JPS58197248A - 耐熱性合金 - Google Patents

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】 本発明は耐熱性合金に関し、実質的には、ニッケルおよ
びクロムをベースとし、鉄をベースとすることも可能な
耐熱性合金に関するものであって、非常に高い温度に達
するまで高度な耐酸化性、耐浸炭性および／または耐ク
リープ性を呈する合金に関するものである。

本発明はさらに、前記耐熱性合金からつくられる任意の
物品、部品あるいは部材に関するものである。

本発明による耐熱性合金は、たとえばある種の石油化学
工場において使用″される・ぐイブのような、酸化性お
よび／または炭化性の環境中において高温処理が行なわ
れる工程に使用される各種プラントに用いるための構成
部材の製造用に特に適するものである。

そのようなプラントに使用される通常遠心分離様向にす
なわちロール状に巻いた形につくられているパイプの寿
命は、使用されている合金の酸化耐性または浸炭耐性に
直接的に関係するものである。

これまでに最も最近まで使用されてきたその種の合金は
、２０％のニッケル、２５チのクロム。

１チのマンガンおよび１チのシリコンを含み、炭素０．
４チで残部は鉄または通常の不純物である。

しかしながら、この種の合金は、温度が１ｏｏｏｃを超
えるような場合は、その浸炭に対する抵抗性が明らか忙
不満足なものとなる。

タングステンおよび／またはニオブのような元素の添加
を行なう場合と同様に、シリコンおよびニッケルの含有
量を増加させ□ると、耐酸化性および／または耐浸炭性
に好ましい効果があることが見い出されている。

しかしながら、上記の方法が適用できる公知の合金は、
浸炭に対する抵抗性が不十分であるため、１０００Ｃ以
上に高温に非常に長時間さらされて使用することは困難
である。

本発明は上述の欠点を補うために、下記のごとき合金を
提供せんとするものである。すなわち二本発明の合金は
、いがなる温度においても、浸炭に対して改善された抵
抗性を有しており、それゆえにまた、改善された寿命を
有している二また本発明の合金は、１０００ｔ：’以上
の温度において、明らかに改善された寿命を有するもの
であり、１１００Ｃまたはそれ以上の温度で使用する場
合も同様のことが言える。

本発明の合金は、先に述べたごときタイプのものであっ
て、ニッケル、クロム、炭素、マンガン。

シリコン、並びにニオブ、窒素を含み、鉄およびタング
ステンを含むこともできる。

非常な高温において高い耐酸化性および高い耐浸炭性お
よびクリープ抵抗を有する本発明の耐熱性合金は、下記
の組成（重量％）を有することによって特徴づけられる
： Ｎｉ・・・　２４−５３ Ｏｒ−２０−４４ Ｃ・・・０．０１−０．６ Ｍｎ　・０．１−１．５ Ｓｉ・・・　１．３−３ Ｎｂ・・・　０．５−３ Ｎ　・・・０．０５−０．２ （Ｗ＋ＭＯ）　−＝　　０．２２− ５Ｆ・・・　　０−４７ Ｎｉｌｏｒ重量比は１．２０〜１．４０の間にある。

各合金元素の含有量を上記のごとくする理由は次の通り
である。

炭素二　下限を０．０１％とする理由は、確かなオース
テナイト構造を得て炭化物の形成を可能ならしめるため
に必要だからである。上限を０．６０％とする理由は、
その値を超えると炭化物が多量に形成されすぎて、合金
に必要とされる延性が確保できないからである。

マンガン二　下限を０．１チとする理由は、不可避的に
存在する不純物中に常に存在する硫黄による脆化を限定
または回避するために必要だからである。マンガンの存
在はオーステナイトを安定化するために必要であるが、
上限を１．５％とする理由は、その値を超えると合金の
クリープ抵抗が極めて急速に低下するからである。

珪素：　下限を１．６チとする理由は、良好な酸化抵抗
および浸炭抵抗を得るために必要だからである。上限を
６チとする理由は、この値を超えると合金が溶接性を失
なうからである。

クロム二　下限を２０係とする理由は、良好な高温酸化
抵抗を得るために必要だからである。

上限を４４％とする理由は合金の延性および溶接性を保
持し、フェライト相を限定するために必要だからである
。

ニッケル二　下限を２４％とする理由は、クロムが下限
の値をとるときにもＮｉ１Ｏｒ比が１．２ないし１．４
０の範囲内にあるという条件を満たし、所望のオーステ
ナイト相が確保されるために必要だからである。上記Ｎ
ｉ１Ｃｒ比は別記のごとく本発明の合金により、最良の
利益を得るために必要な条件であることが予期せずして
発見された。上限を５６チとする理由は、他の合金成分
の存在を可能ならしめるために必要だからである。

ニオプニ　下限を０，５％とする理由は、有効な安定化
並びに良好なりリープ挙動を得るために必要だからであ
る。上限を３チとする理由は、この値を超えると、合金
が十分な高温酸化抵抗を有し得ないからである。

