JP2019518608A - 管、及び管の作製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
5〜25重量%のCr、
2.5〜8重量%のAl、
0〜5重量%のMo、
を含み、残部はFe、及び通常存在する不純物、任意選択的に、意図的に添加されたその他の合金元素である。
9〜25重量%のCr、
2.5〜8重量%のAl、
0〜5重量%のMo、
を含み、残部はFe、及び通常存在する不純物、任意選択的に、意図的に添加されたその他の合金元素である。この合金は、優れた耐酸化性及び耐腐食性を有する。
クロムは、いわゆる「第三元素効果」により、すなわち、移行的な酸化状態で酸化クロムを形成することによって、高温FeCrAl合金管におけるAl2O3層の形成を促進する。クロムは、少なくとも9重量%の量で、合金中に存在し得る。しかしながら、Crの量が多すぎると、管における金属間化合相の形成が促進されるため、Crの量は多くても25重量%である。1つの実施態様によれば、Crの量は、9〜25重量%である。さらなる実施態様によれば、Crの含分は、用途に応じて11〜17重量%、又は5〜15重量%、又は20.5〜25重量%、または20.5〜24重量%である。
アルミニウムは、高温合金において重要な元素である。それと言うのもアルミニウムは、高温で酸素にさらされると、稠密で薄い酸化物(Al2O3)を形成し、これによってその下にある合金表面が、さらなる酸化から保護されるからである。アルミニウムの量は、Al2O3層が形成されることを保証するため、また損傷を受けた場合に、Al2O3層を修復するために充分なアルミニウムが存在することを保証するためには、少なくとも2.5重量%であるのが望ましい。しかしながら、アルミニウムは合金の成形性に対して否定的な影響を与えるため、アルミニウムの量は、先に、又は以下に規定するように合金中で8重量%を超えないことが望ましい。よってアルミニウムの含分は、2.5〜8重量%、例えば3〜7重量%、例えば3〜5重量%、例えば4〜6重量%、例えば5〜7重量%である。
モリブデンは、最大4.0重量%、例えば1.0〜4.0重量%の量で、高温FeCrAl合金の熱間強度に対して肯定的な影響を有する。
ケイ素は不純物として存在しているか、又は高温FeCrAl合金に添加されていてよい。ケイ素が不純物である場合、その量は0.7重量%以下であり得る。何らかの目的で添加される場合、その量は、0.1〜3重量%、例えば0.5〜3重量%、例えば0〜0.70重量%、例えば0.10〜0.70重量%である。
マンガンは高温FeCrAl合金中に、0〜0.5重量%、例えば0〜0.4重量%、例えば0.05〜0.50重量%の量で存在し得る。
スカンジウム、セリウム、及びランタンは、相互に交換可能な元素であり、酸化特性、Al2O3層の自己修復性、又は合金とAl2O3層との接着性を改善させるために、個々に又は組み合わせで、最大0.2重量%の合計量で添加することができる。
酸素は高温FeCrAl合金中に、製造工程から生じる不純物として、最大0.02重量%の量で存在し得る。酸素は、析出硬化作用を達成するために意図的に添加することができる。この場合に高温FeCrAl合金は、酸素を最大0.1重量%、含有する。
炭素は、析出硬化により強度を増加させるために、高温FeCrAl合金中に含まれていてよい。炭素は、製造方法から生じる不可避の不純物としても、存在し得る。合金において充分な強度を達成するために、炭素は少なくとも0.01重量%の量で存在するのが望ましい。その水準が高すぎると、炭素は材料成形を困難にする恐れがあり、耐腐食性に対して否定的な作用をもたらすことがある。よって炭素の最大量は、0.1重量%、例えば0.01〜0.8重量%、例えば0.01〜0.08重量%である。
窒素は、析出硬化により強度を増加させるために、高温FeCrAl合金中に含まれていてよい。窒素は、製造方法から生じる不可避の不純物としても、存在し得る。その水準が高すぎると、窒素は材料成形を困難にする恐れがあり、耐腐食性について否定的な作用をもたらすことがある。よって窒素の最大量は、先に、又は以下に規定するようにFeCrAl合金中で0.1重量%である。溶解冶金学における析出硬化を充分に達成するため、窒素は少なくとも0.001重量%、存在するのが望ましく、窒素の適切な範囲の例は、例えば0.001〜0.1重量%、例えば0.01〜0.6重量%である。
