JPH1030140A - 耐食性と加工性に優れたニッケル基合金 - Google Patents

耐食性と加工性に優れたニッケル基合金

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JPH1030140A
JPH1030140A JP8184954A JP18495496A JPH1030140A JP H1030140 A JPH1030140 A JP H1030140A JP 8184954 A JP8184954 A JP 8184954A JP 18495496 A JP18495496 A JP 18495496A JP H1030140 A JPH1030140 A JP H1030140A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】産業廃棄物燃焼ボイラのような過酷な腐食に曝
される設備用の耐食性に優れ、加工性および組織安定性
にも優れたニッケル基合金およびそれを素材とする継目
無管を提供する。 【解決手段】下記(1) の高耐食性ニッケル基合金、なら
びに(2) および(3)の継目無管。 (1) 重量%で、C:0.05%まで、Si:0.5 %まで、M
n:0.5 %まで、P:0.01%まで、Cr:20%から25%
まで、Mo:8%から12%まで、Nb:0.5 %を超えて
1.0 %まで、Fe:15%を超えて20%まで、Al:0.4
%まで、希土類元素の合計で 0.1%まで、Ca:0.01%
まで、Mg:0.01%まで、B:0.01%まで、残部がNi
および不可避の不純物からなり、下記 (a)式を満たす化
学組成を持つことを特徴とする耐食性と加工性に優れた
ニッケル基合金。 Fe(%)≧4×Nb(%)+ 12.5 ・・・・・ (a) (2) 上記(1) のニッケル基合金からなる継目無管 (3) 管外表面側もしくは管内表面側または管内外表面側
が、上記(1) のニッケル基合金からなる複合継目無管。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、過酷な腐食環境に
耐える優れた耐食性と、熱間および冷間での良好な加工
性を兼ね備え、しかも比較的安価なニッケル基合金、な
らびにその合金を素材とする継目無管または複合継目無
管に関する。
【0002】
【従来の技術】化学工業、石油工業などで使われている
設備では、配管用あるいは構造用などの金属材料が、高
温下でアルカリ性または酸性の溶液に曝されるような条
件で用いられることがある。また、ボイラーの過熱器
管、蒸発管あるいは構造部材、熱交換器の熱交換器管、
コンデンサー管、触媒管あるいは構造部材などは、高温
・高圧下で、かつ腐食性雰囲気で用いられる。
【0003】特に、ごみ焼却廃熱回収ボイラやソーダ回
収ボイラ(以下、これらを総称して「産業廃棄物処理ボ
イラ」と記す)などでは、ボイラ管は、高温下で塩素ガ
ス、塩化水素等の腐食性の強いガスや塩酸、硫酸等によ
る激しい腐食を受ける。
【0004】上記のように極めて苛酷な腐食環境に曝さ
れる条件で用いられる管等の材料としては、当然十分な
耐食性を備えたものが採用されている。例えば、ボイラ
ーの過熱器管、蒸発管などには、JIS G 4903, 4904に規
定されているNi−Cr−Fe合金が用いられる場合が
ある。これらの規格にある6種の高耐食合金の中でも、
特に苛酷な腐食環境に対しては、8〜10%(以下、化学
組成に関する%は全て重量%である)のMoを含むNC
F625TPあるいはNCF625TB合金が使用され
ている。
【0005】NCF625TP合金およびNCF625
TB合金(以下、これらをまとめて625合金と記す)
は、Cr:20〜23%、Mo:8〜10%、Fe:5%以
下、Nb+Ta:3.15〜4.15%を主成分とし、他にA
l、Tiを含むニッケル(Ni)基合金で、そのNi含
有量は 58 %以上と規定されている。この合金は、主と
してCr、Ni、Moの作用により、極めて苛酷な腐食
環境においても優れた耐食性を備えるものである。
【0006】625合金を熱交換器管のような継目無管
