JPS63145739A

JPS63145739A - 耐浸炭性合金

Info

Publication number: JPS63145739A
Application number: JP62295943A
Authority: JP
Inventors: カーチス、スティーブン、タッセン; ゲイロード、ダーレル、スミス
Original assignee: Inco Alloys International Inc
Current assignee: Huntington Alloys Corp
Priority date: 1986-11-24
Filing date: 1987-11-24
Publication date: 1988-06-17
Also published as: EP0269973A3; AU8149287A; US4762681A; BR8706313A; EP0269973A2; JPH0471978B2; AU586406B2

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、耐浸炭性合金に関し、詳細には熱酸化媒体へ
の周期的露出に耐えることができ、かつ広範囲の酸素分
圧を有する雰囲気、例えば、１ａｇＰｏ２（ａ　ｔｍ）
が−１０から−３０を有する雰囲気中でさえ耐浸炭性で
ある耐熱性耐浸炭性合金に関する。

また、本発明は、前記耐熱性耐浸炭性合金によって構成
されるすべての物品、部品または製品に関する。更に、
本発明は、前記合金の使用に基づいて非常に高い耐浸炭
性および耐周期的酸化性を保白°する物品、製品または
部品を１ｑるｈ°法に関する。

発明の背景浸炭剤によって１０００℃程度の温度にさえ良好な耐浸
炭性を提供する合金は、既知である。しかしながら、こ
のような合金は、成る応用に必要とされるすべての特性
を保有しているというわけではない。例えば、このよう
な応用としては、酸化性および／または浸炭性媒体中で
の超高温加工用に意図される設備で使用する構造エレメ
ント、例えば、石油化学プラントで使用するチューブま
たはパイプ蒸留器が挙げられる。このような特性の若干
は、一方で、超高温を包含する各種の温度範囲□内での
クリープ強さ、他方で、溶接性である。

更に、極めて低い酸素分圧を有する雰囲気中で良好な耐
浸炭性を有する少なくとも１種の合金は、比較的多量の
コバルトおよびモリブデンを含有する□。二のように、
前記合金は、同時に比較的高価であり、コバルトの供給
での変動（ｖａｇａｒｌｃｓ）に敏感であり、場合によ
って高モリブデン含量のため大変動の酸化を受けやすい
。

より詳細には、石油化学プラントでの熱分解チューブな
どの装置の重要な要件は、このような装置の材料である
合金は、使用条件を変える時に剥離または分解に抵抗性
である特定の使用条件下においてスケールを形成してし
まうにちがいないということである。例えば、熱分解チ
ューブは、付着炭素を除去するために周期的に洗浄しな
ければならない。洗浄は、次式％式％の反応の１以上（これらのすべては固体炭素デポジット
を気体に変える）を引き起こすためにチューブ内の雰囲
気の酸素分圧を増大することによって最も容品に達成さ
れる。当業者は、「炭素」デポジットがほとんど決して
純炭素ではなく、むしろ炭素および水素および通常有意
量の窒素、酸素、リン１．および熱分解ユニットの供給
原料に存在する他の元素を自白°する：１雑な固体物質
であるので、前記反応が余りにも単純化されていること
を認識するであろう。当業者は、このように、炭素燃え
尽き時の熱分解ユニット中の気を目が前記式に示される
生成物ガスと水蒸気、窒素、窒素ガスなどの物質とのｉ
ｆな混合物であることを認識するであろう。当業者によ
って認識されるであろう更に他の因子は、前記の３つの
反応の後者２つが右側に進む時に強く発熱性であること
である。この発熱性は、熱分素子チューブ中の「炭素」
デポジットの水素含量によって更に高められる。このよ
うに、とめどもない温度上昇を防止するために熱分解チ
ューブの炭素燃え尽き時に酸素分圧を制御することは標
準のブラクティスであるが、「炭素」デポジットの特性
の変動は、炭素燃え尽き時に「ホットスポット」、即ち
、Ｔ′均よりも熱い部位、および「コールドスポット」
、即ち、平均よりも冷たい部位を生ずることがある。炭
素燃え尽き時の酸素分圧に包含される考慮のほかに、熱
処理、石炭転化、スチーム炭化水素リフォーミング、オ
レフィン製造などの用途での貢献が期待できる広範囲の
酸素分圧がある。最大の実用的用途の場合には、合金は
、酸素分圧がクロミア生成を容易にする雰囲気中だけで
はなく、クロミアに対して還元性でありかつＣ「７Ｃ３
の生成を容易にする雰囲気中においても耐浸炭性を有し
ているべきである。熱分解炉、例えば、プロセスが非平
衡プロセスである熱分解炉においては、成る時には雰囲
気はｌ　ｏｇＰｏ２（ａ　ｔｍ）が−１９を釘するかも
知れず、別の時には１ｏｇＰｏ２（ａ　ｔｍ）は−２３
位であるかも知れない。このような可変条件は、Ｃｒ　
７Ｃ３Ｃｒ　２０３クロスオーバー（ｃｒｏｓｓｏｖｃ
ｒ）のｐ　Ｏ２（ａ　ｔ　ｍ　）が１０００℃で約−２
０であると仮定すると、汎用耐浸炭性合金である合金を
必要とする。このような合金およびそれから作られる製
品の提供が、本発明の目的である。

