JP6300941B2 - チタンを含まない合金 - Google Patents

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Description

本発明は、高い耐孔食性および間隙腐食耐性、ならびに冷間硬化状態で高い弾性限度および強度を有する、チタンを含まない合金に関する。
高耐腐食性材料Ａｌｌｏｙ ８２５は、主に化学産業および海洋工学で使用されている。この材料は、材料番号２．４８５８で販売されており、以下の化学組成、Ｃが０．０２５％以下、Ｓが０．０１５％以下、Ｃｒが１９．５％から２３．５％まで、Ｎｉが２８％から４６％まで、Ｍｎが１％以下、Ｓｉが０．５％以下、Ｍｏが２．５％から３．５％まで、Ｔｉが０．６％から１．２％まで、Ｃｕが１．５％から３％まで、Ａｌが０．２％以下、Ｃｏが１％以下、Ｆｅが残分である化学組成を有している。
石油産業およびガス産業において新たに使用する場合、耐孔食性および間隙腐食耐性（問題１）ならびに弾性限度および強度（問題２）は過度に低い。
クロムおよびモリブデンの含有率が少ないことを考慮すると、Ａｌｌｏｙ ８２５は、比較的低い耐孔食性指数（Ｗｉｒｋｓｕｍｍｅ）を有しているにすぎない（ＰＲＥ＝１×％Ｃｒ＋３．３×％Ｍｏ）。耐孔食性指数ＰＲＥとは、当業者にＰｉｔｔｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔと理解される。
合金Ａｌｌｏｙ ８２５は、チタン安定化された材料である。しかし、チタンは、問題となることがあり、特に連続鋳造において問題となりうる、それというのは、チタンが鋳造用粉末のＳｉＯ2と反応するからである（問題３）。元素のチタンを回避するのが望ましいが、このことによって、エッジ亀裂傾向が著しく高くなる。
ＪＰ６１２８８０４１Ａ１は、以下の組成、Ｃが０．０４５％未満、Ｓが０．０３％未満、Ｎが０．００５％から０．２％まで、Ｃｒが１４％から２６％まで、Ｍｎが１％未満、Ｓｉが１％未満、Ｍｏが８％未満、Ｃｕが２％未満、Ｆｅが２５％未満、Ａｌが２％未満、Ｂが０．００１％から０．１％まで、Ｍｇが０．００５％から０．５％まで、残分はＮｉである組成の合金に関する。Ｎｂの含有率は、１つの式によって提示される。さらに、元素のＴｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｖ、Ｈｆの少なくとも１つが２以下の含有率で含まれていてよい。
ＵＳ２，７７７，７６６は、以下の組成、Ｃが０．２５％未満、Ｃｒが１８％から２５％まで、Ｎｉが３５％から５０％まで、Ｍｏが２％から１２％まで、Ｎｂが０．１％から５％まで、Ｃｕが２．５％まで、Ｗが５％まで、Ｆｅが残分（少なくとも１５％）である組成の合金を開示している。
本発明の基礎をなす課題は、Ａｌｌｏｙ ８２５に代わる合金であって、冒頭で指摘した問題に対応しうる、かつ
・チタンを含まず、
・高められた耐孔食性および間隙腐食耐性を有し、
・冷間硬化状態で比較的高い弾性限度を有し、
・その温間加工性および溶接性が少なくとも同程度に優れている
合金を提供することである。
さらに、前述の合金の製造方法が提示されるのが望ましい。
前述の課題は、
Ｃを最大０．０２％
Ｓを最大０．０１％
Ｎを最大０．０３％
Ｃｒを２０．０％から２３．０％まで
Ｎｉを３９．０％から４４．０％まで
Ｍｎを０．４％から１．０％未満まで
Ｓｉを０．１％から０．５％未満まで
Ｍｏを４．０％超から７．０％未満まで
Ｎｂを最大０．１５％
Ｃｕを１．５％超から２．５％未満まで
Ａｌを０．０５％から０．３％未満まで
Ｃｏを最大０．５％
Ｂを０．００１％から０．００５％未満まで
Ｍｇを０．００５％から０．０１５％未満まで
Ｆｅを残分として、ならびに溶融に伴う不純物
含む（質量％）、チタンを含まない、高い耐孔食性の合金によって解決される。
本発明による合金の有利なさらなる実施態様は、従属する対象の下位請求項に記載する。
本発明による合金の好適な実施態様は、以下の組成（質量％）
Ｃが最大０．０１５％
Ｓが最大０．００５％
Ｎが最大０．０２％
Ｃｒが２１．０％から２３％未満まで
Ｎｉが３９．０％超から４３．０％未満まで
Ｍｎが０．５％から０．９％まで
Ｓｉが０．２％から０．５％未満まで
