JP2006265634A

JP2006265634A - 耐高温腐食Ｎｉ基合金

Info

Publication number: JP2006265634A
Application number: JP2005085613A
Authority: JP
Inventors: Shozo Ono; 昇造小野; Kinya Kamata; 勤也鎌田; Shuji Ishihara; 修二石原
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Kurimoto Mec Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Kurimoto Mec Ltd
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】従来の耐高温腐食Ｎｉ基合金よりも耐高温腐食性を更に向上させることができると共に、靱性の低下を防止することができる耐高温腐食Ｎｉ基合金を提供することにある。
【解決手段】Ｓｉを含む耐高温腐食Ｎｉ基合金であって、更にＹを含み、該Ｙの添加量は、０を超えて２重量％以下である。具体的には、該Ｎｉ基合金の組成は、重量％で、Ｎｉが４５〜６０、Ｃｒが２０〜３２、Ｍｏが０を超えて５以下、Ｓｉが０を超えて５以下、Ｃが０．３以下、Ｙが０を超えて２以下、残りＦｅ及び不可避的不純物から成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｓｉを含む耐高温腐食Ｎｉ基合金に関するものである。

高温腐食環境下で使用される耐高温腐食Ｎｉ基合金は、例えば、重量％で、Ｎｉが４５〜６０、Ｃｒが２０〜３２、Ｍｏが０を超えて５以下、Ｓｉが０を超えて５以下、Ｃが０．３以下、残りＦｅ及び不可避的不純物と言った組成で構成されている。ここで、Ｓｉはその添加により耐高温腐食性を飛躍的に高めるため、必須の成分とされているが、一方でその添加により靱性を低下させ、当該Ｎｉ基合金を用いた構造材を脆くする問題が発生する。そのため、Ｓｉの添加量は実際は４重量％に満たないのが実状である。このような耐高温腐食Ｎｉ基合金に関する従来技術文献として特開２００４−５２１０７号公報が挙げられる。

特開２００４−５２１０７号公報

従来の耐高温腐食Ｎｉ基合金は、Ｓｉの添加に基づく靱性の低下が問題となって、その添加量を増やすことができず、耐高温腐食性の更なる向上を図ることができなかった。

本発明の目的は、従来の耐高温腐食Ｎｉ基合金よりも耐高温腐食性を更に向上させることができると共に、靱性の低下を防止することができる耐高温腐食Ｎｉ基合金を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様は、Ｓｉを含む耐高温腐食Ｎｉ基合金であって、更にＹを含み、該Ｙの添加量は、０を超えて２重量％以下であることを特徴とするものである。

本発明によれば、新たにＹ（イットリウム）を添加したことにより、該Ｙの存在に基づく耐高温腐食性向上効果がＳｉの存在によるその向上効果と同様に得られ、従来の耐高温腐食Ｎｉ基合金よりも耐高温腐食性を更に向上させることが可能になった。また、Ｙを添加した場合の靱性低下は、Ｓｉを添加した場合のそれに比べて小さいため、Ｓｉの代わりにＹを添加したほうが靱性低下は少なくて済む。例えば、Ｓｉの添加量を少なめにし、その代替元素としてＹを添加して補填する、或いは補填以上に添加することにより、靱性を低下せず、且つ耐高温腐食性を向上させることができる。高温腐食環境下では、当該Ｎｉ基合金はその表面でＹがＳｉと複酸化物（ｍＳiＯ_２・ｎＹ_２Ｏ_３）を形成して被膜ができ、この被膜が溶融塩腐食などの高温腐食に対する保護層となるからである。
Ｙの添加量も多すぎると靱性の低下を来すので、２重量％を上限とする。好ましくはＹの添加量は１重量％以下である。

本発明の第２の態様は、Ｓｉと、更にＹを含む耐高温腐食Ｎｉ基合金であって、該Ｎｉ基合金の組成は、重量％で、Ｎｉが４５〜６０、Ｃｒが２０〜３２、Ｍｏが０を超えて５以下、Ｓｉが０を超えて５以下、Ｃが０．３以下、Ｙが０を超えて２以下、残りＦｅ及び不可避的不純物から成ることを特徴とするものである。

他の態様として、Ｓｉと、更にＹを含む耐高温腐食Ｎｉ基合金であって、該Ｎｉ基合金の組成は、重量％で、Ｎｉが４５〜６０、Ｃｒが２０〜３２、Ｗが０を超えて５以下、Ｓｉが０を超えて５以下、Ｃが０．３以下、Ｙが０を超えて２以下、残りＦｅ及び不可避的不純物から成るものが挙げられる。

