TW491899B - Heat resistive alloy wire - Google Patents

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491899 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7___五、發明說明（< ) [技術領域] 本發明係關於引擎零件，原子能發電用零件，渦輪 機零件等要求耐熱性的零件，主要作爲彈簧的材料使用 具有r相（沃斯田鐵）金屬組織的Ni基或Ni-Co基耐熱 合金線。 [背景技術] 對用於汽車引擎排氣系的彈簧零件材料而言，使用 在從常溫〜3 5 0 °c使用溫度域作爲習用耐熱鋼使用的 SUS3 04、SUS316、SUS63 1J1等的沃斯田鐵系不銹鋼。 而且’作爲用於超過4 0 0 °C溫度域的零件材料使用屬於 Ni基耐熱合金的InconelX750、Inconel718(商標）等。 近年，作爲環境問題對策從要求提高對於汽車的排 氣限制，爲引擎及觸媒的高效率化而有排氣系溫度上昇 的傾向。爲此緣故使用溫度域在6 0 0 °C程度的彈簧零件 也上昇至6 5 0 °C附近，儘管使用屬於N i基耐熱合金的 InconelX75 0、Inconel 718等，有時仍然對於耐熱特性， 尤其是耐熱彈簧所需要的高溫耐屈伏性造成不充份。 在此種情形，對於可在更高溫使用的合金而言，雖 可考慮Waspaloy、Udimet700(商標）等的Ni-Co基耐熱 合金，但並不限定在高溫耐屈伏性可獲得優良的性質。 上述Ni基合金及Ni-Co基合金；都是7,相（以Ni3Al 爲基本形的析離相）析離強化屬於母相的7相（沃斯田鐵 相）的析離強化型合金，如欲使提高耐熱特性，必需控 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項

I I i t I 線 m 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 491899 A7 B7_ 五、發明說明（> ) 制母相及r ’相的組織。 在特公昭48 -7 1 73號公報，爲獲得在600DC以上的耐 熱強度限定所謂Mo、W、Al、Ti、Nb、Ta、V的添加 元素添加量，及其比率。而且，在特公昭54-696 8號公 報，爲獲得高溫強度，耐腐蝕性及耐脆性，限定Mo、 W的含有量及添加比率等。 但，在這些發明，主要僅實施析離相的控制謀求提 高耐熱特性（主要爲高溫強度），並不是謀求對於耐熱彈 簧所需要在600 °C以上高溫的耐屈伏性提高。耐熱彈簧 用合金線係溶解鑄造後，實施輥軋、鍛造、溶體化處理、 伸線、彈簧加工、時效熱處理，此時所進行的母相T相 的集合組織的形成，結晶粒徑的變化也對於產品的耐熱 特性有重大的影響。 因此’本發明的主要目的，在於提供藉由實施屬於Ni 基或 Ni-Co基耐熱合金基地的r相粒徑控制和r ’相 [Ni3(Al、Ti、No、Ta)]的析離控制，在高溫域（600 °C以 上70CTC以下）仍然對於彈簧最適當高溫耐屈伏性優良的 耐熱合金線。 [發明之揭示] 本發明的耐熱合金線，含有重量％C:0.01-0.40， Cr:5.0_25.0，Α1:0·2-8·0，而且含有從 Mo:l.0-18.0， W:0.5-15.0，Nb:0.5-5.0，Ta:l.〇-l〇.〇，Ti:0.1-5.0 及 Β:0·001-0·05所選擇至少一種，並且含有從Fe:3.〇-2〇.〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t填寫女 訂if----------線； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 491899 A7 B7 五、發明說明（★) 及Co :1.0-30.0所選擇至少一種，殘部係主要由Ni及不 可避免不純物所成的耐熱合金線，拉伸強度係 1400N/mm2以上未滿1800N/mm2，橫截面的平均結晶粒 徑係5微米（// m)以上未滿50 // m，縱截面的結晶粒的寬 高比（長徑/短徑比）在1.2-10爲其特徵。