KR101668383B1

KR101668383B1 - 우수한 가공성, 내크리프성 및 내부식성을 갖는 니켈-크롬-알루미늄 합금

Info

Publication number: KR101668383B1
Application number: KR1020147034095A
Authority: KR
Inventors: 하이케 하텐도르프
Original assignee: 파우데엠 메탈스 게엠베하
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2016-10-21
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: DE102012011161A1; RU2014153531A; MX362836B; JP6076472B2; DE102012011161B4; CN104245978B; WO2013182177A1; US20150050182A1; MX2014014557A; EP2855723A1; RU2599324C2; KR20150005706A; BR112014024761B1; EP2855723B1; US9657373B2; CN104245978A; ES2605948T3; JP2015524023A

Abstract

본 발명은, 24 wt% 내지 33 wt%의 크롬, 1.8 wt% 내지 4.0 wt%의 알루미늄, 0.10 wt% 내지 7.0 wt%의 철, 0.001 wt% 내지 0.50 wt% 규소, 0.005 wt% 내지 2.0 wt%의 망간, 0.00 wt% 내지 0.60 wt%의 티타늄, 각각 0.0002 wt% 내지 0.05 wt%의 마그네슘 및/또는 칼슘, 0.005 wt% 내지 0.12 wt%의 탄소, 0.001 wt% 내지 0.050 wt%의 질소, 0.0001 wt% 내지 0.020 wt%의 산소, 0.001 wt% 내지 0.030 wt%의 인, 최대 0.010 wt%의 황, 최대 2.0 wt%의 몰리브덴, 최대 2.0 wt%의 텅스텐, 잔량의 니켈 및 통상적인 공정 관련(process-related) 불순물을 가지며, 하기의 관계식을 만족하는 니켈-크롬-알루미늄-철 합금에 관한 것이다: Cr + Al ≥ 28 (2a) 및 Fp ≤ 39.9 (3a), 여기서, Fp = Cr + 0.272*Fe + 2.36*Al + 2.22*Si + 2.48*Ti + 0.374*Mo + 0.538*W - 11.8*C (4a)이고, 이때, Cr, Fe, Al, Si, Ti, Mo, W 및 C은 각각의 원소의 질량% 단위의 농도이다.

Description

우수한 가공성, 내크리프성 및 내부식성을 갖는 니켈-크롬-알루미늄 합금{Nickel-chromium-aluminum alloy having good processability, creep resistance and corrosion resistance}

본 발명은 우수한 고온 내부식성, 우수한 내크리프성(creep resistance), 및 향상된 가공성을 갖는 니켈-크롬-알루미늄 합금에 관한 것이다.

다양한 니켈, 크롬, 및 알루미늄 함량을 갖는 오스테나이트계(austenitic) 니켈-크롬-알루미늄 합금은, 퍼니스 축조(furnace construction)에서 그리고 화학 산업에서, 뿐만 아니라 석유화학 산업에서 오랫동안 사용되어 왔다. 이러한 용도를 위해서는, 심지어 침탄(carburizing) 분위기에서의 우수한 고온 내부식성 및 우수한 내열성/내크리프성이 요구된다.

일반적으로, 표 1에 열거된 합금의 고온에서의 내부식성은, 증가하는 크롬 함량에 따라 증가함이 주목될 수 있다. 이들 합금 모두는, 크롬 산화물 층(Cr₂O₃)과 그 밑에 깔려 있는 Al₂O₃ 층을 형성하며, 이때, Al₂O₃ 층은 다소간 폐쇄된다. 예를 들어, Y 또는 Ce와 같은 강한 산소-동족성(oxygen-affine) 원소의 소량 첨가는 내산화성을 향상시킨다. 크롬 함량은, 적용 영역에서의 사용 과정 동안에, 보호층을 축적하는데 서서히 소비된다. 이러한 이유로, 이러한 재료의 수명은 크롬 함량이 높을수록 연장하는데, 그 이유는, 보호층을 형성하는 원소인 크롬의 더 높은 함량은, 크롬 함량이 임계치 아래로 떨어져서 Cr₂O₃ 이외의 산화물(예를 들어, 철을 함유하거나 또는 니켈을 함유하는 산화물)이 형성되게 하는 시점을 늦추기 때문이다. 고온에서의 내부식성의 추가적인 증가는, 알루미늄 및 규소의 첨가에 의하여 달성될 수 있다. 특정 최소 함량으로 출발하여, 이들 원소는, 크롬 산화물 층 아래에 폐쇄된 층을 형성하며, 그에 따라, 크롬의 소비를 감소시킨다.

침탄 분위기에서(CO, H₂, CH₄, CO₂, H₂O 혼합물), 탄소는 재료내로 침투할 수 있는데, 그로 인해 내부에 카바이드(internal carbide)의 형성이 일어날 수 있다. 이는 노치 충격 인성(notch impact toughness)의 손실을 유발한다. 또한, 녹는점이 매우 낮은 값까지(350℃까지) 감소하며, 매트릭스의 크롬 감소로 인해 변형 공정이 발생할 수 있다.

침탄에 대한 높은 저항성은 탄소에 대해 낮은 용해도를 갖고, 낮은 탄소 확산 속도를 갖는 재료에 의해 달성된다. 따라서, 일반적으로, 니켈 합금은 철계 합금보다 침탄에 대해 더욱 저항성이 있는데, 그 이유는 니켈에서의 탄소의 확산 및 탄소 용해도 모두가 철에서보다 작기 때문이다. 크롬 함량의 증가는 보호성 크롬 산화물 층의 형성으로 인해 더 높은 침탄 저항성을 가져오는데, 다만, 이는 기체 중 산소 분압이 이러한 보호성 크롬 산화물 층을 형성하기에 충분한 경우에 그러하다. 매우 낮은 산소 분압에서는, 규소 산화물 층, 또는 더더욱 안정한 알루미늄 산화물 층을 형성하는 재료들을 사용하는 것이 가능하며, 이들 모두는 훨씬 낮은 산소 함량에서도 여전히 보호성 산화물 층을 형성할 수 있다.

탄소 활성이 1을 초과하는 경우, 니켈, 철 또는 코발트에 기초한 합금에서 소위 "금속 분진화(metal dusting)"가 발생할 수 있다. 과포화된 기체와 접촉시, 합금은 다량의 탄소를 흡수할 수 있다. 탄소로 과포화된 합금에서 발생하는 분리(segregation) 공정은 재료 손상을 야기한다. 이 공정에서, 합금은 금속 입자, 그라파이트, 카바이드 및/또는 산화물의 혼합물로 분해한다. 이러한 유형의 재료 손상은 500℃ 내지 750℃의 온도 범위에서 일어난다.

금속 분진화의 발생을 위한 전형적인 조건은 강한 침탄성 CO, H₂ 또는 CH₄ 기체 혼합물이며, 예를 들어, 암모니아의 합성에서, 메탄올 플랜트에서, 야금 공정에서 뿐만 아니라 퍼니스 경화시에도 발생한다.

니켈 합금이라 하더라도 일반적으로 금속 분진화에 저항성이 있는 것은 아니지만, 합금의 니켈 함량이 증가함에 따라 금속 분진화에 대한 저항성이 증가하는 경향이 있기는 하다(Grabke, H.J., Krajak, R., Muler-Lorenz, E.M., Strauss, S.: Materials and Corrosion 47 (1996), p. 495).

금속 분진화 조건에서 크롬 및 알루미늄 함량은 부식성에 대해 별개의 영향을 준다(도 1 참조). 낮은 크롬 함량을 갖는 니켈 합금(예를 들어, Alloy 600 합금, 표 1 참조)은 금속 분진화 조건에서 비교적 높은 부식 속도를 나타낸다. 30 wt%의 크롬 함량을 갖는 Alloy 690 (N06690)뿐만 아니라(Hermse, C.G.M. and van Wortel, J.C.: Metal dusting: relationship between alloy composition and degradation rate. Corrosion Engineering, Science and Technology 44 (2009), p. 182 - 185), 25 wt%의 크롬 함량 및 2.3 wt%의 알루미늄 함량을 갖는 Alloy 602 CA(N06025) 니켈 합금은 훨씬 더 저항성이 있다. 금속 분진화에 대한 저항성은 Cr + Al의 합에 따라 증가한다.

표시된 온도에서의 내열성 또는 내크리프성은 다른 요인들 중에서도 높은 탄소 함량에 의해 향상된다. 그러나, 높은 함량의 고용체 강화 성분(solid-solution-strengthening element)(예를 들어, 크롬, 알루미늄, 규소, 몰리브덴 및 텅스텐)은 내열성을 향상시킨다. 500℃ 내지 900℃ 범위에서, 알루미늄, 티타늄 및/또는 니오브의 첨가는 상기 저항성을 향상시킬 수 있고, 구체적으로 이는 γ' 및/또는 γ" 상의 침전에 의한다.

선행 기술에 따른 예들이 표 1에 열거되어 있다.

