KR20130143601A

KR20130143601A - 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금

Info

Publication number: KR20130143601A
Application number: KR1020137014831A
Authority: KR
Inventors: 퍼 헨릭 아스테만; 게오르크-빌헬름 오버베크
Original assignee: 슈미트+클레멘즈 게엠베하+콤파니.카게
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2013-12-31
Also published as: CA2817022A1; JP2013545894A; BR112013012123A2; MX2013005512A; EP2640863A1; US20140030141A1; WO2012065749A1; EP2455504A1; AR083880A1; UA111070C2

Abstract

본 발명은, 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금에 관한 것으로, 상기 합금은, 40 내지 48 중량%의 니켈, 30 내지 38 중량%의 크롬, 4 내지 12 중량%의 몰리브덴, 및 철을 포함하고, 여기서, 상기 합금은, 선택적으로 5 중량% 이하의 망간, 2 중량% 이하의 구리, 0.6 중량% 이하의 질소, 0.5 중량% 이하의 알루미늄, 및 0.5 중량% 이하의 바나듐을 더 포함한다.

Description

니켈-크롬-철-몰리브덴 합금{NICKEL-CHROMIUM-IRON-MOLYBDENUM ALLOY}

본 발명은, 신규한 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금, 해당 생성물과 물품, 및 이들의 사용 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 합금은, 특히 높은 온도에서, 높은 염도의 물에서 우수한 내부식성과 결합된 우수한 기계적 특성을 이루도록 한다. 그래서, 본 발명에 따른 합금은 지열 발전소에서, 예를 들어, 다운-홀-헤더(down-hole-header)로 사용하는데 특히 적합하다.

지열 발전소에서 다운-홀-헤더는 고 농도의 염화 이온(예를 들어, 100g/ℓ 이상)을 함유하는 고온의 지열 유체(예를 들어, 100℃ 이상)를 견디기 위해 필요하다. 이러한 조건이 특히 필요하고 흔히 핏팅(pitting)과 틈새(crevice) 부식을 흔히 일으킨다. 이러한 용도를 위해 사용된 합금은 이러한 조건에서 충분한 내부식성을 갖는 것이 요구된다.

현재까지, 티타늄계 합금과 니켈계 합금이 이러한 다운-홀-헤더를 건설하기 위해 정기적으로 사용된다. 이러한 합금은 이러한 용도에 관하여는 유일한 실용적이고 확실한 대안일 것으로 일반적으로 생각된다. 그러나, 이러한 합금을 사용하는 것은 비경제적이다. 예를 들어, 니켈은 내부식성 합금에서 가장 비싼 성분 중 하나이다. A59는 흔히 사용되는 합금의 한 가지 예이다. 이것은 많은 양의 니켈뿐만 아니라, 몰리브덴을 함유하고, 이는 또한 합금의 전체 비용에 크게 기여한다. 또한, A59는 산화 조건에서보다 환원 조건에서 훨씬 더 좋지 않게 작동한다.

316L, 254SMO 또는 A31과 같은 오스테나이트 스테인리스강이 대안으로 제안되었다. 불행하게도, 이러한 재료는 틈 부식(crevice corrosion)에 걸리기 쉬운 것으로 잘 알려져 있다. 이러한 그룹의 재료에서 가장 크게 합금된 강인 A31조차도 일부 상황에서는 부식에 충분히 견디지 못한다. 따라서, 전통적인 오스테나이트 강이나 니켈계 합금도 충분히 만족스럽지 않다는 것이 분명하다.

A59에서보다 더 적은 양의 니켈을 함유한 내부식성 니켈계 합금이 미국 특허 제 5,424,029호에 제안되었다. 그러나, 상기 특허에 기재된 합금은 여전히 비교적 고 비율의 니켈을 필요로 하여, 합금을 매우 비싸게 한다. 대부분의 용도에서, 가격은 결정적인 기준이다.

