JPS5873739A - ニツケル基オ−ステナイト合金 - 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】 たクリープ強度、良好な高温延性及び良好な顕微鏡組織
安定性を有するアルミナ−形成、ニツｔル基健ーステナ
イト合金に関する。

種々の工業的処理、特に化学処理はより一層高い温度、
並びに合金に有害な環境に耐えることのできる合金に対
し飽くことを゛知らない要求を創造している。このよう
な有害な環境の一つは多くの工業的処理におけるプラン
トの性能及び効率にその効果が重大に影響を与えること
が知られている浸炭環境である．これらの効果は熱処理
設備、エチレン熱分解チューピイング、゛二酸化炭素及
びヘリウム冷却原子炉、石炭処理プラント及び炭化水素
リホーマ−において証明さ．、ひる。

耐熱性及び耐浸炭性の両者を発揮する種々の合一、′ 金銅が有機化合物の熱分解、例えば炭化水素のステイー
ムクラッキング用の熱分解炉に用いられるために発展し
た．一般に、熱分解炉は一連の耐熱合金鋼のチューｆ（
ｔｕｂｅ）　　を包含し、そこで反応が起る．こ＼で使
用する６チユーブとは取付は金具、パイ“′プ及び浸炭
材料を含有するように使用される他の部品を包含するも
のと留意すべきである。

種々の鎗のニッケル、クロム及びけい素をタングステン
及び（又は）ニオビウムの如き元素をその上に添加ｔ“
て含有する合金鋼が高温用途に屡々用いられ名ことはよ
く知られている．然しなから、高温度で用途を拡げた後
、これらの公知の合金の多くは、全部ではないとしても
、上述の目的のすべてを達成しない。

特に熱分解チューブにおける、欠陥の主な原因は熱応力
と浸炭との結合効果によってもたらされるクリープ破壊
である．追加カー・ぐイドの形成を主として粒界に形成
せしめ、かつ付随するマ）　ＩＪラックス脱クロムを生
ずる合金鋼への炭素の浸透、１１゛、１′１ｆ である斯るチューブの浸炭はクリープ強度の損失及び粒
界の脆化の両者をもたらす。鋼が一旦脆くなると、熱°
応力のために高温度におけるクリープ破壊、低温度にお
ける脆性破壊、又はその両者により欠陥を一層受は易く
なる。

高温度の炭化水素環境の厳しさに耐えることのできる合
金鋼の発展には進歩がなされたけれども、なお公知のも
のに比しすぐれた高温特性を有する合金鋼のよセ一層の
発展の必要性が存在する。

本発明にｉれば、改良せる耐酸化性及び耐浸炭性、改良
せるクリープ破壊性、良好な高温延性、並びに良好な顕
微鏡組織安定性を有するアルミナー形成ニッケル基オー
ステナイト合金が提供される。これらの合金は次の組成
（重量％）を特徴とするものである： Ｃｒ　　　　　　２０−２！； Ｆｓ　　　　　　　／　０〜／Ｓ Ｍ　　　　　　　３〜乙 Ｈｌ　　　　　　　　／〜コ Ｗ　　　　　　ｉ　５　−　３．コＳ Ｎｂ　　　　　　　／〜コ Ｙ　　　　　　Ｏ．　０　／〜／ Ｃ　　　　　　　Ｏ．　２〜θ３ Ｎｉ　　　　　　　　　　　　残　　部　′本発明によ
る合金は特に酸化性及び浸炭性雰囲気が存在し、かつ約
ｑＯＯ〜ｉｉｏｏｃの範囲の温度で作業する改質及びス
テイームクラツキング炉の内外で使用される金属部品を
構成するのに適応している。

