(57)【要約】【課題】同一の素材からなり、部分的に特性の異なる環状成形体を製出することが可能な環状成形体の製造方法、この製造方法によって製造された環状成形体を提供する。【解決手段】貫通孔を有する環状素体２０にリング圧延を施すことによって成形される環状成形体の製造方法であって、前記リング圧延においては、環状素体２０の内周側に配置されるマンドレルロール５０と、環状素体２０の外周側に配置されるメインロール４０と、によって圧延を行う構成とされており、マンドレルロール５０と環状素体２０との接触部又はメインロール４０と環状素体２０との接触部の少なくとも一部に、マンドレルロール５０又はメインロール４０からの押圧力を軽減する押圧力軽減部を形成し、前記押圧力軽減部に相当する部分の結晶粒を他の部分の結晶粒よりも粗大にすることを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する環状素体にリング圧延を施すことによって成形される環状成形体の製造方法であって、
前記リング圧延においては、前記環状素体の内周側に配置されるマンドレルロールと、前記環状素体の外周側に配置されるメインロールと、によって圧延を行う構成とされており、
前記マンドレルロールと前記環状素体との接触部又は前記メインロールと前記環状素体との接触部の少なくとも一部に、前記マンドレルロール又は前記メインロールからの押圧力を軽減する押圧力軽減部を形成し、
前記押圧力軽減部に相当する部分の結晶粒を他の部分の結晶粒よりも粗大にすることを特徴とする環状成形体の製造方法。
【請求項２】
前記環状素体の内周部又は前記環状素体の外周部に、前記押圧力軽減部が形成されており、
前記環状成形体の内周側部分の結晶粒の大きさと、前記環状成形体の外周側部分の結晶粒の大きさとを、互いに異なるように形成することを特徴とする請求項１に記載の環状成形体の製造方法。
【請求項３】
前記環状素体の一部には、前記マンドレルロール又は前記メインロールに対向する部分に、これら前記マンドレルロール又は前記メインロールから離間するように切り欠けられた肉欠部が設けられており、この肉欠部によって、前記押圧力軽減部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の環状成形体の製造方法。
【請求項４】
前記マンドレルロール又は前記メインロールの一部において、前記環状素体に対向する面に切欠部が設けられており、この切欠部によって、前記押圧力軽減部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の環状成形体の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の環状成形体の製造方法によって製造された環状成形体であって、
結晶粒が、他の部分よりも大きく設定された結晶粒粗大部を備えていることを特徴とする環状成形体。
【請求項６】
内周側部分の少なくとも一部又は外周側部分の少なくとも一部に、前記結晶粒粗大部が形成されており、
前記内周側部分の結晶粒の大きさと前記外周側部分の結晶粒の大きさとが、互いに異なる構成とされていることを特徴とする請求項５に記載の環状成形体。
【請求項７】
前記内周側部分の少なくとも一部の結晶粒と前記外周側部分の少なくとも一部の結晶粒とのＡＳＴＭ結晶粒度番号差が２以上であることを特徴とする請求項６に記載の環状成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば航空機のタービンエンジン等のガスタービンに用いられるタービンディスク等、貫通孔を有する環状製品を製造する際に加工素材として使用される環状成形体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前述したガスタービン等に用いられるタービンディスクは、環状をなす部材であり、外周側に複数のタービン翼が配設され、このタービン翼とともに回転される構成とされている。このタービンディスクは、例えば特許文献１，２に記載されているように、耐熱性に優れたＮｉ基超合金からなる素材に対して鍛造加工を行い、得られた環状の鍛造体に対して切削加工を施すことによって製出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では、航空機の大型化等に伴って、ガスタービンの高効率化、高出力化が求められており、ガスタービン内における燃焼温度の上昇、回転数の増加が図られている。
ここで、ガスタービン内においては、その外周部分を高温ガスが通過することになるため、前述のタービンディスクの外周部分が高温に曝されることになる。一方、タービンディスクの回転数の増加に伴って高速回転による遠心力が負荷されることになり、タービンディスクの外周側においては、高温での使用及び遠心力に耐え得るように、クリープ強度等の耐熱特性が重要となる。一方、タービンディスクの内周側においては、比較的中温域での引張強度、疲労強度が重要となる。
