JPS6070156A - 超耐熱性Νi基合金 - Google Patents

超耐熱性Νi基合金

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JPS6070156A
JPS6070156A JP17842883A JP17842883A JPS6070156A JP S6070156 A JPS6070156 A JP S6070156A JP 17842883 A JP17842883 A JP 17842883A JP 17842883 A JP17842883 A JP 17842883A JP S6070156 A JPS6070156 A JP S6070156A
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JP
Japan
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less
atmosphere
content
alloy
corrosion resistance
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Pending
Application number
JP17842883A
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsuo Kondo
近藤 達男
Masami Shindo
新藤 雅美
Toshiki Takeiri
竹入 俊樹
Tateaki Sahira
佐平 健彰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Metal Corp
Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Japan Atomic Energy Research Institute
Mitsubishi Metal Corp
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Publication date
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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】 この発明は、 He 、 Arガスなどの不活性ガス雰
囲気中あるいは真空中などの低酸化ポテンシャル雰囲気
において、すぐれた高温耐食性を示す超耐熱性N1基合
金に関するものである。
5− 従来、大気中などの強酸化性雰囲気中において種々のN
1基合金が適用され、すぐれた高温耐食性を示すものが
数多く提案されており、中でもCr:20〜23%、F
e: 1’7〜20%、Mo: 8〜10%、 Co:
 2.5 %以下、W:1%以下、Si:1%以下、M
n:1%以下、C: 0.05〜0.15%、 Niお
よび不可避不純物:残シからなる組成(以上重量%、以
下同じ)を有するノ・ステロイX(商標名)は多用され
ているものの1つである。これらの従来超耐熱性N1基
合金が強酸化性雰囲気中においてすぐれた高温耐食性を
示すのは、固溶強化成分のほとんどが酸化されて、例え
ばNiCr2O4やFeCr2O4などのスピネル酸化
物を形成し、このスピネル酸化物は緻密で合金の表面に
良く密着することから、一度このスピネル酸化物が形成
されると、その後の合金の酸化が抑制されるようになる
ことによるものである。
しかしながら、強酸化性雰囲気中においては、すぐれた
高温耐食性を示す上記の従来超耐熱性N1基合金を、例
えば近年出現したHeガスを冷却媒体6− とする高温ガス原子炉におけるような比較的高温の不活
性ガス中または真空中などの雰囲気中で使用した場合に
は十分な高温耐食性を示さず、高温腐食に耐えることが
できないのが現状である。これは、He、 Arなどの
不活性ガス中または真空中にも実質的に酸素、窒素、−
酸化炭素、水分、水素。
および無機炭化水素などのうちの少なくとも1種の微量
不純物が含有され、したがって前記不活性ガス中または
真空中は低酸化ポテンシャル(弱酸化性)雰囲気になっ
ていることが多いので、合金の酸化腐食が皆無であるこ
とはなく、しかも大気中などの強酸化性雰囲気において
はいち早く形成され、その後の酸化を阻止するのに役立
つ強固なCrを主成分とする複合酸化物からなるスピネ
ル酸化物が形成されにくくなっており、この結果合金が
上記低酸化ポテンシャル雰囲気におかれると、わずかに
形成した酸化膜に剥離が起ったり、結晶粒界の選択酸化
物や内部酸化が進んだりすることから、合金は高温腐食
