when the content of B exceeds 0.006%, grain boundary embrittlement occurs. Therefore, the B content was set to 0.001 to 0.006%. The content of B is more preferably 0.002 to 0.004%.

(8) Ta(탄탈륨)(8) Ta (tantalum)

Ta은, γ'(Ni3(Al, Ti))상에 고용해서, 이 γ'상을 안정시킨다. Ta의 함유율이 0.05% 미만인 경우에는, 상기한 효과가 발휘되지 않는다. 한편, Ta의 함유율이 0.7%를 초과하면, 단조성이 저하한다. 그 때문에, Ta의 함유율을 0.05∼0.7%로 했다. 또한, 보다 바람직한 Ta의 함유율은, 0.08∼0.12%이다.Ta is solidified on γ '(Ni 3 (Al, Ti)) to stabilize the γ' phase. When the content of Ta is less than 0.05%, the above-mentioned effect is not obtained. On the other hand, if the content of Ta exceeds 0.7%, the mono-composition decreases. Therefore, the content of Ta is set to 0.05 to 0.7%. The content of Ta is more preferably 0.08 to 0.12%.

(9) Nb(니오븀)(9) Nb (niobium)

Nb은, Ta과 마찬가지로, γ'(Ni3(Al,Ti))상에 고용해서, 이 γ'상을 안정시킨다. Nb의 함유율이 0.1% 미만인 경우에는, 상기한 효과가 발휘되지 않는다. 한편, Nb의 함유율이 0.7%를 초과하면, 용해나 주조 시에 있어서 편석을 초래함과 함께, 단조성이 저하한다. 그 때문에, Nb의 함유율을 0.1∼0.7%로 했다. 또한, 보다 바람직한 Nb의 함유율은, 0.2∼0.5%이다.Nb, like Ta, is dissolved on γ '(Ni 3 (Al, Ti)) to stabilize the γ' phase. When the content of Nb is less than 0.1%, the above-mentioned effect is not obtained. On the other hand, if the content of Nb is more than 0.7%, segregation will occur at the time of melting and casting, and the mono-composition will decrease. Therefore, the content of Nb is set to 0.1 to 0.7%. The content of Nb is more preferably 0.2 to 0.5%.

(10) Mo+0.176Cr+0.037Co(10) Mo + 0.176 Cr + 0.037 Co

상술한 바와 같이, 고농도 고용체에 있어서의 고용 강화량은, 용질 원자 농도의 2/3승에 비례하고, 원자 사이즈 차에 따른 미스핏 변형의 4/3승에 비례한다고 되어 있다. 그래서 본 실시형태에 있어서는, 고용 강화에 기여한다고 생각되는, Mo, Cr, Co에 대해서, 1질량%당의 원자의 수와 각각의 원자 반경으로부터 고용 강화를 나타내는 파라미터를 정의한다. 또, 본 실시형태에 있어서는 C(탄소)의 함유율이 작기 때문에, C에 대해서는 파라미터로부터 제외했다.As described above, the solid solution strengthening amount in the high-concentration solid solution is proportional to the 2/3 power of the solute atom concentration and proportional to the 4/3 power of the misfit strain according to the atom size difference. Therefore, in the present embodiment, the numbers of atoms per 1 mass% of Mo, Cr, and Co, which are considered to contribute to solid solution strengthening, and parameters indicating solid solution strengthening from the respective atomic radii are defined. In the present embodiment, since the content ratio of C (carbon) is small, C is excluded from the parameters.

Mo, Cr, Co의 원자량은, 각각, 95.9, 52.0, 58.9이다. 각각의 원소를 동량 첨가한 경우의 원자수의 비는, Mo를 1로 하면, Cr, Co는 각각 1.84, 1.62로 된다. 이들 비의 2/3승은, 각각 1, 1.50, 1.38로 된다.The atomic weights of Mo, Cr and Co are 95.9, 52.0 and 58.9, respectively. The ratio of the number of atoms in the case where each element is added in the same amount is 1.84 or 1.62 for Cr and Co, respectively, when Mo is 1. The 2/3 power of these ratios is 1, 1.50, and 1.38, respectively.

또한, 각 원소를 첨가했을 때에 생기는 미스핏 변형은, Ni 원자와의 원자 사이즈 차로부터 결정된다. Ni 원자와, Mo, Cr, Co 원자와의 원자 반경 차는, 각각 0.15Å(옹스트롬), 0.03Å, 0.01Å이다. 그 때문에, 각 원소를 첨가했을 경우의 미스핏 변형량의 비는, Mo를 1로 하면, Cr, Co는 각각 0.200, 0.067로 된다. 이들 비의 4/3승은, 각각 1, 0.117, 0.027로 된다.In addition, the misfit deformation that occurs when each element is added is determined from the difference in atomic size with Ni atoms. The atomic radius difference between the Ni atom and the Mo, Cr, and Co atoms is 0.15 Å (angstrom), 0.03 Å, and 0.01 Å, respectively. Therefore, when Mo is 1, the ratio of the amount of misfit deformation when each element is added becomes 0.200 and 0.067, respectively, for Cr and Co. The 4/3 power of these ratios is 1, 0.117, and 0.027, respectively.

따라서 각 원소의 1질량%당의 고용 강화량의 비는, Mo를 1로 하면, Cr이 0.176(1.50×0.117=0.176), Co가 0.037(1.38×0.027=0.037)로 된다. 이들 결과로부터 고용 강화량을 표현하는 파라미터로서 「Mo+0.0176Cr+0.037Co」를 설정했다.Therefore, the ratio of the solid solution strengthening amount per 1 mass% of each element is 0.176 (1.50 x 0.117 = 0.176) and 0.037 (1.38 x 0.027 = 0.037) for Cr, From these results, " Mo + 0.0176Cr + 0.037Co " was set as a parameter for expressing the solid solution strengthening amount.

이 파라미터의 값(함유율)이 15%를 초과하면, 고용 강화량이 과잉해져, 단조 시의 변형능을 악화시킨다. 한편, 파라미터의 값이 10% 미만인 경우에는, 고용 강화량이 현저하게 낮아져, 충분한 강도가 얻어지지 않는다. 그 때문에, 상기 파라미터의 값을 10%∼15%로 했다. 또한, 보다 바람직한 상기 파라미터의 값은, 11∼13.5%이다.When the value (content ratio) of this parameter exceeds 15%, the solute strengthening amount becomes excessive, and the deformability at the time of forging deteriorates. On the other hand, when the value of the parameter is less than 10%, the solid solution strengthening amount is remarkably lowered and sufficient strength is not obtained. Therefore, the value of the parameter is set to 10% to 15%. The value of the parameter is more preferably 11 to 13.5%.

또, 원소 첨가에 따른 미스핏 변형은, 엄밀하게는 단순히 원자 사이즈뿐만 아니라, Ni이나 그 외 원자와의 상호 작용 등이 영향을 준다고 생각된다. 그러나, 여기에서는, 간편을 위해, 각 용질 원자와 Ni 원자와의 차로부터 미스핏 변형값을 일의적으로 결정하고 있다. 또한, Mo, Cr은, C와 결합해서 탄화물을 형성하는 것이 알려져 있지만, C의 함유율이 낮기 때문에, 탄화물에 의한 Mo, Cr의 소비는 무시하고 있다.It is considered that not only the size of the atom but also the interaction with Ni or other atoms affects the misfit deformation due to element addition. However, here, for the sake of simplicity, the unfixed strain value is uniquely determined from the difference between each solute atom and the Ni atom. It is known that Mo and Cr combine with C to form carbide. However, since the content of C is low, consumption of Mo and Cr due to carbide is ignored.

