(57)【要約】【課題】熱間加工性およびクリープ破断強度の両方に優れたＮｉ耐熱合金部材を提供する。【解決手段】化学組成が、質量％で、Ｃ:0.01〜0.15％、Si:1.0％以下、Mn:2.0％以下、Ｐ:0.03％以下、Ｓ:0.0015〜0.0100％、Ni:48.0〜58.0％、Cr:18.0〜25.0％、Co:8.0〜16.0％、Mo:6.0〜12.0％、Ti:0.05〜0.8％、Ｎ:0.020％以下、Al:0.05〜1.60％、Ｂ:0.0001〜0.01％、Ｏ:0.01％以下、Ca:0〜0.0100％、Mg:0〜0.05％、REM:0〜0.10％、Cu:0〜1.0％、Ｖ:0〜0.5％、Nb:0〜0.5％、Ｗ:0〜1.0％、残部：Feおよび不純物であり、[0.4(3REM+2Ca+Mg)2+0.0015≦S≦0.03(3REM+2Ca+Mg)+0.0050]を満足する、Ｎｉ基耐熱合金部材。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．１５％、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．００１５〜０．０１００％、
Ｎｉ：４８．０〜５８．０％、
Ｃｒ：１８．０〜２５．０％、
Ｃｏ：８．０〜１６．０％、
Ｍｏ：６．０〜１２．０％、
Ｔｉ：０．０５〜０．８％、
Ｎ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．０５〜１．６０％、
Ｂ：０．０００１〜０．０１％、
Ｏ：０．０１％以下、
Ｃａ：０〜０．０１００％、
Ｍｇ：０〜０．０５００％、
ＲＥＭ：０〜０．１００％、
Ｃｕ：０〜１．０％、
Ｖ：０〜０．５％、
Ｎｂ：０〜０．５％、
Ｗ：０〜１．０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
下記（ｉ）式を満足する、Ｎｉ基耐熱合金部材。
０．４（３ＲＥＭ＋２Ｃａ＋Ｍｇ）２＋０．００１５≦Ｓ≦０．０３（３ＲＥＭ＋２Ｃａ＋Ｍｇ）＋０．００５０・・・（ｉ）
但し、式中の各元素記号は、各合金部材中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表す。
【請求項２】
前記化学組成が、質量％で、
Ｃａ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０５００％、および
ＲＥＭ：０．０００１〜０．１００％、
から選択される１種以上を含有する、請求項１に記載のＮｉ基耐熱合金部材。
【請求項３】
前記化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．０１〜１．０％、
Ｖ：０．０１〜０．５％、
Ｎｂ：０．０１〜０．５％、および
Ｗ：０．０１〜１．０％
から選択される１種以上を含有する、請求項１または２に記載のＮｉ基耐熱合金部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｉ基耐熱合金部材に関する。
【０００２】
近年、環境負荷軽減の観点から、発電用ボイラなどでは運転条件の高温・高圧化が世界的規模で進められており、過熱器管、再熱器管等の材料として使用されるＮｉ基耐熱合金部材には、より優れた高温強度、具体的にはクリープ破断強度が求められている。また、従来フェライト系耐熱鋼が使用されていた、主蒸気管、再熱蒸気管等の大径かつ厚肉の部材においても、Ｎｉ基耐熱合金の適用が検討されている。
【０００３】
このような技術的背景のもと、種々のＮｉ基耐熱合金に関する技術が開示されている。例えば、特許文献１〜４には、Ｍｏおよび／またはＷを含有させて固溶強化を図るとともに、ＡｌおよびＴｉを含有させて金属間化合物であるγ´相の析出強化を活用するＮｉ基耐熱合金が開示されている。
【０００４】
また、特許文献５には、ＡｌおよびＴｉの組成を調整し、γ´相を析出させることにより、クリープ強度を改善したＮｉ基耐熱合金が開示されている。さらに、特許文献６〜９には、ＣｒおよびＭｏに加えて、さらなる高強度化を目的としてＣｏを含有させたＮｉ基耐熱合金が開示されている。
【０００５】
