KR102029019B1

KR102029019B1 - 니켈 크롬 합금

Info

Publication number: KR102029019B1
Application number: KR1020177013029A
Authority: KR
Inventors: 디트린데 야코비; 피터 카르덕; 알렉산더 프라이허 본 리흐토펜
Original assignee: 슈미트+클레멘즈 게엠베하+콤파니.카게
Priority date: 2008-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2019-10-07
Also published as: HUE046718T2; CN102187003B; MX2011003923A; BRPI0920279B1; MY160131A; EA020052B1; KR102080674B1; BR122016030244A2; PL2350329T3; EP2350329A1; EP2350329B1; PT3330390T; WO2010043375A1; ES2747898T3; CA2740160A1; IL212098A; JP2018131690A; KR102064375B1; KR20110079881A; PL3330390T3

Abstract

본 발명은, 0.4 내지 0.6%의 탄소, 28 내지 33%의 크롬, 15 내지 25%의 철, 2 내지 6%의 알루미늄, 2% 이하의 규소, 2% 이하의 망간, 1.5% 이하의 니오븀, 1.5% 이하의 탄탈, 1.0% 이하의 텅스텐, 1.0% 이하의 티탄, 1.0% 이하의 지르코늄, 0,5% 이하의 이트륨, 1.0% 이하의 세륨, 0.5% 이하의 몰리브덴, 0.1% 이하의 질소를 가지며, 나머지는 니켈인 니켈 크롬 합금에 관한 것이며, 이 합금은 높은 산화 및 탄화 저항성, 장기간 파단 강도 및 크리프 저항성을 갖는다. 상기 합금은, 특히, 석유화학 플랜트의 부품과 부분, 예를 들어, 크래커와 리포머 노, 예열기, 및 리포머 노의 튜브 코일의 재료뿐만 아니라, 철광석 직접 환원 플랜트의 부품으로 사용하기 적합하다.

Description

니켈 크롬 합금{NICKEL-CHROMIUM ALLOY}

본 발명은, 탄화수소의 분해와 개질 동안 발생하는 조건에서 향상된 안정성을 갖는 니켈 크롬 합금에 관한 것이다.

고온 공정을 위해, 석유화학 공업은 내열성 및 내식성이고, 예를 들어 스팀 크래커로부터의 한편으로는 고온 생성물 가스 및 다른 한편으로는 고온 연소 가스에 견딜 수 있는 재료를 필요로 한다. 이들의 튜브 코일은 1100℃ 이상의 온도를 갖는 산화성 질소-함유 연소 가스, 뿐만 아니라 내부에서 약 900℃에 달하는 온도 및 잠재적으로 또한 탄화 및 산화 분위기에 노출된다.

따라서, 튜브 재료의 질소 함량은 외부 튜브 표면으로부터 출발하여 증가하고, 고온 연소 가스와의 접촉으로 스케일 층이 생성된다.

튜브 내측의 탄화 탄화수소 분위기는 이로부터 탄소가 튜브 재료 내로 확산하여 재료 중의 탄화물을 증가시켜서, 존재하는 탄화물 M₂₃C₉로부터 탄화의 증가로 탄소가 풍부한 탄화물 M₇C₆을 생성하는 위험을 동반한다. 탄화물의 생성 및 변환에 의해 일어나는 탄화물의 부피 증가로부터 내부 응력이 결과되며, 튜브 재료의 강도 및 연성이 또한 감소한다. 그 외에, 수 ㎜의 두께를 갖는 고점착성 코크스 층이 내부 표면에 생성된다. 예를 들어, 플랜트의 정지에 의해 일어나는 순환 온도 응력은 또한 금속성 튜브 및 코크스 층의 상이한 열팽창 계수로 인해 코크스 층 상으로 튜브가 수축되게 한다. 이는 내부 튜브 표면에서 균열을 일으키는 튜브 내의 큰 응력을 생성한다. 다음으로, 증가량의 탄화수소가 이들 균열을 통해 튜브 재료에 들어갈 수 있다.

