WO2009102028A1 - 偏析性に優れたNi基超合金 - Google Patents

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Satoru Ohsaki
Tatsuya Takahashi
Koji Kajikawa
Eiji Maeda
Yoshikuni Kadoya
Ryuichi Yamamoto
Takashi Nakano
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The Japan Steel Works, Ltd.
Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
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    • C22B9/00General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/006General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals with use of an inert protective material including the use of an inert gas

Definitions

  • the present invention relates to a Ni-base superalloy which is particularly suitable for the production of large ingots and can reduce the occurrence of streak segregation during ingot production.
  • a Ni-base heat-resistant alloy is added with a small amount of Ti, Al, or Nb, and a gamma prime phase (hereinafter referred to as ⁇ ) consisting of Ni 3 (Al, Ti) in an austenite (hereinafter referred to as ⁇ ) matrix
  • gamma prime phase
  • a gamma double prime phase
  • Inconel (trademark, the same applies hereinafter) 706 and 718 correspond to this.
  • Patent Document 1 Inhomogeneity of materials generates minute segregation, non-metallic inclusions, harmful intermetallic compounds, and greatly deteriorates material properties. Therefore, high homogeneity is required for materials used in such an environment.
  • W added to Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, or Patent Document 4 has an effect of reducing the linear expansion coefficient and improving material properties, but there is a difference in density from Ni. It is very large, complicates the solidification form, and is the main cause of promoting the occurrence of streak-like segregation that causes various defects.
  • This invention has been made to solve the above-described problems, and is effective in reducing the segregation properties of Ni-based alloys containing W.
  • this invention it is possible to reduce the appearance of streak-like segregation without greatly deteriorating material properties, and to provide a method for producing a large ingot having excellent quality with little segregation suitable for producing a large member. it can.
  • the distribution coefficient to the solidification interface varies depending on the combination and content.
  • the difference between the distribution coefficient from 1 increases the density difference between the mother molten steel and the concentrated molten steel, and promotes the occurrence of streak-like segregation. Therefore, in order to greatly improve the segregation property of the Ni-based alloy containing W, the additive amount is relatively a solid solution strengthening element rather than Mo having a small density difference from Ni or Al, Ti, and Nb having a small additive amount. It is important that the distribution coefficient of W, which has a large density difference with Ni, is close to 1.
  • Co is conventionally known as an element that contributes to the stability of high-temperature structure as a solid solution strengthening element.
  • the inventors of the present application added Al and Ti as precipitation strengthening elements by adding Co. It has been found that the difference in density between the mother molten steel and the concentrated molten steel can be reduced by bringing the distribution coefficient of W that greatly promotes the occurrence of segregation streaks to 1 as well as Nb. As a result, it has been clarified that the generation of streak segregation in the Ni-base superalloy containing W can be significantly reduced, and the present invention has been completed.
  • the present invention achieves the above object by the following means.
  • the distribution coefficient to the solidification interface of W having a large density difference from Ni is kept close to 1 while maintaining the material characteristics, and the mother and concentrated molten steels The density difference can be reduced.
  • the appearance of streak-like segregation can be reduced, and a large ingot having excellent quality with little segregation suitable for the production of large members can be produced.
  • C 0.005 to 0.15% C forms TiC with Ti, forms M 6 C, M 7 C 3 , and M 23 C 6 type carbides with Cr and Mo, and suppresses coarsening of crystal grains of the alloy, Contributes to the improvement of high temperature strength.
  • M 6 C and M 23 C 6 are essential elements in the present invention in order to strengthen the grain boundary by precipitating an appropriate amount of carbides at the crystal grain boundary.
  • C is contained in an amount of 0.005% or more, the above effect can be obtained. If the content is 0.15% or less, the amount of Ti necessary for precipitation strengthening can be secured, and Cr carbides precipitated at grain boundaries during aging treatment can be reduced. Therefore, the grain boundary is not weakened and ductility can be maintained. Therefore, the addition amount of C is limited to a range of 0.005 to 0.15%. For the same reason, it is desirable that the lower limit is 0.01% and the upper limit is 0.08%.
  • Cr 8-22%
  • Cr is an indispensable element for increasing the oxidation resistance, corrosion resistance, and strength of the alloy. Moreover, it couple
  • Co has a large density difference from Ni and is an essential element in the present invention in order to bring the distribution coefficient of W that causes streak-like segregation close to 1, and to greatly improve the segregation.
  • Co can also bring the partition coefficient of precipitation strengthening elements such as Al, Ti, and Nb close to 1.
  • the above effect can be sufficiently obtained, and if it is 30% or less, the forgeability can be kept good, and it is difficult to generate a TCP phase called a ⁇ phase (Laves phase).
  • the matrix structure becomes stable and the high-temperature structure stability can be kept good. Therefore, the Co content is limited to a range of 5 to 30%. For the same reason, it is desirable to set the lower limit to 10% and the upper limit to 20%.
  • Mo 1% or more and less than 9% Mo is effective as a solid solution strengthening element that mainly strengthens the matrix itself by solid solution in the matrix, and also dissolves in the ⁇ ′ phase and replaces it with the Al site of the ⁇ ′ phase. As a result, the stability of the ⁇ 'phase is enhanced, which is effective for enhancing the strength at high temperatures and the stability of the structure. If the Mo content is 1% or more, the above effect is sufficiently obtained, and if it is less than 9%, it is difficult to generate a TCP phase called a ⁇ phase (Laves phase), so the matrix structure at high temperature becomes stable, High temperature structure stability can be kept good. Therefore, the Mo content is limited to a range of 1% to less than 9%. For the same reason, it is desirable to set the lower limit to 3.0% and the upper limit to 7.0%.
  • W 5-21% W is also effective as a solid-solution strengthening element for strengthening the matrix itself by dissolving in the matrix in the same manner as Mo, and by dissolving it in the ⁇ 'phase and substituting it for Al sites in the ⁇ ' phase. Since the stability is increased, it is effective to increase the strength at high temperature and the stability of the tissue. In addition, it has an effect of lowering the linear expansion coefficient. If the content is appropriate, the TCP phase does not precipitate, and the structural stability is not impaired. However, if the content is too large, ⁇ -W precipitates, not only lowering the structural stability but also remarkably degrading hot workability. Therefore, the W content is limited to a range of 5 to 21%. For the same reason, it is desirable to set the lower limit to 7.0% and the upper limit to 15.0%.
  • Al 0.1 to 2.0% Al combines with Ni to precipitate a ⁇ ′ phase and contributes to strengthening of the alloy. If Al is less than 0.1%, sufficient precipitation strengthening cannot be obtained, but if the content is too large, a concentrated region and a precipitation-free zone can be formed due to coarse aggregation at the grain boundaries of the ⁇ 'phase, and high temperature characteristics can be obtained. Lowering and notch susceptibility are deteriorated, and mechanical properties are greatly reduced. Moreover, when it contains excessively, hot workability will fall and forging will become difficult. Therefore, the Al content is limited to a range of 0.1 to 2.0%. For the same reason, it is desirable to set the lower limit to 0.5% and the upper limit to 1.5%.
  • Ti 0.3 to 2.5%
  • Ti mainly forms MC carbide and suppresses the coarsening of the crystal grains of the alloy, and like Al, it binds with Ni and precipitates a ⁇ ′ phase, contributing to strengthening of the alloy.
