KR102264532B1 - 최적화된 스트립 용접성을 갖는 니켈 합금의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하기 조성 (중량%)의 합금으로부터 최적화된 스트립 용접성 (충전제가 없는 TIG)을 갖는 니켈 합금을 제조하는 방법에 관한 것이며: C 최대 0.05%, Co 최대 2.5%, Ni 나머지 %, 특히 〉 35 내지 75.5%, Mn 최대 1.0%, Si 최대 0.5%, Mo 〉 2 내지 23%, P 최대 0.2%, S 최대 0.05%, N 최대 0.2%, Cu ≤ 1.0%, Fe 〉 0 내지 ≤ 7.0%, Ti 〉 0 내지 〈 2.5%, Al 〉 0 내지 0.5%, Cr 〉 14 내지 〈 25%, V 최대 0.5%, W 최대 3.5%, Mg 최대 0.2%, Ca 최대 0.02%; 여기서 상기 합금은 개방되어 제련되고, 잉곳으로서 주조되고, 잉곳은 필요한 경우 적어도 하나의 열 처리에 가해지고, 이어어 잉곳은 일렉트로슬래그 정제에 의해 적어도 1회 재용해되고, 이러한 방식으로 얻어진 재용해된 잉곳은 필요한 경우 적어도 하나의 열 처리에 가해지고, 잉곳은 사전결정가능한 재료 두께의 스트립 재료가 존재할 때까지 적어도 하나의 냉간 변형 및/또는 열간 변형 사이클에 가해지고, 스트립 재료는 스트립을 형성하기 위해 규정된 길이/폭의 스트립 섹션들로 세분된다.

Description

최적화된 스트립 용접성을 갖는 니켈 합금의 제조 방법

본 발명은, 특히 충전제가 없는 TIG에서 최적화된 스트립(strip) 용접성을 갖는 니켈 합금의 제조 방법에 관한 것이다.

EP 0 991 788 B1은 하기 조성 (중량%)으로 이루어진, 산화 및 환원 매질에 대한 높은 내부식성을 갖는 니켈-크롬-몰리브덴 합금을 개시하고 있다:

Cr 20.0 내지 23.0%

Mo 18.5 내지 21.0%

Fe 최대 1.5%

Mn 최대 0.5%

Si 최대 0.10%

Co 최대 0.3%

W 최대 0.3%

Cu 최대 0.3%

Al 0.1 내지 0.3%

Mg 0.001 내지 0.15%

Ca 0.001 내지 0.010%

C 최대 0.01%

N 0.05 내지 0.15%

V 0.1 내지 0.3%

니켈 뿐만 아니라 제련-관련 불순물 나머지 %.

이러한 합금은 화학적 시스템에서 구조적 부분을 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 청구대상의 목적은 선행기술과 비교하여 개선된 용접성을 갖는 니켈 합금의 제조 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 하기 조성 (중량%로)의 합금으로부터 최적화된 스트립 용접성 (충전제가 없는 TIG)을 갖는 니켈 합금을 제조하는 방법에 의해 달성된다:

C 최대 0.05%

Co 최대 2.5%

Ni 나머지 %, 특히 35% 초과 75.5% 이하

Mn 최대 1.0%

Si 최대 0.5%

Mo 2% 초과 23% 이하

P 최대 0.2%

S 최대 0.05%

N 최대 0.2

Cu 0% 초과 1.0% 이하

Fe 0% 초과 7.0% 이하

Ti 0% 초과 2.5% 미만

Al 0% 초과 0.5% 이하

Cr 14% 초과 25% 미만

V 최대 0.5%

W 최대 3.5%

Mg 최대 0.2%

Ca 최대 0.02%

- 여기서, 상기 합금은 개방되어 제련되고, 잉곳(ingot)으로서 주조되고,

- 잉곳은 필요한 경우 적어도 하나의 열 처리에 가해지고,

- 이어서, 잉곳은 일렉트로슬래그 정제(electroslag refining)에 의해 적어도 1회 재용해되고,

- 이러한 방식으로 얻어진 재용해된 잉곳은 필요한 경우 적어도 하나의 열 처리에 가해지고,

- 잉곳은 사전결정가능한 재료 두께의 스트립 재료가 존재할 때까지 적어도 하나의 냉간 변형(cold deformation) 및/또는 열간 변형(hot deformation) 사이클에 가해지고,

- 스트립 재료는 규정된 길이/폭의 스트립 섹션들로 세분된다.