미국 특허 5,306,358에는 WIG 공정으로 용접될 수 있으며, 0.5% 이하의 탄소, 8 내지 22%의 크롬, 36% 이하의 철, 8% 이하의 망간, 규소, 및 니오븀, 6% 이하의 알루미늄, 1% 이하의 티탄, 0.3% 이하의 지르코늄, 40% 이하의 코발트, 20% 이하의 몰리브덴과 텅스텐뿐만 아니라, 0.1% 이하의 이트륨을 갖고, 나머지는 니켈인 니켈 크롬 합금이 기술되어 있다.

독일 특허 103 02 989에는 또한, 0.8% 이하의 탄소, 15 내지 40%의 크롬, 0.5 내지 13%의 철, 1.5 내지 7%의 알루미늄, 0.2% 이하의 규소, 0.2% 이하의 망간, 0,1 내지 2,5%의 니오븀, 11% 이하의 텅스텐과 몰리브덴, 1.5% 이하의 티탄, 0.1 내지 0.4%의 지르코늄, 및 0.01 내지 0.1%의 이트륨을 가지며 나머지는 니켈인, 크래커 및 리포머 노의 튜브 코일에 적합한 니켈 크롬 합금이 기술되어 있다. 이 합금은 특히 파이프용 재료로서 사용하는 것이 자체적으로 입증되었지만, 사용자는 여전히 연장된 라이프사이클을 갖는 파이프 재료를 요구하고 있다.

따라서, 본 발명은, 예를 들어 탄화수소의 분해 및 개질 동안 발생하는 조건에서 향상된 안정성을 갖는 니켈 크롬 합금에 관한 것이다.

이 목적은, 0.4 내지 0.6%의 탄소, 28 내지 33%의 크롬, 15 내지 25%의 철, 2 내지 6%의 알루미늄, 각각 2% 이하의 규소와 망간, 각각 1.5% 이하의 니오븀과 탄탈, 각각 1.0% 이하의 텅스텐, 티탄, 및 지르코늄, 각각 0,5% 이하의 이트륨과 세륨, 0.5% 이하의 몰리브덴, 및 0.1% 이하의 질소를 가지며, 나머지 (용융에 의해 유발된 불순물 포함)는 니켈인 니켈 크롬 합금에 의해 달성된다.

바람직하게는, 상기 합금은 각각 또는 조합하여 17 내지 22%의 철, 3 내지 4.5%의 알루미늄, 0.01 내지 1%의 규소, 0.5% 이하의 망간, 0.5 내지 1.0%의 니오븀, 0.5% 이하의 탄탈, 0.6% 이하의 텅스텐, 0.001 내지 0.5%의 티탄, 0.3% 이하의 지르코늄, 0.3% 이하의 이트륨, 0.3% 이하의 세륨, 0.01 내지 0.5%의 몰리브덴, 및 0.001 내지 0.1%의 질소를 포함한다.

본 발명에 따르는 합금은 특히 비교적 높은 함량의 크롬과 니켈 및 비교적 좁은 범위의 필요한 탄소 함량이 두드러진다.

선택적인 합금 성분 중에서, 규소는 산화 및 탄화 안정성을 향상시킨다. 망간은 또한 산화 안정성 및 부가적으로 용접성에 긍정적인 효과를 갖고, 용융물의 산소를 제거하여 안정적으로 황을 결합한다.

니오븀은 장기간 파단 강도를 향상시키고, 안정한 탄화물 및 질화탄소(carbonitride)를 형성한다. 니오븀은 부가적으로 고용체에 대한 경화제로 역할을 한다. 티탄 및 탄탈은 장기간 파단 강도를 향상시킨다. 미세 분포된 탄화물 및 질화탄소는 미리 저온에서 생성된다. 더 높은 농도에서, 티탄 및 탄탈은 고용체 경화제로 작용한다.

텅스텐은 장기간 파단 강도를 향상시킨다. 특히 고온에서, 텅스텐은 탄화물이 더 높은 온도에서 부분적으로 용해되기 때문에 고용체 경화에 의해 강도를 향상시킨다.

코발트는 또한 고용체 경화에 의해 장기간 파단 강도를 향상시키고, 지르코늄은 특히 티탄 및 탄탈과 함께 작용하여 탄화물을 형성한다.

