(57)【要約】  曲げ加工性に優れたＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法およびＮｉ基超耐熱合金ワイヤを提供する。  Ｎｉ基超耐熱合金の棒材を準備する棒材準備工程と、この棒材の周面から軸心に向けて、５００℃以下の温度で、一回の加工率が４０％以下である塑性加工を、累積の加工率が６０％以上になるまで、複数回行って、上記の棒材の断面積を圧縮する棒材加工工程と、を有するＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法である。そして、上記の棒材加工工程で得たＮｉ基超耐熱合金ワイヤに、さらに、５００℃を超える温度での熱処理を行う熱処理工程と、を有するＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法である。これらの製造方法によって得られたＮｉ基超耐熱合金ワイヤは、塑性加工組織または再結晶組織を有する。
2019004176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ基超耐熱合金の棒材を準備する棒材準備工程と、
前記棒材の周面から軸心に向けて、５００℃以下の温度で、一回の加工率が４０％以下である塑性加工を、累積の加工率が６０％以上になるまで、複数回行って、前記棒材の断面積を圧縮する棒材加工工程と、
を有することを特徴とするＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項２】
前記累積の加工率が７０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項３】
前記一回の加工率が３０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項４】
前記棒材加工工程では、前記棒材の断面積を最終のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの線径にまで圧縮することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項５】
前記棒材加工工程で得たＮｉ基超耐熱合金ワイヤに５００℃を超える温度での熱処理を行う熱処理工程と、
を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項６】
前記Ｎｉ基超耐熱合金は、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量が３５モル％以上となる析出強化型の成分組成を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項７】
前記成分組成が、質量％で、Ｃ：０〜０．２５％、Ｃｒ：８．０〜２５．０％、Ａｌ：０．５〜８．０％、Ｔｉ：０．４〜７．０％、Ｃｏ：０〜２８．０％、Ｍｏ：０〜８．０％、Ｗ：０〜６．０％、Ｎｂ：０〜４．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなることを特徴とする請求項６に記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項８】
前記成分組成が、質量％で、Ｃ：０〜０．２％、Ｃｒ：８．０〜２２．０％、Ａｌ：２．０〜８．０％、Ｔｉ：０．４〜７．０％、Ｃｏ：０〜２８．０％、Ｍｏ：２．０〜７．０％、Ｗ：０〜６．０％、Ｎｂ：０〜４．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなることを特徴とする請求項７に記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項９】
前記成分組成が、質量％で、Ｃ：０〜０．２％、Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、Ａｌ：０．５〜５．０％、Ｔｉ：１．０〜６．０％、Ｃｏ：１０．０〜２８．０％、Ｍｏ：０〜８．０％、Ｗ：０．５〜５．０％、Ｎｂ：０．１〜３．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０．０１０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなることを特徴とする請求項７に記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項１０】
質量％で、Ｃ：０〜０．２５％、Ｃｒ：８．０〜２５．０％、Ａｌ：０．５〜８．０％、Ｔｉ：０．４〜７．０％、Ｃｏ：０〜２８．０％、Ｍｏ：０〜８．０％、Ｗ：０〜６．０％、Ｎｂ：０〜４．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなり、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量が３５モル％以上となる析出強化型の成分組成を有し、塑性加工組織または再結晶組織を有することを特徴とするＮｉ基超耐熱合金ワイヤ。
【請求項１１】
前記成分組成が、質量％で、Ｃ：０〜０．２％、Ｃｒ：８．０〜２２．０％、Ａｌ：２．０〜８．０％、Ｔｉ：０．４〜７．０％、Ｃｏ：０〜２８．０％、Ｍｏ：２．０〜７．０％、Ｗ：０〜６．０％、Ｎｂ：０〜４．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなることを特徴とする請求項１０に記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤ。
【請求項１２】
前記成分組成が、質量％で、Ｃ：０〜０．２％、Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、Ａｌ：０．５〜５．０％、Ｔｉ：１．０〜６．０％、Ｃｏ：１０．０〜２８．０％、Ｍｏ：０〜８．０％、Ｗ：０．５〜５．０％、Ｎｂ：０．１〜３．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０．０１０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなることを特徴とする請求項１０に記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤ。
【請求項１３】
長さが１５０ｍｍのＮｉ基超耐熱合金ワイヤを準備して、該Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの一端から２５ｍｍの位置を拘束し、他端から２５ｍｍの位置に荷重を付与する片持ち梁による曲げ試験で、曲げ変位が５０ｍｍに達したときに破断しないことを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法およびＮｉ基超耐熱合金ワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機エンジンや発電用ガスタービンの高性能化や低燃費化に伴って、それに用いられる耐熱部品には、優れた耐熱性（高温強度）が求められる。そして、この耐熱部品の素材として、Ｎｉ基超耐熱合金が多く用いられている（非特許文献１、２）。Ｎｉ基超耐熱合金は、その組織が、Ｎｉ３Ａｌを主組成とする金属間化合物の析出強化相であるガンマプライムを多く有することによって、耐熱性が向上する。そして、７１３合金や９３９合金（例えば、それぞれ、ＩＮ７１３やＩＮ９３９の表記が代表的である。）は、ガンマプライム形成元素であるＡｌ、Ｔｉ、Ｎｂを多く含有することで、耐熱性に優れたＮｉ基超耐熱合金である。【０００３】
近年、Ｎｉ基超耐熱合金でなる耐熱部品を、例えば、溶接等によって補修したり、または、その耐熱部品自体を、例えば、レーザーや電子ビームを熱源に用いた積層造形法によって３次元成形で作製したりするニーズが高まっている。そして、その場合の造形素材として、Ｎｉ基超耐熱合金の「ワイヤ」が求められている。このワイヤの線径（直径）は、例えば、５ｍｍ以下、更には３ｍｍ以下という細いものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】吉成  明，「ニッケル基超合金鋳物の特徴とその適用例」，鋳造工学，公益社団法人日本鋳造工学会，平成１３年１２月，第７３巻，第１２号，ｐ．８３４−８３９
