(57)【要約】【目的】  この出願の発明はジェットエンジンおよびガスタービンの翼、エンジンの吸入バルブや排気バルブ、ロッカーアーム、オートバイや自動車のエンジンのターボチャージャー連結棒のように１１００℃以上の高温環境下で使用可能な高温における圧縮強度や耐酸化性および室温での引張延性（伸び）が優れたＣｒ基合金を提供する。【構成】  Ｃｒに対して、Ａｇを０．０５質量％〜０．１質量％を含有させるか、Ｒｅを０．３〜１８．０質量％とＡｇを０．０５質量％〜０．１質量％を含有させる。また、圧縮強度（降伏強度）および極限強度を改善するために少量のＩｒ、またはＴａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｎｉ、ＰｔおよびＴｉ等の遷移金属の１種以上を合計として５．０質量％を超えない範囲で含有させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｇが０．０５質量％〜０．１質量％の範囲で不可避的不純物とともに含有されていることを特徴とする引張延性が良好なＣｒ基合金。
【請求項２】
請求項１に記載のＣｒ基合金において、さらにＲｅが０．３〜１８．０質量％の範囲で含有されていることを特徴とする引張延性が良好なＣｒ基合金。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＣｒ基合金において、Ｉｒが０．５〜２．０質量％の範囲で含有されていることを特徴とする引張延性が良好なＣｒ基合金。
【請求項４】
Ｒｅが０．３〜１８．０質量％の範囲で含有されているＣｒ基合金において、Ｉｒが０．５〜２．０質量％の範囲で含有されていることを特徴とする引張延性が良好なＣｒ基合金。
【請求項５】
請求項３または４に記載のＣｒ基合金において、Ｉｒに代えて、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｔ、およびＴｉの少なくとも１つ以上の元素が５．０質量％を超えない範囲で含有されていることを特徴とする引張延性が良好なＣｒ基合金。
【請求項６】
室温における引張延性が３％以上であることを特徴とする請求項１ないし５のＣｒ基合金。
【請求項７】
請求１から６のいずれかに記載される引張延性が良好なＣｒ基合金で構成されていることを特徴とするジェットエンジンもしくはガスタービンの翼、エンジンの吸入バルブもしくは排気バルブ、ロッカーアーム、またはオートバイもしくは自動車のエンジンのターボチャージャー連結棒のいずれかの耐熱物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明はＣｒ（クロム）基耐熱合金の改良に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明はジェットエンジンやガスタービンの翼、エンジンの吸入バルブや排気バルブ、ロッカーアーム、オートバイや自動車のエンジンのターボチャージャー連結棒のように、たとえば１１００℃以上という、高温環境下で使用する構造用耐熱材料として好適な、高温における圧縮強度や耐酸化性に優れ、しかも室温での引張延性（伸び）が高いＣｒ基合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジェットエンジンやガスタービンの翼またはエンジンの吸入バルブや排気バルブ等の構造用耐熱材料としては、Ｎｉ（ニッケル）基合金やＣｏ（コバルト）基合金が広く使用されている。しかしながら、これらの合金は高価であるだけでなく熱膨張係数の高さや融点等の制約から実際の耐用温度は１１００℃程度までに制限される等の問題があった。
【０００３】
一般にガスタービンの熱効率はタービンの入り口の温度を高めることで飛躍的に向上させることができるとされている。ガスタービンのように大型で、しかも世界の多くの国々において使用されている装置は、装置の熱効率を向上させることで地球温暖化の抑制に多大に貢献することになるため高温で使用可能な耐熱性構造材料の開発が強く望まれている。
【０００４】
このような背景において、Ｃｒ（クロム）は高融点（１８６３℃）で良好な耐酸化性を示すとともに、Ｎｉより密度が低く、しかも熱伝導性が高いという耐熱合金として優れた条件を備えている。このためＣｒ基合金は、Ｎｉ基合金やＣｏ基合金に代わる合金として注目されており、これまでにもＣｒ（クロム）基合金のこの特徴に着目し、さらに耐熱性や加工性、強度等を向上するための工夫や改善が提案なされている（たとえば特許文献１〜４及び非特許文献１〜５）。
【特許文献１】特開２００２−２６６０４６号公報
【特許文献２】特開２０００−３３６４４９号公報
【特許文献３】特開２００１−３４２５３４号公報
【特許文献４】特開２００３−１５５５３６号公報
【非特許文献１】A.H.Sully:Metallurgy of the rarer metals-1, Chromium,1st ed.,63-104;    1954, London, Butterworths Scientific Pub.
