JP2003535976A - Coating system for high temperature stainless steel - Google Patents

Coating system for high temperature stainless steel

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Abstract

(57)【要約】 たとえば、炭化水素の熱分解によりエチレンを製造したり酸化物鉱石を還元したりするような高温腐食性環境で、炭素鋼およびステンレス鋼、特に高温用ステンレス鋼をコーキングおよび腐食から保護するための方法であって、鋼材をMCrAlXまたはMCrAlXTでコーティングする方法であるが、ここで、Mはニッケル、コバルト、鉄またはそれらの混合物、Xはイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウムまたはそれらの組合せ、そしてTはケイ素、タンタル、チタン、白金、パラジウム、レニウム、モリブデン、タングステン、ニオブ、またはそれらの組合せである。好ましくは、このコーティングおよび基材を約1000〜1200℃で、上塗りのコーティングが基材に冶金学的に結合し、多相微細構造を形成させるのに効果のある、少なくとも約10分、好ましくは約20分から24時間かけて熱処理する。好ましくは、このコーティングの上にアルミニウムの層を析出させることによってコーティングをアルミニウム化させ、こうして得られたコーティングを約1000℃の温度で、アルミナ表面層を形成するのに有効な時間をかけて酸化させる。上塗りコーティングを析出させる前に、間にはさむアルミニウム含有中間層を基材の上に直接析出させることもでき、コーティングと共に熱処理して、ステンレス鋼基材とコーティングの間に保護作用のある中間層を形成させ、それによって基材とコーティングの界面で生成する窒化物を分散させる。また、このコーティングは、微粉砕したMCrAlXT粉体をプラズマ移行式アーク法で基材の上に析出させ、冶金学的に基材に結合させることもでき、それによって、別途に熱処理をする必要がなくなる。別の方法として、所望のMCrAlXT合金を製造するための成分の粉体ブレンド物を基材に塗布してもよい。 (57) [Summary] For example, caulking and corrosion of carbon steel and stainless steel, especially high-temperature stainless steel, in a high-temperature corrosive environment such as the production of ethylene or the reduction of oxide ore by pyrolysis of hydrocarbons. A method for protecting steel from being coated with MCrAlX or MCrAlXT, where M is nickel, cobalt, iron or a mixture thereof, X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or Their combination, and T is silicon, tantalum, titanium, platinum, palladium, rhenium, molybdenum, tungsten, niobium, or a combination thereof. Preferably, the coating and the substrate are heated at about 1000-1200 ° C. for at least about 10 minutes, preferably at least about 10 minutes, where the overcoating is metallurgically bonded to the substrate and effective to form a multiphase microstructure. Heat treat for about 20 minutes to 24 hours. Preferably, the coating is aluminized by depositing a layer of aluminum over the coating, and the resulting coating is oxidized at a temperature of about 1000 ° C. for a period of time effective to form an alumina surface layer. Let it. Prior to depositing the topcoat, an intervening aluminum-containing intermediate layer can also be deposited directly on the substrate and heat treated with the coating to provide a protective intermediate layer between the stainless steel substrate and the coating. To form, thereby dispersing the nitride formed at the interface between the substrate and the coating. This coating can also be used to deposit finely ground MCrAlXT powder on a substrate by a plasma transfer arc method and bond it metallurgically to the substrate, thereby requiring a separate heat treatment. Disappears. Alternatively, a powder blend of components for producing the desired MCrAlXT alloy may be applied to the substrate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 (発明の背景) (i)(発明の分野) 本発明は、炭素鋼およびステンレス鋼に保護作用のある表面を形成させるため
のコーティングシステムに関し、さらに詳しくは、高温用ステンレス鋼チューブ
およびフィッティングの内側壁面に合金コーティングを施し、耐腐食性・耐浸食
性を有する表面を形成させることに関し、それにより、たとえばオレフィンの製
造のような炭化水素の加工処理や、鉱石の直接還元において、触媒的なコーキン
グを防止するものである。炭素鋼に用いる保護システムは公知である。たとえば
、石油およびガスの掘削において、保護システムを用いることによって、一般的
に使用される炭素鋼に比較して、浸食性や腐食性が向上する。
BACKGROUND OF THE INVENTION (i) Field of the Invention This invention relates to coating systems for forming protective surfaces on carbon steel and stainless steel, and more particularly, high temperature stainless steel tubes and The application of an alloy coating to the inner wall of the fitting to form a corrosion and erosion resistant surface, which is useful in the processing of hydrocarbons such as in the production of olefins and in the direct reduction of ores. It prevents the normal caulking. The protection systems used for carbon steel are known. For example, in oil and gas drilling, the use of protection systems improves erosion and corrosivity compared to commonly used carbon steel.

【0002】 (ii)(背景技術) ステンレス鋼は、鉄、ニッケルおよびクロムを主成分とする合金に属し、特定
の構造や物性を得るために、添加物として炭素、タングステン、ニオブ、チタン
、モリブデン、マンガンおよびケイ素が含まれていてもよい。主なタイプとして
は、マルテンサイト系、フェライト系、二相系およびオーステナイト系が知られ
ている。オーステナイト系ステンレス鋼は通常、高強度および高耐腐食性のいず
れもが要求されるような場合に使用される。そのような鋼材の一つとして、高温
用合金(HTA)と総称されているタイプがあり、これらは、一般に650℃以
上、最高は鉄系金属の限界値の約1150℃までの高温で操業される工業プロセ
スにおいて使用されている。主として用いられるオーステナイト合金は、鉄、ニ
ッケルおよびクロムの組成からなり、18〜42重量%の範囲のクロム、18〜
48重量%の範囲のニッケル、バランス量(合計を100%とするのに必要な量
)の鉄、それに他の合金添加物が含まれる。典型的には、高クロムステンレス鋼
ではクロムを約31〜38重量%、低クロムステンレス鋼では、クロムを約20
〜25重量%含む。
(Ii) (Background Art) Stainless steel belongs to an alloy containing iron, nickel and chromium as main components, and carbon, tungsten, niobium, titanium and molybdenum are added as additives in order to obtain specific structures and physical properties. , Manganese and silicon may be included. As main types, martensite type, ferrite type, two-phase type and austenite type are known. Austenitic stainless steel is usually used when both high strength and high corrosion resistance are required. As one of such steel materials, there is a type generally called high temperature alloy (HTA), and these are generally operated at a high temperature of 650 ° C or higher and the maximum value of about 1150 ° C which is the limit value of iron-based metals. Used in industrial processes. Mainly used austenitic alloys consist of compositions of iron, nickel and chromium, chromium in the range of 18-42% by weight, 18-42% by weight.
It contains nickel in the range of 48% by weight, a balance amount (the amount necessary to bring the total to 100%), and other alloy additives. Typically, high chromium stainless steels will contain about 31-38% by weight chromium, and low chromium stainless steels will contain about 20% chromium.
-25% by weight.

【0003】 HTAのバルク組成は、耐クリープ性や強度のような物理的性質、および耐腐
食性のような表面の化学的性質を目標に設計されている。腐食には、運転環境に
応じて各種のタイプ、たとえば、浸炭、酸化、硫化などがある。バルクの合金を
保護する目的で、表面をクロム酸化物(クロミア)リッチにすることが多い。そ
のような使用を目的とする合金の組成では、物理的性質(バルク)と化学的性質
(表面)の最適化が図られる。表面の合金による表面の化学的性質と、バルク組
成による物理的性質を付与することができれば、各種の過酷な使用条件となる工
業的な環境のための材料が大いに改善されることが期待できる。
The bulk composition of HTA is designed for physical properties such as creep resistance and strength, and surface chemistry such as corrosion resistance. Corrosion can be of various types depending on the operating environment, such as carburization, oxidation, sulfidation, etc. The surface is often rich in chromium oxides (chromia) for the purpose of protecting bulk alloys. The composition of the alloy intended for such use is optimized for physical (bulk) and chemical (surface) properties. If the surface chemistry due to the alloy of the surface and the physical property due to the bulk composition can be imparted, it is expected that the material for the industrial environment under various severe use conditions will be greatly improved.

【0004】 表面の合金化は、各種のコーティング方法を用いて、組成物の表面に適切な割
合で原料を適切に組合せて付着させることによって可能となる。これらの原料を
、制御しながらバルクのマトリックスと合金化させることが必要であり、それに
よって計画通りに、所望の利点を備えた微細構造を得ることができる。そのため
には、全ての成分間における相互拡散と相全体としての発達を制御する必要があ
る。表面合金を一旦形成させてから、反応性ガスを使用した熱処理によって、所
望通りに活性化あるいは再活性化をすることができる。表面の合金化および表面
の活性化のいずれにおいても、700℃以上の温度で成分原子がかなり移動する
必要があるが、HTA製品は高温で使用するよう設計されているために、この操
作に最も適したものといえる。この操作はもっと低い温度で使用するよう設計さ
れた金属にも応用できるが、その場合、表面の合金化をしてから加熱後処理をし
て活性化させ、物理的性質を取り戻す必要がある。
Surface alloying is possible by using various coating methods and depositing the materials in appropriate proportions in appropriate proportions on the surface of the composition. It is necessary to alloy these raw materials in a controlled manner with the bulk matrix, so that, as planned, a microstructure with the desired advantages can be obtained. To do so, it is necessary to control the interdiffusion between all components and the development of the phase as a whole. Once the surface alloy is formed, it can be activated or reactivated as desired by heat treatment using a reactive gas. Both surface alloying and surface activation require significant migration of the constituent atoms at temperatures above 700 ° C, but HTA products are designed for use at high temperatures, which makes them the most suitable for this operation. It can be said that it is suitable. This operation can also be applied to metals designed for use at lower temperatures, in which case the surface must be alloyed and then heat treated to activate it to regain its physical properties.

【0005】 表面合金あるいはコーティングシステムは、市販の基本的な合金用化学組成物
を原料として特定の使用目的にあうようにコーティングシステムを組立て、エン
ドユーザーの要求に完全に沿うように設計することが可能である。そのようなシ
ステム設計で調整できる性質としては、熱時での優れた耐ガス腐食性(浸炭、酸
化、硫化);触媒活性の調整;それに熱時の耐浸食性などがあげられる。
Surface alloys or coating systems may be designed to meet the needs of the end user by assembling the coating system from a commercially available basic alloy chemical composition as a raw material to meet a particular intended use. It is possible. Properties that can be adjusted by such system design include excellent gas corrosion resistance (carburization, oxidation, and sulphurization) during heating; adjustment of catalyst activity; and corrosion resistance during heating.

【0006】 高温時に合金を保護するために主として使用されるのは、2種類の金属酸化物
で、すなわちクロミアとアルミナ、およびそれらの混合物である。高温で使用す
るためのステンレス鋼の組成は、良好な機械的性質と、良好な耐酸化性および耐
腐食性のバランスがとれるよう、設計する。良好な耐酸化性が必要な場合にはア
ルミナスケールができるような合金組成物が好ましく、それに対して、高温で腐
食性の条件に耐える目的ではクロミアスケールを形成できるような組成物が好適
である。残念ながら、バルクの合金に大量のアルミニウムやクロムを添加するの
は良好な物理的性質を維持することとは相容れないので、通常は、バルク合金の
上にアルミニウムおよび/またはクロムを含むコーティングを付着させて、所望
の表面酸化物を作らせる。
Two types of metal oxides are primarily used to protect alloys at high temperatures: chromia and alumina, and mixtures thereof. The composition of stainless steel for use at high temperatures is designed to balance good mechanical properties with good oxidation and corrosion resistance. When good oxidation resistance is required, an alloy composition capable of forming an alumina scale is preferable, whereas a composition capable of forming a chromia scale is suitable for the purpose of withstanding corrosive conditions at high temperatures. . Unfortunately, adding large amounts of aluminum and chromium to bulk alloys is incompatible with maintaining good physical properties, so it is common practice to deposit a coating containing aluminum and / or chromium on top of the bulk alloy. To produce the desired surface oxide.

【0007】 材料面からみて最も苛酷な工業プロセスの一つが、炭化水素を水蒸気分解(「
クラッキング」)してエチレンのようなオレフィンを製造するものである。エタ
ン、プロパン、ブタンまたはナフサのような炭化水素原料を水蒸気と混合し、溶
接したチューブおよびフィッティングからできている炉のコイル中に通す。この
コイルはその外壁面が加熱され、その熱が内壁表面に伝わって、850〜115
0℃の温度で炭化水素原料を熱分解させ、目的の製品混合物が得られる。このプ
ロセスにおける副反応で不都合なのは、コイルの内壁表面にコーク(炭素)が蓄
積することである。コークには主として2種類あって、一つは触媒コーク(また
は繊維状コーク)であって、これはニッケルや鉄が触媒として働いて長い糸状に
成長するものであり、もう一つは不定形コークで、気相で発生して、ガス流から
析出してくる。軽質原料の「クラッキング」では、析出物の80〜90%は触媒
コークであり、それが大きな表面積を占めて不定形コークを寄せ集める。
One of the most severe industrial processes in terms of materials is the steam cracking of hydrocarbons (“
Cracking ") to produce an olefin such as ethylene. A hydrocarbon feedstock such as ethane, propane, butane or naphtha is mixed with steam and passed through a furnace coil made up of welded tubes and fittings. The outer wall surface of this coil is heated, and the heat is transmitted to the inner wall surface, so that 850 to 115
The hydrocarbon feedstock is pyrolyzed at a temperature of 0 ° C. to obtain the desired product mixture. A disadvantage of the side reaction in this process is the accumulation of coke on the inner wall surface of the coil. There are two main types of coke, one is catalytic coke (or fibrous coke), which is nickel and iron that act as a catalyst to grow into long filaments, and the other is amorphous coke. Then, it is generated in the gas phase and comes out from the gas flow. In the light-cracking "cracking", 80-90% of the precipitate is catalytic coke, which occupies a large surface area and collects amorphous coke together.

【0008】 このコークは断熱体として働き、処理量を維持しようとするとチューブの外壁
の温度を徐々に上げて行かねばならなくなる。コークの蓄積が著しくなって、チ
ューブの表面温度をもうそれ以上に上げることが不可能となると、炉のコイルを
ラインから外してコークを焼き切って除去する(脱コーキング)という事態に達
する。この脱コーキング操作には通常24〜96時間かかり、軽質原料炉で10
〜90日に1度、重質原料の運転ではそれよりはかなり長い期間に1度の割合で
行う必要がある。脱コーキングの間は、商品になるような製品は得られず、経済
的に大きな損失を招く。それに加えて、脱コーキング作業をするとチューブの傷
みが早まり、寿命が短くなる。運転の効率が低下するだけでなく、コークが生成
すると浸炭作用も加速されるが、これはチューブの内壁の一種の腐食や浸食とも
いえる。この浸炭作用は、鋼材中に炭素が拡散していき、脆い炭化物相が形成さ
れることにより起きる。この作用は体積膨張を引き起こし、脆化のために強度が
低下し、割れを開始させる可能性がある。浸炭作用が進むにつれて、クロム系の
スケールを発生させることで抗コーキング性を付与していた合金の性能が低下し
てしまう。通常の運転条件下では、たった2年の使用で鋼チューブ合金の壁厚の
半分にまで浸炭作用が進む。チューブの寿命は通常3〜6年の範囲である。
This coke acts as a heat insulator, and in order to maintain the throughput, the temperature of the outer wall of the tube must be raised gradually. When the accumulation of coke becomes so great that it is impossible to raise the surface temperature of the tube any further, the situation is reached in which the furnace coil is removed from the line and the coke is burned off (decoking). This decoking operation usually takes 24 to 96 hours and requires 10
Every 90 days, the operation of heavy raw materials needs to be performed at a rate of once in a considerably longer period. During decoking, no product that can be used as a product is obtained, which causes a large financial loss. In addition to that, decoking will accelerate the tube damage and shorten its life. Not only does the efficiency of operation decrease, but the formation of coke also accelerates the carburizing action, which is a kind of corrosion or erosion of the inner wall of the tube. This carburizing action occurs when carbon diffuses into the steel material and a brittle carbide phase is formed. This action causes volume expansion, which reduces strength due to embrittlement and can initiate cracking. As the carburizing action progresses, the performance of the alloy having the anti-coking property is deteriorated by generating the chromium-based scale. Under normal operating conditions, carburization proceeds to half the wall thickness of the steel tube alloy after only two years of use. Tube life typically ranges from 3 to 6 years.

【0009】 アルミニウム化鋼、シリカコーティング鋼、および酸化マンガンまたは酸化ク
ロムリッチにした鋼表面は、触媒的なコークの生成を抑制する効果があることは
知られている。アロナイジング(商標)すなわちアルミニウム化は、拡散浸透処
理や、化学蒸着法によって合金の表面にアルミニウムを拡散させるものである。
このコーティングをすることでアルミナスケールを生成させることができ、これ
は、触媒コークの生成を抑制し、酸化やその他のタイプの腐食から保護するのに
効果がある。このコーティングはエチレン炉におけるような高温では不安定で、
脆いために剥落しやすかったり、ベース合金マトリックス中に拡散する傾向を有
している。一般的に言って拡散浸透処理は1種または2種の元素しか析出させら
れず、多くの元素を同時に析出させるのは極めて困難である。実用レベルでは通
常、ほんの2,3の元素、ほとんどはアルミニウムを析出させるにとどまってい
る。2種類の元素、たとえばクロムとケイ素を同時に析出させることについても
少し研究されている。合金基材へアルミニウムを拡散コーティングさせる別のア
プローチ方法が米国特許第5,403,629号(P.アダム(Adam)ら)
によって開示されている。この特許には、たとえばスパッタリングなどによって
、金属成分の表面に金属中間層を気相蒸着させる方法が詳述されている。それに
続けて、アルミニウムの拡散コーティングをその中間層の上に析出させている。
It is known that aluminized steel, silica-coated steel, and manganese oxide- or chromium oxide-rich steel surfaces have the effect of inhibiting catalytic coke formation. Alonizing ™ or aluminization is a method of diffusing aluminum on the surface of an alloy by diffusion infiltration treatment or chemical vapor deposition.
This coating can produce alumina scale, which is effective in inhibiting the formation of catalytic coke and protecting it from oxidation and other types of corrosion. This coating is unstable at high temperatures like in an ethylene furnace,
Since it is brittle, it tends to come off and tends to diffuse into the base alloy matrix. Generally speaking, the diffusion and permeation treatment can deposit only one or two elements, and it is extremely difficult to deposit many elements at the same time. At the practical level, usually only a few elements, most of which are aluminum, are deposited. There has also been some research into the simultaneous precipitation of two elements, such as chromium and silicon. Another approach to diffusion coating aluminum on an alloy substrate is US Pat. No. 5,403,629 (P. Adam et al.).
Is disclosed by. This patent details a method of vapor depositing a metal intermediate layer on the surface of a metal component, such as by sputtering. Following that, a diffusion coating of aluminum is deposited on the intermediate layer.

【0010】 また別の拡散コーティング法も検討された。M.C.ミール(Meelu)お
よびM.H.ロレット(Lorretto)による、『加工と物性(Proce
ssing and Properties)』中の論文「IN738系合金へ
のケイ素−チタン拡散コーティングにおける温度による時間への影響(The
Effect of Time at Temperature on Sil
icon−Titanium Diffusion Coating on I
N738 Base Alloy)」には、Si−Tiコーティングの評価が開
示されているが、これは高温で長時間かけて拡散浸透処理で付着させたものであ
る。
Other diffusion coating methods have also been investigated. M. C. Meelu and M.L. H. “Processing and Physical Properties (Procece)” by Lorretto
Effect of Temperature on Time in Silicon-Titanium Diffusion Coating on IN738-Based Alloys (Thes and Properties) (The
Effect of Time at Temperature on Sil
icon-Titanium Diffusion Coating on I
N738 Base Alloy) "discloses the evaluation of Si-Ti coatings, which were deposited by diffusion permeation treatment at high temperature for extended periods of time.

【0011】 耐酸化性と耐腐食性を改善するために超合金上のMCrAlXコーティングを
アルミニウム化することの利点については、以前から多くの報告がある。たとえ
ば、欧州特許EP第897996号には、化学気相蒸着法を使用してアルミナイ
ドのトップコーティングをする事によって、超合金上のMCrAlYの高温耐酸
化性が改善されることが記載されている。同様に、米国特許第3,874,90
1号には、電子ビーム物理的気相蒸着法を用いて、MCrAlY上にアルミニウ
ム上塗層を析出させることを含む超合金のコーティングシステムが開示されてお
り、MCrAlYの表面近くでのアルミニウム量を増やすと共に上塗層によって
表面における欠陥を覆うことにより、コーティングの熱腐食および耐酸化性を向
上させている。これらのシステムはいずれも、超合金の上にMCrAlYを析出
させることによって、超合金の耐酸化性および/または高温での耐腐食性を改善
することに関している。これらの引用文献は、石油化学工業において使用される
高温用ステンレス鋼の抗コーキング性や耐腐食性の改善に関するものではない。
There have been many previous reports on the benefits of aluminizing MCrAlX coatings on superalloys to improve their oxidation and corrosion resistance. For example, European Patent EP 897996 describes that the high temperature oxidation resistance of MCrAlY on superalloys is improved by top-coating aluminides using chemical vapor deposition. Similarly, US Pat. No. 3,874,90
No. 1 discloses a superalloy coating system that includes depositing an aluminum overcoat layer on MCrAlY using electron beam physical vapor deposition, which reduces the amount of aluminum near the surface of MCrAlY. By increasing and overcoating defects on the surface with the overcoat layer, the thermal corrosion and oxidation resistance of the coating is improved. Both of these systems relate to improving the oxidation resistance and / or high temperature corrosion resistance of superalloys by depositing MCrAlY on the superalloy. These references are not concerned with improving the anti-coking and corrosion resistance of high temperature stainless steels used in the petrochemical industry.

【0012】 効果的なコーティングを見出すのが困難な理由は主として、炭化水素の熱分解
炉のような高温での運転が標準となっているような場合には、塗布をしたコーテ
ィングのほとんどがチューブの合金基材に固着しにくい傾向を有しているところ
にある。さらに、そのようなコーティングでは、必要とされる熱安定性、熱ショ
ック、高温浸食、浸炭、酸化、硫化などのいずれかまたは全てに対する抵抗性に
欠ける。炭化水素の水蒸気分解によるオレフィンの製造や鉄鉱石の直接還元法に
おいて実用可能な商品とするには、長期間の運転のために必要な抗コーキング性
および抗浸炭性を備えるとともに、熱安定性、耐高温浸食性および耐熱ショック
性をも有していなければならない。
The difficulty in finding effective coatings is largely due to the fact that most of the applied coatings are tubes, where operation at high temperatures such as hydrocarbon pyrolysis furnaces is the norm. It has a tendency to be hard to adhere to the alloy base material. Furthermore, such coatings lack the required thermal stability, resistance to heat shock, high temperature erosion, carburization, oxidation, sulphurization, etc., and / or all. In order to make it a practical product in the production of olefins by steam cracking of hydrocarbons and direct reduction of iron ore, it must have the anti-coking and anti-carburizing properties necessary for long-term operation, as well as thermal stability, It must also have high temperature erosion resistance and thermal shock resistance.

【0013】 石油およびガスの掘削、産出およびケーシングチューブストリングや工具には
炭素鋼が用いられるのが普通であるが、炭素鋼は過酷な地底環境では腐食や浸食
を受けやすい。そのためそのような炭素鋼部材には、保護作用のある表面コーテ
ィングをしてやる必要がある。
Carbon steel is commonly used for oil and gas drilling, production and casing tube strings and tools, but carbon steel is susceptible to corrosion and erosion in harsh subterranean environments. Therefore, it is necessary to coat such a carbon steel member with a protective surface coating.

【0014】 たとえば米国特許第4,878,953号および同第5,624,717号に
開示されているような、プラズマ移行式アークサーフェシング法(PTAS、p
lasma transferred arc surfacing)は、電導
性表面に各種の組成と厚みをもつコーティングを施すのに採用される技術である
。この素材を粉体または線条の形で、カソードと加工物との間にアークを形成さ
せるトーチに供給する。アークがプラズマを発生させ、粉体または線条と基材の
表面の双方の温度を上げ、それらを溶融させて液状のパッドルとし、これが固ま
ると溶接コーティングとなる。材料の供給速度、トーチの速度、トーチと基材と
の距離、およびアークに流す電流を変化させることで、このコーティングの厚み
、微細構造、密度あるいはその他の特性を調節することが可能である(P.ハリ
ス(Harris)およびB.L.スミス(Smith)、Metal Con
struction、15(1983)661〜666)。この技術は高温腐食
を防止するために多くの分野で応用されていて、たとえば、ニッケル系の超合金
に対するMCrAlYによる表面処理(G.A.ザルツマン(Saltzman
)、P.サホー(Sahoo)、Proc. IV National The
rmal Spray Conference、1991、p.541〜548
)や、内燃エンジンのシリンダーの排気弁などの部品への高クロムニッケル系の
コーティング(デンマーク国特許第165,125号、米国特許第5,958,
332号)などがある。
Plasma-transfer arc surfacing method (PTAS, p., Such as disclosed in US Pat. Nos. 4,878,953 and 5,624,717).
Lasma transferred red surface surfing is a technique used to apply coatings of various compositions and thicknesses to electrically conductive surfaces. This material, in the form of powder or filaments, is fed to a torch that forms an arc between the cathode and the work piece. The arc produces a plasma that raises the temperature of both the powder or filaments and the surface of the substrate, melting them into a liquid puddle that solidifies into a weld coating. By varying the feed rate of the material, the speed of the torch, the distance between the torch and the substrate, and the current passed through the arc, it is possible to adjust the thickness, microstructure, density or other properties of this coating ( P. Harris and B. L. Smith, Metal Con.
structure, 15 (1983) 661-666). This technique has been applied in many fields to prevent high temperature corrosion, for example, surface treatment of nickel-based superalloys with MCrAlY (G. A. Salzman).
), P.I. Sahoo, Proc. IV National The
rmal Spray Conference, 1991, p. 541-548
) And high chromium nickel based coatings on parts such as exhaust valves of cylinders of internal combustion engines (Denmark 165,125, US Pat. No. 5,958,
332) and so on.

