(57)【要約】【課題】製造性に優れ、かつ、高温での長時間の特性安定性に優れた耐熱鋳造合金およびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２５％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｃｒ：２０〜２４％、Ｍｏ：８〜１０％、ＲＥＭ（希土類金属）：０．０１〜１．０％を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなり、熱処理として、７００〜１０００℃で応力除去熱処理が施されたことを特徴とする耐熱鋳造合金であり、製造性および高温での長時間の特性安定性に優れている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２５％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｃｒ：２０〜２４％、Ｍｏ：８〜１０％、ＲＥＭ（希土類金属）：０．０１〜１．０％を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなり、熱処理として、７００〜１０００℃で応力除去熱処理が施されたことを特徴とする耐熱鋳造合金。
【請求項２】
重量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｃｒ：２０〜２４％、Ｍｏ：８〜１０％、ＲＥＭ（希土類金属）：０．０１〜１．０％を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなり、熱処理として、７００〜１０００℃で応力除去熱処理が施されたことを特徴とする耐熱鋳造合金。
【請求項３】
重量％で、Ｃｏ：１０〜１５％をさらに含有することを特徴とする請求項１または２記載の耐熱鋳造合金。
【請求項４】
前記不可避的不純物のうち、重量％で、Ｆｅ：５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下に抑制されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の耐熱鋳造合金。
【請求項５】
前記不可避的不純物のうち、重量％で、Ｆｅ：５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｃｏ：１％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下に抑制されたことを特徴とする請求項１または２記載の耐熱鋳造合金。
【請求項６】
前記不可避的不純物のうち、重量％で、Ａｌ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．０５％以下に抑制されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の耐熱鋳造合金。
【請求項７】
重量％で、Ｂ：０．００１〜０．００６％を含有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の耐熱鋳造合金。
【請求項８】
重量％で、Ｎｂ：１〜３％を含有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の耐熱鋳造合金。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項記載の組成成分を有する耐熱鋳造合金を製造する方法であって、
前記耐熱鋳造合金を構成する組成成分を大気溶解する溶解工程と、
大気中において、前記溶解された合金を所定の鋳型に流し込み、冷却して所定の形状に形成する鋳造工程と、
前記所定の形状に形成された形成物を７００〜１０００℃に加熱し、応力除去を行う応力除去工程と
を具備することを特徴とする耐熱鋳造合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、蒸気タービンなどを構成する高温部品材料として使用可能な耐熱鋳造合金およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電設備の高温部品材料として、１Ｃｒ−１Ｍｏ−０．２５Ｖ鋼に代表される低合金耐熱鋼や１２Ｃｒ−１Ｍｏ−ＶＮｂＮ鋼に代表される高Ｃｒ系耐熱鋼が多用されている。このような中、近年の火力発電設備においては、蒸気温度の高温化が急速に進められ、より高温特性に優れた高Ｃｒ系耐熱鋼の使用が増加してきた。高温特性に優れた耐熱鋼を用いることで、より高性能の火力発電設備の構成が可能になり、６００℃程度の高温蒸気を利用した蒸気タービンが運転されている（例えば、特許文献１−４参照。）。
