KR20230028168A - 내열 합금 소재 및 이것을 가공 성형한 탄성 부재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 질량％로, Ni: 40∼62％, Cr: 13∼20％, Nb＋Ta: 0.2∼2.0％, Ti: 1.5∼2.8％, Al: 1.0∼2.0％(단, Ti/Al: 2.3 이하), W: 3.0％ 이하, Mo: 2.0％ 이하(단, Mo＋(1/2) W: 1.0∼2.5％), Cu: 0.1∼3.0％, B: 0.001∼0.010％, Zr: 0.01∼0.05％, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성의 합금으로 이루어지고, 평균 결정 입경을 100㎛를 초과하고 250㎛ 이하로 한 압연 어닐링 조직을 갖는 두께 1.5㎜ 이하의 판재인 것을 특징으로 하는 내열 합금 소재 및, 상기 내열 합금 소재를 가공 성형한 탄성 부재에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 고온에서 사용되는 기기의 탄성 부재를 위한 Ni-Fe기 합금으로 이루어지는 석출 강화형의 내열 합금 소재 및 이것을 가공 성형한 탄성 부재에 관한 것이다.
최근, 자동차를 위한 터보 차저에서는, 배기 가스 온도의 상승에 수반하여 그의 사용 온도도 상승하고, 개스킷이나 접시 스프링과 같은 구성 부재에도 추가적인 고내열화가 요구되고 있다. 이러한 고온 환경하에서 사용되는 탄성 부재에는, 예를 들면, 석출 강화형의 Ni-Fe기 합금인 Inconel 718(상품명) 합금으로 이루어지는 내열 합금 소재가 이용되고 있다. 그러나, 동(同)합금에서는, 800℃ 이상의 고온도역에 있어서, 강화상(相)인 γ"상이나 γ'상이 기계 강도의 강화에 기여하지 않는 δ상으로 변화하기 때문에, 현저하게 고온 강도가 저하하여 탄성 부재로서의 스프링 특성을 유지할 수 없게 되어 버린다.
또한, 항공기의 터빈 부재에 이용되는 Ni-Cr 합금인 Nimonic263(상품명)은, 800℃에 있어서 우수한 고온 기계 강도를 나타내기는 하지만, 추가적인 고온도역에 폭로되면, 강화상인 γ'상이 소실되어, 역시 고온에서의 스프링 특성을 기대할 수 없다. 또한, Co를 20％ 가깝게 함유하고 있기 때문에, 소재 비용의 점에서도 불리하다.
여기에서, 특허문헌 1에서는, 오스테나이트계 스테인리스강을 대신하여, 자동차 엔진의 실린더 헤드의 금속 개스킷에 이용될 수 있는, Co를 포함하지 않는 Ni-Fe기 합금으로 이루어지는 내열 합금 소재가 개시되어 있다. 냉간 가공에서도 용이하게 성형 가능한 합금 판재를 적극적인 시효 처리를 행하지 않는 상태로 사용에 제공함으로써, 고온에서의 사용 중에 오스테나이트 기지 중에 γ'상이 석출되어, 높은 고온 강도를 유지할 수 있다고 하는 것이다.
Ni-Fe기 합금으로 이루어지는 내열 합금 소재에 있어서, 종래의 800℃보다도 고온, 예를 들면, 최고 900℃까지 사용 가능한 탄성 부재가 요구된다. 한편, 특허문헌 1의 Co를 포함하지 않는 Ni-Fe기 합금으로 이루어지는 내열 합금 소재에 있어서, 개스킷으로서의 상정 사용 온도는, 600℃∼800℃로 되어 있고, 850℃ 이상에서의 사용은 반드시 상정되어 있지는 않다.
