JP2001220635A - ニッケルアルミナイド系超耐熱合金 - Google Patents

ニッケルアルミナイド系超耐熱合金

Info

Publication number
JP2001220635A
JP2001220635A JP2000030493A JP2000030493A JP2001220635A JP 2001220635 A JP2001220635 A JP 2001220635A JP 2000030493 A JP2000030493 A JP 2000030493A JP 2000030493 A JP2000030493 A JP 2000030493A JP 2001220635 A JP2001220635 A JP 2001220635A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
less
high temperature
nickel aluminide
temperature
intermetallic compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2000030493A
Other languages
English (en)
Inventor
Makoto Takahashi
誠 高橋
Takeshi Torigoe
猛 鳥越
Masahiro Inui
正弘 乾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kubota Corp filed Critical Kubota Corp
Priority to JP2000030493A priority Critical patent/JP2001220635A/ja
Priority to US09/776,721 priority patent/US20010013383A1/en
Priority to CA002334490A priority patent/CA2334490A1/en
Priority to CNB01112363XA priority patent/CN1143003C/zh
Publication of JP2001220635A publication Critical patent/JP2001220635A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温構造要素として使用される、Ni3Al
系Ni基超耐熱合金について、高温・室温の良好な機械
的諸特性と構造材料に要求される良好な溶接性を具備せ
しめる。 【解決手段】このNi基超耐熱合金は、重量%で、Al
6.0〜9.0%,Cr2.0〜15.0%,Zr0.
5〜3.0%,B0.003%以下,Fe3.0%以
下,残部は実質的にNiからなり、所望によりW0.5
〜5%,C0.3%以下,N0.003〜0.03%の
1種ないし2種以上の元素を含有する組成が与えられ
る。Ni3Al系金属間化合物を主相(体積率70%以
上)とする金属組織を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温及び室温域で
の機械強度、耐高温クリープ性等に優れ、かつ構造部材
料として望まれる良好な溶接性等を備えたニッケルアル
ミナイド系超耐熱合金に関する。
【0002】
【従来の技術】NiAl(トリニッケルアルミナイ
ド)は、Ni−Al二元状態図において、Ni87wt%
前後(約±4wt%の幅を有する)の領域に現れる面心立
方型結晶構造を有する金属間化合物(融点約1390℃)であ
る。このものは、材料の強さを示す降伏強度が、広い温
度域に亘って温度の上昇と共に増加するという特異な物
性を示す。Ni基超耐熱合金が、高温度域まで高い応力
レベルを維持し得るのは、Ni固溶体中に豊富に分散析
出させたNiAlのこのような性質に依存している。
【0003】しかるに、NiAl金属間化合物は、低
温だけでなく高温においても極めて脆く、殆ど伸びを示
さず、これがこの種Ni基超耐熱合金の工業的応用の妨
げとなっている。この合金の物性改良についてこれまで
種々の試みがなされ、例えば、特開昭62-93334号公報に
は、NiAl基材と、原子%で、第IVB族元素(Zr,Hf)0.
2〜1.5%,Al17〜20%,Cr4.5〜8%,B0.05〜0.2%,Fe9〜1
6%,希土類元素(Ce等)0.001〜0.004%,残部Niからな
る、高温強度,延性,熱間加工性等を改善されたNi基合
金、特公昭63-66374号公報には、NiAl系金属間化合物
に、重量%で、Mo0.01〜2.0%,B0.05〜3.0%,Zr0.5〜
4.0%等を添加して常温延性および強度を改善したニッ
ケルアルミナイド系合金が開示されている。
【0004】また、特開昭63-266036号公報には、原子
%で、Ni75.4〜79%,Al7〜12%,B0.5%以下,C≦0.9
%,Hf0.5〜4%,Fe4.5〜11%,Mo,W,Nb,Zr等≦3%を含
有し、金属組織が主としてNiAlからなる、常温延性,
強度を改善されたNi基合金、特開平4-501440号公報に
は、原子%で、Al15〜18.5%,Cr6〜10%,Zr0.05〜0.35
%,B0.08〜0.30%を含有する、高温延性,加工性,強度等
を改良されたニッケルアルミナイド系合金、特許第2599
236号公報には、重量%で、第IVb族元素(Hf,Zr)<1
%,Fe14.5〜17.5%,希土類元素(Ce,Y,La等)≦0.01%,
B0.01〜0.05%,Mo≦4%,残部NiAlからなる高温加工の
可能なニッケルアルミナイド系合金が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のニッケルアルミ
ナイド系合金は、1050℃を超える高温域においても