反応性元素とは、炭素、窒素、及び酸素と反応性が高いものと定義される。チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、バナジウム(V)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、イットリウム(Y)及びトリウム(Th)は、その意味で反応性元素であり、これらの元素は炭素に対して親和性が高く、そのため強力な炭化物形成体である。これらの元素は、金属イオン及び酸素の拡散(これが酸化物成長プロセスの動力学を決定づける)を調整することによって、高温FeCrAl合金の酸化特性を改善させるために添加されていてよい。各反応性元素の最大量は主に、元素が不都合な金属間化合相を形成する傾向による。よってチタンの最大量は、先に、又は以下に規定するように合金中で1.7重量%、例えば0.02〜1.7重量%、例えば0〜0.10重量%である。
0.1〜0.08重量%のC、
0〜0.7重量%のSi、
0〜0.4重量%のMn。
を含む。
0.05〜0.60重量%のY、
0.01〜0.40重量%のZr、
0.05〜0.50重量%のHf、
0.05〜0.50重量%のTa、
0〜0.10重量%のTi、
0.01〜0.05重量%のC、
0.01〜0.06重量%のN、
0.02〜0.10重量%のO、
0.05〜0.50重量%のMn、
0〜0.8重量%のP、
0〜0.005重量%のS
を含む。
0.01〜0.1重量%のC、
0.001〜0.1重量%のN、
0.02〜0.10重量%のO、
0〜0.01重量%のB、
0〜0.5重量%のMn、
0〜2.2重量%のY、
0〜0.2重量%のSc+Ce+La、
0〜1.7重量%のTi、
0〜0.40重量%のZr、
0〜0.4重量%のNb、
0〜0.1重量%のV、
0〜0.3重量%のHf+Ta+Th
を含む。
・鉄−クロム−アルミニウム合金の連続的なストリップを、管成形部へと供給する工程、
・ストリップの長端部が相互に当接するように、管成形部にてストリップをらせん状に巻き、管の長手軸に対して平行な方向に前方へ動く回転管を形成する工程、
・管が形成されたら直ちに、当接している長端部を溶接法で互いに連続的に接合することによって、らせん状溶接継ぎ目を有する溶接管が得られる工程
を含むことである。
・室温から950℃への加熱、
・950℃で20分の維持時間、
・600℃に冷却、
・950℃に加熱、
・20分の維持時間、など。
・室温から950℃への加熱、
・950℃で20分の維持時間、
・100℃に冷却、
・950℃に加熱、など。
Claims (26)
- 長手軸(C)に沿って延びる、高温鉄−クロム−アルミニウム合金管(1)であって、
鉄−クロム−アルミニウム合金の連続的なストリップ(3)から形成されており、かつらせん状溶接継ぎ目(2)を有する、管(1)。 - 長手軸(C)に沿ってほぼ一定の内径(d)、又は一定の内径(d)を有する、請求項1に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
- 管(1)の内径(d)の0.5〜7.5%の肉厚(t)を有する、請求項1又は2に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
- 管(1)の内径(d)の0.5〜4.5%の肉厚(t)を有する、請求項3に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
- らせん状溶接継ぎ目(2)が、管(1)の長手軸(C)に対して1〜89°のらせん角(α)で延びる、請求項1から4のいずれか1項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
- らせん状溶接継ぎ目(2)が、管(1)の長手軸(C)に対して40〜70°のらせん角(α)で延びる、請求項5に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
- 高温鉄−クロム−アルミニウム合金が、
5〜25重量%のCr、
2.5〜8重量%のAl、
0〜5重量%のMo、
を含み、残部はFe、及び通常存在する不純物、並びに任意選択的に、意図的に添加されたその他の合金元素である、請求項1から6のいずれか1項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。 - 高温鉄−クロム−アルミニウム合金が、
9〜25重量%のCr、
2.5〜8重量%のAl、
0〜5重量%のMo、
を含み、残部はFe、及び通常存在する不純物、並びに任意選択的に、意図的に添加されたその他の合金元素である、請求項1から7のいずれか1項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。 - 高温鉄−クロム−アルミニウム合金中のCr含有量が、11〜17重量%である、請求項1から8のいずれか1項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
- 鉄−クロム−アルミニウム合金中のCr含有量が、5〜15重量%である、請求項1から8のいずれか1項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
