JPH01168837A - 高モリブデンニッケル基合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ、緒言 本発明はニッケルーモリブデン基合金に係り、特に新規
且つ有用な工学技術的特性を提供するある特定の元素の
有効含有社を有する合金に係る。

口、背景及び先行技術 ニッケルーモリブデン合金は約６０年前から知られてお
り、湿潤下での耐食性物品、熱電子弁、耐高温物品及び
その他の工学的用途において使用されている。これら合
金は一般的に鋳造品及び鍛練品の形態で、且つ溶接及び
溶接肉盛に用いる材料として利用されてきた。

最もよく知られている商業的製品は、ヘインズインター
ナショナル社によって生産され登録商標名ハステロイを
以て市販されている合金Ｂ及び合金Ｂ−２である。合金
Ｂは、名目上は、モリブデン約２８％、鉄約５％、バナ
ジウム約０．３０％、コバルト最高２．５％、珪素１％
未満及び残部のニッケル並びに不純物から成っている。

合金Ｂ−２は、名目上は、モリブデン約２８％、鉄２％
未満、コバルト１．０％未満、珪素０．１％未満及び残
部のニッケル並びに不純物から成っている。

さらに、ハステロイ合金Ｗが当業界において知られてお
り、これは異種合金のための溶接ワイヤとして用いるの
に特に適している。合金Ｗは、名ケル並びに不純物から
成っている。

米国特許部１，３７５．０８２号及び第１，３７５．０
８３号には、それぞれ、添加物としてマンガンを含有す
る及び含有しないニッケルーモリブデン合金が開示され
ている。モリブデン含有量は好適な１０％から最高の２
０％まで変化する。

米国特許部１．７１０．４４５号には本質的に１５−４
０％のモリブデン、１０−４０％の鉄、及び残部のニッ
ケル並びに改良元素から成る合金系が開示されている。

米国特許部２．１９６．６９９号には最高的２５％のモ
リブデン並びにアンチモン及びその他の元素を含有する
ニッケル基合金が開示されている。米国特許部２．２０
７．３８０号には１８−４０％のモリブデン並びに必須
含有量のマンガン及び銀を含有するニッケル基合金が開
示されている。米国特許部２．３１５．４９７号には１
０−４０％のモリブデン及び４−２５％の鉄並びに臨界
下限含有量の銅を含有するニッケルーモリブデン−鉄合
金が開示されている。米国特許部２．１０９．２８５号
には２８−４０％モリブデン・ニッケル合金であって不
純物として０．１５％未満の全珪素及び炭素を含有する
ものが開示されている。米国特許部２，４０４，２４７
号及び第２．４０４，３０８号には、ニッケルを主要成
分金属とする合金であって１５−２５％のモリブデン並
びにチタン、セレニウム及びマンガンの必要量を含有す
るものが開示されている。

先行技術による合金は特に湿潤下での腐食条件にさらさ
れる場合において多くの貴重な用途を発見した。ニッケ
ルとモリブデンとを含有する合金は、また、溶接材料、
例えば金属粉末、鋳造ロッド及び溶接ワイヤ、の製造に
使用されている。これら合金は酸、例えば高温の塩酸な
どを取扱う・容器及び配管類の製作において構造材料及
び溶接材料として特に有用である。比較的高いｍ度にお
いて各種の酸を取扱う物品及び装置（例えば、容器、配
管類など）の長期使用にともなう費用を削減す工業用途
においては、酸及びｉ！濃度、温度、そ若干として酸化
または還元′ＲＩＯ気、硬度に対する要求または延性に
対する要求、極度の高温または低湿にさらされることが
挙げられる。この故に、すべての工業用途にとって完全
に理想的なものはあり得ない。この種の改良合金であっ
て多くの工業用途のための極めて有効な特性を組合せて
有するものが当業界においては常に求められている。

この種のモリブデンに富んでいるニッケル合金は、還元
性の酸即ち塩酸及び硫酸に対し特に慢れた耐性を有する
。

これらの合金で作られている構成部材における故障は溶
接部において最もしばしば出現し、それはモリブデンの
偏析に起因する。この結果としてデンドライトとデンド
ライト間区域との間にモリアゾン含有量の相違が生じる
。そしてモリブデン欠乏相においては分解および／また
は病食の１１進が見られる。

