JPH03120342A

JPH03120342A - 鋳造材の熱処理方法

Info

Publication number: JPH03120342A
Application number: JP25632789A
Authority: JP
Inventors: Shinji Amako; 尼子　晋二; Akira Yoshitake; 吉竹　晃; Takeshi Torigoe; 鳥越　猛
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1989-09-30
Filing date: 1989-09-30
Publication date: 1991-05-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は高ニッケル合金鋳造材の熱処理方法に関する。

〔従来の技術〕

高ニッケル合金「インコロイ８２５１　（４４Ｎｉ−２
２Ｃｒ−３Ｍｏ−２，５Ｃｕ　−Ｉ　Ｔｉ　−Ｆｅ）（
以下ｒ　Ｉ　Ｎ８２５合金］）は、高耐食性を有する高
強度材料として開発された合金であり、例えばサワー油
井配管構成材として使用されている。このｌＮ８２５合
金は一般に熱間圧延や熱間鍛造等により所定の製品形状
に成形された塑性加工品として使用される合金であるが
、鋳造により管材等を製造することも可能な合金である
。

そのｌＮ８２５合金の鋳造材は、そのままでは耐食性が
低いので、耐食性を高めるための熱処理として、９２７
〜９８２℃に加熱保持した後水冷（または空冷）する安
定化熱処理が行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記安定化熱処理が施されるｌＮ８２５合金の鋳造材、
例えば遠心力鋳造管が、小口径管（例えば、外径６″程
度）である場合は、その拡散焼鈍処理により塑性加工管
材に準する良好な耐食性を発現させることができる。と
ころが、大口径（例えば、外径１６′程度ないしそれ以
上）の厚肉管材である場合、上記拡散焼鈍処理を施して
も十分な耐食性改善効果を得ることができず、サワー油
井等の粒界腐食環境に対する腐食抵抗性に劣る。　この
大口径厚肉鋳造管材の拡散焼鈍後の組織を小口径薄肉鋳
造管材のそれと比較すると、小口径薄肉管材は結晶粒界
へのクロム炭化物（ｃｒｚｓｃｂ　）の析出が少なく清
浄な粒界を有しているのに対し、大口径厚肉管材は、そ
の結晶粒が小口径管材のそれよりもむしろ細か＜　　（
ＪＩＳ　Ｇ　０５５１の規定による粒度番号Ｎ：約−１
〜−２）、かつその粒界にそってＣｒ、、Ｃ，炭化物が
ネットワーク状に連続して析出しており、粒界腐食環境
における粒界の溶出および結晶粒の欠は落ちを生じ易い
組織であることが観察される。

本発明は、上記高ニッケル合金の鋳造材について、その
鋳造材が大口径厚肉材である場合にも、小口径薄肉材と
同等ないしそれ以上の高耐食性を発現させるための改良
された熱処理方法を提供する。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明の熱処
理方法は、Ｃ：０．０５％以下、　　Ｓｉ：１％以下、
Ｍｎ：１％以下、　　Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０゜０
３％以下、　Ｎｉ：３８〜４６％、　　Ｃｒ：１９．５
〜２３．５％１Ｍｏ：２．５〜３．５％、Ｃｕ：１．５
〜３％、　　Ｔｉ：０．６〜１．２％。

残部実質的にＦｅからなる高ニッケル合金（Ｉ　Ｎ８２
５相当）の鋳造材の耐食性を高めるための熱処理方法で
あって、その鋳造材を、１１７５〜１２５０℃の温度域
に加熱保持した後、水冷することを特徴としている。

以下、本発明について詳しく説明する。

上記化学組成を有する高ニッケル合金からなる大口径厚
肉鋳造管材（外径：約１６″以上、肉厚：約３０胴以−
ヒ）の鋳造ままの組織は、結晶粒界に沿ってＣｒｚｓＣ
＆ｆ化物がネットワーク状に連続して析出した状態を呈
している。その組織は、従来の拡散焼鈍処理（９２７〜
１０３８℃・水冷または空冷）をうけても殆ど変化がな
く、粒界に沿ったＣｒ８Ｃ６炭化物のネットワークが観
察されることは前述した。しかるに、本発明により、１
１７５〜１２５０℃に加熱保持したのち水冷する熱処理
を施すと、結晶粒サイズの実質的な変化は殆どみられな
いが、粒界のＣｒｚ３Ｃｂ炭化物の一部が固溶消失して
そのネットワークが寸断された不連続な状態に変化した
組織となる。

このように大口径厚肉鋳造材に本発明の熱処理を施すと
、粒界の析出ＣｒｚｌＣ，炭化物の一部の消失によりそ
のネットワークが不連続となり、また粒界近傍のミクロ
偏析が解消される。この組織の変化により、粒界腐食環
境での粒界の溶出・結晶粒の欠は落ちに対する抵抗性が
高められる。

