JPS63162836A - 硫化抵抗性を備えた合金 - 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】 イ、産業上の利用分野 本発明は、特に硫化腐食に対する低抗性のある耐食スー
パアロイに関し、そして特に、優れた硫化抵抗性を備え
るのに重要な元素の所要の配合をもったケイ素富化のＮ
ｉ−Ｃｏ−Ｃｒ基合金に関する。

口、従来の技術 当該技術において求めることができる特に優れた硫化抵
抗性を有する合金は、Ｅ、ハイネスが発明しく米国特許
第１．０５７．４２３号）そして登録商標［ステライト
（Ｓ置ＬＩＴＥ）　Ｊとして市販されている合金６Ｂで
ある。このステライト合金６Ｂはコバルト基合金であっ
て、約３０％のクロム、４％のタングステン、１．１％
の炭素を含み、そして実質的に鉄とニッケルは含まない
。

コバルトの高いコストと戦略的規制のために、その合金
が硫化防止用として広く使用されるようにする完全な市
販は行われていない。合金６Ｂは鍛造と熱間及び冷間圧
延が困難なので、その製造コストは特に高い。更にその
合金は熱交換器のような実用上の成分に製作することが
ガしい。

米国特許第４．１９５．９８７号及び第４，２７２．２
８９号は、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、及び高温
酸化に対する抵抗性を大さくするためのランタンを含む
選択された金属を含む合金を記載している。この従来技
術の合金の典型的な実例は登録商標「ハイネス（１１＾
ＹＮＥＳ）合金５５６」として市販されている産業用合
金である。この合金は通常、主として約１８％のコバル
ト、２２％のクロム、３％のモリブデン、２．５％のタ
ングステン、２０％のニッケル、０．６％のタンタル、
０．０２％のランタン、及び残部の鉄と少量の窒素、マ
ンガン、アルミニウム、炭素、そしてジルコニウムを含
む。

米国特許第３．４１８，１１１号は、高温酸化抵抗性を
有するものとして当該技術でよく知られているハイネス
合金１８８を記載する。この合金は通常、約２２％のニ
ッケル、約２２％のクロム、約１４％のタングステン、
０．１０％の炭素、０．０３％のランタン、及び残部の
実質的な（約４０％）コバルトを含む。

また当該技術においてＵＭＣｏ−５０合金またはハイネ
ス合金１５０が知られている。この合金は通常、約２８
％のクロム、約５０％のコバルト、及び残部の鉄と少量
の炭素、マンガン、ケイ素を含む。この合金は応力破壊
抵抗性と硫化抵抗性を含む良好な高温特性をもっている
。

上記のような合金を含む従来技術の多くの合金は、酸化
や硫化のような化学反応に対する抵抗性を必要とするよ
うな工業施設における諸成分として使用される。同様に
溶接性と熱安定性も求められな【プればならない。

従来技術のそれら合金はそれぞれ１つまたはそれ以上の
所要の特性を備えているが、しかしまた１つまたはそれ
以上の他の所要な特性については足りない所がある。場
合によって成る合金は殆んど全ての所要特性を有してい
るが、その原材料と処理のコストのために使用が制約さ
れる。そこで当該技術において、低いコストで全ての所
要特性を満たずような合金が要望されているのである。

