JP2010511781A - 高い延性及び少ない膨張係数を有する鉄−ニッケル−合金 - Google Patents

高い延性及び少ない膨張係数を有する鉄−ニッケル−合金 Download PDF

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Abstract

高い延性及び膨張係数＜５×１０-6／Ｋを室温〜−２００℃の温度範囲で有し、Ｃ ０．００５〜０．０５％；
Ｓ ＜０．０２％；
Ｃｒ １〜２％；
Ｎｉ ３５〜３８％；
Ｍｎ ０．３〜１．５％；
Ｓｉ ＜０．５％；
ΣＭｏ＋Ｗ １．０〜３．５％；
Ｔｉ ０．２〜１．０％；
Ｎｂ ０．２〜１．０％；
Ｐ ＜０．０２％；
Ｃｏ １．０〜４．０％；
Ｆｅ残分及び製造に条件付けられた汚染物質
（質量％）からなる混晶強化された鉄−ニッケル合金。

Description

本発明は、高い延性及び少ない膨張係数を低温範囲で有する混晶強化された鉄−ニッケル合金に関する。
JP-A 60221193は、以下の組成（質量％で）の鉄−ニッケル−合金を開示する：
Figure 2010511781
この合金は、Ｎｉ３６−合金に対する溶接添加物として使用できる。
DE-T 69125684からは、以下の組成（質量％で）の合金を取り出すことができる：
Figure 2010511781
ここでは、少ない膨張係数を有する溶接物が記載される。
この技術水準に属する合金は、その化学的な組成のために、必然的にでなく、低温範囲、例えば室温〜少なくとも−１６５℃でも使用可能で、この結果、この合金は、この化学的な組成の相応する改善を必要とする。
市販で通常の種類の同じか又は種類の類似した溶接添加物を用いて３６％Ｎｉ（Ｎｉ３６）を有する鉄合金を溶接した場合には、溶接プロセスとは独立して、この溶接結合部は、この基礎材料に比較してより少ない強度を有する。０℃を上回る温度範囲での適用の圧倒的な部分では、これは、本質的な欠点を示さず、というのは、この機械的な特性は、それほど重要でない役割を果たすのみであるからである。これに対して熱的膨張係数は問題に直面し、これは、この鉄−ニッケル合金の際には知られているように特に小さい。
本発明による主題の目的は、低温適用のための、特に≦−１６５℃の範囲内での、少ない熱的膨張係数の他に、良好な機械的特性をも有する合金を提供することであり、その際、この合金は、更に、良好に溶接可能であることが望ましい。
この目的は、一方では、高い延性及び膨張係数＜５×１０-6／Ｋを室温〜−２００℃の温度範囲で有し、
Figure 2010511781
 （質量％）からなる混晶強化された鉄−ニッケル合金により達成される。
この目的は、また、高い延性及び膨張係数＜５×１０-6／Ｋを室温〜−２００℃の温度範囲で有し、
Figure 2010511781
 （質量％）からなる混晶強化された鉄−ニッケル合金によっても達成される。
並列した請求項１及び２による本発明による主題の有利な更なる実施は、そのつど属する下位請求項から取り出すことができる。
本発明による主題を用いて、従って、２つの相互に独立した、しかしながら、低温範囲において、実質的に同じに作用する合金が提供され、これらは、その他はほとんど同じままの合金組成で、最初の合金ではＭｏ＋Ｗ（変形１）が、そして、この第２の合金ではＡｌ（変形２）が、使用される点で実質的に相違する。
この本発明による合金は、有利には、−１９６℃未満までの低温範囲における適用のための溶接添加材料として、特に、少ない熱膨張係数を有する鉄−ニッケル−基礎材料のために有利に使用できる。