Ｍｏが４．５％超から６．５％まで
Ｎｂが最大０．１５％
Ｃｕが１．６％超から２．３％未満まで
Ａｌが０．０６％から０．２５％未満まで
Ｃｏが最大０．５％
Ｂが０．００２％から０．００４％まで
Ｍｇが０．００６％から０．０１５％まで
Ｆｅが残分、ならびに溶融に伴う不純物
である組成を有している。
クロムの含有率は、必要に応じてさらに以下の通り変更されてよい：
Ｃｒは２１．５％超から２３％未満まで
Ｃｒは２２．０％から２３％未満まで。
ニッケル含有率は、必要に応じてさらに以下の通り変更されてよい：
Ｎｉは３９．０％超から４２％未満まで
Ｎｉは３９．０％超から４１％未満まで。
モリブデン含有率は、必要に応じてさらに以下の通り変更されてよい：
Ｍｏは５％超から６．５％未満まで
Ｍｏは５％超から６．２％未満まで。
銅の含有率は、必要に応じてさらに以下の通り調節されてよい：
Ｃｕは１．６％超から２．０％未満まで。
必要に応じて、前述の合金にさらに元素のＶが以下の含有率（質量％）で添加されてよい：
Ｖは０％超から１．０％まで
Ｖは０．２％から０．７％まで。
鉄の含有率は、本発明による合金中で２２％超であるのが望ましい。
元素のチタンを省くことにより、（前述の通り）圧延時にエッジ亀裂が起こる。亀裂傾向は、５０ｐｐｍから１５０ｐｐｍまでの範囲のマグネシウムによって好影響を及ぼすことができる。第１表には、それに関係する／試験された実験用溶融物が記載されている。
Figure 0006300941
Ａｌｌｏｙ ８２５の耐腐食性に関する耐孔食性指数ＰＲＥは、ＰＲＥ３３であり、別の合金と比べてきわめて低い。第２表には、先行技術による耐孔食性指数ＰＲＥが記載されている。
Figure 0006300941
モリブデン含有率の増加によって、この耐孔食性指数、およびそれによって耐腐食性を高めることができる。ＰＲＥ＝１×％Ｃｒ＋３．３×％Ｍｏ（Ｐｉｔｔｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）。
第３表は、いくつかの孔食試験の結果を示している。チタン含有率の低下は、孔食温度に悪影響を及ぼしていない。モリブデン含有率の増加は、好影響を及ぼしている。
Figure 0006300941
同様に、別の腐食試験もＡｌｌｏｙ ８２５と比較した臨界間隙腐食温度の改善を示した。これについては第４表に示されている。
Figure 0006300941
１５％および３０％の冷間加工によって、弾性限度および強度を高めることができる。以下の表には、いくつかの実験用合金のそれに関する試験結果が示されている。
Figure 0006300941
以下の図１および図２には、一方では標準合金Ａｌｌｏｙ ８２５、他方では１つ以上の代替的な合金の引張試験の結果が示されている。
Figure 0006300941
モリブデンは、弾性限度および強度に好影響を及ぼしている。図３および図４では、モリブデンの好影響を明らかにしている。
Figure 0006300941
ＰＶＲ試験（Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｅｒｔｅｎ−Ｖｅｒｆｏｒｍｕｎｇｓ−Ｒｉｓｓ−Ｔｅｓｔ（プログラムによる加工・亀裂試験））を用いて、Ｎｉベース合金であるＡｌｌｏｙ ８２５の高温亀裂感受性を試験した。ＴＩＧ溶接の間、引張強度をコンスタントに上げることによって、臨界引張速度ＶKrを測定した。以下の図に試験結果が示されている。引張強度が高ければ高いほど、および高温亀裂傾向が少なければ少ないほど、材料の溶接性はより優れている。チタンを含まず、モリブデンを高含有する別形（ＰＶ５０６およびＰＶ５０７）は、標準合金（ＰＶ９４２）よりも少ない亀裂を示した。
Figure 0006300941
Figure 0006300941
前述の課題は、対象の請求項の１つに記載の組成を有する合金を製造するための方法において、
ａ）その合金を開放式（ｏｆｆｅｎ）に連続鋳造法または造塊法で溶融し、
ｂ）モリブデン含有率の増加により引き起こされる偏折を阻止するために、作製したスラブ（Ｂｒａｍｍｅｎ）／鋼片（Ｋｎｕｅｐｐｅｌ）の均質化焼きなまし（Ｈｏｍｏｇｅｎｉｓｉｅｒｕｎｇｓｇｌｕｅｈｕｎｇ）を、１１５０℃から１２５０℃までで１５時間から２５時間にわたって実施し、ここで、
