(57)【要約】【課題】強度、熱間加工性及び冷間加工性に優れたＮｉ−Ｃｕ合金の提供。【解決手段】Ｎｉ−Ｃｕ合金は、  Ｃｕ：２０．０質量％以上４０．０質量％以下、  Ｃ：０．０５質量％以上０．２５質量％以下、  Ｓｉ：２．０質量％以下、  Ｍｎ：１．５質量％以下、  Ａｌ：１．０質量％以上５．０質量％以下、  Ｔｉ：０．３０質量％以上１．００質量％以下、  Ｓ：０．０１０質量％以下、  Ｏ：５０ｐｐｍ以下、  Ｎ：１００ｐｐｍ以下、  Ｍｇ：３００ｐｐｍ以下、  Ｃａ：１００ｐｐｍ以下、及び  Ｂ：５０ｐｐｍ以下を含む。残部は、Ｎｉ及び不可避不純物である。平均結晶粒径ｄとＴ断面積ｓとの比（ｄ／ｓ）は、０．１０／ｍ以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ：２０．０質量％以上４０．０質量％以下、
Ｃ：０．０５質量％以上０．２５質量％以下、
Ｓｉ：２．０質量％以下、
Ｍｎ：１．５質量％以下、
Ａｌ：１．０質量％以上５．０質量％以下、
Ｔｉ：０．３０質量％以上１．００質量％以下、
Ｓ：０．０１０質量％以下、
Ｏ：５０ｐｐｍ以下、
Ｎ：１００ｐｐｍ以下、
Ｍｇ：３００ｐｐｍ以下、
Ｃａ：１００ｐｐｍ以下、
及び
Ｂ：５０ｐｐｍ以下
を含み、残部がＮｉ及び不可避不純物であり、平均結晶粒径とＴ断面積との比が０．１０／ｍ以下であるＮｉ−Ｃｕ合金。
【請求項２】
Ｃｕ：２０．０質量％以上４０．０質量％以下、
Ｃ：０．０５質量％以上０．２５質量％以下、
Ｓｉ：２．０質量％以下、
Ｍｎ：１．５質量％以下、
Ａｌ：１．０質量％以上５．０質量％以下、
Ｔｉ：０．３０質量％以上１．００質量％以下、
Ｓ：０．０１０質量％以下、
Ｏ：５０ｐｐｍ以下、
Ｎ：１００ｐｐｍ以下、
Ｍｇ：３００ｐｐｍ以下、
Ｃａ：１００ｐｐｍ以下、
Ｂ：５０ｐｐｍ以下
及び
Ｎｂ、Ｖ及びＷからなる群から選択された１種又は２種以上：１．０００質量％以下
を含み、残部がＮｉ及び不可避不純物であり、平均結晶粒径とＴ断面積との比が０．１０／ｍ以下であるＮｉ−Ｃｕ合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学プラント等の用途に適したＮｉ−Ｃｕ合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｉ−Ｃｕ合金は、耐食性に優れている。Ｎｉ−Ｃｕ合金は特に、海水環境における耐食性に優れている。Ｎｉ−Ｃｕ合金はさらに、強度に優れている。この強度は、金属間化合物の析出に起因する。強度に優れたＮｉ−Ｃｕ合金の一例が、特開２０００−２９７３３６公報に開示されている。
【０００３】
Ｎｉ−Ｃｕ合金は、概して熱間加工性に劣る。Ｎｉ−Ｃｕ合金が熱間鍛造に供されると、加熱割れが頻繁に起こる。
【０００４】
特開平８−７１６７９号公報には、所定量のＭｇが添加されたＮｉ−Ｃｕ合金が開示されている。このＭｇは、合金の熱間加工性に寄与しうる。
【０００５】
特開２００６−６３３９５公報には、ＭｇとＣａとの合計量が所定範囲であるＮｉ−Ｃｕ合金が開示されている。このＭｇ及びＣａは、合金の熱間加工性に寄与しうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２９７３３６公報
【特許文献２】特開平８−７１６７９号公報
【特許文献３】特開２００６−６３３９５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のＮｉ−Ｃｕ合金には、熱間加工性に関し、さらなる改善の要請がある。また、Ｎｉ−Ｃｕ合金の冷間加工性に関しても、改善の要請がある。
【０００８】
本発明の目的は、強度、熱間加工性及び冷間加工性に優れたＮｉ−Ｃｕ合金の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るＮｉ−Ｃｕ合金は、