  • it is necessary to contain 0.5% or more.
  • the Ti content is limited to the range of 0.3 to 2.5%. For the same reason, it is desirable to set the lower limit to 0.5% and the upper limit to 2.0%.
  • Nb + 1 / 2Ta ⁇ 1.5% Nb and Ta are precipitation strengthening elements similar to Al and Ti, and the ⁇ ′′ phase is precipitated and contributes to strengthening of the alloy. Therefore, it is contained as desired. However, a large amount is contained in intermetallic compounds such as the Laves phase and the ⁇ phase. Therefore, the content of Nb and Ta contained if desired is set to 1.5% or less in terms of Nb + 1 / 2Ta. For the same reason as described above, the upper limit is preferably set to 1.0% or less in terms of Nb + 1 / 2Ta. In order to sufficiently obtain the above action, Nb + 1 / 2Ta is preferably 0.1% or more, and more preferably 0.2% or more.
  • B 0.015% or less B is segregated at the grain boundary and contributes to high temperature characteristics, so is contained as desired. However, when the content is too large, borides are easily formed, and conversely, grain boundary embrittlement is caused. Therefore, if desired, the B content is 0.015% or less. In order to sufficiently obtain the above action, the content is desirably 0.0005% or more, and for the same reason as described above, it is desirable to further limit the upper limit to 0.01%.
  • Zr 0.2% or less Zr segregates at the grain boundary in the same manner as B and contributes to high temperature characteristics, so it is contained as desired. However, too much content reduces the hot workability of the alloy. Therefore, the content of Zr contained if desired is set to 0.2% or less. In addition, in order to fully obtain the said effect
  • Hf 0.8% or less Hf segregates at the grain boundaries in the same manner as B and Zr, and contributes to high temperature characteristics, so is contained as desired. However, too much content reduces the hot workability of the alloy. Therefore, the content of Hf contained if desired is set to 0.8% or less. In order to sufficiently obtain the above action, the content is desirably 0.05% or more, and more desirably 0.1% or more. Further, for the same reason as described above, it is desirable to further limit the upper limit to 0.5%.
  • Mg 0.01% or less Mg is mainly combined with S to form a sulfide, and has the effect of improving hot workability.
  • too much content conversely causes grain boundary embrittlement, which significantly reduces hot workability. Therefore, the Mg content is limited to a range of 0.01% or less.
  • Ni and unavoidable impurities In the Ni-based alloy of the present invention, the remainder consists of Ni and unavoidable impurities.
  • Inevitable impurities include Si, Mn, P, S, O, and N.
  • the allowable contents of inevitable impurities are preferably Si: 0.3% or less, Mn: 0.2% or less, P: 0.01% or less, S: 0.005% or less, respectively. : 30 ppm or less, N: 60 ppm or less are desirable.
  • the Si content is desirably limited to 0.3% or less, more desirably less than 0.1%, and even more desirably less than 0.05%.
  • the Ni-based alloy of the present invention can be melted by a conventional method, and the manufacturing method is not particularly limited. However, it is desirable that the alloy of the present invention does not contain impurities such as Si, Mn, P, S, O, and N as much as possible. Therefore, the so-called double melt method using the VIM-ESR process or VIM-ESR is preferable. -Dissolution methods such as the so-called triple melt method using the VAR process are desirable.
  • the melted Ni-based alloy is usually subjected to hot forging to break the cast structure, press the internal voids, and diffuse component segregation.
  • hot forging conditions and the like are not particularly limited, and can be performed according to, for example, a conventional method.
  • a solution treatment is performed by heating above the recrystallization temperature. This solution treatment can be performed at 1000 to 1250 ° C., for example.
  • As the solution treatment time an appropriate time is set according to the size and shape of the material.
  • the solution treatment can be performed using a known heating furnace, and the heating method and the heating equipment are not particularly limited in the present invention. After the solution treatment, it is cooled by air cooling or the like.
  • the first aging treatment is performed using a known heating furnace or the like.
  • the aging treatment is performed at a temperature of 700 ° C. to 1000 ° C.
  • the temperature increase rate is not particularly limited in the present invention.
  • the second aging treatment is performed.
  • the second aging treatment may be performed continuously or once after passing through the cooling material.
  • the same heating furnace or the like may be used, or another heating furnace or the like may be used.
  • the first aging treatment to the second aging treatment are preferably performed continuously by cooling with furnace cooling or fan cooling, and the cooling rate at that time is 20 ° C./hour or more. Is desirable.
  • the cooling rate is not particularly limited, and cooling can be performed by cooling or forced cooling.
  • the first and second aging treatments are defined as described above, but the subsequent aging treatments are not excluded, and the third and subsequent aging treatments are performed as necessary.
  • An aging treatment can also be applied.
  • the test material was placed in a Tamman tube, and the surface of the test material at the time of melting was set so as to be at the bottom of the soaking zone, and was set to have a temperature gradient above and below the test material.
  • the temperature was set so that the test material was sufficiently dissolved even in the lowermost part of the crucible having the lowest temperature in the test material, and the temperature was raised in an Ar atmosphere (flow rate: 500 cc / min).
  • the control temperature was lowered by about 50 ° C., and the furnace body was raised by 20 to 30 mm at a speed of about 1 mm / min.
  • the lower part of the test material leaves the soaking zone and solidifies in one direction upward from the lower surface.
  • the furnace body was immediately lowered by 5 mm at the same speed as the ascent to obtain a smooth interface on the solidification front.
  • the furnace lid was opened, the specimen was taken out together with the crucible, and immediately introduced into water for rapid solidification.
  • the obtained specimen was cut longitudinally and subjected to corrosion to confirm the interface, and then the concentration of the solid phase part and the liquid phase part was measured by EPMA line analysis to calculate the value of the equilibrium partition coefficient.
  • the density of the mother molten steel and the concentrated molten steel was calculated from the obtained equilibrium distribution coefficient, and the density difference ⁇ between the mother molten steel and the concentrated molten steel was determined.
  • the density difference ⁇ between the mother molten steel and the concentrated molten steel indicates the segregation tendency of the alloy, and the smaller ⁇ , the less segregation occurs.
  • the ⁇ thus obtained was used as the comparative material No.
  • the relative evaluation results comparing 13 as 1 are shown in FIG.
  • the horizontal unidirectional solidification test is the most basic experimental method that simulates the solidification conditions of the actual machine and reproduces streak segregation in the laboratory.
  • This horizontal unidirectional solidification furnace is composed of a square silicon resistance furnace, a square alumina double crucible and a cooling body, and can be solidified at a constant speed from the side using compressed air for cooling.
  • the large steel ingot is adjusted by adjusting the amount of cooling air and the furnace holding temperature. It is possible to reproduce the coagulation conditions.
  • the segregation formation critical value ⁇ was calculated from the results of the lateral unidirectional solidification test of each test material, and the easiness of generation of streak-like segregation was quantitatively compared.
  • the segregation formation critical value ⁇ is determined by the cooling rate ⁇ (in the solidification front as described in the literature (Iron and Steel 63rd (1977) No. 1, “Regarding the Conditions for Generation of Reverse V Segregation”, p53-p62)). It is given under the condition of ⁇ ⁇ R 1.1 ⁇ ⁇ from the relationship between the temperature (° C./min) and the solidification rate R (mm / min).