【0015】 空軍材料研究所(Air Force Materials Laborat
ory)のテクニカルレポートAFML−TR−76−91で「MCrAlYコ
ーティングの製造のための組成を調節した反応焼結プロセス(Controll
ed Composition Reaction sintering Pr
ocess for Production of MCrAlY coati
ng)」のタイトルで開示され、空軍材料研究所のテクニカルレポートAFML
−TR−79−4097で「ガスタービン部品のためのNi/Co−Cr−Al
Y(MCrAlY)コーティングのためのプロセスの開発と評価(Develo
pment and Evaluation of Process for
Deposition of Ni/Co−Cr−AlY(MCrAlY) C
oatings for Gas Turbine Components)」
のタイトルで評価されているプロセスは、インターナショナル・ハーベスター・
カンパニー・リサーチ・ラボラトリーのソーラー・ディビジョン(Solar
Division of International Harvester
Company Research Laboratory、カリフォルニア州
、サンジエゴ)で検討されたもので、超合金の上にMCrAlYタイプのコーテ
ィングを施すのに使用されてきた。ガスタービンのブレードを、有機バインダー
を含むスラリーを使用して、微粉砕したMCrY合金でコーティングした。こう
してコーティングされたタービンブレードを次いで、酸化アルミニウム(Al2 3 )、アルミニウム粉体(Al)および塩化アンモニウム(NH4 Cl)から
なる拡散浸透剤中に埋め込んだ。この拡散浸透剤を、調整した雰囲気中で、時間
と温度条件を調節しながら加熱すると、MCrAlYコーティングが生成し、こ
のものは、標準的なPVD法で析出させたコーティングと似たものであった。ガ
スタービンに応用しようとする際に、この方法に付随する大きな問題は、コーテ
ィングの厚みが変動し調節するのが困難なことである。さらに、Alを拡散浸透
アルミ化CVD法でコーティングに加えているが、これは環境に対して好ましい
ことではない。
Air Force Materials Laboratories
Ory) technical report AFML-TR-76-91, entitled "Reaction Sintering Process with Controlled Composition for the Production of MCrAlY Coatings (Control).
ed Composition Reaction Sintering Pr
process for Production of MCrAlY coati
technical report AFML of the Air Force Materials Research Institute.
-TR-79-4097 "Ni / Co-Cr-Al for gas turbine components.
Development and evaluation of a process for Y (MCrAlY) coating (Develo)
moment and Evaluation of Process for
Deposition of Ni / Co-Cr-AlY (MCrAlY) C
“Oatings for Gas Turbine Components)”
The process being evaluated under the title is International Harvester
Company Research Laboratory Solar Division (Solar
Division of International Harvester
Company Research Laboratory, San Diego, Calif.) And has been used to apply MCrAlY type coatings on superalloys. Gas turbine blades were coated with finely ground MCrY alloy using a slurry containing an organic binder. The turbine blade thus coated was then embedded in a diffusion penetrant consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum powder (Al) and ammonium chloride (NH 4 Cl). Heating this diffusion penetrant in a controlled atmosphere with controlled time and temperature conditions produced a MCrAlY coating, which was similar to a standard PVD deposited coating. . A major problem with this approach in gas turbine applications is that the coating thickness varies and is difficult to control. In addition, Al is added to the coating by a diffusion-penetration aluminized CVD method, which is not environmentally friendly.

【0016】 (発明の開示) 以上のようなことから本発明の主たる目的は、炭素鋼およびステンレス鋼に有
益な性質を付与することにあり、これを達成するためには表面を合金化し実質的
に表面性能を改善するが、その方法としてはたとえば、触媒的にコークが形成さ
れるサイトの数を最小に抑える方法でチューブ、パイプ、フィッティングおよび
その他の補助的な炉部材の内側表面上における触媒的なコーク生成を全くなくす
かまたは減少させたり、そのような鋼材の上に析出させた表面の合金コーティン
グ上にできるアルミナスケールの性状を改善させたりする。本発明の合金コーテ
ィングが特に適している用途は、炭化水素の水蒸気分解によるオレフィンの製造
、特にエチレンの製造や、石油化学工業におけるその他の炭化水素系製品の製造
、それに、たとえば酸化鉄鉱石の炭素存在雰囲気中で直接還元することで代表さ
れるような鉱石の直接還元法などにおいて使用される、高温用ステンレス鋼に対
する応用である。
DISCLOSURE OF THE INVENTION From the above, the main object of the present invention is to impart beneficial properties to carbon steel and stainless steel, and in order to achieve this, the surface is alloyed and substantially To improve surface performance, for example, by minimizing the number of catalytically coked sites on the inner surface of tubes, pipes, fittings and other ancillary furnace components. It completely eliminates or reduces typical coke formation, and improves the properties of the alumina scale formed on surface alloy coatings deposited on such steels. Applications for which the alloy coatings of the invention are particularly suitable are the production of olefins by steam cracking of hydrocarbons, in particular of ethylene, and of other hydrocarbon-based products in the petrochemical industry, such as carbon of iron oxide ores. It is an application to high-temperature stainless steel used in a direct reduction method of ores, which is represented by direct reduction in an existing atmosphere.

【0017】 エチレン製造炉に使用される高温用ステンレス鋼チューブにこの材料をコーテ
ィングすると、チューブの抗コーキング性、抗浸炭性および耐高温浸食性におけ
る改善が認められた。
Coating of this material on high temperature stainless steel tubes used in ethylene manufacturing furnaces was observed to improve the tube's resistance to coking, carburization and hot erosion.

【0018】 本発明の別の目的は、稼働時における、チューブ、パイプ、フィッティングお
よびその他の補助的な炉部材に使用されるHTAの抗浸炭性を向上させることで
ある。
Another object of the present invention is to improve the carburization resistance of HTA used in tubes, pipes, fittings and other ancillary furnace components during operation.

【0019】 本発明のさらなる目的は、熱安定性、高温耐浸食性および熱ショック抵抗性を
備えることによって、実運転条件下で、表面を合金化することから得られる性能
改善のメリットをさらに長続きせることである。
A further object of the present invention is to provide thermal stability, high temperature erosion resistance and heat shock resistance to provide further long-lasting performance improvement benefits from alloying surfaces under real operating conditions. It is to let.

【0020】 本発明にしたがえば、高温用ステンレス鋼合金基材に直接、または中間に存在
する中間層の上にMCrAlX合金のコーティングを生成させ、次いで熱処理に
よってコーティングの微細構造を確立し、基材に対してそのコーティングを冶金
学的に結合させることから得られる、表面合金構造には4種類の実施態様が存在
する。エチレン製造炉に使用されるチューブをこの方法で処理すると、チューブ
の抗コーキング性、抗浸炭性および耐高温浸食性における改善が認められた。
In accordance with the present invention, a coating of MCrAlX alloy is formed on a high temperature stainless steel alloy substrate, either directly or on an intermediate layer that is intermediate, and then heat treated to establish the microstructure of the coating. There are four embodiments of surface alloy structure resulting from metallurgically bonding the coating to the material. When tubes used in ethylene furnaces were treated in this way, improvements in tube anti-coking, carburization and hot erosion resistance were noted.

【0021】 本発明の表面合金構造の第1の実施態様には、MCrAlX(ここでMはニッ
ケル、コバルト、鉄またはそれらの混合物であり、Xはイットリウム、ハフニウ
ム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウムまたはそれらの組合せである)コー
ティング材料を高温用ステンレス鋼合金基材上にコーティングし、このMCrA
lXコーティングおよび基材に適切な熱処理を施すことが含まれる。
In a first embodiment of the surface alloy structure of the present invention, MCrAlX (where M is nickel, cobalt, iron or a mixture thereof and X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or a mixture thereof). The coating material (which is a combination) is coated on a high temperature stainless steel alloy substrate and the MCrA
IX coating and subjecting the substrate to a suitable heat treatment.

【0022】 本発明の表面合金構造の第2の実施態様には、アルミニウム、またはケイ素と
合金化したアルミニウム、または、ケイ素ならびにクロムおよびチタンのいずれ
かまたは両方と合金化したアルミニウムの層を、前記のMCrAlXコーティン
グ上に析出させ、アルミニウムまたはアルミニウム合金、MCrAlXコーティ
ングおよび基材の複合物を熱処理して、コーティングの微細構造を確立させるこ
とが含まれる。
A second embodiment of the surface alloy structure of the present invention comprises a layer of aluminum or aluminum alloyed with silicon, or a layer of aluminum alloyed with silicon and either or both chromium and titanium. On the MCrAlX coating and heat treating the composite of aluminum or aluminum alloy, the MCrAlX coating and the substrate to establish the microstructure of the coating.

【0023】 本発明の表面合金構造の第3の実施態様には、MCrAlXコーティングより
下で、高温用ステンレス鋼合金基材上に中間層を析出させておくことが含まれる
。標準的な高温用ステンレス鋼合金には窒素および炭素が存在するので、コーテ
ィングと基材の界面に、脆くて好ましくない窒化物や炭化物の層が形成される可
能性がある。MCrAlXコーティングより下に、安定な窒化物形成剤を含む中
間層を析出させておくと、それが、窒化物の析出を分散させるように作用する。
窒化物層が連続して存在するよりも、この方が好ましい。この中間層には、炭化
物の析出も分散させることも期待できる。この場合も、コーティングと基材の界
面に炭化物層が連続して存在するよりも好ましい。この中間層はまた、MCrA
lXコーティングの基材に対する固着性を向上させ、コーティング析出のために
必要な表面の調整のレベルを高度にする必要はない。MCrAlX合金を中間層
の上に析出させ、アルミニウム層をそのMCrAlXコーティングの上に析出さ
せてから、このコーティングシステムを熱処理してアルミニウムをMCrAlX
コーティング中に拡散させ、これらの層を互いにそしてまた基材に対して冶金学
的に結合させ、所望の冶金学的な微細構造を得る。
A third embodiment of the surface alloy structure of the present invention involves depositing an intermediate layer on the high temperature stainless steel alloy substrate below the MCrAlX coating. The presence of nitrogen and carbon in standard high temperature stainless steel alloys can lead to the formation of brittle and undesirable nitride and carbide layers at the coating-substrate interface. Depositing an intermediate layer containing a stable nitriding agent below the MCrAlX coating acts to disperse the nitride deposition.
This is preferable to the continuous presence of the nitride layer. It can be expected that carbide precipitation and dispersion are also dispersed in this intermediate layer. Again, this is preferred over the continuous presence of a carbide layer at the coating-substrate interface. This intermediate layer is also MCrA
It is not necessary to improve the adherence of the lX coating to the substrate and to have a high level of surface conditioning required for coating deposition. The MCrAlX alloy is deposited on the intermediate layer, the aluminum layer is deposited on the MCrAlX coating, and the coating system is heat treated to add aluminum to the MCrAlX coating.
Diffusing into the coating, these layers are metallurgically bonded to each other and also to the substrate to obtain the desired metallurgical microstructure.

【0024】 本発明の表面合金構造の第4の実施態様には、ブレンドした粉体の組成物を、
基材表面の上で反応焼結プロセスを直接実施することで、所望のMCrAlXT
合金を生成させることが含まれる。
A fourth embodiment of the surface alloy structure of the present invention comprises a blended powder composition,
By performing the reactive sintering process directly on the substrate surface, the desired MCrAlXT
Includes forming an alloy.

【0025】 上記の実施態様のいずれにおいても随意に、予備酸化をさせることで、主とし
てα−アルミナからなる保護作用のある外層を形成させることができる。このα
−アルミナ層は、触媒的なコーク生成を減少または排除させるのに極めて効果的
である。これらの表面用合金は、最高1150℃までの温度の実用高温プロセス
に適合するもので、そのような条件があてはまるのはたとえば、エチレン製造で
代表されるような炭化水素の水蒸気熱分解でオレフィンを製造する場合である。
In any of the above embodiments, a pre-oxidation can optionally be performed to form a protective outer layer consisting primarily of α-alumina. This α
The alumina layer is very effective in reducing or eliminating catalytic coke formation. These surface alloys are compatible with practical high temperature processes up to temperatures of up to 1150 ° C, and such conditions are applicable, for example, by steam pyrolysis of hydrocarbons as typified by ethylene production to produce olefins. This is the case when manufacturing.

【0026】 大局的に言えば、最高1150℃までの炭素鋼および高温用ステンレス鋼基材
に対する保護作用のある不活性なコーティングを提供するための本発明の方法は
、鋼基材上にMCrAlX合金の連続したコーティングを生成させることからな
り、ここで、Mはニッケル、コバルトもしくは鉄またはそれらの混合物であり、
またXはイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウムま
たはそれらの組合せであって、その組成は、0〜40重量%のクロム、約3〜3
0重量%のアルミニウム、および約5.0重量%まで、好ましくは3重量%まで
、より好ましくは約0.25〜1.5重量%のイットリウム、ハフニウム、ジル
コニウム、ランタン、スカンジウムまたはそれらの組合せ、バランス量のMを含
んでいる。MCrAlX合金は各種の方法で析出させることができ、例をあげれ
ば、溶射、プラズマ移行式アーク、物理的蒸着、およびスラリーコーティング法
などがあるが、これらに限定されるものではない。上塗り層および基材を、約1
000〜1200℃の範囲の灼熱処理温度で、少なくとも10分間、より好まし
くは約20分〜24時間かけて熱処理するのが好ましい。
Broadly speaking, the method of the present invention for providing a protective and inert coating on carbon steel and high temperature stainless steel substrates up to 1150 ° C. comprises a MCrAlX alloy on a steel substrate. To produce a continuous coating of M, where M is nickel, cobalt or iron or a mixture thereof,
X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or a combination thereof, the composition of which is 0-40% by weight of chromium and about 3-3.
0 wt% aluminum, and up to about 5.0 wt%, preferably up to 3 wt%, more preferably about 0.25 to 1.5 wt% yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or combinations thereof, It contains a balance amount of M. The MCrAlX alloy can be deposited by various methods including, but not limited to, thermal spraying, plasma transfer arc, physical vapor deposition, and slurry coating methods. About 1 overcoat layer and substrate
It is preferable to perform the heat treatment at an ablation heat treatment temperature in the range of 000 to 1200 ° C. for at least 10 minutes, more preferably for about 20 minutes to 24 hours.

【0027】 コーティングを析出させる時の厚みは、約50〜500μm、好ましくは約1
20〜250μm、最も好ましくは150μmとし、基材上に約200〜100
0℃の範囲、好ましくは約450℃の温度で、たとえばマグネトロンスパッタリ
ング蒸着をさせ、このコーティングと基材とを所望の灼熱処理温度に加熱する。
このMCrAlXがNiCrAlYであって、重量基準で、約12〜22%のク
ロム、約8〜15%のアルミニウム、それに約0.8〜1%のイットリウム、バ
ランス量のニッケルを含んでいるのが好ましい。
The thickness of the deposited coating is about 50 to 500 μm, preferably about 1
20-250 μm, most preferably 150 μm, and about 200-100 on the substrate.
At a temperature in the range of 0 ° C, preferably about 450 ° C, for example magnetron sputtering deposition, the coating and substrate are heated to the desired ablation heat treatment temperature.
Preferably, the MCrAlX is NiCrAlY and contains, on a weight basis, about 12-22% chromium, about 8-15% aluminum, about 0.8-1% yttrium, and a balanced amount of nickel. .

【0028】 この高温用ステンレス鋼基材に含まれるのは、重量基準で、18〜38%のク
ロム、18〜48%のニッケル、バランス量の鉄、それに合金用添加物であって
、高クロムステンレス鋼ではクロムが31〜38重量%、低クロムステンレス鋼
ではクロムが20〜25重量%であるのが好ましい。
The high temperature stainless steel base material contains, on a weight basis, 18 to 38% chromium, 18 to 48% nickel, a balanced amount of iron, and alloying additives, including high chromium. Chromium is preferably 31 to 38% by weight for stainless steel and 20 to 25% by weight for low chromium stainless steel.

【0029】 本発明の他の実施態様においては、その厚みが約120〜250μmの前記の
MCrAlX合金の連続したコーティングを有する高温用ステンレス鋼基材の上
に、アルミニウム層を析出させてアルミニウム化させ、このアルミニウムを担持
するコーティングと基材とを酸素を含まない雰囲気中約1000〜1200℃の
範囲の灼熱処理温度で約20分〜24時間熱処理して、コーティングと基材の間
に冶金学的な結合を作らせ、多相微細構造を確立させる。このコーティングの上
に析出させるアルミニウム層は、その厚みがコーティングの厚みの約50%まで
、好ましくはコーティングの厚みの約20%までとし、約200〜500℃の範
囲、好ましくは約300℃の温度で、たとえばマグネトロンスパッタリング蒸着
をさせ、このアルミナ層を有するコーティングと基材とを灼熱処理温度に加熱す
る。
In another embodiment of the invention, an aluminum layer is deposited and aluminized onto a high temperature stainless steel substrate having a continuous coating of the above MCrAlX alloy with a thickness of about 120-250 μm. The aluminum-bearing coating and the substrate are heat treated in an oxygen-free atmosphere at an ablation heat treatment temperature in the range of about 1000 to 1200 ° C. for about 20 minutes to 24 hours to allow metallurgical treatment between the coating and the substrate. To form a multi-phase microstructure. The aluminum layer deposited on the coating has a thickness of up to about 50% of the thickness of the coating, preferably up to about 20% of the thickness of the coating and a temperature in the range of about 200-500 ° C, preferably about 300 ° C. Then, for example, magnetron sputtering vapor deposition is carried out, and the coating having the alumina layer and the substrate are heated to the heat treatment temperature.

【0030】 本発明の方法のさらなる実施態様においては、コーティングと基材の界面での
窒化物または炭化物の層を拡散させる目的で、コーティングに先だって、基材上
に連続の中間層をまず析出させる。効果的な中間層の組成としては、約35〜4
5重量%のアルミニウム、合計で約5〜20重量%となるチタンまたはクロムの
いずれかまたは両方、そして40〜55重量%のケイ素が含まれ、好ましくは約
35〜40重量%のアルミニウム、約5〜15重量%のチタンおよび約50〜5
5重量%のケイ素が含まれていて、これを同時係属出願である出願番号第08/
839,831号(ここに引用することにより本明細書に組み入れられているも
のとする)に記載してある付着法によって高温用ステンレス鋼基材の上に析出さ
せ、この拡散コーティング上に連続のMCrAlX合金コーティングを析出させ
、このMCrAlX合金コーティング上にアルミニウム層を析出させる。
In a further embodiment of the method of the present invention, a continuous intermediate layer is first deposited on the substrate prior to coating for the purpose of diffusing the nitride or carbide layer at the coating-substrate interface. . An effective composition of the intermediate layer is about 35-4.
5% by weight aluminum, either or both titanium or chromium to a total of about 5-20% by weight, and 40-55% by weight silicon, preferably about 35-40% by weight aluminum, about 5%. ~ 15 wt% titanium and about 50-5
It contains 5% by weight of silicon, which is a co-pending application number 08 /
No. 839,831, which is incorporated herein by reference, is deposited on a high temperature stainless steel substrate by the deposition method described above, and a continuous coating is deposited on the diffusion coating. A MCrAlX alloy coating is deposited and an aluminum layer is deposited on the MCrAlX alloy coating.

【0031】 この中間層は、物理的蒸着法により、400〜600℃または800〜900
℃の範囲の温度、好ましくは450℃または850℃のいずれかで析出させるの
が好ましい。溶射による析出法も使用することが可能である。次いでこの中間層
を、温度上昇を少なくとも5℃/分、好ましくは10〜20℃/分の速度で灼熱
処理温度に加熱すると、コーティングの微細構造が確立する。MCrAlXコー
ティング、および好ましくはアルミニウム層を、この中間層の上にたとえば物理
的蒸着法で析出させ、次いで熱処理をして、多相微細構造を確立させ、冶金学的
にコーティングシステムに結合させる。
This intermediate layer is formed by a physical vapor deposition method at 400 to 600 ° C. or 800 to 900.
It is preferred to precipitate at a temperature in the range of ° C, preferably either 450 ° C or 850 ° C. It is also possible to use a deposition method by thermal spraying. The intermediate layer is then heated to the cauterization temperature at a rate of temperature increase of at least 5 ° C./min, preferably 10-20 ° C./min, which establishes the microstructure of the coating. An MCrAlX coating, and preferably an aluminum layer, is deposited on this intermediate layer, for example by physical vapor deposition, and then heat treated to establish a multiphase microstructure and metallurgically bond it to the coating system.

【0032】 さらにこのシステムを、連続の工程または別の後工程で、酸素含有雰囲気中約
1000℃以上の温度、好ましくは約1000℃〜1160℃の範囲の温度で適
切な時間をかけて加熱して、その上にα−アルミナ表面層を形成させることもで
きる。
Further, the system is heated in a continuous step or another post step in an oxygen-containing atmosphere at a temperature of about 1000 ° C. or higher, preferably in the range of about 1000 ° C. to 1160 ° C. for a suitable period of time. Then, an α-alumina surface layer can be formed thereon.

【0033】 析出させる中間層の厚みは、約20〜100μm、好ましくは約20〜60μ
mである。中間層を約1030〜1150℃の範囲の灼熱処理温度で、ベース合
金と、ケイ素および、チタンまたはアルミニウムの1種または複数およびベース
合金の元素からなる金属間化合物とを含む富化溜まり(enrichment
pool)との間の拡散バリアーを形成させるのに有効な時間をかけて熱処理す
る。この中間層には、約6〜10重量%のケイ素、0〜5重量%のアルミニウム
、0〜4重量%のチタンおよび約25〜50重量%のクロム、バランス量の鉄お
よびニッケルおよびいずれかのベース合金元素が、含まれているのが好ましい。
The thickness of the deposited intermediate layer is about 20 to 100 μm, preferably about 20 to 60 μm.
m. An enrichment reservoir containing a base alloy and an intermetallic compound of silicon and one or more of titanium or aluminum and elements of the base alloy at an ablation heat treatment temperature in the range of about 1030 to 1150 ° C.
heat treatment for a period of time effective to form a diffusion barrier with This intermediate layer contains about 6-10% by weight silicon, 0-5% by weight aluminum, 0-4% by weight titanium and about 25-50% by weight chromium, a balance of iron and nickel and either. A base alloy element is preferably included.

【0034】 同様のコーティングシステムを形成させる別のプロセスでは、中間層、MCr
AlX合金コーティング、および随意にアルミニウム層をこの順に析出させ、不
活性雰囲気中で、約1030〜1160℃の範囲の灼熱処理温度で熱処理し、微
細構造を確立させ、コーティングを結合させる。
In another process for forming a similar coating system, an intermediate layer, MCr
An AlX alloy coating, and optionally an aluminum layer, are deposited in this order and heat-treated in an inert atmosphere at a cauterizing temperature in the range of about 1030 to 1160 ° C. to establish the microstructure and bond the coating.

【0035】 さらに、別々の熱処理をすることなく、単一の工程でHTA上に表面合金のM
CrAlXコーティングを随意に設けることも、本発明のさらなる目的である。
Furthermore, the surface alloy M is deposited on the HTA in a single step without separate heat treatment.
The optional provision of a CrAlX coating is a further object of the invention.

【0036】 広い側面から言えば、高温用ステンレス鋼に保護作用のある不活性なコーティ
ングを設けるための本発明の方法の実施態様に含まれるのは、高温用ステンレス
鋼の上に保護作用のある不活性なコーティングを設けることであり、その方法と
しては、高温用ステンレス鋼基材の上に、プラズマ移行式アーク析出法により、
MCrAlX合金の連続したコーティングを冶金学的結合をさせることからなり
、ここで、Mはニッケル、コバルトもしくは鉄またはそれらの混合物であり、ま
たXはイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウムまた
はそれらの組合せであって、その組成は、0〜40重量%のクロム、好ましくは
約10〜25重量%のクロム、約3〜30重量%のアルミニウム、好ましくは約
4〜20重量%のアルミニウム、および約5.0重量%まで、好ましくは3重量
%まで、より好ましくは約0.25〜1.5重量%のX、バランス量のMからな
っている。コーティングは、約20μm〜6000μm、好ましくは50μm〜
2000μm、より好ましくは80〜500μmの厚みで基材上に析出させる。
In broad terms, embodiments of the method of the present invention for providing a protective inert coating on high temperature stainless steel include protective on top of the high temperature stainless steel. It is to provide an inert coating, as the method, on the high temperature stainless steel substrate, by plasma transfer arc deposition method,
Consisting of a continuous coating of MCrAlX alloy with a metallurgical bond, where M is nickel, cobalt or iron or a mixture thereof, and X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or combinations thereof. Wherein the composition is 0-40% by weight chromium, preferably about 10-25% by weight chromium, about 3-30% by weight aluminum, preferably about 4-20% by weight aluminum, and about 5%. It comprises up to 0.0% by weight, preferably up to 3% by weight, more preferably about 0.25 to 1.5% by weight X, a balance amount of M. The coating is about 20 μm to 6000 μm, preferably 50 μm to
It is deposited on the substrate in a thickness of 2000 μm, more preferably 80 to 500 μm.

【0037】 MCrAlXはFeCrAlYであって、0〜25重量%のクロム、約3〜4
0重量%のアルミニウム、約3重量%までのイットリウムおよび、バランス量の
実質的には鉄を含んでいるものであってよい。
MCrAlX is FeCrAlY with 0-25% by weight chromium, about 3-4
It may include 0% by weight aluminum, up to about 3% by weight yttrium, and a balance amount of substantially iron.