そして、特許文献１０には、γ´相の析出強化を活用し、熱間加工時の表面欠陥を抑制するＮｉ基耐熱合金が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５１−８４７２６号公報
【特許文献２】特開昭５１−８４７２７号公報
【特許文献３】特開平７−１５０２７７号公報
【特許文献４】特表２００２−５１８５９９号公報
【特許文献５】特開平９−１５７７７９号公報
【特許文献６】特開昭６０−１１０８５６号公報
【特許文献７】特開平２−１０７７３６号公報
【特許文献８】特開昭６３−７６８４０号公報
【特許文献９】特開２００１−１０７１９６号公報
【特許文献１０】特開２０１４−１５６６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
過熱器管、再熱器管等の材料として使用されるＮｉ基耐熱合金部材には、より優れたクリープ破断強度を有するとともに、製造性の観点から、優れた熱間加工性を有することも求められる。一般に、より優れたクリープ破断強度と熱間加工性との両方を得ることは困難であり、特許文献１〜１０のいずれにおいても、上述の課題解決には至っておらず、改善の余地が残されている。
【０００８】
本発明は上記の問題を解決し、クリープ破断強度および熱間加工性の両方に優れたＮｉ基耐熱合金部材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】
【０００９】
本発明者らは前記した課題を解決するために、Ｎｉ基耐熱合金のクリープ破断特性と熱間加工性とを詳細に調査した結果、以下の知見を得るに至った。
【００１０】
（ａ）優れたクリープ破断強度を得るためには、結晶粒内にＳ原子を一定量以上存在させることが有効である。一方、合金中に含まれるＳ含有量が過剰であると、熱間加工性が著しく劣化する。
【００１１】
（ｂ）そのため、優れたクリープ破断強度と熱間加工性とを両立させるためには、Ｓ含有量を所定の範囲に調整する必要がある。
【００１２】
（ｃ）ただし、合金中のＳは、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭと化合物を形成する。化合物となった分のＳは、クリープ破断強度の向上および熱間加工性の劣化に影響を与えない。したがって、Ｓ含有量は、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭ含有量との関係においても、厳密に管理する必要がある。
【００１３】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記のＮｉ基耐熱合金部材を要旨とする。
【００１４】
（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．１５％、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．００１５〜０．０１００％、
Ｎｉ：４８．０〜５８．０％、
Ｃｒ：１８．０〜２５．０％、
Ｃｏ：８．０〜１６．０％、
Ｍｏ：６．０〜１２．０％、
Ｔｉ：０．０５〜０．８％、
Ｎ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．０５〜１．６０％、
Ｂ：０．０００１〜０．０１％、
Ｏ：０．０１％以下、
Ｃａ：０〜０．０１００％、
Ｍｇ：０〜０．０５００％、
ＲＥＭ：０〜０．１００％、
Ｃｕ：０〜１．０％、
Ｖ：０〜０．５％、
Ｎｂ：０〜０．５％、
Ｗ：０〜１．０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
下記（ｉ）式を満足する、Ｎｉ基耐熱合金部材。
０．４（３ＲＥＭ＋２Ｃａ＋Ｍｇ）２＋０．００１５≦Ｓ≦０．０３（３ＲＥＭ＋２Ｃａ＋Ｍｇ）＋０．００５０・・・（ｉ）
但し、式中の各元素記号は、各合金部材中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表す。
【００１５】
（２）前記化学組成が、質量％で、
Ｃａ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０５００％、および
ＲＥＭ：０．０００１〜０．１００％、
から選択される１種以上を含有する、上記（１）に記載のＮｉ基耐熱合金部材。
【００１６】
