JP3271344B2 - 加工性に優れるニッケル基耐熱合金 - Google Patents
加工性に優れるニッケル基耐熱合金Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高温強度が高く、耐
食性に優れ、特にナフサ、プロパン、エタン、ガスオイ
ル等の原料を水蒸気とともに 800℃以上の高温で分解
し、エチレン等の石油化学基礎製品を製造する目的に使
用される管、すなわちエチレンプラント用分解炉管の素
材として好適なNi基耐熱合金に関する。
食性に優れ、特にナフサ、プロパン、エタン、ガスオイ
ル等の原料を水蒸気とともに 800℃以上の高温で分解
し、エチレン等の石油化学基礎製品を製造する目的に使
用される管、すなわちエチレンプラント用分解炉管の素
材として好適なNi基耐熱合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】エチレンプラント用分解炉管の使用条件
は、近年の合成樹脂の需要増加にともない、エチレン収
率向上の観点から高温化の傾向が強くなってきている。
このような分解炉管の内面は浸炭雰囲気に曝されるた
め、高温強度と耐浸炭性に優れた耐熱材料が要求され
る。また一方では、操業中に分解炉管内表面で炭素が析
出 (この現象はコーキングと呼ばれる) し、その析出量
の増加にともないΔＰの上昇や加熱効率低下などの操業
上の弊害が生じる。従って、実操業においては、定期的
に空気や水蒸気で析出した炭素を除去する、いわゆるデ
コーキング作業が行われているが、その間の操業停止や
作業の工数などが大きな問題になる。このようなコーキ
ングとそれに伴う諸問題は、分解炉管のサイズが収率向
上に有利な小径管になるほど深刻になる。
は、近年の合成樹脂の需要増加にともない、エチレン収
率向上の観点から高温化の傾向が強くなってきている。
このような分解炉管の内面は浸炭雰囲気に曝されるた
め、高温強度と耐浸炭性に優れた耐熱材料が要求され
る。また一方では、操業中に分解炉管内表面で炭素が析
出 (この現象はコーキングと呼ばれる) し、その析出量
の増加にともないΔＰの上昇や加熱効率低下などの操業
上の弊害が生じる。従って、実操業においては、定期的
に空気や水蒸気で析出した炭素を除去する、いわゆるデ
コーキング作業が行われているが、その間の操業停止や
作業の工数などが大きな問題になる。このようなコーキ
ングとそれに伴う諸問題は、分解炉管のサイズが収率向
上に有利な小径管になるほど深刻になる。
【０００３】コーキング防止を目的とした従来技術とし
て、例えば特開平２−8336号公報には、合金中に28％以
上のCrを含有させて合金（メタル）表面に強固で安定な
Cr203皮膜を形成させ、炭素析出を促進する触媒元素で
あるFeおよびNiのメタル表面への浮上を防止し、コーキ
ングを抑制することが提案されている。
て、例えば特開平２−8336号公報には、合金中に28％以
上のCrを含有させて合金（メタル）表面に強固で安定な
Cr203皮膜を形成させ、炭素析出を促進する触媒元素で
あるFeおよびNiのメタル表面への浮上を防止し、コーキ
ングを抑制することが提案されている。
【０００４】一方、耐浸炭性向上のためには、例えば特
開昭57−23050 号公報に開示されているように、合金中
のSi含有量を高めるのが有効であることが知られてい
る。
開昭57−23050 号公報に開示されているように、合金中
のSi含有量を高めるのが有効であることが知られてい
る。
【０００５】しかしながら、上述の従来技術には、次の
ような問題点がある。
ような問題点がある。
【０００６】コーキング防止の点から特開平２−8336号
公報のような高Cr合金を高温強度部材として適用する場
合には、合金中のNi含有量を高めて金属組織をオーステ
ナイト化する必要があるが、高温強度は従来合金に比べ
て低く、単独では高温強度部材として適用することは難
しい。そこで特開平２−8336号公報の発明では、他の高
温強度部材と組み合わせて二重管とし、これを使用する
こととしているが、二重管は製造コストや信頼性の点で
問題が多い。
公報のような高Cr合金を高温強度部材として適用する場
合には、合金中のNi含有量を高めて金属組織をオーステ
ナイト化する必要があるが、高温強度は従来合金に比べ
て低く、単独では高温強度部材として適用することは難
しい。そこで特開平２−8336号公報の発明では、他の高
温強度部材と組み合わせて二重管とし、これを使用する
こととしているが、二重管は製造コストや信頼性の点で
問題が多い。
【０００７】本発明者らは、合金中のAl含有量を高め、
メタル表面に強固で緻密なAl2O3 皮膜を生成させれば、
従来の合金に比較して耐浸炭性および耐コーキング性が
著しく向上し、さらに、このような高Al合金ではNi含有
量を高めることにより高温での使用中にγ′相がマトリ
ックス中に微細析出し、クリープ破断強度も大幅に向上
することを見出し、先に特許出願した (特願平３−6344
2 号参照) 。
メタル表面に強固で緻密なAl2O3 皮膜を生成させれば、
従来の合金に比較して耐浸炭性および耐コーキング性が
著しく向上し、さらに、このような高Al合金ではNi含有
量を高めることにより高温での使用中にγ′相がマトリ
ックス中に微細析出し、クリープ破断強度も大幅に向上