(11) Si(규소), Mn(망간), N(질소), Cu(구리), Fe(철) 및 S(황)(11) A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: (i) depositing Si (silicon), Mn (manganese), N (nitrogen), Cu (copper)

Si, Mn, N, Cu, Fe 및 S은, 실시형태의 단조용 Ni기 합금에 있어서는, 불가피적 불순물로 분류되는 것이다. 이들 불가피적 불순물은, 가능한 한 그 잔존 함유율을 0%에 가깝게 하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 불가피적 불순물 중, 적어도, Si 및 Mn은, 0.1% 이하, 및 N는, 0.01% 이하로 억제되는 것이 바람직하다.Si, Mn, N, Cu, Fe and S are inevitable impurities in the forging Ni-based alloys of the embodiments. It is preferable that these inevitable impurities are made as close to 0% as possible. It is preferable that at least Si and Mn of these inevitable impurities are suppressed to 0.1% or less and N is suppressed to 0.01% or less.

Si는, 보통강의 경우, 내식성을 보충하기 위해 첨가된다. 그러나, Ni기 합금은 Cr 함유량이 많아, 충분히 내식성을 확보할 수 있다. 그 때문에, Si의 잔존 함유율을 0.1% 이하로 하여, 가능한 한 그 잔존 함유율을 0%에 가깝게 하는 것이 바람직하다.Si is usually added to supplement corrosion resistance in the case of steel. However, since the Ni-based alloy has a large Cr content, sufficient corrosion resistance can be secured. Therefore, it is preferable that the residual content of Si is set to 0.1% or less and the remaining content is made as close as possible to 0%.

Mn은, 보통강의 경우, 취성(脆性)에 기인하는 S(황)을 MnS으로 해서 취성을 방지한다. 그러나, Ni기 합금에 있어서의 S의 함유량은 극히 적어, Mn을 첨가할 필요는 없다. 그 때문에, Mn의 잔존 함유율을 0.1% 이하로 하여, 가능한 한 그 잔존 함유율을 0%에 가깝게 하는 것이 바람직하다.In the case of ordinary steels, Mn is made of S (sulfur) due to brittleness and MnS to prevent brittleness. However, the content of S in the Ni-based alloy is extremely small and it is not necessary to add Mn. Therefore, it is preferable that the residual content of Mn is set to 0.1% or less and the remaining content is made as close as possible to 0%.

N는, 재료 중의 Ti과 반응함으로써 TiN을 형성하여, γ'상의 생성에 기여하는 Ti을 감소시킨다. 그 결과로서, 기계적 강도가 저하한다. 그 때문에, N의 잔존 함유율을 0.01% 이하로 하여, 가능한 한 그 잔존 함유율을 0%에 가깝게 하는 것이 바람직하다.N reacts with Ti in the material to form TiN to reduce Ti contributing to the formation of the gamma prime phase. As a result, the mechanical strength is lowered. Therefore, it is preferable to set the residual content of N to 0.01% or less and to make the remaining content as close as possible to 0%.

여기에서, 실시형태의 단조용 Ni기 합금, 및 이 단조용 Ni기 합금을 사용해서 제조되는 터빈 부품의 제조 방법에 대해서 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing a turbine component manufactured using the forging Ni-based alloy and the forging Ni-based alloy according to the embodiment will be described.

상기한 실시형태의 단조용 Ni기 합금은, 예를 들면, 다음과 같이 제조된다.The forging Ni-based alloy of the above embodiment is manufactured, for example, as follows.

우선, Ni기 합금을 구성하는 조성 성분을 진공 유도 용해(VIM)하고, 그 용탕을 소정의 형틀에 주입해서 주괴를 형성한다. 그리고, 그 주괴를 소킹(soaking) 처리하고, 열간 단조하고, 용체화(溶體化) 처리, 시효 처리 등을 실시함으로써 제작된다.First, the composition constituting the Ni-based alloy is subjected to vacuum induction melting (VIM), and the molten metal is injected into a predetermined mold to form an ingot. Then, the ingot is subjected to soaking, hot forging, solution treatment, aging, and the like.

터빈 부품인 터빈 로터는, 예를 들면, 다음과 같이 제작된다.The turbine rotor, which is a turbine component, is manufactured, for example, as follows.

예를 들면, 하나의 방법(더블 멜트)으로서, 실시형태의 단조용 Ni기 합금을 구성하는 조성 성분을 진공 유도 용해(VIM)하고, 일렉트로 슬래그 재용해(ESR)하여, 소정의 형(型)에 흘려 넣는다. 이어서, 소킹 처리, 단조 처리, 용체화 처리, 시효 처리 등을 실시하여, 터빈 로터를 제작한다.For example, as a method (double melt), a composition component constituting the forging Ni-based alloy is subjected to vacuum induction melting (VIM) and electroslag material dissolution (ESR) . Subsequently, a soaking treatment, a forging treatment, a solution treatment treatment, an aging treatment, and the like are performed to produce a turbine rotor.

다른 방법(더블 멜트)으로서, 실시형태의 단조용 Ni기 합금을 구성하는 조성 성분을 진공 유도 용해(VIM)하고, 진공 아크 재용해(VAR)하여, 소정의 형에 흘려 넣는다. 이어서, 소킹 처리, 단조 처리, 용체화 처리, 시효 처리 등을 실시하여, 터빈 로터를 제작한다.As another method (double melt), the composition constituting the forging Ni-based alloy of the embodiment is subjected to vacuum induction melting (VIM), vacuum arc remelting (VAR), and then poured into a predetermined mold. Subsequently, a soaking treatment, a forging treatment, a solution treatment treatment, an aging treatment, and the like are performed to produce a turbine rotor.

또한, 다른 방법(트리플 멜트)으로서, 실시형태의 단조용 Ni기 합금을 구성하는 조성 성분을 진공 유도 용해(VIM)하고, 일렉트로 슬래그 재용해(ESR)하고, 진공 아크 재용해(VAR)하여, 소정의 형에 흘려 넣는다. 이어서, 소킹 처리, 단조 처리, 용체화 처리, 시효 처리 등을 실시하여, 터빈 로터를 제작한다.As another method (triple melt), the composition constituting the forging Ni-based alloy of the embodiment is subjected to vacuum induction melting (VIM), electroslag material dissolution (ESR), vacuum arc material dissolution (VAR) It is poured into a predetermined mold. Subsequently, a soaking treatment, a forging treatment, a solution treatment treatment, an aging treatment, and the like are performed to produce a turbine rotor.

상기한 터빈 로터의 제조 방법에 의하여, 터빈 로터의 적어도 소정 부위가 제조된다. 소정 부위로서, 터빈 로터 중, 예를 들면, 700℃ 이상의 고온에 노출되는 부위 등을 들 수 있다. 이 경우, 터빈 로터 중, 예를 들면, 600℃ 정도의 온도에 노출되는 부위는, 종래의 내열 합금에 의하여 제조한다. 그리고, 상기한 제조 방법에 의하여 제조된 실시형태의 단조용 Ni기 합금으로 이루어지는 부품과, 종래의 내열 합금으로 이루어지는 부품을, 예를 들면, 용접에 의해 접합해서 터빈 로터가 구성된다. 또, 실시형태의 단조용 Ni기 합금으로 이루어지는 부품과, 종래의 내열 합금으로 이루어지는 부품과의 접합 방법은, 용접에 한하지 않으며, 예를 들면 볼트 및 너트에 의하여 체결해도 된다.By the above-described manufacturing method of the turbine rotor, at least a predetermined portion of the turbine rotor is manufactured. As a predetermined region, for example, a portion exposed to a high temperature of 700 DEG C or more among the turbine rotors and the like can be given. In this case, the portion of the turbine rotor exposed to a temperature of, for example, about 600 ° C is manufactured by a conventional heat-resistant alloy. A turbine rotor is constituted by joining a part made of the forging Ni-based alloy of the embodiment manufactured by the above-mentioned manufacturing method and a part made of a conventional heat-resistant alloy by, for example, welding. The method of joining the component made of the Ni-based alloy for forgings of the embodiment and the component made of the conventional heat-resistant alloy is not limited to welding, and may be fastened by bolts and nuts, for example.