【０００３】
また、将来的には、より高温の蒸気を用いた火力発電設備が実現する可能性が高く、６５０℃を超える、例えば７００℃程度の温度の蒸気を利用する超高温の蒸気タービンが検討されている（例えば、特許文献５−６参照。）。
【０００４】
従来、蒸気タービンの高温部を構成する大型部品は、安価で製造性に優れたフェライト系耐熱鋼が使用されてきた。しかし、６５０℃を超える、例えば７００℃程度の超高温環境下においては、機械的性質あるいは耐環境特性の観点から、オーステナイト系耐熱鋼あるいはＮｉやＣｏを主成分とする超耐熱合金がその主要構成材料となることが必須であり、超高温環境下での長期間の使用を目的とした超耐熱合金が開示されている（例えば、特許文献７−８参照。）。
【特許文献１】特公昭６０−５４３８５号公報
【特許文献２】特開平２−１４９６４９号公報
【特許文献３】特開平６−３０６５５０号公報
【特許文献４】特開平８−３６９７号公報
【特許文献５】特開２０００−２８２８０８号公報
【特許文献６】特開２００４−１６９５６２号公報
【特許文献７】特開２００２−２３５１３４号公報
【特許文献８】特開２００３−１３１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した蒸気タービン発電設備を構成する部品には、大型素材から成形されるものもあり、大型素材に対して、製造性や所望の形状への成形性に優れること要求される。また、その材料特性は、大型化によっても損なわれず、かつ、均質であることも要求される。例えば、蒸気タービン発電設備の構成部品である、蒸気弁のケーシングやタービンケーシングなどは、主として、大気中で溶解され、鋳造形成される。この際、例えば、ＡｌやＴｉなどの活性金属元素の添加が困難であったり、添加できても酸化物や窒化物が生成し鋳塊中に残存して均一に固溶させることができないなどの問題があった。
【０００６】
また、上記した従来の耐熱合金は、添加される合金元素の種類やその添加量が大型鋳造品の製造に適しておらず、また、初期の高温特性は優れているものの、６５０℃を超える、例えば７００℃程度の運転温度近傍での長期間の加熱による経年的な脆化や強度低下が著しいなどの問題があった。また、上記した従来の耐熱合金は、溶体化処理を必須としているため、厚肉品においては固溶化温度に加熱後に急冷する工程を必要とし、煩雑な製造工程を要していた。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、製造性に優れ、かつ、高温での長時間の特性安定性に優れた耐熱鋳造合金およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の耐熱鋳造合金は、重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２５％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｃｒ：２０〜２４％、Ｍｏ：８〜１０％、ＲＥＭ（希土類金属）：０．０１〜１．０％を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなり、熱処理として、７００〜１０００℃で応力除去熱処理が施されたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の耐熱鋳造合金は、重量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｃｒ：２０〜２４％、Ｍｏ：８〜１０％、ＲＥＭ（希土類金属）：０．０１〜１．０％を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなり、熱処理として、７００〜１０００℃で応力除去熱処理が施されたことを特徴とする。
【００１０】
