KR101412797B1

KR101412797B1 - 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금

Info

Publication number: KR101412797B1
Application number: KR1020097000693A
Authority: KR
Inventors: 안드레이 엘. 워시에스진스키
Original assignee: 에이티아이 파우더 메탈스 엘엘씨
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2014-07-08
Also published as: CA2654813A1; US7799271B2; ES2481445T3; US20070292304A1; BRPI0713745A2; EP2032728B1; CN101466857A; RU2009101288A; BRPI0713745B1; EP2032728A2; MX2008016063A; CA2654813C; CN101466857B; JP2009540131A; WO2008105788A3; JP5112427B2; WO2008105788A2; KR20090023481A

Abstract

고도의 부식성 및 연마성 환경에서의 적용으로 사용하기 위한 니켈계 합금. 상기 합금은 마모 및 부식 저항성을 제공하는 큰 부피 분율의 금속성 카바이드 입자를 함유한다. 상기 합금은 합금 분말 입자를 제조하기 위한 유도 용융 및 가스 분무화에 의하여 제조된다. 상기 입자는 열간 정수압 압축성형에 의하여 견고화되어 고형의 물품을 형성한다.

Description

니켈계 마모 및 부식 저항성 합금{Ni-base wear and corrosion resistant alloy}

본 출원은 2006년 6월 16일 출원된 미국 가출원 제60/814,081호 및 2007년 5월 23일 출원된 미국 가출원 제11/752,584의 우선권을 주장하며 상기 특허의 내용은 본 명세서에 인용에 의하여 통합된다.

본 발명은 고도의 부식성 및 연마성 환경에서의 용도로 설계되는 일군의 니켈계 합금에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 개선된 연마성 마모 저항성(resistance to abrasive wear)을 낳는 상당한 부피 분율의 카바이드 입자를 함유하는 일군의 부식 저항성 니켈계 합금에 관한 것이다. 이러한 합금은 소정의 조성물을 유도로(induction furnace) 중에서 용융하고 가스 분무화(gas atomizing)하여 합금 분말 입자를 제조함으로써 제조된다. 그런 다음, 제조된 합금 분말은 열간 정수압 압축성형(hot isostatic pressing, HIP) 공정에 의하여 견고화되어(consolidated) 고형의 합금봉이 얻어지거나, 상기 합금 분말은 HIP/클래딩(cladding)용으로 사용되어 연마성/부식성(abrasive/corrosive) 환경에 노출된 구성요소의 임계 표면(critical surface) 상에 마모/부식 저항성 층을 생성할 수 있다. 또한, 제조된 분말은 임계 표면에 적용되어, 다양한 분무 증착 방법, 플라즈마 이동, 레이저 증착 등의 다른 방법을 사용하여 마모/부식 저항성 층이 제조될 수 있다.

제조 기술의 개선 및 새로운 제조 공정의 개발은 이러한 까다로운 응용 분야를 위한 개선된 기계를 제조하기 위한 재료에 대하여 계속 증가하는 요구를 야기한다. 많은 응용분야는 기계 구성요소 및 공구가 충격 하중, 가혹한 부식 및 광범위한 마모와 같은 복합적인 요인에 놓이는 복잡하고 공격적인(aggressive) 서비스 환경을 포함한다. 건조 식품 가공 및 플리스틱 가공, 즉, 플라스틱 사출 성형 또는 플라스틱 압출은 가장 까다로운 응용분야의 일부 예이다. 최근의 플라스틱은 그들의 기능적 특성을 개선하기 위하여 종종 세라믹 섬유의 첨가물를 포함한다. 이러한 섬유 첨가물은 플라스틱의 연마성을 상당히 증가시키는데, 이는 플라스틱 사출 성형기 및 압출기의 구성요소, 즉, 배럴, 스크류, 스크류 팁, 리턴 밸브 등을 구성하기 위하여 사용되는 재료에 대하여 증가된 도전을 부여한다. 가장 도전적인 응용 중 하나는 TEFZIL, TEFLON 등과 같은 플루오로중합체 플라스틱의 가공이다. 적합한 중합체 구조의 형성에 도움을 주기 위하여 이러한 가공은 상승된 온도 및 습한 환경을 필요로한다. 이러한 환경은 매우 부식성인 플루오르화 수소산(HF)의 형성을 야기한다. 또한 비-플루오로중합체 플라스틱의 가공에 있어서, 일부 유기 및/또는 비유기 부식성의 산이 형성될 수 있는데 이는 가혹한 부식 환경을 야기한다.