  • the generation of streak-like segregation is greatly influenced by two factors indicating the thermal state of the cooling rate of the solidification front and the solidification rate, and the segregation formation critical value ⁇ is in the condition of ⁇ ⁇ R 1.1 ⁇ ⁇ . It has been experimentally shown that no streak segregation occurs when it is satisfied.
  • the horizontal unidirectional solidification furnace used in this test can measure the temperature drop curve for each specimen from six thermocouples installed in the furnace. From this temperature drop curve, the cooling rate ⁇ (° C./min) at a temperature corresponding to a solid phase ratio of 0.3 on the solidification front surface at the position where streak segregation occurred was calculated.
  • the solidification rate R (mm / min) is calculated from the position where streak-like segregation occurs and the time when the solid phase ratio reaches a temperature corresponding to 0.3, and the segregation formation critical value ⁇ of the test material is calculated. Asked.
  • the solid phase ratio of 0.3 used in the calculation is a boundary between a portion where dendrite forms a network in the solid-liquid coexistence layer and a portion where dendrite does not grow sufficiently and still does not form a network, and streak-like segregation occurs. This is the value estimated as the generation position.
  • FIG. 3 The relative evaluation result compared with B17 as 1 is shown.
  • the present invention materials No. B1 to No. B4 as compared with the comparative material (No. B17)
  • decreases with an increase in the amount of Co added, and segregation occurs. It was confirmed that the sex was improved.
  • the present invention material No. B5 in which Co is added to the comparative material (No. B18) by 20%
  • the present invention material No. B6, in which Co is added to the comparative materials (No. B19, No. B20), No. B7, and No. B8, No. B9
  • the comparative material No.
  • test materials No. B10 to No. B17, No. B21, No. B24
  • Table 2 The test ingot was subjected to a diffusion treatment, and then hot forging was performed to form a plate material having a thickness of 30 mm by hot forging.
  • the test materials No. B10 to No. B17, No. B21
  • the comparative material No. B24
  • the test material used as the plate material was subjected to a solution treatment at a temperature higher than the recrystallization temperature for each test material, and then air-cooled to make a cold material once. Thereafter, as the first aging treatment, heat treatment was performed under the conditions of 840 ° C. ⁇ 10 hours, followed by cooling by furnace cooling (cooling rate 50 ° C./h), and the second aging treatment was continuously performed. . In the second aging treatment, heat treatment was performed under conditions of 750 ° C. ⁇ 24 hours, and then cooled by furnace cooling (cooling rate 50 ° C./h) to obtain a test material.
  • Comparative material No. 4 to 8 show the relative evaluation results comparing B17 with various material properties at room temperature and 700 ° C. as 1. 4 and 6, the present invention materials (No. B10 to No. B14, and No. B15) in which Co is added to the comparative materials (No. B17 and No. B21) having different compositions, respectively.
  • the tensile strength and 0.2% proof stress increased with increasing Co addition amount at room temperature and 700 ° C. in the short-time tensile properties.
  • the room temperature ductility (elongation) of the inventive material (No. B10, No. B11, and No. B15) is the comparative material (No. B17 and No. B21) as the strength increases.
  • the ductility increased with the increase in the amount of Co added, and the room temperature ductility of the materials of the present invention (No. B12 to No. B14 and No. B16) was conversely higher than that of the comparative material. A higher result was obtained.
  • the Charpy impact absorption energy also increases as the amount of Co added increases, and the inventive material (No. B11 to No. B13) is higher than the comparative material (No. B17). It was confirmed that sufficient mechanical properties were obtained even with the addition of. *