に十分耐えることができないという理由にもとづくもの
である。
この発明は、上記の従来超耐熱性N1基合金のもつ問題
点を解決し、もって強酸化性雰囲気は勿論のこと、He
、Arなどの不活性ガス雰囲気中あるいは真空中などの
低酸化ポテンシャル雰囲気において、すぐれた高温耐食
性を示す超耐熱性N1基合金を提供するもので、 C:0.04〜0.25%。
Cr: 20〜25 %。
Fe:16〜20%。
Mo:8〜10%。
W:0.2〜1%。
Mn:0.4〜1.5%。
Si:0.05〜05チ。
Y:0.001〜0.05%。
を含有し、さらに必要に応じて、 Zr: 0.001〜0.05 %。
Mg: 0.001〜002%。
Ca: 0.001〜0.02%。
希土類元素:0.005〜0.02%。
B : 0.001〜0.02%。
のうちの1種または2種以上を含有し、残りがN1と不
可避不純物からなる組成を有し、かつ不可避不純物とし
てのAl4.Ti、およびCOの含有量を、それぞれ、 AA : O81%以下。
Ti:0.02%以下。
Co:0.6%以下。
としたことに特徴を有するものである。
つぎに、この発明のN1基合金において、成分組成範囲
を上記の通シに限定した理由を説明する。
(a) C C成分には合金の素地を強化すると共に、その組織を安
定化する作用があるが、その含有量が0.04%未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方0.25 %
を越えて含有させると、塑性加工性が困難となることか
ら、その含有量を0.04〜0.25 %と定めた。
(b) Cr Cr成分には雰囲気の酸化ポテンシャルに関係なく高温
の耐酸化性を向上させる作用があるが、そ9− の含有量が20%未満では高温で安定した耐酸化性を確
保することができず、一方25%を越えて含有させると
機械的強度および加工性が劣化するようになることから
、その含有量を20〜25%と定めた。
(c) Fe Fe成分には合金の熱間加工性および冷間加工性を改善
する作用があるが、その含有量が16%未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方20%を越えて含有さ
せると、合金の耐酸化性が劣化するようになることから
、その含有量を16〜20%と定めた。
(d) M。
Mo成分には合金の高温強度を著しく改善する作用があ
るが、その含有量が8%未満では前記作用に所望の改善
効果が得られず、一方10%を越えて含有させると塑性
加工時に割れが発生しやすくなることから、その含有量
を8〜lO%と定めた。
(e) W W成分にはMoと同様に合金の高温強度を向上さ10− せる作用があるが、その含有量が02%未満では所望の
高温強度向上効果が得られず、一方1%を越えて含有さ
せても高温強度により一層の向上効果は現われないこと
から、その含有量を0.2〜lチと定めた。
(f) MnおよびY Mn成分には、低酸化ポテンシャル雰囲気中で合金表面
にMnCr20aを主体とするスピネル酸化物が形成さ
れるのを促進し、一方Y成分には、とのスピネル酸化物
を緻密化すると共に、これを合金表面に強固に付着させ
る作用があり、したがってMnとYの共存において、低
酸化ポテンシャル雰囲気における合金の高温耐食性が著
しく向上するようになるが、その含有量がそれぞれMn
:0.4%未満。
Y:O,001%未満では、緻密にして付着力強固なス
ピネル酸化物を合金表面に形成することができず、一方
Mn:1.5%、Y:0.05%をそれぞれ越えて含有
させると、Mnにあっては高温加工性が低下し、一方Y
にあっては熱間加工性や溶接性に劣化傾向が現われるよ
うになることから、その含有量を、それぞれMn: 0
.4〜:1..5%、 Y : 0.001〜005係
と定めた。
(g)S土 一般に合金に81を含有させると、結晶粒界の選択酸化
および酸化膜層の剥離が促進されると考えられていたが
、この発明のNi基合金の場合には、むしろMnとの共
存において酸化膜の剥離を著しく抑制する作用を発揮し
、したがってその含有量が0.05%未満では所望の酸
化膜剥離抑制効果が確保できず、一方0.5%を越えて
含有させると、8102層が酸化膜下に過度に生成し、
温度変化により生ずる変態によって体積変化することか
ら、酸化膜の剥離が促進されるようになるほか、「ひけ
結晶」(ウィスカー)のような遊離酸化物が生成するよ
うになることから、その含有量を0.05〜05%と定
めた。なお、前記ひげ結晶は、He、Arガスなどの不
活性ガス中または真空中などの低酸化ポテンシャル雰囲
気での高温酸化の際に、合金表面に直径二〇、5μm程
度にして長さ10〜50μm程度の細いはシ状結晶とし
