JP6728282B2 - Ni基合金軟化材の製造方法およびNi基合金部材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明者らは、上記目的を達成することが可能なNi基合金軟化材及びNi基合金部材の製造方法について、鋭意検討を行った。その結果、母相であるγ相に対して非整合に析出したγ´相(以下、非整合γ´相と称する)は強化に寄与しないことに着目し、鍛造時には非整合γ´相の量を増加させることで、γ相に対して整合に析出したγ´相(以下、整合γ´相と称する)の析出量を減少させると同時に、主にγ相と非整合γ´相とからなる微細な二相組織とすることで、鍛造時の加工性を大幅に向上させることができることを見出した。さらに、この状態で所望の形状に加工を行った後に、溶体化‐時効処理を行うことによって、非整合γ´相を減少させ整合γ´相を再度析出させることで、製品使用時の優れた高温強度を実現できることを見出した。本発明は、該知見に基づくものである。
次に、本発明に係るNi基合金軟化材の製造方法およびNi基合金部材の製造方法について説明する。図1は本発明に係るNi基合金部材の製造方法の一実施形態を示すフロー図である。図1に示すように、本発明に係るNi基合金部材の製造方法は、素材であるNi基鋳造合金又は鋳造後に鍛造することで得られるNi基鍛造合金のいずれかを得るための素材準備工程(S1)と、Ni基合金素材を軟化処理してNi基合金軟化材を得る軟化処理工程(S2)と、Ni基合金軟化材を所望の形状に加工する加工工程(S4)と、加工工程後に溶体化処理及び時効処理してNi基合金部材を得る溶体化‐時効処理工程(S5)とを含む。また、軟化処理工程(S2)は、第1の軟化処理工程(S21)と第2の軟化処理工程(S22)とを含む。さらに、加工工程(S4)は、最終形状にするまでに、軟化処理工程(S2)および複数の塑性加工法を繰り返し含んで良く、最終加工のみに限定するものではない。
Ni基合金の素材準備方法については特に限定はなく、従前の方法を用いることができる。具体的には、既製の鋳造後の合金や鍛造後の合金を用いて、次に説明する軟化処理工程以降の工程を行う。なお、Ni基合金素材の組成としては、γ´相の固溶温度が1050℃以上のものを用いる。この根拠については、追って詳述する。
加工工程時の加工性を向上させる本発明のNi基合金軟化材の製造方法は、γ´相の固溶温度未満の温度で熱間鍛造する第1の軟化処理工程(S21)と、第1の軟化処理工程後のNi基合金をγ´相の固溶温度未満かつ上記熱間鍛造完了温度以上の温度から徐冷して非整合γ´相を増加させる第2の工程(S22)とを含む。
図2は図1の軟化処理工程の温度プロファイル及び材料組織を模式的に示す図である。上述したように、第1の軟化処理工程では、Ni基合金素材を、γ´相の固溶温度未満の温度(T1)で熱間鍛造する。この熱間鍛造の後に冷却すると、図2の(I)に示すように、γ相(符号4)の粒界上に非整合γ´相(符号6)が析出する。符号5で示した析出物は、第1の軟化処理工程後の冷却中にγ相粒内に析出した整合γ´相である。なお、本発明において「γ相の粒界上」とは、「隣り合うγ結晶粒の境界」を意味するものとする。
第2の軟化処理工程では、γ´相の固溶温度未満でかつ前述の第1の軟化処理工程における熱間鍛造完了温度以上の温度(T3)まで昇温し、γ相中に析出した整合γ´相を固溶させることで、主にγ相と非整合γ´相からなる2相組織とし(図2(II))、その後、温度T2まで徐冷を行い、非整合γ´相を成長させることで、主に徐冷終了時の温度から室温までの冷却過程で析出する整合γ´相を減少させられるため、加工性を向上させることが出来る(図2(III))。このとき、徐冷速度(TA/t)が遅いほど非整合γ´相を成長させることが可能で、50℃/h以下が好ましく、10℃/h以下がより好ましい。100℃/hより早いと、非整合γ´相を十分に成長させられず、冷却過程で整合γ´相が析出して、本発明の効果が得られない。ここで熱間鍛造完了温度とは、鍛造の最終段階で被鍛造材を保持した温度を示す。
上記した軟化処理工程で軟化状態となったNi基軟化材について、加工を行う。このときの加工方法については、特に限定は無く、鍛造加工のみならず、他の塑性加工法や接合方法にも適用可能であり、上記軟化処理と組み合わせることで繰り返し加工を行うことができる。具体的には、プレス加工、圧延加工、引抜き加工、押出し加工、切削加工及び摩擦攪拌接合等が適用できる。さらに、上述した軟化処理工程と塑性加工法等を組み合わせることで、本発明に係る高強度Ni基合金を用いたボイラーチューブや燃焼器ライナー、さらにはガスタービン動翼やディスク等の火力発電プラント用部材の提供も可能となる。本発明で提供できるNi基合金部材又はNi基合金構造物の具体例については、追って詳述する。
図4は図1の溶体化‐時効処理工程の温度プロファイル及び材料組織を模式的に示す図である。所定形状に加工を施した後、非整合γ´相を固溶させ整合γ´相を再析出させる溶体化時効処理を施すことで、高温強度を回復させることが可能で、整合γ´相を700℃において30体積%以上析出させることが望ましい。
次に、本発明に係るNi基合金素材の組成について説明する。
以下に、本発明の実施例を説明する。
表1に供試材の組成を示す。
Claims (4)
- Ni基合金素材をγ´相の固溶温度未満の温度領域で軟化させて加工性を向上させる軟化処理工程を含み、
前記軟化処理工程は、前記Ni基合金素材を前記γ´相の固溶温度未満かつγ相の再結晶が迅速に進む温度以上の温度で熱間鍛造して非整合γ´相を析出させる第1の工程と、前記γ´相の固溶温度未満でかつ前記熱間鍛造の完了温度以上の温度から100℃/h以下の冷却速度で徐冷して非整合γ´相を成長させ、非整合γ´相の量を増加させる第2の工程とを含み、
前記Ni基合金素材の組成が、質量%で、10%以上25%以下のCr、30%以下のCo、TiとNbとTaの総和が3%以上9%以下、1%以上6%以下のAl、10%以下のFe、10%以下のMo、8%以下のW、0.03%以下のB、0.1%以下のC、0.08%以下のZr、2.0%以下のHfおよび5.0%以下のReを含有し、残部がNiおよび不可避不純物からなることを特徴とするNi基合金軟化材の製造方法。 - 前記軟化処理工程によって得られた前記Ni基合金軟化材が、前記Ni基合金素材の母相であるγ相の結晶粒の粒界上に析出した非整合なγ´相の結晶粒が20体積%以上であることを特徴とする請求項1に記載のNi基合金軟化材の製造方法。
- 前記徐冷の冷却速度が50℃/h以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のNi基合金軟化材の製造方法。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の前記Ni基合金軟化材の製造方法によって得られた前記Ni基合金軟化材を所望の形状に加工する加工工程と、前記加工工程後に、前記Ni基合金素材の母相であるγ相の結晶粒の粒界上に析出した非整合なγ´相を固溶させる溶体化処理および整合γ´相を再析出させる時効処理をしてNi基合金部材を得る溶体化‐時効処理工程とを含むことを特徴とするNi基合金部材の製造方法。
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