已知构成燃气轮机的各种机械部件一般用Ni基耐热合金制作，作 为构成这些各种机械部件的Ni基耐热合金，已知例如按质量％计具有如 下组成的耐热合金。
19.5％Cr-13.5％Co-4.3％Mo-1.4％Al-3％Ti-0.6％C-0.05％Zr-0.006％B- 其余部分包含Ni的Ni基耐热合金，
19％Cr-11％Co-9.8％Mo-1.5％Al-3.2％Ti-0.09％C-0.007％B-其余部分 包含Ni的Ni基耐热合金，
19％Cr-12％Co-6％Mo-1％W-2％Al-3％Ti-0.03％C-0.007％B-其余部 分包含Ni的Ni基耐热合金，
16％Cr-8.5％Co-1.8％Mo-2.6％W-1.8％Ta-0.9％Nb-3.5％Al-3.5％Ti-0.1 1％C-0.05％Zr-0.01％B-其余部分包含Ni的Ni基耐热合金。
由这些Ni基耐热合金制成的燃气轮机的各种机械部件通过熔接制 作。作为用于熔接这些Ni基耐热合金的丝的一例，提供一种具有如下 成分组成的Ni基耐热合金熔接用丝，即，按质量％计，Cr：18～22％、 Co：10％以下、Al：0.2～0.7％、Ta，Mo和W之中的1种或2种：15～28％、 C：0.09％以下、Zr：0.06％以下、B：0.015％以下、Mn：0.4～1.2％、Si：0.2～ 0.45％、其余部分包含Ni和不可避免的杂质。该Ni基耐热合金熔接用 丝可以在室温下(即、不预先加热要修复的部件)进行TIG熔接或MIG熔 接，该熔接部分被认为具有优异的延展性、良好的耐氧化性以及必要的 高温抗拉强度和耐蠕变性(参照专利文献1：日本特开2001-158929号公 报)

近年来，要求通过提高采用熔接来制造各种机械部件的速度来减少 制造成本，进而加快采用熔接的修复作业。同时要求根据使用环境的高 温化、提高熔接部的高温强度。因此，尝试要通过以更高的输出效率进 行熔接来提高熔接速度，由此快速并高效地进行熔接作业。然而，如果 提高熔接速度，则在熔接部容易产生主要因流动性差(湯回り不良)而引 起的熔接金属裂缝，尤其是获得越高温强度的熔接棒则熔接金属裂缝变 得越明显。因此，有碍于采用熔接的Ni基耐热合金制各种机械部件的 制造和采用熔接的修复作业的快速化。
因此，本发明人为了解决所述课题进行了研究，结果获得了以下 (A)～(D)所示的研究结果。
(A)具有如下成分组成、并且具有M6C型碳化物和MC型碳化物均 匀分散在γ相基质(地)中的组织的Ni基耐热合金熔接用丝，与以往 的Ni基耐热合金熔接用丝相比，即使高速熔接Ni基耐热合金制的各种 机械部件，在熔接部也难以产生主要因流动性差而引起的熔接金属裂 缝，所述成分组成为：按质量％计，含有Cr：14.0～21.5％、Co：6.5～14.5％、 Mo：6.5～10.0％、W：1.5～3.5％、Al：1.2～2.4％、Ti：1.1～2.1％、Fe：7.0％ 以下、B：0.0001～0.020％、C：0.03～0.15％，进一步根据需要含有Nb：0.1～ 1.0％，其余包含Ni和不可避免的杂质，将上述不可避免的杂质而含有 的S和P的含量分别规定为S：0.004％以下、P：0.010％以下。
(B)上述M6C型碳化物中的M优选具有如下成分组成：含有 Ni：12.0～45.0％、Cr：9.0～22.0％、Co：0.5～13.5％、W：2.0～24.0％、Al：5.0％ 以下、Ti：0.5～6.0％，进一步根据需要含有Nb：1.0％以下，其余部分包含 Mo和不可避免的杂质。
上述MC型碳化物中的M优选具有如下成分组成：含有Ni：7.0％以 下、Cr：6.0％以下、Co：12.0％以下、Mo：57.0％以下、W：15％以下、Al：6.0％ 以下，进一步根据需要含有Nb：65％以下，其余部分包含Ti和不可避免 的杂质。
(C)上述M6C型碳化物和MC型碳化物更加优选平均粒径均为 0.3～4.0μm，M6C型碳化物和MC型碳化物以合计为0.5～16.0面积％的 比例均匀分散在基质中。