Alloy 602 CA (N06025), Alloy 693 (N06693) 또는 Alloy 603 (N06603)와 같은 합금들이 Alloy 600 (N06600) 또는 Alloy 601 (N06601)에 비하여, 내부식성이 우수한 것으로 알려져 있는데, 이는 1.8 wt%를 초과하는 높은 알루미늄 함량 때문이다. Alloy 602 CA (N06025), Alloy 693 (N06693), Alloy 603 (N06603) 및 Alloy 690 (N06690)은 우수한 침탄 저항성 또는 금속 분진화 저항성을 나타내는데, 이는 높은 크롬 및/또는 알루미늄 함량 때문이다. 동시에, 높은 탄소 또는 알루미늄 함량 때문에, Alloy 602 CA (N06025), Alloy 693 (N06693) 또는 Alloy 603 (N06603)와 같은 합금들은 금속 분진화가 발생하는 온도 범위에서 우수한 내열성 또는 내크리프성을 갖는다. Alloy 602 CA (N06025) 및 Alloy 603 (N06603)은 심지어 1000℃보다 높은 온도에서도 여전히 우수한 내열성 또는 내크리프성을 갖는다. 그러나, 예를 들어, 높은 알루미늄 함량 때문에 가공성이 약화되고, 이 약화는 알루미늄 함량이 증가함에 따라 모두 더욱 심해진다(예를 들어, Alloy 693 - N06693). 이 현상은 규소의 경우에 더욱 심하게 발생하는데, 규소는 니켈과 저융점 금속간(intermetallic) 상을 형성한다. Alloy 602 CA (N06025) 또는 Alloy 603 (N06603)에 있어서, 특히 냉간 성형성은 1차 카바이드의 높은 비율에 의하여 제한된다.

US 6623869 B1에 개시된 금속 재료는, 0.2 wt% 이하의 C, 0.01 ~ 4 wt%의 Si, 0.05 ~ 2.0 wt%의 Mn, 0.04 wt% 이하의 P, 0.015 wt% 이하의 S, 10 ~ 35 wt%의 Cr, 30 ~ 78 wt%의 Ni, 0.005 이상 ~ 4.5 wt% 미만의 Al, 0.005 ~ 0.2 wt%의 N 및 0.015 ~ 3 wt%의 Cu 또는 0.015 ~ 3 wt%의 Co 중 적어도 하나의 원소 및 잔량의 철로 이루어진다. 여기서, 40Si+Ni+5Al+40N+10(Cu+Co)의 값은 50 이상이며, 원소의 기호는 해당 원소의 함량 분율을 의미한다. 상기 재료는 금속 분진화가 일어날 수 있는 환경에서 우수한 내부식성을 가지며, 따라서, 석유 정제 또는 석유 화학 플랜트에서 퍼니스 파이프, 파이프 시스템, 열 교환기 튜브 등에 사용될 수 있으며, 이는 상기 플랜트의 수명 및 안전성을 눈에 띄게 향상시킬 수 있다.

EP 0 508 058 A1에 개시된 오스테나이트계 니켈-크롬-철 합금은, 0.12 ~ 0.3 wt%의 C, 23 ~ 30 wt%의 Cr, 8 ~ 11 wt%의 Fe, 1.8 ~ 2.4 wt%의 Al, 0.01 ~ 0.15 wt%의 Y, 0.01 ~ 1.0 wt%의 Ti, 0.01 ~ 1.0 wt%의 Nb, 0.01 ~ 0.2 wt%의 Zr, 0.001 ~ 0.015 wt%의 Mg, 0.001 ~ 0.01 wt%의 Ca, 최대 0.03 wt%의 N, 최대 0.5 wt%의 Si, 최대 0.25 wt%의 Mn, 최대 0.02 wt%의 P, 최대 0.01 wt%의 S, 잔량의 Ni로 이루어지고, 불가피한 용련(smelting) 관련 불순물을 포함한다.

US 4,882,125 B1에 개시된 높은 크롬 함량 니켈 합금은, 1093℃보다 높은 온도에서의 황화 및 산화에 대한 뛰어난 저항성, 983℃보다 높은 온도 및 2000 PSI의 응력에서 200시간보다 긴 뛰어난 내크리프성, 실온 및 증가된 온도 모두에서 우수한 인장 강도(tensile strength) 및 우수한 연신율(elongation)을 갖는 것을 특징으로 하며, 27 ~ 35 wt%의 Cr, 2.5 ~ 5 wt%의 Al, 2.5 ~ 6 wt%의 Fe, 0.5 ~ 2.5 wt%의 Nb, 0.1 wt% 이하의 C, 각각 1 wt% 이하의 Ti 및 Zr, 0.05 wt% 이하의 Ce, 0.05 wt% 이하의 Y, 1 wt% 이하의 Si, 1 wt% 이하의 Mn 및 잔량의 Ni로 이루어진다.

EP 0 549 286 B1에 개시된 내고온성 Ni-Cr 합금은, 55 ~ 65 wt%의 Ni, 19 ~ 25 wt%의 Cr, 1 ~ 4.5 wt%의 Al, 0.045 ~ 0.3 wt%의 Y, 0.15 ~ 1 wt%의 Ti, 0.005 ~ 0.5 wt%의 C, 0.1 ~ 1.5 wt%의 Si, 0 ~ 1 wt%의 Mn, 및 적어도 0.005 wt% 이상인 Mg, Ca, Ce를 함유하는 군의 원소들 중의 적어도 하나(Mg + Ca 총함량은 0.5 wt 미만이고, Ce는 1 wt% 미만임), 0.0001 ~ 0.1 wt%의 B, 0 ~ 0.5 wt%의 Zr, 0.0001 ~ 0.2 wt%의 N, 0 ~ 10 wt%의 Co, 0 ~ 0.5 wt%의 Cu, 0 ~ 0.5 wt%의 Mo, 0 ~ 0.3 wt%의 Nb, 0 ~ 0.1 wt%의 V, 0 ~ 0.1 wt%의 W, 잔량의 철 및 불순물을 함유한다.

DE 600 04 737 T2로부터 공지된 내열성 니켈계 합금은, 0.1 wt% 이하의 C, 0.01 ~ 2 wt%의 Si, 2 wt% 이하의 Mn, 0.005 wt% 이하의 S, 10 ~ 25 wt%의 Cr, 2.1 wt% 이상 4.5 wt% 미만의 Al, 0.055 wt% 이하의 N, 총함량이 0.001 ~ 1 wt%인 B, Zr, Hf 원소들 중의 적어도 하나(여기서, 상기 서술된 원소들은 다음의 함량으로 존재할 수 있음: B ≤ 0.03 wt%, Zr ≤ 0.2 wt%, Hf < 0.8 wt%), 0.01 ~ 15 wt%의 Mo, 0.01 ~ 9 wt%의 W, (여기서, Mo + W의 총 함량은 2.5 ~ 15 wt%인 것으로 특정될 수 있음), 0 ~ 3 wt%의 Ti, 0 ~ 0.01 wt%의 Mg, 0 ~ 0.01 wt%의 Ca, 0 ~ 10 wt%의 Fe, 0 ~ 1 wt%의 Nb, 0 ~ 1 wt%의 V, 0 ~ 0.1 wt%의 Y, 0 ~ 0.1%의 La, 0 ~ 0.01 wt%의 Ce, 0 ~ 0.1 wt%의 Nd, 0 ~ 5 wt%의 Cu, 0 ~ 5 wt%의 Co, 잔량의 니켈을 함유한다. Mo 및 W에 대하여, 하기의 관계식이 만족되어야 한다:

2.5 ≤ Mo + W ≤ 15 (1)
US 5,997,809은 고온 서비스용 합금에 관한 것으로, 상기 합금은 27 ~ 35 wt%의 크롬, 0 ~ 7 wt%의 철, 3 ~ 4.4 wt%의 알루미늄, 0 ~ 0.14 wt%의 티타늄, 0.2 ~ 3 wt%의 니오브, 0.12 ~ 0.5 wt%의 탄소, 0 ~ 0.05 wt%의 지르코늄, 0.002 ~ 0.05 wt%의 세륨 및 이트륨 총합, 0 ~ 1　wt%의 망간, 0 ~ 1 wt%의 규소, 0 ~ 0.5 wt%의 칼슘 + 마그네슘, 0 ~ 1 wt%의 붕소, 잔량의 니켈 + 부수적인 불순물을 포함한다.

본 발명의 기초가 되는 기술적 과제는, 충분히 높은 크롬 및 알루미늄 함량을 가지며, 금속 분진화에 대한 우수한 저항성을 보장하고, 동시에,

- 우수한 상 안정성을 보이고,

- 우수한 가공성을 보이고,

- Alloy 602 CA (N06025)와 유사한 정도의 공기 중에서의 우수한 내부식성을 보이고,

- 우수한 내열성/내크리프성을 보이는,

니켈-크롬-알루미늄 합금을 설계하는 데 있다.

이러한 기술적 과제는, 24 wt% 내지 33 wt%의 크롬, 1.8 wt% 이상 3.0 wt% 미만의 알루미늄, 0.10 wt% 이상 2.5 wt% 미만의 철, 0.001 wt% 내지 0.50 wt%의 규소, 0.005 wt% 내지 2.0 wt%의 망간, 0.00 wt% 내지 0.60 wt%의 티타늄, 각각 0.0002 wt% 내지 0.05 wt%의 마그네슘 및/또는 칼슘, 0.005 wt% 내지 0.12 wt%의 탄소, 0.001 wt% 내지 0.050 wt%의 질소, 0.0001 wt% 내지 0.020 wt%의 산소, 0.001 wt% 내지 0.030 wt%의 인, 최대 0.010 wt%의 황, 최대 2.0 wt%의 몰리브덴, 최대 2.0 wt%의 텅스텐, 선택적으로(optionally) 0.001 wt% 이상 0.50 wt% 미만의 Nb, 잔량의 니켈 및 통상적인 공정 관련(process-related) 불순물을 가지며, 하기의 관계식을 만족하는 니켈-크롬-알루미늄 합금에 의하여 달성된다:

Cr + Al ≥ 28 (2a)

및 Fp ≤ 39.9 (3a)

여기서, Fp = Cr + 0.272*Fe + 2.36*Al + 2.22*Si + 2.48*Ti + 0.374*Mo + 0.538*W - 11.8*C이고, (4a)

이때, Cr, Fe, Al, Si, Ti, Mo, W 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이고, Nb를 사용하는 경우 상기 식 (4a)는 Nb 항에 의해 보충된다:
Fp = Cr + 0.272*Fe + 2.36*Al + 2.22*Si + 2.48*Ti + 1.26*Nb + 0.374*Mo + 0.538*W - 11.8*C (4b)
이때, Cr, Fe, Al, Si, Ti, Nb, Mo, W 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.