（３）前記化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．０１〜１．０％、
Ｖ：０．０１〜０．５％、
Ｎｂ：０．０１〜０．５％、および、
Ｗ：０．０１〜１．０％
から選択される１種以上を含有する、上記（１）または（２）に記載のＮｉ基耐熱合金部材。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のＮｉ基耐熱合金部材は、長時間クリープ破断強度と熱間加工性との両方に優れる。このため、本発明のＮｉ基耐熱合金部材は、発電用ボイラの過熱器管、再熱器管等の材料として使用されるのに好適である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
【００１９】
１．化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
【００２０】
Ｃ：０．０１〜０．１５％
Ｃは、オーステナイトを安定にするとともに粒界に微細な炭化物を形成し、高温でのクリープ破断強度を向上させる。この効果を十分に得るためには、Ｃ含有量は０．０１％以上とする必要がある。しかしながら、Ｃが過剰に含有された場合には、炭化物が粗大となり、かつ多量に析出するので、粒界の延性が低下し、さらに、靱性およびクリープ破断強度の低下も生じる。したがって、Ｃ含有量は０．０１〜０．１５％とする。Ｃ含有量は０．０３％以上であるのが好ましく、０．０４％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。また、Ｃ含有量は０．１２％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。
【００２１】
Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは、脱酸作用を有するとともに、高温での耐食性および耐酸化性の向上に有効な元素である。しかしながら、Ｓｉが過剰に含有された場合にはオーステナイトの安定性が低下して、靱性およびクリープ破断強度の低下を招く。そのため、Ｓｉ含有量は１．０％以下とする。Ｓｉ含有量は０．８％以下であるのが好ましく、０．６％以下であるのがより好ましい。
【００２２】
なお、Ｓｉ含有量について特に下限を設ける必要はない。しかし、Ｓｉ含有量を極端に低減すると、脱酸効果が十分に得られず、合金の清浄度が大きくなって、清浄性が劣化する。また高温での耐食性および耐酸化性の向上効果が得難くなり、製造コストも増加する。そのため、Ｓｉ含有量は０．０２％以上とするのが好ましく、０．０５％以上とするのがより好ましい。
【００２３】
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸作用を有するだけでなく、オーステナイトの安定化にも寄与する元素である。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると脆化を招き、さらに、靱性およびクリープ延性の低下も生じる。そのため、Ｍｎ含有量は２．０％以下とする。Ｍｎ含有量は１．８％以下であるのが好ましく、１．５％以下であるのがより好ましい。
【００２４】
なお、Ｍｎ含有量についても特に下限を設ける必要はない。しかし、Ｍｎ含有量を極端に低減すると、脱酸効果が十分に得られず合金の清浄性を劣化させる。また、オーステナイト安定化効果が得難くなり、製造コストも増加する。そのため、Ｍｎ含有量は０．０２％以上とするのが好ましく、０．０５％以上とするのがより好ましい。
【００２５】
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、不純物として合金中に含有され、多量に含まれる場合には、熱間加工性および溶接性を著しく低下させ、さらに、長時間使用後のクリープ延性も低下させる。そのため、Ｐ含有量は０．０３％以下とする。Ｐ含有量は、０．０２５％以下であるのが好ましく、０．０２％以下であるのが好ましい。
【００２６】
なお、Ｐ含有量は可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招く。そのため、Ｐ含有量は０．０００５％以上とするのが好ましく、０．０００８％以上とするのがより好ましい。