본 발명의 목적은, 낮은 재료 가격과 높은 내부식성을 결합한 합금을 제공하는 것이다. 구체적으로, 합금은, 특히 100℃ 이상의 온도에서, 높은 염도를 갖는 물에서 높은 습식 내부식성(wet corrosion resistance)을 가져야 한다. 합금은 핏팅과 틈새 부식 공격에 대한 우수한 저항성을 가져야만 한다. 바람직한 합금은, 환원 조건(예를 들어, ASTM G 28 A에 의해 측정된) 및 이와 동시에 핏팅 부식과 염화 이온 공격(예를 들어, ASTM G 28 B에 의해 측정된)에 우수한 저항성을 갖는다. 유리한 합금은 우수한 기계적 특성, 예를 들어, 높은 강도와 높은 내부식성을 결합한다. 이러한 특성을 갖는 합금은, 높은 염화물 농도를 함유하는 고온의 지열 유체를 사용하여 작동하는 지열 발전소(geothermal power plant)에서 다운-홀-헤더에 특히 적합하지만, 이에 제한되지 않는다.

이 목적은, 40 내지 48 중량%(중량을 기준으로 한 백분율)의 니켈, 30 내지 38 중량%의 크롬, 4 내지 12 중량%의 몰리브덴, 및 철을 포함하는 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금으로 해결되고, 여기서, 합금은 선택적으로 5 중량% 이하의 망간, 2 중량% 이하의 구리, 0.6 중량% 이하의 질소, 0.5 중량% 이하의 알루미늄, 및 0.5 중량% 이하의 바나듐을 더 포함한다.

본 발명의 제 2 양상에 따라, 본 발명의 목적은, 40 내지 48 중량%의 니켈(Ni), 30 내지 38 중량%의 크롬(Cr), 4 내지 12 중량%의 몰리브덴(Mo), 선택적으로 망간(Mn), 선택적으로 구리(Cu), 선택적으로 질소(N), 선택적으로 텅스텐(W), 선택적으로 니오븀(Nb), 선택적으로 코발트(Co), 선택적으로 탄소(C), 선택적으로 탄탈(Ta), 선택적으로 티타늄(Ti), 선택적으로 규소(Si), 선택적으로 알루미늄(Al), 선택적으로 바나듐(V), 및 나머지 철(Fe)과 불순물로 이루어진 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금으로 해결된다.

놀랍게도, 실제 높은 가격 때문에 내부식성 합금의 전체적인 최종 가격을 결정하는 두 가지 주요 성분인 몰리브덴과 니켈의 양을 줄이는데도 불구하고 높은 내부식성을 이루는 것이 가능한 것으로 밝혀졌다. 단일 상 합금(single phase alloy)을 얻기 위해, 본 발명자는, 철 함량을 증가시키는 종래 방법을 따르는 대신 몰리브덴과 니켈의 비용으로 크롬 함량을 증가시키는 것이 가능하다는 것을 발견했다. 최적 양의 몰리브덴과 매우 적은 양의 니켈 및 철과 함께 (오스테나이트) 단일 상 매트릭스에 매우 많은 양의 크롬을 용해시키는 것이 가능한 것으로 밝혀졌다. 본 발명에 따른 합금은 원하는 우수한 내부식성을 갖고 유리한 기계적 특성을 이루는 것을 허용한다. 이와 동시에 비싼 재료의 양이 줄어들 수 있다. 본 발명에 따른 합금은, 높은 염도를 갖는 고온의 유체(예를 들어, 100℃ 초과, 100 g/l 염화물 이온 초과)와의 접촉과 같은 필요 용도에 대한 경제적으로 실행 가능하고 강력한 대안을 제공한다.

표시된 범위의 니켈, 크롬, 및 몰리브덴은 원하는 유리한 특성을 이루기 위해 이러한 세 가지 주요 합금 원소의 균형을 잡는 것을 허용한다. 40 내지 48 중량%의 니켈, 30 내지 38 중량%의 크롬, 및 4 내지 12 중량%의 몰리브덴의 범위 밖에, 다음 특성, 즉, 내부식성, 구조적 특성(예를 들어, 상의 수), 및 기계적 특성 중 적어도 하나는 유리할 것으로 예상될 수 없다. 또한, 더 많은 양의 니켈 및/또는 몰리브덴은 합금을 비경제적으로 할 것이다.