窒素−下限を０．０５％とする理由は、この値より低い
とオーステナイトの安定化が達成されないからである。

上限を０．２％とする理由は、この値を超えると、ガス
の急激な噴出による吹きぬけ孔のできる恐れがあり、か
つ窒化物が形成されて溶接が困難となるからである。

モリブデン：　下限を０．２％とする理由は、炭化物の
安定化と良好な腐食抵抗を確実化するために必要だから
である。上限を５チとする理由は、この値を超えるとモ
リブデンの効果によって金属間化合物相が形成され、こ
のため合金が脆化するからである。

タングステン二　下限を０．２チとする理由は、炭化物
の安定性を高め、マトリックスを硬化させるために必要
だからである。上限を５俤とする理由は、この値を超え
ると金属間化合物相が形成され、かつクリープ抵抗が著
しく低下するからである。

少なくとも４０ｑ６のＮＬ　を含む本発明の合金は、Ｎ
ｉの含有率が高いということが既に浸炭抵抗を高めるの
で銅の存在は必要ではない。しかしながら、銅の存在は
、さらに一層浸炭抵抗を高める。

１ 前述の組成を有する合金は１１００Ｃ以上の温度におい
て、顕著に改善された浸炭抵抗を示し、それゆえその寿
命がかなり長くなる：実に、浸炭に対する抵抗（後に定
義する指数で示した場合）が２５％程度改善されると、
本発明の合金でつくられた物品１部品または部材は、１
１００Ｃはどの高温工程で使用された場合の寿命が２倍
または３倍にさえなるのである。

さらに詳細に説明すると、上述のニッケル／クロムの比
を慎重に選定することが、公知の合金に比べて本発明の
合金が、耐浸炭性において顕著な改善を示すに到る主要
な因子であると思われる。

本発明の合金中における前述の元素の量は、好ましくは
、個別にまたは同時に、下記の範囲内にある： Ｃ・・・　０．４−０．６ （Ｗ十ＭＯ）・・・　　　１−５ Ｎｂ・・・　　１−２ 一方において、クロム以外の、たとえばタングステン、
ニオブ、モリブデンその他の浸炭誘起性または炭素富化
性元素の総量は１０重量係を超えないことが好ましい。

さらに、本発明の好ましい形態の具体例によれば、合金
のニッケル含有量は４０チ以上、好ましくは４５％に等
しいかそれ以上である。

本発明の単なる例示としての実施例によって示される各
種の合金の好ましい性質を示す添付図に言及してなされ
る下記の説明によって、本発明はさらによく理解され、
他の目的、特徴、詳細および利点がさらに明瞭となるで
あろう。

第１図および第２図は、各種の合金に関するグラフ的表
示であり、Ｒの関数としての指数Ａの変化を示すもので
ある。ここに、指数Ａは浸炭について考慮した場合の合
金の反応適性を表わし、ＲはＮｉ１Ｃｒ　比であり、２
つの異なるスケールで表示されている：これらの合金の
中で、合金Ｉ０　　だけが本発明に基ずく合金である。

第２図におけるグラフは第１図よりも小さいスケールで
表わされているが、本発明の合金を表わす点を第１図よ
りも多く含んでいる（１１〜Ｉ４）。

第３図は本発明の合金１２＋Ｉ３およびＩ４　を含む各
種の合金に関するグラフ的表示であり、合金の表面から
の深さＡ（＋ｍ）の関数として、炭素富化ρ度合ΔＣ％
の変化を示している。

まず第１に、第１図は、クロム含有量を実質的に一定の
範囲すなわち２５〜２７重量％に保ってニッケル含有量
を変化させたときの、各種合金の浸炭抵抗の変化を各被
験体について示したものである。

試験した合金は下記第１表に示すごとき合金１〜４であ
る。

第１表 ※指数Ａ；内径１００ｍｍ、長さ０．７９６７７１の管
ニオける１１００Ｃで１００時間浸炭化処理後の深さ０
．５〜１顛の部分における炭素富化率（指数Ａは通常２
ｏｑｂＮｉ。

２５％Ｑｒの合金１に対し、その値を１００と定める）
Ｒ＋二　崖／Ｇ　ｒ重量比 これらの合金を表わすいくつかの点を連ねて描かれた曲
線（Ｎ）は、浸炭抵抗が最適となるニッケルとクロムの
濃度範囲が存在することを示している。

さらに詳しく言うと、前記の比が１．２０と１．４０と
の間にくるとき、顕著な予想外の浸炭抵抗の改善が認め
られることを示している。上記の範囲の下でも上でも、
浸炭抵抗は比較的急速に減少する。

このように、本発明のすべての合金について、有利な比
Ｈの値は１．２０〜１．４０の間となる。

一方、ニオブとタングステンとの添加またはニオブとモ
リブデンとの添加もまた、この種の合金の浸炭抵抗およ
びクリープ抵抗を実質的に改善する。

この改善が認められる事実は、第１図および第２図中に
示された曲線（Ｐ）から明らかである。

この曲線上の点を表わす合金Ｉ０および合金５の組成を
、合金１および合金４の組成と共に下記第２表に示す。

第２表 ここに、ＲおよびＡの意味は前述の通りである。

曲線Ｒ）と曲線（Ｐ）との比較および、たとえば、これ
らの曲線上にあって合金４および５をそれぞれ表わして
いる点の比較から、等しいニッケルおよびクロム含量で
あって、さらにニオブ並びにタングステンおよび／また
はモリブデンをも含む合金について比較すると、浸炭指
数Ａの減少が認められることが明らかである。

