JP3864437B2 - High Mo nickel base alloy and alloy tube - Google Patents

High Mo nickel base alloy and alloy tube Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は加工性に優れた高Moニッケル基合金およびこの合金を用いた合金管に関し、さらに詳しくは、熱間加工性、冷間加工性等の加工性、広範囲の腐食環境あるいは過酷な腐食環境における耐食性に優れた配管用、ボイラ・熱交換器用合金管等に好適な高Moニッケル基合金および合金管に関する。
【0002】
【従来の技術】
化学工業、石油工業などで使われている設備では、配管用あるいは構造用などの鋼材が、高温下でアルカリ性または酸性の溶液に曝されるような条件で用いられることがある。また、ボイラーの過熱器管、蒸発管あるいは構造部材、熱交換器の熱交換器管、コンデンサー管、触媒管あるいは構造部材などは、高温・高圧下で、かつ腐食性雰囲気で用いられる。また、ゴミ焼却設備などでは、鋼材が高温下で、塩素ガス等の腐食性の強いガス雰囲気に曝される。このように極めて苛酷な腐食環境に曝される条件で用いられる鋼材には、当然十分な耐食性を備えた材料が採用されている。例えば、ボイラーの過熱器管、蒸発管などには、JISG4903、G4904に規定されているNi−Cr−Fe合金が用いられる場合がある。これらの規格には、それぞれ6種の高耐食合金が規定されており、特に苛酷な腐食環境に対しては、Mo含有率の高い(8〜10重量%、以下化学組成は重量%で表す)NCF625TPあるいはNCF625TB合金が使用されている。
【0003】
NCF625TP合金およびNCF625TB合金(以下、単に625合金と記す)は、Niをベ−スとしてCr:20〜23%、Ni:58%以上、Mo:8〜10%、Fe:5%以下、Nb:3.15〜4.15%、他にAl、Tiを含んでいる。これらの合金は、主としてCr、Ni、Moの作用により、極めて苛酷な腐食環境においても優れた耐食性を備えることを目標として開発され、実用上良好な耐食性を示している場合が多い。
【0004】
625合金が熱交換器管のような合金管として用いられる場合には、熱間押し出し法(ユジーンセジュルネ法)によって製管し、継目無合金管として用いられることが多い。しかし、これらの合金は熱間加工性および冷間加工性が極めて悪い。したがって、熱間押し出し後の素管には疵が多発するので、手入れにより素管の疵を取り除かなければならない。また、冷間加工性が悪いため、冷間圧延や冷間抽伸などの製造段階で、1工程当たりの加工度を低くし、工程数を増やすことによって問題を回避しているのが実状である。このように、625合金の製管には、多くの手間と複雑な工程を必要とするので生産性が低いこと、製造コストが高いこと、製造所要日数が長いことなどの問題がある。
【0005】
また、625合金は、産業用ボイラやごみ焼却炉廃熱回収ボイラの過熱器管、熱交換器管などの高温用材料として、あるいは各種高温用材料を溶接する際の溶接材料としても使用される。この625合金は、もともと650℃付近の温度域で著しく時効硬化する性質を持っている。そのために、500℃を超える高温域で長時間使用されると、合金の靭性が著しく低下する。したがって、高温域で用いられる機器に使用した場合、加熱・冷却の繰り返しによる熱疲労等により損傷を起こす危険性があるので、高い信頼性が要求されるボイラチューブ用などとしては、使用温度が高い条件では採用することができなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、従来の625合金の優れた耐食性を備えるとともに、▲1▼熱間加工性ならびに冷間加工性に優れ、▲2▼高温長時間使用時の組織安定性に優れた高Moニッケル基合金およびこの合金を用いた合金管を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
発明者は、625合金を対象に、合金管等を製造する上で問題となっていた熱間加工性および冷間加工性が劣る原因、さらには、高温における組織安定性が低下する原因について研究を行った。その結果、次の新たな知見を得た。
【0008】
(a)熱間加工性および冷間加工性に対しては、3.15〜4.15%含まれるNb、Taが悪影響を及ぼしている。Tiも製管時の素管にできる疵の原因の一つとなる。NbとTaは、両者を合わせた含有率を0.5%以下、Tiは無添加とすることにより、625合金の熱間加工性および冷間加工性を著しく向上させることができる。
【0009】
(b)NbおよびTa含有率を低く制限することに加えて、P含有率を0.010%以下とすることによって、625合金の熱間加工性を飛躍的に向上させることができる。
【0010】
(c)高温域における長時間使用時の組織安定性は、NbとTaを合わせた含有率を所定量以下とすることによって改善できる。NbおよびTa含有率を制限することにより、合金の高温における組織の安定性が改善され、500℃を超える高温域で長時間使用しても脆化を起こさない。
【0011】
(d)Nb、Taの含有率を制限しても、様々な条件の腐食環境における625合金の耐食性にはなんら影響がない。
【0012】
NbおよびTaは、625合金に対して、高温で時効硬化させる目的で添加されている。ガスタービン用ブレード材などとしては、極めて高い高温強度が要求されるので、Nbなどの添加による高温強度の確保が必要である。しかし、本発明が対象としている合金の用途、すなわち、主に配管用、ボイラ・熱交換器用等の合金管、構造材などでは、それほど高い高温強度を必要としない。材料の特性としては、625合金と同程度の耐食性を備えること、継目無合金管等の製造に適した加工性を備えること、さらには高温下での使用時に靱性の低下を起こさないように、高温での組織の安定性を備えることの方がむしろ重要である。
【0013】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであって、
「重量%で、
C :0.05%以下、 Si:0.5%以下、
Mn:0.5%以下、 Cr:20〜23%、
Fe:2〜7%、 Mo:8〜10%、
Al:0.4%以下、 Nb:0.5%以下、
Ta:0.5%以下、 P :0.010%以下、
Ca:0〜0.01%、 Mg:0〜0.01%、
希土類元素:0〜0.1%、B :0〜0.01%
を含有し、かつ下記(1)式を満足し、
8×C≦Nb+Ta≦0.5(%) (1)
(元素記号は、各元素の含有率(重量%)を表す)
残部がNiおよび不可避の不純物からなる高Moニッケル基合金およびこの合金を用いた合金管。」
を要旨とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の合金を構成する各元素の作用と含有率の範囲およびその根拠について説明する。
【0015】
C:C含有率が高い場合には、CがCrと結合し結晶粒界にCr炭化物が析出する。Cr炭化物が析出すると、結晶粒界近傍にCr欠乏層が形成され、粒界腐食が起こりやすくなる。そのため、C含有率は0.05%以下とした。Cは少ない方がよいので、下限は工業的に製造可能な量である。
【0016】
Si:Siは脱酸剤として有効な元素である。しかし、Si含有率が0.5%を超えると、合金が650℃程度の高温に加熱された場合、脆いシグマ相が析出し、加熱脆化感受性を高める。したがって、Si含有率は0.5%以下とした。
【0017】
Siは少ない方が望ましく、Al等で十分に脱酸される場合には、無添加でもよい。
【0018】
Mn:Mnはオ−ステナイト形成元素としての作用があり、脱酸剤としても添加される。しかし、その含有量が0.5%を超えると熱間加工性を損なうので、0.5%以下とした。Si、Al等で十分脱酸される場合には、無添加でもよい。
【0019】