본 발명은, 이상과 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, 그의 목적으로 하는 바는, 최고 900℃까지 사용 가능한, 고온에서 사용되는 기기의 탄성 부재를 위한 Ni-Fe기 합금으로 이루어지는 석출 강화형의 내열 합금 소재 및 이것을 가공 성형한 탄성 부재를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 내열 합금 소재는, 질량％로, Ni: 40∼62％, Cr: 13∼20％, Nb＋Ta: 0.2∼2.0％, Ti: 1.5∼2.8％, Al: 1.0∼2.0％(단, Ti/Al: 2.3 이하), W: 3.0％ 이하, Mo: 2.0％ 이하(단, Mo＋(1/2)W: 1.0∼2.5％), Cu: 0.1∼3.0％, B: 0.001∼0.010％, Zr: 0.01∼0.05％, C: 0.08％ 이하, Si: 1.0％ 이하, Mn: 1.0％ 이하, P: 0.02％ 이하, S: 0.01％ 이하, Ca: 0.01％ 이하, Mg: 0.01％ 이하, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성의 합금으로 이루어지고, 평균 결정 입경으로 100㎛를 초과하고 250㎛ 이하로 한 압연 어닐링 조직을 갖는 두께 1.5㎜ 이하의 판재인 것을 특징으로 한다.
이러한 특징에 의하면, 가공 성형하여 시효 처리를 함으로써, 최고 900℃까지의 고온에서의 사용에 있어서도 탄성 부재로서의 기계 강도를 유지할 수 있는 내열 합금 소재를 부여할 수 있는 것이다.
도 1은, 본 발명에 의한 내열 합금 소재 및 탄성 부재의 제조 방법을 나타내는 플로우도이다.
도 2는, γ' 입자가 존재하지 않는 백색 조직을 나타내는 금속 단면의 개략도이다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는, 실시예 및 비교예에 대한 성분 조성의 일람표이다.
도 4는, 실시예 및 비교예의 시험 결과의 일람표이다.
도 5는, 실시예 9의 가열 시험 후의 단면 조직 사진이다.
도 2는, γ' 입자가 존재하지 않는 백색 조직을 나타내는 금속 단면의 개략도이다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는, 실시예 및 비교예에 대한 성분 조성의 일람표이다.
도 4는, 실시예 및 비교예의 시험 결과의 일람표이다.
도 5는, 실시예 9의 가열 시험 후의 단면 조직 사진이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명에 의한 1개의 실시예로서의 내열 합금 소재 및 이것을 가공 성형한 탄성 부재에 대해서, 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다.
본 실시예에 의한 내열 합금 소재는, 질량％로, Ni: 40∼62％, Cr: 13∼20％, Nb＋Ta: 0.2∼2.0％, Ti: 1.5∼2.8％, Al: 1.0∼2.0％(단, Ti/Al: 2.3 이하), W: 3.0％ 이하, Mo: 2.0％ 이하(단, Mo＋(1/2) W: 1.0∼2.5％), Cu: 0.1∼3.0％, B: 0.001∼0.010％, Zr: 0.01∼0.05％, C: 0.08％ 이하, Si: 1.0％ 이하, Mn: 1.0％ 이하, P: 0.02％ 이하, S: 0.01％ 이하, Ca: 0.01％ 이하, Mg: 0.01％ 이하를 포함하고, 잔부를 실질적으로 Fe로 하는 성분 조성을 갖는 Ni-Fe기 합금에 의해 얻어진다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 이러한 Fe-Ni기 합금은, 열간 단조 등에 의해 슬래브나 빌릿으로 되고, 또한, 열간 압연에 의해 소망하는 형상으로 성형된다(열간 압연: S1). 또한, 소정의 압연비가 얻어지도록 냉간 압연을 행하여 가공 변형을 부여한다(냉간 압연: S2). 계속해서, 가열하여 가공 변형에 의한 응력을 일부 완화시키도록 어닐링 처리를 행한다(어닐링 처리: S3). 냉간 압연(S2)에 있어서는, 압연을 복수회로 나누어 행해도 좋고, 각 압연의 후에는 마찬가지로 어닐링 처리(S3)가 행해진다. 최종적인 어닐링 처리(S3)의 후에 있어서, 100㎛를 초과하고 250㎛ 이하의 평균 결정 입경을 갖는 압연 어닐링 조직을 얻음과 함께, 두께 1.5㎜ 이하의 판재가 되도록, 각 공정의 조건이 설정된다.