(D)满足上述(A)～(C)所述条件的熔接用丝，可以无熔接金属裂缝 地高速熔接，熔接部的高温抗拉强度和高温延展性优异，还可以适用于 MIG熔接。
本发明是基于所述研究结果完成的，具有以下形态。
(1)本发明的第1形态是一种Ni基耐热合金熔接用丝，其具有如下 成分组成、并且具有M6C型碳化物和MC型碳化物均匀分散在γ相基质 中的组织；所述成分组成为：按质量％计，含有Cr：14.0～21.5％、Co：6.5～ 14.5％、Mo：6.5～10.0％、W：1.5～3.5％、Al：1.2～2.4％、Ti：1.1～2.1％、 Fe：7.0％以下、B：0.0001～0.020％、C：0.03～0.15％，其余包含Ni和不可 避免的杂质，按质量％计，将作为上述不可避免的杂质含有的S和P的 含量分别规定为S：0.004％以下、P：0.010％以下。
(2)本发明的第2形态是一种Ni基耐热合金熔接用丝，其具有如下 成分组成、并且具有M6C型碳化物和MC型碳化物均匀分散在基质中的 组织，所述基质为γ′相均匀分散在γ相中的基质；所述成分组成为：按 质量％计，含有Cr：14.0～21.5％、Co：6.5～14.5％、Mo：6.5～10.0％、W：1.5～ 3.5％、Al：1.2～2.4％、Ti：1.1～2.1％、Fe：7.0％以下、Nb：0.1～1.0％、 B：0.0001～0.020％、C：0.03～0.15％，其余包含Ni和不可避免的杂质， 按质量％计，将作为上述不可避免的杂质而含有的S和P的含量分别规 定为S：0.004％以下、P：0.010％以下。
(3)本发明的第3形态是如上述第1形态所述的Ni基耐热合金熔接 丝，其中，上述M6C型碳化物中的M具有如下成分组成，即，按质量 ％计含有Ni：12.0～45.0％、Cr：9.0～22.0％、Co：0.5～13.5％、W：2.0～ 24.0％、Al：5.0％以下、Ti：0.5～6.0％，其余部分包含Mo和不可避免的杂 质，上述MC型碳化物中的M具有如下成分组成，即，按质量％计，含 有Ni：7.0％以下、Cr：6.0％以下、Co：12.0％以下、Mo：57.0％以下、W：15％ 以下、Al：6.0％以下，其余部分包含Ti和不可避免的杂质。
(4)本发明的第4形态是如上述第2形态所述的Ni基耐热合金熔接 丝，其中，上述M6C型碳化物中的M具有如下成分组成，即，按质量 ％计，含有Ni：12.0～45.0％、Cr：9.0～22.0％、Co：0.5～13.5％、W：2.0～ 24.0％、Al：5.0％以下、Ti：0.5～6.0％、Nb：1.0％以下，其余部分包含Mo 和不可避免的杂质；上述MC型碳化物中的M具有如下成分组成，即， 按质量％计，含有Ni：7.0％以下、Cr：6.0％以下、Co：12.0％以下、Mo：57.0％ 以下、W：15％以下、Nb：65％以下、Al：6.0％以下，其余部分包含Ti和不 可避免的杂质。
(5)本发明的第5方案是如上述第1、第2、第3、第4中任一方案 所述的Ni基耐热合金熔接丝，其中，上述M6C型碳化物和MC型碳化 物均具有0.3～4.0μm的平均粒径，M6C型碳化物和MC型碳化物以合 计为0.5～16.0面积％的比例均匀分散在基质中。
本发明的具有上述成分组成以及具有M6C型碳化物和MC型碳化 物均匀分散在基质中的组织的Ni基耐热合金熔接用丝，可以通过以下 的制造方法得到。通过熔解具有如下成分组成的Ni基耐热合金来得到 铸锭(ingot)，所述成分组成为：按质量％计，含有Cr：14.0～21.5％、 Co：6.5～14.5％、Mo：6.5～10.0％、W：1.5～3.5％、Al：1.2～2.4％、Ti：1.1～ 2.1％、Fe：7.0％以下、B：0.0001～0.020％、C：0.03～0.15％，进一步根据 需要含有Nb：0.1～1.0％，其余包含Ni和不可避免的杂质，按质量％计， 将作为上述不可避免杂质含有的S和P的含量分别规定为S：0.004％以 下、P：0.010％以下。在对所得到的铸锭反复实施热锻造、热轧等热加工 的工序中，加热到γ′溶线(solvus)+20℃～γ′溶线(solvus)+200℃的温度之 后，在加热温度～γ′溶线(solvus)-150℃的温度区域对所希望的制品区域 进行至少2次以上加工率为15％以上的加工。其后，根据需要进行冷加 工后，进行在加热到γ′溶线(solvus)+20℃～γ′溶线(solvus)+200℃之后进 行冷却的溶体化处理。这样，获得本发明的具有上述成分组成以及具有 M6C型碳化物和MC型碳化物均匀分散在基质中的组织的Ni基耐热合 金熔接用丝。