とする場合には、ユジーンセジュルネ法のような熱間押
出し法によって製管し、さらに冷間圧延または冷間抽伸
を施して製品とすることが多い。しかし、625合金は
熱間加工性が極めて悪い。したがって、熱間押出し後の
素管には疵が多発するので、手入れにより素管の疵を取
り除かなければならない。また、冷間加工性も悪いた
め、冷間圧延や冷間抽伸などの製造段階で、1工程 (1
パス)当たりの加工度を低くし、工程数(パス回数)を
増やすことによって問題を回避しているのが実状であ
る。このように625合金の製管には多くの手間と複雑
な工程を必要とするので生産性および歩留りが低い。こ
のことと原材料(Ni、Mo、Cr等)が高価なことと
が相俟って、625合金の価格を押し上げている。
【0007】上記625合金は、もともと 650℃付近の
温度域で時効硬化する性質を持っている。そのために、
500 ℃を超える高温域で長時間使用されると、合金の靭
性が著しく低下する。したがって、高温域で用いられる
機器に使用した場合、加熱・冷却の繰り返しによる熱疲
労等により損傷を起こす危険性があるので、使用温度が
高い条件では信頼性が乏しく、使用が制限される。
【0008】625合金よりも熱間加工性が良いという
高Mo−ニッケル基が、WO95/31579(PCT
国際公開公報)によって開示されている。この合金は、
加工性を悪化させるNbの含有量を 0.5%以下に制限し
たことを特徴とする。このようにNbを少なくしても、
耐食性においては625合金に劣らないという。しかし
ながら、その「優れている」とされる耐食性は、熱間押
出し加工の後に熱処理されただけの試験片を、ごみ焼却
炉のある部位に試験プローブとして挿入して行った試験
で判定されたものである。ごみ焼却炉における腐食環境
は焼却炉内の管の位置、燃焼条件等により広汎に変化す
る。従って、上記の公報に記載された合金の優れた耐食
性というのは、極めて限定された腐食環境下でのみ認め
られた特性にすぎない。
【0009】上記公報に開示される合金ではTi(チタ
ン)が事実上必須の成分となっている。しかし、合金中
のTiは空気中のNと反応し、製管中に塊状のTiNが
管の表面に析出するため、押出し製管したときに製品に
疵を生じさせるという問題がある。
【0010】ボイラの過熱器管、熱交換器管などには冷
間で曲げ加工が施されたまま高温で使用されるものがあ
る。また、例えばボイラの缶壁の蒸発管としてパネルに
組み立てられるときには、管は溶接される。625合金
のような高耐食性合金は、厳しい腐食環境に曝される継
目無鋼管として使用されるのであるが、上記の曲げ加工
のような冷間加工が施された管を、特別な後熱処理をせ
ずに、そのまま高温で使用した場合や、溶接部(具体的
には溶接熱影響部、即ちHAZ)は、鋭敏化して腐食し
やすい状態になる。従って、信頼性の高い実用合金とし
ては、冷間加工後および溶接後の耐食性が良好であるこ
とも必ず備えるべき特性である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、下記
からの全ての特徴を備えたニッケル基合金を提供す
ることにある。
【0012】625合金に匹敵する耐食性、特に、冷
間加工の後、鋭敏化する条件で使用された場合および溶
接された場合にも実用に十分な耐食性を持つ。
【0013】625合金よりも熱間および冷間での加
工性に優れる。
【0014】高温での長時間使用でも時効による靱性
低下が小さい。即ち、組織安定性が高い。
【0015】625合金よりも安価である。
【0016】さらに、本発明は、上記のすべての特性を
備えた合金を素材とする継目無管および複合継目無管を
提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記(1) の高
耐食性ニッケル基合金、ならびに(2) および(3) の継目
無管を要旨とする。
【0018】(1) 重量%で、C:0.05%まで、Si:0.
5 %まで、Mn:0.5 %まで、P:0.01%まで、Cr:
20%から25%まで、Mo:8%から12%まで、Nb:0.
