KR20100083847A - Austenitic heat-resistant nickel-base alloy - Google Patents

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Abstract

Austenitic heat-resistant nickel-base alloy comprising (in % by mass) 0.03-0.1% of C, 28-32% of Cr, 0.01-< 0.5% of Mn, 0.01-< 0.3% of Si, 0.01-< 1.0% of Mo, 2.5-3.2% of Ti, 0.01-< 0.5% of Nb, 0.01-< 0.5% of Cu, 0.05-< 2.0% of Fe, 0.7-1.0% of Al, 0.001-< 0.03% of Mg, 0.01-< 1.0% of Co, 0.01-0.10% of Hf, 0.01-0.10% of Zr, 0.002-0.02% of B, 0.001-0.01% of N, max. 0.01% of S, max. 0.005% of Pb, max. 0.0005% of Bi, max. 0.01% of Ag, balance Ni and minor components due to the production method, where the sum of Ti + Al is from 3.3 to 4.3%, the sum of C + (10 8B) is from 0.05 to 0.2%, the sum of Hf + Zr is from 0.05 to 0.15% and the Ti/Al ratio is > 3.

Description

오스테나이트계 내열성 니켈계 합금{Austenitic heat-resistant nickel-base alloy}Austenitic heat-resistant nickel-base alloy

본 발명은 오스테나이트계 내열성 니켈계 합금에 관한 것이다.The present invention relates to an austenitic heat resistant nickel alloy.

Diesel Engine Combustion Chamber Materials for Heavy Fuel Operation의 초록(Proceedings)(1990)에서 해양 엔지니어 연구소 (the Institute of Marine Engineers)는 현재 종래 기술의 요약 및 밸브 재료 분야에서 지난 수 년간 수행되어온 강도 높은 연구 및 개발의 요약을 제공한다. 이에 따르면, 첫째로, 질량 %로 0.08% C, 19.5% Cr, 75% Ni, 1.4% Al, 및 2.4% Ti을 가지는 Alloy 80 A가 이 분야에서 자리를 잡고 있다.In the Proceedings of the Diesel Engine Combustion Chamber Materials for Heavy Fuel Operation (1990), the Institute of Marine Engineers is a summary of the intensive research and development that has been undertaken over the past several years in the field of valve materials. Provide a summary. According to this, firstly, Alloy 80 A having 0.08% C, 19.5% Cr, 75% Ni, 1.4% Al, and 2.4% Ti in mass% is in the field.

어떤 경우에는, 질량 %로 0.5% C, 30% Cr, 66% Ni, 0.9% Al, 및 1.8% Ti를 가지는 Alloy 81도 사용되었다. 때때로 이들 합금은 밸브용 기본 재료로 사용되는데, 밸브 시트 부분 (valve seat section)은 또한 예를 들어 EP-B 0521821에 개시된 바와 같은 내마모성 재료로 코팅되어 있다. 이 문헌은 다음과 같은 질량 %의 상기 기본 재료용 화학 조성을 제공한다: 0.04 - 0.10% C, ≤ 1.0% Si, ≤ 0.2% Cu, ≤ 1.0% Fe, ≤ 1.9% Mn, 18 - 21% Cr, 1.8 - 2.7% Ti, 1.0 - 1.8% Al, ≤ 2.0% Co, ≤ 0.3% Mo, B, Zr, 및 나머지는 니켈이다. 또한, 이러한 합금의 변형도 제공되는데 특히 29 - 31% Cr인 경우가 제공된다.In some cases, Alloy 81 with 0.5% C, 30% Cr, 66% Ni, 0.9% Al, and 1.8% Ti in mass% was also used. Sometimes these alloys are used as the base material for valves, where the valve seat section is also coated with a wear resistant material as disclosed, for example, in EP-B 0521821. This document provides chemical compositions for the base material of the following mass%: 0.04-0.10% C, <1.0% Si, <0.2% Cu, <1.0% Fe, <1.9% Mn, 18-21% Cr, 1.8-2.7% Ti, 1.0-1.8% Al, <2.0% Co, <0.3% Mo, B, Zr, and the balance is nickel. In addition, modifications of these alloys are also provided, especially in the case of 29-31% Cr.