또한, 평균 결정 입경에 대해서는, 사용 환경이 되는 800℃ 이상의 온도, 예를 들면 900℃ 정도의 온도에 있어서의 크리프 강도(creep strength)를 높게 유지하기 위해 비교적 크게 하는 것이 필요시된다. 한편으로, 과잉으로 크게 하면 연성을 저하시켜 가공성을 해쳐 버린다. 그래서, 평균 결정 입경은 상기한 100㎛를 초과하고 250㎛ 이하의 범위 내로 한다. 평균 결정 입경을 120㎛∼200㎛의 범위 내로 하면 더욱 바람직하다. 또한, 평균 결정 입경은, JIS G0551:2013에 기초하여, 판폭 방향의 단면(TD 단면)에 있어서 두께 방향의 중앙부에서 측정한다.
이에 따라, γ' 석출 경화형의 내열 합금 소재를 얻을 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 있어서의 내열 합금 소재는 어닐링 처리(S3)를 최종 공정으로 하여 얻어지고 있다.
또한, 얻어진 내열 합금 소재를, 절단이나 기계 가공 등에 의해 소정의 형상으로 가공 성형하고(가공 성형: S4), 시효 처리에 의해 γ'상으로 이루어지는 미세 석출물을 결정립 내에 분산 석출시켜 경화시킴으로써(시효 처리: S5), 금속 개스킷이나 접시 스프링, 판 스프링 등의 탄성 부재를 얻을 수 있다. 이 때, 탄성 부재의 경도는, 시효 처리(S5)에 의해, Hv 300∼450의 범위 내로 조정되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 최고 900℃까지 사용 가능한, 고온에서 사용되는 기기의 탄성 부재로 할 수 있다.
또한, 상기한 성분 조성은, 추가로, Co: 0.05∼5.0질량％를 포함해도 좋다. Co의 첨가에 의해 크리프 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기한 성분 조성은, 추가로, V: 0.05∼1.0질량％, REM: 0.005∼0.05질량％의 어느 한쪽, 또는 쌍방을 포함해도 좋다. V의 첨가에 의해 기계 강도를 향상시킬 수 있고, REM의 첨가에 의해 입계의 내산화성을 향상시킬 수 있다. 또한, REM은 희토류 원소이고, Sc, Y 및 란타노이드를 포함하는 합계 17종류의 원소가 해당하고, 이들 원소의 총합이 상기한 범위 내가 되도록 1종 또는 2종 이상을 첨가시킬 수 있다.
또한, 상기한 성분 조성은, 불가피하게 함유되는 불순물로서, N: 0.020질량％ 이하, O: 0.005질량％ 이하로 포함하는 것을 허용하고, 이러한 수치를 관리함으로써 냉간 가공성을 확보하는 것이 바람직하다.
그런데, γ'상에 의한 미세 석출물은, 고온에서의 기계 강도를 향상시키기 위해 중요하고, 특히 결정립 내에 석출시킴으로써 크리프 강도의 향상에 크게 기여한다. 그리고, 석출하는 γ'상의 체적률은, γ'상의 고용 온도에 대체로 비례한다. 그 때문에, γ'상의 고용 온도는 940℃ 이상으로 되는 것이 바람직하다. 이에 따라 어닐링 처리(S3)에 있어서 γ'상을 충분히 고용시킬 수 있음과 함께, 시효 처리(S5)에 의해 γ'상을 충분히 석출시킬 수 있다. 한편으로, γ'상의 고용 온도가 과잉으로 높아지면, 합금의 열간 가공성을 저하시켜 버린다. 그 때문에, γ'상의 고용 온도는 1010℃ 이하로 되는 것이 바람직하다.