【００２７】
Ｓ：０．００１５〜０．０１００％
Ｓは、結晶粒内に存在することによって、クリープ破断強度を向上させる効果を有する。この効果を十分に得るためには、Ｓ含有量を０．００１５％以上とする必要がある。しかしながら、Ｓが多量に含まれる場合には、熱間加工性および溶接性が著しく低下し、さらに、長時間使用後のクリープ延性も低下する。したがって、Ｓ含有量は０．００１５〜０．０１００％とする。Ｓ含有量は０．００１８％以上であるのが好ましく、０．００２０％以上であるのがより好ましい。また、Ｓ含有量は０．００９５％以下であるのが好ましく、０．００９０％以下であるのがより好ましい。
【００２８】
Ｎｉ：４８．０〜５８．０％
Ｎｉは、オーステナイトを得るために有効な元素であり、長時間使用時の組織安定性を確保するために必須の元素である。さらにＮｉは、ＡｌまたはＴｉと結合して微細な金属間化合物相（γ´相）を形成し、クリープ破断強度を高める作用を有する。本発明のＣｒ含有量の範囲で十分な効果を得るためには、Ｎｉ含有量は４８．０％以上とする必要がある。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であり、多量に含有させるとコストの増大を招く。したがって、Ｎｉ含有量は４８．０〜５８．０％とする。Ｎｉ含有量は４９．０％以上であるのが好ましく、５０．０％以上であるのがより好ましい。また、Ｎｉ含有量は５６．０％以下であるのが好ましく、５５．０％以下であるのがより好ましい。
【００２９】
Ｃｒ：１８．０〜２５．０％
Ｃｒは、高温での耐酸化性および耐食性の確保のために必須となる元素である。本発明のＮｉ含有量の範囲で、上記の効果を得るためには、Ｃｒ含有量を１８．０％以上とする必要がある。しかしながら、Ｃｒ含有量が２５．０％を超えると、高温でのオーステナイトの安定性が劣化してクリープ破断強度の低下を招く。したがって、Ｃｒ含有量は１８．０〜２５．０％とする。Ｃｒ含有量は１８．５％以上であるのが好ましく、１９．０％以上であるのがより好ましい。また、Ｃｒ含有量は２４．５％以下であるのが好ましく、２４．０％以下であるのがより好ましい。
【００３０】
Ｃｏ：８．０〜１６．０％
Ｃｏは、Ｎｉと同様にオーステナイト生成元素であり、相安定性を高めてクリープ破断強度の向上に寄与する。この効果を十分に得るためには、Ｃｏ含有量は８．０％以上とする必要がある。しかしながら、Ｃｏは極めて高価な元素であるため、Ｃｏの過剰の含有は大幅なコストの増加を招く。そのため、Ｃｏ含有量は８．０〜１６．０％とする。Ｃｏ含有量は８．５％以上であるのが好ましく、９．０％以上であるのがより好ましい。また、Ｃｏ含有量は１５．５％以下であるのが好ましく、１５．０％以下であるのがより好ましい。
【００３１】
Ｍｏ：６．０〜１２．０％
Ｍｏは、マトリックスに固溶して高温でのクリープ破断強度および引張強さの向上に大きく寄与する元素である。この効果を十分に発揮させるためには、Ｍｏ含有量は６．０％以上とする必要がある。しかしながら、Ｍｏを過剰に含有させても上記効果は飽和し、却って粗大な析出相を生成し、クリープ破断強度を低下させる。さらに、Ｍｏは高価な元素であるため、過剰に含有させるとコストの増大を招く。そのため、Ｍｏ含有量は６．０〜１２．０％とする。Ｍｏ含有量は６．５％以上であるのが好ましく、７．０％以上であるのがより好ましい。また、Ｍｏ含有量は１１．５％以下であるのが好ましく、１１．０％以下であるのがより好ましい。
【００３２】
Ｔｉ：０．０５〜０．８％
Ｔｉは、Ｎｉと結合して微細な金属間化合物（γ´相）として粒内に析出し、高温でのクリープ破断強度および引張強さの向上に寄与する。その効果を得るためには、Ｔｉ含有量は０．０５％以上とする必要がある。しかしながら、Ｔｉの含有量が過剰になると金属間化合物相が多量に析出し、クリープ延性および靱性の低下を招く。そのため、Ｔｉの含有量は０．０５〜０．８％とする。Ｔｉ含有量は０．０７％以上であるのが好ましく、０．１％以上であるのがより好ましい。また、Ｔｉ含有量は０．７％以下であるのが好ましく、０．６％以下であるのがより好ましい。
【００３３】
Ｎ：０．０２％以下
