JP7267936B2 - フェライト合金 - Google Patents
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Description
が満たされる(元素の全ての数字は重量分率で表される)ことを、発明者は驚くべきことに発見し、得られた合金は、本開示のCr範囲内の優れた酸化耐性及び加工性及び成形性の組み合わせを有することになる。一実施態様によれば、
、例えば
である。
炭素は、製造工程から生じた不可避的不純物として存在し得る。炭素は、析出硬化によって強度を高めるために、上記又は下記のフェライト合金内に含まれ得る。合金の強度に顕著な影響を与えるために、炭素は、少なくとも0.01wt%の量で存在するべきである。含有量が高すぎると、炭素は、材料の形成に対する障害となり、耐食性に対するマイナスの効果にもなり得る。したがって、炭素の最大量は0.1wt%である。例えば、炭素の含有量は、0.02から0.09wt%、例えば0.02から0.08wt%、たとえば0.02から0.07wt%、例えば0.02から0.06wt%、例えば0.02から0.05wt%、例えば0.01から0.04wt%である。
窒素は、製造工程から生じた不可避的不純物として存在し得る。窒素は、析出硬化によって強度を高めるために、特に粉末冶金工程ルートが適用される場合、上記又は下記のフェライト合金内に含まれ得る。含有量が高すぎると、窒素は、合金の形成に対する障害となり、耐食性に対するネガティブな効果も有し得る。したがって、窒素の最大量は0.1wt%である。窒素の適切な範囲は、例えば、0.001から0.08wt%、例えば0.001から0.05wt%、例えば0.001から0.04wt%、例えば0.001から0.03wt%、例えば0.001から0.02wt%である。
酸素は、製造プロセスにより生じる不純物として、上記又は下記の合金中に存在し得る。その場合、酸素の量は、最大0.02wt%、例えば最大0.005wt%であり得る。粉末冶金プロセス経路を通じて合金が製造されるときのように、酸素が意図的に添加されて、分散強化により強度が提供される場合、上記又は下記の合金は、最大0.2wt%の酸素を含む。
クロムは、主にマトリックス固溶体元素として、合金に存在する。クロムは、いわゆる「third element effect」により、すなわち、一時的な酸化段階において酸化クロムを形成することによって、合金上に酸化アルミニウム層を形成することを促進する。この目的を満たすために、クロムは、少なくとも4wt%の量で、上記又は下記の合金に存在するのが望ましい。本発明の合金では、Crはまた、感受性を強化して、脆性σ相及びCr3Siを形成する。この効果は、およそ12wt%で現れ、15wt%を超えるレベルで強化され、したがって、Crの限界は15wt%である。酸化の観点からも、15wt%より高いレベルでは、保護酸化物スケールへのCrの望ましくない寄与が生じる。一実施態様によれば、Crの含有量は、5から13wt%、例えば5から12wt%、例えば6から12wt%、例えば7から11wt%、例えば8から10wt%である。
アルミニウムは、上記又は下記の合金で重要な元素である。アルミニウムは、高温で酸素に曝露された場合、選択的酸化を通して高密度で薄い酸化物、Al2O3を形成し、このことにより、さらなる酸化から潜在的な合金表面が保護されることになる。アルミニウムの量は、アルミニウムが豊富な酸化物を含有する保護表面層が形成されることを確実にするように、且つ、保護表面層が損傷した場合の修復のために、アルミニウムが十分存在することを確実にするように、少なくとも2wt%であるべきである。しかしながら、アルミニウムは、成形性にマイナスの効果を有し、多量のアルミニウムは、合金の機械加工中にその亀裂形成をもたらし得る。そのため、アルミニウムの量は6wt%を超えてはならない。例えば、アルミニウムは、3から5wt%、例えば2.5から4.5wt%、例えば3から4wt%であり得る。
市販のFeCrAl合金では、ケイ素は、最大0.4wt%のレベルで存在することが多い。上記又は下記のフェライト合金では、Siは重要な役割を果たすが、これは、Siが酸化及び腐食耐性の改善に大きな影響を有するためである。Siの上限は、高温及び低温条件での加工性の損失、及び長期的な曝露中の脆性Cr3Si及びσ相の形成に対する感受性の増加により設定される。したがって、Siの添加は、Al及びCrの含有量に関連して実施されなければならない。したがって、Siの量は、0.5から3wt%、例えば1から3wt%、例えば1から2.5wt%、例えば1.5から2.5wt%である。