또한, γ'상의 고용 온도는, γ'상을 구성하는 Ni, Al, Ti, Nb, Ta의 각각의 함유량에 의해 조정될 수 있고, 열역학 계산에 의해 산출할 수 있다. 그래서, 열역학 계산에 의해 산출되는 γ'상의 고용 온도를 상기한 940℃∼1010℃의 범위 내로 하도록 이들 성분의 함유량을 조정하는 것도 바람직하다. 또한, 열역학 계산으로서는, 예를 들면 열역학 계산 소프트웨어 Thermo-Calc2020a를 이용할 수 있다. 동(同)소프트웨어를 이용하여, 열역학 데이터 베이스로서 TTNi8을 사용하여 γ'상의 고용 온도를 산출할 수 있다.
상기한 바와 같이 γ'상으로 이루어지는 미세 석출물은 고온의 기계 특성을 향상시키기 위해 중요하지만, 900℃ 정도의 환경에 있어서 탄성 부재가 장시간 사용되는 경우, γ'상을 판 형상의 η상이나 δ상으로 변태시켜, 탄성 부재로서의 기계 강도를 저하시켜 버리는 경우가 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, γ'상의 석출물에 의한 γ' 입자(1)가 분산 석출되어 있을 때, γ' 입자(1)가 존재하지 않는 백색 조직(2)(점선 내)을 생성하는 경우가 있다. 백색 조직(2)은, η상 또는 δ상으로 이루어지는 판 형상 석출물(3)을 내포하고, 탄질화물(4)을 내포하는 경우도 있다. 즉, γ' 입자(1)를 판 형상 석출물(3)로 변태시키기 때문에, 그의 주위에 있어서 γ' 입자(1)를 감소시켜 버린다고 생각된다. 이러한 백색 조직(2)은, γ' 입자(1)에 의한 석출 강화가 얻어지지 않는 부분이 되기 때문에, 기계 강도의 저하를 초래할 수 있다.
그래서, 900℃ 정도의 사용 환경에 있어서 고온에서의 기계 특성을 장시간 유지하기 위해, 이러한 백색 조직의 생성량을 억제하는 바와 같은 성분 조성으로 하는 것도 바람직하다. 이러한 성분 조성이 얻어지고 있는지에 대해서는, 내열 합금 소재에 대한 가열 시험에 의해 확인할 수 있다. 가열 시험으로서는, 예를 들면, 내열 합금 소재로부터 시험편을 잘라내고, 900℃의 환경하에 400시간 폭로한다. 그 후, γ'상 입자가 존재하지 않는 백색 조직의 단면 면적률을 측정한다. 백색 조직의 단면 면적률로서는 10％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 5％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
(실시예)
[제조 시험]
다음으로, 내열 합금 소재를 실제로 제조하여, 각종 시험을 행한 결과에 대해서 설명한다.
우선, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)의 실시예 1∼9 및 비교예 1∼4에 나타내는 각 성분 조성의 합금을 이용하여, 상기와 마찬가지로 내열 합금 소재를 얻었다. 또한, 내열 합금 소재는 모두 두께 1㎜로 압연했다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 얻어진 내열 합금 소재에 대해서는, 결정 입경, γ'상의 고용 온도, 백색 조직의 단면 면적률 및, 90° 굽힘 가공성을 조사했다. 또한, 얻어진 내열 합금 소재에 대하여, 800℃×8h 보존유지(保持) 후 공냉의 시효 처리를 행한 것으로 크리프 강도를 조사했다.
결정 입경은, JIS G0551:2013에 기초하여, 판폭 방향의 단면(TD 단면)에 있어서 두께 방향의 중앙부에서 측정한 평균 결정 입경으로 했다.