実用的に何月な合金のなお更に他の要件は、合金が標準
溶接技術により、例えば、ガスタングステンアーク（Ｇ
ＴＡ）　、金属不活性ガス（ＭＩＧ）および埋め込み（
ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ　）アーク（Ｓ　Ａ）法により容易
に溶接できることである。二のような溶接性は、必須で
ある。装置を合金の標準造形品から容易に二次加工でき
なければ、すべての他の合金特性は、単に非実際的な（
ａｃａｄｅｍｉｃ）性状を有するだけである。

発明の概要本発明は、合金およびそれから作られる耐浸炭性耐酸化
性部品および構造物を意図する。合金は重量％でニッケ
ル約５０〜５５％、クロム約１６〜２２００　、アルミ
ニウム約３〜４．５％、コバルト５０６まで、即ち、０
〜５％、モリブデン約５％まで、即ち、Ｏ〜約５％、タ
ングステン２％まで、即ち、０〜２％、炭素約０．０３
〜０．３％、残部木質１鉄（標準量の付随的元素は、例
えば、ケイ素１％まで、マンガン１％まで、セリウム、
ランタン、ミツシュメタルなどの希土類金属の合計ｆ１
．２？６まで、ホウ素０．１％まで、ジルコニウム０．
５％までおよび窒素０．０５％まで）からなる範囲内で
ある。本明細書の目的では、「希土類」なる用語は、す
べてのランクニドおよびアクチニド元素並びに関連元素
スカンジウムおよびイツトリウムを包含するように使用
される。硫黄、リンなどの不純物元素は、耐熱合金テク
ノロジーで普通行なわれているように最低の実際的−に
維持すべきである。本発明の合金は、約１〜２９ｏの量
のタングステンおよび／または約３重ｆｉｌＬ％までの
量のモリブデンをａｈすることが何列である。

モリブデンが存在する時には、合判には約２〜３重量％
の瓜で存在する。また、本発明の合金は、”ｔ　ｔ＜ル
トを含まないか約２％までの二のみのコバルトを含有す
ることが有利である。

発明の詳細な説明および例本発明の合金は、一般に、ニッケルークロム基合金に適
した標準技術により、即ち、溶融、鋳造および加工、例
えば、標章工学造形品、例えば、ロット、バー、シート
、プレートなどへの熱間加工および／または熱間加ニー
冷間加工により調製する。重量０６で表１に示すような
組成を有する合金は、真空誘導溶融し、次いで、鋳造し
、−役に約１０９０〜１１００℃（即ち、２０００’Ｆ
）で熱間圧延して約１．４ｃｍのロッドとすることによ
って製造した。

溶融−鋳造−加工は、本発明の合金から製品および造形
品を製造するのに最も一般に受は入れられた技術である
が、合金は、他の方法によっても調製できる。例えば、
合金粉末は、元素粉末および／またはマスターアロイ粉
末ブレンドまたは機械的合金化によって調製できる。ま
た、このような粉末は、合金成分を溶融し、溶融合金を
噴霧（例えば、ガス噴霧）するか急冷ロール上での薄り
ボン鋳造、遠心アーク溶融・急冷などの迅速凝固の技術
のいずれかを実施することによって調製できる。このよ
うにして調製された粉末は、通常の技術、例えば、ホッ
トアイソスタチックプレス、型プレス、スリップ鋳造、
粉末圧延などで最終に近い造形品にした後、必要ならば
焼結し、熱間または冷間加工・することによって合金製
品（複合合金製品を包含）に成形できる。また、合金は
、通常の鋳造技術または通常ではない鋳造技術によって
鋳造して造形品にすることができる。

