鍛造用Ni基合金、其制造方法及渦輪機部件的制作方法

鍛造用Ni基合金、其制造方法及渦輪機部件的制作方法
【專利摘要】實施方式的鍛造用Ni基合金以質量％計含有C：0.01～0.07％、Cr：14～26％、Co：10～15％、Mo：5～12％、Al：0.8～3％、Ti：0.8～3％、B：0.001～0.006％，剩余部分由Ni和不可避免的雜質構成，且滿足10質量％≤Mo+0.176Cr+0.037Co≤15質量％的關系。另外，沿著晶界析出的碳化物的平均厚度小于等于250nm。
【專利說明】鍛造用Ni基合金、其制造方法及渦輪機部件

【技術領域】
[0001] 本發明主要涉及鍛造用Ni基合金、其制造方法及渦輪機部件。

【背景技術】
[0002] 近年來，從減少向大氣中的二氧化碳排放量的觀點出發，火力發電廠的高效率化 有所發展。因此，要求火力發電廠所具備的蒸汽渦輪機或燃氣渦輪機的高效率化。另外，能 夠設置于火力發電廠的C02渦輪機也被要求高效率化。這里，C02渦輪機是以通過天然氣等 燃料與氧的燃燒所生成的co2作為工作流體來驅動渦輪機。co2渦輪機中，能夠容易地將所 生成的co2的大部分分離、回收。因此，從地球環境保護的觀點出發受到關注。
[0003] 為了提高上述各渦輪機的效率，有效的是對導入至渦輪機的工作流體的入口溫度 進行高溫化。例如，就蒸気渦輪機來說，期待將來在作為工作流體的蒸汽的溫度大于等于 700°C的情況下進行運用。就燃氣渦輪機或C02渦輪機來說，所導入的工作流體的入口溫度 也處于上升的傾向。
[0004] 因此，構成各渦輪機的高溫部的部件優選由在發電用燃氣渦輪機或飛機用引擎的 部件中使用的、在高溫場所的使用中具有實際成果的Ni基合金構成。
[0005] 作為Ni基合金的代表性例子，可舉出INC0NEL718或INC0NEL617(SPECIALMETALS 公司制）。Ni基合金的強化機理大致分為析出強化型和固溶強化型。
[0006] 析出強化型Ni基合金中，通過在Ni中添加Al、Ti、Ta、Nb而使被稱作Y'（gamma prime:Ni3(Al，Ti))相或Y"（gammadoubleprime:Ni3Nb)相的析出相析出來提高高溫下 的機械強度。作為代表性的析出強化型Ni基合金，可舉出上述的INC0NEL718。
[0007] 另一方面，固溶強化型Ni基合金中，通過在Ni中添加Co、Mo等而將母相本身強 化。作為代表性的固溶強化型Ni基合金，可舉出上述的INC0NEL617。
[0008] 如上所述，作為在高溫環境下使用的渦輪機的構成部件的材料，對Ni基合金的應 用進行了探討。進而，對于Ni基合金來說，要求高溫環境下的充分的機械強度，而且要求制 造大型鍛造部件等時的制造性等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是示意地表示實施方式的Ni基合金的金屬組織的圖。
[0010] 圖2是為了說明根據時效處理的條件而析出至晶界的碳化物的析出形態而示出 Ni基合金的金屬組織的電子顯微鏡照片的圖。
[0011] 圖3是為了說明根據時效處理的條件而析出至晶界的碳化物的析出形態而示出 Ni基合金的金屬組織的電子顯微鏡照片的圖。

【具體實施方式】
[0012] 在一個實施方式中，鍛造用Ni基合金以質量％計含有C:0. 01?0. 07%、Cr:14? 26%、Co:10 ?15%、Mo:5 ?12%、A1 :0? 8 ?3%、Ti:0? 8 ?3%、B:0? 001 ?0? 006%， 剩余部分由Ni和不可避免的雜質構成，且滿足10質量Mo+0. 176Cr+0. 037C〇 < 15質 量％的關系。另外，沿著晶界析出的碳化物的平均厚度小于等于250nm。
[0013] 以下對本發明的實施方式進行說明。