  • the Ni-based alloy material of the present invention can be used for a material such as a turbine rotor of a generator member.
  • the application of the present invention is not limited to these, and it can be used for various applications requiring strength characteristics at high temperatures. Further, it is excellent in long-term stability at high temperatures, and can naturally be used in the temperature range of conventional generator members of, for example, about 600 to 650 ° C.

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Abstract

 本発明の課題は、Ni基超合金を用いた素材製造時にストリーク状偏析が発生するのを軽減することである。  本発明は、C:0.005~0.15質量%、Cr:8~22質量%、Co:5~30質量%、Mo:1質量%以上9質量%未満、W:5~21質量%、Al:0.1~2.0質量%、Ti:0.3~2.5質量%、B:0.015質量%以下、Mg:0.01質量%以下を含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなることを特徴とする偏析性に優れたNi基超合金に関する。

Description

偏析性に優れたNi基超合金
 本発明は、特に大型鋳塊の製造に好適であり、鋳塊製造時にストリーク状偏析の発生を軽減させることができるNi基超合金に関する。
 化石燃料の消費量低減および地球温暖化防止などの観点から、USC(超々臨界圧)プラントの更なる高効率化に期待が寄せられている。特に近年、21世紀の発電プラントとして高効率石炭火力発電を指向する動きが盛んであり、主蒸気温度が700℃を超えた次世代超々臨界圧蒸気発電に対応したタービンロータやボイラー部材等の開発が進められている。
 700℃を超える高温の蒸気に晒されるタービンロータ素材に使用される耐熱材料は、もはや従来までのフェライト系耐熱鋼では耐用温度の観点から使用することができず、Ni基合金を適用せざるを得ない。
 Ni基耐熱合金は良好な高温強度を得るために、TiやAl、或いはNbを少量添加してオーステナイト(以下γと記す)のマトリクス中にNi(Al、Ti)からなるガンマプライム相(以後γ’と記す)あるいは/およびNi(Al、Ti)Nbからなるガンマダブルプライム相(γ”と記す)と呼ばれる析出相を整合的に微細析出させて強化する析出強化型の合金が多い。インコネル(商標、以下同じ)706や718はこれに当たる。
 また、ワスパロイのように、γ’相の析出強化に加え、固溶強化とM23炭化物の分散強化により複合的に強化するタイプの合金や、インコネル230に代表されるように析出強化元素を殆ど含有せず、MoやWにより固溶強化する、所謂、固溶強化型の合金も存在する。
 また、最近では、他のフェライト系の部材との熱膨張差の問題、あるいは熱疲労強度の問題から特許文献1や特許文献2、特許文献3、或いは特許文献4のように、フェライト系耐熱鋼と同等以上の低い線膨張係数を有しながら、かつフェライト系耐熱鋼の高温材料特性を上回る析出強化型Ni基合金も提案されている。
特開2005-314728公報 特開2003-13161号公報 特開平9-157779号公報 特開2006-124776号公報
 一方、主蒸気温度が700℃を超えるような高温の環境下では、材料特性は製品の不均質性に対しても極めて敏感となる。材料の不均質性は微小な偏析や非金属介在物、有害な金属間化合物を生成し、材料特性を大きく低下させることから、このような環境下で使用する材料には高い均質性が要求される。特に、特許文献1、特許文献2、特許文献3、或いは特許文献4に添加されているWは、線膨張係数を低減させ、材料特性を向上させる効果はあるものの、Niとの密度の差が非常に大きく、凝固形態を複雑にして、種々の欠陥の原因となるストリーク状の偏析の発生を促進させる主な原因となる。さらに大型インゴットは凝固速度が遅いため、マクロ偏析が発生し易く、Wのような偏析ストリークの生成を促進する元素を含有した場合には、タービンロータやケーシングに用いるような品質の優れた大型インゴットを製造することは困難である。
 この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、Wを含有するNi基合金の偏析性の低減に有効である。この発明を適用することにより、材料特性を大きく低下させずに、ストリーク状偏析の出現を軽減させ、大型部材の製造に適する偏析の少ない品質の優れた大型鋳塊の製造方法を提供することができる。
 Ni基合金に添加するAl、Ti、Nbといった析出強化元素やMoやW等の固溶強化元素は、その組み合わせや含有量により凝固界面への分配係数が変化する。特に、Niとの密度差が大きい元素では、分配係数が1から乖離するほど、母溶鋼および濃化溶鋼の密度差が大きくなり、ストリーク状の偏析の発生を促進させる。従って、Wを含有するNi基合金の偏析性を大きく改善させるには、Niとの密度差が小さいMoや、添加量の小さいAl、Ti、Nbよりも、固溶強化元素で比較的添加量が大きく、Niとの密度差が非常に大きいWの分配係数を1に近づけることが重要である。
 Coは従来、固溶強化元素として高温組織安定性に寄与する元素であることが一般的に知られているが、本願発明者らは、Coを添加することにより、析出強化元素のAl、Ti、Nbだけでなく、偏析ストリーク発生を大きく促進させるWの分配係数を1に近づけて、母溶鋼および濃化溶鋼の密度差を小さく出来ることを見出した。その結果、Wを含むNi基超合金中のストリーク状偏析の生成を大幅に低減できることが明らかとなり、本発明を完成するに至ったものである。
 この発明は、以下に示す手段により上記目的を達成するものである。
<1> C:0.005~0.15質量%、Cr:8~22質量%、Co:5~30質量%、Mo:1質量%以上9質量%未満、W:5~21質量%、Al:0.1~2.0質量%、Ti:0.3~2.5質量%、B:0.015質量%以下、Mg:0.01質量%以下を含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなることを特徴とする偏析性に優れたNi基超合金。
<2> さらに、Zr:0.2質量%以下、Hf:0.8質量%以下の1種または2種を含有することを特徴とする<1>に記載の偏析性に優れたNi基超合金。
<3> さらに、NbとTaの1種または2種を合計でNb+1/2Ta≦1.5質量%となるように含有することを特徴とする<1>または<2>に記載の偏析性に優れたNi基超合金。
<4> 発電機部材の鍛鋼品または発電機部材の鋳鋼品用の素材に用いるものであることを特徴とする<1>~<3>のいずれか1項に記載の偏析性に優れたNi基超合金。
 この発明の偏析性に優れたNi基超合金による効果として、材料特性を維持したまま、Niとの密度差が大きいWの凝固界面への分配係数を1に近づけ、母溶鋼および濃化溶鋼の密度差を小さくすることができる。このことより、ストリーク状偏析の出現を軽減させ、大型部材の製造に適する偏析の少ない品質の優れた大型鋳塊を製造することができる。
実施例における供試材の液相密度差の相対評価結果を示すグラフである。 実施例における比較材(No.B17)と本発明材(No.B3)のマクロ偏析試験結果における金属組織を示す図面代用写真(倍率0.4倍)である。 実施例における供試材の偏析生成臨界値の相対評価結果を示すグラフである。 実施例における供試材の室温および高温(700℃)の0.2%耐力(Y.S.)を示すグラフである。 実施例における供試材の室温および高温(700℃)の伸び(El.)を示すグラフである。 実施例における供試材の室温および高温(700℃)の引っ張り強度(T.S.)を示すグラフである。 実施例における供試材の室温および高温(700℃)の絞り(R.A.)を示すグラフである。 実施例における供試材のシャルピー吸収エネルギーを示すグラフである。
 以下に、本発明の一実施形態を説明する。
<合金組成>
 以下に、本発明の合金組成を設定した理由を以下に説明する。
 なお、以下の含有量はいずれも質量%または質量ppmで示されている。
C:0.005~0.15%
 Cは、TiとはTiCを形成し、またCr、MoとはMC、M、およびM23タイプの炭化物を形成し、合金の結晶粒の粗大化を抑制するとともに、高温強度の向上にも寄与する。更に、MCやM23は結晶粒界に適量の炭化物を析出させることで粒界を強化するために、本発明では必須の元素である。Cが0.005%以上含まれることで上記の効果が得られ、0.15%以下であれば析出強化に必要なTi量を確保でき、時効処理時に粒界へ析出するCr炭化物を低減できるため粒界が脆弱化せず、延性を保持することができる。従って、Cの添加量は0.005~0.15%の範囲に限定する。なお、同様の理由で、下限を0.01%、上限を0.08%とするのが望ましい。