接着，说明本发明将Ni基耐热合金熔接用丝的成分组成和组织如 上限定的理由。
[I]成分组成
(a)铬(Cr)
Cr成分具有如下作用：形成良好的保护被膜而提高合金的高温耐氧 化性和高温耐硫化性等高温耐腐蚀性，进而与C形成M6C型碳化物和 MC型碳化物，使金属液流动性提高。然而，Cr的含量按质量％计小于 14.0％时，无法确保充分的高温耐氧化性和高温耐腐蚀性。另一方面， Cr的含量超过21.5％时，析出σ相或μ相等有害相，招致高温耐氧化性 和高温耐腐蚀性的降低并且导致脆化、熔接性降低，因此不优选。因此， 按质量％计，将本发明的Ni基耐热合金熔接用丝中所含的Cr量定为 14.0～21.5％。Cr含量更优选的范围按质量％计为15.5～20.0％。
(b)钴(Co)
Co成分具有如下作用：主要固溶于基质(γ相)而提高蠕变特性，形 成MC型碳化物，使金属液流动性提高。然而，Co的含量按质量％计小 于6.5％时，无法赋予充分的蠕变特性，因而不优选。另一方面，含有 Co超过14.5％时，热加工性和冷加工性降低，并且使在使用燃烧器等时 的高温延展性降低，因而不优选。因此，按质量％计，将Co的含量定 为6.5～14.5％。Co的含量更优选的范围按质量％计为7.5～13.5％。
(c)钼(Mo)
Mo成分具有如下作用：固溶于基质(γ相)而提高高温拉伸特性、蠕 变特性和蠕变疲劳特性，该作用尤其是在与W共存的条件下发挥复合 效果。进而，Mo具有与C形成M6C型碳化物和MC型碳化物而提高金 属液流动性的作用。然而，Mo的含量按质量％计小于6.5％时，无法赋 予充分的高温延展性和蠕变疲劳特性。另一方面，含有Mo超过10.0％ 时，热加工性和冷加工性降低，并且μ相等有害相析出而导致脆化，熔 接性降低，因此不优选。因此，按质量％计，将Mo的含量定为6.5～ 10.0％。Mo的含量更优选的范围按质量％计为7.0～9.5％。
(d)钨(W)
W成分具有如下作用：固溶于基质(γ相)和γ′相而提高高温拉伸特 性、蠕变特性和蠕变疲劳特性。此外，W成分还具有如下作用：在与 Mo共存的条件下，向基质固溶强化而发挥复合强化作用，进而与C形 成M6C型碳化物和MC型碳化物而使金属液流动性提高。然而W的含 量按质量％计小于1.5％时，无法赋予充分的高温延展性和蠕变疲劳特 性。另一方面，W的含量超过3.5％时，热加工性和冷加工性降低并且 熔接性也降低，因此不优选。因此，按质量％计，将W的含量定为1.5～ 3.5％。W的含量更优选的范围按质量％计为2.0～3.0％。
(e)铝(Al)
Al成分具有如下作用：通过进行时效处理而构成作为主要析出强化 相的γ′相(NiAl)，从而提高高温拉伸特性、蠕变特性和蠕变疲劳特性。 然而，Al的含量按质量％计小于1.2％时γ′相的析出比例不充分，因此无 法确保所希望的高温强度。另一方面，Al的含量超过2.4％时，热加工 性和冷加工性降低，并且γ′相的构成量过量，延展性降低且熔接性降低， 因此不优选。因此，按质量％计，将Al的含量定为1.2～2.4％。Al的含 量更优选的范围按质量％计为1.4～2.2％。
(f)钛(Ti)
Ti成分具有如下作用：主要固溶于γ′相而提高高温拉伸特性、蠕变 特性和蠕变疲劳特性，进而与C形成MC型碳化物而使金属液流动性提 高。然而Ti的含量按质量％计小于1.1％时，γ′相的析出比例不充分，因 此无法确保所希望的高温强度。另一方面，Ti的含量超过2.1％则热加 工性和冷加工性降低，因此不优选。因此按质量％计，将Ti的含量定为 1.1～2.1％。Ti的含量更优选的范围按质量％计为1.3～1.9％。