表１に記載のような合金を溶融し、鋳造し、熱間圧延し
た後、引張試験片に成形した。この試験片を約１２３０
〜１２４０℃（２２５０丁）で４時間焼鈍し、次いで、
空冷した。比較試験片は前記条件で焼鈍し、空冷し、次
いで、空気中で約７６０℃（１４００下）で５００時間
時効し、次いで、空冷した。好適な焼鈍温度は約１２０
０℃〜１２７０℃の範囲内であり、時間は約１〜約８時
間であるが、低めの温度で行う場合にはより長い時間で
行い、高めの温度で行う場合は短い時間とする。時効は
、約６５０℃〜８００℃の範囲内の温度で各種の時間実
施できる（約６５０℃で約ｌ０００時間まで、約８００
℃で２０時間まで）表■は、７６０℃で５００時間の時
効の場合には合金の室温における特性がより高い強度お
よびより低い延性の方向に変化するが、合金を脆くさせ
るであろう程度ではないことを示す。

前記のことに加えて、表■は、表Ｉと共に、コバルトが
合金に必須ではないが、約５％までの量で存在する時に
は合金を脆化しないことを示す。

また、表１および■は、−緒に、モリブデンが損害なく
本発明の合金から省くことができることを示す。

表ｍは、９８２°Ｃ（１８００丁）オヨびｌ０９４℃（
２０００丁）で実施された応力破断試験の結果を示すデ
ータを記載する。このデータは、表１の熱間加工焼鈍合
金と熱間加工焼鈍時効合金との両方が耐浸炭性合金を使
用する温度の典型であるこれらの温度において満足な機
械的特性を示すことを示す。

／′ 表７■ ２　　　　　　Ａ　　　　　　９ｇ２　　　　　　３１
８　　　　　９ｇ２　　　　　　３１Ａ　　　　　１０９４　　　　　　　１７．２８　　　
　１０９４　　　　　　１７．２３　　　　　　Ａ　　
　　　９８２　　　　　　３１８　　　　　９ｇ２　　
　　　　３１Ａ　　　　　１０９４　　　　　　１７．２８　　　　
１０９４　　　　　　１７．２４　　　　　　Ａ　　　
　　　９８２　　　　　　３１Ａ　　　　　１０９４　
　　　　　　１７．２８　　　　１０９４　　　　　　
１７．２５　　　　　　Ａ　　　　　　９８２　　　　
　　３１Ａ　　　　　１０９４　　　　　　　１７．２
８　　　　１０９４　　　　　　１７．２６　　　　　
　Ａ　　　　　　９８２　　　　　　３１Ａ　　　　　
１Ｇ９４　　　　　　１７．２８　　　　１０９４　　
　　　　１７．２★表■と同じ定義寿命（ｈ）　　伸び（％）　絞り（％）４７．２　　　
’　　　３４．４　　　　　２７．５９１．４　　　　
　３７．０　　　　　２９．４３３．８　　　　　５２
．３　　　　　４０．１２３．３　　　　　５２．２　
　　　　５２．８２９．３　　　　　４０．５　　　　
　３５．５２５Ｊ　　　　　　４４．６　　　　　４２
．７１４．９　　　　　５２．７　　　　　５９．４１
３．７　　　　　５２．１　　　　　５７．４４１．１
　　　　　３９．０　　　　　３１．３２４．９　　　
　　１５．５　　　　　４１．４１１．４　　　　　４
６．５　　　　　４Ｇ、７９．５　　　　　５１．８　
　　　　４８．０２９．２　　　　　２９．３　　　　
　４１．８２３．５　　　　　４０．０　　　　　３０
．１１９．５　　　　　１３４．６　　　　　８０．８
１４．７　　　　　５０．４　　　　　４ｇ、３４３．
７　　　　　６０．２　　　　　６８．０Ｇ１．７　　
　　　９１．０　　　　　６ｇ、０２５．３　　　　　
６１．５　　　　　４２．７９．６　　　　　４４．８
　　　　　３９．３浸炭性雰囲気中での高温での耐損傷
性は、本発明の合金の有ｆｌな特性であり、表■中のデ
ータによって証明される。