ハ３発明の目的 本発明の主要な目的は、所要の硫化抵抗性と低コストと
を兼備した技術特性を有する合金を提供することである
。

本発明の他の目的は、例えばコバルトやタングステンの
ような戦略的材料の含有率の小さい合金を提供すること
である。

本発明の更に他の目的は後述する説明と様々な実施例か
ら明らかにされよう。

本発明によれば、上記の目的及び利点が、第１表に示す
ような範囲内のニッケルーコバルト−クロム合金の組成
を細心に制御することによって得られる。

第１表 コバルト　　　　　　　２５−４０　　　２５−３５　
　　２５−３１　　　　２７クロム　　　　　　　２５
−３５　　　２５−３２　　　２５−３１　　　　２７
鉄　　　　　　　　　　　２０まで　　　１５まで　　
　４−１５　　　　　８ケイ素　　　　　　　２−４．
０　　２．１−３．２　　２．３−３．２　　２．７モ
リブデン　　　　　　８まで　　　４まで　　　２まで
　　　、１タングステン　　　　　８まで　　　４まで
　　　２まで　　　、１Ｍｏ＋Ｗ　　　　　　　　１２
まで　　　６まで　　　　３まで　　　、２Ｃｂ＋Ｔａ
　　　　　　　　１まで　　　１まで　　　、５まで　
　　、１５アルミニウム　　　　１．３まで　　１，３
まで　　１．０まで　　　、１チタン　　　　　　　１
．３まで　　１．３まで　　１，０まで　　　、４炭素
　　　　　　　　　、２まで　　　、１５まで　　、１
５まで　　、Ｇ６希土類　　　　　　　　、２まで　　
　、１まで　　　、１まで　　　−ジルコニウム　　　
　　、１まで　　　、１まで　　　、０５まで　　−ホ
ウ素　　　　　　　、１まで　　　、１まで　　　、０
１まで　　−マンガン　　　　　　２．０まで　　１．
５まで　　　１まで　　　２５ニツケル及び不純物　　
残部　　　　残部　　　　残部　　　　残部本発明のこ
の合金は当該技術で周知の冶金プロセスによって簡単に
作られよう。ここに記述の実験的合金は、（１）真空融
解し、次に（２）エレクトロスラグ再融解し、そして最
後に（３）試料寸法に熱間及び冷間圧延することによっ
て製造された。

この実験試料を製造する間通常的でない問題は生じなか
った。

モリブデンとタングステンは合金の用途に応じて混入さ
れよう。成る工業的特性、例えば強度が要求される用途
の場合、当該技術で周知のようにモリブデンとタングス
テンの一方または両方が合金に加えられよう。

二、実施例 硫化試験 一連の実験的合金において、合金８７２７が前記のよう
に作られた。この合金８７２７は主として、重量％で、
２６．５のコバルト、３０．５のクロム、２．６４のケ
イ索、５．２の鉄、０．３３のチタン、及び残部の実質
的なニッケルで構成されている。

長期間硫化試験が合金８７２７と先述の３つのコバルト
基合金について行われた。これら合金は以下のようなも
のである。

合　金　　　　コバルト含　ｆｆ１（％１８８　　　　
　　約４０ １５０　　　　　　約５０ ６Ｂ　　　　　　約５７ それら４つの試料が、５％Ｈ２，５％Ｃ０１１％Ｃｏ　
　１０．１５％＋１２ｓ、及び残部のアルボンの送入ガ
ス混合物をもったｌ３ｒＩ鎖された還元雰囲気に露呈さ
れた。

試験は、１４００’Ｆ　（７６０℃）、１６００下（８
７１℃）、及び１８００下（９８２℃〉の各温度で５０
０時間行われた。

これら長期間硫化試験の結果が第２表に示しである。そ
のデータが明瞭に示すように、合金８７２７はその硫化
抵抗性において合金１８８及び１５０よりずっと優れて
いる。これら合金１８８と１５０は高温での５００時間
の試験で著しく分解された。合金８７２７はより８価な
合金６Ｂに好適に匹敵し得るものである。

第２表 ５００時間硫　試験 平均金属損耗（ミル１８） ８７２７　　　　　　　　　５．５　　　　　１０．４
　　　　　２０．９１８８　　　　　　６．１　　　＞
２１　　　　＞２２”１５０　　　　　　８．２　　　
１４．５　　　＞３０”１　試験中に試料消耗 ＄＄　１ミル＝０．０２５４ａ＋ｙ シリーズ■　硫化に対するケイ索の効果一連の試験にお
いて、第１表に示ザような範囲内の本発明の合金が様々
なケイ素含有石を以って準備された。このシリーズの実
験的合金は、２５−１１）熱で真空誘導融解され、モし
て１−１／４インチ（３１，７５ｍ）のスラブに鋳造さ
れた。

これらスラブは２０５０°Ｆ（１１２１℃）Ｔ″２時間
均質化され、それから２０５０下で１０分間の熱間圧延
により０．１８０インチ（４，５７ａ）のシートにされ
た後、冷間圧延で０．０９０インチ（２，２８６ｍ）に
された。この０．０９０インチのシートは次いで２１５
０下（１１７７℃）で５分間焼鈍され、そして空気冷却
された。

