JP2013500390A - ニッケルベースの耐酸性金属材料 - Google Patents

Abstract

ニッケル６１〜６３％、モリブデン２４〜２６％、鉄１０〜１４％、ニオブ０．２０〜０．４０％、アルミニウム０．１〜０．３％、クロム０．０１〜１．０％、マンガン０．１〜１．０％、銅 最大０．５％、炭素 最大０．０１％、ケイ素 最大０．１％、リン 最大０．０２％、硫黄 最大０．０１％、コバルト 最大１．０％及び溶融に由来する更なる汚染物質（質量％で）からなる、高温で還元性媒体に対して高耐腐食性を有する、ニッケル−モリブデン−鉄−合金。

Description

本発明は、中間濃縮した（mittelkonzentriert）硫酸及び塩酸溶液中で高温で耐性を有する金属材料に関する。

硫酸は、化学産業において重要な基礎材料の１つである。硫酸は化学産業において広い適用スペクトルを有し、その際、様々な温度でかつ様々な濃度で使用される。その取り扱いに用いられる金属材料には、結果として様々な腐食要求が伴う。これは通常は温度と共に、最終的に耐腐食性がもはや与えられなくなるまで、増加する。このそのつどの適用上限は、いわゆる等腐食図（Isokorrosionsdiagrammen）において硫酸の濃度に依存して示される。

図１は、例示的に、この種の等腐食図を示し、これは、様々な既知の金属材料の純粋な硫酸中での耐性の比較図を含む（Metals Handbook, 9th Edition, Vol. 13: Corrosion, ASM International, Metals Park, Ohio 44073, 1987）。耐性の尺度として、ここには、様々な既知の金属材料のための０．５ｍｍ／年−等腐食線が記されている。この線の下側に、本件の場合には定義によれば、このそのつど属する材料の耐性範囲がある。図１においては、タイプ３１６で示されたステンレス鋼の耐性範囲が、硫酸の濃度の増加とともにまず顕著に減少し、次に更に増加する濃度と共に最終的には再び高温へと広がることが認識される。さらに、この図によれば、ニッケル合金、例えばＣ−２７６、６２５、Ｇ−３／Ｇ−３０、合金２０及び最後にニッケル−モリブデン−合金Ｂ／Ｂ−２は遙かに良好な抵抗性を有して存在する。

図１に示されるような等腐食図は、算出された試験条件又は運転条件次第である。一方では、０．５ｍｍ／年−等腐食線の代わりに、他の限度値、例えば０．１ｍｍ／年−等腐食線にすることができる。他方では、運転上のプラクティスにおいて硫酸中に存在する混入物の種類及び量は、耐腐食性に対して顕著な影響を有してよい。したがって、観察温度範囲で１３０℃まででは従来の先行技術によれば、明らかに、ニッケル−モリブデン−合金Ｂ／Ｂ−２のみが、硫酸の広い濃度間隔内で十分な耐腐食性を有することが図１から明らかになる。この従来の先行技術に応じたニッケル−モリブデン−合金Ｂ／Ｂ−２の欠点は、その極めて大幅にニッケル及びモリブデンからなる合金元素のための特に高い原料コストひいては高い金属価（Metallwert）にある。

そして、ここで今日極めて通常の、ＵＮＳ（Unified Numbering System）Ｎ １０６６５又はＥＮ（ヨーロッパ規格）２．４６１７による合金Ｂ−２が、２６〜３０％モリブデン、最大２％の鉄、最大１％のクロム、最大１％のマンガン、最大０．０８％のＳｉ及び最大０．０１％の炭素、実質的にニッケルである残分、から構成される（質量％での記載）。このことは、典型的にはニッケル割合が例えば６９質量％であることを意味する（Hochlegierte Werkstoffe, Korrosionsverhalten und Anwendung, TAW Verlag, Wuppertal 2002, 192頁を参照のこと）。

過去最近では、合金、例えばＢ−３（ＵＮＳ Ｎ１０６７５）で、コスト出費がより少ない合金元素 鉄、クロム及びマンガンの合金含量を１〜３％鉄、１〜３％クロム及び最大３％のマンガン（質量％での記載）に増加させることが試みられており、その際、例示的なニッケル含量６８質量％が挙げられる（Hochlegierte Werkstoffe, Korrosionsverhalten und Anwendung, TAW -Verlag, Wuppertal 2002, 192頁参照のこと）。