γ'상의 고용 온도는, 열역학 계산 소프트웨어로 산출할 수 있지만, 여기에서는, Thermo-Calc2020a를 이용하고, 열역학 데이터 베이스로서 TTNi8을 사용하여 산출했다.
백색 조직의 단면 면적률은, 얻어진 내열 합금 소재를 900℃에 400시간 폭로하는 가열 시험을 행한 후에 광학 현미경으로 단면 조직 관찰을 행하여 구했다.
크리프 강도는, 900℃ 분위기 중에서 50㎫의 인장 하중을 부하한 크리프 시험을 행하고, 파단까지의 시간이 50시간 이상인 것을 「우수」라고 판정하여 「○」를 기록하고, 40시간 이상 50시간 미만인 것을 「양호」라고 판정하여 「△」를 기록하고, 40시간 미만인 것을 「불량」이라고 판정하여 「×」를 기록했다.
90° 굽힘 가공성은, 내열 합금 소재를 90°로 굽히고 표면 관찰을 행하여, 크랙의 발생이 없었던 것을 「양호」라고 판정하여 「○」를 기록하고, 크랙이 발생한 것을 「불량」이라고 판정하여 「×」를 기록했다.
실시예 1∼9에 있어서는, 평균 결정 입경으로 100㎛를 초과하고 250㎛ 이하의 범위 내로 하고, γ'상의 고용 온도를 940℃∼1010℃의 범위 내로 하여, 백색 조직의 단면 면적률을 10％ 이하로 할 수 있었다. 또한, 크리프 강도에 대해서는 실시예 9를 「양호」라고 한 것 이외 모두 「우수」라고 하고 있고, 90° 굽힘 가공성은 모두 「양호」였다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 실시예 9에 대해서는, 백색 조직을 약간이나마 생성하고 있고, 단면 면적률은 7％였다. 다른 실시예와 비교하면, Ti/Al을 2.09로 비교적 높게 했기 때문에, γ'상의 안정성이 약간 저하하고, 백색 조직의 생성에 의해 크리프 강도를 약간 저하시킨 것이라고 생각되었다.
비교예 1에 대해서는, γ'상의 고용 온도가 861℃로 낮았기 때문에, γ'상의 석출물을 충분히 유지할 수 없었던 것이라고 생각되었다. 그 결과, 백색 조직의 단면 면적률이 90％ 이상으로 높고, 크리프 강도는 「불량」이었다.
비교예 2 및 비교예 3은, 실시예 2와 동일한 성분 조성의 합금을 이용한 후에, 냉간 압연(S2)과 어닐링 처리(S3)의 조건을 바꾸어 평균 결정 입경을 바꾼 것이다. 평균 결정 입경은, 실시예 2의 145㎛에 대하여, 비교예 2에서 53㎛로 작게, 비교예 3에서 303㎛로 크게 했다. 그 결과, 비교예 2에서는, 작은 결정 입경이기 때문에, 크리프 강도가 「불량」이었다. 한편, 비교예 3에서는, 큰 결정 입경이기 때문에, 크리프 강도가 「우수」였지만, 90° 굽힘 가공성에서는 「불량」이었다.
비교예 4에 대해서는, γ'상의 고용 온도가 842℃로 낮았기 때문에, 비교예 1과 마찬가지로 백색 조직의 단면 면적률을 90％ 이상으로 높게 하여, 크리프 강도가 「불량」이 되었다.
[합금의 성분 조성]
그런데, 상기한 실시예와 동등한 기계적 성질과 양호한 판정이 얻어지는 합금의 성분 조성의 범위는 이하와 같이 정해진다.