[0014]Ni基合金通過由Mo、W等固溶強化元素所產生的固溶強化和由添加Al、Ti等所得 到的Y'（gammaprime:Ni3(Al，Ti))相的微細析出所產生的析出強化，使室溫和高溫下的 材料強度提高。另一方面，過剩的強化會惡化高溫下的材料的加工性、降低制造性。
[0015] 例如，由Y'相產生的析出強化量輕微的INC0NEL617與由Y'相產生的析出強化 量大的UDMET520(SPECIALMETALS公司制）等相比，具有更良好的鍛造性。另一方面，就 Y'相析出量大的INC0NEL738LC(SPECIALMETALS公司制）來說，不能通過鍛造進行成型、 通常使用鑄造進行成型。
[0016] 如此，Ni基合金的制造方法主要由Y'相的析出量來決定。例如，當為鍛造用Ni 基合金時，設定鍛造時不會析出過剩的相的合金組成。
[0017] 火力發電廠所具備的蒸汽渦輪機或co2渦輪機的渦輪機轉子等大型構件與以往使 用Ni基合金的燃氣渦輪機或噴氣發動機等鍛造構件相比，更為大型。因此，為了制造這些 大型構件，例如需要超過10噸的鍛造構件。
[0018] 在這種大型鍛造構件的鍛造中，由于鍛造壓制的容量不足等要因，即便對之前認 為能夠鍛造的INC0NEL617等來說也有不能得到完整的鍛造品的情況。如此，就用于大型構 件的Ni基合金來說，不僅需要考慮相的析出量，還需要考慮對高溫下的變形阻力產生 影響的固溶強化量。
[0019] 固溶強化通過不同的溶質原子溶透（固溶）至構成母相的溶劑原子中，此時所產 生的內部應變妨礙位錯的運動而得到。固溶強化通過位錯一邊去除溶質原子的阻礙一邊進 行運動的模型在理論上進行解釋。Friedel等人指出，稀薄固溶體的固溶強化量與溶質原子 濃度的1/2乘方成比例，與原子尺寸差所導致的錯配應變的3/2乘方成比例（Advancesin Physics,vol. 3,Issuel2,p. 446-507)。另外，Labusch等人指出，在高濃度固溶體中，固溶 強化量與溶質原子濃度的2/3乘方成比例、與原子尺寸差所導致的錯配應變的4/3乘方成 比例（Physicastatussolidi(b).Volume41，Issue2，p. 659-669)。
[0020] 另外，作為對金屬材料的特性產生強影響的因子，可舉出材料的微組織。Ni基合金 中，不僅結晶粒內、晶界的組織中也會對材料的特性進行左右。特別是，已知在晶界上析出 成膜狀的仏 3(：6型碳化物會降低材料的韌性。因此，為了確保材料的可靠性，有必要通過熱 處理條件的最優化來適當地控制金屬組織。
[0021] 由上述事實，本發明人們對影響Ni基合金的各添加元素的固溶量和錯配應變進 行了定量的評價，由此發現了表示固溶強化量的參數。另外，對于改變了化學組成的材料實 施各種材料試驗，發現了在維持充分材料強度的同時具有優良鍛造性的化學組成。
[0022] 進而，對于實施了各種熱處理的Ni基合金調查晶界組織的結果是，作為支配Ni基 合金的韌性的因子，發現了"晶界上的碳化物的平均厚度"。進而，明確了可以確保韌性的晶 粒邊界上的碳化物厚度的范圍。
[0023] 接著，具體地說明實施方式的鍛造用Ni基合金。
[0024] 圖1是示意地表示實施方式中的Ni基合金的金屬組織的圖。還有，以下的說明中 表示組成成分的％只要無特別說明，則為質量％。
[0025]實施方式的Ni基合金含有C:0? 01 ?0? 07%、Cr:14 ?26%、Co:10 ?15%、Mo: 5?12%、A1 :0? 8?3%、Ti:0? 8?3%、B:0? 001?0? 006%，剩余部分由Ni和不可避免 的雜質構成，且滿足10質量％<M〇+0. 176Cr+0. 037C〇彡15質量％的關系。
[0026] 另外，實施方式的Ni基合金如圖1所示，沿著晶界10析出碳化物11。該碳化物 11的平均厚度t優選小于等于250nm。沿著晶界10連續地析出碳化物11。另外，在結晶粒 12內，析出物13以粒狀析出。
