JPH03173732A - 耐食性の良好なニッケル基合金 - Google Patents
耐食性の良好なニッケル基合金Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
応じてその他の元素を含有する、厳しい腐食環境およ高
温環境下で用いるのに適している工学特性を備えたニッ
ケル基合金に関するものである。
業設備および工業プロセスには、構成部品の機械的およ
び(または)化学的性質について制約があるため、おの
ずと制限がある。タービンエンジンを例にとると、高温
条件の下でも構成部品の寿命が長ければ、効率の良い運
転を行なうことができる。また、処理装置の構成部品が
腐食および(または)高温環境に対し充分な耐食性・耐
熱性を備えていれば、薬品等の製品処理を能率的に行な
うことができる。
が多く、工業上の要請を必ずしも全て満たしてきたわけ
ではない。このため、これら要請に応じた種々のニッケ
ル基合金を提供することが求められている。こうしたニ
ッケル基合金は、個個の使用条件に見合うように複数の
特性を適当に組み合わせたものを開発する必要がある。
妙な違いであることもある。
、特に説明のない限り重量パーセント(vt%)で示さ
れている。これら合金の各々は、概ね、優れた耐食性、
溶接延性、シャルピー衝撃強度または時効硬化特性を有
している。これら合金中には、前述した特性のうちの2
つ以上を有するものもあるが、これら特性すべてが適切
に組み合わされた合金はない。表1に示す従来のニッケ
ル基合金のほぼ全てのものが、他の元素とともに、クロ
ム、銅、モリブデンおよびシリコンを含有している。こ
うした合金は、高い含有量のクロム、シリコン、炭素お
よび銅が組合わせ使用されているため、鋳造用に使用す
るには制限がある。
。しかしながら従来の合金は、ある種の高酸化的環境に
おいては充分な耐食性を発揮することができない。
態で酸化性環境に対して優れた耐食性を示すニッケル基
合金を提供することにある。
時効または熱間機械加工成形時の構造変化により耐熱安
定性および機械的特性の失われることのない合金を提供
することにある。
における応力腐食割れに対して耐性を持つ合金を提供す
ることにある。
ことができ、また組立て製作が簡単であり、平衡状態に
おいて、均質な固溶体ニッケル基合金を提供することに
ある。
定した範囲内で必須成分の組成を入念に調整することで
得られる。実験に用いたすべての合金は、表2に示すよ
うに、選択的に使用される種々の成分、アルミニウム、
炭素、コロンビウム、コバルト、鉄、窒素、チタンおよ
びタングステンを含有している。通例では、これらの成
分は作為的に添加することはなく、含まれていたとして
もその含有量は通常の不純物程度の量である。
および温度における耐性を備えている。
溶接延性も備えている。シャルピー衝撃試験の結果から
明らかなように、熱安定性も特に優れている。時効硬化
特性も良好である。これら合金は、時効硬化状態で応力
腐食割れに対する耐性も備えている。
定する一連の試験を行なった。クロムとシリコンを組み
合わせたものは濃硫酸等の強酸化性溶液に耐性があり、
この優れた作用は既に多くの特許に記載されている。し
かしながら、使用されるシリコンの量が極めて重要な意
味を持ち、しかもクロムの量に依存していることを新た
に発見した。表3に示すように、強酸化性環境(表3の
環境B)下では、シリコンの含有量が多いほど合金の耐
性は高まる。僅かに弱い酸化性環境(環境AとC)下で
は、シリコンに関しては腐食率が最大値を記録し、シリ
コンが少量(3%まで)の場合には腐食に対し効果が乏
しく、含有量が多ければ効果的である。表3の環境りの
ように酸化力のさらに弱い酸では、シリコンに代わって
クロムが効果を発揮する。このように、合金が様々な環
境に対し耐性を持つには、クロムとシリコンの割合を一
定の比率の範皿内に収める必要がある。こうしたSiと
C「の相対する作用は、相対腐食率と2Si/Cr比率
(2価のものの使用はシリコンの作用を高め原子量を小
さくするのに効果がある)として第1図に示す。第1図
からは、この比率が0.3〜0.6の範囲にあれば種々
の酸化剤すべてに耐性のあることが明らかである。この
比率はC「とSiについても適用できる。
uが有効なことが明らかである。銅はこうした環境に特
に効果的である。しかしながら、銅の含有量が多すぎる
