JP2002524658A - 改良された高温耐食合金 - Google Patents
改良された高温耐食合金Info
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- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
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- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
４２〜５８重量％のニッケル、２１〜２８重量％のクロム、１２〜１８重量％のコバルト、４〜９．５重量％のモリブデン、２〜３．５重量％のアルミニウム、０．０５〜２重量％のチタン、０．００５〜０．１重量％のイットリウムおよび０．０１〜０．６重量％のジルコニウムからなる群から選択される少なくとも１種の非調質物質、０．０１〜０．１５重量％の炭素、０〜０．０１重量％のホウ素、約０〜４重量％の鉄、０〜１重量％のマンガン、０〜１重量％のシリコン、０〜１重量％のハフニウム、０〜０．４重量％のニオブ、０〜０．１重量％の窒素、副次的不純物、ならびに脱酸剤からなるニッケルベース合金。
Description
【０００１】発明の分野 本発明は高温腐食環境に対する耐性を有するニッケルベース合金の分野に関す
るものである。
るものである。
【０００２】発明の背景 耐熱ニッケルベース合金は、熱交換器、レキュペレータ、燃焼器および他のガ
スタービン部品、マッフルおよび炉内部、レトルトおよび他の化学プロセス装置
、移送配管、ボイラー管類、配管および水冷壁のエプロン、ならびに廃棄物焼却
機材などの多くの用途に用いられている。これらの用途に用いられる合金は、新
規な設備設計や操作において不可欠な要素となる長寿命要件を満たす優れた耐食
性を有していなければならない。実質的に全ての主要工業装置は、ユニットの１
つの表面または１つの部分が空気に暴露されるのに対し、内面は極めて攻撃的な
浸炭、酸化、硫化、窒化、またはこれらの腐食作用の組み合わせに暴露される可
能性がある。従って、考えられる最も広範な攻撃的な高温環境に対して最大の耐
食性を得ることが、金属工業において長年追い求められてきた目標である。
スタービン部品、マッフルおよび炉内部、レトルトおよび他の化学プロセス装置
、移送配管、ボイラー管類、配管および水冷壁のエプロン、ならびに廃棄物焼却
機材などの多くの用途に用いられている。これらの用途に用いられる合金は、新
規な設備設計や操作において不可欠な要素となる長寿命要件を満たす優れた耐食
性を有していなければならない。実質的に全ての主要工業装置は、ユニットの１
つの表面または１つの部分が空気に暴露されるのに対し、内面は極めて攻撃的な
浸炭、酸化、硫化、窒化、またはこれらの腐食作用の組み合わせに暴露される可
能性がある。従って、考えられる最も広範な攻撃的な高温環境に対して最大の耐
食性を得ることが、金属工業において長年追い求められてきた目標である。
【０００３】 これらの合金は、伝統的に、γ′［Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ）］、γ″［Ｎｉ３（
Ｎｂ，Ａｌ，Ｔｉ）］、炭化物析出および固溶体強化の組み合わせによる析出硬
化に依存して合金に強度を与えている。γ′相およびγ″相は、オーステナイト
の無いマトリックスに実質的に凝着した安定な金属間化合物として析出する。こ
の析出物組み合わせにより合金の高温機械的性質が著しく強化される。
Ｎｂ，Ａｌ，Ｔｉ）］、炭化物析出および固溶体強化の組み合わせによる析出硬
化に依存して合金に強度を与えている。γ′相およびγ″相は、オーステナイト
の無いマトリックスに実質的に凝着した安定な金属間化合物として析出する。こ
の析出物組み合わせにより合金の高温機械的性質が著しく強化される。
【０００４】 浸炭、酸化、および硫化環境に対する耐性を有する合金を提供することが本発
明の目的である。
明の目的である。
【０００５】 本発明の他の目的は、厳しい高温用途に対して十分な相安定性および機械的結
着性を有する合金を提供することである。
着性を有する合金を提供することである。
【０００６】発明の要旨 ４２〜５８重量％のニッケル、２１〜２８重量％のクロム、１２〜１８重量％
のコバルト、４〜９．５重量％のモリブデン、２〜３．５重量％のアルミニウム
、０．０５〜２重量％のチタン、耐浸炭性を得るための０．００５〜０．１重量
％のイットリウムおよび耐硫化性を得るための０．０１〜０．６重量％のジルコ
ニウムからなる群から選択される少なくとも１種の非調質物質(microalloying a
gent)、０．０１〜１重量％の炭素、０〜０．０１重量％のホウ素、０〜４重量
％の鉄、０〜１重量％のマンガン、０〜１重量％のシリコン、０〜１重量％のハ
フニウム、０〜０．４重量％のニオブ、０〜０．１重量％の窒素、副次的不純物
、ならびに脱酸剤からなるニッケルベース合金。
のコバルト、４〜９．５重量％のモリブデン、２〜３．５重量％のアルミニウム
、０．０５〜２重量％のチタン、耐浸炭性を得るための０．００５〜０．１重量
％のイットリウムおよび耐硫化性を得るための０．０１〜０．６重量％のジルコ
ニウムからなる群から選択される少なくとも１種の非調質物質(microalloying a
gent)、０．０１〜１重量％の炭素、０〜０．０１重量％のホウ素、０〜４重量
％の鉄、０〜１重量％のマンガン、０〜１重量％のシリコン、０〜１重量％のハ
フニウム、０〜０．４重量％のニオブ、０〜０．１重量％の窒素、副次的不純物
、ならびに脱酸剤からなるニッケルベース合金。
【０００７】好ましい実施態様の説明 耐熱高強度合金は、一つには、広範な攻撃的環境において極めて高レベルの耐
食性を達成するための非調質元素(microalloying element)の独特な組み合わせ
を特徴とする。４２〜５８重量％のニッケルをベースにすると、合金にオーステ
ナイト化マトリックスが与えられる（本明細書では、全ての合金組成を重量％で
表す）。１２〜１８重量％のコバルトを添加すると、合金の耐食性が強化され、
マトリックスに対して固溶体強化性が与えられる。このマトリックスは、耐食性
を実質的に低下させることなく、４重量％までの鉄、１重量％までのマンガンお
よび１重量％までのシリコンを許容するに十分な耐食性を有している。合金に、
鉄、マンガンおよびシリコンを添加すると、ニッケルベース合金のリサイクリン
グが促進される。さらに、マンガンは、微量の硫黄と組み合わせると、合金に良
い影響を与えるであろう。また、合金は、酸素、硫黄、リンなどの副次的不純物
や、カルシウム、マグネシウムおよびセリウムなどの脱酸剤を含んでいてよい。
食性を達成するための非調質元素(microalloying element)の独特な組み合わせ
を特徴とする。４２〜５８重量％のニッケルをベースにすると、合金にオーステ
ナイト化マトリックスが与えられる（本明細書では、全ての合金組成を重量％で
表す）。１２〜１８重量％のコバルトを添加すると、合金の耐食性が強化され、
マトリックスに対して固溶体強化性が与えられる。このマトリックスは、耐食性
を実質的に低下させることなく、４重量％までの鉄、１重量％までのマンガンお
よび１重量％までのシリコンを許容するに十分な耐食性を有している。合金に、
鉄、マンガンおよびシリコンを添加すると、ニッケルベース合金のリサイクリン
グが促進される。さらに、マンガンは、微量の硫黄と組み合わせると、合金に良
い影響を与えるであろう。また、合金は、酸素、硫黄、リンなどの副次的不純物
や、カルシウム、マグネシウムおよびセリウムなどの脱酸剤を含んでいてよい。
【０００８】 ２１〜２８重量％のクロムを添加すると合金に耐酸化性が付与される。クロム
レベルが２１重量％未満であれば耐酸化性を得るには不十分であり、２８重量％
を超えるレベルだと有害なクロム含有析出物が生成する可能性がある。４〜１０
重量％のモリブデンを添加すると、耐応力腐食割れ性が得られ、かつマトリック
スに対してある程度の固溶体強化性が与えられる。２〜３．５重量％の範囲の量
のアルミニウムは、耐酸化性に寄与すると共に、γ′相として析出して中温下に
マトリックスを強化することができる。優れた耐酸化性を得るためには、マトリ
ックスが少なくとも２．７５重量％のアルミニウムを含んでいるのが最も有利で
ある。
レベルが２１重量％未満であれば耐酸化性を得るには不十分であり、２８重量％
を超えるレベルだと有害なクロム含有析出物が生成する可能性がある。４〜１０
重量％のモリブデンを添加すると、耐応力腐食割れ性が得られ、かつマトリック
スに対してある程度の固溶体強化性が与えられる。２〜３．５重量％の範囲の量
のアルミニウムは、耐酸化性に寄与すると共に、γ′相として析出して中温下に
マトリックスを強化することができる。優れた耐酸化性を得るためには、マトリ
ックスが少なくとも２．７５重量％のアルミニウムを含んでいるのが最も有利で
ある。
【０００９】 耐硫化性を得るためには、合金に最低限０．０１重量％のジルコニウムを添加
して、合金の保護スケール層を介した硫黄の内側移行を防ぐためにスケールを安
定化させることが不可欠である。０．６重量％を超えるジルコニウムを添加する
と、合金の二次加工適性に有害な影響をおよぼす。少なくとも０．００５重量％
のイットリウムの添加は、合金の耐酸化性および耐窒化性の強化に有利であり、
かつ耐浸炭性を得るために不可欠である。イットリウムレベルが０．１重量％を
超えると、合金のコストが増大し、熱間加工性が低下する。合金中に最適レベル
のクロム、アルミニウムならびに臨界非調質レベルのイットリウムおよびジルコ
ニウムが存在するときのみ、あらゆる範囲の浸炭、酸化、窒化および硫化環境に
おいても顕著な耐食性が達成される。しかし、耐浸炭性および耐酸化腐食性のみ
が要求される場合、ジルコニウムの非調質は組成から省いてよい。耐硫化性およ
び耐酸化腐食性のみが要求される場合、イットリウムは組成から省いてよい。最
大の総耐食性は、少なくとも２．７５重量％のアルミニウム、０．０１重量％の
ジルコニウム、０．０１重量％のイットリウムを含む組み合わせによって達成さ
れる。
して、合金の保護スケール層を介した硫黄の内側移行を防ぐためにスケールを安
定化させることが不可欠である。０．６重量％を超えるジルコニウムを添加する
と、合金の二次加工適性に有害な影響をおよぼす。少なくとも０．００５重量％
のイットリウムの添加は、合金の耐酸化性および耐窒化性の強化に有利であり、
かつ耐浸炭性を得るために不可欠である。イットリウムレベルが０．１重量％を
超えると、合金のコストが増大し、熱間加工性が低下する。合金中に最適レベル
のクロム、アルミニウムならびに臨界非調質レベルのイットリウムおよびジルコ
