Ni基合金
阅读：1017发布：2020-05-11
专利汇可以提供Ni基合金专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种Ni基 合金 ，其特征在于，以测定视场面积(S0)进行观察而计算出对于存在于视场内的最大尺寸的氮化物的面积(A)以D＝A1/2定义的面积等径(D)，以测定视场数(n)反复实施该作业而获取n个面积等径(D)的数据，按升序排列这些面积等径(D)的数据并设为D1、D2、......、Dn，求出标准化变量(yj)，将X轴设为面积等径(D)且将Y轴设为标准化变量(yj)，在XY轴坐标上进行标绘并求出回归直线yj＝a×D+b，其中a、b为常数，将预测对象截面积(S)设为100mm2并求出yj，通过将所得到的yj的值代入所述回归直线来计算出氮化物的估计最大尺寸时，该Ni基合金中，氮化物的估计最大尺寸被设为面积等径且为25μm以下。，下面是Ni基合金专利的具体信息内容。
1.一种Ni基合金，其特征在于，
以测定视场面积S0进行观察而计算出对于存在于视场内的最大尺寸的氮化物的面积A
1/2
以D＝A 定义的面积等径D，以测定视场数n反复实施该作业而获取n个面积等径D的数据，按升序排列这些面积等径D的数据并设为D1、D2、......、Dn，求出以下式(1)定义的标准化变量yj，
yj＝-ln[-ln{j/(n+1)}] (1)
其中，上式(1)中，j表示按升序排列面积等径D的数据时的位次数，
将X轴设为面积等径D且将Y轴设为标准化变量yj，在XY轴坐标上进行标绘并求出回
2
归直线yj＝a×D+b，其中a、b为常数，将预测对象截面积S设为100mm 并由下式(2)求出yj，
通过将所得到的yj的值代入所述回归直线来计算出氮化物的估计最大尺寸时，该氮化物的估计最大尺寸被设为面积等径且为25μm以下。
2.根据权利要求1所述的Ni基合金，其特征在于，包含：
Cr，13质量％以上且30质量％以下；和
Al及Ti中的至少一种以上，8质量％以下。
3.根据权利要求2所述的Ni基合金，其特征在于，
所述Ni基合金还包含25质量％以下的Fe。
4.根据权利要求2或3所述的Ni基合金，其特征在于，
所述Ni基合金包含0.01质量％以上且6质量％以下的Ti。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的Ni基合金，其特征在于，
所述氮化物为氮化钛。
Ni基合金
技术领域
背景技术
[0003] 以往，例如专利文献1、2所示，作为在航空器、燃气涡轮等中使用的部件的原料，广泛适用有Ni基合金。
[0007] 然而，专利文献1中，虽然对氮量的上限值进行了限制，但与氮化物的最大粒径无关。因此，存在即使降低氮量也无法稳定地得到疲劳强度充分的Ni基合金的问题。
[0008] 并且，专利文献2中，规定了碳化物及氮化物的最大粒径为10μm以下。但是，由于Ni基合金用作航空器、发电用燃气涡轮部件，因此洁净度本来就非常高。因此，要观察所有部位并掌握最大粒径，实际上存在难点。专利文献2的实施例中，测定碳化物的粒径，在这一点上也给出了难以掌握氮化物的最大粒径的启示。并且，为了预测氮化物的最大粒径，实际测定的视场中的最大氮化物粒径的分布非常重要。但是，引用文献2中，对于这一点完全没有记载，因此无法预测氮化物的估计最大粒径。
[0009] 专利文献3、4中，在析出较多的比较大的非金属夹杂物的Fe-Ni合金中，将粒径尤其容易变大的氧化物作为测定对象。因此，Ni基合金中为了提高疲劳强度而估计氮化物的最大粒径非常难，并需要各种研究。并且，在Ni基合金中，通过再熔解和真空熔解等，氧量及氮量减少。因此，Ni基合金中，与铁钢材料相比非金属夹杂物的数量较少且尺寸也较小。而且，Ni基合金包含各种相，因此无法与钢铁领域同样地实施发光模式的分离和非金属夹杂物的观察。
[0010] 因此，即使仅应用钢铁领域中被实施的方法，也无法充分地评价Ni基合金中的氮化物与疲劳强度之间的关系。
[0011] 专利文献1：日本特开昭61-139633号公报
