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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-15
(45)【発行日】2024-01-23
(54)【発明の名称】耐高温酸化性に優れたＮｉ基合金
(51)【国際特許分類】
C22C 19/03 20060101AFI20240116BHJP
C22F 1/10 20060101ALI20240116BHJP
C22F 1/00 20060101ALN20240116BHJP
【ＦＩ】
C22C19/03 Z
C22F1/10 Z
C22F1/00 623
C22F1/00 630K
C22F1/00 631Z
C22F1/00 640A
C22F1/00 640B
C22F1/00 691B
C22F1/00 692A
C22F1/00 694B
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2023556895
(86)(22)【出願日】2023-07-13
(86)【国際出願番号】 JP2023025822
【審査請求日】2023-09-14
(31)【優先権主張番号】P 2022134399
(32)【優先日】2022-08-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2023033241
(32)【優先日】2023-03-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000005083
【氏名又は名称】株式会社プロテリアル
(72)【発明者】
【氏名】井原 宗仁
(72)【発明者】
【氏名】多久和 萌美
(72)【発明者】
【氏名】村田 英夫
(72)【発明者】
【氏名】坂井 広和
【審査官】櫻井 雄介
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－８０６７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－４５０３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／１７９３８８（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ １９／０３
Ｃ２２Ｆ １／１０
Ｃ２２Ｆ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量％で、Ａｌ：２．０～５．０％、Ｓｉ：０．１～２．５％、Ｍｎ：０．１～１．５％、Ｖ：０．４～３．０％、Ｂ：０．００１～０．０５％、Ｚｒ：０．００１～０．１％を含有し、残部がＮｉおよび不純物の成分組成からなることを特徴とする、耐高温酸化性に優れたＮｉ基合金。【請求項2】
質量％で、Ｖ：１．０～３．０％を含有することを特徴とする、請求項１に記載の耐高温酸化性に優れたＮｉ基合金。【請求項3】
質量％で、さらに、Ｍｏ：２．０％以下を含有することを特徴とする、請求項１または２に記載の耐高温酸化性に優れたＮｉ基合金。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、Ｎｉ基合金に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、酸化炉や焼成炉で使用するトレイ等の部材には、部材から発生する酸化スケールの製品への混入を防ぐために、耐高温酸化性に優れたＮｉ基合金が使用されている。そして、このようなＮｉ基合金として、例えば、質量％で、Ａｌ：２．０～５．０％、Ｓｉ：０．１～２．５％、Ｃｒ：０．８～４．０％、Ｍｎ：０．１～１．５％、Ｂ：０．００１～０．０１％、Ｚｒ：０．００１～０．１％を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなるＮｉ基合金が提案されている（特許文献１）。また、このようなＮｉ基合金として、例えば、質量％で、Ａｌ：２．０～５．０％、Ｓｉ：０．１～２．５％、Ｍｎ：０．１～１．５％、Ｂ：０．００１～０．０１％、Ｚｒ：０．００１～０．１％を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなるＮｉ基合金が提案されている（特許文献２）