【０００５】
すなわち、前述のタービンディスクにおいては、その内周部分と外周部分とで、要求される特性が異なっているのである。
このように、部分的に特性の異なる環状成形体を製出するためには、異なる材質からなる部材を接合することも考えられるが、接合部分において剥離が生じたり、接合後の加工によって形状が変化するおそれがあるため、高い信頼性が要求される部材に適用することはできない。
【０００６】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、同一の素材からなり、部分的に特性の異なる環状成形体を製出することが可能な環状成形体の製造方法、この製造方法によって製造された環状成形体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】
【０００７】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の環状成形体の製造方法は、貫通孔を有する環状素体にリング圧延を施すことによって成形される環状成形体の製造方法であって、前記リング圧延においては、前記環状素体の内周側に配置されるマンドレルロールと、前記環状素体の外周側に配置されるメインロールと、によって圧延を行う構成とされており、前記マンドレルロールと前記環状素体との接触部又は前記メインロールと前記環状素体との接触部の少なくとも一部に、前記マンドレルロール又は前記メインロールからの押圧力を軽減する押圧力軽減部を形成し、前記押圧力軽減部に相当する部分の結晶粒を他の部分の結晶粒よりも粗大にすることを特徴としている。
【０００８】
このような構成とされた本発明の環状成形体の製造方法においては、環状素体に対して、マンドレルロールとメインロールとを用いたリング圧延を行うことによって環状成形体を形成しているので、これらマンドレルロールとメインロールによる押圧力によって、環状成形体にひずみが負荷されることになる。ここで、環状成形体に対して負荷されたひずみ量が多い場合には結晶粒が微細になり、ひずみ量が少ない場合には結晶粒が粗大になることが知られている。
【０００９】
ここで、本発明の環状成形体の製造方法においては、前記マンドレルロールと前記環状素体との接触部又は前記メインロールと前記環状素体との接触部の一部に、前記マンドレルロール又は前記メインロールからの押圧力を軽減する押圧力軽減部を形成しているので、この押圧力軽減部に相当する部分では、負荷されるひずみ量が低減されることになる。すると、この押圧力軽減部に相当する部分では、結晶粒が他の部分に比較して粗大化することになる。
【００１０】
そして、結晶粒が小さい（ＡＳＴＭ結晶粒度番号が大きい）場合には、引張強度や疲労強度が向上することになる。一方、結晶粒が大きい（ＡＳＴＭ結晶粒度番号が小さい）場合には、結晶粒界密度が少なくなり、クリープ強度が向上することになる。
したがって、部分的に結晶粒の大きさが異なる部分を形成することによって、機械的特性が部分的に異なる環状成形体を製出することが可能となるのである。
【００１１】
また、同一の素材に対してリング圧延を行う際の押圧力を部分的に軽減することによって、結晶粒の大きさの異なる部分を形成し、この結晶粒の大きさの違いによって特性を変化させているので、特性が異なる部分同士が剥離するおそれがなく、この環状成形体を信頼性の高い部材に適用することができる。
【００１２】
ここで、前記環状素体の内周部又は前記環状素体の外周部に、前記押圧力軽減部が形成されており、前記環状成形体の内周側部分の結晶粒の大きさと、前記環状成形体の外周側部分の結晶粒の大きさとを、互いに異なるように形成する構成としてもよい。
この場合、環状素体の内周部又は外周部に、前記押圧力軽減部が形成されていて、前記環状成形体の内周側部分の結晶粒の大きさと、前記環状成形体の外周側部分の結晶粒の大きさとを、互いに異なるように形成されているので、内周側部分と外周側部分とで、機械的特性を互いに異なるように構成された環状成形体を製出することができる。
【００１３】
また、前記環状素体の一部には、前記マンドレルロール又は前記メインロールに対向する部分に、これら前記マンドレルロール又は前記メインロールから離間するように切り欠けられた肉欠部が設けられており、この肉欠部によって、前記押圧力軽減部が形成されている構成としてもよい。