이렇게, 터빈 로터를 구성하는 부품을 분할해서 제작함으로써, 소강괴의 Ni기 합금에 있어서도, 700℃ 이상의 고온 환경 중에서 사용 가능한 터빈 로터를 제조할 수 있다. 또, 사용되는 온도 조건에 따라서는, 터빈 로터의 전부를 상기한 터빈 로터의 제조 방법에 의하여 제조해도 된다.By dividing the parts constituting the turbine rotor in this manner, a turbine rotor which can be used in a high-temperature environment of 700 ° C or more can be manufactured even for a Ni-based alloy having a small ingot. Further, depending on the temperature condition to be used, all of the turbine rotor may be manufactured by the manufacturing method of the turbine rotor described above.

터빈 부품인 동익, 정익, 스크류잉 부재는, 예를 들면, 다음과 같이 제작된다.The rotor, stator, and screwing members, which are turbine parts, are manufactured, for example, as follows.

우선, 실시형태의 단조용 Ni기 합금을 구성하는 조성 성분을 진공 유도 용해(VIM)하고, 일렉트로 슬래그 재용해(ESR)한다. 이어서, 용융한 합금을, 감압 분위기에서 소정의 형에 흘려 넣어 주괴를 제작하고, 소킹 처리를 실시한다. 그리고, 이 주괴를 상기 터빈 부품의 형상에 대응하는 형에 배치해서 단조 처리, 용체화 처리, 시효 처리 등을 실시함으로써 동익, 정익, 스크류잉 부재가 제작된다. 즉, 동익, 정익, 스크류잉 부재는, 형 단조에 의하여 제작된다.First, the composition components constituting the forging Ni-based alloy of the embodiment are subjected to vacuum induction melting (VIM) and electro-slag solute dissolution (ESR). Subsequently, the molten alloy is poured into a predetermined mold in a reduced-pressure atmosphere to prepare an ingot, and soaking treatment is carried out. Then, the ingot is placed in a shape corresponding to the shape of the turbine component, and forging, solution treatment, aging, and the like are performed to produce a rotor, a stator, and a screwing member. That is, the rotor, the stator and the screwing member are manufactured by die forging.

또한, 다른 방법(더블 멜트)으로서, 예를 들면, 실시형태의 단조용 Ni기 합금을 구성하는 조성 성분을 진공 유도 용해(VIM)하고, 진공 아크 재용해(VAR)한다. 이어서, 용융한 합금을, 감압 분위기에서 소정의 형에 흘려 넣어 주괴를 제작한다. 그리고, 주괴에 소킹 처리를 실시하고, 상기와 마찬가지로, 단조 처리, 용체화 처리, 시효 처리 등을 실시하여, 동익, 정익, 스크류잉 부재를 제작해도 된다.As another method (double melt), for example, the composition constituting the Ni-based alloy for forgings of the embodiment is subjected to vacuum induction melting (VIM) and vacuum arc material dissolution (VAR). Subsequently, the molten alloy is poured into a predetermined mold in a reduced-pressure atmosphere to produce an ingot. Then, the ingot may be subjected to a soaking treatment, and a forging treatment, a solution treatment, an aging treatment, or the like may be carried out to produce a rotor, a stator, and a screwing member.

또한, 다른 방법(트리플 멜트)으로서, 실시형태의 단조용 Ni기 합금을 구성하는 조성 성분을 진공 유도 용해(VIM)하고, 일렉트로 슬래그 재용해(ESR)하고, 진공 아크 재용해(VAR)한다. 이어서, 용융한 합금을, 감압 분위기에서 소정의 형에 흘려 넣어 주괴를 제작한다. 그리고, 주괴에 소킹 처리를 실시하고, 상기와 마찬가지로, 단조 처리, 용체화 처리, 시효 처리 등을 실시하여, 동익, 정익, 스크류잉 부재를 제작해도 된다.As another method (triple melt), the composition constituting the forging Ni-based alloy of the embodiment is subjected to vacuum induction melting (VIM), electroslag material dissolution (ESR), and vacuum arc material dissolution (VAR). Subsequently, the molten alloy is poured into a predetermined mold in a reduced-pressure atmosphere to produce an ingot. Then, the ingot may be subjected to a soaking treatment, and a forging treatment, a solution treatment, an aging treatment, or the like may be carried out to produce a rotor, a stator, and a screwing member.

실시형태의 단조 부품인 배관은, 예를 들면, 다음과 같이 제작된다.The piping, which is a forged part of the embodiment, is manufactured, for example, as follows.

우선, 실시형태의 단조용 Ni기 합금을 구성하는 조성 성분을 전기로(電氣爐) 용해(EF)하고, 아르곤-산소 탈탄(脫炭)(AOD)을 행하여, 주괴를 제작한다. 이어서, 주괴에 소킹 처리를 실시한다. 이 주괴를 세로형 프레스로 천공하여 컵상의 소관(素管)을 제작한다. 그리고, 가로형 프레스로 맨드렐과 다이스에 의한 가공과 재가열을 반복하여, 소관을 배관의 형상으로 성형한다. 이 가공 방법은, 에르하르트 푸쉬벤치 제관법(Ehrhardt push bench pipe manufacturing method)이다. 그리고, 용체화 처리, 시효 처리 등을 실시하여, 배관을 제작한다.First, an ingot is produced by dissolving an electric furnace (EF) and performing argon-oxygen decarburization (AOD) on the composition constituting the forging Ni-based alloy of the embodiment. Then, the ingot is subjected to soaking treatment. The ingot is pierced by a vertical press to produce a base tube in the cup. Then, machining by the mandrel and dies and reheating with the horizontal press are repeated to mold the primary pipe into the pipe shape. This processing method is an Ehrhardt push bench pipe manufacturing method. Then, solution treatment, aging treatment, and the like are performed to produce a pipe.

또, 터빈 로터, 동익, 정익, 스크류잉 부재, 배관을 제작하는 방법은, 상기한 방법으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기한, 터빈 로터, 동익, 정익, 스크류잉 부재, 배관 등의 단조 부품은, 예를 들면, 증기 터빈, 가스 터빈, CO2 터빈 등의 발전용 터빈에 적용할 수 있다.The method of manufacturing the turbine rotor, the rotor, the stator, the screwing member, and the pipe is not limited to the above-described method. Forged parts such as turbine rotors, rotor blades, stator blades, screw-in members, and pipes can be applied to power turbines such as steam turbines, gas turbines, and CO 2 turbines.

여기에서, 상기한, 단조용 Ni기 합금 및 터빈 부품을 제조할 때에 있어서의, 각 열처리에 대하여 설명한다. 또, 각 열처리에 있어서의 온도는, 처리되는 단조용 Ni기 합금이나 터빈 부품 등에 따라서, 이하에 나타내는 각각의 범위 내에 있어서 설정된다. 또한, 각 처리의 시간도 처리되는 단조용 Ni기 합금이나 터빈 부품 등에 따라서 적의 설정된다.Hereinafter, each heat treatment at the time of manufacturing the above-mentioned forging-purpose Ni-based alloy and turbine parts will be described. The temperature in each heat treatment is set within the respective ranges shown below depending on the to-be-processed Ni-based alloy to be treated, turbine parts and the like. In addition, the time for each treatment is also set appropriately in accordance with the forged Ni-based alloy or turbine parts to be processed.