【0038】 MCrAlXはNiCrAlYであって、重量基準で、約12〜25%のクロ
ム、約4〜15%のアルミニウム、そして約0.5〜1.5%のイットリウム、
バランス量のニッケルを含んでいるものであれば、好ましい。
MCrAlX is NiCrAlY, based on weight, about 12-25% chromium, about 4-15% aluminum, and about 0.5-1.5% yttrium.
It is preferable if it contains a balanced amount of nickel.

【0039】 本発明の好ましい実施態様においては、HTAチューブ上にプラズマ移行式ア
ーク析出法により密度の高い抗コーキング用のNiCrAlY合金コーティング
を単一工程で析出させると、合金コーティングと基材との間に段階的な冶金学的
結合ができる。このコーティングの最終的な厚みを、約0.02〜6mmとする
のが望ましい。好適な厚みは80〜500μmの範囲であって、それにより粉体
のコストを妥当な範囲におさめることができ、チューブの内径を不必要に狭くす
ることもない。
In a preferred embodiment of the present invention, a dense anti-caulking NiCrAlY alloy coating is deposited in a single step on the HTA tube by plasma transfer arc deposition to provide a space between the alloy coating and the substrate. A stepwise metallurgical bond can be made. The final thickness of this coating is preferably about 0.02-6 mm. A suitable thickness is in the range of 80 to 500 μm, which allows the cost of the powder to be kept within a reasonable range and does not unnecessarily narrow the inner diameter of the tube.

【0040】 このNiCrAlY合金コーティングは、その表面にα−アルミナ系の層を形
成するアルミニウム源となるもので、そのためには、約1000℃以上の温度の
空気のような酸素含有ガスを、別の工程で空気のような酸化性ガス雰囲気中で1
000℃以上の温度とした基材およびコーティングの上に導入するか、実用に供
されている場合には、約1000℃以上の運転温度で、酸素含有ガスを導入する
かあるいは存在させる。アルミナのスケールが生成が完全であるほど、抗コーキ
ング性および耐腐食性が向上する。したがって、さらにアルミニウム化のステッ
プを加えることで、性能の向上が達成されることも時にはあり得る。
The NiCrAlY alloy coating serves as an aluminum source for forming an α-alumina-based layer on the surface of the NiCrAlY alloy coating. 1 in an oxidizing gas atmosphere such as air during the process
The oxygen-containing gas is introduced or present at a temperature of 000 ° C or higher, on the substrate and the coating, or in practical use, at an operating temperature of about 1000 ° C or higher. The more complete the scale of the alumina, the better the anti-coking and corrosion resistance. Therefore, it may sometimes be possible to achieve improved performance by adding an additional step of aluminization.

【0041】 しかしながら、本発明の別の実施態様においては、厚みが50〜2000μm
、好ましくは約80〜500μmの前記のMCrAlX合金の連続したコーティ
ングを有する高温用ステンレス鋼基材に、アルミニウム、または、約60重量%
まで、好ましくは約15重量%までのケイ素と共に合金化したアルミニウム、ま
たは、少なくとも20重量%のアルミニウムを約60重量%までのケイ素ならび
に合計で約30重量%までのチタンおよびクロムのいずれかまたは両方と合金化
したものの層を、プラズマ移行式アーク法によるコーティングの上に、たとえば
溶射法やマグネトロンスパッタリング物理的蒸着法によって、コーティングの厚
みの約50%まで、好ましくはコーティングの厚みの約20%の厚みで析出させ
ることによってアルミニウム化ができる。このシステムは、次の工程または別途
の後の工程で、その上にα−アルミナ表面が形成されるに有効な時間をかけて、
酸素含有雰囲気中で加熱することができる。
However, in another embodiment of the present invention, the thickness is 50 to 2000 μm.
Aluminum, or about 60% by weight, on a high temperature stainless steel substrate having a continuous coating of the above MCrAlX alloy, preferably about 80-500 μm.
Aluminum, alloyed with up to, preferably up to about 15% by weight silicon, or at least 20% by weight aluminum up to about 60% silicon and up to about 30% total titanium and chromium, or both. Of alloyed with a layer of plasma transfer arc method, for example by thermal spraying or magnetron sputtering physical vapor deposition, up to about 50% of the coating thickness, preferably about 20% of the coating thickness. Aluminization can be carried out by depositing with a thickness. This system can be used in the next step or in a separate later step, taking an effective time to form the α-alumina surface thereon,
It can be heated in an oxygen-containing atmosphere.

【0042】 本発明のさらなる目的は、コーティングの性能を向上させるために、MCrA
lX合金にさらにケイ素および/またはT元素を加えたものを提供することが含
まれるが、このT元素は、タンタル、チタン、白金、パラジウム、レニウム、モ
リブデン、タングステン、ニオブ、またはそれらの組合せからなる群より選択さ
れる。
A further object of the invention is to improve the performance of the coating by using MCrA
providing an IX alloy with additional silicon and / or T element, wherein the T element comprises tantalum, titanium, platinum, palladium, rhenium, molybdenum, tungsten, niobium, or a combination thereof. Selected from the group.

【0043】 本発明のこの側面においては、MCrAlXSiT合金では、Mがニッケル、
コバルト、鉄またはそれらの混合物、Xがイットリウム、ハフニウム、ジルコニ
ウム、ランタン、スカンジウム、またはそれらの混合物、Tがタンタル、チタン
、白金、パラジウム、レニウム、モリブデン、タングステン、ニオブまたはそれ
らの組合せであって、約0〜40重量%のクロム、約3〜30重量%のアルミニ
ウム、約5重量%までのX、0〜40重量%のケイ素、および約10重量%まで
のT、バランス量のMの組成を有する。MCrAlXSiT合金が、10〜25
重量%のクロム、約4〜20重量%のアルミニウム、3重量%までのX、35重
量%までのケイ素、および10重量%までのTが含んでいるのが好ましい。Xが
0.25〜1.5重量%の量で存在し、ケイ素が15重量%までの量で存在し、
Tが0.5〜8.0重量%の量で存在するのが好ましく、Tが0.5〜5.0重
量%の量で存在していれば、最も好ましい。
In this aspect of the invention, in the MCrAlXSiT alloy, M is nickel,
Cobalt, iron or a mixture thereof, X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium, or a mixture thereof, T is tantalum, titanium, platinum, palladium, rhenium, molybdenum, tungsten, niobium or a combination thereof, Compositions of about 0-40 wt% chromium, about 3-30 wt% aluminum, up to about 5 wt% X, 0-40 wt% silicon, and up to about 10 wt% T, a balance amount of M. Have. MCrAlXSiT alloy is 10-25
It preferably contains about 4% to about 20% by weight aluminum, up to 3% by weight X, up to 35% by weight silicon, and up to 10% by weight T. X is present in an amount of 0.25 to 1.5% by weight, silicon is present in an amount of up to 15% by weight,
It is preferred that T is present in an amount of 0.5-8.0% by weight, and most preferably T is present in an amount of 0.5-5.0% by weight.

【0044】 好ましい実施態様においては、22重量%のCr、10重量%のAl、1重量
%のYおよび3重量%のSi、バランス量のNiの組成であるMCrAlXSi
合金コーティングが、コーティングと基材の界面においてCr−炭化物層の生成
を促し、この層はアルミニウムをコーティング内に保持するのに有効な拡散バリ
アーとして機能する。MCrAlXコーティングの中にケイ素が存在すると、上
塗りコーティングによってCr系のスケールも生成しやすくなる。
In a preferred embodiment, MCrAlXSi having a composition of 22 wt% Cr, 10 wt% Al, 1 wt% Y and 3 wt% Si, a balance amount of Ni.
The alloy coating promotes the formation of a Cr-carbide layer at the coating-substrate interface, which acts as an effective diffusion barrier to retain the aluminum within the coating. The presence of silicon in the MCrAlX coating also facilitates the formation of Cr-based scales by the overcoating.

【0045】 そして、本発明のさらなる目的は、ブレンドした粉体スラリー組成物を基材に
塗布することで、これにより、所望のMCrAlXまたはMCrAlXSiTが
得られる。
And, a further object of the present invention is to apply the blended powder slurry composition to a substrate, whereby a desired MCrAlX or MCrAlXSiT is obtained.

【0046】 本発明のこの側面における好ましい実施態様では、MCrAlXまたはMCr
AlXSiTの成分の2種以上の粉体混合物を加工品に固着的にコートするのに
有効な量のバインダーとブレンドし、それによって得られるMCrAlXまたは
MCrAlXSiTでコーティングした加工品を、コーティングの反応焼結が起
きて加工品にコーティングが固着性の結合を作る温度に加熱する。
In a preferred embodiment of this aspect of the invention, MCrAlX or MCr
A mixture of two or more powders of the components of AlXSiT is blended with a binder in an amount effective to firmly coat the work piece, and the resulting work piece coated with MCrAlX or MCrAlXSiT is then subjected to reactive sintering of the coating. Heating to a temperature at which the coating creates a sticky bond to the workpiece.

【0047】 1150℃までの温度で炭素鋼およびステンレス鋼に作用のある不活性コーテ
ィングを与えるための本発明のこの方法には、MCrAlXSi合金の連続上塗
りコーティングを鋼基材の上に析出させ、それに対して冶金学的な結合を作らせ
ることが含まれており、この際Mはニッケル、コバルトもしくは鉄またはそれら
の混合物、Xはイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタンまたはそれ
らの組合せであり、その組成が、0〜25重量%のクロム、約3〜40重量%の
アルミニウム、約0〜35重量%のケイ素および、約5.0重量%まで、好まし
くは約0.25〜1.5重量%のイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ラ
ンタン、スカンジウムまたはそれらの組合せ、そしてバランス量の最低でも40
重量%のMである。この上塗りコーティングは、各種の方法で析出させることが
可能で、例をあげれば、物理的蒸着(PVD)、溶射、プラズマ移行式アーク、
スラリーコーティング法などであるがこれらに限定されるわけではなく、反応焼
結は析出と同時、あるいは析出させた後に行う。析出と同時には反応焼結が起き
ないような場合には、その後で上塗りコーティングと基材を、約500〜120
0℃の範囲の灼熱処理温度で、少なくとも10分間熱処理することによって、反
応焼結を開始させる。
This method of the invention for providing a working inert coating on carbon steel and stainless steel at temperatures up to 1150 ° C. comprises depositing a continuous topcoat coating of MCrAlXSi alloy on a steel substrate, To form a metallurgical bond, where M is nickel, cobalt or iron or a mixture thereof, X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum or a combination thereof, the composition of which is , 0-25 wt% chromium, about 3-40 wt% aluminum, about 0-35 wt% silicon and up to about 5.0 wt%, preferably about 0.25-1.5 wt% yttrium. , Hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or combinations thereof, and a balance of at least 40
% M by weight. This overcoating can be deposited by various methods, including physical vapor deposition (PVD), thermal spraying, plasma transfer arc, to name a few.
Examples of the method include, but are not limited to, a slurry coating method, and reactive sintering is performed at the same time as or after the precipitation. If reactive sintering does not occur at the same time as the deposition, then overcoat the coating and substrate at about 500-120
Reactive sintering is initiated by heat treatment for at least 10 minutes at an ablation heat treatment temperature in the range of 0 ° C.

【0048】 ブレンドした粉体にケイ素を加えておくと、反応焼結工程で融点が低い成分が
得られ、それによって、溶融した合金が基材の表面を濡らすことができ、コーテ
ィングと基材の間に有効な拡散結合が生成される。またケイ素の添加によって、
コーティングと基材の界面に脆い炭化物が生成するのを防ぐ効果があると考えら
れている。ケイ素濃度が6重量%以上になると、基材中に生成したクロム炭化物
をケイ素が溶解するが、ケイ素が基材中に拡散したためにその濃度が6%を下回
ると、それらの炭化物がランダムに再析出してくる。
The addition of silicon to the blended powder results in a low melting point component in the reactive sintering process, which allows the molten alloy to wet the surface of the substrate, allowing the coating and substrate to Effective diffusion coupling is generated in the meantime. Also, by adding silicon,
It is believed to have the effect of preventing the formation of brittle carbides at the interface between the coating and the substrate. When the silicon concentration is 6% by weight or more, the silicon carbide dissolves the chromium carbide formed in the base material, but when the silicon concentration is less than 6% due to the diffusion of silicon into the base material, the carbide is randomly regenerated. It begins to precipitate.

【0049】 成分のいくつかをあらかじめ相互に反応させておくのも好ましく、たとえば、
クロム、アルミニウムおよびケイ素を微粉砕混合してCrAlSi粉体にしてお
いてから、ニッケル、NiCrまたはNiAl粉体またはそれらの組合せとブレ
ンドする。粉体を前もって反応させておくことで、粉体の発熱反応速度を抑制す
ることができ、反応焼結の際に発生する熱量を下げることができる。こうしてコ
ーティングした加工品を少なくとも約500〜1100℃の温度に加熱して、加
工品基材の上でコーティングの反応焼結を開始させ、それから、1200℃以下
に温度を上昇させて、コーティングと基材の間に明瞭な分界線が認められないよ
うな基材に結合した連続の不浸透性コーティングを作らせ、コーティングと基材
の界面に窒化アルミニウムがランダムに分布するようにする。
It is also preferred to pre-react some of the components with one another, eg
Chromium, aluminum and silicon are pulverized and mixed into a CrAlSi powder which is then blended with nickel, NiCr or NiAl powder or a combination thereof. By reacting the powder in advance, the exothermic reaction rate of the powder can be suppressed, and the amount of heat generated during the reactive sintering can be reduced. The thus coated workpiece is heated to a temperature of at least about 500-1100 ° C. to initiate the reactive sintering of the coating on the workpiece substrate, and then the temperature is raised to 1200 ° C. or less to allow the coating and substrate to cool. A continuous impermeable coating bonded to the substrate is made so that no clear demarcation line is visible between the materials, resulting in a random distribution of aluminum nitride at the coating-substrate interface.

【0050】 本発明の別の実施態様においては、コーティングを厚み約50〜6000μm
、好ましくは厚み約120〜500μm、より好ましくは150〜350μmで
析出させ、ここで、MCrAlXSiはNiCrAlYSiのブレンド粉体で、
20重量%までのクロム、約4〜20重量%のアルミニウム、約5〜20重量%
のケイ素および約0.5〜1.5重量%のイットリウム、バランス量の最低でも
40重量%のニッケルという組成である。
In another embodiment of the present invention, the coating has a thickness of about 50-6000 μm.
, Preferably about 120-500 μm thick, more preferably 150-350 μm, where MCrAlXSi is a blended powder of NiCrAlYSi,
Up to 20% by weight chromium, about 4-20% by weight aluminum, about 5-20% by weight
Of silicon and about 0.5-1.5% by weight yttrium, with a balance of at least 40% by weight nickel.

【0051】 この高温用ステンレス鋼基材に含まれるのは、重量基準で、18〜38%のク
ロム、18〜48%のニッケル、バランス量の鉄、それに合金用添加物であって
、高クロムステンレス鋼ではクロムが31〜38重量%、低クロムステンレス鋼
ではクロムが20〜25重量%であるのが好ましい。エチレン炉で使用するため
には、加工品基材は高温用ステンレス鋼であるのが好ましい。
This high temperature stainless steel base material contains, on a weight basis, 18 to 38% chromium, 18 to 48% nickel, a balanced amount of iron and alloying additives, including high chromium. Chromium is preferably 31 to 38% by weight for stainless steel and 20 to 25% by weight for low chromium stainless steel. For use in ethylene furnaces, the workpiece substrate is preferably high temperature stainless steel.

【0052】 本発明の別の実施態様においては、反応焼結によって厚み約150〜500μ
m以内のMCrAlXSi合金によって連続的に表面合金化されている高温用ス
テンレス鋼基材を、アルミニウム、約60重量%まで好ましくは約15重量%ま
でのケイ素を含むアルミニウム合金、または、60重量%までのケイ素および合
計で約30重量%までのチタンおよびクロムのいずれかまたは両方およびバラン
ス量の少なくとも20重量%のアルミニウムを含むアルミニウム合金からなる表
面層をその上に析出させることによってアルミニウム化し、次いで好ましくは酸
素を含まない雰囲気中で、約1000〜1160℃の範囲の灼熱処理温度で少な
くとも10分間熱処理して、多相微細構造を確立させる。このアルミニウムまた
はアルミニウム合金の表面層は、上塗り層の上に、MCrAlXSi層の厚みの
約50%まで、好ましくは約20%までの厚みで析出させるのが好ましく、その
ためにはたとえば、マグネトロン物理的蒸着法によって温度範囲は約200〜5
00℃の範囲、好ましくは約300℃で析出させ、そしてこのアルミニウム上塗
り層によって表面を合金化された基材を灼熱処理温度に加熱する。
In another embodiment of the present invention, the reaction sintering results in a thickness of about 150-500 μm.
a high temperature stainless steel substrate which is continuously surface alloyed with MCrAlXSi alloys within m, aluminum, aluminum alloys containing up to about 60% by weight, preferably up to about 15% by weight of silicon, or up to 60% by weight. Aluminide by depositing thereon a surface layer of an aluminum alloy comprising silicon and up to about 30% by weight of either or both titanium and chromium and a balance amount of at least 20% by weight of aluminum, and then preferably Heat-treat in an oxygen-free atmosphere at an ablation heat-treatment temperature in the range of about 1000-1160 ° C. for at least 10 minutes to establish a multiphase microstructure. The aluminum or aluminum alloy surface layer is preferably deposited on the overcoat layer to a thickness of up to about 50%, preferably up to about 20% of the thickness of the MCrAlXSi layer, for which purpose magnetron physical vapor deposition, for example. Depending on the method, the temperature range is about 200-5
The substrate, which is deposited in the range of 00 ° C., preferably about 300 ° C. and whose surface is alloyed with this aluminum overcoat, is heated to the cauterization temperature.

【0053】 さらにこのシステムを、連続の工程または別の後工程で、酸素含有雰囲気中約
1000℃以上の温度、好ましくは1000℃以上から1160℃までの範囲の
温度で適切な時間をかけて加熱して、その上にα−アルミナ表面層を形成させる
こともできる。
Furthermore, the system is heated in a continuous process or in a separate post-process in an oxygen-containing atmosphere at a temperature of about 1000 ° C. or higher, preferably in the range of 1000 ° C. or higher to 1160 ° C. for a suitable time. Then, an α-alumina surface layer can be formed thereon.

【0054】 (発明を実施するための最良の形態) 本発明の第1の実施態様を図面の図1および図2を参照しながら述べる。高温
用オーステナイト系ステンレス鋼基材の上に、MCrAlXコーティングが連続
的に析出し、冶金学的かつ固着的に結合していることがわかる。本発明のMCr
AlX合金では、Mは鉄、ニッケルおよびコバルトまたはそれらの混合物からな
る群より選択される金属であり、Xはイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム
、ランタンおよびスカンジウムまたはそれらの組合せからなる群より選択される
元素であり、重量基準で、約10〜25%のクロム、約8〜15%のアルミニウ
ムおよび約3%まで、好ましくは約0.25〜1.5%のイットリウム、ハフニ
ウム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウム、またはそれらの組合せ、バラン
ス量の鉄、ニッケルまたはコバルトを含んでいる。これらの元素を共存させると
、酸化物の成長速度が低下し、酸化物スケールの機械的強度が上がり、硫黄の捕
捉剤として働く。この高温用ステンレス鋼基材の組成は、鉄、ニッケルおよびク
ロムであって、重量基準で、18〜42%のクロム、18〜48%のニッケル、
バランス量の鉄とその他の合金化添加物を含んでいるが、典型的には、高クロム
ステンレス鋼では約31〜38%のクロム、低クロムステンレス鋼では約20〜
25%のクロムが含まれる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 of the drawings. It can be seen that the MCrAlX coating is continuously deposited on the high temperature austenitic stainless steel substrate and is metallurgically and firmly bonded. MCr of the present invention
In the AlX alloy, M is a metal selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt or mixtures thereof, and X is an element selected from the group consisting of yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum and scandium or combinations thereof. And, on a weight basis, about 10-25% chromium, about 8-15% aluminum and up to about 3%, preferably about 0.25-1.5% yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium, or Contains a combination of them, a balanced amount of iron, nickel or cobalt. When these elements coexist, the growth rate of the oxide decreases, the mechanical strength of the oxide scale increases, and it acts as a scavenger of sulfur. The composition of this high temperature stainless steel substrate is iron, nickel and chromium, based on weight, 18-42% chromium, 18-48% nickel,
It contains balanced amounts of iron and other alloying additives, typically about 31-38% chromium in high chromium stainless steels, and about 20% in low chromium stainless steels.
Contains 25% chromium.

【0055】 MCrAlXコーティングを施す基材は典型的には高クロムまたは低クロムの
ステンレス鋼で、たとえばエチレン炉で使用されるような遠心鋳造または鍛錬加
工したチューブやフィッティングであり、コーティングはそのような製品の内側
表面に施される。マグネトロンスパッタリング物理的蒸着によってコーティング
すると、チューブやフィッティングの内側表面全体にわたって、連続で、厚みが
均一で、密度の高いコーティングができることが見出された。
The substrate to which the MCrAlX coating is applied is typically high chromium or low chromium stainless steel, such as centrifugally cast or wrought tubes or fittings such as those used in ethylene furnaces, and the coating is such. It is applied to the inner surface of the product. It has been found that coating by magnetron sputtering physical vapor deposition provides a continuous, uniform thickness and dense coating over the entire inner surface of the tube or fitting.

【0056】 マグネトロンスパッタリングによって、約200〜1000℃の範囲の温度、
好ましくは約450℃で、コーティングを基材上に、約50〜350μm、好ま
しくは約150μmの実質的に均一な厚みを持つ連続層として析出させる。この
コーティングを酸素を含まない雰囲気中で、1000〜1200℃の範囲の灼熱
処理温度で約20分から24時間かけて加熱すると、コーティングと基材の間に
冶金学的な固着性の結合ができ、多相微細構造が発達する。
By magnetron sputtering, a temperature in the range of about 200 to 1000 ° C.,
The coating is deposited on the substrate, preferably at about 450 ° C., as a continuous layer having a substantially uniform thickness of about 50-350 μm, preferably about 150 μm. Heating the coating in an oxygen-free atmosphere at a cauterizing temperature in the range of 1000-1200 ° C. for about 20 minutes to 24 hours produces a metallurgically adherent bond between the coating and the substrate, Multiphase microstructure develops.

【0057】 このコーティングは、その表面にα−アルミナ系の層を形成するアルミニウム
源となるもので、そのためには、約1000℃以上の温度の空気のような酸素含
有ガスを、別の工程で空気のような酸化性ガス雰囲気中で1000℃以上の温度
とした基材およびコーティングの上に導入するか、実用に供されている場合には
、約1000℃以上の運転温度で、酸素含有ガスを導入するかあるいは存在させ
る。
This coating serves as a source of aluminum for forming an α-alumina-based layer on the surface thereof, for which an oxygen-containing gas such as air at a temperature of about 1000 ° C. or higher is separately processed. The oxygen-containing gas is introduced onto a substrate and a coating which are heated to a temperature of 1000 ° C. or higher in an atmosphere of an oxidizing gas such as air, or at an operating temperature of about 1000 ° C. or higher when used in practice. Introduce or exist.

【0058】 本発明の第2の実施態様を図3および図4を参照しながら述べる。前記と同様
にして、MCrAlXのコーティングを、マグネトロンスパッタリングによって
高温用ステンレス鋼上に、実質的に均一な約50〜350μm、好ましくは約1
50μmの厚みで析出させる。アルミニウム、約60重量%まで、好ましくは約
15重量%までのケイ素を含むアルミニウム合金、または、60重量%までのケ
イ素および合計で約30重量%までのチタンおよびクロムのいずれかまたは両方
およびバランス量の少なくとも20重量%のアルミニウムを含むアルミニウム合
金からなる均一な層を、MCrAlXコーティングの上に析出させるが、それに
はたとえば約200〜500℃の範囲、好ましくは約300℃の温度でマグネト
ロンスパッタリングを用い、コーティングの厚みの約50%まで、好ましくはコ
ーティングの厚みの約20%までの量で、析出させる。この基材、コーティング
およびアルミニウム層を、たとえば真空のような酸素を含まない雰囲気中で、1
000〜1200℃の灼熱処理温度で少なくとも約10分間、好ましくは約20
分から24時間加熱すると、コーティングと基材の間に冶金学的な結合ができ、
多相微細構造が発達し、アルミニウム層がコーティング中に拡散するので、次い
で、好ましくは酸素含有ガスのような酸化性の雰囲気中で少なくとも20分間、
好ましくは20分から4時間段階的に加熱すると、アルミニウムリッチな層が酸
化され、その上に均一な厚みで固着性のα−アルミナベースの層が形成される。
アルミニウム層の酸化は、後ほど別の工程で行うことも可能で、この複合コーテ
ィング物を酸化性雰囲気中で、典型的には約1000℃以上の温度に加熱して、
好ましくは約1000〜1150℃の範囲でα−アルミナ層を形成させるか、あ
るいは、実用運転においては、約1000℃以上の温度の酸化性雰囲気中で酸化
を起こさせることも可能である。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. In the same manner as above, a coating of MCrAlX was deposited on the high temperature stainless steel by magnetron sputtering to a substantially uniform thickness of about 50-350 μm, preferably about 1 μm.
Precipitate to a thickness of 50 μm. Aluminum, an aluminum alloy containing up to about 60% by weight, preferably up to about 15% by weight of silicon, or up to 60% by weight of silicon and up to about 30% by weight of titanium and / or chromium and a balance amount. A uniform layer of an aluminum alloy containing at least 20% by weight of aluminum is deposited on the MCrAlX coating, for example using magnetron sputtering at a temperature in the range of about 200-500 ° C, preferably about 300 ° C. , Deposited in an amount of up to about 50% of the coating thickness, preferably up to about 20% of the coating thickness. The substrate, coating, and aluminum layer are applied in an oxygen-free atmosphere, such as a vacuum, 1
000-1200 ° C cauterization heat treatment temperature for at least about 10 minutes, preferably about 20
Heating from minutes to 24 hours creates a metallurgical bond between the coating and substrate,
As the multiphase microstructure develops and the aluminum layer diffuses into the coating, it is then preferably for at least 20 minutes in an oxidizing atmosphere such as an oxygen containing gas.
The stepwise heating, preferably for 20 minutes to 4 hours, oxidizes the aluminum-rich layer and forms an adherent α-alumina-based layer on it with a uniform thickness.
The oxidation of the aluminum layer can be carried out in a separate step later, and the composite coating is heated in an oxidizing atmosphere, typically to a temperature of about 1000 ° C. or higher,
Preferably, the α-alumina layer is formed in the range of about 1000 to 1150 ° C., or in practical operation, it is possible to cause oxidation in an oxidizing atmosphere at a temperature of about 1000 ° C. or higher.

【0059】 コーティング上にアルミニウム層が存在すると、MCrAlXコーティングに
対するアルミニウムの補給源として働き、実用運転の際に、有効な連続したアル
ミナ層を維持することができる。アルミニウムがコーティング中へ拡散すると、
コーティング中にあった小さな構造的欠陥がカバーされ、一方、表面近くのコー
ティングの表面にアルミニウムが多くなると、酸化物の成長メカニズムが変化し
、保護作用のあるアルミナスケールでの触媒的サイト(たとえばNi−酸化物)
の数が減る。
The presence of the aluminum layer on the coating acts as a supplemental source of aluminum for the MCrAlX coating and can maintain an effective continuous alumina layer during practical operation. When aluminum diffuses into the coating,
Covering the small structural defects that were present in the coating, while increasing the surface of the coating near the surface of the aluminum, alters the oxide growth mechanism and protects catalytic sites (such as Ni) on the alumina scale. -Oxide)
The number of

【0060】 本発明の第3の実施態様を図5および図6を参照しながら述べる。本発明の方
法のこの実施態様によれば、約35〜45重量%のアルミニウム、合計で約5〜
20重量%となるチタンまたはクロムのいずれかまたは両方、そして40〜55
重量%のケイ素が含まれ、好ましくは約35〜40重量%のアルミニウム、合計
で約5〜15重量%となるチタンまたはクロムのいずれかまたは両方および約5
0〜55重量%のケイ素が含まれている、連続したアルミニウム含有中間層を、
同時係属出願である出願番号第08/839,831号に記載されているのと同
様にして、高温用ステンレス鋼ベースの合金基材の上に析出させ、この中間層の
上に連続したMCrAlX合金コーティングを析出させ、この上塗り合金コーテ
ィング上にニッケルアルミナイドを含むアルミニウムまたはアルミニウム合金を
析出させる。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. According to this embodiment of the process of the invention, about 35-45% by weight of aluminum, about 5-5% in total.
Titanium or chromium, or both, at 20% by weight, and 40-55
% By weight of silicon, preferably about 35-40% by weight of aluminum, either or both of titanium or chromium to a total of about 5-15% by weight and about 5%.
A continuous aluminium-containing intermediate layer containing 0-55% by weight of silicon,
A MCrAlX alloy deposited on a high temperature stainless steel based alloy substrate and continuous onto this intermediate layer in a manner similar to that described in copending application Serial No. 08 / 839,831. The coating is deposited and aluminum or aluminum alloy containing nickel aluminide is deposited on the overcoated alloy coating.

【0061】 この実施態様では、中間層内のアルミニウムが基材の中の窒素と結合し、窒化
アルミニウム析出物の分散体を形成し、それによって基材から放出される窒素を
捕捉することが可能となる。
In this embodiment, the aluminum in the interlayer can combine with the nitrogen in the substrate to form a dispersion of aluminum nitride deposits, thereby trapping the nitrogen released from the substrate. Becomes

【0062】 この中間層は、物理的蒸着法により、400〜600℃または800〜900
℃の範囲の温度、好ましくは450℃または850℃のいずれかで析出させるの
が好ましい。次いでこの中間層を、温度上昇を少なくとも5℃/分、好ましくは
10〜20℃/分の速度として灼熱処理温度まで加熱すると、コーティングの微
細構造が確立する。MCrAlXコーティング、および好ましくはアルミニウム
層を、この中間層の上に物理的蒸着法で析出させ、次いで熱処理をして、多相微
細構造を確立させ、コーティングに冶金学的に結合させる。
This intermediate layer is formed by a physical vapor deposition method at 400 to 600 ° C. or 800 to 900.
It is preferred to precipitate at a temperature in the range of ° C, preferably either 450 ° C or 850 ° C. The intermediate layer is then heated to the cauterization temperature at a rate of temperature increase of at least 5 ° C / min, preferably 10-20 ° C / min, and the microstructure of the coating is established. The MCrAlX coating, and preferably an aluminum layer, is deposited by physical vapor deposition on this intermediate layer and then heat treated to establish a multiphase microstructure and to metallurgically bond to the coating.

【0063】 析出させる中間層の厚みは、約20〜100μm、好ましくは約20〜60μ
mである。中間層、アルミニウム層を有するMCrAlXコーティング、および
基材のベース合金を、約1030〜1180℃の範囲の灼熱処理温度で、ベース
合金と、ケイ素およびチタンまたはアルミニウムおよびベース合金の元素の1種
または複数からなる金属間化合物を含むコーティングとの間に中間層を形成させ
るのに有効な時間をかけて熱処理する。この熱処理後の中間層には、約6〜10
重量%のケイ素、0〜5重量%のアルミニウム、0〜4重量%のチタンおよび約
25〜50重量%のクロム、バランス量の鉄およびニッケルおよびいずれかのベ
ース合金元素が、含まれているのが好ましい。
The thickness of the deposited intermediate layer is about 20 to 100 μm, preferably about 20 to 60 μm.
m. The intermediate layer, the MCrAlX coating with the aluminum layer, and the base alloy of the substrate are provided with a base alloy and one or more of the elements of silicon and titanium or aluminum and the base alloy at a cauterizing temperature in the range of about 1030 to 1180 ° C. And heat treatment for a time effective to form an intermediate layer with the coating containing the intermetallic compound. The intermediate layer after this heat treatment has about 6 to 10
% By weight of silicon, 0-5% by weight of aluminum, 0-4% by weight of titanium and about 25-50% by weight of chromium, a balance of iron and nickel and any base alloying elements. Is preferred.

【0064】 最終的なコーティングが充分に階層化され、固着性のあるものとなるには、こ
の中間層に適切な熱処理を施す必要がある。たとえば10重量%のチタン、40
重量%のアルミニウムおよび50重量%のケイ素を含むコーティングを、析出の
ためのプロセスとしてスパッタリングを用い、温度範囲400〜500℃、好ま
しくは約450℃で析出させる。コーティングを1000℃もの高温で析出させ
ることも可能ではあるが、同一の炉の中で引き続いて熱加工をしない限り、この
ような高温でコーティングするメリットはほとんどない。この熱処理の間、約5
00℃から最高温度の5℃以内までは、温度上昇速度は少なくとも5℃/分、典
型的には10℃〜20℃/分の範囲としなければならない。
In order for the final coating to be well layered and adherent, this intermediate layer must be subjected to a suitable heat treatment. For example, 10% by weight titanium, 40
A coating containing wt% aluminum and 50 wt% silicon is deposited in the temperature range 400-500 ° C, preferably about 450 ° C, using sputtering as the process for deposition. It is possible to deposit the coating at temperatures as high as 1000 ° C., but there is little merit of coating at such high temperatures unless subsequently heat-treated in the same furnace. About 5 during this heat treatment
From 00 ° C to within 5 ° C of the maximum temperature, the rate of temperature increase should be at least 5 ° C / min, typically 10 ° C to 20 ° C / min.

【0065】 約1130℃から約1150℃の間の温度のところで、コーティングの層への
最終的な偏析が起きる。最終的に得られる微細構造は、温度に影響されることが
大きいが、少なくとも約10分、好ましくは約20分から2時間という範囲では
、その温度にあった時間にはあまり影響を受けない。しかしながら、最終温度に
あった時間が極めて短く、たとえば10分以下であるような場合には、また別の
あまり好ましくない微細構造となる。この温度範囲の下限である1130℃では
、ボイドが生成する可能性がまだある。最終的な灼熱処理の時の温度の最適温度
範囲は1135℃〜1145℃であって、少なくとも約20分、好ましくは約3
0分から2時間かける。温度が高いほど、生成する拡散バリアーが不安定となり
、1150℃ではケイ素が内側へ拡散することで急激に破壊されてしまう。この
温度を超えると、アルミニウムの下方への拡散も起こり、アルミニウム含量が5
%以下になってしまう。しかしながら、1160℃までは、窒化物の分散のため
には充分なアルミニウム含量が保たれている。
At temperatures between about 1130 ° C. and about 1150 ° C., final segregation of the coating into layers occurs. Although the final microstructure is highly temperature sensitive, it is less sensitive to time at that temperature for at least about 10 minutes, preferably about 20 minutes to 2 hours. However, if the time at the final temperature is extremely short, eg 10 minutes or less, another less preferred microstructure results. At the lower limit of this temperature range, 1130 ° C, voids may still form. The optimum temperature range for the final cauterization heat treatment is 1135 ° C to 1145 ° C for at least about 20 minutes, preferably about 3 minutes.
Take 0 minutes to 2 hours. The higher the temperature, the more unstable the generated diffusion barrier becomes, and at 1150 ° C., silicon diffuses inward and is rapidly destroyed. Above this temperature, a downward diffusion of aluminum also occurs, resulting in an aluminum content of 5
% Or less. However, up to 1160 ° C., a sufficient aluminum content is maintained for the dispersion of the nitride.

【0066】 ステンレス鋼基材が、20〜25重量%のクロムを含む鍛錬加工または鋳造の
低クロム系合金基材ならば、温度勾配は高クロム系合金基材の場合と同じ10〜
20℃/分とすべきであるが、但し、好適な灼熱処理温度は1030〜1160
℃の範囲内である。この実施態様では、ケイ化クロムを含む拡散バリアーは、ベ
ース合金内のクロム含量が低いために、形成されない。クロム含量が20〜25
重量%の合金としては、インコ(Inco)800(商標)シリーズの合金、た
とえば、88H(商標)、800HT(商標)および803(商標)などがある
。必要とされる、最小の昇温速度勾配はベース合金の組成には依存しない。
If the stainless steel substrate is a forged or cast low chromium alloy substrate containing 20 to 25% by weight of chromium, the temperature gradient is the same as that of the high chromium alloy substrate.
It should be 20 ° C./min, provided that the preferred cauterization temperature is 1030 to 1160.
Within the range of ° C. In this embodiment, diffusion barriers containing chromium silicide are not formed due to the low chromium content in the base alloy. Chromium content is 20-25
Weight percent alloys include Inco 800 ™ series alloys such as 88H ™, 800HT ™ and 803 ™. The minimum required heating rate gradient is independent of the base alloy composition.

【0067】 本発明のさらなる実施態様を図12を参照しながら述べる。本発明の方法のこ
の実施態様においては、NiCr合金またはTiAlSi合金の中間層を高温用
ステンレス鋼基材の上にマグネトロンスパッタリングにより約20〜100μm
の厚みで析出させ、その中間層の上に1回または2回の連続したコーティングに
よりMCrAlXコーティングを析出させ、そして、得られたコーティング済み
基材を1000〜1180℃の範囲の温度で熱処理して、コーティングを冶金学
的に結合させた。
A further embodiment of the invention will be described with reference to FIG. In this embodiment of the method of the present invention, an intermediate layer of NiCr or TiAlSi alloy is magnetron sputtered onto a high temperature stainless steel substrate to about 20-100 μm.
The MCrAlX coating on the intermediate layer by one or two successive coatings, and heat treating the resulting coated substrate at a temperature in the range of 1000-1180 ° C. , The coating was metallurgically bonded.

【0068】 本発明の方法のこれらの実施態様を、以下に例をあげて説明するが、これらに
限定されるものではない。
These embodiments of the method of the present invention are illustrated by the following non-limiting examples.

【0069】 25Cr35Ni(800H、803、HPM、HK4M)およびいくつかの
35Cr45Ni合金のチューブと試験片を、マグネトロンスパッタリング物理
的蒸着法を用いて、本発明のMCrAlXの実施態様でコーティングした。コー
ティングした試料を、冶金学的な結合によってコーティングが基材に界面固着す
るのを促進し微細な結晶粒の冶金学的な構造を発達させるために真空中で、次い
で、コーティング上のアルミニウム表面コーティングが抗コーキング性を有する
酸化物外層表面を形成するように酸化性雰囲気中で、高温熱処理をした。同じく
マグネトロンスパッタリングを使用したコーティング法を用いて、アルミニウム
の最外表面層を析出させ、MCrAlXコーティングのアルミニウム含量を高め
、保護作用のある酸化物表面層を再生させるコーティングの性能を高め、同時に
、コーティング中の小さな構造的欠陥をカバーして、アルミナスケールにおける
触媒的サイトの数を減らした。
Tubes and specimens of 25Cr35Ni (800H, 803, HPM, HK4M) and some 35Cr45Ni alloys were coated with the MCrAlX embodiment of the present invention using magnetron sputtering physical vapor deposition. The coated sample was vacuum coated to promote interfacial adhesion of the coating to the substrate by metallurgical bonding and to develop a metallurgical structure of fine grains, and then an aluminum surface coating on the coating. Was subjected to a high temperature heat treatment in an oxidizing atmosphere so as to form an oxide outer layer surface having anti-coking properties. Also using a coating method using magnetron sputtering, the outermost surface layer of aluminum is deposited, the aluminum content of the MCrAlX coating is increased, and the performance of the coating to regenerate the protective oxide surface layer is improved, and at the same time the coating is performed. Covering the small structural defects in it reduced the number of catalytic sites on the alumina scale.

【0070】 ある種の遠心鋳造の25Cr−35Ni/35Cr−45Ni合金をコーティ
ングする場合には、TiAlSi合金で代表されるアルミニウム担持拡散コーテ
ィングを基材の上に析出させて、基材とアルミニウム化コーティングとの間の中
間層として機能させ、鋳造合金から外側へ窒素が拡散することからコーティング
を保護した。これに代わる方法として、NiCr合金の中間層を用いて、窒化物
の生成を分散させることも可能である。
When coating a certain type of centrifugally cast 25Cr-35Ni / 35Cr-45Ni alloy, an aluminum-bearing diffusion coating represented by a TiAlSi alloy is deposited on the substrate to form the substrate and aluminized coating. It acted as an intermediate layer between and to protect the coating from nitrogen diffusion out of the cast alloy. Alternatively, an intermediate layer of NiCr alloy can be used to disperse the nitride formation.

【0071】 コーティングと熱処理を行った試料について、光学顕微鏡および走査型電子顕
微鏡をエネルギー分散型分光法を組合せた標準的な実験室的技法を用いて、均一
性、冶金学的結合、微細構造、厚みおよび組成を調べた。熱安定性や、酸化、浸
炭、熱ショック、熱疲労およびクリープに対する抵抗性を評価する試験を行い、
データを得た。
The coated and heat treated samples were tested for homogeneity, metallurgical bonding, microstructure, using standard laboratory techniques combining optical and scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy. The thickness and composition were investigated. Tested to evaluate thermal stability and resistance to oxidation, carburization, heat shock, thermal fatigue and creep,
I got the data.

【0072】 小形の試験片および長さ3フィートのチューブを、模擬熱分解試験装置で試験
した。温度は800〜950℃で、滞留時間を0.4〜3秒とした。試験時間は
1〜8時間の間で変化させた。コーティングしたチューブや試験片の性能は、コ
ーティング無しの高温用合金、セラミックスおよび純ニッケルと比較した。
Small test pieces and 3 foot long tubes were tested in a simulated pyrolysis test apparatus. The temperature was 800 to 950 ° C., and the residence time was 0.4 to 3 seconds. The test time was varied from 1 to 8 hours. The performance of the coated tubes and specimens was compared to uncoated high temperature alloys, ceramics and pure nickel.

【0073】 長さ3フィート、外形5/8インチのコーティングしたチューブを、模擬熱分
解試験装置で試験した。コーティングしたチューブの性能を、コーティング無し
の高温用合金および石英管と比較した。
A coated tube 3 feet long and 5/8 inch outside diameter was tested in a simulated pyrolysis test apparatus. The performance of the coated tubes was compared to uncoated high temperature alloy and quartz tubes.

【0074】 コーティングはチューブの内壁表面に均一に析出しており、本発明の方法にし
たがって熱処理した。コーティングした製品と、コーティング無しのチューブや
フィッティングとの比較は、コーキング速度、浸炭、熱ショックおよび熱サイク
ル試験条件下での、商業生産されている高クロム/ニッケル系の遠心鋳造チュー
ブおよび鍛錬チューブ表面に対する冶金学的固着能力、および耐熱浸食性、につ
いて行った。
The coating was evenly deposited on the inner wall surface of the tube and was heat treated according to the method of the invention. Coated products vs. uncoated tubing and fittings are compared to commercially produced high chromium / nickel based centrifugally cast and wrought tubing surfaces under coking speed, carburizing, heat shock and heat cycle test conditions. Metallurgical fixing ability, and thermal erosion resistance.

【0075】 実施例1 図1および2において、NiCrAlYコーティング10は、重量基準で、2
2%のクロム、10%のアルミニウムおよび1%のイットリウム、バランス量の
ニッケルを含むが、これを、マグネトロンスパッタリングにより450℃でイン
コロイ(Incoloy)800H(商標)ステンレス鋼基材12の上に析出さ
せ、そのコーティングの平均の厚みを150μmとした。このNiCrAlYコ
ーティングと基材を真空中で、1100℃までは15℃/分の速度で昇温させ、
1100℃で1時間保つ熱処理にかけて、図2に示したように、合金マトリック
ス中にニッケルアルミナイドの析出物相14を作らせた。
Example 1 In FIGS. 1 and 2, the NiCrAlY coating 10 is 2 by weight.
Includes 2% chromium, 10% aluminum and 1% yttrium, balance amount of nickel, deposited by magnetron sputtering at 450 ° C. on Incoloy 800H ™ stainless steel substrate 12. The average thickness of the coating was 150 μm. The NiCrAlY coating and the substrate are heated in vacuum at a rate of 15 ° C./min up to 1100 ° C.,
A heat treatment of holding at 1100 ° C. for 1 hour produced a nickel aluminide precipitate phase 14 in the alloy matrix as shown in FIG.

【0076】 得られたコーティングを1080℃のCO/H2 雰囲気中で、70 16−時
間サイクルにかけて浸炭化処理をした。このコーティングは良好な抗浸炭性を示
した。このコーティングは、1150℃で1000時間にわたって熱安定性を有
していた。このコーティングは(拡散コーティングに比較して)優れた機械的性
質を示したが、応力−破壊試験では基材の特性を大きく損なうようなことはなか
った。
The resulting coating was carburized in a CO / H 2 atmosphere at 1080 ° C. for 70 16-hour cycles. This coating showed good carburizing resistance. The coating was heat stable at 1150 ° C. for 1000 hours. Although this coating exhibited excellent mechanical properties (compared to the diffusion coating), the stress-fracture test did not significantly compromise the properties of the substrate.

【0077】 実施例2 アルミニウム化したNiCrAlYコーティング16は、重量基準で、22%
のクロム、10%のアルミニウムおよび1%のイットリウム、バランス量のニッ
ケルを含むが、これを、マグネトロンスパッタリングにより450℃でサンドビ
ック (Sandvik)800H(商標)ステンレス鋼基材18の上に析出さ
せ、そのコーティングの厚みを150〜200μmとした。そのコーティングの
上にアルミニウム層22を、450℃でマグネトロンスパッタリングすると、図
3に示したように、アルミニウムコーティングの平均の厚みが約40μmとなっ
た。
Example 2 Aluminized NiCrAlY coating 16 is 22% by weight.
Chrome, 10% aluminum and 1% yttrium, a balance amount of nickel, deposited by magnetron sputtering at 450 ° C. on Sandvik 800H ™ stainless steel substrate 18, The thickness of the coating was 150 to 200 μm. Magnetron sputtering an aluminum layer 22 over the coating at 450 ° C. resulted in an average thickness of the aluminum coating of about 40 μm, as shown in FIG.

【0078】 このアルミニウム化NiCrAlYコーティングと基材を真空中で、1100
℃までは15℃/分の速度で昇温させ、1100℃で1時間保つ熱処理にかける
と、ニッケルアルミナイド相22と、ステンレス鋼基材18に近接した合金マト
リックス26中に下層としてのニッケルアルミナイド析出物相が生成した。この
アルミニウム化したコーティングを空気中で1時間、約1050℃の温度で酸化
させると、α−アルミナ表面層28が生成した。
The aluminized NiCrAlY coating and the substrate were vacuumed at 1100
When subjected to a heat treatment of raising the temperature to 15 ° C./min at a rate of 15 ° C./min and holding at 1100 ° C. for 1 hour, nickel aluminide phase 22 and nickel aluminide precipitation as a lower layer in the alloy matrix 26 adjacent to the stainless steel base material 18 A physical phase formed. The aluminized coating was oxidized in air for 1 hour at a temperature of about 1050 ° C. to form an α-alumina surface layer 28.

【0079】 こうして得られたコーティングは良好な抗浸炭性を有し、CO/H2 雰囲気中
で45(+)16時間サイクルに耐えることができた。このコーティングは、1
150℃で500時間にわたって熱安定性を有していた。このコーティングを1
100℃で1000サイクルの熱サイクル試験にかけたが、不活性なセラミック
スと同等の優れた抗コーキング性を示した。
The coating thus obtained had good carburizing resistance and was able to withstand a 45 (+) 16 hour cycle in a CO / H 2 atmosphere. This coating is 1
It had thermal stability at 150 ° C. for 500 hours. This coating 1
When subjected to a heat cycle test of 1000 cycles at 100 ° C., it showed excellent anti-coking property equivalent to that of an inert ceramic.

【0080】 実施例3 図5において、拡散コーティング30は、重量基準で、10%のクロム、40
%のアルミニウムおよび50%のケイ素を含むが、これを、マグネトロンスパッ
タリングにより850℃の温度でマノアール(Manoir)XTM(商標)ス
テンレス鋼基材32の上に析出させて、平均厚みを40μmとした。NiCrA
lYコーティング34は、重量基準で、22%のクロム、10%のアルミニウム
および1%のイットリウム、バランス量のニッケルを含むが、これを、マグネト
ロンスパッタリングにより約850℃でその拡散コーティングの上に析出させて
、平均のコーティング厚みを150μmとした。アルミニウム層36を、マグネ
トロンスパッタリングにより450℃でそのNiCrAlYコーティング34の
上に付着させて、アルミニウムコーティングの平均厚みを20μmとした。
Example 3 In FIG. 5, the diffusion coating 30 is 10% chromium, 40% by weight.
% Aluminum and 50% silicon, which was deposited by magnetron sputtering at a temperature of 850 ° C. on a Manoir XTM ™ stainless steel substrate 32 to an average thickness of 40 μm. NiCrA
The LY coating 34 contains, by weight, 22% chromium, 10% aluminum and 1% yttrium, a balance amount of nickel, which was deposited on the diffusion coating by magnetron sputtering at about 850 ° C. The average coating thickness was 150 μm. An aluminum layer 36 was deposited on the NiCrAlY coating 34 at 450 ° C. by magnetron sputtering to give an average aluminum coating thickness of 20 μm.

【0081】 拡散コーティング上のアルミニウム化NiCrAlYコーティングを真空中で
、15℃/分の速度で昇温させ、1150℃で1時間保つ熱処理にかけると、図
6に示されるように、基材32の上に拡散バリアー40,拡散バリアー40に隣
接して富化溜まり42が生成した。ニッケルアルミナイド相44は、アルミニウ
ム層が内部に向かって拡散し、NiCrAYコーティング46の上部に入り込ん
で生成される。ニッケルアルミナイド相44は、真空加熱処理の最後に空気を導
入することによって、その表面にα−アルミナ系の層48を形成する。
The aluminized NiCrAlY coating on the diffusion coating was subjected to a heat treatment in vacuum at a rate of 15 ° C./min and held at 1150 ° C. for 1 hour, as shown in FIG. A diffusion barrier 40 was formed on the upper side, and an enriched reservoir 42 was formed adjacent to the diffusion barrier 40. The nickel aluminide phase 44 is generated when the aluminum layer diffuses inward and penetrates into the upper portion of the NiCrAY coating 46. The nickel aluminide phase 44 forms an α-alumina-based layer 48 on its surface by introducing air at the end of the vacuum heat treatment.

【0082】 こうして得られたコーティングを1150℃で500時間保って熱安定性を評
価するとともに、熱ショック試験にもかけた。このコーティングは良好な熱安定
性と良好な耐熱ショック性を示した。
The coating thus obtained was kept at 1150 ° C. for 500 hours to evaluate its thermal stability and was also subjected to a heat shock test. This coating showed good thermal stability and good heat shock resistance.

【0083】 実施例4 重量基準で、50%のCr、50%のNiからなるNiCr合金を、マグネト
ロンスパッタリングにより450℃でクボタ(Kubota)のKHR35CW
合金の上に析出させて、平均厚みを40μmとした。重量基準で22%のCr、
10%のAl、1%のY、バランス量のNi、のNiCrAlYコーティングを
マグネトロンスパッタリングにより450℃で析出させて平均厚みを60μmと
し、さらに第2回目として、重量基準で18%のCr、15%のAl、1%のY
、バランス量のNi、のNiCrAlYコーティングをマグネトロンスパッタリ
ングにより450℃で析出させて平均厚みを80μmとした。得られたコーティ
ングおよび基材を真空中で1時間1150℃で熱処理した。
Example 4 A NiCr alloy consisting of 50% Cr and 50% Ni on a weight basis was subjected to magnetron sputtering at 450 ° C. at Kubota's KHR35CW.
It was deposited on the alloy to an average thickness of 40 μm. 22% Cr by weight,
A NiCrAlY coating of 10% Al, 1% Y, and a balance amount of Ni was deposited by magnetron sputtering at 450 ° C. to an average thickness of 60 μm, and the second time, 18% Cr by weight, 15% Al, 1% Y
A balanced amount of Ni, a NiCrAlY coating, was deposited by magnetron sputtering at 450 ° C. to an average thickness of 80 μm. The resulting coating and substrate were heat treated in vacuum for 1 hour at 1150 ° C.

