KR20020013589A - 아우스테니트 ｎｉ-ｃｒ-ｍｏ-ｆｅ 합금 - Google Patents

아우스테니트 ｎｉ-ｃｒ-ｍｏ-ｆｅ 합금 Download PDF

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KR20020013589A
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Abstract

본 발명은 클로라이드를 함유하고 수성 산화 매질에서 사용하는 고온 및 저온-성형 가능한 아우스테니트 합금에 관한다. 이 합금은 18.0-21.0 질량%의 Cr, 12.0-16.0 질량%의 Fe, 9.0-13.0 질량%의 Mo, 최대 1.0 질량%의 Co, 0.5-2.5 질량%의 W, 최대 0.025 질량%의 C, 0.05-0.25 질량%의 N, 최대 0.50 질량%의 Mn, 최대 0.50 질량%의 Si, 최대 0.02 질량%의 Ti, 0.05-0.5 질량%의 Nb, 최대 0.3 질량%의 Cu, 최대 0.010 질량%의 P, 0.05-0.5 질량%의 Al, 최대 0.005 질량%의 S, 0.005-0.030 질량%의 Mg, 0.001-0.01 질량%의 Ca, 최대 0.5 질량%의 V, 최대 0.005 질량%의 B, 0.001-0.030 질량%의 Zr(나머지는 니켈로 이루어지고 제조시 발생하는 불순물을 포함함)로 이루어진다.