表■ １　　　１０００　　　３１．８　　　　１１．２２　
　　１０００　　　５９．８　　　　３９．７３１００
０　　　５０．７　　　　４０．１４　　　１０００　
　　８４．８　　　　４３．４５１０００　　　１．７
　　　　１５．８６　　　１０００　　　１．９　　　
　１２．０Ｃ０８’、６を含有する試験雰囲気は、炭素
活量（Ａｏ）約１および酸素分圧の負のｌｏｇ約２０．
６を有する平衡混合物を調製するためにメタン１２容ｆ
ｆ１％と水蒸気１１〕容量％と残部水素との接触反応混
合物である。ＣＯｏ、１？６を含有する試験雰囲気は、Ａｃ約１および酸素分圧の負のｌｏｇ２４．
４を再度与える水素９９．９容量％とデカノール１容量
％との同様の反応混合物である。一般に、本発明の合金
は、Ａｏｏ、０１〜１を有す雰囲気およびＰ・０２約１
．０Ｘ１０　　から−０ＸＩＯ”を有する雰囲気中で有
用である。

表■中のデータは、本発明の合金は耐湿炭性の窓、口が
広く酸素分圧が事実上不在の雰囲気にさえ耐浸炭性を自
゛することを示す。この点で、本発明の合金は、浸炭性
雰囲気に対する適当な抵抗および酸化雰囲気への周期的
間隔での露出に対する適当な抵抗を白゛していないはる
かに高価な合金と特性が実質上等価である。酸化雰囲気
の悪影響に対する本発明の合金の抵抗を実証するために
、合金の試料を水蒸気５容量％を含有する空気に高温で
さらした。質量変化を２４０時間の終わりに測定した。

得られたデータを周知の市販の合金に関する等価のデー
タと一緒に表Ｖに示す。

表Ｖ空気＋水蒸気５？６中ての２４０時間後の下記温度１　
　　　　−３Ｇ、３　　　　　　−５５．０２　　　　
　　４．０　　　　　　−２８．２３　　　　　　１（
ｉ、４　　　　　　−２３．５４　　　　　　１７．９
　　　　　　−２０．８５　　　　　−５．１　　　　
　　　−８．２６　　　　　　１．７　　　　　　−Ｉ
Ｇ、８１１ａｓｔｃｌｌｏｙ　Ｘ　　−１４，４−２０
，０ＨａｓＬｃｌｌｏｙ　Ｘは登録商標。

合金Ｎｏ、　１を９２７℃で窒素をベースとする雰囲気
に１００８時間さらした同様の試験においては、’＞、
６ｇ／ｒｒｒのみの重量増加が、水素１容瓜？６、残部
窒素を自白°する雰囲気（露点３．３℃）中で観察され
た。水素８％および００４％を自白“し、かつ露点１３
℃を有するより腐食性の窒素雰囲気においては、２３．
２ｇ／ｒｒｒのみの重量増加が、測定された。

前記のすべて、表■およびＶおよび前記パラグラフに報
告の雰囲気試験は、本発明の合金が交互の浸炭性雰囲気
−酸化雰囲気中、一般に本明細書の導入部分に論じたよ
うな所期用途の目的で成功裡に使用するのに必要なオー
ルラウン１な抵抗特性を有することを示す。更に、溶接
試験は、本発明の合金が自溶的にアーク溶接でき、また
はインコウエルド（ｌＮＣ０−ＷＩＥＬＤ登録商標）Ａ
溶接電極、インコネル（ｌＮＣ０ＮＩＥＬ登録商傾）溶
接電極１１７などの充填剤で満足に自溶的にアーク溶接
できることを示した。本発明の合金は、被覆物、例えば
、基板金属上の火炎溶射被覆物または溶接デポジットオ
ーバーレイ彼覆物として使用できる。

