JP7602594B2 - Ni-Cr-Mo precipitation hardening alloy - Google Patents
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Description
本発明は、Ni、Cr及びMoを含有する析出硬化型合金に関する。 The present invention relates to a precipitation hardened alloy containing Ni, Cr and Mo.
耐食性及び耐摩耗性が要求される用途に、Ni基合金、Co基合金等が用いられている。より厳しい環境での使用を意図して、これらの合金に関する種々の改良が、提案されている。 Ni-based alloys, Co-based alloys, etc. are used in applications that require corrosion resistance and wear resistance. Various improvements to these alloys have been proposed with the intention of using them in more severe environments.
特許第3983644号公報には、Niを主成分とするマトリックスにホウ化物が分散した合金が提案されている。このホウ化物は、硬質である。このホウ化物は、合金の耐摩耗性に寄与しうる。 Patent Publication No. 3983644 proposes an alloy in which borides are dispersed in a matrix mainly composed of Ni. These borides are hard. These borides can contribute to the wear resistance of the alloy.
特許第4816950号公報には、Niを主成分とするマトリックスに金属間化合物が分散したNi-Cr-Mo系合金が提案されている。この金属間化合物は、合金の耐摩耗性に寄与しうる。 Patent Publication No. 4816950 proposes a Ni-Cr-Mo alloy in which intermetallic compounds are dispersed in a matrix whose main component is Ni. These intermetallic compounds can contribute to the wear resistance of the alloy.
特許第3983644号公報に開示された合金では、ホウ化物が再固溶しにくい。従ってこの合金は、塑性加工には不向きである。 In the alloy disclosed in Patent Publication No. 3983644, the borides are difficult to redissolve. Therefore, this alloy is not suitable for plastic processing.
特許第4816950号公報に開示された合金では、耐食性に寄与しうる元素のマトリックス中の量が不足しがちである。この合金の耐食性は、十分ではない。 In the alloy disclosed in Patent Publication No. 4816950, the amount of elements in the matrix that can contribute to corrosion resistance tends to be insufficient. The corrosion resistance of this alloy is insufficient.
本発明の目的は、耐食性、耐摩耗性及び機械加工性に優れたNi-Cr-Mo系析出硬化型合金の提供にある。 The object of the present invention is to provide a Ni-Cr-Mo precipitation hardening alloy with excellent corrosion resistance, wear resistance and machinability.
本発明に係るNi-Cr-Mo系析出硬化型合金は、
Cr:18.0質量%以上28.0質量%以下、
Mo:10.0質量%以上25.0質量%以下、
及び
Al:1.0質量%以上3.0質量%以下
を含有する。残部は、Ni及び不可避的不純物である。
The Ni-Cr-Mo precipitation hardening alloy according to the present invention has the following properties:
Cr: 18.0% by mass or more and 28.0% by mass or less,
Mo: 10.0% by mass or more and 25.0% by mass or less,
and Al: 1.0 mass % or more and 3.0 mass % or less, with the balance being Ni and unavoidable impurities.
好ましくは、この析出硬化型合金は、粒界と、マトリックスと、このマトリックスに分散するγ’相とを含む金属組織を有する。このマトリックスは、Ni、Cr及びMoを含有する。このマトリックスに占める、Crの比率とMoの比率との合計P1は、25質量%以上50質量%以下である。 Preferably, this precipitation hardened alloy has a metal structure including grain boundaries, a matrix, and a γ' phase dispersed in the matrix. The matrix contains Ni, Cr, and Mo. The sum P1 of the ratio of Cr and the ratio of Mo in the matrix is 25 mass% or more and 50 mass% or less.
好ましくは、この金属組織は、粒界及びマトリックスに分散するMo化合物相を有する。このMo化合物相に占める、Crの比率とMoの比率との合計P2は、60質量%以上80質量%以下である。 Preferably, this metal structure has a Mo compound phase dispersed in the grain boundaries and matrix. The sum P2 of the Cr ratio and Mo ratio in this Mo compound phase is 60 mass% or more and 80 mass% or less.
好ましくは、マトリックスにおけるAlの質量とこのマトリックスに分散するγ’相におけるAlの質量との和の、Alの総質量に対する比R1は、0.6以上である。好ましくは、粒界及びマトリックスに分散するMo化合物相におけるAlの質量の、Alの総質量に対する比R2は、0.4以下である。 Preferably, the ratio R1 of the sum of the mass of Al in the matrix and the mass of Al in the γ' phase dispersed in the matrix to the total mass of Al is 0.6 or more. Preferably, the ratio R2 of the mass of Al in the Mo compound phase dispersed in the grain boundaries and the matrix to the total mass of Al is 0.4 or less.
他の観点によれば、本発明に係るNi-Cr-Mo系析出硬化型合金は、
Cr:18.0質量%以上28.0質量%以下、
Mo:10.0質量%以上25.0質量%以下、
及び
Al:1.0質量%以上3.0質量%以下
を含有する。この合金は、2.0質量%以下のNb及び/又は2.0質量%以下のTiをさらに含有する。残部は、Ni及び不可避的不純物である。
According to another aspect, the Ni-Cr-Mo based precipitation hardening alloy of the present invention comprises:
Cr: 18.0% by mass or more and 28.0% by mass or less,
Mo: 10.0% by mass or more and 25.0% by mass or less,
and Al: 1.0% by mass to 3.0% by mass. This alloy further contains 2.0% by mass or less of Nb and/or 2.0% by mass or less of Ti, with the balance being Ni and unavoidable impurities.
好ましくは、この析出硬化型合金は、粒界と、マトリックスと、このマトリックスに分散するγ’相とを含む金属組織を有する。このマトリックスは、Ni、Cr及びMoを含有する。このマトリックスに占める、Crの比率とMoの比率との合計P1は、25質量%以上50質量%以下である。 Preferably, this precipitation hardened alloy has a metal structure including grain boundaries, a matrix, and a γ' phase dispersed in the matrix. The matrix contains Ni, Cr, and Mo. The sum P1 of the ratio of Cr and the ratio of Mo in the matrix is 25 mass% or more and 50 mass% or less.
好ましくは、この金属組織は、粒界及びマトリックスに分散するMo化合物相を有する。このMo化合物相に占める、Crの比率とMoの比率との合計P2は、60質量%以上80質量%以下である。 Preferably, this metal structure has a Mo compound phase dispersed in the grain boundaries and matrix. The sum P2 of the Cr ratio and Mo ratio in this Mo compound phase is 60 mass% or more and 80 mass% or less.
好ましくは、マトリックスにおけるAlの質量とこのマトリックスに分散するγ’相におけるAlの質量との和の、Alの総質量に対する比R1は、0.6以上である。好ましくは、粒界及びマトリックスに分散するMo化合物相におけるAlの質量の、Alの総質量に対する比R2は、0.4以下である。 Preferably, the ratio R1 of the sum of the mass of Al in the matrix and the mass of Al in the γ' phase dispersed in the matrix to the total mass of Al is 0.6 or more. Preferably, the ratio R2 of the mass of Al in the Mo compound phase dispersed in the grain boundaries and the matrix to the total mass of Al is 0.4 or less.
好ましくは、粒界及びマトリックスに分散するMo化合物相におけるNbの質量の、Nbの総質量に対する比R3は、0.6以下である。 Preferably, the ratio R3 of the mass of Nb in the Mo compound phase dispersed in the grain boundaries and matrix to the total mass of Nb is 0.6 or less.
好ましくは、粒界及びマトリックスに分散するMo化合物相におけるTiの質量の、Tiの総質量に対する比R4は、0.6以下である。 Preferably, the ratio R4 of the mass of Ti in the Mo compound phase dispersed in the grain boundaries and matrix to the total mass of Ti is 0.6 or less.
本発明に係るNi-Cr-Mo系析出硬化型合金は、耐食性、耐摩耗性及び機械加工性に優れる。 The Ni-Cr-Mo precipitation hardened alloy of the present invention has excellent corrosion resistance, wear resistance and machinability.
以下、好ましい実施形態に基づいて、本発明が詳細に説明される。 The present invention will now be described in detail based on a preferred embodiment.
本発明に係るNi-Cr-Mo系析出硬化型合金は、
Cr:18.0質量%以上28.0質量%以下、
Mo:10.0質量%以上25.0質量%以下
及び
Al:1.0質量%以上3.0質量%以下
を含有する。この合金がさらに、
Nb:2.0質量%以下
及び/又は
Ti:2.0質量%以下
を含有してもよい。残部は、Ni及び不可避的不純物である。
The Ni-Cr-Mo precipitation hardening alloy according to the present invention has the following properties:
Cr: 18.0% by mass or more and 28.0% by mass or less,
Mo: 10.0% by mass or more and 25.0% by mass or less, and Al: 1.0% by mass or more and 3.0% by mass or less. This alloy further contains
It may contain Nb: 2.0 mass % or less and/or Ti: 2.0 mass % or less, with the balance being Ni and unavoidable impurities.
この合金は、粒界と、マトリックスと、このマトリックスに分散する多数の化合物相とを有する。化合物相は、溶体化処理、時効処理等を経て析出し、マトリックス中に分散している。このマトリックスの主成分は、Niである。このマトリックスでは、NiにCr又はMoが固溶している。典型的な化合物相は、γ’相及びMo化合物相である。γ’相は、合金のNb及びTiの含有の有無にかかわらず、析出しうる。Mo化合物相は、合金がNb又はTiを含有する場合に、析出しうる。Mo化合物相は、マトリックスのみならず粒界にも、分散しうる。この合金は、Bを実質的に含有していない。この合金は、機械加工性に優れる。本発明において機械加工性とは、時効処理等の熱処理がなされる前の段階でなされる塑性加工の容易性を意味する。 This alloy has grain boundaries, a matrix, and a number of compound phases dispersed in the matrix. The compound phases are precipitated through solution treatment, aging treatment, etc., and are dispersed in the matrix. The main component of this matrix is Ni. In this matrix, Cr or Mo is dissolved in Ni. Typical compound phases are the γ' phase and the Mo compound phase. The γ' phase can precipitate regardless of whether the alloy contains Nb and Ti. The Mo compound phase can precipitate when the alloy contains Nb or Ti. The Mo compound phase can be dispersed not only in the matrix but also in the grain boundaries. This alloy does not substantially contain B. This alloy has excellent machinability. In the present invention, machinability means the ease of plastic processing performed at a stage before heat treatment such as aging treatment is performed.
[モリブデン(Mo)]
Moは、基材であるNiに固溶し、合金の耐食性に寄与する。Moは特に、非酸化性の酸に対する耐食性に寄与する。Moを含有する母材に溶体化処理及び時効処理が施されることにより、多数のMo化合物相が析出する。これらのMo化合物相は、マトリックスに分散する。Mo化合物相の主成分は、Moである。このMo化合物相は、高硬度である。このMo化合物相は、合金の耐摩耗性に寄与しうる。
[Molybdenum (Mo)]
Mo dissolves in the base material Ni and contributes to the corrosion resistance of the alloy. Mo especially contributes to the corrosion resistance against non-oxidizing acids. When a base material containing Mo is subjected to solution treatment and aging treatment, a large number of Mo compound phases are precipitated. These Mo compound phases are dispersed in the matrix. The main component of the Mo compound phase is Mo. This Mo compound phase has high hardness. This Mo compound phase can contribute to the wear resistance of the alloy.
十分なMo化合物相が析出し、かつMo化合物相の析出後のマトリックスにおいて十分なMoが存在しうるとの観点から、Moの含有率は10.0質量%以上が好ましく、12.0質量%以上がより好ましく、14.0質量%以上が特に好ましい。合金のコストの観点から、Moの含有率は25.0質量%以下が好ましく、23.0質量%以下がより好ましく、21.0質量%以下が特に好ましい。 From the viewpoint that a sufficient Mo compound phase is precipitated and that sufficient Mo can be present in the matrix after the precipitation of the Mo compound phase, the Mo content is preferably 10.0 mass% or more, more preferably 12.0 mass% or more, and particularly preferably 14.0 mass% or more. From the viewpoint of the cost of the alloy, the Mo content is preferably 25.0 mass% or less, more preferably 23.0 mass% or less, and particularly preferably 21.0 mass% or less.
[クロム(Cr)]
Crは、基材であるNiに固溶し、合金の耐食性に寄与する。Crは特に、各種の酸に対する耐食性に寄与する。溶体化処理及び時効処理により析出するMo化合物相に、Crは含有されうる。このMo化合物相は、高硬度である。このMo化合物相は、合金の耐摩耗性に寄与しうる。
[Chromium (Cr)]
Cr dissolves in the Ni base material and contributes to the corrosion resistance of the alloy. Cr especially contributes to the corrosion resistance against various acids. Cr can be contained in the Mo compound phase precipitated by the solution treatment and aging treatment. This Mo compound phase has high hardness. This Mo compound phase can contribute to the wear resistance of the alloy.
十分なCrを有するMo化合物相が析出し、かつMo化合物相の析出後のマトリックスにおいて十分なCrが存在しうるとの観点から、Crの含有率は18.0質量%以上が好ましく、20.0質量%以上がより好ましく、21.0質量%以上が特に好ましい。合金のコストの観点から、Crの含有率は28.0質量%以下が好ましく、26.0質量%以下がより好ましく、24.0質量%以下が特に好ましい。 From the viewpoint that a Mo compound phase having sufficient Cr is precipitated and sufficient Cr can be present in the matrix after precipitation of the Mo compound phase, the Cr content is preferably 18.0 mass% or more, more preferably 20.0 mass% or more, and particularly preferably 21.0 mass% or more. From the viewpoint of the cost of the alloy, the Cr content is preferably 28.0 mass% or less, more preferably 26.0 mass% or less, and particularly preferably 24.0 mass% or less.
[アルミニウム(Al)]
Alは、基材であるNiに固溶する。Alを含有する母材に溶体化処理及び時効処理が施されることにより、多数のγ’相(Ni3Al相)が析出する。これらのγ’相は、マトリックスに分散する。このγ’相を有する合金は、高硬度である。このγ’相は、合金の耐摩耗性に寄与する。
[Aluminum (Al)]
Al is dissolved in the base material Ni. When a base material containing Al is subjected to solution treatment and aging treatment, a large number of γ' phases (Ni 3 Al phases) are precipitated. These γ' phases are dispersed in the matrix. An alloy having this γ' phase has high hardness. This γ' phase contributes to the wear resistance of the alloy.
十分なγ’相が析出するとの観点から、Alの含有率は1.0質量%以上が好ましく、1.5質量%以上がより好ましく、2.0質量%以上が特に好ましい。この含有率は、3.0質量%以下が好ましい。 From the viewpoint of sufficient precipitation of the γ' phase, the Al content is preferably 1.0 mass% or more, more preferably 1.5 mass% or more, and particularly preferably 2.0 mass% or more. This content is preferably 3.0 mass% or less.
[ニオブ(Nb)]
Nbは、基材であるNiに固溶する。溶体化処理における、NbのNiへの固溶量は、Alのそれよりも大きい。Nbを含む合金では、溶体化処理において多くのMo化合物が固溶しうる。この合金では、時効処理の前後における硬度差が大きい。この合金の、溶体化処理後の機械加工性は、高い。Nbはさらに、Alとの置換によりγ’相に固溶して、Ni3(Al,Nb)相を形成する。このγ’相は、時効処理により硬化する。Nbは、合金の耐摩耗性に寄与しうる。
[Niobium (Nb)]
Nb dissolves in the base material Ni. The amount of Nb dissolved in Ni during solution treatment is greater than that of Al. In an alloy containing Nb, many Mo compounds can dissolve in solution treatment. In this alloy, the difference in hardness before and after aging treatment is large. This alloy has high machinability after solution treatment. Nb further dissolves in the γ' phase by substitution with Al to form a Ni 3 (Al, Nb) phase. This γ' phase is hardened by aging treatment. Nb can contribute to the wear resistance of the alloy.
十分なγ’相が析出するとの観点から、Nbの含有率は0.1質量%以上が好ましく、0.3質量%以上がより好ましく、0.5質量%以上が特に好ましい。この含有率は、2.0質量%以下が好ましい。 From the viewpoint of sufficient precipitation of the γ' phase, the Nb content is preferably 0.1 mass% or more, more preferably 0.3 mass% or more, and particularly preferably 0.5 mass% or more. This content is preferably 2.0 mass% or less.
Nbは、必須元素ではない。従って、Nbの含有率が実質的にゼロであってもよい。Nb及びTiを含まない合金では、Mo化合物が析出しない。この合金は、耐食性に優れる。この合金では、γ’相が耐摩耗性に寄与する。 Nb is not an essential element. Therefore, the Nb content may be substantially zero. In an alloy that does not contain Nb or Ti, Mo compounds do not precipitate. This alloy has excellent corrosion resistance. In this alloy, the γ' phase contributes to wear resistance.
[チタン(Ti)]
Tiは、基材であるNiに固溶する。溶体化処理における、TiのNiへの固溶量は、Alのそれよりも大きい。Tiを含む合金では、溶体化処理において多くのMo化合物が固溶しうる。この合金では、時効処理の前後における硬度差が大きい。この合金の、溶体化処理後の機械加工性は、高い。Tiはさらに、Alとの置換によりγ’相に固溶して、Ni3(Al,Ti)相を形成する。このγ’相は、時効処理により硬化する。Tiは、合金の耐摩耗性に寄与しうる。
[Titanium (Ti)]
Ti dissolves in the base material Ni. The amount of Ti dissolved in Ni during solution treatment is greater than that of Al. In an alloy containing Ti, many Mo compounds can dissolve in solution treatment. In this alloy, the difference in hardness before and after aging treatment is large. This alloy has high machinability after solution treatment. Ti further dissolves in the γ' phase by substitution with Al to form a Ni 3 (Al, Ti) phase. This γ' phase is hardened by aging treatment. Ti can contribute to the wear resistance of the alloy.
十分なγ’相が析出するとの観点から、Tiの含有率は0.1質量%以上が好ましく、0.3質量%以上がより好ましく、0.5質量%以上が特に好ましい。この含有率は、2.0質量%以下が好ましい。 From the viewpoint of sufficient precipitation of the γ' phase, the Ti content is preferably 0.1 mass% or more, more preferably 0.3 mass% or more, and particularly preferably 0.5 mass% or more. This content is preferably 2.0 mass% or less.
Tiは、必須元素ではない。従って、Tiの含有率が実質的にゼロであってもよい。 Ti is not an essential element. Therefore, the Ti content may be substantially zero.
[Nb及びTi]
合金は、Nb及びTiの両方を含みうる。この場合、NbがAlとの置換によりγ’相に固溶し、TがAlとの置換によりγ’相に固溶して、Ni3(Al,Nb,Ti)相を形成しうる。このγ’相は、時効処理により硬化する。Nb及びTiの両方を含む合金は、耐摩耗性に優れる。
[Nb and Ti]
The alloy may contain both Nb and Ti. In this case, Nb dissolves in the γ' phase by substitution with Al, and T dissolves in the γ' phase by substitution with Al to form a Ni 3 (Al, Nb, Ti) phase. This γ' phase is hardened by aging treatment. The alloy containing both Nb and Ti has excellent wear resistance.
[マトリックス中のCr及びMo]
マトリックスに占める、Crの比率とMoの比率との合計P1は、25質量%以上50質量%以下が好ましい。合計の比率P1が25質量%以上である合金は、耐食性に優れる。耐食性の観点から、この比率P1は28質量%以上がより好ましく、31質量%以上が特に好ましい。この比率P1が50質量%以下である合金は、靱性に優れる。従って、この合金の抗折力は大きい。抗折力の観点から、この比率P1は48質量%以下がより好ましく、45質量%以下が特に好ましい。マトリックスに占めるCrの比率は、マトリックスの総質量に対する、マトリックスに含まれるCrの質量の、百分率である。マトリックスに占めるMoの比率は、マトリックスの総質量に対する、マトリックスに含まれるMoの質量の、百分率である。
[Cr and Mo in the matrix]
The total P1 of the ratio of Cr and the ratio of Mo in the matrix is preferably 25% by mass or more and 50% by mass or less. An alloy having a total ratio P1 of 25% by mass or more has excellent corrosion resistance. From the viewpoint of corrosion resistance, this ratio P1 is more preferably 28% by mass or more, and particularly preferably 31% by mass or more. An alloy having a ratio P1 of 50% by mass or less has excellent toughness. Therefore, the flexural strength of this alloy is large. From the viewpoint of flexural strength, this ratio P1 is more preferably 48% by mass or less, and particularly preferably 45% by mass or less. The ratio of Cr in the matrix is the percentage of the mass of Cr contained in the matrix with respect to the total mass of the matrix. The ratio of Mo in the matrix is the percentage of the mass of Mo contained in the matrix with respect to the total mass of the matrix.
[Mo化合物相中のCr及びMo]
粒界及びマトリックスに分散するMo化合物相に占める、Crの比率とMoの比率との合計P2は、60質量%以上80質量%以下が好ましい。合計の比率P2が60質量%以上であるMo化合物相は、高強度である。このMo化合物相を有する合金の抗折力は、大きい。抗折力の観点から、この比率P2は63質量%以上がより好ましく、65質量%以上が特に好ましい。この比率P2が80質量%以下である合金では、マトリックスにおいてNiに、十分なCr及びMoが固溶する。この合金は、耐食性に優れる。耐食性の観点から、この比率P2は77質量%以下がより好ましく、75質量%以下が特に好ましい。Mo化合物相に占めるCrの比率は、Mo化合物相の総質量に対する、Mo化合物相に含まれるCrの質量の、百分率である。Mo化合物相に占めるMoの比率は、Mo化合物相の総質量に対する、Mo化合物相に含まれるMoの質量の、百分率である。
[Cr and Mo in Mo compound phase]
The total P2 of the ratio of Cr and the ratio of Mo in the Mo compound phase dispersed in the grain boundary and the matrix is preferably 60% by mass or more and 80% by mass or less. The Mo compound phase having a total ratio P2 of 60% by mass or more has high strength. The flexural strength of the alloy having this Mo compound phase is large. From the viewpoint of flexural strength, this ratio P2 is more preferably 63% by mass or more, and particularly preferably 65% by mass or more. In an alloy having this ratio P2 of 80% by mass or less, sufficient Cr and Mo are solid-solved in Ni in the matrix. This alloy has excellent corrosion resistance. From the viewpoint of corrosion resistance, this ratio P2 is more preferably 77% by mass or less, and particularly preferably 75% by mass or less. The ratio of Cr in the Mo compound phase is the percentage of the mass of Cr contained in the Mo compound phase with respect to the total mass of the Mo compound phase. The ratio of Mo in the Mo compound phase is the percentage of the mass of Mo contained in the Mo compound phase with respect to the total mass of the Mo compound phase.
[マトリックス及びγ’相におけるAl]
マトリックスにおけるAlの質量と、このマトリックスに分散するγ’相におけるAlの質量との和W1の、Alの総質量TAに対する比R1は、0.6以上が好ましい。この比R1が0.6以上である合金は、十分な量のγ’相を含有する。この合金は、耐摩耗性に優れる。耐摩耗性の観点から、この比R1は0.7以上がより好ましく、0.8以上が特に好ましい。この比R1が1.0であってもよい。和W1には、粒界に存在するAlの量は加算されない。Alの総質量TAは、この合金に含まれるすべてのAlの量である。
[Al in matrix and γ' phase]
The ratio R1 of the sum W1 of the mass of Al in the matrix and the mass of Al in the γ' phase dispersed in the matrix to the total mass TA of Al is preferably 0.6 or more. An alloy in which this ratio R1 is 0.6 or more contains a sufficient amount of γ' phase. This alloy has excellent wear resistance. From the viewpoint of wear resistance, this ratio R1 is more preferably 0.7 or more, and particularly preferably 0.8 or more. This ratio R1 may be 1.0. The amount of Al present in the grain boundaries is not included in the sum W1. The total mass TA of Al is the amount of all Al contained in this alloy.