この場合、環状素体の一部に、前記マンドレルロール又は前記メインロールに対向する部分に、これら前記マンドレルロール又は前記メインロールから離間するように切り欠けられた肉欠部が設けられているので、この肉欠部が設けられた部分においては、マンドレルロール又はメインロールとの接触が抑制されることになり、マンドレルロール又はメインロールからの押圧力を軽減することができ、前記押圧力軽減部が形成されることになる。よって、この肉欠部が形成された部分の結晶粒を粗大化させることが可能となる。
【００１４】
前記マンドレルロール又は前記メインロールの一部において、前記環状素体に対向する面に切欠部が設けられており、この切欠部によって、前記押圧力軽減部が形成されている構成としてもよい。
この場合、前記マンドレルロール又は前記メインロールの一部において、前記環状素体に対向する面に切欠部が設けられているので、この切欠部が設けられた部分においては、環状素体との接触が抑制されることになり、マンドレルロール又はメインロールから環状素体に与えられる押圧力を軽減することができ、前記押圧力軽減部が形成されることになる。よって、環状成形体のうち、この切欠部に対応する部分の結晶粒を粗大化させることが可能となる。
【００１５】
本発明の環状成形体は、前述の環状成形体の製造方法によって製造された環状成形体であって、結晶粒が、他の部分よりも粗大化された結晶粒粗大部を備えていることを特徴としている。
この構成の環状成形体においては、結晶粒が、他の部分よりも粗大化された結晶粒粗大部を備えているので、この結晶粒粗大部における機械的特性が他の部分と異なることになる。よって、同一の素材からなり、部分的に特性が異なった環状成形体となり、タービンディスク等の部材の加工素材として適したものとなる。
【００１６】
ここで、内周側部分の少なくとも一部又は外周側部分の少なくとも一部に、前記結晶粒粗大部が形成されており、前記内周側部分の結晶粒の大きさと前記外周側部分の結晶粒の大きさとが、互いに異なる構成とされていることが好ましい。
この場合、環状成形体の内周側部分の少なくとも一部又は外周側部分の少なくとも一部に、前記結晶粒粗大部が形成されていて、環状成形体の内周側部分の結晶粒の大きさと、外周側部分の結晶粒の大きさとが互いに異なるように形成されているので、環状成形体の内周側部分と外周側部分とで、機械的特性を互いに異なるように構成することができる。
【００１７】
さらに、前記内周側部分の少なくとも一部の結晶粒と前記外周側部分の少なくとも一部の結晶粒とのＡＳＴＭ結晶粒度番号差が２以上であることが好ましい。
この場合、前記内周側部分の少なくとも一部の結晶粒と前記外周側部分の少なくとも一部の結晶粒とのＡＳＴＭ結晶粒度番号差が２以上と比較的大きく設定されているので、内周側部分と外周側部分とで、機械的特性が大きく異なる環状成形体を得ることができる。
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。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、同一の素材からなり、部分的に特性の異なる環状成形体を製出することが可能な環状成形体の製造方法、この製造方法によって製造された環状成形体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態である環状成形体の上面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ断面矢視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態であ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図である。
【図４】図３に示す製造方法において用いられる環状素体の一部断面説明図である。
【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】マンドレルロールとメインロールとを用いたリング圧延工程の説明図である。
【図７】マンドレルロールとメインロールとを用いたリング圧延工程の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態であ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図である。
【図９】図８に示す製造方法において用いられる環状素体の一部断面説明図である。
【図１０】マンドレルロールとメインロールとを用いたリング圧延工程の説明図である。
【図１１】マンドレルロールとメインロールとを用いたリング圧延工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。
まず、本発明の第１の実施形態である環状成形体及び環状成形体の製造方法について、図１から図７を参照して説明する。
