Ni基合金和使用其的构件、产品及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种兼顾了含有较多γ′相的析出强化型的Ni基合金构件的制造过程中的优异的加工性及Ni基合金构件的优异的高温强度的Ni基合金及Ni基合金构件的制造方法。本发明专利技术的Ni基合金的制造方法，其特征在于，包含使Ni基合金(γ′相的固溶温度为1050℃以上)软化、提高加工性的工序，前述使Ni基合金软化、提高加工性的工序为使与作为母相的γ相非匹配的γ′相析出20体积％以上的工序。

【技术实现步骤摘要】
Ni基合金和使用其的构件、产品及其制造方法
本专利技术涉及Ni基合金的制造方法，尤其涉及兼顾了Ni基合金构件的制造过程中的优异的加工性和Ni基合金构件的优异的高温强度的Ni基合金及Ni基合金构件的制造方法、Ni基合金、Ni基合金构件、锻造用Ni基合金原材料、Ni基合金部件、Ni基合金结构物、锅炉管、燃烧器衬垫、燃气轮机动叶片及燃气轮机盘。
技术介绍
出于以通过燃烧温度的高温化而使燃气轮机高效率化为目的，要求提高涡轮部件的耐热温度。因此，在燃气轮机部件中，作为高温强度优异的材料，Ni基合金被广泛用于涡轮盘、动静叶片甚至燃烧器中。Ni基合金通过W、Mo、Co等固溶强化元素的添加所带来的固溶强化以及Al、Ti、Nb、Ta等析出强化元素的添加所带来的析出强化而实现了较高的高温强度。析出强化型的Ni基合金的情况下，作为析出强化相的γ′相(L12构造)的晶格与母相的γ相(FCC构造)的晶格一起连续地析出、形成匹配界面，从而有助于强化。因此，对于提高高温强度而言，使γ′相的量增加即可，但γ′相的量越多则加工性越差。因此，存在越是高强度材料则越难以制作大型的锻造品、或由于锻造时的缺陷发生率上升等而不能锻造的问题。作为兼顾Ni基合金的高温强度和热锻造性的技术，有专利文献1(日本特开2011-52308号公报)中记载的技术。专利文献1中公开了一种Ni基合金，其特征在于，以质量基准计含有C：0.001～0.1％、Cr：12～23％、Co：15～25％、Al：3.5～5.0％、Mo：4～12％、W：0.1～7.0％，Ti、Ta及Nb的总含量以质量基准计为0.5％以下，式(1)(Ps＝－7×(C量)－0.1×(Mo量)+0.5×(Al量))所表示的参数Ps为0.6～1.6。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011-052308号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题γ′相的固溶温度为1050℃以上的高强度Ni基合金的热锻造通常在1000～1250℃的范围内进行。这是由于，通过将加工温度升高至γ′相的固溶温度附近或该温度以上，从而减少了强化因子即γ′相的析出量、减少了变形阻力。但是，当在固溶温度附近或该温度以上的温度进行锻造时，由于锻造温度接近被加工材的熔点，因此容易由于部分熔融等而产生加工裂纹。并且，在γ′相的固溶温度如上述那样高的材料的情况下，当在固溶温度以上进行热锻造时，抑制晶界移动、有助于晶粒的微细化的γ′相消失，因此γ相的粒径变得粗大化，制品使用时的拉伸强度、疲劳强度降低。鉴于上述情况，本专利技术的目的在于提供一种兼顾了含有较多γ′相的析出强化型Ni基合金构件的制造过程中的优异的加工性、及Ni基合金构件的优异的高温强度的Ni基合金及Ni基合金构件的制造方法。用于解决课题的手段本专利技术的Ni基合金(γ′相的固溶温度为1050℃以上)的制造方法，其特征在于，包含使Ni基合金软化、提高加工性的工序，该使Ni基合金软化、提高加工性的工序为使与作为母相的γ相非匹配的γ′相析出20体积％以上的工序。此外，本专利技术的Ni基合金(γ′相的固溶温度为1050℃以上)构件的制造方法，其特征在于，包含将通过上述Ni基合金的制造方法获得的Ni基合金加工成期望的形状的加工工序、以及在该加工工序后进行使非匹配γ′相固溶的熔体化处理和使匹配γ′相再析出的时效处理而获得Ni基合金构件的熔体化-时效处理工序。专利技术的效果根据本专利技术，能够提供一种Ni基合金及Ni基合金构件，其通过使固溶温度为1050℃以上的高强度Ni基合金中在软化处理工序后含有20体积％以上的非匹配γ′相，从而能够大幅提高加工性，并且在制品使用时能够实现与现有材料同等或更好的优异的高温强度。此外，通过使用利用本专利技术的Ni基合金的制造方法制造的Ni基合金、或利用Ni基合金构件的制造方法制造的Ni基合金构件，能够容易地制造具有各种形状的Ni合金构件、Ni基合金部件及Ni基合金结构物。附图说明图1为表示本专利技术的Ni基合金构件的制造方法的一实施方式的流程图。图2为示意性地示出图1的软化处理工序的温度轮廓及晶体组织的图。图3A为表示γ相和γ′相的匹配界面的示意图。图3B为表示γ相和γ′相的非匹配界面的示意图。图4为示意性地示出图1的熔体化-时效处理工序的温度轮廓及晶体组织的图。图5A为表示使用本专利技术的Ni基合金的制造方法制造的锻造用Ni基合金原材料的一例的示意图。图5B为表示利用本专利技术的Ni基合金构件的制造方法制造的Ni基合金制薄板的一例的示意图。图5C为表示对利用本专利技术的Ni基合金构件的制造方法制造的Ni基合金构件进行摩擦搅拌接合而获得的Ni基合金结构物的一例的示意图。图5D为表示特征在于使用了本专利技术的Ni基合金结构物的锅炉管的一例的示意图。图5E为表示特征在于使用了本专利技术的Ni基合金结构物的燃烧器衬垫的一例的示意图。图5F为表示特征在于使用了本专利技术的Ni基合金结构物的燃气轮机动叶片的一例的示意图。图5G为表示特征在于使用了本专利技术的Ni基合金结构物的燃气轮机盘的一例的示意图。图6为说明本专利技术的Ni基合金构件的制造方法的基本思想的示意图。具体实施方式以下对本专利技术的实施方式进行详细地说明。但是，本专利技术并不受这里所提出的实施方式限定，可以在不改变主旨的范围内适当进行组合、改进。本专利技术的基本思想本专利技术人等对能够达成上述目的的Ni基合金及Ni基合金构件的制造方法进行了深入研究。结果，通过着眼于与作为母相的γ相非匹配地析出的γ′相(以下称为非匹配γ′相)对于强化没有助益这一点，发现了通过在锻造时使非匹配γ′相的量增加，可以使与γ相匹配地析出的γ′相(以下称为匹配γ′相)的析出量减少，同时形成主要包含γ相和非匹配γ′相的微细的二相组织，由此可以大幅提高锻造时的加工性。进而发现，以该状态加工成期望的形状后，通过进行熔体化-时效处理使非匹配γ′相减少、使匹配γ′相再次析出，可以实现制品使用时的优异的高温强度。本专利技术基于该见解而作出。以下对本专利技术的基本思想进行更详细的说明。图6是说明本专利技术的Ni基合金构件的制造方法的基本思想的示意图。图6中，着眼于微细组织对本专利技术的Ni基合金构件的制造工序进行了说明。如图6的(I)所示，铸造工序后或锻造工序后的Ni基合金包含作为母相的γ相和与γ相匹配地析出的匹配γ′相。在γ′相的固溶温度以下且γ相的再结晶迅速进行的温度以上的温度下，对该Ni基合金进行热锻造，如(II)所示，使非匹配γ′相析出(第1软化处理工序)。然后，由γ′相的固溶温度以下且上述热锻造的完成温度以上的温度缓慢冷却，如(III)所示，使非匹配γ′相生长，使非匹配γ′相的量增加(第2软化处理工序)。此时，非匹配γ′相对强化没有助益，此外形成主要包含γ相和非匹配γ′相的微细的二相组织，因此韧性也高，由此变为非常容易加工的状态(软化状态)。以该软化状态在γ′相的固溶温度以下的温度下，进行将Ni基合金成形为期望的形状的加工工序。上述加工工序后，进行熔体化处理而使非匹配γ′相再固溶，然后进行时效处理，从而如(IV)所示，使匹配γ′相析出(熔体化-时效处理工序)。此时，由于有助于强化的匹配γ′相大量地析出，因此成为高强度状态。如上述所述，本专利技术并非是在使γ′相减少或消失的状态下进行加工，而是通过使γ′相的强化功能消失来提高加工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ni基合金的制造方法，其特征在于，包含使Ni基合金软化、提高加工性的工序，所述使Ni基合金软化、提高加工性的工序为使与作为Ni基合金的母相的γ相非匹配的γ′相析出20体积％以上的工序。

