JPH05320794A - 耐食性及び延性に優れたNiの金属間化合物を基とする材料 - Google Patents

耐食性及び延性に優れたNiの金属間化合物を基とする材料

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JPH05320794A
JPH05320794A JP10063392A JP10063392A JPH05320794A JP H05320794 A JPH05320794 A JP H05320794A JP 10063392 A JP10063392 A JP 10063392A JP 10063392 A JP10063392 A JP 10063392A JP H05320794 A JPH05320794 A JP H05320794A
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sulfuric acid
ductility
corrosion resistance
resistance
intermetallic compound
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JP10063392A
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Sachiko Yamazaki
幸子 山崎
Seiya Wada
征也 和田
Soji Hasegawa
宗司 長谷川
Takayuki Takasugi
隆幸 高杉
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐硫酸性を始めとした耐食性に優れると共
に、構造材として十分に満足できる延性,加工性をも兼
備した金属材料を提供する。 【構成】 Ni3(Si,Ti)基合金材料の化学組成を、Si:7.
0 〜11.0%, Ti:1.5 〜5.0 %, Cu:0.5 〜3.
0 %,Ta:1.0 〜4.0 %, B:0.0010〜0.0100%を
含むか、或いは更にZr:0.5 〜1.0 %, Hf:0.5 〜
1.5 %, Mo:0.5 〜1.0 %の1種以上をも含有し、
残部が実質的にNiから成る構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、耐食性及び延性に優
れ、耐硫酸性構造材等として好適な金属間化合物Ni3(S
i,Ti)基材料に関するものである。
【0002】
【従来技術とその課題】現在、硫酸を使用する産業分野
は多岐にわたっており、また副産物として硫酸を製造す
る工場も数が多いが、そのような硫酸を取り扱う環境に
おいては各種設備・装置類の腐食が大きな問題となる。
特に、硫酸は濃度によってその腐食挙動が全く異なり、
90%という高濃度硫酸に対して耐食性を示す材料であ
っても濃度が50%未満の希硫酸中では著しく腐食が進
行してしまうという例もある。ただ、一般的には、濃度
50〜70%の沸騰硫酸が最も強い腐食性を示すと言わ
れている。
【0003】この濃度が50〜70%の硫酸に対しても
良好な耐食性を示す材料としてタンタル(Ta)が知られて
いるが、Taは非常に高価な材料である上、200℃以上
の高温状態ではやはり腐食が進行することから、実際に
は上記のような腐食性硫酸の取り扱いには耐火物の使用
が余儀無くされている。ところが、耐火物は硫酸中への
異物混入を起こしやすいという問題を有していて純度を
要求される硫酸精製装置等の構造用材料としては不適で
あり、これに代わる耐硫酸性金属材料の開発が強く望ま
れていた。
【0004】ところで、最近、特異な性質を持った“金
属間化合物を基とする金属材料”が注目されており、そ
の中には良好な耐食性を示すものも知られている。例え
ば、特公昭42−5523号公報には、「Ni−7■12%S
i−9.5■12.5%(Si+0.5Ti)−5%以下Cu,Mo,W」なる組
成(以降、 成分割合を表す%は重量%)を有した耐硫酸
性の金属間化合物系Ni合金が開示されている。また、雑
誌「Br. Corros. J., 1970, Vol.5, March」に掲載の技
術論文(第82頁)には、金属間化合物系のNi− 9.6%Si
− 2.8%Ti− 3.1%Cu合金に係る機械的特性と沸騰硫酸
液での耐硫酸性との評価を行ったグラフが記載されてい
る。
【0005】しかし、これらの材料も濃度が50〜70
%の硫酸に対しては十分な耐食性を示すものではなく
(特に後者のグラフには「耐硫酸性は硫酸濃度50〜7
0%の範囲で著しく劣化する」点が明示されている)、
しかもこれら金属間化合物系材料は延性が十分でないた
め、信頼性を必要とする重要部材として使用するには難
があった。
【0006】このようなことから、本発明が目的とした