本発明の熱処理における加熱保持温度の下限を１１７５
℃としたのは、それより低い温度では、粒界のＣｒｚｓ
Ｃｂ炭化物の固溶消失とネットワークの分断化の組織変
化を十分に生起させることができないからであり、他方
１２５０℃を上限としたのは、それを越える高温度とし
ても効果の増加はなく、却って耐食性の低下傾向を伴う
からである。

上記高ニッケル合金の成分限定理由について説明すれば
次のとおりである。

Ｃ：０．０５％以下Ｃは合金の強度を高める効果を有するが、反面耐食性の
低下を招くので、耐食性確保のため０．０５％を上限と
する。

５ｉｌ１％以下Ｓｉは合金溶湯の脱酸作用を有し、また鋳造性を高める
効果を有する。そのための添加量は１％までで十分であ
り、それをこえる必要はない。

Ｍｎ：１％以下Ｍｎは合金溶湯の脱酸作用を有し、またＳをＭｎＳとし
て固定する働きを有する。このための添加量は１％まで
で十分であり、それをこえる必要はない。

Ｐ　：　０．０３％以下、ｓ：ｏ、ｏ３％以下Ｐおよび
Ｓは合金の耐食性の低下を招く不純分であるが、それぞ
れ０．０３％をこえなければ、実質的な悪影響をもたら
すことはない。

Ｎｉ：３８〜４６％Ｎｉは、Ｃｒ、Ｆｅ等と共に安定なオーステナイト地を
形成する。また不働態の強化、塩素イオンを含む溶液や
非酸化性酸に対する腐食抵抗性の強化、耐応力腐食割れ
性の向上等に奏効する。しかし、多量に添加すると、ク
ロム炭化物の析出が助長され、粒界腐食傾向を増す。こ
のため、３８〜４６％とする。

Ｃｒ：１９．５〜２３．５％Ｃｒは合金の不働態化に必要な元素であり、酸化性酸に
対する抵抗性を高めると共に、耐孔食性の向上等に著効
を示す。しかし、添加量が多くなると、σ相の生成とそ
れに伴う脆弱化をきたす。

このため、１９．５〜２３．５％とする。

Ｍ　ｏ　：　２　、５〜３　、５％Ｍｏは基地の固溶強化や炭化物の形成により強度を高め
、また不働態の安定化、塩素イオンを含む腐食環境にお
ける孔食抵抗性の向上等の効果を有する。しかし、多量
添加によりσ相の生成とそれに伴う耐食性の低下・靭性
の低下等をきたす。

このため、２．５〜３．５％とする。

Ｃｕ：１．５〜３％Ｃｕは基地の固溶強化、非酸化性酸に対する耐食性の向
上等に奏効する。またＭｏとの共存下に耐孔食性の改善
に大きな効果を示す。反面、多量添加に伴って、基地の
靭性が低下する。このため、１．５〜３％とする。

Ｔｉ：０．６〜１．２％Ｔｉは不働態化の助長、粒界腐食抵抗性の向上等に奏効
する。また、炭化物等として微細析出することにより強
度を高める。しかし、あまり多く添加すると、靭性の低
下や溶接性の低下をきたす。

このため、０．６〜１．２％とする。

本発明の熱処理方法は上記のように大口径厚肉鋳造材に
効果的に適用されるが、むろんそれに限定されるわけで
はなく、所望により小口径薄肉鋳造材に適用１７てその
耐食性を更に高めることも可能である。

また、本発明の熱処理方法は、上記化学組成を有する高
ニッケル合金の単一相からなる鋳造材に限定されず、そ
の高ニッケル合金からなる層を表面層とし、他種金属材
料からなる層との積層構造を有するクラツド材にも適用
することができ、その高ニッケル合金層に前記熱処理を
施した後、必要に応じて他種金属層を調質するための熱
処理が施こされる。

上記クラツド材の代表例として、炭素ｙ４（ＡＰＩ５Ｌ
　Ｘ６０等）からなる外側層と上記高ニッケル合金から
なる内側層とが遠心力鋳造により同心円状に積層形成さ
れた二層管材が挙げられる。この二層管はサワー油井用
配管構成材として賞月される管材である。その内側層（
高ニッケル合金層）に前記熱処理を行った後の外側層（
炭素鋼）に対する調質熱処理として、焼入れ（９５０”
Ｃ±２５℃・水冷または空冷）と焼もどしく６５０’Ｃ
±２５℃・空冷）が行われる。その外側層の調質熱処理
過程での熱的影響に伴う内側層（高ニッケル合金）の材
質的な変化は殆んどなく、両層の積層一体化効果として
サワー油井配管材等として好適な高耐食性と高強度を帯
有する二層管となる。