【非特許文献２】M.J.Udy:“Chromium”,1956,N.Y.Reinhold.
【非特許文献３】C.S.Wukusick:“The rhenium ductilizing effect”Refractory Metals    and Alloys IV-Research and Development, N.Y.Gordon and Breach Science    Pub.1967, p.231-245.
【非特許文献４】W.D.Klopp:“A review of chromium, molybdenum and tungsten alloys”,    J.Less-Common Metals 42(1975)261-278.
【非特許文献５】C.N.Reid and A.Gilbert: Dislocation structure in chromium,    Chromium-rhenium and Chromium-iron alloys, J.Less-common Metals,    10(1966)77-90.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これまでのＣｒ基耐熱合金は室温での難加工性や脆性、さらには高い延性脆性遷移温度（ＤＢＴＴ）等の問題が未だ十分に解決されていないため、Ｃｒ基耐熱合金を使用した製品は実用化されていない。したがって、Ｃｒ基耐熱合金が有するこれらの
問題点を克服することができればＣｒ基耐熱合金は耐用温度の高いＮｉ基耐熱合金に取って代わることが可能となる。
【０００６】
そこで、この出願の発明は、上記の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来の問題点を解消し、たとえばジェットエンジンやガスタービンの翼等を始めとする耐熱構造用合金として、１１００℃以上の高温環境においても使用可能な高温強度と対酸化性を有し、室温延性（伸び）にも優れたＣｒ基耐熱合金を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、Ａｇが０．０５質量％〜０．１質量％の範囲で不可避的不純物とともに含有されている引張延性が良好なＣｒ基合金を提供する。
【０００８】
この出願の発明は、第２には、上記のＣｒ基合金において、さらにＲｅが０．３〜１８．０質量％の範囲で含有されている引張延性が良好なＣｒ基合金を提供する。
【０００９】
この出願の発明は、第３には、上記のＣｒ基合金において、Ｉｒが０．５〜２．０質量％の範囲で含有されている引張延性が良好なＣｒ基合金を提供する。
【００１０】
この出願の発明は、第４には、Ｒｅが０．３〜１８．０質量％の範囲で含有されているＣｒ基合金において、Ｉｒが０．５〜２．０質量％の範囲で含有されている引張延性が良好なＣｒ基合金を提供する。
【００１１】
この出願の発明は、第５には、前記のＣｒ基合金において、Ｉｒに代えて、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｔ、およびＴｉの少なくとも１つ以上の元素が５．０質量％を超えない範囲で含有されている引張延性が良好なＣｒ基合金を提供する。
【００１２】
この出願の発明は、第６には、室温における引張延性が３％以上である前記請求項１ないし５のいずれかのＣｒ基合金を提供する。
【００１３】
この出願の発明は、第７には、前記の引張延性が良好なＣｒ基合金で構成されていることを特徴とするジェットエンジンもしくはガスタービンの翼、エンジンの吸入バルブもしくは排気バルブ、ロッカーアーム、またはオートバイもしくは自動車のエンジンのターボチャージャー連結棒のいずれかの耐熱物品を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
上記第１のＣｒ基合金の発明によれば、高温における圧縮強度や耐酸化性が優れ、しかも室温での引張延性（伸び）が高いＣｒ基合金が実現される。
【００１５】
上記第２のＣｒ基合金によれば、降伏強度と極限強度が高いＣｒ基合金とすることができる。
【００１６】
第３のＣｒ基合金の発明によれば、上記第２と同様な効果が得られ、さらに降伏強度と極限強度が高いＣｒ基合金とすることができる。
【００１７】
上記第４のＣｒ基合金によれば、少量のＲｅの含有であってもＩｒを含有させることにより引張延性、降伏強度および極限強度が優れたＣｒ基合金の耐熱物品とすることができる。
【００１８】
上記第５のＣｒ基合金の発明によれば、Ｉｒの代わりに少量の遷移元素を含有させても
