(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、下記の成分組成及び特性を備えたことを特徴とするNi基合金熱間圧延用スラブ。
(a) C：０．０４５％以下、Fe：３〜２５％、Cr：１４〜２６％、Nb：４％以下、N：０．００５〜０．０４％、Si：１．０％以下、Al：０．０１〜０．２０％、P：０．００１〜０．０２０％、Mn：１．０％以下、S：５０ppm以下、O：５〜５０ppm、残部がNiと不可避的不純物であり、
(b) オーステナイト結晶粒度番号（G.S.No.）が1以上である。
【請求項２】
前記成分組成が、C：０．００５〜０．０４５％、Nb：２〜４％、Al：０．０１〜０．１％、S：２０ppm以下、O：５〜２０ppmであることを特徴とする請求項１に記載のNi基合金熱間圧延用スラブ。
【請求項３】
質量％で、下記の工程を備えたことを特徴とするNi基合金熱間圧延スラブの製造方法。
(a) 成分組成が、C：０．０４５％以下、Fe：３〜２５％、Cr：１４〜２６％、Nb：４％以下、N：０．００５〜０．０４％、Si：１．０％以下、Al：０．０１〜０．２０％、P：０．００１〜０．０２０％、Mn：１．０％以下、S：５０ppm以下、O：５〜５０ppm、残部がNiと不可避的不純物からなるインゴットを用意し、(b) 前記インゴットを１０５０〜１２５０℃の温度範囲に加熱し、５％〜２０％の据込鍛造を行なう。
【請求項４】
前記インゴットの成分組成が、C：０．００５〜０．０４５％、Nb：２〜４％、Al：０．０１〜０．１％、S：２０ppm以下、O：５〜２０ppmであることを特徴とする請求項３に記載のNi基合金熱間圧延スラブの製造方法。
【請求項５】
前記据込鍛造後のインゴットについて、更に、
１１５０〜１２５０℃に加熱して各プレス毎の圧下率を５〜１５％の範囲として鍛造するまでの１工程を１回以上行う第１段階プレス加工の工程と、
前記第１段階プレス加工したインゴットについて、１２００〜１３００℃に加熱して８００〜１３００℃の温度範囲に保ちながら各プレス毎の合計圧下率を５〜８５％の範囲として鍛造するまでの１工程を１回以上行なう第２段階プレス加工の工程と、
前記第２段階プレス加工したインゴットについて、１０５０〜１２３０℃に加熱して合計圧下率を１０％以上としてプレス加工を行なう工程と、
を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載のNi基合金熱間圧延スラブの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のプレス加工を行なったNi基合金熱間圧延スラブについて、更に、熱間圧延を行うことを特徴とするNi基合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐応力腐食割れ、及び耐粒界腐食牲に優れたNi基合金に関する。特に鍛造工程、及び次工程である熱間圧延工程において割れ、欠けが少なく熱間加工性が良好なNi基合金スラブとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ni基合金は耐食性及び耐熱性が優れるため使用環境の厳しい条件で多用されている。最近は更に材料の安全に対する信頼性要求が高くなっている。Ni基合金のうちインコネル600は原子炉の炉心材料として使用されており、高い耐応力腐食割れ性及び耐粒界腐食性が要求されている。このため、通常Nb等の安定化元素を添加して予め固溶Cを固定する方法が行われている。従来、熱間加工性向上のため、特開昭63−53235号公報ではNbCの溶体化熱処理を提案している。特開昭61−84348号公報ではB添加およびO含有量低減による粒界強度の改善を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、Nbを添加したNi基合金のインゴットは熱間加工性が悪いため、鍛造又は熱間圧延工程に通すと割れ及び破損等の材料欠陥が生じる場合がある。これらの欠陥が生じると疵取りが不可欠となり製造歩留まりが著しく低下するという問題も生じる。工業規模で製造する場合、インゴットのミクロ組織によっては必ずしも安定した熱間加工性が得られず加工時に割れが発生する場合があった。