更に他の態様として、Ｓｉと、更にＹを含む耐高温腐食Ｎｉ基合金であって、該Ｎｉ基合金の組成は、重量％で、Ｎｉが４５〜６０、Ｃｒが２０〜３２、Ｍｏが０を超えて５以下、Ａｌが０を超えて５以下、Ｓｉが０を超えて５以下、Ｃが０．３以下、Ｙが０を超えて２以下、残りＦｅ及び不可避的不純物から成るものが挙げられる。

本発明によれば、新たにＹを添加したことにより、耐高温腐食性向上効果がＳｉの存在によるその向上効果と同様に得られ、従来の耐高温腐食Ｎｉ基合金よりも耐高温腐食性を更に向上させることができる。また、Ｙの場合は、その添加によりＳｉのような大幅な靱性低下はないので、靱性の低下を防止することができ、以て、耐高温腐食Ｎｉ基合金の靱性を低下せず、且つ耐高温腐食性を向上させることができる。

本発明に係る耐高温腐食Ｎｉ基合金は、Ｓｉの他に更にＹを含み、該Ｙの添加量は、０を超えて２重量％以下であることを特徴とする。Ｙは、その添加によりＳｉのような大幅な靱性低下はないが、添加量が増えると靱性の低下が現れ始める。この靱性低下を来さない範囲で添加される。具体的には２重量％以下である。

本発明でＹを添加する耐高温腐食Ｎｉ基合金の種類としては、公知の耐高温腐食Ｎｉ基合金のいずれでもよい。Ｙを添加した耐高温腐食Ｎｉ基合金の組成例を以下に３種類示す。本発明がこれらに限定されないのは勿論である。
〈組成例１〉
重量％で、Ｎｉが４５〜６０、Ｃｒが２０〜３２、Ｍｏが０を超えて５以下、Ｓｉが０を超えて５以下、Ｃが０．３以下、Ｙが０を超えて２以下、残りＦｅ及び不可避的不純物から成る耐高温腐食Ｎｉ基合金。
〈組成例２〉
重量％で、Ｎｉが４５〜６０、Ｃｒが２０〜３２、Ｗが０を超えて５以下、Ｓｉが０を超えて５以下、Ｃが０．３以下、Ｙが０を超えて２以下、残りＦｅ及び不可避的不純物から成る耐高温腐食Ｎｉ基合金。
〈組成例３〉
重量％で、Ｎｉが４５〜６０、Ｃｒが２０〜３２、Ｍｏが０を超えて５以下、Ａｌが０を超えて５以下、Ｓｉが０を超えて５以下、Ｃが０．３以下、Ｙが０を超えて２以下、残りＦｅ及び不可避的不純物から成る耐高温腐食Ｎｉ基合金。

［実施例］
実施例に係る試験片の化学組成は、表１に示した通りであり、ＳＳ４００（一般構造用圧延鋼）製の鋳型を用い、５０ｍｍ×３０ｍｍ×１５０ｍｍサイズの鋳造材を高周波真空溶解炉において溶製した。用いた原料の形状および純度を表２に示す。これらの原料のうち、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏは始めから鋳型内にセットしておき、これらが溶けた後にＹ、Ｓｉ、Ｃを投入した。前記鋳造材に対し、大気中で６５０℃、７２時間の時効処理を施し、後述する高温腐食試験、および靱性評価試験に供した。

図１は、重量％で、（45〜50）Ｎｉ−（20〜32）Ｃｒ−（0超〜5）Ｍｏ−Ｓｉ−Ｙ−（0.3以下）Ｃ−残Ｆｅ合金、すなわち前記各成分で構成されたＮｉ基合金について、その耐高温腐食性に及ぼす当該Ｎｉ基合金中のＳｉおよびＹ含有量の影響を、ＳｉおよびＹの添加量を変化させて測定した結果を示す図である。すなわち、前記表１に示された各実施例１−３及び比較例の化学組成で構成されたＮｉ基合金について高温腐食試験を行った結果を示す図である。ここで、横軸はＹ含有量（重量％）、縦軸は後述する腐食試験方法で計測した腐食減量（ｍｇ／ｃｍ^２）を示す。