Ｃｕ：２０．０質量％以上４０．０質量％以下、
Ｃ：０．０５質量％以上０．２５質量％以下、
Ｓｉ：２．０質量％以下、
Ｍｎ：１．５質量％以下、
Ａｌ：１．０質量％以上５．０質量％以下、
Ｔｉ：０．３０質量％以上１．００質量％以下、
Ｓ：０．０１０質量％以下、
Ｏ：５０ｐｐｍ以下、
Ｎ：１００ｐｐｍ以下、
Ｍｇ：３００ｐｐｍ以下、
Ｃａ：１００ｐｐｍ以下、
及び
Ｂ：５０ｐｐｍ以下
を含む。残部は、Ｎｉ及び不可避不純物である。平均結晶粒径とＴ断面積との比は、０．１０／ｍ以下である。
【００１０】
他の観点によれば、本発明に係るＮｉ−Ｃｕ合金は、
Ｃｕ：２０．０質量％以上４０．０質量％以下、
Ｃ：０．０５質量％以上０．２５質量％以下、
Ｓｉ：２．０質量％以下、
Ｍｎ：１．５質量％以下、
Ａｌ：１．０質量％以上５．０質量％以下、
Ｔｉ：０．３０質量％以上１．００質量％以下、
Ｓ：０．０１０質量％以下、
Ｏ：５０ｐｐｍ以下、
Ｎ：１００ｐｐｍ以下、
Ｍｇ：３００ｐｐｍ以下、
Ｃａ：１００ｐｐｍ以下、
Ｂ：５０ｐｐｍ以下
及び
Ｎｂ、Ｖ及びＷからなる群から選択された１種又は２種以上：１．０００質量％以下
を含む。残部は、Ｎｉ及び不可避不純物である。平均結晶粒径とＴ断面積との比は、０．１０／ｍ以下である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るＮｉ−Ｃｕ合金は、強度、熱間加工性及び冷間加工性の全てにおいて優れる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係るＮｉ−Ｃｕ合金は、Ｎｉ、Ｃｕ及び添加元素を含んでいる。以下、各元素について詳説する。
【００１３】
［銅（Ｃｕ）］
Ｃｕは、合金の強度、耐食性及び加工性に寄与する。この観点から、Ｃｕの含有率は２０．０質量％以上が好ましく、２２．０質量％以上がより好ましく、２７．０質量％以上が特に好ましい。過剰のＣｕは、合金の熱間加工性を阻害する。熱間加工性の観点から、Ｃｕの含有率は４０．０質量％以下が好ましく、３５．０質量％以下がより好ましく、３３．０質量％以下が特に好ましい。
【００１４】
［炭素（Ｃ）］
Ｃはマトリクスに固溶し、合金の強度を高める。強度の観点から、Ｃの含有率は０．０５質量％以上が好ましく、０．０８質量％以上がより好ましく、０．１０質量％以上が特に好ましい。Ｃが過剰であると、粗大な炭化物が析出する。この炭化物は、冷間加工時の割れを誘発する。冷間加工性の観点から、Ｃの含有率は０．２５質量％以下が好ましく、０．２０質量％以下がより好ましく、０．１５質量％以下が特に好ましい。
【００１５】
［ケイ素（Ｓｉ）］
Ｓｉは、脱酸剤として機能する。Ｓｉはさらに、合金の硬度を高める。これらの観点から、Ｓｉの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．０５質量％以上がより好ましく、０．１０質量％以上が特に好ましい。過剰のＳｉは、合金の靱性及び加工性を阻害する。靱性及び加工性の観点から、Ｓｉの含有率は２．０質量％以下が好ましく、１．０質量％以下がより好ましく、０．５質量％以下が特に好ましい。
【００１６】
［マンガン（Ｍｎ）］
Ｍｎは、脱酸剤として機能する。この観点から、Ｍｎの含有率は０．１質量％以上が好ましく、０．２質量％以上がより好ましく、０．４質量％以上が特に好ましい。過剰のＭｎは、熱間加工時の合金の、異常な酸化を招く。熱間加工性の観点から、Ｍｎの含有率は１．５質量％以下が好ましく、１．０質量％以下がより好ましく、０．８質量％以下が特に好ましい。
【００１７】
［アルミニウム（Ａｌ）］