することを見出し、先に特許出願した (特願平３−6344
2 号参照) 。
【０００８】しかし特願平３−63442 号の発明の合金に
おいては、高温強度を重視しているため熱間加工性が必
ずしも良好とは言えない。
おいては、高温強度を重視しているため熱間加工性が必
ずしも良好とは言えない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高温強度と
耐食性に優れ、特にエチレンプラント用分解炉管のよう
に浸炭、酸化が繰り返される熱分解環境下で使用され、
かつ温度変動が繰り返される熱サイクル環境下において
も、優れた耐浸炭性と耐コーキング性を有し、かつ、高
温強度部材として使用するに十分なクリープ破断強度を
有する熱間加工性に優れるNi基耐熱合金を提供すること
を目的とする。
耐食性に優れ、特にエチレンプラント用分解炉管のよう
に浸炭、酸化が繰り返される熱分解環境下で使用され、
かつ温度変動が繰り返される熱サイクル環境下において
も、優れた耐浸炭性と耐コーキング性を有し、かつ、高
温強度部材として使用するに十分なクリープ破断強度を
有する熱間加工性に優れるNi基耐熱合金を提供すること
を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次のNi基
耐熱合金にある。以下、重量％を「％」と記す。
耐熱合金にある。以下、重量％を「％」と記す。
【００１１】(1) Ｃ: 0.10％以下、Si:1.0％を超え５％
まで、Mn:0.2％以下、Cr: ５％を超え18％まで、Al:4.5
〜12％および Fe:５％を超え20％までを含有し、さら
に、Ｂ:0.001〜0.03％、Zr: 0.01〜0.3 ％、Hf: 0.05〜
1.0 ％、Ti: 0.05〜1.0 ％およびMg:0.001〜0.02％のう
ちの１種以上を含み、残部はNiおよび不可避的不純物か
らなる加工性に優れる高温強度と耐食性の良好なNi基耐
熱合金。
まで、Mn:0.2％以下、Cr: ５％を超え18％まで、Al:4.5
〜12％および Fe:５％を超え20％までを含有し、さら
に、Ｂ:0.001〜0.03％、Zr: 0.01〜0.3 ％、Hf: 0.05〜
1.0 ％、Ti: 0.05〜1.0 ％およびMg:0.001〜0.02％のう
ちの１種以上を含み、残部はNiおよび不可避的不純物か
らなる加工性に優れる高温強度と耐食性の良好なNi基耐
熱合金。
【００１２】(2) 上記(1) の成分に加えてさらに、下記
〜の各元素群のうちの１以上の群から選んだ１種以
上の成分を含有する加工性に優れる高温強度と耐食性の
良好なNi基耐熱合金。
〜の各元素群のうちの１以上の群から選んだ１種以
上の成分を含有する加工性に優れる高温強度と耐食性の
良好なNi基耐熱合金。
【００１３】群 Mo:0.5〜５％およびＷ:1.0〜10％の
うちの１種または２種。
うちの１種または２種。
【００１４】群 Ｖ:0.3〜３％、Nb:0.5〜５％および
Ta:1.0〜10％のうちの１種以上。
Ta:1.0〜10％のうちの１種以上。
【００１５】群 Ｙ: 0.01〜0.25％、La: 0.01〜0.25
％およびCe：0.01〜0.25％のうちの１種以上。
％およびCe：0.01〜0.25％のうちの１種以上。
【００１６】なお、特に高い強度を必要とする場合に
は、上記 (1)〜(2) の合金のＣ含有量を0.02％を超え0.
10％以下の範囲に選ぶことが推奨される。
は、上記 (1)〜(2) の合金のＣ含有量を0.02％を超え0.
10％以下の範囲に選ぶことが推奨される。
【００１７】前述したように、合金の耐浸炭性向上に
は、高Si化によりメタル／スケール界面にSiO2皮膜を形
成させることが有効であることが知られている。一方、
耐コーキング性向上には高Cr化によって最外層の酸化ス
ケール表面にCr2O3 の皮膜を形成させることが有効であ
ることも知られている。
は、高Si化によりメタル／スケール界面にSiO2皮膜を形
成させることが有効であることが知られている。一方、
耐コーキング性向上には高Cr化によって最外層の酸化ス
ケール表面にCr2O3 の皮膜を形成させることが有効であ
ることも知られている。
【００１８】本発明者らも耐浸炭性および耐コーキング
性を改善するためには、強固で緻密な表面酸化皮膜の形
成が効果的であると考えて研究を進めた。その結果、合
金中のAl含有量を高めることにより、メタル表面に強固
で緻密なAl2O3 皮膜を均一に生成させれば、従来の合金
に比較して耐浸炭性および耐コーキング性が著しく向上
することを見出だした。このようにAl含有量を高めた上
で、適正量のSiを含有させれば、Al2O3 皮膜とともに緻
密なSiO2皮膜が形成され、耐浸炭性と耐コーキング性が
飛躍的に向上することがわかった。かつ、Crは過剰な量
にならない範囲で含有させれば、単相でのコランダム型
の（Al、Cr)2O3皮膜を形成し、前記の皮膜の効果を一層
向上させる作用を有することが確認された。さらには、
このような合金にＹ、LaおよびCeの一種以上を含有させ
ることにより、界面に偏析する合金中不純物としてのＳ
が硫化物としてメタル中に固定され、結果としてSiO2や
（Al、Cr)2O3皮膜の密着性が向上するために、熱サイク