（ 由於本發明的合金線，主要作爲彈簧用材料使用， 因此在拉線加工後必需實施彈簧加工（盤線）。此時考慮 加工所需要的拉伸強度和加工時的斷線危險性，拉伸強 度必需是1400N/mm2以上未滿1 8 00N/mm2。 而且，如果縱剖面的結晶粒的寬高比未滿1.2或超過 10即不能獲得在高溫的充份耐屈伏性。 並且如欲使提高耐熱特性，彈簧加工前的合金線橫 截面的平均結晶粒徑最好1 0 // m以上。由於在結晶粒界 產生滑動，因此使減少結晶粒界。如果截面平均結晶粒 徑達到50 μ m以上，即不能獲得對於彈簧加工所需要在 室溫的拉伸強度因此規定未滿50 // ηι。在這裡，橫截面 平均結晶粒徑，相當於前述r相。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對於上述結晶粒徑控制，使溶體化處理溫度高溫化 較有效，具體上因以ll〇(TC以上未滿1 200 t實施溶體 化處理而可以短時間容易獲得規定的結晶粒徑。而且， 以1 0 0 0 °C以上未滿1 1 0 0 °c實施溶體化處理時，因將拉 線加工後的截面減少率設定爲5%-60%，最好10%-20% 而可獲得高溫耐屈伏性優良的合金線。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 491899 A7 B7 五、發明說明（4 ) 本發明的合金線係r，析離強化型耐熱合金線，對於 實施上述結晶粒徑控制的本發明合金線實施彈簧加工 後’選擇600 °c以上未滿900 °C，1小時以上未滿24小 時的適當處理時效，實施而可獲得所需要的高耐熱特 性。r ’相可依X射線繞射檢測。 茲說明構成元素的選擇及成份範圍的理由如下： C係因和合金中的Cr等結合形成碳化物而提高高溫 強度。此時如果含有多量時引起軔性及耐蝕性的降低。 於是作爲有效的含有量規定C : 0.0 1 - 0.4 0 W t %。

Cr係爲獲得耐熱特性，耐氧化性的有效元素。於是 本發明合金線的其他兀素成份算出N i當量，C r當量， 考慮r相（沃斯田鐵）的相安定性以後，爲獲必要的耐熱 特性設定爲5.0Wt%以上，考慮軔性劣化設定爲25.0Wt% 以下。 A1雖是r ’相[Ni3(Al、Ti、Nb、Ta)]的構成元素，但 容易形成氧化物也作爲溶解精鍊時的脫酸劑使用。但， 過度的添加容易產生熱軋加工性的劣化。於是規定0.2-8.0Wt%。

Mo、w係溶固於r相（沃斯田鐵）中，對於高溫拉伸強 度’耐屈伏性的提高帶來重大的貢獻。但，一方面使蠕 變破裂強度或延性降低容易形成5相的TCP相。於是考 慮對於提高耐屈伏性需要最低限定的添加量和加工性的 劣化設定爲 No:l.0-18.OWt%，W:0.5-15.OWt%。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂il·------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 491899 A7 B7 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、發明說明（ 本發明合金線係以提高耐熱特性爲目的，實施r ’亦 即[Ni3(Al、Ti、Nb、Ta)]的析離強I化.。茲說明限定其構成 元素成份範圍理由如下：

Ti雖是構成y ’相[Ni3(Al、Ti、Nb、Ta)]的主要構成 要素，但如果添加多量即將相（Ni3Ti : hep構造）析離 於粒界過多，爲獲得耐熱特性僅以熱處理r ^相 [Ni3(Al，Ti，Nb，Ta)]的析離卻造成不可能。爲獲得有效的 析離量必需設定爲0.1-5.0Wt%。

Nb如果添加過多即析離Fe2Nb(Larbus)相。此時由於 預料強度劣化因此規定爲0.5-5.OWt%。

Co、Fe具有和Ni製造因溶體的性質，濃縮於r存在。 Fe雖作爲降低製造成本的元素方便，但是有r ’相的析 離量的減少效果或和Nb、Mo形成Larbus相之虞。於 是規定Fe:3.0-20.OWt%。而且Co具有降低層合缺陷能 源，強化固溶體作用，具有提高粒界r ’相的限溫度， 使合金的耐熱溫度上昇的效果或析離量增加或粒內r ’ 粒成長抑制效果等。於是作爲有效的含有量設定爲 Co:1.0-30.0。 [圖式之簡單說明] 第1圖係耐屈伏性的說明圖，符號1係試樣。 [爲實施發明之最佳形態] 茲說明本發明的實施形態如下：以150kg真空溶解爐 溶解鑄造表1所示的化學成份鋼材，鍛造後以熱軋製造 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 頁 491899 A7 _______B7_ 五、發明說明（^ ) 直徑9.5mm的線材。以後，重複溶體化處理和拉線力口 工以5 ·2mm做最終的溶體化處理，最後實施截面減少 率4 0 %的拉線加工製作線徑4 m m的試片。表1表示試 片的橫截面平均結晶粒徑，縱截面結晶粒寬高比。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-訂i·*-------線j 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 491899 A7B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 賴 ύ Eg m 土 Ve 端 ing m 5 jj i m q q l〇 q <N (m 〇· q 〇· q q q o ο oq 00 ο q m ^ 00 o 〇6 (X) cn ai o σ； 〇6 00 ① 00 00 O) 〇6 CH) 〇6 σ> § § σ> ① σ> ⑦ 00 00 σ> i 琺萌^ o o r—1 o rH r-H § rH S rH i-H s r-H rH § r-H rH § rH r-H g rH o g cq o o rH ο ο r-H s o ο g r-H s r-H r-H g rH r-H ο ο τ-Η ο rH r-H 13 13 13 勻 Ί3 13 13 d 13 13 cq CQ PQ ω W PQ PQ PQ PQ W CQ CQ ω ω CQ CQ l〇 CO 1-H ο r-H o o o i6 CO CO 1-H L〇 〇6 r-H »〇 CO l〇 CO r-H i〇 00 r^H Φ LO r-H ΙΛ in l〇 〇6 r-H L〇 i〇 ΙΟ 00 卜· 00 00 00 00 00 m ic o CD 〇 〇 d o o CD i〇 o L〇 o i〇 o L〇 o g o d d d d d o o CO d l〇 o L〇 i〇 t-H o o CO Oi d o c6 ⑦ d o CO Oi d o CO ⑦ d o CO ① d in rH o uri o d o L〇 o LO o t〇 ο i6 o 16 LO r*H o 〇 o rH CO o CO i〇 <n o rH CO o r-H CO o ，屮 rH CO o rH CO o 寸· rH CO l〇 r"H i〇 d 00 d c<i i〇 1C L〇 r-H ΙΛ rH i〇 d i〇 1—ί l〇 d L〇 rH d 1C rH L〇 d ΙΟ r-H L〇 d i〇 ι—Η 1C ο q q o q o σ； q o o O o o q o q o q ο ο 2 16 〇6 00 ci § 2 § 2 s 2 § ci f-H 2 〇 卜 o d o o 卜 o d |C to o d 卜 o d s t> o d 寸 q ό Ι Ο d 寸 q d 寸 q d 卜 q o 寸 q d 卜 ο ο 寸 ο ο d d d o d i Cn3 CO 萃 m ΙΛ CD 00 m ◦ r-H m rH CO CO 寸 1-0 卜 0C m 鹿 据 街 街 街 街 鎰 W m w m m w m w -9— /^N 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 491899 A7 _____ B7____ 五、發明說明（^ ) 各試片的橫截面的結晶粒徑’雖因輥軋條件，溶體 化條件，拉線加工條件而變化，但主要依溶體化處理時 的溫度實施控制。具體上藉由以屬於較高溫的溶體化溫 度11 00 °c以上實施熱處理，利用金屬組織的再結晶時， 使促進結晶粒的粗大化容易.，獲提實施例1 -6，比較例 3-8的粒徑。徑更大者，設定溶體化溫度高（如1 250 °C) 製作。在縱截面的結晶粒寬高比，由於拉線加工條件一 定，主要藉由將依輥軋的截面減少率（80-99.9%)設定爲 適當而獲得。而且，對於時效條件，都將試樣定爲750 °C X 8小時。 (試驗例1) 評估上述各耐熱合金線的高溫屈伏性。所使用的盤 簧，係線徑4.0 m m，平均線圈徑2 2 · 0 m m，有效捲線數4.5 捲，彈簧自由長度50mni。試驗方法係如第1圖所示， 將試樣1作爲盤簧形狀以後，負載壓縮負荷（負載剪斷 應力爲60 OMpa)，在試驗溫度65 0 °C保形24小時。然後， 依下列所示的方法計算殘留剪斷變形。這種殘留剪斷變 形越小高溫耐屈伏性越優良的彈簧材料。表2表示試驗 後的殘留剪斷變形量（％)。 殘留剪斷變形（％)，係以 8/ττχ (Pl-P2)x D/(Gx d3)x 100 的公式求出。P 1、P2分別以室溫測定。 但，線徑：d (m m)平均線圈徑：D (in m) P1(N):相當於應力600MPa的負載（在650 °C的試驗前乘 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---_-------線； 491899 A7B7 五、發明說明（？） 以P1時的盤簧的變異a(mni)) —ilk! P2(N):於650°C的試驗後推至變異a(mm)時的負載 G:橫彈性常數 表2 發明材的高溫耐屈性（殘留剪斷變形） (600N/mm2 負荷 X 24hrs,6501) ,,· 結晶粒徑 (Mm) ,寬高比 拉伸強度 (N/mm2) 殘留剪斷變形 (650〇C)(%) 實施例1 7.2 1.56 1680 0.36 實施例2 7.3 1.57 1572 0.37 實施例3 6.9 3.45 1701 0.32 實施例4 7.5 4.21 1613 0.34 實施例5 7.1 8.23 1746 0.30 實施例6 7.2 8.40 1720 0.31 實施例7 15.1 1.56 1637 0.28 實施例8 17.3 1.57 1621 0.29 實施例9 25.3 1.58 1531 0.24 實施例10 44.5 1.56 1421 0.20 比較例1 3.2 1.58 1734 0.45 比較例2 2.4 1.56 1621 0.47 比較例3 7.1 1.02 1648 0.51 比較例4 6.8 1.01 1592 0.45 比較例5 7.5 12.0 1721 0.44 比較例6 6.8 12.5 1631 0.46 比較例7 7.4 1.60 1432 0.60 比較例8 7.7 1.58 1423 0.70 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 491899 A7 _ B7 五、發明說明（π ) 實施例1-6的殘留剪斷變形都小，明白高溫耐屈伏性 優良。尤其是，合金線·橫截面的平均結晶粒徑丨〇 # m以 上未滿50 μ m的實施例7-10殘留剪斷變形特別小，明 白因增火平均結晶粒徑而可獲得更高的高溫耐屈伏性。 相對地，橫截面的平均結晶粒徑小的比較例1、2， 或縱截面結晶粒寬高比太小的比較例3、4，寬高比太 大的比較例5、6殘留剪斷變形大高溫耐屈伏性遜色。 而且，在成份不含有Mo、W、Nb、Ta、Ti及B任何一種 的比較例7、8殘留剪斷變成大，而且拉伸強度也低。 (試驗例2) 其次’對於ί維有和實施例1、2相同成份的合金線’ 使輥軋條件，溶體化條件，拉線加工時的截面減少率變 化，調查對於高溫耐屈伏性的影響度。