本実施形態である環状成形体１０は、航空機のエンジン等のガスタービンのタービンディスクを成形する加工素材として使用されるものである。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
そして、この環状成形体１０においては、外側凸条部１３における結晶粒が、本体部１１及び内側凸条部１２における結晶粒よりも粗大となるように構成されている。つまり、この外側凸条部１３が、他の部分よりも結晶粒が大きな結晶粒粗大部とされているのである。
具体的には、外側凸条部１３における結晶粒と、本体部１１及び内側凸条部１２における結晶粒とのＡＳＴＭ結晶粒度番号差が２以上とされている。
すなわち、この環状成形体１０を加工して得られるタービンディスクにおいて、その内周側部分（ボア部）の結晶粒が小さく（ＡＳＴＭ結晶粒度番号が大きく）、外周側部分（リム部）の結晶粒が大きく（ＡＳＴＭ結晶粒度番号が小さく）なるように構成されているのである。
【００２４】
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の製造方法について、図３から図７を参照して説明する。
【００２５】
（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、直径７ｉｎｃｈ〜１２ｉｎｃｈのビレットを製出する。
このように、３回の溶解（三重溶解）を行うことによって、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。
【００２６】
（鍛造工程Ｓ２）
次に、得られたビレットに対して、ビレットの軸線方向に押圧するように鍛造加工を行い、円板状の鍛造体を成形する。なお、このときの鍛造体の厚さは、６０ｍｍ〜５００ｍｍ程度に調整される。
【００２７】
（穿孔加工＋中間リング圧延工程Ｓ３）
得られた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。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、環状素体２０が製出されることになる。
ここで、本実施形態では、環状素体２０は、図４に示すように、周方向に直交する断面が概略六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素体本体２１と、この素体本体２１から径方向内方に向けて突出した内側凸部２２と、素体本体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。
なお、この環状素体２０（素体本体２１）の厚さｔｍは、ｔｍ＝６０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲内に設定されており、軸線Ｏから素体本体２１の内周端までの距離Ｒｍｉが、Ｒｍｉ＝５０ｍｍ〜３５０ｍｍの範囲内に、軸線Ｏから素体本体２１の外周端までの距離Ｒｍｏが、Ｒｍｏ＝３００ｍｍ〜６００ｍｍの範囲内に設定されている。
【００２８】
（リング圧延工程Ｓ４）
次に、この環状素体２０に対してリング圧延を行う。なお、リング圧延の温度は、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、環状素体２０の外周側に配設されるメインロール４０と、環状素体２０の内周側に配設されるマンドレルロール５０と、環状素体２０の軸線Ｏ方向端面（本実施形態では、素体本体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。
【００２９】
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、環状素体２０を内周側及び外周側から挟持して押圧し、環状素体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方向において環状素体２０を挟持して押圧する構成とされており、環状素体２０の厚さ寸法を制御するものである。
このように、リング圧延を行うことによって、環状素体２０は周方向に延びるように塑性変形していき、その内径及び外径が拡大されるのである。
【００３０】
ここで、図６に示すように、メインロール４０の外周部には、環状素体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、環状素体２０の外側凸部２３、素体本体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、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。そして、本実施形態では、この第１成形溝４２には、さらにメインロール４０における径方向内方に向けて凹むように掘り込まれた切欠部４５が形成されているのである。この切欠部４５と第１成形溝４２とにより、収容凹部４１の底部４１Ａには、成形される外側凸条部１３の長さより深くされた凹溝が画成されることになる。