Ni는, 매트릭스를 오스테나이트로 하여 내열성 및 내식성을 향상시키고, 석출 강화상인 γ'상을 생성시킴과 함께, 상 안정성과 기계 강도를 얻어 열간 가공성을 확보하기 위해 필요한 원소이다. 한편으로, 과잉으로 함유시키면 비용의 증가를 초래한다. 이들을 고려하여, Ni는, 질량％로, 40∼62％의 범위 내이고, 바람직하게는 40∼54％의 범위 내, 더욱 바람직하게는 45∼54％의 범위 내이다.
Cr은, 내열성을 확보하기 위해 필요한 원소이다. 한편으로, 과잉으로 함유시키면 σ상을 석출시켜 인성을 저하시킴과 함께 고온에서의 기계 강도를 저하시킨다. 이들을 고려하여, Cr은, 질량％로, 13∼20％의 범위 내, 바람직하게는 13∼18％의 범위 내이다.
Ti는, Al, Nb, Ta와 함께 Ni와 결합하여 고온에서의 기계 강도를 향상시키기 위해 유효한 γ'상을 형성시키고, γ'상의 고용 온도를 높게 유지하기 위해 필요한 원소이다. 한편으로 과잉으로 함유시키면, 가공성을 저하시키고, 또한, 판 형상의η상(Ni3(Ti, Nb))을 석출시키기 쉬워져, 고온에서의 기계 강도나 인성을 저하시켜 버린다. 이들을 고려하여, Ti는, 질량％로, 1.5∼2.8％의 범위 내이다.
Al은, Ni와 결합하여 γ'상을 형성시켜 고온에서의 기계 강도를 확보하기 위해 필요한 원소인, 한편으로 과잉으로 함유시키면, 열간 가공성을 저하시킨다. 이들을 고려하여, Al은, 질량％로, 1.0∼2.0％의 범위 내이다.
여기에서, Ti/Al은, 석출 경화를 위해 석출시키는 미세 석출물이 되는 γ'상의 상 안정성을 지배한다. 2.3 이하에서 이러한 상 안정을 얻지만, 2.3을 초과하면 판 형상의 η상의 석출을 유인한다. 따라서, Ti/Al은 2.3 이하가 된다. 또한, 바람직하게는 2.0 이하이다.
Nb는, γ'상의 형성 원소로서, γ'상에 의한 경화를 촉진하는 효과를 갖는다. 한편으로 과잉으로 함유시키면 η상(Ni3(Ti, Nb))을 석출시키기 쉬워져, 고온에서의 기계 강도를 저하시켜 버린다. 또한, Ta는, 동일하게 γ'상의 형성 원소로서, γ'상에 의한 경화를 촉진하는 효과를 갖는다. 한편으로 과잉으로 함유시키면 η상(Ni3(Ti, Ta))을 석출시키기 쉬워져, 마찬가지로 고온에서의 기계 강도를 저하시켜 버린다. 이들을 고려하여, 질량％로, Nb는, 2.0％ 이하의 범위 내, Ta는, 2.0％ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 단, Nb＋Ta를 0.2∼2.0％의 범위 내로 한다.
W 및 Mo는, 고용함으로써 모상을 강화시켜 고온에서의 기계 강도를 향상시키기 위해 필요한 원소이다. 한편으로, 과잉으로 함유시키면, 비용의 증가나 가공성의 저하를 초래한다. 이들을 고려하여, 질량％로, W는 3.0％ 이하, Mo는 2.0％ 이하의 범위 내이고, 또한, Mo＋(1/2)W는 1.0∼2.5％의 범위 내이다.
Cu는, 냉간 가공성을 향상시켜, 내산화성의 향상에도 유효한 원소이다. 한편으로, 과잉으로 함유시키면 열간 가공성을 저하시킨다. 이들을 고려하여, Cu는, 질량％로, 0.1∼3.0％의 범위 내이다.