[Mo化合物相におけるAl]
粒界及びマトリックスに分散するMo化合物相におけるAlの質量W2の、Alの総質量TAに対する比R2は、0.4以下が好ましい。この比R2が0.4以下である合金では、十分な量のAlが、マトリックス又はγ’相に残存する。この合金は、十分な量のγ’相を有する。この合金は、耐摩耗性に優れる。耐摩耗性の観点から、この比R2は0.3以下がより好ましく、0.2以下が特に好ましい。この比R2が0.0であってもよい。質量W2は、粒界に分散するMo化合物におけるAlの量W2bと、マトリックスに分散するMo化合物におけるAlの量W2mとの合計である。Alの総質量TAは、この合金に含まれるすべてのAlの量である。
[Al in Mo compound phase]
The ratio R2 of the mass W2 of Al in the Mo compound phase dispersed in the grain boundaries and matrix to the total mass TA of Al is preferably 0.4 or less. In an alloy in which this ratio R2 is 0.4 or less, a sufficient amount of Al remains in the matrix or γ' phase. This alloy has a sufficient amount of γ' phase. This alloy has excellent wear resistance. From the viewpoint of wear resistance, this ratio R2 is more preferably 0.3 or less, and particularly preferably 0.2 or less. This ratio R2 may be 0.0. The mass W2 is the sum of the amount W2b of Al in the Mo compound dispersed in the grain boundaries and the amount W2m of Al in the Mo compound dispersed in the matrix. The total mass TA of Al is the amount of all Al contained in this alloy.
[Mo化合物相におけるNb]
粒界及びマトリックスに分散するMo化合物相におけるNbの質量W3の、Nbの総質量TNに対する比R3は、0.6以下が好ましい。比R3が0.6以下である合金では、十分な量のNbが、マトリックス又はγ’相に残存する。この合金は、十分な量のγ’相を有する。この合金は、耐摩耗性に優れる。耐摩耗性の観点から、この比R3は0.5以下がより好ましく、0.4以下が特に好ましい。この比R3が0.0であってもよい。質量W3は、粒界に分散するMo化合物におけるNbの量W3bと、マトリックスに分散するMo化合物におけるNbの量W3mとの合計である。Nbの総質量TNは、この合金に含まれるすべてのNbの量である。
[Nb in Mo compound phase]
The ratio R3 of the mass W3 of Nb in the Mo compound phase dispersed in the grain boundaries and matrix to the total mass TN of Nb is preferably 0.6 or less. In an alloy in which the ratio R3 is 0.6 or less, a sufficient amount of Nb remains in the matrix or γ' phase. This alloy has a sufficient amount of γ' phase. This alloy has excellent wear resistance. From the viewpoint of wear resistance, this ratio R3 is more preferably 0.5 or less, and particularly preferably 0.4 or less. This ratio R3 may be 0.0. The mass W3 is the sum of the amount W3b of Nb in the Mo compound dispersed in the grain boundaries and the amount W3m of Nb in the Mo compound dispersed in the matrix. The total mass TN of Nb is the amount of all Nb contained in this alloy.
合金がNbと共にTiを含む場合も、Nbによる前述の効果が発揮されうる。 When the alloy contains Ti together with Nb, the above-mentioned effect of Nb can be achieved.
[Mo化合物相におけるTi]
粒界及びマトリックスに分散するMo化合物相におけるTiの質量W4の、Tiの総質量TTに対する比R4は、0.6以下が好ましい。比R4が0.6以下である合金では、十分な量のTiが、マトリックス又はγ’相に残存する。この合金は、十分な量のγ’相を有する。この合金は、耐摩耗性に優れる。耐摩耗性の観点から、この比R4は0.5以下がより好ましく、0.4以下が特に好ましい。この比R4が0.0であってもよい。質量W4は、粒界に分散するMo化合物におけるTiの量W4bと、マトリックスに分散するMo化合物におけるTiの量W4mとの合計である。Tiの総質量TTは、この合金に含まれるすべてのTiの量である。
[Ti in Mo compound phase]
The ratio R4 of the mass W4 of Ti in the Mo compound phase dispersed in the grain boundaries and matrix to the total mass TT of Ti is preferably 0.6 or less. In an alloy in which the ratio R4 is 0.6 or less, a sufficient amount of Ti remains in the matrix or γ' phase. This alloy has a sufficient amount of γ' phase. This alloy has excellent wear resistance. From the viewpoint of wear resistance, this ratio R4 is more preferably 0.5 or less, and particularly preferably 0.4 or less. This ratio R4 may be 0.0. The mass W4 is the sum of the amount W4b of Ti in the Mo compound dispersed in the grain boundaries and the amount W4m of Ti in the Mo compound dispersed in the matrix. The total mass TT of Ti is the amount of all Ti contained in this alloy.
合金がTiと共にNbを含む場合も、Tiによる前述の効果が発揮されうる。 When the alloy contains Nb together with Ti, the above-mentioned effect of Ti can be achieved.
以下、本発明に係る析出硬化型合金のための製造方法の一例が説明される。この製造方法では、まず、成分調製された素材が準備される。次に、この素材に溶体化処理が施される。溶体化処理では、素材が1000℃以上1250℃以下の環境下に、1時間から6時間保持される。その後に素材は、冷却される。典型的な冷却は、水冷及び空冷である。溶体化処理により、粒界とマトリックスとが発生する。粒界には、化合物(例えばMo化合物)が析出する。 An example of a manufacturing method for the precipitation hardened alloy according to the present invention is described below. In this manufacturing method, first, a material with adjusted composition is prepared. Next, this material is subjected to solution treatment. In the solution treatment, the material is held in an environment of 1000°C to 1250°C for 1 to 6 hours. The material is then cooled. Typical cooling methods include water cooling and air cooling. The solution treatment creates grain boundaries and a matrix. Compounds (e.g., Mo compounds) precipitate at the grain boundaries.