유사한 도전이 건조 식품 가공 산업에 있어서 해결될 필요가 있다. 모든 건조 식품은 그 콘시스턴시(consistency) 및 분산 때문에 고도로 연마성이다. 건조 식품은 일반적으로 주요한 보존 첨가물로서 염을 함유하는데, 이는 철계 합금에 대 해 부식성이 크다. 이러한 공격적인 환경 때문에 통상의 마모 저항성 공구강은 이러한 응용분야에서 불충분하며, 심지어 마모 및 부식 저항성이 개선된 공구강도 이러한 요구 조건에 충분한 성능을 제공하지 못한다.

사출기 및 압출기의 구성요소를 구성하기 위하여 일반적으로 사용되는 재료는 CPM® 9V 및 CPM® 10V와 같은 마모 저항성 냉간 가공 공구강(cold work tool steels), CPM® S90V과 같은 마모 및 부식 저항성 공구강, 및 니켈계 합금이다. CPM® 9V 또는 CPM® 10V과 같은 정규의 냉간 가공 공구강은, 그들의 우수한 마모 저항성에도, 플라스틱 또는 식품 가공을 포함한 많은 응용분야에 있어서 불충분한 부식 저항성을 갖는다. 일부 이러한 응용분야에 있어서 심지어 CPM® S90V과 같은 마모 저항성 스테인레스 공구강도 충분한 부식 저항성을 갖지 못한다. 상업적인 니켈계 초합금은 우수한 부식 저항성을 갖고 부식 관점에서 그들은 대부분의 이러한 적용에 있어서 만족스럽게 기능한다. 그러나, 그들의 주요한 결함은 비적합한 또는 부족한 마모 저항성이다. 몇몇의 합금이 합금의 마모 특성을 개선하기 위하여 합금 매트릭스를 형성하는 니켈계 합금 분말을 텅스텐 카바이드와 같은 경질 입자와 혼합하거나, 니켈계 기재를 경질 입자로 "함침(impregnating)"함으로써 개발되어 왔다. 그러나, 그러한 기술은 그들 고유의 제한이 있으며, 그중 중요한 것은:

-큰 카바이드 입자는 종종 각형(angular)이며 최종 제품의 인성(toughness)에 나쁜 영향을 갖는다;

- 경질 입자는 경질 입자의 비균질 분포를 야기하는 혼합 도중 또는 용융 도중 분리되는 경향이 있는데, 이는 최종 미세구조에 있어서의 "국부적 연점(soft spots)" 및 보호층의 비균일 마모를 야기한다.

본 발명의 목적은 균일한 매트릭스 중의 경질 입자의 균일하고 균질한 분포를 얻기 위하여 균질한 용융 금속으로부터 경질상(hard phase), 주로 금속성 카바이드의 "인 시투" 침전에 의하여 달성될 수 있는 마모 저항성 니켈계 합금을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 합금은 탄소의 첨가물 및 크롬, 바나듐, 텅스텐, 몰리브덴, 및 티타늄과 같은 강력한 카바이드 형성 원소의 첨가물을 함유하는 니켈계 합금이다. 모든 원소는 큰 부피 분율의, 주로 바나듐, 크롬, 티타늄 및 몰리브덴을 함유하는 합금 카바이드 형성이 가능하도록 균형잡힌다. 이러한 카바이드 입자의 주요한 역할은 마모 특성을 개선하고 본 발명의 합금의 부식 저항성을 증가시키는 것이다. 또한, 매트릭스 중에 존재하는 합금 원소는 고용체(solid solution) 강화 및 금속간상(intermetallic phase)의 침전에 의하여 합금의 경도에 기여한다. 본 발명의 합금은 하기 원소로 이루어진다:

탄소 - 1.0 - 6.0%, 바람직하게는 2.0 - 5.5%의 양으로 존재하고, 그 주요한 기능은 바나듐, 크롬, 및 몰리브덴와 같은 카바이드 형성 원소와 함께 카바이드를 형성하는 것이다. 티타늄 및 지르코늄과 같이 더 적은 양으로 존재하는 다른 원소는 바나듐 풍부 카바이드 중에 부분적으로 용해되거나 적은 양의 별도의 카바이드를 형성할 수 있다. 매트릭스 중에 용해된 과량의 탄소는 결정립계에 응리(segrigation)되며 인성을 악화시키기 때문에 바람직하지 않다. 탄소의 양은 하기 식에 의해 카바이드 형성 원소(CFE)의 양과 밀접한 상관관계가 있다:

1.1 < CFE/C < 2.5

여기서: CFE = 0.2 * %V + 0.25 * %Ti + 0.06 * %Mo + 0.063 * %Cr;

C - 합금 중의 탄소 양(중량 %);

%V, %Ti, %Mo, %Cr - 각각, 본 발명의 합금 중의 바나듐, 티타늄, 몰리브덴 및 크롬(중량 %).

크롬 - 14.0 - 25.0%, 바람직하게는 16.0- 22.5%의 양으로 존재한다. 크롬 중 일부는 카바이드를 형성하는데, 이는 합금의 개선된 마모 저항성에 기여한다. 크롬 중 나머지 부분은 매트릭스 중에 용해되어 고용체 강화에 기여한다. 또한 크롬은 합금 표면 상에 얇은 산화물 밀착층을 형성하는데, 이는 합금을 부식성 환경으로부터 보호한다.

바나듐 - 8.0 - 22.0%, 바람직하게는 10.0 - 20.0%의 양으로 존재한다. 바나듐 첨가의 주요한 목적은 경질의 마모 저항성 바나듐 풍부 MC 카바이드를 형성하는 것인데, 여기서 M은 금속의 원자, 주로 바나듐을 지칭한다. 또한 바나듐 원자를 대체할 수 있는 크롬, 티타늄, 및 몰리브덴과 같은 다른 금속성 원자가 MC 카바이드에 분배되거나 별도의 카바이드를 형성할 수 있다. 바나듐은 탄소 양의 3배보다 큰, 즉 %V/%C > 3의 양으로 존재하여야 한다. 더 작은 바나듐 양은 크롬, 티타늄 및 몰리브덴과 같은 다른 원소와 함께 카바이드 형성에 이용가능한 과량의 탄소를 야기하는데, 이는 바람직하지 않다. 너무 적은 바나듐 첨가는 불충분한 부피 분율의 카바이드 및 합금의 평범한 마모 특성을 야기한다. 바나듐 및 탄소의 첨가가 과하게 많은 경우, 이는 과도한 부피 분율의 카바이드를 야기하는데, 이는 합금의 인성 특성에 나쁜 영향을 갖는다. 또한 과도한 부피 분율의 카바이드는 제조 어려움을 증가시키며 합금의 가공 및 연마 특성을 악화킨다.

몰리브덴 - 6.0 - 15.0%, 바람직하게는 8.0 - 13.0%의 양으로 존재한다. 이는 카바이드 및 매트릭스 둘 다에 분배된다. 이는 별도의 M₆C 또는 M₂₃C₆ 카바이드를 형성하거나, 다량의 바나듐을 갖는 합금 중에서 MC 카바이드 중에 용해될 수 있다. 매트릭스 중에 용해된 몰리브덴은 고용체 강화에 기여한다.