ニウムが存在するときのみ、あらゆる範囲の浸炭、酸化、窒化および硫化環境に
おいても顕著な耐食性が達成される。しかし、耐浸炭性および耐酸化腐食性のみ
が要求される場合、ジルコニウムの非調質は組成から省いてよい。耐硫化性およ
び耐酸化腐食性のみが要求される場合、イットリウムは組成から省いてよい。最
大の総耐食性は、少なくとも２．７５重量％のアルミニウム、０．０１重量％の
ジルコニウム、０．０１重量％のイットリウムを含む組み合わせによって達成さ
れる。
【００１０】 任意要素である０〜１重量％のハフニウムおよび０〜０．１重量％の窒素は、
酸化物スケールを安定化して耐酸化性に寄与する。少なくとも０．０１重量％の
量のハフニウムおよび少なくとも０．０１重量％の量の窒素は、それぞれ耐酸化
性を強化する働きをする。過剰なハフニウムまたは窒素レベルは合金の機械的性
質を劣化させる。
酸化物スケールを安定化して耐酸化性に寄与する。少なくとも０．０１重量％の
量のハフニウムおよび少なくとも０．０１重量％の量の窒素は、それぞれ耐酸化
性を強化する働きをする。過剰なハフニウムまたは窒素レベルは合金の機械的性
質を劣化させる。
【００１１】 ０．０５〜２重量％のチタンの添加は、アルミニウムの添加と同様な作用をし
、γ′相として析出して合金の高温機械的性質に寄与する。γ′相が合金の８〜
２０重量％を構成するのが最も有利である。ニオブを０．４重量％未満に維持す
ると、準安定γ″の析出量が制限されることにより合金の安定性が強化される。
γ″相が合金の２重量％未満を構成するのが最も有利である。少なくとも０．０
１重量％の炭素を添加するとマトリックスが強化される。しかし、０．１５重量
％を超える炭素レベルは有害な炭化物を析出させることがある。場合によって、
少なくとも０．０００１重量％のホウ素を添加すると合金の熱間加工性が強化さ
れる。０．０１重量％を超えるホウ素を添加すると粒界に過剰な析出物が形成さ
れる。
、γ′相として析出して合金の高温機械的性質に寄与する。γ′相が合金の８〜
２０重量％を構成するのが最も有利である。ニオブを０．４重量％未満に維持す
ると、準安定γ″の析出量が制限されることにより合金の安定性が強化される。
γ″相が合金の２重量％未満を構成するのが最も有利である。少なくとも０．０
１重量％の炭素を添加するとマトリックスが強化される。しかし、０．１５重量
％を超える炭素レベルは有害な炭化物を析出させることがある。場合によって、
少なくとも０．０００１重量％のホウ素を添加すると合金の熱間加工性が強化さ
れる。０．０１重量％を超えるホウ素を添加すると粒界に過剰な析出物が形成さ
れる。
【００１２】 コバルト、モリブデンおよびクロム、ならびにチタンおよびジルコニウムの非
調質を組み合わせると、多様な環境に対する予期しない耐食性が得られる。全組
成範囲は「約」以下の範囲と定義される。
調質を組み合わせると、多様な環境に対する予期しない耐食性が得られる。全組
成範囲は「約」以下の範囲と定義される。
【００１３】
【表１】 表２の合金１〜９は本発明のヒートを表し、合金Ａ〜Ｄは比較ヒートを表す。
【００１４】
【表２】
【００１５】機械的性質 本発明の合金から形成された部品は、機械的結着性を得るのに必要な強さと、
高温腐食用途に対する構造的結着性を得るのに必要な安定性とを有する。合金１
３は本発明の合金の強度特性をよく表している。組成物を真空溶融し、２５ｋｇ
のヒートとして注型した。ヒートの一部は、１２０４℃で均熱し、７．６ｍｍ×
１２７ｍｍ×長さのスラブに熱間加工し、１１７７℃で２０分中間焼きなましを
行い、空冷してから、０．１５８ｍｍ×１２７ｍｍ×長さに冷間圧延した。ヒー
トの第２の部分は、１２０４℃の炉プレヒートから直径２２２ｍｍの板材に熱板
圧延し、１１７７℃で２０分間最終焼きなましを行い、空冷した。表３は、９８
２℃までの選択された温度に対する合金１３の引張特性を示している。９８２℃
／４１．４ＭＰａの選別試験条件に対する応力ラプチャー強さのデータを表４に
示す。室温引張強さおよびシャルピー衝撃強さにおよぼす７６０℃／１００時間
の熟成の影響を表５に示す。
高温腐食用途に対する構造的結着性を得るのに必要な安定性とを有する。合金１
３は本発明の合金の強度特性をよく表している。組成物を真空溶融し、２５ｋｇ
のヒートとして注型した。ヒートの一部は、１２０４℃で均熱し、７．６ｍｍ×
１２７ｍｍ×長さのスラブに熱間加工し、１１７７℃で２０分中間焼きなましを
行い、空冷してから、０．１５８ｍｍ×１２７ｍｍ×長さに冷間圧延した。ヒー
トの第２の部分は、１２０４℃の炉プレヒートから直径２２２ｍｍの板材に熱板
圧延し、１１７７℃で２０分間最終焼きなましを行い、空冷した。表３は、９８
２℃までの選択された温度に対する合金１３の引張特性を示している。９８２℃
／４１．４ＭＰａの選別試験条件に対する応力ラプチャー強さのデータを表４に
示す。室温引張強さおよびシャルピー衝撃強さにおよぼす７６０℃／１００時間
の熟成の影響を表５に示す。
【００１６】
【表３】
【００１７】
【表４】
【００１８】
【表５】
【００１９】耐酸化性 耐熱合金は、優れた耐酸化性を有していなければならないと推測される。レト
ルト、マッフル、配管および反応器はいずれも、内部には高温反応性プロセス流
を含むのに対し外部は空気に暴露され、その結果、酸化されることがあまりに多