5 %を超えて1.0 %まで、Fe:15%を超えて20%ま
で、Al:0.4 %まで、希土類元素の合計で 0.1%ま
で、Ca:0.01%まで、Mg:0.01%まで、B:0.01%
まで、残部がNiおよび不可避の不純物からなり、下記
(a)式を満たす化学組成を持つことを特徴とする耐食性
と加工性に優れたニッケル基合金。
【0019】 Fe(%)≧4×Nb(%)+ 12.5 ・・・・・ (a) (2) 上記(1) のニッケル基合金からなる継目無管 (3) 管外表面側もしくは管内表面側または管内外表面側
が、上記(1) のニッケル基合金からなる複合継目無管。
【0020】Nbは、精製技術上分離が困難なTa(タ
ンタル)を伴っていてもよい(Taの作用効果は、Nb
と同じである)。JIS G 4903,4904 における「Nb+T
a」で3.15〜4.15%という表示は、上記のような意味の
表示である。従って、以下の説明ではNbと記して「N
b+Ta」を意味するものとする。
【0021】
【発明の実施の形態】前記のように、625合金の熱間
加工性および冷間加工性が劣る原因、ならびに高温にお
いて組織安定性が低下する原因は、3.15〜4.15%という
多量のNbの含有に原因がある。
【0022】625合金におけるNbの多量添加は、耐
食性の確保と高温での時効硬化による合金の高温強度の
低下防止を目的としている。ガスタービン用ブレード材
などとしては、極めて高い高温強度が要求されるので、
Nbの添加による高温強度の確保が必要である。しか
し、本発明が対象としている合金の用途、すなわち、主
に配管用、ボイラ・熱交換器用等の継目無管や構造材な
どでは、それほど高い高温強度を必要としない。材料の
特性としては、625合金と同程度の耐食性を備えるこ
と、継目無合金管等の製造に適した加工性を備えるこ
と、さらには高温下での使用時に靱性の低下を起こさな
いように、高温での組織の安定性を備えることの方がむ
しろ重要である。
【0023】加工性の改善と高温での組織安定性の向上
には、Nbの含有量を少なくすることが有効であると考
えられる。前掲のWO95/31579に開示される合
金は、この考えに基づいて発明されたものと推察され
る。しかしながら、Nbを無闇に下げると耐食性が低下
する。Nbは、合金中のC(炭素)を炭化物として固定
し、Cr炭化物の生成による鋭敏化を防止するのである
が、Ni基合金の炭化物固溶度は極めて小さいので、C
含有量を極く低くしてもCr炭化物の析出が避けがた
い。特に、鋭敏化しやすい冷間加工部および溶接熱影響
部での優れた耐食性を確保するためには、ある程度の量
のNbの添加が必要である。
【0024】本発明合金は、加工性の改善と耐食性の維
持とを両立させることができるNbの含有量を確定し、
さらにFeを始めとする他の合金元素の適正な含有量を
追求することによって得られたものである。さらにNb
の含有量を最適な範囲に定めることによって、高温域に
おける長時間使用時の組織安定性も改善され、本発明合
金は 500℃を超える高温域で長時間使用しても脆化を起
こさない。
【0025】以下に、本発明の合金を構成する各元素の
作用と含有率の適正範囲およびその根拠について説明す
る。
【0026】C(炭素):C含有量が多い場合には、C
がCrと結合し結晶粒界にCr炭化物が析出する。Cr
炭化物が析出すると、結晶粒界近傍にCr欠乏層が形成
され、粒界腐食が起こりやすくなる。即ち、鋭敏化す
る。そのため、C含有量は 0.05 %までとする。Cは少
ない方がよいので、下限は経済性を勘案した工業的に製
造可能な量である。
【0027】Si(珪素):Siは脱酸剤として有効な
元素である。しかし、Si含有量が 0.5%を超えると、
合金が650℃程度の高温に加熱された場合、脆いシグ
マ相が析出し、加熱脆化感受性を高める。したがって、
Siは 0.5%以下の範囲で、できるだけ少ない方が望ま
しい。Al等で十分に脱酸される場合にはSiは実質上
無添加でもよい。
【0028】Mn(マンガン):Mnはオ−ステナイト
形成元素であり脱酸剤としても作用する。しかし、その
含有量が 0.5%を超えると熱間加工性を損なうので、0.