特許文献１、２のＮｉ基合金は、耐高温酸化性に優れることから、例えば、チップコンデンサの焼成トレイ、リチウム電池正極物質の焼成トレイ等の部材を構成する合金として好適である。また、特許文献１のＮｉ基合金は、ＣＶＤ装置部材、ＰＶＤ装置部材、ＬＣＤ装置部材、半導体製造装置部材等を構成する合金としても好適である。
特許文献１、２のＮｉ基合金は、耐高温酸化性に優れることから、例えば、チップコンデンサの焼成トレイ、リチウム電池正極物質の焼成トレイ等の部材を構成する合金として好適である。また、特許文献１のＮｉ基合金は、ＣＶＤ装置部材、ＰＶＤ装置部材、ＬＣＤ装置部材、半導体製造装置部材等を構成する合金としても好適である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１４－０８０６７５号公報
【文献】特開２０１５－０４５０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１のＮｉ基合金の優れた耐高温酸化性は、そのＣｒの含有効果によっても担保されている。一方で、特許文献１の合金をリチウム電池正極物質の製造装置等で使用する際、Ｃｒを含む酸化スケールが正極物質中に混入すると、その特性を劣化させるため、リチウム電池の寿命が短くなることが考えられる。そのため、Ｃｒの含有量は低減できることが好ましい。そして、この点において、特許文献２のＮｉ基合金は有効であるが、耐高温酸化性に改良の余地がある。
そのため、Ｎｉ基合金中のＣｒ含有量を減じても、さらには、無添加としても、特許文献１の耐高温酸化性を維持できるのであれば、そのようなＮｉ基合金は、上記の点で有益である。
そのため、Ｎｉ基合金中のＣｒ含有量を減じても、さらには、無添加としても、特許文献１の耐高温酸化性を維持できるのであれば、そのようなＮｉ基合金は、上記の点で有益である。
【0005】
本発明の目的は、Ｃｒ含有量を減じても（無添加としても）、優れた耐高温酸化性を維持できるＮｉ基合金を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
すなわち、本発明は、質量％で、Ａｌ：２．０～５．０％、Ｓｉ：０．１～２．５％、Ｍｎ：０．１～１．５％、Ｖ：０．４～３．０％、Ｂ：０．００１～０．０５％、Ｚｒ：０．００１～０．１％を含有し、残部がＮｉおよび不純物の成分組成からなるＮｉ基合金である。好ましくは、Ｖ：１．０～３．０％である。そして、これらの成分組成に、さらに、Ｍｏ：２．０％以下を含有するＮｉ基合金である。
【発明の効果】
【0007】
本発明であれば、Ｃｒ含有量を減じても（無添加としても）、Ｎｉ基合金の優れた耐高温酸化性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施例で行った繰り返し酸化試験の要領を示す図である。
【図2】実施例で行った繰り返し酸化試験の結果を示す図である。
【図3】実施例で行った繰り返し酸化試験の結果を示す図である。
【図4】実施例で行った繰り返し酸化試験の結果を示す図である。
【図5】実施例で行った繰り返し酸化試験の結果を示す図である。
【図6】実施例で行った引張試験の結果を示す図である。
【図7】実施例で行った引張試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の特徴は、Ｃｒ含有量を減じても、さらには、無添加としても、特許文献１の耐高温酸化性を維持できるＮｉ基合金を見いだした点にある。以下、本発明のＮｉ基合金について、その成分組成における各成分元素の数値限定理由を詳述する。
【0010】
Ａｌ：
Ａｌは、Ｎｉ基合金の表面にアルミナ被膜を形成し、耐高温酸化性を向上させ、酸化スケールの発生を低減する元素である。しかし、多すぎると、Ｎｉ基合金の素地中にγ’相（Ｎｉ３Ａｌ金属間化合物）が析出することにより、熱間加工性が低下し、加工することが困難となる。