【００３１】
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、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の長さと同一の深さとされている。
【００３２】
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、互いに近接するように作動することにより、環状素体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、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。
【００３３】
このとき、内側凸条部１２の内周端は、第２成形溝５２の底部に強く当接されることになる。一方、外側凸条部１３の外周端は、切欠部４５が形成されていることから、第１成形溝４２に強く当接されることがないのである。なお、実質的に結晶組織の形成が完了した後では、外側凸条部１３の外周端部分が切欠部４５に充満するように構成してもよい。
ここで、製出された環状成形体１０の軸線Ｏから本体部１１の内周端までの距離Ｒｆｉは、Ｒｆｉ＝１６０ｍｍ〜６００ｍｍの範囲内に、軸線Ｏから本体部１１の外周端までの距離Ｒｆｏは、Ｒｆｏ＝４５０ｍｍ〜７５０ｍｍの範囲内に設定されている。
【００３４】
（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とされる。
【００３５】
以上のような構成とされた本実施形態である環状成形体１０及び環状成形体の製造方法によれば、環状素体２０に対して、メインロール４０とマンドレルロール５０とを用いたリング圧延を行うことによって環状成形体１０を形成しているので、これらメインロール４０とマンドレルロール５０とによる押圧力によって、環状成形体１０にひずみが負荷されることになる。
【００３６】
そして、メインロール４０に設けられた第１成形溝４２の底部に、メインロール４０における径方向内方に凹んだ切欠部４５が形成されているので、リング圧延時において、環状素体２０の外側凸部２３が塑性変形して得られた環状成形体１０の外側凸条部１３の外周端がメインロール４０に当接することが抑制されることになる。すなわち、この切欠部４５によって、環状素体２０（環状成形体１０）の外周部への押圧力が軽減された押圧力軽減部が形成されることになる。
【００３７】
このように押圧力が軽減された部分においては、負荷されるひずみ量が低減され、結晶粒が他の部分に比較して粗大化することになる。よって、環状成形体１０の外側凸条部１３の部分の結晶粒が、本体部１１及び内側凸条部１２の部分の結晶粒よりも粗大となるのである。具体的には、外側凸条部１３における結晶粒と、本体部１１及び内側凸条部１２における結晶粒とのＡＳＴＭ結晶粒度番号差が２以上とされている。
【００３８】
ここで、結晶粒が小さい（ＡＳＴＭ結晶粒度番号が大きい）場合には、引張強度や疲労強度が向上することになる。一方、結晶粒が大きい（ＡＳＴＭ結晶粒度番号が小さい）場合には、結晶粒界密度が少なくなり、クリープ強度が向上することになる。
したがって、本実施形態である環状成形体１０においては、本体部１１及び内側凸条部１２の部分は、引張強度及び疲労強度が比較的高くなり、外側凸条部１３の部分は、クリープ強度が比較的高くなるのである。よって、この環状成形体１０を加工して得られるタービンディスクは、その内周側部分（ボア部）の引張強度及び疲労強度が高く、かつ、外周側部分（リム部）のクリープ強度が高くなり、ガスタービンの高温化、高速回転化に対応可能となる。
【００３９】
また、Ｎｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８からなる環状素体２０に対して、リング圧延を行う際の押圧力を部分的に制御することで、結晶粒の大きさが異なる部分を形成し、この結晶粒の大きさの違いによって特性を変化させたものであるので、特性が異なる部分同士が剥離することがなく、信頼性に優れた環状成形体１０を製出することができる。
さらに、本実施形態では、外側凸条部１３における結晶粒と、本体部１１及び内側凸条部１２における結晶粒とのＡＳＴＭ結晶粒度番号差が２以上と比較的大きく設定されているので、外側凸条部１３と本体部１１及び内側凸条部１２とで、機械的特性が大きく異なる環状成形体１０を得ることができる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態である環状成形体及び環状成形体の製造方法について、図８から図１１を参照して説明する。