Description

아우스테니트 ＮＩ-ＣＲ-ＭＯ-ＦＥ 합금{AUSTENITIC NI-CR-MO-FE ALLOY}
본 발명은 고온-성형 또는 저온-성형 할 수 있는 합금에 관한다.
지금까지 한편으로는 아우스테니트, 아우스테니트-제2철, 제2철 및 제2철-마텐자이트 강철 및 다른 한편으로는 니켈 베이스 합금이, 중 스트레스하에서 기계적 및 동시에 화학적으로 내부식성인 부품용 재료로 사용되었다. 아우스테니트 강철의 기계적 강도는 몇몇 용도에서는 충분하지가 않다. 제2철-아우스테니트 강철 및 제2철 및 제2철-마텐자이트 강철에 대해서는 가공성(고온 성형, 용접)이 빈약하고 내부식성이 불충분하다는 단점이 있다.
제EP-B1 0 334 410호는
22.0-24.0 질량%의 크롬
15.0-16.5 질량%의 몰리브데넘
0.3 질량% 이하의 텅스텐
1.5 질량% 이하의 철
0.3 질량% 이하의 코발트
0.1 질량% 이하의 실리콘
0.5 질량% 이하의 망간
0.015 질량% 이하의 탄소
0.4 질량% 이하의 바나듐
0.1-0.4 질량%의 알루미늄
0.001-0.4 질량%의 마그네슘
0.001-0.04 질량%의 칼슘
을 함유하는 니켈-크롬-몰리브데넘 합금에 대하여 기술하고 있다.
나머지는 니켈로 이루어져 있고 불가피하게 불순물을 포함한다.
제EP-B1 0 247 577호는
최대 0.1 질량%의 탄소
최대 5 질량%의 망간
최대 1 질량%의 실리콘
최대 0.03 질량%의 인
최대 0.03 질량%의 황
16-24 질량%의 크롬
7-12 질량%의 몰리브데넘
2-6 질량%의 니오븀
0.5-2.5 질량%의 티타늄
1 질량% 이하의 미량 알류미늄
최대 0.02 질량%의 붕소
최대 0.05 질량%의 지르코늄
최대 5 질량%의 코발트
최대 5 질량%의 구리
를 함유하고 나머지로서 추가로 50% 이상의 니켈과 제조로 인한 불순물을 함유하며 경화될 수 있는, 크롬 및 몰리브데넘을 함유하는 니켈 기조 합금에 대하여 기술하고 있는데, 상기에서 크롬 및 몰리브데넘의 총량은 31을 넘고 니오븀, 티타늄 및 알루미늄의 총량은 이들의 총 원자량%가 3.5-5에 이르고 어닐링되고 경화된 용액 조합물이 결정화 온도 이하에서 가동시킬 필요없이 260℃ 이하의 고온에서 클로라이드 및 설파이드에서 균열 부식 대항 인장 뿐만 아니라 균열 부식 및 틈 부식에 대한 내성을 함께 가지면서 100ksi(690MN/m2) 이상의 0.2% 신장 한계를 나타내도록 정한다.
극단적인 부식 상태가 존재할 경우, 많은 경우 Fe 함량을 최대 1%로 제한한 비교적 고가의 Ni-Cr-Mo 합금을 사용할 필요가 있다. 그러나 시판되는 합금들은 특히 인장한도 및 인장강도가 동시에 높을 것을 요하는 경우, 오늘날의 화학 및 석유화학 가공 기술 및 현재의 환경 보호 기술에서 요하는 모든 것에 부합하기에는 더이상 충분하지 않다. 대개 6-Mo 강철, 듀플렉스 및 슈퍼-듀플렉스 강철을 용접하는 해양 공업 기술 분야에서 용접 첨가제로서 공지된 합금을 사용할 경우 종종 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 특히 극단적인 부식 조건하에서 사용할 수 있고 동시에 현저히 높은 인장한도 및 인장강도를 가지는 합금을 제공하는 것이다. 합금은 틈 및 균열 부식 및 부식 제거에 대한 내성이 높고 또한 문제없이 제조 및 가공할 수있어야 한다. 이러한 이유에서 어닐링된 용액 또는 소프트 어닐링된 상태에서 필요한 합금 강도가 이미 존재하여 이후의 경화 및 열처리가 필요없을 수 있어야 한다.
이 목적은
18.0-21.0 질량%의 Cr
12.0-16.0 질량%의 Fe
9.0-13.0 질량%의 Mo
최대 1.0 질량%의 Co
0.5-2.5 질량%의 W
최대 0.025 질량%의 C
0.05-0.25 질량%의 N
최대 0.50 질량%의 Mn
최대 0.50 질량%의 Si
최대 0.02 질량%의 Ti
0.05-0.5 질량%의 Nb
최대 0.3 질량%의 Cu
최대 0.010 질량%의 P
0.05-0.5 질량%의 Al
최대 0.005 질량%의 S
0.005-0.030 질량%의 Mg
0.001-0.01 질량%의 Ca
최대 0.5 질량%의 V
최대 0.005 질량%의 B
0.001-0.030 질량%의 Zr
로 이루어지고 수성 산화 매질에서 사용하는 고온 및 저온-성형 가능한 아우스테니트 합금으로 달성된다.