この耐熱鋳造合金によれば、上記した各組成成分の含有率の範囲で構成されることによって、溶湯の流動性が高く、高温で長期間加熱されても所望の機械的特性を維持可能な耐熱鋳造合金を提供することができる。また、微量のＲＥＭを添加することで、脱酸および脱硫の効果を発揮し、清浄度を高めることができるとともに、溶接性を改善することができる。また、本発明の耐熱鋳造合金においては、熱処理として、７００〜１０００℃の応力除去熱処理を施せば、所望の機械的特性が得られる。
【００１１】
本発明の耐熱鋳造合金の製造方法は、上記した組成成分を有する耐熱鋳造合金を製造する方法であって、前記耐熱鋳造合金を構成する組成成分を大気溶解する溶解工程と、大気中において、前記溶解された合金を所定の鋳型に流し込み、冷却して所定の形状に形成する鋳造工程と、前記所定の形状に形成された形成物を７００〜１０００℃に加熱し、応力除去を行う応力除去工程とを具備することを特徴とする。
【００１２】
この耐熱鋳造合金の製造方法によれば、大気溶解および大気鋳造によって、耐熱鋳造合金を製造することができるので、例えば、大型厚肉素材でも製造することができる。さらに、熱処理として、７００〜１０００℃の応力除去熱処理を施せばよく、耐熱鋳造合金の製造工程の削減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の耐熱鋳造合金およびその製造方法によれば、製造性に優れ、かつ、高温での長時間の特性安定性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態を説明する。
【００１５】
本発明の耐熱鋳造合金は、以下に示す組成成分範囲の合金である。なお、以下の説明において組成成分を表す％は、特に明記しない限り重量％とする。
【００１６】
（Ｍ１）Ｃ：０．０５〜０．２５％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｃｒ：２０〜２４％、Ｍｏ：８〜１０％、ＲＥＭ（希土類金属）：０．０１〜１．０％を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなる耐熱鋳造合金。
（Ｍ２）Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｃｒ：２０〜２４％、Ｍｏ：８〜１０％、ＲＥＭ（希土類金属）：０．０１〜１．０％を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなる耐熱鋳造合金。
（Ｍ３）上記した（Ｍ１）または（Ｍ２）の組成成分に加えて、Ｃｏ：１０〜１５％を含有してなる耐熱鋳造合金。
（Ｍ４）上記した（Ｍ１）〜（Ｍ３）のいずれかの合金の組成成分に加えて、Ｂ：０．００１〜０．００６％を含有してなる耐熱鋳造合金。
（Ｍ５）上記した（Ｍ１）〜（Ｍ４）のいずれかの合金の組成成分に加えて、Ｎｂ：１〜３％を含有してなる耐熱鋳造合金。
【００１７】
ここで、上記した（Ｍ１）〜（Ｍ５）の耐熱鋳造合金における不可避的不純物において、その不可避的不純物のうち、Ｆｅを５％以下、Ｃｕを０．５％以下、Ｐを０．０１５％以下、Ｓを０．０１５％以下に抑制することが好ましい。さらに、その不可避的不純物のうち、Ａｌを０．０５％以下、Ｔｉを０．０５％以下に抑制することが好ましい。
【００１８】
また、不可避的不純物における抑制組成成分は、上記した組み合わせに限られるものではなく、上記した（Ｍ１）、（Ｍ２）の耐熱鋳造合金、および（Ｍ４）、（Ｍ５）でＣｏを含有しない耐熱鋳造合金における不可避的不純物において、その不可避的不純物のうち、Ｆｅを５％以下、Ｃｕを０．５％以下、Ｃｏを１％以下、Ｐを０．０１５％以下、Ｓを０．０１５％以下に抑制することが好ましい。さらに、その不可避的不純物のうち、Ａｌを０．０５％以下、Ｔｉを０．０５％以下に抑制することが好ましい。
【００１９】
次に、上記した本発明に係る耐熱鋳造合金における各組成成分範囲の限定理由を説明する。
【００２０】
（１）Ｃ（炭素）
Ｃは、炭化物の構成元素として有用な元素であり、特にＮｉ基の鋳造合金においては、溶湯の流動性を確保する上でも効果を発揮する。本発明に係る耐熱鋳造合金においては、使用前における応力除去熱処理による炭化物の析出は極力抑制し、７００℃近傍での長期にわたる使用の間、炭化物を微細に析出させて強度特性を維持する。しかし、０．２５％を超えると、鋳造時に形成される粗大な未固溶炭化物や共晶炭化物の生成量が急激に増加し、使用中に析出する微細炭化物の析出量を低減する。また、０．０５％未満の添加量では、溶湯の流動性が悪く、複雑形状の大型鋳造品を製作することが困難になる。そのため、Ｃの含有率を０．０５〜０．２５％とした。また、より好適なＣの含有率は、０．０５〜０．１５％である。