소킹 처리에 있어서는, 열확산에 의하여 화학 성분의 편석을 감소시키기 위해서, 합금을 고온에서 충분한 시간 가열할 필요가 있다. 그 때문에, 소킹 처리는, 1000∼1200℃의 온도 범위에서 실시되는 것이 바람직하다.In the soaking treatment, it is necessary to heat the alloy at a high temperature for a sufficient time in order to reduce segregation of chemical components by thermal diffusion. Therefore, the soaking treatment is preferably carried out in a temperature range of 1000 to 1200 占 폚.

단조는, 재료의 충분한 변형능이 얻어지는 온도에서부터 제로 연성(延性) 온도까지의 범위에서 행할 필요가 있다. 그 때문에, 단조는, 950∼1100℃의 온도 범위에서 행해지는 것이 바람직하다.Forging must be performed in a range from a temperature at which sufficient deformability of the material is obtained to a ductility temperature. Therefore, the forging is preferably performed in a temperature range of 950 to 1100 캜.

용체화 처리에서는, 1050∼1200℃의 온도 범위에서, 1∼24시간 유지하는 것이 바람직하다. 여기에서, 용체화 처리는, 합금 원소를 모상에 충분히 고용시켜, 고용 강화의 효과를 충분히 얻음과 함께, 그 후의 열처리에 의한 석출물의 석출 제어를 가능하게 하기 위해서 행해진다. 또한, 용체화 처리는, 결정립경을 조정하는 목적에서도 행해지는 경우도 있다.In the solution treatment, it is preferable to maintain the temperature in the range of 1050 to 1200 占 폚 for 1 to 24 hours. Here, the solution treatment is carried out in order to sufficiently solidify the alloy element in the mother phase to sufficiently obtain the effect of solid solution strengthening, and to enable precipitation control of the precipitate by the subsequent heat treatment. The solution treatment may also be performed for the purpose of adjusting the crystal grain diameter.

용체화 처리의 온도가 1050℃를 하회할 경우에는, 합금 원소가 모상에 완전히 고용되지 않아, 고용 강화 원소에 의한 강화가 충분히 행해지지 않는다. 또한, 용체화 처리 후의 열처리에 의한 석출상의 석출 형태의 제어도 곤란해진다. 한편, 용체화 처리의 온도가 1200℃를 초과하는 경우, 결정립경의 조대화를 일으켜, 기계적 강도가 저하한다. 그 때문에, 용체화 처리의 온도를 1050∼1200℃로 했다. 또한, 용체화 처리의 온도를 1050∼1150℃로 하는 것이 더 바람직하다. 또, 용체화 처리된 Ni기 합금이나 터빈 부품은, 예를 들면, 수냉이나 강제 공냉 등에 의하여 실온까지 냉각된다.When the temperature of the solution treatment is lower than 1050 占 폚, the alloy element is not completely dissolved in the mother phase and hardening by the solid solution strengthening element is not sufficiently performed. It is also difficult to control the precipitation form of the precipitated phase by the heat treatment after the solution treatment. On the other hand, when the temperature of the solution treatment exceeds 1200 ° C, crystal grain diameter is coarsened and mechanical strength is lowered. Therefore, the temperature of the solution treatment was set to 1050 to 1200 占 폚. It is more preferable that the temperature of the solution treatment is 1050 to 1150 캜. In addition, the solution-processed Ni-based alloy or turbine component is cooled to room temperature by, for example, water cooling or forced air cooling.

다음으로, 용체화 처리 후에 실온까지 냉각된 Ni기 합금이나 터빈 부품에 실시되는 시효 처리에 대해서 설명한다.Next, the aging treatment to be performed on the Ni-based alloy or turbine parts cooled to room temperature after the solution treatment is described.

시효 처리에서는, 700∼800℃의 온도 범위에서 5∼50시간 유지하는 것이 바람직하다. 이 시효 처리는, 다단으로 행하는 것이어도 된다. 또, 시효 처리 후, Ni기 합금이나 터빈 부품은, 예를 들면, 수냉이나 노냉에 의하여 실온까지 냉각된다.In the aging treatment, the temperature is preferably maintained at 700 to 800 DEG C for 5 to 50 hours. This aging treatment may be performed in multiple stages. After the aging treatment, the Ni-based alloy or the turbine component is cooled to room temperature by, for example, water cooling or furnace cooling.

여기에서, 시효 처리에 있어서의 온도 및 시간을 상기한 범위로 한 이유에 대해서 설명한다.Here, the reason why the temperature and time in the aging treatment are set in the above range will be described.

시효 처리의 주된 목적은, 결정립 내에 석출하는 γ'상의 석출 형태의 제어에 있다. 또한, 시효 처리는, 결정립계의 성상에도 영향을 미친다. 따라서, 시효 처리에 대해서는, 결정립 내 및 결정립계의 조직을 고려해서, 온도, 시간 조건을 선정할 필요가 있다.The main purpose of the aging treatment is to control the precipitation form of the γ 'phase to be precipitated in the crystal grains. The aging treatment also affects the properties of the grain boundaries. Therefore, in regard to the aging treatment, it is necessary to select the temperature and time conditions in consideration of the grain structure and grain boundary structure.

도 2 및 도 3은, 시효 처리의 조건에 따라서 결정립계에 석출하는 탄화물의 석출 형태를 설명하기 위해, Ni기 합금의 금속 조직의 전자현미경 사진을 나타낸 도면이다. 여기에서 나타난 Ni기 합금의 조성은, C가 0.04%, Cr이 18%, Co가 12%, Mo이 9%, Al이 1.3, Ti이 1.4%, B가 0.003%, Ta이 0.1%, Nb이 0.3%, 잔부가 Ni이다. 도 2에는, 850℃의 온도에서 10시간, 시효 처리가 행해진 금속 조직이 나타나고, 도 3에는, 750℃의 온도에서 10시간, 시효 처리가 행해진 금속 조직이 나타나 있다. 또한, 소킹 처리 및 용체화 처리는, 상기한 범위 내에서 행해지고 있다. 또, 도 2 및 도 3에는, 석출물(13)(γ'상)도 나타나 있다.Fig. 2 and Fig. 3 are electron micrographs of the metal structure of the Ni-based alloy in order to explain the precipitation form of the carbide precipitated on the grain boundaries according to the conditions of the aging treatment. The composition of the Ni-based alloy showed 0.04% of C, 18% of Cr, 12% of Co, 9% of Mo, 1.3 of Al, 1.4% of Ti, 0.003% of B, 0.1% of Ta, Nb 0.3%, and the remainder is Ni. Fig. 2 shows a metal structure in which the aging treatment is performed at a temperature of 850 캜 for 10 hours, and Fig. 3 shows a metal structure subjected to aging treatment at a temperature of 750 캜 for 10 hours. The soaking treatment and the solubilization treatment are carried out within the above-mentioned range. 2 and 3, the precipitate 13 (phase of? ') Is also shown.