マンガンは、最大0.4wt%、例えば0から0.3wt%で上記又は下記の合金内で不純物として存在し得る。
溶融冶金では、保護表面層の接着性を改善するために、イットリウムは最大0.3wt%の量で添加され得る。さらに、粉末冶金では、イットリウムが添加されて酸素及び/又は窒素と一緒に分散体が作成される場合、酸化物及び/又は窒化物による所望の分散硬化効果を達成するために、イットリウム含有量は少なくとも0.04wt%の量で存在する。酸素含有Y化合物の形態の分散硬化合金中のイットリウムの最大量は、最大1.0wt%であり得る。
スカンジウム、セリウム、ランタン、及びイッテルビウムは、交換可能な元素であり、酸化特性、酸化アルミニウム(Al2O3)層の自己修復、又は合金とAl2O3層との間の接着を改善するために、最大0.2wt%の総量で個別に又は組み合わせて添加され得る。
モリブデンとタングステンはどちらも、上記又は下記の合金の熱間強度にプラスの効果を有する。Moはまた、湿食特性にプラスの効果も有し得る。それらは、最大4.0wt%、例えば0から2.0wt%の量で個別に又は組み合わせて添加され得る。
定義によると、反応性元素は、炭素、窒素、及び酸素との反応性が高い。チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、バナジウム(V)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、及びトリウム(Th)は、炭素に対して高い親和性を有するという意味で反応性元素であり、それゆえに強力な炭化物形成元素である。これらの元素は、合金の酸化特性を改善するために添加される。元素の総量は、最大3.0wt%、例えば1.0wt%超、例えば1.5から2.5wt%である。
ジルコニウムは、反応性元素と称されることがよくあるが、これは、酸素、窒素及び炭素に対して非常に反応性であるためである。本合金において、Zrは、アルミニウムが豊富な酸化物を含有する保護表面層に存在し、それにより耐酸化性を改善し、且つ炭化物及び窒化物も形成するため、二重の役割を有することが発見された。よって、アルミニウムが豊富な酸化物を含有する保護表面層の最善の特性を達成するために、合金にZrを含むことが有利である。
、例えば
、例えば
が満たされる場合、得られる合金は、良好な耐酸化性を達成することを、驚くべきことに発見した。
表1-溶融物の組成及び加工性と酸化の試験結果
(x)は、3から6%の伸びの値を表す。
Claims (15)
- Crが5から13質量%である、請求項1又は2に記載のフェライト合金。
- Alが2.5から4.5質量%である、請求項1から3のいずれか一項に記載のフェライト合金。
- Alが3から5質量%である、請求項1から3のいずれか一項に記載のフェライト合金。
- Siが1.0から3質量%である、請求項1から5のいずれか一項に記載のフェライト合金。
- Siが1.5から2.5質量%である、請求項1から6のいずれか一項に記載のフェライト合金。
- Zrが0.10から0.35質量%である、請求項1から7のいずれか一項に記載のフェライト合金。
- 請求項1から9のいずれか一項に記載のフェライト合金を含むコーティング。
- 請求項1から9のいずれか一項に記載のフェライト合金を含む物体。
- コーティング及び/又はクラッド及び/又は物体を製造するための請求項1から9のいずれか一項に記載のフェライト合金の使用。
- 腐食環境で使用される物体又はコーティングを製造するための請求項1から9のいずれか一項に記載のフェライト合金の使用。
- 炉内で又は加熱素子として使用される物体又はコーティングを製造するための請求項1から9のいずれか一項に記載のフェライト合金の使用。
- フェライト合金が、塩、液体鉛、及び他の金属に曝露されるとともに、灰又は高炭素含有量堆積物、並びに/又は燃焼雰囲気に曝露される環境における、請求項1から9のいずれか一項に記載のフェライト合金の使用。
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