JP2021516727A - ニッケル−クロム−鉄−アルミニウム合金の使用 - Google Patents
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Abstract
Description
メタルダスティングが生じる典型的な条件は、強浸炭性CO、H2又はCH4ガス混合物であり、例えばこれらはアンモニア合成において、メタノールプラント中で、冶金学的プロセスにおいて、しかし硬化設備炉中でも生じる。
2.5≦Mo+W≦15 (1)
・良好な相安定性
・良好な加工性
・Alloy 602 CA(N06025)に類似した、空気中での良好な耐食性
・良好な熱間強度/クリープ強度
を有する、ニッケル合金の使用を考案することにある。
− 0.0〜2%
− 0.0〜0.5%
− 0.0〜0.2%
− 0.0〜0.1%
− 0.0〜0.05%
− 4〜5g/cm3
− 2〜8g/cm3
− 2〜7g/cm3
− 3〜6g/cm3
− 24〜<32%
− 25〜<32%
− 26〜<32%
− 27〜<32%
− 28〜<32%
− 28〜<32%
− 28〜31%
− 28〜30%
− 29〜31%
− 1.8〜3.2%
− 2.0〜3.2%
− 2.0〜<3.0%
− 2.0〜2.8%
− 2.2〜2.8%
− 2.2〜2.6%
− 0.1〜4.0%
− 0.1〜3.0%
− 0.1〜<2.5%
− 0.1〜2.0%
− 0.1〜1.0%
− 0.001〜0.20%
− 0.001〜<0.10%
− 0.001〜<0.05%
− 0.005〜0.50%
− 0.005〜0.20%
− 0.005〜0.10%
− 0.005〜<0.05%
− 0.001〜0.60%
− 0.001〜0.50%
− 0.001〜0.30%
− 0.01〜0.30%
− 0.01〜0.25%
− >0.00〜0.03%
− >0.00〜0.02%
− >0.00〜0.02%
− 0.01〜0.10%
− 0.02〜0.10%
− 0.03〜0.10%
− 0.001〜0.04%
− 0.001〜0.020%
− 0.00001〜0.1
− 0.00002〜0.1
− 0.00005〜0.1
− 0.00008〜0.1
− 0.0001〜0.1
− 0.0002〜0.1
− 0.0005〜0.1
− 0.0008〜0.1
− 0.001〜0.1
− 0.002〜0.1
− 0.005〜0.1
− 0.008〜0.1
− 0.010〜0.1
− 0.00001〜0.10
− 0.00001〜0.08
− 0.00001〜0.05
− 0.00001〜0.03
− 0.00001〜0.02
− 硫黄 最大0.010%
− Mo 最大1.0%
− W 最大1.0%
− Mo 最大<1.0%
− W 最大<1.0%
− Mo 最大<0.50%
− W 最大<0.50%
− Mo 最大<0.05%
− W 最大<0.05%
Cr+Al≧28 (2a)
その際に、Cr及びAlは、質量%での当該元素の濃度である。
好ましい範囲は、
Cr+Al≧29 (2b)
Cr+Al≧30 (2c)
Cr+Al≧31 (2d)
で調節することができる。
Fp≦39.9 (3a)、ここで
Fp=Cr+0.272×Fe+2.36×Al+2.22×Si+2.48×Ti+0.374×Mo+0.538×W−11.8×C (4a)
その際に、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Mo、W及びCは、質量%での当該元素の濃度である。
Fp≦38.4 (3b)
Fp≦36.6 (3c)
で調節することができる。
− 0.0〜0.15%
− 0.0〜0.10%
− 0.0〜<0.10%
− >0.0〜0.08%
− 0.001〜<0.045%
− 0.0〜0.15%
− 0.0〜0.10%
− 0.0〜<0.10%
− >0.0〜0.08%
− 0.001〜0.04%
− 0.0〜0.15%
− 0.0〜0.10%
− 0.0〜<0.10%
− >0.0〜0.08%
− 0.001〜0.04%
− 0.0〜0.15%
− 0.0〜0.10%
− 0.0〜<0.10%
− >0.0〜0.08%
− 0.001〜0.04%
− 0.001〜<1.10%
− 0.001〜<1.0%
− 0.001〜<0.70%
− 0.001〜<0.50%
− 0.001〜0.30%
− 0.01〜0.3%
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)