よって、Ａｌ含有量は、２．０～５．０質量％（以下、単に「％」と記す）とする。好ましくは２．５％以上、より好ましくは３．０％以上、さらに好ましくは３．５％以上とする。また、好ましくは４．７％以下、より好ましくは４．５％以下、さらに好ましくは４．２％以下とする。
Ａｌは、Ｎｉ基合金の表面にアルミナ被膜を形成し、耐高温酸化性を向上させ、酸化スケールの発生を低減する元素である。しかし、多すぎると、Ｎｉ基合金の素地中にγ’相（Ｎｉ３Ａｌ金属間化合物）が析出することにより、熱間加工性が低下し、加工することが困難となる。
よって、Ａｌ含有量は、２．０～５．０質量％（以下、単に「％」と記す）とする。好ましくは２．５％以上、より好ましくは３．０％以上、さらに好ましくは３．５％以上とする。また、好ましくは４．７％以下、より好ましくは４．５％以下、さらに好ましくは４．２％以下とする。
【0011】
Ｓｉ：
Ｓｉは、耐高温酸化性を向上させる元素である。しかし、多すぎると、熱間加工時に割れが発生しやすくなる。したがって、Ｓｉ含有量は、０．１～２．５％とする。好ましくは０．３％以上、より好ましくは０．６％以上、さらに好ましくは０．８％以上とする。また、好ましくは２．２％以下、より好ましくは１．９％以下、さらに好ましくは１．７％以下とする。
Ｓｉは、耐高温酸化性を向上させる元素である。しかし、多すぎると、熱間加工時に割れが発生しやすくなる。したがって、Ｓｉ含有量は、０．１～２．５％とする。好ましくは０．３％以上、より好ましくは０．６％以上、さらに好ましくは０．８％以上とする。また、好ましくは２．２％以下、より好ましくは１．９％以下、さらに好ましくは１．７％以下とする。
【0012】
Ｍｎ：
Ｍｎは、高温強度を向上させる元素である。しかし、多すぎると、耐高温酸化性が低下する。よって、Ｍｎ含有量は、０．１～１．５％とする。好ましくは０．２％以上、より好ましくは０．３％以上、さらに好ましくは０．４％以上とする。また、好ましくは１．２％以下、より好ましくは０．９％以下、さらに好ましくは０．６％以下とする。
Ｍｎは、高温強度を向上させる元素である。しかし、多すぎると、耐高温酸化性が低下する。よって、Ｍｎ含有量は、０．１～１．５％とする。好ましくは０．２％以上、より好ましくは０．３％以上、さらに好ましくは０．４％以上とする。また、好ましくは１．２％以下、より好ましくは０．９％以下、さらに好ましくは０．６％以下とする。
【0013】
Ｖ：
Ｖは、耐高温酸化性を向上させる元素であるため、Ｃｒに替わる有用な元素である。しかし、多すぎると、γ’相（Ｎｉ３Ｖ金属間化合物）の析出量が増大して熱間加工性が低下する。よって、Ｖ含有量は、０．４～３．０％とする。好ましくは０．７％以上、より好ましくは０．９％以上、さらに好ましくは１．０％以上とする。そしてさらに、好ましくは１．１％以上、より好ましくは１．２％以上、さらに好ましくは１．３％以上とする。また、好ましくは２．７％以下、より好ましくは２．４％以下、さらに好ましくは２．１％以下とする。そしてさらに、好ましくは１．８％以下、より好ましくは１．６％以下、さらに好ましくは１．４％以下とする。
Ｖは、耐高温酸化性を向上させる元素であるため、Ｃｒに替わる有用な元素である。しかし、多すぎると、γ’相（Ｎｉ３Ｖ金属間化合物）の析出量が増大して熱間加工性が低下する。よって、Ｖ含有量は、０．４～３．０％とする。好ましくは０．７％以上、より好ましくは０．９％以上、さらに好ましくは１．０％以上とする。そしてさらに、好ましくは１．１％以上、より好ましくは１．２％以上、さらに好ましくは１．３％以上とする。また、好ましくは２．７％以下、より好ましくは２．４％以下、さらに好ましくは２．１％以下とする。そしてさらに、好ましくは１．８％以下、より好ましくは１．６％以下、さらに好ましくは１．４％以下とする。
【0014】
ＢおよびＺｒ：
ＢとＺｒは、これらを共存させて含有することにより、Ｎｉ基合金の熱間鍛造性を向上させる作用がある。これは、ＢとＺｒを同時に含有することによって、Ｎｉ基合金の結晶粒界が強化されるために、熱間鍛造における粒界破断発生が抑制されることによるものと推測される。