この２種の元素をさらに加えることにより実質的に浸炭
抵抗が改善されることは確かであるが、ニッケル／クロ
ムの比をある好ましい範囲の値にとることが主黴な因子
である。

したがって、合金Ｉ□　は本発明を例示する合金の第一
の例である。

さらに、ニオブ並びにタングステンおよび／またはモリ
ブデンの存在下に、Ｎｉ／Ｃｒ　の比を同じ程度に保ち
ながらニッケルとクロムとの含有量を同時に増した場合
に得られる改善について、第２図を参照しながら下記の
表に示される研究によって説明する。

第６表 ここに、ＲおよびＡの意味は前記と同様である。

合金Ｉ□と合金１２との比較から、同程度の好ましいＲ
の値を有する場合について、高濃度のニッケルと高濃度
のクロムとを含む本発明の合金が、炭化抵抗の実質的改
善をもたらしていることが注目される。これは、本発明
の好ましい合金の一例である。

一方において、合金５および合金Ｉ２（本発明の合金）
の比較により、本発明の適切なＮｉ／Ｇγ比を採用する
ことによって６８係程度の浸炭抵抗の改善がもたらされ
ることがわかる。

第４表 Ｂ”＝１１００ｔ：’で１００時間（テストＡの場合と
同一条件）の浸炭を行なった後、内径１００龍、長さ０
．７９６ｍ　の管により吸収された炭素の重量を示すも
ので、浸炭抵抗の代表的指数である。

ＲおよびＡのもつ意味は前記同様である。

第６図においては、合金１２　が、照準用合金１とさら
に十分に比較されている。

合金ＩＫついて、炭素百分率の富化度ΔＣ％を合金表面
への距離りの関数として示す曲線を考慮すると、この炭
素百分率は、浸炭試験において、５１１ｍ程度の深さま
で増加することがわかる。

これに対し、本発明の合金では、浸炭は２．５龍を超え
る深さのところでは認められない（合金１２）。　これ
は、公知の合金に比較して、本発明の合金が、かなり秀
れていることを示している。

各曲線について、浸炭後の０．５〜１罰の深さの炭素百
分率に相描する最大点のたて座標は、容易に指数への値
を与えることが注目される：照準用合金１についてのそ
のような炭素百分率は１００として与えられてきた。

一方、簡単な計算は、指数Ｂが、各曲線の下部の面積を
積分により求めた値に比例することを示す。

本発明の合金のさらに別の例として、下記のごとき特定
の組成を有する合金を挙げることができる： マンガン　・・・・−・　約０．８％ 炭素　　　・・・・・・　約０．４％ シリコン　・・・・・・　約１．５％ ニオブ　　・・・・−・　約１．２チ タンゲステン・・・・・・　約１．６％窒素　　　・・
・・・・　約０．１％ ニッケルおよびクロムの各含有率は上述の一般的範囲内
にあり、Ｎｉ１０ｒ　の比は約１．６である。

さらに１本発明者は、本発明の合金が、実用上の理由に
より、そのニッケル含有量に基いて、下記の２つのクラ
スに分類できると考える。

ニッケル含有量： ４０〜４５チ（重量） ４５〜５６チ（重量） もちろん本発明は、上記に記述され例示された具体例に
限定されるべきものではない。具体例は単に例示的なも
のである。ここに記述された方法およびその組合せ、ま
たはそれらと均等と考えられる技術手段およびその組合
せなどは、特許請求の範囲に明記される発明の精神と範
囲を出ない限りにおいて、すべて本発明の技術範囲に属
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は、種々の合金についての、Ｒ＝Ｎｉ
ｌＯｒ　比と浸炭に関する指数Ａとの関係を示すもので
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　　下記の組成（重量％）； Ｎｉ−４０−５３ Ｏｒ−−−２０４４ Ｃ・・・０．０１−０．６ Ｍｎ−０，１’　　１．５ Ｓｉ・・・　１．３−３ Ｎｂ・−・　０．５−３ Ｎ　・・・０．０５−０．２ Ｆｔ・・・　４７以下 を有し、Ｎ１ＺＣｒ比が１．２０〜１．４０の範囲内に
   あり、かつ追加の成分として、ｌＪｏ単独、またはＷ単
   独、またはＭＯとＷとの組合せを有し、ＭＯだけ、また
   はＷだけ、またはＷ＋ＭＯの全量は０．２〜５重量％の
   範囲内にあり、上記全成分の合計は１００重量％に等し
   いという諸条件を満たすニッケル、クロム、炭素、マン
   ガン、珪素、ニオブ、窒素および鉄からなるタイプの合
   金であって、非常に高い温度において、酸化、浸炭およ
   びクリープに対して高い抵抗を有することを特徴とする
   耐熱性合金。 （２）　　前記炭素含有率が０．４乃至０．６重量％の
   範囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の耐熱性合金。