본 발명의 주제의 유리한 개선은 관련된 종속항으로부터 도출될 수 있다.

원소 크롬에 대한 범위는 24 wt%와 33 wt% 사이에 놓이며, 그에 따라, 바람직한 범위는 하기와 같이 조절될 수 있다:

- 25 wt% 초과 30 wt% 미만

- 25 wt% 내지 33 wt%

- 26 wt% 내지 33 wt%

- 27 wt% 내지 32 wt%%

- 27 wt% 내지 31 wt%

- 27 wt% 내지 30 wt%%

- 27.5 wt% 내지 29.5 wt%

- 29 wt% 내지 31 wt%

알루미늄 함량은 1.8 wt%와 4.0 wt% 사이에 놓이며, 이때, 바람직한 알루미늄 함량은, 상기 합금의 용도 분야에 따라 하기와 같이 조절될 수 있다:

- 1.8 wt% 내지 3.2 wt%

- 2.0 wt% 내지 3.2 wt%

- 2.0 wt% 이상 3.0 wt% 미만

- 2.0 wt% 내지 2.8 wt%

- 2.2 wt% 내지 2.8 wt%

- 2.2 wt% 내지 2.6 wt%

- 2.4 wt% 내지 2.8 wt%

- 2.3 wt% 내지 2.7 wt%

철 함량은 0.1 wt%와 7.0 wt% 사이에 놓이며, 이와 같이 한정된 함량은 응용 분야에 따라 하기의 범위 내에서 조절될 수 있다:

- 0.1 wt% ~ 4.0 wt%

- 0.1 wt% ~ 3.0 wt%

- 0.1 wt% 이상 ~ 2.5 wt% 미만

- 0.1 wt% ~ 2.0 wt%

- 0.1 wt% ~ 1.0 wt%

규소 함량은 0.001 wt%와 0.50 wt% 사이에 놓인다. 바람직하게는, 상기 합금 중의 Si는 하기와 같은 범위 내에서 조절될 수 있다:

- 0.001 wt% ~ 0.20 wt%

- 0.001 wt% 이상 ~ 0.10 wt% 미만

- 0.001 wt% 이상 ~ 0.05 wt% 미만

- 0.010 wt% 이상 ~ 0.20 wt% 미만

원소 망간의 경우도 동일한데, 이는 상기 합금 중에 0.005 wt% 내지 2.0 wt%의 비율로 함유될 수 있다. 대안적으로, 하기 범위가 또한 가능하다:

- 0.005 wt% ~ 0.50 wt%

- 0.005 wt% ~ 0.20 wt%

- 0.005 wt% ~ 0.10 wt%

- 0.005 wt% 이상 ~ 0.05 wt% 미만

- 0.010 wt% 이상 ~ 0.20 wt% 미만

티타늄 함량은 0.0 wt%와 0.60 wt% 사이에 놓인다. 바람직하게는, 상기 합금 중에서 Ti는 다음과 같은 범위 내에서 조절될 수 있다:

- 0.001 wt% ~ 0.60 wt%

- 0.001 wt% ~ 0.50 wt%

- 0.001 wt% ~ 0.30 wt%

- 0.01 wt% ~ 0.30 wt%

- 0.10 wt% ~ 0.25 wt%

마그네슘 및/또는 칼슘은 또한 0.0002 wt% 내지 0.05 wt%의 함량으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, 상기 합금 중에서 하기와 같이 이들 원소들을 조절하는 것이 가능하다:

- 0.0002 wt% ~ 0.03 wt%

- 0.0002 wt% ~ 0.02 wt%

- 0.0005 wt% ~ 0.02 wt%

상기 합금은 0.005 wt% 내지 0.12 wt%의 탄소를 함유한다. 바람직하게는, 상기 합금 중에서 탄소는 하기와 같은 범위 내에서 조절될 수 있다:

- 0.01 wt% ~ 0.10 wt%

- 0.02 wt% ~ 0.10 wt%

- 0.03 wt% ~ 0.10 wt%

원소 질소의 경우도 동일하며, 이는 0.001 wt% 내지 0.05 wt%의 함량으로 함유된다. 바람직한 함량은 하기와 같을 수 있다:

- 0.003 wt% ~ 0.04 wt%

상기 합금은 0.001 wt% 내지 0.030 wt%의 함량의 인을 더 함유한다. 바람직한 함량은 하기와 같을 수 있다:

- 0.001 wt% ~ 0.020 wt%

상기 합금은 0.0001 wt% 내지 0.020 wt%의 함량의 산소를 더 함유하며, 특히 0.0001 wt% 내지 0.010 wt%를 함유한다.

상기 합금 중에서 원소 황은 하기와 같이 특정된다:

- 황 최대 0.010 wt%

몰리브덴 및 텅스텐은 개별적으로 또는 조합하여 상기 합금 중에서 각각 최대 2.0 wt%의 함량으로 함유된다. 바람직한 함량은 하기와 같이 언급될 수 있다:

- Mo 최대 1.0 wt%

- W 최대 1.0 wt%

- Mo 최대 0.50 wt% 미만

- W 최대 0.50 wt% 미만

- Mo 최대 0.05 wt% 미만

- W 최대 0.05 wt% 미만

Cr와 Al 사이의 하기 관계식이 만족되어야 하며, 이에 따라, 충분한 금속 분진화에 대한 저항성이 달성된다:

Cr + Al ≥ 28 (2a)

여기서, Cr 및 Al은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.

바람직한 범위는 하기와 같이 조절될 수 있다:

Cr + Al ≥29 (2b)

Cr + Al ≥30 (2c)

Cr + Al ≥31 (2d)

뿐만 아니라, 하기 관계식이 만족되어야 하며, 이에 따라, 충분한 상 안정성이 달성된다:

Fp ≤ 39.9 (3a)

여기서, Fp = Cr + 0.272*Fe + 2.36*Al + 2.22*Si + 2.48*Ti + 0.374*Mo + 0.538*W - 11.8*C (4a)이고, 이때, Cr, Fe, Al, Si, Ti, Mo, W 및 C는 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.

바람직한 범위는 하기와 같이 조절될 수 있다:

Fp ≤ 38.4 (3b)

Fp ≤ 36.6 (3c)

선택적으로(optionally), 상기 합금 중의 원소 이트륨은 0.01 wt% 내지 0.20 wt%의 함량으로 조절될 수 있다. 바람직하게는, 상기 합금 중의 Y는 하기와 같은 범위 내에서 조절될 수 있다:

- 0.01 wt% ~ 0.15 wt%

- 0.01 wt% ~ 0.10 wt%

- 0.01 wt% ~ 0.08 wt%

- 0.01 wt% ~ 0.05 wt%

- 0.01 wt% 이상 ~ 0.045 wt% 미만

선택적으로(optionally), 상기 합금 중의 원소 란탄은 0.001 wt% 내지 0.20 wt%의 함량으로 조절될 수 있다. 바람직하게는, 상기 합금 중의 La는 하기와 같은 범위 내로 조절될 수 있다:

- 0.001 wt% ~ 0.15 wt%

- 0.001 wt% ~ 0.10 wt%

- 0.001 wt% ~ 0.08 wt%

- 0.001 wt% ~ 0.05 wt%

- 0.01 wt% ~ 0.05 wt%

선택적으로, 상기 합금 중의 원소 Ce는 0.001 wt% 내지 0.20 wt%의 함량으로 조절될 수 있다. 바람직하게는, 상기 합금 중의 Ce는 하기와 같은 범위 내에서 조절될 수 있다:

- 0.001 wt% ~ 0.15 wt%

- 0.001 wt% ~ 0.10 wt%

- 0.001 wt% ~ 0.08 wt%

- 0.001 wt% ~ 0.05 wt%

- 0.01 wt% ~ 0.05 wt%

선택적으로, Ce 및 La의 동시 첨가의 경우에, 세륨 혼합 금속이 또한 사용될 수 있으며, 구체적인 함량은 0.001 wt% 내지 0.20 wt%이다. 바람직하게는, 상기 합금 중의 세륨 혼합 금속은 하기와 같은 범위 내에서 조절될 수 있다:

- 0.001 wt% ~ 0.15 wt%

- 0.001 wt% ~ 0.10 wt%

- 0.001 wt% ~ 0.08 wt%

- 0.001 wt% ~ 0.05 wt%

- 0.01 wt% ~ 0.05 wt%

선택적으로, 상기 합금 중의 원소 Nb는 0.0 wt% 내지 1.10 wt%의 함량으로 조절될 수 있다. 바람직하게는, 상기 합금 중의 Nb는 하기와 같은 범위 내에서 조절될 수 있다:

- 0.001 wt% 이상 ~ 1.10 wt% 미만

- 0.001 wt% 이상 ~ 0.70 wt% 미만

- 0.001 wt% 이상 ~ 0.50 wt% 미만

- 0.001 wt% ~ 0.30 wt%

- 0.01 wt% ~ 0.30 wt%

- 0.10 wt% ~ 0.30 wt%

- 0.10 wt% ~ 1.10 wt%

- 0.20 wt% ~ 0.70 wt%

- 0.10 wt% ~ 0.50 wt%

상기 합금 중에 Nb가 함유되는 경우, 식 4a에 하기와 같이 Nb의 항(term)이 보충되어야 한다:

Fp = Cr + 0.272*Fe + 2.36*Al + 2.22*Si + 2.48*Ti + 1.26*Nb + 0.374*Mo + 0.538*W - 11.8*C (4b)

여기서, Cr, Fe, Al, Si, Ti, Nb, Mo, W 및 C는 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.