Ｎは、オーステナイトを安定にするのに有効な元素であるものの、過剰に含有されると、高温での使用中に多量の微細窒化物が粒内に析出してクリープ延性および靱性の低下を招く。そのため、Ｎ含有量は０．０２％以下とする。Ｎ含有量は０．０１８％以下であるのが好ましく、０．０１５％以下であるのがより好ましい。
【００３４】
なお、Ｎの含有量について特に下限を設ける必要はない。しかし、Ｎ含有量を極端に低減するとオーステナイトを安定にする効果が得難くなるだけでなく、製造コストも大きく増加する。そのため、Ｎ含有量は０．０００５％以上とするのが好ましく、０．０００８％以上とするのがより好ましい。
【００３５】
Ａｌ：０．０５〜１．６０％
Ａｌは、Ｔｉと同様、Ｎｉと結合して微細な金属間化合物（γ´相）として粒内に析出し、高温でのクリープ破断強度および引張強さの向上に寄与する。また、Ａｌは、脱酸作用を有する元素である。その効果を得るためには、Ａｌ含有量は０．０５％以上とする必要がある。しかしながら、Ａｌ含有量が過剰になると金属間化合物相が多量に析出し、クリープ延性および靱性の低下を招くとともに、合金の清浄性が著しく劣化して、熱間加工性および延性が低下する。そのため、Ａｌ含有量は０．０５〜１．６０％とする。Ａｌ含有量は０．１０％以上であるのが好ましく、０．３０％以上であるのがより好ましい。また、Ａｌ含有量は１．５０％以下であるのが好ましく、１．４０％以下であるのがより好ましい。
【００３６】
Ｂ：０．０００１〜０．０１％
Ｂは、粒界炭化物を微細分散させることにより、クリープ破断強度を向上させるとともに、粒界に偏析して粒界を強化するのに有効な元素である。この効果を得るためには、Ｂ含有量を０．０００１％以上とする必要がある。しかしながら、Ｂの含有量が過剰になると、溶接性が劣化することに加えて、熱間加工性が劣化する。したがって、Ｂ含有量は０．０００１〜０．０１％とする。Ｂ含有量は０．０００５％以上であるのが好ましく、０．００１％以上であるのが好ましい。また、Ｂ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００６％以下であるのがより好ましい。
【００３７】
Ｏ：０．０１％以下
Ｏ（酸素）は、不純物として合金中に含まれ、その含有量が過剰になると熱間加工性が低下し、さらに靱性および延性の劣化を招く。このため、Ｏ含有量は０．０１％以下とする。Ｏ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００５％以下であるのがより好ましい。
【００３８】
なお、Ｏ含有量について特に下限を設ける必要はないが、極端な低減は製造コストを増加させる。そのため、Ｏ含有量は０．０００５％以上とするのが好ましく、０．０００８％以上とするのがより好ましい。
【００３９】
本発明のＮｉ基耐熱合金部材は、上述の各元素を含み、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有するものである。
【００４０】
なお、「不純物」とは、Ｎｉ基耐熱合金部材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップまたは製造環境などから混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【００４１】
本発明のＮｉ基耐熱合金には、さらに、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｃｕ、Ｖ、ＮｂおよびＷから選択される１種以上の元素を含有させてもよい。
【００４２】
Ｃａ：０〜０．０１００％
Ｃａは、Ｓと化合物を形成してマトリックス中のＳ量を低減し、熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃａ含有量が過剰になると、クリープ破断強度向上に寄与する合金中のＳ量が低下するとともに、Ｏと結合して、清浄性を著しく低下させ、かえって熱間加工性を劣化させる。したがって、Ｃａ含有量は０．０１００％以下とする。Ｃａ含有量は０．００８０％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｃａ含有量を０．０００１％以上とするのが好ましく、０．０００２％以上とするのがより好ましく、０．０００３％以上とするのがさらに好ましい。