【非特許文献２】Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｔｙｐｉｃａｌ  Ｃａｓｔ  Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ、［online］、Ｔｈｅ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ,  Ｍｅｔａｌｓ  ＆  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｏｃｉｅｔｙ、［平成３０年４月２５日検索］、インターネット＜URL：http://www.tms.org/communities/ftattachments/superalloystable_castcomp.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＮｉ基超耐熱合金ワイヤは、曲げようとするだけで直ぐに破断（折損）して、コイル状に曲げることが難しかったことから、一本一本の「棒」の様態で提供されていた。よって、このＮｉ基超耐熱合金ワイヤを用いて、耐熱部品を補修したり、耐熱部品自体を作製したりするときは、一本のＮｉ基超耐熱合金ワイヤが消費される毎に、新しいＮｉ基超耐熱合金ワイヤをセットする必要があり、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの供給が断続的であった。そこで、このＮｉ基超耐熱合金ワイヤをコイル状に曲げることができれば、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤを「コイル」の様態で提供することができ、このコイルからＮｉ基超耐熱合金ワイヤを連続的に送り出して供給することができるので、作業効率が向上する。
本発明の目的は、曲げ加工性に優れたＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法およびＮｉ基超耐熱合金ワイヤを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの曲げ加工性について検討した。その結果、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤに引張強度を付与することが、上記した曲げ加工時のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの破断を抑制して、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの曲げ加工性の向上に効果的であることを知見した。そして、このようなＮｉ基超耐熱合金ワイヤの作製に効果的な製造方法を見いだしたとともに、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤが曲げ加工性に優れているときに呈している組織形態をも特定して、本発明に到達した。【０００７】
すなわち、本発明は、Ｎｉ基超耐熱合金の棒材を準備する棒材準備工程と、この棒材の周面から軸心に向けて、５００℃以下の温度で、一回の加工率が４０％以下である塑性加工を、累積の加工率が６０％以上になるまで、複数回行って、上記の棒材の断面積を圧縮する棒材加工工程と、を有するＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法である。このとき、上記した累積の加工率が７０％以上であることが好ましい。また、上記した一回の加工率が３０％以下であることが好ましい。そして、上記の棒材加工工程では、棒材の断面積を最終のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの線径にまで圧縮することが好ましい。
そして、上記の棒材加工工程で得たＮｉ基超耐熱合金ワイヤに、さらに、５００℃を超える温度での熱処理を行う熱処理工程と、を有するＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法である。【０００８】
上記のＮｉ基超耐熱合金は、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量が３５モル％以上となる析出強化型の成分組成を有することが好ましい。そして、この成分組成が、具体的には、質量％で、Ｃ：０〜０．２５％、Ｃｒ：８．０〜２５．０％、Ａｌ：０．５〜８．０％、Ｔｉ：０．４〜７．０％、Ｃｏ：０〜２８．０％、Ｍｏ：０〜８．０％、Ｗ：０〜６．０％、Ｎｂ：０〜４．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなることが好ましい。【０００９】
上記の具体的な成分組成のうちの一つとして、質量％で、Ｃ：０〜０．２％、Ｃｒ：８．０〜２２．０％、Ａｌ：２．０〜８．０％、Ｔｉ：０．４〜７．０％、Ｃｏ：０〜２８．０％、Ｍｏ：２．０〜７．０％、Ｗ：０〜６．０％、Ｎｂ：０〜４．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなるものが挙げられる。
また、上記の具体的な成分組成のうちの別の一つとして、質量％で、Ｃ：０〜０．２％、Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、Ａｌ：０．５〜５．０％、Ｔｉ：１．０〜６．０％、Ｃｏ：１０．０〜２８．０％、Ｍｏ：０〜８．０％、Ｗ：０．５〜５．０％、Ｎｂ：０．１〜３．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０．０１０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなるものが挙げられる。【００１０】
また、本発明は、質量％で、Ｃ：０〜０．２５％、Ｃｒ：８．０〜２５．０％、Ａｌ：０．５〜８．０％、Ｔｉ：０．４〜７．０％、Ｃｏ：０〜２８．０％、Ｍｏ：０〜８．０％、Ｗ：０〜６．０％、Ｎｂ：０〜４．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなり、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量が３５モル％以上となる析出強化型の成分組成を有し、塑性加工組織または再結晶組織を有するＮｉ基超耐熱合金ワイヤである。【００１１】
そして、上記の成分組成のうちの一つとして、質量％で、Ｃ：０〜０．２％、Ｃｒ：８．０〜２２．０％、Ａｌ：２．０〜８．０％、Ｔｉ：０．４〜７．０％、Ｃｏ：０〜２８．０％、Ｍｏ：２．０〜７．０％、Ｗ：０〜６．０％、Ｎｂ：０〜４．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなるものが挙げられる。
また、上記の成分組成のうちの別の一つとして、質量％で、Ｃ：０〜０．２％、Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、Ａｌ：０．５〜５．０％、Ｔｉ：１．０〜６．０％、Ｃｏ：１０．０〜２８．０％、Ｍｏ：０〜８．０％、Ｗ：０．５〜５．０％、Ｎｂ：０．１〜３．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０．０１０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなるものが挙げられる。【００１２】
上記のＮｉ基超耐熱合金ワイヤは、長さが１５０ｍｍのＮｉ基超耐熱合金ワイヤを準備して、このＮｉ基超耐熱合金ワイヤの一端から２５ｍｍの位置を拘束し、他端から２５ｍｍの位置に荷重を付与する片持ち梁による曲げ試験で、曲げ変位が５０ｍｍに達したときに破断しないことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、曲げ加工性に優れたＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法およびＮｉ基超耐熱合金ワイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明例で作製されたＮｉ基超耐熱合金ワイヤの断面ミクロ組織の一例を示す図面代用写真である。
【図２】別の本発明例で作製されたＮｉ基超耐熱合金ワイヤの断面ミクロ組織の一例を示す図面代用写真である。
【図３】別の本発明例で作製されたＮｉ基超耐熱合金ワイヤの断面ミクロ組織の一例を示す図面代用写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
従来のＮｉ基超耐熱合金ワイヤは、曲げ加工性に乏しく、場合によっては、曲げようとしただけで直ぐに破断するものもあった。これは、従来のＮｉ基超耐熱合金ワイヤが、専ら鋳造によって造形されたものであり、それが脆い鋳造組織を有していたことに起因する。このような鋳造によって造形されたワイヤの場合、このワイヤに対して、さらに、形状を整えるための軽度の加工を実施したり、あるいは、上記の鋳造組織を解消するための熱処理を実施したりしても、上記の曲げ加工性は改善され難かった。
【００１６】