다른 원소는 본 발명에 따른 합금에 추가로 첨가될 것이다. 망간과 질소는 원하는 오스테나이트 상을 안정화하는데 유용할 수 있다. 텅스텐, 니오븀, 탄탈, 및 티타늄은 기계적 특성을 최적화하는데 사용될 수 있다. 규소와 망간은 합금의 용융과 주조를 향상시킬 수 있다. 구리와 질소는 합금의 내부식성을 더 향상시킬 수 있다. 탄소는 부작용 또는 고의적 첨가 중 하나로 존재할 수 있다. 한편, 탄소는 내부식성에 역으로 영향을 미치고, 다른 한편으로, 적절한 양으로 첨가시 탄소는 기계적 특성을 향상시킨다. 알루미늄은 가단성(forgeability)을 향상시킬 수 있고 주조에 사용된 경우 산소제거(deoxidation)로 사용될 수 있다. 바나듐은 단조(forging)하는 동안 미세한 그레인 구조를 생성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 합금의 원하는 특성을 미세 조정하고, 이에 따라, 특정한 양의 탄소를, 예를 들어, 기계적 강도를 향상시키기 위해 또는 가능한 최소량으로 제한하기 위해 첨가하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 합금은 높은 염도(또한 고온)의 물과 지열, 근해(off-shore), 화학, 오일 및 가스 산업에서 사용하는데 적합하다.

본 발명에 따른 바람직한 합금은, 40 내지 48 중량%의 니켈, 30 내지 38 중량%의 크롬, 4 내지 12 중량%의 몰리브덴, 5 중량% 이하의 망간, 2 중량% 이하의 구리, 0.6 중량% 이하의 질소, 5 중량% 이하의 텅스텐, 3 중량% 이하의 니오븀, 2 중량% 이하의 코발트, 0.2 중량% 이하의 탄소, 1 중량% 이하의 탄탈, 1 중량% 이하의 티타늄, 1 중량% 이하의 규소, 0.5 중량% 이하의 알루미늄, 0.5 중량% 이하의 바나듐, 및 나머지 철과 불순물로 이루어진다.

본 발명에 따른 합금의 문맥에서, "불순물"이라는 용어는, 피할 수 없는 불순물, 즉, 합금이 다른 성분으로 이루어질 때 자동으로 생성되는 불순물을 가리키는 것이 바람직하다. 바람직하게, "불순물"이라는 용어는 원치 않는 성분을 가리킨다. "불순물"이라는 용어는 다음 원소 중 임의의 원소를 포함하지 않는 것은 말할 나위도 없다: 니켈, 크롬, 몰리브덴, 망간, 구리, 질소, 텅스텐, 니오븀, 코발트, 탄소, 탄탈, 규소, 알루미늄, 바나듐, 및 철.

본 발명에 따른 바람직한 합금에서, 불순물의 합은 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.05 중량% 이하, 더 바람직하게는 0.02 중량% 이하이다. 이는 불순물이 합금의 특성에 대해 가질 수 있는 효과를 조절하도록 한다.

본 발명에 따른 바람직한 합금은 상술한 바와 같이 적어도 2 중량%, 바람직하게는 적어도 4 중량%의 철을 함유한다.

본 발명에 따라, 합금은 다음 중 하나 이상을 함유하는 합금이 바람직하다: (i) 42 내지 48 중량%의 니켈, (ii) 32 내지 38 중량%의 크롬, (iii) 4 내지 11.5 중량%의 몰리브덴, (iv) 0.01 내지 5 중량%의 망간, (v) 0.1 내지 2 중량%의 구리, (vi) 0.01 내지 0.6 중량%의 질소, (vii) 2 중량% 이하의 텅스텐, (viii) 1 중량% 이하의 니오븀, (ix) 1.8 중량% 이하의 코발트, (x) 0.002 내지 0.2 중량%의 탄소, (xi) 0.5 중량% 이하의 탄탈, (xii) 0.5 중량% 이하의 티타늄, (xiii) 0.01 내지 1 중량%의 규소, (xiv) 0.01 내지 0.5 중량%의 알루미늄, (xv) 0.01 내지 0.5 중량%의 바나듐.

따라서, 본 발명에 따른 합금은 포인트 (i) 내지 (xv)에 대해서 상술한 적어도 하나, 여러 개 또는 모든 특징을 갖고, 즉, 언급된 성분의 하나, 여러 개, 또는 모든 양은 대응 범위에 있다.

