JP2015524023A - 良好な加工性、クリープ強度及び耐食性を有するニッケル−クロム−アルミニウム合金 - Google Patents
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Abstract
Description
2.5≦Mo+W≦15 (1)。
− 良好な相安定性、
− 良好な加工性、
− Alloy 602 CA(N06025)と類似した、空気中で良好な耐食性、及び
− 良好な耐熱性/クリープ強度
を有するニッケル−クロム−アルミニウム合金を考案することである。
Cr+Al≧28 (2a)
かつFp≦39.9 (3a)、式中、
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4a)であり、ここで、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である、ニッケル−クロム−アルミニウム合金によって解決される。
− 25%超え30%未満
− 25〜33%
− 26〜33%
− 27〜32%
− 27〜31%
− 27〜30%
− 27.5〜29.5%
− 29〜31%。
− 1.8〜3.2%
− 2.0〜3.2%
− 2.0%以上3.0%未満
− 2.0〜2.8%
− 2.2〜2.8%
− 2.2〜2.6%
− 2.4〜2.8%
− 2.3〜2.7%。
− 0.1〜4.0%
− 0.1〜3.0%
− 0.1%以上2.5%未満
− 0.1〜2.0%
− 0.1〜1.0%。
− 0.001〜0.20%
− 0.001%以上0.10%未満
− 0.001%以上0.05%未満
− 0.010〜2.0%。
− 0.005〜0.50%
− 0.005〜0.20%
− 0.005〜0.10%
− 0.005%以上0.05%未満
− 0.010〜0.20%。
− 0.001〜0.60%
− 0.001〜0.50%
− 0.001〜0.30%
− 0.01〜0.30%
− 0.01〜0.25%。
− 0.0002〜0.03%
− 0.0002〜0.02%
− 0.0005〜0.02%。
− 0.01〜0.10%
− 0.02〜0.10%
− 0.03〜0.10%。
− 0.003〜0.04%。
− 0.001〜0.020%。
− 硫黄:最大0.010%。
− Mo:最大1.0%
− W:最大1.0%
− Mo:最大0.50%未満
− W:最大0.50%未満
− Mo:最大0.05%未満
− W:最大0.05%未満。
Cr+Al≧28 (2a)、ここで、Cr及びAlは、その元素の質量%での濃度である。
Cr+Al≧29 (2b)
Cr+Al≧30 (2c)
Cr+Al≧31 (2d)
により調節することができる。
Fp≦39.9 (3a)、式中、
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4a)であり、ここで、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である。
Fp≦38.4 (3b)
Fp≦36.6 (3c)
により調節することができる。
− 0.01〜0.15%
− 0.01〜0.10%
− 0.01〜0.08%
− 0.01〜0.05%
− 0.01%以上0.045%未満。
− 0.001〜0.15%
− 0.001〜0.10%
− 0.001〜0.08%
− 0.001〜0.05%
− 0.01%〜0.05%。
− 0.001〜0.15%
− 0.001〜0.10%
− 0.001〜0.08%
− 0.001〜0.05%
− 0.01%〜0.05%。
− 0.001〜0.15%
− 0.001〜0.10%
− 0.001〜0.08%
− 0.001〜0.05%
− 0.01%〜0.05%。
− 0.001%以上1.10%未満
− 0.001%以上0.70%未満
− 0.001%以上0.50%未満
− 0.001〜0.30%
− 0.01〜0.30%
− 0.10〜1.10%
− 0.20〜0.70%
− 0.10〜0.50%。
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+1.26*Nb+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4b)であり、ここで、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Nb、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である。
− 0.01〜0.15%
− 0.01%以上0.10%未満
− 0.01〜0.07%
− 0.01〜0.05%。
− ハフニウム:0.001〜0.20%
で代用することもできる。
− 0.0001〜0.008%。
− 0.0005〜0.008%
− 0.0005〜0.004%。
− 0.01〜5.0%
− 0.01〜2.0%
− 0.1〜2.0%
− 0.01〜0.5%。
Cu:最大0.05%未満
Cu:最大0.015%未満。
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+0.477*Cu+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4c)であり、ここで、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Cu、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である。