5 %以下とする。SiまたはAlで十分脱酸される場合
には、実質上、無添加でもよい。
【0029】Cr(クロム):Crは種々の腐食環境に
おける耐食性、耐高温酸化性を確保する上で不可欠の元
素である。その効果は 20 %以上で顕著となる。ただ
し、Mo含有量の多い本発明合金においては、Cr含有
量が 25 %を超えた場合、合金が 700℃程度の高温に加
熱されと脆いα−Cr相が析出し、合金の靭性が低下す
る。したがって、Cr含有量は 20 〜25%が適正範囲で
ある。
【0030】Mo(モリブデン):Moは、塩素イオン
を含む腐食環境での孔食、すきま腐食および各種の酸に
対する全面腐食、塩化物を含む溶融塩腐食に対する合金
の耐食性を著しく高める。
【0031】その作用は8%以上で顕著となり、12%を
超えると飽和する。したがって、Mo含有量の適正範囲
は8〜12%である。
【0032】Al(アルミニウム):Alは脱酸剤とし
て必要な元素である。合金中に残留する必要は必ずしも
ないが、十分な脱酸効果を得るためには 0.1%程度以上
は含有させることが望ましい。ただし、含有量が 0.4%
を超えると、高温における長時間使用の際あるいは熱間
加工中に脆い金属間化合物が析出する。そのために、合
金の脆化とクリ−プ延性の低下が起こるので、Alの含
有量は0.4 %までとした。
【0033】Nb(ニオブ):Nbは炭化物を形成する
傾向の強い元素であり、合金中のCを固定してCr炭化
物の析出を抑制する働きがある。そのために、合金の粒
界腐食感受性を抑えて耐粒界腐食性を向上させる作用が
ある。他方において、Nbは合金の加工性および高温で
の組織安定性を損なう元素である。
【0034】図1は、後述の表1に示すNo.1〜No.10 の
合金の 20 %冷間圧延材を鋭敏化させた材料のヒューイ
試験の結果をNb含有量によって整理したグラフであ
る。なお、ヒューイ試験の条件は、後述の実施例のIIの
ivのに示すとおりである。図1のデータから、もっと
も厳しく鋭敏化を促進する条件で熱処理された冷間加工
材であっても、Nbの含有量が 0.5%を超えると耐食性
が著しく向上し、625合金に匹敵する高耐食性が得ら
れることがわかる。
【0035】図2は、同じく表1のNo.1〜No.10 の合金
の溶接熱影響部(HAZ)の高温腐食試験 (400 ℃×20
時間) の結果をNb含有量によって整理したグラフであ
る。
【0036】試験条件は、実施例のIIのviに記載すると
おりである。この図から、合金のC含有量のいかんにか
かわらずNb含有量が 0.5%を超えると高温耐食性が著
しく向上することが明らかである。
【0037】以上の試験結果から、本発明合金では、0.
5 %を超えるNbを必須とした。
【0038】一方、Nbが過剰な場合には、熱間加工性
および冷間加工性を損なうとともに、加熱脆化に対する
感受性が高くなる。このNbの悪影響は、次に述べるよ
うにFeによって緩和できる。しかし、Nbの含有量が
1.0%を超えると、その悪影響を除くのに要するFeの
量が増えすぎて、別の弊害が生じる。従って、Nb含有
量は 1.0%までに留める。
【0039】Fe(鉄):Feは、本発明合金の熱間加
工性を向上させ、かつ、Nbを含有するニッケル基合金
においては高温での長時間時効による加熱脆化を防ぐ。
上記のように、本発明の合金は、耐食性を確保するため
に 1.0%までのNbを含む。それによって損なわれる熱
間加工性および耐加熱脆化性をFeの添加量を増やすこ
とによって補う。
【0040】図3は、表1に示すNo.11 からNo.25 まで
(ただし No.21〜23を除く)の合金のグリーブル熱間加
工試験(Gleeble Test) の結果を、NbとFeの含有量
によって整理したグラフである。試験条件の詳細は、実
施例のIIのi に記載した。ここでは、熱間押出しでの製
管性を判断する基準として用いられる絞り値が 60 %以
上のものを熱間加工性に優れる (○) とし、10%に満た
ないものを熱間加工性不良 (●) として示してある。
【0041】図3の破線は、Fe(%)=4×Nb(%)+
12.5 を表す。この線よりも右側、即ち、Fe(%)≧4
×Nb(%)+ 12.5 の領域は、熱間加工性が良好な範囲
である。15%を超えるFeが含有されていれば、本発明
合金のNb含有量の範囲で確実に熱間加工性に優れた合
金が得られる。
【0042】図4は、後述する実施例のIIのiii の試験
による前記 No.11からNo.25 まで (ただし No.14と No.