本実施形態である環状成形体１１０は、航空機のエンジン等のガスタービンのタービンディスクを成形する加工素材として使用されるものである。
【００４１】
環状成形体１１０は、第１の実施形態と同様に、貫通孔を有し、軸線Ｏを中心とする円環状をなしており、図１１に示すように、本体部１１１と、本体部１１１から径方向内方に向けて突出した内側凸条部１１２と、本体部１１１から径方向外方に向けて突出した外側凸条部１１３と、を備えている。
また、環状成形体１１０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。
【００４２】
そして、この環状成形体１１０においては、外側凸条部１１３における結晶粒が、本体部１１１及び内側凸条部１１２における結晶粒よりも粗大となるように構成されている。つまり、この外側凸条部１１３が、他の部分よりも結晶粒が大きな結晶粒粗大部とされているのである。具体的には、外側凸条部１１３における結晶粒と、本体部１１１及び内側凸条部１１２における結晶粒とのＡＳＴＭ結晶粒度番号差が２以上とされている。
【００４３】
次に、この環状成形体１１０の製造方法及びタービンディスクの製造方法について、図８のフロー図を参照して説明する。
【００４４】
（溶解鋳造工程Ｓ１１）
第１の実施形態と同様に、三重溶解（ＶＩＭ／ＥＳＲ／ＶＡＲ）を行った後、熱間鍛造を行い、直径７ｉｎｃｈ〜１２ｉｎｃｈのビレットを製出する。
（鍛造工程Ｓ１２）
次に、得られたビレットに対して、ビレットの軸線方向に押圧するように鍛造加工を行い、円板状の鍛造体を成形する。なお、このときの鍛造体の厚さは、６０ｍｍ〜５００ｍｍ程度に調整される。
【００４５】
（穿孔加工＋中間リング圧延工程Ｓ１３）
得られた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。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Ｓ１３によって、環状素体１２０が製出されることになる。
ここで、本実施形態では、環状素体１２０は、図９に示すように、周方向に直交する断面が概略六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素体本体１２１と、この素体本体１２１から径方向内方に向けて突出した内側凸部１２２と、素体本体１２１から径方向外方に向けて突出した外側凸部１２３と、を備えている。
【００４６】
（肉欠部形成工程Ｓ１４）
さらに、本実施形態では、外側凸部１２３の外周端部分を切り落とすことによって、肉欠部１２５が形成されることになる。すなわち、環状素体１２０のうち、メインロール１４０に対向する部分に、メインロール１４０から離間するように切り落とされることによって、肉欠部１２５が形成されているのである。
【００４７】
なお、この環状素体１２０（素体本体１２１）の厚さｔｍは、ｔｍ＝６０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲内に設定されており、軸線Ｏから素体本体１２１の内周端までの距離Ｒｍｉが、Ｒｍｉ＝５０ｍｍ〜３５０ｍｍの範囲内に、軸線Ｏから素体本体１２１の外周端までの距離Ｒｍｏが、Ｒｍｏ＝３００ｍｍ〜６００ｍｍの範囲内に設定されている。
【００４８】
（リング圧延工程Ｓ１５）
次に、肉欠部１２５が形成された環状素体１２０に対してリング圧延を行う。なお、リング圧延の温度は、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１３０は、図１０及び図１１に示すように、環状素体１２０の外周側に配設されるメインロール１４０と、環状素体１２０の内周側に配設されるマンドレルロール１５０と、を備えている。
【００４９】
メインロール１４０とマンドレルロール１５０とは、その回転軸が互いに平行となるように配置され、環状素体１２０を内周側及び外周側から挟持して押圧し、環状素体１２０を周方向に回転させつつ圧延する構成とされている。このように、リング圧延を行うことによって、環状素体１２０は周方向に延びるように塑性変形していき、その内径及び外径が拡大されるのである。
【００５０】
ここで、図１０に示すように、メインロール１４０の外周部には、環状素体１２０の一部が収容可能な収容凹部１４１が設けられており、本実施形態では、環状素体１２０の外側凸部１２３、素体本体１２１及び内側凸部１２２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１４１の底部１４１Ａには、外側凸条部１１３を成形するための第１成形溝１４２が、メインロール１４０における径方向内方（図１０において右方）に向けて凹むように形成されている。