卓抜した耐酸化性を示す。しかし、高温強度およびクリ
ープ破断強度は急激に低下する。本発明は、このような
高温使用環境における耐酸化性のみならず、強度および
耐クリープ特性等に優れ、しかも良好な溶接性を具備
し、例えば鋼材加熱炉内に配設されるラジアントチュー
ブ,加熱炉内搬送ロールを構成するドライロール、石油
化学工業分野の反応炉内に設置される反応管等、各種分
野における構造部材料としての工業的応用を可能とす
る、改良されたニッケルアルミナイド系超耐熱合金を提
供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のニッケルアルミ
ナイド系超耐熱合金は、重量%で、Al:6.0〜9.
0%,Cr:2.0〜15.0%,Zr:0.5〜3.
0%,B :0.003%以下,Fe:3.0%以下,
残部は実質的にNiからなり、Ni3 Al系金属間化合
物を主相とする金属組織を有している。
【0007】本発明のニッケルアルミナイド系合金は、
所望により、上記諸元素と共に、0.5〜5%のW、
0.3%以下のC、0.003〜0.03%のN、から
選ばれる1種ないし2種以上の元素を含有する化学組成
が与えられる。
【0008】本発明合金の金属組織の主相であるNi
Al系金属間化合物は、所謂LI型の規則格子を形成
し、AlとNiとが面心立方格子の規則的位置に配列し
た構造を有する。
【0009】本発明合金の金属組織について、「Ni
Al系金属間化合物を主相とする」とは、NiAl系
金属間化合物の単一相からなる組織、またはNiAl
系金属間化合物と母相であるNi固溶体との混合相(こ
れにNiZr晶出相が混在する場合もある)からなる
組織を有することを意味している。NiAl系金属間
化合物の物性に基づく高温特性を十分に発現させるため
に、その金属組織に占めるNiAl系金属間化合物の
比率(面積率)は70%以上である。
【0010】本発明のニッケルアルミナイド系合金の成
分限定理由は次のとおりである。元素含有量の表示は、
すべて重量基準である。 Al:6.0〜9.0% Alは、Niと共にNiAl金属間化合物を形成する
基本元素である。含有量が6.0%に満たないとNi
Al相の生成が不足し、高温強度を得ることができな
い。他方9.0%を越えると、他の元素と関連してクリ
ープ破断寿命を確保し得なくなる。
【0011】Cr:2.0〜15.0% Crは室温域での引張強度と耐力値を高める。この効果
は2.0%以上の含有により現れる。しかし、過度に増
量すると、室温延性を損なうので15.0%を越えては
ならない。好ましくは4.0〜8.0%である。
【0012】Zr:0.5〜3.0% Zrはデンドライト粒界にNiZrを形成し、高温域
(約1100℃以上)での強度(引張強度,0.2%耐
力)を高め、かつ延性の向上に寄与する。また、約11
00℃を超える高温域におけるクリープ破断寿命の顕著
な改善効果を示す。これらの効果を得るために、0.5
%以上を必要とする。増量により効果を増すが、3.0
%を超えると効果はほぼ飽和するので、これを上限とす
る。
【0013】B:0.003%以下 Bは、粒界に偏析して室温引張りにおける破断伸びを高
めると共に、高温域におけるクリープ破断寿命の増大に
奏効する。しかし、0.003%を超えると、溶接割れ
感受性が高くなり、溶着金属に割れを生じ易くなる。こ
のため、0.003%を上限とする。好ましくは、0.
001〜0.002%である。
【0014】本発明の合金は所望により以下の元素が含
有される。 W:0.5〜5.0% Wは、高温クリープ破断強度を高めるのに有効な元素で
ある。この効果は0.5%以上の添加により得られる。
増量により効果を増すが、5.0%を越えて多量添加す
ると、高温引張延性の著しい低下をきたし、またクリー
プ破断寿命も低下する。好ましくは、1.0〜4.0%
である。
【0015】N:0.003〜0.03% Nは、Bと同様に室温での引張延性の改善に奏効する。
この効果は0.003%以上の添加により現れる。増量
に伴って効果を増すが、0.03%までの含有量で十分
である。また、これを超える添加歩留まりを得ることは
困難であり、合金の溶製操業における経済性が損なわれ
る。好ましくは、0.004〜0.02%である。
【0016】C:0.3%以下 Cは、前記Bと同様に粒界に析出して粒界を強化し、特
に高温での引張延性を高める効果を有する。この効果は
0.3%以下において得られ、これを越えると常温延性
を阻害する。好ましくは、0.01〜0.1%である。
【0017】Fe:3.0%以下 Feは、本発明にいて必須の元素ではない。その増加に
伴い高温強度の低下をみる。3.0%を超えるとその悪
影響を無視できなくなる。このため、3.0%を上限と
する。好ましくは1.0%以下である。
【0018】本発明のニッケルアルミナイド系合金は、
鋳造合金として各種構造部材の製造に供される。例え
ば、遠心力鋳造を適用し、ラジアントチューブ、加熱炉
用ハースロールのスリーブ(ロール胴部材)、石油化学
用反応管等として、これらの用途に要求される機械的諸
特性を充足し、かつ配管構築・部材の組付け等に必要な
溶接性の要求等を満たすことができる。このほか、本発
明合金の粉末を肉盛材料としてクラッド構造の形成に利
用することも可能である。その肉盛施工は、例えばプラ
ズマ・パウダー・ウェエルディング(ppw)法等を適
用して効率よく行うことができる。
【0019】
【実施例】(1)供試材の製造 (1.1)ニッケルアルミナイド系合金の溶製 高周波溶解炉により、アルミナるつぼ(内径145×高さ2
56,mm)を使用し、アルゴン雰囲気下に合金を溶製す
る。最初にニッケルを加熱溶融し、溶け落ち段階でアル
ミニウムを添加して昇温する。これに所定の合金元素を
添加し、温度調整を行った後、取鍋に出湯した。溶解重
量は16kgである。
【0020】(1.2)鋳造 金型遠心力鋳造(大気雰囲気)により、管状供試材(外