その一連の合金で硫化抵抗性に対するケイ素の効果を調
べるための硫化試験が行われた。第３表はその試験の結
果を示す。これらの結果はまた第１図にも概要的に示さ
れる。平均金属損耗は金属の損失と内部侵食との和であ
る。

試験の結果が示す所では、最少でも２．０重量％以上の
ケイ素が必要である。最大限の硫化抵抗性が要望される
用途でのケイ素の最大量は約４．０重量％になろう。

第３表 Ｓ−１，８９１６，６ ８−２１，４３９，０ ３−３２，０２６，３ Ｓ−４２，０８８，２ Ｓ−５２，１２４，０ ８−６２，６３３，，７ Ｓ−７２，６３７，２ ８−８３，１０５，７ ８−９３，１４３，８ シリーズ■　硫化に対するコバルトの効果伯の一連の試
験において、コバルトの所要な組成範囲を求めるため第
１表の合金が様々なコバルト含有量を以って融解された
。合金は実質的にシリーズＩの場合と同様に作られた。

硫化試験は１６００下（８７１℃）で２１５時間行われ
た。第４表はこの試験の結果のデータを示ず。このデー
タは第２図にも示される。

その試験結果の示す所では、最大の硫化抵抗性を備える
ためにはコバルトは２５％以上でなければならない。し
かしコバルト含有量が約４０％以上に増大しても合金の
硫化抵抗性はそれほど増加しない。従ってコバルトのコ
ストの高いことと戦略物質であることとを勘考すれば、
コバルト含有流は約４０％以下、好適には約３５％以下
にされＪ：う。

第４表 硫化１抗性に対するコバルトの効果 Ｃ−１１４，６２２，０ Ｇ−２２０，０１１，５ Ｇ−３２４，８１０，Ｉ Ｃ−４２９，８６，３ Ｇ−５３１，９８，２ Ｇ−６３１，１３，７ ０−７３１，１４，０ Ｇ−８３０，５７゜２ Ｇ−９３６，１７，６ Ｇ−１０３５，７６，８ Ｇ−１１４０，６４，７ Ｇ−１２４０，９５，６ シリーズ■　溶接に対するケイ素の効果また他の一連の
実験的合金において、合金の溶接特性を調べるために、
実質的に第１表に記載のような合金が様々なケイ素含有
量を以って＠解された。

合金の溶接可能性を判定するため溶接継手の曲げ試論が
行われた。プレートの圧延方向に平行な方向の両面Ｖ形
溶接溝をもった２つの１／２インチ（１２，７ｍｍ）厚
のプレート試料をガス・タングステン−アーク溶接（Ｇ
ＴＡＷ）することによって溶接されたプレート試料が準
備された。この溶接プレート試料から、溶接部が試料の
長手方向軸に直角になるようにして、横断方向試験試料
が切断された。この試料の寸法は１７２インチ（１２，
７ａ厚さ）Ｘ１／２インチ（幅）×６インブー（１５２
，４ｍ長さ）であった。

その溶接継手の曲げ試験がフェース曲げモードとナイド
曲げモードの両方について実施された。

フエニス曲げ試験は、一方の溶接面が試料の引張面にな
るような試料を曲げることで行われる。

サイド曲げ試験にＪ３いては、一方の側面が試料の引張
面になるように溶接部が曲げられる。曲げは、室温にお
いて試料の厚さの２倍（即ち１インチ（２５，４Ｍ））
の曲げ半径を以って行われた。

第５表の曲げ試験データは、約２．７％までのケイ素を
含む合金が溶接すべき合金として特に適していることを
示している。そのデータはまた、約３％を超える含有量
は溶接される製品に使用するのに不適切であることを示
している。しかしシリーズエ試験に示されるように、３
％以上のケイ素の含有量は硫化抵抗性を必要とする用途
には適している。