【００５１】
一方、マンドレルロール１５０の外周部には、メインロール１４０の収容凹部１４１内に嵌入可能な構成とされた嵌入部１５１が設けられており、この嵌入部１５１の外周面には、内側凸条部１１２を成形するための第２成形溝１５２が、マンドレルロール１５０における径方向内方（図１０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１５２は、成形される内側凸条部１１２の長さと同一の深さとされている。
【００５２】
このような構成とされたメインロール１４０とマンドレルロール１５０とが、互いに近接するように作動することにより、環状素体１２０は、メインロール１４０とマンドレルロール１５０とに挟持されて押圧され、メインロール１４０の収容凹部１４１及び第１成形溝１４２、マンドレルロール１５０の第２成形溝１５２内に充填されるように塑性変形し、環状成形体１１０が成形されることになる。
【００５３】
このとき、内側凸条部１１２の内周端は、第２成形溝１５２の底部に強く当接されることになる。一方、外側凸条部１１３の外周端は、環状素体１２０の外側凸部１２３に肉欠部１２５が形成されていることから、第１成形溝１４２に強く当接されることがない。なお、実質的に結晶組織の形成が完了した後では、環状素体１２０が第１成形溝１４２内に充満するように構成してもよい。
なお、製出された環状成形体１１０の軸線Ｏから本体部１１１の内周端までの距離Ｒｆｉは、Ｒｆｉ＝１６０ｍｍ〜６００ｍｍの範囲内に、軸線Ｏから本体部１１１の外周端までの距離Ｒｆｏは、Ｒｆｏ＝４５０ｍｍ〜７５０ｍｍの範囲内に設定されている。
【００５４】
（熱処理工程Ｓ１６／切削加工工程Ｓ１７）
前述のようにして製出された環状成形体１１０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とされることになる。
【００５５】
以上のような構成とされた本実施形態である環状成形体１１０及び環状成形体の製造方法によれば、環状素体１２０に対して、メインロール１４０とマンドレルロール１５０とを用いたリング圧延を行うことによって環状成形体１１０を形成しているので、これらメインロール１４０とマンドレルロール１５０とによる押圧力によって、環状成形体１１０にひずみが負荷されることになる。
【００５６】
そして、環状素体１２０の外側凸部１２３に肉欠部１２５が形成されているので、リング圧延時において、環状素体１２０の外側凸部１２３が塑性変形して得られた環状成形体１１０の外側凸条部１１３の外周端がメインロール１４０に当接することが抑制されることになる。すなわち、この肉欠部１２５によって、環状素体１２０（環状成形体１１０）の外周部への押圧力が軽減された押圧力軽減部が形成されていることになる。
【００５７】
このように押圧力が軽減された部分においては、負荷されるひずみ量が低減され、結晶粒が他の部分に比較して粗大化することになる。よって、環状成形体１１０の外側凸条部１１３の部分の結晶粒が、本体部１１１及び内側凸条部１１２の部分の結晶粒よりも粗大となるのである。
したがって、本実施形態である環状成形体１１０においては、本体部１１１及び内側凸条部１１２の部分は、引張強度及び疲労強度が比較的高くなり、外側凸条部１１３の部分は、クリープ強度が比較的高くなるのである。よって、この環状成形体１１０を加工して得られるタービンディスクは、その内周側部分（ボア部）の引張強度及び疲労強度が高く、かつ、外周側部分（リム部）のクリープ強度が高くなり、ガスタービンの高温化、高速回転化に対応可能となる。
【実施例１】
【００５８】
本発明の作用効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
まず、第１の実施形態である環状成形体の製造方法により、環状成形体を製出し、その結晶粒の大きさを評価した。
Ｎｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８からなる環状素体２０に対して、図４から図６に示すように、リング圧延を行った。リング圧延の温度は、９００℃〜１０５０℃とした。リング圧延終了後に、ＡＭＳ５６６３に従って熱処理（溶体化処理及び時効処理）を行った。なお、ＡＭＳ５６６３とは、ＳＡＥ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌが発行している「Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ（航空材料規格）」の規格番号である。