この溶体化処理後の素材の電子線回折の結果が、図1に示されている。図1において目視される全ての光点は、γNiの回折である。図1から明らかなように、この素材には、γ’相は存在していない。この素材に、機械による塑性加工が施される。 The results of electron beam diffraction of the material after this solution treatment are shown in Figure 1. All the light spots visible in Figure 1 are diffractions of γNi. As is clear from Figure 1, there is no γ' phase in this material. This material is then subjected to mechanical plastic processing.
次にこの素材に、時効処理が施される。時効処理では、素材が600℃以上800℃以下の環境下に、2時間から40時間保持される。その後に素材は、冷却される。典型的な冷却は、炉冷又は空冷である。この時効処理により、析出硬化型合金が得られる。 The material is then subjected to aging treatment. In aging treatment, the material is held in an environment of 600°C to 800°C for 2 to 40 hours. The material is then cooled. Typically, the cooling is furnace cooling or air cooling. This aging treatment results in a precipitation hardened alloy.
時効処理の直後の析出硬化型合金の電子線回折の結果が、図2に示されている。図2において明るい光点は、γNiの回折である。隣接する明るい光点に挟まれた、薄い光点は、γ’相の回折である。 The results of electron diffraction of the precipitation hardened alloy immediately after aging are shown in Figure 2. The bright spots in Figure 2 are diffractions of γNi. The faint spots between adjacent bright spots are diffractions of the γ' phase.
図3は、この析出硬化型合金の断面が示されたSEM像である。図3には、マトリックスと分散体とが示されている。マトリックスの主成分は、Niである。分散体は、Mo化合物相である。 Figure 3 is an SEM image showing the cross section of this precipitation hardened alloy. Figure 3 shows the matrix and the dispersion. The main component of the matrix is Ni. The dispersion is a Mo compound phase.
溶体化処理後の素材は、例えば240HVの硬度を有する。この素材は、機械加工性に優れる。一方、時効処理後の析出硬化型合金は、例えば450HVの硬度を有する。この析出硬化型合金は、耐摩耗性に優れる。 After solution treatment, the material has a hardness of, for example, 240 HV. This material has excellent machinability. On the other hand, after aging treatment, the precipitation hardened alloy has a hardness of, for example, 450 HV. This precipitation hardened alloy has excellent wear resistance.
素材は、溶製で得られてもよく、粉末冶金によって得られてもよい。粉末冶金の場合、粉末はアトマイズによって得られうる。好ましいアトマイズは、ガスアトマイズである。ガスアトマイズでは、底部に細孔を有する容器(石英坩堝)の中に、原料が投入される。この原料が、アルゴンガス又は窒素ガスの雰囲気中で、高周波誘導炉によって加熱され、溶融する。細孔から流出する原料に、アルゴンガス又は窒素ガスが噴射される。原料は急冷されて凝固し、粉末が得られる。 The material may be obtained by melting or by powder metallurgy. In the case of powder metallurgy, the powder may be obtained by atomization. A preferred atomization method is gas atomization. In gas atomization, the raw material is placed in a container (quartz crucible) with a small hole at the bottom. The raw material is heated and melted in a high-frequency induction furnace in an atmosphere of argon gas or nitrogen gas. Argon gas or nitrogen gas is sprayed onto the raw material flowing out of the small hole. The raw material is rapidly cooled and solidified, and a powder is obtained.
この粉末に、必要に応じ、分級がなされる。分級後の粉末が、炭素鋼製のカプセルに充填される。このカプセルの内部が真空脱気され、さらにこのカプセルが封止されてビレットが得られる。このビレットに、HIP成形(熱間等方圧プレス)が施される。HIP成形の、好ましい圧力は50MPa以上300MPa以下であり、好ましい焼結温度は1000℃以上1350℃以下である。HIP成形により、成形体が得られる。この成形体が素材とされて、前述の析出硬化型合金が得られる。 This powder is classified as necessary. The classified powder is filled into a capsule made of carbon steel. The inside of this capsule is vacuum degassed, and the capsule is then sealed to obtain a billet. This billet is then subjected to HIP (hot isostatic pressing). The preferred pressure for HIP is 50 MPa or more and 300 MPa or less, and the preferred sintering temperature is 1000°C or more and 1350°C or less. A green body is obtained by HIP forming. This green body is used as the raw material to obtain the aforementioned precipitation hardened alloy.
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。 The effects of the present invention will be explained below by way of examples, but the present invention should not be interpreted in a restrictive manner based on the description of these examples.
[実施例1]
所定の組成を有する原料を、準備した。この原料を、アルゴンガス雰囲気中にてアルミナ製坩堝で、高周波誘導加熱法にて加熱した。この加熱によって原料を溶融させ、溶湯を得た。坩堝下にある直径が5mmのノズルから、溶湯を落下させた。この溶湯に、窒素ガスを噴霧し、粉末を得た。この粉末に分級を施し、粒子径を500μm以下に調整した。この粉末の組成が、下記の表1に示されている。この粉末を、直径が100mmであり、高さが100mmであり、材質が炭素鋼であるカプセルに充填した。このカプセル内を真空脱気した。このカプセルを封止し、ビレットを得た。このビレットに、HIP成形を施した。HIPの温度は、1200℃であった。HIPにより、棒状の成形体が得られた。この成形体に溶体化処理及び時効処理を施して、実施例1に係る析出硬化型合金を得た。
[Example 1]
A raw material having a predetermined composition was prepared. The raw material was heated in an alumina crucible in an argon gas atmosphere by high-frequency induction heating. The raw material was melted by this heating to obtain a molten metal. The molten metal was dropped from a nozzle with a diameter of 5 mm located under the crucible. Nitrogen gas was sprayed onto the molten metal to obtain a powder. The powder was classified to adjust the particle size to 500 μm or less. The composition of this powder is shown in Table 1 below. The powder was filled into a capsule made of carbon steel with a diameter of 100 mm and a height of 100 mm. The capsule was vacuum degassed. The capsule was sealed to obtain a billet. The billet was subjected to HIP molding. The HIP temperature was 1200° C. A rod-shaped compact was obtained by HIP. The compact was subjected to solution treatment and aging treatment to obtain a precipitation hardened alloy according to Example 1.