い。多くのプロセス流も実際には酸化性であり、ガスタービン内部や、ボイラー
、発電部品を損傷する。本発明の組成範囲の耐酸化性を表６および表７の酸化デ
ータにより示す。大気＋５重量％の水蒸気を用いた電熱式水平管型炉中、直径０
．７６ｍｍ×長さ１９．１ｍｍのピンを用いて試験を行った。試験片を室温に少
なくとも週に一度循環させて計量した。質量変化（ｍｇ／ｃｍ２）のデータは、
１１００℃で５，０００時間までの期間に対するものを表６に、また、１２００
℃で５，７８４時間までの期間に対するものを表７に示す。アルミニウムがこの
組成範囲における耐酸化性に大いに寄与していることは明らかである。１１００
℃下の合金ＡおよびＢと本発明の組成物とを比較されたい。合金７および８では
、アルミニウム含量が増すにつれ、１２００℃での耐酸化性が累進的に増大し、
非調質物質により耐酸化性がさらに高められることに留意されたい。合金２の１
９０ｐｐｍのイットリウム、４２０ｐｐｍのジルコニウムおよび４２０ｐｐｍの
ハフニウムの添加、合金５の３２０ｐｐｍのイットリウム、２１００ｐｐｍのジ
ルコニウムおよび３２０ｐｐｍの窒素の添加、および合金１３の２７０ｐｐｍの
イットリウムの添加による正の質量変化（蒸発または破砕によるクロムの明らか
な損失がない）により示されるように、１１００℃でのスケール結着性が強化さ
れている。表７に示されているように、この強化は１２００℃で維持される。
ルト、マッフル、配管および反応器はいずれも、内部には高温反応性プロセス流
を含むのに対し外部は空気に暴露され、その結果、酸化されることがあまりに多
い。多くのプロセス流も実際には酸化性であり、ガスタービン内部や、ボイラー
、発電部品を損傷する。本発明の組成範囲の耐酸化性を表６および表７の酸化デ
ータにより示す。大気＋５重量％の水蒸気を用いた電熱式水平管型炉中、直径０
．７６ｍｍ×長さ１９．１ｍｍのピンを用いて試験を行った。試験片を室温に少
なくとも週に一度循環させて計量した。質量変化（ｍｇ／ｃｍ２）のデータは、
１１００℃で５，０００時間までの期間に対するものを表６に、また、１２００
℃で５，７８４時間までの期間に対するものを表７に示す。アルミニウムがこの
組成範囲における耐酸化性に大いに寄与していることは明らかである。１１００
℃下の合金ＡおよびＢと本発明の組成物とを比較されたい。合金７および８では
、アルミニウム含量が増すにつれ、１２００℃での耐酸化性が累進的に増大し、
非調質物質により耐酸化性がさらに高められることに留意されたい。合金２の１
９０ｐｐｍのイットリウム、４２０ｐｐｍのジルコニウムおよび４２０ｐｐｍの
ハフニウムの添加、合金５の３２０ｐｐｍのイットリウム、２１００ｐｐｍのジ
ルコニウムおよび３２０ｐｐｍの窒素の添加、および合金１３の２７０ｐｐｍの
イットリウムの添加による正の質量変化（蒸発または破砕によるクロムの明らか
な損失がない）により示されるように、１１００℃でのスケール結着性が強化さ
れている。表７に示されているように、この強化は１２００℃で維持される。
【００２０】
【表６】
【００２１】
【表７】
【００２２】耐浸炭性 耐浸炭性は、熱処理炉や燒結炉のマッフルおよび内部機材、選択された化学反
応器およびそれらのプロセス流内包装置ならびに発電部品などの特定の高温装置
にとって最も重要な特性である。これらのガス体は、純粋に炭素性（還元性）の
ものから（ガスタービンエンジン中に見られるような）高酸化性のものまで多様
であり得る。耐食耐熱合金が還元性浸炭条件下にも酸化性浸炭条件下にも等しく
良好に機能するのが理想的である。本発明の組成範囲の合金は、両極の酸素電圧
下にも優れた耐浸炭性を有する。これらの試験は電熱式ムライト管型炉中で行い
、ガス体は、容器に詰めたガスから生成され、キャップをした炉管を介して電子
計量した。ガス体は、試験片と反応させる前に、改質触媒（Girdler G56またはG
90）上に流して平衡にした。炉を通る ガス体の流量は約１５０ｃｃ／分であっ
た。
応器およびそれらのプロセス流内包装置ならびに発電部品などの特定の高温装置
にとって最も重要な特性である。これらのガス体は、純粋に炭素性（還元性）の
ものから（ガスタービンエンジン中に見られるような）高酸化性のものまで多様
であり得る。耐食耐熱合金が還元性浸炭条件下にも酸化性浸炭条件下にも等しく
良好に機能するのが理想的である。本発明の組成範囲の合金は、両極の酸素電圧
下にも優れた耐浸炭性を有する。これらの試験は電熱式ムライト管型炉中で行い
、ガス体は、容器に詰めたガスから生成され、キャップをした炉管を介して電子
計量した。ガス体は、試験片と反応させる前に、改質触媒（Girdler G56またはG
90）上に流して平衡にした。炉を通る ガス体の流量は約１５０ｃｃ／分であっ
た。
【００２３】
【表８】
【００２４】耐硫化性 耐硫化性は、特定の化学プロセス流、ガスタービンの燃焼流および排気流、石
炭燃焼環境および廃棄物焼却環境に暴露される機材部品には不可欠であり得る。
硫黄がスケールに侵入すると硫化ニッケルが生成する可能性がある。この低融点
化合物がニッケル含有合金の破解を速める原因となる可能性がある。表９のデー
タで示されているように、約０．０１５％（１５０ｐｐｍ）という最少量のジル
コニウムを含む合金が、思いがけず、極めて耐硫化性であることが判明した。合
金Ａは、Ｈ２−４５％ＣＯ２−１％Ｈ２中３１６℃で約３０時間後に急速な液相