一般的に、均質化熱処理（例えば、焼鈍または冷間側ニ
ブラス焼鈍）はそのような故障を生じる傾向を減少させ
ると思われている。しかし、実験的試験は、ある場合に
は、均質化熱処理が実際には塩酸及び硫酸の中で腐食速
度の増進を生じさせることを示した。

一連の試験において、先行技術の合金Ｂ−２がそのよう
な故障を減らそうとして種々の条件下で試験された。表
１はその試験結果を示す。表１において、条件Ａは溶接
されたままであった（ガスタングステンアーク）。条件
Ｂ、Ｃ及びＤは溶接されたままプラス３０％冷間加工で
あった。最終的には、条件已においては１０６６℃で約
１５分間焼鈍され、次いで水冷され：条件Ｃにおいては
１１２１℃で約１５分間焼鈍され次いで水冷され：条件
りにおいては１１４９℃で約１５分間焼鈍され、次いで
水冷された。

表１のデータは溶接後の均質化熱処理が約２８％のモリ
ブデンを含有する先行技術の合金Ｂ−２を改善しないこ
とを示している。

ハロ発明の目的 本発明の主要な目的は有効な緒特性を組合せて有する合
金を提供することである。

本発明のもう一つの主要な目的は、腐食が予想される部
分における溶接物または溶接構成要素として溶接作業に
特に適する合金を提供することである。

これら及びその他の諸口的及び諸利点は、以下に述べる
本発明の説明並びに諸例の検討によって当業者により理
解されると考えられる。

１ユ バステロイム金８−２の耐食性に及ぼす溶　後処理の効
果ＩＫ食速度（ｍｐｙ） 条件　　２０％ＨＣ１６０％Ｈ２ＳＯ４５０％Ｈ３ＰＯ
４＋８％ＭＣＩ　　　　＋３０％Ｈ２Ｓ０４−　　（沸
騰）　　　　　　　（沸ｌＩｌり（沸騰）Ａ　　　　　
　１４　　　　　　　２９　　　　　　　　　１７Ｂ　
　　　　　１６　　　　　　　５９　　　　　　　　　
３５Ｄ　　　　　　２３　　　　　　　５１　　　　　
　　　　２７二、発明の詳細な説明 表２に示される合金は本発明の合金を表示している。冶
金技術においては、産業用金属合金が改良元素、選択元
素及び有害、有益または無害であり得る不純物を含有す
ることはよく知られている。

成る場合においては、不純物はその含有量のレベルに依
って、またはそれが他の元素と組合されているか否かに
依って、有益であったり有害であったりする。

本発明の合金において、成る元素は、当業者によく知ら
れているように、ある特性を改良するべく意図的に添加
される。鉄は最高２０％、マンガン、タングステン、銅
、クロム、タンタル及びニオブは総計で最轟約２０％存
在し得る。

その他の元素は意図的改良元素として、または処理過程
（例えば、脱酸過程）の結果として存在し得る。アルミ
ニウム、マンガン、カルシウム、チタン及びジルコニウ
ムは総計で最高約１０％存在し得る。言うまでもなく、
成る場合には、成る元素、例えばアルミニウム及びマン
ガンミは改良元素であると同時に処理元素であり得る。

表２に示される合金は鋳造物、粉末金属製品、金ｒｊ４
粉末、溶加材及び適正に処理されたその他の製品形態、
例えばワイヤ、バー、プレート、チューブ、パイプ、ビ
レット及び鍛造物、の形態で製造され得る。

ホ、実験データ及び例 本発明の合金は多くの製法によって実験的に製造された
。既に記述したように、高モリブデン−ニッケル合金の
製造には困難が伴う。いくつかの製法は少なくともささ
やかな成功を生んだ。例えば、インゴットを真空誘導溶
解によって製造し、次いでエレクトロスラッグ再溶解す
ることはあまり成功的ではないことが判明した。

モリブデンとニッケルとの様々の組成による金属ワイヤ
は複合溶加材を形成するように捩られ得る（即ち、ワイ
ヤケーブル）。この゛捩りワイヤ“は生じる溶着金属に
おいて所望の組成が得られるようにガスタングステンア
ーク溶接トーチによって溶解される。−変形として、ワ
イヤの直片を互いにタック溶接することによって複合物
が形成された。“タック溶接”法は溶着金属を提供する
ことにおいて成功的であったが、未溶解モリブデンが溶
着金属中に発見された。