そこで、本発明者は、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの曲げ加工性について検討した。その結果、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの鋳造組織を解消することで、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤに引張強度を付与できて、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの曲げ加工性を改善できることを知見した。そして、このためには、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤを、強い塑性変形によってワイヤ形状に仕上げて作製することが効果的であることを知見した。
すなわち、本発明は、Ｎｉ基超耐熱合金の棒材を準備する棒材準備工程と、この棒材の周面から軸心に向けて、５００℃以下の温度で、一回の加工率が４０％以下である塑性加工を、累積の加工率が６０％以上になるまで、複数回行って、上記の棒材の断面積を圧縮する棒材加工工程と、を有するＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法である。そして、これらの工程に、さらに、上記の棒材加工工程で得たＮｉ基超耐熱合金ワイヤに５００℃を超える温度での熱処理を行う熱処理工程と、を有するＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法である。
【００１７】
本発明の製造方法によって得られるＮｉ基超耐熱合金ワイヤは、様々な使用形態に応じるために、その線径（直径）が、例えば、１０ｍｍ以下、更には６ｍｍ以下、５ｍｍ以下、４ｍｍ以下であることが好ましい。そして、更には、３．５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２．５ｍｍ以下、２ｍｍ以下であることが好ましい。そして、このようなＮｉ基超耐熱合金ワイヤの曲げ加工性を改善するために、上記の鋳造組織を解消して、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤに十分な引張強度を付与することを考えれば、上記のＮｉ基超耐熱合金ワイヤは、このワイヤに対して断面積が大きな素材（棒材）を準備して、これに強い塑性加工（つまり、加工率が大きい塑性加工）を行う製造方法で作製することが効果的である。
【００１８】
このとき、上記の「強い塑性加工」を行うことができる手段として、スエージング加工や、カセットローラダイス、孔型ダイス等によるダイス伸線加工が挙げられる。そして、スエージング加工は、棒材の全周を囲む複数のダイスを回転させながら、棒材の周面を鍛造する加工方法である。よって、棒材中に均一かつ均等に圧力を付与しながら、棒材の断面積を圧縮することができるので、塑性加工が難しいとされるＮｉ基超耐熱合金を、割れや疵が生じるのを抑制しながら、塑性加工することができる有効な手段である。
【００１９】
そして、上記の「強い塑性加工」を達成するために、本発明のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法は、上記の棒材に「６０％以上」の高い加工率による塑性加工を行うものである。好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上の加工率である。この加工率とは、塑性加工前の棒材（「線材」とも言う）の断面積Ａ０と、塑性加工後の線材（ワイヤ）の断面積Ａ１との関係で、［（Ａ０−Ａ１）／Ａ０］×１００（％）の式で算出される値のことである。そして、上記の高い加工率に応じて、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの線径を、例えば、３．５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２．５ｍｍ以下、２ｍｍ以下といった細いものにまで仕上げることができる。なお、上記の６０％以上の加工率の上限を設定することは特に要しない。例えば、製造されるＮｉ基超耐熱合金ワイヤの最終の線径に応じて、１００％未満、９８％以下、９５％以下、とすればよい。
【００２０】
そして、本発明のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法は、上記の「６０％以上」の加工率の塑性加工を、さらに、複数回（いわゆる、複数パス）の塑性加工に分けるものである。この「パス」については、上述したスエージング加工やダイス伸線加工といった種類の塑性加工において、一つの（または、一対でなる）ダイス等によって塑性加工されたときを「１パス」と数えることができる。そして、この複数回の塑性加工に分けたときの、一回の加工率を「４０％以下」に低くすることが重要である。つまり、本発明が実施する塑性加工（棒材加工工程）は、一回の加工率が４０％以下である塑性加工を、それらの累積の加工率が６０％以上になるまで、複数回行う“小刻みな（段階的な）塑性加工”である。この小刻みな塑性加工によって、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの鋳造組織を“全体に亘って”解消することができる。そして、一回の加工率を低くすることで、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの表面に生じる疵を更に抑制することができる。好ましくは、上記の一回の加工率が３０％以下の小刻みな塑性加工である。
なお、上記の一回の加工率の下限を設定する必要はない。そして、加工効率等の点で、この下限を、例えば、１０％程度としてもよい。あるいは、加工率は、上記の複数回の塑性加工のうち一回または二回以上において１５％以上にすることもできる。
【００２１】
さらに、本発明が実施する上記の複数回の塑性加工では、その複数回の塑性加工の全てのパスを終了して、最終形状に仕上げたＮｉ基超耐熱合金ワイヤに引張強度を付与するために、そのそれぞれの塑性加工温度を、回復や再結晶の発生を抑制できる低い温度領域とすることが効果的である。そして、本発明の場合、５００℃以下である。好ましくは３００℃以下であり、より好ましくは１００℃以下である。さらに好ましくは５０℃以下（例えば、室温）である。このことについては、本発明に係るＮｉ基超耐熱合金ワイヤの金属組織が、後述する「塑性加工組織」や「再結晶組織」を保つためにも、上記の塑性加工温度を回復や再結晶の発生を抑制できる低い温度領域とすることが効果的であると言える。
上記の複数回の塑性加工の間で熱処理を行う必要はない。ここで言う熱処理とは、回復や再結晶が発生するような高い温度領域での熱処理のことであり、例えば、５００℃を超える温度に加熱する熱処理である。そして、上記の複数回の塑性加工を終了して、最終形状に仕上げたＮｉ基超耐熱合金ワイヤには、適宜、上記の熱処理を行うことができる。
【００２２】
以上のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法によって、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤに引張強度を付与することができる。そして、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤに引張強度が付与されたことは、そのときの金属組織が、脆い「鋳造組織」ではなくて、強い塑性変形によって得られる「塑性加工組織」を呈しているか、または、この塑性加工組織に上記の熱処理を実施して得られる「再結晶組織」を呈していることによっても、確認することができる。そして、以上のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法によって、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの金属組織を、上記の塑性加工組織または再結晶組織に調整することができる。
【００２３】
本発明に係るＮｉ基超耐熱合金ワイヤの「塑性加工組織」とは、例えば、強い塑性変形によって、その塑性加工方向に変形した組織（つまり、ワイヤの長さ方向に展伸した組織）のことである。このようなＮｉ基超耐熱合金は、例えば、５００ＨＶ以上の硬さを有している。また、例えば、７００ＨＶ未満の硬さを有している。そして、例えば、後述するような成分組成を有したＮｉ基超耐熱合金ワイヤにおいては、上記の塑性加工組織を、金属組織中に確認されるガンマプライムの「集合的な流れ（ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ  ｆｌｏｗ）」の存在によって特定することできる。図１（ａ）は、本発明例によって作製したＮｉ基超耐熱合金ワイヤの組織を、その長さ方向の中心軸を含む断面で観察した顕微鏡写真である。このとき、図１（ａ）の左右方向（つまり、図中の矢印の方向）が、ワイヤの長さ方向である。そして、図１（ａ）の観察倍率５０００倍の走査型電子顕微鏡像（以下、「ＳＥＭ像」と表記する。）において、細かな粒状の分散物の集合で見える部分（薄色の部分）が「ガンマプライム」である（右上に確認される一つの大きな塊状物は「炭化物」である）。そして、このガンマプライムが、ワイヤの長さ方向に沿って、「集合的な流れ」を呈して存在していることが確認できる。
