KR20010007520A

KR20010007520A - 니켈 베이스 내열합금

Info

Publication number: KR20010007520A
Application number: KR1020000035036A
Authority: KR
Inventors: 니시야마요시타카; 안라쿠토시로; 사와라기요스아츠; 오가와가즈히로; 오카다히로카즈
Original assignee: 고지마 마타오; 스미토모 긴조쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-24
Publication date: 2001-01-26
Also published as: DE60004737T2; EP1065290B1; KR100372482B1; CA2312581A1; EP1065290A1; CA2312581C; DE60004737D1; US6458318B1

Abstract

질량%로서, C:0.1%이하, Si:2%이하, Mn:2%이하, S:0.005%이하, Cr:10∼25%, Al:2.1∼4.5%미만, N:0.08%이하를 포함하고, 다시 B:0.03%이하, Zr:0.2%이하 및 H_f:0.8%이하중 1종이상을 합계로서 0.001∼1%, Mo:0.01∼15%, W:0.01∼9%중 1종이상을 합계로서 2.5∼15%를 함유하는 Ni 베이스 내열합금.

Description

니켈 베이스 내열합금{Heat resistant Ni base alloy}

이 발명은, 열간가공성, 용접성 및 내침탄성이 우수한 고온강도가 높은 Ni 베이스(基)내열합금에 관한 것이다. 본 발명의 합금은 특히 나프사, 프로판, 에탄 , 가스오일등의 탄화수소원료를 수증기와 함께 800℃이상의 고온에서 분해하고, 에틸렌, 프로필렌등의 석유화학 기초제품을 제조하는 에틸렌플랜트용 분해로 및 개질로(改質爐)에 사용되는 관의 소재로서 적합하다.

에틸렌플랜트용 분해로관의 사용온도는, 에틸렌수율을 향상시키는 관점에서 고온화하는 경향이다.

이와 같은 분해로관용 재료로서는 내면이 침탄분위기에 싸이기 때문에, 고온강도, 내침탄성 및 내열성이 요구된다.

또 한편으로는 조업중에 분해로 관내 표면에서 탄소가 퇴적(이 현상은 코-킹- (Coking)으로 불린다.)되고, 그 퇴적량의 증가에 따라 관내 압력의 상승이나 가열효율 저하등의 조업상의 폐해가 발생하므로, 내 코-킹성이 요구된다. 실조업에 있어서는 정기적으로 공기나 수증기에서 퇴적한 탄소를 제거한다. 소위 디 코-킹(decoaking)작업이 행해지고 있으나 그 동안의 조업정지나 작업공수등이 큰 문제가 된다.

이와 같은 코-킹과 거기에 동반된 제문제는, 분해로관의 사이즈가 수율향상에 유리한 소경관(小徑管)으로 될 정도로 심각하게 된다.

일본 특개평 2-8336호 공보에는, 합금중에 28%이상의 Cr을 함유시켜 합금표면에 강하고 안정한 Cr₂O₃피막을 형성시켜, 탄소퇴적을 촉진하는 촉매원소인 Fe 및 Ni가 표면으로의 노출을 방지하여 코킹을 억제하는 기술이 개시되어 있다.

한편, 내침탄성 향상을 위해서는, 예를들면 일본 특개소 57-23050호 공보에 개시되어 있는 것처럼, 합금중의 Si 함유량을 높이는 것이 유리하다는 것이 알려져 있다.

그러나 상술한 종래기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.

일본 특개평 2-8336호 공보에 개시되어 있는 고 Cr합금을, 코-킹의 방지점에서 고온강도 부재로서 적용하는 경우에는, 합금중의 Ni 함유량을 높여 금속조직을 오스테나이트화할 필요가 있으나, 고온강도는 종래합금에 비해 낮으므로 고온강도 부재로서 적용하는 것은 어렵다.

일본 특개평 2-8336호 공보에는, 고온강도가 낮은 합금을 타 고온강도 부재와 조합해서 2중관으로 해서 사용하는 것이 개시되어 있으나, 2중관은 제조 코스트나 신뢰성의 점에서 문제가 많다.