[0027] 碳化物11是以Cr、Mo為主成分的碳化物，具體地說是M23C6型的碳化物。碳化物 11的平均厚度t優選小于等于250nm的原因為，例如韌性不會降低、可以適當地確保用于制 造渦輪機部件的韌性。
[0028] 析出物13由Y'（gammaprime:Ni3(Al，Ti))相構成。Y'相的直徑從析出強化 的觀點出發，優選為小。Y'相的平均直徑例如優選小于等于150nm。
[0029] 這里，實施方式中的Ni基合金除了上述化學組成之外，還可進一步含有0.05? 0. 7%的Ta。另外，實施方式中的Ni基合金除了上述化學組成之外，還可進一步含有0. 1? 0. 7 %的Nb。另外，實施方式中的Ni基合金除了上述化學組成之外，還可進一步含有0. 05? 0? 7% 的Ta和 0? 1 ?0? 7% 的Nb。
[0030] 還有，作為不可避免的雜質，例如可舉出31^11、隊(：11沖6、3等。這些不可避免的 雜質優選盡量地使其殘存含有率接近于〇%。
[0031] 上述實施方式的Ni基合金優選例如作為構成在大于等于650°C的溫度下使用的、 例如通過發電用渦輪機等的鍛造所構成的渦輪機部件的材料。作為渦輪機部件，例如可舉 出渦輪機轉子、動葉、靜葉、螺合構件、配管等。這些鍛造部件均設置在高溫高壓的環境中。
[0032] 這里，作為螺合構件，例如可例示出渦輪機包裝或固定渦輪機內部的各種構成部 件的螺栓或螺母等。另外，作為配管，例如可例示出設置在發電用渦輪機工廠等中、高溫高 壓的工作流體所通過的配管等。
[0033] 還有，可以用上述Ni基合金構成上述發電用渦輪機的渦輪機部件的所有部位。另 夕卜，特別是還可以用上述Ni基合金構成變為高溫的渦輪機部件的一部分部位。
[0034] 上述實施方式的鍛造用Ni基合金與以往鍛造用Ni基合金相比，強度特性更為優 良，且鍛造性更為優良。因此，使用實施方式的鍛造用Ni基合金制成的渦輪機轉子、動葉、 靜葉、螺合構件、配管等渦輪機部件即便在高溫環境下也具有高的可靠性。
[0035] 接著，對上述實施方式的鍛造用Ni基合金中的各組成成分范圍的限定理由進行 說明。
[0036] (1)C(碳）
[0037] C作為強化相的碳化物的構成元素是有用的。進而，C通過阻止晶界移動的碳化物 的釘扎效應，具有抑制高溫下的結晶粒粗大化的作用。當C的含有率不足0. 01時，碳化物 所產生的強化不足。另外，當C的含有率不足0. 01時，由于不能確保碳化物的充分析出量， 因而有引起結晶粒的粗大化的可能性。另一方面，當C的含有率超過0. 07%時，鍛造性降 低。因此，使C的含有率為0.01?0.07%。另外，更優選的C的含有率為0.03?0.07%。
[0038]⑵Cr(鉻）
[0039]Cr是對于提高Ni基合金的耐氧化性、耐腐蝕性和高溫強度特性來說不可缺少的 元素。當Cr的含有率不足14%時，耐氧化性和耐腐蝕性降低。另一方面，當Cr的含有率超 過26%時，則引起蠕變強度降低的〇相的析出變得顯著，同時鍛造性惡化。因此，使Cr的 含有率為14?26%。另外，更優選的Cr的含有率為16?20%。
[0040] (3)Co(鈷）
[0041]Co在Ni基合金中固溶在母相內，提高蠕變強度和抗拉強度。當Co的含有率不足 10%時，不能得到充分的機械強度。另一方面，當Co的含有率超過15%時，鍛造性降低。因 此，使Co的含有率為10?15%。另外，更優選的Co的含有率為11?14%。
[0042]⑷Mo(鑰）
[0043]Mo固溶在Ni母相中，提高蠕變強度和抗拉強度。另外，Mo的一部分通過置換在 M23C6型碳化物中，可提高碳化物的穩定性。當Mo的含有率超過12%時，熱加工性降低。另 一方面，當Mo的含有率不足5 %時，不能得到機械強度的提高。因此，使Mo的含有率為5? 12%。另外，更優選的Mo的含有率為7?10%。