ル環境下での使用でもSiO2や（Al、Cr)2O3皮膜の密着性
が向上し、優れた耐浸炭性および耐コーキング性を維持
することを明らかにした。
性を改善するためには、強固で緻密な表面酸化皮膜の形
成が効果的であると考えて研究を進めた。その結果、合
金中のAl含有量を高めることにより、メタル表面に強固
で緻密なAl2O3 皮膜を均一に生成させれば、従来の合金
に比較して耐浸炭性および耐コーキング性が著しく向上
することを見出だした。このようにAl含有量を高めた上
で、適正量のSiを含有させれば、Al2O3 皮膜とともに緻
密なSiO2皮膜が形成され、耐浸炭性と耐コーキング性が
飛躍的に向上することがわかった。かつ、Crは過剰な量
にならない範囲で含有させれば、単相でのコランダム型
の（Al、Cr)2O3皮膜を形成し、前記の皮膜の効果を一層
向上させる作用を有することが確認された。さらには、
このような合金にＹ、LaおよびCeの一種以上を含有させ
ることにより、界面に偏析する合金中不純物としてのＳ
が硫化物としてメタル中に固定され、結果としてSiO2や
（Al、Cr)2O3皮膜の密着性が向上するために、熱サイク
ル環境下での使用でもSiO2や（Al、Cr)2O3皮膜の密着性
が向上し、優れた耐浸炭性および耐コーキング性を維持
することを明らかにした。
【００１９】さらに、このような高Al合金では、Ni含有
量を高めることにより、高温での使用中にγ′相がマト
リックス中に微細析出し、クリープ破断強度も大幅に向
上する。従って、Niをベースとし、Al含有量を高めた合
金は優れた耐食性と高温強度を兼ね備えた耐熱合金とな
り、高温強度部材として前述のような用途に好適である
が、高温強度を重視しているため熱間加工性が必ずしも
良好とは言えない。本発明者らは加工性改善に関する研
究を鋭意行った結果、適量のFeを含有させることにより
高温強度は若干低下するものの、熱間加工性が大幅に向
上することを見出だした。
量を高めることにより、高温での使用中にγ′相がマト
リックス中に微細析出し、クリープ破断強度も大幅に向
上する。従って、Niをベースとし、Al含有量を高めた合
金は優れた耐食性と高温強度を兼ね備えた耐熱合金とな
り、高温強度部材として前述のような用途に好適である
が、高温強度を重視しているため熱間加工性が必ずしも
良好とは言えない。本発明者らは加工性改善に関する研
究を鋭意行った結果、適量のFeを含有させることにより
高温強度は若干低下するものの、熱間加工性が大幅に向
上することを見出だした。
【００２０】
【作用】以下、本発明の合金を構成する各成分の作用効
果と、その適正含有量を前記のように定めた理由につい
て説明する。
果と、その適正含有量を前記のように定めた理由につい
て説明する。
【００２１】Ｃ：炭化物を形成して、耐熱合金として必
要な引張強さやクリープ破断強度を向上させるためには
有効な元素であるが、0.10％を超えると合金の延性およ
び靱性の低下が大きくなる。特に、延性と靱性を重視す
る場合は、Ｃは0.02％以下に抑えるのが望ましい。一
方、クリープ破断強度を重視する場合には0.02％を超
え、0.10％以下のＣを含有させて比較的多量の炭化物を
微細に分散させるのがよい。よって、Ｃ含有量を0.10％
以下、必要に応じて0.02％を超え0.10％以下とした。
要な引張強さやクリープ破断強度を向上させるためには
有効な元素であるが、0.10％を超えると合金の延性およ
び靱性の低下が大きくなる。特に、延性と靱性を重視す
る場合は、Ｃは0.02％以下に抑えるのが望ましい。一
方、クリープ破断強度を重視する場合には0.02％を超
え、0.10％以下のＣを含有させて比較的多量の炭化物を
微細に分散させるのがよい。よって、Ｃ含有量を0.10％
以下、必要に応じて0.02％を超え0.10％以下とした。
【００２２】Si：脱酸元素として必要な元素であり、耐
酸化性や耐浸炭性改善にも寄与する元素である。特に、
本発明合金のようにAl含有量が高いうえに、Crを含有す
る合金では、Siの適量含有によって緻密なSiO2皮膜を形
成し、 (Al、Cr)2O3皮膜を補助的に強化する作用があ
り、耐酸化性および耐浸炭性が著しく向上する。このよ
うなSiの効果は、1.0 ％を超える含有量から顕著にな
る。しかし、Si含有量が５％を超えると金属間化合物の
不均一析出を促進し、靱性等の機械的性質を低下させる
ので、その上限を５％とした。
酸化性や耐浸炭性改善にも寄与する元素である。特に、
本発明合金のようにAl含有量が高いうえに、Crを含有す
る合金では、Siの適量含有によって緻密なSiO2皮膜を形
成し、 (Al、Cr)2O3皮膜を補助的に強化する作用があ
り、耐酸化性および耐浸炭性が著しく向上する。このよ
うなSiの効果は、1.0 ％を超える含有量から顕著にな
る。しかし、Si含有量が５％を超えると金属間化合物の
不均一析出を促進し、靱性等の機械的性質を低下させる
ので、その上限を５％とした。
【００２３】Mn:Mnは脱酸元素として有効な元素である
が、耐コーキング性の劣化要因となるスピネル型酸化皮
膜の形成を促進する元素であるため、その含有量は 0.2
％以下に抑える必要がある。
が、耐コーキング性の劣化要因となるスピネル型酸化皮
膜の形成を促進する元素であるため、その含有量は 0.2
％以下に抑える必要がある。