【０００４】
本発明の目的は、Nbを含有するNi基合金の上記問題点を解消して耐食性、及び耐応力腐食性が優れるとともに熱間加工性も良好であるNi基合金スラブとその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために以下の発明を提供する。本発明の第１の態様は、質量％で、下記の成分組成及び特性を備えたことを特徴とするNi基合金熱間圧延用スラブである。(a) C：０．０４５％以下、Fe：３〜２５％、Cr：１４〜２６％、Nb：４％以下、N：０．００５〜０．０４％、Si：１．０％以下、Al：０．０１〜０．２０％、P：０．００１〜０．０２０％、Mn：１．０％以下、S：５０ppm以下、O：５〜５０ppm、残部がNiと不可避的不純物であり、
(b) オーステナイト結晶粒度番号（G.S.No.）が１以上である。
【０００６】
発明の第２の態様は、前記成分組成が、C：０．００５〜０．０４５％、Nb：２〜４％、Al：０．０１〜０．１％、S：２０ppm以下、O：５〜２０ppmであることを特徴とするNi基合金熱間圧延用スラブである。
【０００７】
発明の第３の態様は、質量％で、下記の工程を備えたことを特徴とするNi基合金熱間圧延スラブの製造方法である。(a) 成分組成が、C：０．０４５％以下、Fe：３〜２５％、Cr：１４〜２６％、Nb：４％以下、N：０．００５〜０．０４％、Si：１．０％以下、Al：０．０１〜０．２０％、P：０．００１〜０．０２０％、Mn：１．０％以下、S：５０ppm以下、O：５〜５０ppm、残部がNiと不可避的不純物からなるインゴットを用意し、(b) 前記インゴットを１０５０〜１２５０℃の温度範囲に加熱し、５％〜２０％の据込鍛造を行なう。
【０００８】
発明の第４の態様は、前記インゴットの成分組成が、C：０．００５〜０．０４５％、Nb：２〜４％、Al：０．０１〜０．１％、S：２０ppm以下、O：５〜２０ppmであることを特徴とするNi基合金熱間圧延スラブの製造方法である。
【０００９】
本発明の第５の態様は、前記据込鍛造後のインゴットについて、更に、１１５０〜１２５０℃に加熱して各プレス毎の圧下率を５〜１５％の範囲として鍛造するまでの１工程を１回以上行う第１段階プレス加工の工程と、前記第１段階プレス加工したインゴットについて、１２００〜１３００℃に加熱して８００〜１３００℃の温度範囲に保ちながら各プレス毎の合計圧下率を５〜８５％の範囲として鍛造するまでの１工程を１回以上行なう第２段階プレス加工の工程と、前記第２段階プレス加工したインゴットについて、１０５０〜１２３０℃に加熱して合計圧下率を１０％以上としてプレス加工を行なう工程と、を備えたことを特徴とするＮｉ基合金熱間圧延スラブの製造方法である。
【００１０】
本発明の第６の態様は、前記プレス加工を行なったＮｉ基合金熱間圧延スラブについて、更に、熱間圧延を行うことを特徴とするNi基合金の製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の成分組成（以下％とppmは重量ベースである）について説明する。Cは合金の機械的強度の向上に寄与する成分であるが、含有量が多すぎる場合は耐食性が悪くなるので上限は0.045％とし、好ましくは0.040％以下とする。なお、強度を確保するため0.003％以上が望ましく、より望ましくは0.005％以上である。
【００１２】
Feは靭性に寄与する成分である。含有量が多ずぎる場合は耐食性が劣化し易くなるので上限は25％とする。なお、靭性を確保するため下限は3％とし、好ましくは5％以上の合有量とする。
【００１３】
Crは耐食性を発揮させるのに不可欠の元素である。含有量が14％より少ないと耐食性が劣化する。26％より多いと高温強度が高くなって加工が困難となるので14〜26％の範囲内にする必要がある。
【００１４】
Nbは固溶炭素（C）、及び固溶窒素（N）を炭化物、及び窒化物として析出させ耐食性を向上させる効果がある。ただし、含有量が多すぎると過剰に析出した析出物により粒界脆化を生じる場合があるのでその含有量は4％以下とする。また含有量が少なすぎると耐食性が悪くなり、かつ固溶強化も小さくなるので望ましくは2％以上含有することとする。