本発明の合金は同時に次の性質を有する：　　゛（ａ）
すぐれた耐酸化性及び耐浸炭性：（ｂ）良好なりリープ
強度： （Ｃ）良好な高温延性；及び （ｄ）良好なｉ微鏡組織安定性 本発明の合金の組成（合金全重量に基〈重量％）は次の
通りである： デ Ｃｒ　　　　　２０〜コＳ　　好ましくは　　２ｑ〜２
５Ｆａ　　　　　／　Ｏ　Ｎ／　５　　　　　　　　　
／　２〜／ｌＩＭ　　　　　３〜６　　　　ｌ　　　　
グ〜５Ｈｆ　　　　　／〜コ　　　　＃ｉ！；ＮコＷ　
　　　　ｉ！；−、３．２３　　　　ＩＩ　　　　コ．
７５〜３、、２５Ｎｂ　　　　　／〜２　　　　　　　
　ｌコ．ｔＮｉ７！；Ｙ　　　θ０／〜Ｉ　　　　　　
　　　Ｏ５〜／Ｃ　　　　　Ｏ．　２〜θ３　　　　　
　　　　　θ３残部は通常の最少不純物を有するニッケ
ルである。

本発明合金の組成においてニ クロム（Ｃｒ）　　及びアルミニウム（Ｍ）は合金の高
温酸化及浸炭抵抗性に対して共同で責任を負っている。

約３〜Ａｗｔ弧、好ましくけ約４ｔ−ｔｗｔｊの範囲の
Ｍは、もしクロム水準が２０　ｗｔ％を“≧過している
ならば、合金表面に保護性のＮ２０５゛スケール（ｓｃ
ａｌｅ）の成長を導く、クロムの低レベルでは、アルミ
ニウムは内部的に酸化する傾向を有して保護性の〃２０
３スケールは合金表面に成長しない、２！；ｗｔ％を超
過するクロムレベルは顕微鏡組織を不安定に導、〈α−
り一ロム゛及びＥ相の析出を導（、４１２０５スケール
は約１０！；ＯＣ以上の温度においてＣｒ２Ｏ３スケー
ル（Ｍのない合金において生成する）より安定であるこ
とか−、見されている。

クロムは又固溶体に存在しか・つクロムカー・ぐイド粒
子を形成するために強度を付与する。

炭素（Ｃ）はマ）　ＩＪラックス微細に分散した合金カ
ー・ぐイド及び粒界における不連続のきのこ状のカーバ
イドの形成によるカーバイド形成元素の存在で高温度に
おいて強度を付与する。後者は粒界すべり（ｓｌｉｄｉ
ｎｇ）を抑制し、それによって６２〜０３％の炭素レベ
ルでマ）　ＩＪラックス形を抑制スる。炭素の高レベル
は粒界にカー・ぐイドの連続層の形成を促進し、それは
亀裂拡大に対する活性路として役立ち゛、そのために乏
しい延性を与える。

、ハ７二６ム（Ｈｆ）の添加は非常に安定なハフニウム
カーバイド（ＨｆＣ）の形成の結果を生ずる。これは凝
固中クロムカーバイドに先立って形成し、粒界に不連続
粒子として析出する。この工程は炭素を溶液より除去し
、クロムカーバイドの析出を抑え、それによってハフニ
ウムのない場合に形成される連続カーバイド境界フィル
ムに先立ってハフニウムカーバイドの不連続粒子の形成
を促進する・　　　　　　　１゜ イツトリウム（Ｙ）１約／　ｗｔ％以下のレベルでＭ２
Ｏ３スケールの付着を有意義に改良することを示し；そ
れ故に約θＯ／〜／　ｗｔ％、好ましくは約θＳ〜／　
ｗｔ％が本合金の使用に当っては採用される。