表3表示各條件 和調查結果。表3中的實施例1 1、12、13係和實施例 1相同成份，實施例14、15、16係和實施例2相同的 成份。 表3 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明材的輥軋溫度、溶體化溫度、拉線加工時的截 面減少率、及耐熱特性 锟軋溫度 OC) 溶體化溫 度（r) 截面減沙 率(％) 結晶粒徑 (/xm) 方位 比 拉伸強度 (N/mm2) 殘留剪酸形— (650t：)(%) 實施例11 1250 1050 80 6.1 1.56 1697 0.39 實施例12 1150 1150 80 6.5 1.57 1657 0.34 實施例13 1150 1050 20 6.3 1.58 1649 0.31 實施例14 1250 1050 80 6.9 1.68 1588 0.38 實施例15 1150 1150 80 7.1 1.54 1564 0.33 實施例16 1150 1050 20 7.1 1.58 1549 0.31 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）_ 12 - 491899 A7 五、發明說明（"） 從表3的殘留剪斷變形量（％)看來發明材都具有高的 高溫耐屈伏性。由於輥軋溫度或溶體化溫度的高溫化， 截面減少率的降低，分別屬於結晶粒控制（粗大化）的重 要影響因素，因此設備上有限制時，因確實設定這些， 而可製造擁有本發明高的高溫耐屈伏性的合金線。具體 上在高溫的r相（沃斯田鐵）的相安定性低時，亦即不能 將輥軋溫度或溶體化溫度設定於11 〇 〇 °C以上的高溫度 時，因將在拉線加工的截面減少率降低於5-60%，最好 10-20%，而可獲得同樣高的高溫耐屈伏性。 [產業上的利用可能性] 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如上述，本發明的耐熱合金線藉由實施屬於Ni基或 Ni-Co基的耐熱合金基地的r相粒徑控制和7，相 [Ni3(Al、Ti、Nb、Ta)]的析離控制，在高溫域（600 °C以 上700 °C以下）仍可提供彈簧材所需要高溫耐屈伏性優良 者。並且，因限定時效條件或溶體化條件，拉線加工時 的截面減少率，而可獲得超過它的高溫耐屈伏性。由於 本發明的耐熱合金線在600 °C -700 °C的高溫耐屈伏性優 良，因此用於汽車排氣系的可撓性接頭零件的球型接 頭、板，用於三元催化劑的編織網，排氣管的容量轉換 恢復閥用彈簧等，適合作爲用於使用溫度域.較高零件的 耐熱彈簧材，工業上價値高。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 491899

   六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1. 一種耐熱合金線，其含有重量％爲 c:o.cn-o.〇4， Cr:5.0-25.0，Α1:0·2-8·0， 而且含有從 Mo:1.0-18.0，W:0.5-15.0，Nb:0.5-5.0， Ta:1.0-10.0，Ti:0.1-5.0 及 Β:0·001-0·05 選擇至少一 種， 並且含有從Fe:3.0-20.0及Co:l.0-30.0選擇至少一 種， 殘部主要由Ni由不可避免不純物所成的耐熱合金 線中， 其特徵爲：拉伸強度1400N/mm2以上未滿1 800N/mm2, 橫截面的平均結晶粒徑5 // m以上未滿5 0 // m， 縱截面的結晶粒的寬高比（長徑/短徑比）係1 · 2 -1 0。 2 .如申請專利範圍第1項所記載的耐熱合金線，其中合 金線橫截面的平均結晶粒徑1 0 # m以上未滿5 0 μ m 者。 3 .如申請專利範圍第1項所記載的耐熱合金線，其中其 用途爲彈簧者。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .0 I a^i II ϋ ·ϋ n ϋ-、s ϋ tmt ϋ §Μβ ϋ 1 ϋ I _χ=ο 線棒