(g)硼(B)
B成分具有如下作用：与Cr或Mo等形成M3B2型硼化物而使金属 液流动性提高。然而，B的含量按质量％计小于0.0001％时，硼化物的 构成量不充分而无法获得充分的金属液流动性。另一方面，含有B超过 0.020％时，硼化物的构成量过量而热加工性、冷加工性、熔接性等降低， 因此不优选。因此，按质量％计，将B的含量定为0.0001～0.020％。B 的含量更优选的范围按质量％计为0.0002～0.010％。
(h)炭(C)
C成分具有如下作用：与Ti或Mo等形成M6C型碳化物或MC型 碳化物而使金属液流动性提高，从而提高熔接速度。然而C的含量按质 量％计小于0.03％时，由于M6C型碳化物或MC型碳化物的构成量不充 分而无法获得充分的金属液流动性。另一方面，含有C超过0.15％时， 碳化物的构成量变得过量而热加工性、冷加工性和熔接性降低，因此不 优选。因此，按质量％计，将C的含量定为0.03～0.15％。C的含量更 优选的范围按质量％计为0.05～0.12％。
(i)铁(Fe)
Fe成分由于廉价经济而且具有使热加工性提高的作用，因而根据需 要来添加。然而，Fe的含量超过7％时，熔接性和高温强度劣化，因此 不优选。因此，按质量％计，将Fe的含量定为7％以下(包括0％)(更优 选4％以下)。
(j)硫(S)和磷(P)
S和P进行高速熔接时都会偏析到晶界而导致熔接金属裂缝，特别 是在与C共存的条件下该倾向变得明显。因此，它们的含量优选尽可能 低。然而，S许可的上限为0.004％，P许可的上限为0.010％。因此，按 质量％计，将S和P的含量定为S≤0.004％、P≤0.010％(更优选S≤0.002％、 P≤0.008％)。
(k)铌(Nb)
Nb成分固溶于基质(γ相)和γ′相中而提高高温拉伸特性、蠕变特性 和蠕变疲劳特性，获得高温强度。而且Nb还具有与C形成MC型碳化 物而使金属液流动性提高的作用。因此根据需要添加Nb，其含量按质 量％计小于0.1％时无法赋予充分的蠕变疲劳特性。另一方面，Nb的含 量超过1.0％时，热加工性、冷加工性和熔接性降低，因此不优选。因此 按质量％计，将Nb的含量定为0.1～1.0％。Nb的含量更优选的范围按 质量％计为0.2～0.8％。
[II]碳化物
将具有如下成分组成的Ni基耐热合金熔解而得到铸锭，即，按质 量％计，含有Cr：14.0～21.5％、Co：6.5～14.5％、Mo：6.5～10.0％、W：1.5～ 3.5％、Al：1.2～2.4％、Ti：1.1～2.1％、Fe：7.0％以下、B：0.0001～0.020％、 C：0.03～0.15％，进一步根据需要含有Nb：0.1～1.0％，其余包含Ni和不 可避免的杂质，按质量％计，将作为上述不可避免的杂质而含有的S和 P的含量分别规定为S：0.004％以下、P：0.010％以下。在对所得到的铸锭 反复实施热锻造、热轧等热加工的工序中，在加热到γ′溶线 (solvus)+20℃～γ′溶线(solvus)+200℃的温度之后，在加热温度～γ′溶线 (solvus)-150℃的温度范围对所希望的制品区域进行至少2次以上加工率 为15％以上的加工。然后，根据需要进行冷加工后，进行在加热到γ′溶 线(solvus)+20℃～γ′溶线(solvus)+200℃之后进行冷却的溶体化处理。通 过上述方法所形成的Ni基耐热合金熔接用丝，在基质中形成以面积％ 计为0.5～16.0％的平均粒径为0.3～4.0μm的M6C型碳化物和MC碳化 物。此外，上述M6C型碳化物中的M具有如下成分组成：按质量％计， 含有Ni：12.0～45.0％、Cr：9.0～22.0％、Co：0.5～13.5％、W：2.0～24.0％、 Al：5.0％以下、Ti：0.5～6.0％，进一步根据需要含有Nb：1.0％以下，其余 部分包含Mo和不可避免的杂质；上述MC型碳化物中的M具有如下成 分组成：按质量％计，含有Ni：7.0％以下、Cr：6.0％以下、Co：12.0％以下、 Mo：57.0％以下、W：15％以下、Al：6.0％以下，进一步根据需要含有Nb：65％ 以下，其余部分包含Ti和不可避免的杂质。