【００２４】Cr:Crは耐酸化性や耐コーキング性の改善
に有効な元素である。本発明合金のようにAl含有量も高
い合金では、 (Al、Cr)2O3を形成し、後述するAl2O3 被
膜の緻密性をさらに補強して、耐酸化性および耐コーキ
ング性を高める効果があり、より高温での使用も可能と
なる。この補強された酸化皮膜による効果は、Cr含有量
が５％を超えるところから顕著となる。しかし、Crが過
剰になると金属間化合物が不均一に析出し、靱性等の機
械的性質を低下させる。この許容限界は18％である。よ
って、Cr含有量は５％を超え18％までとした。
に有効な元素である。本発明合金のようにAl含有量も高
い合金では、 (Al、Cr)2O3を形成し、後述するAl2O3 被
膜の緻密性をさらに補強して、耐酸化性および耐コーキ
ング性を高める効果があり、より高温での使用も可能と
なる。この補強された酸化皮膜による効果は、Cr含有量
が５％を超えるところから顕著となる。しかし、Crが過
剰になると金属間化合物が不均一に析出し、靱性等の機
械的性質を低下させる。この許容限界は18％である。よ
って、Cr含有量は５％を超え18％までとした。
【００２５】Al:Alは耐浸炭性および耐コーキング性の
向上に極めて有効な元素であるが、その効果を発揮させ
るためには、コランダム型の Al2O3酸化皮膜を均一に生
成させる必要がある。そのためには少なくとも 4.5％の
Al含有量が必要である。ただし、Al含有量が12％を超え
ると、室温および高温での延性、靱性が著しく劣化して
高温強度部材として使用できなくなる。従って、Alの適
正含有量は 4.5〜12％である。この範囲でAlを含有させ
ることにより、γ′相が使用中に微細析出し、クリープ
破断強度も大幅に改善される。
向上に極めて有効な元素であるが、その効果を発揮させ
るためには、コランダム型の Al2O3酸化皮膜を均一に生
成させる必要がある。そのためには少なくとも 4.5％の
Al含有量が必要である。ただし、Al含有量が12％を超え
ると、室温および高温での延性、靱性が著しく劣化して
高温強度部材として使用できなくなる。従って、Alの適
正含有量は 4.5〜12％である。この範囲でAlを含有させ
ることにより、γ′相が使用中に微細析出し、クリープ
破断強度も大幅に改善される。
【００２６】Fe：Feは、本発明合金のようなNi基高Al合
金の熱間加工性向上に寄与する元素である。その効果を
発揮させるためには少なくとも５％を超える含有量が必
要であり、その増加にともない熱間加工性が向上する。
しかし、20％を超えて含有させると未固溶β相の量が増
加してオーステナイト結晶粒の成長を抑制し、クリープ
破断強度が急激に低下する。よって、Fe含有量の範囲は
５％超え20％までとした。
金の熱間加工性向上に寄与する元素である。その効果を
発揮させるためには少なくとも５％を超える含有量が必
要であり、その増加にともない熱間加工性が向上する。
しかし、20％を超えて含有させると未固溶β相の量が増
加してオーステナイト結晶粒の成長を抑制し、クリープ
破断強度が急激に低下する。よって、Fe含有量の範囲は
５％超え20％までとした。
【００２７】Ｂ、Zr、Hf、TiおよびMgのうちの１種以
上:これらの元素は主として合金の粒界強化に有効な元
素であり、その効果を発揮させるためには、Ｂは 0.001
％以上、Zrは0.01％以上、Hfは0.05％以上、Tiは0.05％
以上、Mgは 0.001％以上が必要である。しかし、過剰に
含有させるとクリープ破断強度が再び低下するので、上
限はＢで0.03％、Zrで 0.3％、Hfで1.0 ％、Tiで 1.0
％、Mgで0.02％とした。これらの元素は上記含有量の範
囲で１種だけ添加してもよいし、また２種以上複合添加
してもよい。
上:これらの元素は主として合金の粒界強化に有効な元
素であり、その効果を発揮させるためには、Ｂは 0.001
％以上、Zrは0.01％以上、Hfは0.05％以上、Tiは0.05％
以上、Mgは 0.001％以上が必要である。しかし、過剰に
含有させるとクリープ破断強度が再び低下するので、上
限はＢで0.03％、Zrで 0.3％、Hfで1.0 ％、Tiで 1.0
％、Mgで0.02％とした。これらの元素は上記含有量の範
囲で１種だけ添加してもよいし、また２種以上複合添加
してもよい。
【００２８】本発明合金の一つは、上記の成分のほか、
残部が主にNiからなるものである。
残部が主にNiからなるものである。
【００２９】Niは安定なオーステナイト組織および耐浸
炭性を同時に確保するために不可欠な元素であり、特に
γ′相のよる析出強化の効果を高めるためには多いほど
望ましい。しかし、前記のように高Niの場合には熱間加
工性が必ずしも良好ではない。
炭性を同時に確保するために不可欠な元素であり、特に
γ′相のよる析出強化の効果を高めるためには多いほど
望ましい。しかし、前記のように高Niの場合には熱間加
工性が必ずしも良好ではない。
【００３０】よって、Niの作用効果を維持しながら、熱
間加工性も良好なものとするためには、上記の適量な範
囲でFeを含有させなければならない。
間加工性も良好なものとするためには、上記の適量な範
囲でFeを含有させなければならない。
【００３１】本発明合金は、上記の成分の外に、さらに