【技术特征摘要】
2014.06.18 JP 2014-1253991.一种Ni基合金的制造方法，其特征在于，包含使Ni基合金软化、提高加工性的工序，所述使Ni基合金软化、提高加工性的工序为使与作为Ni基合金的母相的γ相非匹配的γ′相析出20体积％以上的工序，所述使Ni基合金软化、提高加工性的工序包含：在γ′相的固溶温度以下的温度下对Ni基合金进行热锻造的第1工序，和从γ′相的固溶温度以下的温度开始进行缓慢冷却而使非匹配γ′相的量增加、使与作为母相的γ相非匹配的γ′相析出20体积％以上的第2工序，所述缓慢冷却的冷却速度为100℃/h以下。2.根据权利要求1所述的Ni基合金的制造方法，其特征在于，所述γ′相的固溶温度为1050℃以上。3.根据权利要求1或2所述的Ni基合金的制造方法，其特征在于，所述使Ni基合金软化、提高加工性的工序后的Ni基合金的室温的维氏硬度为400以下，900℃的0.2％耐力为300MPa以下。4.根据权利要求1所述的Ni基合金的制造方法，其特征在于，所述第2工序的缓慢冷却开始温度为所述第1工序中的热锻造的锻造结束温度以上且γ′相的固溶温度以下。5.根据权利要求1所述的Ni基合金的制造方法，其特征在于，所述缓慢冷却的冷却速度为50℃/h以下。6.根据权利要求1或2所述的Ni基合金的制造方法，其特征在于，Ni基合金的组成以质量％计含有10％以上且25％以下的Cr、30％以下的Co、总和为3％以上且9％以下的Ti和Nb和Ta、1％...

【专利技术属性】
技术研发人员：太田敦夫，今野晋也，鸭志田宏纪，
申请(专利权)人：三菱日立电力系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP