(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ；５０．００〜５５．００質量％、Ｃｒ；１７．０〜２１．０質量％、Ｎｂ；４．７５〜５．６０質量％、Ｍｏ；２．８〜３．３質量％、Ｔｉ；０．６５〜１．１５質量％、Ａｌ；０．２０〜０．８０質量％、Ｃ；０．０１〜０．０８質量％、残部がＦｅ及び不可避不純物とされた合金素体を鍛造して円板状の鍛造体を作製する鍛造工程と、
前記鍛造体に貫通孔を形成してなる環状中間体をリング圧延して環状成形体を作製するリング圧延工程と、を備え、
前記リング圧延工程では、前記環状中間体の表面から深さ４ｍｍ〜２３ｍｍの範囲内に設定される表面近傍に塑性ひずみを０．０３〜０．０８の範囲内で付与する圧延を少なくとも１５回以上行って前記環状成形体とするとともに、前記表面近傍の内側に位置する製品領域の結晶粒度をＡＳＴＭ結晶粒度番号で８以上とすることを特徴とする環状成形体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の環状成形体の製造方法であって、
前記リング圧延工程では、前記環状中間体の前記表面近傍に付与する塑性ひずみの総計を０．８以上に設定して、前記製品領域のうち前記表面近傍の内側に隣接するように位置する外郭部分における結晶粒度差を、ＡＳＴＭ結晶粒度番号差で±２．５の範囲内とすることを特徴とする環状成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機用エンジンのタービンディスクに代表される環状成形体の製造方法に関するものであり、特に、材料歩留まりに優れた環状成形体に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｎｉ基合金、Ｆｅ基合金、Ｃｏ基合金等の合金からなる環状成形体が知られている。例えば、航空機用エンジンのタービンディスクには、高温強度に優れるＮｉ基合金からなる環状成形体が用いられており、この環状成形体を機械加工して製品であるタービンディスクが製造されている。
【０００３】
タービンディスクの外周部には、周方向に沿って複数のタービンブレード（動翼）が配設されている。航空機用エンジンでは、エンジン内部で発生した高温・高圧の燃焼ガスが、タービンディスクの外周部においてその軸方向前方側から後方側へ向けて流れることにより、タービンブレードが該タービンディスクとともに高速で回転する。そして、この回転の駆動力がタービンディスクの前方側に配置されたコンプレッサーとファンに伝達されて、連続的な燃焼に必要な圧縮空気と推進力を得るようになっている。
【０００４】
このようなタービンディスクは重要回転体に位置づけられており、該タービンディスクに用いられる環状成形体には十分な機械的強度が要求される。詳しくは、タービンディスクは、その外周部が燃焼ガスに晒されて６００〜７００℃程度の高温になる一方、内周部の温度は比較的低く抑えられており、エンジンの起動や停止にともなって、繰り返し内部に熱応力が生じることになる。そのため、優れた低サイクル疲労特性が求められるとともに、外周部では高温下で軸周りの高速回転に起因した遠心力を受けることから、高いクリープ強度特性を合わせ持つ必要がある。また、高い引張・降伏強度も要求される。
【０００５】
このような種々の要求に対応し得る機械的強度を確保するため、タービンディスクに用いられる環状成形体は、一般に鍛造（鍛造プレス）で製造されている（例えば、特許文献１、２参照）。すなわち、鍛造により環状成形体にひずみを与えるとともに結晶粒を微細化して、引張強度や疲労強度等を向上させている。鍛造の適用設備としては、鍛造速度の厳密な制御が可能な油圧制御鍛造プレスが用いられる場合が多い。
【０００６】
環状成形体を鍛造によって作製する場合には、該環状成形体において製品とされるタービンディスクを含む製品領域で所望の諸特性を得るため、該製品領域を取り囲むように余肉が設定されている（例えば、非特許文献１、２参照）。詳しくは、図１０及び図１１に示すように、鍛造時において、プレス金型１１０に接触する環状成形体１００の表面近傍（例えば図１０に符号ａで示す部分）では、該プレス金型１１０に材料が固着してひずみが与えられにくくなる。また、前記表面近傍ａはプレス金型１１０に冷やされて温度が上がりにくくなるので、環状成形体１００の内部ｂに対比して組織を構成する結晶が粗大となり、所望の機械的特性を得ることができない。このような表面近傍ａは、変形・流動の対象領域に存在しながらも変形流動しない部分であり、所謂デッドメタルと呼ばれて、製品領域内への残存は回避される（非特許文献３参照）。すなわち、鍛造プレスにおいては、デッドメタルを製品領域に含めないように、予め余肉を多めに設定しているのである。尚、余肉（デッドメタル）は、鍛造後に機械加工等により取り除かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０７−１３８７１９号公報
【特許文献２】特開昭６２−２１１３３３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】J.F.Barker, D.D.Krueger, D.R.Chang, “THERMOMECHANICAL PROCESSING OF INCONEL 718 AND ITS EFFECT ON PROPERTIES”, Advanced High Temperature Alloys Processing and Properties, 1986, p.125-137
【非特許文献２】D.D.Krueger, “THE DEVELOPMENT OF DIRECT AGE 718 FOR GAS TURBINE ENGINE DISK APPLICATIONS”, Superalloys 718, The Minerals,Metals＆Materials Society, 1989, p.279-296
【非特許文献３】Chester T.Sims, Norman S.Stoloff, William C.Hagel, “SUPERALLOYS II”, John Wiley ＆ Sons,Inc, 1987, p.448
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、鍛造により環状成形体を作製する手法においては、高価なＮｉ基合金等の材料を、製品にならない余肉として無駄に投入しなければならず、その分製造コストが嵩んでいた。また、このようなＮｉ基合金等からなる余肉は概して難切削加工材であり、余肉を取り除くための機械加工費が嵩んでいた。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、製品領域における組織の機械的強度を十分に確保しつつ、製造コストを削減できる環状成形体の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明は、Ｎｉ；５０．００〜５５．００質量％、Ｃｒ；１７．０〜２１．０質量％、Ｎｂ；４．７５〜５．６０質量％、Ｍｏ；２．８〜３．３質量％、Ｔｉ；０．６５〜１．１５質量％、Ａｌ；０．２０〜０．８０質量％、Ｃ；０．０１〜０．０８質量％、残部がＦｅ及び不可避不純物とされた合金素体を鍛造して円板状の鍛造体を作製する鍛造工程と、前記鍛造体に貫通孔を形成してなる環状中間体をリング圧延して環状成形体を作製するリング圧延工程と、を備え、前記リング圧延工程では、前記環状中間体の表面から深さ４ｍｍ〜２３ｍｍの範囲内に設定される表面近傍に塑性ひずみを０．０３〜０．０８の範囲内で付与する圧延を少なくとも１５回以上行って前記環状成形体とするとともに、前記表面近傍の内側に位置する製品領域の結晶粒度をＡＳＴＭ結晶粒度番号で８以上とすることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る環状成形体の製造方法によれば、環状中間体をリング圧延することにより環状成形体を作製するので、従来の鍛造によって環状成形体を作製する場合のように、デッドメタルの発生を見越して余肉を多めに設定する必要がない。詳しくは、リング圧延工程において、環状中間体の表面近傍に塑性ひずみを０．０３以上付与する圧延を少なくとも１５回以上行って成形された環状成形体は、その表面近傍に十分にひずみが入れられて機械的強度が高められているとともに、該表面近傍の内側に近接する部分を製品として使用可能である。このように、環状中間体の表面近傍に比較的小さな塑性ひずみを繰り返し付与することで、該表面近傍における温度低下を抑制しつつ塑性変形させることができ、表面近傍に固着点を有さず実質的にデッドメタルのない環状成形体が得られるのである。
【００１３】
また、リング圧延して得られる環状成形体は、周方向における結晶粒度の均一性が確保されている。詳しくは、リング圧延は局部加工であるものの一般的な部分鍛造とは異なり、加工の連続性を有することから成形後の組織の軸対称性が高く、環状成形体における周方向の材料特性の偏差が小さくなる。
【００１４】
そして、前述したリング圧延によって、環状成形体の表面近傍から内部まで結晶が均一に微細化されて、該環状成形体において機械加工により製品となる部位を含有する製品領域の結晶粒度がＡＳＴＭ結晶粒度番号で８以上に微細化される。従って、環状成形体から得られる製品の機械的強度が確実に高められる。