同様に引張延性、降伏強度および極限強度が優れたＣｒ基合金の耐熱物品とすることができる。
【００１９】
上記第６のＣｒ基合金の発明によれば、引張延性が３％以上の高い物性を示すＣｒ基合金の耐熱物品とすることができる。
【００２０】
上記第７の耐熱物品の発明によれば、耐熱性や加工性が要求される各種用途に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この出願の発明は上記のとおりの特徴を有し、Ｃｒ（クロム）に少量のＡｇ（銀）またはＡｇ（銀）とＲｅ（レニウム）を含有させることにより、１１００℃以上の高温環境下でも圧縮強度や耐酸化性等が優れ、しかも室温での引張延性（伸び）が優れたＣｒ基合金を提供するものである。
【００２２】
本出願人はこれまでにもＣｒを主成分とし、これにＲｅ（レニウム）やＷ（タングステン）を１〜４０原子％（１．７５〜７０質量％）の範囲で含有させることにより高温強度や圧縮延性に優れたＣｒ基耐熱合金を開発し、既に特許出願（前記特許文献１）もしているが、この出願の発明は、先の出願の発明においてＣｒにＲｅやＷを含有させることにより得られる高温強度や圧縮延性に優れたＣｒ基耐熱合金をさらに改良したものである。
【００２３】
すなわち、この出願の発明はＣｒに対してＲｅの含有量を少量（０．３〜１８質量％）の範囲に制限してもＡｇ（銀）とともに使用することにより引張延性（伸び）を、これまで全く予期できないこととして、著しく向上させたものである。さらに、この出願の発明はＲｅとＡｇを併用するだけでなく、Ａｇだけを少量（０．０５質量％〜０．１質量％）含有させることによっても同様に引張延性（伸び）を著しく向上させている。この出願の発明は、以上のとおりのＣｒ基耐熱合金は、その組成としては、Ｃｒ−ＡｇおよびＣｒ−Ｒｅ−Ａｇとして構成され、これらは不可避的不純物を含有してもよい。
【００２４】
この出願の発明においては、Ｃｒと不可避的不純物のみで構成されるＣｒ金属の場合には室温引張延性が０％と全く認められないのに対し、ＲｅとＡｇの含有量をそれぞれ０．３〜１８質量％および０．０５〜０．１質量％の範囲に限定することにより、顕著な室温引張延性、たとえば３％以上の室温引張延性を示すことを知見したものである。
【００２５】
Ｃｒ−Ａｇ２元系合金では、０．０５質量％のＡｇを含有させることで室温引張延性は８％にも達している。なお、Ａｇの含有量が０．０５質量％未満ではその効果はあまり大きくなく、またＡｇの含有量が０．１質量％を超える場合には金属の強度が低下するため好ましくない。
【００２６】
以上のように、この出願の発明はＣｒに少量のＲｅとＡｇを含有させることにより高温における圧縮強度や耐酸化性が優れしかも室温での引張延性（伸び）が優れたＣｒ基合金を実現するものであるが、この少量のＲｅおよびＡｇが含有されたＣｒ基合金に、Ｉｒ（イリジウム）元素を０．５〜２．０質量％の範囲で含有させることにより、降伏強度や極限強度を向上させることができる。
【００２７】
また、Ｉｒと同様の効果は、Ｉｒの代わりに、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｎｉ、ＰｔおよびＴｉ等の遷移元素の１種以上を５．０質量％を超えない範囲で添加することによっても実現される。
【００２８】
たとえば、遷移元素の１つとしてＴａを用いて、Ｃｒ−０．３Ｒｅ−０．５Ｔａ（質量
％）の組成からなる合金を製造して物性値を測定したところ、室温における降伏強度が１９６ＭＰａ、引張強度２２７ＭＰａ、また伸び２．１％の物性を有することが確認されている。
【００２９】
なお、本願発明のＣｒ基合金には、Ａｌ、Ｏ、Ｎ、Ｈ、Ｓ、Ｃ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、およびＰｄ等の不可避的不純物が含有されることが考えられるが、これら不可避的不純物は表１に記載されている範囲内にすることが必要である。
【００３０】
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しい説明をする。なお、この実施例ではアーク溶解により製造した合金を用いたが、鋳造や粉末冶金で製造した合金でも同じ結果が得られており以下の例によって発明が限定されることはない。
【実施例】
【００３１】
＜実施例１＞
表１の組成表にしたがって、Ｃｒ-Ｒｅ、Ｃｒ-Ａｇ、Ｃｒ-Ｒｅ-Ａｇ、Ｃｒ-Ｉｒ-Ｒｅ、およびＣｒ-Ｉｒ-Ｒｅ-Ａｇの成分からなるＣｒ基合金をアーク溶解により製造し、こ
れを放電加工により試験片を切り出し、室温での引張延性（伸び）と室温から１３００℃までの圧縮試験（降伏強度）を行った。
