特表 2022-536401 析出強化型ニッケル基高クロム超合金およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-15

(54)【発明の名称】析出強化型ニッケル基高クロム超合金およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 19/05 20060101AFI20220805BHJP

   C22F 1/10 20060101ALI20220805BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20220805BHJP

【ＦＩ】

C22C19/05 Z

C22F1/10 H

C22F1/00 630A

C22F1/00 640A

C22F1/00 650A

C22F1/00 681

C22F1/00 682

C22F1/00 683

C22F1/00 684C

C22F1/00 691B

C22F1/00 691C

C22F1/00 691A

C22F1/00 692A

C22F1/00 692B

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021574769

(86)(22)【出願日】2020-06-12

(85)【翻訳文提出日】2022-01-20

(86)【国際出願番号】 CN2020095908

(87)【国際公開番号】W WO2020249107

(87)【国際公開日】2020-12-17

(31)【優先権主張番号】201910515324.1

(32)【優先日】2019-06-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520455014

【氏名又は名称】西安熱工研究院有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｘｉ’ａｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ＣＯ．，ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１３６ Ｘｉｎｇｑｉｎｇ Ｒｏａｄ，Ｂｅｉｌｉｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｘｉ’ａｎ Ｃｉｔｙ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】厳靖博

(72)【発明者】

【氏名】谷月峰

(72)【発明者】

【氏名】袁勇

(72)【発明者】

【氏名】楊征

(72)【発明者】

【氏名】張醒興

(57)【要約】

本発明は、析出強化型ニッケル基高クロム超合金およびその製造方法に関する。成分は、質量百分率に関して、Ｃｒ：２５％～２８％、Ｃｏ：１０％～１５％、Ｔｉ：２．５％～３．５％、Ａｌ：１．０％～１．５％、Ｗ：１．５％～５％、Ｓｉ：≦０．５％、Ｍｎ：≦０．５％、Ｎｂ：０．５％～１．５％、Ｃ：０．０３％～０．０８％、Ｆｅ：０．５％～１．０％、マージンがＮｉであることを満たす。調製された合金は、合金母液に製錬され、エレクトロスラグ再溶解プロセスを用いて精練および冷却し、合金母液はインゴットに凝固される。均質化処理した後、圧延および熱処理する。析出強化の合金設計コンセプトを採用して、合金内部に均一に分散して分布された多数の二次強化相の析出を促進することにより、合金は良好な強度性能を得ると同時に、合金構造の安定性を確保することを前提として、合金はＣｒ元素の含有量が高くなり、さらに優れた耐酸化および耐食性能が得られる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

析出強化型ニッケル基高クロム超合金であって、
前記合金成分は、質量百分率に関して、Ｃｒ：２５％～２８％、Ｃｏ：１０％～１５％、Ｔｉ：２．５％～３．５％、Ａｌ：１．０％～１．５％、Ｗ：１．５％～５％、Ｓｉ：≦０．５％、Ｍｎ：≦０．５％、Ｎｂ：０．５％～１．５％、Ｃ：０．０３％～０．０８％、Ｆｅ：０．５％～１．０％、マージンがＮｉである範囲要件を満たし、Ｔｉ／Ａｌ＜２．５である、ことを特徴とする析出強化型ニッケル基高クロム超合金。