본 발명자들은, 합금중의 Al 함유량을 높여, 메탈표면에 강하고 치밀한 Al₂O₃피막을 생성시키면, 종래의 합금에 비해 내침탄성 및 내 코-킹성이 현저하게 향상하는 것, 및 이와 같은 고 Al합금으로는 Ni량을 높임에 따른 고온에서의 사용중에 γ상이 매트릭스중에 미세석출하고, 크리프파단강도도 대폭적으로 향상하는 것을 발견하여, 에틸렌플랜트용 분해로관으로서 썩좋은 Ni 베이스(基)합금으로 일본특원평 3-308709호(일본 특개평 4-358037호 공보), 일본 특원평 4-41402호(일본 특개평 5-239577호 공보)로 출원했다.

그러나, 실기(實機)규모에서의 양산화를 고려할 경우, 제조시에 큰 열간가공이 필요하게 되나, 열간가공성이 충분한 것은 아니었다.

또한, Al량을 높인 Ni 베이스(基)내열합금에 대해서, 일본 특공평 3-46535호 공보 및 일본 특개소 60-238434호 공보에 내산화성이 우수한 합금이 개시되어 있다. 그러나 그들 공보에 나타낸 합금도 열간가공성 및 용접성이 충분하지 않고 또한 이들 특성에 충분히 유의한 성분설계는 되어 있지 않다.

게다가, 일본 특개평 7-54087호 공보 및 일본 특개평 9-243284호 공보에 있어서도, 내 침탄성 및 고온강도가 우수한 합금이 개시되어 있으나, 열간가공성 및 용접성에 대해서는 유의되어 있지 않은 것이 실정이다.

본 발명의 과제는 에틸렌플랜트용 분해로관에 일어나는 환경, 즉 침탄산화 및 온도변동이 반복되는 환경하에 있어서 우수한 내 침탄성 및 내 코-킹성을 가지고, 동시에 열간가공성 및 용접성이 우수한 고온강도를 가지는 내열합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 질량%로서, C:0.1%이하, Si:2%이하, Mn:2%이하, S:0.005%이하, Cr:10∼

25%, Al:2.1∼4.5%미만, N:0.08%이하, B:0.03%이하, Zr:0.2%이하 및 H_f:0.8%이하중 1종이상을 합계로서 0.001∼1%, Mo:0.01∼15%, W:0.01∼9%중 1종이상을 합계로서 2.5∼15%, Ti:3%이하, Mg:0.01%이하, Ca:0.01%이하, Fe:10%이하, Nb:1%이하, V:1%이하, Ta:2%이하, Y:0.1%이하, La:0.1이하, Ce:0.1%이하, Nd:0.1%이하, Cu:5%이하, Co:10%이하를 함유하고 잔부가 실질적으로 Ni로 되는 열간가공성, 용접성 및 내 침탄성이 우수한 Ni 베이스(基)내열합금.

(2) Ti 함유량이 0.005∼3질량%인 상기 (1)에 기재한 Ni 베이스(基)내열합금.

(3) 질량%로서, Ti 함유량이 0.005∼3%이고, Mg:0.0005∼0.01%, Ca:0.0005

∼0.01%중의 1종이상을 함유하는 상기 (1)에 기재한 Ni 베이스(基)내열합금.

(4) 질량%로서, Ti 함유량이 0.005∼3%, Mg:0.0005∼0.01%, Ca:0.0005

∼0.01%중의 1종이상, Fe:0.1∼10%를 함유하는 상기 (1)에 기재한 Ni 베이스(基)내열합금.

(5) 질량%로서 C:0.07%이하, Si:0.01∼1%, Mn:1%이하, S:0.0025%이하, Cr:12∼19%, Al:2.1∼3.8%미만, N:0.045%이하, B:0.03%이하, Zr:0.2%이하 및 H_f:0.8%이하중의 1종이상을 합계로서 0.001∼1%, Mo:2.5∼12%, Ti:0.005∼1%, Ca:0.0005∼0.01

%, Fe:0.1∼10%를 함유하고 잔부가 실질적으로 Ni로 되는 Ni 베이스(基)내열합금.