750℃ 미만의 현재 사용 온도에서, Alloy 80 A는 LCF 시험에서 더 긴 내용 수명 (service life) 및 더욱 우수한 내마모성으로 눈에 띄었으며, 반면, Alloy 81는 더욱 우수한 내부식성으로 인하여 예를 들어 선박용 디젤 엔진에서 볼 수 있는 것 같은 조건에서 테스트되었다. 이들 합금 각각은 특별한 장점을 가지고 있으나, 어느 것도 기계적 특성 및 부식 특성에 대한 모든 요구 조건을 만족시키지는 않는다. 추가적인 코팅을 사용하는 구제책은 원하지 않는 생산 및 재료 비용을 추가적으로 수반한다. 분말 야금 생산 (powder metallurgical production) 역시 비용 측면에서 바람직하지 않다. 그러한 비용은 가능한 최대로 회피되어야 한다.At current service temperatures below 750 ° C, Alloy 80 A was noticed for longer service life and better wear resistance in LCF tests, while Alloy 81 was for example marine diesel due to its better corrosion resistance. Tested under the same conditions found in the engine. Each of these alloys has particular advantages, but none of them satisfy all the requirements for mechanical and corrosion properties. Remedies using additional coatings entail additional undesired production and material costs. Powder metallurgical production is also undesirable in terms of cost. Such costs should be avoided to the greatest extent possible.

US-A 6,139, 660 및US-A 6,039,919는 모두 이에 관한 것이다; 이들 문헌은디젤 엔진에서 흡입 밸브 및 배기 밸브용으로 다음의 질량 % 조성을 가지는 합금을 기재한다: ≤ 0.1% C, ≤ 1.0% Si, ≤ 0.1% Mn, ≥ 25 - ≤ 32.2% Cr, ≤ 3% Ti, ≥ 1 - ≤ 2% Al, 나머지는 Ni. 그러나 이 합금도 역시 적당한 고온 내부식성을 제공하지 않는다. 또한, 디젤 선박 엔진 같은 미래의 더욱 강력한 엔진이, 약 850℃까지의 온도에서 작동할 것이라는 것은 사실인데, 이는 또한 특히 내용 수명이 유지되어야 하고 추가적인 유지 작업을 원하지 않는 경우와 같은 높은 요구 사항을 밸브 재료에 요구한다.US-A 6,139, 660 and US-A 6,039,919 are all concerned with this; These documents describe alloys having the following mass% composition for intake valves and exhaust valves in diesel engines: ≤ 0.1% C, ≤ 1.0% Si, ≤ 0.1% Mn, ≥ 25-≤ 32.2% Cr, ≤ 3% Ti,> 1-<2% Al, the rest is Ni. However, this alloy also does not provide adequate high temperature corrosion resistance. It is also true that future more powerful engines, such as diesel marine engines, will operate at temperatures up to about 850 ° C, which also valves high demands, especially when the service life must be maintained and no further maintenance work is desired. Requires on the material.

DE-C 101 23 566에 개시된 오스테나이트계 내열성 니켈계 합금은 다음의 질량 % 조성을 가진다: 0.03 - 0.1% C, 최대 0.005% S, 최대 0.05% N, 25 - 35% Cr, 최대 0.2% Mn, 최대 0.1% Si, 최대 0.2% Mo, 2 - 3% Ti, 0.02 - 1.1% Nb, 최대 0.1% Cu, 최대 1% Fe, 최대 0.08% P, 0.9 - 1.3% Al, 최대 0.01% Mg, 0.02 - 0.1% Zr, 최대 0.2% Co, Al + Ti + Nb의 합은 3.5% 이상, 나머지는 Ni 및 공정 관련 불순물이다. 상기 합금은 질량 %로 0.001 - 0.005% B, 0.01 - 0.04% Hf, 및 0.01 - 0.04% Y이 추가되어 있는 것이 특징이다.The austenitic heat resistant nickel based alloy disclosed in DE-C 101 23 566 has the following mass% composition: 0.03-0.1% C, up to 0.005% S, up to 0.05% N, 25-35% Cr, up to 0.2% Mn, 0.1% Si max., 0.2% Mo max., 2-3% Ti, 0.02-1.1% Nb, max 0.1% Cu, max 1% Fe, max 0.08% P, 0.9-1.3% Al, max 0.01% Mg, 0.02- The sum of 0.1% Zr, up to 0.2% Co, Al + Ti + Nb is at least 3.5%, the remainder is Ni and process related impurities. The alloy is characterized by the addition of 0.001-0.005% B, 0.01-0.04% Hf, and 0.01-0.04% Y in mass%.

본 발명의 근원적인 목적은 850℃ 온도까지 고온 내부식성이 있고 Alloy 80 A에 뒤지지 않는 기계적 특성을 가지는 재료를 제공하는 것이다.The primary object of the present invention is to provide a material having high temperature corrosion resistance up to 850 ° C. and having mechanical properties comparable to Alloy 80 A.