なお、図１（ａ）の観察倍率２００倍の光学顕微鏡像（以下、「光顕像」と表記する。）において、略連続的な紐状の集合物（濃色の部分）は「炭化物」である。そして、この炭化物も、ワイヤの長さ方向に略平行して、「集合的な流れ（ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ  ｆｌｏｗ）」を呈して存在していることが確認できる。金属組織中に炭化物が多く存在する場合、上記の塑性加工組織は、この炭化物の集合的な流れによっても特定することができる。
【００２４】
また、本発明に係るＮｉ基超耐熱合金ワイヤの「再結晶組織」とは、例えば、上記の塑性加工組織に再結晶温度（例えば、５００℃を超える温度）による熱処理を実施すること等によって得られる、結晶粒が成長した組織のことである。図１（ｂ）は、本発明例で作製したＮｉ基超耐熱合金ワイヤの組織を、その長さ方向の中心軸を含む断面で観察した顕微鏡写真である。図１（ｂ）の左右方向（つまり、図中の矢印の方向）が、ワイヤの長さ方向である。そして、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＮｉ基超耐熱合金ワイヤに、所定の再結晶温度で熱処理を実施して得られたワイヤの組織である。図１（ｂ）の観察倍率２００倍の光顕像において、その全視野の濃淡を別ける境界で明確に確認される略直線が「結晶粒界」である。そして、この結晶粒界で囲まれてなる単位を「再結晶粒」として確認することができる。この結晶粒界は、図１（ｂ）の観察倍率５０００倍のＳＥＭ像でも確認できる（大きな塊状物は「炭化物」である）。
【００２５】
本発明に係るＮｉ基超耐熱合金ワイヤの場合、上記の「再結晶組織を有する」ことを、結晶粒の大きさに替えて表すことができる。そして、この場合、上記の再結晶組織は、その断面組織が、例えば、「最大長さが１００μｍ以上の結晶粒を有する」ものとして表すことができる（上限は、１５００μｍ程度が現実的である）。また、このようなＮｉ基超耐熱合金の場合、例えば、５００ＨＶ未満の硬さを有している。そして、例えば、４００ＨＶ以上の硬さを有している。
そして、この再結晶組織を有するＮｉ基超耐熱合金ワイヤであっても、金属組織中に炭化物が多く存在する場合、その金属組織に上記の炭化物の集合的な流れを、結晶粒内や、結晶粒界を跨いで、確認することができる（図１（ｂ）の光顕像）。そして、この炭化物の集合的な流れによって、この金属組織が「上記の塑性加工組織に再結晶温度による熱処理が実施されたもの」であることがわかる。そして、この再結晶組織を有するＮｉ基超耐熱合金ワイヤが、塑性加工によってワイヤ形状に作製されたものであることがわかる。
【００２６】
本発明は、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの金属組織を、上記の「塑性加工組織または再結晶組織」に調整することで、脆い鋳造組織を解消できるので、曲げても折れ難く、このＮｉ基超耐熱合金ワイヤの曲げ加工性を改善できるものである。そして、この曲げ加工性の改善効果は、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤへの引張強度の付与によるものである。従って、本発明に係るＮｉ基超耐熱合金ワイヤの場合、それに引張強度が付与されていることを、上記の塑性加工組織または再結晶組織を有することに替えて表すことができる。
また、このような曲げ加工性に優れていることについて、本発明に係るＮｉ基超耐熱合金ワイヤは、例えば、「長さが１５０ｍｍのワイヤを準備して、このワイヤの一端から２５ｍｍの位置を拘束し、他端から２５ｍｍの位置に荷重を付与する」片持ち梁による曲げ試験で、曲げ変位が５０ｍｍに達したときに破断しないＮｉ基超耐熱合金ワイヤである。
【００２７】
本発明に係るＮｉ基超耐熱合金ワイヤは、例えば、耐熱部品の補修や３次元成形の際に、溶融して使用されるものである。この場合、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤは、上記の溶融後には凝固し、必要に応じては、この凝固後に熱処理されて、耐熱部品として完成される。そして、このような耐熱部品の耐熱性を維持して、かつ、その使用前であるワイヤに優れた曲げ加工性を付与するために、本発明に係るＮｉ基超耐熱合金ワイヤ（つまり、塑性加工が行なわれる前の棒材）の成分組成を、例えば、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量が「３５モル％以上」の析出強化型のものとすることが好ましい。ガンマプライムの平衡析出量とは、熱力学的な平衡状態において安定なガンマプライムの析出量のことである。そして、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量を３５モル％以上とすることで、耐熱性の向上に効果的である。より好ましくは４０モル％以上であり、さらに好ましくは５０モル％以上である。そして、特に好ましくは６０モル％以上である。そして、いっそう好ましくは６３モル％以上、よりいっそう好ましくは６６モル％以上、さらにいっそう好ましくは６８モル％以上である。なお、この値の上限を設けることは、特に要しない。但し、７５モル％程度が現実的である。
【００２８】
本発明に係るＮｉ基超耐熱合金において、上記のガンマプライムの平衡析出量を「モル％」で表した値は、このＮｉ基超耐熱合金が有する成分組成で決めることができる値である。この平衡析出量の「モル％」の値は、熱力学平衡計算による解析で求めることができる。そして、熱力学平衡計算による解析の場合、各種の熱力学平衡計算ソフトを用いることで、精度よく、かつ、容易に求めることができる。
【００２９】
上記の７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量が「３５モル％以上」の析出強化型のＮｉ基超耐熱合金として、例えば、質量％で、Ｃ：０〜０．２５％、Ｃｒ：８．０〜２５．０％、Ａｌ：０．５〜８．０％、Ｔｉ：０．４〜７．０％、残部Ｎｉおよび不純物でなる基本的な成分組成に調整しておくことが好ましい。また、上記の基本的な成分組成において、さらに、必要に応じて、質量％で、Ｃｏ：０〜２８．０％、Ｍｏ：０〜８．０％、Ｗ：０〜６．０％、Ｎｂ：０〜４．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０〜０．３００％のうちから選択される１種または２種以上の元素種を含有することができる。例示した上記の成分組成について、その個々の元素の効果を説明する（質量％について、単に「％」と表記する）。
【００３０】
＜Ｃ：０〜０．２５％＞
Ｃは、結晶粒界の強度を高める効果がある。しかし、Ｃが高くなると、粗大な炭化物が増えて、塑性加工時の延性が劣化する。よって、Ｃの含有量は、０．２５％以下とすることが好ましい。より好ましくは０．２％以下、さらに好ましくは０．１％以下、よりさらに好ましくは０．０５％以下とする。特に好ましくは０．０２％以下とする。上記の粗大な炭化物は、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤを曲げたときのき裂の起点となり得る。よって、Ｃを規制することは、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの曲げ加工性を向上させる点でも好ましい。そして、Ｃを無添加レベル（原料の不純物レベル）としてもよい場合は、Ｃの下限を０％とすることができる。
一方で、Ｃを含有することによる上記の強度を高める効果は、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの引張強度の付与に働き、Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの曲げ加工性の向上に寄与し得る。よって、この効果を得る場合、Ｃの含有量は、好ましくは０．００１％以上である。より好ましくは０．００３％以上である。さらに好ましくは０．００５％以上である。特に好ましくは０．０１％以上である。
【００３１】
＜Ｃｒ：８．０〜２５．０％＞
Ｃｒは、耐酸化性、耐食性を向上させる元素である。ただし、Ｃｒを過剰に含有すると、σ（シグマ）相などの脆化相を形成し、例えば、棒材を準備する際の熱間加工性を低下させる。よって、Ｃｒの含有量は、８．０〜２５．０％とすることが好ましい。
【００３２】
＜Ａｌ：０．５〜８．０％＞