21〜23を除く)の合金の加熱脆化特性をFeの含有量に
よって整理したグラフである。図示のとおり、Feの含
有量が 15 %を超えると、加熱時効後のシャルピー衝撃
値が著しく大きくなる。即ち、15%を超えるFeによっ
て、加熱脆化が効果的に防止されている。
【0043】上記のように、Feの増量は、加工性の改
善と加熱脆化の防止に顕著な効果を持つが、他方、Fe
の含有率が高くなれば合金のベースをなすNiの含有率
が相対的に低下し、耐食性の確保が困難になるので、F
e含有量の上限は 20 %とする。なお、625合金に比
べてFeの含有量がはるかに多い(換言すれば、Niの
含有量が10%以上も少ない)ことによって、本発明の合
金は625合金よりも安価になるという利点もある。
【0044】P(りん):Pは、原料から不可避的に混
入してくる不純物元素であって、合金の加工性を害す
る。前記のようにNbを低く制限することに加えて、P
含有率を0.01%以下とすることによって、合金の熱間加
工性を飛躍的に向上させることができる。従って、Pの
低い原料を用いたり、溶湯に対して脱燐処理を施すこと
などの対策を講じて、0.01%以下で、できるだけ低く抑
えるのがよい。
【0045】Ca(カルシウム)およびMg(マグネシ
ウム):これらは、必須ではないが、特に優れた熱間加
工性が要求される場合に添加することができる元素であ
る。ただし、これらの元素の含有量がそれぞれ0.01%を
超えると低融点の金属間化合物が析出し、かえって熱間
加工性が悪くなる。
【0046】なお、熱間加工性向上を狙ってCaまたは
Mgを添加する場合には、それぞれ、または両者合わせ
て0.003 %以上の含有量とするのが望ましい。
【0047】REM(希土類元素):Y、La、Ceな
どのREMも必須ではないが、Ca、Mgと同様、合金
の熱間加工性をいっそう向上させる場合に含有させるこ
とができる。また、REMは、合金が高温で使用される
場合、合金表面に生成する保護皮膜 (酸化の進行を抑制
する効果のあるスケール) の密着性を改善し、耐高温酸
化性を向上させる働きも持っている。これらの効果は、
REMの合計含有量が 0.02 %以上の場合に顕著にな
る。前記のCa、Mgと併用すればいっそう有効であ
る。しかし、REMの合計含有量が 0.1%を超えると、
Ni、Cr、Mo等との金属間化合物が生じ、合金の熱
間加工性を悪くする。
【0048】B(ボロン):Bは結晶粒界に偏析し、粒
界すべり等の作用による高温クリープ変形に対して、結
晶粒界を強化する働きがある。この粒界強化効果を得る
ために、Bを添加してもよい。Bを含有させる場合に
は、0.002 〜0.01%程度が好ましい。0.002 %未満では
上記の効果が期待できず、0.01%を超えると、NiB等
の低融点化合物が生成して合金の熱間加工性が悪くなる
からである。
【0049】JIS G 4903および4904の625合金では、
0.40%までのTiが許容されている。Tiはもともと合
金中のNがCr2 Nとして結晶粒界に析出し耐食性に悪
影響を及ぼすことから、NをTiNとして析出させ固定
するため添加されてきた。しかし、Feの含有量を15%
以上にすればCr2 Nの固溶量が増加するので、NをT
iにより固定せずとも耐食性には何ら悪影響のないこと
が確認された。むしろ、先に述べたように、Tiは熱間
押出しで製管した管にできる疵の原因の一つとなる。従
って、Tiを積極的に添加するのは避けるべきであり、
不純物としてその許容上限を 0.1%までに抑えるのが望
ましい。
【0050】本発明のニッケル基合金は、通常工業的に
使用されている設備とプロセスで製造することができ
る。例えば、Ni、Cr、Fe等の溶解原料をアーク式
電気炉または高周波誘導溶解炉等で溶解し、脱酸および
成分調整を行った後、造塊法または連続鋳造法によっ
て、インゴット(鋳塊)、スラブ等に鋳造する。本発明
合金の製造の場合には、溶解、成分調整の工程で、真空
溶解あるいは真空処理を利用するのも有効である。
【0051】インゴットから継目無管を製造する場合に
は、例えば、押出し製管用のビレットに加工し、ユジー
ンセジュルネ法等で製管すればよい。また、板材を製造
する場合には、スラブを熱間圧延して板にすればよい。
【0052】上記の熱間押出し等で製造した管 (素管)
は、引き続き軟化熱処理を施した後、冷間圧延あるいは
冷間抽伸により所定の管寸法に調整される。その後、溶