以下に述べる成分を含有することができる。
以下に述べる成分を含有することができる。
【００３２】 群の元素：MoおよびＷのうちの１種または２種 Mo、Ｗは主として固溶強化元素として有効であり、基地
のオーステナイト相を強化することによりクリープ破断
強度を上昇させる。この効果を発揮させるためには、Mo
は 0.5％以上、Ｗは 1.0％以上が必要であるが、過剰に
含有させると靱性低下の要因となる金属間化合物が析出
するだけでなく、耐浸炭性や耐コーキング性も劣化する
ので、Moで５％まで、Ｗで10％までに抑えて１種または
２種含有させるべきである。これらを２種併用する場合
には、合計含有量をMo＋(1/2) Ｗで５％以下に抑えるの
がよい。
のオーステナイト相を強化することによりクリープ破断
強度を上昇させる。この効果を発揮させるためには、Mo
は 0.5％以上、Ｗは 1.0％以上が必要であるが、過剰に
含有させると靱性低下の要因となる金属間化合物が析出
するだけでなく、耐浸炭性や耐コーキング性も劣化する
ので、Moで５％まで、Ｗで10％までに抑えて１種または
２種含有させるべきである。これらを２種併用する場合
には、合計含有量をMo＋(1/2) Ｗで５％以下に抑えるの
がよい。
【００３３】 群の元素：Ｖ、NbおよびTaのうちの１種以上 これらの元素は、オーステナイト相中に固溶するととも
に、γ′相やCr炭化物中にも固溶してクリープ破断強度
の向上に寄与する。その効果を発揮させるためには、Nb
は 0.5％以上、Taは 1.0％以上、Ｖは 0.3％以上が必要
であるが、過剰に含有させると靱性低下を招くので、上
限はNbで５％、Taで10％、Ｖで３％として１種以上を含
有させる。なお、２種以上を複合添加する場合には、合
計含有量を (5/3)Ｖ＋Nb＋(1/2)Ta で５％以下とするの
が望ましい。
に、γ′相やCr炭化物中にも固溶してクリープ破断強度
の向上に寄与する。その効果を発揮させるためには、Nb
は 0.5％以上、Taは 1.0％以上、Ｖは 0.3％以上が必要
であるが、過剰に含有させると靱性低下を招くので、上
限はNbで５％、Taで10％、Ｖで３％として１種以上を含
有させる。なお、２種以上を複合添加する場合には、合
計含有量を (5/3)Ｖ＋Nb＋(1/2)Ta で５％以下とするの
が望ましい。
【００３４】 群の元素：Ｙ、LaおよびCeのうちの１種以上 これらの元素は、主として熱サイクル条件下でのSiO2や
(Al、Cr)2O3皮膜の密着性を向上させ、温度変動下での
使用においても優れた耐浸炭性および耐コーキング性が
維持される。その効果を発揮させるためにはＹ、Laおよ
びCeのいずれも、それぞれ0.01％以上の含有量が必要で
ある。しかし、過剰に含有させると加工性が悪化し、ま
た、SiO2や (Al、Cr)2O3皮膜の密着性改善効果も飽和す
るので、上限はいずれも0.25％とする。これらの元素は
上記含有量の範囲内で１種だけ添加してもよいし、また
２種以上複合添加してもよい。
(Al、Cr)2O3皮膜の密着性を向上させ、温度変動下での
使用においても優れた耐浸炭性および耐コーキング性が
維持される。その効果を発揮させるためにはＹ、Laおよ
びCeのいずれも、それぞれ0.01％以上の含有量が必要で
ある。しかし、過剰に含有させると加工性が悪化し、ま
た、SiO2や (Al、Cr)2O3皮膜の密着性改善効果も飽和す
るので、上限はいずれも0.25％とする。これらの元素は
上記含有量の範囲内で１種だけ添加してもよいし、また
２種以上複合添加してもよい。
【００３５】上記〜の各元素群のうちの１以上の群
から１種以上の元素を選んで上記含有量の範囲内で添加
してもよい。
から１種以上の元素を選んで上記含有量の範囲内で添加
してもよい。
【００３６】本発明合金は、通常の溶解および精錬工程
で溶製した後、鍛造工程、圧延、押し出し等の加工工程
を経て管などの製品として製造される。粉末冶金法で製
品にしてもよい。熱処理は組織の均一化を促進し、本発
明合金の性能向上に寄与する。この場合、通常、1200〜
1300℃での均一化処理が施されるが、鋳造ままでの使用
も可能である。
で溶製した後、鍛造工程、圧延、押し出し等の加工工程
を経て管などの製品として製造される。粉末冶金法で製
品にしてもよい。熱処理は組織の均一化を促進し、本発
明合金の性能向上に寄与する。この場合、通常、1200〜
1300℃での均一化処理が施されるが、鋳造ままでの使用
も可能である。
【００３７】
【実施例】表１および表２に供試材の化学組成を示す。
No.1〜30が本発明合金、Ａ〜ＶおよびＷ、Ｘ、Ｙが比較
合金（ただし、Ｗ〜Ｙは従来合金）である。本発明合金
および比較合金Ａ〜Ｖは、いずれも17kg真空高周波炉で
溶解してインゴットにした後、鍛造により15mmの板材に
し、その後1250℃で固溶化熱処理を施した。従来合金
Ｗ、Ｘは、50kg真空高周波炉で溶解してインゴットにし
た後、鍛造および冷間圧延により10mm厚の板材とし、そ
の後1250℃で固溶化熱処理を施した。従来合金Ｙは、外
径120mm 、肉厚10mmの鋳造のままの遠心鋳造管である。
No.1〜30が本発明合金、Ａ〜ＶおよびＷ、Ｘ、Ｙが比較
合金（ただし、Ｗ〜Ｙは従来合金）である。本発明合金
および比較合金Ａ〜Ｖは、いずれも17kg真空高周波炉で