이러한 목적은 다음의 질량 %를 가지는 오스테나이트계 내열성 니켈계 합금을 사용하여 달성된다:This object is achieved using an austenitic heat resistant nickel based alloy having the following mass%:

0.03 - 0.1% C0.03-0.1% C

28 - 32% Cr28-32% Cr

0.01 - ≤ 0.5% Mn0.01-≤ 0.5% Mn

0.01 - ≤ 0.3% Si0.01-≤ 0.3% Si

0.01 - ≤ 1.0% Mo0.01-≤ 1.0% Mo

2.5 - 3.2% Ti2.5-3.2% Ti

0.01 - ≤ 0.5% Nb0.01-≤ 0.5% Nb

0.01 - ≤ 0.5% Cu0.01-≤ 0.5% Cu

0.05 - ≤ 2.0% Fe0.05-≤ 2.0% Fe

0.7 - 1.0% Al0.7-1.0% Al

0.001 - ≤ 0.03% Mg0.001-≤ 0.03% Mg

0.01 - ≤ 1.0% Co0.01-≤ 1.0% Co

0.01 - 0.10% Hf0.01-0.10% Hf

0.01 - 0.10% Zr0.01-0.10% Zr

0.002 - 0.02% B0.002-0.02% B

0.001 - 0.01% N0.001-0.01% N

최대 0.01% S0.01% S max

최대 0.005% Pb0.005% Pb Max

최대 0.0005% Bi0.0005% Bi Max

최대 0.01% Ag0.01% Ag max

나머지는 Ni 및 공정 관련 불순물,The rest are Ni and process related impurities,

Ti + Al의 합은 3.3 내지 4.3%,The sum of Ti + Al is 3.3 to 4.3%,

C + (10 x B)의 합은 0.05 내지 0.2%,The sum of C + (10 x B) is from 0.05 to 0.2%,

Hf + Zr의 합은 0.05 내지 0.15%,The sum of Hf + Zr is 0.05 to 0.15%,

및 Ti/Al > 3.And Ti / Al> 3.

850℃까지 고온 내부식성인 본 발명의 니켈계 합금의 유리한 정제된 것은 종속항들에서 찾을 수 있다.Advantageous refinements of the nickel-based alloys of the invention that are high temperature corrosion resistance up to 850 ° C. can be found in the dependent claims.

본 발명의 합금은 또한 일반적으로 대형 디젤 엔진용 밸브를 제조하는데 특히 적합하며, 즉, 예를 들어 전기를 얻기 위한 고정 시스템 (stationary system)에 도입되는 대형 디젤 엔진용 밸브를 제조하는데에도 적합하다.The alloys of the present invention are also generally particularly suitable for producing valves for large diesel engines, ie for producing valves for large diesel engines, for example, which are introduced into stationary systems for obtaining electricity.

그러한 고온 내부식성 재료는 Alloy 80 A에 뒤지지 않는 기계적 특성을 달성한다. 이 점에 관하여 본 발명의 재료는 일반적으로 밸브 재료 용도로 적합하며 특히 최대 850℃까지의 온도 범위에서 차세대 디젤 선박 엔진에 도입될 수 있다.Such high temperature corrosion resistant materials achieve mechanical properties comparable to Alloy 80 A. In this regard, the materials of the present invention are generally suitable for valve material applications and can be introduced in next generation diesel marine engines, especially in the temperature range up to 850 ° C.

표 1은 본 발명의 두 실시예 E1 및 E2의 화학 조성을 예로서 제공한다. 잘 비교될 수 있도록 두 가지 상업적인 합금 Alloy 80 A 및 Alloy 81의 전형적인 분석을 제공한다.Table 1 provides by way of example the chemical compositions of two examples E1 and E2 of the present invention. Typical comparisons of two commercial alloys Alloy 80 A and Alloy 81 are provided for comparison.

일련의 실험실용 용융 금속으로부터 합금 E1 및 E2을 분석하였는데, 이는 진공 유도 오븐 (vacuum induction oven)에서 10 kg 블록에 용융시키고, 다음으로 열간 압연 (hot roll)하고 공기 중 1180℃에서 2 시간 동안 솔루션 어닐링 (solution anneal)한 후, 물로 켄칭(quenching)한 것이다. 상기 합금들을 추가적인 두 가지 어닐링으로 경화하였다:Alloys E1 and E2 were analyzed from a series of laboratory molten metals, which were melted in 10 kg blocks in a vacuum induction oven, followed by hot roll and solution for 2 hours at 1180 ° C. in air. After annealing (solution anneal), it was quenched with water (quenched). The alloys were cured with two additional annealing:

공냉 하에 850℃에서 6 시간 후After 6 h at 850 ° C. under air cooling

공냉 하에 700℃에서 4 시간.4 hours at 700 ° C. under air cooling.

상기 합금들은 논의 중인 원소들의 함량이 다르기 때문에 이들의 기계적 특성및 부식성 매체 (corrosive medium)에서의 이들의 거동을 평가하여 본 발명의 분석에 이르렀다.Since the alloys differ in the content of the elements under discussion, their mechanical properties and their behavior in corrosive medium have been evaluated to arrive at the analysis of the present invention.