나머지는 니켈로 이루어지고 제조시 발생하는 불순물을 포함한다.
특히 바람직한 합금은
19.0-20.0 질량%의 Cr
13.0-15.0 질량%의 Fe
10.0-12.0 질량%의 Mo
최대 1.0 질량%의 Co
1.0-2.0 질량%의 W
최대 0.025 질량%의 C
0.05-0.15 질량%의 N
최대 0.50 질량%의 Mn
최대 0.50 질량%의 Si
최대 0.02 질량%의 Ti
0.1-0.3 질량%의 Nb
최대 0.3 질량%의 Cu
최대 0.010 질량%의 P
0.10-0.35 질량%의 Al
최대 0.005 질량%의 S
0.006-0.020 질량%의 Mg
0.001-0.005 질량%의 Ca
최대 0.3 질량%의 V
최대 0.002 질량%의 B
0.005-0.025 질량%의 Zr
로 이루어진다.
나머지는 니켈로 이루어지고 제조시 발생하는 불순물을 포함한다.
알류미늄+티타늄의 총 함량은 바람직하게는 0.30 질량%로 한정된다. 니오븀+탄탈레이트의 총 함량에도 동일하게 적용되어 0.30 질량%를 유지한다.
본 발명 합금의 철 함량을 13-15 질량%로 증가시키면 한편으로 가동성 및 성형성이 개선되고 다른 한편으로 금속 가격이 낮아 제조 비용이 낮아지므로 비용이 상당히 감소된다. 논-합금 또는 저-합금 강철로써 조립 용접에 1% 미만의 철 함량이 필요하다는, 즉 용접 증착에서 철 혼합물이 상당한 정도로 보호된다는 일반적인 믿음과는 달리, St 52 상에서 1층 및 2층 조립 용접에 용접 첨가제로 사용한 본 발명 합금 A 및 비교 합금 B를 비교 조사한 결과는 본 발명 합금 A로 실시한 조립 용접의 철 함량이 비교 합금 B로 실시한 조립 용접에서보다 훨씬 더 낮음을 보인다. 이것을 도1에 도시한다.
비교 합금 B의 화학적 조성은 다음과 같다:
22 질량%의 Cr
3.0 질량%의 Fe
0.025 질량%의 C
0.40 질량%의 Mn
0.40 질량%의 Si
8.0 질량%의 Mo
1.0 질량%의 Co
0.40 질량%의 Al
0.40 질량%의 Ti
3.5 질량%의 Nb
0.010 질량%의 P
0.005 질량%의 S.
본 발명 합금 A의 니오븀 함량을 바람직하게는 0.1-0.3 질량%로 낮추면 비교 합금 B에서 보다 용접성이 훨씬 더 좋아진다.
질소 함량이 높은 듀플렉스 또는 슈퍼-듀플렉스 강철로 결점 없고 앙금 없는 고-로딩 베어링 용접을 하는 것도 모두 가능해진다.
본 발명 합금 A의 몰리브데넘 함량을 10-12 질량%로 증가시키고 W 함량을 1-2 질량%로 증가시키면 도2에 나타낸 바와 같이 합금 B 보다 틈 및 균열 부식 내성이 커진다.
0.04%까지의 질소 함량을 허용하고 질소의 영향에 대하여는 정확한 기술이 주어져 있지 않은 제EP-B1 0 247 577호에 포함된 지시와는 달리, 본 발명 합금 A에서 질소의 영향을 조사한 바에 따르면 질소는 한편으로 명백히 인장한도 및 인장강도를 증가시키고 다른 한편으로는 본 발명 합금 A의 내부식성을 개선시킴을 보여준다. 도3은 이것을 질소 함량에 대한 인장강도 Rm의 예로서 나타내고, 도4는 본 발명 합금 A의 질소 함량에 대한 인장강도 Rp0.2를 나타낸다. 인장한도는 대략 30% 증가되고 인장강도는 대략 20% 증가된다.
질소의 부가에 인한 본 발명 합금의 틈 부식 내성의 증가는 도5에 분명히 나타나 있다. 현 기술 상태에서, 틈 부식 내성은 ASTM G48, 방법 D 및 "Green Death"(7% H2SO4, 3% HCl, 1% FeCl3, 1% CuCl2) 용액에 따라 측정한다. 임계 틈 부식 온도는 질소 함량을 증가시킬 경우 두 테스트 모두에서 증가한다.
본 발명 합금은 해양 공업 기술, 특히 6-Mo 강철, 듀플렉스 및 슈퍼-듀플렉스 강철로 이루어지는 종축-접합 용접 파이프의 연결 용접에서 첨가 용접 물질로서의 용도를 가진다.
또한, 본 발명 합금을 조립 용접, 특히 쓰레기 소거 공장의 보일러 파이프 또는 해양 공업 분야의 플랜지용 용접 첨가 물질로서 이용할 수 있는 가능성이 있다.
최종적으로 본 발명 합금은 또한 공장 건축에서 조립 용접 밴드로서 사용할 수 있고 연도 가스 탈황 설비의 가스 채널로 사용할 수도 있다.
덧붙여, 본 발명 합금은 청구의 범위에서 정의한 상이한 합금 원소들의 좁은 차가 충족되도록 조각 합금 조합물을 용융시켜 얻을 수 있다.