Ａｌは、脱酸剤として機能する。Ａｌはさらに、Ｎｉと反応する。この反応により、金属間化合物が析出する。この金属間化合物は、強度に寄与する。この金属間化合物はさらに、結晶粒の微細化にも寄与する。これらの観点から、Ａｌの含有率は１．０質量％以上が好ましく、１．５質量％以上がより好ましく、２．０質量％以上が特に好ましい。熱間加工性の観点から、Ａｌの含有率は５．０質量％以下が好ましく、４．０質量％以下がより好ましく、３．５質量％以下が特に好ましい。金属間化合物の一例は、Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ）である。
【００１８】
［チタン（Ｔｉ）］
Ｔｉは、Ｎｉと反応する。この反応により、金属間化合物が析出する。この金属間化合物は、強度に寄与する。この金属間化合物はさらに、結晶粒の微細化にも寄与する。これらの観点から、Ｔｉの含有率は０．３０質量％以上が好ましく、０．３５質量％以上がより好ましく、０．４０質量％以上が特に好ましい。過剰のＴｉは、加工性を阻害する。過剰のＴｉを含む合金は、高価である。加工性及びコストの観点から、Ｔｉの含有率は１．００質量％以下が好ましく、０．８０質量％以下がより好ましく、０．６５質量％以下が特に好ましい。金属間化合物の一例は、Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ）である。
【００１９】
［硫黄（Ｓ）］
Ｎｉ−Ｃｕ合金が、不純物以外のＳを含まないことが好ましい。不純物としてのＳの含有率は、０．００１質量％以上である。熱間加工性の観点から、Ｓの含有率は０．０１０質量％以下が好ましく、０．００８質量％以下がより好ましく、０．００５質量％以下が特に好ましい。
【００２０】
［酸素（Ｏ）］
Ｎｉ−Ｃｕ合金が、不純物以外のＯを含まないことが好ましい。不純物としてのＯの含有率（質量基準）は、１ｐｐｍ以上である。熱間加工性及び冷間加工性の観点から、Ｏの含有率は５０ｐｐｍ以下が好ましく、４５ｐｐｍ以下がより好ましく、４０ｐｐｍ以下が特に好ましい。
【００２１】
［窒素（Ｎ）］
Ｎは、他の元素と反応して窒化物を形成する。この窒化物は、結晶粒の粗大化を抑制する。この窒化物は、合金の靱性に寄与する。これらの観点から、Ｎの含有率（質量基準）は５ｐｐｍ以上が好ましく、１０ｐｐｍ以上がより好ましく、１５ｐｐｍ以上が特に好ましい。Ｎが過剰であると、粗大な窒化物が生成する。粗大な窒化物はＮｉ−Ｃｕ合金の靱性を阻害し、従って冷間加工性を阻害する。冷間加工性の観点から、Ｎの含有率は１００ｐｐｍ以下が好ましく、９０ｐｐｍ以下がより好ましく、８０ｐｐｍ以下が特に好ましい。
【００２２】
［マグネシウム（Ｍｇ）］
Ｍｇは、脱酸能力及び脱硫能力に優れる。Ｍｇは、Ｓと化合物を形成する。この化合物を含むＮｉ−Ｃｕ合金では、マトリックス中のＳ量が小さい。この合金では、Ｓの粒界への偏析が抑制される。この合金は、熱間加工性に優れる。この観点から、Ｍｇの含有率（質量基準）は５０ｐｐｍ以上が好ましく、７０ｐｐｍ以上がより好ましく、１００ｐｐｍ以上が特に好ましい。Ｍｇが過剰であると、ＭｇとＮｉとの化合物が多量に形成される。この化合物は低融点であり、Ｎｉ−Ｃｕ合金の熱間加工性を阻害する。熱間加工性の観点から、Ｍｇの含有率は３００ｐｐｍ以下が好ましく、２７０ｐｐｍ以下がより好ましく、２５０ｐｐｍ以下が特に好ましい。
【００２３】
［カルシウム（Ｃａ）］
Ｃａは、脱酸能力及び脱硫能力に優れる。Ｃａは、Ｓと化合物を形成する。この化合物を含むＮｉ−Ｃｕ合金では、マトリックス中のＳ量が小さい。この合金では、Ｓの粒界への偏析が抑制される。この合金は、熱間加工性に優れる。この観点から、Ｃａの含有率（質量基準）は２ｐｐｍ以上が好ましく、５ｐｐｍ以上がより好ましく、１０ｐｐｍ以上が特に好ましい。Ｃａが過剰であると、ＣａとＮｉとの化合物が多量に形成される。この化合物は低融点であり、Ｎｉ−Ｃｕ合金の熱間加工性を阻害する。熱間加工性の観点から、Ｃａの含有率は１００ｐｐｍ以下が好ましく、９０ｐｐｍ以下がより好ましく、８０ｐｐｍ以下が特に好ましい。
【００２４】
［ホウ素（Ｂ）］