【請求項2】

析出強化型ニッケル基高クロム超合金の製造方法であって、
前記方法は、
１）合金成分が質量百分率に関して、Ｃｒ：２５％～２８％、Ｃｏ：１０％～１５％、Ｔｉ：２．５％～３．５％、Ａｌ：１．０％～１．５％、Ｗ：１．５％～５％、Ｓｉ：≦０．５％、Ｍｎ：≦０．５％、Ｎｂ：０．５％～１．５％、Ｃ：０．０３％～０．０８％、Ｆｅ：０．５％～１．０％、マージンがＮｉである範囲要件を満たし、Ｔｉ／Ａｌ＜２．５である合金の調製ステップ、
２）調製された合金を合金母液に製錬した後、エレクトロスラグ再溶解プロセスを用いて精練および冷却することによって、合金母液をインゴットに凝固する、製錬ステップ、
３）超合金インゴットを得るために均質化処理するステップ、
４）総変形量が５０％～７０％で、各バス変形量を１５％～２５％範囲内に制御し、変形温度が１１００℃～１１７０℃の条件で、超合金インゴットを圧延する熱間圧延ステップ、
５）圧延後の合金を１１１０℃～１１３０℃で４時間保温して再結晶処理を行い、室温まで空冷した後７５０℃～７７０℃で７～９時間保温し、その後８４０℃～８７０℃まで昇温して１．５～２．５時間保温し、その後室温まで空冷する熱処理ステップを含む、ことを特徴とする析出強化型ニッケル基高クロム超合金の製造方法。

【請求項3】

ステップ２）において、真空製錬炉の内部で製錬が行われ、製錬中の真空度は１．０×１０^－４ＭＰａ以下である、ことを特徴とする請求項２に記載の析出強化型ニッケル基高クロム超合金の製造方法。

【請求項4】

ステップ２）において、インゴットへの凝固中に温度が９００℃に達する前に、冷却速度が１５℃／ｍｉｎを超えないように制御し、インゴットへの凝固中に温度が９００℃に達した後、１０℃／ｍｉｎを超える冷却速度で室温まで冷却する、ことを特徴とする請求項２に記載の析出強化型ニッケル基高クロム超合金の製造方法。

【請求項5】

ステップ２）において、合金母液がインゴットに凝固してから室温まで冷却するまでの時間は１５ｍｉｎを超えない、ことを特徴とする請求項４項に記載の析出強化型ニッケル基高クロム超合金の製造方法。

【請求項6】

ステップ３）の具体的な過程は、インゴットを取出し、その後インゴットを１０３０℃～１０７０℃まで加熱し３０分間保温した後、１１７０℃～１２００℃まで昇温された熱処理炉の内部で継続して２０～２４時間保温し、最後に室温まで冷却する、ことを特徴とする請求項２項に記載の析出強化型ニッケル基高クロム超合金の製造方法。

【請求項7】

ステップ３）において、インゴットを１０３０℃～１０７０℃に加熱する場合、昇温速度は１０℃／ｍｉｎを超えず、１１７０℃～１２００℃まで昇温する場合、昇温速度は５℃／ｍｉｎ以下である、ことを特徴とする請求項６項に記載の析出強化型ニッケル基高クロム超合金の製造方法。

【請求項8】

ステップ５）において、１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で室温から１１１０℃～１１３０℃まで昇温し、１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で室温から７５０℃～７７０℃まで昇温し、さらに１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で８４０℃～８７０℃まで昇温する、ことを特徴とする請求項２項に記載の析出強化型ニッケル基高クロム超合金の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高温用合金材料分野に属し、具体的に、析出強化型ニッケル基高クロム超合金およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

中国の電力需要が増加し続けることに従って、エネルギー不足と環境汚染問題が益々顕著になり、高効率、省エネ、環境に優しい発電方法を発展させる必要性が益々緊迫になっている。火力発電は、中国で長い間最も重要な発電技術として、ユニットの蒸気パラメータを改善することは、上記の問題を解決するための最も効果的な方法であると考えられている。従来の多くの実践により、キーコンポーネント材料のサービス性能は、ボイラユニットの蒸気パラメータの向上を制約する最も重要な原因であることが示されている。火力発電ユニットボイラの最も厳しいサービス条件のキーコンポーネントの１つとして、過熱器／再熱器パイプは材料のサーボス性能に対して非常に高い要件を提出している。過熱器／再熱器は、サービス期間に高温クリープ、熱疲労、酸化および高温煙道ガス腐食などの複数の要因の影響に耐える。火力発電ユニットの主蒸気パラメータの大幅な向上に伴い、火力発電業界では、高パラメータユニットの過熱器／再熱器パイプの使用性能の要件を満たすことができる超合金材料の開発が急務となっている。