特別な利点は、この溶接物の低温強度値が、Ｎｉ含有量３２〜４２質量％を有する二元鉄−ニッケル合金の値を上回って予定されることである。
本発明による合金は、ＭＳＧ−、ＷＩＧ−又はプラズマ溶接により、少ない膨張係数を有する鉄−ニッケル合金を基礎とする基礎材料と、作用的に結合されることができる。
本発明による合金の特別な適用の場合は、この配管構造の範囲に存在し、特に、低温≦−１６０℃に曝される管型導通部の範囲に存在する。これは、液体を輸送する配管に関する。
変形１の特に有利な組成は次のとおり挙げられる：
Figure 2010511781
この膨張係数の更なる減少化のためには、次の合金組成が提案される：
Figure 2010511781
最後に、合金変形１に関しては、この個々の要素の以下の更なる限定が考慮可能である：
Ｍｏ １．２〜１．８％、特に＞１．５〜＜１．８％
Ｗ ０．３〜０．８％、特に０．４〜０．７％
Ｃｏ ＞１．４〜１．７％。
変形２の特に有利な組成は次のとおり挙げられる：
Figure 2010511781
この膨張係数の更なる減少化のためには、次の合金組成が提案される：
Figure 2010511781
最後に、合金変形２に関しては、この個々の要素の以下の更なる限定が考慮可能である：
Ａｌ １．１〜１．４％
Ｃｏ １．４〜１．７％。
この両者の変形の適用の場合及び組成に応じて、室温から温度≦−１６５℃で、＜４．５×１０-6／Ｋの平均膨張係数が実現されることができる。
この以下の第１表は、試験チャージ（LB 1110、LB 1165並びにLB 1107）の第１分析を、この両者の合金のために示し、その際、このＡｌ含有合金（変形２）の試験チャージLB 1107は、請求項２により割り当てられている。
Figure 2010511781
この合金から、２．４ｍｍの直径を有する丸形ロッドが製造された。
このロッドを用いて、Pernifer 36からの切片ｔ＝５ｍｍを有する溶接連結部（Schweissverbindung）並びに溶接物試料（Schweissgutprobe）をＷＩＧ方法において製造した。この実験室チャージ及び溶接試料の割り当ては次のとおりである：
Figure 2010511781
メタログラフ試験の他に、この熱膨張挙動及びこの機械的特性を検査した。
この平均熱膨張係数（ＣＴＥ）を、鋳造ブロックの試料LB 1110及びLB 1107に対して、温度範囲−１６３℃〜２００℃で測定した。
この溶接物試料に対して以下の検査を実施した：
−溶接物中での−１９６℃でのノッチ付き衝撃性、そのつど３個の試料で、そのつど溶融ラインから２ｍｍ及び５ｍｍの間隔にある、この溶融ラインに対して及び熱影響区域中にで、
−３個の試料に対する室温での溶接物のノッチ付き衝撃性、
−−１９６℃及び室温での、そのつど２個の溶接物試料に対する引張試験、
この溶接連結部に対して以下の検査を実施した：
−引張方向におけるルート及び曲げ半径２×ｄを有する引張方向におけるカバー層（Decklage）を用いたそのつど１つの曲げ試験、
−そのつど溶接ラインに対して横向きの試料層を用いた室温、−１９６℃での引張試験。
この溶接連結部の引張試験を平面引張試料に対して、溶接物の引張試験を円形試料に対して実施した。
結果
１．熱膨張挙動：
両者の本発明による合金の平均熱膨張係数は、選択された温度のために、第２表中に相互に対照させて提示されている。図１は、この参照温度２５０℃に対する、この全体の温度範囲にわたるＣＴＥの経過を示す。
Figure 2010511781
第２表：選択された温度での試験された合金のこの平均熱膨張係数の対照。
低温範囲においてはこのＣＴＥは、５×１０-6／Ｋを優に下回っている。