Ａｌは、ガンマプライムを形成して、高温強度を向上させる元素である。しかし、Ａｌの過度の含有は、耐熱部品の高温状態における金属組織が不安定になる原因となる。よって、Ａｌの含有量は、０．５〜８．０％とすることが好ましい。
【００３３】
＜Ｔｉ：０．４〜７．０％＞
Ｔｉは、Ａｌと同様に、ガンマプライムを形成し、ガンマプライムを固溶強化して高温強度を高める元素である。しかし、Ｔｉを過度に含有すると、耐熱部品の高温状態における金属組織が不安定になる。よって、Ｔｉの含有量は、０．４〜７．０％とすることが好ましい。
【００３４】
以上で説明した元素以外の残部はＮｉとするが、当然、不可避的な不純物は含まれてもよい。そして、この基本的な成分組成において、さらに、必要に応じて、以下の元素種を含有することができる。
【００３５】
＜Ｃｏ：０〜２８．０％＞
Ｃｏは、耐熱部品の金属組織の安定性を改善する選択元素の一つである。しかし、Ｃｏが過剰になると、Ｃｏ系の脆性金属間化合物を生成する。よって、Ｃｏは、必要に応じて、２８．０％以下を含有することが好ましい。そして、Ｃｏを無添加レベル（原料の不純物レベル）としてもよい場合は、Ｃｏの下限を０％とすることができる。
【００３６】
＜Ｍｏ：０〜８．０％＞
Ｍｏは、マトリックスの固溶強化に寄与し、高温強度を向上させる選択元素の一つである。但し、Ｍｏが過剰となると金属間化合物相が形成されて高温強度を損なう。よって、Ｍｏは、必要に応じて、８．０％以下を含有することが好ましい。そして、Ｍｏを無添加レベル（原料の不純物レベル）としてもよい場合は、Ｍｏの下限を０％とすることができる。
【００３７】
＜Ｗ：０〜６．０％＞
Ｗは、Ｍｏと同様に、マトリックスの固溶強化に寄与する選択元素の一つである。一方で、Ｗが過剰となると、有害な金属間化合物相が形成されて、高温強度が劣化する。よって、Ｗは、必要に応じて、６．０％以下を含有することが好ましい。そして、Ｗを無添加レベル（原料の不純物レベル）としてもよい場合は、Ｗの下限を０％とすることができる。
【００３８】
＜Ｎｂ：０〜４．０％＞
Ｎｂは、ＡｌやＴｉと同様に、ガンマプライムを形成し、ガンマプライムを固溶強化して高温強度を高める選択元素の一つである。但し、Ｎｂの過度の含有は、有害なδ（デルタ）相を形成し、Ｔｉによる高温強度の向上効果を阻害する。よって、Ｎｂは、必要に応じて、４．０％以下を含有することが好ましい。そして、Ｎｂを無添加レベル（原料の不純物レベル）としてもよい場合は、Ｎｂの下限を０％とすることができる。
【００３９】
＜Ｔａ：０〜３．０％＞
Ｔａは、ＡｌやＴｉと同様に、ガンマプライムを形成し、ガンマプライムを固溶強化して高温強度を高める選択元素の一つである。但し、Ｔａを過度に含有すると、ガンマプライムが高温で不安定となって、Ｔａ本来の高温強度の向上効果が得られ難くなる。よって、Ｔａは、必要に応じて、３．０％以下を含有することが好ましい。より好ましくは２．５％以下、さらに好ましくは２．２５％以下、よりさらに好ましくは２．０％以下、特に好ましくは１．７５％以下である。そして、Ｔａを無添加レベル（原料の不純物レベル）としてもよい場合は、Ｔａの下限を０％とすることができる。
なお、Ｔａを含有することによる上記の効果を得る場合、好ましくは０．３％以上、より好ましくは０．６％以上、さらに好ましくは０．９％以上、よりさらに好ましくは１．１％以上である。
【００４０】
＜Ｆｅ：０〜１０．０％＞
Ｆｅは、高価なＮｉ、Ｃｏの代替として含有させることができる、合金コストの低減に有効な選択元素の一つである。但し、Ｆｅを過剰に含有すると、σ相などの脆化相を形成して、例えば、棒材を準備する際の熱間加工性を低下させる。よって、Ｆｅは、必要に応じて、１０．０％以下を含有することが好ましい。より好ましくは８．０％以下、さらに好ましくは５．０％以下、よりさらに好ましくは２．０％以下である。そして、Ｆｅを無添加レベル（原料の不純物レベル）としてもよい場合は、Ｆｅの下限を０％とすることができる。
なお、Ｆｅを含有することによる上記の効果を得る場合、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．４％以上、さらに好ましくは０．６％以上、よりさらに好ましくは０．８％以上である。
【００４１】
＜Ｖ：０〜１．２％＞
Ｖは、マトリックスの固溶強化、炭化物生成による粒界強化に有用な選択元素の一つである。しかし、Ｖが多すぎると、金属組織中に不安定な金属間化合物が形成されて、高温強度が低下する。よって、Ｖは、必要に応じて、１．２％以下を含有することが好ましい。より好ましくは１．０％以下、さらに好ましくは０．８％以下、よりさらに好ましくは０．７％以下である。そして、Ｖを無添加レベル（原料の不純物レベル）としてもよい場合は、Ｖの下限を０％とすることができる。
なお、Ｖを含有することによる上記の効果を得る場合、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．２％以上、さらに好ましくは０．３％以上、よりさらに好ましくは０．５％以上である。
【００４２】
＜Ｈｆ：０〜１．０％＞
Ｈｆは、合金の耐酸化性向上、炭化物生成による粒界強化に有用な選択元素の一つである。しかし、Ｈｆが多すぎると、製造過程の酸化物生成、高温不安定相の生成を招き、製造性および高温力学性能に悪影響を招く。よって、Ｈｆは、必要に応じて、１．０％以下を含有することが好ましい。より好ましくは０．７％以下、さらに好ましくは０．５％以下、よりさらに好ましくは０．３％以下である。そして、Ｈｆを無添加レベル（原料の不純物レベル）としてもよい場合は、Ｈｆの下限を０％とすることができる。
なお、Ｈｆを含有することによる上記の効果を得る場合、好ましくは０．０２％以上、より好ましくは０．０５％以上、さらに好ましくは０．１％以上、よりさらに好ましくは０．１５％以上である。
【００４３】
＜Ｂ：０〜０．３００％＞
Ｂは、粒界強度を向上させ、クリープ強度、延性を改善することができる選択元素の一つである。しかし、Ｂが多すぎると、合金の融点が少なからず低下して、高温強度に悪影響を及ぼす。よって、Ｂは、必要に応じて、０．３００％以下を含有することが好ましい。より好ましくは０．２００％以下、さらに好ましくは０．１００％以下、よりさらに好ましくは０．０５０％以下、特に好ましくは０．０２０％以下である。そして、Ｂを無添加レベル（原料の不純物レベル）としてもよい場合は、Ｂの下限を０％とすることができる。
なお、Ｂを含有することによる上記の効果を得る場合、好ましくは０．００２％以上、より好ましくは０．００３％以上、さらに好ましくは０．００４％以上、よりさらに好ましくは０．００５％以上である。
【００４４】
＜Ｚｒ：０〜０．３００％＞
Ｚｒは、Ｂと同様に、粒界強度を向上させる効果を有した選択元素の一つである。しかし、Ｚｒが多すぎると、合金の融点が少なからず低下して、高温強度に悪影響を及ぼす。よって、Ｚｒは、必要に応じて、０．３００％以下を含有することが好ましい。そして、Ｚｒを無添加レベル（原料の不純物レベル）としてもよい場合は、Ｚｒの下限を０％とすることができる。
【００４５】
そして、上記の基本的な成分組成の中でも、例えば、質量％で、Ｃ：０〜０．２％、Ｃｒ：８．０〜２２．０％、Ａｌ：２．０〜８．０％、Ｔｉ：０．４〜７．０％、Ｃｏ：０〜２８．０％、Ｍｏ：２．０〜７．０％、Ｗ：０〜６．０％、Ｎｂ：０〜４．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなる成分組成Ａは、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量が高く（例えば、４０モル％以上である）、Ｎｉ基超耐熱合金の耐熱性の向上の点で好ましい。
【００４６】
上記の成分組成Ａの場合、各々の元素のうちの１種または２種以上について、以下の範囲とすることがより好ましい。
＜Ｃｒ＞  下限について、好ましくは９．０％、より好ましくは９．５％である。上限について、好ましくは１８．０％、より好ましくは１６．０％、さらに好ましくは１４．０％である。
＜Ａｌ＞  下限について、好ましくは２．５％、より好ましくは３．５％、さらに好ましくは４．５％である。上限について、好ましくは７．５％、より好ましくは７．０％、さらに好ましくは６．５％である。
＜Ｔｉ＞  下限について、好ましくは０．４５％、より好ましくは０．５０％である。上限について、好ましくは５．０％、より好ましくは３．０％、さらに好ましくは１．０％である。
＜Ｃｏ＞  下限について、好ましくは１．０％、より好ましくは３．０％、さらに好ましくは８．０％、よりさらに好ましくは１０．０％である。上限について、好ましくは１８．０％、より好ましくは１６．０％、さらに好ましくは１３．０％である。
＜Ｍｏ＞  下限について、好ましくは２．５％、より好ましくは３．０％、さらに好ましくは３．５％である。上限について、好ましくは６．０％、より好ましくは５．５％、さらに好ましくは５．０％である。