B는, 열간 가공성의 향상에 기여함과 함께 η상의 생성을 억제하여 고온에서의 기계 강도 및 인성의 저하를 방지하고, 또한 고온 크리프 강도를 향상시키기 위해 유효한 원소이다. 한편, 과잉으로 함유시키면, 합금의 융점을 저하시켜 열간 가공성을 열화시킨다. 이들을 고려하여, B는, 질량％로, 0.001∼0.010％의 범위 내이다.
Zr은, 입계에 편석하여 입계를 강화하여 고온에서의 기계 강도를 향상시키기 위해 유효한 원소이다. 한편으로, 과잉으로 함유시키면 열간 가공성을 저하시킨다. 이들을 고려하여, Zr은, 질량％로, 0.01∼0.05％의 범위 내이다.
C는, Cr이나 Ti, Nb, Ta와 결합하여 탄화물을 형성하여 고온에서의 기계 강도의 향상에 유효한 원소로서, 임의로 첨가할 수 있다. 한편으로, 과잉으로 함유시키면, 탄화물을 과잉으로 생성하여 열간 가공성, 냉간 가공성, 인성, 연성을 해치는 것 외, 결정립의 성장을 억제하여 소정의 결정 입경을 얻을 수 없게 되어 버린다. 이들을 고려하여, C는, 질량％로, 0.08％ 이하의 범위 내이다.
Si는, 주로 용해 정련 시에 있어서의 탈산제로서 작용하는 원소로서, 임의로 첨가할 수 있다. 한편으로, 과잉으로 함유시키면 인성을 저하시켜, 가공성을 해친다. 이들을 고려하여, Si는, 질량％로, 1.0％ 이하의 범위 내이다.
Mn은, Si와 마찬가지로 탈산제로서 작용하는 원소로서, 임의로 첨가할 수 있다. 한편으로, 과잉으로 함유시키면, 가공성이나 고온에서의 내산화성을 해친다. 이들을 고려하여, Mn은, 질량％로, 1.0％ 이하의 범위 내이다.
Mg 및 Ca는 S를 고정하여, 열간 가공성의 개선에 기여한다. 한편으로, 과잉으로 함유시키면, 각각의 원소의 화합물을 생성하고, 열간 가공성을 저하시키는 원인이 된다. 이들을 고려하여, Mg 및 Ca는, 질량％로, 각각 0.01％ 이하의 범위 내이다. 또한, 이들 원소는 어느 1종류를 첨가해도, 2종류 모두 첨가해도 좋다.
P 및 S는 불가피하게 함유되는 불순물로서, 열간 가공성을 저하시킨다. 그래서, 질량％로, P는 0.02％ 이하, S는 0.01％ 이하의 범위 내이다.
N은, 불가피하게 함유되는 불순물 원소로서, Ti나 Al과 결합하여 질화물을 형성하고, 냉간 가공성을 저하시킨다. 그래서, N은, 질량％로, 0.020％ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
O는, 불가피하게 함유되는 불순물 원소로서, Al이나 Ca 등과 결합하여 개재물을 형성하고, 냉간 가공성을 저하시킨다. 그래서, O는, 질량％로, 0.005％ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
Co는, 고온에서의 크리프 강도를 향상시키기 위해 유효하다. 한편으로, 과잉으로 함유시키면, 비용의 증가를 초래할 뿐만 아니라, γ'상의 상 안정성을 저하시켜 버린다. 이들을 고려하여, Co는, 질량％로, 0.05∼5％의 범위 내에서 임의로 함유시킬 수 있다.
V는, 탄화물을 형성하여 고온에서의 기계 강도를 향상시키기 위해 유효한 원소이다. 한편으로 과잉으로 함유시키면, 내산화성을 저하시키는 원인이 된다. 이들을 고려하여, V는, 질량％로, 0.05∼1.0％의 범위 내에서 임의로 함유시킬 수 있다.
희토류 원소(REM)는, 입계에 편석하여 내산화성을 향상시키기 위해 유효한 원소이다. 한편으로, 과잉으로 함유시키면, 열간 가공성을 저하시키는 원인이 된다. 이들을 고려하여, REM은, 질량％로, 0.005∼0.05％의 범위 내에서 임의로 함유시킬 수 있다.