(3.5%を超える)と、耐孔食性および加工性にとっ
て問題が残る。最良の効果を上げるためには、銅の含有
量は最大で3.0%であり、約2%が好ましい。
る。表4に示す一連の試験が行なわれた。
us Bend Te5t)を利用して測定した。試験
結果から、Feに対するNiの比率は1.0を超えてな
くてはならないことが明らかである。比率が1に満たな
い場合は、例えば、種々の組合わせの酸に対する耐食性
のない20種の鋼あるいは二相鋼のような鉄系合金とな
る。
、溶接割れの問題を引き起こしたり、溶接延性を低下さ
せることで知られている。しかしながら、本発明の合金
は、ニッケルの含有量がある範囲を超えてさえいれば、
こうした問題に対し優れた耐性を備えることができる。
験の結果を表4に示す。ニッケル含有量の少ない場合(
約12%未満)、またはニッケル含有量が所定値(約2
5%)を上回る場合、溶接部は2−T曲げ試験に合r6
することが表4から明らかである。
12%未満では、合金はマイクロ組織中にフェライトを
含み、溶接凝固の初期に少量のフェライトが延性を高め
る効果のあることがよ(知られている。しかしながら、
こうした状態は本発明の均質な固溶体ニッケル基合金に
は見られない。
れを防ぐのに有効であるが、熱間成形加工時に遭遇する
華氏1600度(871℃)の高温に晒されると、フェ
ライトが割れを起こす原因となることがある。しかしな
がら、Niを多く含有する合金はこうした温度において
も割れることがない。
)に6分間または30分間にわたり晒した後に衝撃試験
を行なって測定した。試験結果を表5に示す。この試験
データによれば、本発明のある種の合金(合金5−8)
は、小さな試験片ではあったが、充分な衝撃靭性を示し
た。本発明の合金5−9は、6分間または1時間にわた
り華氏1600度(871℃)に晒された。何れの合金
も、(20−Fe)X (S 1−3)(D値が5未満
の合金に比べて良好な衝撃靭性を示した。なお、鉄は1
9%未満にする必要がある。
できる好ましい性質も備えいる。シリコンはAI、Ti
と似た働きをするが、これら成分とは大幅に違った働き
もする。硬化を起こすのに必要な時効温度は、シリコン
合金の場合には時効硬化し易いため低くなる。鉄の含有
量は約19%未満に、またシリコンの含有量は3%を超
える必要がある。硬化させるには、(20−Fe)x(
Si−3)値は5より大きくしなければならない。表6
が試験データを示している。
る。試験データは、本発明の合金が斬新な組合わせのエ
ンジニアリング特性を備えていることを示している。比
率および組成の選択範囲は、合金の実用性の見地から設
定されている。本発明の正確なメカニズムは完全に把握
できてはいないが、特定した比率のものが最良の結果を
生むことが明らかにされている。なお、本発明は、必須
成分の特定の組成範囲と共に、上記のような特定の成分
同士の比率も必要としている。
料、あるいはこれらに類似するものとして制作され、こ
の制作に伴う障害は何ら発生していない。本発明の合金
は、鋳造品、鍛造品および焼結製品として、あるいは溶
接加工に用いられる物品や溶接物としても製作すること
もできる。
規な原理は、当業者であれば如何様にも修正しまた様々
に応用することができる。従って、添付した特許請求の
範囲内であれば、前述した本発明の実施例は如何様にも
弯更することができる。
割れ発生 溶接中に割れ発生 少量の曲げにて割れ発生 0.25インチ(0,84センチ)厚プレート少量の曲
げにて割れ発生 0.25インチ(0,64センチ)厚プレート割れ無し
、 0.5インチ(1,27センチ)厚プレート割れ無し、 0.5インチ(1,27センチ)厚プレート割れ無し、 0.5インチ(1,27センチ)厚プレート割れ無し、 0.5インチ(1,27センチ)厚プレート本本 2.5− T半径的げ試験 熱安定性に及ぼすNi。