본 발명에 따른 방법의 유리한 추가의 개발은 관련된 종속항으로부터 추론될 수 있다.

청구범위 제1항과 비교하여, 합금은 또한 하기 조성 (중량%로)을 가질 수 있다:

C 최대 0.025%

Co 최대 2.5%

Ni 나머지 %, 특히 35% 초과 75% 미만

Mn 0.01 내지 최대 1.0%까지

Si 0.01 내지 최대 0.5%까지

Mo 2.5% 이상 23% 미만

P 최대 0.1%

S 최대 0.02%

Cu 0.01 내지 최대 ≤ 1.0%

Fe 0% 초과 7.0% 미만

Ti 0% 초과 1.5% 이하

Al 0% 초과 0.4% 이하

Cr 14.5% 이상 25% 미만

V 최대 0.35%

W 최대 3.5%

Mg 최대 0.05%

Ca 최대 0.02%.

바람직하게는, 본 발명의 청구대상은 합금, 예컨대 합금 59, 합금 2120, 합금 C-22 뿐만 아니라 합금 C4에 적용가능하도록 의도된다.

본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 종방향 시임-용접 파이프(longitudinally seam-welded pipe)의 제조에 사용될 수 있으며, 여기서 종방향 시임 용접은 유리하게는 용융-용접 방법, 특히 충전제가 없는 TIG 용접 방법을 기초로 일어난다.

이러한 목적을 위해, 단지 재료를 "일렉트로슬래그 정제 방법"에 의해 재용해함으로써, 0.5 mm 내지 3.5 mm의 두께 범위에서 스트립 재료로서 충전제 금속을 사용하지 않고 니켈 재료의 TIG 용접성을 상당히 개선하는 것이 가능하였다. 이에 의해, 탈산(deoxidation) 공정 또는 노벽(furnace wall)으로부터의 용접 풀(weld pool) 중 산화물 구성성분 (주로 Mg, Ca, Al 산화물)의 "부상(flotation)" (이는 지금까지는 용접 공정을 제한하였음)은 효과적으로 억제될 수 있고, 소위 용접 공정 윈도우(welding-process window) (용접 전류, 용접 전압, 용접 속도에 대한 설정 범위)는 크게 넓어질 수 있다.

이러한 기술적인 이점은, 잉곳 주조로부터의 재료의 본래 화학 조성이 또한 열간 성형에 중요한 원소, 예컨대 Mg, Ca, Al, Ti에 관하여 임의의 주목할 만한 변화 (일렉트로슬래그 정제로 인함)를 겪지 않는 한, 예상되지 않는다. 일렉트로슬래그 정제가 재료의 균질화 및 따라서, 예를 들어 열간 성형의 개선으로 이어지는 것이 공지되어 있다. 재료의 포함 목록(inclusion inventory)은 일렉트로슬래그 정제 방법의 적용에 의해 변화된다는 것이 실제로 또한 공지되어 있다. 그러나, 스트립 재료로서의 니켈 합금의 TIG 용접성에 대한 일렉트로슬래그 정제의 긍정적인 효과는 놀랍고, 지금까지는 입증되지 않았었다.