Cr:8~22%
 Crは合金の耐酸化性、耐食性、強度を高めるに不可欠な元素である。また、Cと結びついて炭化物を析出させ、高温強度を高める。それらの効果を発揮させるためには、最低8%以上の含有量が必要である。しかしながら、多すぎる含有量はマトリクスの安定性を阻害し、σ相やα-Crなどの有害なTCP相の生成を助長することになり、延性や靭性に悪影響を及ぼす。従って、Crの含有量は8~22%の範囲に限定する。なお、同様の理由で下限を10%、上限を15%とするのが望ましく、上限を13%とするのが一層望ましい。
Co:5~30%
 CoはNiとの密度差が大きく、ストリーク状偏析の発生原因となるWの分配係数を1に近づけ、偏析性を大きく改善させるために、本発明では必須の元素である。また、CoはAl、Ti、Nbといった析出強化元素の分配係数も1に近づけることができる。Coを5%以上含むことにより上記の効果が十分得られ、30%以下であれば鍛造性を良好に保つことができ、μ相(Laves相)と呼ばれるTCP相を生成しにくくなるため、高温でのマトリクスの組織が安定となり、高温組織安定性を良好に保つことができる。したがってCoの含有量は5~30%の範囲に限定する。なお、同様の理由で、下限を10%、上限を20%とすることが望ましい。
Mo:1%以上9%未満
 Moは主にマトリクスに固溶してマトリクス自体を強化する固溶強化元素として有効であるとともに、γ’相に固溶してγ’相のAlサイトに置換することによりγ’相の安定性を高めるので高温での強度を高めるとともに組織の安定性を高めるのに有効である。Mo含有量が1%以上であれば上記効果が十分得られ、9%未満であればμ相(Laves相)と呼ばれるTCP相を生成しにくくなるため、高温でのマトリクスの組織が安定となり、高温組織安定性を良好に保つことができる。したがって、Moの含有量は1%以上~9%未満の範囲に限定する。同様の理由で下限を3.0%、上限を7.0%とするのが望ましい。
W:5~21%
 WもMoと同様にマトリクスに固溶してマトリクス自体を強化する固溶強化元素として有効であるとともに、γ’相に固溶してγ’相のAlサイトに置換することによりγ’相の安定性を高めるので高温での強度を高めるとともに組織の安定性を高めるのに有効である。また、線膨張係数を下げる効果も有しており、適切な含有量であれば、TCP相が析出しないので組織安定性を損なうことはない。ただし、多すぎる含有ではα-Wが析出し組織安定性を低下させるのみならず、熱間加工性も著しく劣化させる。従って、Wの含有量は5~21%の範囲に限定する。同様の理由で下限を7.0%、上限を15.0%とするのが望ましい。
Al:0.1~2.0%
 AlはNiと結合してγ’相を析出し、合金の強化に寄与する。Alが0.1%未満では十分な析出強化を得ることが出来ないが、多すぎる含有はγ’相の粒界への粗大凝集により、濃化領域と無析出帯とができ、高温特性の低下、切り欠き感受性の劣化を招き、機械的特性が大幅に低下する。また、過剰に含有すると熱間加工性が低下し、鍛造が困難になる。従って、Alの含有量は0.1~2.0%の範囲に限定する。なお、同様の理由で下限を0.5%、上限を1.5%とするのが望ましい。
Ti:0.3~2.5%
 Tiは主にMC炭化物を形成して合金の結晶粒の粗大化を抑制するとともに、Alと同様、Niと結合してγ’相を析出し、合金の強化に寄与する。この作用を十分に得るためには、0.5%以上の含有が必要である。しかしながら、多すぎる含有は、高温におけるγ’相の安定性を低下させると共にη相が析出するため強度と延性、靭性、及び長時間組織安定性の低下を招く。従って、Tiの含有量は0.3~2.5%の範囲に限定する。なお、同様の理由で下限を0.5%、上限を2.0%とするのが望ましい。
Nb+1/2Ta≦1.5%
 Nb及びTaはAl、及びTiと同様に析出強化元素であり、γ”相を析出し合金の強化に寄与するので所望により含有させる。しかしながら、多量の含有はLaves相やσ相等の金属間化合物が析出しやすくなり、組織安定性を著しく損なう。したがって、所望により含有させるNb及びTaの含有量はNb+1/2Taの値で1.5%以下とする。
 また上記と同様の理由により、さらに上限をNb+1/2Taの値で1.0%以下とすることが望ましい。なお、上記作用を十分に得るため、Nb+1/2Taは、0.1%以上とするのが望ましく、さらには0.2%以上とするのが一層望ましい。
B:0.015%以下
 Bは粒界に偏析して高温特性に寄与するので所望により含有させる。但し、多過ぎる含有は硼化物を形成し易くなり、逆に粒界脆化を招く。したがって、所望により含有させるBの含有量は0.015%以下とする。なお、上記作用を十分に得るためには、0.0005%以上含有するのが望ましく、また上記と同様の理由により、さらに上限を0.01%とするのが望ましい。
Zr:0.2%以下
 ZrはBと同様に粒界に偏析して高温特性に寄与するので所望により含有させる。但し、多過ぎる含有は合金の熱間加工性を低下させる。したがって、所望により含有させるZrの含有量は0.2%以下とする。なお、上記作用を十分に得るためには、0.001%以上含有するのが望ましく、さらに0.02%以上含有するのが一層望ましい。また上記と同様の理由により、さらに上限を0.08%とするのが望ましい。
Hf:0.8%以下
 HfはB、Zrと同様に粒界に偏析して高温特性に寄与するので所望により含有させる。但し、多過ぎる含有は合金の熱間加工性を低下させる。したがって、所望により含有させるHfの含有量は0.8%以下とする。なお、上記作用を十分に得るためには、0.05%以上含有するのが望ましく、さらに0.1%以上含有するのが一層望ましい。また上記と同様の理由により、さらに上限を0.5%とするのが望ましい。
Mg:0.01%以下
 Mgは主にSと結合して硫化物を形成し、熱間加工性を高める効果があるので所望により含有させる。ただし、多すぎる含有は逆に粒界脆化を招き、熱間加工性を著しく低下させる。従って、Mgの含有量は0.01%以下の範囲に限定する。なお、上記作用を十分に得るため、Mg含有量を0.0005%以上とするのが望ましい。
残部:Niおよび不可避的不純物
 本発明のNi基合金は、残部がNiおよび不可避的不純物からなる。不可避的不純物としてはSi、Mn、P、S、O、Nが挙げられる。不可避的不純物の許容される含有量は、好適には、それぞれ、Si:0.3%以下、Mn:0.2%以下、P:0.01%以下、S:0.005%以下、O:30ppm以下、N:60ppm以下が望ましい。
 Siが多すぎると合金の延性を低下させると共に、偏析性を悪化させる。したがって、Siの含有量は0.3%以下に限定するのが望ましく、0.1%未満とするのがより望ましく、0.05%未満とするのが一層望ましい。
<製造方法>
 本発明のNi基合金は常法により溶製することができ、その製造方法が特に限定をされるものではない。ただし、本発明合金は、Si、Mn、P、S、O、Nの不純物をできる限り含有しないのが望ましく、したがって、好適には、VIM-ESRプロセスをとる所謂ダブルメルト法、あるいはVIM-ESR-VARプロセスをとる所謂トリプルメルト法などの溶解法が望ましい。
 溶製されたNi基合金は、通常は、熱間鍛造が施されて鋳造組織の破壊、内部空隙の圧着、ならびに成分偏析の拡散がなされる。なお、本発明としては、熱間鍛造の条件等が特に限定されるものではなく、例えば常法に従って行うことができる。
 上記熱間鍛造後に、再結晶温度以上に加熱して溶体化処理を行う。この溶体化処理は、例えば1000~1250℃において行うことができる。溶体化処理時間としては、材料の大きさ、形状などに応じて、適宜の時間を設定する。溶体化処理は、既知の加熱炉を用いて行うことができ、本発明としては加熱方法や加熱設備が特に限定されるものではない。溶体化処理後には、空冷などにより冷却する。
 上記の溶体化処理後に既知の加熱炉などを用いて第1回目の時効処理を行う。該時効処理は、700℃~1000℃の温度において行われる。該時効処理温度に至る昇温では、本発明としては特に昇温速度が限定されるものではない。第1回目の時効処理後は、第2回目の時効処理を行うが、連続して行ってもよく、一旦冷材を経由した後、行ってもよい。冷材を経由した後の第2回目の時効処理では、同一の加熱炉などを用いてもよく、また、他の加熱炉などを用いることもできる。
 なお、第1回目の時効処理から第2回目の時効処理にかけては、炉冷、あるいはファン冷却などによって冷却をして、連続的に行うのが望ましく、その際の冷却速度は20℃/時間以上とするのが望ましい。
 第2回目の時効処理後は、特に冷却速度が限定されるものではなく、放冷、強制冷却などにより冷却することができる。なお、本発明方法では、上記のように第1回目、第2回目の時効処理について規定をしているが、それ以降の時効処理を排除するものではなく、必要に応じて第3回目以降の時効処理を施すことも可能である。
 以下に、本発明の一実施形態を説明する。