本発明の合金は周知の吸引鋳造法によって製造された。

吸引鋳造は溶接棒を製造するため使用されるよく知られ
た方法である。簡述すれば、金属は消耗鋳型（ガラス製
のチューブ）の中へ、この鋳型を充填すべく真空を用い
て鋳込まれる。これは最も成功的な方法であった。すべ
ての試験結果は吸引鋳造によって製造された合金から得
られた。

本発明の合金はまた“柔軟な”粉末法によってもＩＩ造
された。この製法においては、合金金属粉末は結合剤、
可塑剤及び必要に応じてその他の改良媒質を含む柔軟な
混合物になるように互いに粘れる。かくして成形された
製品は溶接に好適な材料を製造すべく乾燥され、結合剤
が除去されそして焼結される。

さらに、本発明の合金は従来のバッチ式または連続式の
ロッド鋳造法及びその他既知の被覆電極及びフラックス
芯入り電極などの製造法によっても製造され得る。

特に溶着金属としての本発明合金の在来合金に対する後
群の耐食性を証明するために、次の実験が行われた。合
金Ｅ（表２）から成る溶接棒が、夾角７０°の■形単溝
であって約３，２履（１／８　ｉｎ）のルート間隔を有
するものを使用して用意された厚さ約６．３５ｍ＋＋（
１／４　ｉｎ）の合金Ｂ−２板を突合せ溶接するのに使
用された。

第２の溶接物は一次ルートバスとして合金Ｂ−２を使用
して作られた。カバーｍ着金属は合金Ｅを使用して２回
のパスで形成された。第３の溶接物は溝全体を充填する
ために合金Ｂ−２充填ワイヤを使用して作られた。これ
は腐食試験のための直接比較を可能にするために行われ
た。

前記３個の溶接物は腐食試験用切取試片に切断された。

これら切取試片は２０％ＨＣＩを含有するオートクレー
ブ内で１４９℃の温度で９６時間に亘って試験された。

下記腐食速度が測定された（ｍｐｙ−ミル７年）。

溶着金属 全合金Ｅ　　　　　　　　　４０．６ 合金Ｅ充填パス　　　　　４５．６ 合金８−２ルートパス 全合金Ｂ−２６４，９ これら結果は、２０％ＨＣ１中における耐食性に関して
、高モリブデン合金が合金Ｂ−２に比し優れていること
を示す。改良された耐食性は溶着金属の金属組織学的横
断面によってそして腐食試験された切取試片の走査型電
子顕微鏡検査によってさらに確認された。例えば、合金
Ｂ−２ルートバスによって作られた溶接物から用意され
た被検オートクレーブ切取試片の走査型電子顕微鏡検査
は、合金Ｂ−２は明らかに腐食され、一方、その上にお
ける高モリブデン充填パスは当初の試片準備時の研磨作
業痕跡を依然として有し、腐食の徴候を全く有しないこ
とを証明した。

合金中の珪素の効果を調査するために一連の試験が行わ
れた。実験合金は本質的に４１．５−４３．５％のモリ
ブデン及び表３に記載される含有量の珪素を含有し、残
部はニッケルであった。流動性は合金の溶着金属を作る
間に溶接作業員の観察によって決定された。亀裂傾向は
溶接試料の顕微鏡検査によって決定された。

表３のデータは、流動性と耐亀裂性との双方が要求され
る場合、０．１１％及び０．２２％のレベルの珪素が合
金にとって最も有益であり、これより小さい及び大きい
含有量は生成物にとって有害であることを示す。