のは、例えば40〜98%の広い濃度範囲の硫酸に対し
ても十分な抵抗性を示すような優れた耐食性や、構造材
として十分に満足できる延性,加工性,経済性,安全性
等をも兼ね備えた金属材料を提供することであった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述のよ
うな観点から、特に比較的優れた耐食性を示す上に未知
の部分が多い金属間化合物に着目し、より一層の耐食
性,延性等を示す材料を実現すべく鋭意研究を行った結
果、次のような知見を得ることができた。
【0008】a) Ll2 型金属間化合物である Ni3Siに置
換元素Tiを含有させたNi3(Si,Ti)は広い温度域にわたっ
て優れた強度特性を示す上、優れた耐酸化性をも示し、
耐熱材料として非常に望ましい特性を持つものである
が、このNi3(Si,Ti)は比較的多くのSiを含んでいて耐硫
酸性も良好であること。 b) ただ、Ni3(Si,Ti)の耐硫酸性はハステロイD〔商品
名〕には及ばないが、これよりも優れた延性を持つこ
と。
【0009】c) しかるに、このNi3(Si,Ti)に適量のCu
及びTa、或いは更にHf,Zr,Moを添加すると耐硫酸性を
始めとした耐食性が一段と向上し(特に一般の耐食性は
ハステロイDよりも優れ、 インコネル504〔商品名〕
と同等かそれ以上となる)、しかも常温から高温に至る
まで優れた延性が保たれる材料となること。 d) また、上記材料に適量のBを更に添加すると延性が
一層改善されること。
【0010】e) 更に、Ni3(Si,Ti)系の材料ではTiが延
性確保に大きな役割を果たしているが、CuとTaの複合添
加を行うとTi含有量を減らしても良好な延性が確保され
るようになること。
【0011】f) そして、高耐食性合金として良く知ら
れた前記ハステロイDやインコネル504は常温延性が
殆どなくて構造材料としては信頼に欠けるものである
が、上記元素を適量添加して成るNi3(Si,Ti)系の材料は
常温延性のみならず高温延性も良好なので鋳造時の割れ
に関する問題も解消できること。
【0012】本発明は、上記知見事項等を基にして完成
されたものであり、「Si:7.0 〜11.0%, Ti:1.5
〜5.0 %, Cu:0.5 〜3.0 %,Ta:1.0 〜4.0 %,
B:0.0010〜0.0100%を含むか、 或いは更にZr:0.
5 〜1.0 %, Hf:0.5 〜1.5 %, Mo:0.5 〜1.
0 %の1種以上をも含有し、 残部が実質的にNiから成る
化学組成とすることにより、Ni3(Si,Ti)基合金材料に優
れた耐食性,延性を兼備せしめた点」に大きな特徴を有
している。
【0013】
【作用】次に、本発明においてNi3(Si,Ti)基材料の化学
組成前記の如くに数値限定した理由について説明する。
【0014】Si Siは良好な耐硫酸性を保持する上で重要な元素である
が、その含有量が 7.0%未満であると所望の耐硫酸性を
確保できず、一方、11.0%を超えて含有させると常温延
性の低下を招く。従って、Si含有量は 7.0〜11.0%と定
めたが、好ましくは 8.0〜10.0%に調整するのが良い。
【0015】Ti Tiは常温延性を改善するために重要な元素であるが、そ
の含有量が 1.5%未満では所望の常温延性を確保できな
い。特に、Bを共存させた場合はTi含有量が多いほど延
性の改善効果が顕著となる。しかし、Ti含有量が多過ぎ
ると耐硫酸性の劣化を招き、特に 5.0%を超える量にな
ると所望する耐硫酸性を確保できなくなる。従って、Ti
含有量は 1.5〜 5.0%と定めたが、好ましくは 2.0〜
4.0%に調整するのが良い。
【0016】Cu Cuには耐硫酸性を改善する作用があり、特に“濃度が6
0%以下”及び“濃度が90%程度”の硫酸に対する耐
食性を改善する最も重要な元素である。また、常温延性
の改善にも有効である。しかし、その含有量が 0.5%未
満では前記作用による所望の効果が得られず、一方、
3.0%を超えて含有させると結晶粒界に異相が析出し、
却って耐硫酸性を劣化させるようになることから、Cu含
有量は 0.5〜 3.0%と定めた。
【0017】Ta Taは、本発明者等が見出した耐硫酸性改善のための重要
な添加元素である。特に、Taは濃度が60〜80%の硫
酸に対する耐食性改善に著効を発揮するので、Cuとの複
合添加により、Cuのみの添加では不十分であった濃度が
70〜80%の硫酸に対する耐食性も著しく改善され、
全硫酸濃度にわたって優れた耐硫酸性を付与することが
できる。しかし、Ta含有量が 1.0%未満では所望の耐硫
酸性改善効果が得られず、一方、 4.0%を超えて含有さ
せると常温延性の低下を招くことから、Ta含有量は 1.0
〜 4.0%と定めた。なお、TaとCuとを複合添加すると、