【0003】

火力発電ユニットボイラで最も厳しいサービス条件のコンポーネントである過熱器／再熱器は、その候補材料の持続強度および耐食性に対して非常に高い要件を提出している。優れた耐久性能は、合金が高温条件下で長時間サービスする重要な保証であり、主な強化方法としての固溶体強化は、多くの場合、より大きなコストの向上および構造の不安定などの問題をもたらす。したがって、現在の候補合金は、主に合金の主な強化方法として析出強化を採用している。また、耐酸化性および耐食性も合金のサービス性能に重要な影響を及ぼし、合金中のＣｒ元素の含有量は、その耐酸化性および耐食性を決定する決定的な要素であるが、その含有量の増加に伴って、合金構造の安定性と機械的特性が著しく低下する。高パラメータボイラの再熱器パイプの材料使用性能に対する要求に応じて、現在海外で、一連のニッケル基変形超合金材料、例えば、アメリカの特殊金属会社（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｍｅｔａｌｓ Ｃｏｍｐａｎｙ）により開発されたＩｎｃｏｎｅｌ７４０Ｈ、アメリカハステロイ会社（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｃｏｍｐａｎｙ）により開発されたＨａｙｎｅｓ２８２、ドイツのティッセンクルップ会社（Ｇｅｍａｎ Ｔｈｙｓｓｅｎ Ｋｒｕｐｐ Ｃｏｍｐａｎｙ）により開発されたＣＣＡ６１７、イギリスのロールスロイス（Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｒｏｌｌｓ－Ｒｏｙｃｅ Ｃｏｍｐａｎｙ）会社により開発されたＮｉｍｏｎｉｃ２６３、日本の日立会社により開発されたＦＥＮＩＸ７００、日本の東芝会社により開発されたＴＯＳ１Ｘ、日本の三菱会社により開発されたＬＴＥＳＲ７００などのニッケル基変形超合金などが開発されている。Ｃｒ含有量が高くなると合金強度が低下し、構造の安定性が悪化するため、現在慣用の析出強化型ニッケル基超合金中のＣｒ元素の含有量は、多くの場合、より低い範囲に制御されているが、同時にその耐食性に大きな影響を及ぼしている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、析出強化の合金設計コンセプトを採用し、合金内部に均一に分散して分布された多数の二次強化相の析出を促進することによって、合金が良好な強度性能を得ると共に、合金構造の安定性を確保することを前提として、合金に高いＣｒ元素の含有量を有させ、さらに優れた耐酸化および耐食性を実現させる、析出強化型ニッケル基高クロム超合金およびその製造方法を提供することである。

【0005】

本発明は、上記目的を達成するために、以下のような技術案を採用する。

【0006】

析出強化型ニッケル基高クロム超合金において、前記合金成分は、質量百分率に関して、Ｃｒ：２５％～２８％、Ｃｏ：１０％～１５％、Ｔｉ：２．５％～３．５％、Ａｌ：１．０％～１．５％、Ｗ：１．５％～５％、Ｓｉ：≦０．５％、Ｍｎ：≦０．５％、Ｎｂ：０．５～１．５％、Ｃ：０．０３％～０．０８％、Ｆｅ：０．５％～１．０％、マージンがＮｉである範囲要件を満たし、うち、Ｔｉ／Ａｌ＜２．５である。

【0007】

析出強化型ニッケル基高クロム超合金の製造方法は、以下のステップを含む。

【0008】

１）合金の調製ステップ：合金成分は、質量百分率に関して、Ｃｒ：２５％～２８％、Ｃｏ：１０％～１５％、Ｔｉ：２．５％～３．５％、Ａｌ：１．０％～１．５％、Ｗ：１．５％～５％、Ｓｉ：≦０．５％、Ｍｎ：≦０．５％、Ｎｂ：０．５％～１．５％、Ｃ：０．０３％～０．０８％、Ｆｅ：０．５％～１．０％、マージンがＮｉである範囲要件を満たし、うち、Ｔｉ／Ａｌ＜２．５である。