なお、ＡＳＴＭ結晶粒度番号とは、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（米国材料試験協会）のＡＳＴＭ規格Ｅ１２２に規定する基準によって決定されるものである。
【００１５】
また、本発明に係る環状成形体の製造方法において、前記リング圧延工程では、前記環状中間体の前記表面近傍に付与する塑性ひずみの総計を０．８以上に設定して、前記製品領域のうち前記表面近傍の内側に隣接するように位置する外郭部分における結晶粒度差を、ＡＳＴＭ結晶粒度番号差で±２．５の範囲内とすることとしてもよい。
【００１６】
本発明に係る環状成形体の製造方法によれば、環状中間体の表面近傍に付与する塑性ひずみの総計を０．８以上に設定しているので、製品領域の組織が均一に微細結晶化される。そして、製品領域のうち表面近傍の内側に隣接するように位置する外郭部分における結晶粒度差が、ＡＳＴＭ結晶粒度番号差で±２．５の範囲内とされる。すなわち、この環状成形体は、鍛造体の表面近傍でも製品として取り扱えるだけの特性（結晶粒度）が得られるため、機械加工等で除去される余肉を少なくできる。また、製品領域全体においても結晶粒度の均一性が確保されているとともに、製品の機械的特性が十分に高められる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る環状成形体の製造方法によれば、製品領域における組織の機械的強度を十分に確保しつつ、製造コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る環状成形体の上面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る環状成形体及びタービンディスクの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】図３に示す製造方法において用いられる環状中間体の断面図である。
【図５】図３に示す製造方法において用いられるリング圧延の説明図である。
【図６】メインロールとマンドレルロールとを用いたリング圧延工程の説明図である。
【図７】メインロールとマンドレルロールとを用いたリング圧延工程の説明図である。
【図８】リング圧延工程において付与する塑性ひずみを説明する図である。
【図９】環状中間体（環状成形体）の表面近傍及び製品領域を説明する断面図である。
【図１０】従来の鍛造による環状成形体の作製を説明する図である。
【図１１】環状中間体（環状成形体）の表面近傍及び内部におけるε−Ｔ相関図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の一実施形態について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態に係る環状成形体１０は、航空機用エンジンのタービンディスクＴＤを成形する加工素材として使用されるものである。
【００２０】
環状成形体１０は、図１及び図２に示すように、貫通孔を有するとともに、軸線Ｏを中心とする円環状をなしており、本体部１１と、本体部１１から径方向内方に向けて突出した内側凸条部１２と、本体部１１から径方向外方に向けて突出した外側凸条部１３と、を備えている。
また、環状成形体１０は、耐熱性に優れたＮｉ基超合金で構成されており、本実施形態では、Ｎｉ基合金Ａｌｌｏｙ７１８で構成されている。
【００２１】
なお、Ｎｉ基合金Ａｌｌｏｙ７１８の合金組成は、Ｎｉ；５０．００〜５５．００質量％、Ｃｒ；１７．０〜２１．０質量％、Ｎｂ；４．７５〜５．６０質量％、Ｍｏ；２．８〜３．３質量％、Ｔｉ；０．６５〜１．１５質量％、Ａｌ；０．２０〜０．８０質量％、Ｃ；０．０１〜０．０８質量％、残部がＦｅ及び不可避不純物とされている。
【００２２】
図９に示すように、この環状成形体１０は、機械加工して製品となるタービンディスクＴＤを含む製品領域Ｐにおける組織の結晶粒度が、ＡＳＴＭ結晶粒度番号でＡＳＴＭ  Ｎｏ．８以上とされている。ここで、製品領域Ｐは、環状成形体１０の表面近傍Ａの内側に隣接するように位置しており、本実施形態においては、環状成形体１０の表面１０Ａから５ｍｍ程度内側に位置する部位を含む。製品領域Ｐは、タービンディスクＴＤの外形をすべて含有する環状をなしており、該製品領域Ｐの外形部分（詳しくは、製品領域Ｐのうち最も表面１０Ａに近い外形部分Ｐａ）は、環状成形体１０の表面１０Ａから深さ（厚さ）ｔ２に位置している。
【００２３】