이트륨과 세륨은 산화 안정성과, 특히 Al₂0₃ 보호층의 접착과 성장을 향상시킨다. 이트륨 및 세륨은 이들이 가능하게는 여전히 존재할 수 있는 유리 황을 안정하게 결합시키기 때문에 저농도에서 크리프 저항성을 향상시킨다. 더 낮은 농도의 붕소는 또한 장기간 파단 강도를 향상시키고, 황 분리를 방지하고, M₂₃C₉ 탄화물을 거칠게 함으로써 노후화를 지연시킨다.

몰리브덴은 또한 탄화물이 고온에서 부분적으로 용해되기 때문에, 특히 고용체 경화를 통해 고온에서 장기간 파단 강도를 증가시킨다. 질소는 탄소 질화물 생성을 통해 장기간 파단 강도를 개선시키며, 반면에 저농도의 하프늄은 보호층의 개선된 접착을 통해 산화 안정성을 개선시켜서 장기간 파단 강도에 긍정적인 영향을 미친다.

인, 황, 아연, 납, 비소, 비스무트, 주석 및 텔륨이 불순물의 일부이며, 이에 따라, 가장 낮은 가능한 농도를 가져야 한다.

이러한 조건에서, 합금은 예를 들어 크래커 및 리포머 노, 리포머 튜브용 튜브 코일을 제조하기 위해 석유화학 플랜트의 부분에 대한 주조 재료뿐만 아니라, 철광석 직접 환원 장치 및 유사 응력 부품용 재료로 특히 적합하다. 이들은 노 부분, 가열로용 방사형 튜브, 어닐링로용 롤, 연속 주조 및 스트랜드 주조 기계의 부품, 어닐링로용 후드 및 슬리브, 대형 디젤 기관의 부품 및 촉매 변환기 충전제용 주형을 포함한다.

전반적으로, 합금은 높은 산화 및 탄화 안정성 및 탁월한 장기간 파단 강도 및 크리프 저항성이 두드러진다. 크래커 및 리포머 튜브의 내부 표면은 촉매 코크스 필라멘트(catalytic coke filament)의 생성을 방지하는 알루미늄을 함유하는 촉매 불활성 산화물 층을 특징으로 하고, 이른바 탄소 나노튜브이다. 재료의 특징이 되는 특성은 또한 튜브의 내벽 상의 균열 동안 불가피하게 분리되는 코크스가 여러 번 연소된 후에도 유지된다.

유리하게는, 합금은 튜브가 10 내지 40 MPa, 예를 들어 10 내지 25 MPa의 접촉 압력으로 천공되는 경우에 원심 캐스팅에 의해 튜브를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 튜브를 천공시키면, 튜브 재료가 접촉 압력으로 인해 예를 들어 0.1 내지 0.5 ㎜의 깊이를 갖는 표면 근처의 영역에서 냉각 처리되거나 변형 경화된다. 튜브가 가열되면, 냉각 처리된 영역이 재결정화되어 초 미립자 구조(very fine-grain structure)를 형성한다. 재결정화된 구조는 산화물 생성 원소인 알루미늄 및 크롬의 확산을 개선하여, 대부분 알루미늄 산화물로 이루어지고 높은 밀도 및 안정성을 갖는 연속 층의 생성을 촉진한다.

제조된 고접착 알루미늄 함유 산화물은 주로 예를 들어 니켈 또는 철의 촉매 활성 중심을 함유하지 않고 연장된 순환적 열 응력 후에도 여전히 안정한 내부 튜브 벽의 연속 보호층을 형성한다. 이러한 보호층이 없는 다른 튜브 재료와는 달리, 상기 알루미늄 함유 산화물 층은 산소가 기재 재료에 들어가는 것을 방지하고 따라서 튜브 재료의 내부 산화를 방지한다. 그 외에, 보호층은 튜브 재료의 탄화를 억제할 뿐만 아니라, 공정 가스 중의 불순물로 인한 부식을 억제한다. 보호층은 우세하게는 Al₂0₂ 및 혼합된 산화물 (Al, Cr)₂0₃로 구성되며, 촉매 코우킹(catalytic coking)에 대부분 불활성이다. 철 및 니켈과 같은 코우킹을 촉매하는 원소가 격감된다.

