JP2020503446A - 最適化されたストリップ溶接性を有するニッケル合金の製造方法 - Google Patents

最適化されたストリップ溶接性を有するニッケル合金の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、以下の組成（質量％）：Ｃ最大０．０５％、Ｃｏ最大２．５％、Ｎｉ残部、とりわけ＞３５〜７５．５％、Ｍｎ最大１．０％、Ｓｉ最大０．５％、Ｍｏ＞２〜２３％、Ｐ最大０．２％、Ｓ最大０．０５％、Ｎ０．２％まで、Ｃｕ≦１．０％、Ｆｅ＞０〜≦７．０％、Ｔｉ＞０〜＜２．５％、Ａｌ＞０〜０．５％、Ｃｒ＞１４〜＜２５％、Ｖ最大０．５％、Ｗ３．５％まで、Ｍｇ０．２％まで、Ｃａ０．０２％までの合金から、最適化されたストリップ溶接性（溶加材を用いないＴＩＧ）を有するニッケル合金を製造する方法であって、前記合金を、開放下に溶融し、かつ鋳込んでブロックとし、前記ブロックを、必要に応じて少なくとも１回熱処理に供し、次いで前記ブロックを、ＥＳＲによって少なくとも１回再溶解させ、そのように得られた前記再溶解ブロックを、必要に応じて少なくとも１回熱処理に供し、前記ブロックを、少なくとも１回冷間成形および／または熱間成形に供し、該成形を、あらかじめ設定可能な材料厚さのストリップ材が生成されるまで行い、前記ストリップ材を、所定の長さ／幅に分割して帯状ストリップにすることによる、方法に関する。