【００４３】
Ｍｇ：０〜０．０５００％
Ｍｇは、Ｃａと同様にＳと化合物を形成してマトリックス中のＳ量を低減し、熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｇ含有量が過剰になると、クリープ破断強度向上に寄与する合金中のＳ量が低下するとともに、Ｏと結合して、清浄性を著しく低下させ、かえって熱間加工性を劣化させる。したがって、Ｍｇ含有量は０．０５００％以下とする。Ｍｇ含有量は０．０４５０％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｍｇ含有量を０．０００１％以上とするのが好ましく、０．０００２％以上とするのがより好ましく、０．０００３％以上とするのがさらに好ましい。
【００４４】
ＲＥＭ：０〜０．１００％
ＲＥＭは、Ｃａと同様にＳと化合物を形成してマトリックス中のＳ量を低減し、熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、ＲＥＭ含有量が過剰になると、クリープ破断強度向上に寄与する合金中のＳ量が低下するとともに、Ｏと結合して、清浄性を著しく低下させ、かえって熱間加工性を劣化させる。したがって、ＲＥＭ含有量は０．１００％以下とする。ＲＥＭ含有量は０．０８０％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、ＲＥＭ含有量を０．０００１％以上とするのが好ましく、０．０００２％以上とするのがより好ましく、０．０００３％以上とするのがさらに好ましい。
【００４５】
なお、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭ含有量は、ＲＥＭのうちの１種以上の元素の合計含有量を指す。また、ＲＥＭについては一般的にミッシュメタルに含有される。このため、例えば、ミッシュメタルの形で添加して、ＲＥＭの量が上記の範囲となるように調整してもよい。
【００４６】
Ｃｕ：０〜１．０％
Ｃｕは、クリープ破断強度を向上させる作用を有する。すなわち、Ｃｕは、ＮｉおよびＣｏと同様オ−ステナイト生成元素であり、相安定性を高めてクリープ破断強度の向上に寄与する。そのため、Ｃｕを含有させてもよい。しかしながら、Ｃｕが過剰に含有された場合には熱間加工性の低下を招く。したがって、Ｃｕ含有量は１．０％以下とする。Ｃｕ含有量は０．８％以下であるのが好ましい。一方、上記の効果を得たい場合は、Ｃｕ含有量を０．０１％以上とするのが好ましい。
【００４７】
Ｖ：０〜０．５％
Ｖは、クリープ破断強度を向上させる作用を有する。すなわち、Ｖは、ＣまたはＮと結合して微細な炭化物または炭窒化物を形成し、クリープ破断強度を向上させる作用を有する。そのため、Ｖを含有させてもよい。しかしながら、Ｖが過剰に含有された場合、炭化物または炭窒化物として多量に析出し、クリープ延性の低下を招く。したがって、Ｖ含有量は０．５％以下とする。Ｖ含有量は０．４％以下であるのが好ましい。一方、上記の効果を得たい場合は、Ｖ含有量を０．０１％以上とするのが好ましい。
【００４８】
Ｎｂ：０〜０．５％
Ｎｂは、Ｖと同様にＣまたはＮと結合して微細な炭化物または炭窒化物として粒内に析出し、高温でのクリープ破断強度向上に寄与する。そのため、Ｎｂを含有させてもよい。しかしながら、Ｎｂの含有量が過剰になると炭化物または炭窒化物として多量に析出し、クリープ延性および靱性の低下を招く。したがって、Ｎｂ含有量は０．５％以下とし、０．４％以下であるのが好ましい。一方、上記の効果を得たい場合は、Ｎｂ含有量を０．０１％以上とするのが好ましい。
【００４９】
Ｗ：０〜１．０％
Ｗは、クリープ強度を向上させる作用を有する。すなわち、Ｗは、マトリックスに固溶して高温でのクリープ破断強度を向上させる作用を有する。そのため、Ｗを含有させてもよい。しかしながら、Ｗが過剰に含有された場合、オーステナイト相の安定性が低下して、却ってクリープ破断強度の低下を招く場合がある。さらに、Ｗは高価な元素であるため、過剰に含有させるとコストの増大を招く。したがって、Ｗ含有量は１．０％以下とする。Ｗ含有量は０．８％以下であるのが好ましい。上記効果を得たい場合には、Ｗ含有量は０．０１％以上であるのが好ましい。
【００５０】