Cr:Crは種々の腐食環境における耐食性、耐高温酸化性を確保する上で不可欠の元素である。その効果は20%以上で顕著となる。ただし、Mo含有率の高い本発明合金においては、Cr含有率が23%を超えた場合、合金が700℃程度の高温に加熱されと脆いα−Cr相が析出し、合金の靭性が低下する。したがって、Cr含有率は20〜23%とした。
【0020】
Mo:Moは、塩素(Cl)イオンを含む腐食環境での孔食、すきま腐食および各種の酸に対する全面腐食、塩化物を含む溶融塩腐食に対する合金の耐食性を著しく高める効果がある。その効果は8%以上で顕著となり、10%を超えると飽和する。したがって、Mo含有率は8〜10%とした。
【0021】
Fe:Feは、本発明合金においては、熱間加工性を向上させる目的で添加される。その効果は2%以上で現れる。Fe含有率が高く7%を超えるとNi含有率が相対的に低下するので、合金の耐食性が低下する。したがって、Fe含有率は2〜7%とした。
【0022】
Al:Alは脱酸剤として必要な元素である。本発明合金の場合、含有率が0.4%を超えると、高温における長時間使用の際あるいは熱間加工中に脆い金属間化合物が析出する。そのために、クリ−プ延性の低下、合金自体の脆化が起こるので、0.4%以下とした。本発明合金では、所定の脱酸効果を得るために、下限は0.1%程度とすることが望ましい。
【0023】
Nb、Ta:NbとTaは炭化物を形成する傾向の強い元素であり、合金中のCを固定してCr炭化物の析出を抑制する働きがある。そのために、合金の粒界腐食感受性を抑える(耐粒界腐食性を向上させる)作用がある。その効果はC含有率の8倍以上で顕著となる。しかし、Nb、Taが過剰な場合には、熱間加工性および冷間加工性を損なうとともに、加熱脆化に対する感受性が高くなる。したがって、Nb、Taいずれか一方を含む場合は、それぞれ0.5%以下、両者を含む場合は、両者合わせて(Nb+Ta)0.5%以下とした。すなわち、下記(1)式を満足することが必要である。
【0024】
8×C≦Nb+Ta≦0.5(%)
P:本発明の合金の熱間加工性は、上記のように、NbおよびTa含有率を制限することによって改善できる。さらに、P含有率を0.010%以下とすることによって、熱間加工性が格段に向上する。P含有率0.010%を超えると、熱間加工性の向上効果が小さいので、P含有率は0.010%以下とした。
【0025】
Pは溶解原料から不可避的に混入してくる不純物元素である。P含有率を低くするためには、Pの低い溶解原料を用いること、溶湯に対して脱燐処理を施すことなどの対策を講じればよい。
【0026】
Ca、Mg:特に優れた熱間加工性が要求される場合に含有させる元素である。その効果は、両者合わせて0.003%以上で現れるが、0.01%を超えると低融点の金属間化合物が析出し、かえって熱間加工性が悪くなる。したがって、Ca、Mgを含ませる場合には、両者合わせて(少なくとも1種で)、0.003〜0.01%とするのが望ましい。
【0027】
希土類元素(REM):La、Ce、YなどのREMは、Ca、Mgと同様、合金の熱間加工性をいっそう向上させる場合に含有させる元素である。また、REMは、合金が高温で使用される場合、合金の保護性(酸化抑制効果のある)酸化スケ−ルの密着性を改善させ、耐高温酸化性を向上させる働きも持っている。
【0028】
これらの効果は、REMの1種以上の合計で0.02%以上含有する場合に顕著に発揮される。しかし、含有率0.1%を超えるとREMとNi、Cr、Mo等からなる金属間化合物が生じ、熱間加工性を悪くする。したがって、REMを含ませる場合には、0.02〜0.1%が望ましい。なお、前記のCa、MgとREMを併用することは、いっそう有効である。
【0029】
B:Bは結晶粒界に偏析し、粒界すべり等の作用による高温クリープ変形に対して、結晶粒界を強化する働きがある。この粒界強化効果を得るために、Bを添加してもよい。Bを含有させる場合には、0.002〜0.01%程度が好ましい。その理由は、B含有率0.002%未満では上記の効果が期待できず、B含有率が0.01%を超えると、NiB等の低融点化合物が形成されて熱間加工性が悪くなるためである。
【0030】
本発明のニッケル基合金は、通常工業的に使用されている設備、プロセスで製造することができる。例えば、Ni、Cr、Fe等の溶解原料をアーク式電気炉または高周波誘導溶解炉等で溶解し、脱酸および成分調整を行った後、造塊法または連続鋳造法によって、インゴット(鋳塊)、スラブ等に鋳造する。本発明合金の製造の場合には、溶解、成分調整の工程で、真空溶解あるいは真空処理を利用するのも有効である。インゴットから合金管を製造する場合には、例えば押し出し製管用のビレットに加工し、ユジーンセジュルネ法等で製管すればよい。また、合金板を製造する場合には、スラブを熱間圧延し熱延板を得ることができる。なお、本発明合金に所定の特性を付与するために、通常、熱間加工後に、1100〜1200℃程度の温度に加熱する溶体化処理を施す。
【0031】
本発明合金は、二重管等の他の材料との複合管を製造するのにも適している。
【0032】
例えば、外側が本発明合金、内側が炭素鋼の二重管を製造する場合には、押し出し製管用のビレットの段階で、外側が本発明合金、内側が炭素鋼の2層構造のビレットとし、そのビレットを押し出し製管すればよい。また、内側を本発明合金としてもよい。本発明合金を外側にするか、内側にするかは用途によって決める。複合する材料としては、炭素鋼以外に、Cr−Mo鋼(STBA24など)でもよい。この他、外側および内側に本発明合金、その間に炭素鋼等を挟んだ三重管とした複合管であってもよい。これらの複合管の用途としては、ボイラの蒸発管などがある。
【0033】
【実施例】
本発明合金が従来の625合金および本発明合金の化学組成の範囲外の比較合金に比べて、優れた特性を備えていることを実証するために、様々な角度から評価を行った。特に、耐食性については、広範囲の腐食環境での耐食性を確認した。以下、実施例によって具体的に説明する。
【0034】
(実施例1)
本発明合金および比較合金(従来の合金を含む)として、計17種類の供試材を製造し、これらの供試材を対象に次の特性を評価した。評価項目は、加工性(熱間加工性および冷間加工性)、時効による脆化度、湿食に対する抵抗性(耐粒界割れ性、耐応力腐食割れ性、耐孔食性、酸・アルカリ溶液中での腐食速度)、耐高温酸化性および耐高温腐食性である。これらの特性調査に用いた供試材の作製方法および供試材の内訳は、次のとおりである。
【0035】
真空溶解炉で所定の化学組成の供試材50Kgを溶解し、インゴットに鋳造した。このインゴットの外表面を切削し取り除いた後、1200℃に5時間加熱し、1200から1050℃の温度範囲で熱間鍛造を行った。鍛造後のサイズは、厚み20mm、幅100mmである。この鍛造材を1200℃で2時間加熱し、軟化焼鈍を行った。さらに、冷間圧延により厚み14mmの冷延板とした。冷間圧延後の溶体化熱処理条件は、1100℃、1時間加熱後水冷とした。
【0036】
表1に、供試材(本発明例5種類および比較例12種類)の化学組成を示す。
【0037】
【表1】

Figure 0003864437
【0038】
供試材No.1〜5は本発明例、供試材6〜17鋼は比較例である。比較例の内、供試材No.6は、JIS G 4904に規定されているNCF625TB合金(以下、625合金と記す)である。また、供試材No.7および8はCr含有率がそれぞれ15.26%と25.11%で、本発明合金の範囲外、供試材No.9はNbとTaを含んでいない合金である。供試材No.10はNb+Ta含有率が0.81%、No.11はC含有率が0.06%、No.13はAl含有率が0.66%、No.14はFe含有率が9.99%、No.15はP含有率が0.012%、No.16はB含有率が0.015%、No.17はY含有率が0.15%で、いずれも本発明合金の範囲より高く、No.12はFe含有率が1.23%で本発明合金の範囲より低い例である。これらの供試材の内、No.16とNo.17のそれぞれB、Y含有率が高すぎる供試材については、いずれもインゴットの熱間鍛造の段階で割れが生じた。したがって、加工性、耐食性等の特性評価は行わなかった。