내구성 보호성 산화물 층의 생성에 특히 유리한 것은 또한 원위치에서 경제적으로 수행될 수 있는 열처리이며; 이는 개별 노가 작동 온도로 가열되는 경우에, 예를 들어 설치 후의 스팀-크래커 튜브의 내부 표면을 컨디셔닝하기 위해 사용된다.

이러한 상태 조절은, 예를 들어 10^-20이하, 바람직하게는 10^-30 바아의 산소 분압을 갖는 약한 산화 수증기-함유 분위기에서 본 발명에 따르는 가열 동안 조절되는 노 분위기에서 즉각적 등온 열처리로 가열의 형태로 수행될 수 있다.

0.1 내지 10 몰% 수증기, 각각 또는 조합하여 7 내지 99.9 몰% 수소 또는 탄화수소 및 0 내지 88 몰%의 비활성 가스의 불활성 가스 분위기가 특히 바람직하다.

상태 조절 동안 분위기는 바람직하게는 600℃의 온도에서 혼합물의 분압이 10^-20 미만, 바람직하게는 10^-30 바아 미만이 되도록 선택된 질량비로 수증기, 수소, 탄화수소 및 비활성 가스의 매우 약한 산화 혼합물로 구성된다.

표면층의 사전 기계적 제거 후의 튜브 내부의 초기 가열, 즉 생성된 냉각 처리 표면 영역의 분리 가열은 각각 내부 튜브 표면에서 초기에 10 내지 100℃/h의 속도로 400 내지 750℃, 바람직하게는 약 550℃까지 여러 단계로 매우 약한 산화 불활성 가스에서 수행되는 것이 바람직하다. 가열 단계 후, 기술된 온도 범위에서 1시간 내지 50시간 유지가 이어진다. 가열은 온도가 응축수의 생성을 방지하는 값에 도달한 후 즉시 수증기 분위기의 존재 하에 수행된다. 유지 후에, 튜브는 작동 온도, 예를 들어, 800 내지 900℃가 되어, 작동되게 된다.

그러나, 튜브 온도는 열분해 코크스의 석출로 인해 크래킹 작업 동안 추가 증가하여, 내부 표면에서 약 1000℃, 심지어 1050℃에 도달하게 된다. 이 온도에서, 본질적으로 Al₂0₂ 및 작은 정도의 (Al, Cr)₂0₃로 구성되는 내부 층은 γ-, δ- 또는 θ-Al₂0₂와 같은 전이 산화물로부터 안정한 α-알루미늄 산화물로 변환된다.

기계적으로 제거된 내부 층을 갖는 튜브는 다단계로 작동 상태에 도달하지만, 단일 공정이 바람직하다.

그러나, 공정은 단일 단계로 반드시 수행될 필요는 없지만, 또한 분리 예비 단계로 출발할 수 있다. 이러한 예비 단계는 400 내지 750℃에서 유지될 때까지 내부 표면의 제거 후의 초기 가열을 포함한다. 상기 방식으로 사전 처리된 튜브는 예를 들어 상이한 제조 자리에서, 원위치에서 상기 기술된 방식으로 냉각 상태로부터 출발하여 추가로 가공될 수 있으며, 즉 설치 후에 작동 온도가 될 수 있다.

그러나, 상기 언급된 분리 사전처리는 튜브로 제한되지 않지만, 또한 본 발명에 따라 또는 상이한 공정으로, 그러나 규정된 초기 상태에서 그 구조 및 사용에 상응하게 추가로 처리되는 다른 시험편의 표면 영역의 부분적 또는 완전한 상태 조절을 위해 사용될 수 있다.

본 발명은, 예를 들어 탄화수소의 분해 및 개질 동안 발생하는 조건에서 향상된 안정성을 갖는 니켈 크롬 합금을 제공하는 효과를 갖는다.