て生成するもので、酸化物の昇華および蒸着によって形
成されるものと考えられている。
(h) Zr、 Mg 、 Ca、および希土類元素こ
れらの成分には1合金の高温強度および高温耐食性をさ
らに一段と向上させる作用があるので、特にこれらの特
性が要求される場合に必要に応じて含有されるが、その
含有量が、それぞれzr:0.001%未満、 Mg:
 0.001%未満、 Ca:0.001チ未満、およ
び希土類元素:0.005%未満では、前記作用に所望
の向上効果が得られず、一方zr:0.05%、 Mg
: 0.02%、Ca:0.02%、および希土類元素
二〇、02%をそれぞれ越えて含有させると、合金の熱
間加工性や溶接性に劣化傾向が現われるようになること
から、その含有量を、それぞれ、Zr: 0.001〜
0.05%、 Mg: OyO01〜0.02%、 C
a: 0.001〜0.02%、希土類元素:0.00
5〜0.02 %と定めた。以下、これらの成分を総称
して高温特性向上成分という。
(1)B B成分には合金の高温強度を著しく向上させる13− 作用があるので、特に高温強度が要求される場合に必要
に応じて含有されるが、その含有量が、0、0 O1%
未満では所望のすぐれた高温強度を確保することができ
ず、一方0.02%を越えて含有させると合金の熱間加
工性および溶接性が低下するようになることから、その
含有量を0.001〜0.02チと定めた。
(j) Atb AQは、一般に合金の溶製の際に、脱酸剤として添加す
ることが多く、特に後述するようにTiの含有量をでき
るだけ少なくおさえた方が望ましい場合、Tiを脱酸剤
として使用することは不可能となるので、Alの脱酸効
果に期待しなければならない場合が多くなる。しかしな
がら、脱酸剤として加えられたMはどうしてもインゴッ
ト中に残留せざるを得す、AQが0.05%を越えて含
有すると、前記低酸化ポテンシャル雰囲気中での合金の
結晶粒界の選択酸化を抑制することは不可能となる。こ
のようにAA含有量を著しく低くしなければ合金の結晶
粒界の選択酸化を防止することができないと14− なると、その合金溶製手段にはきびしい制限条件が付与
されることになる。しかるに、この発明の合金において
は、MnおよびSlの複合添加効果によってAl!が0
.1%まで含有しても結晶粒界の選択酸化は起らないの
であって、このことはインゴット溶製上きわめて有利な
ことである。
(k) Ti T1は結晶粒界の選択酸化を促進する最も有害な成分な
ので、0.02%を越えた含有は絶対に避けなければな
らない。
(7) C。
特に合金を原子炉の炉芯材として使用する場合、合金の
CO含有量が0.6%を越えると、合金はCO酸成分(
よって放射能をもつようになり、このように一旦放射能
をもったCOの半減期はきわめて長く、この結果炉操業
上悪影響を及ぼすようになることから、不可避不純物と
してのCOの上限値を0.6 %と定めた。
つぎに、この発明のN1基合金を実施例により具体的に
説明する。
実施例 通常の真空高周波誘導炉を用いて、それぞれ第1表に示
される成分組成をもった本発明N1基合金1〜25およ
び比較N1基合金1〜5の溶湯を調製し、インゴットに
鋳造し、通常の条件で均質化処理を施した後、鍛造圧延
にて厚さ:2朋の板材に加工し、ついでこの板材を温度
:1150℃にて溶体化処理した後、10mmX 20
mX 2mxの寸法の試験片を切り出し、この試験片を
1200番エメリー紙まで研磨仕上げし、アセトンで超
音波洗浄し、真空乾燥した。
この結果得られた本発明Ni基合金1−25および比較
N1基合金1〜5の試験片を、加熱装置のレトルトに入
れ、 温度: 1000℃、 雰囲気:Heガス冷却原子炉の雰囲気に近似のHeガス
、 雰囲気ガス流量:試験片の単位表面積当り100CC/
阻、 保持時間=100時間、 の条件での加熱後、レトルトから取り出して放冷の加熱
処理を5回繰り返し行なう高温腐食試験を行ない、試験
後の単位面積当りの平均酸化増量をめた。これらの結果
を第1表に示した。なお、比較N1基合金1〜3は低酸
化ポテンシャル雰囲気中での高温耐食性に著しい影響を
及ぼすMn、 Si。
およびYの含有量が、それぞれこの発明の範囲から低い
方に外れた組成をもつものであり、また比較N1基合金
4,5は不可避不純物としてのAP、およびT1の含有
量がこの発明の範囲から高い方に外れた組成をもつもの
である。
第1表に示される結果から、本発明N1基合金1〜25
は、いずれも低酸化ポテンシャル雰囲気ですぐれた高温
耐食性を示すのに対して、比較N1基合金1〜5に見ら
れるように、高温耐食性に影響を及ぼすMn、 8i、
 Y 、 Aff、、およびT1の含有量がこの発明の