【0039】
各特性の評価方法および試験条件は次のとおりである。なお、グリーブル試験以外の各試験における試験片は、溶体化処理後の供試材から採取した。
【0040】
(1)熱間加工性:グリ−ブル試験における破断絞りで評価した。グリ−ブル試験では、熱間鍛造後のインゴットから、径10mm、長さ130mmの丸棒を切り出し、所定の温度に加熱後急速引張試験を行った。破断絞りは、破断面の径/破断前の径×100(%)によって求めた。
【0041】
(2)冷間加工性:JIS Z 2241に規定されている常温引張試験における絞りで評価した。引張試験片としてはJIS Z 2201に規定されている4号試験片(径6mm)を用いた。
【0042】
(3)時効による合金の脆化度:試験片を650℃で3000時間加熱後、0℃で衝撃試験を行い、衝撃値によって評価した。用いた試験片は、JIS Z 2202に規定されている4号試験片である。
【0043】
(4)湿食に対する抵抗性:下記の▲1▼〜▲4▼の4種の試験によって評価した。供試材はNo.1〜5の本発明合金およびNo.6(625合金)の比較合金である。試験片としては、供試材の板厚中央部から切り出した、幅10mm、長さ40mm(応力腐食割れ感受性試験の場合は75mm)、厚さ3mmの短冊状腐食試験片を用いた。
【0044】
▲1▼硝酸溶液中における耐粒界腐食性:JIS G 0573に定められているヒュ−イ試験(65%硝酸腐食試験)によって評価した。試験片に対しては、試験前にもっとも厳しく鋭敏化を受けるとされている750℃、1時間加熱の処理を施した。
【0045】
▲2▼濃厚塩化物溶液中における耐応力腐食割れ性:JIS G 0576に定められている沸騰42%MgCl2 水溶液中のU字曲げ試験によって評価した。試験では、上記の板状試験片をU字曲げ後、沸騰42%塩化マグネシウム溶液中に100時間浸漬し、応力腐食割れ(SCC)の発生の有無を調査した。
【0046】
▲3▼海水環境における耐孔食性:JIS G 0577に準じた方法で孔食電位を測定し、耐孔食性を評価した。用いた溶液は人工海水(ASTM−D−1141)とした。
【0047】
▲4▼酸・アルカリ溶液中での腐食速度:試験片を腐食溶液に浸漬し、板厚の減少量から腐食速度を求める方法によって評価した。腐食溶液は、50%NaOH溶液(沸騰)、50%硫酸溶液(80℃)および5%HCl(50℃)の3種類である。
【0048】
(5)大気中での耐高温酸化性:1000℃で1000時間加熱した後の試験片の酸化増量によって評価した。
【0049】
(6)耐高温腐食性:都市ごみや産業廃棄物等を焼却する炉に付随する廃熱ボイラ、製紙工場で使用されているソ−ダ回収ボイラなどの過熱器、あるいは火炉壁蒸発管や節炭器(エコノマイザ−)、ガス−ガス熱交換器などの環境に相当する高温腐食環境における耐高温腐食性を評価した。試験では、幅15mm、長さ15mm、厚さ3mmの板状試験片を用いて、その試験片の表裏全表面に、実炉のボイラチュ−ブ表面に付着する腐食性付着灰を模擬した合成灰(Na2 SO4 、K2 SO4 、NaCl、KCl、FeCl2 、Fe2 3 、PbCl2 を所定量混合させた灰。重量%で、Pb:9.97%,Cl:9.09%,SO3 :28.88%を含む)を試験片単位表面積当たり40mg/cm2 塗布した。次に、排ガスを模擬した組成の腐食性ガス(1000ppmHCl−50ppm%SO2 −10%O2 −10%CO2 −20%H2 O−bal.N2 )を通気させた試験炉中で、400℃(火炉蒸発管を想定)および500℃(過熱器管を想定)で各20時間試験片を加熱し、試験片の腐食減量を測定した。
【0050】
上記の各試験の結果は、次のとおりである。
【0051】
(1)熱間加工性:表2に、グリーブル試験における破断絞りの測定結果を示した。
【0052】
【表2】
Figure 0003864437
【0053】
本発明合金(供試材No. 1〜5)は、1150、1200、1250℃のいずれの温度においても、比較した合金(No.6、10、12、15)より絞り値が著しく高く、熱間加工性に優れていることが分かる。この比較合金の中でも、供試材No.6の625合金は、絞り値が特に低い。また、Nb+Ta含有率が0.81%と高い供試材No.10の比較合金は、ある程度の熱間加工性の改善が認められるが、1250℃における熱間加工性が著しく悪い。広い温度域で熱間加工性を向上させるためには、P含有率を0.010%以下と低めに制限することに加えて、Nb+Ta含有率を0.5%以下とする必要がある。Fe含有率が1.23%と低い供試材No.12の比較合金の熱間加工性は、625合金より多少良好ではあるものの、本発明合金に比べると著しく悪い。その原因は、Nb+Ta含有率が適正ではあるが、Fe含有率が1.23%と低くすぎるためである。供試材No.15は、Nb+Ta含有率が0.42%と低いため、1150℃および1200℃における熱間加工性が改善されている。しかし、Pを0.011%含むため、本発明合金に比べ、1250℃における熱間加工性が劣っている。
【0054】
(2)冷間加工性:表3に常温引張試験における絞り値を示した。本発明合金の絞り値は、いずれも供試材No.6の625合金、および他の比較合金より高く、本発明合金の冷間加工性が良好であることが確認された。
【0055】
【表3】
Figure 0003864437
【0056】
(3)時効による合金の脆化抵抗性:前出の表3に衝撃試験における衝撃値を示した。本発明合金(供試材No.1〜4)は、供試材No.6の625合金およびその他の比較合金より衝撃値が高く、時効による合金の脆化が起こりにくいことが分かる。その理由は、本発明合金は高温における組織安定性が著しく改善されているためである。比較合金の内、Cr含有率が本発明合金の範囲より高い供試材No.8は、Nb+Ta含有率が適正であるにもかかわらず、時効による脆化が顕著であった。また、Nb+Ta含有率が0.81%と高すぎる供試材No.10は、625合金に比べると脆化の程度は小さいが、本発明合金より顕著に脆化していた。Al含有率が0.66%と過剰な供試材No.13についても、脆い金属間化合物が析出するために、脆化が顕著であった。
【0057】
(4)湿食に対する抵抗性:表4に、▲1▼耐粒界腐食性、▲2▼耐応力腐食割れ性および▲3▼耐孔食性に関する試験結果、表5に、▲4▼酸・アルカリ溶液中での腐食速度に関する試験結果をまとめて示した。
【0058】
【表4】
Figure 0003864437
【0059】
【表5】
Figure 0003864437
【0060】
65%硝酸溶液中での耐粒界腐食性を表す腐食減量、濃厚塩化物水溶液中での耐応力腐食割れ性を示すSCC発生の有無および海水環境での耐孔食性を示す孔食電位いずれの特性についても、本発明合金は、比較合金の625合金(供試材No.6)と同等であった。また、表5に示したように、沸騰50%NaOH溶液、80℃50%H2 SO4 溶液および50℃5%HCl溶液中での腐食速度も、本発明合金(供試材No.1〜5)は、供試材No.6の625合金と同等で極めて小さく、酸およびアルカリ溶液中での腐食も起こりにくいことが確認された。625合金は、これらの特性に優れているとされている。したがって、本発明合金は、少なくともこれらの4つの特性について、実用上十分な性能を備えていることが裏付けられた。
【0061】
(5)耐高温酸化性:表6に、試験片を大気中で、1000℃に1000時間加熱した後、試験片の酸化増量を測定した結果を示した。本発明合金(供試材No.1〜5)には、いずれも異常酸化は発生しておらず、625合金(供試材No.6)同様、優れた耐高温酸化性を備えていた。
【0062】
【表6】
Figure 0003864437
【0063】
(6)耐高温腐食性:腐食性の灰を付着させて、腐食性のガス雰囲気中で、400℃および550℃にそれぞれ20時間加熱し、試験片の酸化増量を測定した結果を表6にまとめて示した。本発明合金(供試材No.1〜5)は、いずれの温度においても625合金(供試材No.6)と同等またはそれ以下の腐食増量値であり、625合金に匹敵する腐食性環境での耐高温酸化性を備えていることが分かった。また、試験後の試験片表面を金属顕微鏡を用いて調査した。その結果、本発明合金では625合金と同様、粒界腐食等の局部腐食も生じていないことが確認された。