ｃ）均質化焼きなましを特に最初の温間加工に続いて実施する
方法によっても解決される。
任意に、前述の合金をＥＳＲ法（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｓｌａｇ ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ（エレクトロスラグ再溶解法））／ＶＡＲ法（ｖａｃｕｕｍ ａｒｃ ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ（真空アーク再溶解法））により作製することもできる。
本発明による合金は、石油産業およびガス産業において構成部材として使用されるのが好ましい。
ここで、製品形態として、薄板、テープ、管（長手方向溶接および継目なし）、ロッドまたは鍛造部材が考えられる。
第６表は、Ａｌｌｏｙ ８２５と２つの本発明による合金とを比較するものである。
Figure 0006300941

Claims (8)

  1. Ｃを最大０．０２％
    Ｓを最大０．０１％
    Ｎを最大０．０３％
    Ｃｒを２０．０％から２３．０％まで
    Ｎｉを３９．０％から４４．０％まで
    Ｍｎを０．４％から１．０％未満まで
    Ｓｉを０．１％から０．５％未満まで
    Ｍｏを４．０％超から７．０％未満まで
    Ｎｂを最大０．１５％
    Ｃｕを１．５％超から２．５％未満まで
    Ａｌを０．０５％から０．３％未満まで
    Ｃｏを最大０．５％
    Ｂを０．００１％から０．００５％未満まで
    Ｍｇを０．００５％から０．０１５％未満まで
    鉄を残分として、ならびに溶融に伴う不純物
    を含む（質量％）、高い耐孔食性および間隙腐食耐性、ならびに冷間硬化状態で高い弾性限度を有する、チタンを含まない合金。
  2. Ｃを最大０．０１５％
    Ｓを最大０．００５％
    Ｎを最大０．０２％
    Ｃｒを２１．０％から２３％未満まで
    Ｎｉを３９．０％超から４３．０％未満まで
    Ｍｎを０．５％から０．９％まで
    Ｓｉを０．２％から０．５％未満まで
    Ｍｏを４．５％超から６．５％まで
    Ｎｂを最大０．１５％
    Ｃｕを１．６％超から２．３％未満まで
    Ａｌを０．０６％から０．２５％未満まで
    Ｃｏを最大０．５％
    Ｂを０．００２％から０．００４％まで
    Ｍｇを０．００６％から０．０１５％まで
    Ｆｅを残分として、ならびに溶融に伴う不純物
    を含む（質量％）、高い耐孔食性および間隙腐食耐性、ならびに冷間硬化状態で高い弾性限度を有する、チタンを含まない合金。
  3. Ｃｒを２１．５％超から２３％未満まで
    Ｎｉを３９．０％超から４２％未満まで
    Ｍｏを５％超から６．５％未満まで
    Ｃｕを１．６％超から２．０％未満まで
    含む（質量％）、請求項１または２に記載の合金。
  4. 必要に応じてＶを０％超から１．０％まで含む（質量％）、請求項１から３までのいずれか１項に記載の合金。
  5. Ｖを０．２％から０．７％まで含む（質量％）、請求項４に記載の合金。
  6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載の組成を有する合金を製造するための方法において、
    ａ）該合金を開放式に連続鋳造法または造塊法で溶融して、
    ｂ）モリブデン含有率の増加により引き起こされる偏折を阻止するために、作製したスラブ／鋼片の均質化焼きなましを１１５０℃から１２５０℃までで１５時間から２５時間までにわたって実施し、ここで、
    ｃ）均質化焼きなましを最初の温間加工に続いて行う、前記方法。
  7. 石油産業およびガス産業の構成部材としての、請求項１から５までのいずれか１項に記載の合金の使用。
  8. 構成部材が、薄板、テープ、管（長手方向溶接および継目なし）、ロッドの製品形態としてまたは鍛造部材として存在している、請求項７に記載の使用。
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