[0012] 专利文献2：日本特开2009-185352号公报
[0013] 专利文献3：日本特开2005-265544号公报
[0014] 专利文献4：日本特开2005-274401号公报
发明内容
[0015] 该发明是鉴于前述情况而完成的。发明者等得到Ni基合金中的氮化物的最大粒径对疲劳强度产生很大的影响的研究结果。并且，实际上难以观察作为对象的所有截面，因此考察预测对象截面积中的氮化物的估计最大尺寸与疲劳强度之间的关系。根据上述研究结果及考察的结果，发明者等完成了本发明。本发明的目的在于提供一种机械特性、尤其疲劳强度优异的Ni基合金。
[0016] 为了解决上述课题并实现上述目的，本发明的一方式所涉及的Ni基合金，其中，以测定视场面积S0进行观察而计算出对于存在于视场内的最大尺寸的氮化物的面积A以D1/2
＝A 定义的面积等径D，以测定视场数n反复实施该作业而获取n个面积等径D的数据，按升序排列这些面积等径D的数据并设为D1、D2、......、Dn，求出以下式(1)定义的标准化变量yj，
＝A 定义的面积等径D，以测定视场数n反复实施该作业而获取n个面积等径D的数据，按升序排列这些面积等径D的数据并设为D1、D2、......、Dn，求出以下式(1)定义的标准化变量yj，
[0017] yj＝-ln[-ln{j/(n+1)}] (1)
[0018] (其中，上式(1)中，j表示按升序排列面积等径D的数据时的位次数。)[0019] 将X轴设为面积等径D且将Y轴设为标准化变量yj，在XY轴坐标上进行标绘而求2
出回归直线yj＝a×D+b(a、b为常数)，将预测对象截面积S设为100mm 并由下式(2)求出yj，
出回归直线yj＝a×D+b(a、b为常数)，将预测对象截面积S设为100mm 并由下式(2)求出yj，
[0020]
[0021] 通过将所得到的yj的值代入所述回归直线来求出氮化物的估计最大尺寸时，该氮化物的估计最大尺寸被设为面积等径且为25μm以下。
[0022] 本发明的一方式所涉及的Ni基合金中，将预测对象截面积S设为100mm2时的氮化物的估计最大尺寸为面积等径且为25μm以下，因此，在Ni基合金的内部不存在尺寸较大的氮化物。因此，能够提高Ni基合金的机械特性。
[0023] 另外，观察氮化物时，优选倍率400～1000倍且将测定视场数n设为30以上。并且，在测定氮化物的面积时，优选首先利用图像处理来获取亮度分布，并确定亮度的阈值而使氮化物、母相、及碳化物等分离，接着测定氮化物的面积。此时，也可以利用色差(RGB)来代替亮度。
[0024] 在此，本发明的一方式所涉及的Ni基合金优选包含：Cr，13质量％以上且30质量％以下；和Al及Ti中的至少一种以上，8质量％以下。
[0025] 铬(Cr)形成良好的保护被膜而提高合金的高温耐氧化性及高温耐硫化性等高温耐腐蚀性，因此优选添加Cr。并且，其含量小于13质量％时，从高温耐腐蚀性的观点来看并不优选。并且，若其含量超过30质量％，则从容易析出有害的金属间化合物相的观点来看并不优选。
[0026] 并且，铝(Al)、钛(Ti)构成作为主要的析出强化相的γ′相(Ni3Al)而提高高温拉伸特性、蠕变特性、及蠕变疲劳特性，并具有带来高温强度的作用。因此，优选添加Al及Ti中的任一种或两种。另一方面，若其含量超过8质量％，则从热加工性下降的观点来看并不优选。
[0027] 另外，除了上述Cr、Al及Ti以外，还可以包含25质量％以下的Fe。
[0028] 铁(Fe)廉价而经济并且具有提高热加工性的作用，因此优选根据需要添加Fe。其含量从高温强度的观点来看优选为25质量％以下。
[0029] 并且，还可以包含0.01质量％以上且6质量％以下的Ti。
[0030] 这些组成的Ni基合金中，耐热性及强度优异，并能够适用于在航空器、燃气涡轮等高温环境下所使用的部件。
[0031] 并且，作为所述氮化物，优选将氮化钛作为对象。
[0032] Ti为活性元素，因此容易生成氮化物。氮化钛的截面呈多角形状，因此即使尺寸较小，也对机械特性产生很大的影响。因此，根据上述方法，通过高精度地对Ni基合金中的氮化钛的最大尺寸进行评价而能够可靠地提高Ni基合金的机械特性。