【0064】
(実施例2)
本発明合金(化学組成:表7)によって、次の3種類の継目無合金管を製造した。熱交換器用として、外径26.67mm、肉厚2.87mm、長さ4000mmの合金管、ボイラの過熱器用として、外径50.8mm、肉厚5.5mm、長さ6000mmの合金管、および二重管として、外管に本発明合金、内管にJIS G 3461に規定されているSTB410(化学組成:表7)を用いた外径63.5mm、肉厚6.35mm(外管肉厚1.52mm、内管肉厚4.83mm)、長さ3000mmの二重管の3種類である。まず、アーク式電気炉で約20トンの本発明合金を溶製し、熱間鍛造・切削加工により、外径174mm、内径38mm、長さ600mmのビレットを作製した。二重管については、外管用ビレット、内管用ビレットをそれぞれ別個に製作し、前記の寸法のビレットに組み立てた。次に、ビレットを1250℃に加熱し、ユジーンセジュルネ法により熱間押出を行い、外径60.5mm、内径35mmの素管とした。この素管を1100℃で加熱した後、所定の寸法まで冷間抽伸し、溶体化熱処理を施し、さらに脱スケ−ルを行って製品の合金管に仕上げた。
【0065】
【表7】
Figure 0003864437
【0066】
本発明合金は、1250℃以下の温度域で十分な延性があるため、1250℃での熱間押出法により容易に製管することができた。また、冷間加工性も良好なため、冷間抽伸も容易であった。さらに、製品の合金管には、表面疵等の欠陥も認められなかった。
【0067】
本発明の合金によって製造された合金管について、高温強度ならびにクリ−プ破断強度を調査したが、これらの特性も良好であった。例えば、550℃における高温強度は、引張強度で547MPaであり、625合金より低めではあるもののSUS304TBの470MPaより高い値を示した。また、クリ−プ破断強度は、600℃ではSUS316HTBなみの高い強度を有しており、高温でボイラチュ−ブとして十分使用できる性能を備えていることが確認された。
【0068】
以上の実施例1および2から明かなように、本発明の合金および合金管は、熱間加工性および冷間加工性が従来の625合金に比べて著しく優れており、かつ、様々な条件の腐食環境において、625合金に匹敵する耐食性を備えていることが確認された。さらに、高温での使用中の時効脆化も、625合金に比べて極めて起こりにくいことが実証された。
【0069】
【発明の効果】
本発明合金は、様々な腐食環境、過酷な腐食環境において既存のNCF625TP、NCF625TBに匹敵する優れた耐食性を備え、かつ、熱間加工性および冷間加工性が極めて良好である。したがって、合金管等を製造する場合、熱間加工または冷間加工前の素材の疵取り等の手入れが不要であり、加工後の製品に表面疵がほとんど発生しない。そのために、製造歩留まりがよく、製造コストを大幅に低減でき、製造工程の省略により製造に要する日数の短縮も可能である。
【0070】
また、本発明の合金および合金管は、高温における組織が極めて安定なため、高温で長時間使用しても脆化が起こらず、高温靱性に優れている。
【0071】
このように、本発明の合金および合金管は、加工性、耐食性および高温靱性に優れているので、過酷な腐食環境で使用される配管用、ボイラ・熱交換器用合金管あるいはこれらの装置の構造用材料、さらには、ごみ焼却炉廃熱ボイラやソ−ダ回収ボイラなどの過熱器管、構造用材料などに適用可能である。本発明の合金および合金管を用いた設備は、高温における耐食性および靱性が高いため、設備の耐久性を大幅に延長できるとともに、設備の信頼性や稼働率を大幅に高めることができる。この他、本発明合金によれば、従来の合金では製造困難であった二重管、三重管などの複合管も容易に製造することができる等、本発明の合金および合金管は産業上、極めて優れた効果を奏する。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high Mo nickel-base alloy having excellent workability and an alloy tube using the alloy, and more particularly, workability such as hot workability and cold workability, a wide range of corrosive environments or severe corrosive environments. The present invention relates to a high Mo nickel-base alloy and an alloy tube suitable for pipes having excellent corrosion resistance, and alloy tubes for boilers and heat exchangers.
[0002]
[Prior art]
In facilities used in the chemical industry, the petroleum industry, and the like, steel materials for pipes or structures are sometimes used under conditions such that they are exposed to alkaline or acidic solutions at high temperatures. In addition, boiler superheater tubes, evaporation tubes or structural members, heat exchanger tube heat exchanger tubes, condenser tubes, catalyst tubes or structural members are used at high temperatures and high pressures in corrosive atmospheres. Further, in a garbage incineration facility or the like, a steel material is exposed to a corrosive gas atmosphere such as chlorine gas at a high temperature. Naturally, a material having sufficient corrosion resistance is adopted as the steel material used in such a condition that it is exposed to an extremely severe corrosive environment. For example, Ni—Cr—Fe alloys defined in JIS G4903 and G4904 may be used for boiler superheater tubes and evaporator tubes. Each of these standards stipulates six types of highly corrosion-resistant alloys, and particularly in severe corrosive environments, the Mo content is high (8 to 10% by weight, the chemical composition is expressed in terms of% by weight). NCF625TP or NCF625TB alloy is used.