体化熱処理を施され製品となる。溶体化熱処理は、1000
〜1200℃程度の温度に加熱して急冷する処理である。こ
のようにして製造された管製品に、さらに冷間または熱
間での曲げ加工および溶接を施してパネルに組立て、そ
のパネルがボイラ等の実機に組み込まれる。
【0053】本発明合金は、板、棒、その他(例えば溶
接材料)としても利用できるが、その優れた加工性を利
用して、管として利用するのに好適である。管は、本発
明合金のみからなる単管(単一素材の管)のみならず、
本発明合金を腐食環境に直接さらされる管の内表面側も
しくは外表面側の材料とし、他方の材料は安価な炭素
鋼、低合金鋼またはステンレス鋼とする2層複合継目無
管としてもよい。管の内外両表面とも腐食環境に触れる
管であれば、管内外表面側を本発明合金とし、その中間
を前記のような他の材料とする3層の複合継目無管とし
てもよい。
【0054】上記の複合継目無管は、押出し製管用のビ
レットを2層または3層構造に組み立て、その組み立て
たビレットを押出し製管することによって製造できる。
【0055】
【実施例】
I. 試験材料の準備 表1に示す化学組成の合金を各 50 kg、真空溶解炉で溶
製しインゴットに鋳造した。このインゴットの外表面を
切削して取り除いた後、1200℃に5時間加熱し、1200か
ら1050℃の温度範囲で熱間鍛造を行った。鍛造後のサイ
ズは、厚み20mm、幅 100mmである。グリーブル試験以外
の各試験における試験材料は、この鍛造材を1100℃で2
時間加熱し、軟化焼鈍を行った。さらに、冷間圧延によ
り厚み14mmの冷延板とした。冷間圧延後の溶体化熱処理
条件は1100℃で1時間加熱後水冷とした。グリーブル試
験には、インゴットから採取した試験片を用いた。
【0056】パネルへの施工を模擬するため、一部の溶
体化熱処理後の板材を更に冷間圧延により11.2mm厚まで
圧下(板厚減少率 20 %) し、得られた板から試験片を
採取した。
【0057】
【表1】
【0058】II. 試験の種類と試験条件 i.熱間加工性:鋳造後のインゴットから径10mm、長さ13
0 mmの丸 棒を切り出し、1250℃に加熱した後、1225℃
でのグリ−ブル試験を行って破断絞り値で熱間加工性を
評価した。
【0059】ii.冷間加工性:JIS Z 2241 に規定されて
いる常温引張試験における絞りで評価した。引張り試験
片としてはJIS Z 2201に規定されている4号試験片に準
じた試験片(ただし径6mm)を用いた。
【0060】iii. 時効による合金の脆化度:試験片を
650℃で 3000 時間加熱した後、0℃でシャルピー衝撃
試験を行いシャルピー衝撃値によって評価した。用いた
試験片は JIS Z 2202 に規定されている4号試験片であ
る。
【0061】iv.湿食に対する抵抗性:下記の〜の
4種の試験によって評価した。供試材はNo.9、10および
15〜23の本発明合金および No.Aの比較合金(625合
金)、 No.Bの比較合金 (WO95/31579号によ
って開示された合金) である。試験片としては、供試材
の板厚中央部から切り出した幅10mm、長さ40mm(応力腐
食割れ感受性試験の場合は、長さ75mm) 、厚さ3mmの短
冊状腐食試験片を用いた。
【0062】硝酸溶液中における耐粒界腐食性:JIS
G 0573に定められているヒュ−イ試験(65%硝酸腐食試
験)によって評価した。試験材としては、板厚減少率20
%の冷間加工を施した供試材をもっとも厳しく鋭敏化を
受けるとされている 750℃で1時間の加熱の後、空冷し
た鋭敏化処理材(管の曲げ加工部を想定)を用いた。
【0063】濃厚塩化物溶液中における耐応力腐食割
れ性:JIS G 0576に定められている沸騰42%MgCl2
水溶液中のU字曲げ試験によって評価した。試験では、
上記の溶体化材の板状試験片をU字曲げした後、沸騰42
%塩化マグネシウム溶液中に 100時間浸漬し、応力腐食
割れ(SCC)の発生の有無を調査した。
【0064】酸・アルカリ溶液中での耐食性:試験片
を腐食溶液に浸漬し、板厚の減少量から腐食速度を求め
る方法によって評価した。腐食溶液は、50%NaOH溶
液(沸騰)、50%硫酸溶液(80℃)および5%HCl
(50℃)の3種類である。
【0065】v. 大気中での耐高温酸化性:1000 ℃で10
00時間加熱した後の試験片の酸化増量によって評価し
た。
【0066】vi.耐高温腐食性:溶接熱影響部について