본 발명자들은, 고온에서의 내 침탄성, 내 코-킹성을 저하시키지 않고, 실용양산 합금으로서 열간가공성, 용접성이라는 필요불가결한 특성을 어떻게 만족시킬까 하는 것을 과제로 하고, 종류마다의 화학조성 합금을 용제로해서, 예의실험 검토를 거듭한 결과 이하의 사실을 얻기에 이르렀다.

a) 종래의 합금처럼, 니켈 베이스(基)합금에 4.5%이상의 것의 다량의 Al을 함유시키지 않아도, Cr을 10%이상 함유시켜, 거기에다 N을 저감시키기 위한 4.5%미만의 적은량의 Al이라도, 합금표면에 알루미나 주체의 산화피막을 형성시킬 수 있어, 양호한 내 침탄성과 내 코-킹성을 부여할 수 있음과 동시에 고온강도가 향상한다.

b) Al을 1%이상 함유하는 합금에 있어서는 N와 Al계 질화물을 형성하기 쉬워 이 질화물계 석출물을 기점으로 피막의 보호성이 상실된다.

c) Al 함유량을 4.5%미만으로 낮춤에 것에 따라 열간가공성 및 용접성은 향상하나, 그래도 일반 Fe-Cr-Ni계 합금이나 Ni-Cr계 합금과 비교하면, 양산화를 고려한 경우 충분하다고는 할 수 없다. 열간가공시 또는 용접시에 Ni-Al계 금속간 화합물이 석출하고, 결정입내(結晶粒內)가 현저히 강화되므로 상대적으로 입계가 약하게 되어 변형을 저해하여 열간가공성의 저하나 용접시에 고온균열이 발행한다. 그리고, 입내(粒內)의 강화에 대향가능한 입계의 강화가 중요한 동시에 유효하다.

d) 한편, Al을 많이 함유하는 Ni 베이스합금은, 입계가 약화되어 있고 그 주요인의 하나가 S에 기인하고 있다. S를 0.005%이하로 제한하는 것이 극히 중요하며, 0.003%이하로 제한하면 더욱 개선효과를 기대할 수 있다.

e) 게다가 B, Zr 및 H_f는, 입계에서의 결정립의 결합력을 높이므로, 입계의 강화에 효과를 발휘하기 때문에, S함유량을 저감함과 동시에 이들 원소의 1종이상을 함유시키는 것이 좋다.

f) 열간가공성의 저하, 용접시의 고온균열 발생방지에는 상기 S의 저감 및 B, Zr, H_f의 1종이상을 함유시키는 것이 유효하나, 이들 대책만으로는 아직 충분하지 않고, 또 N를 가능한 낮게 하는 것이 중요하다. 다량의 Al을 함유하는 Ni 베이스합금에는, 전술한 것처럼 강중 N과 Al계 질화물은 형성하기 쉬워, 이 질화물계 석출물이 열간가공성 및 용접성을 현저하게 저해한다.

이하, 본 발명의 합금을 구성하는 화학조성과 작용효과에 대해서 설명한다. 또한, 합금원소의 %표시는 질량%를 의미한다.

C :

C는 탄화물을 형성하여 내열강으로서 필요한 인장강도와 크리프파단강도를 향상시키기 위해서는 유리한 원소이다. 그러나, 0.1%를 초과하면 합금의 연성 및 인성의 저하가 크게될 뿐 아니라, Al 함유 Ni 베이스합금에서는 알루미나 피막형성을 저해하므로, 상한을 0.1%로 했다. 바람직하게는 0.09%이하 이다. 더욱 바람직하게는 0.07%이하 이다.

Si :

Si는, 탈산원소로서 필요한 원소이며, 더욱이 내산화성이나 내 침탄성 개선에도 기여하는 원소이나, Al 함유 Ni 베이스합금에서는 그 효과는 비교적 작다. 한편, Al을 많이 함유하는 Ni 베이스합금에 있어서 Si는, 열간가공성이나 용접성을 저하시키는 작용이 강하므로, 특히 제조상 열간가공성이 중시되는 경우는 낮은 편이 좋다.

그러나 Si의 내 산화성, 내 침탄성의 개선에의 기여를 고려해서, 2%이하로 한다. 바람직한 Si 함유량은 0.01∼1.5%, 더욱 바람직하게는 0.01∼1%이다.