【００２１】
（２）Ｓｉ（ケイ素）
Ｓｉは、脱酸剤として有用であり、溶湯の流動性を確保する効果も発揮する。また、耐水蒸気酸化性を向上させる。しかし、その含有量が多い場合は、靭性の低下及び脆化を促進するため、この観点からは、その含有量を可能な限り抑制することが望ましい。また、その含有率が１．０％を超えると、上記した特性が著しく低下し、０．１％未満では、溶湯の流動性が悪く、複雑形状の大型鋳造品を製作することが困難になる。そのため、Ｓｉの含有率を０．１〜１．０％とした。また、より好適なＳｉの含有率は、Ｃの含有率が０．０５〜０．１５％の場合には０．５〜１．０％であり、Ｃの含有率の上限を０．２５％とする場合には、０．１〜０．５％である。
【００２２】
（３）Ｍｎ（マンガン）
Ｍｎは、脱硫剤として有用な元素であり少なくとも０．１％は必要だが、１．０％を超えて添加すると非金属介在物の生成量が増加する。そのため、Ｍｎの含有率を０．１〜１．０％とした。また、より好適なＭｎの含有率は、０．１〜０．５％である。
【００２３】
（４）Ｃｒ（クロム）
Ｃｒは、耐酸化性、耐食性に有効であるとともに、析出強化に寄与する微細なＣｒ炭化物の構成元素としても有用である。しかし、その含有率が２０％未満では、７００℃近傍での高温水蒸気環境下における耐食性が十分でなく、２４％を超えると、鋳造時の共晶炭化物の生成量が著しくなり、十分な強度特性を発揮できなくなる。そのため、Ｃｒの含有率を２０〜２４％とした。
【００２４】
（５）Ｍｏ（モリブデン）
Ｍｏは、母相の固溶強化に寄与して高温強度を高めるとともに、高温での熱膨張量を低減する効果を有するが、本発明に係る耐熱鋳造合金においては、その含有率が８％未満ではこれらの効果が認められない。一方、１０％を超えると、高温加熱により脆化相が経時的に析出し、また、合金の比重も増加して偏析傾向が高まる。そのため、Ｍｏの含有率を８〜１０％とした。
【００２５】
（６）Ｃｏ（コバルト）
Ｃｏは、母相の固溶強化に寄与して高温強度とともに、高温での長時間使用後の析出物の安定性を高める。本発明に係る耐熱鋳造合金では、その含有率が１０％以上で、これらの効果が発揮される。一方、１５％を超えると、加工性や経済性を著しく損なう。そのため、Ｃｏの含有率を１０〜１５％とした。また、本発明に係る耐熱鋳造合金におけるＣｏの添加の要否は、耐熱鋳造合金の適用部品ごとに判断される。添加不要の場合は、不可避的不純物元素の一つと見なされ、その残存含有率を１％以下に抑制し、可能な限りその残存含有率を０％に近づけることが望ましい。
【００２６】
（７）Ｂ（ホウ素）
Ｂは、析出物の高温安定性を高めるとともに、結晶粒界の強化に寄与する。これらの効果は、０．００１％以上の添加で認められるが、０．００６％を超えると偏析を助長させるとともに、大気中のＮ（窒素）と結合して粗大化合物を生成する。そのため、Ｂの含有率を０．００１〜０．００６％とした。本発明に係る耐熱鋳造合金におけるＢの添加の要否は、耐熱鋳造合金の適用部品ごとに判断される。
【００２７】
（８）Ｎｂ（ニオブ）
Ｎｂは、高温での加熱によりＮｉ３Ｎｂを基本構造とするγ”相を形成し、これが析出強化作用を有して優れた高温特性を発揮するための一因となる。一方で、γ”相やこの安定相であるδ相は、耐熱鋳造合金の靭性や延性を低下させる要因ともなり、経年的な脆化を促進する。その含有率が１％未満では、γ”相の析出量が十分確保できないため所望の強度が発揮できず、３％を超えると、γ”相の析出量が過大となり経年的な脆化が著しくなる。これらのことから、７００℃程度の温度において、高温強度を発揮させ、かつ、経年的な脆化を抑制するため、Ｎｂの含有率を１〜３％とした。また、より好適なＮｂの含有率は、１．５〜２．５％である。本発明に係る耐熱鋳造合金におけるＮｂの添加の要否は、耐熱鋳造合金の適用部品ごとに判断される。
【００２８】
（９）Ａｌ（アルミニウム）およびＴｉ（チタン）