【0084】 こうして熱処理したコーティングを実験室空気中で192時間恒温酸化させた
が、その後でも、このコーティングは比較的良好な状態を保っていた。このコー
ティングはまた、NiCr層を持たないNiCrAlYに比較して、良好な機械
的性質を示した。
The thus heat-treated coating was subjected to isothermal oxidation in laboratory air for 192 hours, after which it remained relatively good. This coating also showed good mechanical properties compared to NiCrAlY without the NiCr layer.

【0085】 実施例5 重量基準で20%のTi、20%のAl、バランス量のSi、のTiAlSi
合金を、マグネトロンスパッタリングにより850℃でマニオール(Manio
r)XM合金の上に析出させて、平均厚みを40μmとした。 次いで、重量基準で22%のCr、10%のAl、1%のY、バランス量のNi
、のNiCrAlY合金を、マグネトロンスパッタリングにより850℃で析出
させて、平均厚みを160μmとした。このコーティングを真空中で1時間、1
150℃で熱処理して、図12に示される中間層を形成させた。
Example 5 TiAlSi with 20% Ti, 20% Al, balance amount Si, by weight
The alloy was magnetron sputtered at 850 ° C. to produce Manio
r) It was deposited on the XM alloy to have an average thickness of 40 μm. Then, based on weight, 22% Cr, 10% Al, 1% Y, balance Ni.
The NiCrAlY alloy of was deposited by magnetron sputtering at 850 ° C. to have an average thickness of 160 μm. This coating in vacuum for 1 hour, 1
It heat-processed at 150 degreeC and formed the intermediate | middle layer shown in FIG.

【0086】 得られたコーティングを実験室空気中で恒温酸化させると、有害な窒化物相を
うまく分散させてあって、480時間までの保護作用を示した。
The resulting coating was subjected to isothermal oxidation in laboratory air to successfully disperse the detrimental nitride phase and to protect it for up to 480 hours.

【0087】 実施例6 図7〜11においては、MCrAlXの連続したコーティングをプラズマ移行
式アーク法によって、高温用オーステナイト系ステンレス鋼基材の上に析出させ
、冶金学的かつ固着的に結合させた。本発明のMCrAlX合金では、Mは鉄、
ニッケルおよびコバルトまたはそれらの混合物からなる群より選択される金属で
あり、Xはイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウム
およびそれらの組合せからなる群より選択される元素であり、重量基準で、約0
〜40%、好ましくは約10〜25%のクロム、約3〜30%、好ましくは約4
〜20%のアルミニウム、および約5%まで、好ましくは3%まで、より好まし
くは約0.5〜1.5%のイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン
および/またはスカンジウム、バランス量の鉄、ニッケルまたはコバルトまたは
それらの組合せを含んでいる。
Example 6 In Figures 7-11, a continuous coating of MCrAlX was deposited on a high temperature austenitic stainless steel substrate by the plasma transfer arc method and metallurgically and firmly bonded. . In the MCrAlX alloy of the present invention, M is iron,
A metal selected from the group consisting of nickel and cobalt or mixtures thereof, X being an element selected from the group consisting of yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium and combinations thereof, on a weight basis of about 0
-40%, preferably about 10-25% chromium, about 3-30%, preferably about 4
-20% aluminum, and up to about 5%, preferably up to 3%, more preferably about 0.5-1.5% yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum and / or scandium, balance iron, nickel or Contains cobalt or a combination thereof.

【0088】 MCrAlXを上塗りコーティングする相手の基材は典型的には、高クロムま
たは低クロムステンレス鋼の遠心鋳造または鍛錬によるチューブまたはフィッテ
ィングであって、プラズマ移行式アーク析出法によってコーティングすると、チ
ューブやフィッティングの内側表面の全長にわたって、連続で、厚みが均一で、
密度の高いコーティングが得られることが見出された。
The substrate to which MCrAlX is overcoated is typically a tube or fitting made by centrifugal casting or wrought of high chromium or low chromium stainless steel, which when coated by the plasma transfer arc deposition method. A continuous, uniform thickness over the entire length of the inner surface of the fitting,
It has been found that a dense coating is obtained.

【0089】 好適なMCrAlXはNiCrAlYで、これは重量基準で、約12〜25%
のクロム、約4〜15%のアルミニウム、約0.5〜1.5%のイットリウム、
およびバランス量の実質的にはニッケルでできている。
A preferred MCrAlX is NiCrAlY, which is about 12-25% by weight.
Chromium, about 4-15% aluminum, about 0.5-1.5% yttrium,
And the balance amount is substantially made of nickel.

【0090】 NiCrAlYコーティングを析出させる方法としては、ベース合金の基材を
電気回路の一部とすることで、プラズマ移行式アーク法によって、MCrAlX
組成の粉体原料を塗布するものがある。前記の方法では、プラズマアークが粉体
とベース合金の両方を溶解させるが、酸化を防ぐために、アルゴンをキャリアー
兼シュラウドガスとして用いる。析出に際しては、プロセスパラメーターによっ
て溶融パッドルの生成を調節し、所望の厚みのコーティングとする。基材の合金
の一部が溶解するので、いくらかの稀釈が起こり、それがコーティングの最終組
成に影響する。これはまた、ベース合金とコーティングの間に所望に応じて遷移
ゾーンを形成し、それが、エチレン炉の運転の場合のような高温でおきる炭素や
窒素の拡散によって生成する炭化物および窒化物を、拡散させる形で、吸収する
。これによって、コーティングが剥離する危険性が大幅に低下する。
As a method of depositing the NiCrAlY coating, the base material of the base alloy is used as a part of the electric circuit, and the plasma transfer arc method is used to form the MCrAlX coating.
There is one in which a powder raw material having a composition is applied. In the above method, the plasma arc dissolves both the powder and the base alloy, but argon is used as a carrier and shroud gas to prevent oxidation. During deposition, the formation of molten puddle is controlled by process parameters to obtain a coating of desired thickness. Some dilution occurs as some of the base alloy melts, which affects the final composition of the coating. It also forms a transition zone between the base alloy and the coating, if desired, which results in the formation of carbides and nitrides produced by the diffusion of carbon and nitrogen at high temperatures, such as in ethylene furnace operation. Absorb in a diffused form. This greatly reduces the risk of coating delamination.

【0091】 こうして得られるコーティングは密度が高く、高温で空気と接触させるとアル
ミナスケールを形成し、また、チューブにしっかりと固着する。プラズマ移行式
アーク法では、別途のアルミニウム化工程を省略することができる。また、物質
の移動が極めて効率的に行え、原料の80〜90%をコーティング中に利用する
ことができるが、これに比較すると、マグネトロンスパッタリングでは、その効
率が25〜30%にしかならない。
The coating thus obtained is dense and forms an alumina scale upon contact with air at elevated temperatures and also firmly adheres to the tube. In the plasma transfer arc method, a separate aluminizing step can be omitted. Further, the mass transfer can be performed very efficiently, and 80 to 90% of the raw material can be utilized in the coating, but in comparison, the efficiency of magnetron sputtering is only 25 to 30%.

【0092】 基材として用いた高温用合金ステンレス鋼原料は2種類で、一つがH46M合
金で、もう一つが900B合金である。このコーティングに使用したのは、Ni
CrAlY粉体で、その公称組成は、重量%であらわして、Alが10,Crが
22、Yが1、Niがバランス量で、不純物は1重量%以下である。粉体の粒度
分布は+45ミクロン−106ミクロンである。粉体のガンへの供給速度は30
g/分であり、アークには100アンペア、50ボルトを用いた。
There are two kinds of high temperature alloy stainless steel raw materials used as the base material, one is H46M alloy and the other is 900B alloy. The coating used was Ni
CrAlY powder, the nominal composition of which is expressed as wt%, where Al is 10, Cr is 22, Y is 1, Ni is a balance amount, and impurities are 1 wt% or less. The particle size distribution of the powder is +45 microns-106 microns. The feeding speed of powder to the gun is 30
g / min, and the arc used 100 amps and 50 volts.

【0093】 このコーティングは、図7にみられるように、密度が高く連続で、4mm以上
の厚みで滑らかな表面を有している。ベース合金からコーティング表面にまで拡
がるような欠陥は認められなかったが、コーティングの外側表面近くに気泡がい
くらか存在した。組成からは、合金の一部が溶融して、NiCrAlYがHTA
中の元素と混合し稀釈されている事実が判明した。いずれの場合においても、ア
ルミニウム含量は5から7重量%の間であった。しかしながら、H46M上に析
出させた試料では、900B上に析出させた試料に比較して、鉄が少なく、ニッ
ケルとクロムが多かった。ベース合金中に存在するその他の元素、たとえばケイ
素、ニオブおよびマンガンもコーティングの中へ拡散しているが、溶接層中で1
重量%を超えるようなものは無かった。これらの試料はいずれも、試験の前に熱
処理は行わなかった。
As seen in FIG. 7, this coating is dense and continuous and has a smooth surface with a thickness of 4 mm or more. No defects were found to extend from the base alloy to the coating surface, but some bubbles were present near the outer surface of the coating. From the composition, part of the alloy melts and NiCrAlY becomes HTA.
The fact that it was mixed with the elements inside and diluted was found. In each case, the aluminum content was between 5 and 7% by weight. However, the sample deposited on H46M had less iron and more nickel and chromium than the sample deposited on 900B. Other elements present in the base alloy, such as silicon, niobium and manganese have also diffused into the coating, but in the weld layer 1
There was nothing that exceeded the weight percentage. None of these samples were heat treated prior to testing.

【0094】 これらの試料について、空気中1150℃で、500時間までのエージングを
行った。それぞれのエージング時間が経過した試料を、加熱炉から取りだして水
中に浸漬させ、アンサンブルの耐熱ショック性を評価した。このような処理をし
ても、剥落やクラックが生じた試料は一つもなかった。図8および9に見られる
ように、エージング時間を変えても、バルクの微細構造には目立った変化はなか
った。しかしながら、自由表面および界面のところで新しい構造が発達した。外
側表面の上に厚みが10ミクロンのアルミナ層が形成されているが、これにより
、コーティングしたHTA合金での触媒コークの生成が大幅に減少していること
がわかった。ボイドその他の内部的な欠陥部分では、混合酸化物(Cr−Al−
Ni−Y O)のコアーが、アルミナの表層の内部で析出していた。酸素の攻撃
がコーティングの内側の数ミクロンのところまで及んでいたのである。界面の部
分では、大量の窒化物、そのほとんどはAlN、が生成していたが、これらの結
晶は図10および11に見られるように、分散した形で成長している。窒化物の
数は、高クロム合金のH46Mから調製した試料の方が多かったが、これは多分
、合金中に溶解している窒素の量が多いためであろう。この場合でも、窒化物が
直線的あるいは連続的に凝集してはいないので、機械的な欠陥が発生する可能性
は低い。このようであれば、中間層を析出させる必要性はなくなる。中間層の主
目的はチューブから出てくる窒素を吸収することだからである。バルク中のアル
ミニウムの量は、1150℃で500時間のエージングの後では、5重量%を少
し超えた程度に減っており、元々あったアルミニウムはベース合金の中に拡散し
ている。
These samples were aged in air at 1150 ° C. for up to 500 hours. The sample after each aging time was taken out from the heating furnace and immersed in water to evaluate the heat shock resistance of the ensemble. Even with such treatment, none of the samples had peeling or cracks. As can be seen in FIGS. 8 and 9, there was no noticeable change in bulk microstructure with varying aging times. However, new structures developed at the free surface and interfaces. A 10 micron thick layer of alumina was formed on the outer surface, which was found to significantly reduce catalyst coke formation in the coated HTA alloy. At the voids and other internal defects, mixed oxides (Cr-Al-
A core of (Ni-YO) was deposited inside the surface layer of alumina. The oxygen attack extended to a few microns inside the coating. At the interface, a large amount of nitride, most of which was AlN, was formed, but these crystals grow in a dispersed form as seen in FIGS. 10 and 11. The number of nitrides was higher in the sample prepared from the high chromium alloy H46M, presumably due to the higher amount of dissolved nitrogen in the alloy. Even in this case, since the nitride is not agglomerated linearly or continuously, the possibility of mechanical defects is low. In this case, there is no need to deposit the intermediate layer. This is because the main purpose of the middle layer is to absorb the nitrogen coming out of the tube. The amount of aluminum in the bulk has decreased to just over 5% by weight after aging at 1150 ° C. for 500 hours, with the original aluminum diffused into the base alloy.

【0095】 本発明の方法のこの実施態様では、いくつかの重要なメリットがもたらされる
。NiCrAlY粉体をプラズマ移行式アーク法によって基材の合金に塗布する
と、得られる中間層は密度が高く、連続で滑らかな表面を有し、HTA基材に対
し固着性の冶金学的な結合を形成する。析出してくる窒化物および炭化物はいず
れも、界面層の内部またはすぐ近傍に分散するので、コーティングを熱処理した
り別の中間層を設けたりする必要はなくなる。コーティング中のアルミニウムが
充分に利用されて、アルミナの表面スケールが形成される。空気中1150℃で
500時間のエージングをしてから熱ショック試験を行っても、組成及びバルク
の構造にはほとんど変化がない。窒化物が界面層近くに形成されたものの、これ
らは分散されていてコーティングの剥離を起こすようなことはない。表面部分で
は明らかに酸化が起きていたが、その攻撃は表層部にとどまり、充分な量のアル
ミニウムが残っていて保護作用のあるアルミナスケールを維持していた。HTA
用の本発明の表面層合金は、エチレン製造炉のような高温で腐食性のある環境で
使用される反応器チューブのコーティングには特に有用である。
This embodiment of the method of the invention offers several important advantages. When NiCrAlY powder is applied to the alloy of the substrate by the plasma transfer arc method, the resulting intermediate layer has a high density, has a continuous and smooth surface, and has an adherent metallurgical bond to the HTA substrate. Form. Both the deposited nitrides and carbides are dispersed within or in the immediate vicinity of the interfacial layer, eliminating the need for heat treating the coating or providing another intermediate layer. The aluminum in the coating is fully utilized to form the alumina surface scale. Even after aging for 500 hours at 1150 ° C. in air and then heat shock test, there is almost no change in composition and bulk structure. Although the nitrides formed near the interface layer, they are dispersed and do not cause delamination of the coating. Oxidation was apparently occurring on the surface, but the attack remained on the surface, leaving sufficient aluminum to maintain the protective alumina scale. HTA
The surface layer alloy of the present invention for use is particularly useful for coating reactor tubes used in high temperature and corrosive environments such as ethylene production furnaces.

【0096】 添加物のケイ素は、0〜40重量%、好ましくは3〜15重量%の量で存在さ
せることができる。添加物のTは、0〜10重量%、好ましくは0.1〜5重量
%、より好ましくは0.5〜3重量%の量で存在させることができる。約12〜
25重量%のクロム、約4〜15重量%のアルミニウム、約0.5〜1.5重量
%のイットリウム、バランス量のニッケルからなるMCrAlX中において、添
加物Tとして好ましいのは、チタン、タンタル、白金またはパラジウム、タング
ステン、モリブデン、ニオブまたはレニウムである。MCrAlXコーティング
にケイ素を加えると、熱腐食および酸化の両方に対する抵抗性が改善される。C
r系のコーティングにタンタルおよびタングステンを加えると、硫化および酸化
に対する抵抗性の改善に寄与する。アルミニウム形成性合金にモリブデンを共存
させると、アルミニウムがコーティング金属から消失してしまった後で形成され
るCr系の酸化物スケールの性質が改良される。MCrAlX合金組成にチタン
を混在させると、コーティングの熱腐食に対する抵抗性、特に、硫化物および/
またはハロゲン含有化合物に対する抵抗性が改良される。ニオブを添加すると、
コーティングの熱膨張係数が変わって基材の熱膨張係数に合ってくるので、コー
ティングの強度が上がる。パラジウム、白金またはレニウムを共存させると、ア
ルミナスケールの性能を上げ、ゆっくりと成長させる。好適な組成は、22重量
%のCr、10重量%のAl、1重量%のY、3重量%のSi、バランス量のニ
ッケルからなるMCrAlXSiである。
The additive silicon can be present in an amount of 0 to 40% by weight, preferably 3 to 15% by weight. The additive T can be present in an amount of 0-10% by weight, preferably 0.1-5% by weight, more preferably 0.5-3% by weight. About 12 ~
In MCrAlX consisting of 25% by weight of chromium, about 4 to 15% by weight of aluminum, about 0.5 to 1.5% by weight of yttrium and a balanced amount of nickel, preferred additive T is titanium, tantalum, Platinum or palladium, tungsten, molybdenum, niobium or rhenium. Addition of silicon to the MCrAlX coating improves resistance to both hot corrosion and oxidation. C
The addition of tantalum and tungsten to r-based coatings contributes to improved resistance to sulfidation and oxidation. The coexistence of molybdenum in an aluminum-forming alloy improves the properties of the Cr-based oxide scale formed after the aluminum has disappeared from the coating metal. The inclusion of titanium in the MCrAlX alloy composition makes the coating resistant to thermal corrosion, especially sulfide and / or
Alternatively, the resistance to halogen-containing compounds is improved. With the addition of niobium,
Since the coefficient of thermal expansion of the coating changes and matches the coefficient of thermal expansion of the substrate, the strength of the coating increases. The coexistence of palladium, platinum or rhenium improves the performance of the alumina scale and allows it to grow slowly. A preferred composition is MCrAlXSi consisting of 22 wt% Cr, 10 wt% Al, 1 wt% Y, 3 wt% Si, a balance amount of nickel.

【0097】 MCrAlXSiまたはMCrAlXT上塗りコーティングの厚みは、20〜
6000μm、好ましくは50〜2000μm、より好ましくは80〜500μ
mの間で変えることができる。
The thickness of the MCrAlXSi or MCrAlXT topcoat coating ranges from 20 to 20.
6000 μm, preferably 50 to 2000 μm, more preferably 80 to 500 μm
Can be changed between m.

【0098】 アルミニウム、50重量%まで好ましくは15重量%までのケイ素を含むアル
ミニウム合金、または、60重量%までのケイ素および合計で30重量%までの
チタンおよびクロムのいずれかまたは両方およびバランス量の少なくとも約20
重量%のアルミニウムを含むアルミニウム合金の表面層を、コーティングの厚み
の約50%までの量で、MCrAlXSiまたはMCrAlXTコーティングの
上に析出させることができる。最上層として好ましいのは、MCrAlSiまた
はMCrAlXT上塗りコーティングの厚みの20%までの厚みを持つ、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金の層である。
Aluminum, an aluminum alloy containing up to 50% by weight, preferably up to 15% by weight of silicon, or up to 60% by weight of silicon and up to 30% by weight of either or both titanium and chromium and a balance amount. At least about 20
A surface layer of an aluminum alloy containing wt% aluminum can be deposited on the MCrAlXSi or MCrAlXT coating in an amount up to about 50% of the coating thickness. Preferred as the top layer is an aluminum or aluminum alloy layer having a thickness of up to 20% of the thickness of the MCrAlSi or MCrAlXT topcoat coating.

【0099】 本発明のコーティングの工業的な実施例としては、高温環境下で使用される抗
コーキング性、耐腐食性反応器チューブであり、そのチューブは高温用ステンレ
ス鋼の延伸チューブとその延伸チューブの内側表面に冶金学的に結合させた連続
したコーティングからなり、そのコーティングにはMCrAlXT合金が使われ
ているが、ここで、Mはニッケル、コバルト、鉄またはそれらの混合物であり、
Xはイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウムまたは
それらの組合せであり、Tはケイ素、タンタル、チタン、白金、パラジウム、レ
ニウム、モリブデン、タングステン、ニオブまたはそれらの組合せであって、重
量基準で、約10〜25%のクロム、約4〜20%のアルミニウム、約3重量%
までのX、および、約8重量%までのT、バランス量のMからなり、コーティン
グを析出させるには、物理的蒸着法、プラズマ溶射法もしくはプラズマ移行式ア
ークサーフェシング、またはバインダーコーティング法による塗布など多くの方
法のうちの一つを用い、ここで、MCrAlXTコーティングの厚みは約20μ
mから6000μmである。
An industrial example of the coating of the present invention is an anti-coking, corrosion-resistant reactor tube used in a high temperature environment, the tube being a high temperature stainless steel drawn tube and the drawn tube. Consisting of a continuous coating metallurgically bonded to the inner surface of a MCrAlXT alloy, where M is nickel, cobalt, iron or a mixture thereof,
X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or a combination thereof, T is silicon, tantalum, titanium, platinum, palladium, rhenium, molybdenum, tungsten, niobium or a combination thereof, on a weight basis, about 10-25% chromium, about 4-20% aluminum, about 3% by weight
X, and T up to about 8% by weight, and a balance amount of M to deposit the coating by physical vapor deposition, plasma spraying or plasma transfer arc surfacing, or binder coating. Of one of many methods, where the thickness of the MCrAlXT coating is about 20μ.
m to 6000 μm.

【0100】 ケイ素が3〜40重量%の量で存在するMCrAlXSiコーティングは、炭
素鋼または低品位もしくは高温用ステンレス鋼基材のたとえばチューブやフィッ
ティングに対して、2種以上のMCrAlXSi成分の粉体混合物を有機バイン
ダーに添加してスラリーを形成させこのスラリーを基材にコーティングすること
によって、塗布することができることが見出された。コーティングした基材を乾
燥させ、真空炉で加熱して有機バインダーを蒸発させ、コーティングと基材とを
反応焼結させて、基材にコーティングを固着させる。
MCrAlXSi coatings in which silicon is present in an amount of 3 to 40 wt. It has been found that it can be applied by adding to an organic binder to form a slurry and coating the slurry on a substrate. The coated substrate is dried and heated in a vacuum oven to evaporate the organic binder and reaction sinter the coating with the substrate to adhere the coating to the substrate.

【0101】 スラリー組成として好ましいのは、MCrAlXSiの少なくとも2種の粉体
成分を含むものであり、そのうちのMはニッケルである。この粉体をブレンドし
、たとえば有機溶媒に溶解させたアクリル系バインダーのような、有機バインダ
ーに添加する。このニッケルは、他の1種または複数の成分が50〜150μm
の平均粒径であるのに比較して、相対的に小さな2〜10μmの平均粒径を有し
、また、他の1種または複数の成分の形状が円盤状または球状であるのに対し、
不規則な形状をしている。粒径と形状に違いをもたせることで、有機バインダー
を蒸発させた後で、粒子が互いにかみ合って基材の上にとどまるようになるが、
これについては以下で記述する。
A preferable slurry composition contains at least two powder components of MCrAlXSi, and M of them is nickel. This powder is blended and added to an organic binder, such as an acrylic binder dissolved in an organic solvent. This nickel contains 50 to 150 μm of one or more other components.
Has a relatively small average particle size of 2 to 10 μm, and the other one or more components have a disk shape or a spherical shape.
It has an irregular shape. By having a difference in particle size and shape, after the organic binder has evaporated, the particles will interlock and stay on the substrate,
This is described below.

【0102】 ブレンドした粉体中に含まれるケイ素が40重量%までにもなると、コーティ
ングの融点が低下して、約900〜1150℃になる。ケイ素濃度が6重量%以
上になると、基材中に生成したクロム炭化物をケイ素が溶解するが、ケイ素が基
材中に拡散したためにその濃度が6%を下回ると、それらの炭化物がランダムに
再析出してくる。
When the content of silicon contained in the blended powder is up to 40% by weight, the melting point of the coating is lowered to about 900 to 1150 ° C. When the silicon concentration is 6% by weight or more, the silicon carbide dissolves the chromium carbide formed in the base material, but when the silicon concentration is less than 6% due to the diffusion of silicon into the base material, the carbide is randomly regenerated. It begins to precipitate.

【0103】 本発明のこの側面に関しては、MCrAlXSi合金の成分である2種以上の
粉体を析出させ、コーティングした加工品を真空中または酸素を含まない雰囲気
中でMCrAlXSi合金が反応焼結される温度にまで加熱し、合金を基材に拡
散結合させることで得られる、表面合金構造の実施態様について5種類のものを
示す。
In this aspect of the invention, the MCrAlXSi alloy is reacted and sintered in vacuum or in an oxygen-free atmosphere by depositing two or more powders that are components of the MCrAlXSi alloy. Five types of embodiments of the surface alloy structure obtained by heating to the temperature and diffusion-bonding the alloy to the base material are shown.

