JP2013522465A - ニッケル・クロム・コバルト・モリブデン合金 - Google Patents
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Abstract
以下（質量％）：Ｃｒ ２０〜２４％、Ｆｅ ≦１．５％、Ｃ ０．０３〜０．１％、Ｍｎ ≦０．５％、Ｓｉ ≦０．２５％、Ｃｏ １０〜１５％、Ｃｕ ５０．１５％、Ｍｏ ８．０〜１０．０％、Ｔｉ ０．１〜０．８％、Ａｌ ０．３〜２．０％、Ｐ ＜０．０１２％、Ｓ ＜０．００８％、Ｂ ＞０．００２〜＜０．００８％、Ｎｂ ＞０〜２％、Ｎ ≦０．０１５％、Ｍｇ ≦０．０５％、Ｃａ ≦０．０１％、Ｖ ≦１．０％、Ｎｉ 残分並びに溶融に起因する不純物からなる、ニッケル・クロム・コバルト・モリブデン合金。
Description
本発明は、傑出した強度及びクリープ特性並びに抜群の耐高温腐蝕性を有するニッケル・クロム・コバルト・モリブデン合金に関する。
ＥＰ２０３９７８９Ａ１には、以下のものを含有する蒸気機関のためのタービンローターのためのニッケルベース合金が開示されている：Ｃ ０．０１〜０．１５％、Ｃｒ １８〜２８％、Ｃｏ １０〜１５％、Ｍｏ ８〜１２％、Ａｌ １．５〜２％、Ｔｉ ０．１〜０．６％、Ｂ ０．００１〜０．００６％、Ｔａ ０．０１〜０．７％、残分 ニッケル及び不可避の不純物。前記組成物は、同時に鍛造特性を保持しながらも高められた機械的強度を有するとされている。
ＥＰ０３５８２１１Ｂ１又はＥＰ２２０４４６２Ａ１によって、特別な炭化物モルホロジーを有するニッケル・クロム・モリブデン・コバルト合金が公知となった。該モルホロジーは、高められた温度でのより良好な経時的耐久性を該合金に付与している。該合金は以下のものからなる（質量％）：クロム １５〜３０％、モリブデン ６〜１２％、コバルト ５〜２０％、アルミニウム ０．５〜３％、チタン 〜５％、炭素 ０．０４〜０．１５％、ホウ素 〜０．０２％、ジルコニウム 〜０．５％、タングステン 〜５％、ニオブ又はタンタル 〜２．５％、鉄 〜５％、希土類金属 〜０．２％、窒素 〜０．１％、銅 〜１％、硫黄 〜０．０１５％、リン 〜０．０３％及びマグネシウム又はカルシウム 〜０．２％、残分 不純物及びニッケル。
該合金はＮｂ又はＴａ ２．５％までを含有し得るものの、これらの元素は耐サイクル酸化性を損ね、このことは、同時にクロム及びアルミニウムが存在している場合には特に強く現れる。
このような合金は数十年来、実地で使用されており、「alloy 617」の名称で公知である。このような合金から製造された部品は、５５０〜８５０℃の温度範囲内である程度の応力亀裂傾向を示すことが明らかになっている。このような傾向は特に、肉厚の部品の溶接接合部において現れる。この原因は、炭化物の析出と関連する自己応力であると考えられる。このような自己応力は、約１０００℃で数時間の熱処理によってある程度排除することができたが、このような熱処理は若干のケースでは実施が不可能であるか、又は可能ではあるものの極めて困難であった。
本発明は、公知でありかつ有用性も実証されているこの合金を、個々の合金元素の意図的な改質によって、指摘した欠点がもはや生じないように改良する、という課題に基づく。
前記課題は、以下（質量％）：
からなるニッケル・クロム・コバルト・モリブデン合金により解決される。
有利な合金組成を以下の通り表す（質量％）：
Ｂ及びＮｂの含分を以下のように調節した場合には、特に有利である：
Ｂ ０．００２〜０．００５％
Ｎｂ ＞０〜１．０％。
Ｂ ０．００２〜０．００５％
Ｎｂ ＞０〜１．０％。
Ｍｎ含分は、有利には≦０．３％である。必要であれば、該合金は他の元素としてＷを０．０２〜２％の含分で含有することができる。
本発明による合金中のバナジウム含分を＞０〜≦０．６％に調節した場合には、さらに有利である。
意想外にも、Ｎｂ及び／又はＶ並びにＢの意図的な合金化によって炭化クロム系列の析出を抑制できることが判明した。それにより、運転中の溶接の際の応力亀裂形成傾向が著しく低減される。
本発明のもう１つの思想によれば、本発明による合金は、以下の式：
を満たす。
必要に応じて、延性を向上させ、かつ応力を排除するために、本発明による合金を８００〜１０００℃の温度範囲内での、有利には９８０℃での熱処理下に置くことができる。この場合、炭化物の割合は有利には＞０．９％である。特に、Ｎｂ、Ｖ及びＢの含分を意図的に調節することによって、このような熱処理を容易に実施することができる。