다음 중 하나 이상을 함유하는 본 발명에 대한 합금이 더 바람직하다: (i) 43 내지 47 중량%의 니켈, (ii) 33 내지 37 중량%의 크롬, (iii) 4 내지 11 중량%의 몰리브덴, (iv) 0.02 내지 2 중량%의 망간, (v) 1 내지 2 중량%의 구리, (vi) 0.05 내지 0.4 중량%의 질소, (vii) 1 중량% 이하의 텅스텐, (viii) 0.2 중량% 이하의 니오븀, (ix) 1.5 중량% 이하의 코발트, (x) 0.005 내지 0.1 중량%의 탄소, (xi) 0.2 중량% 이하의 탄탈, (xii) 0.2 중량% 이하의 티타늄, (xiii) 0.02 내지 0.7 중량%의 규소, (xiv) 0.01 내지 0.5 중량%의 알루미늄, (xv) 0.01 내지 0.5 중량%의 바나듐.

본 발명에 따른 합금이 훨씬 더 바람직하고, 여기서, 합금은 다음 중 하나 이상을 함유한다: (i) 43 내지 46.5 중량%의 니켈, (ii) 33.5 내지 37 중량%의 크롬, (iii) 4.5 내지 10.5 중량%의 몰리브덴, (iv) 0.05 내지 0.5 중량%의 망간, (v) 1.5 내지 1.8 중량%의 구리, (vi) 0.1 내지 0.3 중량%의 질소, (vii) 0.5 중량% 이하의 텅스텐, (viii) 0.05 중량% 이하의 니오븀, (ix) 1 중량% 이하의 코발트, (x) 0.01 내지 0.02 중량%의 탄소, (xi) 0.05 중량% 이하의 탄탈, (xii) 0.05 중량% 이하의 티타늄, (xiii) 0.05 내지 0.4 중량%의 규소, (xiv) 0.01 내지 0.5 중량%의 알루미늄, (xv) 0.01 내지 0.5 중량%의 바나듐.

본 발명에 따른 합금은, 중량% Cr + 3.3^*중량% Mo + 16^*중량% N으로 계산된, 적어도 40의 PREN 값을 갖는 것이 바람직하다.

PREN(핏팅 저항성 상당 수) 값은 합금의 내부식성에 대한 척도이다. 일반적으로, PREN 값이 더 클수록, 합금은 부식에 대해 내성이 더 크다. 본 발명에 따른 합금의 PREN 값은 적어도 50, 55, 60, 65, 또는 심지어 70인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 합금은 오스테나이트인 것이 바람직하다. 합금은 단일 상으로 이루어진 것이 바람직하다. 합금의 매트릭스는 대안적으로 강철의 원하는 특성에 긍정적인 영향을 미치는 단일 상 하버링 침전물(single phase harbouring precipitate)로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명에 따라, 다음 특징 (e) 내지 (f) 중 하나 이상과 결합된 다음 특징 (a) 내지 (d) 중 하나 이상을 특징으로 하는 합금이 바람직하다.

(a) DIN EN 10 002-1:2001-12에 따라 측정된 25℃에서 적어도 300 MPa의 R_p0.2 안정 강도(proof strength),

(b) DIN EN 10 002-1:2001-12에 따라 측정된 150℃에서 적어도 250 MPa의 R_p0.2 안정 강도,

(c) DIN EN 10 002-1:2001-12에 따라 측정된 25℃에서 적어도 450 MPa의 R_m 극한 인장 강도(ultimate tensile strength),

(d) DIN EN 10 002-1:2001-12에 따라 측정된 150℃에서 적어도 400 MPa의 R_m 극한 인장 강도,

(e) ASTM G 28 A에 따라 측정된 0.5 mm/년 이하의 재료 손실,

(f) ASTM G 28 B에 따라 측정된 2.5 mm/년 이하의 재료 손실.

따라서, 합금은, 상기 (a) 내지 (d) 아래 나열된 특징 중 하나, 두 개, 세 개, 또는 모든 특징을 갖고, 이와 동시에, (e)와 (f) 아래 나열된 특징 중 하나 또는 모든 특징을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 바람직한 합금은 고강도와 높은 내부식성의 조합을 갖는다.

그러나, 다른 실시예에 따라, 본 발명에 따른 바람직한 합금은 단순히 상술한 바와 같이 특징 (a) 내지 (f) 중 하나 이상을 가질 수 있다.