溶解してインゴットにした後、鍛造により15mmの板材に
し、その後1250℃で固溶化熱処理を施した。従来合金
Ｗ、Ｘは、50kg真空高周波炉で溶解してインゴットにし
た後、鍛造および冷間圧延により10mm厚の板材とし、そ
の後1250℃で固溶化熱処理を施した。従来合金Ｙは、外
径120mm 、肉厚10mmの鋳造のままの遠心鋳造管である。
【００３８】これらの供試材を用いて、耐浸炭性、耐コ
ーキング性、クリープ破断試験による高温強度特性、グ
リーブル試験による熱間加工性および衝撃試験による高
温長時間使用後の靱性の各評価を行った。
ーキング性、クリープ破断試験による高温強度特性、グ
リーブル試験による熱間加工性および衝撃試験による高
温長時間使用後の靱性の各評価を行った。
【００３９】耐浸炭性の評価は固体浸炭試験法によりピ
レット状のBaCO3 ＋木炭( 配合比３：７）の浸炭剤を用
いて1150℃×100 時間の加熱を行い試験前後の平均Ｃ増
加量(％）で評価した。
レット状のBaCO3 ＋木炭( 配合比３：７）の浸炭剤を用
いて1150℃×100 時間の加熱を行い試験前後の平均Ｃ増
加量(％）で評価した。
【００４０】耐コーキング性の評価はガス浸炭試験法に
より、80％ CH4＋20％H2O 雰囲気中にて1050℃×30時間
の試験を行い、試験片表面に付着したＣ量(mg/cm2)で評
価した。
より、80％ CH4＋20％H2O 雰囲気中にて1050℃×30時間
の試験を行い、試験片表面に付着したＣ量(mg/cm2)で評
価した。
【００４１】高温強度特性評価は、1100℃、1.0 kgf/mm
2 でのクリープ破断試験(h、時間)により行った。
2 でのクリープ破断試験(h、時間)により行った。
【００４２】熱間加工性の評価は、1200℃、歪み速度が
５／秒の条件でのグリーブル試験による絞り値 (％）を
用いた。
５／秒の条件でのグリーブル試験による絞り値 (％）を
用いた。
【００４３】靱性の評価は、1050℃で3000時間時効した
後、０℃でのシャルピー衝撃試験による衝撃値(kgf-m/c
m2) で行った。
後、０℃でのシャルピー衝撃試験による衝撃値(kgf-m/c
m2) で行った。
【００４４】これらの試験結果を表３および表４にまと
めて示す。
めて示す。
【００４５】これらの表から明らかなように、本発明合
金は従来合金（Ｗ、Ｘ、Ｙ）に比較して耐浸炭性および
耐コーキング性が著しく改善され、比較合金（Ａ〜Ｖ）
と同等の性能を有していることがわかる。これは、合金
中のAl含有量を 4.5％以上に高めることにより、メタル
表面に強固で緻密な単相のコランダム型の (Al、Cr)2O3
酸化皮膜が形成されるとともに、緻密なSiＯ2 の被膜が
生成することに起因するものである。またAlが 4.5％以
上の場合での、このように緻密で強固な (Al、Cr)2O3皮
膜の形成は、合金中のMnを 0.2％以下に抑制することに
より初めて達成されるものである。
金は従来合金（Ｗ、Ｘ、Ｙ）に比較して耐浸炭性および
耐コーキング性が著しく改善され、比較合金（Ａ〜Ｖ）
と同等の性能を有していることがわかる。これは、合金
中のAl含有量を 4.5％以上に高めることにより、メタル
表面に強固で緻密な単相のコランダム型の (Al、Cr)2O3
酸化皮膜が形成されるとともに、緻密なSiＯ2 の被膜が
生成することに起因するものである。またAlが 4.5％以
上の場合での、このように緻密で強固な (Al、Cr)2O3皮
膜の形成は、合金中のMnを 0.2％以下に抑制することに
より初めて達成されるものである。
【００４６】図１は、代表的な成分系について、前記グ
リーブル試験による絞り値で示される熱間加工性に及ぼ
すFe含有量の影響を、表３および表４の結果に基づいて
示す図である。図２は、類似組成の合金について、Fe含
有量の有無での同様の影響を示す図である。これらの図
から、熱間加工性は、５％以上でFeを含有させることに
より大幅に改善され、Fe含有量の増加にともない向上す
ることがわかる。
リーブル試験による絞り値で示される熱間加工性に及ぼ
すFe含有量の影響を、表３および表４の結果に基づいて
示す図である。図２は、類似組成の合金について、Fe含
有量の有無での同様の影響を示す図である。これらの図
から、熱間加工性は、５％以上でFeを含有させることに
より大幅に改善され、Fe含有量の増加にともない向上す
ることがわかる。
【００４７】図３および図４は、同様にクリープ破断時
間に及ぼすFe含有量の影響を示す図である。図示するよ
うに、クリープ破断強度はFe含有量の増加にともない若
干低下する傾向を示す。しかし、Fe含有量が20％以下で
あれば、表４に示す従来合金( Ｗ、Ｘ、Ｙ）のクリープ
破断時間と対比すれば明らかなように、著しく高いクリ
ープ破断強度が確保できる。これは、高温での使用中に
γ′相がマトリックス中に微細析出することによる。
間に及ぼすFe含有量の影響を示す図である。図示するよ
うに、クリープ破断強度はFe含有量の増加にともない若
干低下する傾向を示す。しかし、Fe含有量が20％以下で
あれば、表４に示す従来合金( Ｗ、Ｘ、Ｙ）のクリープ
破断時間と対比すれば明らかなように、著しく高いクリ
ープ破断強度が確保できる。これは、高温での使用中に
γ′相がマトリックス中に微細析出することによる。