径137×肉厚19×長さ270,mm)を得た。管状供試材
(鋳造まま)は、外側面から指向性凝固による柱状晶と
内面側の一部粒状晶からなるマクロ組織が観察される。
【0021】表1に各供試材の化学組成を示す。各供試
材より試験片を調製し各物性を測定した。表2にビッカ
ース硬度Hv(荷重 98N)および常温引張り特性、表3
に高温引張り特性(試験温度:1100℃)、高温クリープ
試験結果(試験温度:1100℃,荷重:30MPa)および溶
接性試験結果をそれぞれ示す。
【0022】表3における溶接性試験は、供試材から切
出した板状体を試験材とし、板面上にTIG溶接を施工
するビード・オン・プレート法(溶接電流120A)に
より行い、溶接後のクラックの有無(ダイチェック)に
より溶接性を評価したものである。表3「溶接性」欄の
記号は下記の評価を意味している。 〇…溶接性良好(クラックなし) ×…クラックの発生顕著
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【表3】
【0026】表中、比較例No.101〜111は、本発明に類
似する組成を有しているが、いずれかの元素の含有量
(下線付記)が本発明の規定から逸脱している例であ
る。比較例No.112(0.5%C-0.25%Si-0.4%Mn-30%Cr-48%Ni
-13%W-0.2%Al-Fe)は、析出強化と固溶強化とを利用
し、約1200℃の各種加熱炉用部材として広く実用さ
れている高Ni-Cr系耐熱合金である。発明例の合金は、
室温および高温域における硬度,強度,延性、並びに高温
クリープ特性に優れ、しかも良好な溶接性を備えてい
る。その溶接性は高Ni-Cr系耐熱合金(No.112)と同等
である。
【0027】他方、比較例においては、本発明の成分元
素のいずれかを含有しないか又は含有量が不足もしくは
過剰であることに起因して、発明例のように室温・高温
域での機械的特性のすべてを具備するものはなく、かつ
溶接性に劣っている。なお、No.112(高Ni-Cr耐熱合
金)は、良好な溶接性を有しているが、高温域での引張
強度,クリープ破断寿命等が低く、発明材の材料特性に
及ばない。
【0028】
【発明の効果】本発明のニッケルアルミナイド系超耐熱
合金は、室温・高温における良好な機械強度・延性、耐
高温クリープ特性等を有すると共に、改良された溶接性
を具備している。従って、例えば鋼材加熱炉内に配設さ
れるラジアントチューブ、加熱炉内搬送ロール、あるい
は石油化学工業における反応管等の構成材料として適用
することができ、ニッケルアルミナイド系合金の工学的
応用の拡大・多様化を可能にするものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 Al:6.0〜9.0%, Cr:2.0〜15.0%, Zr:0.5〜3.0%, B :0.003%以下, Fe:3.0%以下, 残部は実質的にNiからなり、Ni3 Al系金属間化合
    物を主相とする金属組織を有する高温強度,耐高温クリ
    ープ性,溶接性等にすぐれたニッケルアルミナイド系超
    耐熱合金。
  2. 【請求項2】 重量%で、 Al:6.0〜9.0%, Cr:2.0〜15.0%, Zr:0.5〜3.0%, B :0.003%以下, W :0.5〜5%, Fe:3.0%以下, 残部は実質的にNiからなり、Ni3 Al系金属間化合
    物を主相とする金属組織を有する高温強度,耐高温クリ
    ープ性,溶接性等にすぐれたニッケルアルミナイド系超
    耐熱合金。
  3. 【請求項3】 重量%で、 Al:6.0〜9.0%, Cr:2.0〜15.0%, Zr:0.5〜3.0%, B :0.003%以下, C :0.3%以下及び/又はN:0.003〜0.0
    3%、 Fe:3.0%以下,を含有し、残部は実質的にNiか
    らなり、Ni3 Al系金属間化合物を主相とする金属組
    織を有する高温強度,耐高温クリープ性,溶接性等にす
    ぐれたニッケルアルミナイド系超耐熱合金。
  4. 【請求項4】 重量%で、 Al:6.0〜9.0%, Cr:2.0〜15.0%, Zr:0.5〜3.0%, B :0.003%以下, W :0.5〜5%, C :0.3%以下及び/又はN:0.003〜0.0
    3%、 Fe:3.0%以下, 残部は実質的にNiからなり、Ni3 Al系金属間化合
    物を主相とする金属組織を有する高温強度,耐高温クリ
    ープ性,溶接性等にすぐれたニッケルアルミナイド系超
    耐熱合金。
JP2000030493A 2000-02-08 2000-02-08 ニッケルアルミナイド系超耐熱合金 Withdrawn JP2001220635A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000030493A JP2001220635A (ja) 2000-02-08 2000-02-08 ニッケルアルミナイド系超耐熱合金
US09/776,721 US20010013383A1 (en) 2000-02-08 2001-02-06 Trinickel aluminide-base heat-resistant alloy
CA002334490A CA2334490A1 (en) 2000-02-08 2001-02-07 Trinickel aluminide-base heat-resistant alloy
CNB01112363XA CN1143003C (zh) 2000-02-08 2001-02-08 铝化三镍基耐热合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000030493A JP2001220635A (ja) 2000-02-08 2000-02-08 ニッケルアルミナイド系超耐熱合金