하기 표 1은 재료 합금 59, 합금 2120, C4 및 C-22의 일반적인 화학 조성을 나타낸다:

	합금 59		합금 2120		C-22		C4
	최소	최대	최소	최대	최소	최대	최소	최대
C		0.010		0.01		0.01		0.009
Co		0.3		0.3		2.5		2.0
Ni		나머지		나머지		나머지		나머지
Mn		0.5		0.5		0.5		1.0
Si		0.10		1.0		0.08		0.05
Mo	15.0	16.5	18	22	12.5	14.5	2.5	17
P		0.015				0.025		0.02
S		0.015				0.01		0.01
Cu		0.5		0.3				3
Fe		1.5		1.5	2.0	6.0		5
Ti								0.7
Al	0.1	0.4	0.1	0.3				0.4
Cr	22.0	24.0	19.5	23.0	20.0	22.5	14.5	17.5
W				0.3	2.5	3.5		3.5
V				0.3		0.35

본 발명의 청구대상은 하기와 같이 예를 기초로 예시될 것이다:

하기 표 2에, 표 1에 일반적으로 나타낸 합금 (합금 59)의 배치(batch) (317889)가 나타내어져 있다:

원소	중량%
C	0.005
Cr	22.8
Ni	59.9
Mn	0.16
Si	0.03
Mo	15.4
Ti	0.01
Nb	0.02
Cu	0.01
Fe	1.25
P	0.005
Al	0.08
Mg	0.002
V	0.15
W	0.17
Co	0.02

이러한 합금은 개방되어 제련되고, 잉곳으로서 주조되었다. 이어서, 이러한 잉곳은 일렉트로슬래그 정제에 의해 재용해되었다. 이러한 방식으로 얻어진 잉곳은 1150℃ 내지 1200℃의 온도 범위 내의 열 처리에 가해지고, 180 mm x 765 mm의 엣지 길이를 갖는 슬래브(slab)로 열간 압연되었다. 추가의 냉간 또는 열간 변형에 의해, 스트립 재료는 1.650 mm의 두께로 제조되고, 77.0 mm의 폭을 갖는 스트립 섹션들로 세분되었다.

이어서, 스트립 재료는 개방 파이프로 재변형되었고, 여기서 서로 대향하여 놓여 있는 개방 파이프의 인접 단부들은 폐쇄 파이프의 형성을 위해 종방향 시임 용접에 의해 서로 접합된다.

하기의 TIG 용접 파라미터가 종방향 시임-용접 파이프의 제조에 사용되었다: 전압 U = 13 V, 전류 I = 190 A, 보호 가스(shield gas) = 순수한 아르곤 4.6, 용접 속도 = 1.2 m/min.

이러한 파라미터를 사용하여, 산화물 침적물의 발생 없이 종방향 시임-용접 파이프를 제조하는 것이 가능하였다. 이에 의해, 결함 및 용접 후 배제율(rejects rate)을 거의 0으로 감소시키는 것이 가능하였다.

하기 조건은 요약하여 제시되어 있다.

재료 조건 i) 일렉트로슬래그 정제 없이, 개방되어 제련된 스트립 재료:

1. 파이프로서 형성된 스트립의 이동 방향;

2. 충전제 금속을 사용하지 않는 고정식(stationary) TIG 용접 토치(welding torch);

3. 스트립 엣지의 물질간 결합(substance-to-substance bond)의 생성을 위한 용접 풀;

4. 용접 시임;

5. 용접 시임의 상단측 및/또는 하단측 상의, 목적하지 않은 주기적인 산화물 침적물.

재료 조건 ii) 일렉트로슬래그 정제를 사용하는 스트립 재료:

1. 파이프로서 형성된 스트립의 이동 방향;

2. 충전제를 사용하지 않는 고정식 TIG 용접 토치;

3. 스트립 엣지의 물질간 결합의 생성을 위한 용접 풀;

4. 용접 시임.