[0044] (5)A1(鋁）
[0045]A1與Ni-起生成Y'（Ni3Al)相，提高因析出產生的Ni基合金的機械強度。當A1 的含有率不足0.8%時，不能發揮相的析出所產生的效果。另一方面，當A1的含有率超 過3%時，會促進〇相的析出、機械特性降低。另外，當A1的含有率超過3%時，熱加工性 顯著降低。因此，使A1的含有率為0.8?3%。另外，更優選的A1的含有率為1?2%。
[0046] (6)Ti(鈦）
[0047]Ti與A1同樣地與Ni-起生成Y'（Ni3(Al，Ti))相，提高Ni基合金的機械強度。 當Ti的含有率不足0.8%時，不能發揮相的析出所產生的效果。另一方面，當Ti的含 有率超過3%時，會促進〇相或n相的析出、機械特性降低，同時熱加工性降低。因此，使 Ti的含有率為0.8?3%。另外，更優選的Ti的含有率為1?2%。
[0048] (7)B(硼）
[0049] B偏析至晶粒邊界、提高高溫強度特性。當B的含有率不足0. 001%時，不能發揮 提高該高溫強度特性的效果。另一方面，當B的含有率超過0. 006%時，導致晶粒邊界脆化。 因此，使B的含有率為0. 001?0. 006%。另外，更優選的B的含有率為0. 002?0. 004%。
[0050] (8)Ta(鉭）
[0051] 1&固溶在丫'（附3仏1，11))相中，使該丫'相穩定。1 &的含有率不足0.05%時， 不能發揮上述效果。另一方面，當Ta的含有率超過0.7%時，鍛造性降低。因此，使Ta的含 有率為0.05?0.7%。另外，更優選的Ta的含有率為0.08?0. 12%。
[0052] (9)Nb(鈮）
[0053]Nb與Ta同樣地固溶在Y'（Ni3(Al，Ti))相中，使該Y'相穩定。當Nb的含有率 不足0. 1 %時，不能發揮上述效果。另一方面，當Nb的含有率超過0.7%時，熔化或鑄造時 導致偏析的同時，鍛造性降低。因此，使Nb的含有率為0.1?0.7%。另外，更優選的Nb的 含有率為0. 2?0. 5%。
[0054] (10)M〇+0. 176Cr+0. 037C〇
[0055]如上所述，高濃度固溶體中的固溶強化量與溶質原子濃度的2/3乘方成比例，與 因原子尺寸差導致的錯配應變的4/3乘方成比例。因此，本實施方式中，對于認為有助于固 溶強化的Mo、Cr、Co,由每1質量％的原子數和各自的原子半徑定義表示固溶強化的參數。 另外，本實施方式中因為C(碳）的含有率小，所以從參數中排除C。
[0056]Mo、Cr、Co的原子量分別為95. 9、52. 0、58. 9。對于等量添加各個元素時的原子數 之比來說，當使Mo為1時，Cr、Co分別為1.84、1.62。它們的比的2/3乘方分別為1、1.50、 1. 38。
[0057] 另外，添加各元素時所產生的錯配應變由與Ni原子的原子尺寸差決定。Ni原子與 m〇、Cr、c〇原子的原子半徑差分別為(埃）、（XG3A、(IGlA。因此,對于添加各元 素時的錯配應變量之比來說，當使Mo為1時，Cr、Co分別為0. 200、0. 067。它們的比的4/3 乘方分別為l、〇. 117、0. 027。
[0058] 因此，對于各元素每1質量％的固溶強化量之比來說，當使Mo為1時，Cr為 0? 176(1. 50X0. 117 = 0? 176)、Co為 0? 037(1. 38X0. 027 = 0? 037)。根據這些結果，作為 表現固溶強化量的參數，設定為"Mo+0. 0176Cr+0. 037C〇"。
[0059] 當該參數的值（含有率）超過15%時，固溶強化量變得過剩，使鍛造時的變形能 惡化。另一方面，當參數的值不足10%時，固溶強化量顯著降低，不能得到充分的強度。因 此，使上述參數的值為10%?15%。另外，更優選的上述參數值為11?13. 5%。