도 1은, 본 발명에 따른 합금 9는 공기 중 1150℃에서 45분 어닐링의 200회 이상의 순환 후에도 임의의 내부적인 산화를 나타내지 않는 반면, 2개의 비교 합금 12와 13은 단지 수 회의 순환 후에 엄청난 산화로 인한 점점 증가하는 중량 손실을 이미 거치는 것을 보여주는, 다이어그램.
도 2는, 합금 9가 모두 3회의 탄화 처리 후 적은 중량 증가로 인해, 통상적인 합금 12 및 13과 비교하여 최소 중량 증가를 갖는 것을 보여주는, 다이어그램.
도 3a와 3b는, 본 발명에 따르는 니켈 합금 11의 장기간 파단 강도가 비교 합금 12 및 13의 장기간 파단 강도보다 훨씬 우수한 중요한 범위 내에 있음을 보여주는, 다이어그램.
도 4는, 합금 11의 크리프 저항성이 비교 합금 12의 크리프 저항성보다 현저히 더 우수함을 보여주는, 다이어그램.
도 5와 6은, 합금 8의 조성을 갖는 노 튜브의 튜브 내부의 표면 특성을 나타내는, 도면.
도 7과 8은, 표면 근처 영역을 도시하는 금속 표면 확대 단면도.
도 9는, 재료가 보호 커버층의 국소적인 손실과 그 후 강한 내부 알루미늄 산화로 인해 표면 근처 영역에서 알루미늄이 고갈되는 것을 보여주는, 다이어그램.
도 10은, 알루미늄 농도가 여전히 거의 주조 재료의 초기 농도에 있음을 보여주는, 다이어그램.
도 11은, 높은 니켈 함량을 갖는 작은 금속성 중심이 내부 튜브 표면에 생성되고, 이 위에 탄소 나노튜브 형태로 상당량의 탄소가 생성됨을 보여주는, 도면.
조 12는, 3회 크래킹 순환 후에 연속적인 알루미늄 함유 산화물 층을 도시하는, 도면.
도 13은, 기재의 일차 탄화물이 축적되고 이에 따라 내부 산화에 특히 민감한 분포된 표면 영역에서도 균일한 알루미늄 함유 산화물 층으로 재료가 보호됨을 보여주는, 현미경 사진.
도 14와 15는, 연장된 순환 시간 시험 후에도 내부 산화가 일어나지 않는 표면 근처 영역의 현미경 사진.

이제, 본 발명은, 본 발명에 따르는 5개의 대표적 니켈 합금과 관련하여, 그리고 특히 탄소 함량(합금 5 및 6), 크롬 함량(합금 4, 13 및 14), 알루미늄 함량(합금 12, 13), 코발트 함량(합금 1, 2) 및 철 함량(합금 3, 12, 14, 15)에 대해 본 발명에 따르는 니켈 크롬 철 합금과 상이한 표 1에 기재된 조성을 갖는 10개의 통상적인 니켈 합금과 비교하여 기술될 것이다.

도 1의 다이어그램에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 합금 9는 공기 중 1150℃에서 45분 어닐링의 200회 이상의 순환 후에도 임의의 내부적인 산화를 나타내지 않는 반면에, 2개의 비교 합금 12와 13은 단지 수 회의 순환 후에 엄청난 산화로 인한 점점 증가하는 중량 손실을 이미 거친다.

합금 9는 또한 높은 탄화 안정성이 현저하며; 그 이유는 합금 9가 도 2의 다이어그램에 따라 모두 3회의 탄화 처리 후 적은 중량 증가로 인해, 통상적인 합금 12 및 13과 비교하여 최소 중량 증가를 갖기 때문이다.

또한, 도 3a 및 3b는 본 발명에 따르는 니켈 합금 11의 장기간 파단 강도가 비교 합금 12 및 13의 장기간 파단 강도보다 훨씬 우수한 중요한 범위 내에 있음을 보여준다. 철 함량이 너무 낮기 때문에 본 발명의 일부가 아닌 합금 15는 예외적이며, 현저히 불량한 산화, 탄화 및 코우킹 안정성을 갖는다.

도 4의 다이어그램은 최종적으로 합금 11의 크리프 저항성이 비교 합금 12의 크리프 저항성보다 현저히 더 우수함을 보여준다.