かつての通常の先駆合金Ｂのためには、ＵＮＳ Ｎ１０００１により鉄含量４〜６質量％が挙げられる。

ＵＳ ３，６４９，２５５により、耐腐食性のニッケル−モリブデン−合金が知られるようになり、これは２０〜４０％のＭｏ、１０％までのＦｅ、４％までのＣｏ、５％までのＣｒ、２％までのＭｎ、０．０３％までのＰ、０．０３％までのＳ、０．１％までのＣ、０．１％までのＳｉ、０．１〜１．０％のＶ、０．００１〜０．０３５％のＢ、０．０１〜１％のＺｒ、残分Ｎｉ及び不可避の汚染物質（質量％で）を有する。Ｍｏの平均含量は２６〜３２％並びにＦｅの平均含量は７％までであるべきである。Ｃｏは例示的に１．０１％と挙げられる。

ＤＥ ４２ １０ ９９７は、以下の組成（質量％で）のオーステナイト性のニッケル−モリブデン−合金に関する：Ｍｏ ２６〜３０％、 Ｆｅ １〜７％、Ｃｒ ０．４〜１．５％、Ｍｎ １．５％まで、Ｓｉ ０．０５％まで、Ｃｏ ２．５％まで、Ｐ ０．０４ ％まで、 Ｓ ０．０１％まで、Ａｌ ０．１〜０．５％、Ｍｇ ０．１％まで、Ｃｕ １．０％まで、Ｃ ０．０１％まで、Ｎ ０．０１％まで、残分Ｆｅ。

本発明は、２０〜８０％の硫酸中で高温で１３０℃まで耐性であり、同時に冷水側で十分な耐性を有し、かつ、特に金属価が先行技術で通常の金属合金に比較して顕著に低下している金属材料を見出すという課題を基礎とする。

この課題は、

（質量％で）からなる、高温で還元性媒体に対して高抵抗性を有する、ニッケル−モリブデン−鉄−合金により解決される。

本発明の合金の好ましい更なる態様は、付属する下位請求項から取り出すことができる。

好ましい合金は、

（質量％で）からなる。

更なる好ましい合金は、

（質量％で）からなる。

本発明の更なる思想によれば、本発明の合金は、還元性媒体、特に熱い中間濃縮した硫酸及び塩酸溶液に対して高耐腐食性を有する構成部品のために使用可能である。

本発明の合金の好ましい適用領域は化学装置の分野において認められ、というのもここでは高温で還元性媒体のための多くの使用ケースが認められるからである。

同様に考えられるのは、線材状（drahtartig）に構成された同種の溶加材（Schweisszusatz）としての及び／又はニッケル−モリブデン−合金の融接（Verschweissen）のための合金の使用である。

本発明の合金は、例えば、薄片、テープ、線材、ストランド、鍛造部品（Schmiedeteil）及び管の製造のための練材料（Knetwerkstoff）として及び注型部品として使用されることができる。

図１は、様々な既知の金属材料の純粋な硫酸中での耐性の比較図を含む等腐食図を例示的に示す図である。

意外なことに、ニッケル及びモリブデンの高い金属価により特徴付けられる先行技術の不利な状況が、熱い硫酸の取り扱いのために前に挙げられたニッケル−モリブデン−鉄−合金が適用される場合に、著しく緩和されることができることが判明した。ニッケルの平均含量は好ましくは６１〜６３質量％である。このことは、冒頭部で例示的に概要を述べた先行技術に対してコストのかかる合金元素ニッケルの６〜７質量％分の減少を意味する。同じくコストのかかる合金元素モリブデンの含量もまた平均して２４〜２６％であり、例示的に２７〜２８質量％のモリブデンを有するニッケル−モリブデン−合金のために挙げた先行技術を顕著に下回る（Hochlegierte Werkstoffe, Korrosionsverhalten und Anwendung, TAW Verlag, Wuppertal 2002, 192頁参照）。

このことは以下詳細に説明される。

第１表：文献の記載（Hochlegierte Werkstoffe, Korrosionsverhalten und Anwendung, TAW Verlag, Wuppertal 2002, 192頁参照のこと）に応じた先行技術によるニッケルモリブデン−合金Ｂ−２に比較したスペクトル分析の測定の際に検査したニッケル−モリブデン−鉄−合金の化学的組成。

第１表は、本発明によるニッケル−モリブデン−鉄−合金を、本発明の範囲外にあるニッケル−モリブデン−鉄−合金、及び、先行技術に属するニッケル−モリブデン−合金Ｂ−２に比較して示す。幾つかの溶融に条件付けられた混入物及び汚染物質は挙げていない。鉄含量１１〜１２質量％及びある場合には鉄含量１４．７質量％が、例示的な鉄含量１．７質量％のみ（先行技術による合金Ｂ−２のために挙げる）に比較して検査されたことが認識される。この検査されたモリブデン含量２０．４〜２５．６質量％は、例示的なモリブデン含量２８質量％（先行技術による合金Ｂ−２のために挙げる）に比較している。この検査されたニッケル含量６０．１〜６３．３質量％は、例示的なニッケル含量６９質量％（先行技術による合金Ｂ−２のために挙げる）に比較している。