코발트 - 5.0 - 14.0%, 바람직하게는 6.0 - 12.0%의 양으로 존재한다. 이는 카바이드를 형성하지는 않으며 매트릭스 중에 잔존한다. 코발트 원자는 감마 프라임 (γ') 침전물 중 니켈 원자를 대체할 수 있다.

티타늄 - 1.0 - 7.0%, 바람직하게는 2.5 - 5.0%의 양으로 존재한다. 티타늄의 주된 목적은 감마 γ' 침전물을 형성하고 매트릭스 강화를 제공하는 것이다. 그러나, 티타늄도 강력한 카바이드 형성 원소이며 많은 부분의 티타늄은 이용가능한 탄소 때문에 탄소로 속박되어 있다. 이 때문에, 본 발명의 합금 중의 티타늄 함량은 상업적인 Ni계 초합금 중의 티타늄 함량에 비하여 상대적으로 높다.

알루미늄 - 1.0 - 4.0%, 바람직하게는 1.0 - 2.5%의 양으로 존재하며, 그 주요한 기능은 γ' 침전물을 형성하고 합금 매트릭스를 강화하는 것이다. 또한 이는 상승된 온도에서 밀착성 산화물층을 형성하는데, 이는 상기 온도에서 합금을 보호하는 것을 돕는다.

지르코늄 - 2.0% 이하, 바람직하게는 1.5% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 이는 강력한 카바이드 형성제이며 탄소와 혼합된다. 잔존하는 부분은 결정립계에 응리하는 경향이 있다.

실리콘 - 1.0% 이하, 바람직하게는 0.5% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 이는 강력한 탈산소제이며 용융 공정으로부터 야기되는 잔류 원소로 간주된다.

니켈 - 나머지. 이는 합금의 주요한 특성, 주로 상승된 온도에서 강도를 제공하는 매트릭스의 주된 원소이다. 또한 이는 합금의 강도에 기여하는 γ' 침전물을 형성한다.

상기 모든 퍼센트는 중량 퍼센트이다.

앞서 일반적인 설명 및 하기 상세한 설명 모두는 단지 예시적이고 설명적인 것이며 청구된 바와 같은 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 몇몇 구현예를 도시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

도 1(a)는 본 발명의 합금 및 구체적으로 합금 WR-11의 에칭된 미세구조(200X 배율)를 나타낸다;

도 1(b)는 본 발명의 합금 및 구체적으로 합금 WR-11의 에칭된 미세구조(1000X 배율)를 나타낸다;

도 2(a)는 본 발명의 합금 및 구체적으로 합금 WR-9의 에칭된 미세구조(200X 배율)를 나타낸다;

도 2(b)는 본 발명의 합금 및 구체적으로 합금 WR-9의 에칭된 미세구조(500X 배율)를 나타낸다;

도 3(a)은 본 발명의 합금 및 구체적으로 합금 WR-12의 SEM 미세구조(100X 배율)를 나타낸다;

도 3(b)은 본 발명의 합금, 구체적으로 합금 WR-13의 미세구조의 후방산란 전자 SEM 사진(backscattered electron SEM image) (1000X 배율)를 나타낸다.

이하, 본 발명의 예시적인 구현예에 대하여 상세하게 기술되며, 그 예들은 첨부된 도면에 도시되어 있다.