Claims (13)

18.0-21.0 질량%의 Cr
12.0-16.0 질량%의 Fe
9.0-13.0 질량%의 Mo
최대 1.0 질량%의 Co
0.5-2.5 질량%의 W
최대 0.025 질량%의 C
0.05-0.25 질량%의 N
최대 0.50 질량%의 Mn
최대 0.50 질량%의 Si
최대 0.02 질량%의 Ti
0.05-0.5 질량%의 Nb
최대 0.3 질량%의 Cu
최대 0.010 질량%의 P
0.05-0.5 질량%의 Al
최대 0.005 질량%의 S
0.005-0.030 질량%의 Mg
0.001-0.01 질량%의 Ca
최대 0.5 질량%의 V
최대 0.005 질량%의 B
0.001-0.030 질량%의 Zr
로 이루어지고(나머지는 니켈로 이루어지고 제조시 발생하는 불순물을 포함함) 수성 산화 매질에서 사용하는 고온 및 저온-성형 가능한 아우스테니트 합금.
제1항에 있어서,
19.0-20.0 질량%의 Cr
13.0-15.0 질량%의 Fe
10.0-12.0 질량%의 Mo
최대 1.0 질량%의 Co
1.0-2.0 질량%의 W
최대 0.025 질량%의 C
0.05-0.15 질량%의 N
최대 0.50 질량%의 Mn
최대 0.50 질량%의 Si
최대 0.02 질량%의 Ti
0.1-0.3 질량%의 Nb
최대 0.3 질량%의 Cu
최대 0.010 질량%의 P
0.10-0.35 질량%의 Al
최대 0.005 질량%의 S
0.006-0.020 질량%의 Mg
0.001-0.005 질량%의 Ca
최대 0.3 질량%의 V
최대 0.002 질량%의 B
0.005-0.025 질량%의 Zr
(나머지는 니켈로 이루어지고 제조시 발생하는 불순물을 포함함)
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 합금.
제1항 또는 제2항에 있어서, Al+Ti의 최대 총량이 0.30 질량%인 것을 특징으로 하는 합금.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, Nb+Ta의 최대 총량이 0.30 질량%인 것을 특징으로 하는 합금.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 동일한 조각 재료들을 본 합금 조성물을 제조하는 데 사용하는 것을 특징으로 하는 합금.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상이한 조성비의 특히 3가지 조각 재료들을 서로 조합하는 것을 특징으로 하는 합금.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 효과적인 총 WS = %Cr + 3[% Mo + 0.5% W] + 16% N ∃ 54를 선택하는 것을 특징으로 하는 합금.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 최소 400N/mm2의 인장한도 Rp0.2를 용액-어닐링된 상태에서 선택하는 것을 특징으로 하는 합금.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, WS∃54 와 Rp0.2∃400N/mm2의 조합을 용액-어닐링된 상태에서 선택하는 것을 특징으로 하는 합금.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 합금을, 해양 공업, 특히 6-Mo 강철, 듀플렉스 및 슈퍼-듀플렉스 강철로 이루어지는 종축-접합 파이프의 컴비네이션 용접에서 첨가 용접 물질로 이용하는 용도.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 합금을, 조립 용접, 특히 해양 공업 분야의 플랜지 또는 쓰레기 소거 공장의 보일러 파이프용 첨가 용접 물질로서 이용하는 용도.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 합금을, 공장 건축에서 조립 용접 밴드로 이용하는 용도.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 합금을, 연도 가스 탈황 설비의 가스 채널로 이용하는 용도.
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