Description

本発明は、最適化されたストリップ溶接性を有するニッケル合金の製造方法、とりわけ溶加材を用いないＴＩＧによる最適化されたストリップ溶接性を有するニッケル合金の製造方法に関する。
欧州特許第０９９１７８８号明細書（ＥＰ０９９１７８８Ｂ１）には、以下の組成（質量％）からなる、酸化性媒体および還元性媒体に対して高い耐食性を有するニッケル−クロム−モリブデン合金が開示されている：
Ｃｒ ２０．０〜２３．０％
Ｍｏ １８．５〜２１．０％
Ｆｅ 最大１．５％
Ｍｎ 最大０．５％
Ｓｉ 最大０．１０％
Ｃｏ 最大０．３％
Ｗ 最大０．３％
Ｃｕ 最大０．３％
Ａｌ ０．１〜０．３％
Ｍｇ ０．００１〜０．１５％
Ｃａ ０．００１〜０．０１０％
Ｃ 最大０．０１％
Ｎ ０．０５〜０．１５％
Ｖ ０．１〜０．３％
残部 Ｎｉ、および溶融に起因する不純物。
該合金は、化学プラントにおける部材に使用することができる。
本発明の対象の目的は、従来技術に対して改善された溶接性を有するニッケル合金の製造方法を提供することである。
この目的は、以下の組成（質量％）：
Ｃ 最大０．０５％
Ｃｏ 最大２．５％
Ｎｉ 残部、とりわけ＞３５〜７５．５％
Ｍｎ 最大１．０％
Ｓｉ 最大０．５％
Ｍｏ ＞２〜２３％
Ｐ 最大０．２％
Ｓ 最大０．０５％
Ｎ ０．２％まで
Ｃｕ ≦１．０％
Ｆｅ ＞０〜≦７．０％
Ｔｉ ＞０〜＜２．５％
Ａｌ ＞０〜０．５％
Ｃｒ ＞１４〜＜２５％
Ｖ 最大０．５％
Ｗ ３．５％まで
Ｍｇ ０．２％まで
Ｃａ ０．０２％まで
の合金から、最適化されたストリップ溶接性（溶加材を用いないＴＩＧ）を有するニッケル合金の製造方法であって、
− 前記合金を、開放下に溶融し、かつ鋳込んでブロックとし、
− 前記ブロックを、必要に応じて少なくとも１回熱処理に供し、
− 次いで前記ブロックを、ＥＳＲによって少なくとも１回再溶解させ、
− そのように得られた前記再溶解ブロックを、必要に応じて少なくとも１回熱処理に供し、
− 前記ブロックを、少なくとも１回冷間成形および／または熱間成形に供し、該成形を、あらかじめ設定可能な材料厚さのストリップ材が生成されるまで行い、
− 前記ストリップ材を、所定の長さ／幅に分割して帯状ストリップにする
方法によって達成される。
本発明による方法の有利な発展形態は、従属請求項で見出すことができる。
請求項１に対して、前記合金は以下の組成（質量％）も有してよい：
Ｃ 最大０．０２５％
Ｃｏ 最大２．５％
Ｎｉ 残部、とりわけ＞３５〜＜７５％
Ｍｎ ０．０１〜最大１．０％
Ｓｉ ０．０１〜最大０．５％
Ｍｏ ２．５〜＜２３％
Ｐ 最大０．１％
Ｓ 最大０．０２％
Ｃｕ ０．０１〜≦１．０％
Ｆｅ ＞０〜＜７．０％
Ｔｉ ＞０〜１．５％
Ａｌ ＞０〜０．４％
Ｃｒ １４．５〜＜２５％
Ｖ 最大０．３５％
Ｗ ３．５％まで
Ｍｇ ０．０５％まで
Ｃａ ０．０２％まで
好ましくは、本発明の対象は、合金、例えばＡｌｌｏｙ ５９、Ａｌｌｏｙ ２１２０、Ａｌｌｏｙ Ｃ−２２およびＡｌｌｏｙ Ｃ４に適用可能である。
本発明による方法は、好ましくは、縦シーム溶接された管の製造に使用することができ、ここで、縦シーム溶接、有利には溶融溶接法に基づく縦シーム溶接、とりわけ溶加材を用いないＴＩＧ溶接法に基づく縦シーム溶接が行われる。
この際、「ＥＳＲ法」を用いて材料を再溶解させることによってのみ、溶加材を使用することなく、０．５ｍｍ〜３．５ｍｍの厚さ範囲のストリップ材として、該ニッケル材料のＴＩＧ溶接性を著しく改善することができた。今まで溶接プロセスを制限してきた脱酸プロセス、または炉壁からの溶融池における酸化物成分（主としてＭｇ酸化物、Ｃａ酸化物、Ａｌ酸化物）の「膨張（Ａｕｆｓｃｈｗｅｍｍｅｎ）」を、これによって効果的に抑制することができ、かついわゆる溶接プロセスウィンドウ（溶接電流、溶接電圧、溶接速度の調整範囲）を大幅に拡大することができる。
これらの技術的利点は、ＥＳＲ再溶解によって、ブロック鋳造からの材料の本来の化学組成が、熱間成形にとって重要な元素、例えばＭｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉに関しても言及に値する変化を受けないという点において予想外のことである。ＥＳＲ再溶解は、材料の均質化、ひいては改良、例えば熱間成形の改良をもたらすということは公知である。ＥＳＲ法の適用によって、材料の含有物の種類（Ｅｉｎｓｃｈｌｕｓｓｉｎｖｅｎｔａｒ）が変化することも公知である。しかしながら、ＥＳＲ再溶解がストリップ材としてのニッケル合金のＴＩＧ溶接性へ与える好ましい効果は意想外であり、かつ今まで証明されていない。
ｉ）開放下に溶融されているがＥＳＲ再溶解はされていないストリップ材の材料状態を示す図。ｉｉ）ＥＳＲ再溶解されたストリップ材の材料状態を示す図。
表１に、Ａｌｌｏｙ ５９、Ａｌｌｏｙ ２１２０、Ｃ４およびＣ−２２の材料の一般的な化学組成を示す。
Figure 2020503446
 表１
一例に基づいて、本発明の対象は以下のように証明される：
表２に、表１に一般的に記載されている合金Ａｌｌｏｙ ５９のチャージ（３１７８８９）を示す。
Figure 2020503446
 表２
この合金を開放下に溶融し、かつ鋳込んでブロックにした。次いでこれらのブロックを、ＥＳＲによって再溶解させた。そのように得られたブロックを、１１５０℃〜１２００℃の温度範囲の熱処理に供し、熱間圧延して、１８０ｍｍ×７６５ｍｍの縁部長さを有するスラブにした。更なる冷間成形または熱間成形によって厚さ１．６５０ｍｍのストリップ材を生成させ、これを幅７７．０ｍｍの帯状ストリップに分割した。
次いで、ストリップ材を成形して開いた管とし、該開いた管の対向する両方の突き合わせた端部を縦シーム溶接によって互いに接合して、閉じた管を形成した。
縦シーム溶接された管を製造するためのＴＩＧ溶接パラメータとして、Ｕ＝１３Ｖ、Ｉ＝１９０Ａ、保護ガス＝純アルゴン４．６、溶接速度＝１．２ｍ／分を使用した。
これらのパラメータにより、縦シーム溶接された管を、酸化物堆積物が生じることなく製造することができた。これによって、溶接後の欠陥率と不良率をほぼゼロにすることができた。
各図は、以下の状態を示す。
材料状態ｉ）開放下に溶融されているが、ただしＥＳＲ再溶解はされていないストリップ材：
１．管に成形されたストリップの移動方向；
２．定置式のＴＩＧ溶接バーナ、溶加材を使用せず；
３．ストリップ縁部の材料結合を生じさせるための溶融池；
４．溶接シーム；
５．溶接シーム上側および／または溶接シーム下側での望ましくない周期的な酸化物堆積物。
材料状態ｉｉ）ＥＳＲ再溶解されたストリップ材：
１．管に成形されたストリップの移動方向；
２．定置式ＴＩＧ溶接バーナ、溶加材を使用せず；
３．ストリップ縁部の材料結合を生じさせるための溶融池；
４．溶接シーム。

