JP2020117813A - ニッケル基合金 - Google Patents
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Abstract
Description
Cは合金の強度を保つために有用な元素である。そのため、0.005%は必要である。しかしながら、熱処理過程や溶接時における熱影響部等において、CrやMoと結合し炭化物を析出する。Cr、Moは耐食性を維持するために有効な元素であり、析出物の周囲では欠乏層が生じてしまい、耐粒界腐食性を損なう。そのため、Cは0.03%以下と定めた。したがって、0.005〜0.03%と定めた。好ましくは0.007〜0.028%、さらに好ましくは0.01〜0.02%、より好ましくは、0.011〜0.018%である。
Siは脱酸のために有効な元素であり、0.02%は必要である。しかしながら、M6CとM23C6の形成を助長して、耐粒界腐食性を低下させる元素でもあるので、1%以下に抑える必要がある。したがって、0.02〜1%と定めた。
Mnは脱酸のために有効な元素であり、0.02%は必要である。しかしながら、1%を超えるとMnSを形成し易くなり、耐孔食性を悪化させるため、0.02〜1%と定めた。
Pは、熱間加工性に有害な元素であり、極力低減することが望ましい。したがって、0.03%以下と定めた。
Sは、Pと同様に熱間加工性に有害な元素であり、極力低減することが望ましい。したがって、0.005%以下と定めた。
Crは、不動態皮膜を構成して耐食性を維持するために重要な元素である。母材のCr
濃度は18%以上含有する必要がある。しかしながら、過剰な含有はM23C6(Mは主にCr、Mo、Fe)を析出し易くする。24%を超えるとこの傾向が顕著となり、耐食性を低下させるため18〜24%と規定した。好ましくは20〜23%、さらに好ましくは21〜22.8%である。
Moは不導態皮膜を構成して耐食性を維持するために重要な元素である。母材のMo濃度は8%以上含有する必要がある。しかし、過剰な含有はM6C(Mは、主にMo、Ni、Cr、Si)を析出し易くなることに加え、強度が高くなり加工性が悪化するため8〜10%と規定した。好ましくは8.1〜9.0%、さらに好ましくは8.2〜8.7%である。
Nbは強度を高める元素である。さらに、炭素と結合しNbCを形成するため、Mo、Crと炭素の結合を防ぐ重要な効果を示す。そのため、耐粒界腐食性を高める役割もある。しかしながら、5%以上では延性発現温度が低下してしまい、熱間加工ができなくなってしまう。そのため、2.5〜5.0%の範囲に定めた。好ましくは3〜4.8%、さらに好ましくは3.5〜4.5%である。
Alは脱酸および脱硫のために重要な元素である。脱酸、脱硫を行い、本発明の範囲であるS:0.005%以下を満足するために0.05%は必要である。0.4%を超えての添加は、アルミナクラスターを形成してしまう危険性がある。そのため、0.05〜0.4%と規定した。好ましくは0.1〜0.35%、さらに好ましくは0.15〜0.33%である。
Tiは強度を高めるため有効な元素であるとともに、Nbと同様にTiは炭素と結合しTiCを形成して、Cr、Moの炭化物の形成を防ぐ。そのため、耐粒界腐食性を高める性質を持つため、1%以下の範囲で添加する。
Feは製造コストを低減させるために添加されることがあるが、不動態皮膜中のFe濃度が高くなると耐食性を低下させるために5%以下と定めた。好ましくは4.8%以下、さらに好ましくは4.7%以下である。
Nは、クラスター化して表面欠陥をもたらすTiNを形成するために極力低く抑える必要がある。したがって、0.02%以下と定めた。一方、強度および耐食性を発現させるために最低限度の添加が好ましく、0.002%以上添加すると好ましい。さらに好ましくは0.002〜0.015%である。なお、N濃度はAODまたはVODにおいて、窒素ガス吹き込みあるいは窒化フェロクロムの添加により、精緻に制御した。
ここで、評価方法を明記する。
(1)蛍光X線分析により行った。ただし、CとSは燃焼重量法、Oは不活性ガスインパルス融解赤外線吸収法によった。
(2)熱延温度は、ステッケルミルの仕上げ圧延後、水冷前に放射温度計により測温した。
(3)(Nb,Ti)Cの個数分布:(Nb,Ti)C炭化物の個数分布を正しく求めることは、極めて重要な事である。まず、当該温度で熱処理した後に、速やかに冷却してその温度での状態を維持する必要がある。したがって、50℃/秒以上で冷却する。そのようにして製造した4mm厚の冷延板を10×10mmのサイズに切断した。圧延方向に平行な断面を鏡面研磨した後にFE−SEMを用いて観察し、求めたものである。なお、測定に供した領域は1mm2である。
(4)炭化物の組成はEDSにより定量分析することにより求めた。
(5)(Nb,Ti)Cのサイズは、上記の通りFE−SEMにより求めた。なお、表2に示したサイズは、平均サイズを代表値として示した。
(6)耐粒界腐食性の評価:ASTM G28 Method A試験により、年間腐食深さ(mm/y)を評価した。
(7)SR(Stress Release)は、歪取焼鈍であり、600度×5hrの熱処理を行った。合金の出荷先で実施され耐粒界腐食性の低下の原因となっている熱処理を再現したものである。
Claims (6)
- 以下質量%にて、C:0.005〜0.03%、Si:0.02〜1%、Mn:0.02〜1%、P≦0.03%、S:0.005%以下、Cr:18〜24%、Mo:8〜10%、Nb:2.5〜5.0%、Al:0.05〜0.4%、Ti:1%以下、Fe:5%以下、N:0.02%以下、残部Niおよび不可避的不純物からなり、前記C濃度範囲において、すべての炭化物に対して、(Nb,Ti)C炭化物の割合が90%以上であり、2000×%C+890≦T(温度℃)≦1030にて、前記(Nb,Ti)C炭化物の個数が6000〜100000(個/mm 2 )であることを特徴とするNi基合金。
- 前記T(温度℃)の範囲は、2000×%C+890≦T(温度℃)≦980であることを特徴とする請求項1に記載のNi基合金。
- N:0.002〜0.02%であることを特徴とする請求項1または2に記載のNi基合金。
- 前記(Nb,Ti)C炭化物の大きさが0.03〜3μmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のNi基合金。
- ASTM G28 Method A試験において腐食度が1.5mm/y未満であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のNi基合金。
- 500〜800℃、1〜20hにおいて熱処理を施した後、ASTM G28 Method A試験において腐食度が1.5mm/y未満であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のNi基合金。
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