필요한 경우, 지르코늄이 0.01 wt% 내지 0.20 wt%의 함량으로 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 합금 중의 Zr은 하기와 같은 범위 내에서 조절될 수 있다:

- 0.01 wt% ~ 0.15 wt%

- 0.01 wt% 이상 ~ 0.10 wt% 미만

- 0.01 wt% ~ 0.07 wt%

- 0.01 wt% ~ 0.05 wt%

선택적으로, 지르코늄은 또한 하기로 완전히 또는 부분적으로 대체될 수 있다:

- 0.001 wt% 내지 0.2 wt%의 하프늄

또한, 선택적으로, 0.001 wt% 내지 0.60 wt%의 탄탈륨이 상기 합금 중에 함유될 수 있다.

선택적으로, 원소 붕소가 상기 합금 중에 하기와 같이 함유될 수 있다:

0.0001 wt% ~ 0.008 wt%

바람직한 함량은 하기와 같을 수 있다:

- 0.0005 wt% ~ 0.008 wt%

- 0.0005 wt% ~ 0.004 wt%

뿐만 아니라, 상기 합금은 0.0 wt% 내지 5.0 wt%의 코발트를 함유할 수 있으며, 추가적으로 이는 하기와 같이 한정될 수 있다:

- 0.01 wt% 내지 5.0 wt%

- 0.01 wt% 내지 2.0 wt%

- 0.1 wt% 내지 2.0 wt%

- 0.01 wt% 내지 0.5 wt%

뿐만 아니라, 최대 0.5 wt%의 구리가 상기 합금에 함유될 수 있다.

구리 함량은 하기와 같이 더 제한될 수 있다:

- Cu 최대 0.05 wt% 미만

- Cu 최대 0.015 wt% 미만

구리가 상기 합금 중에 함유되는 경우, 식 4a에 하기와 같이 Cu의 항이 보충되어야 한다:

Fp = Cr + 0.272*Fe + 2.36*Al + 2.22*Si + 2.48*Ti + 0.477*Cu + 0.374*Mo + 0.538*W - 11.8*C (4c)

여기서, Cr, Fe, Al, Si, Ti, Cu, Mo, W 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.

Nb 및 Cu가 상기 합금 중에 함유되는 경우, 식 4a는 하기와 같이 Nb의 항 및 Cu의 항에 의하여 보충되어야 한다:

Fp = Cr + 0.272*Fe + 2.36*Al + 2.22*Si + 2.48*Ti + 1.26*Nb + 0.477*Cu + 0.374*Mo + 0.538*W - 11.8*C (4d)

여기서, Cr, Fe, Al, Si, Ti, Nb, Cu, Mo, W 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.

뿐만 아니라, 최대 0.5 wt%의 바나듐이 상기 합금 중에 함유될 수 있다.

마지막으로, 원소 납, 아연 및 주석이 하기와 같은 양의 불순물로서 언급될 수 있다:

Pb 최대 0.002 wt%

Zn 최대 0.002 wt%

Sn 최대 0.002 wt%

뿐만 아니라, 하기의 관계식이 선택적으로 만족될 수 있으며, 이는 특히 우수한 가공성을 보장한다:

Fa ≤ 60 (5a)

여기서, Fa = Cr + 20.4*Ti + 201*C (6a)이고, 이때 Cr, Ti 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.

바람직한 범위는 하기와 같이 조절될 수 있다:

Fa ≤ 54 (5b)

Nb가 상기 합금 중에 함유되는 경우, 식 6a가 하기와 같이 Nb의 항에 의하여 보충되어야 한다:

Fa = Cr + 6.15*Nb + 20.4*Ti + 201*C (6b)

여기서, Cr, Nb, Ti 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.

뿐만 아니라, 하기 관계식이 선택적으로 만족될 수 있으며, 이는 특히 우수한 내열성 또는 내크리프성을 설명한다:

Fk ≥ 45 (7a)

여기서, Fk = Cr + 19*Ti + 10.2*Al + 12.5*Si + 98*C (8a)

이고, 이때, Cr, Ti, Al, Si 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.

바람직한 범위는 하기와 같이 조절될 수 있다:

Fk ≥ 49 (7b)

Fk ≥ 53 (7c)

Nb 및/또는 B가 상기 합금 중에 함유되는 경우, 식 8a는 하기와 같이 Nb 및/또는 B의 항에 의하여 보충되어야 한다:

Fk = Cr + 19*Ti + 34.3*Nb + 10.2*Al + 12.5*Si + 98*C + 2245*B (8b)

여기서, Cr, Ti, Nb, Al, Si, C 및 B는 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.

본 발명에 따른 합금은 바람직하게는 개방 시스템으로 용련(smelting)된 후, VOD 또는 VLF 시스템에서 처리된다. 그러나, 진공 중에서 용련 및 주입(pouring)하는 것이 또한 가능하다. 이후, 상기 합금은 잉곳(ingot) 또는 연속 스트랜드(strand)로서 주조된다. 필요한 경우, 잉곳은 이후 0.1 시간 내지 70 시간 동안 900 ℃ 내지 1270℃의 온도에서 어닐링된다. 뿐만 아니라, 상기 합금을 ESU 및/또는 VAR로 추가적으로 재용융하는 것이 가능하다. 이후, 상기 합금은 원하는 반제품(semifinished product) 형태로 제작될 수 있다. 이 경우, 필요한 경우 0.1 시간 내지 70 시간 동안 900 ℃ 내지 1270℃의 온도에서 어닐링된 다음, 열성형(hot-formed)되며, 필요한 경우, 0.05 시간 내지 70 시간 동안 900 ℃ 내지 1270℃의 온도에서 중간 어닐링(intermediate annealing)된다. 필요한 경우, 이 재료의 표면은 또한 화학적으로 및/또는 기계적으로, 때때로(심지어 여러 회) 및/또는 세척 종료시에, 밀링(milling)될 수 있다. 열간 성형(hot shaping) 종료 이후, 필요한 경우, 98% 이하의 감소 비율을 갖는 원하는 반제품 형상을 얻기 위해 냉간 성형(cold shaping)이 일어날 수 있는데, 이때, 필요한 경우, 0.1 분 내지 70 시간 동안 700℃ 내지 1250℃에서 중간 어닐링될 수 있고, 이는, 필요한 경우, 예를 들어, 아르곤 또는 수소와 같은 보호 기체의 존재 하에서 진행될 수 있으며, 그 다음, 공기 중에서, 교반되는 어닐링 분위기에서 또는 수조에서 냉각될 수 있다. 이후, 0.1 분 내지 70 시간 동안 700℃ 내지 1250℃에서 용체화 어닐링(solution annealing)이 일어나며, 이는, 필요한 경우, 예를 들어, 아르곤 또는 수소와 같은 보호 기체의 존재 하에서 일어나고, 어닐링 이후, 공기 중에서, 교반되는 어닐링 분위기에서 또는 수조에서 냉각된다. 필요한 경우, 상기 재료 표면의 화학적 및/또는 기계적 세척이 종종 및/또는 마지막 어닐링 이후에 일어날 수 있다

본 발명에 따른 합금은 쉽게 제조될 수 있으며, 스트립(strip), 시트(sheet), 바(bar), 와이어(wire), 길이 방향 이음매를 갖도록 용접된 파이프(longitudinally seam-welded pipe) 및 이음매 없는 파이프(seam-welded pipe)의 제품 형태로 사용될 수 있다.

이들 제품 형태는 5 μm 내지 600 μm의 평균 그레인 크기(mean grain size)를 갖도록 제조된다. 바람직한 범위는 20 μm와 200 μm의 사이에 놓인다.

본 발명에 따른 합금은 예를 들어, 석유화학 산업에서의 구조적 부품(특히, 파이프)와 같은 침탄 조건이 우세한 영역에서 바람직하게 사용될 것이다. 뿐만 아니라, 퍼니스 축조에도 또한 적합하다.

도 1: 37% Co, 9% H₂O, 7% CO₂, 46% H₂을 갖는 강한 침탄 가스(a_c = 163 및 p(O₂) = 2.5·10^-27)에서, 알루미늄 및 크롬 함량의 함수로서의 금속 분진화에 의한 금속 손실(출처: "Hermse, C.G.M. and van Wortel, J.C.: Metal dusting: relationship between alloy composition and degradation rate. Corrosion Engineering, Science and Technology 44 (2009), p. 182 - 185)").
도 2: 전형적인 회분 111389의 예로서, Alloy 690 (N06690)의 온도의 함수로서의 열역학적 평형에서의 상들의 비율.
도 3: 표 2의 Alloy 3의 예로서, Alloy 693 (N06693)의 온도의 함수로서의 열역학적 평형에서의 상들의 비율.
도 4: 표 2의 Alloy 10의 예로서, Alloy 693 (N06693)의 온도의 함수로서의 열역학적 평형에서의 상들의 비율.