[実施例2-28及び比較例29-37]
原料の組成を変更した他は、実施例1と同様にして、実施例2-28及び比較例29-37に係る成形体(析出硬化型合金を)得た。各合金の組成が、下記の表1及び2に示されている。
[Examples 2 to 28 and Comparative Examples 29 to 37]
Except for changing the composition of the raw materials, the compacts (precipitation hardened alloys) according to Examples 2 to 28 and Comparative Examples 29 to 37 were obtained in the same manner as in Example 1. The compositions of the respective alloys are shown in Tables 1 and 2 below.
[耐食性]
成形体(析出硬化型合金)から、切削にて試験片を製作した。この試験片のサイズは、10mm×10mm×15mmであった。この試験片の質量を、測定した。この試験片を、フッ酸10%の水溶液に10時間浸漬した。この水溶液の温度は、40℃であった。さらに、試験片の質量を測定した。下記基準に従い、格付けした。
A:浸漬による質量の減少量が1.0g/m2/h以下である。
B:浸漬による質量の減少量が1.0g/m2/hより大きい。
この結果が、下記の表1及び2に示されている。
[Corrosion resistance]
A test piece was produced by cutting from the molded body (precipitation hardened alloy). The size of this test piece was 10 mm x 10 mm x 15 mm. The mass of this test piece was measured. This test piece was immersed in a 10% aqueous solution of hydrofluoric acid for 10 hours. The temperature of this aqueous solution was 40°C. Furthermore, the mass of the test piece was measured. It was ranked according to the following criteria.
A: The amount of mass loss due to immersion is 1.0 g/m 2 /h or less.
B: The amount of mass loss due to immersion is more than 1.0 g/m 2 /h.
The results are shown in Tables 1 and 2 below.
[硬さ]
成形体(析出硬化型合金)を研磨して、上面と下面とが平行である試験片を得た。この試験片のビッカース硬さH1を測定した。下記基準に従い、格付けした。
A:硬さが380HV以上である。
B:硬さが380HV未満である。
この結果が、下記の表1及び2に示されている。
[Hardness]
The compact (precipitation hardened alloy) was polished to obtain a test piece with parallel upper and lower surfaces. The Vickers hardness H1 of this test piece was measured and rated according to the following criteria.
A: Hardness is 380 HV or more.
B: Hardness is less than 380 HV.
The results are shown in Tables 1 and 2 below.
[硬さ増加幅]
時効処理前の成形体のビッカース硬さH2を測定し、上記硬さH1との差(H1-H2)を算出した。下記基準に従い、格付けした。
A:差(H1-H2)が50以上である。
B:差(H1-H2)が50未満である。
この結果が、下記の表1及び2に示されている。
[Hardness increase range]
The Vickers hardness H2 of the compact before aging treatment was measured, and the difference from the hardness H1 (H1-H2) was calculated. The samples were ranked according to the following criteria.
A: The difference (H1-H2) is 50 or more.
B: The difference (H1-H2) is less than 50.
The results are shown in Tables 1 and 2 below.
[抗折力]
成形体(析出硬化型合金)から、切削にて試験片を製作した。この試験片のサイズは、2mm×2mm×20mmであった。この試験片を、3点曲げ試験に供した。支点間距離は、10mmであった。下記基準に従い、格付けした。
A:抗折力が1.5GPa以上である。
B:抗折力が1.5GPa未満である。
この結果が、下記の表1及び2に示されている。
[Transverse strength]
A test piece was prepared by cutting from the compact (precipitation hardened alloy). The size of the test piece was 2 mm x 2 mm x 20 mm. The test piece was subjected to a three-point bending test. The distance between the supports was 10 mm. The test pieces were graded according to the following criteria.
A: The flexural strength is 1.5 GPa or more.
B: The transverse strength is less than 1.5 GPa.
The results are shown in Tables 1 and 2 below.
表1及び2において、比較例29に係る合金では、粒界とマトリックスとに分散するMo化合物が多いので、耐食性、硬さ、硬さ増加幅及び抗折力が劣る。比較例30に係る合金では、Cr及びMoの含有量が少なく、かつ、粒界とマトリックスとに分散するMo化合物が少ないため、耐食性と抗折力が劣る。比較例31に係る合金は、粒界とマトリックスとに分散するMo化合物が多いので、耐食性が劣る。比較例32に係る合金にはAl含まれず、γ’が析出しないため、硬さ及び硬さ増加幅が劣る。比較例33に係る合金では、粒界とマトリックスとに分散するMo化合物が多いので、耐食性、硬さ及び硬さ増加幅が劣る。比較例34に係る合金では、粒界とマトリックスとに分散するMo化合物が多いので、耐食性、硬さ及び硬さ増加幅が劣る。比較例35に係る合金はAl、Nb及びTiを含んでおらず、γ’相及びMo化合物が析出していなので、硬さ、硬さ増加幅及び抗折力に劣る。比較例36に係る合金は、Alを含んでおらず、γ’相が析出していなので、硬さ及び硬さ増加幅に劣る。比較例37に係る合金はAlを含んでおらず、γ’相が析出していなので、硬さ及び硬さ増加幅に劣る。一方、各実施例に係る合金は、諸性能に優れている。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。 In Tables 1 and 2, the alloy according to Comparative Example 29 has many Mo compounds dispersed in the grain boundaries and matrix, so that the corrosion resistance, hardness, hardness increase and flexural strength are inferior. The alloy according to Comparative Example 30 has a low content of Cr and Mo, and has few Mo compounds dispersed in the grain boundaries and matrix, so that the corrosion resistance and flexural strength are inferior. The alloy according to Comparative Example 31 has many Mo compounds dispersed in the grain boundaries and matrix, so that the corrosion resistance is inferior. The alloy according to Comparative Example 32 does not contain Al, and γ' does not precipitate, so that the hardness and hardness increase are inferior. The alloy according to Comparative Example 33 has many Mo compounds dispersed in the grain boundaries and matrix, so that the corrosion resistance, hardness and hardness increase are inferior. The alloy according to Comparative Example 34 has many Mo compounds dispersed in the grain boundaries and matrix, so that the corrosion resistance, hardness and hardness increase are inferior. The alloy according to Comparative Example 35 does not contain Al, Nb, or Ti, and does not precipitate γ' phase or Mo compounds, so it is inferior in hardness, hardness increase, and flexural strength. The alloy according to Comparative Example 36 does not contain Al, and does not precipitate γ' phase, so it is inferior in hardness and hardness increase. The alloy according to Comparative Example 37 does not contain Al, and does not precipitate γ' phase, so it is inferior in hardness and hardness increase. On the other hand, the alloys according to each Example are excellent in various performances. From these evaluation results, the superiority of the present invention is clear.