Mn :

Mn은 탈산원소로서 유효한 원소이나, 내 코-킹성의 저하요인으로 되는 스피넬(spinel)형 산화물 피막의 형성을 촉진하는 원소이므로, 그 함유량은 2%이하로 억제할 필요가 있다. 바람직하게는 1%이하 이다.

S :

S는, 입계에 편석하여 걸정립의 결합력을 약화시키고, 열간가공성을 저하시키는 극히 유해한 원소로서, 상한의 규제가 극히 중요하다. 특히, Al 함유 니켈베이스합금으로는 입계강화가 중요하게 되기 때문에, S는 극력 저감하는 것이 바람직하다. 열간가공성 및 용접성을 개선하기 위해서는 0.005%이하로 할 필요가 있다. 바람직하게는 0.003%이하 이다. 더욱 바람직하게는 0.0025%이하 이다.

Cr :

Cr은, 내 산화성이나 내 코-킹성의 개선에 유효한 원소이고, 알루미나 피막을 그 생성초기에 균일하게 생성시키는 작용이 있다. 또한 탄화물을 형성하여 크리프파단강도의 향상에도 기여한다. 게다가, 본 발명에서 규정하는 성분계에 있어서는 Cr은 열간가공성 향상에 기여한다. 이들 효과를 얻기 위해서는 10%이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, Cr을 과잉 함유시키면 역으로 알루미나 피막의 균일한 생성을 저해하는 동시에, 인성, 가공성이라고 하는 기계적성질을 저해하는 것이 된다. 따라서, 본 발명에서는 Cr 함유량을 10∼25%로 했다. 바람직하게는 12∼23%이다. 더욱 바람직한 것은 12∼20%미만 이다.

Al :

Al은, 내 침탄성 및 내 코-킹성의 향상, 다시 고온강도의 향상에 극히 유효한 원소이나, 그 효과를 얻는데는 코란덤(corundum)형의 알루미나 산화피막을 균일하게 생성시킬 필요가 있다. 또 한편으로, γ상[Ni₃(Al, Ti)금속간화합물]을 형성하여 석출강화 작용을 기대할 수 있다. 이들 효과를 얻기 위해서는 적어도 1.5%의 Al 함유량이 필요하다. 한편, 4.5%이상으로 되면 열간가공성이 극히 저하한다. 따라서, Al 함유량을 2.1%이상, 4.5%미만으로 한다. 바람직하게는 2.1%∼4%미만, 더욱 바람직하게는 2.1%∼3.8%미만 이다.

N :

N 함유량은, 본 발명에 있어서 중요한 규정의 하나이다. 일반 내열강에 있어서는, N는 고용강화에 따라 고온에서의 강도를 높이는데 유효하게 적극적으로 이용되고 있다. 그러나 Al 함유 니켈 베이스합금으로는, 강중에서 AlN 등의 질화물로 석출하기 위해 고용강화를 기대할 수 없을 뿐만 아니라 열간가공성, 용접성을 현저히 저해한다. 게다가, 질화물을 기점으로 보호성 피막을 파괴하고 내 침탄성을 저하시키는 문제가 있다. 그러나 극도의 저감은 정련상의 코스트상승을 일으키므로 0.08%이하로 한다. 단, 본질적으로는 가능한한 저감하는 것이 바람직하고, 바람직하게는 0.055%이하 이다. 더욱 바람직하게는 0.045%이하 이다.

B, Zr, H_f:

이들 원소는, 주로 합금의 입계강화에 유효한 원소이고, 열간가공성, 용접성의 개선에 기여하므로, 1종이상을 함유시키는 것이 필요하다. 그러나, 과잉함유시키면, 크리프파단강도 저하를 일으키므로, 상한은 B는 0.03%, Zr는 0.20%, Hf는 0.8%이며 합계 1%로 한다. 또한 상기 효과를 얻기 위해서는 적어도 합계 0.001%로 할 필요가 있다.

