JP6177317B2 - 良好な加工性、クリープ強度及び耐食性を有するニッケル−クロム合金 - Google Patents
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Description
− 良好な相安定性、
− 良好な加工性及び
− Alloy 601若しくはAlloy 690と類似した、空気中で良好な耐食性
を有するニッケル−クロム合金を考案することである。
− 良好な耐熱性/クリープ強度
を有していることが望ましい。
Cr+Al>30 (2a)
かつFp≦39.9 (3a)、式中、
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+1.26*Nb+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4a)であり、ここで、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Nb、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である、ニッケル−クロム合金によって解決される。
− 30〜37%
− 31〜37%
− 31〜36%
− 32〜35%
− 32〜36%
− 32%超え37%以下。
− 0.001〜1.4%
− 0.001〜1.3%
− 0.001%以上1.0%未満
− 0.001〜0.60%
− 0.01〜0.60%
− 0.10〜0.60%
− 0.20〜0.60%。
− 0.1〜4.0%
− 0.1〜3.0%
− 0.1%以上2.5%未満
− 0.1〜2.0%
− 0.1〜1.0%。
− 0.001〜0.20%
− 0.001%以上0.10%未満
− 0.001%以上0.05%未満
− 0.01%以上0.20%未満。
− 0.005〜0.50%
− 0.005〜0.20%
− 0.005〜0.10%
− 0.005%以上0.05%未満
− 0.01%以上0.20%未満。
− 0.001%以上1.00%未満
− 0.001〜0.60%
− 0.001〜0.50%
− 0.01〜0.50%
− 0.10〜0.50%
− 0.10〜0.40%。
− 0.001〜1.0%
− 0.001%以上0.70%未満
− 0.001%以上0.50%未満
− 0.001〜0.30%
− 0.01〜0.30%
− 0.10〜1.10%
− 0.20〜0.80%
− 0.20〜0.50%
− 0.25〜0.45%。
− 0.0002〜0.03%
− 0.0002〜0.02%
− 0.0005〜0.02%。
− 0.001〜0.02%。
− 0.01〜0.12%
− 0.02〜0.12%
− 0.03〜0.12%
− 0.05〜0.12%
− 0.05〜0.10%
− 0.003〜0.04%。
− 0.001〜0.020%。
− 最大0.010%。
− Mo:最大1.0%
− W:最大1.0%
− Mo:最大0.50%未満
− W:最大0.50%未満
− Mo:最大0.05%未満
− W:最大0.05%未満。
Cr+Al>30 2a)、ここで、Cr及びAlは、その元素の質量%での濃度である。
Cr+Al≧31 (2b)
により調節することができる。
Fp≦39.9 (3a)、式中、
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+1.26*Nb+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4a)であり、ここで、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Nb、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である。
Fp≦38.4 (3b)
Fp≦36.6 (3c)
により調節することができる。
− 0.01〜0.15%
− 0.01〜0.10%
− 0.01〜0.08%
− 0.01〜0.05%
− 0.01%以上0.045%未満。
− 0.001〜0.15%
− 0.001〜0.10%
− 0.001〜0.08%
− 0.001〜0.05%
− 0.01%〜0.05%。
− 0.001〜0.15%
− 0.001〜0.10%
− 0.001〜0.08%
− 0.001〜0.05%
− 0.01%〜0.05%。
− 0.001〜0.15%
− 0.001〜0.10%
− 0.001〜0.08%
− 0.001〜0.05%
− 0.01%〜0.05%。
− 0.01〜0.15%
− 0.01%以上0.10%未満
− 0.01〜0.07%
− 0.01〜0.05%。
− ハフニウム:0.001〜0.20%
で代用することもできる。
− 0.0001〜0.008%。
− 0.0005〜0.008%
− 0.0005〜0.004%。
− 0.01〜5.0%
− 0.01〜2.0%
− 0.1〜2.0%
− 0.01〜0.5%。
最大0.05%未満
最大0.015%未満。
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+1.26*Nb+0.477*Cu+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4b)であり、ここで、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Nb、Cu、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である。
Pb:最大0.002%
Zn:最大0.002%
Sn:最大0.002%。
Fa≦60 (5a)、式中、
Fa=Cr+6.15*Nb+20.4*Ti+201*C (6a)であり、ここで、Cr、Ti、Nb及びCは、その元素の質量%での濃度である。
Fa≦54 (5b)
により調節することができる。
Fk≧40 (7a)、式中、