そして、Ｂは、少なすぎると上記の作用に所望の向上効果が得られず、多すぎても逆に熱間鍛造性を低下させる。よって、Ｂの含有量は０．００１～０．０５％とする。好ましくは０．００３％以上、より好ましくは０．００５％以上、さらに好ましくは０．００７％以上とする。また、好ましくは０．０４％以下、より好ましくは０．０３％以下、さらに好ましくは０．０２％以下、よりさらに好ましくは０．０１％以下とする。
また、Ｚｒも、少なすぎると上記の作用に所望の向上効果が得られず、多すぎても逆に熱間鍛造性を低下させる。よって、Ｚｒの含有量は０．００１～０．１％とする。好ましくは０．００５％以上、より好ましくは０．００７％以上、さらに好ましくは０．０１％以上、よりさらに好ましくは０．０３％以上とする。また、好ましくは０．０８％以下、より好ましくは０．０７％以下、さらに好ましくは０．０６％以下、よりさらに好ましくは０．０４％以下とする。
ＢとＺｒは、これらを共存させて含有することにより、Ｎｉ基合金の熱間鍛造性を向上させる作用がある。これは、ＢとＺｒを同時に含有することによって、Ｎｉ基合金の結晶粒界が強化されるために、熱間鍛造における粒界破断発生が抑制されることによるものと推測される。
そして、Ｂは、少なすぎると上記の作用に所望の向上効果が得られず、多すぎても逆に熱間鍛造性を低下させる。よって、Ｂの含有量は０．００１～０．０５％とする。好ましくは０．００３％以上、より好ましくは０．００５％以上、さらに好ましくは０．００７％以上とする。また、好ましくは０．０４％以下、より好ましくは０．０３％以下、さらに好ましくは０．０２％以下、よりさらに好ましくは０．０１％以下とする。
また、Ｚｒも、少なすぎると上記の作用に所望の向上効果が得られず、多すぎても逆に熱間鍛造性を低下させる。よって、Ｚｒの含有量は０．００１～０．１％とする。好ましくは０．００５％以上、より好ましくは０．００７％以上、さらに好ましくは０．０１％以上、よりさらに好ましくは０．０３％以上とする。また、好ましくは０．０８％以下、より好ましくは０．０７％以下、さらに好ましくは０．０６％以下、よりさらに好ましくは０．０４％以下とする。
【0015】
Ｍｏ：
Ｍｏは、耐高温酸化性と高温強度の向上に寄与することから、必要に応じて含有が可能な元素である。そして、微量添加により耐高温酸化性をさらに高めることができることから、Ｃｒに替わる有用な元素である。しかし、多すぎると、高温強度の上昇により熱間加工性が低下する。よって、Ｍｏは含有する場合でも、その含有量は、２．０％以下とする。好ましくは１．６％以下、より好ましくは１．２％以下、さらに好ましくは０．８％以下、よりさらに好ましくは０．６％以下とする。また、Ｍｏを含有する場合、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．２％以上、さらに好ましくは０．３％以上とする。
Ｍｏは、耐高温酸化性と高温強度の向上に寄与することから、必要に応じて含有が可能な元素である。そして、微量添加により耐高温酸化性をさらに高めることができることから、Ｃｒに替わる有用な元素である。しかし、多すぎると、高温強度の上昇により熱間加工性が低下する。よって、Ｍｏは含有する場合でも、その含有量は、２．０％以下とする。好ましくは１．６％以下、より好ましくは１．２％以下、さらに好ましくは０．８％以下、よりさらに好ましくは０．６％以下とする。また、Ｍｏを含有する場合、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．２％以上、さらに好ましくは０．３％以上とする。
【0016】
本発明のＮｉ基合金は、上記の元素種を含んで、残部をＮｉおよび不純物とすることができる。このとき、Ｃｒは、若干の含有量なら許容され、例えば、０～０．５％とすることができる。好ましくは０．３％以下、より好ましくは０．１％以下とする。
【0017】