[0060] 還有，認為對于因元素添加所導致的錯配應變，嚴格地說，不僅原子尺寸、而且與 Ni或其他原子的相互作用等也會帶來影響。但是，這里為了簡便，由各溶質原子與Ni原子 之差明確地決定錯配應變值。進而，已知Mo、Cr與C鍵合而形成碳化物，但因為C的含有率 很低，所以忽略因碳化物所導致的Mo、Cr的消耗。
[0061](11)Si(硅）、Mn(錳）、N(氮）、Cu(銅）、Fe(鐵）及S(硫）
[0062]Si、Mn、N、Cu、Fe及S在實施方式的鍛造用Ni基合金中被分類為不可避免的雜質。 這些不可避免的雜質優選盡量使其殘存含有率接近0%。另外，這些不可避免的雜質中，優 選至少抑制Si和Mn為小于等于0. 1 %、以及N為小于等于0. 01 %。
[0063] 普通鋼的情況下，Si為了增強耐腐蝕性而添加。但是，Ni基合金的Cr含量多、可 以充分地確保耐腐蝕性。因此，使Si的殘存含有率為小于等于0. 1%，優選盡量使其殘存含 有率接近0%。
[0064] 普通鋼的情況下，Mn使導致脆性的S(硫）變為MnS來防止脆性。但是，Ni基合金 中的S的含量極少，沒有必要添加Mn。因此，使Mn的殘存含有率為小于等于0. 1 %，優選盡 量使其殘存含有率接近〇 %。
[0065]N通過與材料中的Ti發生反應而形成TiN，減少有助于Y'相生成的Ti。作為其 結果，機械強度降低。因此，使N的殘存含有率為小于等于0. 01 %，優選盡量使其殘存含有 率接近0%。
[0066] 這里，對實施方式的鍛造用Ni基合金以及使用該鍛造用Ni基合金制造的渦輪機 部件的制造方法進行說明。
[0067] 上述實施方式的鍛造用Ni基合金例如如下制造。
[0068]首先，將構成Ni基合金的組成成分進行真空感應熔煉（VM)，將其熔融金屬注入 到規定的型箱中形成鑄錠。然后，對該鑄錠實施浸透處理、熱鍛造、固溶處理、時效處理等， 從而制作。
[0069] 作為渦輪機部件的渦輪機轉子例如如下制作。
[0070] 例如，作為1個方法（雙熔），對構成實施方式的鍛造用Ni基合金的組成成分進行 真空感應熔煉（VIM)、電渣重熔（ESR)，流入至規定的模具中。接著，實施浸透處理、鍛造處 理、固溶處理、時效處理等，制作渦輪機轉子。
[0071] 作為其他的方法（雙熔），對構成實施方式的鍛造用Ni基合金的組成成分進行真 空感應熔煉（VIM)、真空電弧重熔（VAR)，流入至規定的模具中。接著，實施浸透處理、鍛造 處理、固溶處理、時效處理等，制作渦輪機轉子。
[0072] 進而，作為其他的方法（三熔），對構成實施方式的鍛造用Ni基合金的組成成分 進行真空感應熔煉（VIM)、電渣重熔（ESR)、真空電弧重熔（VAR)，流入至規定的模具中。接 著，實施浸透處理、鍛造處理、固溶處理、時效處理等，制作渦輪機轉子。
[0073] 通過上述渦輪機轉子的制造方法，制造渦輪機轉子的至少規定部位。作為規定部 位，可舉出在渦輪機轉子中例如暴露于大于等于700°C高溫的部位等。此時，渦輪機轉子中 例如暴露于600°C左右的溫度的部位通過以往的耐熱合金制造。進而，例如利用焊接將具有 通過上述制造方法制造的實施方式的鍛造用Ni基合金的部件和以往的具有耐熱合金的部 件接合，構成渦輪機轉子。另外，實施方式的具有鍛造用Ni基合金的部件與以往的具有耐 熱合金的部件的接合方法并非限定于焊接，也可通過例如螺栓和螺母進行緊固連接。
[0074] 如此，通過將構成渦輪機轉子的部件分開制作，即便是小鋼錠的Ni基合金，也可 制造能夠在大于等于700°C高溫環境中使用的渦輪機轉子。另外，根據所使用的溫度條件， 也可以利用上述渦輪機轉子的制造方法制造全部渦輪機轉子。
[0075] 作為渦輪機部件的動葉、靜葉、螺合構件例如如下制作。