- 鉄−クロム−アルミニウム合金中のCr含有量が、20.5〜25重量%である、請求項1から8のいずれか1項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
- 高温鉄−クロム−アルミニウム合金中のAl含有量が、3超〜7重量%である、請求項1から11のいずれか1項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
- 高温鉄−クロム−アルミニウム合金中のAl含有量が、4〜6重量%である、請求項12に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
- 高温鉄−クロム−アルミニウム合金中のAl含有量が、5〜7重量%である、請求項12に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
- 高温鉄−クロム−アルミニウム合金中のMo含有量が、1〜4重量%である、請求項1から14のいずれか1項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
- 高温鉄−クロム−アルミニウム合金中のSi含有量が、0.1〜3重量%、例えば0.5〜3重量%、例えば0.10〜0.70重量%である、請求項1から10、12及び13のいずれか一項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管。
- 高温鉄−クロム−アルミニウム合金が、以下のものから選択される一又は複数の元素:
0.05〜0.60重量%のY、
0.01〜0.40重量%のZr、
0.05〜0.50重量%のHf、
0.05〜0.50重量%のTa、
0〜0.10重量%のTi、
0.01〜0.05重量%のC、
0.01〜0.06重量%のN、
0.02〜0.10重量%のO、
0.05〜0.50重量%のMn、
0〜0.08重量%のP、
0〜0.005重量%のS
を含む、請求項1から16のいずれか1項に記載の鉄−クロム−アルミニウム合金管。 - 鉄−クロム−アルミニウム合金が、以下のものから選択される一又は複数の元素:
0.01〜0.1重量%のC、
0.001〜0.1重量%のN、
0.02〜0.10重量%のO、
0〜0.01重量%のB、
0〜0.5重量%のMn、
0〜2.2重量%のY、
0〜0.2重量%のSc+Ce+La、
0〜1.7重量%のTi、
0〜0.4重量%のZr、
0〜0.4重量%のNb、
0〜0.1重量%のV、
0〜0.3重量%のHf+Ta+Th
を含む、請求項1から11のいずれか1項に記載の鉄−クロム−アルミニウム合金管。 - 長手軸(C)に沿って延びる一定の、又はほぼ一定の内径を有する高温鉄−クロム−アルミニウム合金管(1)の製造方法であって、以下の工程:
・高温鉄−クロム−アルミニウム合金の連続的なストリップ(3)を、管成形部(4)へと供給する工程、
・ストリップ(3)の長端部(6,7)が相互に当接するように、管成形部(4)にてストリップ(3)をらせん状に巻き、管の長手軸(C)に対して平行な方向に前方へ動く回転管(1)を形成する工程、
・高温FeCrAl合金管(1)が形成されたら直ちに、当接している長端部(6,7)を溶接法で互いに連続的に接合することによって、らせん状溶接継ぎ目(2)を有する溶接された高温FeCrAl合金管(1)が得られる工程、
を含む、作製方法。 - 溶接法が、融接法、又は固体状接合法から選択される、請求項19に記載の方法。
- 溶接法が、タングステン不活性ガス溶接法、金属不活性ガス溶接法、レーザー溶接法、及びアークプラズマ溶接法のうちのいずれかから選択される、請求項19に記載の方法。
- 溶接法の間に不活性ガスであるシールドガスを使用する、請求項19から21のいずれか1項に記載の方法。
- シールドガスが、アルゴン、ヘリウム、又はこれらの混合物から成る、請求項22に記載の方法。
- 高温FeCrAl合金管(1)の形成前に、ストリップ(3)を予熱する工程をさらに含む、請求項19から23のいずれか1項に記載の方法。
- 溶接法に引き続き、高温FeCrAl合金管(1)をアニール処理する工程をさらに含む、請求項19から24のいずれか1項に記載の方法。
- 加熱ワイヤの形態での加熱要素を有する電気式加熱装置における放熱管としての、マッフル管、熱電対保護管、レトルト管、炉管などとしての、請求項1から25のいずれか1項に記載の高温鉄−クロム−アルミニウム合金管の使用であって、前記管は特に、このような用途における垂直設置に適しているが、水平設置でも使用できる、使用。
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