本発明のＮｉ基合金は、耐高温酸化性に優れることに加えて、熱間加工性にも優れるこことから、鋳塊に、鍛造や圧延など各種の熱間加工を行って、板材や線材、管材の形状で提供することができる。そして、これら材料から加工形成される治具や部材として、例えば、チップコンデンサの焼成トレイ、リチウム電池正極物質の焼成トレイ、ＣＶＤ装置部材、ＰＶＤ装置部材、ＬＣＤ装置部材および半導体製造装置部材等の構成部材に用いることができる。あるいは、酸化炉用部材、焼成炉用部材、銀錫焼成工程のマッフル、超硬合金製造用工程用治具、特殊粉末（ＬＥＤ原料等）焼成工程用レトルト等、耐高温酸化性と熱間鍛造性を必要とする各種用途に使用することが勿論可能である。
【実施例1】
【0018】
原料を所定の割合に配合し、これらを真空溶解炉にて溶解後、鋳造することで、表１に示す合金成分組成を有する１０ｋｇインゴットのＮｉ基合金を作製した。なお、合金１０は、特許文献１のＮｉ基合金に相当するものである。そして、合金１１は、特許文献２のＮｉ基合金に相当するものである。
ついで、このインゴットについて１２００℃の温度に加熱した状態で熱間鍛造を施して、厚さ：２５ｍｍ、幅：５０ｍｍの寸法を有する板材を作製した。なお、このとき、熱間鍛造が終了した時の板材の温度は、約８００℃であった。そして、全てのＮｉ基合金について、割れ等の発生なく、上記の寸法に鍛造することができた。この鍛造材を、さらに機械加工により長さ：１００ｍｍに加工した。
ついで、このインゴットについて１２００℃の温度に加熱した状態で熱間鍛造を施して、厚さ：２５ｍｍ、幅：５０ｍｍの寸法を有する板材を作製した。なお、このとき、熱間鍛造が終了した時の板材の温度は、約８００℃であった。そして、全てのＮｉ基合金について、割れ等の発生なく、上記の寸法に鍛造することができた。この鍛造材を、さらに機械加工により長さ：１００ｍｍに加工した。
【0019】
【表1】
【0020】
上記のＮｉ基合金１～５および１０、１１について、次のようにして、耐高温酸化性評価のための、繰り返し酸化試験を実施した。
まず、上記で作製した厚さｔが２５ｍｍの板材から、それぞれ、１５×１５×１０ｍｍｔの試験片を作製した。次に、これら試験片の表面を研磨し最終的に耐水エメリー紙＃３００仕上げとした。研磨後の試料は、超音波洗浄を用いて、メタルクリーナー、ファインソルブ（以上、三協化学株式会社製）、エタノールの順に、各薬品の中に浸漬することで、脱脂した。そして、試験片の全面を測定することで表面積（Ａ０）を算出すると共に、試験前の初期質量（Ｗ０）を測定した。
まず、上記で作製した厚さｔが２５ｍｍの板材から、それぞれ、１５×１５×１０ｍｍｔの試験片を作製した。次に、これら試験片の表面を研磨し最終的に耐水エメリー紙＃３００仕上げとした。研磨後の試料は、超音波洗浄を用いて、メタルクリーナー、ファインソルブ（以上、三協化学株式会社製）、エタノールの順に、各薬品の中に浸漬することで、脱脂した。そして、試験片の全面を測定することで表面積（Ａ０）を算出すると共に、試験前の初期質量（Ｗ０）を測定した。
【0021】
ついで、Ｎｉ基合金１～５および１０、１１からなるそれぞれの試験片について、大気中で加熱、保持および冷却を繰り返す、繰り返し酸化試験を実施した。試験温度は７００℃とし、保持時間は対数スケールである１、１０、１００および１０００ｈとした。図１に、その試験条件の熱サイクルを示す（図１において、「ＲＴ」は室温を意味する）。
図１の熱サイクル（繰り返し数Ｘ＝１～４）の終了毎に、試験片の質量（Ｗｘ）を測定した。さらに、質量（Ｗｘ）から初期質量（Ｗ０）を差し引き、その値を表面積（Ａ０）で除すことで、表面積あたりの質量変化（ΔＷｘ）を算出した。酸化スケールの生成速度に応じて質量変化（ΔＷｘ）は大きくなり、酸化スケールが剥離するとこの値は負に転じる。保持時間毎に質量変化（ΔＷｘ）をグラフに酸化増量としてプロットすることで、各時間の酸化スケールの生成と剥離形態を数値的に把握し、耐高温酸化性を評価した。算出には次式（１）を用いた。図２に、その結果を示す。
ΔＷｘ＝（Ｗｘ－Ｗ０）／Ａ０ 式（１）
図１の熱サイクル（繰り返し数Ｘ＝１～４）の終了毎に、試験片の質量（Ｗｘ）を測定した。さらに、質量（Ｗｘ）から初期質量（Ｗ０）を差し引き、その値を表面積（Ａ０）で除すことで、表面積あたりの質量変化（ΔＷｘ）を算出した。酸化スケールの生成速度に応じて質量変化（ΔＷｘ）は大きくなり、酸化スケールが剥離するとこの値は負に転じる。保持時間毎に質量変化（ΔＷｘ）をグラフに酸化増量としてプロットすることで、各時間の酸化スケールの生成と剥離形態を数値的に把握し、耐高温酸化性を評価した。算出には次式（１）を用いた。図２に、その結果を示す。