環状成形体１０の表面１０Ａから製品領域Ｐまでの深さｔ２は、３ｍｍ〜１２ｍｍの範囲内に設定される。本実施形態においては、より望ましい前記深さt２として、５ｍｍ≦ｔ２≦１０ｍｍとされている。なお、製品領域Ｐの外形は、タービンディスクＴＤの外形に対応するように該タービンディスクＴＤよりも大きく設定されて概略相似形状をなしており、その外形の一部（図９に符号Ｐｂで示すように、表面１０Ａに対して前記Ｐａよりも後退された部位）は、前記深さｔ２よりも深い箇所に位置している。すなわち、前記深さｔ２は、所謂デッドメタルに起因して製品領域Ｐに所望の適正組織、諸特性が得られないことがないように、予め付与しなければならない最低限の余肉として設定されるものである。
【００２４】
また、図１に符号ＶＳ１、ＶＳ２、ＶＳ３、ＶＳ４で示す仮想平面は、環状成形体１０の軸線Ｏを含む断面であり、これら仮想平面ＶＳ１〜ＶＳ４は、環状成形体１０を周方向均等に４分割した等価位置に設定されている。図９に示すように、本実施形態では、仮想平面ＶＳ１〜ＶＳ４の各断面において、製品領域Ｐのうち表面近傍Ａの内側に隣接するように位置する外郭部分における結晶粒度差が、ＡＳＴＭ結晶粒度番号差で±２．５の範囲内とされている。ここで、前記表面近傍Ａとは、環状成形体１０（環状中間体２０）の表層部分であり、具体的には、表面１０Ａ（２０Ａ）から後述する深さｔ１までの範囲内（鍛造体の外表面）を差している。また、製品領域Ｐの外郭部分とは、該製品領域Ｐ内において表面近傍Ａの内側に接近して位置する外縁部であり、具体的には、前記深さｔ１から製品領域Ｐ側へ向かって０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の範囲内を差している。
【００２５】
次に、この環状成形体１０の製造方法及びタービンディスクＴＤの製造方法について、図３〜図９及び図１１を参照して説明する。
【００２６】
（溶解鋳造工程Ｓ１）
まず、Ｎｉ基合金Ａｌｌｏｙ７１８の溶湯を溶製する。ここで、前述したＮｉ基合金Ａｌｌｏｙ７１８の成分範囲になるように、溶解原料を調製し、真空誘導加熱溶解（ＶＩＭ：Ｖａｃｕｕｍ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｍｅｌｔｉｎｇ）を行って、インゴットを製出する。次に、このインゴットをエレクトロスラグ再溶解（ＥＳＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｓｌａｇ  Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ）して、再度インゴットを製出する。さらに、このインゴットを、真空アーク再溶解（ＶＡＲ：Ｖａｃｕｕｍ  Ａｒｃ  Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ）した後、熱間鍛造を行い円柱状のビレット（合金素体）を製出する。
【００２７】
ビレットは、例えば、直径が７ｉｎｃｈ〜１２ｉｎｃｈ程度に成形される。また、製出されたビレットの組織は、ＡＳＴＭ結晶粒度番号でＡＳＴＭ  Ｎｏ．６程度とされる。前述のように、３回の溶解（三重溶解）を行うことによって、合金成分の凝固偏析が小さく凝固組織が制御された、介在物が極めて少ない高清浄度のビレットが製出されることになる。
【００２８】
（鍛造工程Ｓ２）
次に、ビレットに対して、該ビレットの軸線方向に押圧するように鍛造加工を行い、円板状の鍛造体を作製する。鍛造加工は、例えば、ビレットの温度を９５０℃〜１０７５℃に加熱して、熱間鍛造により行う。この鍛造により、鍛造体の高さは、例えば６０ｍｍ〜５００ｍｍ程度に調整される。
【００２９】
（穿孔加工＋中間リング圧延工程Ｓ３）
次いで、得られた鍛造体の中央部に、ウォーターカッターによって断面円形の貫通孔を形成する。さらに、貫通孔形成後に必要に応じて中間リング圧延を行う。この穿孔加工＋中間リング圧延工程Ｓ３によって、環状中間体２０が製出されることになる。
本実施形態では、環状中間体２０は、図４に示すように、周方向に直交する断面が概略多角形状をなしており、軸線Ｏに対して略直交する方向に延びる上面及び下面を有する基体部２１と、この基体部２１から径方向内方に向けて突出した内側凸部２２と、基体部２１から径方向外方に向けて突出した外側凸部２３と、を備えている。
【００３０】
詳しくは、この環状中間体２０（基体部２１）の軸線Ｏ方向に沿う高さＨは、Ｈ＝６０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲内に設定される。また、環状中間体２０において軸線Ｏに直交する径方向の肉厚（厚さ）Ｔは、Ｔ＝６０ｍｍ〜４５０ｍｍの範囲内に設定される。
【００３１】
（リング圧延工程Ｓ４）
