KR100193389B1 - 오오스테나이트 몰리브덴 합금 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다음의 조성(중량%)을 특징으로 하는, 환원 매질에서 뛰어난 내부식성과 650-950℃의 온도에서 우수한 열 안정성을 가진 오오스테나이트 니켈-몰리브덴 합금에 관한 것이다.

몰리브덴 26.0-30.0%

철 1.0-7.0%

크롬 0.4-1.5%

망간 1.5%까지

실리콘 0.05%까지

코발트 2.5%까지

인 0.04%까지

황 0.01%까지

알루미늄 0.1-0.5%

마그네슘 0.1%까지

구리 1.0%까지

탄소 0.01%까지

질소 0.01%까지

잔량의 니켈 및 응용에 의해 야기된 통상의 오염물, 빈틈에 용해된 성분(탄소+질소)의 함량이 최대 0.015%로 한정되며 성분(알루미늄+마그네슘)의 합계는 0.15-0.40%의 한계내로 조정된다.

보다 구체적으로는 염산, 염화수소 가스, 황산, 초산 및 인산과 같은 환원 매질에 대해 특별한 내성이 필요한 화학 설비의 구조재용 재료로서 적합하다.

Description

오오스테나이트 몰리브덴 합금

본 발명은 650-950℃의 온도에서 우수한 구조 안정성을 가진 오오스테나이트 니켈-몰리브덴 합금 및 또한 광범위한 농도 및 온도에서 보다 구체적으로는 염산 및 황산과 다른 환원 매질에 대해 높은 내부식성을 가지는 구조재용으로서의 그의 용도에 관한 것이다.

꽤 높은 온도에서조차, 금속 몰리브덴은 통상적으로는 염산, 황산 및 인산과 같은 소위 환원 매질에 의한 부식에 대해 내성이 있다. 과학적으로 부정확하지만, 환원이란 용어는 수소 이온이 단독 산화제를 형성하는, 이러한 부식성 매질에 대해 널리 인정되어 왔다. 이와 같은 사실은 비교적 높은 몰리브덴 함량으로 인해, 환원 용액에서 만족할만한 내성을 가진 니켈-몰리브덴 합금의 개발을 이끌어왔다. (W.Z. Friend, Corrosion of Nickel and Nickel-Base Alloys, John Wiley Sons, New York-Chichester-Brisbane-Toronte, 1980, pages 248-291). 환원 산에서 그들의 만족스러운 내성은 합금 성분 몰리브덴에 의해 성취되는 화성 상태에서 느린 부식 속도를 기초로 한다. 따라서, Uhlig 외 그의 공동 저자(J. Electrochem, Soc. Vol. 110, (1963) 650)는 25℃에서 0.01N 황산에 양극 분극을 기초로 이때 부식 포텐셜이 몰리브덴 함량≥15%인 니켈-몰리브덴 합금에서 크게 감소된다는 사실을 보여줄 수 있었다. 니켈-몰리브덴 합금의 양성 영향은 염산에서 시험함으로서 더욱 명백하게 보여진다. Fillint(Metallurgica, Vol. 62 (373), 195 1960, 11월)는 정화안된(unventilated) 5% 염산(30℃)에서 갈바노스태틱(galvanostatic) 양극분극의 곡선의 기록을 설명하였고 몰리브덴 30%까지의 함량이 또한 보다 높은 품질면에서 추가로 부식성 포텐셜을 대신하지만, 몰리브덴 20%까지의 첨가가 비교적 크게 개선되었다고 기록된 것을 보여주었다.

공지의 니켈-몰리브덴 합금 NiMo30 alc NiMo028 표 1은 환원 조건에서 매우 만족스러운 내성을 가진 물질을 개발하려는 노력으로부터 얻어졌다. 통상적으로 이들 합금은 용액-아닐되고 냉각된 상태로 공급되어, 최대 내부식성을 보장한다. 그러나, 용접된 상태에서 보다 구체적으로 합금 NiMo30이 열 작용 지역에서 결정내 부식이 발생할 수 있다는 것이 발견되었다. 용접성의 개선은 1970년대에 탄소 및 실리콘 성분을 최적으로 합금함으로써 성취되었다. (F.G. Hodge et al., Materials Performance, Vol. 15 (1976) 40-45). 동시에 철 함량은 가능한 한 가장 낮은 값으로 제한되어, 카바이드에 대한 침전 속도를 감속시킨다. (Svistunova, Molybdenum in Nickel-Base Corrosion-Resistant Alloys, Soviet-American Symposium, Moscow, 17-18 1973년 1월). 그러나, 물질이 냉각 균열을 형성하는 경향이 있으므로, 화학장치의 구조용 대형부품의 제조에서 가공 분제점을 처리할 수 없었다.

본 발명의 목적은 수행될 열처리 또는 용접중에 과도한 연성(ductility) 손실 또는 냉각 균열의 형성에 대한 경향이 없는 내부식성 및 용접성 니켈-몰리브덴 합금을 제조하는 것이다.