上記のＣｕ、Ｖ、ＮｂおよびＷは、そのうちのいずれか１種以上を含有させることができる。これらの元素を複合して含有させる場合の合計量は、３．０％であってもよい。
【００５１】
０．４（３ＲＥＭ＋２Ｃａ＋Ｍｇ）２＋０．００１５≦Ｓ≦０．０３（３ＲＥＭ＋２Ｃａ＋Ｍｇ）＋０．００５０      ・・・（ｉ）
但し、式中の各元素記号は、合金部材中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表す。
上述のように、本発明において、当該Ｎｉ基耐熱合金部材の熱間加工性および長時間クリープ破断強度の両方を得るためには、Ｓ含有量を適切に制御する必要がある。
【００５２】
ここで、合金部材中に含まれるＳのうち、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭと化合物を形成した分のＳは、合金部材の熱間加工性および長時間クリープ破断強度の変化に寄与しなくなる。そのため、Ｓの含有量を上述の範囲内にするとともに、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭの含有量との関係において、上記（ｉ）式を満足するように調整する必要がある。
【００５３】
合金中のＳ量が（ｉ）式における下限未満の場合、熱間加工性は良好であるが、優れたクリープ破断強度を得ることができない。一方、Ｓ量が（ｉ）式における上限を超える場合、優れたクリープ破断強度は得られるものの、熱間加工性が劣化する。
【００５４】
２．製造方法
本発明のＮｉ基耐熱合金部材の製造方法については特に制限はないが、例えば、上述の化学組成を有する鋼塊または鋳片に、熱間加工を施すことによって製造することができる。また、当該熱間加工の後に、必要に応じて熱間押出等の異なる方法の熱間加工をさらに施してもよい。
【００５５】
さらに上記の工程の後、部位ごとの金属組織および機械的性質のばらつきを抑制し、高いクリープ破断強度を保持するために、１１００〜１２５０℃の温度範囲まで加熱して保持する最終熱処理を施してもよい。加熱保持後は、合金部材を水冷することが望ましい。
【００５６】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００５７】
表１に示す化学組成を有するＮｉ基耐熱合金１〜１８およびＡ〜Ｄを実験室溶解してインゴットを作製した。そして、上記インゴットに対して熱間での鍛造および圧延による成形を行った後、最終熱処理を施し、試験材を得た（試験Ｎｏ．１〜２２）。
【００５８】
【表１】
2018048367.tif 000002
【００５９】
次に、各試験材の肉厚中央部から、直径が１０ｍｍで長さが１３０ｍｍの円柱状の引張試験片を切り出した。各引張試験片について、引張速度（ひずみ速度）１０／ｓで引張試験を実施し、熱間加工性を評価した。本発明においては、引張試験後の絞りが、８００℃において６０％以上を合格（○）、６０％未満を不合格（×）とした。
【００６０】
また、各合金板の肉厚中央部から、直径６ｍｍ、標点距離３０ｍｍの丸棒クリープ破断試験片を採取して、７５０℃、１３０MPaの条件でクリープ破断試験を行った。なお、クリープ破断時間が、１０００ｈ以上となるものを合格（○）とし、１０００ｈ未満のものを不合格（×）とした。
【００６１】
それらの結果を表２にまとめて示す。
【００６２】
【表２】
2018048367.tif 000003
【００６３】
表２に示すように、Ｓ含有量が本発明の規定範囲内であるとともに（ｉ）式を満足する試験Ｎｏ．１〜１８は、熱間加工性およびクリープ破断強度ともに良好な結果を示した。これに対して、Ｓ含有量が（ｉ）式左辺値未満となり、本発明の規定から外れる合金ＡおよびＢを用いた試験Ｎｏ．１９および２０は、十分なクリープ破断強度が得られなかった。また、Ｓ含有量が（ｉ）式右辺値を超え、本発明の規定から外れる合金ＣおよびＤを用いた試験Ｎｏ．２１および２２は、十分な熱間加工性が得られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明のＮｉ基耐熱合金部材は、熱間加工性と長時間クリープ破断強度との両方に優れる。このため、本発明のＮｉ基耐熱合金部材は、発電用ボイラの過熱器管や再熱器管の材料として使用されるのに好適である。