화학조성

본 발명의 마모 및 부식 저항성 Ni계 합금
합금 ID	봉 ID	Ni	Cr	V	Mo	Co	Ti	Al	Zr	Si	Mn	C
WR-9	01-184	나머지	21.73	13.83	11.07	7.31	4.97	1.88	0.75	0.06		4.49
WR-10	02-173	나머지	20.19	19.38	9.40	6.89	4.42	2.06	1.35	0.12		5.25
WR-11	02-259	나머지	18.15	10.20	8.75	10.10	3.04	1.46	-	-		2.00
WR-12	02-260	나머지	18.18	11.93	8.74	10.00	2.98	1.54	-	-		2.45
WR-13	02-261	나머지	16.77	15.15	8.64	9.23	3.04	1.55	-	-		3.00
WR-14	02-262	나머지	22.06	15.82	12.03	7.91	3.49	1.68	-	-		3.74
WR-15	04-033	나머지	19.87	12.09	11.93	10.95	3.39	1.45	0.12	0.06		2.38
WR-16	04-034	나머지	19.96	12.70	11.91	9.88	3.85	1.36	0.01	0.008		2.75
종래 기술의 비교 합금
440C		나머지 Fe	17.50	-	0.50	-	-	-	-	0.30	0.50	1.00
CPM®S90V		나머지 Fe	14.00	9.00	1.00	-	-	-	-	0.40	0.50	2.30
합금 625		나머지	22	4.0 Nb	9	3.0 Fe	0.2	0.2	-	0.3	0.15	0.05

실험예의 합금

본 발명 및 비교의 합금의 마모 및 부식 저항성
본 발명의 합금
합금 ID	봉 ID	경도 [HRC]	WR [mg]	공극부식 전위(Pitting Pot.) 대 SCE 5% NaCl Epit, [mV]	부식율 5% HF [mm/yr]
WR-9	01-184	61.4	109		0.41
WR-10	02-173	63.4	71
WR-11	02-259	50.1	424
WR-12	02-260	51.7	240
WR-13	02-261	52.9	155	503	0.7
WR-14	02-262	62.7	60	357	0.34
WR-15	04-033	55.2	301		0.4
WR-16	04-034	55.0	284	389	0.43
비교의 합금
440C		57.0	646	-220
CPM?S90V		59.0	84	5	27
합금 625		34	3275	--	0.07

실험예의 합금의 조성물은 합금 내용물 및 탄소의 양을 주의깊게 맞춤으로써 정의되었다. 합금은 1차 카바이드를 형성하기에 충분한 양의 탄소를 제공하도록 설계되었다. 실험예의 합금의 조성을 표 1에 나타내었다. 모든 합금은 예비 합금화된 분말을 제조하기 위하여 전기 유도로 중에서 용융되고 가스 분무화되었다. 제조된 분말을 수집하고 -16 메쉬 분획으로 스크리닝하여, 원통형 용기에 적재하고 열간 정수압 압축성형 (HIP)를 사용하여 견고화하였다. 모든 합금은 부식 및 마모 저항성 시험을 위하여 그로부터 시료의 쿠폰이 절단되는 고형의 봉으로 성공적으로 견고화되었다. 부식 및 마모 시험이 본 발명의 합금에 대하여 HIP직후(as-HIP) 조건 중에서 수행되었다. 본 발명의 합금의 장점 중 하나는 그들이 as-HIP 조건 중에서 사용될 수 있으며 열처리를 필요로하지 않는다는 것이다. 이는 전체의 제조 공정을 단축하고 단순화할 수 있다. 몇몇의 합금이 비교 목적으로 비교의 합금으로서 시험되었다. 이들은 2개의 마르텐사이트계(martensitic) 마모 및 부식 저항성 공구강, 통상의 440C 및 분말 야금(powder metallurgy) CPM S90V을 포함한다. 이들 합금은 그들이 일반적으로 본 발명의 합금이 사용되도록 의도되는 응용분야에서 사용되는 공구 재료이기 때문에 비교용으로 선정되었다. 또한, 니켈계 초합금, 합금 625가 종종 HF 환경을 포함하는 응용분야에서 사용되기 때문에 비교 시험용으로 포함되었다. 그러나, 그것은 적합한 마모 저항성이 부족하기 때문에 그 성능이 종종 불충분하다.