ΔＷｘ＝（Ｗｘ－Ｗ０）／Ａ０ 式（１）
【0022】
図２に示される結果から、本発明例のＮｉ基合金１～５の耐高温酸化性は、比較例のＮｉ基合金１１の耐高温酸化性より優れることがわかる。そして、特に、Ｎｉ基合金４の耐高温酸化性は、Ｎｉ基合金１０と同等であり、Ｃｒ含有量を減じても、Ｎｉ基合金の優れた耐高温酸化性を維持することができた。
【実施例2】
【0023】
実施例１で作製したＮｉ基合金１、４、５および１０、１１の厚さ：２５ｍｍ、幅：５０ｍｍの寸法を有する板材を厚さ：７ｍｍ、幅：１７ｍｍ、長さ：６０ｍｍの板材に機械加工したものにつき、これに、最終製品の形態を想定して（つまり、金属組織における結晶粒の整粒化を目的として）、９００℃から空冷する熱処理を施した。そして、この熱処理後の板材から、厚さ：７ｍｍ、幅：１７ｍｍ、長さ：１７ｍｍの角材を機械加工により作製した。
【0024】
次に、角材の表面を研磨し最終的に耐水エメリー紙＃３２０仕上げとし、厚さ：５ｍｍ、幅：１５ｍｍ、長さ：１５ｍｍの試験片を各合金３つずつ作製した。研磨後の試験片は、超音波洗浄を用いて、メタルクリーナー、ファインソルブ（以上、三協化学株式会社製）、エタノールの順に、各薬品の中に浸漬することで、脱脂した。そして、試験片の全面を測定することで表面積（Ａ０）を算出すると共に、試験前の初期質量（Ｗ０）を測定した。次いで、この試験片を用いて、実施例１と同じ要領で酸化試験を実施した。なお、試験温度は７００℃とし、熱サイクル数は保持時間を１００ｈとする１回（繰り返し数Ｘ＝１）とした。
酸化試験終了後の試験片の、表面積あたりの質量変化（ΔＷｘ）を算出した結果は、図３の通りであった。このとき、上記の算出した質量変化（ΔＷｘ）は、各合金３つの試験片で得られた値を平均したものである。本発明例のＮｉ基合金は、Ｃｒ含有量を減じても、十分に優れた耐高温酸化性を維持することができた。
酸化試験終了後の試験片の、表面積あたりの質量変化（ΔＷｘ）を算出した結果は、図３の通りであった。このとき、上記の算出した質量変化（ΔＷｘ）は、各合金３つの試験片で得られた値を平均したものである。本発明例のＮｉ基合金は、Ｃｒ含有量を減じても、十分に優れた耐高温酸化性を維持することができた。
【実施例3】
【0025】
原料を所定の割合に配合し、これらを真空溶解炉にて溶解後、鋳造することで、表２に示す合金成分組成を有する１０ｋｇインゴットのＮｉ基合金を作製した。なお、合金１２は、特許文献１のＮｉ基合金に相当するものである。そして、合金１３は、特許文献２のＮｉ基合金に相当するものである。また、合金１４～１６は、Ｖを含有せずＭｏのみ含有した比較用のＮｉ基合金である。
【0026】
ついで、このインゴットについて１２００℃の温度に加熱した状態で熱間鍛造を施して、厚さ：２５ｍｍ、幅：５０ｍｍの寸法を有する板材を作製した。なお、このとき、熱間鍛造が終了した時の板材の温度は、約８００℃であった。そして、全てのＮｉ基合金について、割れ等の発生なく、上記の寸法に鍛造することができた。この鍛造材を、さらに機械加工により厚さ：７ｍｍ、幅：１７ｍｍ、長さ：６０ｍｍの板材に加工した。そして、この板材に最終製品の形態を想定して（つまり、金属組織における結晶粒の整粒化を目的として）、９００℃から空冷する熱処理を施した後に、この熱処理後の板材から厚さ：７ｍｍ、幅：１７ｍｍ、長さ：１７ｍｍの角材を機械加工により作製した。
【0027】
【表2】
【0028】
上記のＮｉ基合金１２～１６（比較例）および１７～２６（本発明例）について、角材の表面を研磨し最終的に耐水エメリー紙＃３２０仕上げとし、厚さ：５ｍｍ、幅：１５ｍｍ、長さ：１５ｍｍの試験片を各合金３つずつ作製した。研磨後の試験片は、実施例１と同じ要領で脱脂と表面積（Ａ０）の算出、試験前の初期質量（Ｗ０）の測定を実施した。次いで、耐高温酸化性評価のため、酸化試験を実施した。なお、試験温度は７００℃とし、保持時間は１、１０、１００ｈとした。そして、酸化試験終了後の試験片の、表面積あたりの質量変化（ΔＷｘ）を算出した。なお、算出した質量変化（ΔＷｘ）は、各合金３つの試験片での値の平均値とした。