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+1.26*Nb+0.477*Cu+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4d)であり、ここで、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Nb、Cu、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である。
Pb:最大0.002%
Zn:最大0.002%
Sn:最大0.002%。
Fa≦60 (5a)、式中、
Fa=Cr+20.4*Ti+201*C (6a)であり、ここで、Cr、Ti及びCは、その元素の質量%での濃度である。
Fa≦54 (5b)
により調節することができる。
Fa=Cr+6.15*Nb+20.4*Ti+201*C (6b)であり、ここで、Cr、Nb、Ti及びCは、その元素の質量%での濃度である。
Fk≧45 (7a)、式中、
Fk=Cr+19*Ti+10.2*Al+12.5*Si+98*C (8a)であり、ここで、Cr、Ti、Al、Si及びCは、その元素の質量%での濃度である。
Fk≧49 (7b)
Fk≧53 (7c)
により調節することができる。
Fk=Cr+19*Ti+34.3*Nb+10.2*Al+12.5*Si+98*C+2245*B (8b)であり、ここで、Cr、Ti、Nb、Al、Si、C及びBは、その元素の質量%での濃度である。
平衡で生じる相の様々な合金変種を、Thermotech社のソフトウェアJMatProを用いて計算した。計算のためのデータベースとして、Thermotech社のニッケル基合金のデータバンクTTNI7を使用した。
A=(LU−LO)/LO100%=ΔL/LO100%
式中、LU=破断後の測定長である。
例えば、A5については、測定長LO=5・dOであり、式中、dO=丸棒試験片の開始直径である。
8.33・10-41/s(5%/分)であった。
本発明による合金は、際立った耐メタルダスティング性に加えて、同時に以下の特性:
・ 良好な相安定性
・ 良好な加工性
・ Alloy 602 CA(N06025)と類似した、空気中で良好な耐食性、及び
− 良好な耐熱性/クリープ強度
を有する。
Ti及び/又はNbが添加されたニッケル−クロム−アルミニウム−鉄系では、合金含有量に応じて、脆弱である様々なTCP相、例えばラーベス相、シグマ相又はμ相か、或いは脆弱なη相又はε相が形成することがある(例えばRalf Buergel,Handbuch der Hochtemperaturwerkstofftechnik,3.Auflage,Vieweg Verlag,Wiesbaden,2006,第370頁〜第374頁を参照されたい)。温度に依存した、例えばN06690のバッチ111389(第2表の典型的な組成を参照されたい)の平衡相割合の算出により、720℃より下で(Ts BCC)少量のNi及び/又はFeを有するα−クロム(図2中のBCC相)の高い量割合における形成が計算により示される。しかし、この相は、分析上ベース材料とは非常に異なっているという点で生じにくい。ただし、この相の形成温度(Ts BCC)が非常に高い場合、これは、例えばE.Slevolden,J.Z.Albertsen.U.Fink,“Tjeldbergodden Methanol Plant;Metal Dusting Investigations,Corrosion/2011,paper no.11144(Houston,TX:NACE 2011),第15頁”に、Alloy 693(UNS 06693)の変種について記載されているように十二分に生じる可能性がある。この相は脆弱であり、そして材料の不所望な脆弱化につながる。図3及び図4は、Alloy 693の変種(US4,882,125の表1)である、第2表からのAlloy 3若しくはAlloy 10の相図を示す。Alloy 3は、1079℃の形成温度Ts BCCを、Alloy 10は639℃の形成温度Ts BCCを有する。E.Slevolden,J.Z.Albertsen.U.Fink,“Tjeldbergodden Methanol Plant;Metal Dusting Investigations,Corrosion/2011,paper no.11144(Houston,TX:NACE 2011),第15頁”には、α−クロム(BCC)が生じる合金の正確な分析は記載されていない。しかし、第2表中でAlloy 693について挙げた例のもと、とても高い形成温度Ts BCCを計算上有する(例えばAlloy 10)分析において、α−クロム(BCC相)が形成しうることが仮定される。(低減された形成温度Ts BCCによる)修正された分析では、E.Slevolden,J.Z.Albertsen.U.Fink,“Tjeldbergodden Methanol Plant;Metal Dusting Investigations,Corrosion/2011,paper no.11144(Houston,TX:NACE 2011),第15頁”において、そこではα−クロムは僅かに表面付近でのみ観察されていた。かかる脆弱な相が生じることを回避するために、本発明による合金の場合、形成温度Ts BCCは939℃以下であること−(US4,882,125の表1からの)第2表中のAlloy 693の例における最も低い形成温度Ts BCC−が望ましい。