第５表 Ｗ−１２，６９Ｐ　　　Ｐ　　　　Ｐ　　　ＰＷ−２２
，７４Ｐ　　　Ｐ　　　　Ｐ　　　ＰＷ−３２，７０Ｐ
　　　Ｐ　　　　Ｐ　　　ＰＷ−４２，７２Ｐ　　　Ｐ
　　　　Ｐ　　　ＰＷ−５２，７０Ｐ　　　Ｐ　　　　
Ｐ　　　ＰＷ−６２，６８Ｐ　　　Ｐ　　　　Ｐ　　　
ＰＷ−７２，７０Ｐ　　　Ｐ　　　　Ｐ　　　ＰＷ−８
３，２６Ｐ　　　Ｐ　　　　Ｐ　　　ＦＷ−９３，２９
Ｆ　　　Ｐ　　　　Ｆ　　　ＦＷ−１０３，２６Ｆ　　
　Ｆ　　　　Ｆ　　　Ｆ＊　Ｐは試験合格（試料は大き
な亀裂なしにうまく曲げられた）。

「は試験不合格（試料は曲げによって大きな亀裂又は完
全な破壊を生じた）。

シリーズ■　熱安定性に　するクロムの　果また別のシ
リーズの実験的合金において、合金の熱安定性を調べる
ために、実質的に第１表に記載のような合金が様々なり
ロム含有量を以って融解された。

５インチ（１２７ＪＩＩ）Ｘ７インチ（１７７，８Ｍ）
の１７２インチ（１２，７，ｗ）プレート試料が空気中
で１２００１１４００．及び１６００下（６４９，７６
０１及び８７１℃）の温度で１０００時間時効化された
。横断方向シャルビイ（ＣｈａｒＤｙ）　Ｖ形ノツチ試
料が準備された。試料の軸はプレート圧延方向に対し直
角にされ、そしてノツチはプレートの表面に対し直角に
された。試料準備のときに酸化スケールとこのスケール
の直ぐ下の侵食された材料とが機械切削で除去された。

熱時効化後の残留衝撃強度を測定するためシャルビイ衝
撃試験が室温で行われた。

１０００時間時効化試料及び焼鈍（非時効化）試料に対
するＶｆＩ撃強度試験の結果が第６表にまとめられてい
る。こ゛れで分かるように、約３０％またはそれ以下の
Ｃｒを含む合金は適正な残留衝撃強度を示す。３０％以
上のＣｒを含む合金は、特に１４００下（７６０℃）及
び１６００Ｔ（８７１℃）で１０００時間時効化した後
では、貧弱な衝撃強度を示す。従って、長期間のａ温で
の使用にお１ノる強度を必要とする成分には３０％また
はそれ以下のクロムを含む合金を用るのが望ましい。

第６表 熱安定性に対するクロムの効果 クロム含有量　　　　　　１２００下／　　１４００下
／　　１６００下／鎗　　（重量％）　　焼鈍条件　１
０００時間　１０００時間　１０００時間Ｔ時間　　　
　　２Ｇ、４　　　　　１３４．５　　　４６．５　　
　４２．０　　　５７．０Ｔ−２２７，３９８，５４３
，０３０，０６５，０Ｔ−３３０，２１０３，５４２，
０１０，０１７，０Ｔ−４３１，１１１５，０２７，０
３，５４，５Ｔ−５３２，１９４，５２３，０２，０３
，５１各値は１回の試験精巣を示す。

酸化試験 酸化試験が、合金８７２７、合金５５６、合金１８８、
合金１５０、及び合金６Ｂに対して行われた。それら試
験は空気中２０００下（１０９３℃）で１００８時間行
われた。試験中に合金は２４時間ごとに定期的に室温ま
で下げられた。試験の結果は第７表にポされる。その結
果は、合金６Ｂ以外の全ての合金が酸化試験に非常に好
く耐えたことを示している。合金６Ｂはその試験で完全
に消耗された。

第７表 酸化試験 ８７２７　　　　　　　１３．７ ５５６　　　　　　　　　４．６ １８８　　　　　　　　　２．３ １５０　　　　　　　　１３．９ ６Ｂ　　　　　　　　　　＞３１．５”本　金属損耗は
金属の損失と内部侵食。