ＡｌおよびＴｉは、Ｎｉ基の耐熱鋳造合金における主強化相であるγ’相の構成元素として通常は不可欠な元素である。しかし、大気溶解や大気鋳造が不可避となる大型鋳造部品の製造においては、溶解時の含有量制御や鋳造品中の均一な濃度分布を得ることが難しく、また、溶湯の流動性の低下や非金属介在物の多量発生による機械的性質の低下を生じさせる。さらに、Ｎｂを添加する耐熱鋳造合金においては、ＡｌやＴｉの添加は、γ”相の析出と脆化を促進させる。したがって、本発明に係る耐熱鋳造合金においては、ＡｌおよびＴｉの意図的な添加は行わない。また、不可避的不純物として、耐熱鋳造合金中にＡｌあるいはＴｉが混入した場合でも、最終的な残存含有率は、０．０５％以下に抑制し、可能な限りこれらの残存含有率を０％に近づけることが望ましい。
【００２９】
（１０）Ｆｅ（鉄）、Ｃｕ（銅）、Ｐ（リン）およびＳ（硫黄）
通常、鉄鋼材料を溶解する溶解炉を流用して製作される本発明に係る耐熱鋳造合金においては、炉壁からのＦｅの混入は避けられず、機械的性質に影響を及ぼさない上限として５％とした。また、Ｃｕ、Ｐ、Ｓについては、原料等から混入する場合が過半である。そこで、Ｆｅの残存含有率を５％以下、Ｃｕの残存含有率を０．５％以下、Ｐの残存含有率を０．０１５％以下、Ｓの残存含有率を０．０１５％以下に抑制し、可能な限りこれらの残存含有率を０％に近づけることが望ましい。
【００３０】
（１１）ＲＥＭ（レアアースメタル：希土類金属）
本発明に係る耐熱鋳造合金は、大気溶解および大気鋳造で製作されるため、ＡｌやＴｉなどの活性元素を脱酸剤として用いることは困難である。また、非金属介在物の生成量を抑制する観点からＭｎの添加量に制限を設けているため、脱硫効果が最大限に発揮されない場合もある。また、脱酸あるいは脱硫が不足して、比重が大きい酸化物や硫化物が生成すると、溶湯からの分離が困難なため、それらの生成物が鋳塊中に残存して耐熱鋳造合金の清浄度を低下させる。本発明に係る耐熱鋳造合金においては、微量のＲＥＭを添加することで、脱酸および脱硫の効果を発揮し、清浄度を高めるとともに、Ｓの含有量を低減させた結果、耐熱鋳造合金の溶接性を改善する効果も併せ持つ。本発明に係る耐熱鋳造合金に適したＲＥＭは、Ｃｅ（セリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｒ（プラセオジム）の４種の希土類元素を少なくとも含有して構成されることが好ましい。これらの総含有率が０．０１％未満の場合は、脱酸効果および脱硫効果がともに認められず、一方、１．０％以上添加すると、鋳塊中におけるこれらの残存量が増加し、機械的性質を低下させる。そのため、ＲＥＭの総含有率を０．０１〜１．０％とした。
【００３１】
（耐熱鋳造合金の製造方法）
次に、上記した耐熱鋳造合金の製造方法について説明する。
【００３２】
まず、前述した（Ｍ１）〜（Ｍ５）のいずれかの耐熱鋳造合金を構成する組成成分を、大気中において溶解する（溶解工程）。
【００３３】
続いて、大気中において、溶解した合金を所定の鋳型に流し込み、冷却して所定の形状に形成する（鋳造工程）。この際の冷却は、鋳型内での自然放冷によって行われる。
【００３４】
続いて、冷却され、所定の形状に形成された形成物を、７００〜１０００℃で肉厚約２５ｍｍ当たり１時間加熱し、応力除去を行う（応力除去工程）。なお、応力除去工程後の冷却は、強制空冷や水冷などの強制冷却を実施し、冷却過程での微細炭化物の析出と成長を抑制することが好ましい。
【００３５】
ここで、上記した耐熱鋳造合金は、熱処理として、７００〜１０００℃で応力除去熱処理が施されるのみで、溶体化処理や時効熱処理などは施されない。これによって、十分な機械的性質を確保するとともに耐熱鋳造合金の製造工程を簡略化でき、製作コストを削減することができる。
【００３６】
次に、本発明に係る耐熱鋳造合金において、鋳造後に熱処理として、７００〜１０００℃で応力除去熱処理のみを施すことが好適な理由について説明する。
【００３７】
一般に、超耐熱合金あるいはオーステナイト系ステンレス鋼においては、溶体化処理もしくはこれに時効熱処理を組合せて使用に供される。溶体化処理を施すことによって、未固溶の粗大析出物や粒内析出物を一旦溶解し、局所的な偏析が少ない素材を得ることが可能となる。また、鋳造時において粒界やデンドライト境界に生成するＣｒ炭化物は、その周囲のＣｒ濃度を低下させるため、局所的な耐食性を低下させる。この結果、例えば応力腐食割れが生じ易くなるが、溶体化処理においてＣｒ炭化物を溶解することで、Ｃｒ濃度の均一化を図ることができる。