Fk=Cr+19*Ti+34.3*Nb+10.2*Al+12.5*Si+98*C (8a)であり、ここで、Cr、Ti、Nb、Al、Si及びCは、その元素の質量%での濃度である。
Fk≧45 (7b)
Fk≧49 (7c)
により調節することができる。
Fk=Cr+19*Ti+34.3*Nb+10.2*Al+12.5*Si+98*C+2245*B (8b)であり、ここで、Cr、Ti、Nb、Al、Si、C及びBは、その元素の質量%での濃度である。
平衡で生じる相の様々な合金変種を、Thermotech社のソフトウェアJMatProを用いて計算した。計算のためのデータベースとして、Thermotech社のニッケル基合金のデータバンクTTNI7を使用した。
A=(LU−LO)/LO100%=ΔL/LO100%
式中、LU=破断後の測定長である。
例えば、A5については、測定長LO=5・dOであり、式中、dO=丸棒試験片の開始直径である。
8.33・10-41/s(5%/分)であった。
本発明による合金は、際立った耐メタルダスティング性に加えて、同時に以下の特性:
・ 良好な相安定性
・ 良好な加工性及び
・ Alloy 601若しくはAlloy 690と類似した、空気中で良好な耐食性
を有する。
− 良好な耐熱性/クリープ強度
が望ましい。
Ti及び/又はNbが添加されたニッケル−クロム−アルミニウム−鉄系では、合金含有量に応じて、脆弱である様々なTCP相、例えばラーベス相、シグマ相又はμ相並びに脆弱なη相又はε相も形成することがある(例えばRalf Buergel,Handbuch der Hochtemperaturwerkstofftechnik,3.Auflage,Vieweg Verlag,Wiesbaden,2006,第370頁〜第374頁を参照されたい)。温度に依存した、例えばN06690のバッチ111389(第2表の典型的な組成を参照されたい)の平衡相割合の算出により、720℃より下で(Ts BCC)α−クロム(図2中のBCC相)の高い量割合における形成が計算により示される。しかし、この相は、分析上ベース材料とは非常に異なっているという点で生じにくい。ただし、この相の形成温度(Ts BCC)が非常に高い場合、これは、例えばE.Slevolden,J.Z.Albertsen.U.Fink,“Tjeldbergodden Methanol Plant;Metal Dusting Investigations,Corrosion/2011,paper no.11144(Houston,TX:NACE 2011),第15頁”に、Alloy 693(UNS 06693)の変種について記載されているように十二分に生じる可能性がある。この相は脆弱であり、そして材料の不所望な脆弱化につながる。
Fp≦39.9 (3a)、式中、
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+1.26*Nb+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4a)であり、ここで、Cr、Al、Fe、Si、Ti、Nb、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である。先行技術に従った合金を付記した第2表は、Alloy 8、Alloy 3及びAlloy 2のFpが39.9を上回り、かつAlloy 10のFpがちょうど39.9であることを示す。Ts BCCが939℃未満の他のすべての合金については、Fp≦39.9である。
例示的に、ここでは加工性を成形性として取り扱う。
Fa≦60 (5a)、式中、
Fa=Cr+6.15*Nb+20.4*Ti+201*C (6b)であり、ここで、Cr、Nb、Ti及びCは、その元素の質量%での濃度である。
クロム含有量は、本発明による合金の場合、29%以上、有利には30%以上若しくは31%以上に設けられている。このように高いクロム含有量の場合であっても相安定性を保証するために、アルミニウム含有量は、1.8%以下で、有利には1.4%以下で、どちらかと言えば下方の範囲で選択されている。しかし、アルミニウム含有量は(混晶硬化によってやγ’硬化によっても)実質的に引張強度若しくはクリープ強度に寄与するため、耐熱性若しくはクリープ強度を適えるものとして耐熱性及びクリープ強度のはるかに高い値が当然の事ながら望ましいにも関わらず、Alloy 602 CAの含有量ではなく、Alloy 601の含有量を選び取ることになる。
600℃:耐力Rp0.2>140MPA;引張強度Rm>450MPA (7a,7b)
800℃:耐力Rp0.2>130MPA;引張強度Rm>135MPA (7c,7d)
Fk≧40 (7a)、式中、
Fk=Cr+19*Ti+34.3*Nb+10.2*Al+12.5*Si+98*C+2245*B (8b)であり、ここで、Cr、Ti、Nb、Al、Si、C及びBは、その元素の質量%での濃度である。
良好な酸化クロム形成剤の耐酸化性は十分である。それゆえ本発明による合金は、Alloy 690若しくはAlloy 601と類似した、空気中で良好な耐食性を有することになる。
製造:
第3a表及び第3b表は、実験室規模で溶融したバッチを、比較のために用いた大規模工業的に溶融したAlloy 602 CA(N06025)、Alloy 690(N06690)、Alloy 601(N06601)の先行技術に従ったいくつかのバッチと一緒に分析したことを示す。先行技術に従ったバッチにはTの印しを付け、本発明によるバッチにはEの印しを付ける。実験室規模を特徴とするバッチにはLの印しを付け、大規模工業的に溶融したバッチにはGの印しを付ける。
− 耐メタルダスティング性
− 相安定性
− 室温での引張試験に基づく成形性
− 高温引張試験による耐熱性/耐クリープ性
− 酸化試験による耐食性。
Cr+Al>30 (2a)、ここで、Cr及びAlは、その元素の質量%での濃度である。
この場合に限って、酸化物形成元素の含有量はAlloy 690より良好な耐メタルダスティング性を保証するために十分高い。