【００４８】靱性については、熱間加工性向上の点から
Feを本発明の範囲内で含有させても、ほとんどその変化
はなく、高温構造部材として適用するのに十分な高い値
を示している。
Feを本発明の範囲内で含有させても、ほとんどその変化
はなく、高温構造部材として適用するのに十分な高い値
を示している。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【表２】
【００５１】
【表３】
【００５２】
【表４】
【００５３】
【発明の効果】本発明の合金は、高温強度、耐浸炭性お
よび耐コーキング性に優れるだけでなく、熱間加工性に
も優れているから、特にエチレンプラント用分解炉管の
素材として好適であり、二重管にしなくても単管として
使用することが可能である。
よび耐コーキング性に優れるだけでなく、熱間加工性に
も優れているから、特にエチレンプラント用分解炉管の
素材として好適であり、二重管にしなくても単管として
使用することが可能である。
【図１】本発明のNi基合金および比較合金のFe含有量と
熱間加工性との関係を示す図である。
熱間加工性との関係を示す図である。
【図２】本発明のNi基合金および比較合金のFe含有量と
熱間加工性との関係を示す図である。
熱間加工性との関係を示す図である。
【図３】本発明のNi基合金および比較合金のFe含有量と
クリープ破断時間との関係を示す図である。
クリープ破断時間との関係を示す図である。
【図４】本発明のNi基合金および比較合金のFe含有量と
クリープ破断時間との関係を示す図である。
クリープ破断時間との関係を示す図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−358037（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−4847（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−79120（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−96235（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−33717（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 19/05
Claims (9)
- 【請求項１】重量％で、Ｃ: 0.10％以下、Si:1.0％を超
え５％まで、Mn:0.2％以下、Cr: ５％を超え18％まで、
Al:4.5〜12％および Fe:５％を超え20％までを含有し、
さらに、Ｂ:0.001〜0.03％、Zr: 0.01〜0.3 ％、Hf: 0.
05〜1.0 ％、Ti: 0.05〜1.0％およびMg:0.001〜0.02％
のうちの１種以上を含み、残部はNiおよび不可避的不純
物からなる加工性に優れる高温強度と耐食性の良好なNi
基耐熱合金。 - 【請求項２】重量％で、Ｃ: 0.10％以下、Si:1.0％を超
え５％まで、Mn:0.2％以下、Cr: ５％を超え18％まで、
Al:4.5〜12％および Fe:５％を超え20％までを含有し、
さらに、Ｂ:0.001〜0.03％、Zr: 0.01〜0.3 ％、Hf: 0.
05〜1.0 ％、Ti: 0.05〜1.0％およびMg:0.001〜0.02％
のうちの１種以上ならびにMo:0.5〜５％およびＷ:1.0〜
10％のうちの１種または２種を含み、残部はNiおよび不
可避的不純物からなる加工性に優れる高温強度と耐食性
の良好なNi基耐熱合金。 - 【請求項３】重量％で、Ｃ: 0.10％以下、Si:1.0％を超
え５％まで、Mn:0.2％以下、Cr: ５％を超え18％まで、
Al:4.5〜12％および Fe:５％を超え20％までを含有し、
さらに、Ｂ:0.001〜0.03％、Zr: 0.01〜0.3 ％、Hf: 0.
05〜1.0 ％、Ti: 0.05〜1.0％およびMg:0.001〜0.02％
のうちの１種以上ならびにＶ:0.3〜３％、Nb:0.5〜５％
およびTa:1.0〜10％のうちの１種以上を含み、残部はNi
および不可避的不純物からなる加工性に優れる高温強度
と耐食性の良好なNi基耐熱合金。 - 【請求項４】重量％で、Ｃ: 0.10％以下、Si:1.0％を超
え５％まで、Mn:0.2％以下、Cr: ５％を超え18％まで、
Al:4.5〜12％および Fe:５％を超え20％までを含有し、
さらに、Ｂ:0.001〜0.03％、Zr: 0.01〜0.3 ％、Hf: 0.
05〜1.0 ％、Ti: 0.05〜1.0％およびMg:0.001〜0.02％
のうちの１種以上ならびにＹ: 0.01〜0.25％、La: 0.01
〜0.25％およびCe：0.01〜0.25％のうちの１種以上を含
み、残部はNiおよび不可避的不純物からなる加工性に優
れる高温強度と耐食性の良好なNi基耐熱合金。 - 【請求項５】重量％で、Ｃ: 0.10％以下、Si:1.0％を超
え５％まで、Mn:0.2％以下、Cr: ５％を超え18％まで、
Al:4.5〜12％および Fe:５％を超え20％までを含有し、
さらに、Ｂ:0.001〜0.03％、Zr: 0.01〜0.3 ％、Hf: 0.