第２表は、第１表に挙げた合金の腐食損傷（Korrosionsabtraeg）を示す。

第２表：本発明の範囲外にある２つのニッケル−モリブデン−鉄−合金５１及び４５と比較した、並びに、先行技術に相応するニッケル−モリブデン−合金Ｂ−２の１つと比較した、熱い中間濃縮した硫酸中で検査したニッケル−モリブデン−鉄−合金の本発明の実施５０及び４４の腐食損傷。

第２表は、本発明の範囲外にある２つのニッケル−モリブデン−鉄−合金５１及び４５と比較した、並びに、先行技術に属するニッケル−モリブデン−合金Ｂ−２と比較した、熱い中間濃縮した硫酸中で検査したニッケル−モリブデン−鉄−合金の本発明の実施５０及び４４の腐食損傷を示す。本発明の実施５０及び４４の腐食損傷は、１３０℃で８０％のＨ₂ＳＯ₄中で本発明の実施５０の腐食損傷以外は図１の０．５ｍｍ／ａ−等腐食線の下にある。

熱い中間濃縮した硫酸（３０及び５０％）中の検査したニッケル−モリブデン−鉄−合金の本発明の実施５０の溶接結合部の耐腐食性は、溶接していない状態の耐腐食性に類似する。

検査したニッケル−モリブデン−鉄−合金の本発明の実施５０は４％の食塩溶液中の浸漬試験において１５０℃で１２０時間にわたり腐食損傷０．０８ｍｍ／ａを示した。このことは、提示課題に応じて、強く塩化物汚染した冷水中でも冷水側で十分な耐性を意味する。

引張試験において室温で算出した、検査したニッケル−モリブデン−鉄−合金の本発明の実施４４の機械的特性は、Ｒｐ_0.2≧３５０Ｎ／ｍｍ²、Ｒｐ_1.0≧３８０Ｎ／ｍｍ²、Ｒｍ≧７６０Ｎ／ｍｍ²及びＡ₅≧４０％でもって、先行技術に相応するニッケル−モリブデン−鉄−合金Ｂ−２の機械的特性に比較可能であり（Sheet and Plate - High Performance Materials: Publication N° N 554 98-10 ,Krupp VDM GmbH, 34/35頁参照のこと）、その一方で、本発明の範囲外にある、検査したニッケル−モリブデン−鉄−合金の実施４５は、前述の強度値を達成しなかった。

Claims (7)

1. ニッケル６１〜６３％
   モリブデン２４〜２６％
   鉄１０〜１４％
   ニオブ０．２０〜０．４０％
   アルミニウム０．１〜０．３％
   クロム０．０１〜１．０％
   マンガン０．１〜１．０％
   銅 最大０．５％
   炭素 最大０．０１％
   ケイ素 最大０．１％
   リン 最大０．０２％
   硫黄 最大０．０１％
   コバルト 最大１．０％
   及び溶融に由来する更なる汚染物質
   （質量％で）からなる、高温で還元性媒体に対して高耐腐食性を有する、ニッケル−モリブデン−鉄−合金。
2. ニッケル６１．５〜６２．５％
   モリブデン２４．５〜２６．０％
   鉄１０．５〜１３．５％
   ニオブ０．２〜０．４％
   アルミニウム０．１〜０．３％
   クロム０．０１〜１．０％
   マンガン０．１〜０．８％
   銅 最大０．５％
   炭素 最大０．０１％
   ケイ素 最大０．１％
   リン 最大０．０２％
   硫黄 最大０．０１％
   コバルト 最大１．０％
   （質量％で）を有する、請求項１記載の合金。
3. ニッケル６１．５〜６２．５％
   モリブデン２４．８〜２６．０％
   鉄１０．５〜１２．５％
   ニオブ０．２〜０．４％
   アルミニウム０．１〜０．３％
   クロム０．０１〜０．９％
   マンガン０．１〜０．５％
   銅 最大０．３％
   炭素 最大０．００８％
   ケイ素 最大０．０８％
   リン 最大０．０１５％
   硫黄 最大０．００８％
   窒素 最大０．０２％
   マグネシウム 最大０．０１２％
   コバルト 最大１．０％
   （質量％で）を有する、請求項１又は２記載の合金。
4. 還元性媒体、特に熱い中間濃縮した硫酸及び塩酸溶液に対して高耐腐食性を有する構成部品のための請求項１から３のいずれか１項記載の合金の使用。
5. 化学装置における構成部品のための、請求項１から３までのいずれか１項に記載の合金の使用。
6. 同種の溶加材としての及びニッケル−モリブデン−合金の融接のための、請求項１から３のいずれか１項記載の合金の使用。
7. 薄片、テープ、線材、ストランド、鍛造部品及び管の製造のための練材料としての及び注型部品としての請求項１から３のいずれか１項記載の合金の使用。

Images