本発明の対象によって、５００〜１２００℃の運転温度のための高耐熱性合金が提供される。
本発明による合金は、管、薄板、ワイヤ、ロッド、鍛造品又は鋳造品及びストリップの形で使用可能であり、また溶接構造物のために使用可能である。有利な適用分野は、ガスタービン、炉建設及び発電所建設、石油化学工業、並びに核エネルギー工業の分野である。
第１表において、従来技術に分類すべき合金と、本発明による５つのバリエーションＶ１〜Ｖ５とを対比する。
第２表において、従来技術に分類すべき合金と、本発明による５つのバリエーションＶ１〜Ｖ５とを、炭化物の溶解挙動に関して対比する。
第３表において、従来技術に分類すべき合金と、本発明による５つのバリエーションＶ１〜Ｖ５とを、延性（７００℃でのＳＳＲＴ試験）に関して対比する。
本発明は、傑出した強度及びクリープ特性並びに抜群の耐高温腐蝕性を有するニッケル・クロム・コバルト・モリブデン合金に関する。
ＥＰ２０３９７８９Ａ１には、以下のものを含有する蒸気機関のためのタービンローターのためのニッケルベース合金が開示されている：Ｃ ０．０１〜０．１５％、Ｃｒ １８〜２８％、Ｃｏ １０〜１５％、Ｍｏ ８〜１２％、Ａｌ １．５〜２％、Ｔｉ ０．１〜０．６％、Ｂ ０．００１〜０．００６％、Ｔａ ０．０１〜０．７％、残分 ニッケル及び不可避の不純物。前記組成物は、同時に鍛造特性を保持しながらも高められた機械的強度を有するとされている。
ＥＰ０３５８２１１Ｂ１又はＥＰ２２０４４６２Ａ１によって、特別な炭化物モルホロジーを有するニッケル・クロム・モリブデン・コバルト合金が公知となった。該モルホロジーは、高められた温度でのより良好な経時的耐久性を該合金に付与している。該合金は以下のものからなる（質量％）：クロム １５〜３０％、モリブデン ６〜１２％、コバルト ５〜２０％、アルミニウム ０．５〜３％、チタン 〜５％、炭素 ０．０４〜０．１５％、ホウ素 〜０．０２％、ジルコニウム 〜０．５％、タングステン 〜５％、ニオブ又はタンタル 〜２．５％、鉄 〜５％、希土類金属 〜０．２％、窒素 〜０．１％、銅 〜１％、硫黄 〜０．０１５％、リン 〜０．０３％及びマグネシウム又はカルシウム 〜０．２％、残分 不純物及びニッケル。
該合金はＮｂ又はＴａ ２．５％までを含有し得るものの、これらの元素は耐サイクル酸化性を損ね、このことは、同時にクロム及びアルミニウムが存在している場合には特に強く現れる。
刊行物"Materials and Corrosion 2008, 59, Nr.7"の第４８４頁〜第５９０頁から、"Parameters governing the reduction of oxide layers on Inconel 617 in impure VHTR HE atomosphere (Chapovaloff J et al)"のレポートを引用することができる。該レポートの第１表には、以下の組成に関する材料Inconel 617が記載されている：Ｃｒ
２１．５６％、Ｃｏ
１２％、Ｍｏ
９．２１％；Ｆｅ
０．９５％、Ｍｎ
０．１０％、Ｔｉ
０．４１％、Ａｌ
１．０１％、Ｃ
０．０６％、Ｃｕ
０．０７％、Ｓｉ
０．１５％、Ｂ
０．００２％、残分
ニッケル。
ThyssenKrupp VDM GmbH社のデータシート"Nicrofer 5520 Co-Alloy 617"（２００５年１月）の第１頁〜第１２頁から前記材料を引用することができ、該材料は以下の組成を有する：
このような合金は数十年来、実地で使用されており、「alloy 617」の名称で公知である。このような合金から製造された部品は、５５０〜８５０℃の温度範囲内である程度の応力亀裂傾向を示すことが明らかになっている。このような傾向は特に、肉厚の部品の溶接接合部において現れる。この原因は、炭化物の析出と関連する自己応力であると考えられる。このような自己応力は、約１０００℃で数時間の熱処理によってある程度排除することができたが、このような熱処理は若干のケースでは実施が不可能であるか、又は可能ではあるものの極めて困難であった。
本発明は、公知でありかつ有用性も実証されているこの合金を、個々の合金元素の意図的な改質によって、指摘した欠点がもはや生じないように改良する、という課題に基づく。