Fp≦39.9 (3a)、式中、
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+1.26*Nb+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4a)であり、ここで、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Nb、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である。Fpの極限値及び更に別の元素を含ませることができることは、先行する本文中で詳細に説明した。
Fa≦60 (5a)、式中、
Fa=Cr+6.15*Nb+20.4*Ti+201*C (6a)であり、ここで、Cr、Nb、Ti及びCは、その元素の質量%での濃度である。Faの極限値及び更に別の元素を含ませることができることは、先行する本文中で詳細に説明した。
Fk≧40 (7a)、式中、
Fk=Cr+19*Ti+34.3*Nb+10.2*Al+12.5*Si+98*C (8a)であり、ここで、Cr、Ti、Nb、Al、Si及びCは、その元素の質量%での濃度である。Faの極限値及び更に別の元素を含ませることができることは、先行する本文中で詳細に説明した。
Claims (24)
- (質量%で)クロム:29〜35%、アルミニウム:0.001〜1.8%、鉄:0.10〜7.0%、ケイ素:0.001〜0.50%、マンガン:0.005〜2.0%、チタン:0.00〜1.00%及び/又はニオブ:0.00〜1.10%、マグネシウム及び/又はカルシウム:それぞれ0.0002〜0.05%、炭素:0.005〜0.12%、窒素:0.001〜0.050%、リン:0.001〜0.030%、酸素:0.0001〜0.020%、硫黄:最大0.010%、モリブデン:最大2.0%、タングステン:最大2.0%、残部のニッケル及び不可避的な不純物を有し、ここで、以下の関係が満たされていなければならない:
Cr+Al>30 (2a)
かつFp≦39.9 (3a)、式中、
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+1.26*Nb+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4a)であり、ここで、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Nb、C、W及びMoは、その元素の質量%での濃度である、耐メタルダスティング性を有するニッケル−クロム合金。 - 30〜35%のクロム含有量を有する、請求項1記載の合金。
- 32%超え35%以下のクロム含有量を有する、請求項1又は2記載の合金。
- 0.001〜1.4%のアルミニウム含有量を有する、請求項1から3までのいずれか1項記載の合金。
- 0.1〜4.0%の鉄含有量を有する、請求項1から4までのいずれか1項記載の合金。
- 0.001〜0.2%のケイ素含有量を有する、請求項1から5までのいずれか1項記載の合金。
- 0.005〜0.50%のマンガン含有量を有する、請求項1から6までのいずれか1項記載の合金。
- 0.001〜0.60%のチタン含有量を有する、請求項1から7までのいずれか1項記載の合金。
- 0.00〜1.0%のニオブの含有量を有する、請求項1から8までのいずれか1項記載の合金。
- 0.01〜0.12%の炭素含有量を有する、請求項1から9までのいずれか1項記載の合金。
- 選択的にイットリウムを0.01〜0.20%の含有量で含有する、請求項1から10までのいずれか1項記載の合金。
- 選択的にランタンを0.001〜0.20%の含有量で含有する、請求項1から11までのいずれか1項記載の合金。
- 選択的にセリウムを0.001〜0.20%の含有量で含有する、請求項1から12までのいずれか1項記載の合金。
- 0.001〜0.20%のセリウムミッシュメタルの含有量を有する、請求項1から12までのいずれか1項記載の合金。
- さらに選択的に0.00〜5.0%のコバルトを含有する、請求項1から14までのいずれか1項記載の合金。
- さらに必要な場合には最大0.5%の銅を含有し、ここで、前記式4aにCuの項が補われ、
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+1.26*Nb+0.477*Cu+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4b)であり、
かつCr、Fe、Al、Si、Ti、Nb、Cu、W及びMoは、その元素の質量%での濃度である、請求項1から15までのいずれか1項記載の合金。 - さらに選択的に最大0.5%のバナジウムを含有する、請求項1から16までのいずれか1項記載の合金。
- 前記不純物が、Pb:最大0.002%、Zn:最大0.002%、Sn:最大0.002%の含有量で調節されている、請求項1から17までのいずれか1項記載の合金。
- 以下の式:
Fa≦60 (5a)、式中、
Fa=Cr+6.15*Nb+20.4*Ti+201*C (6a)であり、ここで、Cr、Ti、Nb及びCは、その元素の質量%での濃度である、
を満たしており、そのためとりわけ良好な加工性が得られる、請求項1から18までのいずれか1項記載の合金。 - 帯材、板材、線材、棒材、長シーム溶接管及びシームレス管としての、請求項1から19までのいずれか1項記載の合金の使用。
- シームレス管を製造するための、請求項1から19までのいずれか1項記載の合金の使用。
- 強浸炭性雰囲気中での、請求項1から19までのいずれか1項記載の合金の使用。
- 石油化学工業における構成部材としての、請求項1から19までのいずれか1項記載の合金の使用。
- 築炉における、請求項1から19までのいずれか1項記載の合金の使用。
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