＊＊　合金は消耗された。

融解塩腐食 本発明のケイ素富化のＮ　１−ｃｏ−Ｃｒ基合金は、ｖ
２０５のような融解塩による腐食に対する優れた抵抗性
を有することが知られた。そのような型式の腐食は、燃
料またはフィードストックからの不純物が高温で反応し
て低融点塩を形成するようなに温プロセス環境において
普通に生じるものである。燃料やフィードストックにお
いて通常の不純物であるバナジウムは燃焼時にＲ素と容
易に反応して、腐食に関する材料の多くの問題点の原因
となる■２０５を形成する。

腐食試験は、■２０５を容れたるつぼの中で行われた。

合金８７２７、合金１８８、及び合金６Ｂの試料が１４
００下（７６０℃）の融解塩内に１００時間浸漬された
。その試験の結果は第３Ａ図、第３Ｂ図、及び第３Ｃ図
に示される。合金８７２７は殆んど腐食されないが、合
金６Ｂは激しい腐食を受けていた。合金は中くらいに腐
食された。

本発明の合金の製造は比較的問題なく行われるので、そ
の合金は最もよく知られた方法によって作られよう。更
に、本発明の合金のｕｉ造特性と加工特性にも比較的問
題がないから、その合金は、鋳物、ワイヤ、粉末、溶接
製品、表面硬化製品等を含む非常に多様な市販品に作る
ことができよう。

当該技術者に明らかなように、特定の実例と共にここに
開示した本発明の原理は、その様々な用途及び変化形に
応用し得るものである。従って本発明はそれら特定の実
例に限定されず、特許請求の範囲内で広くとらえられる
べきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の合金の硫化抵抗性に対するケイ素の効
果を示すグラフ、第２図は本発明の合金の硫化抵抗性に
対するコバルトの効果を示すグラフ、そして第３Ａ図、
第３Ｂ図、及び第３Ｃ図は３つの選択された合金の＠ｗ
ｉＶ２０５内の浸漬試験後の断面の金属組織を示す顕微
鏡写真である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）硫化抵抗性を備えるのに特に適した合金において
   、主として、重量％で、２５から４０までのコバルト、
   ２５から３５までのクロム、２０までの鉄、２から４ま
   でのケイ素、８までのそれぞれモリブデン及びタングス
   テン但しモリブデンとタングステンとの和が１２を超え
   ないこと、コロンビウムとタンタルとの和１まで、アル
   ミニウム１．３まで、チタン１．３まで、炭素２まで、
   希土類金属０．２まで、ジルコニウム及びホウ素それぞ
   れ０．１まで、マンガン２まで、そして残部のニッケル
   と不可避不純物から成る合金。
2. （２）特許請求の範囲１項の合金において、２５から３
   ５までのコバルト、２５から３２までのクロム、１５ま
   での鉄、４までのそれぞれモリブデン及びタングステン
   但しモリブデンとタングステンとの和が６を超えないこ
   と、１までのコロンビウムとタンタルとの和、１．３ま
   でのアルミニウム、１．３までのチタン、０．１５まで
   の炭素、０．１までのそれぞれ希土類金属及びジルコニ
   ウム及びホウ素、そして１．５までのマンガンを含む合
   金。
3. （３）特許請求の範囲第１項の合金において、２５から
   ３１までのコバルト、２５から３１までのクロム、４か
   ら１５までの鉄、２．３から３．２までのケイ素、２ま
   でのそれぞれモリブデン及びタングステン但しモリブデ
   ンとタングステンとの和が３を超えないこと、０．５ま
   でのコロンビウムとタンタルとの和、１．０までのアル
   ミニウム、１．０までのチタン、０．１５までの炭素、
   ０．１までの希土類金属、０．０５までのジルコニウム
   、０．０１までのホウ素、そして１までのマンガンを含
   む合金。
4. （４）特許請求の範囲第１項の合金において、約２７の
   コバルト、約２７のクロム、約８の鉄、約２．７のケイ
   素、０．２までのモリブデンとタングステンとの和、０
   ．１５までのコロンビウムとタンタルとの和、約０．５
   のアルミニウムとチタンとの和、約０．０６の炭素、そ
   して０．５までのマンガンを含む合金。