分解を受ける。残りの合金は、ジルコニウム含量が上昇するにつれて漸進的な改
善を示したが、ジルコニウム含量が約０．０１５％（１５０ｐｐｍ）を超えると
劇的に耐硫化性を示した。試験した組成物を調べて見ると、イットリウムは耐硫
化性の強化にわずかながら肯定的役割を果たすが、劇的な耐硫化性を提供するこ
とはできないことが示唆される。０．０１５重量％（１５０ｐｐｍ）を超えるジ
ルコニウムを含む合金を上記環境下でほぼ１．５年間（１２，２８８時間）試験
したが、機能不全は起こらなかった。
炭燃焼環境および廃棄物焼却環境に暴露される機材部品には不可欠であり得る。
硫黄がスケールに侵入すると硫化ニッケルが生成する可能性がある。この低融点
化合物がニッケル含有合金の破解を速める原因となる可能性がある。表９のデー
タで示されているように、約０．０１５％（１５０ｐｐｍ）という最少量のジル
コニウムを含む合金が、思いがけず、極めて耐硫化性であることが判明した。合
金Ａは、Ｈ２−４５％ＣＯ２−１％Ｈ２中３１６℃で約３０時間後に急速な液相
分解を受ける。残りの合金は、ジルコニウム含量が上昇するにつれて漸進的な改
善を示したが、ジルコニウム含量が約０．０１５％（１５０ｐｐｍ）を超えると
劇的に耐硫化性を示した。試験した組成物を調べて見ると、イットリウムは耐硫
化性の強化にわずかながら肯定的役割を果たすが、劇的な耐硫化性を提供するこ
とはできないことが示唆される。０．０１５重量％（１５０ｐｐｍ）を超えるジ
ルコニウムを含む合金を上記環境下でほぼ１．５年間（１２，２８８時間）試験
したが、機能不全は起こらなかった。
【００２５】
【表９】
【００２６】耐窒化性 純粋アンモニア中１１００℃で測定すると、ジルコニウム含有合金も顕著な耐
窒化性を有している。１０５６時間までのデータを表１０に示す。これらのデー
タは、（アルミニウム含量が低い）合金Ｂ、３重量％のアルミニウムを含むがジ
ルコニウムまたはイットリウムを含まない（合金Ｃなどの）合金、およびイット
リウムのみを含む（合金１３などの）合金の耐窒化性は良好ではあるが顕著では
ないことを示している。少なくとも２．７５重量％のアルミニウムと、それぞれ
０．０１重量％（１００ｐｐｍ）を超えるジルコニウムおよびイットリウムとを
含む合金３および８は、顕著な耐窒化性を有する。
窒化性を有している。１０５６時間までのデータを表１０に示す。これらのデー
タは、（アルミニウム含量が低い）合金Ｂ、３重量％のアルミニウムを含むがジ
ルコニウムまたはイットリウムを含まない（合金Ｃなどの）合金、およびイット
リウムのみを含む（合金１３などの）合金の耐窒化性は良好ではあるが顕著では
ないことを示している。少なくとも２．７５重量％のアルミニウムと、それぞれ
０．０１重量％（１００ｐｐｍ）を超えるジルコニウムおよびイットリウムとを
含む合金３および８は、顕著な耐窒化性を有する。
【００２７】
【表１０】
【００２８】 この合金範囲は、広範な攻撃的高温環境に対して最大の耐食性を有する。この
合金の特性は、熱交換器、レキュペレータ、燃焼器および他のガスタービン部品
、マッフルおよび炉内部、レトルトおよび他の化学プロセス装置、移送配管、ボ
イラー管類、配管および水冷壁のエプロン、ならびに廃棄物焼却機材などの多様
な高温腐食用途に適している。さらに、γ′、炭化物析出および固溶体硬化を組
み合わせると、これらの高温腐食用途に不可欠な強さを有する安定した構造が得
られる。
合金の特性は、熱交換器、レキュペレータ、燃焼器および他のガスタービン部品
、マッフルおよび炉内部、レトルトおよび他の化学プロセス装置、移送配管、ボ
イラー管類、配管および水冷壁のエプロン、ならびに廃棄物焼却機材などの多様
な高温腐食用途に適している。さらに、γ′、炭化物析出および固溶体硬化を組
み合わせると、これらの高温腐食用途に不可欠な強さを有する安定した構造が得
られる。
【００２９】 本明細書は、法令の条項に従い、本発明の特定の実施態様を示しかつ説明して
いる。当業者には、特許請求の範囲に包含される本発明の形態で変更を行うこと
が可能であり、場合によって、本発明の特定の特徴は、他の特徴を付随使用しな
いという条件で有利に使用し得ることが理解されよう。
いる。当業者には、特許請求の範囲に包含される本発明の形態で変更を行うこと
が可能であり、場合によって、本発明の特定の特徴は、他の特徴を付随使用しな
いという条件で有利に使用し得ることが理解されよう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カーティス、スティーブン、タッセン アメリカ合衆国ウェストバージニア州、ハ ンティントン、ロバート、ドライブ、6532
Claims (19)
- 【請求項１】 約４２〜５８重量％のニッケル、約２１〜２８重量％のクロム、約１２〜１８
重量％のコバルト、約４〜９．５重量％のモリブデン、約２〜３．５重量％のア
ルミニウム、約０．０５〜２重量％のチタン、約０．００５〜０．１重量％のイ
ットリウムおよび約０．０１〜０．６重量％のジルコニウムからなる群から選択
される少なくとも１種の非調質物質、約０．０１〜０．１５重量％の炭素、約０
〜０．０１重量％のホウ素、約０〜４重量％の鉄、約０〜１重量％のマンガン、
約０〜１重量％のシリコン、約０〜１重量％のハフニウム、約０〜０．４重量％
のニオブ、約０〜０．１重量％の窒素、副次的不純物、ならびに脱酸剤からなる