その際に、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Nb、Mo、W及びCは、質量%での当該元素の濃度である。
− 0.0〜0.15%
− >0.0〜<0.10%
− 0.001〜0.07%
− 0.001〜0.04%
− −0.0〜0.15%
− >0.0〜<0.10%
− 0.001〜0.07%
− 0.001〜0.04%
− 0.01〜0.50%
− 0.01〜0.40%
− 0.01〜0.30%
− 0.01〜0.20%
− 0.01〜0.10%
− 0.01〜<0.10%
− ホウ素 0.0001〜0.008%
− ホウ素 0.0005〜0.008%
− ホウ素 0.0005〜0.004%
− 0.01〜5.0%
− 0.01〜2.0%
− 0.1〜2.0%
− 0.01〜0.5%
− 0.01〜<0.1%
− Cu 最大<0.20%又は0.20
− Cu 最大<0.10%又は0.10
− Cu 最大<0.05%又は0.05
− Cu 最大<0.015%
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)
その際に、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Cu、Mo、W及びCは、質量%での当該元素の濃度である。
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)
その際に、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Nb、Cu、Mo、W及びCは、質量%での当該元素の濃度である。
− V 最大<0.10%
− Pb 最大0.002%
− Zn 最大0.002%
− Sn 最大0.002%
Fa≦60 (5a)、ここで
Fa=Cr+20.4×Ti+201×C (6a)
その際に、Cr、Ti及びCは、質量%での当該元素の濃度である。
Fa≦54 (5b)
で調節することができる。
Fa=Cr+6.15×Nb+20.4×Ti+201×C (6b)
その際に、Cr、Nb、Ti及びCは、質量%での当該元素の濃度である。
Fk≧45 (7a)、ここで
Fk=Cr+19×Ti+10.2×Al+12.5×Si+98×C (8a)
その際に、Cr、Ti、Al、Si及びCは、質量%での当該元素の濃度である。
Fk≧49 (7b)
Fk≧53 (7c)
で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)
その際に、Cr、Ti、Nb、Al、Si、C及びBは、質量%での当該元素の濃度である。
− 0.01〜80%
− 0.01〜50%
− 0.01〜30%
− 0.01〜20%
− 0.01〜10%
− 0.01〜10%
− 0.1〜5%
− 0.5〜10%
− 1〜5%
− 2〜3%
であってよい。
粉末を用いる3D印刷、
選択的レーザー焼結及び
選択的レーザー溶融
レーザークラッディング
選択的電子ビーム溶接
が区別される。
平衡状態において生じる相を、その多様な合金変型について、ThermotechのプログラムJMatProを用いて計算した。該計算のためのデータベースとして、Thermotechのニッケル基合金用のデータバンクTTNI7を使用した。
A=(Lu−L0)/L0 100%=ΔL/L0 100%
ここで、Lu=破断後の標点距離。
例えば、A5については、標点距離L0=5・d0であり、ここで、d0=円形試料の原直径
本発明による合金は、高腐食性条件における優れた耐食性に加えて、ここでは例えば、優れた、耐メタルダスティング性を、次の特性と同時に有するべきである:
・良好な相安定性
・良好な加工性
・Alloy 602CA(N06025)に類似した、空気中での良好な耐食性
・良好な熱間強度/クリープ強度
Ti及び/又はNbを添加した、ニッケル−クロム−アルミニウム−鉄の系において、合金含有率に応じて、多様な脆化TCP相、例えばラーベス相、σ相又はμ相あるいは脆化η相又はε相も形成されうる(例えばRalf Buergel, Handbuch der Hochtemperaturwerkstofftechnik, 第3版, Vieweg Verlag, Wiesbaden, 2006, p. 370 - 374参照)。例えばN06690について装入物111389の温度に依存した平衡相割合の計算(第2表 典型的な組成参照)は、計算によれば、大きな量割合の720℃(Ts BCC)を下回るα−クロム(図2中のBCC相)の形成を示す。