の耐高温腐食性を調べるために下記との試験を行っ
た。溶接は次の条件で実施した。
【0067】14mm 厚の溶体化熱処理を施した板に開先
をつけた後、溶接材料としてAWSの ER NiCrMo-3を用
いて行った。溶接法はGTAWで、初層を溶接入熱9.4K
J/cm で、第2〜第7層までを溶接入熱 14.4KJ/cmとし
て溶接した。腐食試験片は溶接熱影響部より採取した。
【0068】 都市ごみや産業廃棄物等を焼却する炉
に付随する廃熱回収ボイラ、製紙工場で使用されている
ソ−ダ回収ボイラなどの過熱器、あるいは火炉壁蒸発管
や節炭器(エコノマイザ−)、ガス−ガス熱交換器など
の環境に相当する高温腐食環境における耐高温腐食性を
評価した。
【0069】この試験では、幅15mm、長さ15mm、厚さ3
mmの溶接熱影響部を中心として切り出した板状試験片を
用いて、その試験片の表裏全表面に、実炉のボイラチュ
−ブ表面に付着する腐食性付着灰を模擬した合成灰を試
験片単位表面積当たり 30mg/cm2 塗布した。この合成灰
はNa2 SO4 、K2 SO4 、NaCl、KCl、Fe
Cl2 、Fe2 3 およびPbCl2 を混合した灰で、
重量%にして、Pb: 20.28%(PbO換算) 、Cl:
18.5%、SO3 :19.58 %を含む。
【0070】 焼却炉の排ガスを模擬した組成の腐食
性ガス(1500ppm HCl−100 ppmSO2 −7.5 %O2
−7.5 %CO2 −20%H2 O−bal.N2 )を通気した試
験炉中で、400 ℃で 20 時間試験片を加熱し、試験片の
腐食減量および最大粒界浸食深さ (光学顕微鏡で測定)
を調べた。
【0071】III.試験結果 i.熱間加工性:グリーブル試験の結果を表2に示す。
この結果を合金のFeとNb量とで整理した結果が図3
である。本発明合金(No.15〜20) では、すべて 80 %以
上という高い絞り値が得られており、熱間押出しが問題
なく行えることが確認された。一方、Fe量の少ない合
金(No.11〜14、および24、25) では破断絞りが 10 %に
満たず、熱間加工性はきわめて悪い。すなわちNb含有
合金の場合、合金の熱間加工性の改善のためにFeを15
%以上含有させることが必要であることが確認された。
既存の625合金 (比較例合金A) も破断絞りは0パー
セントで、熱間加工性に劣るものであった。
【0072】図3を見れば、ステンレス鋼管の熱間押出
し温度として多用される1225℃における絞り値はFe
(%)≧4×Nb(%)+12.5の範囲にある合金におい
て 80%以上が確保されることがわかる。
【0073】
【表2】
【0074】ii. 冷間加工性:常温における引張試験で
の絞り値で評価した冷間加工性を表3に示す。同表から
明らかなように、絞り値は本発明合金で 80 %台を確保
できており、常温における冷間加工性においても既存の
625合金 (比較例合金A) に比し、優位にあることが
わかる。
【0075】
【表3】
【0076】iii. 時効による合金の脆化度:時効処理後
の試験材のシャルピー衝撃値を表4に示す。この結果の
中、Nb含有量が 0.5〜1.0 %の範囲にある合金の衝撃値
を合金のFe量で整理し、図4に示す。
【0077】表4および図4の試験結果から、Nbを
0.5〜1.0 %含有する高Mo合金においては、合金の加
熱脆化に対する抵抗性は合金のFe量に大きく依存する
こと、およびFeを15%以上含有させることによって合
金の加熱脆化に対する抵抗性を著しく改善できることが
確認された。既存の625合金(比較例合金A)では、
650℃×3000時間の時効によりシャルピー衝撃値が5J/c
m2 となって、著しく脆化していることがわかる。
【0078】
【表4】
【0079】iv.浸食に対する抵抗性: 硝酸溶液中における粒界腐食試験 (鋭敏化特性) お
よび応力腐食割れ試験の結果を表5に示す。そのうち粒
界腐食試験の結果を合金のNb量で整理し、図1に示
す。
【0080】これらのデータから、冷間加工を受けた合
金の鋭敏化特性にはNb含有量が大きく影響しており、
鋭敏化を避けるためには 0.5%を超えるNbが必要であ
ることがわかる。
【0081】 濃厚塩化物溶液中での耐応力腐食割れ
性は、Feの含有量が 20 %になっても、即ち、Ni含
有量が減少しても、ほとんど影響を受けず、きわめて良
好であることが判明した。
【0082】
【表5】
【0083】酸、アルカリ溶液中での耐食性の試験結果