특징 (a) 내지 (d)는 기계 특성에 관한 것이고, 구체적으로는, 기계 강도에 관한 것이다. 이러한 값은 규격 DIN EN 10 002-1:2001-12에 따라 결정된다. 항목 (e) 내지 (f)는, ASTM G 28 A{환원 조건: 50% H₂SO₄ + 2.7% Fe₂(SO₄)₃}와 ASTM G 28 B(핏팅 부식과 염화물 공격에 대한 저항성: 23% H₂SO₄ + 1.2% HCl + 1% FeCl₃ + 1% CuCl₂)에 의해 측정된 내부식성을 가리킨다. R_p0 _.2 안정 강도는, 각각의 경우 DIN 10 002-1:2001-12에 따라 측정된, 25℃에서 적어도 325 또는 350 MPa이고/이거나 150℃에서 적어도 275 또는 300 MPa인 것이 바람직하다. R_m 극한 인장 강도는, 각각의 경우 DIN 10 002-1:2001-12에 따라 측정된, 25℃에서 적어도 475 또는 500 MPa이고/이거나 150℃에서 적어도 425 또는 450 MPa인 것이 바람직하다. 재료 손실은 0.4, 0.3 또는 0.2 mm/년 이하(ASTM G 28 A에 따라 측정된)이고/이거나 2, 1.5 또는 1 mm/년(ASTM G 28 B에 따라 측정된)인 것이 바람직하다.

다른 양상에 따라, 본 발명은, 본 발명에 따른 합금을 포함하는 제품에 관한 것이다. 바람직한 제품은, 분말, 과립, 시트, 플레이트, 바, 와이어, 파이프, 주조 제품, 가공 제품, 압연 제품, 단조 및 용접 재료(예를 들어, 충전 재료)로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

다른 양상에 따른 본 발명은, 높은 염도를 갖는 물에서 사용하기 위한, 본 발명에 따른 합금을 포함하는 물품에 관한 것이다. 물은 염화물 농도가 100 g/l를 초과하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 합금은 높은 염도를 갖는 물에 견딜 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 물품은 이러한 용도에 적당하다. 바람직한 물품은, 다운-홀-헤더, 파이프라인, 튜브, 밸브, 펌프, 및 하우징으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

다른 양상에 따라, 본 발명은, 높은 염도, 바람직하게는 100 g/l를 초과하는 염화물 농도를 갖는 물에서 사용하기 위한 본 발명에 따른 합금을 사용하는 방법, 본 발명에 따른 제품, 또는 본 발명에 따른 물품에 관한 것이다. 본 발명은 또한 지열, 근해, 화학, 오일 및 가스 산업에서 사용하기 위한 본 발명에 따른 합금을 사용하는 방법, 본 발명에 따른 제품, 또는 본 발명에 따른 물품에 관한 것이다. 고온에서의 용도가 바람직하다.

다음 예는 본 발명의 추가로 예시한다.

본 발명은, 낮은 재료 가격과 높은 내부식성을 결합한 합금을 제공하는 효과를 갖는다.

예

예 1 내지 15: 실험적인 합금 주조

많은 실험 용융물은, 직경 330mm, 높이 300mm, 벽 두께 70mm를 갖는 수직 스펀-주조 관(예 8~10)과 직경 115mm, 벽 두께 12mm를 갖는 수평 스펀-주조 관(예 11~13)의 제조에서, 유도로(induction furnace)와 구리 몰드를 사용하여 공기에 노출된(예 5~7), 진공로(vacuum furnace)와 세라믹 몰드 중 어느 하나를 사용하여 주조되었다(예 1~4). 예 1은, 합금이 매우 낮은 몰리브덴 함량을 갖는 비교예이다.

예 14(합금 A31, 비교예)와 비교예 15(합금 A59, 비교예)는 비교를 허용하기 위해 수평으로 주조되었다. 주조의 화학 조성은 계산된 PREN 값과 함께 표 1에 나열되어 있다.

[표 1] - 화학 분석

화학 조성은 중량%로 제시된다. PREN 값은 중량% Cr + 3.3^* 중량% Mo + 16^* 중량% N으로 계산된다. 용융은, V = 진공 및 A = 공기로 표시된다. 주조 방법은, CM = 세라믹 몰드, Cu = Cu 몰드, VC = 수직 원심분리 주조(70mm 벽 두께) 및 HC = 수평 원심분리 주조(12mm 벽 두께)로 표시된다. 추가 약어는, Ex.=예, Bal.=나머지이다.