【0009】

２）製錬ステップ：調製された合金を合金母液に製錬し、その後エレクトロスラグ再溶解プロセスを用いて精練および冷却することによって、合金母液をインゴットに凝固する。

【0010】

３）超合金インゴットを得るために均質化処理ステップを行う。

【0011】

４）熱間圧延ステップ：総変形量が５０％～７０％で、各バス変形量を１５％～２５％範囲内に制御し、変形温度が１１００℃～１１７０℃の条件で、超合金インゴットを圧延する。

【0012】

５）熱処理ステップ：圧延後の合金を１１１０℃～１１３０℃で４時間保温して再結晶処理を行い、室温まで空冷した後７５０℃～７７０℃で７～９時間保温し、その後８４０℃～８７０℃まで昇温して１．５～２．５時間保温し、その後室温まで空冷する。

【0013】

本発明のさらなる改善は、ステップ２）において、真空製錬炉の内部で製錬が行われ、製錬中の真空度が１．０×１０^－４ＭＰａ以下であるという点にある。

【0014】

本発明のさらなる改善は、ステップ２）において、インゴットへの凝固中に温度が９００℃に達する前に、冷却速度が１５℃／ｍｉｎを超えないように制御し、インゴットへの凝固中に温度が９００℃に達した後に、１０℃／ｍｉｎを超える冷却速度で室温まで冷却するという点にある。

【0015】

本発明のさらなる改善は、ステップ２）において、合金母液がインゴットに凝固してから室温まで冷却するまでの時間が１５ｍｉｎを超えないという点にある。

【0016】

本発明のさらなる改善は、ステップ３）の具体的な過程において、インゴットを取出し、その後インゴットを１０３０℃～１０７０℃に加熱し３０分間保温した後、１１７０℃～１２００℃まで昇温した熱処理炉の内部で継続して２０～２４時間保温し、最後に室温まで冷却する点にある。

【0017】

本発明のさらなる改善は、ステップ３）において、インゴットを１０３０℃～１０７０℃に加熱する場合、昇温速度が１０℃／ｍｉｎを超えず、１１７０℃～１２００℃まで昇温する場合、昇温速度が５℃／ｍｉｎを超えないという点にある。

【0018】

本発明のさらなる改善は、ステップ５）において、１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で室温から１１１０℃～１１３０℃に昇温し、１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で室温から７５０℃～７７０℃に昇温し、さらに１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で８４０℃～８７０℃に昇温する点にある。

【0019】

本発明は、従来技術と比較して有益な効果を有する。

【0020】

本発明は、析出強化の合金設計コンセプトに基づいて、Ａｌ、Ｔｉ含有量の高い新型超合金を開発すると同時に、合金中のＣｒ元素の含有量が高いため、その優れた耐酸化および耐食性も保証される。

【0021】

本発明に記載の方法に従って調製された合金は、優れた強度性能および耐食性を有し、ならびに良好な溶接および加工性能を有する。合金マトリックスは、無秩序な面心構造のオーステナイトであり、平均結晶粒サイズは１００ミクロン未満である。オーステナイトの粒界には、不連続に分布された炭化物（ＮｂＣおよびＣｒ２３Ｃ６）が存在し、オーステナイトの体積分率は約５％～２０％を占め、オーステナイト結晶の内部には、サイズが５０ｎｍ以下の微細な球状のＮｉ３Ａｌ析出相が、均一に分散される。合金の室温および８５０℃の引張降伏強度は、それぞれ７５０ＭＰａおよび５００ＭＰａより高く、高温煙道ガス環境（Ｎ_２－１５％ＣＯ_２－３．５％Ｏ_２－０．１％ＳＯ_２）で５００時間腐食された後の合金の重量変化は０．３ｍｇ／ｃｍ^２未満である。また、合金は８５０℃での熱暴露期間に優れた構造安定性を有する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】実施例１の熱処理状態の合金の微細構造を示す図である。