如此形成的M6C型碳化物和MC碳化物都具有提高金属液流动性 的作用，因此可以以任意比例均匀分散在本发明的Ni基耐热合金制丝 的基质中。然而，这些碳化物的平均粒径小于0.3μm、按面积率计小于 0.5％地分散时，有时无法充分发挥金属液流动性效果。另一方面，这些 碳化物的平均粒径超过4.0μm、面积率超过16.0％地分散时，在熔接部 容易引起合金元素的偏析、容易导致强度特性的降低。因此，更优选在 本发明的Ni基耐热合金基质中均匀分散的M6C型碳化物和MC碳化物 具有：0.3～4.0μm的平均粒径，M6C型碳化物和MC型碳化物以合计为 0.5～16.0面积％的比例均匀分散在基质中。
如上所述，本发明的熔接用丝由于可以高效地熔接燃气涡轮发动机 等各种机械部件，因此可以实现进一步的低成本化。

接着，通过实施例更具体地说明本发明的Ni基耐热合金制丝。
使用通常的高频真空熔解炉，熔制铸造分别具有表1～3所示成分 组成的Ni基合金熔液，分别制作直径：100mm、高：150mm的铸锭。将这 些铸锭进行热锻造，分别制作具有直径为20mm的大小的圆棒。
对这些圆棒进行冷拔加工，制作直径为2.4mm的具有表1～3所示 成分组成的、具有表4～6所示平均粒径的具有M6C型碳化物和MC碳 化物以表4～6所示面积率在基质中均匀分散的组织的本发明丝1～28 和比较丝1～18。进而，准备上述专利文献1所记载的具有如下成分组 成的以往的丝，即，Cr：20.75％、Co：6％、Al：0.42％、Ta：0.07％、W：18.55％、 C：0.06％、Zr：0.02％、B：0.01％、Mn：0.67％、Si：0.38％、其余部分包含Ni 和不可避免的杂质。
进而，准备具有如下组成的、板厚：8mm的Ni基耐热合金板作为熔接对 象，所述组成为：按质量％计包含19.5％Cr-13.5％Co-4.3％Mo-1.4％Al-3％Ti- 0.06％C-0.05％Zr-0.007％B-其余部分Ni。准备2片对该Ni基耐热合金板 施以60°的坡口加工得到的原料板。以这2片原料板形成Y字型坡口并 且形成1mm的最小板间隔的方式，放置在厚为15mm的束缚台上使其 对接束缚。将该对接束缚的原料板的坡口在如下条件下进行TIG熔接， 使得形成0.75m的焊道(ビ—ド)长度，所述条件为
电流密度：120A、熔接速度：5cm/min.
电流密度：120A、熔接速度：10cm/min.
电流密度：120A、熔接速度：15cm/min. 通过浸透探伤法观察有无熔接金属裂缝，将没有熔接金属裂缝的情况评 价为A，即使观察到一个熔接金属裂缝时也评价为B，将其结果示于表 4～6中。进而，对没有熔接金属裂缝的熔接后的原材料实施 850℃/24h/A.C.+760℃/16h/A.C.的时效处理，制作熔接部形成平行部中央 的拉伸试验片。使用这些拉伸试验片，将温度保持在800℃的高温来进 行高温拉伸试验，将其结果示于表4～6中。根据表中示出的结果评价 熔接部的高温拉伸强度。






由表1～6所示的结果可知，本发明丝1～28与比较丝1～18和以 往丝相比，即使高速熔接也没有熔接金属裂缝，而且熔接部的高温强度 优异。
以上说明本发明优选的实施例，但本发明并不限于这些实施例。在 不脱离本发明的宗旨的范围下，可以附加、省略、置换构成以及进行其 他变更。本发明并不被前述说明限定，而仅限于权利要求书的范围。
产业实用性
使用本发明的丝，即使是高速熔接Ni基耐热合金，也可以没有熔 接金属裂缝地形成具有优异高温强度的熔接部。采用熔接来制造、修复 Ni基耐热合金制的各种机械部件时，可以进行高速熔接，可以实现熔接 作业的迅速化和成本的削减。
本申请基于2006年4月14日在日本提出申请的特愿2006-111750 号和2007年4月9日提出申请的特愿2007-101375号要求优先权，并在 此援引其内容。