Claims (8)

  1. 以下の組成（質量％）：
    Ｃ 最大０．０５％
    Ｃｏ 最大２．５％
    Ｎｉ 残部、とりわけ＞３５〜７５．５％
    Ｍｎ 最大１．０％
    Ｓｉ 最大０．５％
    Ｍｏ ＞２〜２３％
    Ｐ 最大０．２％
    Ｓ 最大０．０５％
    Ｎ ０．２％まで
    Ｃｕ ≦１．０％
    Ｆｅ ＞０〜≦７．０％
    Ｔｉ ＞０〜＜２．５％
    Ａｌ ＞０〜０．５％
    Ｃｒ ＞１４〜＜２５％
    Ｖ 最大０．５％
    Ｗ ３．５％まで
    Ｍｇ ０．２％まで
    Ｃａ ０．０２％まで
    の合金から、最適化されたストリップ溶接性（溶加材を用いないＴＩＧ）を有するニッケル合金を製造する方法であって、
    − 前記合金を、開放下に溶融し、かつ鋳込んでブロックとし、
    − 前記ブロックを、必要に応じて少なくとも１回熱処理に供し、
    − 次いで前記ブロックを、ＥＳＲによって少なくとも１回再溶解させ、
    − そのように得られた前記再溶解ブロックを、必要に応じて少なくとも１回熱処理に供し、
    − 前記ブロックを、少なくとも１回冷間成形および／または熱間成形に供し、該成形を、あらかじめ設定可能な材料厚さのストリップ材が生成されるまで行い、
    −前記ストリップ材を、所定の長さ／幅に分割して帯状ストリップにする
    ことによる、方法。
  2. 以下の組成（質量％）：
    Ｃ 最大０．０２５％
    Ｃｏ 最大２．５％
    Ｎｉ 残部、とりわけ＞３５〜＜７５％
    Ｍｎ ０．０１〜最大１．０％
    Ｓｉ ０．０１〜最大０．５％
    Ｍｏ ２．５〜＜２３％
    Ｐ 最大０．１％
    Ｓ 最大０．０２％
    Ｎ ０．２％まで
    Ｃｕ ０．０１〜最大１．０％
    Ｆｅ ＞０〜≦７％
    Ｔｉ ＞０〜１．５％
    Ａｌ ＞０〜０．４％
    Ｃｒ １４．５〜＜２５％
    Ｖ 最大０．３５％
    Ｗ ３．５％まで
    Ｍｇ ０．１％まで
    Ｃａ ０．０２％まで
    の合金から、請求項１記載の最適化されたストリップ溶接性（溶加材を用いないＴＩＧ）を有するニッケル合金を製造する方法であって、
    − 前記合金を、開放下に溶融し、かつ鋳込んでブロックとし、
    − 前記ブロックを、必要に応じて少なくとも１回熱処理に供し、
    − 次いで前記ブロックを、ＥＳＲによって少なくとも１回再溶解させ、
    − そのように得られた前記再溶解ブロックを、必要に応じて少なくとも１回熱処理に供し、
    − 前記ブロックを、少なくとも１回冷間成形および／または熱間成形に供し、該成形を、あらかじめ設定可能な材料厚さのストリップ材が生成されるまで行い、
    − 前記ストリップ材を、所定の長さ／幅に分割して帯状ストリップにする
    ことによる、方法。
  3. 材料としてＡｌｌｏｙ ５９を使用する、請求項１または２記載の方法。
  4. 材料としてＡｌｌｏｙ ８２５を使用する、請求項１または２記載の方法。
  5. 材料としてＣ−２２を使用する、請求項１または２記載の方法。
  6. 材料としてＣ４を使用する、請求項１または２記載の方法。
  7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の方法であって、
    − 前記合金を、開放下に溶融し、かつ鋳込んでブロックとし、
    − 前記ブロックを、必要に応じて少なくとも１回熱処理に供し、
    − 次いで前記ブロックを、ＥＳＲによって少なくとも１回再溶解させ、
    − そのように得られた前記再溶解ブロックを、必要に応じて少なくとも１回熱処理に供し、
    − 前記ブロックを、少なくとも１回冷間成形および／または熱間成形に供し、該成形を、あらかじめ設定可能な材料厚さのストリップ材が生成されるまで行い、
    − 前記ストリップ材を、所定の長さ／幅に分割して帯状ストリップとし、
    − 前記帯状ストリップを成形して、開いた管とし、
    − 前記開いた管の対向する両方の突き合わせた端部を縦シーム溶接によって互いに接合して閉じた管を形成する
    ことによる、方法。
  8. 前記開いた管の縦シーム溶接を、溶融溶接法、とりわけ溶加材を用いないＴＩＧ溶接法に基づいて行うことを特徴とする、請求項７記載の方法。
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