[0035] 图2是表示本实施方式的Ni基合金中，将氮化物的面积等径及标准化变量标绘在XY坐标上的结果的曲线图。
[0036] 图3是表示实施例中，将氮化物的面积等径及标准化变量标绘在XY坐标上的结果的曲线图。
具体实施方式
[0037] 以下，对本发明的一实施方式的Ni基合金进行说明。
[0038] 本实施方式的Ni基合金包含：Cr，13质量％以上且30质量％以下；Fe，25质量％以下；Ti，0.01质量％以上且6质量％以下；余量为Ni及不可避免的杂质。
[0039] 并且，在本实施方式的Ni基合金中，以测定视场面积S0进行观察而计算出对于存1/2
在于视场内的最大尺寸的氮化物的面积A以D＝A 定义的面积等径D，以测定视场数n反复实施该作业而获取n个面积等径D的数据，按升序排列这些面积等径D的数据并设为D1、D2、......、Dn，并求出以下式(1)定义的标准化变量yj，
在于视场内的最大尺寸的氮化物的面积A以D＝A 定义的面积等径D，以测定视场数n反复实施该作业而获取n个面积等径D的数据，按升序排列这些面积等径D的数据并设为D1、D2、......、Dn，并求出以下式(1)定义的标准化变量yj，
[0040] yj＝-ln[-ln{j/(n+1)}] (1)
[0041] (其中，上式(1)中，j为按升序排列面积等径D的数据时的位次数。)[0042] 将X轴设为面积等径D且将Y轴设为标准化变量yj，并在XY轴坐标上进行标绘而2
求出回归直线yj＝a×D+b(a、b为常数)，将预测对象截面积S设为100mm 而由下式(2)求出yj，
求出回归直线yj＝a×D+b(a、b为常数)，将预测对象截面积S设为100mm 而由下式(2)求出yj，
[0043]
[0044] 通过将所得到的yj的值代入所述回归直线来计算氮化物的估计最大尺寸时，该氮化物的估计最大尺寸被设为面积等径并为25μm以下。
[0045] 另外，本实施方式中，该氮化物主要为氮化钛。
[0046] 在此，参考图1、2对上述氮化物的估计最大尺寸的估计方法进行说明。
[0047] 首先，设定用显微镜观察的测定视场面积S0，并观察该测定视场面积S0内的氮化物。此时，优选将观察倍率设为400～1000倍。并且，如图1所示，在测定视场面积S0内所观察的氮化物中选择最大尺寸的氮化物。为了高精度地测量尺寸，放大所选择的氮化物，1/2
并测定其面积A而计算面积等径D＝A 。此时，优选将观察倍率设为1000倍～3000倍。
并测定其面积A而计算面积等径D＝A 。此时，优选将观察倍率设为1000倍～3000倍。
[0048] 另外，观察氮化物时，优选以倍率400～1000倍进行。测定视场数n优选30以上，更优选50以上。并且，在测定氮化物的面积时，优选首先利用图像处理来获得亮度分布，确定亮度的阈值而使氮化物、母相及碳化物等分离，接着测定氮化物的面积。此时，也可以利用色差(RGB)来代替亮度。尤其，存在如专利文献1中的碳化物时，有时仅以亮度难以与氮化物进行区分。因此，更优选以色差(RGB)进行分离。并且，用扫描型电子显微镜对供观察的试样进行观察，利用设置于扫描型电子显微镜的能量分散型X射线分析装置(EDS)来进行分析。其结果，确认到氮化物为氮化钛。
[0049] 以测定视场数n反复实施该作业而获取n个面积等径D的数据。并且，按升序排列该n个面积等径D而得到D1、D2、......、Dn的数据。
[0050] 并且，利用D1、D2、......、Dn的数据，求出以下式(1)定义的标准化变量yj，[0051] yj＝-ln[-ln{j/(n+1)}] (1)
[0052] 其中，上式(1)中，j表示按升序排列面积等径D的数据时的位次数。
[0053] 接着，如图2所示，将n个面积等径D1、D2、......、Dn的数据设为X轴，将与这些数据对应的标准化变量y1、y2、......yn的值设为Y轴，并在XY坐标上标绘这些数据。