次に、この環状中間体２０に対してリング圧延を行う。なお、このリング圧延は熱間圧延で行われ、その温度は、例えば９００℃〜１０５０℃の範囲内とされている。
ここで、リング圧延装置３０は、図５に示すように、環状中間体２０の外周側に配設されるメインロール４０と、環状中間体２０の内周側に配設されるマンドレルロール５０と、環状中間体２０の軸線Ｏ方向端面（本実施形態では、基体部２１の上面および下面）に当接される一対のアキシャルロール３１、３２と、を備えている。
【００３２】
メインロール４０とマンドレルロール５０とは、その回転軸が互いに平行となるように配置され、環状中間体２０を内周側及び外周側から挟持して押圧し、環状中間体２０を周方向に回転させつつ圧延する構成とされている。また、一対のアキシャルロール３１、３２は、軸線Ｏ方向において環状中間体２０を挟持して押圧する構成とされており、環状中間体２０の高さ寸法を制御するものである。
【００３３】
ここで、図６に示すように、メインロール４０の外周部には、環状中間体２０の一部が収容可能な収容凹部４１が設けられており、本実施形態では、環状中間体２０の外側凸部２３、基体部２１及び内側凸部２２の外周部分が収容可能な深さとされている。また、この収容凹部４１の底部４１Ａには、環状成形体１０の外側凸条部１３を成形するための第１成形溝４２が、メインロール４０における径方向内方（図６において右方）に向けて凹むように形成されている。なお、この第１成形溝４２は、成形される外側凸条部１３の突出高さと同一の深さとされている。
【００３４】
一方、マンドレルロール５０の外周部には、メインロール４０の収容凹部４１内に嵌入可能な構成とされた嵌入部５１が設けられており、この嵌入部５１の外周面には、環状成形体１０の内側凸条部１２を成形するための第２成形溝５２が、マンドレルロール５０における径方向内方（図６において左方）に向けて凹むように形成されている。なお、この第２成形溝５２は、成形される内側凸条部１２の突出高さと同一の深さとされている。
【００３５】
このような構成とされたメインロール４０とマンドレルロール５０とが互いに接近するように作動することにより、環状中間体２０は、メインロール４０とマンドレルロール５０とに挟持されて押圧される。詳しくは、メインロール４０を該メインロール４０の回転軸を中心に回転させながら、メインロール４０とマンドレルロール５０とを互いに接近させていくことにより、メインロール４０との間の摩擦抵抗によって環状中間体２０を軸線Ｏ回りに回転させる。
【００３６】
一方、マンドレルロール５０は該マンドレルロール５０の回転軸を中心に回転自在とされており、環状中間体２０との間の摩擦抵抗により従動回転する。環状中間体２０は、メインロール４０の収容凹部４１及び第１成形溝４２、マンドレルロール５０の第２成形溝５２内に充填されるように塑性変形し、環状成形体１０が成形されることになる。このとき、環状成形体１０における内側凸条部１２は、第２成形溝５２の形状に対応して塑性変形する。また、外側凸条部１３は、第１成形溝４２の形状に対応して塑性変形する。
【００３７】
そして、このリング圧延工程では、環状中間体２０の表面近傍Ａに塑性ひずみεを０．０３以上付与する熱間圧延を、少なくとも１５回以上行うこととしている。詳しくは、１回の単位圧延当たりの塑性ひずみ（単位ひずみ量）εが、０．０３〜０．０８の範囲内に設定される。本実施形態では、図８に示すように、メインロール４０とマンドレルロール５０との間の加工領域Ｒを通過する前における環状中間体２０の径方向の厚さＴ１を１００％としたときに、前記加工領域Ｒを通過した後の環状中間体２０の径方向の厚さＴ２が９７％以下となる圧延加工を、１５回以上繰り返す。また、前記加工領域Ｒを通過中の環状中間体２０の径方向の厚さＴ３は、前記厚さＴ１に対して９５％程度に設定される。このようなリング圧延によって、環状中間体２０の表面近傍Ａには、塑性ひずみεが総計で０．８以上付与される（累計ひずみ量又は相当塑性ひずみ量）。
【００３８】
尚、前述の表面近傍Ａは、図９に示すように、環状中間体２０の表面２０Ａから深さ（厚さ）ｔ１までの範囲内とされる。表面近傍Ａの深さｔ１は、例えば４ｍｍ〜２３ｍｍの範囲内に設定される。本実施形態においては、前記深さt１は、７ｍｍ〜１９ｍｍの範囲内とされている。なお、リング圧延工程によって、深さｔ１とｔ２とは漸次変化していくとともに、製品領域Ｐの深さｔ２は前記深さｔ１に接近していく。
【００３９】