05〜1.0 ％、Ti: 0.05〜1.0％およびMg:0.001〜0.02％
のうちの１種以上、Mo:0.5〜５％およびＷ:1.0〜10％の
うちの１種または２種ならびにＶ:0.3〜３％、Nb:0.5〜
５％およびTa:1.0〜10％のうちの１種以上を含み、残部
はNiおよび不可避的不純物からなる加工性に優れる高温
強度と耐食性の良好なNi基耐熱合金。 - 【請求項６】重量％で、Ｃ: 0.10％以下、Si:1.0％を超
え５％まで、Mn:0.2％以下、Cr: ５％を超え18％まで、
Al:4.5〜12％および Fe:５％を超え20％までを含有し、
さらに、Ｂ:0.001〜0.03％、Zr: 0.01〜0.3 ％、Hf: 0.
05〜1.0 ％、Ti: 0.05〜1.0％およびMg:0.001〜0.02％
のうちの１種以上、Mo:0.5〜５％およびＷ:1.0〜10％の
うちの１種または２種ならびにＹ: 0.01〜0.25％、La:
0.01〜0.25％およびCe：0.01〜0.25％のうちの１種以上
を含み、残部はNiおよび不可避的不純物からなる加工性
に優れる高温強度と耐食性の良好なNi基耐熱合金。 - 【請求項７】重量％で、Ｃ: 0.10％以下、Si:1.0％を超
え５％まで、Mn:0.2％以下、Cr: ５％を超え18％まで、
Al:4.5〜12％および Fe:５％を超え20％までを含有し、
さらに、Ｂ:0.001〜0.03％、Zr: 0.01〜0.3 ％、Hf: 0.
05〜1.0 ％、Ti: 0.05〜1.0％およびMg:0.001〜0.02％
のうちの１種以上、Ｖ:0.3〜３％、Nb:0.5〜５％および
Ta:1.0〜10％のうちの１種以上ならびにＹ: 0.01〜0.25
％、La: 0.01〜0.25％およびCe：0.01〜0.25％のうちの
１種以上を含み、残部はNiおよび不可避的不純物からな
る加工性に優れる高温強度と耐食性の良好なNi基耐熱合
金。 - 【請求項８】重量％で、Ｃ: 0.10％以下、Si:1.0％を超
え５％まで、Mn:0.2％以下、Cr: ５％を超え18％まで、
Al:4.5〜12％および Fe:５％を超え20％までを含有し、
さらに、Ｂ:0.001〜0.03％、Zr: 0.01〜0.3 ％、Hf: 0.
05〜1.0 ％、Ti: 0.05〜１．０％およびＭｇ：０．００
１〜0.02％のうちの１種以上、Mo:0.5〜５％およびＷ:
1.0〜10％のうちの１種または２種、Ｖ:0.3〜３％、Nb:
0.5〜５％およびTa:1.0〜10％のうちの１種以上ならび
にＹ: 0.01〜0.25％、La: 0.01〜0.25％およびCe：0.01
〜0.25％のうちの１種以上を含み、残部はNiおよび不可
避的不純物からなる加工性に優れる高温強度と耐食性の
良好なNi基耐熱合金。 - 【請求項９】重量％で、Ｃ含有量が0.02％を超え0.10％
以下である請求項１から８までのいずれかの加工性に優
れる高温強度と耐食性の良好なNi基耐熱合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00249493A JP3271344B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 加工性に優れるニッケル基耐熱合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00249493A JP3271344B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 加工性に優れるニッケル基耐熱合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06207235A JPH06207235A (ja) | 1994-07-26 |
| JP3271344B2 true JP3271344B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=11530915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00249493A Expired - Lifetime JP3271344B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 加工性に優れるニッケル基耐熱合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3271344B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
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|---|---|---|---|---|
| KR100372482B1 (ko) | 1999-06-30 | 2003-02-17 | 스미토모 긴조쿠 고교 가부시키가이샤 | 니켈 베이스 내열합금 |
| CA2396578C (en) | 2000-11-16 | 2005-07-12 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Ni-base heat-resistant alloy and weld joint thereof |
| JP3979281B2 (ja) * | 2002-12-04 | 2007-09-19 | 株式会社日立製作所 | 弁棒の製造法とその製造法によって製造された弁棒及びそれを用いた蒸気弁 |
| DE102007005605B4 (de) * | 2007-01-31 | 2010-02-04 | Thyssenkrupp Vdm Gmbh | Eisen-Nickel-Chrom-Silizium-Legierung |
| DE102007029400B4 (de) * | 2007-06-26 | 2014-05-15 | Outokumpu Vdm Gmbh | Eisen-Nickel-Chrom-Silizium-Legierung |
| RS62395B1 (sr) * | 2018-11-08 | 2021-10-29 | Qingdao Npa Industry Co Ltd | Legura otporna na oksidaciju i na toplotu i metod pripreme |
| SE546256C2 (en) * | 2022-12-07 | 2024-09-17 | Alleima Emea Ab | Nickel-based alloy |
-
1993
- 1993-01-11 JP JP00249493A patent/JP3271344B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06207235A (ja) | 1994-07-26 |
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