ニッケルベース合金。 - 【請求項２】 約８〜２０重量％のγ′相を含んでなる、請求の範囲第１項に記載のニッケル
ベース合金。 - 【請求項３】 約２重量％未満のγ″相を含んでなる、請求の範囲第１項に記載のニッケルベ
ース合金。 - 【請求項４】 約４３〜５７重量％のニッケルと、約２１．５〜２７重量％のクロム、約１２
．５〜１７．５重量％のコバルト、および約４．５〜９重量％のモリブデンを含
んでなる、請求の範囲第１項に記載の合金。 - 【請求項５】 約２．２５〜３．５重量％のアルミニウムおよび約０．０６〜１．６重量％の
チタンとを含んでなる、請求の範囲第１項に記載の合金。 - 【請求項６】 約０．０１〜０．５重量％のジルコニウム、約０．０１〜０．１４重量％の炭
素、および約０．０００１〜０．０１重量％のホウ素を含んでなる、請求の範囲
第１項に記載の合金。 - 【請求項７】 約４３〜５７重量％のニッケル、約２１．５〜２７重量％のクロム、約１２．
５〜１７．５重量％のコバルト、約４．５〜９重量％のモリブデン、約２．２５
〜３．５重量％のアルミニウム、約０．０６〜１．６重量％のチタン、約０．０
１〜０．０８重量％のイットリウムおよび約０．０１〜０．５重量％のジルコニ
ウムからなる群から選択される少なくとも１種の非調質物質、約０．０１〜０．
１４重量％の炭素、約０．０００１〜０．０１重量％のホウ素、約０〜３重量％
の鉄、約０〜０．８重量％のマンガン、約０．０１〜１重量％のシリコン、約０
．０１〜０．８重量％のハフニウム、約０．００００１〜０．０８重量％の窒素
、副次的不純物、ならびに脱酸剤からなるニッケルベース合金。 - 【請求項８】 約８〜２０重量％のγ′相を含んでなる、請求の範囲第７項に記載のニッケル
ベース合金。 - 【請求項９】 約２重量％未満のγ″を含んでなる、請求の範囲第７項に記載のニッケルベー
ス合金。 - 【請求項１０】 約４４〜５６重量％のニッケル、約２２〜２７重量％のクロム、約１３〜１７
重量％のコバルト、および約５〜８．５重量％のモリブデンを含んでなる、請求
の範囲第７項に記載の合金。 - 【請求項１１】 約２．５〜３．５重量％のアルミニウム、および約０．０８〜１．２重量％の
チタンを含んでなる、請求の範囲第７項に記載の合金。 - 【請求項１２】 約０．０２〜０．５重量％のジルコニウム、約０．０１〜０．１２重量％の炭
素、および０．０１〜０．００９重量％のホウ素を含んでなる、請求の範囲第７
項に記載の合金。 - 【請求項１３】 約４４〜５０重量％のニッケル、約２２〜２７重量％のクロム、約１３〜１７
重量％のコバルト、約５〜８．５重量％のモリブデン、約２．５〜３．５重量％
のアルミニウム、約０．０８〜１．２重量％のチタン、約０．０１〜０．０７重
量％のイットリウム、約０．０２〜０．５重量％のジルコニウム、約０．０１〜
０．１２重量％の炭素、約０．００１〜０．００９重量％のホウ素、約０．１〜
２．５重量％の鉄、約０〜０．６重量％のマンガン、約０．０２〜０．５重量％
のシリコン、約０〜０．７重量％のハフニウム、約０．０００１〜０．０５重量
％の窒素、副次的不純物、および脱酸剤からなるニッケルベース合金。 - 【請求項１４】 約８〜２０重量％のγ′相を含んでなる、請求の範囲第１３項に記載のニッケ
ルベース合金。 - 【請求項１５】 約２重量％未満のγ″相を含んでなる、請求範囲第１３項に記載のニッケルベ
ース合金。 - 【請求項１６】 約４５〜５５重量％のニッケル、約２２〜２６重量％のクロム、約１４〜１６
重量％のコバルト、および５〜８重量％のモリブデンを含んでなる、請求の範囲
第１３項に記載の合金。 - 【請求項１７】 約２．７５〜３．５重量％のアルミニウム、および約０．１〜１重量％のチタ
ンを含んでなる、請求の範囲第１３項に記載の合金。 - 【請求項１８】 約０．０１〜０．０６重量％のイットリウム、約０．０２〜０．４重量％のジ
ルコニウム、約０．０２〜０．１重量％の炭素、および約０．００３〜０．００
８重量％のホウ素を含んでなる、請求の範囲第１３項に記載の合金。 - 【請求項１９】 約２．７５〜３．５重量％のアルミニウム、約０．００３〜０．００８重量％
のホウ素、約０．０２〜０．１重量％の炭素、約１４〜１６重量％のコバルト、
約２２〜２６重量％のクロム、約０．５〜２重量％の鉄、約０〜０．５重量％の
ハフニウム、約５〜８重量％のモリブデン、約０．０１〜０．０５重量％の窒素
、約０〜０．２重量％のニオブ、約４５〜５５重量％のニッケル、約０．０５〜
０．４重量％のシリコン、約０．１〜１重量％のチタン、約０．０１〜０．０６
重量％のイットリウム、および約０．０２〜０．４重量％のジルコニウムを含ん
でなる、請求の範囲第１３項に記載のニッケルベース合金。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014513200A (ja) * | 2011-02-23 | 2014-05-29 | オウトクンプ ファオデーエム ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 良好な加工性を有するニッケル−クロム−鉄−アルミニウム合金 |
Families Citing this family (12)
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|---|---|---|---|---|