図１１に示すように、リング圧延時においては、環状中間体２０の表面近傍Ａへのひずみ量（累計ひずみ量）の付与が比較的大きく設定される一方で、該環状中間体２０の内部Ｂ（図７に符号Ｂで示す製品部分）へのひずみ量の付与は抑制されている。ここで、環状中間体２０の内部Ｂに付与された塑性ひずみ量εｍは、少なくとも製品領域Ｐとして所望の機械的特性が得られる値以上に設定されている。詳しくは、この環状中間体２０に付与される塑性ひずみ量εは、該環状中間体２０の内部Ｂから表面近傍Ａに向かうに従い漸次高められている。
【００４０】
また、リング圧延時の環状中間体２０の温度Ｔは、内部Ｂから表面近傍Ａに向かうに従い漸次低められている。このように、ひずみ量の付与が比較的少ない内部Ｂの温度Ｔが十分に高められることで、内部Ｂにおいて組織を構成する結晶の均一微細化が促進されている。
このようにリング圧延を行うことによって、環状中間体２０は周方向に延びるように塑性変形していくとともに、その内径及び外径が拡大されて、図７に示す環状成形体１０が作製される。
なお、前述したリング圧延は、実質的に金属組織を決定づける塑性加工の最終工程（最終圧延工程）に位置付けされる。
【００４１】
（熱処理工程Ｓ５／切削加工工程Ｓ６）
前述のようにして製出された環状成形体１０は、熱処理によって特性が調整されるとともに、切削加工によって最終形状に成形され、ガスタービン用のタービンディスクＴＤとされる。
【００４２】
以上のような構成とされた環状成形体１０及び環状成形体の製造方法によれば、環状中間体２０をリング圧延することにより環状成形体１０を作製するので、従来のように、環状中間体を鍛造によって環状成形体とする場合に、デッドメタルの発生を見越して余肉を多めに設定するような必要がない。詳しくは、リング圧延工程Ｓ４において、環状中間体２０の表面近傍Ａに塑性ひずみεを０．０３以上付与する圧延を少なくとも１５回以上行って成形された環状成形体１０は、その表面近傍Ａに十分にひずみが入れられて機械的強度が高められているとともに、該表面近傍Ａの内側に隣接するように位置する部位を製品領域Ｐとして製品に使用可能である。つまり、環状中間体２０の表面近傍Ａに比較的小さな塑性ひずみεを繰り返し付与することで、該表面近傍Ａにおける温度低下を抑制しつつ塑性変形させることができ、表面近傍Ａに固着点を有さず実質的にデッドメタルのない環状成形体１０が得られるのである。
【００４３】
また、リング圧延して得られる環状成形体１０は、周方向における結晶粒度の均一性が確保されている。詳しくは、リング圧延は局部加工であるものの一般的な部分鍛造とは異なり、加工の連続性を有することから成形後の組織の軸対称性が高く、環状成形体１０における周方向の材料特性の偏差が小さくなる。
【００４４】
そして、前述したリング圧延によって、環状成形体１０の表面近傍Ａから内部Ｂまで結晶が均一に微細化されて、該環状成形体１０において製品となるタービンディスクＴＤを含む製品領域Ｐの結晶粒度がＡＳＴＭ結晶粒度番号で８以上に微細化される。従って、環状成形体１０から得られるタービンディスクＴＤの機械的強度が確実に高められる。
【００４５】
また、環状中間体２０の表面近傍Ａに付与する塑性ひずみεの総計を０．８以上に設定しているので、製品領域Ｐの組織がより均一に微細結晶化される。そして、製品領域Ｐのうち表面近傍Ａの内側に隣接するように位置する外郭部分における結晶粒度差が、ＡＳＴＭ結晶粒度番号差で±２．５の範囲内とされる。すなわち、この環状成形体１０は、鍛造体の表面近傍Ａでも製品として取り扱えるだけの特性（結晶粒度）が得られるため、機械加工等で除去される余肉を少なくできる。また、製品領域Ｐ全体においても結晶粒度の均一性が確保されているとともに、製品の機械的特性が十分に高められる。
【００４６】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、環状成形体１０及び環状中間体２０の形状は、本実施形態に限定されるものではなく、製出するタービンディスクＴＤ等の形状を考慮して適宜設計変更することが可能である。
また、環状成形体１０及び環状中間体２０がＮｉ基合金Ａｌｌｏｙ７１８で構成されたものとして説明したが、これに限定されることはなく、その他の材質（例えば、Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標）（Ｕｎｉｔｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ．）、Ａｌｌｏｙ７２０、Ｃｏ基合金、Ｆｅ基合金等）で構成されたものであってもよい。
【００４７】
また、Ｎｉ基合金Ａｌｌｏｙ７１８の溶湯を溶製し、鋳造によってビレットを製出するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、粉末成形法によってビレットを製出し、このビレットに鍛造工程及びリング圧延工程を行う構成としてもよい。