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001220635A true JP2001220635A (ja) 2001-08-14

Family

ID=18555494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000030493A Withdrawn JP2001220635A (ja) 2000-02-08 2000-02-08 ニッケルアルミナイド系超耐熱合金

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001220635A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI645049B (zh) 可加工的高強度、抗氧化Ni-Cr-Co-Mo-Al合金
JP5201708B2 (ja) Ni基耐熱合金溶接用ワイヤー
EP1512767A1 (en) Age-hardenable, corrosion resistant Ni-Cr-Mo alloys
KR20080025297A (ko) 질화물 강화에 유용한 코발트-크롬-철-니켈 합금
JP2015520300A (ja) 良好な加工性、クリープ強度及び耐食性を有するニッケル−クロム合金
JPH11501364A (ja) 機械的特性及び耐蝕性の改良された耐蝕性鉄アルミニド
CA3020420C (en) Ferritic alloy
US4846885A (en) High molybdenum nickel-base alloy
JP2018059142A (ja) Ni基耐熱合金
KR100264709B1 (ko) 니켈-몰리브덴 합금
JP4288821B2 (ja) 高温強度に優れた低熱膨張Fe基耐熱合金
JP2020521051A (ja) フェライト合金
JPS61186446A (ja) 耐熱合金
US20010013383A1 (en) Trinickel aluminide-base heat-resistant alloy
JPH03122243A (ja) 耐応力腐食割れ性に優れる溶接用高力アルミニウム合金板材
JP2001220635A (ja) ニッケルアルミナイド系超耐熱合金
JP2001220636A (ja) ニッケルアルミナイド系超耐熱合金
TWI657147B (zh) 一種高應力鎳基合金
JPH083665A (ja) 耐酸化性および高温強度に優れた金型用Ni基超耐熱合金
JP2002302725A (ja) トリニッケルアルミナイド系耐熱合金
JPS6134497B2 (ja)
US3212886A (en) High temperature alloy
JP7315206B2 (ja) 耐熱材料
JPH0577739B2 (ja)
JPS6173853A (ja) 耐熱合金

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040423

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20041028

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20051220

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20051220