[发明专利]钴基合金材料和钴基合金制造物

说明书

本发明涉及的Co基合金制造物的特征在于，具有如下的化学组成：以质量％计含有0.08～0.25％的C和0.003～0.2％的N且C和N的合计为0.083～0.28％，含有0.1％以下的B和10～30％的Cr，含有5％以下的Fe和30％以下的Ni且Fe和Ni的合计为30％以下，含有W和/或Mo且W和Mo的合计为5～12％，含有Al和/或Si且Al和Si中的至少一种超过0.5％且为3％以下并且Al和Si的合计超过0.5％且为4％以下，含有0.5％以下的Mn，含有0.5～4％的除W和Mo以外的过渡金属且原子半径超过130pm的M成分，余量由Co和杂质构成；上述制造物是母相晶粒的多晶体，上述母相晶粒内形成有平均尺寸为0.13～2μm且由上述M成分在边界区域偏析而成的偏析晶胞，或者，形成有平均尺寸为0.13～2μm的后偏析晶胞，含有上述M成分的MC型碳化物相、M(C,N)型碳氮化物相和/或MN型氮化物相的粒子在该后偏析晶胞的边界分散析出。

技术领域

本发明涉及机械特性优异的钴基合金的技术，尤其涉及适合于增材造型法的钴基合金材料和由该合金材料制造的钴基合金制造物。

背景技术

钴(Co)基合金材料与镍(Ni)基合金材料一起均为代表性的耐热合金材料，也被称为超合金，被广泛用于高温构件(高温环境下使用的构件，例如燃气轮机、蒸汽轮机的构件)。Co基合金材料与Ni基合金材料相比虽然材料成本高，但耐腐蚀性、耐磨耗性优异，易于固溶强化，因而一直用作涡轮机静叶片、涡轮机燃烧器构件等。

对于耐热合金材料，通过迄今为止进行的各种合金组成的改良和制造工艺的改良，从而对Ni基合金材料开发了一种由γ’相(例如Ni₃(Al,Ti)相)的析出所引起的强化，并成为目前的主流。另一方面，对于Co基合金材料而言，由于像Ni基合金材料的γ’相这样的大大有助于机械特性提高的金属间化合物相难以析出，因而一直研究由碳化物相所引起的析出强化。

例如，专利文献1(日本特开昭61-243143)中公开了一种Co基超塑性合金，其特征在于，在晶粒粒径为10μm以下的钴基合金的基体中使粒径为0.5至10μm的块状和粒状的碳化物析出而成。此外，还公开了：上述钴基合金以重量比计由C：0.15～1％、Cr：15～40％、W和/或Mo：3～15％、B：1％以下、Ni：0～20％、Nb：0～1.0％、Zr：0～1.0％、Ta：0～1.0％、Ti：0～3％、Al：0～3％以及余量的Co构成。

此外，近年来，作为通过近净形来制造具有复杂形状的最终制品的技术，增材造型法(AM法)等三维造型技术受到关注，将该三维造型技术应用于耐热合金构件的研究开发正在活跃进行。

对于专利文献2(日本特开2019-049022)，将在后文中说明。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭61-243143号公报

专利文献2：日本特开2019-049022号公报

发明内容

发明要解决的课题

通过AM法来制造合金构件时，即使是涡轮机叶片这样的具有复杂形状的构件也能直接造型，因而从缩短制造工时、提高制造成品率的观点(即，降低制造成本的观点)来说是有用的技术。

另一方面，Co基合金材料由于不以Ni基合金材料的γ’相这样的金属间化合物相的析出为前提，因而没有像Ni基合金材料那样大量含有易于氧化的Al、Ti，能够利用大气中的熔融、铸造工艺。因此认为对于AM法用的合金粉末的制作、AM体的制作是有利的。此外，Co基合金材料具有如下优点：具有与Ni基合金材料同等以上的耐腐蚀性、耐磨耗性。

但是，以往的Co基合金材料与γ’相析出强化Ni基合金材料相比具有机械特性低这样的弱点。换言之，如果能实现与γ’相析出强化Ni基合金材料同等以上的机械特性，则Co基合金AM体可成为适合于高温构件的材料。