본 문제점은 다음과 같이 구성된 오오스테나이트 니켈-몰리브덴 합금에 의해 해결된다:

몰리브덴 26.0-30.0%

철 1.0-7.0%

크롬 0.4-1.5%

망간 1.5%까지

실리콘 0.05%까지

코발트 2.5%까지

인 0.04%까지

황 0.01%까지

알루미늄 0.1-0.5%

마그네슘 0.1%까지

구리 1.0%까지

탄소 0.01%까지

질소 0.01%까지

잔량의 니켈 및 응용에 의해 야기된 통상의 오염물, 빈틈에(interstitially) 용해된 성분(탄소+질소)의 함량이 최대 0.015%로 한정되며 성분(알루미늄+마그네슘)의 합계는 0.15-0.40%범위 이내로 조정된다.

본 발명에 따른 합금과 합금 NiMo30 및 NiMo28의 형태로 표1에 제시된 선행기술의 비교는 본 발명에 따른 합금이 알루미늄 0.1-0.5% 및 마그네슘 0.1%까지의 함량에 의해 선행기술과 구분된다는 것이 명백하며, 두 가지 모두의 총계가 0.15-0.40%로 조절되어야 한다. 이와 같은 사실로 인하여 선행기술과 비교하여 탄소 함량이 반, 즉 이전의 최대 0.02%에서 본 발명에 따라 최대 0.01%로 될 수 있다는 사실이 알려진 바 있다. 이와 같은 사실로 인하여 선행기술에서는, 현재 통상의 합금 NioMo28에서 실시된 바와 같이, 철 함량이 최대 2.0%로 제한된다는 것을 제거한다. 이것은 단지 낮은 탄소 함량의 결과, 카바이드 침전에 대한 경향이 낮아서 선행기술에 따라 동시에 존재한 철로 인한 그의 촉진이 사소하게 된다는 사실에 기인한다. 합금 NiMo30에서 철 함량에 대한 상한치 7.0%이 도입되었고, 그 이유는 그렇지 않은 경우에는 내부식성이 매우 감소되기 때문이다. 본 발명에 따른 합금에 대해서도 그 상한치가 또한 제공된다. 더구나, 적어도 1.0%로 철함량의 하한선이 본 발명에 따른 합금에 도입된다. 이것은 달리 화학장치 구조에서 열 스트레싱하에, 예를 들어 용접중에 발생하는 연성 손실에 대한 실질적인 완화를 성취하도록 하며, 실제 이 물질로서 불안한 균열 형성을 방지할 수 있다.

시험 결과를 기초로 본 발명에 따른 합금에 대해 설명할 것이다. 본 발명에 따른 합금 A, B 및 C의 세 가지 일에 표 1를 두께 12mm인 시트로 압연하고 용액-아닐한 다음 물에서 냉각하였다. 다음에 그들의 열 안정성을 650-950℃의 온도 범위에서 0.1-8시간 숙성하고, ISO-V 샘플에서 노치-충격 워크(notch-impact work)를 시험하고, 이어서 선행기술의 NiMo28 합금과 열 안정성을 비교함으로서 측정하였다. 이러한 선행기술의 NiMo28 합금은 철 함량이 1%이하-단지 0.11%이었고, 반면에 본 발명에 따른 합금의 세 가지 일예 표 2는 철 함량이 1.13%, 1.75% 및 5.86%이다.

그 결과를 표2에 제시한다. 표에서 예를 들어 700℃에서의 속성 효과를 취하면, 선행기술의 합금 NiMo28이 0.1시간 후에 225 J의 노치-충격 워크를 나타내며, 이것은 숙성 시간이 증가함에 따라 8시간 후에 38 J로 감소된다는 것을 알 수 있다. 비교하여, 본 발명에 따른 합금 A는 700℃ 0.1시간 후에 명백히 보다 큰 값인 300 J이며, 심지어 숙성 1시간 후에 179 J의 값으로서 상승하는 선행기술의 합금 NiMo28보다 훨씬 크며, 단지 8시간 후에 후자의 것이 그 지점에서 나타내는 것 보다 약간 낮은 값으로 떨어진다. 선행기술과 비교하여 유사하게 지연된 연성 감소가 본 발명에 따른 합금 B, 및 보다 구체적으로 철 함량이 5.86%인 합금 C에 적용된다.

본 발명에 따른 합금의 장점은 예를 들어 800℃에서 숙성 효과를 고려한다면 보다 명백해진다. 이 경우에 선행기술의 합금 NiMo28의 노치-충격 워크는 0.1시간 후에 이미 35 J일뿐이며, 반면에 본 발명에 따른 합금 A 및 B는 200J 이상이다. 숙성시간의 진행에 따라 선행기술의 합금 NiMo28의 노치-충격 워크는 8시간 후에 단지 13J로 떨어지며, 반면에 본 발명에 따른 합금 A, B 및 C는 그 지점에서 약 150 J이다.