【００３８】
しかしながら、本発明に係る耐熱鋳造合金においては、Ｃｒ、ＭｏおよびＣの添加量が比較的高いため、鋳造後に生成する共晶炭化物量が多くなる。これらを溶解するには、１２００℃を超える高温で、かつ長時間の溶体化処理が必要となり、特に大型素材では工業的に困難である。そこで、これら共晶炭化物以外の粒内析出物の溶解と鋳造・凝固時に導入されたひずみ除去を目的にした応力除去熱処理のみを施すことが好適と判断した。
【００３９】
本発明に係る耐熱鋳造合金においては、過飽和に添加されたＣが、高温での運転中に微細炭化物として粒内に析出することが、その強度特性を維持するための要因の一つとされる。しかし、７００℃未満で応力除去熱処理を施すと、熱処理中に粒内への炭化物の析出が促進され、例えば、本発明に係る耐熱鋳造合金で蒸気タービンのケーシングなどを形成した場合、運転中に所望の強度を維持できなくなる。また、Ｎｂを添加した耐熱鋳造合金の場合は、７００℃未満では、γ”相の析出量が相対的に増加し、運転前の熱処理によって脆化が少なからず生じてしまう。
【００４０】
一方、１０００℃を超える温度で応力除去熱処理を施すと、粒界やデンドライト境界への塊状炭化物の析出が促進されるため、過飽和に固溶したＣ量が減少し、運転中に所望の強度を維持できなくなる。
【００４１】
これらのことから、本発明に係る耐熱鋳造合金については、鋳造後における応力除去熱処理として、７００〜１０００℃で加熱することが好適である。なお、応力除去熱処理後の冷却は、強制空冷や水冷などの強制冷却を実施し、冷却過程での微細炭化物の析出と成長を抑制することが好ましい。
【００４２】
ここで、本発明の化学組成範囲にある耐熱鋳造合金は、例えば、蒸気タービンのケーシング、蒸気弁のケーシング、ノズルボックス、フランジなどの構成材料とて利用することができる。また、これらの蒸気タービンの構成部品は、上記した製造方法によって形成することができる。
【００４３】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【００４４】
（第１の実施例）
第１の実施例では、本発明の化学組成範囲にある耐熱鋳造合金が優れた経年劣化特性を有することを説明する。
【００４５】
供試鋳造合金（供試合金１〜供試合金１６、比較供試合金１〜比較供試合金５）は、約３０ｋｇを大気中で誘導溶解し、鋳塊に９００℃で応力除去熱処理を行った後、強制空冷によって冷却した。
【００４６】
表１に、作製された供試鋳造合金の化学組成を示す。表１に示された供試鋳造合金のうち供試合金１〜供試合金１６は、本発明に係る組成範囲にある耐熱鋳造合金である。一方、比較供試合金１〜比較供試合金５は、その組成が本発明の化学組成範囲にない耐熱鋳造合金であり、比較例である。なお、表１に示された数値の単位は、重量％である。ここで、ＲＥＭを添加した本発明に係る耐熱鋳造合金のＳの含有率は、０．００１〜０．００３％であり、ＲＥＭを添加しない比較例に比べて、Ｓの含有率が低減されている。これは、前述したように、ＲＥＭ添加における脱硫効果が発揮されたことを示している。
【００４７】
ここでは、表１に示された合金のうち、供試合金１２〜供試合金１６、比較供試合金３および比較供試合金４を用いて、以下の試験を実施した。
【００４８】
供試合金１２〜比較供試合金１６、比較供試合金３および比較供試合金４について、７００℃で３００００時間の加熱を行い、ＪＩＳ４号２ｍｍＶノッチシャルピ衝撃試験片を作製した。そして、その試験片を用いて、２０℃の雰囲気温度下でシャルピ衝撃試験を実施した。
【００４９】
また、供試合金１２〜供試合金１６、比較供試合金３および比較供試合金４について、７００℃で３００００時間の加熱を行い、常温０．２％耐力を測定した。
【００５０】
表２に、２０℃衝撃吸収エネルギおよび常温０．２％耐力の測定結果を示す。なお、表２には、応力除去熱処理後における衝撃吸収エネルギおよび常温０．２％耐力とともに、応力除去熱処理を施す前における２０℃衝撃吸収エネルギ（初期値）および常温０．２％耐力（初期値）が示されている。
【００５１】