また、ビレットを前述の三重溶解により製出する代わりに、二重溶解（ＶＩＭ＋ＥＳＲ、又はＶＩＭ＋ＶＡＲ）により製出してもよい。
【００４８】
また、本実施形態では、円板状の鍛造体の中央部にウォーターカッターによって貫通孔を形成する穿孔工程を有するものとして説明したが、これに限定されることはなく、ウォーターカッター以外の手法で貫通孔を形成してもよい。あるいは、鍛造の時点で貫通孔を形成しておき、穿孔工程自体を省略してもよい。また、鍛造工程の途中段階でウォーターカッター等による穿孔も可能である。
【００４９】
また、図３において、リング圧延工程Ｓ４により環状成形体１０を成形した後、熱処理工程Ｓ５の前に、該環状成形体１０に形状付与や形状寸法調整を目的とした部分鍛造等の加工を施してもよい。
【００５０】
また、本実施形態では、環状成形体１０を周方向均等に４分割した等価位置（仮想平面ＶＳ１〜ＶＳ４）を用いて説明したが、前述の４分割に限らず、周方向均等に２分割、３分割、又は、５分割以上した等価位置であっても構わない。この場合も、１つの仮想平面における製品領域Ｐ内の外郭部分の結晶粒度差は、ＡＳＴＭ結晶粒度番号差でそれぞれ±２．５の範囲内とされる。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００５２】
[実施例１]
（試料の作製）
まず、Ｎｉ基合金Ａｌｌｏｙ７１８の溶湯を溶製した。詳しくは、前述の実施形態で説明したＮｉ基合金Ａｌｌｏｙ７１８の成分範囲になるように溶解原料を調製した。そして、この溶湯に対して三重溶解を施した。詳しくは、真空誘導加熱溶解（ＶＩＭ）、エレクトロスラグ再溶解（ＥＳＲ）、真空アーク再溶解（ＶＡＲ）を施して、直径φ２５４ｍｍの円柱状のビレットを製出した。
【００５３】
次いで、このビレットに対して鍛造工程を施し、円板状の鍛造体を作製した。鍛造加工は、ビレットの温度を１０００℃に加熱した熱間鍛造で２回行った。
【００５４】
次いで、鍛造体の中央部にウォーターカッターによって貫通孔を形成し、中間リング圧延を行って形を整え、環状中間体２０を作製した。なお、環状中間体２０は、前記厚さＴ＝１２５ｍｍ、高さＨ＝９０ｍｍとなるように成形した。
【００５５】
次いで、この環状中間体２０に対してリング圧延を行った。リング圧延は、環状中間体２０の温度を１０００℃に加熱した熱間圧延で行い、前記加工領域Ｒを１回通過する単位当たりの圧延で、該環状中間体２０の表面近傍Ａに塑性ひずみεが０．０３〜０．０８の範囲内で付与されるように、計１７回圧延した。なお、この１７回の熱間圧延によって、表面近傍Ａには、塑性ひずみεが総計で０．８付与された。このように環状中間体２０をリング圧延して得られた環状成形体１０は、外径φ１０５０ｍｍ程度、内径φ９００ｍｍ程度（すなわち厚さＴ＝７５ｍｍ程度）、高さＨ＝９０ｍｍ程度に成形された。
【００５６】
次いで、環状成形体１０に熱処理を実施した。詳しくは、環状成形体１０をリング圧延後水冷し、７１８℃／８時間＋６２１℃／８時間＋Ａ．Ｃ．時効処理のみを施して直接時効処理材を作製した。
【００５７】
（結晶粒度測定）
前述のように作製した環状成形体１０を用いて、仮想平面ＶＳ１〜ＶＳ４の各製品領域Ｐ内における外郭部分の結晶粒度を測定した。製品領域Ｐ内の外郭部分の測定箇所としては、表面近傍Ａの深さｔ１（鍛造体の外表面）から製品領域Ｐ側へ向かって深さ５ｍｍに位置する部位と、前記深さｔ１から製品領域Ｐ側へ向かって深さ２０ｍｍに位置する部位とを設定した。なお、各仮想平面の製品領域Ｐの外郭部分において、前記深さ５ｍｍ、２０ｍｍに位置する部位を１９点ずつ選定して、それぞれ測定を行った。また、近接位置について結晶粒度差を算出した。詳しくは、この外郭部分において、前記深さ５ｍｍに位置する部位と、該部位に対応する前記深さ２０ｍｍに位置する部位との結晶粒度差の最大値を求めた（絶対値）。結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
0005613468.tif 000002
【００５９】
[実施例２]
（試料の作製）
実施例１と同様に、三重溶解によりビレットを製出した後このビレットに鍛造工程を施して、円板状の鍛造体を作製した。
次いで、鍛造体の中央部にウォーターカッターによって貫通孔を形成し、環状中間体２０を作製した。なお、環状中間体２０は、前記厚さＴ＝１１５ｍｍ、高さＨ＝９０ｍｍとなるように成形した。
【００６０】