Claims (8)

1. 하기 조성 (중량%로)의 합금 재료로부터 최적화된 스트립(strip) 용접성 (충전제가 없는 TIG)을 갖는 니켈 합금을 제조하는 방법으로서,
   C 최대 0.05%
   Co 최대 2.5%
   Ni 나머지 % (35% 초과 75.5% 이하)
   Mn 최대 1.0%
   Si 최대 0.5%
   Mo 2% 초과 23% 이하
   P 최대 0.2%
   S 최대 0.05%
   N 최대 0.2%
   Cu 0% 초과 1.0% 이하
   Fe 0% 초과 7.0% 이하
   Ti 0% 초과 2.5% 미만
   Al 0% 초과 0.5% 이하
   Cr 14% 초과 25% 미만
   V 최대 0.5%
   W 최대 3.5%
   Mg 최대 0.2%
   Ca 최대 0.02%
   - 여기서, 상기 합금 재료는 개방되어 제련되고, 잉곳(ingot)으로서 주조되고,
   - 상기 잉곳은 필요한 경우 적어도 하나의 열 처리에 가해지고,
   - 이어서, 상기 잉곳은 일렉트로슬래그 정제(electroslag refining)에 의해 적어도 1회 재용해되고(remelt),
   - 이러한 방식으로 얻어진 상기 재용해된 잉곳은 필요한 경우 적어도 하나의 열 처리에 가해지고,
   - 상기 잉곳은 사전결정가능한 재료 두께의 스트립 재료가 존재할 때까지 적어도 하나의 냉간 변형(cold deformation) 및/또는 열간 변형(hot deformation) 사이클에 가해지고,
   - 상기 스트립 재료는 규정된 길이/폭의 스트립 섹션들로 세분되고,
   - 상기 스트립 섹션들이 개방 파이프로서 재형성되고,
   - 서로 대향하여 놓여 있는 상기 개방 파이프 인접 단부들이 폐쇄 파이프의 형성을 위해 종방향 시임 용접(longitudinally seam welding)에 의해 서로 접합되고,
   상기 개방 파이프의 종방향 시임 용접이 충전제가 없는 TIG 용접 방법을 기초로 일어나는 것인 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 합금 재료가 하기 조성 (중량%로)을 가지며,
   C 최대 0.025%
   Co 최대 2.5%
   Ni 나머지 % (35% 초과 75% 미만)
   Mn 0.01 내지 최대 1.0%까지
   Si 0.01 내지 최대 0.5%까지
   Mo 2.5% 이상 23% 미만
   P 최대 0.1%
   S 최대 0.02%
   N 최대 0.2%
   Cu 0.01 내지 최대 1.0%까지
   Fe 0% 초과 7% 이하
   Ti 0% 초과 1.5% 이하
   Al 0% 초과 0.4% 이하
   Cr 14.5% 이상 25% 미만
   V 최대 0.35%
   W 최대 3.5%
   Mg 최대 0.1%
   Ca 최대 0.02%
   - 여기서, 상기 합금 재료는 개방되어 제련되고, 잉곳으로서 주조되고,
   - 상기 잉곳은 필요한 경우 적어도 하나의 열 처리에 가해지고,
   - 이어서, 상기 잉곳은 일렉트로슬래그 정제에 의해 적어도 1회 재용해되고,
   - 이러한 방식으로 얻어진 상기 재용해된 잉곳은 필요한 경우 적어도 하나의 열 처리에 가해지고,
   - 상기 잉곳은 사전결정가능한 재료 두께의 스트립 재료가 존재할 때까지 적어도 하나의 냉간 변형 및/또는 열간 변형 사이클에 가해지고,
   - 상기 스트립 재료는 규정된 길이/폭의 스트립 섹션들로 분리되고,
   - 상기 스트립 섹션들이 개방 파이프로서 재형성되고,
   - 서로 대향하여 놓여 있는 상기 개방 파이프 인접 단부들이 폐쇄 파이프의 형성을 위해 종방향 시임 용접(longitudinally seam welding)에 의해 서로 접합되고,
   상기 개방 파이프의 종방향 시임 용접이 충전제가 없는 TIG 용접 방법을 기초로 일어나는 것인 방법.
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