[0076] 首先，對構成實施方式的鍛造用Ni基合金的組成成分進行真空感應熔煉（VIM)、 電渣重熔（ESR)。接著，在減壓氣氛下將熔融的合金流入到規定的模具中，制作鑄錠，實施浸 透處理。進而，將該鑄錠配置在對應于上述渦輪機部件形狀的模具中實施鍛造處理、固溶處 理、時效處理等，從而制作動葉、靜葉、螺合構件。即，動葉、靜葉、螺合構件通過模具鍛造制 作。
[0077] 另外，作為其他的方法（雙熔），例如對構成實施方式的鍛造用Ni基合金的組成成 分進行真空感應熔煉（VIM)、真空電弧重熔（VAR)。接著，在減壓氣氛下將熔融的合金流入 到規定的模具中，制作鑄錠。然后，對鑄錠實施浸透處理，與上述同樣地實施鍛造處理、固溶 處理、時效處理等，也可制作動葉、靜葉、螺合構件。
[0078] 另外，作為其他的方法（三熔），對構成實施方式的鍛造用Ni基合金的組成成分進 行真空感應熔煉（VIM)、電渣重熔（ESR)、真空電弧重熔（VAR)。接著，在減壓氣氛下將熔融 的合金流入到規定的模具中，制作鑄錠。然后，對鑄錠實施浸透處理，與上述同樣地實施鍛 造處理、固溶處理、時效處理等，也可制作動葉、靜葉、螺合構件。
[0079] 作為實施方式的鍛造部件的配管例如如下制作。
[0080] 首先，對構成實施方式的鍛造用Ni基合金的組成成分進行電爐熔化（EF)，進行 氬-氧脫炭（A0D)，制作鑄錠。接著，對鑄錠實施浸透處理。通過立式壓制機對該鑄錠穿孔， 制作杯子狀的原管。然后，通過臥式壓制機反復進行利用心軸和模的加工及再加熱，將原管 成型為配管的形狀。該加工方法是艾哈德頂管制管法。然后，實施固溶處理、時效處理等， 制作配管。
[0081] 另外，制作渦輪機轉子、動葉、靜葉、螺合構件、配管的方法并非限定于上述方法。 另外，上述的渦輪機轉子、動葉、靜葉、螺合構件、配管等鍛造部件例如可以應用于蒸汽渦輪 機、燃氣渦輪機、co2渦輪機等發電用渦輪機。
[0082] 這里，對于制造上述鍛造用Ni基合金和渦輪機部件時的各熱處理進行說明。還 有，各熱處理的溫度根據所處理的鍛造用Ni基合金或渦輪機部件等在以下所示的各個范 圍內進行設定。另外，各處理時間也根據所處理的鍛造用Ni基合金或渦輪機部件等適當地 進行設定。
[0083] 浸透處理中，由于因熱擴散而減少化學成分的偏析，因此有必要在高溫下對合金 加熱充分的時間。因此，浸透處理優選在1000?1200°c的溫度范圍內實施。
[0084] 鍛造有必要在得到材料充分變形能的溫度至無延展性溫度的范圍內進行。因此， 鍛造優選在950?1KKTC的溫度范圍內進行。
[0085] 固溶處理中，優選在1050?1200°C的溫度范圍內維持1?24小時。這里，進行固 溶處理的原因在于，使合金元素充分地固溶在母相中、充分地得到固溶強化的效果同時可 控制之后的熱處理所導致的析出物的析出。另外，固溶處理有時也以調整結晶粒徑為目的 而進行。
[0086] 當固溶處理的溫度低于1050°C時，合金元素不會完全地固溶在母相中，固溶強化 元素所產生的強化未充分地進行。而且，固溶處理后的熱處理所導致的析出相的析出形態 的控制也變難。另一方面，當固溶處理的溫度超過1200°C時，引起結晶粒徑的粗大化、機械 強度降低。因此，使固溶處理的溫度為1050?1200°C。另外，更優選使固溶處理的溫度為 1050?1150°C。還有，經固溶處理的Ni基合金或渦輪機部件例如通過水冷或強制空冷等 被冷卻至室溫。
[0087] 接著，對施加于在固溶處理后冷卻至室溫的Ni基合金或渦輪機部件的時效處理 進行說明。
[0088] 時效處理中，優選在700?800°C的溫度范圍內維持5?50小時。該時效處理還 可以多段地進行。另外，時效處理后，Ni基合金或渦輪機部件例如通過水冷或爐冷被冷卻 至室溫。
[0089] 這里，對將時效處理中的溫度和時間設為上述范圍的理由進行說明。
[0090] 時效處理的主要目的在于控制析出至結晶粒內的Y'相的析出形態。另外，時效 處理還對晶界的性狀造成影響。因此，對于時效處理來說，有必要考慮結晶粒內和晶界的組 織來選定溫度、時間條件。