[0003]
NCF625TP alloy and NCF625TB alloy (hereinafter simply referred to as 625 alloy) are based on Ni: Cr: 20-23%, Ni: 58% or more, Mo: 8-10%, Fe: 5% or less, Nb: 3.15 to 4.15%, Al and Ti are included in addition. These alloys have been developed with the goal of providing excellent corrosion resistance even in extremely harsh corrosive environments, mainly due to the action of Cr, Ni, and Mo, and often show good corrosion resistance in practice.
[0004]
When 625 alloy is used as an alloy tube such as a heat exchanger tube, it is often produced by a hot extrusion method (Eugene Sejourne method) and used as a seamless alloy tube. However, these alloys have extremely poor hot workability and cold workability. Accordingly, since soot frequently occurs in the raw tube after hot extrusion, the soot must be removed by maintenance. In addition, since cold workability is poor, the actual situation is that problems are avoided by reducing the degree of work per process and increasing the number of processes in the manufacturing stage such as cold rolling and cold drawing. . As described above, the pipe making of 625 alloy has problems such as low productivity, high manufacturing cost and long manufacturing days because it requires a lot of labor and complicated processes.
[0005]
625 alloy is also used as a high-temperature material for industrial boilers, waste incinerator waste heat recovery boiler superheater tubes, heat exchanger tubes, etc., or as a welding material when welding various high-temperature materials. . This 625 alloy originally has the property of being age hardened significantly in the temperature range near 650 ° C. Therefore, when used for a long time in a high temperature range exceeding 500 ° C., the toughness of the alloy is remarkably lowered. Therefore, when used in equipment used in high temperatures, there is a risk of damage due to thermal fatigue due to repeated heating and cooling, so the use temperature is high for boiler tubes that require high reliability. It could not be adopted under the conditions.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and has the excellent corrosion resistance of the conventional 625 alloy, as well as (1) excellent hot workability and cold workability, and (2) An object of the present invention is to provide a high Mo nickel-base alloy having excellent structure stability when used at a high temperature for a long time and an alloy tube using this alloy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The inventor researched the cause of poor hot workability and cold workability, which were problems in manufacturing alloy pipes, etc., and the cause of the decrease in structural stability at high temperatures. Went. As a result, the following new knowledge was obtained.
[0008]
(A) Nb and Ta contained in 3.15 to 4.15% have an adverse effect on hot workability and cold workability. Ti is also one of the causes of wrinkles that can be made in the raw pipe during pipe making. Nb and Ta can improve the hot workability and the cold workability of the 625 alloy by making the total content of both 0.5% or less and adding no Ti.
[0009]
(B) In addition to restricting the Nb and Ta contents low, the hot workability of the 625 alloy can be drastically improved by making the P content 0.010% or less.
[0010]
(C) The structure stability at the time of long-term use in a high temperature region can be improved by setting the combined content of Nb and Ta to a predetermined amount or less. By limiting the Nb and Ta contents, the stability of the structure at high temperatures of the alloy is improved, and no brittleness occurs even when used for a long time in a high temperature range exceeding 500 ° C.
[0011]
(D) Even if the contents of Nb and Ta are limited, there is no influence on the corrosion resistance of the 625 alloy in a corrosive environment under various conditions.
[0012]
Nb and Ta are added to the 625 alloy for the purpose of age hardening at a high temperature. As a blade material for a gas turbine or the like, extremely high high-temperature strength is required, so it is necessary to ensure high-temperature strength by adding Nb or the like. However, the use of alloys targeted by the present invention, that is, alloy pipes and structural materials mainly for pipes, boilers and heat exchangers, do not require such a high temperature strength. As characteristics of the material, to have the same level of corrosion resistance as 625 alloy, to have workability suitable for the production of seamless alloy pipes, etc., and to prevent toughness degradation when used at high temperatures, It is rather important to have tissue stability at high temperatures.
[0013]
The present invention has been completed based on the above findings,
“Weight%
C: 0.05% or less, Si: 0.5% or less,
Mn: 0.5% or less, Cr: 20-23%,
Fe: 2 to 7%, Mo: 8 to 10%,
Al: 0.4% or less, Nb: 0.5% or less,
Ta: 0.5% or less, P: 0.010% or less,
Ca: 0 to 0.01%, Mg: 0 to 0.01%,
Rare earth elements: 0 to 0.1%, B: 0 to 0.01%
And satisfies the following formula (1):
8 × C ≦ Nb + Ta ≦ 0.5 (%) (1)
(The element symbol represents the content (% by weight) of each element)
A high Mo nickel-base alloy with the balance being Ni and inevitable impurities and an alloy tube using this alloy. "
Is the gist.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, the effect | action of each element which comprises the alloy of this invention, the range of a content rate, and its basis are demonstrated.
[0015]
C: When the C content is high, C bonds with Cr and Cr carbide precipitates at the grain boundaries. When Cr carbide precipitates, a Cr-deficient layer is formed in the vicinity of the grain boundary, and intergranular corrosion is likely to occur. Therefore, the C content is set to 0.05% or less. Since it is better that C is small, the lower limit is an amount that can be produced industrially.
[0016]
Si: Si is an element effective as a deoxidizer. However, when the Si content exceeds 0.5%, when the alloy is heated to a high temperature of about 650 ° C., a brittle sigma phase is precipitated, and the heat embrittlement sensitivity is increased. Therefore, the Si content is set to 0.5% or less.
[0017]
Less Si is desirable, and when it is sufficiently deoxidized with Al or the like, it may not be added.
[0018]
Mn: Mn acts as an austenite forming element and is also added as a deoxidizer. However, if the content exceeds 0.5%, the hot workability is impaired, so the content was made 0.5% or less. In the case of sufficient deoxidation with Si, Al or the like, no addition may be performed.
[0019]
Cr: Cr is an indispensable element for ensuring corrosion resistance and high-temperature oxidation resistance in various corrosive environments. The effect becomes remarkable at 20% or more. However, in the present invention alloy having a high Mo content, when the Cr content exceeds 23%, a brittle α-Cr phase is precipitated when the alloy is heated to a high temperature of about 700 ° C., and the toughness of the alloy is lowered. . Therefore, the Cr content is determined to be 20-23%.
[0020]
Mo: Mo has the effect of significantly increasing the corrosion resistance of the alloy against pitting corrosion, crevice corrosion, general corrosion against various acids, and molten salt corrosion including chloride in a corrosive environment containing chlorine (Cl) ions. The effect becomes prominent at 8% or more, and becomes saturated when it exceeds 10%. Therefore, the Mo content is determined to be 8 to 10%.
[0021]
Fe: Fe is added for the purpose of improving hot workability in the alloy of the present invention. The effect appears at 2% or more. When the Fe content is high and exceeds 7%, the Ni content is relatively lowered, so that the corrosion resistance of the alloy is lowered. Therefore, the Fe content is set to 2 to 7%.
[0022]
Al: Al is an element necessary as a deoxidizer. In the case of the alloy of the present invention, when the content exceeds 0.4%, a brittle intermetallic compound precipitates during long-time use at high temperature or during hot working. Therefore, the creep ductility is lowered and the alloy itself becomes brittle, so the content was made 0.4% or less. In the alloy of the present invention, in order to obtain a predetermined deoxidation effect, the lower limit is desirably about 0.1%.