Ti含有量が比較的少なくても材料の常温延性が確保され
るようになる。
【0018】 Bは、Tiとの共存により材料の延性を改善する作用を発
揮する。しかし、その含有量が0.0010%未満の場合には
前記作用による所望の効果が得られず、一方、0.0100%
を超えて含有させると異相が析出し、かえって延性を低
下させることから、B含有量は0.0010〜0.0100%と定め
た。なお、B添加による材料の延性改善機構は必ずしも
明らかでないが、TiとNiとの結合はSiとNiとの結合より
強いことから、Tiを多く添加することにより粒界にNiと
Tiとの金属結合をより多く存在せしめ、これにBが作用
して延性改善効果が発揮されるものと考えられる。
【0019】Zr,Hf及びMo Zr,Hf及びMoは、何れも材料の高温延性を改善する作用
を有しているので必要により1種又は2種以上の添加が
なされるが、何れの場合もその含有量が 0.5%未満であ
ると前記作用による所望の効果が得られず、一方、Zrで
は 1.0%を、Hfでは 1.5%を、そしてMoでは 1.0%をそ
れぞれ超えて含有させると耐硫酸性が低下する。
【0020】続いて、本発明を実施例により説明する。
【実施例】まず、表1の材料種別1〜11の如き化学組成
のNi3(Si,Ti)金属間化合物系合金材を製造した。なお、
各材料は、アルゴンア−ク溶解によって得た鋳塊に13
23Kで24時間の均質化熱処理を施し、その後更に1
173Kで24時間の規則化熱処理を施す方法によって
得られた。次に、得られた各材料から試験片を切り出
し、硫酸腐食試験及び引張試験に供した。
【0021】一方、従来材としては、現在、耐硫酸材料
として使用されているハステロイD及びインコネル50
4の相当成分を同様にアルゴンア−ク溶解法で溶製し、
それぞれ「従来材A」及び「従来材B」とした。そし
て、これについても同様の試験に供した。
【0022】なお、硫酸腐食試験は、40〜98%H2
SO4 の90℃溶液に24時間浸漬することによって行
い、そのときの腐食度(g/m2hr)を求めて耐硫酸性を評
価した。これらの試験結果を表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】表1に示される結果からも明らかなよう
に、本発明に係るNi3(Si,Ti)基材料の耐硫酸性は従来材
Bと同等若しくはそれ以上であって、従来材Aよりも優
れている。また、延性については従来材B及び従来材A
の何れよりも遙に優れている。
【0025】
【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、幅広い濃度範囲の硫酸に対して優れた耐食性を示す
と共に、非常に良好な延性を有した金属材料を提供する
ことができ、従来は耐火物で構成せざるを得なかった化
学設備・装置類に適用してその製造性,性能,信頼性等
を大幅に向上することが可能となるなど、産業上極めて
有用な効果がもたらされる。
フロントページの続き (72)発明者 長谷川 宗司 東京都新宿区本塩町8番地の2 日本ステ ンレス株式会社技術研究所内 (72)発明者 高杉 隆幸 宮城県仙台市青葉区西花苑二丁目12−11

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量割合にて、 Si:7.0 〜11.0%, Ti:1.5 〜5.0 %, Cu:0.
    5 〜3.0 %,Ta:1.0 〜4.0 %, B:0.0010〜0.01
    00%を含有し、残部が実質的にNiから成ることを特徴と
    する耐食性及び延性に優れたNi3(Si,Ti)基材料。
  2. 【請求項2】 重量割合にて、 Si:7.0 〜11.0%, Ti:1.5 〜5.0 %, Cu:0.
    5 〜3.0 %,Ta:1.0 〜4.0 %, B:0.0010〜0.01
    00%を含むと共に、更にZr:0.5 〜1.0 %, Hf:0.
    5 〜1.5 %, Mo:0.5 〜1.0 %の1種以上をも含有
    し、残部が実質的にNiから成ることを特徴とする耐食性
    及び延性に優れたNi3(Si,Ti)基材料。
JP10063392A 1992-03-26 1992-03-26 耐食性及び延性に優れたNiの金属間化合物を基とする材料 Pending JPH05320794A (ja)

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WO2011030904A1 (ja) 2009-09-14 2011-03-17 公立大学法人大阪府立大学 Wが添加されたNi3(Si,Ti)系金属間化合物及びその製造方法
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