【図2】実施例１の熱暴露状態（８５０℃／１０００ｈ）の合金の微細構造を示す図である。

【図3】比較例の熱処理状態の微細構造を示す図である。

【図4】比較例の熱暴露状態（８５０℃／１０００ｈ）の合金の微細構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明は、実施例を参照して、以下でさらに詳細に説明する。

【0024】

本発明の析出強化型合金は、ニッケル基超合金材料である。

【0025】

析出強化型ニッケル基高クロム超合金において、合金成分は、質量百分率に関して、Ｃｒ：２５％～２８％、Ｃｏ：１０％～１５％、Ｔｉ：２．５％～３．５％、Ａｌ：１．０％～１．５％、Ｗ：１．５％～５％、Ｓｉ：≦０．５％、Ｍｎ：≦０．５％、Ｎｂ：０．５％～１．５％、Ｃ：０．０３％～０．０８％、Ｆｅ：０．５％～１．０％、マージンがＮｉである範囲要件を満たし、うち、Ｔｉ／Ａｌ＜２．５である。

【0026】

析出強化型ニッケル基高クロム超合金の製造方法は、以下のステップを含む。

【0027】

１）合金の調製ステップ：合金成分は、質量百分率に関して、Ｃｒ：２５％～２８％、Ｃｏ：１０％～１５％、Ｔｉ：２．５％～３．５％、Ａｌ：１．０％～１．５％、Ｗ：１．５％～５％、Ｓｉ：≦０．５％、Ｍｎ：≦０．５％、Ｎｂ：０．５％～１．５％、Ｃ：０．０３％～０．０８％、Ｆｅ：０．５％～１．０％、マージンがＮｉである範囲要件を満たし、うち、Ｔｉ／Ａｌ＜２．５である。

【0028】

２）製錬ステップ：調製された合金を合金母液に製錬した後、エレクトロスラグ再溶解プロセスを用いて精練および冷却することによって、合金母液をインゴットに凝固した後、インゴット温度が９００℃に達する前に、冷却速度が１５℃／ｍｉｎを超えないように制御し、インゴット温度が９００℃に達した後に、１０℃／ｍｉｎを超える冷却速度で室温まで冷却する。合金母液がインゴットに凝固してから室温まで冷却するまでの時間は１５分を超えない。

【0029】

３）均質化処理ステップ：インゴットを取出し、その後１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度でインゴットを室温から１０３０℃～１０７０℃に加熱して３０分間保温した後、継続して５℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で１１７０℃～１２００℃に昇温させ、熱処理炉の内部で２０～２４時間保温し、最後に室温まで冷却し、超合金インゴットを得る。

【0030】

４）熱間圧延ステップ：総変形量が５０％～７０％で、各バス変形量を１５％～２５％範囲内に制御し、変形温度が１１００℃～１１７０℃の条件で、インゴットを圧延する。

【0031】

５）熱処理ステップ：圧延後の合金を、１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で室温から１１１０℃～１１３０℃に昇温させて４時間保温し、再結晶処理を行い、室温まで空冷した後に１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で室温から７５０℃～７７０℃に昇温させ７～９時間保温し、その後１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で８４０℃～８７０℃に昇温させ１．５～２．５時間保温し、完了後に室温まで空冷する。

【実施例1】

【0032】

本実施例の耐熱鋼材料は、質量百分率で計算して、Ｃｒ：２８％、Ｃｏ：１５％、Ｔｉ：２．５％、Ａｌ：１．５％、Ｗ：１．５％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：０．５％、Ｎｂ：０．５％、Ｃ：０．０４％、Ｆｅ：０．５％、マージンＮｉを含む。