수행된 시험:

다양한 합금 변형체(variants)에 대하여 Thermotech의 JMatPro 프로그램을 사용하여 평형에서의 상 발생( phases occurring )을 계산하였다.

계산을 위한 데이타베이스로서 니켈계 합금에 대한 Thermotech의 TTNI7 데이타베이스를 사용하였다.

실온에서 DIN EN ISO 6892-1에 따른 인장 시험으로 성형성( formability )을 측정하였다. 이와 관련하여, 항복 강도(yeild strength) R_p0 _.2, 인장 강도(tensile strength) R_m, 및 파단 연신율(elongation at break) A를 측정하였다. 초기의 게이지 길이(gauge length) L₀의 연신으로부터 파단된 시편에 대하여 연신율 A를 측정하였다:

A = (L_U - L₀) / L₀ 100% = ΔL / L₀ 100%

여기서, L_U = 파단 후 측정 길이.

게이지 길이에 따라, 파단 연신율을 인덱스로 특성기술하였다:

예를 들어, A₅의 경우 게이지 길이는 L₀ = 5ㆍd₀ 이고, 여기서 d₀ = 원형 시편의 초기 지름이다.

측정 영역에서 지름이 6 mm이고 게이지 길이 L₀ 가 30 mm인 원형 시편에 대해 시험을 수행하였다. 샘플 채취는 반제품의 성형 방향에 대하여 횡으로(transversely) 이뤄졌다. 변형 속도(deformation rate)는 R_p0 _.2의 경우 10 MPa/s이었고, R_m의 경우 6.7 × 10^-3l/s (40%/분)이었다.

실온에서의 인장 시험에서 연신율 A의 크기는 변형성(deformability)의 척도로 여겨질 수 있다. 쉽게 가공가능한 재료는 50% 이상의 연신율을 가져야 한다.

DIN EN ISO 6892-2에 따른 고온 인장 시험에서 내열성( heat resistance )을 측정하였다. 이때, 실온에서의 인장 시험과 유사하게 항복 강도 R_p0 _.2, 인장 강도 R_m 및 파단 연신율 A를 측정하였다(DIN EN ISO 6892-1).

측정 영역에서 지름이 6 mm이고, 초기 게이지 길이 L₀ 이 30mm인 원형 시편에 대하여 시험을 수행하였다. 샘플 채취는 반제품의 성형 방향에 대하여 횡으로 이뤄졌다. 변형 속도는 R_p0 _. ₂ 의 경우 8.33 x 10^-5 1/s (0.5%/분)였고, R_m의 경우 8.33 x 10^-4 1/s (5%/분)였다.

각각의 시편을 실온에서 인장 시험 기계에 장착하고, 인장력에 의한 하중 없이 원하는 온도까지 가열하였다. 시험 온도에 도달한 이후, 온도 평형을 위해 상기 시편을 1 시간(600℃) 또는 2 시간(700℃ 내지 1100℃) 동안 하중 없이 유지하였다. 이후, 원하는 변형률(strain rate)이 유지되도록 상기 시편에 인장력을 가하였고, 시험을 시작하였다.

재료의 내크리프성(creep resistance)은 내열성이 증가함에 따라 향상된다. 따라서, 내열성은 다양한 재료의 내크리프성의 평가로도 또한 사용된다.

1000℃ 온도의 공기 중에서의 산화 시험에서 상승된 온도에서의 내부식성을 측정하였는데, 이때 상기 시험을 매 96시간 마다 중단시켜서, 산화로 인한 시편의 크기 변화를 측정하였다. 상기 시험 동안 상기 시편들을 세라믹 도가니(crucibe)에 놓고, 파쇄되었을지도 모를 모든 산화물을 수집하였고, 산화물을 함유하는 도가니의 무게를 재어 파쇄된(spalled) 산화물의 질량을 측정하였다. 파쇄된 산화물의 질량과 상기 시편들의 질량 변화의 합은 상기 시편의 총 질량 변화에 해당한다. 질량의 비-변화(specific change)는 상기 시편들의 표면적과 관련된 질량 변화이다. 이하에서는, 순수 질량(net mass)의 비변화를 m_net으로, 총 질량(gross mass)의 비변화를 m_gross로, 파쇄된 산화물 질량의 비변화를 m_spall로 지칭한다. 대략 5 mm 두께의 시편들로 시험을 수행하였다. 각각의 회분에서 3개의 시편을 추출하였고, 보고된 값들은 이들 3개의 시편들의 평균값이다.

특성에 대한 설명

우수한 금속 분진화 저항성 이외에도, 본 발명에 따른 합금은 하기 특성들을 또한 가져야 한다:

- 우수한 상 안정성

- 우수한 가공성

- Alloy 602CA (N06025)와 유사한 공기 중에서의 우수한 내부식성

- 우수한 내열성/내크리프성

상 안정성

Ti 및/또는 Nb가 첨가된 니켈-크롬-알루미늄-철 시스템에 있어서, 합금의 함량에 따라 다양한 취화(embrittling) TCP 상(예를 들어, 라베스(Laves) 상, 시그마 상 또는 μ-상) 또는 취화 η-상 또는 취화 ε-상이 형성될 수 있다(예를 들어, "Ralf Bugel, Handbook of High-Temperature Materials Engineering [in German], 3rd Edition, Vieweg Verlag, Wiesbaden, 2006, page 370-374" 참조). 예를 들어, N06690의 회분 111389의 온도 함수로서의 평형 상 분율의 계산(표 2 참조, 통상의 조성)은 이론적으로 720℃(T_s　BCC) 아래에서 낮은 함량의 Ni 및/또는 Fe를 갖는 α-크롬(도 2의 BCC 상)이 큰 비율로 형성됨을 보여준다. 그러나, 이 상은 가까스로 형성되는데, 이는 베이스 재료와 분석적으로 매우 상이하기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 이 상의 형성 온도(T_s　BCC)가 매우 높으면, 이 상은 확실히 발생할 수 있는데, 이는 예를 들어, Alloy 693 (UNS 06693) 변형체에 대한 『E. Slevolden, J.Z. Albertsen, U. Fink, "Tjeldbergodden Methanol Plant: Metal Dusting Investigations," Corrosion/2011, paper no. 11144 (Houston, TX: NACE 2011), p. 15』에 기술되어 있다. 이 상은 취성이며, 재료의 바람직하지 않은 취화를 가져온다. 도 3 및 4는 Alloy 693 변형체(US 4882125의 표 1)인 표 2의 Alloy 3 및 Alloy 10의 상평형도(phase diagram)를 보여준다. Alloy 3은 1079℃의 형성 온도 T_s　BCC, Alloy 10은 939℃의 형성 온도를 가진다. 『E. Slevolden, J.Z. Albertsen, U. Fink "Tjeldbergodden Methanol Plant: Metal Dusting Investigations," Corrosion/2011, paper no. 11144 (Houston, TX: NACE 2011), p. 15』에서는, α-크롬(BCC)이 발생한 합금의 정확한 분석에 대해 기술하고 있지 않다. 그럼에도 불구하고, (예를 들어, Alloy 10와 같이) 이론적으로 가장 높은 형성 온도 T_s　BCC를 갖는다는 분석 결과로 볼 때, 표 2에 제시된 Alloy 693에 대한 실시예들에서 α-크롬(BCC 상)이 형성될 수 있음을 가정할 수 있다. 『E. Slevolden, J.Z. Albertsen, U. Fink, "Tjeldbergodden Methanol Plant: Metal Dusting Investigations," Corrosion/2011, paper no. 11144 (Houston, TX: NACE 2011), p. 15』에서, (감소된 형성 온도 T_s　BCC로)수정된 분석에서, α-크롬은 오직 표면 근처에서만 관찰되었다. 이러한 취화 상의 발생을 피하기 위하여, 본 발명에 따른 합금의 형성 온도 T_S　BCC는 939℃ 이하여야 한다. 이는 표 2의 Alloy 693에 대한 실시예 중에서 최저 형성 온도 T_S　BCC이다(US 4,882,125 표 1).

이는 특히 하기 식이 만족되는 경우이다:

Fp ≤ 39.9 (3a)

여기서, Fp = Cr + 0.272*Fe + 2.36*Al + 2.22*Si + 2.48*Ti + 0.374*Mo + 0.538*W - 11.8*C (4a)

이고, 이때, Cr, Al, Fe, Si, Ti, Mo, W 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.

표 2는 선행 기술에 따른 합금인 Alloy 8, Alloy 3 및 Alloy 2의 Fp가 39.9 초과이고, Alloy 10의 Fp가 정확히 39.9임을 보여준다. T_s _BCC ≤939℃를 갖는 다른 모든 합금의 경우, Fp는 39.9 이하이다.

가공성

성형성(formability)은 가공성의 일 예로 간주될 것이다.

합금은 높은 내열성 또는 내크리프성을 갖도록 여러 메커니즘에 의해 경화될 수 있다. 따라서, 다른 원소의 합금적 첨가(alloying addition)는 원소에 따라 다소 큰 강도 변화를 가져온다(고용경화(solid-solution hardening)). 미세 입자 또는 석출에 의한 강도 증가(석출 경화)가 훨씬 더 효과적이다. 이는, 예를 들어, Al 및 추가적인 원소(예를 들어, 니켈 합금으로의 Ti 첨가)의 첨가에 의해 형성되는 γ'-상에 의해, 또는 크롬 함유 니켈 합금으로의 탄소의 첨가에 의해 형성되는 카바이드에 의해 일어날 수 있다(예를 들어, Ralf Burgel, Handbook of High-Temperature Materials Engineering, 3rd Edition, Vieweg Verlag, Wiesbaden, 2006, page 358-369 참조).