본 발명의 합금은 철계 공구강 및 니켈계 초합금의 성능 특성을 결합하는데, 즉 본 발명의 합금은 마르텐사이트계 마모 저항성과 유사한 마모 저항성을 갖고 니켈계 합금과 유사한 부식 저항성을 유지한다.

부식 저항성:본 발명의 몇몇 합금 및 비교를 위한 비교의 합금의 부식 저항성을 평가하기 위하여 동전위(Potentiodynamic) 시험이 사용되었다. 합금의 공극부식 저항성(pitting resistance)이 5% NaCl 용액 중에서 측정되었다. 상기 시험은 ASTM G5에 따라서 수행되었다. 합금의 공극부식 저항성은 동전위 곡선으로부터 얻어진 공극부식 전위(E_Pit)에 의하여 정의된다. 공극부식 전위가 더 양의 값으로 큰 경우, 합금은 공극부식 저항성이 더 크다. 본 발명의 합금은 as-HIP 조건 중에서 시험되었고, 비교의 합금은 전형적인 응용분야에서 일반적으로 사용되는 통상적인 열처리 조건에서 시험되었다. 부식 테스트의 시험 결과를 표 2에 나타내었다.

철계 합금, 440C 및 CPM S90V에 대한 공극부식 전위는, 각각, -220 mV 및 5 mV이었다. 몇몇의 본 발명의 합금, 즉, WR-13, WR-14 및 WR-16의 공극부식 전위는, 각각, 503 mV, 357 mV 및 389 mV인데, 이는 마모/부식 저항성 공구강 보다 더욱 우수한 본 발명의 합금의 공극부식 저항성을 나타낸다.

두번째 부식성 시험이 5% 플루오로수소화산(HF) 중에서 수행되었다. 본 시험은 ASTM G59에 따라 수행되었다. 부식율은 표 2에서 ASTM F102에 따라 시험 도중 수집된 데이터로부터 계산되었다. 본 테스트에서, 부식율이 낮을수록, 합금은 일반적인 부식에 더 저항성이다. 합금 625 및 CPM S90V이 비교로서 시험되었다. HF 중에서 가장 우수한 부식 저항성은 합금 625에 대하여 측정되었다; 그 부식율은 0.07 mm/yr이었다. 본 발명의 합금의 HF 중의 부식율은 0.34 - 0.7 mm/yr이었다. 이러한 부식율은 Ni계 초합금의 부식율보다 약간 크지만 27 mm/yr로 측정된 CPM S90V의 부식율보다는 훨씬 낮다. CPM S90V은 가장 우수한 상업적으로 입수가능한 마모/부식 저항성 마르텐사이트계 공구강 중 하나로서 인식된다.

마모 테스트: 마모 저항성은 플라스틱 사출 성형과 같은 응용에 있어서 재료를 시험하기 위해 종종 사용되는 저응력 건식 긁힘마모 시험(Dry Sand Rubber Wheel Abrasive Test)을 사용하여 시험되었다. 시험은 ASTM 표준 G65, 저응력 건식 긁힘마모 시험에 따라 수행되다. 또한 본 발명의 합금은 as-HIP 조건 중에서 시험되었으며, 비교의 합금은 그들의 일반적인 적용 경도로 열처리되었다. 테스트 결과는 표 2에 도시되었다. CPM S90V 공구강의 경우 ASTM G65 중에서 마모 중량 손실은 84 mg이었고 440C 공구강의 경우는 646 mg이었다. 본 발명의 합금 마모식 중량 손실은 합금의 조성 및 카바이드의 부피 분율에 따라 60 mg 내지 424 mg로 다양했다. 더 많은 양의 탄소 및 카바이드 형성 원소(합금 WR-9, WR-10, WR- 14)을 갖는 합금은 더 낮은 중량 손실을 갖고 CPM S90V의 중량 손실에 필적했다. 더 작은 양의 탄소 및 카바이드 형성 원소를 함유하는 본 발명의 합금은 155 mg 내지 424 mg의 약간 높은 중량 손실을 갖지만 마모 중량 손실이 646 mg인 다른 마모/부식 저항성 공구강 440C보다는 훨씬 낮았다. 초합금 625의 경우 중량 손실은 3275 mg으로 본 발명의 합금의 그것보다 적어도 한자리수 더 컸다.