【0033】

本実施例の製造方法は、以下のステップを含む。

【0034】

１）原料を調製するステップ：成分は、質量百分率で計算して、Ｃｒ：２８％、Ｃｏ：１５％、Ｔｉ：２．５％、Ａｌ：１．５％、Ｗ：１．５％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：０．５％、Ｎｂ：０．５％、Ｃ：０．０４％、Ｆｅ：０．５％、マージンＮｉを含む。

【0035】

２）製錬ステップ：セラミックるつぼと調製した原料とを同時に真空製錬炉の内部に入れ、真空誘導炉を使用して、１．０×１０^－４ＭＰａ以下の真空度で、調製した合金を合金母液に製錬し、合金母液が凝固すると、同時に、電気アークを用いてセラミックるつぼを低電力で予熱する。合金が完全に凝固してインゴットになった後、それを予熱したセラミックるつぼの内部に移動させ、合金インゴットと銅るつぼとが接触しないようにすることによって、その冷却速度が高すぎることを防止する。

【0036】

３）均質化処理ステップ：インゴットを取出し、その後、インゴットを１０℃／ｍｉｎの速度で１０５０℃に加熱して３０分間保温し、５℃／ｍｉｎの速度で１２００℃まで加熱した熱処理炉の内部で継続して２４時間保温し、最後に、室温まで冷却し、超合金インゴットを得る。

【0037】

４）熱間圧延ステップ：総変形量が５０％～７０％で、各バス変形量を１５％～２５％範囲内に制御し、変形温度が１１００℃～１１７０℃の条件で、インゴットを圧延する。

【0038】

５）熱処理ステップ：圧延後の合金を、１０℃／ｍｉｎの速度で１１２０℃に加熱して４時間保温し、再結晶処理を行い、空冷した後に７６０℃で８時間保温し、その後８６０℃に昇温させ２時間保温し、完了後に室温まで空冷する。

【0039】

実施例１で製造された合金の室温および８５０℃の降伏強度は、それぞれ７８５ＭＰａおよび５１０ＭＰａであり、８５０℃の高温煙道ガスで５００時間腐食した後の重量変化は０．１４ ｍｇ／ｃｍ^２である。

【実施例2】

【0040】

本実施例の耐熱鋼材料は、質量百分率で計算して、Ｃｒ：２５％、Ｃｏ：１５％、Ｔｉ：２．５％、Ａｌ：１．５％、Ｗ：５％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：０．５％、Ｎｂ：０．５％、Ｃ：０．０７％、Ｆｅ：０．５％、マージンＮｉを含む。

【0041】

本実施例の製造方法は、以下のステップを含む。

【0042】

１）原料を調製するステップ：成分は、質量百分率で計算して、Ｃｒ：２５％、Ｃｏ：１５％、Ｔｉ：２．５％、Ａｌ：１．５％、Ｗ：５％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：０．５％、Ｎｂ：０．５％、Ｃ：０．０７％、Ｆｅ：０．５％、マージンＮｉを含む。

【0043】

２）製錬ステップ：セラミックるつぼと調製した原料とを同時に真空製錬炉の内部に入れ、真空誘導炉を使用して１．０×１０^－４ＭＰａ以下の真空度で、調製した合金を合金母液に製錬し、合金母液が凝固すると、同時に電気アークを用いてセラミックるつぼを低電力で予熱する。合金が完全に凝固してインゴットになった後、それを予熱したセラミックるつぼの内部に移動させ、合金インゴットと銅るつぼとが接触しないようにすることによって、その冷却速度が高すぎることを防止する。

【0044】

３）均質化処理ステップ：インゴットを取出し、その後、インゴットを１０℃／ｍｉｎの速度で１０５０℃に加熱して３０分間保温し、５℃／ｍｉｎの速度で１２００℃に加熱した熱処理炉の内部で継続して２４時間保温し、最後に室温まで冷却し、超合金インゴットを得る。