 表1の化学組成を有する供試材約100gを文献(日本製鋼所技報No.54(1998.8)、“Ni基超合金の偏析出現機構”、p106)に記載された試験と同様の一方向凝固試験により、底面から一方向凝固させた。すなわち、該試験では、縦型の電気抵抗炉を用いて行った。この試験炉は発熱体を備える炉体部に昇降装置を有しており、試験中に炉体部の上下位置を変化させることが可能である。試験では、供試材約100gをタンマン管に入れ、溶解時の供試材表面が均熱帯の最下部になるように設置し、供試材上下に温度勾配を有するように設定した。供試材中で最も温度が低いるつぼ最下部においても供試材が十分溶解するように温度を設定し、Ar雰囲気下(流量:500cc/min)で昇温した。供試材が全量溶解したことを確認した後、制御温度を約50℃低下させ、炉体を約1mm/minの速度で20~30mm上昇させた。これにより供試材の下部が均熱帯をはずれ下面から上方に一方向凝固する。上昇終了後、凝固前面に平滑界面を得るために、ただちに炉体を上昇時と同一速度にて5mm下降させた。下降終了後、炉蓋を開き、供試材を坩堝ごと取り出し、速やかに水中に導入して急冷凝固させた。
 得られた供試材を縦断し、腐食を施して界面を確認した後、EPMAライン分析により固相部と液相部の濃度を測定して、平衡分配係数の値を算出した。得られた平衡分配係数から母溶鋼および濃化溶鋼の密度を計算して、母溶鋼と濃化溶鋼の密度差Δρを求めた。母溶鋼と濃化溶鋼の密度差Δρは合金の偏析傾向を示しており、Δρが小さいほど偏析が生じにくいことを示している。このようにして求めたΔρを比較材No.13を1として比較した相対評価結果を図1に示した。
 図1から明らかなように、比較材(No.13~No.16)では、W量を増加させるほど濃化溶鋼との密度差が大きくなったが、本発明材(No.1~No.12)では、Wの含有量に関わらずCo量を増加させるほど、Δρが小さくなる結果が得られた。一方、Wが無添加の比較材(No.13)にCoを添加した比較材(No.17~No.20)では、Δρに殆ど変化が認められなかった。即ち、Wを含有したNi基超合金にCoを添加することでΔρを小さくすることができ、偏析が生じにくくなることが明らかとなった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 次に、該文献(日本製鋼所技報No.54(1998.8)、“Ni基超合金の偏析出現機構”、p105)と同様に横型一方向凝固炉を用いたマクロ偏析試験を行って、ストリーク状偏析の生成し易さを実験的に比較した。横一方向凝固試験は実機の凝固条件を模擬し、実験室的にストリーク状偏析を再現する最も基本的な実験方法である。
 この横型一方向凝固炉は角形シリコニット抵抗炉、角型のアルミナ製2重坩堝および冷却体よりなっており、冷却用の圧搾空気を用いて側面から一定の速度で凝固を進行させることができる。大型鋼塊に出現する偏析を小型鋼塊に生成させるためには鋼塊の凝固速度を遅くする必要があり、本装置では冷却用空気の量と炉の保持温度を調整することで大型鋼塊の凝固条件を再現することが可能である。
 試験では、表2に示す組成(No.B1~No.B9、No.B17~No.B20、No.B22、No.B23、残部Niとその他不可避不純物)のNi基合金14kgを溶解し、アルミナ製角型坩堝に鋳込んだ後、直ちに坩堝内側面に設置した冷却体内に圧縮空気を流し、冷却体側面から横方向に一方向凝固させて供試材を作製した。一例として、図2に比較材(No.B17)と本発明材(No.B3)のマクロ偏析試験結果を示す。なお、図中の矢印は鋳塊中の偏析線の出現位置を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 図2から明らかなように、比較材(No.B17)の鋳塊中には多数の明瞭な偏析線が出現した。一方、本発明材(No.B3)では、比較材と比較して偏析線の数が著しく減少しており、偏析性が大きく改善されていることが確認された。
 さらに、各供試材の横一方向凝固試験結果より偏析生成臨界値αを算出し、ストリーク状偏析の生成し易さを定量的に比較した。偏析生成臨界値αは、文献(鉄と鋼 第63年(1977)第1号、“逆V偏析の生成条件について”、p53-p62)に記載されているように凝固前面における冷却速度ε(℃/min)と凝固速度R(mm/min)の関係からε・R1.1≦αの条件で与えられ、合金により異なる値である。すなわちストリーク状偏析の生成には、凝固前面の冷却速度と凝固速度の2つの熱的状態を示す因子が大きく影響しており、偏析生成臨界値αがε・R1.1≦αの条件を満たすときにはストリーク状偏析は生成しないことが実験的に明らかとなっている。
 本試験で使用した横型一方向凝固炉は、炉内に設置した6ケ所の熱電対から各供試材についての温度降下曲線を測定することができる。この温度降下曲線から、ストリーク状偏析が発生した位置の凝固前面における固相率が0.3に相当する温度での冷却速度ε(℃/min)を算出した。また、同様にストリーク状偏析が発生した位置と固相率が0.3に相当する温度に達した時間から凝固速度R(mm/min)を算出し、供試材の偏析生成臨界値αを求めた。なお、計算に用いた固相率0.3は、固液共存層内でデンドライトが網目をなす部分と、デンドライトが十分成長せず未だ網目を作らない部分との境界であり、ストリーク状偏析の生成位置と推定されている値である。
 図3に、供試材の偏析生成臨界値αを比較材No.B17を1として比較した相対評価結果を示す。図3から明らかなように、比較材(No.B17)と比較して、本発明材(No.B1~No.B4)では、Co添加量の増加に伴ってαが減少しており、偏析性が改善されていることが確認された。また、比較材(No.B18)にCoを20%添加した本発明材(No.B5)、あるいは比較材(No.B19、No.B20)にCoを添加した本発明材(No.B6、No.B7、およびNo.B8、No.B9)においてもαが低下し、偏析性が改善されている試験結果が得られた。一方、Wが無添加の比較材(No.B22)にCoを添加した比較材(No.B23)では、αの低下は殆ど認められなかった。即ち、Wを含有した合金に対してのみ、Co添加量を増加させるほど偏析生成臨界値を減少させ、ストリーク状偏析の生成を抑える事ができることが明らかとなった。
 次に、表2の供試材(No.B10~No.B17、No.B21、No.B24)を真空誘導溶解炉(VIM)によって50kg鋳塊に溶製した。該試験鋳塊を拡散処理後、熱間鍛造を行い、熱間鍛造にて厚さ30mmの板材とした。ここで供試材(No.B10~No.B17、No.B21)は熱間鍛造にて厚さ30mmの板材とすることができたが、比較材(No.B24)は、熱間加工性が悪く、鍛造中に大きな割れが発生したため、鍛造を中止した。板材とした供試材は、各供試材毎に再結晶温度以上にて溶体化処理を施し、その後空冷し一旦冷材とした。その後さらに第1回目の時効処理として840℃×10時間の条件で加熱処理をし、炉冷(冷却速度50℃/h)によって冷却をして、連続的に第2回目の時効処理を行った。第2回目の時効処理では、750℃×24時間の条件で加熱処理をし、その後、炉冷(冷却速度50℃/h)により冷却して供試材とした。
 得られた供試材について、室温引張試験および高温(700℃)引張試験、ならびにシャルピー衝撃試験を行った。比較材No.B17の室温、ならびに700℃における各種材料特性を1として比較した相対評価結果を図4~8に示す。図4および図6に示すように、それぞれ組成の異なる比較材(No.B17、およびNo.B21)に対してCoを添加した本発明材(No.B10~No.B14、およびNo.B15、No.B16)は、短時間引張特性においては室温及び700℃共にCo添加量の増加に伴って引張強さ、及び0.2%耐力が増加した。一方、強度が増加した分、図5に示すように、本発明材(No.B10、No.B11、およびNo.B15)の室温延性(伸び)は比較材(No.B17、およびNo.B21)よりも低くなったが、Co添加量の増加に伴って延性は増加しており、本発明材(No.B12~No.B14、およびNo.B16)の室温延性は逆に比較材よりも高くなる結果が得られた。また、シャルピー衝撃吸収エネルギーに関しても、Co添加量の増加に伴って増加しており、本発明材(No.B11~No.B13)では比較材(No.B17)よりも高くなっており、Coを添加しても十分な機械的特性を有していることが確認された。 
 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は2008年2月13日出願の日本特許出願(特願2008-31506)、に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明のNi基合金材は、発電機部材のタービンロータなどの素材に用いることができる。ただし、本発明の用途がこれらに限定をされるものではなく、高温での強度特性などが要求される種々の用途に用いることができる。また、高温での長期安定性にも優れており、例えば600~650℃程度の従来の発電機部材の温度域においても当然に使用することが可能である。

Claims (4)

  1.  C:0.005~0.15質量%、Cr:8~22質量%、Co:5~30質量%、Mo:1質量%以上9質量%未満、W:5~21質量%、Al:0.1~2.0質量%、Ti:0.3~2.5質量%、B:0.015質量%以下、Mg:0.01質量%以下を含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなることを特徴とする偏析性に優れたNi基超合金。