前記課題は、管、薄板、ワイヤ、ロッド、ストリップ又は鍛造品の形の、以下（質量％）：
からなるニッケル・クロム・コバルト・モリブデン合金により解決され、その際、該合金は以下の式：
を満たすものとする。
有利な合金組成を以下の通り表す（質量％）：
Ｂの含分を以下のように調節した場合には、特に有利である：
Ｂ ０．００２〜０．００５％。
Ｂ ０．００２〜０．００５％。
Ｍｎ含分は、有利には≦０．３％である。必要であれば、該合金は他の元素としてＷを０．０２〜２％の含分で含有することができる。
本発明による合金中のバナジウム含分を０．００５〜≦０．６％に調節した場合には、さらに有利である。
意想外にも、Ｎｂ及び／又はＶ並びにＢの意図的な合金化によって炭化クロム系列の析出を抑制できることが判明した。それにより、運転中の溶接の際の応力亀裂形成傾向が著しく低減される。
本発明による合金は、以下の式：
を満たす。
必要に応じて、延性を向上させ、かつ応力を排除するために、本発明による合金を８００〜１０００℃の温度範囲内での、有利には９８０℃での熱処理下に置くことができる。この場合、炭化物の割合は有利には＞０．９％である。特に、Ｎｂ、Ｖ及びＢの含分を意図的に調節することによって、このような熱処理を容易に実施することができる。
本発明の対象によって、５００〜１２００℃の運転温度のための高耐熱性合金が提供される。
本発明による合金は、管、薄板、ワイヤ、ロッド、鍛造品又は鋳造品及びストリップの形で使用可能であり、また溶接構造物のために使用可能である。有利な適用分野は、ガスタービン、炉建設及び発電所建設、石油化学工業、並びに核エネルギー工業の分野である。
第１表において、従来技術に分類すべき合金と、本発明による５つのバリエーションＶ１〜Ｖ５とを対比する。
第２表において、従来技術に分類すべき合金と、本発明による５つのバリエーションＶ１〜Ｖ５とを、炭化物の溶解挙動に関して対比する。
第３表において、従来技術に分類すべき合金と、本発明による５つのバリエーションＶ１〜Ｖ５とを、延性（７００℃でのＳＳＲＴ試験）に関して対比する。
Claims (17)
- 以下（質量％）：
- 以下（質量％）：
- 以下（質量％）：
Ｂ＞０．００２〜＜０．００５％、及び、Ｍｎ≦０．３％
を含有する、請求項１又は２記載の合金。 - 以下（質量％）：
Ｎｂ＞０〜１．０％、及び、Ｍｎ≦０．３％
を含有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の合金。 - 以下（質量％）：
Ｖ＞０〜≦０．６％、特に０．００５〜≦０．６％
を含有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の合金。 - 合金がさらにＷを０．０２〜最大２％の含分で含有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の合金。
- 以下の式：
- 延性を向上させ、かつ応力を排除するために、８００〜１０００℃の温度範囲内での、特に９８０℃での熱処理下におかれる、請求項１から７までのいずれか１項記載の合金。
- 炭化物の割合が＞０．９％である、請求項１から８までのいずれか１項記載の合金。
- 管、薄板、ワイヤ、ロッド又はストリップの形での、請求項１から９までのいずれか１項記載の合金の使用。
- ガスタービン及び蒸気タービン内の部品のための鍛造品としての、請求項１から９までのいずれか１項記載の合金の使用。
- ガスタービン及び蒸気タービンのための溶接構造物としての、請求項１から９までのいずれか１項記載の合金の使用。
- エネルギー工学の発電所のためのボイラー部品としての、請求項１から９までのいずれか１項記載の合金の使用。
- 炉建設及び発電所建設における、請求項１から９までのいずれか１項記載の合金の使用。
- 石油化学工業における、及び核エネルギー工業の分野における、請求項１から９までのいずれか１項記載の合金の使用。
- ガスタービン及び蒸気タービンのための鋳造部品としての、並びに、炉建設及び発電所建設における鋳造部品としての、請求項１から９までのいずれか１項記載の合金の使用。
- 遠心鋳造部品としての、請求項１６記載の使用。
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