しかし、この相は、これが分析上、ベース材料とは極めて異なっていることによって、困難にのみ形成される。しかしながら、この相の形成温度Ts BCCが極めて高い場合には、この相は十分に、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), p. 15”には、Alloy 693 UNS 06693の変型について記載されているように、生じることがある。図3及び図4は、Alloy 693変型(米国特許第4882125号明細書、第1表から)、第2表からのAlloy 3もしくはAlloy 10の相図を示す。この相は脆く、かつ該材料の望ましくない脆化をまねく。Alloy 3は、1079、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), p. 15”には、α−クロム(BCC)が生じる該合金の正確な分析は記載されていない。しかし、第2表にAlloy 693について示された例の中では、計算によれば最も高い形成温度Ts BCCを有する分析(例えばAlloy 10)の場合に、α−クロム(BCC相)が形成されうることから出発されうる。修正された分析(低下された形成温度Ts BCCを有する)の場合に、“E. Slevolden, J.Z. Albertsen. U. Fink, Tjeldbergodden Methanol Plant: Metal Dusting Investigations,” Corrosion/2011, paper no. 11144 (Houston, TX: NACE 2011), p. 15”において、α−クロムがついで表面近傍においてしか観察されなかった。そのような脆化相が生じるのを回避するために、本発明による合金の場合に、該形成温度Ts BCCは、939℃以下である―最も低い形成温度Ts BCCは、第2表中のAlloy 693(米国特許第4882125号明細書、第1表から)の例を下回るべきである。
Fp≦39.9 (3a)、ここで
Fp=Cr+0.272×Fe+2.36×Al+2.22×Si+2.48×Ti+0.374×Mo+0.538×W−11.8×C (4a)
その際に、Cr、Al、Fe、Si、Ti、Nb、Cu、Mo、W及びCは、質量%での当該元素の濃度である。従来技術による合金を伴う第2表は、Fpが、Alloy 8、Alloy 3及びAlloy 2については39.9より大きく、かつAlloy 10についてはちょうど39.9であることを示す。939℃未満のTs BCCを有する他の全ての合金については、Fp≦39.9である。
例示的に、ここでは、その成形性はその加工性であるとみなされる。
Fa≦60 (5a)、ここで
Fa=Cr+6.15×Nb+20.4×Ti+201×C (6b)
その際に、Cr、Nb、Ti及びCは、質量%での当該元素の濃度である。
同時に、より高い温度でのその耐力もしくは引張強度は、Alloy 601の値を少なくとも達成すべきである(第4表参照):
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>250MPA;引張強度Rm>570MPA(10a、10b)
800℃:耐力Rp0.2>180MPA;引張強度Rm>190MPA(10c、10d)
Fk≧45 (7a)、ここで
Fk=Cr+19×Ti+34.3×Nb+10.2×Al+12.5×Si+98×C+2245×B (8b)
その際に、Cr、Ti、Nb、Al、Si、C及びBは、質量%での当該元素の濃度である。
本発明による合金は、Alloy 602CA(N06025)に類似した、空気中での良好な耐食性を有するべきである。
該粉末から製造される部材及び構成要素の特性を確かめるために、実験室規模で真空炉中で溶融された合金が使用される。
− 高腐食性雰囲気中での高い耐食性の例としての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
− 高温引張実験を用いた熱間強度/耐クリープ性
− 酸化試験を用いた耐食性
5μmを下回る小さすぎる粒子サイズは、その流動挙動を悪化させ、したがって回避されるべきであり、250μmを上回る大きすぎる粒子サイズは、付加製造の際の挙動を悪化させる。
Cr+Al≧28 (2a)
その際に、Cr及びAlは、質量%での当該元素の濃度である。酸化物を形成する元素の含有率が、十分な耐メタルダスティング性を保証するのに十分に高いときのみである。
Fp≦39.9 (3a)、ここで