통상의 시효 처리에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, Ni기 합금의 결정립계를 덮도록 막상의 탄화물(11)이 석출한다. 이 막상의 탄화물(11)은, Cr, Mo를 주성분으로 하는 취약한 탄화물(M23C6형의 탄화물)이다. 이 탄화물(11)은, 결정립계의 파괴를 조장하여, 재료의 인성을 현저하게 저하시킨다. 그 때문에, 이러한, 결정립계를 덮는 막상의 탄화물(11)의 석출을 방지하는 시효 처리를 행할 필요가 있다고 생각되고 있었다.In the ordinary aging treatment, as shown in Fig. 2, the filmy carbide 11 precipitates so as to cover the grain boundaries of the Ni-based alloy. The film-like carbide 11 is a weak carbide (M 23 C 6 type carbide) mainly composed of Cr and Mo. This carbide (11) promotes fracture of grain boundaries and significantly reduces the toughness of the material. Therefore, it has been considered necessary to perform the aging treatment to prevent the deposition of the carbide 11 on the film covering the grain boundaries.

그러나, 도 3에 나타내는 바와 같이, 시효 처리의 조건에 따라서는, 결정립계를 덮는 막상의 탄화물의 두께가 얇아진다. 또, 탄화물은, 결정립계를 따라서 연속해서 석출해 있다. 재료 시험의 결과, 발명자들은, 이 탄화물의 두께가 충분히 얇은 경우, 연인성(延靭性)의 저하가 생기지 않는 것을 밝혀냈다. 상기한 온도 및 시간은, γ'상의 미세 석출과 결정립계를 덮는 탄화물의 조대화 억제의 양자를 만족시키는 범위로 규정되어 있다.However, as shown in Fig. 3, depending on the conditions of the aging treatment, the film-like carbide covering the crystal grain boundary becomes thinner. In addition, the carbide is continuously deposited along the grain boundaries. As a result of the material test, the inventors have found that when the thickness of the carbide is sufficiently thin, no deterioration of the ductility tends to occur. The above-mentioned temperature and time are defined within a range satisfying both of fine precipitation of? 'Phase and coarsening inhibition of carbide covering grain boundaries.

시효 처리의 온도가 700℃보다도 낮은 경우, 결정립계를 덮는 탄화물의 조대화는 억제할 수 있지만, γ'상의 성장이 현저하게 느리다. 그 때문에, γ'상이 석출하는 것에 의한 기계적 강도의 향상이 얻어지지 않는다. 한편, 시효 처리의 온도가 800℃를 초과하는 경우, γ'상의 미세 석출은 달성되어, 충분한 강도가 얻어진다. 그러나, 결정립계를 덮는 탄화물의 조대화가 현저하고, 인성이 저하한다.When the temperature of the aging treatment is lower than 700 캜, the coarsening of the carbide covering the grain boundaries can be suppressed, but the growth of the γ 'phase is remarkably slow. Therefore, improvement in mechanical strength due to precipitation of the? 'Phase can not be obtained. On the other hand, when the temperature of the aging treatment exceeds 800 캜, fine precipitation of the γ 'phase is achieved, and sufficient strength is obtained. However, the coarsening of the carbide covering the grain boundaries is remarkable, and the toughness is lowered.

이러한 점에서, 시효 처리의 온도를 700∼800℃로 했다. 여기에서, γ'상의 조기 석출을 위해, 시효 처리를, 예를 들면 2단 등의 다단으로 열처리해도 된다. 이 경우에 있어서도, 온도는, 상기한 시효 처리의 온도 범위에서 설정된다. 또한, 다단에 있어서의 전열 처리 시간도, 상기한 시효 처리의 시간 범위에서 설정된다. 예를 들면, 800℃의 온도에서 10시간 유지하고, 그 후, 750℃의 온도에서 20시간 유지하는 처리 등을 예시할 수 있다. 또, 800℃로부터 750℃에의 온도 저하는, 예를 들면, 노냉(爐冷)에 의하여 행해진다.In this respect, the aging treatment temperature was set to 700 to 800 占 폚. Here, for the early precipitation of? 'Phase, the aging treatment may be heat-treated in multiple stages such as two stages. Also in this case, the temperature is set in the temperature range of the above aging treatment. The heat transfer treatment time in the multi-stage is also set in the time range of the aging treatment described above. For example, a treatment at a temperature of 800 DEG C for 10 hours and then a treatment at a temperature of 750 DEG C for 20 hours. The temperature decrease from 800 ° C to 750 ° C is performed by, for example, furnace cooling.

시효 처리 후의 냉각은, 예를 들면, 노냉 및 공냉으로 행한다. 시효 처리를 다단으로 행하는 경우, 각 시효 처리 사이의 냉각은, 상기한 바와 같이, 예를 들면 노냉에 의하여 행해진다. 그리고, 실온까지 냉각시키지 않고, 시효 처리를 연속적으로 행한다.The cooling after the aging treatment is performed by, for example, furnace cooling and air cooling. In the case where the aging treatment is carried out in multiple stages, cooling between aging treatments is carried out by, for example, furnace cooling as described above. Then, the aging treatment is continuously performed without cooling to room temperature.

여기에서, 용체화 처리 후, 실온까지 냉각된, Ni기 합금이나 터빈 부품에 대해서, 시효 처리를 행하기 전에, 중간 열처리를 행해도 된다. 이 중간 열처리에서는, 결정립계를 덮는 막상의 탄화물의 석출이나 조대화를 억제하기 위해서, 시효 처리 전에, 우선, 결정립계를 따라서 괴상의 탄화물을 단속적으로 형성하는 것을 목적으로 한다. 이 탄화물도, Cr, Mo를 주성분으로 하는 탄화물(M23C6형의 탄화물)이다.Here, the intermediate heat treatment may be performed on the Ni-based alloy or the turbine parts cooled to room temperature after the solution treatment before the aging treatment. In this intermediate heat treatment, the purpose is to intermittently form a massive carbide along the grain boundaries before the aging treatment, in order to suppress precipitation and coarsening of the carbides on the film covering the grain boundaries. This carbide is also a carbide (M 23 C 6 type carbide) mainly containing Cr and Mo.

중간 열처리는, 1000∼1050℃의 온도 범위에서 실시되는 것이 바람직하다. 중간 열처리 온도가 1000℃를 하회하는 경우 및 1050℃를 초과하는 경우에는, 괴상의 탄화물이 석출하지 않는다. 중간 열처리의 시간은, 처리되는 Ni기 합금이나 터빈 부품 등에 따라서 적의 설정된다.The intermediate heat treatment is preferably carried out in a temperature range of 1000 to 1050 캜. When the intermediate heat treatment temperature is lower than 1000 占 폚 or exceeds 1050 占 폚, massive carbides do not precipitate. The time for the intermediate heat treatment is set to an arbitrary value depending on the Ni-based alloy to be treated, turbine parts, and the like.

또, C(탄소)의 함유율이 충분히 작을 경우에는, 결정립계 상의 막상의 탄화물의 석출은 현저하지 않기 때문에, 이 중간 열처리를 생략해도 된다. C의 함유율이 충분히 적은 경우란, 결정립경 등에 따라서 다르지만, C의 함유율이, 예를 들면 0.04% 이하일 때를 말한다. 중간 열처리 후의 냉각은, 예를 들면, 노냉, 수냉 또는 강제 공냉 등으로 행해진다. 그리고, Ni기 합금이나 터빈 부품은, 실온까지 냉각된다.In addition, when the content of C (carbon) is sufficiently small, precipitation of carbide on the film surface on the crystal grain is not remarkable, and this intermediate heat treatment may be omitted. The case where the content of C is sufficiently small refers to the case where the content of C is, for example, 0.04% or less although it varies depending on the crystal grain size and the like. The cooling after the intermediate heat treatment is performed by, for example, cold cooling, water cooling or forced air cooling. Then, the Ni-based alloy or the turbine part is cooled to room temperature.