  2.  さらに、Zr:0.2質量%以下、Hf:0.8質量%以下の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1に記載の偏析性に優れたNi基超合金。
  3.  さらに、NbとTaの1種または2種を合計でNb+1/2Ta≦1.5質量%となるように含有することを特徴とする請求項1または2に記載の偏析性に優れたNi基超合金。
  4.  発電機部材の鍛鋼品または発電機部材の鋳鋼品用の素材に用いるものであることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の偏析性に優れたNi基超合金。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010275635A (ja) * 2009-05-14 2010-12-09 General Electric Co <Ge> コバルト−ニッケル超合金及び関連物品
EP2298946A3 (en) * 2009-09-15 2011-09-28 Hitachi Ltd. High-strength Ni-based wrought superalloy and manufacturing method of same
JP2014095101A (ja) * 2012-11-07 2014-05-22 Hitachi Ltd Ni基鋳造合金及びそれを用いた蒸気タービン鋳造部材

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5232492B2 (ja) 2008-02-13 2013-07-10 株式会社日本製鋼所 偏析性に優れたNi基超合金
EP2336378B1 (en) 2008-09-30 2016-03-16 Hitachi Metals, Ltd. Process for manufacturing ni-base alloy and ni-base alloy
US8597440B2 (en) * 2009-08-31 2013-12-03 General Electric Company Process and alloy for turbine blades and blades formed therefrom
JP4987921B2 (ja) 2009-09-04 2012-08-01 株式会社日立製作所 Ni基合金並びにこれを用いた蒸気タービン用鋳造部品、蒸気タービンロータ、蒸気タービンプラント用ボイラチューブ、蒸気タービンプラント用ボルト及び蒸気タービンプラント用ナット
JP4982539B2 (ja) * 2009-09-04 2012-07-25 株式会社日立製作所 Ni基合金、Ni基鋳造合金、蒸気タービン用高温部品及び蒸気タービン車室
JP2012207594A (ja) * 2011-03-30 2012-10-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 回転機械のロータ及び回転機械
JP5792500B2 (ja) * 2011-04-11 2015-10-14 株式会社日本製鋼所 Ni基超合金材およびタービンロータ
JP5478601B2 (ja) 2011-12-22 2014-04-23 株式会社日立製作所 Ni基鍛造合金と、それを用いたガスタービン
JP5356572B2 (ja) * 2012-04-24 2013-12-04 株式会社日立製作所 タービンロータ
JP5857917B2 (ja) * 2012-08-28 2016-02-10 新日鐵住金株式会社 Ni基超合金の鋳塊の製造方法
JP6045857B2 (ja) * 2012-08-31 2016-12-14 三菱日立パワーシステムズ株式会社 高強度Ni基超合金と、それを用いたガスタービンのタービン動翼
JP2014051698A (ja) 2012-09-06 2014-03-20 Hitachi Ltd Ni基鍛造合金と、それを用いたガスタービン
JP5743161B2 (ja) * 2012-09-24 2015-07-01 株式会社日本製鋼所 耐Mg溶損特性に優れた被覆構造材
JP6338828B2 (ja) 2013-06-10 2018-06-06 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Ni基鍛造合金並びにこれを用いたタービンディスク、タービンスペーサ及びガスタービン
JP2015000998A (ja) * 2013-06-14 2015-01-05 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Ni基鍛造合金並びにこれを用いたボイラ配管及びボイラチューブ
JP5725630B1 (ja) * 2014-02-26 2015-05-27 日立金属Mmcスーパーアロイ株式会社 熱間鍛造性および耐食性に優れたNi基合金
JP5763826B2 (ja) * 2014-10-28 2015-08-12 三菱重工業株式会社 蒸気タービンのロータ
CN104404308A (zh) * 2014-11-28 2015-03-11 北京钢研高纳科技股份有限公司 一种具有高拉伸强度的镍基粉末高温合金
CN106282667B (zh) * 2015-06-12 2018-05-08 中南大学 一种镍基高温合金及其制备方法
CN105506390B (zh) * 2015-12-30 2017-06-23 钢铁研究总院 一种含锆镍基高温合金及制备方法
EP3249063B1 (en) * 2016-05-27 2018-10-17 The Japan Steel Works, Ltd. High strength ni-based superalloy
JP6739309B2 (ja) * 2016-10-07 2020-08-12 三菱日立パワーシステムズ株式会社 タービン翼の製造方法
JP6931545B2 (ja) 2017-03-29 2021-09-08 三菱重工業株式会社 Ni基合金積層造形体の熱処理方法、Ni基合金積層造形体の製造方法、積層造形体用Ni基合金粉末、およびNi基合金積層造形体
CN108866388A (zh) * 2017-05-16 2018-11-23 宋广东 高温环境用耐热合金材料及其制造方法
GB2565063B (en) 2017-07-28 2020-05-27 Oxmet Tech Limited A nickel-based alloy
KR20190102392A (ko) * 2018-02-26 2019-09-04 한국기계연구원 고온 체결 부재용 Ni계 초내열합금 및 그 제조방법
KR102114253B1 (ko) * 2018-02-26 2020-05-22 한국기계연구원 크리프 강도가 우수한 Ni계 초내열합금 및 그 제조방법
KR102142439B1 (ko) * 2018-06-11 2020-08-10 한국기계연구원 고온 크리프 특성과 내산화성이 우수한 니켈기 초내열 합금 및 그 제조방법
JP7141967B2 (ja) * 2019-03-12 2022-09-26 川崎重工業株式会社 造形体製造方法、中間体および造形体
JP7218225B2 (ja) * 2019-03-22 2023-02-06 三菱重工業株式会社 積層造形用合金粉末、積層造形物及び積層造形方法
CN110484885A (zh) * 2019-09-12 2019-11-22 南京达迈科技实业有限公司 一种含微量元素的大管径Ni-Cr旋转靶材及其制备方法
CN110541090B (zh) * 2019-10-17 2020-07-07 太原钢铁(集团)有限公司 一种提高镍基合金腐蚀性能的方法
CN111607720A (zh) * 2020-05-14 2020-09-01 中南大学 一种粉末镍基高温合金及其制备方法
CN111621674A (zh) * 2020-06-08 2020-09-04 重庆材料研究院有限公司 微合金化的高强度精密镍铬电阻合金材料的制备方法
CN111906311B (zh) * 2020-08-30 2021-05-28 中南大学 一种预防选区激光熔融镍基高温合金开裂的方法
CN112575228B (zh) * 2020-11-12 2021-09-03 中国联合重型燃气轮机技术有限公司 抗蠕变、长寿命镍基变形高温合金及其制备方法和应用
JP2022160167A (ja) * 2021-04-06 2022-10-19 大同特殊鋼株式会社 耐熱合金部材、これに用いる素材及びこれらの製造方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5184727A (ja) * 1975-01-23 1976-07-24 Sumitomo Metal Ind Tainetsuseinoryokonagokin
JPH09157779A (ja) 1995-10-05 1997-06-17 Hitachi Metals Ltd 低熱膨張Ni基超耐熱合金およびその製造方法
JPH10317080A (ja) * 1997-05-22 1998-12-02 Toshiba Corp Ni基耐熱超合金、Ni基耐熱超合金の製造方法及びNi基耐熱超合金部品
JP2002180231A (ja) * 2000-12-20 2002-06-26 United Technol Corp <Utc> タービン羽根の耐久性を向上させる方法