Fp=Cr+0.272×Fe+2.36×Al+2.22×Si+2.48×Ti+0.374×Mo+0.538×W−11.8×C (4a)
その際に、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Mo、W及びCは、質量%での当該元素の濃度である。Fpの限度及びさらなる元素の可能な算入は、前出の文において詳細に理由が挙げられている。
Fa≦60 (5a)、ここで
Fa=Cr+20.4×Ti+201×C (6a)
その際に、Cr、Ti及びCは、質量%での当該元素の濃度である。Faの限度及びさらなる元素の可能な算入は、前出の文において詳細に理由が挙げられている。
Fk≧45 (7a)、ここで
Fk=Cr+19×Ti+10.2×Al+12.5×Si+98×C (8a)
その際に、Cr、Ti、Al、Si及びCは、質量%での当該元素の濃度である。Faの限度及びさらなる元素の可能な算入は、前出の文において詳細に理由が挙げられている。
Claims (18)
- 付加製造用の粉末としてのニッケル−クロム−アルミニウム合金の使用であって、前記粉末は、5〜250μmのサイズの球状粒子からなり、かつこの合金は、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0.0〜0.05%、炭素0.005〜0.12%、窒素0.001〜0.050%、酸素0.00001〜0.100%、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 ニッケル及び方法に制約される通常の不純物(単位:重量%)からなり、その際に、前記粉末が、気孔径1μm超で気孔面積0.0〜4%の全介在物を有する、前記使用。
- 前記粉末が、真空不活性ガス噴霧設備(VIGA)によって製造されたものである、請求項1に記載の使用。
- 24〜32%未満のクロム含有率を有する、請求項1から2までのいずれか1項に記載の使用。
- 0.0〜0.20%のイットリウム含有率を有する、請求項1から3までのいずれか1項に記載の使用。
- 0.0〜0.20%のランタン含有率を有する、請求項1から4までのいずれか1項に記載の使用。
- 0.0〜0.20%のセリウム含有率を有する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の使用。
- 0.0〜1.1%のニオブの含有率を有する、請求項1から6までのいずれか1項に記載の使用。
- 0.0〜0.20%のジルコニウムの含有率を有する、請求項1から7までのいずれか1項に記載の使用。
- 0.0001〜0.008%のホウ素の含有率を有する、請求項1から8までのいずれか1項に記載の使用。
- さらにコバルト0.0〜5.0%を含有する、請求項1から9までのいずれか1項に記載の使用。
- さらに銅 最大0.5%を含有する、請求項1から10までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記不純物が、Pb 最大0.002%、Zn 最大0.002%、Sn 最大0.002%の含有率で調節されている、請求項1から11までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記粒子が、5〜150μm、殊に10〜150μmのサイズを有する、請求項1から12までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記粉末が、2g/cm3から最大8g/cm3の前記合金の密度までのかさ密度を有することを特徴とする、請求項1から13までのいずれか1項に記載の使用。
- 次の関係が満たされていなければならない:
Fp≦39.9 (3a)、ここで
Fp=Cr+0.272×Fe+2.36×Al+2.22×Si+2.48×Ti+0.374×Mo+0.538×W−11.8×C (4a)
その際に、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Mo、W及びCは、質量%での当該元素の濃度である、請求項1から14までのいずれか1項に記載の使用。 - 付加製造により製造される構成要素又は部材もしくは構成要素又は部材上の層のための、請求項1から15までのいずれか1項に記載の使用。
- 石油化学工業における部材又は構成要素もしくは構成要素又は部材上の層としての、請求項1から16までのいずれか1項に記載の使用。
- 築炉における請求項1から16までのいずれか1項に記載の使用。
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