γ'-상을 형성하는 원소 함량의 증가, 또는 C 함량의 증가는 실제로 내열성을 증가시키나, 용체화 어닐링 조건에서 조차도 성형성을 더욱 손상시킨다.

매우 쉽게 형성가능한 재료의 경우, 실온에서의 인장 시험에서 50% 이상, 그러나 적어도 45% 이상의 연신율 A5가 바람직하다.

이는 특히 카바이드를 형성하는 원소 Cr, Nb, Ti 및 C 사이에 하기 관계식이 만족되는 경우 달성된다.

Fa ≤ 60 (5a)

Fa = Cr + 6.15*Nb + 20.4*Ti + 201*C (6b)

여기서, Cr, Nb, Ti 및 C는 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.

내열성/내크리프성

동시에, 높은 온도에서의 항복 강도 또는 인장 강도는 적어도 Alloy 601의 값에 도달하여야 한다(표 4 참조).

600℃: 항복 강도 R_p0 _.2 > 150 MPa; 인장 강도 R_m > 500 MPa (9a, 9b)

800℃: 항복 강도 R_p0 _.2 > 130 MPa; 인장 강도 R_m > 135 MPa (9c, 9d)

항복 강도 또는 인장 강도가 적어도 Alloy 602CA 값의 범위 내에 있는 것이 바람직할 것이다(표 4 참조). 하기 4개의 관계식 중 적어도 3개가 만족되어야 한다:

600℃: 항복 강도 R_p0 _.2 > 230 MPa; 인장 강도 R_m > 550 MPa (10a, 10b)

800℃: 항복 강도 R_p0 _.2 > 180 MPa; 인장 강도 R_m > 190 MPa (10c, 10d)

이는 특히, 주요 경화 원소 사이에 하기 관계식을 만족하는 경우 달성된다:

Fk ≥ 45 (7a)

Fk = Cr + 19*Ti + 34.3*Nb + 10.2*Al + 12.5*Si + 98*C + 2245*B (8b)

여기서, Cr, Ti, Nb, Al, Si, C 및 B은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.

내부식성:

본 발명에 따른 합금은 Alloy 602CA (N06025)과 유사하게, 공기 중에서 우수한 내부식성을 가져야 한다.

실시예 :

제조:

표 3a 및 3b는 실험실 스케일에서 용련된(smelted) 회분의 분석 결과를, 비교를 위해 인용된 선행 기술에 따른 일부 산업적으로 용련된 회분들인 Alloy 602CA (N06025), Alloy 690 (N06690), Alloy 601 (N06601)의 분석 결과와 함께 보여준다. 선행 기술에 따른 회분들은 T로 표기하였고, 본 발명에 따른 회분들은 E로 표기하였다. 실험실 스케일에 해당하는 회분들을 L로 표기하였고, 산업적 스케일로 용련된 회분들은 G로 표기하였다.

표 3a 및 b에서, 실험실 스케일로 진공에서 용련된 합금의 잉곳을 8시간 동안 900℃ 내지 1270℃에서 어닐링하고, 열 롤러를 이용하여 13mm 또는 6mm의 최종 두께로 열압연(hot-rolled)하고, 추가적으로 0.1 내지 1시간 동안 900℃ 내지 1270℃에서 중간 어닐링하였다. 이러한 방식으로 생성된 시트를 1시간 동안 900℃ 내지 1270℃에서 용체화 어닐링하였다. 이들 시트로부터 측정을 위해 요구되는 시편을 제조하였다.

산업적으로 용련된 합금의 경우, 적절한 두께의 상업적으로 생성된 시트로부터 산업 생산된 샘플을 취하였다. 측정에 요구되는 시편을 이 샘플로부터 취하였다.

모든 합금 변형체들은 전형적으로 70 내지 300 μm의 그레인 크기를 가졌다.

표 3a 및 3b의 예시적인 회분들에 대하여 하기 특성들을 비교하였다:

- 금속 분진화에 대한 저항성

- 상 안정성

- 실온에서의 인장 시험을 기초로 한 성형성

- 열간 인장 시험에 의한 내열성/내크리프성

- 산화 시험에 의한 내부식성

실험실 스케일로 용련된 회분 2297 내지 2308 및 250060 내지 250149의 경우, 특히 E로 표기된 본 발명에 따른 회분들(2301, 250129, 250132, 250133, 250134, 250137, 250138, 250147, 250148)의 경우, 식 (2a) Al + Cr ≥28이 만족된다. 따라서, 이들은 금속 분진화에 대한 저항성에 부과된 요건을 만족한다.

표 2에서 선택된 선행 기술에 따른 합금 및 모든 실험실 회분들(표 3a 및 3b)에 대하여, 상 평형도를 계산하였고, 형성 온도 T_s _BCC를 표 2 및 3a에 기입하였다. 표 2 뿐만 아니라 표 3a 및 3b의 조성에서, 식 4a에 따른 Fp 값을 또한 계산하였다. Fp가 클수록 형성 온도 T_s _BCC는 높아진다. Alloy 10보다 더 높은 형성 온도 T_s _BCC를 갖는 N06693의 모든 예는 39.9 초과의 Fp를 가진다. 따라서, 요건 Fp ≤ 39.9 (식 3a)은 합금 중에서 적절한 상 안정성을 얻기 위한 좋은 기준이다. 표 3a 및 3b의 모든 실험실 회분들은 기준 Fp ≤ 39.9을 만족한다.

실온 RT에 대한 그리고 600℃에 대한 항복 강도 R_p0 _.2, 인장 강도 R_m 및 연신율 A₅을 표 4에 기입하였고, 800℃의 인장 강도 R_m도 기입하였다. Fa 및 Fk의 값도 또한 기입하였다.

선행 기술에 따른 합금인 표 4의 Alloy 602 CA의 예시적인 회분 156817 및 160483은 실온에서 36 또는 42%의 비교적 작은 연신율 A₅를 가지며, 우수한 성형성의 요건에 부족하다. Fa가 >60이고, 따라서, 상기 범위는 우수한 성형성의 특징을보인다. 본 발명에 따른 모든 합금(E)은 >50%의 연신율을 나타낸다. 따라서, 이들은 요건을 만족한다. 본 발명에 따른 모든 합금의 경우 Fa는 < 60이다. 따라서, 이들은 우수한 성형성의 범위에 놓인다. 연신율은 Fa가 비교적 작은 경우에 특히 높다.

선행 기술에 따른 합금인 표 4의 Alloy 601의 예시적인 회분 156658는 600℃ 및 800℃에서의 항복 강도 및 인장 강도에 대한 최소 요건의 일 예인 반면, 선행 기술에 따른 합금인 Alloy 602 CA의 예시적인 회분 156817 및 160483은 600℃ 및 800℃에서의 항복 강도 및 인장 강도의 매우 우수한 값의 예이다. Alloy 601은 식 9a 내지 9d에 기술된 내열성 및 내크리프성의 최소 요건을 나타내는 재료를 대표하며, Alloy 602 CA는 식 10a 내지 10d에 기술된 뛰어난 내열성 및 내크리프성을 나타내는 재료를 대표한다. 이 두 합금 모두, Fk 값이 45보다 훨씬 크고, Alloy 602 CA의 경우, Alloy 601 값보다 추가적으로 훨씬 높은데, 이는 Alloy 602 CA의 증가된 강도 값을 반영한다. 본 발명에 따른 합금(E)은 모두 600℃ 및 800℃에서 Alloy 601의 범위의 항복 강도 및 인장 강도 또는 Alloy 601보다 상당히 초과한 범위의 항복 강도 및 인장 강도를 나타내며, 따라서, 식 9a 내지 9d의 범위를 만족하였다. 이들은 Alloy 602 CA의 값의 범위 내에 놓이며, 또한 바람직한 요건들, 즉 4개의 식 10a 내지 10d 중 3개를 만족한다. 표 4의 실시예들 중 본 발명에 따른 모든 합금들의 경우, Fk가 또한 45보다 크며, 실제로, 심지어 대부분 54보다 크다. 따라서, 우수한 내열성 및 내크리프성의 특징을 보이는 범위에 있다. 본 발명에 따르지 않는 실험실 회분들 중, 회분 2297 및 2300은, 식 9a 내지 9d가 만족되지 않고, 또한 Fk < 45가 얻어지는 일 예이다.