作用u Si (20−Fc) x (Sl−3) 降伏点 強度の 降伏点 強度焼 0.2%降伏点強度、 KSI 1100”F 6−8* −9 −10 −11 −12 8−13* −14 −15 −16 −17 −18 0,00 0,00 11,7B 0.00 0、Oo 0.00 00 00 0.00 11.64 0.00 0.00 0.00 G、00 0.00 0.00 21.80 21.78 20.29 21.76 21.68 21.73 21.30 21.88 19、15 19.6g 21.99 21.43 23.9B 21.40 21.73 17.52 0.10 0.22 19.45 11.82 9.37 1.81 87 0.19 0.14 0.14 0.12 0.1i o、it O,U Ooll 0.10 0.00 0.0G 0.00 0.00 2.99 2.98 2.73 65B 0.49 0.00 2.84 2゜78 0.00 00 00 00 77.98 74.43 42.84 Bo、72 55.91 63.90 67.95 B5.88 74.13 82.49 67.80 B7.52 987 72.58 73.83 78.34 2.1 2.2 0、10 3.14 5.6B 5.70 4.91 5.85 5゜00 5.22 5.89 5.66 5.48 5.83 5.02 5.77 5.84 5.66 4.29 5.82 −57.71 2.77 1.4B 22.83 20.30 43.38 650 40.3g 52.40 52.69 49.25 58.20 40.16 55.10 5B、49 52.91 25.66 5B、12 8.50 0.00 4.00 Bo、73 5ft、90 71.28 [il、20 82.50 B5.51 9J3 71.00 64.00 82.32 85.15 63.19 7B、52 51.79 76.03 * 降伏強度の増加量−(時効処理後の)降伏強度−(
焼なまし後の)降伏強度本 本発明合金 38.80 3B、05 35.00 5J0 52.80 34.42 56.70 2J0 5[04 688 35,0G 500 47.02 55.34 37.20 41.26 35.68 37.14 740 35.6G 39.00 96.03 109.50 105.70 117.90 134.80 136.55 136.21 toe、o。
ラフである。
Claims (5)
- (1)重量パーセントで、事実上、1.5%以下のアル
ミニウム、0.06%以下の炭素、3%以下のコロンビ
ウム、11〜29%のクロム、20%以下のコバルト、
1〜3%の銅、19%以下の鉄、2%以下のマンガン、
1〜6.5%のモリブデン、0.2%以下の窒素、3.
5〜6.5%のシリコン、2%以下のチタン、2.5%
以下のタングステン、および残部がニッケルと通常の不
純物からなり、(20−Fe)×(Si−3)の値が5
より大きいニッケル基合金。 - (2)請求項1に記載されたニッケル基合金において、
0.5%以下のアルミニウム、0.04%以下の炭素、
1%以下のコロンビウム、16〜23%のクロム、10
%以下のコバルト、1〜3%の銅、1〜10%の鉄、1
%以下のマンガン、1〜5%のモリブデン、0.1%以
下の窒素、4〜6%のシリコン、1%以下のチタン、お
よび1%以下のタングステンを含むニッケル基合金。 - (3)請求項1に記載されたニッケル基合金において、
0.3%以下のアルミニウム、0.02%以下の炭素、
0.3%以下のコロンビウム、19〜21%のクロム、
5%以下のコバルト、1.5〜2.5%の銅、3〜7%
の鉄、0.5%以下のマンガン、1.5〜3%のモリブ
デン、0.03%以下の窒素、4.5〜5.5%のシリ
コン、0.2以下のチタン、および0.5%以下のタン
グステンを含むニッケル基合金。 - (4)請求項1に記載されたニッケル基合金において、
2Si/Crの値が0.35〜0.6の範囲にあり、N
i/Feの値が2よりも大きく、腐食および高温環境中
への暴露に対して向上した耐性を備えているニッケル基
合金。 - (5)請求項1に記載されたニッケル基合金において、
この合金が鍛造材料、鋳造材料、粉末材料または溶接材
料の形態になされているニッケル基合金。
Applications Claiming Priority (2)
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US437707 | 1989-11-17 | ||
US07/437,707 US5063023A (en) | 1989-11-17 | 1989-11-17 | Corrosion resistant Ni- Cr- Si- Cu alloys |
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