表２に示された結果から、応力除去熱処理を施す前における２０℃衝撃吸収エネルギ（初期値）は、いずれの合金においても、１５０〜１７０Ｊであるが、７００℃で３００００時間の応力除去熱処理後の数値に大きな差が認められた。これは、Ｎｂの添加量に起因するものと考えられ、本発明の化学組成範囲に調整した供試合金１２〜供試合金１６は、長期間の応力除去熱処理後においても５０〜７０Ｊを維持しているが、Ｎｂの添加量が本発明の化学組成範囲を超えて添加されている比較供試合金３および比較供試合金４では、１０Ｊあるいは５Ｊとなり、応力除去熱処理を施す前の値よりも大きく低下した。
【００５２】
また、応力除去熱処理後における供試合金１２〜供試合金１６の常温０．２％耐力は、いずれも４００ＭＰａであり、７００℃で３００００時間の応力除去熱処理後は、６５０〜６８０ＭＰａに上昇した。この値は、比較供試合金３および比較供試合金４の応力除去熱処理後の値と比べると低いが、応力除去熱処理を施す前における常温０．２％耐力の初期値を上回る耐力を長期間にわたり維持できることが明らかとなった。
【００５３】
以上のことから、本発明の化学組成範囲にある耐熱鋳造合金は、その組成範囲にない添加元素量を有する比較例に比べ、同等の初期特性を有し、７００℃で３００００時間の応力除去熱処理後においても十分な常温０．２％耐力を有し、さらに、高温で長期間加熱されることによって生じる脆化を大幅に抑制することが可能であることが明らかとなった。
【００５４】
【表１】
2006322025.tif 000002
【００５５】
【表２】
2006322025.tif 000003
【００５６】
（第２の実施例）
第２の実施例では、本発明の化学組成範囲にある耐熱鋳造合金が、優れた鋳造性を有することを説明する。
【００５７】
まず、大型複雑形状の鋳造品製作の際に重要な特性である溶湯の流動性について説明する。
【００５８】
溶湯の流動性を評価するために、表１に示す、供試合金１〜供試合金１１、比較供試合金１、比較供試合金２および比較供試合金５を使用した。
【００５９】
これらの各合金、約３０ｋｇを大気中で誘導溶解し、ノズルを介して５／１０００の勾配に設置された、内径が約１５０ｍｍ、長さが約２０００ｍｍの金属製の円筒に溶湯を流し込んだ。
【００６０】
表３に、各合金の溶湯が到達した距離を示す。表３に示された結果から、供試合金１〜供試合金１１の溶湯は、円筒の先端にまで到達したが、比較供試合金１、比較供試合金２および比較供試合金５の溶湯は、最大でも１７００ｍｍ程度までしか到達せず凝固した。
【００６１】
比較供試合金１、比較供試合金２および比較供試合金５における溶湯の到達距離が、供試合金１〜供試合金１１の場合における溶湯の到達距離と比べて短いのは、Ｃ、Ｓｉ、Ａｌといった溶湯の流動性を確保する元素の添加量が鋳造合金に適していないためである。
【００６２】
【表３】
2006322025.tif 000004
【００６３】
次に、溶解時と鋳造後の化学組成の変動について説明する。
【００６４】
溶解時と鋳造後の化学組成の変動を評価するために、表１に示す、供試合金２、供試合金３、供試合金９、供試合金１５、比較供試合金１および比較供試合金２を使用し、鋳造後の各鋳塊における、Ｃ、Ａｌ、ＴｉおよびＢの含有率を分析した。
【００６５】
表４に、溶解時と鋳造後におけるＣ、Ａｌ、ＴｉおよびＢの含有率を示す。なお、表４に示された数値の単位は、重量％である。
【００６６】
本発明の化学組成範囲にある、供試合金２、供試合金３、供試合金９および供試合金１５では、鋳造前後での上記した元素の変動は、ほとんど生じなかった。これに対して、比較例である、比較供試合金１および比較供試合金２では、特にＡｌの含有率の変動が大きく、鋳塊のＡｌの含有量は、溶解時のＡｌの含有量の約８５％しか残存していなかった。このように、比較例における合金では、活性元素であるＡｌやＴｉは、溶湯に添加した時点で、蒸発あるいは酸化物を生成して鋳塊に残存し、その含有量を変化させるため、所望の成分に調整したり、均一な成分の鋳塊を製作することは困難であることがわかった。
【００６７】
以上のことから、本発明の化学組成範囲にある耐熱鋳造合金は、その化学組成範囲にない耐熱鋳造合金である比較例に比べ、溶湯の流動性が高く、大気中において複雑形状の鋳造品を製作することが可能であることが明らかとなった。また、本発明の化学組成範囲にある耐熱鋳造合金は、鋳造前後での化学組成の変動が小さく、添加元素量の制御が容易であることがわかった。
【００６８】
【表４】
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