【0104】 本発明の第1の実施態様では、MCrAlYSi合金の成分の2種以上の粉体
をブレンドし、加工品の表面に静水圧圧縮成形する。上塗りコーティングを圧縮
成形した加工品を真空中または酸素を含まない雰囲気中で加熱して、反応焼結を
起こさせる。反応焼結では、急激な反応が起きるのを避けるために、成分の化学
的活性を調節しておく必要がある。コーティングが生成する際には、コーティン
グの基材に対する付着が起きるような温度では、反応も起きている筈である。調
節できない反応の例をあげれば、NiおよびAl粉体からNiAl金属間化合物
が生成する反応である。NiとAlの間のこの反応は、800〜900℃で始ま
る。温度が急激に1600℃まで上昇し、相対的に冷たい基材表面上にNiAl
の溶融滴が形成される。基材の温度が低く、NiAlは化学的な安定性が高いの
で、この溶融滴は急速に固化し、基材とは反応しない。本発明においては、粉体
間での激しい反応を避ける目的で、粉体の活性を調節する。成分のあるもの、た
とえばSiおよびAlは、あらかじめ反応させておいてその活性を下げておく。
たとえば、微粉砕したCrAlSi粉体を、Ni、NiAlおよびNiCr粉体
と組合せてブレンドしてもよい。こうすることで反応の際の発熱量が下がり、ま
た、反応がより高温で始まる。高温にすれば、コーティングが基材の表面と反応
して、コーティングと基材との結合が優れたものとなる。FeおよびNiとの間
で低融点の液状物(900〜1000℃)を作らせようとすると、コーティング
にSiを加える必要がある。これらの液状物は基材の表面を濡らし、コーティン
グと基材の間に結合を作る。また、コーティングと基材の界面で脆い炭化物が生
成するのを防ぐために、Siを添加することもある。最初の濃度を6重量%以上
にしておくと、Siが基材中に存在するクロム炭化物を溶解するが、Siが基材
中に拡散したためにその濃度が6%を下回ると、それらの炭化物をランダムに再
析出してくる。
In the first embodiment of the present invention, two or more kinds of powders of the components of the MCrAlYSi alloy are blended, and the surface of the processed product is subjected to hydrostatic compression molding. The compression-molded work piece of the topcoat is heated in a vacuum or oxygen-free atmosphere to cause reactive sintering. In reactive sintering, it is necessary to control the chemical activity of the components in order to avoid a sudden reaction. When the coating is formed, a reaction should also occur at temperatures such that the coating adheres to the substrate. An example of a reaction that cannot be controlled is a reaction in which a NiAl intermetallic compound is produced from Ni and Al powders. This reaction between Ni and Al begins at 800-900 ° C. The temperature rises rapidly to 1600 ° C, and NiAl is deposited on the surface of the relatively cold substrate.
Melt droplets are formed. Due to the low substrate temperature and the high chemical stability of NiAl, the molten droplets solidify rapidly and do not react with the substrate. In the present invention, the activity of the powder is adjusted in order to avoid a violent reaction between the powders. Some components, such as Si and Al, are reacted in advance to reduce their activity.
For example, finely ground CrAlSi powder may be combined and blended with Ni, NiAl and NiCr powders. This reduces the amount of heat generated during the reaction, and the reaction starts at a higher temperature. The elevated temperature causes the coating to react with the surface of the substrate, resulting in an excellent bond between the coating and the substrate. In order to create a low melting point liquid (900-1000 ° C.) between Fe and Ni, it is necessary to add Si to the coating. These liquids wet the surface of the substrate, creating a bond between the coating and the substrate. Si may also be added to prevent the formation of brittle carbides at the coating-substrate interface. When the initial concentration is set to 6% by weight or more, Si dissolves the chromium carbide existing in the base material, but when the concentration falls below 6% due to the diffusion of Si into the base material, the carbide is removed. It re-precipitates randomly.

【0105】 本発明の第2の実施態様では、MCrAlYSi合金の成分の2種以上の粉体
をブレンドし、加工品の表面上にコーティングとして析出させるが、そのために
、溶射、化学的蒸着、または、あらかじめ溶射したカソードからのマグネトロン
スパッタリングを使用する。次いで、コーティングした加工品を真空中または酸
素を含まない雰囲気中で加熱して、反応焼結を起こさせる。
In a second embodiment of the invention, two or more powders of the components of the MCrAlYSi alloy are blended and deposited as a coating on the surface of the workpiece, for which purpose thermal spraying, chemical vapor deposition, or , Using magnetron sputtering from a pre-sprayed cathode. The coated workpiece is then heated in a vacuum or oxygen free atmosphere to cause reactive sintering.

【0106】 本発明の第3の実施態様では、MCrAlYSi合金の成分の2種以上の粉体
をブレンドし、加工品の表面上に析出させるが、そのために、プラズマ移行式ア
ーク法を使用して、析出と同時に反応焼結させる。
In a third embodiment of the present invention, two or more powders of the components of the MCrAlYSi alloy are blended and deposited on the surface of the work piece, for which the plasma transfer arc method is used. , Reaction sintering at the same time as precipitation.

【0107】 本発明の第4の実施態様では、、MCrAlYSi合金の成分の2種以上の粉
体を必要に応じて有効量の有機バインダーとブレンドし、高粘度の搬送剤と組合
せた溶媒と混合し、スラリーとして加工品の表面に塗布する。この上塗りスラリ
ーコーティングした加工品を乾燥させてから、真空中または酸素を含まない雰囲
気中で加熱して、反応焼結を起こさせる。
In a fourth embodiment of the invention, two or more powders of the components of the MCrAlYSi alloy are blended with an effective amount of an organic binder as needed and mixed with a solvent in combination with a high viscosity carrier. Then, it is applied as a slurry to the surface of the processed product. The top-coated slurry-coated workpiece is dried and then heated in vacuum or in an oxygen-free atmosphere to cause reactive sintering.

【0108】 この反応焼結プロセスの利点の一つは、コーティングと基材の境に明瞭な分界
線が形成されないことである。それによって、コーティングと基材との間の結合
が良好となるだけでなく、窒素を含有する基材の上にMCrAlY合金を用いた
場合には、脆い窒化アルミニウムをランダムに分散させることができる。PVD
法によって析出させたMCrAlYコーティングでは、これらの窒化物がコーテ
ィングと基材の界面で脆い層を形成し、コーティングの剥離をまねく可能性があ
1。
One of the advantages of this reactive sintering process is that no clear demarcation line is formed at the boundary between the coating and the substrate. Not only does this provide a good bond between the coating and the substrate, but it also allows the brittle aluminum nitride to be randomly dispersed when using the MCrAlY alloy on the nitrogen-containing substrate. PVD
In MCrAlY coatings deposited by the method, these nitrides may form a brittle layer at the coating-substrate interface, leading to delamination of the coating 1.

【0109】 このコーティングは、その表面にα−アルミナ系の層を形成するアルミニウム
源となるもので、そのためには、約1000℃以上の温度の空気のような酸素含
有ガスを、別の工程で空気のような酸化性ガス雰囲気中で1000℃以上の温度
とした基材およびコーティングの上に導入するか、実用に供されている場合には
、約1000℃以上の運転温度で、酸素含有ガスを導入するかあるいは存在させ
る。
This coating serves as a source of aluminum for forming an α-alumina-based layer on the surface thereof, for which an oxygen-containing gas such as air at a temperature of about 1000 ° C. or higher is separately processed. The oxygen-containing gas is introduced onto a substrate and a coating which are heated to a temperature of 1000 ° C. or higher in an atmosphere of an oxidizing gas such as air, or at an operating temperature of about 1000 ° C. or higher when used in practice. Introduce or exist.

【0110】 本発明の表面合金構造の第5の実施態様では、前記のMCrAlXSi表面合
金構造の上にアルミニウムの層を析出させ、アルミニウムとMCrAlXSi表
面合金化基材の複合化物を熱処理して、所望のコーティング微細構造を確立させ
る。
In a fifth embodiment of the surface alloy structure of the present invention, a layer of aluminum is deposited on the MCrAlXSi surface alloy structure described above and the composite of aluminum and MCrAlXSi surface alloyed substrate is heat treated to obtain the desired Establish the coating microstructure.

【0111】 当然のことながら、添付の特許請求項で規定される本発明の範囲と条項から逸
脱することなく、本明細書において説明し記述してきた実施態様に修正を加える
ことが可能であることは、理解されるべきである。
It will be understood that modifications can be made to the embodiments described and described herein without departing from the scope and terms of the invention as defined by the appended claims. Should be understood.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

本発明のプロセスおよびそれにより製造される製品を添付の図面によって説明す
るが、ここで:
The process of the invention and the products produced thereby are illustrated by the accompanying drawings, in which:

【図1】 ステンレス鋼基材の上に析出させたNiCrAlYコーティングの断面の顕微
鏡写真である。
FIG. 1 is a micrograph of a cross section of a NiCrAlY coating deposited on a stainless steel substrate.

【図2】 図1に示したNiCrAlYコーティングの熱処理後の顕微鏡写真である。[Fig. 2]   2 is a photomicrograph of the NiCrAlY coating shown in FIG. 1 after heat treatment.

【図3】 その上にアルミニウム層を析出させたNiCrAlYコーティングの断面の顕
微鏡写真である。
FIG. 3 is a micrograph of a cross section of a NiCrAlY coating having an aluminum layer deposited thereon.

【図4】 アルミニウム層を析出させたNiCrAlYコーティングの熱処理後の顕微鏡
写真である。
FIG. 4 is a micrograph of a NiCrAlY coating having an aluminum layer deposited thereon after heat treatment.

【図5】 ステンレス鋼基材の上に拡散コーティングを析出させ、その拡散コーティング
の上にNiCrAlYコーティングを析出させ、そして、その上塗りコーティン
グの上にアルミニウム層を析出させたものの顕微鏡写真である。
FIG. 5 is a micrograph of a diffusion coating deposited on a stainless steel substrate, a NiCrAlY coating deposited on the diffusion coating, and an aluminum layer deposited on the overcoat.

【図6】 図5に示した複合コーティングの熱処理後の顕微鏡写真である。[Figure 6]   6 is a photomicrograph of the composite coating shown in FIG. 5 after heat treatment.

【図7】 HTA合金900Bの上にプラズマ移行式アーク法によって析出させたNiC
rAlYコーティングの界面部分の顕微鏡写真である。
FIG. 7: NiC deposited by plasma transfer arc method on HTA alloy 900B
It is a microscope picture of the interface part of rAlY coating.

【図8】 空気中1150℃で500時間のエージングをおこなった後のNiCrAlY
の上表面の顕微鏡写真である。
FIG. 8: NiCrAlY after aging in air at 1150 ° C. for 500 hours
3 is a micrograph of the upper surface of FIG.

【図9】 空気中1150℃で500時間のエージングをおこなった後のバルク部分の微
細構造の顕微鏡写真である。
FIG. 9 is a micrograph of a microstructure of a bulk portion after aging in air at 1150 ° C. for 500 hours.

【図10】 空気中1150℃で500時間のエージングをおこなった後のNiCrAlY
コーティングと低クロムステンレス鋼の界面の顕微鏡写真である。
FIG. 10: NiCrAlY after aging in air at 1150 ° C. for 500 hours
3 is a micrograph of the interface between the coating and low chromium stainless steel.

【図11】 空気中1150℃で500時間のエージングをおこなった後のNiCrAlY
コーティングと高クロムステンレス鋼の界面の顕微鏡写真である。
FIG. 11: NiCrAlY after aging in air at 1150 ° C. for 500 hours
3 is a photomicrograph of the interface between the coating and high chromium stainless steel.

【図12】 熱処理後の、ステンレス鋼基材上の拡散コーティングとその上のNiCrAl
Yコーティングとの界面の顕微鏡写真である。
FIG. 12: Diffusion coating and NiCrAl on stainless steel substrate after heat treatment
It is a microscope picture of the interface with Y coating.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 2,348,145 (32)優先日 平成13年5月22日(2001.5.22) (33)優先権主張国 カナダ(CA) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CO,CR,CU,CZ,DE ,DK,DM,DZ,EC,EE,ES,FI,GB, GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,I N,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC ,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA,MD, MG,MK,MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,P L,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK ,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG, US,UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 フィッシャー ゲーリー アンソニー カナダ国 ティー6イー 0ピー3 アル バータ,エドモントン,67 アベニュー 9843 (72)発明者 プレスコット ロバート カナダ国 ティー6エー 1エム8 アル バータ,エドモントン,77ス アベニュー 10425,#302 (72)発明者 チェン ヤン カナダ国 ティー8エー 5エル1 アル バータ,シャーウッド パーク,カーメル ウィンド 2 (72)発明者 セング ハン カナダ国 ティー6ジェー 0ティー9 アルバータ,エドモントン,41 アベニュ ー 11465,#305 (72)発明者 スブラムニアン チンニア ガウンダー カナダ国 ティー6アール 2シー9 ア ルバータ,エドモントン,ファルコナー ロード 1039 (72)発明者 ワイシーケルスキー アンドリュー ジョ ージ カナダ国 ブイ0エッチ 1アール0 ブ リティッシュ コロンビア,オカナガン フォールス,オリバー ランチ ロード 1840,39,バリー ビュー エステーツ (72)発明者 メンデス エースベド ホワン マニュエ ル カナダ国 ティー6イー 0ピー2 アル バータ,エドモントン,67 アベニュー 9712 (72)発明者 ゴロデツキー アレキサンダー エス カナダ国 ティー8エー 5エム8 アル バータ,シャーウッド パーク,レインボ ウ クレセント 521 (72)発明者 レドモンド エドワード ジョン カナダ国 ティー5ティー 1イー3 ア ルバータ,エドモントン,エヌダブリュ, ウルフ ウィロー ポイント 2 Fターム(参考) 4K029 AA02 BA21 BA23 BA25 BC01 BC02 BC10 CA05 DC04 DC39 GA01 4K044 AA02 AA03 AB03 BA01 BA02 BA06 BA10 BB03 BB11 BC02 CA11 CA13 CA24 CA27 CA62 【要約の続き】 のに有効な時間をかけて酸化させる。上塗りコーティン グを析出させる前に、間にはさむアルミニウム含有中間 層を基材の上に直接析出させることもでき、コーティン グと共に熱処理して、ステンレス鋼基材とコーティング の間に保護作用のある中間層を形成させ、それによって 基材とコーティングの界面で生成する窒化物を分散させ る。また、このコーティングは、微粉砕したMCrAl XT粉体をプラズマ移行式アーク法で基材の上に析出さ せ、冶金学的に基材に結合させることもでき、それによ って、別途に熱処理をする必要がなくなる。別の方法と して、所望のMCrAlXT合金を製造するための成分 の粉体ブレンド物を基材に塗布してもよい。─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (31) Priority claim number 2,348,145 (32) Priority date May 22, 2001 (May 22, 2001) (33) Priority country Canada (CA) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE, TR), OA (BF , BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, G M, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ , UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, B Z, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE , DK, DM, DZ, EC, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, I N, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC , LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, P L, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK , SL, TJ, TM, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Fisher Gary Anthony             Canada Tea 6 E 0 P 3 Al             Bertha, Edmonton, 67 Avenue             9843 (72) Inventor Prescott Robert             Canada Tea 6 A 1 M 8 Al             Bertha, Edmonton, 77th Avenue               10425, # 302 (72) Inventor Chen Yang             Canada Tea 8 A 5 L 1 Al             Bertha, Sherwood Park, Carmel               Window 2 (72) Inventor Seng Han             Canada T6 J0 T9             Alberta, Edmonton, 41 Avenue             ー 11465, # 305 (72) Inventor Subramunian Chinnia Gounder             Canada tee 6 are 2 sea 9 a             Ruberta, Edmonton, Falconer             Road 1039 (72) Inventor Weissel Kelsky Andrew Jo             Page             Canada buoy 0 etch 1 are 0 bu             Okanagan, British Columbia             False, Oliver Ranch Road             1840, 39, Barryview Estates (72) Inventor Mendes Ace Bed Houwan Manuel             Le             Canada Tea 6 E 0 P 2 Al             Bertha, Edmonton, 67 Avenue             9712 (72) Inventor Gorodetsky Alexander S             Canada Tea 8 A 5 M 8 Al             Bata, Sherwood Park, Rainbow             U Crescent 521 (72) Inventor Redmond Edward John             Canada Tea 5 Tea 1 E 3A             Ruberta, Edmonton, NW,             Wolf Willow Point 2 F-term (reference) 4K029 AA02 BA21 BA23 BA25 BC01                       BC02 BC10 CA05 DC04 DC39                       GA01                 4K044 AA02 AA03 AB03 BA01 BA02                       BA06 BA10 BB03 BB11 BC02                       CA11 CA13 CA24 CA27 CA62 [Continued summary] Allow it to oxidize for an effective time. Topcoat coating Aluminium-containing intermediate sandwiched before depositing The layers can also be deposited directly on the substrate, Heat-treated together with stainless steel base material and coating Form a protective intermediate layer between the Disperse the nitrides that form at the interface between the substrate and the coating It This coating is also a finely ground MCrAl XT powder is deposited on the substrate by plasma transfer arc method. And metallurgically bonded to the substrate, which Therefore, it is not necessary to perform heat treatment separately. Another way To produce the desired MCrAlXT alloy You may apply the powder blend of this to a base material.