【0045】

４）熱間圧延ステップ：総変形量が５０％～７０％で、各バス変形量を１５％～２５％範囲内に制御し、変形温度が１１００℃～１１７０℃の条件で、インゴットを圧延する。

【0046】

５）熱処理ステップ：圧延後の合金を、１０℃／ｍｉｎの速度で１１２０℃に加熱して４時間保温し、再結晶処理を行い、空冷した後に７６０℃で８時間保温し、その後８６０℃に昇温させて２時間保温し、完了後に室温まで空冷する。

【0047】

実施例２で製造された合金の室温および８５０℃の降伏強度は、それぞれ７６５ＭＰａおよび５２５ＭＰａであり、８５０℃の高温煙道ガスで５００時間腐食した後の重量変化は０．１６ ｍｇ／ｃｍ^２である。

【比較例】

【0048】

本比較例の耐熱鋼材料は、質量百分率で計算して、Ｃｒ：２８％、Ｃｏ：１５％、Ｔｉ：２．７％、Ａｌ：１．３％、Ｗ：７％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：０．５％、Ｎｂ：０．５％、Ｃ：０．０７％、Ｆｅ：０．５％、マージンＮｉを含む。

【0049】

本実施例の製造方法は、以下のステップを含む。

【0050】

１）原料を調製するステップ：成分は、質量百分率で計算して、Ｃｒ：２８％、Ｃｏ：１５％、Ｔｉ：２．７％、Ａｌ：１．３％、Ｗ：７％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：０．５％、Ｎｂ：０．５％、Ｃ：０．０７％、Ｆｅ：０．５％、マージンＮｉを含む。

【0051】

２）製錬ステップ：セラミックるつぼと調製した原料とを同時に真空製錬炉の内部に入れ、真空誘導炉を使用して１．０×１０^－４ＭＰａ以下の真空度で、調製した合金を合金母液に製錬し、合金母液が凝固すると、同時に電気アークを用いてセラミックるつぼを低電力で予熱する。合金が完全に凝固してインゴットになった後、それを予熱したセラミックるつぼの内部に移動させ、合金インゴットと銅るつぼとが接触しないようにすることによって、その冷却速度が高すぎることを防止する。

【0052】

３）均質化処理ステップ：インゴットを取出し、その後インゴットを１０℃／ｍｉｎの速度で１０５０℃に加熱して３０分間保温し、５℃／ｍｉｎの速度で１２００℃に昇温した熱処理炉の内部で継続して２４時間保温し、最後に室温まで冷却し、超合金インゴットを得る。

【0053】

４）熱間圧延ステップ：総変形量が５０％～７０％で、各バス変形量を１５％～２５％範囲内に制御し、変形温度が１１００℃～１１７０℃の条件で、インゴットを圧延する。

【0054】

５）熱処理ステップ：圧延後の合金を、１０℃／ｍｉｎの速度で１１２０℃に加熱して４時間保温し、再結晶処理を行い、空冷した後に７６０℃で８時間保温し、その後８６０℃に昇温させ２時間保温し、完了後に室温まで空冷する。

【0055】

比較例で製造された合金の室温および８５０℃の降伏強度は、それぞれ８５５ＭＰａおよび５７２ＭＰａであり、８５０℃の高温煙道ガスで５００時間腐食した後の重量変化は０．１２ ｍｇ／ｃｍ^２である。

【0056】

図１、図２、図３および図４を参照すると、実施例１の２つの合金と比較例との比較から、本発明の合金は、８５０℃で優れた構造安定性を有し、高温での熱暴露期間にＴＣＰ相析出がないことが分かる。

【0057】

本発明により製造された合金マトリックスは、平均結晶粒サイズが約３０～７０ミクロンであり、微細なサイズの析出相が結晶粒の内部に均一に分散して分布されたＦＣＣ構造を備える。合金は優れた耐食性および強度性能を備え、その室温および８５０℃の高温降伏は７５０ＭＰａおよび５００ＭＰａ以上である。また、合金の重量増加は、８５０℃の煙道ガス腐食環境下で１００時間後に０．３ ｍｇ／ｃｍ^２を超えない。