[0023]
Nb, Ta: Nb and Ta are elements having a strong tendency to form carbides, and have a function of fixing C in the alloy and suppressing precipitation of Cr carbides. Therefore, there exists an effect | action which suppresses the intergranular corrosion sensitivity of an alloy (improves intergranular corrosion resistance). The effect becomes remarkable when the C content is 8 times or more. However, when Nb and Ta are excessive, hot workability and cold workability are impaired, and sensitivity to heat embrittlement is increased. Therefore, when either Nb or Ta is included, each is 0.5% or less, and when both are included, both are (Nb + Ta) 0.5% or less. That is, it is necessary to satisfy the following formula (1).
[0024]
8 × C ≦ Nb + Ta ≦ 0.5 (%)
P: The hot workability of the alloy of the present invention can be improved by limiting the Nb and Ta contents as described above. Furthermore, hot workability improves markedly by making P content rate into 0.010% or less. If the P content exceeds 0.010%, the effect of improving hot workability is small, so the P content is set to 0.010% or less.
[0025]
P is an impurity element which is inevitably mixed from the dissolved raw material. In order to lower the P content, measures such as using a raw material having a low P content and dephosphorizing the molten metal may be taken.
[0026]
Ca, Mg: Elements included when particularly excellent hot workability is required. The effect appears at both 0.003% or more in total, but if it exceeds 0.01%, a low melting point intermetallic compound is precipitated, and hot workability is deteriorated. Therefore, when Ca and Mg are included, it is desirable that both be combined (at least one) to be 0.003 to 0.01%.
[0027]
Rare earth element (REM): REM such as La, Ce, and Y is an element to be included when the hot workability of the alloy is further improved, like Ca and Mg. In addition, REM has a function of improving the high-temperature oxidation resistance by improving the adhesion of the alloy (having an oxidation inhibiting effect) oxidation scale when the alloy is used at a high temperature.
[0028]
These effects are remarkably exhibited when the total content of at least one REM is 0.02% or more. However, if the content exceeds 0.1%, an intermetallic compound composed of REM, Ni, Cr, Mo, etc. is generated, and the hot workability is deteriorated. Therefore, when REM is included, 0.02 to 0.1% is desirable. It is more effective to use Ca, Mg and REM together.
[0029]
B: B segregates at the grain boundaries and has the function of strengthening the grain boundaries against high-temperature creep deformation caused by the effects of grain boundary sliding and the like. In order to obtain this grain boundary strengthening effect, B may be added. When B is contained, about 0.002 to 0.01% is preferable. The reason is that when the B content is less than 0.002%, the above effect cannot be expected. When the B content exceeds 0.01%, a low melting point compound such as NiB is formed, resulting in poor hot workability. Because.
[0030]
The nickel-base alloy of the present invention can be produced by equipment and processes that are usually used industrially. For example, a melting raw material such as Ni, Cr, Fe or the like is melted in an arc type electric furnace or a high frequency induction melting furnace, and after deoxidation and component adjustment, an ingot (ingot) is formed by an ingot forming method or a continuous casting method. Cast into slabs. In the production of the alloy of the present invention, it is also effective to use vacuum melting or vacuum processing in the steps of melting and component adjustment. When manufacturing an alloy pipe from an ingot, for example, it may be processed into an extruded pipe billet and manufactured by the Eugene Sejurne method or the like. Moreover, when manufacturing an alloy plate, a slab can be hot-rolled and a hot-rolled plate can be obtained. In addition, in order to give a predetermined characteristic to this invention alloy, the solution treatment which heats to the temperature of about 1100-1200 degreeC is normally given after hot processing.
[0031]
The alloys of the present invention are also suitable for producing composite tubes with other materials such as double tubes.
[0032]
For example, in the case of producing a double pipe of the present invention alloy and the inner side carbon steel, at the stage of the billet for extruded pipe, the outer side is the present invention alloy and the inner side is a carbon steel two-layer billet, The billet may be extruded and piped. The inner side may be the alloy of the present invention. Whether the alloy of the present invention is on the outside or the inside is determined depending on the application. The composite material may be Cr-Mo steel (such as STBA24) in addition to carbon steel. In addition, the composite pipe | tube which was the triple pipe | tube which pinched | interposed this invention alloy and carbon steel etc. between the inside and the inside may be sufficient. Applications of these composite tubes include boiler evaporator tubes.
[0033]
【Example】
In order to demonstrate that the alloys of the present invention have superior properties compared to the conventional 625 alloy and comparative alloys outside the range of the chemical composition of the alloys of the present invention, evaluation was performed from various angles. In particular, the corrosion resistance was confirmed in a wide range of corrosive environments. Hereinafter, specific examples will be described.
[0034]
Example 1
A total of 17 kinds of specimens were manufactured as the alloys of the present invention and comparative alloys (including conventional alloys), and the following characteristics were evaluated for these specimens. Evaluation items include workability (hot workability and cold workability), embrittlement degree due to aging, resistance to wet corrosion (intergranular crack resistance, stress corrosion crack resistance, pitting corrosion resistance, acid / alkaline solution) Corrosion rate), high temperature oxidation resistance and high temperature corrosion resistance. The production method of the test materials used for these characteristic investigations and the breakdown of the test materials are as follows.
[0035]
In a vacuum melting furnace, 50 kg of a test material having a predetermined chemical composition was melted and cast into an ingot. After cutting and removing the outer surface of this ingot, it was heated to 1200 ° C. for 5 hours and hot forged in the temperature range of 1200 to 1050 ° C. The size after forging is 20 mm thick and 100 mm wide. This forged material was heated at 1200 ° C. for 2 hours and softened and annealed. Further, a cold rolled sheet having a thickness of 14 mm was formed by cold rolling. The solution heat treatment conditions after cold rolling were 1100 ° C. and 1 hour heating followed by water cooling.
[0036]
Table 1 shows the chemical compositions of the test materials (5 types of Invention Examples and 12 types of Comparative Examples).
[0037]
[Table 1]
Figure 0003864437
[0038]
Specimen No. 1-5 are examples of the present invention, and specimens 6-17 are comparative examples. Among the comparative examples, the test material No. 6 is an NCF625TB alloy (hereinafter referred to as 625 alloy) defined in JIS G 4904. In addition, specimen No. 7 and 8 have Cr contents of 15.26% and 25.11%, respectively. 9 is an alloy containing neither Nb nor Ta. Specimen No. No. 10 has an Nb + Ta content of 0.81%. No. 11 has a C content of 0.06%. No. 13 has an Al content of 0.66%. No. 14 has an Fe content of 9.99%, No. 14 No. 15 has a P content of 0.012%. No. 16 has a B content of 0.015%. No. 17 has a Y content of 0.15%, which is higher than the range of the alloy of the present invention. 12 is an example in which the Fe content is 1.23%, which is lower than the range of the alloy of the present invention. Among these test materials, No. 16 and No. In each of the test materials having the B and Y contents of 17 which were too high, cracks occurred at the stage of hot forging of the ingot. Therefore, characteristics such as processability and corrosion resistance were not evaluated.
[0039]
The evaluation methods and test conditions for each property are as follows. In addition, the test piece in each test other than a greeble test was extract | collected from the test material after solution treatment.
[0040]
(1) Hot workability: evaluated by drawing at break in a grease test. In the grease test, a round bar having a diameter of 10 mm and a length of 130 mm was cut out from the ingot after hot forging, and a rapid tensile test was performed after heating to a predetermined temperature. The fracture drawing was obtained by the following equation: Diameter of fracture surface / diameter before fracture × 100 (%).