미세구조: 본 발명의 합금의 미세구조는 광학 및 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 조사되었다. 광학 현미경 조사를 위한 금속조직 표본은 연마 및 버라하 에칭액(Beraha's etchant)으로 에칭되었다. 광학 현미경 사진의 예들을 도 1 및 도 2에 나타내었다. 미세구조는 Ni계 매트릭스 중에 균일하게 분포된 합금 카바이드 입자로 구성된다. 1차 카바이드 입자의 부피 분율은 탄소 함량 및 카바이드 형성 원소의 양에 따라 다르며, 가장 많은 양의 탄소 및 카바이드 형성제를 갖는 조성물 중에서 카바이드의 부피 분율은 55% 이하일 수 있다. 미세구조의 SEM 조사가 연마직후 조건(as-polished condition)에서 야금조직 표본에 대해 수행되었다. SEM 미세구조의 예들을 도 3에 나타내었다. 카바이드 입자의 EDS 분석은 3가지 종류의 카바이드의 존재를 나타내었다:

티타늄-바나듐-몰리브덴-크롬 풍부;

바나듐-몰리브덴-티타늄-크롬 풍부; 및

크롬-몰리브덴-바나듐 풍부.

각 원소들은 주어진 종류의 카바이드 내에서 감소하는 함량 순서로 나열되었다.

제조예: 본 발명의 합금, WR-13 및 WR-16이 플라스틱 사출 성형기에 대하여 트윈 HIP/클래드 배럴을 제조하기 위하여 사용되었다. 합금 둘 다는 열간 정수압 압축성형에 의하여 배럴 개구의 내경(ID)에 성공적으로 적용되었으며, 이는 분말의 완전 견고화 및 배럴 기재에 HIP/클래드 층의 우수한 기계적 결합을 낳았다. 배럴 둘 다는 본래의 스펙으로 성공적으로 마감 가공되고 현장 시험을 위하여 소비자에게 전달되었다.

본 발명의 다른 구현예가 명세서 및 본원에서 개시한 발명의 실시를 고려하면 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서 및 실시예는 단지 예시적인 것으로 간주되어야 하며 본 발명의 진정한 범위 및 취지는 하기 청구범위에 의하여 지시된다.

Claims

중량 퍼센트로:

탄소 1%-6%; 크롬 14%- 25%; 바나듐 8%-22%;

몰리브덴 6%-15%; 코발트 5%-14%; 티타늄 1 %-7%;

알루미늄 1%-4%; 지르코늄 2% 이하; 실리콘 1% 이하;

및 나머지로서 니켈 및 부수적인 불순물로 이루어진 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.
중량 퍼센트로:

탄소 2%-5.5%; 크롬 16%-22.5%; 바나듐 10%-20%;

몰리브덴 8%-13%; 코발트 6%-12%; 티타늄 2.5%-5%;

알루미늄 1%-2.5%; 지르코늄 1.5% 이하; 실리콘 0.5% 이하;

및 나머지로서 니켈 및 부수적인 불순물로 이루어진 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.
중량 퍼센트로:

탄소 4%-5%; 크롬 20%-23%; 바나듐 12%-15%;

몰리브덴 10%-12.5%; 코발트 6.5%-8.0%; 티타늄 4%-6%;

알루미늄 1.5%-2.5%; 지르코늄 1.2% 이하; 실리콘 0.5% 이하;

및 나머지로서 니켈 및 부수적인 불순물로 이루어진 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.
중량 퍼센트로:

탄소 5%-6%; 크롬 19%-21%; 바나듐 18%-20%;

몰리브덴 8.5%-10.5%; 코발트 6%-8%; 티타늄 4%-5%;

알루미늄 1.5%-2.5%; 지르코늄 2% 이하; 실리콘 0.5% 이하;

및 나머지로서 니켈 및 부수적인 불순물로 이루어진 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.
중량 퍼센트로:

탄소 1.5%-2.5%; 크롬 17%-19%; 바나듐 9.5%-12%;

몰리브덴 8%-10%; 코발트 9%-11 %; 티타늄 2.5%-4%;

알루미늄 1%-2%; 지르코늄 0.5% 이하; 실리콘 0.5% 이하;

및 나머지로서 니켈 및 부수적인 불순물로 이루어진 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.
중량 퍼센트로:

탄소 2%-3%; 크롬 17%-19%; 바나듐 11 %-13%;

몰리브덴 8%-10%; 코발트 9%-11 %; 티타늄 2.5%-4%;

알루미늄 1%-2%; 지르코늄 0.5% 이하; 실리콘 0.5% 이하;

및 나머지로서 니켈 및 부수적인 불순물로 이루어진 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.
중량 퍼센트로:

탄소 2.5%-3.5%; 크롬 15.5%-18%; 바나듐 14%-16%;

몰리브덴 8%-10%; 코발트 8%-10%; 티타늄 2.5%-4%;

알루미늄 1%-2%; 지르코늄 0.5% 이하; 실리콘 0.5% 이하;

및 나머지로서 니켈 및 부수적인 불순물로 이루어진 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.
중량 퍼센트로:

탄소 3.25%-4.25%; 크롬 21%-23%; 바나듐 14%-16%;

몰리브덴 11%-13%; 코발트 7%-9%; 티타늄 3%-4%;

알루미늄 1%-2%; 지르코늄 0.5% 이하; 실리콘 0.5% 이하;

및 나머지로서 니켈 및 부수적인 불순물로 이루어진 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.
중량 퍼센트로:

탄소 2%-3%; 크롬 19%-21%; 바나듐 11%-13%;

몰리브덴 11%-12%; 코발트 10%-12%; 티타늄 2.5%-4%;

알루미늄 1%-2%; 지르코늄 0.5% 이하; 실리콘 0.5% 이하;

및 나머지로서 니켈 및 부수적인 불순물로 이루어진 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.
중량 퍼센트로:

탄소 2.25% -3.25%; 바나듐 12%-14% 크롬 19%-21%;

몰리브덴 11%-13%; 코발트 9%-11%; 티타늄 3%-4.5%;

알루미늄 1%-2%; 지르코늄 0.5% 이하; 실리콘 0.5% 이하;

및 나머지로서 니켈 및 부수적인 불순물로 이루어진 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 유도 용융(induction melting) 및 가스 분무화(gas atomization)에 의하여 제조되는 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.
제11항에 있어서, 상기 합금은 부피%로 55% 이하의 카바이드 입자를 포함하고, 여기서 카바이드 입자는 바나듐 카바이드, 크롬 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 카바이드, 몰리브덴 카바이드 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 부피%로 55% 이하의 카바이드 입자를 포함하고, 여기서 카바이드 입자는 바나듐 카바이드, 크롬 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 카바이드, 몰리브덴 카바이드 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 부피%로 10%-55% 의 카바이드 입자를 포함하고, 여기서 카바이드 입자는 바나듐 카바이드, 크롬 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 카바이드, 몰리브덴 카바이드 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금을 구성하는 탄소의 양은 하기 식

1.1 < CFE/C < 2.5

여기서: CFE = 0.2 * %V + 0.25 * %Ti + 0.06 * %Mo + 0.063 * %Cr

에 의해 카바이드 형성 원소(CFE)의 양과 상관관계가 있는 니켈계 마모 및 부식 저항성 합금.