を表6に示す。本発明合金の耐酸、耐アルカリ性は、既
存の625合金と実質的に変わらないことがわかる。
【0084】v. 大気中での耐高温酸化性 表6に試験結果を併記した。耐高温酸化性も625合金
と同レベルである。
【0085】
【表6】
【0086】vi. 溶接熱影響部の耐高温腐食性 表7に試験結果を示す。この結果の一部を合金のNb量
で整理して示したのが図2である。表7から明らかなよ
うに、Nb含有量の少ない、またはNbが添加されてい
ない合金(合金B、No.1〜3, 6〜8)では、この試験条件
のような過酷な腐食環境では鋭敏化により粒界浸食が顕
著に生じる。Nbの含有量が 0.5%を超えている本発明
合金では、既存の625合金なみの優れた耐高温腐食性
を有することが確認された。
【0087】
【表7】
【0088】
【発明の効果】実施例にも示したとおり、本発明合金は
Mo含有量の高いニッケル基合金としては、極めて優れ
た熱間加工性を有するため、熱間押出し法により容易に
継目無管とすることができる。また冷間加工性にも優れ
るため、冷間抽伸や冷間圧延も比較的容易である。
【0089】本合金を素材として製造された合金管(単
管)について、高温強度ならびにクリープ破断強度を調
査したところ、これらの特性も良好であった。例えば 5
50℃における高温強度は、約 600MPaで、625合金
よりは低めであるが、SUS304TBの 470MPaよ
りも高い。またクリープ破断強度も 600℃ではSUS3
16HTBなみの性能を有しており、高温でボイラチュ
ーブとして十分使用できることが確認された。
【0090】本発明合金は、種々の過酷な腐食環境にお
いて既存の625合金に匹敵する優れた耐食性を示す。
しかも、上記のように熱間加工性および冷間加工性にも
優れるので、製管時に表面疵が発生しにくい。従って、
製品の疵トリミングの工程の削減および製品歩留まりの
向上による製造コストの低減ができる。さらに本発明合
金は、625合金に比較して高価なNiの含有量が10%
程度も少ないので、経済性は一層優れる。
【0091】本発明合金を用いれば、単一素材の継目無
管は勿論、従来の625合金では製造困難であった二重
管、三重管などの複合継目無管も容易に製造できる。本
発明合金で製造したこれらの継目無鋼管は、高温におけ
る組織安定性に優れるため、高温で長時間使用しても従
来の625合金で問題となっていた加熱脆化が起こりに
くい。従って、過酷な腐食環境で、かつ高温で長時間稼
働しなければならない設備の配管や熱交換管として、ま
たこれらの装置の構造用材料などとして用いるのに極め
て好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で試験した合金の 20 %冷間圧延材に関
するヒューイ試験の結果をNb含有量によって整理した
グラフである。
【図2】実施例で試験した合金の溶接熱影響部(HA
Z)の高温腐食試験 (400 ℃×20時間) の結果をNb含
有量によって整理したグラフである。
【図3】実施例で試験した合金のグリーブル熱間加工試
験の結果をNbとFeの含有量によって整理したグラフ
である。
【図4】実施例で試験した合金の加熱脆化特性をFeの
含有量によって整理したグラフである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、C:0.05%まで、Si:0.5 %
    まで、Mn:0.5 %まで、P:0.01%まで、Cr:20%
    から25%まで、Mo:8%から12%まで、Nb:0.5 %
    を超えて1.0 %まで、Fe:15%を超えて20%まで、A
    l:0.4 %まで、希土類元素の合計で 0.1%まで、C
    a:0.01%まで、Mg:0.01%まで、B:0.01%まで、
    残部がNiおよび不可避の不純物からなり、下記 (a)式
    を満たす化学組成を持つことを特徴とする耐食性と加工
    性に優れたニッケル基合金。 Fe(%)≧4×Nb(%)+ 12.5 ・・・・・ (a)
  2. 【請求項2】請求項1に記載のニッケル基合金からなる
    継目無管
  3. 【請求項3】管外表面側もしくは管内表面側または管内
    外表面側が、請求項1に記載のニッケル基合金からなる
    複合継目無管。
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