本発明の合金中の元素成分の範囲は、ニッケルまたはク
ロム含量が余りに少ないならば耐酸化性に欠点があるで
あろうので、重要である。クロムの含量が余りに多いな
らば、）目不安定が起こりσ（シグマ）相の形成をもた
らし、従って、中程度の高温、例えば、約８２０℃に長
時間さらす時に脆化することがある。鉄を犠牲にして合
金のニッケル含量を上げることは、本発明の目的を達成
するのに必要とされる合金特性に有意な利益なしに合金
のコストを増大する。アルミニウムは、耐浸炭性を保証
するために明記した量を必要とする。

アルミニウムが余りに多いならば、合金は、加工するの
が困難になり、不安定になることがあり、再度σ（シグ
マ）相（ＮｉＡ１）の生成が可能となってしまう。明記
の瓜のモリブデンおよびタングステンは、合金の強度を
増大する傾向がある。

過剰二のこれらの元素は、コストを上げ、延性を下げ、
合金の大変動の酸化損傷の機会を増大する。

当業者は、本発明を特定例と共に説明したが、変形およ
び修正も本発明の意図内に包含されることを認識するで
あろう。

Claims

【特許請求の範囲】１、重量％でニッケル約５０〜約５５％、クロム約１６
〜約２２％、アルミニウム約３〜約４．５％、コバルト
約５％まで、モリブデン約５％まで、タングステン約２
％まで、炭素約０．０３〜約０．３％、希土類元素約０
．２％まで、残部本質上鉄からなることを特徴とする、
酸素分圧Ｐｏ＿２約１．０×１０＾−＾２から１．０×
１０＾−＾３＾０を有する浸炭性雰囲気中で有用な耐浸
炭性合金。２、モリブデン含量が最大約２．５％であり、コバルト
含量が最大約３％である、特許請求の範囲第１項に記載
の合金。３、希土類元素約０．０２％を含有する、特許請求の範
囲第１項に記載の合金。４、炭素約０．０６〜０．１９％、ニッケル約５２〜５
４．５％、クロム約１８〜約１９％、アルミニウム約３
．５〜約３．８％、モリブデン約２．５％まで、コバル
ト約３．３％まで、タングステン約１．２〜約１．５％
、セリウム約０．０２％までを含有し、残部が本質上鉄
である、特許請求の範囲第１項に記載の合金。５、特許請求の範囲第１項に記載の熱間圧延焼鈍合金。６、特許請求の範囲第１項に記載の熱間圧延焼鈍時効合
金。７、特許請求の範囲第４項に記載の熱間圧延焼鈍合金。８、特許請求の範囲第４項に記載の熱間圧延焼鈍時効合
金。９、重量％でニッケル約５０〜約５５％、クロム約１６
〜約２２％、アルミニウム約３〜約４．５％、コバルト
約５％まで、モリブデン約５％まで、タングステン約２
％まで、炭素約０．０３〜約０．３％、希土類元素約０
．２％まで、残部本質上鉄、からなる合金から作られた
浸炭／酸化雰囲気への断続的露出に適した耐浸炭性合金
製品。１０、合金のモリブデン含量が最大約２．５％であり、
コバルト含量が最大約３％である、特許請求の範囲第９
項に記載の合金製品。１１、合金が、希土類元素約０．０２％を含有する、特
許請求の範囲第９項に記載の合金製品。１２、合金が、炭素約０．０６〜０．１９％、ニッケル
約５２〜５４．５％、クロム約１８〜約１９％、アルミ
ニウム約３．５〜約３．８％、モリブデン約２．５％ま
で、コバルト約３．３％まで、タングステン約１．２〜
約１．５％、セリウム約０．０２％までを含有し、残部
が本質上鉄である、特許請求の範囲第９項に記載の合金
製品。１３、高温炭素質雰囲気（雰囲気中酸素分圧Ｐｏ＿２は
約１．０×１０＾−＾２から１．０×１０を有する）を
包含し、かつ炭素燃え尽きの期間によって中断する方法
において、重量％でニッケル約５０〜約５５％、クロム
約１６〜約２２％、アルミニウム約３〜約４．５％、コ
バルト約５％まで、モリブデン約５％まで、タングステ
ン約２％まで、炭素約０．０３〜約０．３％、希土類元
素約０．２％まで、残部本質上鉄からなる合金から作ら
れる、前記雰囲気と接触している金属部品を使用するこ
とを特徴とする方法。