【００１５】
Nは機械的強度、耐食性、及び耐粒界腐食性の向上に有効である。含有量が0.04％を越えるとNの固溶限に近づいてブローホールを生じ易くなるので0.04％以下とする。なお、耐力を確保するため0.005％以上とし、好ましくは0.01％以上とする。
【００１６】
Alは脱酸材として添加される。含有量が多すぎると熱間加工性を阻害するため0.2％以下とする。好ましくは0.1％以下とする。
【００１７】
Siは含有量が1.0％より多いと耐粒界腐食性が劣化するので1.0％以下にする。
【００１８】
Pは含有量が0.030％より多いと耐粒界腐食性、及び溶接性が劣化するので0.030％以下にする。
【００１９】
Ｍｎは含有量が１．０％より多いと耐粒界腐食性が劣化するので１．０％以下にする。
【００２０】
SとOについては含有量が多すぎると熱間加工性をそこなう。そのためSについては50ppm以下とし、Oについては60ppm以下とする。好ましくはSについて20ppm以下、Oについては20ppm以下とする。
【００２１】
本発明者らは、各成分を配合した合金について調査した。鋳造組織であるインゴットで熱間加工性の悪い材料は、熱間鍛造方法を改良してG.S.No.で1以上、好ましくは2以上の細粒組織に加工する。その結果、割れ防止など熱間加工性が改善されて次工程の熱間圧延工程が円滑に操業できることとなった。
【００２２】
本発明について図１及び図２として示した表１を用いて説明する。図１には本発明の鍛造及びプレス工程を示した。また表１には本発明の鍛造及びプレス工程毎の操業例を示した。上記の各成分を配合し、溶解して冷却固化したインゴットを1050℃〜1250℃の温度範囲に加熱して5〜20％の据込鍛造を行なう。据込鍛造は通常スラブ広幅化を目的として幅だしのために実施するものであるが、鍛伸と違って引張り応力の作用が小さいので、熱間割れを防止しつつ凝固組織を壊すに有効な方法であることを見出した。
【００２３】
幅だしが不要な場合においても熱間割れ防止のため実施することが本発明の特徴である。加熱温度は1050〜1250℃とする。その理由は、1050℃以下では加熱中にNbCが析出してプレス時の割れが発生し、1250℃以上では凝固偏析により低融点化した粒界が一部液化してプレス時に割れが発生するからである。
【００２４】
据込鍛造を実施した後1050〜1250℃の範囲に再加熱し、圧下率5〜15％の少なくとも1回の第1段階プレス加工を行なう。ついで1200〜1300℃に加熱後1300℃〜800℃の範囲で合計圧下率5〜85％の少なくとも1回の第2段階プレス加工を行なう。最終段階プレス加工においては、加熱温度1050〜1230℃とし合計圧下率10％以上のプレス加工を行なう。
【００２５】
第1段階プレス加工における圧下率を5〜15％とした。その理由は、合計圧下率が5％未満であると再結晶が不充分であり、15％を越えるとプレス時に割れが発生するためである。
【００２６】
第2段階プレス加工は加工率を大きくし生産性を上げるため加熱温度を1200℃以上に設定した。鍛造温度を1300〜800℃に設定したのは、1300℃以上の場合プレス時に割れが発生し、800℃以下の場合もプレス時に割れが発生するからである。第2段階プレス加工における合計圧下率を5％〜85％に設定した。その理由は、合計圧下率が5％未満であると厚み方向の再結晶が不均一となって、粗大粒が存在するところで割れが発生し易く、一方85％を越えるとプレス時に割れが発生するからである。
【００２７】
最終段階プレス加工の加熱温度を1050〜1230℃にしたのは、1050℃以下では加熱中にNbCが粒界析出しプレス時に粒界割れが発生するからであり、1230℃以上になると組織が粗大化して熱間加工性を阻害するからである。また、合計圧下率を10％以上に設定した。その理由は、10％以下の場合に再結晶が不十分となり、粗大粒が残留してプレス加工後のスラブの熱間加工性を阻害するからである。
【００２８】