別の一連の試験において、耐食性に及ぼす珪素フで表さ
れている。これらデータは珪素が合金において不可欠で
あり、その含有量範囲が特に決定的であることを明示す
る。

Ｌユ Ａ　　　　　０．０２　　　　　不良　　　　　　無し
　　　　不良１　　　　０．１１　　　　　良好　　　
　　　無し　　　　良好Ｆ　　　　　Ｏ，２２優秀　　
　　　　無し　　　　良好Ｅ　　　　　Ｏ，５７ｍ良　
　　　　　有り　　　　不良組成残部　　約４２％のモ
リブデン及びニッケル並びに不純物Ａ　　　　　Ｏ，０
２２４，９２６ １０，１１８，８９，５ ＨＯ，１７１３，７１０，７ Ｇ　　　　　Ｏ，２０９，７１１，６ Ｆ　　　　　Ｏ，２２８，６１１，６ Ｅ　　　　　Ｏ，５７１９，１１９，９組成残部　　約
４２％のモリブデン及びニッケル並びに不純物実験合金
は２０％塩酸中で１４９℃の温度にて９６時間に亘って
試験された。腐食速度はミル７年（ｒｒｌＶ）で示され
る。

実験データはモリブデン含有量が４０％より大ることを
示す。珪素の含有量は僅かに０．０１％から０．６５％
までであり、好ましい含有量は０．０７％から０．６５
％であり、そして最適含有量は約０．１５％から０．６
５％である。これら範囲は合金の様々の可能な用途を包
含するように決定された。モリブデン及び珪素の含有量
は最終製品の使用において要求される特性に応じて変更
されなくてはならない。例えば、流動性が要求される場
合は、比較的高い珪素含有量が望ましい。

しかし、耐亀裂性が要求される場合は、比較的低い珪素
含有量が望ましい。これらの調整は当業者によって実施
され得る。

既に記述されたように、本発明の合金は多くの形態で、
即ち、鋳造物、溶接充填金属、鍛練製品、粉末金属製品
などとして提供され得る。例えば、インゴット鍛造及び
圧延手段によって鍛練製品を得ることは雌しいが、粉末
冶金工程によって近似形状製品を得て、次いで、最終製
品を形成するように最終加工を行うことが可能である。

本明細書において既に言及されたように、不十分な耐食
性はデンドライトとデンドライト間区域との間のモリブ
デン含有量における相違によって生じると考えられる。

先行技術による合金はその金属組織学的検査によってモ
リブデン欠乏相の存在が確認・された。表１に示される
ように、均質化熱処理は問題を解決しなかった。

本発明の合金はその金属組織学的検査によって、同様の
モリブデン欠乏相が存在しないことが確認された。本発
明のこのような効果を提供する正確なメカニズムは完全
には解明されていない。４０％以上のモリブデンとニッ
ケル基合金中の有効量の珪素とを含む元素の組合せは、
改良された合金系の生成に何れにせよ寄与する。

以上本明細書において本発明の若干の好適実施例が説明
されたが、本発明は前掲特許請求の範囲内においてその
他の方式でも実施され骨ることは理解されるであろう。

する腐食データを表すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）本質的に、重量百分比において、４０−６０％の
   モリブデンと、０．０１−０．６５％の珪素と、最高２
   ０％の鉄と、総計で最高２０％のマンガン、タングステ
   ン、銅、クロム、タンタル及びニオブと、総計で最高１
   ０％のアルミニウム、マグネシウム、カルシウム、チタ
   ン及びジルコニウムと、残部のニッケル及び通常不純物
   から成る合金。 （２）特許請求の範囲第１項記載の合金において、４０
   −４４％のモリブデンと、０．０７− ０．６５％の珪素と、最高１５％の鉄と、総計で最高１
   ５％のマンガン、タングステン、銅、クロム、タンタル
   及びニオブと、総計で最高５％のアルミニウム、マグネ
   シウム、カルシウム、チタン及びジルコニウムとを含有
   する合金。 （３）特許請求の範囲第１項記載の合金において、０．
   １５−０．６５％の珪素を含有する合金。 （４）特許請求の範囲第１項記載の合金において、約４
   １．５％のモリブデンと、約０．０２％の珪素とを含有
   する合金。 （５）特許請求の範囲第１項記載の合金において、約４
   ３％のモリブデンと、約０．１１％の珪素とを含有する
   合金。 （６）特許請求の範囲第１項記載の合金において、約４
   ３％のモリブデンと、約０．２２％の珪素とを含有する
   合金。 （７）特許請求の範囲第１項記載の合金において、約４
   ４％のモリブデンと、約０．５７％の珪素とを含有する
   合金。 （８）特許請求の範囲第１項記載の合金において、鋳造
   または粉末冶金法によつて製造される合金。 （９）特許請求の範囲１項記載の合金において、溶接充
   填材料の形態をしている合金。