【0029】
図４は、保持時間と質量変化（ΔＷｘ）との関係を示したものである。なお、ここで、無添加の元素は「０」％と記している。また、合金１４、２１～２６の結果は除いて示している。まず、合金１３、１５、１６を比較することで、Ｖを添加しないＮｉ基合金であっても、Ｍｏを添加することで、従来の合金１３の質量変化（ΔＷｘ）が少なくなる結果が得られた。しかし、その減少量は、本発明量のＶが添加されている本発明の合金１７～２０のそれに及ばなかった。
そして、本発明の合金１７～２０においては、さらにＭｏを添加した合金１９、２０の質量変化（ΔＷｘ）が、それぞれ合金１７、１８のそれよりも小さくなった。そして、従来の合金１２の質量変化（ΔＷｘ）がＣｒの多量添加によって小さいところ、合金２０の質量変化（ΔＷｘ）は、合金１２のそれに相当するまでに小さくなった。本発明に係るＶの添加と、さらにこれにＭｏを共添加することが、耐酸化性の向上に効果的であることが確認できた。
そして、本発明の合金１７～２０においては、さらにＭｏを添加した合金１９、２０の質量変化（ΔＷｘ）が、それぞれ合金１７、１８のそれよりも小さくなった。そして、従来の合金１２の質量変化（ΔＷｘ）がＣｒの多量添加によって小さいところ、合金２０の質量変化（ΔＷｘ）は、合金１２のそれに相当するまでに小さくなった。本発明に係るＶの添加と、さらにこれにＭｏを共添加することが、耐酸化性の向上に効果的であることが確認できた。
【0030】
上記の結果に関しては、Ｍｏを含有したＮｉ基合金のＶ含有量と、保持時間が１００ｈのときの質量変化（ΔＷｘ）との関係を、そのＭｏ含有量で整理したものを、図５に示す。図５中、丸印がＭｏを約０．２５％含んだ合金群（合金１４、２４、２５、２６）であり、四角印がＭｏを約０．５％含んだ合金群（合金１５、１９、２０、２１、２２）であり、三角印がＭｏを約１．０％含んだ合金群（合金２３）である。これらの結果より、まず、Ｎｉ基合金が０．５％前後にまでＶ量を含有することで、質量変化（ΔＷｘ）が大幅に減少することがわかる。そして、このＶ量が１．０％近辺にまで増加することで、質量変化（ΔＷｘ）がさらに減少することがわかる。そして、Ｖが添加されない合金１４、１５と、それ以外の合金との対比から、本発明に係るＭｏの添加が、Ｖ量を含有したＮｉ基合金に行われて、初めてその追加の耐酸化性の向上効果が得られることがわかる。
【0031】
そして、本発明のＮｉ基合金が上記の熱間鍛造の工程で割れ等の発生なく鍛造できたことについては、図５で示した合金１４、１５を除くＮｉ基合金に対して、鍛造終了温度を想定した８００℃での引張試験も実施した。その結果は、図６および図７の通りである。基本的には、Ｖ量の増加によって、Ｎｉ基合金の引張強さは大きくなり、破断伸びは小さくなるものの、それぞれの値は、引張強さが３６０ＭＰａ以下、破断伸びが２０％以上であり、十分な熱間加工性を維持していると判断した。
【要約】
Ｃｒ含有量を減じても、耐高温酸化性に優れたＮｉ基合金を提供する。
質量％で、Ａｌ：２．０～５．０％、Ｓｉ：０．１～２．５％、Ｍｎ：０．１～１．５％、Ｖ：０．４～３．０％、Ｂ：０．００１～０．０５％、Ｚｒ：０．００１～０．１％を含有し、残部がＮｉおよび不純物の成分組成からなるＮｉ基合金である。そして、この成分組成に、さらに、Ｍｏ：２．０％以下を含有するＮｉ基合金である。これらのＮｉ基合金は、熱間加工性にも優れる。
質量％で、Ａｌ：２．０～５．０％、Ｓｉ：０．１～２．５％、Ｍｎ：０．１～１．５％、Ｖ：０．４～３．０％、Ｂ：０．００１～０．０５％、Ｚｒ：０．００１～０．１％を含有し、残部がＮｉおよび不純物の成分組成からなるＮｉ基合金である。そして、この成分組成に、さらに、Ｍｏ：２．０％以下を含有するＮｉ基合金である。これらのＮｉ基合金は、熱間加工性にも優れる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】