JP2003013161A (ja) 2001-06-28 2003-01-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd オーステナイト系低熱膨張Ni基超合金およびその製造方法
JP2004538358A (ja) * 1998-11-05 2004-12-24 ロールス−ロイス・コーポレーション 単結晶ベーンセグメント及びその製造方法
JP2005314728A (ja) 2004-04-27 2005-11-10 Daido Steel Co Ltd 低熱膨張Ni基超合金の製造方法
JP2006070360A (ja) * 2004-09-03 2006-03-16 Haynes Internatl Inc 進歩したガスタービンエンジン用Ni−Cr−Co合金
JP2006124776A (ja) 2004-10-28 2006-05-18 Toshiba Corp 耐熱合金および耐熱合金の製造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3512963A (en) * 1966-07-25 1970-05-19 Int Nickel Co Process for improving elevated temperature strength and ductility of nickel-base alloys
US3850624A (en) * 1973-03-06 1974-11-26 Howmet Corp Method of making superalloys
US4140555A (en) * 1975-12-29 1979-02-20 Howmet Corporation Nickel-base casting superalloys
JPS5684436A (en) 1979-12-10 1981-07-09 Hitachi Ltd Cast nickel alloy
CA1212020A (en) * 1981-09-14 1986-09-30 David N. Duhl Minor element additions to single crystals for improved oxidation resistance
US4888064A (en) 1986-09-15 1989-12-19 General Electric Company Method of forming strong fatigue crack resistant nickel base superalloy and product formed
CN1045607A (zh) 1989-03-15 1990-09-26 中国科学院金属研究所 一种提高高温合金性能的方法
JP2729531B2 (ja) * 1990-09-14 1998-03-18 株式会社日立製作所 ガスタービンブレード及びその製造方法並びにガスタービン
US5489194A (en) * 1990-09-14 1996-02-06 Hitachi, Ltd. Gas turbine, gas turbine blade used therefor and manufacturing method for gas turbine blade
DK173348B1 (da) * 1996-06-07 2000-08-07 Man B & W Diesel As Udstødsventil til en forbrændingsmotor
US6800148B2 (en) 1998-11-05 2004-10-05 Rolls-Royce Corporation Single crystal vane segment and method of manufacture
JP4277113B2 (ja) * 2002-02-27 2009-06-10 大同特殊鋼株式会社 耐熱ばね用Ni基合金
JP3753143B2 (ja) * 2003-03-24 2006-03-08 大同特殊鋼株式会社 Ni基超耐熱鋳造合金およびそれを材料とするタービンホイール
US8066938B2 (en) 2004-09-03 2011-11-29 Haynes International, Inc. Ni-Cr-Co alloy for advanced gas turbine engines
JP2006274443A (ja) * 2005-03-03 2006-10-12 Daido Steel Co Ltd 非磁性高硬度合金
JP5232492B2 (ja) 2008-02-13 2013-07-10 株式会社日本製鋼所 偏析性に優れたNi基超合金
JP4780189B2 (ja) * 2008-12-25 2011-09-28 住友金属工業株式会社 オーステナイト系耐熱合金
JP5684436B2 (ja) 2012-09-19 2015-03-11 三井化学株式会社 農業用被覆材及びその製造方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5184727A (ja) * 1975-01-23 1976-07-24 Sumitomo Metal Ind Tainetsuseinoryokonagokin
JPH09157779A (ja) 1995-10-05 1997-06-17 Hitachi Metals Ltd 低熱膨張Ni基超耐熱合金およびその製造方法
JPH10317080A (ja) * 1997-05-22 1998-12-02 Toshiba Corp Ni基耐熱超合金、Ni基耐熱超合金の製造方法及びNi基耐熱超合金部品
JP2004538358A (ja) * 1998-11-05 2004-12-24 ロールス−ロイス・コーポレーション 単結晶ベーンセグメント及びその製造方法
JP2002180231A (ja) * 2000-12-20 2002-06-26 United Technol Corp <Utc> タービン羽根の耐久性を向上させる方法
JP2003013161A (ja) 2001-06-28 2003-01-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd オーステナイト系低熱膨張Ni基超合金およびその製造方法
JP2005314728A (ja) 2004-04-27 2005-11-10 Daido Steel Co Ltd 低熱膨張Ni基超合金の製造方法
JP2006070360A (ja) * 2004-09-03 2006-03-16 Haynes Internatl Inc 進歩したガスタービンエンジン用Ni−Cr−Co合金
JP2006124776A (ja) 2004-10-28 2006-05-18 Toshiba Corp 耐熱合金および耐熱合金の製造方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Formation Condition of "A" Segregation", TETSU-TO-HAGANE, vol. 63, no. 1, 1977, pages 53 - 62
"Mechanism of Segregation in Ni-based Superalloy", NIHON SEIK6SHO GIHO, 1998, pages 106
See also references of EP2246449A4 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010275635A (ja) * 2009-05-14 2010-12-09 General Electric Co <Ge> コバルト−ニッケル超合金及び関連物品
EP2298946A3 (en) * 2009-09-15 2011-09-28 Hitachi Ltd. High-strength Ni-based wrought superalloy and manufacturing method of same
JP2014095101A (ja) * 2012-11-07 2014-05-22 Hitachi Ltd Ni基鋳造合金及びそれを用いた蒸気タービン鋳造部材

Also Published As

Publication number Publication date
US20160040277A1 (en) 2016-02-11
KR20100108431A (ko) 2010-10-06
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KR101293386B1 (ko) 2013-08-05
EP2246449A4 (en) 2012-02-01
JP5232492B2 (ja) 2013-07-10
US20100310411A1 (en) 2010-12-09
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US10221473B2 (en) 2019-03-05
CN101946015A (zh) 2011-01-12
CN101946015B (zh) 2017-04-05
US9856553B2 (en) 2018-01-02

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