スラブの熱間加工性は高温引張り試験を行ない次式で定義する絞り値（％）で評価した。絞り値（％）＝（試験前の試験片断面積−試験後の試験片断面積）÷試験前の断面積×１００。また、同一試料について結晶粒度番号を求めて結果を合わせて図３に示した。結晶粒度番号が大になるほど絞り値は大となって熱間加工性は良くなる。結晶粒度番号が１に満たない場合に絞り値は急激に低下する。絞り値が５０％以下では割れが発生するため熱間圧延は困難である。結晶粒度の測定方法はＪＩＳＧ０５５１（平均粒径の決定方法）に準じて行なった。
【００２９】
このようにして得られたNi基合金熱間圧延用スラブは次に熱間圧延を行って熱間圧延厚板を得る。
【００３０】
【実施例】
図４として示した表２、及び図５として示した表３の番号１〜７までが本発明の実施例である。合金が表２の成分組成になるように電気炉及び真空脱酸炉で溶製し鋳造した。なお、表２には載せていないがＦｅの含有量は４．０〜１２．０％である。Ａｌの含有量は０．０１〜０．２０％である。Ｐの含有量は０．００１〜０．０２０％である。Ｏの含有量は５〜５０ｐｐｍである。冷却固化したインゴットを１０５０℃〜１２５０℃の温度範囲に加熱して５〜２０％の据込鍛造を行なった。
【００３１】
据込鍛造を実施した後再加熱して第１段階プレス加工を行なった。この結果を図５として示した表３に加熱温度、プレス終了温度、合計圧下率（平均値）それぞれを数値として示した。ついで、再加熱して第２段階プレス加工を行なった。この結果を図５として示した表３に加熱温度、プレス終了温度、合計圧下率（平均値）それぞれを数値として示した。次に、最終段階プレス加工を行い、この結果を図５として示した表３に加熱温度、プレス終了温度、合計圧下率それぞれを数値として示した。第１段階、第２段階における合計圧下率の平均値とは、１回以上プレス加工を実施した場合それらの平均値を記したものである。
【００３２】
熱間プレス加工後のＮｉ基合金熱間圧延板用スラブは結晶粒度番号及び熱間プレス品の表面割れ有無について評価した。更に、スラブは熱間圧延を行ない１００ｍｍ厚の厚板を製造した。得られた厚板の表面割れの有無について評価して図５として示した表３に併せて示した。
【００３３】
図４として示した表２、及び図５として示した表３の番号８〜１５までが比較例である。合金が表２の成分組成になるように電気炉及び真空脱酸炉で溶製し鋳造した。なお、表２には載せていないがＦｅの含有量は４．０〜１２．０％である。Ａｌ含有量は０．０１〜０．２０％である。Ｐ含有量は０．００１〜０．０２０％である。Ｏ含有量は５〜５０ｐｐｍである。冷却固化したインゴットは、据込鍛造、プレス加工を行なった。この結果を表３に加熱温度、プレス終了温度、合計圧下率として示した。
【００３４】
熱間プレス加工後のNi基合金熱間圧延板用スラブは、結晶粒度番号及び熱間鍛造品の表面割れ有無について評価した。更に、熱間圧延を行ない１００ｍｍ厚の厚板を製造した。得られた厚板の表面割れの有無について評価して図５として示した表３に併せて示した。実施例、及び比較例の結果から本発明の効果は明らかである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のNi基合金熱間圧延板用スラブは結晶粒度番号がG.S.No.で1以上の細粒組織に加工されており、割れを防止できるなど顕著に熱間加工性が改善される。
また本発明の方法によれば、吸え込み鍛造、及び所定条件のプレス加工を行うことにより、割れを発生することなく耐食性、及び耐応力腐食割れ性に優れたNi基合金を高歩留まりで生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鍛造及びプレス工程の模式図である。
【図２】本発明の鍛造及びプレス工程の操業例を表１にまとめた図である。
【図３】結晶粒度番号と熱間加工性の関係を示す図である。
【図４】成分組成を整理して表２にまとめた図である。
【図５】加工条件、測定結果を整理して表３にまとめた図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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