Alloy 80A 및 Alloy 81과 비교한 본 발명의 합금 E1 및 E2의 화학적 조성Chemical Composition of Alloys E1 and E2 of the Invention Compared to Alloy 80A and Alloy 81 원소element Alloy 80AAlloy 80A Alloy 81Alloy 81 E1E1 E2E2 NiNi 나머지 Remainder 나머지 Remainder 나머지 Remainder 나머지 Remainder CrCr 19.519.5 28.428.4 29.129.1 3131 FeFe 0.130.13 0.090.09 0.10.1 1.71.7 TiTi 2.252.25 2.12.1 2.82.8 3.13.1 AlAl 1.451.45 1.131.13 0.850.85 0.750.75 CC 0.0410.041 0.070.07 0.030.03 MnMn 0.090.09 0.010.01 0.010.01 0.20.2 SiSi 0.200.20 0.040.04 0.020.02 0.10.1 NbNb 0.0010.001 < 0.01<0.01 0.040.04 0.010.01 MoMo 0.0080.008 0.010.01 0.010.01 0.020.02 CuCu 0.0040.004 0.010.01 0.010.01 0.010.01 MgMg 0.0020.002 < 0.001<0.001 0.0010.001 0.0050.005 SS 0.0040.004 0.0030.003 0.0020.002 PP 0.0020.002 0.0020.002 0.0020.002 NN 0.0020.002 0.0060.006 0.00150.0015 HfHf 0.040.04 0.060.06 CoCo 0.0390.039 0.010.01 0.010.01 0.30.3 BB 0.0030.003 0.0030.003 ZrZr 0.020.02 0.020.02 0.040.04 Ti + AlTi + Al 3.73.7 3.233.23 3.753.75 3.853.85 C + (10 x B)C + (10 x B) 0.10.1 0.060.06 Hf + ZrHf + Zr 0.060.06 0.100.10 Ti/AlTi / Al 1.551.55 1.861.86 3.293.29 4.134.13

(질량 %)(mass %)

본 발명의 일 목적은 사용 온도에서 Alloy 80 A에 필적할만한 내열성을 달성하는 것이었기 때문에, 인장 강도 및 항복점 (yield point)은 600℃ 및 800℃에서 측정되었다. 표 2는 Alloy 80 A에 필적할 만하고 600℃에서는 더 강하다는 것을 보여준다. 상기 합금들은 800℃에서 필적할 만하다.Since one object of the present invention was to achieve heat resistance comparable to Alloy 80 A at service temperature, tensile strength and yield point were measured at 600 ° C and 800 ° C. Table 2 shows comparable to Alloy 80 A and stronger at 600 ° C. The alloys are comparable at 800 ° C.

600℃ 및 800℃에서 Alloy 80 A와 비교한 E1 및 E2의 인장 강도 및 항복점Tensile strength and yield point of E1 and E2 compared to Alloy 80 A at 600 ° C and 800 ° C 합금alloy 600℃600 ℃ 800℃800 ℃ Rm/MPaR m / MPa Rp0 .2/MPaR p0 .2 / MPa Rm/MPaR m / MPa Rp0 .2/MPaR p0 .2 / MPa E1E1 10531053 738738 636636 552552 E2E2 10621062 690690 617617 573573 Alloy 80 AAlloy 80 A 851851 646646 594594 546546

부식 거동을 조사하기 위하여, 실험실에서 다음의 조성을 가지는 합성 오일재 (synthetic oil ash)에서 첫번째 실험을 수행하였다:In order to investigate the corrosion behavior, the first experiment was carried out in a synthetic oil ash with the following composition in the laboratory:

40% V2O3 + 10% NaVO3 + 20% Na2SO4 + 15% CaSO4 + 15% NiSO4.40% V 2 O 3 + 10% NaVO 3 + 20% Na 2 SO 4 + 15% CaSO 4 + 15% NiSO 4 .

분위기는 0.5% SO2 함량의 공기였다. 시료들을 750℃ 및 850℃ 모두에서, 각각의 경우 20 시간, 100 시간, 및 400 시간 동안 노화(aging)시켰다. 400 시간 노화의 경우, 부식성을 유지시키기 위해 상기 재(ash)를 100 시간, 200 시간, 및 300 시간 후 새롭게 하였다. 내부 부식 (internal corrosion)의 깊이는 실험실 시험으로 신뢰성 있게 측정될 수 있었다.The atmosphere was air with 0.5% SO 2 content. Samples were aged at both 750 ° C. and 850 ° C. for 20 hours, 100 hours, and 400 hours in each case. For 400 hours aging, the ash was refreshed after 100 hours, 200 hours, and 300 hours to maintain corrosiveness. The depth of internal corrosion could be reliably measured by laboratory tests.