(화학 조성의 영향)(Influence of chemical composition)

이하에, 실시형태의 단조용 Ni기 합금이, 강도 특성 및 단조성이 우수한 것을 설명한다.Hereinafter, it is explained that the forging Ni-based alloy of the embodiment is excellent in strength characteristics and mono-composition.

표 1은, 강도 특성, 단조성 등의 평가에 사용된 시료 1∼시료 21의 화학 조성을 나타낸다. 또, 표 1에 나타난 시료 1∼시료 13은, 실시형태의 단조용 Ni기 합금의 화학 조성 범위에 있는 Ni기 합금이고, 시료 14∼시료 21은, 그 조성이 실시형태의 단조용 Ni기 합금의 화학 조성 범위에 없는 Ni기 합금이며, 비교예이다.Table 1 shows chemical compositions of Sample 1 to Sample 21 used for evaluation of strength characteristics, mono-composition and the like. The samples 1 to 13 shown in Table 1 were Ni-based alloys in the chemical composition range of the forging Ni-based alloys of the embodiment, and the samples 14 to 21 had the composition of the forging Ni- Is a Ni-based alloy which is not in the chemical composition range of Ni, and is a comparative example.

[표 1][Table 1]

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Figure pat00001

강도 특성을 인장 시험, 인성을 샤르피 충격 시험(Charpy impact test)에 의하여 평가하고, 단조성을 목시(目視) 관찰에 의하여 평가했다. 또한, 결정립계를 덮는 막상의 탄화물의 두께를 금속 조직 관찰에 의하여 측정했다.The strength characteristics were evaluated by a tensile test and the toughness by a Charpy impact test, and the composition was evaluated by visual observation. Further, the thickness of the carbide on the film covering the grain boundaries was measured by observing the metal structure.

각 시험에 사용하는 시험편을 다음과 같이 제작했다.Test pieces used for each test were made as follows.

표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 시료 1∼시료 21의 Ni기 합금을 각각 진공 유도 용해로에서 용해하여, 주괴를 제작했다.The Ni-base alloys of Sample 1 to Sample 21 having the chemical compositions shown in Table 1 were each dissolved in a vacuum induction melting furnace to produce ingots.

이어서, 이 주괴에 대하여, 1050℃에서 5시간 소킹 처리를 실시했다. 그 후, 950∼1100℃(재가열 온도가 1100℃)의 온도 범위에서 500kgf 해머 단조기로 단조했다. 단조 후, 1100℃의 온도에서 4시간 용체화 처리를 실시하고, 그 후, 공냉에 의해 실온까지 냉각했다. 냉각 후, 1025℃의 온도에서 10시간의 중간 열처리를 실시하고, 그 후, 노냉에 의해 실온까지 냉각했다. 냉각 후, 800℃의 온도에서 10시간, 계속해서 750℃의 온도에서 20시간의 2단계의 시효 처리를 연속하여 실시했다. 그 후, 공냉에 의해 실온까지 냉각해서 단조재로 했다.Subsequently, the ingot was subjected to soaking treatment at 1050 占 폚 for 5 hours. Thereafter, it was forged with a 500 kgf hammer forging machine at a temperature range of 950 to 1100 占 폚 (reheating temperature of 1100 占 폚). After the forging, the solution treatment was carried out at a temperature of 1100 DEG C for 4 hours, and then cooled to room temperature by air cooling. After cooling, the mixture was subjected to an intermediate heat treatment at a temperature of 1025 DEG C for 10 hours, and then cooled to room temperature by furnace cooling. After cooling, aging treatment in two stages of a temperature of 800 DEG C for 10 hours and a temperature of 750 DEG C for 20 hours was continuously performed. Thereafter, it was cooled to room temperature by air cooling to obtain a forging material.

그리고, 이 단조재로부터, 인장 시험용 및 샤르피 충격 시험용의 소정의 사이즈의 시험편을 제작했다.Then, a test piece of a predetermined size for tensile test and Charpy impact test was produced from this forging material.

인장 시험은, JIS Z 2241에 준거해서 실시하여, 실온에 있어서의, 0.2% 내력, 인장 강도의 측정을 행했다. 샤르피 충격 시험은, JIS Z 2242에 준거해서 실시하며, 샤르피 충격값의 측정을 행했다.The tensile test was carried out in accordance with JIS Z 2241, and 0.2% proof stress and tensile strength at room temperature were measured. The Charpy impact test was carried out in accordance with JIS Z 2242, and the Charpy impact value was measured.

단조성의 평가는, 상기한 소킹 처리 후의 시료를, 500kgf 해머 단조기로 단조하여, 직경이 125㎜, 길이가 210㎜인 중실(中實) 원주상의 시험편을 제작했다. 또한, 단조 처리는, 단조비(JIS G 0701(강재 단련 작업의 단련 성형비의 표현 방법)에 의거한 단조비)가 3으로 될 때까지 행했다. 또, 단조 처리는, 950∼1100℃의 범위에서 행했다. 그리고, 단조 피대상물인 시험편의 온도가 저하했을 때, 즉 단조 피대상물이 경화해갈 때에는, 재가열 온도 1100℃까지 다시 가열해서 단조 처리를 반복하여 행했다. 단조성의 평가는, 시험편을 냉각 후에, 단조 균열의 유무를 목시 관찰함으로써 행했다.In the evaluation of the monoaxiality, the specimen subjected to the soaking treatment was forged by a hammer forging machine having a weight of 500 kgf to prepare a solid cylindrical test piece having a diameter of 125 mm and a length of 210 mm. The forging process was carried out until the forging ratio (forging ratio based on JIS G 0701 (method of expressing the roughing forming ratio of the steel working work)) was 3. The forging treatment was carried out in the range of 950 to 1100 占 폚. Then, when the temperature of the test piece as the forging object was lowered, that is, when the forging object was cured, the forging process was repeatedly performed by heating again to the reheating temperature of 1100 占 폚. The evaluation of the mono-composition was carried out by visually observing the presence of forging cracks after cooling the test piece.

여기에서, 단조비란, 단조 처리를 실시하기 전에 있어서의, 단조 피대상물이 신장되는 방향에 수직인 단조 피대상물의 단면적을, 단조 처리 후에 있어서의, 단조 피대상물이 신장된 방향에 수직인 단조 피대상물의 단면적에서 뺀 것이다.Here, the forging can be carried out so that the cross-sectional area of the forging object perpendicular to the direction in which the forging object is stretched before the forging process is performed is determined so that the cross sectional area of the forging object perpendicular to the direction in which the forging object is stretched Minus the cross-sectional area of the object.

결정립계를 덮는 막상의 탄화물의 두께의 측정에서는, 시효 처리 후에 실온까지 냉각된 단조재를 사용했다. 전계 방출형 주사 전자현미경을 사용해서 20000배의 배율로 촬영한 전자현미경 사진을 화상 해석함으로써, 탄화물의 두께를 구했다. 각 단조재에 있어서, 대표적인 5개의 결정립계를 선택하여, 각각에 대해서 20점의 탄화물의 두께를 계측했다. 그리고, 그들을 산술 평균해서 탄화물의 평균 두께를 얻었다.For the measurement of the thickness of the carbide covering the crystal grain boundaries, a forged material cooled to room temperature after the aging treatment was used. An electron microscope photograph taken at a magnification of 20,000 times using a field emission scanning electron microscope was subjected to image analysis to determine the thickness of the carbide. In each of the forgings, representative five grain boundaries were selected, and the thickness of carbide of 20 points was measured for each. Then, by arithmetically averaging them, an average thickness of carbide was obtained.