溶接物中でのこの基礎材料のブレンドにより、この平均膨張係数はＷＩＧ−、プラズマ−、溶接連結部による溶接物中で一層より少ないことから出発することができる。
Figure 2010511781
図１．−１６５℃〜２００℃の範囲内の温度にわたるこの平均熱膨張係数の提示、この参照温度は２５℃である。
２．機械的特性
低温での高い破断靭性は、低温適用のためのこの基礎材料Ｎｉ３６の選択の際に、重要な観点である。従って、高い靭性（Zaehigkei）レベルを溶接物中でも又は溶接連結部中でも達成することが重要である。
この溶接物、溶融ライン並びに熱影響区域を、この溶融ラインから２ｍｍ及び５ｍｍの間隔で、原材料温度−１９６℃で試験した。この溶融ラインから５ｍｍ離れている、このノッチ付き衝撃靭性のための値は、この基礎材料を代表し、というのは、ここではこの溶接の熱の影響が無視されているからである。
このノッチ層（Kerblage）溶接物は室温でも試験された。
この破断靭性は、根本的に高いレベルを有する。この値の比較は、この変形２（２８０９）の溶接物の靭性が、この基礎材料のものに比較して約３０％のみより低いことを示し、この変形１（２８２８）の溶接物の靭性は更により一層高い。破断は、この溶接ラインに対して、そしてまして熱影響区域中では全く観察されなかった。この実質的な結果は第３表中に提示されている。
適合された熱膨張係数を有する他の公知の溶接添加物（Schweisszusaetz）のＷＩＧ溶接からの結果との比較において、この溶接物の延性は、極めて高い。
Figure 2010511781
第３表：この試験された溶接連結部のノッチ付き衝撃性及び−靭性
丸形−及び平面引張試験：
この溶接物試料に対する円形引張試験の結果は、第４表中に提示される。ここでの注目は、特に、室温で決定された強度値にあり、というのは、この強度は低温で上昇し、この結果、室温で満たされる強度要求が、より低温でも常に満たされるからである。
この試料２８０９の降伏点は、この基礎材料の降伏点を１００ＭＰａ上回り、この溶接物２８２８の降伏点は、おおよそ３５０ＭＰａでより低い。
Figure 2010511781
第４表：溶接物に対する丸形引張試験（Rundzugversuch）の結果
比較のために基礎材料Ｎｉ３６の典型的な値が対照として提示される。
この低温強度値、特にＬＢ１１０７からの溶接物の降伏点は、この基礎材料の値をやはり顕著に上回る。
高い延性値は、この溶接添加物材料の延性を、極めて低温まで示す。
本発明による材料の重要な特徴は、基礎材料中への溶接物による室温での、溶接連結部の破断箇所のズレである。この溶接連結部に対する平面引張試験は、この目的が確かに達成されたことを示す。この試料は基礎材料中で破断されているので、この測定された強度は、ちょうどこの基礎材料の強度にもおおむね相当する。
低温では溶接物中でのこの破断は、但し、同種の溶接添加物を用いた溶接の場合とは異なり、この基礎材料の強度に極めて近いレベルにあるように見え、この同種の溶接添加物を用いた場合には、この溶接連結部の強度は顕著により低い。
Figure 2010511781
 第５表：溶接連結部に対する平面引張試験の結果
曲げ試験：
全体的な曲げ試料−引張負荷におけるカバー層又はルート−は、裂け目無しに１８０°の曲げ角度まで曲げられる。
メタログラフ試験：
マルテンサイト耐久性の試験のために、この溶接物試料を、１時間−１９６℃に冷却し、引き続きマルテンサイトに焼灼（aetzen）した。マルテンサイトは見出されることができなかった。これは、温度経過が全く異常を示さないこの線形膨張係数（Laengenausdehnungskoeffizient）の測定も正しいことを確認した。