표 5는 96시간의 11회 사이클, 즉 총 1056시간 이후 1100℃의 공기 중에서의 산화 시험 이후의 질량의 비변화를 보여준다. 1056시간 이후의 총 질량의 비변화, 순수 질량의 비변화 및 파쇄된 산화물 질량의 비변화를 표 5에 표시하였다. 선행 기술에 따른 합금인 Alloy 601 및 Alloy 690의 예시적인 회분들은 Alloy 602 CA보다 훨씬 높은 총 질량의 비변화를 나타내었고, Alloy 601의 총 질량의 비변화는 Alloy 690의 그것보다 심지어 몇 배 더 컸다. 이 둘 모두 알루미늄 산화물 층보다 빨리 성장하는 크롬 산화물 층을 형성한다. Alloy 601은 대략 1.3 wt% Al을 여전히 함유한다. 그러나, 이 함량은, 심지어 오직 부분적으로만 폐쇄된 알루미늄 산화물 층마저도 형성할 수 없을 정도로, 너무 낮기 때문에, 산화물 층 아래의 금속 재료의 내부에 있는 알루미늄은 산화되고(내부 산화), 이는 Alloy 690에 비하여 더 큰 질량 증가를 가져온다. Alloy 602 CA은 대략 2.3 wt% 알루미늄을 갖는다. 따라서, 이 합금에 있어서는, 적어도 부분적으로 폐쇄된 알루미늄 산화물 층이 크롬 산화물 층 아래에서 형성될 수 있다. 이는 산화물 층의 성장을 눈에 띄게 감소시키며, 이에 따라, 질량의 비증가(specific increase) 또한 감소시킨다. 본 발명에 따른 모든 합금(E)은 적어도 2 wt%의 알루미늄을 함유하며, 따라서, 작은 총 질량 증가를 갖는데, 이는 Alloy 602 CA의 그것과 유사하거나 작다. 또한, Alloy 601 및 Alloy 690은 큰 파쇄를 나타내는 반면, Alloy 602 CA의 예시적인 회분들과 유사하게, 본 발명에 따른 모든 합금들은 측정 정확도의 범위 내에서의 파쇄를 나타낸다.

따라서, 본 발명에 따른 합금 "E"에 대한 청구된 한정은 하기와 같이 상세히 구체화될 수 있다:

너무 낮은 Cr 함량은 부식성 분위기에서 상기 합금의 사용 동안 산화물과 금속 계면에서의 Cr 농도가 임계치 아래로 매우 빠르게 감소함을 의미하고, 그에 따라, 산화물 층에 손상이 있는 경우, 폐쇄된 순수 크롬 산화물이 더 이상 형성될 수 없음을 의미한다. 다만, 이때, 보호력이 낮은 다른 산화물이 형성될 수는 있다. 따라서, 24 wt% Cr은 크롬의 하한치이다. 너무 높은 Cr 함량은, 특히 1.8 wt% 이상의 높은 알루미늄 함량에서, 상기 합금의 상 안정성을 손상시킨다. 따라서, 33 wt% Cr이 상한치로 간주되어야 한다.

크롬 산화물 층 아래의 알루미늄 산화물 층의 형성은 산화 속도를 감소시킨다. 1.8 wt% 미만의 Al의 경우, 형성되는 알루미늄 산화물 층은 그것의 효과를 완전히 발현시키기에는 너무 많은 틈(gap)들을 갖는다. 너무 높은 Al 함량은 상기 합금의 가공성을 손상시킨다. 따라서, 4.0 wt%의 Al 함량은 상한치를 구성한다.

상기 합금의 비용은 철 함량이 감소함에 따라 증가한다. 0.1 wt% 아래의 경우, 비용은 불균형적으로 과도하게 증가하는데, 이는 특별한 원재료가 사용되어야 하기 때문이다. 따라서, 비용 문제 때문에, 0.1 wt% Fe는 하한치로 간주되어야 한다. 철 함량이 증가함에 따라, 특히, 높은 크롬 및 알루미늄 함량에서, 상 안정성이 감소한다(취화 상이 형성). 따라서, 7 wt% Fe가 본 발명에 따른 합금의 상 안정성을 보장하기 위한 실용적인 상한치이다.

Si는 상기 합금의 제조 동안 요구된다. 따라서, 0.001 wt%의 최소 함량이 필요하다. 너무 높은 함량은, 특히 높은 알루미늄 및 크롬 함량에서, 다시 가공성 및 상 안정성을 손상시킨다. 따라서, Si 함량은 0.50 wt%로 제한된다.

가공성의 향상을 위해 최소 함량 0.005 wt%의 Mn이 필요하다. 망간은 2.0 wt%로 제한되는데, 이는 이 원소가 내산화성을 감소시키기 때문이다.

티타늄은 내고온성을 증가시킨다. 0.60 wt%부터, 산화 거동이 크게 손상될 수 있기 때문에, 0.60 wt%가 최대값이다.

매우 낮은 Mg 및/또는 Ca 함량조차도 황과 결합함으로써 가공성을 향상시키며, 이에 의해 저융점(low-melting) NiS 공융점(eutectic)의 발생이 방지된다. 따라서, Mg 및/또는 Ca에 대하여 각각 0.0002 wt%의 최소 함량이 필요하다. 너무 높은 함량에서, 금속간(intermetallic) Ni-Mg 상 또는 Ni-Ca 상이 형성될 수 있으며, 이는 다시 가공성을 크게 손상시킨다. 따라서, Mg 및/또는 Ca 함량은 최대 0.05 wt%로 제한된다.

우수한 내크리프성을 위해 최소 함량 0.005 wt%의 C가 필요하다. C는 최대 0.12 wt%로 제한되는데, 상기 함량보다 크면, 1차 카바이드의 과도한 형성으로 인해 상기 원소가 가공성을 감소시키기 때문이다.

최소 함량 0.001 wt%의 N 이 필요하며, 이에 의해 재료의 가공성이 향상된다. N은 최대 0.05 wt%로 제한되는데, 이는 이 원소가 조대(coarse) 카보나이트라이드의 형성으로 인해 가공성을 감소시키기 때문이다.

산소 함량은 상기 합금의 제조가능성(manufacturability)을 보장하기 위해 0.020 wt% 이하여야 한다. 너무 낮은 산소 함량은 비용을 증가시킨다. 따라서, 산소 함량은 0.001 wt% 이상이다.

인의 함량은 0.030 wt% 이하여야 하는데, 이는 이 표면 활성 원소가 내산화성을 손상시키기 때문이다. 너무 낮은 P 함량은 비용을 증가시킨다. 따라서, P 함량은 0.0001 wt% 이상이다.

황의 함량은 가능한 한 낮게 조절되어야 하는데, 이는 이 표면 활성 원소가 내산화성을 손상시키기 때문이다. 따라서, 0.010 wt% S가 최대값으로 설정된다.

몰리브덴은 최대 2.0 wt%로 제한되는데, 이는 이 원소가 내산화성을 감소시키기 때문이다.

텅스텐은 최대 2.0 wt%로 제한되는데, 이는 이 원소가 또한 내산화성을 감소시키기 때문이다.

금속 분진화에 대한 충분한 저항성이 달성되기 위하여, Cr과 Al 사이에 하기 관계식이 만족되어야 한다:

Cr + Al ≥28 (2a)

여기서, Cr 및 Al은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다. 그래야만, 산화물 형성 원소들의 함량이 금속 분진화에 대한 충분한 저항성을 보장할 수 있을 정도로 충분히 높게 된다.

뿐만 아니라, 충분한 상 안정성이 달성되기 위하여 하기 관계식이 만족되어야 한다:

Fp ≤ 39.9 (3a)

이고, 이때, Cr, Fe, Al, Si, Ti, Mo, W 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다. 혼입 가능한 추가적인 원소 뿐만 아니라 Fp의 제한도 전술한 내용에 상세하게 구체화되어 있다.

필요한 경우, 산소-동족성(oxygen-affine) 원소의 첨가로 내산화성이 추가적으로 향상될 수 있다. 이들 원소들이 상기 산화물 층 내로 혼입되고, 그 안의 그레인 경계에서 산소의 확산 경로를 차단함으로써 내산화성이 달성될 수 있다.

Y에 의한 내산화성 증대 효과를 얻기 위하여, 최소 함량 0.01 wt%의 Y가 필요하다. 비용 문제 때문에, 상한치는 0.20 wt%에서 설정된다.

La에 의한 내산화성 증대 효과를 얻기 위하여, 최소 함량 0.001 wt%의 La가 필요하다. 비용 문제 때문에, 상한치는 0.20 wt%에서 설정된다.

Ce에 의한 내산화성 증대 효과를 얻기 위하여, 최소 함량 0.001 wt%의 Ce가 필요하다. 비용 문제 때문에, 상한치는 0.20 wt%에서 설정된다.

세륨 혼합 금속에 의한 내산화성 증대 효과를 얻기 위하여, 최소 함량 0.001 wt%의 세륨 혼합 금속이 필요하다. 비용 문제 때문에, 상한치는 0.20 wt%에서 설정된다.

필요한 경우, 니오브가 첨가될 수 있는데, 이는 니오브가 내고온성을 또한 증가시키기 때문이다. 더 높은 함량은 비용을 매우 크게 증가시킨다. 따라서, 상한치는 1.10 wt%에서 설정된다.

필요한 경우, 상기 합금은 또한 탄탈륨을 함유할 수 있는데, 이는 탄탈륨이 내고온성을 또한 증가시키기 때문이다. 더 높은 함량은 비용을 매우 크게 증가시킨다. 따라서, 상한치는 0.60 wt%에서 설정된다. 이러한 효과를 달성하기 위하여, 최소 함량 0.001 wt%가 필요하다.

필요한 경우, 상기 합금은 Zr을 또한 함유할 수 있다. Zr에 의한 내고온성 증대 효과 및 내산화성 증대 효과를 얻기 위하여, 최소 함량 0.01 wt%의 Zr이 필요하다. 비용 문제 때문에, 상한치는 0.20 wt% Zr에서 설정된다.

필요한 경우, Zr은 Hf에 의해 완전히 또는 부분적으로 대체될 수 있는데, 이는 이 원소가 Zr와 같이 내고온성 및 내산화성을 증가시키기 때문이다. 상기 대체는 0.001 wt%의 함량으로부터 출발할 수 있다. 비용 문제 때문에, 상한치는 0.20 wt% Hf에서 설정된다.