선박 디젤 밸브 자체의 부식 조사는 더욱 신뢰성 있는 것으로 생각될 수 있는데 이는 이러한 조사가 더욱 잘 평가될 수 있으며 또한 부식 영향 (errosive effect)도 고려하기 때문이다. 각각의 실험실 용융 금속으로부터의 시료 및, 또한 비교를 위한, Alloy 81 및 Alloy 80로부터의 시료를 선박용 디젤 밸브에 사용하였다. 이러한 선박용 디젤 밸브는 대양 항해 선박 배의 주엔진에서 3000 시간을 작동되었다. 다음으로 이러한 시료를 밸브로부터 취하여 금속 조직학 (metallography)을 사용하여 부식을 조사하였다. 이러한 조사로 재료 손실, 층 두께 및 내부 부식을 서로 상세하게 구별하는 것이 가능했다.Corrosion investigations of marine diesel valves themselves can be considered more reliable, since these investigations can be better assessed and also take into account the errosive effect. Samples from each laboratory molten metal and also from Alloy 81 and Alloy 80 for comparison were used in marine diesel valves. These marine diesel valves were operated for 3000 hours in the main engine of ocean sailing vessels. This sample was then taken from the valve and examined for corrosion using metallography. This investigation made it possible to distinguish between material loss, layer thickness and internal corrosion in detail.

상기 조사로 부식 거동 및 개별적인 합금 원소들의 함량 사이에 다음의 관계가 있음을 발견하였다.The investigation found the following relationship between the corrosion behavior and the content of the individual alloying elements.

Cr: Cr 함량은 부식 관점에서 가능한 높아야 한다. 그러나, 적당한 야금학적 상한은 32% 이다. 약 30% Cr를 가지는 합금 변형 및 20% Cr를 가지는 합금 변형 사이의 차이는 이를 분명히 보여준다. 최상의 경우, 전자의 합금에서의 부식은 후자의 합금의 부식의 절반밖에 안된다. 극근접 촬영 (extreme close-up)에서, 30%의 Cr 함량을 가지는 밸브에서 테스트된 시료는, 마멸시킨 현미경 사진 단면에서 물결의 시료 표면 (wavy specimen surface)으로 나타나며 단지 보통의 부식 마모의 표시인 조약돌 외관 (cobblestone appearance)을 가진다. 대조적으로 Cr-빈약 시료는 이미 심각한 대칭적 쪼개짐 (symmetrical spalling)을 보인다 .Cr: Cr content should be as high as possible from a corrosion standpoint. However, a suitable upper metallurgical limit is 32%. The difference between the alloy strain with about 30% Cr and the alloy strain with 20% Cr clearly shows this. In the best case, the corrosion of the former alloy is only half that of the latter alloy. In extreme close-up, samples tested in a valve with a Cr content of 30% appear as a wavy specimen surface in the abraded micrograph section, which is only an indication of normal corrosion wear. It has a cobblestone appearance. In contrast, Cr-poor samples already show severe symmetrical spalling.

Ti, Al: 3을 초과하는 Ti:Al 비는 더 낮은 Ti:Al 비보다 우수한 내부식성 결과를 보여준다. 이는 바깥 쪽의 산화층 및 Ti 고함량을 가지는 내부 황화 작용 (interior sulfidation) 영역 사이의 Ti-풍부 가장자리 (Ti-rich margin)의 형성에 기인한다. 알루미늄 및 티타늄은 γ'상을 형성함으로써 내열성에 긍정적인 영향을 미친다. 원소들 Al + Ti의 합은 유리하게는 3.5 내지 4.3% 이어야 한다. 이들 원소의 전체 함량이 너무 높은 경우 재료를 열간 성형 (hot-form)하는 것이 더욱 어려워진다.Ti: Al ratios in excess of Ti, Al: 3 show better corrosion resistance results than lower Ti: Al ratios. This is due to the formation of a Ti-rich margin between the outer oxide layer and the interior sulfidation region with high Ti content. Aluminum and titanium have a positive effect on heat resistance by forming a γ 'phase. The sum of the elements Al + Ti should advantageously be 3.5 to 4.3%. If the total content of these elements is too high, it becomes more difficult to hot-form the material.

Si: 규소는 부식 특성에 긍정적 영향을 미치지 않으며 최대 0.5%이어야 하고, 0.1% 미만이 더 우수하다는 것이 조사 결과 입증되었다.Si: Silicon has not been shown to have a positive effect on the corrosion properties and should be at most 0.5%, with less than 0.1% being better.