＜Ｗ＞  下限について、好ましくは０．８％、より好ましくは１．０％である。上限について、好ましくは５．５％、より好ましくは５．０％、さらに好ましくは４．５％である。
＜Ｎｂ＞  下限について、好ましくは０．５％、より好ましくは１．０％、さらに好ましくは１．５％、よりさらに好ましくは２．０％である。上限について、好ましくは３．５％、より好ましくは３．０％、さらに好ましくは２．５％である。
＜Ｚｒ＞  下限について、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００５％、さらに好ましくは０．０１０％、よりさらに好ましくは０．０３０％である。上限について、好ましくは０．２５０％、より好ましくは０．２００％、さらに好ましくは０．１５０％である。
【００４７】
また、上記の基本的な成分組成の中でも、例えば、質量％で、Ｃ：０〜０．２％、Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、Ａｌ：０．５〜５．０％、Ｔｉ：１．０〜６．０％、Ｃｏ：１０．０〜２８．０％、Ｍｏ：０〜８．０％、Ｗ：０．５〜５．０％、Ｎｂ：０．１〜３．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０．０１０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなる成分組成Ｂは、従来の鋳造性の確保に対応したものである。よって、本発明のＮｉ基超耐熱合金ワイヤもこの成分組成とすることで、従来の耐熱部品の補修や作製に用いることができる点で好ましい。
【００４８】
上記の成分組成Ｂの場合、各々の元素のうちの１種または２種以上について、以下の範囲とすることがより好ましい。
＜Ｃｒ＞  下限について、好ましくは２０．５％、より好ましくは２１．０％、さらに好ましくは２１．５％である。上限について、好ましくは２４．５％、より好ましくは２４．０％、さらに好ましくは２３．５％である。
＜Ａｌ＞  下限について、好ましくは０．８％、より好ましくは１．０％、さらに好ましくは１．２５％、よりさらに好ましくは１．５％である。上限について、好ましくは４．０％、より好ましくは３．５％、さらに好ましくは３．０％、よりさらに好ましくは２．５％である。
＜Ｔｉ＞  下限について、好ましくは１．５％、より好ましくは２．０％、さらに好ましくは２．５％、よりさらに好ましくは３．０％である。上限について、好ましくは５．５％、より好ましくは５．０％、さらに好ましくは４．５％、よりさらに好ましくは４．２％である。
＜Ｃｏ＞  下限について、好ましくは１２．０％、より好ましくは１４．０％、さらに好ましくは１６．０％、よりさらに好ましくは１７．０％である。上限について、好ましくは２７．０％、より好ましくは２５．０％、さらに好ましくは２３．０％、よりさらに好ましくは２１．０％である。
＜Ｍｏ＞  下限について、好ましくは０．１％、より好ましくは０．３％、さらに好ましくは０．５％、よりさらに好ましくは０．７％である。上限について、好ましくは５．０％、より好ましくは３．０％、さらに好ましくは１．０％である。
＜Ｗ＞  下限について、好ましくは０．７％、より好ましくは１．２％、さらに好ましくは１．５％、よりさらに好ましくは１．７％である。上限について、好ましくは４．５％、より好ましくは４．０％、さらに好ましくは３．５％、よりさらに好ましくは３．０％である。
＜Ｎｂ＞  下限について、好ましくは０．２％、より好ましくは０．３％、さらに好ましくは０．５％、よりさらに好ましくは０．７％である。上限について、好ましくは２．５％、より好ましくは２．２５％、さらに好ましくは２．００％、よりさらに好ましくは１．５０％である。
＜Ｚｒ＞  下限について、好ましくは０．０２０％、より好ましくは０．０３０％、さらに好ましくは０．０５０％、よりさらに好ましくは０．０７０％である。上限について、好ましくは０．２５０％、より好ましくは０．２００％、さらに好ましくは０．１７０％、よりさらに好ましくは０．１５０％である。
【００４９】
本発明によれば、曲げ加工性に優れたＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法およびＮｉ基超耐熱合金ワイヤを提供することができる。そして、このことによって、例えば、本発明に係る棒材加工工程では、予定される全てのパスを行って、棒材の断面積を最終の線径にまで圧縮することで、曲げ加工性に優れたＮｉ基超耐熱合金ワイヤを「製品」として提供することもできる。そして、このようなＮｉ基超耐熱合金ワイヤをコイル状にしてもよい。
【実施例１】
【００５０】
表１の成分組成（９３９合金相当）を有するインゴットから、直径６．０ｍｍの棒材を準備した（棒材準備工程）。この棒材の硬さは、３６６ＨＶであった。また、このとき、表１の成分組成において、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量を、熱力学平衡計算ソフト「ＪＭａｔＰｒｏ（Ｖｅｒｓｉｏｎ８．０．１，Ｓｅｎｔｅ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｌｔｄ．社製）」を用いて求めた。この熱力学平衡計算ソフトに、表１に列挙された各元素の含有量を入力して計算した結果、表１の成分組成において、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量は４０モル％であった。【００５１】
【表１】
2019004176.tif 000003
【００５２】
そして、上記の棒材に、室温（２５℃）で、累積の加工率が８３％のスエージング加工を行って、本発明例によるＮｉ基超耐熱合金のワイヤＡ（線径２．５ｍｍ）を作製した（棒材加工工程）。このとき、上記のスエージング加工は、複数回のパスのスエージング加工に分けて実施した。そして、その各々のパスのスエージング加工の際に用いたダイス孔径を、０．５ｍｍづつ、順に小さくしていったことで、１回のパス毎のスエージング加工の加工率が４０％以下となる小刻みな塑性加工（すなわち、パス回数が計７回のスエージング加工）を実施した。なお、各パス間で熱処理は行わなかった。各々のパスにおけるスエージング加工の加工率を、それまでの累積加工率とともに、表２に示す。
ワイヤＡは、７パス目（最終パス）の加工率が比較的高めであったことに起因して、極僅かな表面疵が認められたものの、良好な表面状態を保っていた。そして、ワイヤＡの硬さは、５３９ＨＶであった。【００５３】
【表２】
2019004176.tif 000004
【００５４】
＜Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの組織について＞
図１（ａ）は、ワイヤＡの断面ミクロ組織の顕微鏡写真（ＳＥＭ像および光顕像）を示したものである。この断面ミクロ組織は、ワイヤＡの長手方向に半割した断面において、ワイヤＡの表面から中心軸に向かって１／２Ｄだけ入った位置の断面から採取した組織である（Ｄは線径を示す）。そして、図１（ａ）の左右方向（つまり、図中の矢印の方向）が、ワイヤの長さ方向である。図１（ａ）のＳＥＭ像（観察倍率５０００倍）より、ワイヤＡの断面組織中には、そのワイヤの長さ方向に沿って展伸された、ガンマプライムの集合的な流れを確認できた。そして、このことによって、本発明例によって作製されたワイヤＡが、塑性加工組織を有していることを確認できた。また、ワイヤＡが塑性加工組織を有していることについては、図１（ａ）の光顕像（観察倍率２００倍）で、ワイヤＡの断面組織中に観察される炭化物が紐状の集合的な流れを呈していたことからも、確認できた。【００５５】
続いて、上記の塑性加工組織を有したワイヤＡに、１１６０℃および１２００℃のそれぞれの温度で熱処理を実施して、２種類のワイヤＢ１（熱処理温度１１６０℃）およびＢ２（熱処理温度１２００℃）を作製した（熱処理工程）。図１（ｂ）は、ワイヤＢ１、Ｂ２の断面ミクロ組織の顕微鏡写真（ＳＥＭ像および光顕像）を示したものである。この断面ミクロ組織の位置および方向は、図１（ａ）のときと同じである。そして、図１（ｂ）のＳＥＭ像（観察倍率５０００倍）および光顕像（観察倍率２００倍）の通り、ワイヤＢ１、Ｂ２の断面組織は、再結晶によって、大きく成長した結晶粒を有していた。結晶粒の最大長さは、ワイヤＢ１が２７０μｍであり、ワイヤＢ２が４１８μｍであった。また、図１（ｂ）の光顕像の通り、ワイヤＢ１、Ｂ２の断面組織には、その結晶粒内や、結晶粒界を跨いで、図１（ａ）の光顕像で確認されたものに相当する、炭化物の紐状の集合的な流れを、確認できた。そして、これらのことによって、本発明例によって作製されたワイヤＢ１、Ｂ２が、ワイヤＡに再結晶温度による熱処理が実施されて、再結晶組織を有していることを確認できた。【００５６】
＜Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの引張強度について＞