그 외에, 크래킹 작업의 일련의 시뮬레이션에서, 본 발명에 따르는 니켈 합금으로 이루어진 여러 개의 튜브 섹션은 실험실 시스템 내에 삽입되어 상이한 가스 분위기 및 상이한 가열 조건에서 가열 실험을 수행한 후에, 촉매 코우킹의 초기 단계 또는 촉매 코우킹에 대한 경향을 조사하고 평가하기 위해 900℃의 온도에서 30분 크래킹 단계가 뒤따른다.

표 1로부터 합금 11의 샘플을 사용한 이들 실험의 데이터 및 결과를 표 2에 요약하였다. 이들은 본 발명에 따르는 온도 조절과 함께 각각의 기체 분위기가 이미 낮은 촉매 코우킹의 현저한 감소와 관련됨을 보여준다.

본 발명의 일부인 합금 8의 조성을 갖는 노 튜브의 튜브 내부의 표면 특성은 도 5 및 6으로부터 알 수 있다. 도 6(표 2, 실험 7)은 본 발명에 따라 상태 조절되지 않은 표면에 관한 도 5(표 2, 실험 2)와 비교한 본 발명에 따르는 상태 조절 후의 표면의 우수성을 보여준다.

도 7(합금 14)과 도 8(본 발명)에서, 표면 근처 영역이 금속 표면 확대 단면도로 도시되어 있다. 샘플은 950℃까지 가열된 후에, 수증기, 수소 및 탄화수소의 분위기에서 각각 10시간의 10회 크래킹 순환이 수행된다. 각각의 순환 후에, 샘플 튜브는 1시간 동안 연소되어 코크스 석출물을 제거한다. 도 7의 현미경 사진은 2개의 샘플 모두가 동일한 방식으로 한편으로는 크래킹의 다중 순환 처리되고 다른 한편으로는 탄소 석출물이 제거되더라도, 사실상 임의의 내부 산화를 나타내지 않는 본 발명에 따르는 합금 9의 도 8의 현미경 사진과 비교하여, 통상적인 니켈 크롬 주조 합금을 갖는 내부 튜브 측면에서의 내부 산화의 큰 면적 및 그에 따른 큰 부피 결과를 어두운 영역의 형태로 보여준다.

실험은 통상적인 합금이 표면 결함으로부터 기원하여 내부 튜브 측면 상의 강한 내부 산화를 나타냄을 보여준다. 결과적으로, 높은 니켈 함량을 갖는 작은 금속성 중심이 내부 튜브 표면에 생성되고, 이 위에 탄소 나노튜브 형태로 상당량의 탄소가 생성된다 (도 11).

이와 반대로, 본 발명에 따르는 합금으로부터의 샘플 9는 코우킹 분위기에서 10회 순환 크래킹 및 그 후의 저장 후에 임의의 나노튜브를 나타내지 않으며, 이는 본질적으로 연속 밀봉된 촉매 불활성 알루미늄 함유 산화물 층의 결과이다. 반대로, 도 11은 광택 단면으로 도 7에 도시된 통상적인 샘플의 REM 상면도를 나타내며; 탄소 나노튜브의 형태로 촉매 코크스의 파국적 산화 및 그에 따른 파국적 생성이 상실 보호층으로 인해 관찰된다.

도 9와 도 10의 다이어그램을 비교하면, 본 발명에 따르는 합금의 산화물 층의 안정성은 특히 코크스 석출물이 연소에 의해 제거되는 경우에 중간 단계에 의해 동반되는 10회 크래킹 단계 후의 주변 영역의 깊이의 함수로서 알루미늄 농도의 상태에 의해 명백히 입증된다. 도 9의 다이어그램에 따라, 재료는 보호 커버층의 국소적인 손실과 그 후 강한 내부 알루미늄 산화로 인해 표면 근처 영역에서 알루미늄이 고갈되는 반면, 도 10의 다이어그램에서 알루미늄 농도는 여전히 거의 주조 재료의 초기 농도에 있다. 이는 본 발명에 따르는 튜브에서 연속 밀봉 및 특히 고접착 내부 알루미늄 함유 산화물 층의 유의성을 명백히 보여준다.