【００３２】
なお、表１におけるＣｒ-ＲｅはＣｒに対して、Ｒｅだけを単独に用いた際のＲｅの含
有量と引張延性の変化を測定したものであるが図１に示されているようにＲｅは、０．３〜１８．０質量％の範囲で最も高い数値を示している。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表２は表１の成分により得られたＣｒ基合金の機械的特性を示したものである。表２に
示されている機械的特性からも明らかなようにＣｒだけの場合は、室温における引張延性（伸び）が０％であるのに対し、ＲｅとＡｇが含有されたＣｒ基耐熱合金の室温での引張延性（伸び）は、３〜９．４％であり著しく向上されている。一般に室温における引張り延性が５％前後であれば耐熱構造材料として実用性があるとされていることから、この出願の発明のＣｒ基耐熱合金は、ガスタービンの動静翼、ジェットエンジン、ジェットエンジン等の吸入バルブおよび排気バルブ、ロッカーアームおよびエンジンのターボチャージャー連結棒等の高温で使用される構造用耐熱材料としての用途が期待される。
【００３５】
また、表２の結果からＩｒを含有したＣｒ基合金とＩｒを含有しないＣｒ基合金を比較した場合ではＩｒを含有したＣｒ基合金は室温での引張延性（伸び）は低下するが、圧縮強度（降伏強度）および極限強度はいずれも向上していることが確認できる。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
また、この出願の発明で得られるＣｒ基耐熱合金は１１００および１３００℃の大気中における２００時間の暴露試験における耐酸化性はＣｒ単体のものより著しく向上したものが得られているし、大気中で室温から１３００℃の温度範囲における室温延性（圧縮延性）においても、Ｃｒ単体のものに比較して、約２倍程度のものが得られることが確認されている。
【００３８】
＜実施例２＞
実施例１と同様にして、表１の合金を基準として、これにＲｅとＡｇを添加して製造したＣｒ基合金とＣｒ単体との圧縮強度について評価すると、図２に示されているようにＲｅとＡｇが含有されたＣｒ基合金は、室温から１３００℃までの温度で圧縮強度（０．２％降伏強度）がＣｒ単体のほぼ２倍の値を示している。さらに、耐酸化性について評価すると、図３の「単位面積における重量変化」は、Ｃｒに対してＡｇの含有量を０．１質量％に保ちながらＲｅの含有量を５〜１８質量％の範囲で変化させたＣｒ-Ｒｅ-Ａｇ合金とＣｒ単体を１１００℃の温度で、大気中で２００時間まで暴露させた時の重量変化を調べたものである。図３からも明らかなようにＣｒ-Ｒｅ-Ａｇ合金は、Ｃｒ単体に比較して重量変化が少なく高い耐酸化性（耐熱性）を示している。
【００３９】
また、図４の「単位面積における重量変化」は、Ｃｒに対してＲｅが５質量％とＡｇが０．１質量％含有されたＣｒ基合金とＣｒ単体を１３００℃の温度で、大気中で２００時間まで暴露させた時の重量変化を調べたものである。
【００４０】
図４からも明らかなようにＣｒ-Ｒｅ-Ａｇ合金は重量変化が少ないのに対してＣｒ単体の重量は激減しておりＣｒ-Ｒｅ-Ａｇ合金は高い耐酸化性（耐熱性）を示している。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
この出願の発明で得られるＣｒ基合金は、高温環境下で使用する構造用耐熱材料として好適な高温における圧縮強度や耐酸化性が優れており、しかも室温での引張延性（伸び）が５％もあるためジェットエンジンおよびガスタービンの翼、エンジンの吸入バルブや排気バルブ、ロッカーアーム、オートバイ及び自動車のエンジンのターボチャージャー連結棒等の耐熱物品としての実用化の可能性が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】Ｃｒ-Ｒｅ合金の室温での引張延性とＲｅの含有量の関係を示したものである。
【図２】Ｃｒ及びＣｒ-５Ｒｅ-０．１Ａｇ合金（質量％）の０．２％圧縮降伏強度の室温から１３００℃までの温度依存性を示したものである。
【図３】Ｃｒ及びＣｒ-５〜１８Ｒｅ-０．１Ａｇ合金を大気中に１１００℃で２００時間（ｈ）まで暴露した時の単位面積当りの重量変化を示したものである。
【図４】Ｃｒ及びＣｒ-５Ｒｅ-０．１Ａｇ（質量％）を大気中に１３００℃で２００時間（ｈ）まで暴露した時の単位面積当りの重量変化を示したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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