[0054] 并且，由该标绘求出回归直线yj＝a×Dj+b(a、b为常数)。
[0055] 接着，由下式(2)计算出yj的解。此时，将预测对象截面积S设为S＝100mm2。2
即，由式(2)计算出与预测对象截面积S(＝100mm)对应的yj的值，
即，由式(2)计算出与预测对象截面积S(＝100mm)对应的yj的值，
[0056]
[0057] 图2所示的曲线图中，与预测对象截面积S对应的yj的值(图2中的直线H)的回归直线的Dj的值成为氮化物的估计最大尺寸。本实施方式中，该估计最大尺寸为25μm以下。
[0058] 以下，对本实施方式的Ni基合金的制造方法的一例进行说明。
[0059] 配合包含Ti、Al以外的元素的熔解原料，在真空熔解炉中进行熔解。此时，作为Ni、Cr或Fe等原料，使用氮含量较少的高纯度原料。
[0060] 在开始熔解之前，以高纯度氩气反复三次以上而替换炉内气氛。之后，进行真空抽取而使炉内温度上升。并且，以规定时间保持熔融金属，接着添加作为活性金属的Ti、Al，并保持规定时间。并且，注入铸模中而获得铸锭。从防止氮化物的粗大化的观点来看，优选尽可能的在即将浇铸之前添加Ti。对该铸锭实施塑性加工，并制造出无铸造组织的钢坯。
[0061] 通过该种制造方法制造出的Ni基合金中的氮浓度较低。并且，作为活性元素的Ti保持在高温下的时间较短。因此，能够抑制氮化钛的发生和生长。由此，如上述，将预测对2
象截面积S设为S＝100mm 时的氮化物(氮化钛)的估计最大尺寸成为25μm以下。
象截面积S设为S＝100mm 时的氮化物(氮化钛)的估计最大尺寸成为25μm以下。
[0062] 根据具有如上特征的本实施方式的Ni基合金，将预测对象截面积S设为100mm2时的氮化物的估计最大尺寸为面积等径Dj并为25μm以下。因此，在Ni基合金的内部不存在尺寸较大的氮化物，而能够提高Ni基合金的机械特性。
[0063] 尤其，本实施方式中，含有作为活性元素的Ti，氮化物为氮化钛。氮化钛具有多角形状的截面，因此即使尺寸较小也对机械特性产生很大的影响。因此，通过上述方法，能够高精度地对Ni基合金中的氮化钛的最大尺寸进行评价，从而可靠地提高Ni基合金的机械特性。
[0064] 以上，对本发明的实施方式的Ni基合金进行了说明，但本发明并不限定于此，在不脱离本发明的要件的范围内能够适当进行变更。
[0065] 对例如具有如下组成的Ni基合金进行说明：包含13质量％以上且30质量％以下的Cr、25质量％以下的Fe、及0.01质量％以上且6质量％以下的Ti，且余量为Ni及不可避免的杂质，但并不限定于此，也可为其他组成的Ni基合金。例如，也可以含有Al。
[0066] 并且，该Ni基合金的制造方法并不限定于本实施方式中所例示的方法，也可以适2
用其他制造方法。通过上述方法对氮化物进行评价，其结果将预测对象截面积S设为100mm时的氮化物的估计最大尺寸为面积等径且为25μm以下即可。
用其他制造方法。通过上述方法对氮化物进行评价，其结果将预测对象截面积S设为100mm时的氮化物的估计最大尺寸为面积等径且为25μm以下即可。
[0067] 例如，也可以采用对在真空熔解炉内熔解的熔融金属，使高纯度Ar气体冒泡而降低熔融金属中的氮浓度，接着添加Ti等活性元素的方法。
[0069] 实施例
[0070] 以下，对为了确认本发明的效果而进行的确认实验的结果进行说明。
[0071] (本发明例A～E)
[0072] 用真空熔解炉对表1所示的合金10kg进行熔解。首先，将酸洗的Ni、Cr、Fe、Nb、Mo、Co等原料装填至坩埚内，并进行高频熔解。此时，熔解温度被设为1450℃，使用由高纯度MgO构成的坩埚。装填Ni、Cr、Fe、Nb、Mo、Co等原料，接着，在开始熔解之前，以高纯度氩气反复三次以上而替换炉内气氛。之后，进行真空抽取并使炉内温度上升。
[0073] 并且，以如下(i)、(ii)方式实施作为活性元素的Ti、Al的添加。
[0074] (i)将作为活性元素的Ti、Al的添加量的一半与Ni、Cr、Fe、Nb、Mo、Co等原料同时装填到坩埚内。并且，熔化之后经过10分钟之后，添加剩余的一半。