Claims (17)

  1. 高い延性及び膨張係数＜５×１０-6／Ｋを室温〜−２００℃の温度範囲で有し、
    Ｃ ０．００５〜０．０５％
    Ｓ ＜０．０２％
    Ｃｒ １〜２％
    Ｎｉ ３５〜３８％
    Ｍｎ ０．３〜１．５％
    Ｓｉ ＜０．５％
    ΣＭｏ＋Ｗ １．０〜３．５％
    Ｔｉ ０．２〜１．０％
    Ｎｂ ０．２〜１．０％
    Ｐ ＜０．０２％
    Ｃｏ １．０〜４．０％
    Ｆｅ残分及び製造に条件付けられた汚染物質
    （質量％）からなる混晶強化された鉄−ニッケル合金。
  2. 高い延性及び膨張係数＜５×１０-6／Ｋを室温〜−２００℃の温度範囲で有し、
    Ｃ ０．００５〜０．０５％
    Ｓ ＜０．０２％
    Ｃｒ １〜２％
    Ｎｉ ３５〜３８％
    Ｍｎ ０．３〜１．５％
    Ｓｉ ＜０．５％
    Ａｌ ０．８〜２．０％
    Ｔｉ ０．２〜１．０％
    Ｎｂ ０．２〜１．０％
    Ｐ ＜０．０２％
    Ｃｏ １．０〜４．０％
    Ｆｅ 残分及び製造に条件付けられた汚染物質
    （質量％）からなる混晶強化された鉄−ニッケル合金。
  3. Ｃ ０．０１〜０．０４％
    Ｓ ＜０．０１％
    Ｃｒ １．０〜１．８％
    Ｎｉ ３５．５〜３７．５％
    Ｍｎ ０．５〜１．３％
    Ｓｉ 最大０．３％
    ΣＭｏ＋Ｗ １．５〜３．０％
    Ｔｉ ０．４〜０．８％
    Ｎｂ ０．４〜０．８％
    Ｐ ＜０．０１％
    Ｃｏ １．２〜３．０％
    Ｆｅ残分及び製造に条件付けられた汚染物質
    （質量％）からなる、請求項１記載の合金。
  4. Ｃ ０．０２〜０．０３％
    Ｓ ＜０．０１％
    Ｃｒ １．２〜１．８％
    Ｎｉ ３６〜３７％
    Ｍｎ ０．８〜１．３％
    Ｓｉ 最大０．３％
    ΣＭｏ＋Ｗ １．５〜２．５％
    Ｔｉ ０．４〜０．７％
    Ｎｂ ０．４〜０．７％
    Ｐ ＜０．０１％
    Ｃｏ １．２〜１．８％
    Ｆｅ残分及び製造に条件付けられた汚染物質
    （質量％）からなる、請求項１又は３記載の合金。
  5. Ｍｏ １．２〜１．８％
    Ｗ ０．３〜０．８％
    （質量％）の含有量を有することを特徴とする、請求項１、３又は４記載の合金。
  6. Ｍｏ ＞１．５％及び＜１．８％
    Ｗ ０．４〜０．７％
    （質量％）の含有量を有することを特徴とする、請求項１、３から５までのいずれか１項記載の合金。
  7. Ｃｏ ＞１．４％〜１．７％
    （質量％）の含有量を有することを特徴とする、請求項１、３から６までのいずれか１項記載の合金。
  8. Ｃ ０．０１〜０．０４％
    Ｓ ＜０．０１％
    Ｃｒ １．０〜１．８％
    Ｎｉ ３５．５〜３７．５％
    Ｍｎ ０．５〜１．３％
    Ｓｉ 最大０．３％
    Ａｌ １．０〜１．８％
    Ｔｉ ０．４〜０．８％
    Ｎｂ ０．４〜０．８％
    Ｐ ＜０．０１％
    Ｃｏ １．２〜３．０％
    Ｆｅ残分及び製造に条件付けられた汚染物質
    （質量％）からなる、請求項２記載の合金。
  9. Ｃ ０．０２〜０．０３％
    Ｓ ＜０．０１％
    Ｃｒ １．２〜１．８％
    Ｎｉ ３６〜３７％
    Ｍｎ ０．８〜１．３％
    Ｓｉ 最大０．３％
    Ａｌ １．０〜１．５％
    Ｔｉ ０．４〜０．７％
    Ｎｂ ０．４〜０．７％
    Ｐ ＜０．０１％
    Ｃｏ １．２〜１．８％
    Ｆｅ残分及び製造に条件付けられた汚染物質
    （質量％）からなる、請求項２又は８記載の合金。
  10. Ａｌ １．１及び＜１．４％
    （質量％）の含有量を有することを特徴とする、請求項２、８又は９記載の合金。
  11. Ｃｏ ＞１．４及び＜１．７％
    （質量％）の含有量を有することを特徴とする、請求項２、８から１０までのいずれか１項記載の合金。
  12. 温度範囲≦−１６５℃で膨張係数＜４．５×１０-6／Ｋに調節可能である、請求項１から１１までのいずれか１項記載の合金。
  13. 溶接添加材料としての、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の合金の使用。
  14. 特に約３６質量％のニッケルを有する、少ない熱膨張係数を有する、鉄−ニッケル合金のための溶接添加材料としての、請求項１から１２までのいずれか１項記載の合金の使用。
  15. この溶接物の低温強度値が、この基礎材料の値を上回って位置づけられている、請求項１３又は１４記載の使用。
  16. 合金がＭＳＧ−、ＷＩＧ−又はプラズマ溶接により、鉄−ニッケル−合金、特に約３６質量％のニッケルを有する鉄−ニッケル−合金を基礎とする基礎材料と、作用的に連結可能である、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の使用。
  17. 特に液化したガスの輸送のための、低温に曝された配管構造における請求項１から１２までのいずれか１項記載の合金の使用。
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