[0041]
(2) Cold workability: Evaluated by drawing in a normal temperature tensile test specified in JIS Z 2241. As a tensile test piece, a No. 4 test piece (diameter 6 mm) defined in JIS Z 2201 was used.
[0042]
(3) The degree of embrittlement of the alloy due to aging: The test piece was heated at 650 ° C. for 3000 hours, then subjected to an impact test at 0 ° C., and evaluated according to the impact value. The test piece used is a No. 4 test piece defined in JIS Z 2202.
[0043]
(4) Resistance to wet corrosion: The following four tests (1) to (4) were evaluated. The test material is no. 1 to 5 alloys of the present invention and No. 1 6 (625 alloy) comparative alloy. As a test piece, a strip-shaped corrosion test piece having a width of 10 mm, a length of 40 mm (75 mm in the case of a stress corrosion cracking susceptibility test), and a thickness of 3 mm, which was cut out from the central part of the thickness of the test material, was used.
[0044]
(1) Intergranular corrosion resistance in nitric acid solution: Evaluated by Huey test (65% nitric acid corrosion test) defined in JIS G 0573. The test piece was subjected to a heat treatment at 750 ° C. for 1 hour, which is considered to be most severely sensitized before the test.
[0045]
(2) Resistance to stress corrosion cracking in concentrated chloride solution: Boiling 42% MgCl specified in JIS G 0576 2 It evaluated by the U-shaped bending test in aqueous solution. In the test, the plate-shaped test piece was bent in a U-shape and then immersed in a boiling 42% magnesium chloride solution for 100 hours to investigate whether or not stress corrosion cracking (SCC) occurred.
[0046]
(3) Pitting corrosion resistance in seawater environment: The pitting corrosion potential was measured by a method according to JIS G 0577 to evaluate the pitting corrosion resistance. The solution used was artificial seawater (ASTM-D-1141).
[0047]
{Circle around (4)} Corrosion rate in acid / alkali solution: The test piece was immersed in the corrosion solution and evaluated by a method for determining the corrosion rate from the reduction in the plate thickness. There are three types of corrosive solutions: 50% NaOH solution (boiling), 50% sulfuric acid solution (80 ° C.) and 5% HCl (50 ° C.).
[0048]
(5) High-temperature oxidation resistance in the atmosphere: Evaluated by increasing the amount of oxidation of the test piece after heating at 1000 ° C. for 1000 hours.
[0049]
(6) High-temperature corrosion resistance: Waste heat boilers associated with furnaces for incineration of municipal waste and industrial waste, superheaters such as soda recovery boilers used in paper mills, furnace wall evaporator tubes and sections High temperature corrosion resistance in a high temperature corrosive environment corresponding to an environment such as a charcoal (economizer) and a gas-gas heat exchanger was evaluated. In the test, a synthetic ash simulating corrosive adhesion ash adhering to the boiler tube surface of the actual furnace was used on the entire front and back surfaces of the test piece using a plate-shaped test piece having a width of 15 mm, a length of 15 mm and a thickness of 3 mm. (Na 2 SO Four , K 2 SO Four , NaCl, KCl, FeCl 2 , Fe 2 O Three , PbCl 2 Ashes mixed with a predetermined amount. By weight, Pb: 9.97%, Cl: 9.09%, SO Three : 28.88% included) 40 mg / cm per unit surface area of the specimen 2 Applied. Next, corrosive gas having a composition simulating exhaust gas (1000 ppm HCl-50 ppm% SO 2 -10% O 2 -10% CO 2 -20% H 2 O-bal. N 2 ) Were heated at 400 ° C. (assuming a furnace evaporator tube) and 500 ° C. (assuming a superheater tube) for 20 hours, and the corrosion loss of the test piece was measured.
[0050]
The results of the above tests are as follows.
[0051]
(1) Hot workability: Table 2 shows the measurement results of fracture drawing in a greeble test.
[0052]
[Table 2]
Figure 0003864437
[0053]
The alloy of the present invention (test materials No. 1 to 5) has a significantly higher drawing value than the alloy (No. 6, 10, 12, 15) compared at any temperature of 1150, 1200, 1250 ° C. It can be seen that the inter-processability is excellent. Among these comparative alloys, the test material No. No. 6 625 alloy has a particularly low aperture value. In addition, the sample No. having a high Nb + Ta content of 0.81% was obtained. The comparative alloy No. 10 shows some improvement in hot workability, but the hot workability at 1250 ° C. is extremely poor. In order to improve hot workability in a wide temperature range, in addition to limiting the P content to be as low as 0.010% or less, the Nb + Ta content needs to be 0.5% or less. Sample No. with a low Fe content of 1.23% The hot workability of the 12 comparative alloy is slightly better than the 625 alloy, but is significantly worse than the alloy of the present invention. This is because the Nb + Ta content is appropriate, but the Fe content is too low at 1.23%. Specimen No. No. 15 has a low Nb + Ta content of 0.42%, so the hot workability at 1150 ° C. and 1200 ° C. is improved. However, since 0.011% of P is contained, the hot workability at 1250 ° C. is inferior to the alloy of the present invention.
[0054]
(2) Cold workability: Table 3 shows the drawing values in the room temperature tensile test. The drawing values of the alloys of the present invention are the same as the test material No. No. 6 625 alloy and other comparative alloys, and it was confirmed that the cold workability of the alloy of the present invention was good.
[0055]
[Table 3]
Figure 0003864437
[0056]
(3) Embrittlement resistance of alloy by aging: Table 3 shows the impact value in the impact test. The alloys of the present invention (test materials No. 1 to 4) It can be seen that the impact value is higher than that of No. 6 625 alloy and other comparative alloys, and the alloy is less likely to be embrittled due to aging. This is because the alloy of the present invention has a significantly improved structure stability at high temperatures. Of the comparative alloys, the test material No. In No. 8, embrittlement due to aging was remarkable despite the Nb + Ta content being appropriate. In addition, the test material No. Nb + Ta content is too high as 0.81%. 10 was less brittle than the 625 alloy, but was significantly more brittle than the alloy of the present invention. When the Al content is 0.66% and the specimen No. is excessive. No. 13 was also markedly brittle because brittle intermetallic compounds were precipitated.
[0057]
(4) Resistance to wet corrosion: Table 4 shows (1) intergranular corrosion resistance, (2) stress corrosion cracking resistance and (3) pitting corrosion resistance test results, Table 5 shows (4) acid and The test results on the corrosion rate in alkaline solution are summarized.
[0058]
[Table 4]
Figure 0003864437
[0059]
[Table 5]
Figure 0003864437
[0060]
Corrosion weight loss indicating intergranular corrosion resistance in 65% nitric acid solution, presence or absence of SCC indicating stress corrosion cracking resistance in concentrated chloride aqueous solution, and pitting corrosion potential indicating pitting corrosion resistance in seawater environment Also regarding the characteristics, the alloy of the present invention was equivalent to the comparative alloy 625 alloy (test material No. 6). Moreover, as shown in Table 5, boiling 50% NaOH solution, 80 ° C. 50% H 2 SO Four As for the corrosion rate in the solution and 50 ° C. 5% HCl solution, the alloy of the present invention (test material Nos. 1 to 5) is also the test material No. No. 6 625 alloy, which is extremely small, and it was confirmed that corrosion in acid and alkaline solutions hardly occurs. 625 alloy is said to be excellent in these characteristics. Therefore, it was confirmed that the alloy of the present invention has practically sufficient performance for at least these four characteristics.