알루미늄 함유 산화물 층의 안정성은 또한 공정형 조건하에서 실험실 시스템에서 연장된 시간 시험으로 조사된다. 본 발명에 따르는 합금 9 및 11의 샘플은 수증기 중에서 950℃까지 가열된 후, 각각 이 온도에서 3회 72시간 크래킹 처리되며; 이들은 각각 900℃에서 1시간 동안 연소된다. 도 12는, 3회 크래킹 순환 후에 연속적인 알루미늄 함유 산화물 층을 보여주고, 그 외에, 알루미늄 함유 산화물 층이 표면에서 크롬 탄화물을 가로질러서도 재료를 덮은 방식을 보여준다. 표면에 잔류하는 크롬 탄화물이 알루미늄 함유 산화물 층에 의해 완전히 덮어짐을 알 수 있다.

도 13의 현미경 사진에 명백히 도시된 바와 같이, 재료는, 기재의 일차 탄화물이 축적되고 이에 따라 내부 산화에 특히 민감한 분포된 표면 영역에서도 균일한 알루미늄 함유 산화물 층으로 보호된다. 도시된 바와 같이, 산화된 이전의 MC-탄화물은 알루미늄 함유 산화물에 의해 과성장되고, 이에 따라 캡슐화된다.

도 14 및 15는, 연장된 순환 시간 시험 후에도 내부 산화가 일어나지 않는 표면 근처 영역의 현미경 사진을 보여주며, 이는 안전하고 연속적인 알루미늄 함유 산화물 층의 결과이다.

본 발명에 따르는 합금 8 내지 11의 샘플이 이들 실험에 사용되었다.

전반적으로, 예를 들어 튜브 재료로서 본 발명에 따르는 니켈 크롬 철 합금은 내부 표면이 기계적 압력 하에 제거된 후 및 내부 표면을 컨디셔닝하기 위한 후속 다단계 원위치 열처리 후에, 높은 산화 및 부식 안정성, 및 더욱 특히 높은 장기간 파단 강도 및 크리프 저항성에 의해 구별된다.

특히, 각각 실질적으로 밀폐되고 안정한 산화물 층 또는 Al₂0₃-층의 빠른 생성에 의해 일어나는, 재료의 현저한 탄화 안전성이 언급되어야 한다. 이 층은 또한 실질적으로 스팀-크래커 및 리포머 튜브에서 촉매 코우킹의 위험에 의해 동반되는 촉매 활성 중심의 생성을 억제한다. 이들 재료의 특성은 석출된 코크스의 연소와 함께 매우 많은 현저히 연장된 크래킹 순환 후에도 여전히 유지된다.

* 상기 값은 특정 튜브 표면 상의 코크스 섬유를 계수함으로써 결정된다.

** 작동 온도에 도달한 후에, 수증기 중의 250 ppm 황 (H₂S)에 의한 1시간 처리

Claims

산화 및 탄화 저항성, 장기 파단 강도 및 크리프 저항성을 갖는 니켈-크롬 합금에 있어서,
0.4 내지 0.6 중량%의 탄소,
28 내지 33 중량%의 크롬,
17 내지 22.509 중량%의 철,
3 내지 4.5 중량%의 알루미늄,
0.01 내지 1 중량%의 규소,
0.01 내지 0.5 중량%의 망간,
0.01 내지 1.0 중량%의 니오븀,
0.001 내지 0.5 중량%의 티탄,
0.001 내지 0.3 중량%의 지르코늄,
0.001 내지 0.3 중량%의 이트륨, 및
0.001 내지 0.1 중량%의 질소를
포함하고,
나머지는 용융에 의해 유발된 불순물(melt-induced impurities)을 갖는 니켈인, 니켈-크롬 합금.
제 1항에 있어서, 각각 또는 조합하여,
0.01 내지 0.5 중량%의 탄탈,
0.01 내지 0.6 중량%의 텅스텐,
0.01 내지 0.5 중량%의 몰리브덴, 및
0.001 내지 0.3 중량%의 세륨을
포함하는, 니켈-크롬 합금.