그 외의 불가피적인 불순물 원소로서는, Te, As, Sn, Sb, Se, Pb, Bi 등을 들 수 있다. 이들 원소는 과잉으로 함유되면 합금의 열간 가공성 및 고온 강도를 현저하게 저하시킨다. 그 때문에, 이들 원소의 함유량은, 각각의 원소에 대해서, 질량％로, 0.0050％ 이하로 제한되는 것이 바람직하다. 또한, 불가피적 불순물의 예로서, 추가로, 0.05질량％ 미만의 Co, 0.05질량％ 미만의 V, 0.005질량％ 미만의 REM을 들 수 있다.
이상, 본 발명의 대표적인 실시예를 설명했지만, 본 발명은 반드시 이들에 한정되는 것은 아니고, 당업자이면, 본 발명의 주지 또는 첨부한 특허 청구의 범위를 일탈하는 일 없이, 여러 가지의 대체 실시예 및 개변예를 발견할 수 있을 것이다.
본 출원은, 2021년 8월 19일 출원의 일본특허출원 2021-134045 및 2022년 6월 13일 출원의 일본특허출원 2022-094859에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 취입된다.
1 : γ' 입자
2 : 백색 조직
3 : 판 형상 석출물
4 : 탄질화물
2 : 백색 조직
3 : 판 형상 석출물
4 : 탄질화물
Claims (8)
- 질량％로,
Ni: 40∼62％,
Cr: 13∼20％,
Nb＋Ta: 0.2∼2.0％,
Ti: 1.5∼2.8％,
Al: 1.0∼2.0％(단, Ti/Al: 2.3 이하),
W: 3.0％ 이하,
Mo: 2.0％ 이하(단, Mo＋(1/2)W: 1.0∼2.5％),
Cu: 0.1∼3.0％,
B: 0.001∼0.010％,
Zr: 0.01∼0.05％,
C: 0.08％ 이하,
Si: 1.0％ 이하,
Mn: 1.0％ 이하,
P: 0.02％ 이하,
S: 0.01％ 이하,
Ca: 0.01％ 이하,
Mg: 0.01％ 이하, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성의 합금으로 이루어지고,
평균 결정 입경으로 100㎛를 초과하고 250㎛ 이하로 한 압연 어닐링 조직을 갖는 두께 1.5㎜ 이하의 판재인 것을 특징으로 하는 내열 합금 소재. - 제1항에 있어서,
상기 성분 조성에, 추가로, Co: 0.05∼5.0질량％를 포함하는 것을 특징으로 하는 내열 합금 소재. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 성분 조성에, 추가로, V: 0.05∼1.0질량％, REM: 0.005∼0.05질량％의 어느 하나 또는 쌍방을 포함하는 것을 특징으로 하는 내열 합금 소재. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
N: 0.020질량％ 이하, O: 0.005질량％ 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 내열 합금 소재. - 제3항에 있어서,
N: 0.020질량％ 이하, O: 0.005질량％ 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 내열 합금 소재. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 성분 조성에 대해서 열역학 계산에 의해 산출되는 γ'상(相)의 고용 온도를 940℃∼1010℃의 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는 내열 합금 소재. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
900℃에서 400시간 폭로 후에 있어서, γ'상 입자를 포함하지 않는 백색 조직의 단면 면적률을 10％ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 내열 합금 소재. - 제1항 또는 제2항에 기재된 내열 합금 소재를 가공 성형한 탄성 부재로서,
상기 탄성 부재는 금속 개스킷, 접시 스프링 또는 판 스프링이고,
상기 탄성 부재의 경도가, 상기 내열 합금 소재를 가공 성형한 후의 시효 처리에 의해 Hv300∼450으로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 부재.
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