範囲から外れると、高温耐食性が著しく劣化するように
なることが明らかである。
上述のように、この発明のNi基合金は、強酸化性雰囲
気では勿論のこと、低酸化ポテンシャルの高温雰囲気に
さらされた場合にも、酸化膜の剥離がなく、酸化による
高温腐食も少なく、さらに結晶粒界の選択酸化もないな
どのすぐれた高温耐食性を示すのである。
出願人 三菱金属株式会社 代理人 富 1) 和 夫 外1名

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)C:0.04〜0.25チ。 Cr:20〜25%。 Fe:16〜20%。 Mo:8〜lO%。 W:0.2〜1チ。 Mn: 0.4〜1.5 %。 Si:0.05〜0.5%。 Y:O,OO1〜0.05%。 を含有し、残りがNiと不可避不純物からなる組成(以
    上重量%)を有し、かつ不可避不純物としてのAI!、
    Ti、およびCOの含有量を、それぞれ、M:0.1%
    以下。 Ti:0.02%以下。 1− Co:0.6多以下。 としたことを特徴とするHe、 Arなどの不活性ガス
    雰囲気中または真空中などの低酸化ポテンシャル雰囲気
    においてすぐれた高温耐食性を示す超耐熱性N1基合金
  2. (2)C:0.04〜0.25チ。 Cr:20〜25%。 Fe:16〜20%。 MO:8〜10%。 W:0.2〜1%。 Mn: 0.4〜1.5%。 Si:0.05〜0.5チ。 Y:0.001〜0.05%。 を含有し、さらに、 B:O,OO1〜0.02%。 を含有し、残シがN1と不可避不純物からなる組成(以
    上重量%)を有し、かつ不可避不純物としてのAJTi
    、およびCOの含有量を、それぞれ、AA : 0.1
    チ以下。 Ti:0.02%以下。 Co:0.6%以下。 としたことを特徴とするHe、 Arなどの不活性ガス
    雰囲気中または真空中などの低酸化ポテンシャル雰囲気
    においてすぐれた高温耐食性を示す超耐熱性N1基合金
  3. (3)C:0.04〜0.25係。 Cr: 20〜25 %。 Fe:16〜20%。 MO:8〜10%。 W:0.2〜lチ。 Mn: 0.4〜1.5 %。 Si:0.05〜0.5%。 Y:0.001〜0.05%。 を含有し、さらに、 Zr : 0.001〜0.05%。 Mg : O,OO1〜0,02チ。 Ca: 0.001〜0.02%。 希土類元素:0.005〜0.02係。 のうちの1種または2種以上を含有し、残りがN1と不
    可避不純物からなる組成(以上重量%)を有し、かつ不
    可避不純物としてのA(!、Ti、およびC。 の含有量を、それぞれ AA:0.1%以下。 Ti:o、o2%以下。 Co:0.6%以下。 としたことを特徴とするHe、 Arなどの不活性ガス
    雰囲気中または真空中などの低酸化ポテンシャル雰囲気
    においてすぐれた高温耐食性を示す超耐熱性N1基合金
  4. (4)C:0.04〜0.25チ。 Cr: 20〜25 %。 Fe: 16〜20 %。 Mo: 8〜10 %。 W:0.2〜1チ。 Mn: 0.4〜1.5 %。 si:o、o5〜05チ。 Y:0.001〜005係。 を含有し、さらに。 Zr: 0.001〜0.05 %。 Mg:0.001〜0.02%。 Ca: 0.0 0 1〜0.0 2 %。 希土類元素: o、o O5〜0.02 %。 のうちの1種または2種以上と、 B:O,OO1〜0.02%。 を含有し、残シがN1と不可避不純物からなる組成(以
    上重量%)を有し、かつ不可避不純物としてのAj!、
    Ti、およびCOの含有量を、それぞれ、AA : 0
    .1%以下。 Ti:0.02%以下。 Co:0.6%以下。 としたことを特徴とするHe、Arなどの不活性ガス雰
    囲気中または真空中などの低酸化ポテンシャル雰囲気に
    おいてすぐれた高温耐食性を示す超耐熱性N1基合金。
JP17842883A 1983-09-27 1983-09-27 超耐熱性Νi基合金 Pending JPS6070156A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50117626A (ja) * 1974-03-01 1975-09-13
JPS5227013A (en) * 1975-08-27 1977-03-01 Japan Atom Energy Res Inst High temperature corrosion resisting ni-base alloy

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