次いで、この環状中間体２０に対してリング圧延を行った。リング圧延は、環状中間体２０の温度を１０００℃に加熱した熱間圧延で行い、前記加工領域Ｒを１回通過する単位当たりの圧延で、該環状中間体２０の表面近傍Ａに塑性ひずみεが０．０３〜０．０８の範囲内で付与されるように、計１５回圧延した。なお、この１５回の熱間圧延によって、表面近傍Ａには、塑性ひずみεが総計で０．７付与された。このように環状中間体２０をリング圧延して得られた環状成形体１０は、厚さＴ＝７５ｍｍ程度、高さＨ＝９０ｍｍ程度に成形された。
次いで、この環状成形体１０に実施例１で説明した熱処理を実施して、直接時効材とした。
それ以外は、実施例１と同様の条件として試料を作製し、前述の結晶粒度測定を実施した。
【００６１】
[比較例１]
（試料の作製）
また、比較例１として、実施例１と同様のビレットを製出した後、このビレットに対して鍛造工程を施し、円板状の鍛造体を作製した。
次いで、前記鍛造体に貫通孔を形成して環状中間体（厚さＴ＝９０ｍｍ、高さＨ＝９０ｍｍ）とし、この環状中間体に対して、リング圧延を行った。リング圧延は、環状中間体の温度を１０００℃に加熱した熱間圧延で行い、前記加工領域Ｒを１回通過する単位当たりの圧延で、該環状中間体の表面近傍に塑性ひずみεが０．０１〜０．０２の範囲内で付与されるように、計１５回圧延した。なお、この１５回の熱間圧延によって、表面近傍には、塑性ひずみεが総計で０．３付与された。
【００６２】
このように環状中間体をリング圧延して得られた環状成形体は、厚さＴ＝７５ｍｍ程度、高さＨ＝９０ｍｍ程度に成形された。
次いで、この環状成形体に実施例１で説明した熱処理を実施して、直接時効材とした。
それ以外は、実施例１と同様の条件として試料を作製し、前述の結晶粒度測定を実施した。
【００６３】
[比較例２]
（試料の作製）
また、比較例２として、実施例１と同様のビレットを製出した後、このビレットに対して鍛造工程を施し、円板状の鍛造体を作製した。
次いで、前記鍛造体に貫通孔を形成して環状中間体（厚さＴ＝１１０ｍｍ、高さＨ＝９０ｍｍ）とし、この環状中間体に対して、リング圧延を行った。リング圧延は、環状中間体の温度を１０００℃に加熱した熱間圧延で行い、前記加工領域Ｒを１回通過する単位当たりの圧延で、該環状中間体の表面近傍に塑性ひずみεが０．０３〜０．０６の範囲内で付与されるように、計１２回圧延した。なお、この１２回の熱間圧延によって、表面近傍には、塑性ひずみεが総計で０．６付与された。
【００６４】
このように環状中間体をリング圧延して得られた環状成形体は、厚さＴ＝７５ｍｍ程度、高さＨ＝９０ｍｍ程度に成形された。
次いで、この環状成形体に実施例１で説明した熱処理を実施して、直接時効材とした。
それ以外は、実施例１と同様の条件として試料を作製し、前述の結晶粒度測定を実施した。
【００６５】
（評価）
表１に示すように、実施例１、２においては、製品領域Ｐにおける結晶粒度がＡＳＴＭ結晶粒度番号ですべて８以上となり、組織が十分に微細化されていることが確認された。特に、実施例１においては、ＡＳＴＭ結晶粒度番号がすべて９．５以上であった。一方、比較例１においては、結晶粒度がＡＳＴＭ結晶粒度番号で５．５以上、比較例２においては、結晶粒度がＡＳＴＭ結晶粒度番号で６以上であった。
【００６６】
さらに、実施例１、２においては、前述のように組織が十分に微細化されながらも、同一の断面（仮想平面ＶＳ１、ＶＳ２、ＶＳ３又はＶＳ４）内における製品領域Ｐの外郭部分の最大結晶粒度差が、ＡＳＴＭ結晶粒度番号差で±２．８の範囲内に抑制された。特に、環状中間体２０の表面近傍Ａへの累計塑性ひずみが０．８以上付与された実施例１においては、前記最大結晶粒度差がＡＳＴＭ結晶粒度番号差で±１の範囲内に抑えられた。一方、比較例１においては、前記最大結晶粒度差がＡＳＴＭ結晶粒度番号差で±３．３の範囲内であった。
【符号の説明】
【００６７】
１０  環状成形体
２０  環状中間体
Ａ  環状中間体（環状成形体）の表面近傍
Ｐ  製品領域
Ｓ２  鍛造工程
Ｓ４  リング圧延工程
ε  リング圧延工程において付与される塑性ひずみ量
【図１】
0005613468.tif 000003
【図２】
0005613468.tif 000004
【図３】
0005613468.tif 000005
【図４】
0005613468.tif 000006
【図５】
0005613468.tif 000007
【図６】
0005613468.tif 000008
【図７】
0005613468.tif 000009
【図８】
0005613468.tif 000010
【図９】
0005613468.tif 000011
【図１０】
0005613468.tif 000012
【図１１】
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