得られた環状成形体１０の内側凸条部１２及び外側凸条部１３のＡＳＴＭ結晶粒度番号を測定した。試料の測定部位の軸方向断面及び径方向断面を研磨し、酸性液でエッチング処理後、光学顕微鏡観察により測定し、ＡＳＴＭ結晶粒度番号を判定した。
【実施例２】
【００５９】
次に、第２の実施形態である環状成形体の製造方法により、環状成形体を製出し、その結晶粒の大きさを評価した。
Ｎｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８からなる環状素体１２０に対して、図９から図１１に示すように、リング圧延を行った。リング圧延の温度は、９００℃〜１０５０℃とした。リング圧延終了後に、ＡＭＳ５６６３に従って熱処理（溶体化処理及び時効処理）を行った。
得られた環状成形体１１０の内側凸条部１１２及び外側凸条部１１３のＡＳＴＭ結晶粒度番号を測定した。試料の測定部位の軸方向断面及び径方向断面を研磨し、酸性液でエッチング処理後、光学顕微鏡観察により測定し、ＡＳＴＭ結晶粒度番号を判定した。
【００６０】
実施例１，２の評価結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
2011079043.tif 000003
【００６２】
メインロール４０に切欠部４５を設けて押圧力軽減部を形成した実施例１においては、内側凸条部１２のＡＳＴＭ結晶粒度番号が１０．５、外側凸条部１３のＡＳＴＭ結晶粒度番号が８．０とされており、外側凸条部１３の結晶粒が内側凸条部１２に比べて粗大化していることが確認される。また、内側凸条部１２の結晶粒と外側凸条部１３の結晶粒とのＡＳＴＭ結晶粒度番号差が２以上となっていることが確認される。
【００６３】
また、環状素体１２０に肉欠部１２５を設けて押圧力軽減部を形成した実施例２においても、内側凸条部１１２のＡＳＴＭ結晶粒度番号が１１．０、外側凸条部１１３のＡＳＴＭ結晶粒度番号が９．０とされており、外側凸条部１１３の結晶粒が内側凸条部１１２に比べて粗大化していることが確認される。また、内側凸条部１１２の結晶粒と外側凸条部１１３の結晶粒とのＡＳＴＭ結晶粒度番号差が２以上となっていることが確認される。
【００６４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、環状成形体の外周側部分（外側凸条部）の結晶粒を粗大化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、環状成形体の内周側部分（内側凸条部）の結晶粒を粗大化させてもよい。
【００６５】
また、環状成形体及び環状素体の形状は、本実施形態に限定されることはなく、製出するタービンディスク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。
さらに、環状成形体及び環状素体が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、その他の材質で構成されたものであってもよい。
【００６６】
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、これに限定されることはなく、粉末成形法によってビレットを製出し、このビレットにリング圧延を行う構成としてもよい。
さらに、リング圧延において、環状成形体の表面を押圧することによって、結晶粒を粗大化した部分の結晶粒の大きさの調整を行ってもよい。すなわち、結晶粒が粗大すぎた場合には、超音波探傷特性の劣化や引張強度の低下が起こることがあるため、適度にひずみを与えて結晶粒の大きさを調整してもよい。
【００６７】
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。
【符号の説明】
【００６８】
１０，１１０  環状成形体
２０、１２０  環状素体
４０、１４０  メインロール
４５  切欠部
５０、１５０  マンドレルロール
１２５  肉欠部
【図１】
2011079043.tif 000004
【図２】
2011079043.tif 000005
【図３】
2011079043.tif 000006
【図４】
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【図５】
2011079043.tif 000008
【図６】
2011079043.tif 000009
【図７】
2011079043.tif 000010
【図８】
2011079043.tif 000011
【図９】
2011079043.tif 000012
【図１０】
2011079043.tif 000013
【図１１】
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