塑性加工ままの上記のワイヤＡ、および、これに１１６０℃および１２００℃のそれぞれの温度で熱処理を行った上記のワイヤＢ１、Ｂ２の引張強度を測定した。このとき、ワイヤＡの作製の途中パスにある表２の各ワイヤ材（ワイヤとも言える）の引張強度も測定した。この各ワイヤ材には、４パス目（累積加工率５６％）、５パス目（累積加工率６６％）、６パス目（累積加工率７５％）の３種を選択した。また、６パス目のワイヤ材については、これに１１６０℃および１２００℃のそれぞれの温度で熱処理を行ったワイヤ材の引張強度も測定した。
引張試験は、それぞれの線径を有したワイヤ（ワイヤ材を含む）を“そのまま”引張試験片として、このワイヤの長さ１００ｍｍの部分を、試験温度２２℃（常温）、ひずみ速度０．１／秒で、その長さ方向に引張るものとした。そして、ワイヤを長さ方向に引張ったとき、ワイヤが破断するまでに耐えた最大の荷重を、ワイヤの原断面積で除した値を、引張強度とした。結果を、各ワイヤの硬さと共に、表３に示す。【００５７】
【表３】
2019004176.tif 000005
【００５８】
表３の結果より、累積加工率が大きくなると共に、ワイヤの引張強度は上昇した。そして、累積加工率が概ね６０％に達した時点で、ワイヤ組織中の鋳造組織が十分に解消されて、ワイヤの引張強度は２０００ＭＰａ以上となった。そして、このようなワイヤに熱処理を行うと、硬さは低下するところ、引張強度は、鋳造組織が既に解消されていることによって、上記の低下した硬さに相応した十分な値（例えば、１０００ＭＰａ以上の引張強度）を維持していた。【００５９】
＜Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの曲げ加工性について＞
本発明例のワイヤＡ、Ｂ１、Ｂ２のそれぞれに、片持ち梁による曲げ試験を実施した。曲げ試験の要領は、長さが１５０ｍｍのワイヤを準備して、そのワイヤの両端から２５ｍｍの位置を、それぞれ、拘束位置および荷重点とした（つまり、拘束位置から荷重点までの距離は１００ｍｍである）。そして、曲げ試験の結果、ワイヤＡ、Ｂ１、Ｂ２は、曲げ変位が５０ｍｍに達した時点で、いずれも破断しなかった。【００６０】
また、表１の成分組成に、さらに、Ｂ：０．００８％を含有したインゴット、および、Ｆｅ：１．０％を含有したインゴットを準備した。このとき、これら両方のインゴットの成分組成において、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量は、上記と同じ要領で計算した結果、４０モル％であった。
そして、これら両方のインゴットを用いて、ワイヤＡ、Ｂ１、Ｂ２と同じ製造工程で作製したそれぞれのワイヤも、ワイヤＡ、Ｂ１、Ｂ２と同様の塑性加工組織または再結晶組織を有していた。そして、これらワイヤに、上述した片持ち梁による曲げ試験を実施したところ、いずれのワイヤも、曲げ変位が５０ｍｍに達した時点で、破断しなかった。
【実施例２】
【００６１】
表４の成分組成（９３９合金相当）を有するインゴットから、直径６．０ｍｍの棒材を準備した（棒材準備工程）。この棒材の硬さは、３８５ＨＶであった。また、このとき、表４の成分組成において、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量は、実施例１と同じ要領で計算した結果、４０モル％であった。そして、この棒材に、実施例１（ワイヤＡ）のときと同じ条件のスエージング加工を行って、本発明例によるＮｉ基超耐熱合金のワイヤＣ（線径２．５ｍｍ）を作製した（棒材加工工程）。ワイヤＣは、７パス目（最終パス）の加工率が比較的高めであったことに起因して、極僅かな表面疵が認められたものの、良好な表面状態を保っていた。そして、ワイヤＣの硬さは、５６１ＨＶであった。【００６２】
【表４】
2019004176.tif 000006
【００６３】
＜Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの組織について＞
図２（ａ）は、ワイヤＣの断面ミクロ組織の顕微鏡写真（ＳＥＭ像および光顕像）を示したものである。この断面ミクロ組織の位置および方向は、図１（ａ）のときと同じである。そして、図２（ａ）のＳＥＭ像（観察倍率５０００倍）より、ワイヤＣの断面組織中にガンマプライムの集合的な流れを確認でき、本発明例によって作製されたワイヤＣが塑性加工組織を有していることを確認できた。なお、ワイヤＣの場合、その炭素含有量が低かったこと等に起因して、図２（ａ）の光顕像（観察倍率２００倍）で、炭化物の存在は明確に確認されなかった。【００６４】
続いて、上記の塑性加工組織を有したワイヤＣに、１１６０℃および１２００℃のそれぞれの温度で熱処理を実施して、２種類のワイヤＤ１（熱処理温度１１６０℃）およびＤ２（熱処理温度１２００℃）を作製した（熱処理工程）。図２（ｂ）は、ワイヤＤ１、Ｄ２の断面ミクロ組織の顕微鏡写真（ＳＥＭ像および光顕像）を示したものである。この断面ミクロ組織の位置および方向は、図１（ｂ）のときと同じである。そして、図２（ｂ）のＳＥＭ像（観察倍率５０００倍）および光顕像（観察倍率２００倍）の通り、ワイヤＤ１、Ｄ２の断面組織は、再結晶によって、大きく成長した結晶粒を有していた。結晶粒の最大長さは、ワイヤＤ１、Ｄ２の両方において約１０００μｍであった。そして、これらのことによって、本発明例によって作製されたワイヤＤ１、Ｄ２が、再結晶組織を有していることを確認できた。【００６５】
＜Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの引張強度について＞
上記のワイヤＣ、Ｄ１、Ｄ２の引張強度を測定した。このとき、ワイヤＣの作製の途中パスにある、４パス目（累積加工率５６％）、５パス目（累積加工率６６％）、６パス目（累積加工率７５％）の３種のワイヤ材（ワイヤとも言える）の引張強度も測定した。また、６パス目のワイヤ材については、これに１１６０℃および１２００℃のそれぞれの温度で熱処理を行ったワイヤ材の引張強度も測定した。引張試験は、実施例１と同じ要領とした。結果を、各ワイヤの硬さと共に、表５に示す。【００６６】
【表５】
2019004176.tif 000007
【００６７】
表５の結果より、累積加工率が大きくなると共に、ワイヤの引張強度は上昇の傾向を示した。そして、累積加工率が概ね６０％に達した時点で、ワイヤ組織中の鋳造組織が十分に解消されて、ワイヤの引張強度は２１００ＭＰａ以上となった。そして、このようなワイヤに熱処理を行うと、硬さは低下するところ、引張強度は、鋳造組織が既に解消されていることによって、上記の低下した硬さに相応した十分な値（例えば、１０００ＭＰａ以上の引張強度）を維持していた。【００６８】
＜Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの曲げ加工性について＞
本発明例のワイヤＣ、Ｄ１、Ｄ２のそれぞれに、実施例１と同じ要領で片持ち梁による曲げ試験を実施した。曲げ試験の結果、ワイヤＣ、Ｄ１、Ｄ２は、曲げ変位が５０ｍｍに達した時点でも、破断しなかった。【００６９】
また、表４の成分組成に、さらに、Ｂ：０．００８％を含有したインゴット、および、Ｆｅ：１．０％を含有したインゴットを準備した。このとき、これら両方のインゴットの成分組成において、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量は、上記と同じ要領で計算した結果、４０モル％であった。
そして、これら両方のインゴットを用いて、ワイヤＣ、Ｄ１、Ｄ２と同じ製造工程で作製したそれぞれのワイヤも、ワイヤＣ、Ｄ１、Ｄ２と同様の塑性加工組織および再結晶組織を有していた。そして、これらワイヤに、上述した片持ち梁による曲げ試験を実施したところ、いずれのワイヤも、曲げ変位が５０ｍｍに達した時点で、破断しなかった。
【実施例３】
【００７０】
表６の成分組成（７１３合金相当）を有するインゴットから、直径６．０ｍｍの棒材を準備した（棒材準備工程）。この棒材の硬さは、４１８ＨＶであった。また、このとき、表６の成分組成において、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量は、実施例１と同じ要領で計算した結果、６９モル％であった。そして、この棒材に、実施例１（ワイヤＡ）のときと同じ条件で、６パス目（累積加工率７５％）迄のスエージング加工を行って、本発明例によるＮｉ基超耐熱合金ワイヤＥ（線径３．０ｍｍ）を作製した（棒材加工工程）。ワイヤＥは、表面疵が認められず、良好な表面状態を保っていた。そして、ワイヤＥの硬さは、５７８ＨＶであった。【００７１】
【表６】
2019004176.tif 000008
【００７２】
＜Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの組織について＞