예 16: 기계적 특성

표 2에는, 예 1 내지 15의 합금 주조를 위한 기계적 특성이 제시되어 있다. 본 발명에 따른 모든 합금(예 2 내지 13의 합금)은 매우 양호한 값을 나타낸다. 예 4, 7, 10 및 13의 합금은 특히 양호한 값을 나타내고, 안정 강도는 실온에서 A59(예 15의 합금)의 값보다 큰 30~40 MPa이다. 150℃에서, 예 4와 7의 합금은 300 MPa보다 충분히 큰 안정 강도를 갖고, 예 10의 합금은 약간 더 낮다. 에 2, 3, 5, 6, 8, 및 9의 합금은 대략 A59와 같은 안정 강도를 갖는다. 실질적으로 Mo을 함유하지 않는 예 1의 합금은 다른 주조물에 비해서는 양호하지만 가장 좋지 않은 기계적 값을 나타낸다. 본 발명에 따른 모든 합금에 대한 충격 인성 값(impact toughness value)은 200을 훨씬 초과하고, 즉, 우수하다. 연성 값은 또한 크고, 또한 14%를 초과하는데, 이는 압력 용기를 위한 공통 한계이다.

본 발명에 따른 합금의 기계적 특성은 A31(예 14)의 기계적 특성보다 크게 우수하고, A59(예 15)에 필적할만한 더 낮은 범위의 Mo 함량을 갖는다. 더 높은 범위의 Mo 함량을 가지면, 합금은, 특히 높은 온도에서(T > 100℃), A31 및 A59 모두에 비해 뛰어나게 된다.

[표 2] - 기계적 특성

^* = 문헌 값, 압연 판 물질.

R_p0 _.2 = 안정 강도

R_m = 극한 인장 강도

A₅ = 연성

--- = 사용 가능하지 않은

예 17: 내부식성 특성

표 3에는 ASTM G 28 A(환원 조건), ASTM G 28 B(핏팅 부식 및 Cl 공격에 대한 저항성), 및 ASTM A 262 C(산화 조건)에 따라 예 2 내지 4와 8 내지 10의 본 발명에 따른 합금에 대한 부식성 시험 결과가 나타나 있다. 합금 A31(예 14), 합금 A59(예 15), 및 예 1의 합금(어떠한 것도 본 발명에 따르지 않은)은 또한 비교를 위해 시험되었다.

임계 핏팅 온도(CPT) 및 임계 틈 온도에 대한 이론 값뿐만 아니라, 계산된 PREN 값이 또한 포함된다. 결과는, A59가 핏팅 부식과 Cl 유도 공격(G 28 B)을 매우 잘 견딜 수 있는 반면, 환원 조건(G 28 A)에 노출되면 상당히 좋지 않게 수행한다는 것을 보여준다. A31에 대해서, 이것은 주변의 다른 방법이고, Cl^- 이온 존재시 재료 손실은 1년에 수 mm에 달한다. 본 발명에 따른 조사된 합금은이러한 합금 조성물이, 이들의 정확한 Mo 함량에 관계없이, 환원 및 산화 산 모두에 닿았을 때 뛰어난 내부식성을 갖는다는 것을 보여준다. Mo은 Cl^-에 의해 유발된 일반적인 부식 및 핏팅 부식에 대한 저항성에 효과를 갖는다. 실질적으로 Mo을 함유하지 않는 예 1(비교예)의 합금은 심각한 재료 손실뿐만 아니라, 핏팅 부식을 경험한다. 본 발명에 따른 범위의 Mo이 첨가되지마자, 부식 속도가 약 100배 지연된다. 추가 Mo은 속도를 심지어 더 늦추고 9~10 중량% Mo으로, A59에 가까운 값이 도달하지만, 산 감소시 본 발명에 따른 합금의 뛰어난 특성을 잃지 않는다. 결국 본 발명에 따른 합금은 이들의 불리한 특성을 경험하지 않으면서 A31(환원 조건 하에서의 내부식성)과 A59(핏팅 부식과 Cl^- 유도 공격에 대한 저항성)의 유리한 특성을 결합하도록 한다.