タングステン（Ｗ）は高温度で固溶体強化に貢献し、ｉ
　！；　Ｎ３．２　ｋ　ｗｔ％、好ましくは２．７　！
；　〜３．２！；ｗｔ％　が本発明合金に使用される。

ニオビウム（Ｎｂ）　　は本発明合金に存在するとき、
合金組織における転位に微細なニオビウム−カー・ぐイ
ド析出物を形成し、合金の強度に貢献する。

約／〜Ｊｗｔ％のニオビウムレベルはこ＼におケル使用
に適し、好ましいのは／、２！；−１７３ｗｔ％のニオ
ビウム含有量である。

ニッケルはできるだけ低い濃度で残留不純物を有する合
金の残部を構成するものである。

次の実施例は本発明をさら“に充分に説明するだめのも
ので、これらの実施例は決して本発明の真の範囲を制限
しようとするものではなく、寧ろ説明する目的で示した
ものである。

比較例Ａ θｊ、、ｔｗｔ％のＣｓ　２．　Ｊ　／　ｗｔ％の＆、
／２．ｗｔ％のＭｎ　％２９７３　ｗｔ％のＯｒ、２ｇ
、７０ｗｔ％の唱、残部りより成る鋳造管より２ｃＩＩ
Ｌ×７ｃＩｒＬ、ＸｓＢの寸法を有する試験片を採取し
た。試験片は固体浸炭され、即ち空気に通路を有してい
る炭素床に／１０ＯＣで７５時間収容して固体浸炭が行
なわれた。試験片はそれからニッケルメッキされ、横断
、研磨後走査電子顕微鏡で測実された。浸炭が試験片全
般に起っていることがｉ察され、た。

実施例／ 上記比較例と同じ寸法を有する試験片を２３．　ｇｗｔ
％のＣｒ、／２．２ｗｔ％のｈ’、　’１．　ｇ　ｗｔ
％の〃、１２３ｗｔ％のＨｆ’、２．ｇ！；ｗｔ％のＷ
−１６３ｗｔ％のＮｂ。

θりｇ　ｗｔ％のＹ、０．２ｗｔ％のＷ及び残部Ｎｉ　
　より成る鋳造管より採取した。試験片Ｆｉ／１０ＯＣ
で７２時間固体浸炭された。試験片はそれから上記比較
例におけると同様に調製、分析され、保護性Ｍ２Ｏ６ス
ケールが形成され、それが試験片を浸炭に耐え得ること
が発見された。

実施例コ 上記実施例／の合金の試験片を空気中でｉｉｏ。

Ｃにおいて１００時間酸化した。試験片はそれから分析
され、Ｍ２Ｏ３の保瞳層が表面に形成され、かつ若モの
内部のＡ／２０３脈理も又存在することが発見された。

特許請求の範囲に記載するようなＣｒ及び〃レベルでは
、本発明の合金はさらに酸化に耐える〃２０６　スケー
ルを形成するように選択的に酸化され御所くして本発明
合金の耐酸化性を証明。

している。

実施例３ ７つの試料はｌ１０ＯＵで１０００時間空気にさらし、
もう一つの試料は／／７！；Ｃで１００時間空気゛にさ
らした後合金の試料を調査することによって上記実施例
／の合金の顕微鏡組織安定性を測定した。両方の試料は
組織的に安定であることが発見され、即ち結晶組織及び
析出物は実験を通じて変化しないで残った。□ 比較例日、Ｃ及び実施例ダ 下記第１表に示しだ３つの合金試料を調製し、１０ＯＯ
，ｃ、３．０００　ｐｓ　；”””□？　０００＋１！
！−１”ｔ’。

間クリープ強度及び延性について試験した。結果を記録
し、歪（インチ／インチ）対時間を示す第１図で説明す
る１本発明の合金は高温２１度で普通便用される合金の
代表である他のΩつの合金に比しすぐれていることをこ
の第７図によって証明される。