Nb: 니오븀-합금된 시료는 원칙적으로 가장 얇은 부식층을 가지나, 이는 재료 손실 자체에는 어떤 영향도 미치지 않는다. 두꺼운 부식층은 부식 진행에 대항하는 보호 효과를 갖기 때문에, Nb 함량은 최대 0.5%로 제한되어야 한다. 더구나, Nb은 γ'상에서 이의 높은 용해성으로 인하여 재료 강도에 영향을 미친다. Ti 및 Al 함량은 0.5% 미만의 더 낮은 Nb 함량에 맞출 필요는 없다.Nb: Niobium-alloyed sample has in principle the thinnest corrosion layer, but this does not have any effect on the material loss itself. Since the thick corrosion layer has a protective effect against corrosion progression, the Nb content should be limited to a maximum of 0.5%. Moreover, Nb affects the material strength due to its high solubility on γ '. Ti and Al content need not match lower Nb content of less than 0.5%.

B, C: 0.002 - 0.01% 함량의 보론 첨가는 내부식성을 향상시키므로, 바람직하게는 결정립계 (grain boundary)를 따라 이어지는 내부 황화 (interior sulfidation)는 감소되고 따라서 모든 부식이 감소된다. 탄소는 결정립계 상에 바람직하게는 Cr 카바이드를 형성한다. 보론은 보라이드 (borides)를 형성하는데, 이는 결정립계 안정화 및 장기 강도 (long-term strength)에 기여한다. 특히 형성되는 Cr 카바이드는 결정립계 부근에서 Cr이 결핍되게 하는데, 이 때문에 C 함량이 너무 높은 경우 부식이 가속된 속도로 진행된다. 또한, 카바이드 및 보라이드는 결정립계를 너무 빽빽하게 덮지는 말아야 하는데 왜냐하면 이들은 딱딱한 침착물 (hard deposit)로서 재료의 연성을 급격히 감소시키기 때문이다. 절충안으로서 C + (10 x B)의 합계가 0.1%을 초과해서는 안된다는 것이 발견되었다. 상술한 합계는 유리하게는 약 0.08%이다.Since the addition of boron in a content of B, C: 0.002-0.01% improves the corrosion resistance, preferably the interior sulfidation following the grain boundary is reduced and thus all corrosion is reduced. Carbon preferably forms Cr carbide on the grain boundaries. Boron forms borides, which contribute to grain boundary stabilization and long-term strength. In particular, the formed Cr carbide causes Cr deficiency near the grain boundary, which leads to an accelerated rate of corrosion when the C content is too high. In addition, carbides and borides should not cover the grain boundaries too tightly because they drastically reduce the ductility of the material as hard deposits. As a compromise, it was found that the sum of C + (10 x B) should not exceed 0.1%. The sum above is advantageously about 0.08%.

Hf: 하프늄은 종종 고온 산화에 대한 저항성을 향상시키기 위해 첨가되며 또한 바나듐 재 (vanadium ash) 및 SO2 분위기에서 시료의 저항성에 분명히 긍정적 영향을 미친다. 더구나, Hf은 또한 결정립계 특성을 변화시켜, 카바이드 또는 카보설파이드 (carbosulfide)를 형성한다. 너무 높은 Hf 함량은 피해야 하는데 왜냐하면 그렇지 않을 경우 열간 성형 (hot forming)이 더 이상 불가능하기 때문이다. 따라서 바람직한 농도 범위는 0.02 내지 0.08% 이고, 바람직하게는 0.05% 이다. 결정립계에 대한 Hf의 영향은 Zr의 영향에 필적할 만한데, 이는 Hf + Zr이 0.10% 미만인 이유이다.Hf: Hafnium is often added to improve the resistance to high temperature oxidation and also has a positively positive effect on the sample's resistance in vanadium ash and SO 2 atmospheres. Moreover, Hf also changes grain boundary properties, forming carbides or carbosulfides. Too high Hf content should be avoided because otherwise hot forming is no longer possible. The preferred concentration range is therefore 0.02 to 0.08%, preferably 0.05%. The effect of Hf on grain boundaries is comparable to that of Zr, which is why Hf + Zr is less than 0.10%.

Zr: 지르코늄은 카보설파이드를 형성하는데, 이는 장기 강도 (long-term strength)에 긍정적 영향을 미치며 황과 결합함으로써 고온 내부식성에 또한 기여한다. 0.01 내지 0.05%의 Zr 함량이 긍정적 영향을 미친다는 것이 입증되었다. 0.02% 영역의 Zr 함량이 추구되어야 한다.Zr: Zirconium forms carbosulfide, which positively affects long-term strength and also contributes to high temperature corrosion resistance by combining with sulfur. It has been demonstrated that Zr content of 0.01 to 0.05% has a positive effect. A Zr content of 0.02% region should be pursued.