〔実施例〕

皇施尉土遠心力鋳造された高ニッケル合金管材に、耐食性改善の
ための熱処理を施した後、試験片を切出して下記の粒界
腐食試験を行った。

粒界腐食試験条件ＡＳＴＭ　Ａ　２６２ブラクテイスＣの規定にＩ＃拠し
、試験片を６５％硝酸溶液（沸騰）中、４８時間浸漬す
る操作を５回反復し、試験後の腐食減量を測定する。

第１表に、供試鋳造管材の化学組成、管サイズ。

熱処理条件および腐食試験結果を示す、Ｎｏ、　１１〜
１３は発明例、ｋｌｏ１〜１０３は比較例である。

比較例のうち、Ｎｏ、　１０１は発明例と同一の大口径
厚肉管材に従来の安定化熱処理に準する低温度熱処理を
施した例、Ｎα１０２は、同じく大口径厚肉管材に本発
明に規定する上限温度を越える高温度熱処理を行った例
である。また、Ｎｏ、　１０３は小口径管材を供試管と
して従来の拡散焼鈍処理を施した参考例である。表中、
「腐食減量」欄のｒｈｐｙ」（ｍｉｌｌ／　Ｙｅａｒ）
は、腐食重量減少（ｇ／ｒ４）の測定値より換算された
腐食減肉厚さである。

なお、大口径厚肉管材に従来の拡散焼鈍に準じた低温熱
処理が施こされたＮα１０２のｕｉ織は、結晶粒界に析
出したＣｒ、３Ｃ，炭化物の連続的なネットワークを有
しているのに対し、発明例では、粒界のＣｒ、３Ｃ，炭
化物の部分的な固溶消失によりそのネットワークが寸断
され不連続化した組織に変化していることが観察された
。

裏施医ｌ遠心力鋳造により、炭素鋼（Ｃ：０．２０〜０．２６％
。

Ｍｎ：１．０〜１．３５％、　　Ｐ　；０．０１〜０．
０３％、　　Ｓ　：０，０１〜０．０３％。ＡＰＩ　５
Ｌ　Ｘ６０相当材）からなる外側層と高ニッケル合金か
らなる内側層との積層構造を有する二層管を得、内側層
の耐食性改善のための熱処理を施した後、外側層の調質
熱処理として焼入れ焼もどし処理を行い、ついで実施例
１と同じ粒界腐食試験を行った。なお、外側層の焼入れ
は、９５０　’Ｃ・水冷とし、焼もどし処理は６５０℃
×３Ｈｒ・空冷とした。

第２表に、供試鋳造管材の内側層の化学組成。

管サイズ、熱処理条件および腐食試験結果を示す。

Ｎα２１〜２３は発明例、阻２０１〜２０３は比較例で
ある。比較例のうち、Ｎα２０１は、発明例と同一の大
口径厚肉管材に従来の拡散焼鈍処理に準する低温度熱処
理を施した例、ｋ２０２は、同じく大口径厚肉管材に本
発明の規定する上限温度を越える高温度熱処理を行った
例である。また、Ｎα２０３は小口径管材を供試管とし
て従来の拡散焼鈍処理を施した参考例である。

上記実施例に示したように、発明例Ｎｃｌｌｌ〜１３お
よびＮα２工〜２３は、それと同じ大口径厚肉管材に従
来の拡散焼鈍に準する低温での熱処理が施されたＮα１
０１．Ｎｏ、２０１に比べて、粒界腐食減量が大きく減
少しており、漱１０３．Ｎｏ、２０３（小口径管材に従
来の拡散焼鈍処理実施）とほぼ同等の粒界腐食抵抗性を
有している。なお、Ｎ０１１０２、Ｎα２０２は熱処理
温度をあまり高くしても、耐食性改善効果の増加はなく
、むしろ耐食性の低下傾向を伴うことを示している。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、大口径厚肉鋳造品についても、小
口径薄肉管材に従来の拡散焼鈍を施したものと同等ない
しそれ以上の高耐食性を発現させることができ、従って
例えばサワー油井配管構成材等の耐食用途に有用な大口
径厚肉鋳造品の製造が可能となる。

Claims

【特許請求の範囲】

１、少なくとも表層部が、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：
１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：
０．０３％以下、Ｎｉ：３８〜４６％、Ｃｒ：１９．５
〜２３．５％、Ｍｏ：２．５〜３．５％、Ｃｕ：１．５
〜３％、Ｔｉ：０．６〜１．２％、残部実質的にＦｅで
ある高ニッケル合金からなる鋳造材を、温度１１７５℃
〜１２５０℃に加熱保持後、水冷することを特徴とする
高ニッケル合金鋳造材の熱処理方法。