Ｂは、粒界に偏析する。Ｂにより、有害元素の粒界偏析が阻止され、粒界が強化される。Ｂはさらに、粒界炭化物を微細化する。Ｂを含むＮｉ−Ｃｕ合金は、熱間加工性に優れる。この観点から、Ｂの含有率（質量基準）は５ｐｐｍ以上が好ましく、１０ｐｐｍ以上がより好ましく、１２ｐｐｍ以上が特に好ましい。Ｂは、Ｎｉ−Ｃｕ合金の融点を降下させる。過剰のＢを含むＮｉ−Ｃｕ合金は、熱間加工性に劣る。熱間加工性の観点から、Ｂの含有率は５０ｐｐｍ以下が好ましく、４０ｐｐｍ以下がより好ましく、３０ｐｐｍ以下が特に好ましい。
【００２５】
［残部］
このＮｉ−Ｃｕ合金の残部は、Ｎｉ及び不可避的不純物である。合金の強度、耐食性及び加工性の観点から、Ｎｉの含有率は５０質量％以上８０質量％以下が好ましく、６０質量％以上７０質量％以下が好ましい。
【００２６】
［ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）］
Ｎｉ−Ｃｕ合金が、Ｎｂ、Ｖ及びＷからなる群から選択された１種又は２種以上を含有してもよい。Ｎｂ、Ｖ及びＷのそれぞれは、Ｃと結合して炭化物を形成する。この炭化物は、結晶粒の微細化、及びＮｉ−Ｃｕ合金の強度に寄与しうる。この観点から、Ｎｂ、Ｖ及びＷの合計含有率は０．０２０質量％以上が好ましく、０．２００質量％以上がより好ましく、０．４００質量％以上が特に好ましい。Ｎｂ、Ｖ及びＷが過剰であると、粗大な炭化物が生じる。この炭化物は、冷間加工時の割れを誘発する。冷間加工性の観点から、Ｎｂ、Ｖ及びＷの合計含有率は２．０００質量％以下が好ましく、１．５００質量％以下がより好ましく、１．０００質量％以下が特に好ましい。
【００２７】
Ｎｉ−Ｃｕ合金における、平均結晶粒径ｄとＴ断面積ｓとの比（ｄ／ｓ）は、０．１０／ｍ以下が好ましい。比（ｄ／ｓ）が０．１０／ｍ以下であるＮｉ−Ｃｕ合金では、加工時の割れが生じにくい。このＮｉ−Ｃｕ合金は、熱間加工性及び冷間加工性に優れる。この観点から、比（ｄ／ｓ）は０．０９／ｍ以下がより好ましく、０．０８／ｍ以下が特に好ましい。
【００２８】
平均結晶粒径ｄは、線分法にて算出される。Ｔ断面積ｓは、長手方向に対して垂直な断面の面積である。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
【００３０】
［実施例１］
原料を真空誘電溶解炉にて溶融し、この原料からインゴットを得た。このインゴットに熱間鍛造を施した。この熱間鍛造のときのインゴットの温度は、１１００℃から１２００℃であった。この熱間鍛造により、その材質が実施例１に係るＮｉ−Ｃｕ合金であり、直径が２０ｍｍである丸棒を得た。この丸棒の組成が、下記の表１に示されている。
【００３１】
［実施例２−２４及び比較例２５−４５］
組成を下記の表１−３に示されるように調製した他は実施例１と同様にして、丸棒を得た。
【００３２】
［引張り試験］
前述の丸棒を、５９５℃から４８０℃まで炉冷した。この炉冷の冷却速度は、１０℃／ｈｒから１５℃／ｈｒであった。さらにこの丸棒を、４８０℃から空冷した。この空冷は、時効処理に相当する。この丸棒から、試験片（ＪＩＳ  １４Ａ）を切り出した。この試験片の平行部の径は、６ｍｍであった。この試験片を、常温での引張り試験に供し、引張強さを測定した。引張強さが１０００Ｎ／ｍｍ２以上である合金の格付けを「Ａ」とし、引張強さが１０００Ｎ／ｍｍ２未満である合金の格付けを「Ｂ」とした。この結果が、下記の表１−３に示されている。
【００３３】
［熱間加工性］
前述の引張り試験における格付けがＡである丸棒から、試験片を切り出した。この試験片では、直径は８ｍｍであり、長さは１００ｍｍであった。この試験片を、グリーブル試験機による引張り試験に供し、１１００℃における絞り率を測定した。絞り率が７０％以上である合金の格付けを「Ａ」とし、絞り率が７０％未満である合金の格付けを「Ｂ」とした。この結果が、下記の表１−３に示されている。