Co: Co는 주로 황함유 매체에 대한 저항성을 증가시키는 원소이다. 그러나, 이는 또한 너무 고가이고, 따라서 Co는 합금에 첨가되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 사용되는 재료에서의 성분들 때문에, Co 함량은 비용을 높이지 않고2% 까지 도달할 수 있다.Co: Co is an element that mainly increases resistance to sulfur-containing media. However, it is also too expensive, so Co is not added to the alloy. Nevertheless, due to the components in the materials used, the Co content can reach up to 2% without increasing the cost.

Fe: 원소 철은 특히 동반하는 원소로서 나타난다. 철 함량을 1% 미만까지 분명히 감소시키는 것은 비용을 증가시키는데 이는 더욱 양질의 원료가 선택되어야 하기 때문이다. Fe 함량이 3%로 제한되는 경우, 내부식성이 분명히 악화되거나, 또는 비용이 너무 높을 것이라고 예측할 필요는 없다. 그럼에도, 1% 미만의 Fe 함량이 추구되어야 한다.Fe: Elemental iron appears as an accompanying element in particular. Clearly reducing the iron content to less than 1% increases the cost because higher quality raw materials must be selected. If the Fe content is limited to 3%, it is not necessary to predict that the corrosion resistance will obviously deteriorate or the cost will be too high. Nevertheless, a Fe content of less than 1% should be pursued.

Mn: Fe에 대해서 언급했던 조건들이 Mn에 또한 적용되며, 큰 어려움 없이 Mn 함량을 1% 미만까지 감소시키는 것이 가능하다.The conditions mentioned for Mn: Fe also apply to Mn, and it is possible to reduce the Mn content by less than 1% without great difficulty.

부식 거동 및 내열성에 대해서 여러 원소들의 영향은 종종 서로 상반됨에도 불구하고, 합금 E1 및 E2에서, 600℃ 내지 850℃ 범위의 온도에서 고온 부식 거동 및 내열성에 대하여 언급한 요구 조건들을 동시에 만족시키는 조성을 찾는 것이 가능하였다. 우수한 내부식성은 선택된 최적 범위 (0.05 - 0.10%)를 초과하지 않고 하프늄 및 지르코늄 같은 반응성 원소들을 첨가한 것에 기인한 것일 수 있다. 더 높은 함량은 재료에 가해진 부식을 강화한다. 탄소 함량을 0.1% 미만 및 마그네슘을 1% 미만으로 제한하는 것이 또한 내부식성에 기여한다. 내열성의 경우 알루미늄 및 티타늄이 첨가되는 경우 특히 유리하다는 것이 증명되었으며, 이들의 전체 함량은 언급한 바와 같이 3.5 내지 4.3% 범위이다. 이러한 내열성은 밸브 시트 부분을 코팅하는 것을 불필요하게 하며, 따라서 제조 비용이 절감된다.Although the effects of the various elements on corrosion behavior and heat resistance often conflict with each other, in alloys E1 and E2, finding compositions that simultaneously meet the requirements mentioned for high temperature corrosion behavior and heat resistance at temperatures ranging from 600 ° C. to 850 ° C. It was possible. Good corrosion resistance may be due to the addition of reactive elements such as hafnium and zirconium without exceeding the selected optimum range (0.05-0.10%). Higher content reinforces the corrosion applied to the material. Limiting the carbon content below 0.1% and magnesium below 1% also contributes to corrosion resistance. The heat resistance has proved to be particularly advantageous when aluminum and titanium are added and their total content is in the range of 3.5 to 4.3% as mentioned. This heat resistance makes it unnecessary to coat the valve seat portion, thus reducing the manufacturing cost.

상기 합금은 전통적인 방법인 용융 작업을 사용하여 제조될 수 있는데, 이는 유리하게는 진공에서 용융시키고 계속해서 일랙트로슬래그 공정 (electroslag process)으로 재용융시키는 것이 적당하다. 예를 들어 선박용 디젤 밸브 같은 밸브를 만들기 위한 추가적인 공정용의 봉 (rod)을 제조하기 위한 성형성 (formability)이 있다.The alloy can be made using a conventional melting operation, which is advantageously suitable for melting in vacuo and subsequently remelting in an electroslag process. For example, there is formability for manufacturing rods for further processing to make valves such as marine diesel valves.

본 발명의 합금은 또한 일반적으로 대형 디젤 엔진용 밸브를 제조하는데 특히 적합하며, 즉, 예를 들어 전기를 얻기 위한 고정 시스템에 도입되는 대형 디젤 엔진용 밸브를 제조하는데에도 적합하다.The alloys of the present invention are also generally particularly suitable for producing valves for large diesel engines, ie for producing valves for large diesel engines which are introduced, for example, into stationary systems for obtaining electricity.