第１表 比較例日、　　比較例Ｃ１実施例グ Ｃθ／／　　　　θグ３　　　　θコ Ｓｉ　　　　　’θｇｇ　　　　　ｌ／’ｌ　　　　　
−Ｃｒ　　　　　　、２　Ｑ　５　　　　．２４θ　　
　、！３ｇＮ１　　　　３ｇ、７　　　　　Ｉｌｌざ　
　　　残ｈ　　　　　３３　　　　３θ７　　　　／２
．２Ｍｎ　　　　　１０！；　　　　　ｌ’ｌ！；　　
　　　−Ｍｏ　　　　　　−１’１７　　　　−Ｎｂ　
　　　　ｉ　４１９　　　　　　　　　　　ｌ乙ざＷ　
　　　　　　　　　　　− 一　　　　　　コ１ｇ５ Ｙ−−ｏ、　ｑ　ｇ Ｈず　　　　　　　　　　１、−　　　　　　　　　　
　　−　　　　　　　　　１２．３Ｍ　　　　　　・−
日 上記合金試料はまず試験される前に１０００Ｃ。

３０θ０ｐｓｉで時効処理された。比較例日及びＣに相
当する合金は／θθｏｃで３θｏｏ時間時効処理された
が、実施例グに相当する合金は一１０ＯＯＣで３０００
時間時効処理された。第２図に示すように、結果は本発
明合金がすぐれたクリープ強度及び延性を又示している
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金が高温、用の市販合金に比しすぐれ
たクリープ強度と延性を示す図面で４あシ、第２図は本
発明合金が一用゛合金に比しすぐれたクリープ強度及び
延性を再び示す図面である。 特許庁長官　殿 １．事件の表示　昭和５７年特許願　第１１３３６１号
２、発明の名称　　　　ニッケル基オーステナイト合金
３、　補正をする者 事件との関係　　出願人 名　称　　エクソン　リサーチ　アンドエンテニアリン
グ　フ五ノ譬ニー ４、代理人 ５、補正命令の日付　　昭和５７年ｌ１月３０日６、補
正の対象　全図面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　下記の重量比範囲で実質的に Ｃｒ　　　　　　　２ＯＮ　２！；％ Ｆ、　　　　　　　ｌＯ〜　／Ｓ％ ＡＩ　　　　　　　　３〜　　Ａ％ Ｈｆ／〜　　Ｊ ｗ　　　　　　　　ｉ　！；　Ｎ、？、　２　！；％Ｎ
   ｂ　　　　　　　ｌＮ　　２％ Ｙ　　　　　　θθｌＮ　　１％ ｃ　　　　　　　Ｏ，０２〜　０３％ Ｎｉ　　　　　　　　　　　　パ残 より成ることを特徴とする改良せる耐酸化性及び耐浸炭
   性、改良せるクリ二ノ強度並びに良好な高温延性及び顕
   微鏡組織安定性を有する耐熱性アルミナ−形成ニッケル
   基オーステナイト合金。 コ、　クロム含有量が約−弘〜２３　ｗｔ、％、である
   特許請求の範囲第１項記載の合金。 ３、　鉄含有量が約ｌ−〜／４ｗｔ％である特許請求の
   範囲第７又は第２項記載の合金。 ダ　アルミニウム含有量が約１７　Ｎ３　ｗｔ％である
   特許請求の範囲第１〜３項記載の′合金。 与４　ハフニウム含有量が約ｌＳＮ、２ｗｔ％である特
   許請求の範囲第１〜ｑ項記載の合金。 ム　タンゲス￥ン含有量が約２．７５〜３．２！；ｗｔ
   ％である特許請求の範囲第１〜Ｓ項各項記載の合金、。 ７　ニオビウム含有量が約／２Ｓ〜１７　！；　ｗｔ％
   である特許請求の範囲第１〜６項各項記載の合金。 ｇ　イツトリウム含有量が約０３〜／　ｗｔ％である特
   許請求の範囲第１〜７項各項記載の合金。 ９　炭素含有量が約０３　ｗｔ％である特許請求の範囲
   第１〜ｇ項各項記載の合金。 ／θ実質的に上記実施例に記載しているような耐熱性ア
   ルミナ−形成ニッケル基オーステナイト合金。