Mo, W :

Mo 및 W는 주로 고용강화원소로 유효하며, 기지(基地)인 오스테나이트상을 강화하는 것에 의해 크리프파단강도를 상승시킨다. 과잉함유하면 인성저하의 요인이 되는 금속간 화합물이 석출하는 것만이 아니고, 내 침탄성이나 내 코-킹성도 저하한다. 함유시키는 경우의 상한은 Mo, W의 1종이상의 합계로 15%이하로 억제시켜야 한다. 특히 크리프파단강도를 중요시하는 부재에 적용하는 경우 이 효과를 발휘시키기 위해서는 Mo, W를 적극 첨가하는 것이 유효하다. Mo에 비교하여 W는 금속간화합물 석출에 의한 열간가공성 및 용접성 저하가 크므로 Mo 보다 W의 상한을 낮게 할 필요가 있다. 이 때문에, Mo:0.01∼15%, W:0.01∼9%중 1종이상을 합계로서 2.5∼15%로 한다.

Ni :

Ni는 안정한 오스테나이트 조직을 얻기 위해, 및 내침탄성을 확보하는 점에서 빠뜨릴 수 없는 원소이며, 특히 γ'상에 의한 석출강화 효과를 높이기 위해서는 많을수록 바람직하다.

본 발명의 과제를 해결하기 위해서는, 적어도 상기 화학조성을 가지는 합금으로 할 필요가 있으나, 더욱 하기와 같은 원소를 필요에 따라 함유시킬 수 있다.

Ti :

Ti는 γ'상의 석출을 촉진하여 크리프파단강도를 향상시키는 원소이다. 게다가 입계강화에도 기여한다. 이들 효과를 얻기 위해서는 0.005%이상 함유시키는 것이 좋다. 단지 과잉 함유시키면 γ'상이 과잉 석출하여 열간가공성 및 용접성이 현저하게 나빠진다. 그 때문에 함유시키는 경우 3%이하로 하는 것이 좋다. 바람직하게는 1%이하이다.

Mg 및 Ca :

이들 원소는, 열간가공성에 유해한 S를 황화물로서 고정하고, 입계강도를 높여 열간가공성을 개선하는 작용이 있으므로, 필요에 따라 함유시킨다. 이들 효과를 얻는데는 각각 0.0005%이상 함유시키는 것이 좋다. 그러나 과잉함유시키면, 역으로 열간가공성 및 용접성을 저하시킨다. 그러한 이유로 상한을 Mg, Ca 모두 0.01%로 하는 것이 좋다. 이들 원소를 함유시키는 경우, [(1.178Mg+Ca)/S]가 0.5∼3범위에 들어가도록 함유시키는 것이 바람직하다.

Fe :

Fe는, 크리프연성을 개선하여 크리프파단강도를 높이고, 게다가 열간가공성이나 상온가공성 개선에도 기여한다. 이들 효과를 얻는데는 0.1%이상 함유시키는 것이 좋다. 단, 과잉 함유시키면 역으로 크리프파단강도, 열간가공성 모두 저하하므로 함유시키는 경우의 상한은 10%로 하는 것이 좋다.

Nb, V 및 Ta :

이들 원소는, 오스테나이트상이나 γ'상중에 고용하는외 탄질화물로서 크리프파단강도의 향상에 기여한다. 이들 효과를 얻기 위해서는 각각 0.01%이상 함유시키는 것이 좋다. 그러나, 과잉 함유시키면 인성저하를 초래하므로 함유시키는 경우, Nb, V의 상한은 각각 1%, Ta의 상한은 2%로 하는 것이 좋다. 또한 2종이상 병용하는 경우에도 합계 3%이하로 하는 것이 바람직하다.

La, Ce 및 Nd :

이들 원소는, 주로 반복되는 가열, 냉각을 받는 조건하에서 알루미나 피막의 박리를 방지하고, 온도가 변동하는 환경하에서의 사용에 있어서도 내 침탄성 및 내코-킹성을 향상시키는 효과가 있으므로 필요에 따라 함유시킨다. 이들 효과를 얻는데는, 각각 0.002%이상 함유시키는 것이 좋다. 그러나, 과잉 함유시키면 알루미나 피막박리 방지효과가 포화할 뿐만 아니고, 가공성이 악화한다. 따라서 La, Ce 및 Nd 각각의 상한을 0.1%로 하는 것이 좋다. 이들 원소는 1종만 함유시켜도 좋고, 또한 2종이상 복합으로 함유시켜도 좋다.