[0091] 圖2和圖3是為了說明根據時效處理的條件而析出至晶界的碳化物的析出形態 而示出Ni基合金的金屬組織的電子顯微鏡照片的圖。這里所示的Ni基合金的組成是C 為 0? 04%、Cr為 18%、Co為 12%、Mo為 9%、A1 為 1. 3、Ti為 1. 4%、B為 0? 003%、Ta為 0.1%、他為0.3%、剩余部分為附。圖2表示在8501：的溫度下進行時效處理10小時后的 金屬組織、圖3表示在750°C的溫度下時效處理10小時后的金屬組織。另外，浸透處理和固 溶處理在上述范圍內進行。其中，圖2和圖3還顯示了析出物13U'相）。
[0092] 通常的時效處理中，如圖2所示，膜狀的碳化物11按照將Ni基合金的晶界覆蓋的 方式析出。該膜狀的碳化物11是以Cr、Mo為主成分的脆的碳化物（M23C6型碳化物）。該碳 化物11會促進晶界的破壞、顯著地降低材料的韌性。因此，認為有必要進行防止覆蓋晶界 的膜狀碳化物11的析出的時效處理。
[0093] 但是，如圖3所示，根據時效處理的條件，覆蓋晶界的膜狀碳化物的厚度變薄。另 夕卜，碳化物沿著晶界連續地析出。本發明人們發現材料試驗的結果為，當該碳化物的厚度充 分薄時，不會發生延韌性的降低。上述的溫度和時間規定在滿足相的微細析出和抑制 覆蓋晶界的碳化物的粗大化這兩者的范圍內。
[0094] 當時效處理的溫度比700°C還低時，雖然可以抑制覆蓋晶界的碳化物的粗大化，但 相的成長顯著遲緩。因此，不能得到因相析出所帶來的機械強度的提高。另一方 面，時效處理的溫度超過800°C時，可達成相的微細析出、得到充分的強度。但是，覆蓋 晶界的碳化物的粗大化明顯，韌性降低。
[0095] 因此，使時效處理的溫度為700?800°C。這里，為了 相的早期析出，還可以以 2段等多段對時效處理進行熱處理。此時，溫度也在上述時效處理的溫度范圍內進行設定。 另外，多段的總熱處理時間也在上述時效處理的時間范圍內進行設定。例如，可例示出在 800°C的溫度下維持10小時、之后在750°C的溫度下維持20小時的處理等。另外，從800°C 至750°C的溫度降低例如通過爐冷進行。
[0096] 時效處理后的冷卻例如通過爐冷和空冷進行。當多段地進行時效處理時，各時效 處理之間的冷卻如上所述例如通過爐冷進行。進而，不冷卻至室溫，連續地進行時效處理。
[0097] 這里，對于固溶處理后冷卻至室溫的Ni基合金或渦輪機部件，在進行時效處理之 前還可進行中間熱處理。該中間熱處理的目的在于，為了抑制覆蓋晶界的膜狀碳化物的析 出或粗大化，在時效處理前首先沿著晶界斷續地形成塊狀的碳化物。該碳化物也是以Cr、 Mo為主成分的碳化物（M23C6型的碳化物）。
[0098] 中間熱處理優選在1000?1050°C的溫度范圍內實施。當中間熱處理溫度低于 1000°C時和超過1050°C時，塊狀的碳化物不會析出。中間熱處理的時間根據所處理的Ni基 合金或渦輪機部件等適當設定。
[0099]其中，當C(碳）的含有率充分少時，由于晶界上的膜狀碳化物的析出不明顯，因此 還可省略該中間熱處理。C的含有率充分少的情況根據結晶粒徑等的不同而不同，是指C的 含有率例如為小于等于〇. 04%的情況。中間熱處理后的冷卻例如通過爐冷、水冷或強制空 冷等進行。進而，將Ni基合金或渦輪機部件冷卻至室溫。
[0100] (化學組成的影響）
[0101] 以下對實施方式的鍛造用Ni基合金的優良的強度特性和鍛造性進行說明。
[0102] 表1顯示了強度特性、鍛造性等評價中使用的試樣1?試樣21的化學組成。其 中，表1所示的試樣1?試樣13是處于實施方式的鍛造用Ni基合金的化學組成范圍的Ni 基合金，試樣14?試樣21是其組成不在實施方式的鍛造用Ni基合金的化學組成范圍內的 Ni基合金，為比較例。