시험 결과 및 관찰 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 있어서, 단조 균열이 없을 경우에는 「무」로 나타내고, 또한, 단조성이 우수한 것을 나타내기 위해, 단조성의 평가를 「○」로 나타내고 있다. 한편, 단조 균열이 있을 경우에는 「유」로 나타내고, 단조성이 떨어지는 것을 나타내기 위해, 단조성의 평가를 「×」로 나타내고 있다.Test results and observation results are shown in Table 2. In Table 2, when there is no forgings crack, it is represented by " no ", and in order to indicate that the mono-composition is excellent, evaluation of the mono-composition is indicated by " O ". On the other hand, when there is a forgery crack, it is represented by "oil" and the evaluation of the mono-composition is indicated by "x" to indicate that the mono-composition is lowered.

[표 2][Table 2]

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Figure pat00002

표 2에 나타내는 바와 같이, 시료 1∼시료 13은, 시료 14에 비해서, 0.2% 내력 및 인장 강도 모두 높다. 시료 1∼시료 13에 있어서, 0.2% 내력 및 인장 강도가 높은 값으로 된 것은, 충분한 고용 강화와 석출 강화가 도모되었기 때문으로 생각된다. 또한, 시료 1∼시료 13은, 단조성도 우수하고, 탄화물의 두께가 250㎚ 이하이다. 또한, 샤르피 충격값의 결과로부터, 시료 1∼시료 13은, 모두 50J/㎠ 이상의 값을 나타내고 있다. 그 때문에, 시료 1∼시료 13에 있어서, 실용상 충분한 인성을 갖는 것이 확인되었다.As shown in Table 2, the samples 1 to 13 are both 0.2% proof stress and tensile strength higher than the sample 14. The reason why the values of the 0.2% proof stress and the tensile strength were high in the samples 1 to 13 are considered to be because sufficient solid solution strengthening and precipitation strengthening were achieved. The samples 1 to 13 are also excellent in monotonicity and have a carbide thickness of 250 nm or less. From the results of the Charpy impact value, the samples 1 to 13 all exhibited a value of 50 J / cm 2 or more. Therefore, it was confirmed that the samples 1 to 13 had sufficient toughness for practical use.

한편, 시료 21과 같이, 「Mo+0.176Cr+0.037Co」의 값이 10질량%를 하회할 경우는, 각 합금 성분을 본 실시형태에서 규정한 화학 조성 범위로 한 경우에 있어서도 충분한 0.2% 내력 및 인장 강도가 얻어지지 않고 있다. 시료 15∼시료 20에서는, 0.2% 내력 및 인장 강도가 높은 값을 나타냈지만, 단조성이 떨어진다. 이것은, 과잉하게 강화 원소를 첨가한 결과라고 생각된다.On the other hand, when the value of " Mo + 0.176Cr + 0.037Co " is less than 10 mass% as in the case of the sample 21, even when the respective alloy components are in the chemical composition ranges defined in the present embodiment, sufficient 0.2% And tensile strength can not be obtained. In the samples 15 to 20, the 0.2% proof stress and the tensile strength were high, but the mono-composition was inferior. This is thought to be the result of adding excess strengthening elements.

이렇게, 본 실시형태에서 규정한, 화학 조성 범위 또는 「Mo+0.176Cr+0.037Co」의 범위로부터 일탈한 Ni기 합금에 있어서는, 강도 특성 및 단조성의 쌍방이 우수한 결과는 얻어지지 않고 있다.Thus, the Ni-based alloy deviating from the chemical composition range or the range of " Mo + 0.176Cr + 0.037Co " defined in the present embodiment does not provide excellent results in both strength characteristics and mono-composition.

(열처리의 영향)(Influence of heat treatment)

여기에서는, 시료 1에 있어서, 중간 열처리, 시효 처리 조건을 변화시키고, 인장 시험, 샤르피 충격 시험, 단조성의 평가 및 결정립계를 덮는 막상의 탄화물의 두께의 측정을 행했다. 또, 각 시험, 단조성의 평가, 탄화물의 두께의 측정의 방법은, 상술한 방법과 같게 했다.Here, in Sample 1, the intermediate heat treatment and the aging treatment conditions were changed, and the tensile test, the Charpy impact test, the evaluation of the mono-composition, and the measurement of the thickness of the carbide covering the crystal grain boundaries were carried out. In addition, each test, evaluation of the mono-composition, and measurement of the thickness of the carbide were the same as those described above.

표 1에 나타낸 시료 1을 사용하여, 표 3에 나타낸, 중간 열처리, 시효 처리의 각 조건에서 열처리를 실시했다. 또, 중간 열처리 및 시효 처리 이외의 공정은, 상술한, 시험편의 제작 방법과 같다. 표3에 있어서, 예를 들면, 「800℃×10h」는, 800℃의 온도로 10시간 유지해서 열처리한 것을 의미한다. 또한, 시효 처리에 있어서, 2단 열처리했을 경우에는, 1단째 및 2단째의 란에 열처리 조건을 나타내고 있다.Using Sample 1 shown in Table 1, heat treatment was performed under the conditions of intermediate heat treatment and aging treatment shown in Table 3. The steps other than the intermediate heat treatment and the aging treatment are the same as the above-mentioned method of producing a test piece. In Table 3, for example, " 800 DEG C x 10 h " means that heat treatment was performed at a temperature of 800 DEG C for 10 hours. In the aging treatment, in the case of performing the two-stage heat treatment, the heat treatment conditions are shown in the first and second columns.

[표 3][Table 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

표 3에 나타난 시료 1, 시료 22∼시료 31은, 본 실시형태의 열처리 조건에서 열처리된 것이고, 그 밖의 시료는, 본 실시형태의 열처리 조건의 범위에 없는 조건에서 열처리된, 비교예이다. 시험 결과 및 관찰 결과를 표 4에 나타낸다.The samples 1 and 22 to 31 shown in Table 3 were heat-treated under the heat treatment conditions of the present embodiment, and the other samples were heat-treated under the conditions not included in the heat treatment conditions of the present embodiment. The test results and the observation results are shown in Table 4.

[표 4][Table 4]

Figure pat00004
Figure pat00004

시료 1 및 시료 22∼시료 31은, 시료 32∼시료 39에 비해서, 0.2% 내력 및 인장 강도 모두 높다. 시료 1 및 시료 22∼시료 31에 있어서의 결정립계를 덮는 막상의 탄화물의 평균 두께는, 모두 250㎚ 이하이다. 시료 1 및 시료 22∼시료 31은, 탄화물의 평균 두께가 얇기 때문에, 시료 34∼시료 37 및 시료 39에 비해서, 높은 샤르피 충격값을 나타내고 있다.Sample 1 and Sample 22 to Sample 31 are both 0.2% proof stress and tensile strength higher than Sample 32 to Sample 39. The average thickness of the carbide in the film covering the grain boundaries in the samples 1 and 22 to 31 is 250 nm or less. Sample 1 and Sample 22 to Sample 31 exhibited a high Charpy impact value as compared with Sample 34 to Sample 37 and Sample 39 because the average carbide thickness was thin.

이렇게, 본 실시형태에 있어서 규정한 시효 처리 조건에 있어서는, 결정립 내의 γ'상의 미세 석출과 결정립계를 덮는 탄화물의 조대화의 억제를 동시에 달성할 수 있다. 이에 따라, 인장 강도 및 샤르피 충격값의 양자에 있어서 높은 값이 얻어지고 있다.Thus, under the aging treatment conditions defined in the present embodiment, it is possible to simultaneously suppress the fine precipitation of? 'Phase in the crystal grains and the coarsening of the carbide covering the crystal grain boundaries. As a result, a high value is obtained in both the tensile strength and the Charpy impact value.