Cu, Co :

Cu 및 Co는 주로 오스테나이트상을 안정하게 하기 위해, 필요에 따라 Ni 일부를 치환해도 좋다. 단 과잉첨가는 인성 및 가공성을 손상시킨다. 그 때문에, Cu의 상한은 5%이하로 한다. 바람직하게는 3%이하이고, 더욱 바람직하게는 1.5%이하이다. 또한, Co의 상한은 10%로 한다. 바람직하게는 8%이하이고, 더욱 바람직하게는 5%이하이다. Co는 더욱이 고용강화에 의한 크리프 강도를 향상시키는 움직임이 있다. 하한은 각각 0.01%이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 화학조성 범위에 있는 합금으로서, 특성이 특히 우수하고 바람직한 화학조성합금은 하기와 같다.

C:0.07%이하, Si:0.01∼1%이하, Mn:1%이하, S:0.0025%이하, Cr:12∼20%미만, Al:2.1∼3.8%미만, N:0.045%이하를 포함, B:0∼0.03%, Zr:0.2%, H_f:0.8%중 1종이상을 합계로서 0.001∼1%, Mo:2.5∼12%, Ti:0.005∼1%, Ca:0.0005∼0.01%, Fe:0.1∼

10%이다.

본 발명의 합금은, 통상 용해 및 정련공정에서 용제한 후, 주조하는 것에 의해 얻어지고, 주조한 그대로도 이용할 수 있다. 통상, 주조후에 단조, 열간가공, 냉간가공등의 각 가공공정을 경유하여 관등의 제품으로 해서 이용하고 있다. 또한, 분말야금법으로 제품을 제조해도 좋다. 열처리는 조직의 균일화를 촉진하고, 본 발명 합금의 성능향상에 기여한다. 이 경우, 1100∼1300℃에서의 균일화 처리가 바람직하나, 주조 혹은 가공상태 그대로 사용도 가능하다.

표 1에 표시한 화학조성의 합금을, 50kg 진공 고주파로에서 용해후, 단조에 의해 15mm 두께의 판재로해서, 1250℃로 고용화 열처리를 실시하여 시험재로 했다. 내 침탄성, 고온강도, 열간가공성 및 용접성을 평가하기 위해, 이하에 나타내는 요령으로 각 시험을 실시했다.

(1) 고체침탄시험(내 침탄성 평가)

시험편 : 두께 4mm, 폭 20mm, 길이 30mm

시험방법 : 침탄제중에 시험편을 삽입하여, 1150℃로 가열, 48시간 보호유지(保持)후 시험편의 판두께방향 중앙부의 C 함유량을 ICP로 분석.

평가 : 침입 C량이 0.2%이하이면 내 침탄성이 우수하다고 판단.

(2) 크리프 파단시험(고온강도 평가)

시험편 : 직경 6.0mm, 표점거리 30mm

시험방법 : 보호유지(保持) 온도 1150℃, 부하응력 0.9kgf/mm²의 조건에서 파단까지의 시간을 측정.

평가 : 파단시간이 500시간 이상이면 고온강도 양호로 판단.

(3) 그리블(greeble) 시험(열간가공성의 평가)

시험편 : 평행부 직경 10mm, 길이 130mm의 환봉 시험편.

시험방법 : 1200℃에서 5분 가열한 후, 1000℃까지 100℃/분으로 냉각하여, 그후 5/s의 변형속도로 인장, 파단후 He 가스로 냉각하여 꼬임(絞)치를 측정.

평가 : 꼬임율이 60%이상을 열간가공성 양호로 판단.

(4) 롱지바레스트레인(longitude-varestraint test)[용접성 평가]

시험편 : 두께 12mm, 폭 50mm, 길이 200mm

시험방법 : 전류 200A, 전압 17V, 용접속도 15cm/분에서 TIG 용접을 한다. 그후 2%의 굽힘변형을 부하하고, 그때의 용접열 영향부(HAZ)의 토탈 균열 길이를 측정했다.

평가 : 토탈 균열 길이가 5mm이하를 양호하다고 판단.