[0075] (ii)原料熔化之后经过10分钟之后，添加Ti、Al的全部量。
[0076] 保持3分钟被成分调整的熔融金属，接着注入铸铁制的铸模(φ80×250H)中，并制造出铸锭。相对于该铸锭，进行通过锻压给予1.5的塑性变形的开坯锻造，并制造出无铸造组织的钢坯。此时，铸锭中的氮含量在50～300ppm的范围内。
[0077] (比较例F、G)
[0078] 用高频熔解炉对表1所示的合金10kg进行大气熔解。首先，将未酸洗的Ni、Cr、Fe、Nb、Mo、Co、Ti及Al等原料装填至坩埚内，进行熔解。此时，熔解后，以1500℃保持10分钟，接着以1450℃保持10分钟。使用由高纯度MgO构成的坩埚。以1450℃保持10分钟，接着，注入铸铁制的铸模(φ80×250H)中并制造出铸锭。对该铸锭，进行通过锻压给予1.5的塑性变形的开坯锻造，并制造出无铸造组织的钢坯。此时，铸锭中的氮含量在300～
500ppm的范围内。
500ppm的范围内。
[0079] 从所得到的钢坯切出组织观察用试料，进行研磨并实施显微镜观察。并且，通过上2
述顺序计算出将估计对象截面积S设为S＝100mm 时的氮化物的估计最大尺寸。另外，本
2
实施方式中，将测定视场面积S0设为S0＝0.306mm。在测定视场面积S0内的最大尺寸的氮化物的选择在倍率为450倍的观察下进行，所选择的氮化物的面积测定在1000倍的观察下进行。将测定视场数n设为n＝50。
述顺序计算出将估计对象截面积S设为S＝100mm 时的氮化物的估计最大尺寸。另外，本
2
实施方式中，将测定视场面积S0设为S0＝0.306mm。在测定视场面积S0内的最大尺寸的氮化物的选择在倍率为450倍的观察下进行，所选择的氮化物的面积测定在1000倍的观察下进行。将测定视场数n设为n＝50。
[0080] 图3表示将数据标绘在XY坐标上而得到的回归直线。在此，将估计对象截面积S2 2
设为S＝100mm，将测定视场面积S0设为S0＝0.306mm 时的标准化变量yj为yj＝5.78。
yj＝5.78的直线与回归直线的交点的X坐标的值(面积等径Dj)为氮化物的估计最大尺寸。本发明例A～E中确认到氮化物的估计最大尺寸(面积等径Dj)为25μm以下。另一方面，比较例F、G中确认到氮化物的估计最大尺寸(面积等径Dj)超过25μm。
设为S＝100mm，将测定视场面积S0设为S0＝0.306mm 时的标准化变量yj为yj＝5.78。
yj＝5.78的直线与回归直线的交点的X坐标的值(面积等径Dj)为氮化物的估计最大尺寸。本发明例A～E中确认到氮化物的估计最大尺寸(面积等径Dj)为25μm以下。另一方面，比较例F、G中确认到氮化物的估计最大尺寸(面积等径Dj)超过25μm。
[0081] 接着，从所得到的钢坯切出测定试料，并进行Ni基合金中的氮浓度的测定。氮浓度通过在惰性气体中熔解并导热法求出。由于TiN很难分解，因此升温到温度3000℃之后进行测定。
[0082] 并且，从所得到的钢坯制作出试样，并通过低循环疲劳试验对疲劳强度进行评价。低循环疲劳试验依照ASTM E606在气氛温度600℃、最大变形0.94％、最大最小应力比0、及频率0.5Hz的条件下进行，并测定断裂次数(以至断裂为止的试验循环的反复次数)。通过该断裂次数对疲劳强度进行评价。另外，试样的表面通过进行机械加工，接着进行研磨而完成。将评价结果示于表1。
[0083]
[0084] 将预测对象截面积S设为100mm2时的氮化物的估计最大尺寸为面积等径且超过25μm的比较例F、G中确认到断裂次数较少，疲劳强度较低。
[0085] 相反，将预测对象截面积S设为100mm2时的氮化物的估计最大尺寸为面积等径且为25μm以下的本发明例A～E中确认到疲劳强度大幅提高。
[0086] 产业上的可利用性
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
合金热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