【００３４】
［冷間加工性］
前述の熱間加工性試験における格付けがＡである丸棒を、冷間据え込み試験に供した。この試験での加工率は、７０％であった。加工後の合金の表面を、目視で観察した。疵及び割れがない合金の格付けを「Ａ」とし、疵又は割れがある合金の格付けを「Ｂ」とした。この結果が、下記の表１−３に示されている。
【００３５】
【表１】
2020105565.tif 000002
【００３６】
【表２】
2020105565.tif 000003
【００３７】
【表３】
2020105565.tif 000004
【００３８】
表１及び２に示される通り、各実施例の合金は、強度、熱間加工性及び冷間加工性の全てに優れる。
【００３９】
比較例２５の合金では、比（ｄ／ｓ）が大きい。従ってこの合金は、熱間加工性に劣る。
【００４０】
比較例２６の合金では、Ｃの含有率が少ない。従ってこの合金は、強度に劣る。
【００４１】
比較例２７の合金では、Ｃ量の含有率が多い。この合金では、粗大炭化物が形成される。従ってこの合金は、冷間加工性に劣る。
【００４２】
比較例２８の合金では、Ｓｉの含有率が多い。従ってこの合金は、冷間加工性に劣る。
【００４３】
比較例２９の合金では、Ｍｎの含有率が多い。この合金が再加熱されると、異常酸化が生じる。従ってこの合金は、熱間加工性に劣る。
【００４４】
比較例３０の合金では、Ｓの含有率が多い。従ってこの合金は、熱間加工性に劣る。
【００４５】
比較例３１の合金では、Ｃｕの含有率が少ない。従ってこの合金は、強度に劣る。
【００４６】
比較例３２の合金では、Ｃｕの含有率が多い。従ってこの合金は、熱間加工性に劣る。
【００４７】
比較例３３の合金では、Ａｌの含有率が少ない。この合金の結晶粒は、粗大である。従ってこの合金は、強度に劣る。
【００４８】
比較例３４の合金では、Ａｌの含有率が多い。従ってこの合金は、熱間加工性に劣る。
【００４９】
比較例３５の合金では、Ｔｉの含有率が少ない。この合金の結晶粒は、粗大である。従ってこの合金は、強度に劣る。
【００５０】
比較例３６の合金では、Ｔｉの含有率が多い。従ってこの合金は、冷間加工性に劣る。
【００５１】
比較例３７の合金では、Ｍｇの含有率が多い。この合金では、ＭｇとＮｉとの化合物が形成される。この化合物の融点は、低い。従ってこの合金は、熱間加工性に劣る。
【００５２】
比較例３８の合金では、Ｃａの含有率が多い。この合金では、ＣａとＮｉとの化合物が形成される。この化合物の融点は、低い。従ってこの合金は、熱間加工性に劣る。
【００５３】
比較例３９の合金では、Ｂの含有率が多い。この合金の融点は、低い。従ってこの合金は、熱間加工性に劣る。
【００５４】
比較例４０の合金では、Ｏの含有率が多い。従ってこの合金は、熱間加工性に劣る。
【００５５】
比較例４１の合金では、Ｎの含有率が多い。この合金では、粗大な窒化物が形成される。従ってこの合金は、冷間加工性に劣る。
【００５６】
比較例４２の合金では、Ｃｕの含有率が少ない。従ってこの合金は、強度に劣る。
【００５７】
比較例４３の合金では、Ｍｇの含有率が多い。この合金では、ＭｇとＮｉとの化合物が形成される。この化合物の融点は、低い。従ってこの合金は、熱間加工性に劣る。
【００５８】
比較例４４の合金では、Ｎｂの含有率が多い。この合金では、粗大炭化物が形成される。従ってこの合金は、冷間加工性に劣る。
【００５９】
比較例４５の合金では、平均結晶粒径ｄとＴ断面積ｓの比（ｄ／ｓ）が大きい。従ってこの合金は、熱間加工性に劣る。
【００６０】
以上の評価結果から、本発明の優位性は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係るＮｉ−Ｃｕ合金は、化学プラントに適している。このＮｉ−Ｃｕ合金は、化学プラント以外の種々の用途にも、適している。