Fp≦39.9 (3a)、式中、
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4a)であり、ここで、Cr、Al、Fe、Si、Ti、Nb、Cu、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である。
例示的に、ここでは加工性を成形性として取り扱う。
Fa≦60 (5a)、式中、
Fa=Cr+6.15*Nb+20.4*Ti+201*C (6b)であり、ここで、Cr、Nb、Ti及びCは、その元素の質量%での濃度である。
同時に、耐力若しくは引張強度は、比較的高い温度の場合、Alloy 601の値に達する(第4表を参照されたい)。
600℃:耐力Rp0.2>150MPA;引張強度Rm>500MPA (9a,9b)
800℃:耐力Rp0.2>130MPA;引張強度Rm>135MPA (9c,9d)
600℃:耐力Rp0.2>230MPA;引張強度Rm>550MPA (10a,10b)
800℃:耐力Rp0.2>180MPA;引張強度Rm>190MPA (10c,10d)
Fk≧45 (7a)、式中、
Fk=Cr+19*Ti+34.3*Nb+10.2*Al+12.5*Si+98*C+2245*B (8b)であり、ここで、Cr、Ti、Nb、Al、Si、C及びBは、その元素の質量%での濃度である。
本発明による合金は、Alloy 602 CA(N06025)と類似した、空気中で良好な耐食性を有することになる。
製造:
第3a表及び第3b表は、実験室規模で溶融したバッチを、比較のために用いた大規模工業的に溶融したAlloy 602 CA(N06025)、Alloy 690(N06690)、Alloy 601(N06601)の先行技術に従ったいくつかのバッチと一緒に分析したことを示す。先行技術に従ったバッチにはTの印しを付け、本発明によるバッチにはEの印しを付ける。実験室規模を特徴とするバッチにはLの印しを付け、大規模工業的に溶融したバッチにはGの印しを付ける。
− 耐メタルダスティング性
− 相安定性
− 室温での引張試験に基づく成形性
− 高温引張試験による耐熱性/耐クリープ性
− 酸化試験による耐食性。
Cr+Al≧28 (2a)、ここで、Cr及びAlは、その元素の質量%での濃度である。
この場合に限って、酸化物形成元素の含有量は十分な耐メタルダスティング性を保証するために十分高い。
Fp≦39.9 (3a)、式中、
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4a)であり、ここで、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である。Fpの極限値及び更に別の元素を含ませることができることは、先行する本文中で詳細に説明した。
Fa≦60 (5a)、式中、
Fa=Cr+20.4*Ti+201*C (6a)であり、ここで、Cr、Ti及びCは、その元素の質量%での濃度である。
Faの極限値及び更に別の元素を含ませることができることは、先行する本文中で詳細に説明した。
Fk≧45 (7a)、式中、
Fk=Cr+19*Ti+10.2*Al+12.5*Si+98*C (8a)であり、ここで、Cr、Ti、Al、Si及びCは、その元素の質量%での濃度である。Faの極限値及び更に別の元素を含ませることができることは、先行する本文中で詳細に説明した。
2.5≦Mo+W≦15 (1)。
US5,997,809からは、クロム:27〜35%、鉄:0〜7%、アルミニウム3〜4.4%、チタン:0〜0.14%、ニオブ:0.2〜3%、炭素:0.12〜0.5%、ジルコニウム:0〜0.05%、セリウム+イットリウム:全体で0.002〜0.05%、マンガン:0〜1%、ケイ素:0〜1%、カルシウム+マグネシウム:0〜0.5%、ホウ素:0〜0.1%、残部のニッケル並びに不純物を含む、高温使用のための合金を読み取ることができる。
Cr+Al≧28 (2a)
かつFp≦39.9 (3a)、式中、
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4a)であり、ここで、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である、ここで、Nbが用いられる場合は、式4aにNbの項が補われ、
Fp=Cr+0.272 * Fe+2.36 * Al+2.22 * Si+2.48 * Ti+1.26 * Nb+0.374 * Mo+0.538 * W−11.8 * C (4b)であり、
かつCr、Fe、Al、Si、Ti、Nb、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である、
が満たされていなければならないニッケル−クロム−アルミニウム合金によって解決される。
Claims (28)
- (質量%で)クロム:24〜33%、アルミニウム:1.8〜4.0%、鉄:0.10〜7.0%、ケイ素:0.001〜0.50%、マンガン:0.005〜2.0%、チタン:0.00〜0.60%、マグネシウム及び/又はカルシウム:それぞれ0.0002〜0.05%、炭素:0.005〜0.12%、窒素:0.001〜0.050%、酸素:0.0001〜0.020%、リン:0.001〜0.030%、硫黄:最大0.010%、モリブデン:最大2.0%、タングステン:最大2.0%、残部のニッケル及び不可避的な不純物を有するニッケル−クロム−アルミニウム合金であって、ここで、以下の関係:
Cr+Al≧28 (2a)