Claims (100)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 低炭素鋼およびステンレス鋼の上に非触媒的な表面を有する
保護作用のあるコーティングを設けるための方法であって、MCrAlX合金の
連続したコーティングを鋼基材の上に析出させそれに冶金学的に結合させること
を含むが、ここで、Mはニッケル、コバルトもしくは鉄またはそれらの混合物で
あり、Xはイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウム
またはそれらの組合せであり、約0〜40重量%のクロム、約3〜40重量%の
アルミニウム、および約5重量%までのX、バランス量のMを含む、方法。
1. A method for providing a protective coating having a non-catalytic surface on low carbon steel and stainless steel, comprising depositing a continuous coating of MCrAlX alloy on a steel substrate. Metallurgically bonded thereto, where M is nickel, cobalt or iron or a mixture thereof, X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or a combination thereof, about 0 to A method comprising 40 wt% chromium, about 3-40 wt% aluminum, and up to about 5 wt% X, a balance amount of M.
【請求項2】 基材が高温用ステンレス鋼であり、MCrAlX合金が約1
0〜25重量%のクロム、約5〜20重量%のアルミニウムおよび約3重量%ま
でのX、バランス量のMを含む、請求項1に特許請求された方法。
2. The substrate is high temperature stainless steel and the MCrAlX alloy is about 1
The method as claimed in claim 1, comprising 0-25 wt% chromium, about 5-20 wt% aluminum and up to about 3 wt% X, a balance amount of M.
【請求項3】 コーティングおよび基材を灼熱処理温度で、多相微細構造の
変化を起こさせ、コーティングを基材に冶金学的に結合させるのに有効な時間を
かけて熱処理し、コーティングを冶金学的に基材に結合させる、請求項2に特許
請求された方法。
3. The coating and metallurgy are heat treated at an ablation heat treatment temperature for a time period effective to cause a change in the multiphase microstructure and metallurgically bond the coating to the substrate. The method as claimed in claim 2, wherein the method is biologically bonded to a substrate.
【請求項4】 Xが0.25〜1.5重量%の量で存在し、コーティングを
厚み約50〜500μmで析出させ、このコーティングおよび基材を約1000
〜1200℃の範囲の灼熱処理温度に加熱し、その灼熱処理温度で少なくとも約
10分保持する、請求項3に特許請求された方法。
4. X is present in an amount of 0.25 to 1.5% by weight, the coating is deposited to a thickness of about 50 to 500 μm and the coating and substrate are about 1000.
The method as claimed in claim 3, wherein the method is heated to a cauterization temperature in the range of -1200 ° C and held at that caustic temperature for at least about 10 minutes.
【請求項5】 MCrAlXがNiCrAlYであって、約12〜22重量
%のクロム、約8〜20重量%のアルミニウムおよび0.8〜1重量%のイット
リウム、バランス量のニッケルを含み、ここで、コーティングをマグネトロンス
パッタリング物理的蒸着法により約200〜1000℃の範囲の温度で、厚みが
約50〜350μmになるように基材上に析出させる、請求項4に特許請求され
た方法。
5. The MCrAlX is NiCrAlY and comprises about 12-22% by weight chromium, about 8-20% by weight aluminum and 0.8-1% by weight yttrium, a balance amount of nickel, wherein: The method as claimed in claim 4, wherein the coating is deposited on the substrate by magnetron sputtering physical vapor deposition at a temperature in the range of about 200-1000 ° C. to a thickness of about 50-350 μm.
【請求項6】 アルミニウム、50重量%までのケイ素を含むアルミニウム
合金、または、60重量%までのケイ素および合計で30重量%までのチタンお
よびクロムのいずれかまたは両方およびバランス量の少なくとも約20重量%の
アルミニウムを含むアルミニウム合金の表面層を、コーティングの厚みの約50
%までの量で、コーティングの上に析出させ、アルミニウムまたはアルミニウム
合金をのせたコーティングと基材とを酸素を含まない雰囲気中で灼熱処理温度で
熱処理して表面層をコーティングの内部に拡散させて基材にコーティング上塗り
を冶金学的に結合させ、随意にさらに酸化性の雰囲気中で熱処理してその上にア
ルミナ表面スケールを生成させることをさらに含む、請求項4に特許請求された
方法。
6. Aluminum, an aluminum alloy containing up to 50% by weight of silicon, or up to 60% by weight of silicon and up to 30% by weight of titanium and / or chromium and a balance amount of at least about 20% by weight. Aluminum alloy surface layer containing aluminum at about 50% of the coating thickness.
% On the coating, and the aluminum or aluminum alloy-laden coating and the substrate are heat treated at a heat treatment temperature in an oxygen-free atmosphere to diffuse the surface layer into the coating. The method as claimed in claim 4, further comprising metallurgically bonding a coating topcoat to the substrate and optionally heat treating in a more oxidizing atmosphere to produce an alumina surface scale thereon.
【請求項7】 アルミニウム合金が15重量%までのケイ素を含み、約20
0〜500℃の範囲の温度でのマグネトロンスパッタリング物理的蒸着法を用い
てコーティングの厚みの約20%の厚みでアルミニウムまたはアルミニウム合金
をコーティングの上に析出させ、酸化性雰囲気中で、約1000〜1160℃の
範囲の温度で、その上にアルミナスケールが生成するに有効な時間熱処理する、
請求項6に特許請求された方法。
7. The aluminum alloy comprises up to 15% by weight of silicon and comprises about 20%.
Aluminum or an aluminum alloy is deposited on the coating at a thickness of about 20% of the thickness of the coating using magnetron sputtering physical vapor deposition at a temperature in the range of 0-500 ° C., and in an oxidizing atmosphere at about 1000- Heat treating at a temperature in the range of 1160 ° C. for a time effective to form an alumina scale thereon,
The method as claimed in claim 6.
【請求項8】 MCrAlXコーティングを析出させる前に、ステンレス鋼
基材の上に連続層を析出させて、ステンレス鋼基材とコーティングの間に、コー
ティングと基材の界面で連続した窒化物または炭化物層が生成するのを最小化ま
たは回避するのに有効な中間層を設けることをさらに含む、請求項6に特許請求
された方法。
8. A continuous layer is deposited on a stainless steel substrate prior to depositing the MCrAlX coating to provide a continuous nitride or carbide between the stainless steel substrate and the coating at the coating-substrate interface. 7. The method as claimed in claim 6, further comprising providing an intermediate layer effective to minimize or avoid layer formation.
【請求項9】 中間層が約35〜45重量%のアルミニウム、約5〜20重
量%のクロムおよびチタンの一方または両方、および約40〜55重量%のケイ
素を含み、高温用ステンレス鋼基材の上に400〜600℃または800〜90
0℃の範囲の温度で約20〜100μmの厚みに析出させ、前記の中間層を約1
030〜1180℃の範囲の灼熱処理温度で、少なくとも約20分間熱処理する
、請求項8に特許請求された方法。
9. A high temperature stainless steel substrate wherein the intermediate layer comprises about 35-45% by weight aluminum, about 5-20% by weight chromium and / or titanium, and about 40-55% by weight silicon. 400-600 ° C or 800-90 on top
The intermediate layer is deposited at a temperature of 0 ° C. to a thickness of about 20 to 100 μm, and the intermediate layer is about 1 μm thick.
9. The method as claimed in claim 8, wherein the heat treatment temperature is in the range of 030 to 1180 [deg.] C. for at least about 20 minutes.
【請求項10】 ステンレス鋼基材が約31〜38重量%のクロムを含み、
前記の中間層を約1130〜1160℃の範囲の灼熱処理温度で、約30分から
2時間熱処理する、請求項9に特許請求された方法。
10. The stainless steel substrate comprises about 31-38% by weight chromium.
10. The method as claimed in claim 9, wherein the intermediate layer is heat treated at an ablation heat treatment temperature in the range of about 1130-1160 [deg.] C. for about 30 minutes to 2 hours.
【請求項11】 ステンレス鋼基材が約20〜25重量%のクロムを含み、
前記の中間層を約1050〜1160℃の範囲の灼熱処理温度で、約30分から
2時間熱処理する、請求項9に特許請求された方法。
11. The stainless steel substrate comprises about 20-25% by weight chromium,
The method as claimed in claim 9, wherein the intermediate layer is heat treated at a cauterizing temperature in the range of about 1050-1160 ° C for about 30 minutes to 2 hours.
【請求項12】 中間層が約35〜45重量%のアルミニウム、合計で約5
〜15重量%となるチタンまたはクロムのいずれかまたは両方、そして約50〜
55重量%のケイ素を含んでいて、高温用ステンレス鋼基材の上に析出され、こ
の中間層の上に連続のMCrAlX合金コーティングを析出させるがここで、M
はニッケル、コバルトもしくは鉄またはそれらの混合物であり、Xはイットリウ
ム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウムまたはそれらの組合せ
であって、約10〜25重量%のクロム、約6〜15重量%のアルミニウムおよ
び約3重量%までのX、バランス量のMを含み、随意に、このMCrAlX合金
コーティングの上にアルミニウム層を析出させ、基材、中間層、コーティングお
よびアルミニウムまたはアルミニウム合金表面層を酸素を含まない雰囲気中で灼
熱処理温度でこの表面層がコーティング中に拡散するのに有効な時間をかけて熱
処理し、多相の微細構造を形成させて、コーティングおよび中間層を基材に冶金
学的に結合させ、次いで随意に、酸化性の雰囲気中で約1000℃以上の温度で
アルミナ表面スケールがその上に生成するに有効な時間をかけて熱処理する、請
求項8に特許請求された方法。
12. The intermediate layer comprises about 35-45% by weight aluminum, a total of about 5%.
~ 15% by weight of either or both titanium and chromium, and about 50 ~
Deposited on a high temperature stainless steel substrate containing 55% by weight of silicon and depositing a continuous MCrAlX alloy coating on this intermediate layer, where M
Is nickel, cobalt or iron or a mixture thereof, X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or a combination thereof, wherein about 10 to 25% by weight chromium, about 6 to 15% by weight aluminum and Up to about 3% by weight of X, containing a balance amount of M, optionally depositing an aluminum layer on the MCrAlX alloy coating, oxygen free substrate, intermediate layer, coating and aluminum or aluminum alloy surface layer This surface layer is heat treated in the atmosphere at an ablation temperature for an effective time to diffuse into the coating to form a multi-phase microstructure that metallurgically bonds the coating and intermediate layer to the substrate. And, optionally, an alumina surface scale at a temperature above about 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere. There is heat-treated over a period of time effective, the claimed in claim 8 To produce thereon.
【請求項13】 コーティングおよび基材を約1030〜1180℃の範囲
の灼熱処理温度で、約20分から24時間加熱する、請求項12に特許請求され
た方法。
13. The method as claimed in claim 12, wherein the coating and substrate are heated at an ablation heat treatment temperature in the range of about 1030 to 1180 ° C. for about 20 minutes to 24 hours.
【請求項14】 中間層を800〜900℃の範囲の温度でのマグネトロン
スパッタリング物理的蒸着法により析出させ、この中間層、アルミニウムまたは
アルミニウム合金表面層を有するMCrAlXコーティング、および基材を、少
なくとも5℃/分の昇温速度で灼熱処理温度まで加熱する、請求項12に特許請
求された方法。
14. An intermediate layer is deposited by magnetron sputtering physical vapor deposition at a temperature in the range of 800 to 900 ° C., the intermediate layer, MCrAlX coating having an aluminum or aluminum alloy surface layer, and a substrate having at least 5 parts. 13. The method as claimed in claim 12, wherein heating to the ablation heat treatment temperature at a heating rate of ° C / min.
【請求項15】 中間層、アルミニウムまたはアルミニウム合金表面層を有
するMCrAlXコーティング、および基材を、約10〜20℃/分の昇温速度
で灼熱処理温度まで加熱する、請求項14に特許請求された方法。
15. The claim of claim 14, wherein the intermediate layer, the MCrAlX coating having an aluminum or aluminum alloy surface layer, and the substrate are heated to a cauterization temperature at a heating rate of about 10-20 ° C./min. How
【請求項16】 中間層を厚み約20〜100μmで析出させ、中間層、ア
ルミニウムまたはアルミニウム合金表面層を有するMCrAlXコーティング、
および基材のベース合金を、約1030〜1160℃の範囲の灼熱処理温度で、
ベース合金と、ケイ素および、チタンまたはアルミニウムの1種または複数およ
びベース合金の元素からなる金属間化合物を含む富化溜まりとの間に中間層を形
成するに有効な時間をかけて熱処理する、請求項15に特許請求された方法。
16. A MCrAlX coating having an intermediate layer deposited to a thickness of about 20 to 100 μm and having an intermediate layer, an aluminum or aluminum alloy surface layer,
And the base alloy of the base material at an ablation heat treatment temperature in the range of about 1030 to 1160 ° C.
Heat treating for a time effective to form an intermediate layer between the base alloy and the enriched reservoir containing silicon and one or more of titanium or aluminum and an element of the base alloy. The method as claimed in claim 15.
【請求項17】 熱処理後の中間層に、約6〜10重量%のケイ素、0〜5
重量%のアルミニウム、0〜4重量%のチタンおよび約25〜50重量%のクロ
ムおよびバランス量の鉄およびニッケルおよびいずれかのベース合金元素が含ま
れる、請求項16に特許請求された方法。
17. The heat-treated intermediate layer contains about 6-10% by weight of silicon, 0-5.
17. The method as claimed in claim 16, comprising wt% aluminum, 0-4 wt% titanium and about 25-50 wt% chromium and a balance amount of iron and nickel and any base alloying elements.
【請求項18】 ステンレス鋼基材が約31〜38重量%のクロムを含み、
前記の中間層を約1130〜1160℃の範囲の灼熱処理温度で、約30分から
2時間熱処理する、請求項17に特許請求された方法。
18. A stainless steel substrate comprising about 31-38% by weight chromium.
18. The method as claimed in claim 17, wherein said intermediate layer is heat treated at an ablation heat treatment temperature in the range of about 1130-1160 <0> C for about 30 minutes to 2 hours.
【請求項19】 ステンレス鋼基材が約20〜25重量%のクロムを含み、
前記の中間層を約1050〜1160℃の範囲の灼熱処理温度で、約30分から
2時間熱処理する、請求項17に特許請求された方法。
19. A stainless steel substrate comprising about 20-25% by weight chromium.
18. The method as claimed in claim 17, wherein said intermediate layer is heat treated at an ablation heat treatment temperature in the range of about 1050-1160 <0> C for about 30 minutes to 2 hours.
【請求項20】 表面合金化成分であって、ステンレス鋼ベース合金基材お
よびその上に析出させたMCrAlX合金の連続したコーティングを含み、ここ
で、Mはニッケル、コバルト、鉄またはそれらの混合物であり、Xはイットリウ
ム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウムまたはそれらの組合せ
であって、重量基準で、約10〜25%のクロム、約5〜20%のアルミニウム
および約3%までのイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、スカ
ンジウムまたはそれらの組合せ、バランス量のMを含み、基材にMCrAlX合
金を冶金学的に結合させ、MCrAlX合金に多相微細構造を作らせるに有効な
温度で熱処理した、表面合金化成分。
20. A surface alloying component comprising a continuous coating of a stainless steel base alloy substrate and a MCrAlX alloy deposited thereon, wherein M is nickel, cobalt, iron or mixtures thereof. X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or a combination thereof, and on a weight basis, about 10-25% chromium, about 5-20% aluminum and up to about 3% yttrium, hafnium, A surface alloy containing zirconium, lanthanum, scandium or a combination thereof, and a balance amount of M, which has been heat-treated at a temperature effective to cause a MCrAlX alloy to be metallurgically bonded to a base material and to form a multiphase microstructure in the MCrAlX alloy. Ingredients.
【請求項21】 Xが0.25から1.5重量%の量で存在し、コーティン
グおよび基材を約1000〜1180℃の範囲の灼熱処理温度で、約20分から
24時間加熱した、請求項20に特許請求された表面合金化成分。
21. X is present in an amount of 0.25 to 1.5% by weight and the coating and substrate are heated at a caustic treatment temperature in the range of about 1000 to 1180 ° C. for about 20 minutes to 24 hours. The surface alloying component claimed in 20.
【請求項22】 MCrAlXがNiCrAlYであって、重量基準で、約
12〜22%のクロム、約8〜13%のアルミニウム、約0.8〜1%のイット
リウム、バランス量の実質的にはニッケルを含んだ、請求項21に特許請求され
た表面合金化成分。
22. MCrAlX is NiCrAlY, and by weight, about 12-22% chromium, about 8-13% aluminum, about 0.8-1% yttrium, and a balance amount of substantially nickel. A surface alloying component as claimed in claim 21, comprising:
【請求項23】 コーティングをマグネトロンスパッタリングによりステン
レス鋼基材の上に析出させた、請求項21に特許請求された表面合金化成分。
23. The surface alloying component as claimed in claim 21, wherein the coating is deposited on the stainless steel substrate by magnetron sputtering.
【請求項24】 コーティングの厚みが約50〜350μmである、請求項
23に特許請求された表面合金化成分。
24. The surface alloying component as claimed in claim 23, wherein the thickness of the coating is about 50-350 μm.
【請求項25】 アルミニウム、50重量%までのケイ素を含むアルミニウ
ム合金、または、60重量%までのケイ素および合計で30重量%までのチタン
およびクロムのいずれかまたは両方およびバランス量の少なくとも約20重量%
のアルミニウムを含むアルミニウム合金の表面層であって、コーティングの厚み
の約50%までの厚みを有し、コーティングに冶金学的に結合した表面層をさら
に含む、請求項21に特許請求された表面合金化成分。
25. Aluminum, an aluminum alloy containing up to 50% by weight of silicon, or up to 60% by weight of silicon and up to 30% by weight of titanium and / or chromium and a balance amount of at least about 20% by weight. %
A surface layer of an aluminum alloy comprising aluminum according to claim 21, further comprising a surface layer having a thickness of up to about 50% of the thickness of the coating and being metallurgically bonded to the coating. Alloying component.
【請求項26】 アルミニウムまたはアルミニウム合金表面層をマグネトロ
ンスパッタリングによりコーティングの厚みの約20%までの厚みでコーティン
グ上に析出させ、酸化性の雰囲気中で、約1000℃以上の温度で、保護作用の
あるアルミナスケールをその上に生成させるに有効な時間をかけて酸化させた、
請求項25に特許請求された表面合金化成分。
26. An aluminum or aluminum alloy surface layer is deposited on the coating by magnetron sputtering to a thickness of up to about 20% of the thickness of the coating and protected in an oxidizing atmosphere at a temperature of about 1000 ° C. or higher. Oxidized over a period of time effective to produce an alumina scale on it,
A surface alloying component as claimed in claim 25.
【請求項27】 基材の上に、基材とコーティングの間に析出させ、基材と
コーティングに冶金学的に結合していて、コーティングと基材表面の部分に連続
した窒化物または炭化物の層が生成するのを最小化または回避するのに有効な中
間層をさらに含む、請求項20に特許請求された表面合金化成分。
27. A nitride or carbide deposited on a substrate and between the substrate and the coating, which is metallurgically bonded to the substrate and the coating, and which is continuous with the coating and the portion of the substrate surface. 21. The surface alloying component as claimed in claim 20, further comprising an intermediate layer effective to minimize or avoid layer formation.
【請求項28】 中間層の厚みが約20〜100μmで、重量基準で、約3
5〜45%のアルミニウム、約5〜15%のチタンまたはクロム、および約45
〜55%のケイ素を含む、請求項27に特許請求された表面合金化成分。
28. The thickness of the intermediate layer is about 20 to 100 μm and is about 3 by weight.
5 to 45% aluminum, about 5 to 15% titanium or chromium, and about 45
28. The surface alloying component as claimed in claim 27, comprising-55% silicon.
【請求項29】 基材の上に、基材とMCrAlXコーティングの間に析出
させた厚みが約20〜100μmの中間層をさらに含み、前記の中間層が重量基
準で約50%のクロムおよび約50%のニッケルまたは約20%のチタン、20
%のアルミニウムおよびバランス量のケイ素を含んでいる、請求項20に特許請
求された表面合金化成分。
29. On the substrate, further comprising an intermediate layer deposited between the substrate and the MCrAlX coating and having a thickness of about 20-100 μm, said intermediate layer comprising about 50% chromium and about 50% by weight. 50% nickel or about 20% titanium, 20
21. A surface alloying component as claimed in claim 20 comprising% aluminum and a balance amount of silicon.
【請求項30】 熱処理前の中間層の厚みが約20〜60μmである、請求
項28に特許請求された表面合金化成分。
30. The surface alloying component as claimed in claim 28, wherein the thickness of the intermediate layer before heat treatment is about 20-60 μm.
【請求項31】 熱処理後に、ステンレス鋼基材と、ケイ素およびチタンま
たはアルミの1種または複数およびベース合金元素の金属間化合物を含むコーテ
ィングとの間で、中間層が拡散バリアーを有している、請求項28に特許請求さ
れた表面合金化成分。
31. After heat treatment, the intermediate layer has a diffusion barrier between the stainless steel substrate and the coating containing one or more of silicon and titanium or aluminum and an intermetallic compound of the base alloying element. A surface alloying component as claimed in claim 28.
【請求項32】 熱処理後に、ステンレス鋼と、約6〜10重量%のケイ素
、0〜5重量%のアルミニウム、0〜4重量%のチタンおよび約25〜50重量
%のクロム、バランス量の鉄およびニッケルおよびいずれかのベース合金元素を
含むコーティングとの間で、中間層が拡散バリアーを有している、請求項30に
特許請求された表面合金化成分。
32. After heat treatment, stainless steel and about 6-10% by weight silicon, 0-5% by weight aluminum, 0-4% by weight titanium and about 25-50% by weight chromium, balance iron. 31. A surface alloying component as claimed in claim 30, wherein the intermediate layer has a diffusion barrier between and and a coating comprising nickel and any base alloying elements.
【請求項33】 高温環境において使用するための抗コーキング性耐腐食性
反応器チューブまたはフィッティングであって、高温用ステンレス鋼合金から製
造した延伸チューブまたはフィッティングおよびその延伸チューブまたはフィッ
ティングの内側表面上に析出させた連続したコーティングを含み、このコーティ
ングはMCrAlX合金を含んでいるが、ここでMはNi、Co、Feまたはそ
れらの混合物、Xはイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、スカ
ンジウムまたはそれらの組合せであり、重量基準で約10〜25%のクロム、約
5〜20%のアルミニウムおよび約3%までのイットリウム、ハフニウム、ジル
コニウム、ランタンまたはスカンジウム、バランス量のMが含まれていて、MC
rAlX合金コーティングを延伸チューブまたはフィッティングの内側表面に冶
金学的に結合させ、MCrAlX合金コーティングに多相微細構造を与えるに有
効な温度で熱処理をした、抗コーキング性耐腐食性反応器チューブまたはフィッ
ティング。
33. An anti-caulking, corrosion resistant reactor tube or fitting for use in a high temperature environment, comprising a drawn tube or fitting made from a high temperature stainless steel alloy and an inner surface of the drawn tube or fitting. Included is a continuous coating deposited, the coating comprising MCrAlX alloys, where M is Ni, Co, Fe or a mixture thereof, X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or combinations thereof. Yes, containing about 10-25% chromium by weight, about 5-20% aluminum and up to about 3% yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum or scandium, a balance amount of M, and
An anti-caulking, corrosion resistant reactor tube or fitting that is metallurgically bonded to the inner surface of a drawn tube or fitting and heat treated at a temperature effective to impart a multiphase microstructure to the MCrAlX alloy coating.
【請求項34】 アルミニウム、50重量%までのケイ素を含むアルミニウ
ム合金、または、60重量%までのケイ素および合計で30重量%までのチタン
およびクロムのいずれかまたは両方およびバランス量の少なくとも約20重量%
のアルミニウムを含むアルミニウム合金からなり、コーティングに冶金学的に結
合したコーティングの厚みの約50%までの厚みを有し、その上にアルミナスケ
ールを有する表面層をさらに含む、請求項33に特許請求された抗コーキング性
耐腐食性反応器チューブまたはフィッティング。
34. Aluminum, an aluminum alloy containing up to 50% by weight of silicon, or up to 60% by weight of silicon and up to 30% by weight of titanium and / or chromium and a balance amount of at least about 20% by weight. %
34. The method of claim 33, further comprising a surface layer comprising an aluminum alloy including aluminum of up to about 50% of the thickness of the coating metallurgically bonded to the coating and having an alumina scale thereon. Anti-caulking, anti-corrosion reactor tube or fittings fitted.
【請求項35】 重量基準で、約35〜45%のアルミニウム、約5〜15
%のクロムまたはチタン、および約45〜55%のケイ素を含み、ステンレス鋼
基材とコーティングの間の中間層として延伸チューブまたはフィッティングの内
側表面の上に析出させ、延伸チューブの内側表面とコーティングに冶金学的に結
合させた、中間層をさらに含む、請求項33に特許請求された抗コーキング性耐
腐食性反応器チューブまたはフィッティング。
35. About 35-45% aluminum, about 5-15, by weight.
% Chromium or titanium, and about 45-55% silicon, deposited on the inner surface of the draw tube or fitting as an intermediate layer between the stainless steel substrate and the coating, to the inner surface of the draw tube and the coating. 34. The anti-caulking, corrosion resistant reactor tube or fitting as claimed in claim 33, further comprising a metallurgically bonded intermediate layer.
【請求項36】 熱処理前の中間層の厚みが約20〜100μmである、請
求項35に特許請求された抗コーキング性耐腐食性反応器チューブまたはフィッ
ティング。
36. The anti-caulking, corrosion resistant reactor tube or fitting as claimed in claim 35, wherein the thickness of the intermediate layer prior to heat treatment is about 20-100 μm.
【請求項37】 中間層に、ステンレス鋼基材と、ケイ素および、チタンま
たはアルミニウムの1種または複数およびベース合金の元素からなる金属間化合
物を含む富化溜まりとの間に拡散バリアーを有する、請求項36に特許請求され
た抗コーキング性耐腐食性反応器チューブまたはフィッティング。
37. The intermediate layer has a diffusion barrier between a stainless steel substrate and an enriched reservoir containing silicon and one or more of titanium or aluminum and an intermetallic compound of the elements of the base alloy. An anti-caulking, corrosion resistant reactor tube or fitting as claimed in claim 36.
【請求項38】 ステンレス鋼と、約6〜10重量%のケイ素、0〜5重量
%のアルミニウム、0〜4重量%のチタンおよび約25〜50重量%のクロム、
バランス量の鉄およびニッケルおよびいずれかのベース合金元素を含むコーティ
ングとの間で、中間層が拡散バリアーを有している、請求項36に特許請求され
た抗コーキング性耐腐食性反応器チューブまたはフィッティング。
38. Stainless steel with about 6-10% by weight silicon, 0-5% by weight aluminum, 0-4% by weight titanium and about 25-50% by weight chromium.
37. An anti-caulking, corrosion resistant reactor tube as claimed in claim 36, wherein the intermediate layer has a diffusion barrier between a balance amount of a coating containing iron and nickel and any base alloying element. fitting.
【請求項39】 請求項4の方法により製造された、抗コーキング性耐腐食
性反応器チューブまたはフィッティング。
39. An anti-caulking, corrosion resistant reactor tube or fitting made by the method of claim 4.
【請求項40】 請求項7の方法により製造された、抗コーキング性耐腐食
性反応器チューブまたはフィッティング。
40. An anti-caulking, corrosion resistant reactor tube or fitting made by the method of claim 7.
【請求項41】 請求項16の方法により製造された、抗コーキング性耐腐
食性反応器チューブまたはフィッティング。
41. An anti-caulking, corrosion resistant, reactor tube or fitting made by the method of claim 16.
【請求項42】 それぞれが高温用ステンレス鋼合金から製造した延伸チュ
ーブとその延伸チューブの内側表面に析出させた連続したコーティングとを含む
複数の反応器チューブを有するエチレン製造のための炉であって、MCrAlX
合金を含んでいるが、ここでMはNi、Co、Feまたはそれらの混合物、Xは
イットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウムまたはそれ
らの組合せであり、重量基準で約10〜25%のクロム、約5〜20%のアルミ
ニウムおよび約0.25〜1.5%のイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム
、ランタンまたはスカンジウムまたはそれらの組合せ、バランス量のMが含まれ
ていて、MCrAlX合金の上塗りを延伸チューブの内側表面に冶金学的に結合
させ、MCrAlX合金の上塗りに多相微細構造を与えるに有効な温度で熱処理
をした、炉。
42. A furnace for ethylene production having a plurality of reactor tubes each comprising a drawn tube made from a high temperature stainless steel alloy and a continuous coating deposited on the inner surface of the drawn tube. , MCrAlX
Alloys, where M is Ni, Co, Fe or mixtures thereof, X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or combinations thereof, and about 10-25% chromium by weight, About 5 to 20% aluminum and about 0.25 to 1.5% yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum or scandium or a combination thereof, a balance amount of M, including a MCrAlX alloy topcoat on the drawn tube. A furnace, metallurgically bonded to the inner surface and heat treated at a temperature effective to impart a multiphase microstructure to the MCrAlX alloy topcoat.
【請求項43】 それぞれの反応器チューブがさらに、アルミニウム、50
重量%までのケイ素を含むアルミニウム合金、または、60重量%までのケイ素
および合計で30重量%までのチタンおよびクロムのいずれかまたは両方および
バランス量の少なくとも約20重量%のアルミニウムを含むアルミニウム合金か
らなり、コーティングの厚みの50%までの厚みを有し、MCrAlXコーティ
ングに冶金学的に結合し、その上にアルミナスケールを有する表面層をさらに含
む、請求項42に特許請求された炉。
43. Each reactor tube further comprises aluminum, 50
From an aluminum alloy containing up to 60% by weight of silicon, or up to 60% by weight of silicon and up to 30% by weight of either or both titanium and chromium and a balance amount of at least about 20% by weight of aluminum. 43. The furnace as claimed in claim 42, further comprising a surface layer having a thickness of up to 50% of the coating thickness, metallurgically bonded to the MCrAlX coating, and having an alumina scale thereon.