[0103]表1
[0104]質量 ％
[0105]

【權利要求】
1. 一種鍛造用Ni基合金，其以質量％計含有C :0. 01?0. 07%、Cr :14?26%、Co : 10 ?15%、Mo :5 ?12%、A1 :0? 8 ?3%、Ti :0? 8 ?3%、B :0? 001 ?0? 006%，剩余部分由 Ni和不可避免的雜質構成，且滿足10質量Mo+0. 176Cr+0. 037C〇 < 15質量％的關系， 沿著晶界析出的碳化物的平均厚度小于等于250nm。
2. 根據權利要求1所述的鍛造用Ni基合金，其進一步含有0. 05?0. 7質量％的Ta。
3. 根據權利要求1所述的鍛造用Ni基合金，其進一步含有0. 1?0. 7質量％的Nb。
4. 根據權利要求1所述的鍛造用Ni基合金，其進一步含有0. 05?0. 7質量％的Ta和 0. 1?0.7質量％的吣。
5. 根據權利要求1所述的鍛造用Ni基合金，其是在1050?1200°C的溫度下實施固溶 處理、在700?800°C的溫度下實施時效處理、從而使所述碳化物析出而得到的。
6. 根據權利要求2所述的鍛造用Ni基合金，其是在1050?1200°C的溫度下實施固溶 處理、在700?800°C的溫度下實施時效處理、從而使所述碳化物析出而得到的。
7. 根據權利要求3所述的鍛造用Ni基合金，其是在1050?1200°C的溫度下實施固溶 處理、在700?800°C的溫度下實施時效處理、從而使所述碳化物析出而得到的。
8. 根據權利要求4所述的鍛造用Ni基合金，其是在1050?1200°C的溫度下實施固溶 處理、在700?800°C的溫度下實施時效處理、從而使所述碳化物析出而得到的。
9. 一種鍛造用Ni基合金的制造方法，其具備： 將Ni基合金原材料熔融、形成規定形狀的結構體的結構體形成工序，其中所述Ni基合 金原材料以質量％計含有c :0? 01?0? 07%、Cr :14?26%、Co :10?15%、Mo :5?12%、 A1 :0. 8?3%、Ti :0. 8?3%、B :0. 001?0. 006%，剩余部分由Ni和不可避免的雜質構 成，且滿足10質量Mo+0. 176Cr+0. 037C〇彡15質量％的關系； 在1050?1200°C的溫度下對所述結構體進行固溶處理的固溶處理工序；和 在700?800°C的溫度下對實施了所述固溶處理的所述結構體進行時效處理的時效處 理工序， 其中，通過實施所述固溶處理工序和所述時效處理工序，使平均厚度小于等于250nm 的碳化物沿著晶界析出。
10. -種渦輪機部件，其是使用權利要求1所述的鍛造用Ni基合金制作了至少規定部 位而成的。
11. 一種渦輪機部件，其是使用權利要求2所述的鍛造用Ni基合金制作了至少規定部 位而成的。
12. -種渦輪機部件，其是使用權利要求3所述的鍛造用Ni基合金制作了至少規定部 位而成的。
13. -種渦輪機部件，其是使用權利要求4所述的鍛造用Ni基合金制作了至少規定部 位而成的。
14. 一種渦輪機部件，其是使用權利要求5所述的鍛造用Ni基合金制作了至少規定部 位而成的。
15. -種渦輪機部件，其是使用權利要求6所述的鍛造用Ni基合金制作了至少規定部 位而成的。
16. -種渦輪機部件，其是使用權利要求7所述的鍛造用Ni基合金制作了至少規定部 位而成的。
17. -種渦輪機部件，其是使用權利要求8所述的鍛造用Ni基合金制作了至少規定部 位而成的。
【文檔編號】F01D5/28GK104342585SQ201410386619
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月7日 優先權日:2013年8月7日
【發明者】宮下重和, 今井潔, 根本邦義, 生沼駿, 巖井章吾, 須賀威夫 申請人:株式會社東芝