以上説明されたNi-Cr-Mo系析出硬化型合金は、塑性加工を経て得られる種々の製品に適している。 The Ni-Cr-Mo precipitation hardening alloys described above are suitable for a variety of products obtained through plastic processing.
Claims (8)
Mo:10.0質量%以上25.0質量%以下、
及び
Al:1.0質量%以上3.0質量%以下
を含有し、
残部がNi及び不可避的不純物であるNi-Cr-Mo系析出硬化型合金であって、
粒界と、マトリックスと、このマトリックスに分散するγ’相とを含む金属組織を有しており、
上記マトリックスが、Ni、Cr及びMoを含有しており、
上記マトリックスに占める、Crの比率とMoの比率との合計P1が、25質量%以上50質量%以下である、析出硬化型合金。 Cr: 18.0% by mass or more and 28.0% by mass or less,
Mo: 10.0% by mass or more and 25.0% by mass or less,
and Al: 1.0% by mass or more and 3.0% by mass or less;
A Ni-Cr-Mo-based precipitation hardening alloy, the balance of which is Ni and unavoidable impurities,
The alloy has a metal structure including grain boundaries, a matrix, and a γ' phase dispersed in the matrix,
The matrix contains Ni, Cr and Mo,
A precipitation hardening alloy, in which the total P1 of the ratio of Cr and the ratio of Mo in the matrix is 25 mass% or more and 50 mass% or less.
上記Mo化合物相に占める、Crの比率とMoの比率との合計P2が、60質量%以上80質量%以下である請求項1に記載の析出硬化型合金。 the metal structure has a Mo compound phase dispersed in the grain boundaries and the matrix,
2. The precipitation hardened alloy according to claim 1, wherein the sum P2 of the ratio of Cr and the ratio of Mo in the Mo compound phase is 60 mass % or more and 80 mass % or less.
上記粒界及びマトリックスに分散するMo化合物相におけるAlの質量の、Alの総質量に対する比R2が、0.4以下である請求項2に記載の析出硬化型合金。 a ratio R1 of the sum of the mass of Al in the matrix and the mass of Al in the γ' phase dispersed in the matrix to the total mass of Al is 0.6 or more;
3. The precipitation hardened alloy according to claim 2, wherein a ratio R2 of the mass of Al in the Mo compound phase dispersed in the grain boundaries and the matrix to the total mass of Al is 0.4 or less.
Mo:10.0質量%以上25.0質量%以下、
及び
Al:1.0質量%以上3.0質量%以下
を含有し、
2.0質量%以下のNb及び/又は2.0質量%以下のTiをさらに含有し、
残部がNi及び不可避的不純物であるNi-Cr-Mo系析出硬化型合金であって、
粒界と、マトリックスと、このマトリックスに分散するγ’相とを含む金属組織を有しており、
上記マトリックスが、Ni、Cr及びMoを含有しており、
上記マトリックスに占める、Crの比率とMoの比率との合計P1が、25質量%以上50質量%以下である、析出硬化型合金。 Cr: 18.0% by mass or more and 28.0% by mass or less,
Mo: 10.0% by mass or more and 25.0% by mass or less,
and Al: 1.0% by mass or more and 3.0% by mass or less;
Further containing 2.0 mass% or less of Nb and/or 2.0 mass% or less of Ti,
A Ni-Cr-Mo-based precipitation hardening alloy, the balance of which is Ni and unavoidable impurities,
The alloy has a metal structure including grain boundaries, a matrix, and a γ' phase dispersed in the matrix,
The matrix contains Ni, Cr and Mo,
A precipitation hardening alloy, in which the total P1 of the ratio of Cr and the ratio of Mo in the matrix is 25 mass% or more and 50 mass% or less.
上記Mo化合物相に占める、Crの比率とMoの比率との合計P2が、60質量%以上80質量%以下である請求項4に記載の析出硬化型合金。 the metal structure has a Mo compound phase dispersed in the grain boundaries and the matrix,
5. The precipitation hardened alloy according to claim 4, wherein the sum P2 of the ratio of Cr and the ratio of Mo in the Mo compound phase is 60 mass % or more and 80 mass % or less.
上記粒界及びマトリックスに分散するMo化合物相におけるAlの質量の、Alの総質量に対する比R2が、0.4以下である請求項5に記載の析出硬化型合金。 a ratio R1 of the sum of the mass of Al in the matrix and the mass of Al in the γ' phase dispersed in the matrix to the total mass of Al is 0.6 or more;
6. The precipitation hardened alloy according to claim 5, wherein a ratio R2 of the mass of Al in the Mo compound phase dispersed in the grain boundaries and matrix to the total mass of Al is 0.4 or less.
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