필요한 경우, 상기 합금에 붕소가 첨가될 수 있는데, 이는 붕소가 내크리프성을 증가시키기 때문이다. 따라서, 적어도 0.0001 wt%의 함량이 존재해야 한다. 동시에, 이 표면 활성 원소는 내산화성을 손상시킨다. 따라서, 0.008 wt% 붕소가 최대치로서 설정된다.

상기 합금 중에 코발트가 5.0 wt% 이하로 존재할 수 있다. 더 높은 함량은 내산화성을 현저하게 감소시킨다.

구리는 최대 0.5 wt%로 제한되는데, 이는 이 원소가 내산화성을 감소시키기 때문이다.

바나듐은 최대 0.5 wt%로 제한되는데, 이는 이 원소가 마찬가지로 내산화성을 감소시키기 때문이다.

Pb는 최대 0.002 wt%로 제한되는데, 이는 이 원소가 내산화성을 감소시키기 때문이다. Zn 및 Sn의 경우도 이와 동일하다.

또한, 카바이드 형성 원소인 Cr, Ti 및 C에 대하여 하기 관계식이 선택적으로 만족될 수 있으며, 이는 특히 우수한 가공성을 설명한다:

Fa ≤ 60 (5a)

여기서, Fa = Cr + 20.4*Ti + 201*C (6a)이고, 이때, Cr, Ti 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다. Fa의 제한 및 혼입 가능한 추가적인 원소들은 전술한 내용에서 구체적으로 상세하게 설명되었다.

또한, 강도 증가 원소와 관련하여 하기 관계식이 선택적으로 만족될 수 있으며, 이는 특히 우수한 내열성 또는 내크리프성을 설명한다:

Fk ≥ 45 (7a)

여기서, Fk = Cr + 19*Ti + 10.2*Al + 12.5*Si + 98*C (8a)이고, 이때, Cr, Ti, Al, Si 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다. Fa의 제한 및 혼입 가능한 추가적인 원소들은 전술한 내용에서 상세하게 구체화되었다.

표 1: ASTM B 168-11에 따른 합금(모든 값의 단위는 wt%임)

표 2: ASTM B 168-11에 따른 몇몇 합금의 전형적인 조성(선행 기술). 모든 값의 단위는 wt%임.

*) US 특허 제4882125호 표 1의 합금 조성

표 3a : 실험실 회분의 조성 파트 1. 모든 값의 단위는 질량%임.

(T: 선행기술에 따른 합금, E: 본 발명에 따른 합금, L: 실험실 스케일에서 용련됨, G: 산업적으로 용련됨)

표 3b: 실험실 회분의 조성물 파트 2. 모든 값의 단위는 wt%임. 다음 값은 모든 합금에 적용됨: Pb: 최대 0.002 wt%, Zn: 최대 0.002 wt%, Sn: 최대 0.002 wt%)(T, E, G, L의 의미는 표 3a 참조)

표 4: 실온(RT), 600℃ 및 800℃에서의 인장 시험 결과. 변형 속도는 R_p0 _. ₂ 의 경우 8.33 x 10^-5 1/s(0.5%/min)이고, R_m의 경우 8.33 x 10^-4 1/s (5%/min)이고; KG = 그레인 크기임.

표 5: 1056 시간 이후 1000℃의 공기 중에서의 산화 시험 결과

Claims

24 wt% 내지 33 wt%의 크롬, 1.8 wt% 이상 3.0 wt% 미만의 알루미늄, 0.10 wt% 이상 2.5 wt% 미만의 철, 0.001 wt% 내지 0.50 wt% 규소, 0.005 wt% 내지 2.0 wt%의 망간, 0.001 wt% 내지 0.60 wt%의 티타늄, 각각 0.0002 wt% 내지 0.05 wt%의 마그네슘 및/또는 칼슘, 0.005 wt% 내지 0.10 wt% 미만의 탄소, 0.001 wt% 내지 0.050 wt%의 질소, 0.0001 wt% 내지 0.020 wt%의 산소, 0.001 wt% 내지 0.030 wt%의 인, 최대 0.010 wt%의 황, 최대 1.0 wt%의 몰리브덴, 최대 1.0 wt%의 텅스텐, 선택적으로(optionally) 0.001 wt% 이상 0.50 wt% 미만의 Nb, 잔량의 니켈 및 통상적인 공정 관련(process-related) 불순물을 가지며, 하기의 관계식을 만족하는 니켈-크롬-알루미늄 합금:
Cr + Al ≥ 28 (2a)
및 Fp ≤ 39.9 (3a)
여기서, Fp = Cr + 0.272*Fe + 2.36*Al + 2.22*Si + 2.48*Ti + 0.374*Mo + 0.538*W - 11.8*C이고, (4a)
이때, Cr, Fe, Al, Si, Ti, Mo, W 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이고,
Nb를 사용하는 경우 상기 식 (4a)는 Nb 항에 의해 보충된다:
Fp = Cr + 0.272*Fe + 2.36*Al + 2.22*Si + 2.48*Ti + 1.26*Nb + 0.374*Mo + 0.538*W - 11.8*C (4b)
이때, Cr, Fe, Al, Si, Ti, Nb, Mo, W 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.
제1항에 있어서,
25 wt% 내지 33 wt%의 크롬 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
제2항에 있어서,
25 wt% 초과 내지 30 wt% 미만의 크롬 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
2.0 wt% 이상 3.0 wt% 미만의 알루미늄 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
0.001 wt% 내지 0.20 wt%의 규소 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
0.005 wt% 내지 0.50 wt%의 망간 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
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제1항에 있어서,
선택적으로(optionally), 0.01 wt% 내지 0.20 wt%의 함량을 갖는 이트륨을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
선택적으로 0.001 wt% 내지 0.20 wt%의 함량을 갖는 란탄을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
선택적으로, 0.001 wt% 내지 0.20 wt%의 함량을 갖는 세륨을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
선택적으로, 0.001 wt% 내지 0.20 wt%의 함량을 갖는 세륨 혼합 금속을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
선택적으로, 0.01 wt% 내지 0.20 wt%의 함량을 갖는 지르코늄을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
제13항에 있어서,
상기 지르코늄이 0.001 wt% 내지 0.2 wt%의 하프늄에 의하여 완전히 또는 부분적으로 대체되는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
선택적으로, 0.0001 wt% 내지 0.008 wt%의 함량을 갖는 붕소를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
0.0 wt% 내지 5.0 wt%의 코발트를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
최대 0.5 wt%의 구리를 더 함유하고, 상기 식 4a가 하기와 같이 Cu의 항에 의하여 보충되는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금:
Fp = Cr + 0.272*Fe + 2.36*Al + 2.22*Si + 2.48*Ti + 0.477*Cu + 0.374*Mo + 0.538*W - 11.8*C (4b)
여기서, Cr, Fe, Al, Si, Ti, Cu, Mo, W 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.
제1항에 있어서,
최대 0.5 wt%의 바나듐을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
상기 불순물이, 최대 0.002 wt%의 Pb, 최대 0.002 wt%의 Zn, 최대 0.002 wt%의 Sn의 함량으로 조절된 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
하기 식을 만족하고, 이로써 우수한 가공성이 달성되는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금:
Fa ≤ 60 (5a)
여기서, Nb가 없는 합금의 경우, Fa = Cr + 20.4*Ti + 201*C (6a)이고, 이때 Cr, Ti 및 C는 관련 원소의 질량% 단위의 농도이며,
또는, Nb가 있는 합금의 경우, Fa = Cr + 6.15*Nb + 20.4*Ti + 201*C (6b)이고, 이때 Cr, Nb, Ti 및 C는 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.
제1항에 있어서,
하기 식을 만족하고, 이로써 우수한 내열성/내크리프성이 달성되는 것을 특징으로 하는 니켈-크롬-알루미늄 합금:
Fk ≥ 45 (7a)
여기서, B 및 Nb가 없는 합금의 경우, Fk = Cr + 19*Ti + 10.2*Al + 12.5*Si + 98*C (8a)이고, 이때 Cr, Ti, Al, Si 및 C은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이고,
B 및/또는 Nb가 있는 합금의 경우, Fk = Cr + 19*Ti + 34.3*Nb + 10.2*Al + 12.5*Si + 98*C + 2245*B (8b)이고, 이때 Cr, Ti, Nb, Al, Si, C 및 B은 관련 원소의 질량% 단위의 농도이다.
제1항 내지 제6항 및 제9항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 니켈-크롬-알루미늄 합금으로부터 제조된, 스트립(strip), 시트(sheet), 와이어(wire), 바(bar), 길이 방향 이음매를 갖도록 용접된 파이프(longitudinally seam-welded pipe) 및 이음매 없는 파이프(seam-welded pipe)로부터 선택되는 물품.
제1항 내지 제6항 및 제9항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 니켈-크롬-알루미늄 합금을 이음매 없는 파이프의 제조에 사용하는 방법.
제1항 내지 제6항 및 제9항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 니켈-크롬-알루미늄 합금을 강한 침탄(carburizing) 분위기에서 사용하는 방법.
제1항 내지 제6항 및 제9항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 니켈-크롬-알루미늄 합금을 석유 화학 산업의 부품으로서 사용하는 방법.
제1항 내지 제6항 및 제9항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 니켈-크롬-알루미늄 합금을 퍼니스 축조(furnace construction)에서 사용하는 방법.
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