この図１から、Ｙは、Ｓｉと同様にその添加により耐高温腐食性を向上させることが解る。いずれの実施例もその添加量の増加に伴って耐高温腐食性が向上している。

〈腐食試験方法〉
上記腐食減量を計測するための腐食試験方法を以下に記す。
腐食試験は燃焼飛灰に見たてた合成灰中に試験片を埋設され、高温で一定時間暴露するラボ腐食試験法であり、日本学術振興会設定のＶ_２Ｏ_５-Ｎa₂ＳＯ_４合成灰塗布高温腐食試験法に準じ、灰組成および灰付着状況を変更したものである。
試験片の寸法は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍとし、機械加工後、＃５００エメリー研磨で調整した。
供試灰は、ＮaＣl-ＫＣl-Ｎa₂ＳＯ_４-Ｋ₂ＳＯ_４混合試薬と、Ａl₂Ｏ_３試薬を、重量比で４：６に混合し、前記混合粉末１０ｇをるつぼ中に入れ、その中に前記試験片を５ｍｍ深さに埋設した。
試験片および供試灰を入れたるつぼは電気炉に静置し、７５０℃に加熱して７２時間保持した後、取り出して表面の脱スケールを行った。前記電気炉内のガス組成（雰囲気）は、大気中とした。
また、脱スケールは、重量％で、１８％ＮaＯＨ＋３％ＫＭｎＯ_４水溶液中での煮沸および１０％クエン酸アンモニウム水溶液中での煮沸によった。脱スケール後、試験前後の重量減少を測定し、この腐食減量（ｍｇ／ｃｍ^２）をもって耐食性の指標とした。

〈腐食界面分析法〉
腐食試験後の試験片表面に対し、スケール未除去の状態でＸ線を照射することで生成化合物の同定を行った。その結果、試験片表面には、ＳiＯ_２、Ｙ_２Ｓi_２Ｏ_７、ＹＣｒＯ_３を主成分とする被膜ができていることが確認された。すなわち、図２に示したように、耐高温腐食Ｎｉ基合金１の表面に高温腐食環境下で形成された上記被膜２ができていることが確認された。これらの化合物が溶融塩腐食などの高温腐食に対する保護層となる。

〈靱性〉
図３は、前記Ｎｉ基合金を６５０℃で７２時間保持し、炉冷した後のビッカース硬さに及ぼす当該Ｎｉ基合金中におけるＹ含有量／（Ｙ含有量＋Ｓｉ含有量）の影響を示す図である。なお、Ｓｉ＋Ｙ添加量は５重量％で一定としてある。ビッカース硬さが高くなるほど塑性変形能が低下するため、靱性が低下、すなわち割れやすくなる。この結果から、（Ｙ含有量＋Ｓｉ含有量）を一定とした場合、Ｙ含有量の割合を増やした方がビッカース硬さが低下し、靱性が向上することがわかった。

本発明は、Ｓｉを含む耐高温腐食Ｎｉ基合金に利用可能である。

本発明に係る耐高温腐食Ｎｉ基合金について、その耐高温腐食性に及ぼす当該Ｎｉ基合金中のＳｉおよびＹ含有量の影響を、ＳｉおよびＹの添加量を変化させて測定した結果を示す図である。本発明に係る耐高温腐食Ｎｉ基合金の表面に、高温腐食環境下でＹとＳｉの複酸化物が形成されていることが確認され、その状況を表した概略図である。本発明に係る耐高温腐食Ｎｉ基合金の６５０℃、７２時間の時効後におけるビッカース硬さについて、Ｓｉの代替としてＹを添加して測定した結果を示す図である（Ｓｉ＋Ｙ添加量は５質量％である）。

符号の説明

１耐高温腐食Ｎｉ基合金発酵槽
２被膜（２ＳiＯ_２・Ｙ_２Ｏ_３）

Claims

Ｓｉを含む耐高温腐食Ｎｉ基合金であって、更にＹを含み、
該Ｙの添加量は、０を超えて２重量％以下であることを特徴とする耐高温腐食Ｎｉ基合金。
Ｓｉと、更にＹを含む耐高温腐食Ｎｉ基合金であって、
該Ｎｉ基合金の組成は、重量％で、Ｎｉが４５〜６０、Ｃｒが２０〜３２、Ｍｏが０を超えて５以下、Ｓｉが０を超えて５以下、Ｃが０．３以下、Ｙが０を超えて２以下、残りＦｅ及び不可避的不純物から成ることを特徴とする耐高温腐食Ｎｉ基合金。