かつFp≦39.9 (3a)、式中、
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4a)であり、ここで、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である、
を満たしていなければならないニッケル−クロム−アルミニウム合金。 - 25〜33%、特に26〜33%のクロム含有量を有する、請求項1記載の合金。
- 25%超え30%未満のクロム含有量を有する、請求項1又は2記載の合金。
- 1.8〜3.2%、特に2.0%以上3.0%未満のアルミニウム含有量を有する、請求項1から3までのいずれか1項記載の合金。
- 0.1〜4.0%、特に0.1〜3.0%の鉄含有量を有する、請求項1から4までのいずれか1項記載の合金。
- 0.001〜0.20%のケイ素含有量を有する、請求項1から5までのいずれか1項記載の合金。
- 0.005〜0.50%のマンガン含有量を有する、請求項1から6までのいずれか1項記載の合金。
- 0.001〜0.60%のチタン含有量を有する、請求項1から7までのいずれか1項記載の合金。
- 0.01〜0.10%の炭素含有量を有する、請求項1から8までのいずれか1項記載の合金。
- さらに選択的にイットリウムを0.01〜0.20%の含有量で含有する、請求項1から9までのいずれか1項記載の合金。
- さらに選択的にランタンを0.001〜0.20%の含有量で含有する、請求項1から10までのいずれか1項記載の合金。
- さらに選択的にセリウムを0.001〜0.20%の含有量で含有する、請求項1から11までのいずれか1項記載の合金。
- さらに選択的にセリウム混合金属を0.001〜0.20%の含有量で含有する、請求項1から12までのいずれか1項記載の合金。
- さらに選択的に0.0〜1.1%のニオブを含有し、ここで、前記式4aにNbの項が補われ、
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+1.26*Nb+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4b)であり、
かつCr、Fe、Al、Si、Ti、Nb、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である、請求項1から13までのいずれか1項記載の合金。 - さらに選択的にジルコニウムを0.01〜0.20%の含有量で含有する、請求項1から14までのいずれか1項記載の合金。
- ジルコニウムが完全に又は部分的にハフニウム0.001〜0.2%で代用されている、請求項1から15までのいずれか1項記載の合金。
- さらに選択的にホウ素を0.0001〜0.008%の含有量で含有する、請求項1から16までのいずれか1項記載の合金。
- さらに0.0〜5.0%のコバルトを含有する、請求項1から17までのいずれか1項記載の合金。
- さらに最大0.5%の銅を含有し、ここで、前記式4aにCuの項が補われ、
Fp=Cr+0.272*Fe+2.36*Al+2.22*Si+2.48*Ti+0.477*Cu+0.374*Mo+0.538*W−11.8*C (4c)であり、
かつCr、Fe、Al、Si、Ti、Cu、Mo、W及びCは、その元素の質量%での濃度である、請求項1から18までのいずれか1項記載の合金。 - さらに最大0.5%のバナジウムを含有する、請求項1から19までのいずれか1項記載の合金。
- 前記不純物が、Pb:最大0.002%、Zn:最大0.002%、Sn:最大0.002%の含有量で調節されている、請求項1から20までのいずれか1項記載の合金。
- 以下の式:
Fa≦60 (5a)、式中、
Nbなしの合金については、Fa=Cr+20.4*Ti+201*C (6a)であり、ここで、Cr、Ti及びCは、その元素の質量%での濃度である、
若しくは
Nbありの合金については、Fa=Cr+6.15*Nb+20.4*Ti+201*C (6b)であり、ここで、Cr、Nb、Ti及びCは、その元素の質量%での濃度である、
を満たしており、そのためとりわけ良好な加工性が得られる、請求項1から21までのいずれか1項記載の合金。 - 以下の式:
Fk≧45 (7a)、式中、
B及びNbなしの合金については、Fk=Cr+19*Ti+10.2*Al+12.5*Si+98*C (8a)であり、ここで、Cr、Ti、Al、Si及びCは、その元素の質量%での濃度である、
若しくは
B及び/又はNbありの合金については、Fk=Cr+19*Ti+34.3*Nb+10.2*Al+12.5*Si+98*C+2245*B (8b)であり、ここで、Cr、Ti、Nb、Al、Si、C及びBは、その元素の質量%での濃度である、
を満たしており、そのためとりわけ良好な耐熱性/クリープ強度が得られる、請求項1から22までのいずれか1項記載の合金。 - 帯材、板材、線材、棒材、長シーム溶接管及びシームレス管としての、請求項1から23までのいずれか1項記載の合金の使用。
- シームレス管を製造するための、請求項1から24までのいずれか1項記載の合金の使用。
- 強浸炭性雰囲気中での、請求項1から25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構成部材としての、請求項1から25までのいずれか1項記載の合金の使用。
- 築炉における、請求項1から27までのいずれか1項記載の合金の使用。
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