【請求項44】 それぞれの反応器チューブが、厚みが約20〜100μm
で、重量基準で、約35〜45%のアルミニウム、約5〜15%のチタン、およ
び約45〜55%のケイ素を含み、ステンレス鋼基材とコーティングの間で延伸
チューブの内側表面の上に析出させ、延伸チューブの内側表面とコーティングに
冶金学的に結合させた、中間層をさらに含む、請求項43に特許請求された炉。
44. Each reactor tube has a thickness of about 20-100 μm.
And, by weight, about 35-45% aluminum, about 5-15% titanium, and about 45-55% silicon on the inner surface of the stretch tube between the stainless steel substrate and the coating. 44. The furnace as claimed in claim 43, further comprising an intermediate layer deposited and metallurgically bonded to the inner surface of the stretch tube and the coating.
【請求項45】 高温用ステンレス鋼に保護作用のある不活性コーティング
を施す方法であって、MCrAlX合金の連続したコーティングを冶金学的に結
合させることを含むが、ここでMはニッケル、コバルトもしくは鉄またはそれら
の混合物であり、Xはイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、ス
カンジウムまたはそれらの組合せであって、約0〜40重量%のクロム、約3〜
30重量%のアルミニウムおよび約5重量%までのX、バランス量のMを含み、
これを高温用ステンレス鋼基材の上にプラズマ移行式アークコーティング析出法
によって施す、方法。
45. A method of applying a protective inert coating to high temperature stainless steel, comprising metallurgically combining successive coatings of MCrAlX alloy, wherein M is nickel, cobalt or Iron or a mixture thereof, wherein X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or a combination thereof, wherein about 0-40% by weight of chromium, about 3-about.
Comprising 30% by weight of aluminum and up to about 5% by weight of X, a balance amount of M,
This is performed on a high temperature stainless steel substrate by a plasma transfer type arc coating deposition method.
【請求項46】 前記のMCrAlX合金が約10〜25重量%のクロム、
4〜20重量%のアルミニウムおよび3重量%までのXを含む、請求項45に特
許請求された方法。
46. The MCrAlX alloy is about 10-25% by weight chromium,
46. The method as claimed in claim 45, comprising 4-20 wt% aluminum and up to 3 wt% X.
【請求項47】 コーティングを基材の上に、約20μm〜6000μmの
厚みで析出させる、請求項45に特許請求された方法。
47. The method as claimed in claim 45, wherein the coating is deposited on the substrate to a thickness of about 20 μm to 6000 μm.
【請求項48】 コーティングを約50〜2000μmの厚みで析出させ、
Xが0.25〜1.5重量%の量で存在する、請求項47に特許請求された方法
48. A coating is deposited to a thickness of about 50-2000 μm,
48. The method as claimed in claim 47, wherein X is present in an amount of 0.25 to 1.5% by weight.
【請求項49】 コーティングを約80〜500μmの厚みで析出させる、
請求項47に特許請求された方法。
49. The coating is deposited to a thickness of about 80-500 μm,
The method as claimed in claim 47.
【請求項50】 MCrAlXがFeCrAlYであって、0〜25重量%
のクロム、約3〜40重量%のアルミニウム、約3重量%までのイットリウム、
およびバランス量の実質的には鉄を含む、請求項45に特許請求された方法。
50. MCrAlX is FeCrAlY, 0 to 25% by weight
Chromium, about 3-40% by weight aluminum, up to about 3% by weight yttrium,
46. The method as claimed in claim 45, and including a balance amount of substantially iron.
【請求項51】 MCrAlXがNiCrAlYであって、重量基準で、約
12〜25%のクロム、約4〜15%のアルミニウム、および約0.5〜1.5
%のイットリウム、およびバランス量のニッケルを含む、請求項48に特許請求
された方法。
51. MCrAlX is NiCrAlY, and by weight, about 12-25% chromium, about 4-15% aluminum, and about 0.5-1.5.
49. The method as claimed in claim 48 comprising% yttrium and a balance amount of nickel.
【請求項52】 アルミニウム、50重量%までのケイ素を含むアルミニウ
ム合金、または、60重量%までのケイ素および合計で30重量%までのクロム
およびチタンのいずれかまたは両方およびバランス量の少なくとも約20重量%
のアルミニウムを含むアルミニウム合金の表面層を析出させ、コーティング上に
コーティングの厚みの約50%までの厚みを有し、アルミニウムをその上に担持
させたコーティングと基材とを熱処理し、アルミニウムをコーティング中に拡散
させることをさらに含む、請求項47に特許請求された方法。
52. Aluminum, an aluminum alloy containing up to 50% by weight of silicon, or up to 60% by weight of silicon and up to 30% by weight of chromium and / or titanium and a balance amount of at least about 20% by weight. %
A surface layer of an aluminum alloy containing aluminum is deposited, the coating having a thickness of up to about 50% of the coating thickness, the coating having aluminum carried thereon and the substrate are heat treated to coat the aluminum. 48. The method as claimed in claim 47, further comprising diffusing therein.
【請求項53】 コーティング上に析出させたアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金の層の厚みがコーティングの厚みの約20%までである、請求項52に
特許請求された方法。
53. The method as claimed in claim 52, wherein the thickness of the layer of aluminum or aluminum alloy deposited on the coating is up to about 20% of the thickness of the coating.
【請求項54】 ステンレス鋼ベース合金基材および、その上にプラズマ移
行式アーク析出法によりMCrAlX合金を析出させた連続したコーティングを
含む表面合金化成分であって、ここでMはニッケル、コバルト、鉄またはそれら
の混合物であり、Xはイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、ス
カンジウムまたはそれらの組合せであって、重量基準で、約0〜40%のクロム
、約3〜30%のアルミニウムおよび約5%までのイットリウム、ハフニウム、
ジルコニウム、ランタンまたはそれらの組合せ、バランス量のMを含み、ここで
このMCrAlX合金コーティングの厚みが約20〜6000μmであり、ステ
ンレス鋼基材に冶金学的に結合している、表面合金化成分。
54. A surface alloying component comprising a stainless steel base alloy substrate and a continuous coating having a MCrAlX alloy deposited thereon by plasma transfer arc deposition, wherein M is nickel, cobalt, Iron or a mixture thereof, X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or a combination thereof, and on a weight basis, about 0-40% chromium, about 3-30% aluminum and about 5%. Up to yttrium, hafnium,
A surface alloying component comprising zirconium, lanthanum or a combination thereof, a balance amount of M, wherein the MCrAlX alloy coating has a thickness of about 20-6000 μm and is metallurgically bonded to a stainless steel substrate.
【請求項55】 MCrAlX合金が約4〜20重量%のアルミニウム、1
0〜25重量%のクロムおよび3重量%までのXを含む、請求項54に特許請求
されたステンレス鋼基材およびMCrAlX合金を含む表面合金化成分。
55. MCrAlX alloy is about 4-20 wt% aluminum, 1
55. A surface alloying component comprising a stainless steel substrate as claimed in claim 54 and a MCrAlX alloy comprising 0 to 25 wt% chromium and up to 3 wt% X.
【請求項56】 Xが0.25〜1.5重量%の量で存在する、請求項55
に特許請求された表面合金化成分。
56. X is present in an amount of 0.25 to 1.5% by weight.
Surface alloying components claimed in.
【請求項57】 MCrAlXがNiCrAlYであって、重量基準で、約
12〜25%のクロム、約4〜15%のアルミニウム、約0.5〜1.5重量%
のイットリウム、およびバランス量の実質的にはニッケルを含む、請求項56に
特許請求された表面合金化成分。
57. MCrAlX is NiCrAlY, based on weight, about 12-25% chromium, about 4-15% aluminum, about 0.5-1.5% by weight.
57. The surface alloying component as claimed in claim 56 comprising yttrium of claim 1, and a balance amount of substantially nickel.
【請求項58】 コーティングの厚みが約80〜500μmである、請求項
55に特許請求された表面合金化成分。
58. The surface alloying component as claimed in claim 55, wherein the thickness of the coating is about 80-500 μm.
【請求項59】 コーティングの厚みの約50%までの厚みを持ち、コーテ
ィングに冶金学的に結合しているアルミニウム表面層をさらに含む、請求項58
に特許請求された表面合金化成分。
59. The aluminum surface layer having a thickness of up to about 50% of the thickness of the coating and being metallurgically bonded to the coating.
Surface alloying components claimed in.
【請求項60】 アルミニウム表面層の厚みがコーティングの厚みの約20
%であり、その上に保護作用のあるアルミナスケールを有する、請求項59に特
許請求された表面合金化成分。
60. The thickness of the aluminum surface layer is about 20 times the thickness of the coating.
60. The surface alloying component as claimed in claim 59, having a protective alumina scale thereon.
【請求項61】 MCrAlXがFeCrAlYであって、重量基準で、約
0〜25%のクロム、約3〜40%のアルミニウム、約3%までのイットリウム
、およびバランス量の実質的には鉄を含む、請求項54に特許請求された表面合
金化成分。
61. MCrAlX is FeCrAlY and comprises, by weight, about 0-25% chromium, about 3-40% aluminum, up to about 3% yttrium, and a balance amount of substantially iron. 55. A surface alloying component as claimed in claim 54.
【請求項62】 高温環境において使用するための抗コーキング性耐腐食性
反応器チューブであって、高温用ステンレス鋼から製造した延伸チューブおよび
その延伸チューブの内側表面上に冶金学的に結合させた連続したコーティングを
含み、コーティングはMCrAlX合金を含んでいるが、ここでMはNi、Co
、Feまたはそれらの混合物、Xはイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、
ランタン、スカンジウムまたはそれらの組合せであり、重量基準で約10〜25
%のクロム、約4〜20%のアルミニウムおよび約3%までのイットリウム、ハ
フニウム、ジルコニウム、ランタンもしくはスカンジウムまたはそれらの組合せ
が含まれていて、これをプラズマ移行式アークコーティング析出法によって延伸
チューブの内側表面に施し、ここでMCrAlXコーティングの厚みが約20〜
6000μmであり、ステンレス鋼基材に冶金学的に結合している、抗コーキン
グ性耐腐食性反応器チューブ。
62. An anti-caulking, corrosion resistant reactor tube for use in a high temperature environment, drawn tube made from high temperature stainless steel and metallurgically bonded onto the inner surface of the drawn tube. It includes a continuous coating, the coating including MCrAlX alloy, where M is Ni, Co.
, Fe or a mixture thereof, X is yttrium, hafnium, zirconium,
Lanthanum, scandium or a combination thereof, about 10-25 by weight
% Chromium, about 4-20% aluminum and up to about 3% yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum or scandium or combinations thereof, which are plasma-transferred by arc coating deposition to the inside of the drawn tube. Applied to the surface, where the thickness of the MCrAlX coating is about 20 ~
6000 μm, metallurgically bonded to stainless steel substrate, anti-caulking, corrosion resistant reactor tube.
【請求項63】 高温環境において使用するための抗コーキング性耐腐食性
反応器チューブであって、高温用ステンレス鋼から製造した延伸チューブおよび
その延伸チューブの内側表面上に冶金学的に結合させた連続したコーティングを
含み、コーティングはMCrAlX合金を含んでいるが、ここでMは鉄でありy
はイットリウムであり、重量基準で、約0〜25%のクロム、約3〜40%のア
ルミニウムおよび約3%までのイットリウムが含まれていて、これをプラズマ移
行式アークコーティング析出法によって延伸チューブの内側表面に施し、ここで
MCrAlXコーティングの厚みが約20〜6000μmであり、ステンレス鋼
基材に冶金学的に結合している、抗コーキング性耐腐食性反応器チューブ。
63. An anti-caulking, corrosion resistant reactor tube for use in a high temperature environment, drawn tube made from high temperature stainless steel and metallurgically bonded onto the inner surface of the drawn tube. Including a continuous coating, the coating comprising a MCrAlX alloy, where M is iron and y
Is yttrium and includes, on a weight basis, about 0 to 25% chromium, about 3 to 40% aluminum and up to about 3% yttrium, which is drawn by a plasma transfer arc coating deposition process into a drawn tube. An anti-caulking, corrosion resistant reactor tube applied to the inner surface, wherein the MCrAlX coating has a thickness of about 20-6000 μm and is metallurgically bonded to a stainless steel substrate.
【請求項64】 コーティングに冶金学的に結合してコーティングの厚みの
20%までの厚みを有し、その上にアルミナスケールを有するアルミニウム表面
層をさらに含む、請求項57に特許請求された抗コーキング性耐腐食性反応器チ
ューブ。
64. The anti-claim as claimed in claim 57 further comprising an aluminum surface layer metallurgically bonded to the coating having a thickness of up to 20% of the thickness of the coating and having an alumina scale thereon. Caulking and corrosion resistant reactor tube.
【請求項65】 請求項48の方法により製造された、抗コーキング性耐腐
食性反応器チューブ。
65. An anti-caulking, corrosion resistant reactor tube made by the method of claim 48.
【請求項66】 請求項51の方法により製造された、抗コーキング性耐腐
食性反応器チューブ。
66. An anti-caulking, corrosion resistant reactor tube made by the method of claim 51.
【請求項67】 請求項53の方法により製造された、抗コーキング性耐腐
食性反応器チューブ。
67. An anti-caulking, corrosion resistant reactor tube made by the method of claim 53.
【請求項68】 それぞれが高温用ステンレス鋼合金から製造した延伸チュ
ーブとMCrAlX合金の連続したコーティングとを含む複数の反応器チューブ
を有するエチレン製造のための炉であって、ここでMはNi、Co、Feまたは
それらの混合物、Xはイットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、ス
カンジウムまたはそれらの組合せであり、重量基準で約10〜40%のクロム、
約3〜30%のアルミニウムおよび5%までのイットリウム、ハフニウム、ジル
コニウムおよび/またはランタン、バランス量のMを含んでいて、プラズマ移行
式アーク析出法によって約20〜6000μmの厚みで析出され、延伸チューブ
の内側表面に冶金学的に結合させられている、炉。
68. A furnace for ethylene production having a plurality of reactor tubes each comprising a drawn tube made of high temperature stainless steel alloy and a continuous coating of MCrAlX alloy, wherein M is Ni, Co, Fe or mixtures thereof, X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or a combination thereof, about 10-40% chromium by weight,
Stretched tube containing about 3-30% aluminum and up to 5% yttrium, hafnium, zirconium and / or lanthanum, balance M, deposited by plasma transfer arc deposition to a thickness of about 20-6000 μm. Furnace, metallurgically bonded to the inner surface of the furnace.
【請求項69】 それぞれの反応器チューブが、アルミニウム、50重量%
までのケイ素を含むアルミニウム合金、または、60重量%までのケイ素および
合計で30重量%までのチタンおよびクロムのいずれかまたは両方およびバラン
ス量の少なくとも約20重量%のアルミニウムを含むアルミニウム合金からなり
、コーティングの厚みの約50%の厚みを有し、コーティングに冶金学的に結合
し、その上にアルミナスケールを有する表面層をさらに含む、請求項68に特許
請求された炉。
69. Each reactor tube comprises aluminum, 50% by weight
Aluminum alloy containing up to 60% by weight of silicon, or up to 60% by weight of silicon and up to 30% by weight of either or both titanium and chromium and a balance amount of at least about 20% by weight of aluminum. 69. The furnace as claimed in claim 68, further comprising a surface layer having a thickness of about 50% of the thickness of the coating, metallurgically bonded to the coating, and having an alumina scale thereon.
【請求項70】 MCrAlXがNiCrAlYであって、重量基準で、約
10〜25%のクロム、約4〜20%のアルミニウム、および約0.5〜1.5
%のイットリウム、およびバランス量のニッケルを含む、請求項68に特許請求
された炉。
70. The MCrAlX is NiCrAlY, and by weight, about 10-25% chromium, about 4-20% aluminum, and about 0.5-1.5.
69. The furnace as claimed in claim 68, comprising% yttrium and a balance amount of nickel.
【請求項71】 MCrAlXにさらに、約40重量%のケイ素および、タ
ンタル、チタン、白金、パラジウム、レニウム、モリブデン、タングステン、ニ
オブまたはそれらの組合せからなる群より選択した約10重量%までの元素Tを
含み、このコーティングと基材とを、灼熱処理温度で、多相微細構造が得られ、
基材にコーティングが冶金学的に結合するに有効な時間をかけて熱処理すること
によって、基材にコーティングを冶金学的に結合させる、請求項1に特許請求さ
れた方法。
71. MCrAlX further comprising up to about 40% by weight silicon and up to about 10% by weight element T selected from the group consisting of tantalum, titanium, platinum, palladium, rhenium, molybdenum, tungsten, niobium or combinations thereof. Including a coating and a substrate, at a temperature of ablation heat treatment, a multiphase microstructure is obtained,
The method as claimed in claim 1, wherein the coating is metallurgically bonded to the substrate by heat treating for a time effective for the coating to be metallurgically bonded to the substrate.
【請求項72】 高温用ステンレス鋼基材チューブおよびMCrAlXSi
T合金のコーティングを含む表面合金化成分であって、ここでMはニッケル、コ
バルト、鉄またはそれらの混合物であり、Xはイットリウム、ハフニウム、ジル
コニウム、ランタン、スカンジウムまたはそれらの混合物であり、Tはタンタル
、チタン、白金、パラジウム、レニウム、モリブデン、タングステン、ニオブま
たはそれらの組合せであって、約0〜40重量%のクロム、約1〜30重量%の
アルミニウム、約5重量%までのX、約40重量%までのケイ素および、約10
重量%までのT、バランス量のMを含む、表面合金化成分。
72. High temperature stainless steel substrate tube and MCrAlXSi
A surface alloying component comprising a coating of a T alloy, wherein M is nickel, cobalt, iron or a mixture thereof, X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or a mixture thereof, and T is Tantalum, titanium, platinum, palladium, rhenium, molybdenum, tungsten, niobium or combinations thereof, wherein about 0-40 wt% chromium, about 1-30 wt% aluminum, up to about 5 wt% X, about Silicon up to 40% by weight and about 10
Surface alloying component containing up to wt% T, balanced M.
【請求項73】 前記のMCrAlXSiT合金が、約10〜25重量%の
クロム、5〜20重量%のアルミニウム、3重量%までのX、15重量%までの
ケイ素および10重量%までのTを含む、請求項72に特許請求された表面合金
化成分。
73. The MCrAlXSiT alloy comprises about 10-25 wt% chromium, 5-20 wt% aluminum, 3 wt% X, 15 wt% silicon and 10 wt% T. A surface alloying component as claimed in claim 72.
【請求項74】 Xが0.25〜1.5重量%の範囲で存在する、請求項7
3に特許請求された表面合金化成分。
74. X is present in the range of 0.25 to 1.5% by weight.
The surface alloying component claimed in 3.
【請求項75】 ケイ素が約3〜15重量%の範囲で存在する、請求項73
に特許請求された表面合金化成分。
75. Silicon is present in the range of about 3-15% by weight.
Surface alloying components claimed in.
【請求項76】 Tが0.1〜5.0重量%の範囲で存在する、請求項73
で特許請求された表面合金化成分。
76. T is present in the range of 0.1 to 5.0% by weight.
Surface alloying components claimed in.
【請求項77】 Tが0.5〜3.0重量%の範囲で存在する、請求項73
で特許請求された表面合金化成分。
77. T is present in the range of 0.5-3.0% by weight.
Surface alloying components claimed in.
【請求項78】 コーティングの厚みが20μm〜6000μmである、請
求項72に特許請求された表面合金化成分。
78. The surface alloying component as claimed in claim 72, wherein the thickness of the coating is from 20 μm to 6000 μm.
【請求項79】 コーティングの厚みが50μm〜2000μmである、請
求項72に特許請求された表面合金化成分。
79. The surface alloying component as claimed in claim 72, wherein the coating has a thickness of 50 μm to 2000 μm.
【請求項80】 コーティングの厚みが80μm〜500μmである、請求
項72に特許請求された表面合金化成分。
80. The surface alloying component as claimed in claim 72, wherein the coating has a thickness of 80 μm to 500 μm.
【請求項81】 MCrAlXSiT合金がNiCrAlXSiであり、約
12〜25重量%のクロム、約4〜15%のアルミニウム、約0.5〜1.5重
量%のX、約15重量%までのケイ素およびバランス量のニッケルを含む、請求
項72に特許請求された表面合金化成分。
81. The MCrAlXSiT alloy is NiCrAlXSi, comprising about 12-25% by weight chromium, about 4-15% aluminum, about 0.5-1.5% by weight X, up to about 15% by weight silicon and 73. A surface alloying component as claimed in claim 72 comprising a balance amount of nickel.
【請求項82】 MCrAlXSiTがNiCrAlXTiであり、約12
〜25重量%のクロム、約4〜15%のアルミニウム、約0.5〜1.5重量%
のイットリウム、約5重量%までのチタンおよびバランス量のニッケルを含む、
請求項73に特許請求された表面合金化成分。
82. MCrAlXSiT is NiCrAlXTi;
~ 25 wt% chromium, about 4-15% aluminum, about 0.5-1.5 wt%
Yttrium, containing up to about 5% by weight titanium and a balance amount of nickel,
A surface alloying component as claimed in claim 73.
【請求項83】 MCrAlXSiTがNiCrAlYTaであり、約12
〜25重量%のクロム、約4〜15%のアルミニウム、約0.5〜1.5重量%
のイットリウム、約0.5〜5重量%のタンタルおよびバランス量のニッケルを
含む、請求項73に特許請求された表面合金化成分。
83. MCrAlXSiT is NiCrAlYTa, wherein
~ 25 wt% chromium, about 4-15% aluminum, about 0.5-1.5 wt%
74. A surface alloying component as claimed in claim 73 comprising yttrium of about 0.5-5% by weight tantalum and a balance amount of nickel.
【請求項84】 MCrAlXSiTがNiCrAlYPtであり、約12
〜25重量%のクロム、約4〜15%のアルミニウム、約0.5〜1.5重量%
のイットリウム、約0.5〜5重量%の白金およびバランス量のニッケルを含む
、請求項73に特許請求された表面合金化成分。
84. MCrAlXSiT is NiCrAlYPt, wherein
~ 25 wt% chromium, about 4-15% aluminum, about 0.5-1.5 wt%
74. A surface alloying component as claimed in claim 73 comprising yttrium of about 0.5-5% by weight platinum and a balance amount of nickel.
【請求項85】 MCrAlXSiTがNiCrAlYPdであり、約12
〜25重量%のクロム、約4〜15%のアルミニウム、約0.5〜1.5重量%
のイットリウム、約0.5〜5重量%のパラジウムおよびバランス量のニッケル
を含む、請求項73に特許請求された表面合金化成分。
85. MCrAlXSiT is NiCrAlYPd, wherein
~ 25 wt% chromium, about 4-15% aluminum, about 0.5-1.5 wt%
74. The surface alloying component as claimed in claim 73, comprising yttrium of about 0.5-5% by weight palladium and a balance amount of nickel.
【請求項86】 MCrAlXSiT層の厚みの約50%までの厚みの表面
層をさらに含む、請求項73に特許請求された表面合金化成分。
86. The surface alloying component as claimed in claim 73, further comprising a surface layer up to about 50% of the thickness of the MCrAlXSiT layer.
【請求項87】 アルミニウム合金が約15重量%までのケイ素を含み、M
CrAlXSiTコーティングの20%までの厚みを有する、請求項84に特許
請求された表面合金化成分。
87. The aluminum alloy comprises up to about 15% by weight silicon, and M
85. A surface alloying component as claimed in claim 84 having a thickness of up to 20% of the CrAlXSiT coating.
【請求項88】 高温環境において使用するための抗コーキング性耐腐食性
反応器チューブであって、高温用ステンレス鋼から製造した延伸チューブおよび
その延伸チューブの内側表面上に冶金学的に結合させた連続したコーティングを
含み、コーティングはMCrAlXSiTコーティングを含んでいるが、ここで
Mはニッケル、コバルト、鉄またはそれらの混合物であり、Xはイットリウム、
ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウムまたはそれらの組合せであ
り、Tはタンタル、チタン、白金、パラジウム、レニウム、モリブデン、タング
ステン、ニオブまたはそれらの組合せであって、重量基準で、約10〜25%の
クロム、約4〜20%のアルミニウム、約3重量%までのX、15重量%までの
ケイ素および約5重量%までのT、バランス量のMを含み、物理的蒸着、プラズ
マ溶射またはプラズマ移行式アークサーフェシングによって析出させ、ここでM
CrAlXSiTコーティングの厚みが約20μm〜6000μmである、抗コ
ーキング性耐腐食性反応器チューブ。
88. An anti-caulking, corrosion resistant reactor tube for use in a high temperature environment, drawn tube made of high temperature stainless steel and metallurgically bonded on the inside surface of the drawn tube. Includes a continuous coating, the coating comprising a MCrAlXSiT coating, where M is nickel, cobalt, iron or a mixture thereof, X is yttrium,
Hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or combinations thereof, T is tantalum, titanium, platinum, palladium, rhenium, molybdenum, tungsten, niobium or combinations thereof, about 10-25% chromium by weight. , About 4-20% aluminum, up to about 3% by weight X, up to about 15% by weight silicon and up to about 5% by weight T, a balance amount of M, physical vapor deposition, plasma spray or plasma transfer arc. Precipitate by surfacing, where M
An anti-caulking, corrosion resistant reactor tube, wherein the thickness of the CrAlXSiT coating is about 20 μm to 6000 μm.
【請求項89】 炭素鋼およびステンレス鋼に保護作用のある不活性コーテ
ィングを施す方法であって、MCrAlXSi合金の連続したコーティングを鋼
基材の上に析出させ冶金学的に結合させることを含むが、ここでMはニッケル、
コバルトもしくは鉄またはそれらの混合物であり、Xはイットリウム、ハフニウ
ム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウムまたはそれらの組合せであって、約
0〜40重量%のクロム、約3〜40重量%のアルミニウム、約0〜35重量%
のケイ素、および約5重量%までのX、バランス量の少なくとも40重量%のM
を含む、方法。
89. A method of applying a protective inert coating to carbon steel and stainless steel, comprising depositing a continuous coating of MCrAlXSi alloy on a steel substrate and metallurgically bonding it. , Where M is nickel,
Cobalt or iron or mixtures thereof, X is yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or a combination thereof, wherein about 0-40% by weight chromium, about 3-40% by weight aluminum, about 0- 35% by weight
Silicon and X up to about 5% by weight, at least 40% by weight of the balance of M
Including the method.
【請求項90】 コーティングを物理的蒸着法、溶射、プラズマ移行式アー
ク、肉盛溶接、静水圧圧縮成形、およびスラリーコーティングによって析出させ
る、請求項89に特許請求された方法。
90. The method as claimed in claim 89, wherein the coating is deposited by physical vapor deposition, thermal spraying, plasma transfer arc, build-up welding, isostatic pressing, and slurry coating.
【請求項91】 コーティングに、部分的に前合金化し相互ブレンドし基材
の上に析出させた、MCrAlXSiの成分の少なくとも2種の粉体が含まれ、
これを真空中または酸素を含まない雰囲気中で、500℃以上で約1200℃ま
での温度で、反応焼結が開始され、コーティングを基材の上に連続の不透過性コ
ーティングとして冶金学的に結合させるに有効な時間をかけて加熱する、請求項
89に特許請求された方法。
91. The coating comprises at least two powders of components of MCrAlXSi, partially prealloyed and interblended and deposited on a substrate,
This is reacted in vacuum or in an oxygen-free atmosphere at temperatures above 500 ° C. and up to about 1200 ° C., reactive sintering is initiated, and the coating is metallurgically as a continuous impermeable coating on a substrate. 90. The method as claimed in claim 89, wherein the heating is for a time effective to bond.
【請求項92】 コーティングを厚み約50〜6000μmで析出させ、M
CrAlXSiコーティングには基本的に約0〜20重量%のクロム、約4〜2
0重量%のアルミニウム、約5〜20重量%のケイ素、および約0.25〜1.
5重量%のイットリウム、バランス量で最低でも40重量%のニッケルが含まれ
る、請求項91に特許請求された方法。
92. The coating is deposited to a thickness of about 50-6000 μm, and M
CrAlXSi coating basically contains about 0-20% by weight chromium, about 4-2
0 wt% aluminum, about 5-20 wt% silicon, and about 0.25-1.
92. The method as claimed in claim 91, comprising 5% by weight yttrium and at least 40% by weight nickel in balance.
【請求項93】 基材が、18〜38重量%のクロム、18〜48重量%の
ニッケル、バランス量の鉄および合金化添加物を含む高クロムステンレス鋼であ
って、コーティングを約120〜500μmの厚みで析出させる、請求項92に
特許請求された方法。
93. The substrate is a high chromium stainless steel comprising 18-38% by weight chromium, 18-48% by weight nickel, a balance amount of iron and alloying additives, the coating being about 120-500 μm. 93. The method as claimed in claim 92, wherein the deposition is at a thickness of.
【請求項94】 コーティングを約150〜350μmの厚みで析出させる
、請求項93に特許請求された方法。
94. The method as claimed in claim 93, wherein the coating is deposited to a thickness of about 150-350 μm.
【請求項95】 MCrAlXSiコーティング上にそのコーティングの約
50%までの厚みのアルミニウム層を析出させることによってコーティングをア
ルミニウム化し、そのアルミニウム層を約1000〜1160℃の範囲の灼熱処
理温度で、少なくとも10分間、多相構造を確立するのに有効な時間をかけて熱
処理する、請求項94に特許請求された方法。
95. The coating is aluminized by depositing an aluminum layer on the MCrAlXSi coating to a thickness of up to about 50% of the coating, the aluminum layer being at least 10 at an ablation heat treatment temperature in the range of about 1000-1160.degree. 95. The method as claimed in claim 94, wherein the heat treatment is carried out for a period of time sufficient to establish the multiphase structure.
【請求項96】 アルミニウム層をマグネトロンスパッタリング物理的蒸着
法を用いて約200〜500℃の範囲の温度で、MCrAlXSiコーティング
の約20%の厚みで析出させる、請求項95に特許請求された方法。
96. The method as claimed in claim 95, wherein the aluminum layer is deposited using magnetron sputtering physical vapor deposition at a temperature in the range of about 200-500 ° C. and a thickness of about 20% of the MCrAlXSi coating.
【請求項97】 基材、MCrAlYSiコーティングおよびアルミニウム
層を引き続き酸素含有雰囲気中で、1000〜1160℃の範囲の温度で、その
上にα−アルミナ層が生成するに有効な時間をかけて加熱する、請求項91に特
許請求された方法。
97. The substrate, MCrAlYSi coating and aluminum layer are subsequently heated in an oxygen containing atmosphere at a temperature in the range of 1000-1160 ° C. for a time effective to form an α-alumina layer thereon. The method as claimed in claim 91.
【請求項98】 ニッケル、NiCrまたはNiAl粉体またはそれらの組
合せとブレンドする前に、クロム、アルミニウムおよびケイ素を微粉砕してCr
AlSi粉体とする、請求項91に特許請求された方法。
98. Chromium, aluminium, and silicon are milled to produce Cr prior to blending with nickel, NiCr or NiAl powder or combinations thereof.
The method as claimed in claim 91, wherein the method is AlSi powder.
【請求項99】 請求項89の方法によって製造した表面合金化成分。99. A surface alloying component produced by the method of claim 89. 【請求項100】 請求項92の方法によって製造した表面合金化成分。100. A surface alloying component produced by the method of claim 92.
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