주조(casting)와, A31 및 A59 사이의 정성 비교를 허용하기 위해 이론적인 값이 추가되었다. 나열된 CPT 및 CCT 값은, ASTM G 48 규격에 따라 CPT 및 CCT 시험을 위한 계산된 출발 값으로, 상기 규격은 85℃까지의 시험만을 허용한다.

본 발명에 따른 합금은 벤치마크, A31(예 14)과 A59(예 15)로 사용된 두 개의 상업용 합금과 비교해서 여러 이점을 갖는다. 이들은 환원 및 산화 산 모두와 Cl^- 유도 핏팅 부식에 대해 우수한 내부식성을 갖는다. 합금 31(A31)은 환원 조건을 견딜 수 있지만 오히려 좋지 않은 피팅 저항성을 갖는 반면, 합금59(A59)은 우수한 핏팅 내부식성을 갖지만, 환원 용액에서 본 발명에 따른 합금 또는 A31과 경쟁할 수 없다.

[표 3] - 내부식성

G 28 A: 50% H₂SO₄ + 2.7% Fe₂(SO₄)₃

G 28 B: 23% H₂SO₄ + 1.2% HCl + 1% FeCl₃ + 1% CuCl₂

A 262: 65% HNO₃

CPT - 임계 핏팅 온도, CCT = 임계 틈 온도

^* = ASTM G 48에 따라 계산된 값

PREN = 중량% Cr + 3.3^* 중량% Mo + 16^* 중량% N

--- = 사용 가능하지 않은

Claims

니켈-크롬-철-몰리브덴 합금에 있어서,
40 내지 48 중량%의 니켈과,
30 내지 38 중량%의 크롬과,
4 내지 12 중량%의 몰리브덴과,
철을
포함하고,
상기 합금은 선택적으로 5 중량% 이하의 망간, 2 중량% 이하의 구리, 0.6 중량% 이하의 질소, 0.5 중량% 이하의 알루미늄, 및 0.5 중량% 이하의 바나듐을 더 포함하는, 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금.
니켈-크롬-철-몰리브덴 합금에 있어서,
40 내지 48 중량%의 니켈과,
30 내지 38 중량%의 크롬과,
4 내지 12 중량%의 몰리브덴과,
선택적으로 망간과,
선택적으로 구리와,
선택적으로 질소와,
선택적으로 텅스텐과,
선택적으로 니오븀과,
선택적으로 코발트와,
선택적으로 탄소와,
선택적으로 탄탈과,
선택적으로 티타늄과,
선택적으로 규소와,
선택적으로 알루미늄과,
선택적으로 바나듐과,
나머지 철과 불순물로
이루어진, 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금.
제 2항에 있어서,
40 내지 48 중량%의 니켈과,
30 내지 38 중량%의 크롬과,
4 내지 12 중량%의 몰리브덴과,
5 중량% 이하의 망간과,
2 중량% 이하의 구리와,
0.6 중량% 이하의 질소와,
5 중량% 이하의 텅스텐과,
3 중량% 이하의 니오븀과,
2 중량% 이하의 코발트와,
0.2 중량% 이하의 탄소와,
1 중량% 이하의 탄탈과,
1 중량% 이하의 티타늄과,
1 중량% 이하의 규소와,
0.5 중량% 이하의 알루미늄과,
0.5 중량% 이하의 바나듐과,
나머지 철과 불순물로
이루어진, 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금.
제 2항 또는 제 3항에 있어서, 불순물의 합은 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.05 중량% 이하인, 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 적어도 2 중량%, 바람직하게는 적어도 4 중량%의 철을 함유하는, 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은,
(i) 42 내지 48 중량%의 니켈,
(ii) 32 내지 38 중량%의 크롬,
(iii) 4 내지 11.5 중량%의 몰리브덴,
(iv) 0.01 내지 5 중량%의 망간,
(v) 0.1 내지 2 중량%의 구리,
(vi) 0.01 내지 0.6 중량%의 질소,
(vii) 2 중량% 이하의 텅스텐,
(viii) 1 중량% 이하의 니오븀,
(ix) 1.8 중량% 이하의 코발트,
(x) 0.002 내지 0.2 중량%의 탄소,
(xi) 0.5 중량% 이하의 탄탈,
(xii) 0.5 중량% 이하의 티타늄,
(xiii) 0.01 내지 1 중량%의 규소,
(xiv) 0.01 내지 0.5 중량%의 알루미늄,
(xv) 0.01 내지 0.5 중량%의 바나듐 중
하나 이상을 함유하는, 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금.