시험결과를 표 2에 나타낸다.

표 2에서 명확한 바와 같이, Al을 2.1%이상, 4.5%미만 함유하는 본 발명의 합금 1∼16은, 열간가공성, 내침탄성, 용접성 및 크리프파단강도 모두 양호하다.

한편, C 함유량 및 Al 함유량이 본 발명에서 규정하는 범위외의 비교합금 A는, 침입 C량이 0.55%로 극히 높게 되어 있고, 또한 파단시간도 120시간으로 극히 짧아 내 침탄성, 크리프파단강도 모두 바람직하지 않다. 또한, Al 함유량이 본 발명에서 규정하는 상한을 초과하고 있는 비교합금 B는, 그리블(greeble) 꼬임이 25%로 낮고, 또한 롱지바레스트레인(longitude-varestraint)에 있어 HAZ의 토탈 균열 길이가 20mm이며, 열간가공성, 용접성 모두 나빠진다는 것을 알 수 있다. 또한, S 함유량이 높은 비교합금 C, N 함유량이 높은 비교합금 D는 어느것도 열간가공성, 용접성이 좋지 않다. Cr 함유량이 본 발명에서 규정하는 하한 미만인 비교합금 E는 내침탄성이 뒤떨어진다. 게다가, Si량이 높은 비교합금 F 및 B, Zr, H_f어느것도 함유하고 있지 않은 비교합금 G는 각각 열간가공성, 용접성이 바람직하지 않다.

상기한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면 본 발명의 합금은, 열간가공성, 용접성, 내 침탄성 및 내 코킹성이 우수한 고온강도 부재로서 사용하는 충분한 크리프파단강도를 가진 합금이다.

특히 에틸렌플랜트용 분해로에 사용되는 관처럼 침탄, 산화 및 온도변동이 반복되는 열분해, 열사이클 환경하에 있어서 우수한 특성을 발휘한다. 그 결과, 본 발명의 합금을 사용하는 것에 의해, 보다 고온에서의 조업이 가능하게 되어 연속 조업시간의 연장, 또는 내구성향상에 의한 새로운 재료와의 교체 기간의 장기화가 가능한 이점이 있다.

Claims

질량%로서, C:0.1%이하, Si:2%이하, Mn:2%이하, S:0.005%이하, Cr:10∼25%, Al:2.1∼4.5%미만, N:0.08%이하, B:0.03%이하, Zr:0.2%이하 및 H_f:0.8%이하중의 1종이상을 합계로서 0.001∼1%, Mo:0.01∼15%, W:0.01∼9%중 1종이상을 합계로서 2.5∼15%, Ti:3%이하, Mg:0.01%이하, Ca:0.01%이하, Fe:10%이하, Nb:1%이하, V:1%이하, Ta:2%이하, Y:01%이하, La:0.1%이하, Ce:0.1%이하, Nd:0.1%이하, Cu:5%이하, Co:10%이하를 함유하고 잔부가 실질적으로 Ni로 되는 Ni 베이스 내열합금.
Ti 함유량이 0.005∼3질량%인 청구항 1기재의 Ni 베이스 내열합금.
질량%로서, Ti 함유량이 0.005∼3%이고, Mg:0.0005∼0.01%, Ca:0.0005

∼0.01%중 1종이상을 함유하는 청구항 1기재의 Ni 베이스 내열합금.
질량%로서, Ti 함유량이 0.005∼3%로, Mg:0.0005∼0.01%, Ca:0.0005∼0.01%중 1종이상, Fe:0.1∼10%를 함유하는 청구항 1기재의 Ni 베이스 내열합금.
질량%로서, C:0.07%이하, Si:0.01∼1%, Mn:1.0%이하, S:0.0025%이하, Cr:12∼19%, Al:2.1∼3.8%미만, N:0.045%이하, B:0.03%이하, Zr:0.2%이하 및 H_f:0.8%이하중 1종이상을 합계로서 0.001∼1%, Mo:2.5∼12%, Ti:0.005∼1%, Ca:0.0005∼0.01%, Fe:0.1∼10%를 함유하고 잔부가 실질적으로 Ni로 되는 Ni 베이스 내열합금.