한편, 본 실시형태에 있어서 규정한 시효 처리 조건으로부터 일탈한 시료에 있어서는, 인장 강도 및 샤르피 충격값의 쌍방이 우수한 결과는 얻어지지 않고 있다.On the other hand, in samples deviating from the aging treatment conditions prescribed in the present embodiment, excellent results of both the tensile strength and the Charpy impact value are not obtained.

이상 설명한 실시형태에 따르면, 우수한 강도 특성 및 단조성을 갖는 것이 가능해진다.According to the embodiments described above, it becomes possible to have excellent strength characteristics and mono-composition.

이상 실시형태를 설명했지만, 이들 실시형태는 단지 예시의 방법으로 제공된 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것을 의도하는 것은 아니다. 사실상, 여기서 설명한 상기 실시형태는 다양한 다른 형태를 내포한다. 뿐만 아니라, 본 발명의 요점을 벗어나지 않고, 상기 실시형태에 있어서의 여러가지 생략, 대체 및 변경이 이루어질 수 있다. 하기 특허청구의 범위 및 그 등가물은, 이러한 형태나 본 발명의 범위 및 요점에 포함되는 변형을 포괄하는 것이 의도된다.While the foregoing embodiments have been described, these embodiments are provided by way of example only and are not intended to limit the scope of the invention. Indeed, the embodiments described herein embrace various other forms. In addition, various omissions, substitutions and modifications in the above-described embodiments can be made without departing from the gist of the present invention. The scope of the following claims and their equivalents are intended to encompass such modifications and variations as fall within the scope and spirit of the invention.

Claims (9)

질량%로, C : 0.01∼0.07%, Cr : 14∼26%, Co : 10∼15%, Mo : 5∼12%, Al : 0.8∼3%, Ti : 0.8∼3%, B : 0.001∼0.006%를 함유하고, 잔부가 Ni, 0.01%이하의 N 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 11질량%≤Mo+0.176Cr+0.037Co≤13.5질량%의 관계를 만족시키고,
결정립계(結晶粒界)를 따라서 석출한 석출물인 탄화물의 평균 두께가 250㎚ 이하이며,
상기 석출물은, γ'상으로 구성되며, γ'상의 평균 직경은 150nm이하이며,
또한, 1050∼1200℃의 온도에서 용체화(溶體化) 처리를 실시하고,
용체화 처리 후, 실온까지 냉각된 후에 1000∼1050℃의 온도 범위에서 실시되는 중간 열처리를 실시하고,
상기 중간 열처리를 실시한 후에 700∼800℃의 온도에서 시효 처리를 실시함에 의하여, 상기 탄화물을 석출시킨 단조용 Ni기 합금.
Co: 10 to 15%, Mo: 5 to 12%, Al: 0.8 to 3%, Ti: 0.8 to 3%, B: 0.001 to 3% 0.006% and the remainder being Ni, 0.01% or less of N and inevitable impurities, and satisfying the relation of 11 mass%? Mo + 0.176 Cr + 0.037 Co 13.5 mass%
The average thickness of the carbide, which is a precipitate precipitated along grain boundaries (crystal grain boundaries), is 250 nm or less,
The precipitate is composed of? 'Phase, and the average diameter of?' Phase is 150 nm or less,
Further, a solution treatment is performed at a temperature of 1050 to 1200 占 폚,
After the solution treatment, the mixture is cooled to room temperature and subjected to an intermediate heat treatment in a temperature range of 1000 to 1050 캜,
And the aging treatment is carried out at a temperature of 700 to 800 ° C after the intermediate heat treatment, whereby the carbide is precipitated.
제1항에 있어서,
Ta을 0.05∼0.7질량% 더 함유하고 있는, 단조용 Ni기 합금.
The method according to claim 1,
And further contains 0.05 to 0.7% by mass of Ta.
제1항에 있어서,
Nb을 0.1∼0.7질량% 더 함유하고 있는, 단조용 Ni기 합금.
The method according to claim 1,
And further contains 0.1 to 0.7 mass% of Nb.
제1항에 있어서,
Ta을 0.05∼0.7질량% 및 Nb을 0.1∼0.7질량% 더 함유하고 있는, 단조용 Ni기 합금.
The method according to claim 1,
0.05 to 0.7% by mass of Ta and 0.1 to 0.7% by mass of Nb.
질량%로, C : 0.01∼0.07%, Cr : 14∼26%, Co : 10∼15%, Mo : 5∼12%, Al : 0.8∼3%, Ti : 0.8∼3%, B : 0.001∼0.006%를 함유하고, 잔부가 Ni, 0.01%이하의 N 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 11질량%≤Mo+0.176Cr+0.037Co≤13.5질량%의 관계를 만족시키는 Ni기 합금 소재를 용융하여, 소정의 형상의 구조체를 형성하는 구조체 형성 공정과,
상기 구조체를 1050∼1200℃의 온도에서 용체화 처리하는 용체화 처리 공정과,
상기 용체화 처리 후, 실온까지 냉각된 후에 1000∼1050℃의 온도 범위에서 실시되는 중간 열처리 공정과,
상기 중간 열처리가 실시된 상기 구조체를 700∼800℃의 온도에서 시효 처리하는 시효 처리 공정
을 구비하고,
상기 용체화 처리 공정 및 상기 중간 열처리 공정, 상기 시효 처리 공정을 실시함에 의하여, 결정립계를 따라서, 평균 두께가 250㎚ 이하인 탄화물을 γ'상으로 구성되고, γ'상의 평균 직경은 150nm이하로 석출시키는, 단조용 Ni기 합금의 제조 방법.
Co: 10 to 15%, Mo: 5 to 12%, Al: 0.8 to 3%, Ti: 0.8 to 3%, B: 0.001 to 3% Based alloy material containing 0.006% of Ni and 0.01% or less of N and inevitable impurities and having a relationship of 11 mass%? Mo + 0.176 Cr + 0.037 Co 13.5 mass% is melted , A structure forming step of forming a structure having a predetermined shape,
A solution treatment step of subjecting the structure to a solution treatment at a temperature of 1050 to 1200 占 폚,
An intermediate heat treatment step carried out in a temperature range of 1000 to 1050 캜 after cooling to room temperature after the solution treatment,
An aging treatment process for aging the structure subjected to the intermediate heat treatment at a temperature of 700 to 800 ° C
And,
By performing the solution treatment process, the intermediate heat treatment process, and the aging treatment process, a carbide having an average thickness of 250 nm or less is formed as a? 'Phase along the grain boundaries, and an average diameter of?' Phase is precipitated to 150 nm or less , A method for producing a Ni-based alloy for forging.
제1항에 기재된 단조용 Ni기 합금을 사용해서, 적어도 소정 부위가 제작된, 터빈 부품.A turbine component in which at least a predetermined portion is manufactured by using the forging Ni-based alloy according to claim 1. 제2항에 기재된 단조용 Ni기 합금을 사용해서, 적어도 소정 부위가 제작된, 터빈 부품.A turbine component in which at least a predetermined portion is manufactured by using the forging Ni-based alloy according to claim 2. 제3항에 기재된 단조용 Ni기 합금을 사용해서, 적어도 소정 부위가 제작된, 터빈 부품.A turbine component in which at least a predetermined portion is manufactured by using the forging Ni-based alloy according to claim 3. 제4항에 기재된 단조용 Ni기 합금을 사용해서, 적어도 소정 부위가 제작된, 터빈 부품.A turbine component, wherein at least a predetermined portion is manufactured using the forging Ni-based alloy according to claim 4.
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