[0061]
(5) High temperature oxidation resistance: Table 6 shows the results of measuring the increase in oxidation of the test piece after heating the test piece to 1000 ° C. for 1000 hours in the air. None of the alloys according to the present invention (test materials No. 1 to 5) had abnormal oxidation, and had excellent high-temperature oxidation resistance like the 625 alloy (test material No. 6).
[0062]
[Table 6]
Figure 0003864437
[0063]
(6) High-temperature corrosion resistance: Table 6 shows the results of measuring the increase in oxidation of the test pieces by attaching corrosive ash and heating to 400 ° C and 550 ° C for 20 hours in a corrosive gas atmosphere. Shown together. The alloy of the present invention (test material Nos. 1 to 5) has a corrosion weight increase value equal to or lower than that of the 625 alloy (test material No. 6) at any temperature, and a corrosive environment comparable to the 625 alloy. It was found that it has high-temperature oxidation resistance. Moreover, the test piece surface after a test was investigated using the metal microscope. As a result, it was confirmed that local corrosion such as intergranular corrosion did not occur in the alloy of the present invention as in the case of 625 alloy.
[0064]
(Example 2)
The following three types of seamless alloy pipes were manufactured from the alloys of the present invention (chemical composition: Table 7). For heat exchanger, alloy pipe with outer diameter 26.67mm, wall thickness 2.87mm, length 4000mm, for boiler superheater, alloy pipe with outer diameter 50.8mm, wall thickness 5.5mm, length 6000mm, and As the double tube, the outer tube is made of the alloy of the present invention, and the inner tube is made of STB410 (chemical composition: Table 7) defined in JIS G 3461. The outer diameter is 63.5 mm and the wall thickness is 6.35 mm (outer tube wall thickness). 1.52 mm, inner pipe wall thickness 4.83 mm), and a double pipe with a length of 3000 mm. First, about 20 tons of the alloy of the present invention was melted in an arc electric furnace, and a billet having an outer diameter of 174 mm, an inner diameter of 38 mm, and a length of 600 mm was produced by hot forging and cutting. As for the double pipe, the billet for the outer pipe and the billet for the inner pipe were separately manufactured and assembled into billets having the above dimensions. Next, the billet was heated to 1250 ° C., and hot extrusion was performed by the Eugene Sejurune method to obtain a raw tube having an outer diameter of 60.5 mm and an inner diameter of 35 mm. After heating the raw tube at 1100 ° C., it was cold drawn to a predetermined size, subjected to solution heat treatment, and further descaled to finish a product alloy tube.
[0065]
[Table 7]
Figure 0003864437
[0066]
Since the alloy of the present invention has sufficient ductility in a temperature range of 1250 ° C. or lower, it could be easily produced by a hot extrusion method at 1250 ° C. Moreover, since cold workability was also good, cold drawing was easy. Further, defects such as surface flaws were not observed in the alloy pipe of the product.
[0067]
The high temperature strength and creep rupture strength of the alloy pipe manufactured by the alloy of the present invention were investigated, and these characteristics were also good. For example, the high-temperature strength at 550 ° C. was 547 MPa in terms of tensile strength and was higher than 470 MPa of SUS304TB although it was lower than that of 625 alloy. In addition, the creep rupture strength was as high as SUS316HTB at 600 ° C., and it was confirmed that the creep rupture strength was sufficiently usable as a boiler tube at high temperatures.
[0068]
As is clear from Examples 1 and 2 above, the alloy and alloy tube of the present invention are remarkably superior in hot workability and cold workability to the conventional 625 alloy, and have various conditions. In a corrosive environment, it was confirmed to have corrosion resistance comparable to 625 alloy. Furthermore, it has been proved that aging embrittlement during use at high temperatures is extremely difficult to occur as compared to 625 alloy.
[0069]
【The invention's effect】
The alloy of the present invention has excellent corrosion resistance comparable to existing NCF625TP and NCF625TB in various corrosive environments and severe corrosive environments, and has extremely good hot workability and cold workability. Therefore, when manufacturing an alloy tube or the like, care such as scoring of the raw material before hot working or cold working is unnecessary, and surface flaws hardly occur in the processed product. Therefore, the production yield is good, the production cost can be greatly reduced, and the number of days required for production can be shortened by omitting the production process.
[0070]
In addition, the alloy and alloy pipe of the present invention have an extremely stable structure at high temperatures, so that they do not become brittle even when used at high temperatures for a long time and are excellent in high temperature toughness.
[0071]
As described above, the alloy and the alloy pipe of the present invention are excellent in workability, corrosion resistance and high temperature toughness. Therefore, for pipes used in severe corrosive environments, alloy pipes for boilers and heat exchangers, or structures of these devices. The present invention can be applied to materials for heating, superheater tubes such as waste incinerator waste heat boilers and soda recovery boilers, and structural materials. Since the equipment using the alloy and the alloy pipe of the present invention has high corrosion resistance and toughness at high temperatures, the durability of the equipment can be greatly extended, and the reliability and operating rate of the equipment can be greatly increased. In addition, according to the alloy of the present invention, composite tubes such as double tubes and triple tubes that were difficult to manufacture with conventional alloys can be easily manufactured. Very effective.

Claims (5)

重量%で、
C :0.05%以下、 Si:0.5%以下、
Mn:0.5%以下、 Cr:20〜23%、
Fe:2〜7%、 Mo:8〜10%、
Al:0.4%以下、 Nb:0.5%以下、
Ta:0.5%以下、 P :0.010%以下、
Ca:0〜0.01%、 Mg:0〜0.01%、
希土類元素:0〜0.1%、B :0〜0.01%
を含有し、かつ下記(1)式を満足し、
8×C≦Nb+Ta≦0.5(%) (1)
(元素記号は、各元素の含有率(重量%)を表す)
残部がNiおよび不可避の不純物からなる高Moニッケル基合金。
% By weight
C: 0.05% or less, Si: 0.5% or less,
Mn: 0.5% or less, Cr: 20-23%,
Fe: 2 to 7%, Mo: 8 to 10%,
Al: 0.4% or less, Nb: 0.5% or less,
Ta: 0.5% or less, P: 0.010% or less,
Ca: 0 to 0.01%, Mg: 0 to 0.01%,
Rare earth elements: 0 to 0.1%, B: 0 to 0.01%
And satisfies the following formula (1):
8 × C ≦ Nb + Ta ≦ 0.5 (%) (1)
(The element symbol represents the content (% by weight) of each element)
A high Mo nickel-base alloy with the balance being Ni and inevitable impurities.
希土類元素が0.02〜0.1重量%である請求項1に記載の高Moニッケル基合金。The high Mo nickel-base alloy according to claim 1, wherein the rare earth element is 0.02 to 0.1% by weight. CaとMgの合計含有率が、0.003〜0.01重量%である請求項1または請求項2に記載の高Moニッケル基合金。The high Mo nickel-base alloy according to claim 1 or 2, wherein the total content of Ca and Mg is 0.003 to 0.01 wt%. 請求項1、2または3に記載の高Moニッケル基合金からなる合金管。An alloy tube comprising the high Mo nickel-base alloy according to claim 1, 2 or 3. 外表面側もしくは内表面側または内外表面側が、請求項1、2または3に記載の高Moニッケル基合金からなる複合管。The composite pipe which the outer surface side or the inner surface side or the inner and outer surface side is made of the high Mo nickel-based alloy according to claim 1, 2, or 3.
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