| EP1266679B1 (en) * | 2001-06-14 | 2009-08-05 | Rohm And Haas Company | Improved sulfur-bearing residue treatment system |
| DE10392186T5 (de) * | 2002-01-08 | 2005-01-05 | Mitsubishi Materials Corp. | Auf Nickel-basierende Legierung mit herausragender Korrosionsbeständigkeit gegen superkritische Wasser-Umgebungen, die anorganische Säuren enthalten |
| US20070104974A1 (en) * | 2005-06-01 | 2007-05-10 | University Of Chicago | Nickel based alloys to prevent metal dusting degradation |
| DE102006053917B4 (de) * | 2005-11-16 | 2019-08-14 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Für Verbrennungsmotoren benutzte Zündkerze |
| US7922969B2 (en) * | 2007-06-28 | 2011-04-12 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Corrosion-resistant nickel-base alloy |
| JP2009084684A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-23 | Toshiba Corp | 蒸気タービンのタービンロータ用のＮｉ基合金および蒸気タービンのタービンロータ |
| US10041153B2 (en) * | 2008-04-10 | 2018-08-07 | Huntington Alloys Corporation | Ultra supercritical boiler header alloy and method of preparation |
| JP2010150586A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Toshiba Corp | 高温強度特性、鍛造性および溶接性に優れた、蒸気タービンの鍛造部品用のＮｉ基合金、蒸気タービンの動翼、蒸気タービンの静翼、蒸気タービン用螺合部材、および蒸気タービン用配管 |
| JP5127749B2 (ja) * | 2009-03-18 | 2013-01-23 | 株式会社東芝 | 蒸気タービンのタービンロータ用Ｎｉ基合金およびそれを用いた蒸気タービンのタービンロータ |
| DE102014001330B4 (de) * | 2014-02-04 | 2016-05-12 | VDM Metals GmbH | Aushärtende Nickel-Chrom-Kobalt-Titan-Aluminium-Legierung mit guter Verschleißbeständigkeit, Kriechfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit |
| DE102014001329B4 (de) | 2014-02-04 | 2016-04-28 | VDM Metals GmbH | Verwendung einer aushärtenden Nickel-Chrom-Titan-Aluminium-Legierung mit guter Verschleißbeständigkeit, Kriechfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit |
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Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2712498A (en) | 1948-06-01 | 1955-07-05 | Rolls Royce | Nickel chromium alloys having high creep strength at high temperatures |
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| GB1070099A (en) | 1965-06-25 | 1967-05-24 | Int Nickel Ltd | Welding high-temperature alloys |
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| GB1298943A (en) | 1969-03-07 | 1972-12-06 | Int Nickel Ltd | Nickel-chromium-cobalt alloys |