제 6항에 있어서, 상기 합금은,
(i) 43 내지 47 중량%의 니켈,
(ii) 33 내지 37 중량%의 크롬,
(iii) 4 내지 11 중량%의 몰리브덴,
(iv) 0.02 내지 2 중량%의 망간,
(v) 1 내지 2 중량%의 구리,
(vi) 0.05 내지 0.4 중량%의 질소,
(vii) 1 중량% 이하의 텅스텐,
(viii) 0.2 중량% 이하의 니오븀,
(ix) 1.5 중량% 이하의 코발트,
(x) 0.005 내지 0.1 중량%의 탄소,
(xi) 0.2 중량% 이하의 탄탈,
(xii) 0.2 중량% 이하의 티타늄,
(xiii) 0.02 내지 0.7 중량%의 규소,
(xiv) 0.01 내지 0.5 중량%의 알루미늄,
(xv) 0.01 내지 0.5 중량%의 바나듐 중
하나 이상을 함유하는, 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금.
제 7항에 있어서, 상기 합금은,
(i) 43 내지 46.5 중량%의 니켈,
(ii) 33.5 내지 37 중량%의 크롬,
(iii) 4.5 내지 10.5 중량%의 몰리브덴,
(iv) 0.05 내지 0.5 중량%의 망간,
(v) 1.5 내지 1.8 중량%의 구리,
(vi) 0.1 내지 0.3 중량%의 질소,
(vii) 0.5 중량% 이하의 텅스텐,
(viii) 0.05 중량% 이하의 니오븀,
(ix) 1 중량% 이하의 코발트,
(x) 0.01 내지 0.02 중량%의 탄소,
(xi) 0.05 중량% 이하의 탄탈,
(xii) 0.05 중량% 이하의 티타늄,
(xiii) 0.05 내지 0.4 중량%의 규소,
(xiv) 0.01 내지 0.5 중량%의 알루미늄,
(xv) 0.01 내지 0.5 중량%의 바나듐 중
하나 이상을 함유하는, 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은, 중량% Cr + 3.3^*중량% Mo + 16^*중량% N으로 계산된, 적어도 40의 PREN 값을 갖는, 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 오스테나이트계(austenitic)인, 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은, 다음 특징 (e) 내지 (f) 중 하나 이상과 결합된 다음 특징 (a) 내지 (d) 중 하나 이상을 특징으로 하는, 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금.
(a) DIN EN 10 002-1:2001-12에 따라 측정된 25℃에서 적어도 300 MPa의 R_p0.2 안정 강도(proof strength),
(b) DIN EN 10 002-1:2001-12에 따라 측정된 150℃에서 적어도 250 MPa의 R_p0.2 안정 강도,
(c) DIN EN 10 002-1:2001-12에 따라 측정된 25℃에서 적어도 450 MPa의 R_m 극한 인장 강도(ultimate tensile strength),
(d) DIN EN 10 002-1:2001-12에 따라 측정된 150℃에서 적어도 400 MPa의 R_m 극한 인장 강도,
(e) ASTM G 28 A에 따라 측정된 0.5 mm/년 이하의 재료 손실,
(f) ASTM G 28 B에 따라 측정된 2.5 mm/년 이하의 재료 손실.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 합금을 포함하는 제품에 있어서,
상기 제품은, 분말, 과립, 시트, 플레이트, 바, 와이어, 파이프, 주조 제품, 가공 제품, 압연 제품, 단조 및 용접 재료로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 제품.
높은 염도를 갖는 물에서 사용하기 위한 물품에 있어서,
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 합금을 포함하는, 물품.
제 13항에 있어서, 상기 물품은, 다운-홀-헤더, 파이프라인, 튜브, 밸브, 펌프, 및 하우징으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 물품.
높은 염도를 갖는 물에서 사용하기 위해, 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 합금, 제 12항에 기재된 제품, 또는 제 13항 또는 제 14항 중 어느 한 항에 기재된 물품을 사용하는 방법.