図３（ａ）は、ワイヤＥの断面ミクロ組織の顕微鏡写真（ＳＥＭ像および光顕像）を示したものである。この断面ミクロ組織の位置および方向は、図１（ａ）のときと同じである。そして、図３（ａ）のＳＥＭ像（観察倍率５０００倍）より、ワイヤＥの断面組織中にガンマプライムの集合的な流れを確認でき、本発明例によって作製されたワイヤＥが塑性加工組織を有していることを確認できた。このとき、図３（ａ）のＳＥＭ像におけるガンマプライムは、図１（ａ）、図２（ａ）のＳＥＭ像でのガンマプライムと比べて、濃色で確認される。そして、ワイヤＥのガンマプライムは、ワイヤＡ、Ｃのガンマプライムと比べて、大きな様態のものも確認されたが、そのような大きな様態のガンマプライムも、ワイヤの長さ方向に長い形状であった。なお、ワイヤＥの場合、その炭素含有量が低かったこと等に起因して、図３（ａ）の光顕像（観察倍率２００倍）で、炭化物の存在は明確に確認されなかった。【００７３】
続いて、上記の塑性加工組織を有したワイヤＥに、１２００℃の温度で熱処理を実施して、ワイヤＦを作製した（熱処理工程）。図３（ｂ）は、ワイヤＦの断面ミクロ組織の顕微鏡写真（ＳＥＭ像および光顕像）を示したものである。この断面ミクロ組織の位置および方向は、図１（ｂ）のときと同じである。そして、図３（ｂ）のＳＥＭ像（観察倍率５０００倍）および光顕像（観察倍率２００倍）の通り、ワイヤＦの断面組織は、再結晶によって、大きく成長した結晶粒を有していた。結晶粒の最大長さは、約１０００μｍであった。そして、これらのことによって、本発明例によって作製されたワイヤＦが、再結晶組織を有していることを確認できた。【００７４】
＜Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの引張強度について＞
上記のワイヤＥ、Ｆの引張強度を測定した。引張試験は、実施例１と同じ要領とした。結果を、各ワイヤの硬さと共に、表７に示す。【００７５】
【表７】
2019004176.tif 000009
【００７６】
表７の結果より、６０％以上の累積加工率によって作製したワイヤＥは、その組織中の鋳造組織が十分に解消されて、ワイヤの引張強度は２１００ＭＰａ以上となった。そして、ワイヤＥを熱処理したワイヤＦは、硬さが低下したところ、引張強度は、鋳造組織が既に解消されていることによって、上記の低下した硬さに相応した十分な値（例えば、１０００ＭＰａ以上の引張強度）を維持していた。【００７７】
＜Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの曲げ加工性について＞
本発明例のワイヤＥ、Ｆのそれぞれに、実施例１と同じ要領で片持ち梁による曲げ試験を実施した。曲げ試験の結果、ワイヤＥ、Ｆは、曲げ変位が５０ｍｍに達した時点でも、破断しなかった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月4日(2019.7.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ基超耐熱合金の棒材を準備する棒材準備工程と、
前記棒材の周面から軸心に向けて、５００℃以下の温度で、一回の加工率が４０％以下である塑性加工を、累積の加工率が６０％以上になるまで、複数回行って、上記の複数回の塑性加工の間で５００℃を超える温度に加熱する熱処理を行わないで、前記棒材の断面積を圧縮する棒材加工工程と、
を有することを特徴とするＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項２】
前記累積の加工率が７０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項３】
前記一回の加工率が３０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項４】
前記棒材加工工程では、前記棒材の断面積を最終のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの線径にまで圧縮することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項５】
前記棒材加工工程で得たＮｉ基超耐熱合金ワイヤに５００℃を超える温度での熱処理を行う熱処理工程と、
を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項６】
前記Ｎｉ基超耐熱合金は、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量が３５モル％以上となる析出強化型の成分組成を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項７】
前記成分組成が、質量％で、Ｃ：０〜０．２５％、Ｃｒ：８．０〜２５．０％、Ａｌ：０．５〜８．０％、Ｔｉ：０．４〜７．０％、Ｃｏ：０〜２８．０％、Ｍｏ：０〜８．０％、Ｗ：０〜６．０％、Ｎｂ：０〜４．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなることを特徴とする請求項６に記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項８】
前記成分組成が、質量％で、Ｃ：０〜０．２％、Ｃｒ：８．０〜２２．０％、Ａｌ：２．０〜８．０％、Ｔｉ：０．４〜７．０％、Ｃｏ：０〜２８．０％、Ｍｏ：２．０〜７．０％、Ｗ：０〜６．０％、Ｎｂ：０〜４．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなることを特徴とする請求項７に記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項９】
前記成分組成が、質量％で、Ｃ：０〜０．２％、Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、Ａｌ：０．５〜５．０％、Ｔｉ：１．０〜６．０％、Ｃｏ：１０．０〜２８．０％、Ｍｏ：０〜８．０％、Ｗ：０．５〜５．０％、Ｎｂ：０．１〜３．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０．０１０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなることを特徴とする請求項７に記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤの製造方法。
【請求項１０】
質量％で、Ｃ：０〜０．２５％、Ｃｒ：８．０〜２５．０％、Ａｌ：０．５〜８．０％、Ｔｉ：０．４〜７．０％、Ｃｏ：０〜２８．０％、Ｍｏ：０〜８．０％、Ｗ：０〜６．０％、Ｎｂ：０〜４．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなり、７００℃におけるガンマプライムの平衡析出量が３５モル％以上となる析出強化型の成分組成を有し、硬さが５００ＨＶ以上で、塑性加工組織を有するか、または、硬さが５００ＨＶ未満で、再結晶組織を有することを特徴とするＮｉ基超耐熱合金ワイヤ。
【請求項１１】
前記成分組成が、質量％で、Ｃ：０〜０．２％、Ｃｒ：８．０〜２２．０％、Ａｌ：２．０〜８．０％、Ｔｉ：０．４〜７．０％、Ｃｏ：０〜２８．０％、Ｍｏ：２．０〜７．０％、Ｗ：０〜６．０％、Ｎｂ：０〜４．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなることを特徴とする請求項１０に記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤ。
【請求項１２】
前記成分組成が、質量％で、Ｃ：０〜０．２％、Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、Ａｌ：０．５〜５．０％、Ｔｉ：１．０〜６．０％、Ｃｏ：１０．０〜２８．０％、Ｍｏ：０〜８．０％、Ｗ：０．５〜５．０％、Ｎｂ：０．１〜３．０％、Ｔａ：０〜３．０％、Ｆｅ：０〜１０．０％、Ｖ：０〜１．２％、Ｈｆ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．３００％、Ｚｒ：０．０１０〜０．３００％、残部Ｎｉおよび不純物からなることを特徴とする請求項１０に記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤ。
【請求項１３】
長さが１５０ｍｍのＮｉ基超耐熱合金ワイヤを準備して、該Ｎｉ基超耐熱合金ワイヤの一端から２５ｍｍの位置を拘束し、他端から２５ｍｍの位置に荷重を付与する片持ち梁による曲げ試験で、曲げ変位が５０ｍｍに達したときに破断しないことを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載のＮｉ基超耐熱合金ワイヤ。
【国際調査報告】
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