| GB1298942A (en) | 1969-03-07 | 1972-12-06 | Int Nickel Ltd | Nickel-chromium-cobalt alloys |
| US4039330A (en) | 1971-04-07 | 1977-08-02 | The International Nickel Company, Inc. | Nickel-chromium-cobalt alloys |
| BE787254A (fr) | 1971-08-06 | 1973-02-05 | Wiggin & Co Ltd Henry | Alliages de nickel-chrome |
| US4764225A (en) * | 1979-05-29 | 1988-08-16 | Howmet Corporation | Alloys for high temperature applications |
| JPS57143462A (en) | 1981-03-02 | 1982-09-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Heat resistant ni alloy |
| WO1983000883A1 (en) | 1981-09-04 | 1983-03-17 | Yabuki, Ritsue | Heat- and abrasion-resistant tough nickel-based alloy |
| US4981644A (en) | 1983-07-29 | 1991-01-01 | General Electric Company | Nickel-base superalloy systems |
| JPS61147838A (ja) | 1984-12-20 | 1986-07-05 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 高温強度の良好な高耐食オ−ステナイト鋼 |
| US5556594A (en) | 1986-05-30 | 1996-09-17 | Crs Holdings, Inc. | Corrosion resistant age hardenable nickel-base alloy |
| US4750954A (en) | 1986-09-12 | 1988-06-14 | Inco Alloys International, Inc. | High temperature nickel base alloy with improved stability |
| US4810467A (en) | 1987-08-06 | 1989-03-07 | General Electric Company | Nickel-base alloy |
| US5536022A (en) * | 1990-08-24 | 1996-07-16 | United Technologies Corporation | Plasma sprayed abradable seals for gas turbine engines |
| JP2841970B2 (ja) | 1991-10-24 | 1998-12-24 | 株式会社日立製作所 | ガスタービン及びガスタービン用ノズル |
| US5372662A (en) | 1992-01-16 | 1994-12-13 | Inco Alloys International, Inc. | Nickel-base alloy with superior stress rupture strength and grain size control |
| US5939204A (en) * | 1995-08-16 | 1999-08-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Article for transporting a hot, oxidizing gas |
| JP3912815B2 (ja) | 1996-02-16 | 2007-05-09 | 株式会社荏原製作所 | 耐高温硫化腐食性Ｎｉ基合金 |
| US6258317B1 (en) * | 1998-06-19 | 2001-07-10 | Inco Alloys International, Inc. | Advanced ultra-supercritical boiler tubing alloy |
-
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014513200A (ja) * | 2011-02-23 | 2014-05-29 | オウトクンプ ファオデーエム ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 良好な加工性を有するニッケル−クロム−鉄−アルミニウム合金 |
| US9476110B2 (en) | 2011-02-23 | 2016-10-25 | Vdm Metals International Gmbh | Nickel—chromium—iron—aluminum alloy having good processability |
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