【実施例3】

【0058】

１）合金の調製：合金組成は、質量百分率に関して、Ｃｒ：２６％、Ｃｏ：１０％、Ｔｉ：３．５％、Ａｌ：１．０％、Ｗ：２％、Ｓｉ：≦０．５％、Ｍｎ：≦０．５％、Ｎｂ：１．５％、Ｃ：０．０３％、Ｆｅ：１．０％、マージンがＮｉである範囲要件を満たし、うち、Ｔｉ／Ａｌ＜２．５である。

【0059】

２）製錬ステップ：調製された合金を合金母液に製錬し、その後エレクトロスラグ再溶解プロセスを用いて精練および冷却することによって、合金母液をインゴットに凝固させた後、インゴット温度が９００℃に達する前に、冷却速度が１５℃／ｍｉｎを超えないように制御し、インゴット温度が９００℃に達した後に、１０℃／ｍｉｎを超える冷却速度で室温まで冷却する。合金母液がインゴットに凝固してから室温まで冷却されるまでの時間は１５分を超えない。

【0060】

３）均質化処理ステップ：インゴットを取出し、その後インゴットを１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で室温から１０３０℃に加熱して３０分間保温し、継続して５℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で１１７０℃に昇温させ、熱処理炉の内部で２２時間保温し、最後に室温まで冷却し超合金インゴットを得る。

【0061】

４）熱間圧延ステップ：総変形量が５０％で、各バス変形量を１５％に制御し、変形温度が１１００℃の条件で、インゴットを圧延する。

【0062】

５）熱処理ステップ：圧延後の合金を、１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で室温から１１１０℃に昇温させ４時間保温し、再結晶処理を行い、室温まで空冷した後１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で室温から７５０℃に昇温させ９時間保温し、その後１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で８７０℃に昇温させ１．５時間保温し、完了後に室温まで空冷する。

【実施例4】

【0063】

１）合金の調製：合金組成は、質量百分率に関して、Ｃｒ：２７％、Ｃｏ：１２％、Ｔｉ：３％、Ａｌ：１．３％、Ｗ：３％、Ｓｉ：≦０．５％、Ｍｎ：≦０．５％、Ｎｂ：１％、Ｃ：０．０８％、Ｆｅ：０．０７％、マージンがＮｉの範囲要件を満たし、うち、Ｔｉ／Ａｌ＜２．５である。

【0064】

２）製錬ステップ：調製された合金を合金母液に製錬し、その後エレクトロスラグ再溶解プロセスを用いて精練および冷却することによって、合金母液をインゴットに凝固した後、インゴット温度が９００℃に達する前に、冷却速度が１５℃／ｍｉｎを超えないように制御し、インゴット温度が９００℃に達した後に、１０℃／ｍｉｎを超える冷却速度で室温まで冷却する。合金母液がインゴットに凝固してから室温まで冷却するまでの時間は１５ｍｉｎ超えない。

【0065】

３）均質化処理ステップ：インゴットを取出し、その後インゴットを１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で室温から１０７０℃に加熱して３０分間保温し、継続して５℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で１１８０℃に昇温させ、熱処理炉の内部で２０時間保温し、最後に室温まで冷却し、超合金インゴットを得る。

【0066】

４）熱間圧延ステップ：総変形量が７０％で、各バス変形量を２５％に制御し、変形温度が１１７０℃の条件で、インゴットを圧延する。

【0067】

５）熱処理ステップ：圧延後の合金を、１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で室温から１１３０℃に昇温させて４時間保温し、再結晶処理を行い、室温まで空冷した後、１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で室温から７７０℃に昇温させて７時間保温し、その後１０℃／ｍｉｎを超えない昇温速度で８４０℃に昇温させて２．５時間保温し、完了後に室温まで空冷する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】