또한, 표 3은 700℃에서 1시간 숙성 후에 인장 시험에서 측정된 기계적 특정치를 보여준다. 알 수 있는 바와 같이, 이러한 열 스트레싱후에, 본 발명에 따른 합금 B는 파단후 신장을 A₅가 24% 및 파단후 면적 감소율 Z가 26%로서 나타난다. 합금 C는 유사하게 양호한 결과를 보여준다.

본 발명에 따른 합금 C의 내부식성을 선행기술의 합금 NiMo28과 비교하여 시험하였다. 실제 사용에 대한 적합성을 시험하기 위하여, 사용된 시험 매질은 니켈-몰리브덴 합금에 통상적으로 사용되는 염산 용액이었다. 높은 철 함량 5.6%를 가진 일예 C를 본 발명에 따른 합금을 위해 선택하였다. 그 결과를 표 4에 제시한다. Iron and Steel Testsheet(Stahl-Eisen-Prufbalatt)(SEP) 1877, 방법 III에 제시된 방법에 의해 결정내 부식(IC)에 대해 시험했을 때, 본 발명에 따른 합금은 결정내 부식(IC)을 나타내지 않는다는 것을 알 수 있다. DuPont 규격 SW 800 M에 대해 시험했을 때, 본 발명에 따른 합금에서 부식에 의해 제거된 양은 합금 NiMo28에 허용된 최대량 보다 적다, 심지어 용접된 볼트에 대해, 니켈-몰리브덴 합금에 대해 빈번히 요구된, Lummus 규격에 따라 시험했을 때, 본 발명에 따른 합금은 높은 철 함량 5.68%의 일예 C로서도 만족스럽게 통상적으로 예상된 프레임워크(framework)이내에 놓인다. 따라서, 열 스트레싱하에서 낮은 연성 손실과 관련하여, 본 발명에 따른 합금은 또한 용접된 구조재에 대해 열 후처리 없이 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 합금에 있어서, 열 안정성에서 성취된 정점이 내부식성에서의 단점에 의해 상쇄되지 않는다. 반대로, 이 경우에 통상적으로 사용된 시험 매질의 사용으로서 , 본 발명에 따른 합금의 내부식성이 우수하다.

본 발명에 따른 합금의 크롬 함량은 0.4-1.5%이며, 그 이유는 이러한 수준의 크롬 함량이 또한 열 스트레싱하에 합금의 연성 손실을 감소시키기 때문이다.

본 발명에 따른 수준에 알루미늄과 마그네슘의 첨가는 본 발명에 따른 합금을 탈산화시키며, 일반적으로 니켈-기재 합금에서 유해하다고 알려진, 황 함량이 환원 조건에서 효과적인 탈황화반응 단계에 의해 선행기술과 비교하여 이전의 최대 0.03%에서 최대 0.01%로 감소되도록 한다. 니켈-기재 합금에서 카바이드 침전을 촉진한다고 알려진, 실리콘의 함량은 알루미늄과 마그네슘의 첨가와 함께 이전의 초대 0.1%에서 본 발명에 따른 최대 0.05%로 감소될 수 있다. 탄소 함량의 제한에 더하여, 열 성형성을 개선하기 위하여, 질소 함량이 또한 최대 0.01%로 한정되며, 탄소 플러스 질소의 합계는 최대 0.015%로 한정된다.

언급된 최대 한계내에서, 성분 코발트, 망간, 구리 및 인은 본 발명에 따른 합금의 만족스런 재료 특성에 영향이 없다. 이들 성분은 용융중에 배치 재료들로서 도입될 수 있다.

본 발명에 따른 합금은 만족스러운 용접성과 내부식성을 특징으로 한다. 그것은 650-950℃의 온도 범위에서 우수한 구조적 안정성이 있으며 심지어 두터운 벽(walled)을 가진 용접된 구조재로부터 화학장치를 구성하는데 적합하다.

본 발명에 따른 합금 A-C

Claims (1)

1. 다음의 조성(중량%)을 특징으로 하는, 환원 매질에서 뛰어난 내부식성와 650-950℃의 온도에서 우수한 열 안정성을 가진 오오스테나이트 니켈-콜리브덴 합금;

   몰리브덴 26.0-30.0%

   철 1.0-7.0%

   크롬 0.4-1.5%

   망간 1.5%까지

   실리콘 0.05%까지

   코발트 2.5%까지

   인 0.04%까지

   황 0.01%까지

   알루미늄 0.1-0.5%

   마그네슘 0.1%까지

   구리 1.0%까지

   탄소 0.01%까지

   질소 0.01%까지

   잔량의 니켈 및 응용에 의해 야기된 통상의 오염물, 빈틈에 용해된 성분(탄소+질소)의 함량이 최대 0.015%로 한정되며 성분(알루미늄+마그네슘)의 합계는 0.15-0.40%의 한계내로 조정된다.