Claims (14)

다음의 질량 %를 가지는 오스테나이트계 내열성 니켈계 합금:
0.03 - 0.1% C
28 - 32% Cr
0.01 - ≤ 0.5% Mn
0.01 - ≤ 0.3% Si
0.01 - ≤ 1.0% Mo
2.5 - 3.2% Ti
0.01 - ≤ 0.5% Nb
0.01 - ≤ 0.5% Cu
0.05 - ≤ 2.0% Fe
0.7 - 1.0% Al
0.001 - ≤ 0.03% Mg
0.01 - ≤ 1.0% Co
0.01 - 0.10% Hf
0.01 - 0.10% Zr
0.002 - 0.02% B
0.01 - 0.01% N
최대 0.01% S
최대 0.005% Pb
최대 0.0005% Bi
최대 0.01% Ag
나머지는 Ni 및 공정 관련 불순물이고,
Ti + Al의 합은 3.3 내지 4.3%,
C + (10 x B)의 합은 0.05 내지 0.2%,
Hf + Zr의 합은 0.05 내지 0.15%,
및 Ti/Al > 3.
Austenitic heat-resistant nickel-based alloy having the following mass%:
0.03-0.1% C
28-32% Cr
0.01-≤ 0.5% Mn
0.01-≤ 0.3% Si
0.01-≤ 1.0% Mo
2.5-3.2% Ti
0.01-≤ 0.5% Nb
0.01-≤ 0.5% Cu
0.05-≤ 2.0% Fe
0.7-1.0% Al
0.001-≤ 0.03% Mg
0.01-≤ 1.0% Co
0.01-0.10% Hf
0.01-0.10% Zr
0.002-0.02% B
0.01-0.01% N
0.01% S max
0.005% Pb Max
0.0005% Bi max
0.01% Ag max
The rest are Ni and process related impurities,
The sum of Ti + Al is 3.3 to 4.3%,
The sum of C + (10 x B) is from 0.05 to 0.2%,
The sum of Hf + Zr is 0.05 to 0.15%,
And Ti / Al> 3.
제 1 항에 있어서,
질량 %로 28 - 31% Cr을 포함하는 합금.
The method of claim 1,
Alloy containing 28-31% Cr by mass.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
질량 %로 29 - 31% Cr을 포함하는 합금.
The method according to claim 1 or 2,
Alloy containing 29-31% Cr by mass.
제 1 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
질량 %로 2.8 - 3.2 Ti을 포함하는 합금.
The method according to any one of claims 1 to 3,
Alloy containing 2.8-3.2 Ti by mass.
제 1 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
질량 %로 2.8 - 3.0% Ti을 포함하는 합금.
The method according to any one of claims 1 to 4,
Alloy containing 2.8-3.0% Ti by mass%.
제 1 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
첨가제로서 보론을 질량 %로 0.002 - 0.01%, 특히 0.002 - 0.005% 포함하는 합금.
The method according to any one of claims 1 to 5,
An alloy comprising 0.002-0.01%, in particular 0.002-0.005%, of boron by mass as an additive.
제 1 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
C + (10 x B)의 합이 0.05 내지 0.1%, 특히 0.05 - 0.08% 인 합금.
The method according to any one of claims 1 to 6,
Alloys with a sum of C + (10 x B) from 0.05 to 0.1%, in particular from 0.05 to 0.08%.
제 1 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
Zr 함량이 0.01 내지 0.05% 인 합금.
The method according to any one of claims 1 to 7,
Alloys with a Zr content of from 0.01 to 0.05%.
제 1 항 또는 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
Hf 함량이 0.01 내지 0.08% 인 합금.
The method according to any one of claims 1 to 8,
Alloys having an Hf content of 0.01 to 0.08%.
제 1 항 또는 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
다음의 관계가 성립하는 합금:
Zr/Hf = 0.1 - 0.5%
The method according to any one of claims 1 to 9,
Alloys with the following relationship:
Zr / Hf = 0.1-0.5%
제 1 항 또는 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
Ti/Al 이 3.3 내지 4.2인 것을 특징으로 하는 합금.
The method according to any one of claims 1 to 10,
Ti / Al is an alloy, characterized in that 3.3 to 4.2.
제 1 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 따른 합금의 밸브 재료로서의 용도, 특히 디젤 엔진에 사용될 수 있는 밸브에 대한 용도.Use of the alloy according to any one of claims 1 to 11 as valve material, in particular for valves which can be used in diesel engines. 제 1 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 따른 합금의 밸브 재료 용도로서, 850℃이하의 온도 범위 선박에서 디젤 엔진에 사용될 수 있는 밸브용 밸브 재료로서의 용도.Use of the valve material of the alloy according to any one of claims 1 to 11 as a valve material for valves that can be used in diesel engines in ships with a temperature range of 850 ° C. or less. 제 1 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 따른 합금을 적어도 부분적으로 포함하는 밸브, 특히 대형 디젤 엔진용 밸브.A valve, in particular a valve for a large diesel engine, comprising at least partly an alloy according to claim 1.
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