JPH0471978B2 - - Google Patents
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- JPH0471978B2 JPH0471978B2 JP62295943A JP29594387A JPH0471978B2 JP H0471978 B2 JPH0471978 B2 JP H0471978B2 JP 62295943 A JP62295943 A JP 62295943A JP 29594387 A JP29594387 A JP 29594387A JP H0471978 B2 JPH0471978 B2 JP H0471978B2
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- JP
- Japan
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- alloy
- carburizing
- alloys
- carbon
- chromium
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/055—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 20% but less than 30%
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は、耐浸炭性合金に関し、詳細には熱酸
化媒体への周期的露出に耐えることができ、かつ
広範囲の酸素分圧を有する雰囲気、例えば、
logPo2（atm）が−10から−30を有する雰囲気中
でさえ耐浸炭性である耐熱性耐浸炭性合金に関す
る。 また、本発明は、前記耐熱性耐浸炭性合金によ
つて構成されるすべての物品、部品または製品に
関する。更に、本発明は、前記合金の使用に基づ
いて非常に高い耐浸炭性および耐周期的酸化性を
保有する物品、製品または部品を得る方法に関す
る。 従来の技術 浸炭剤によつて1000℃程度の温度にさえ良好な
耐浸炭性を提供する合金は、既知である。しかし
ながら、このような合金は、或る応用に必要とさ
れるすべての特性を保有しているというわけでは
ない。例えば、このような応用としては、酸化性
および／または浸炭性媒体中での超高温加工用に
意図される設備で使用する構造エレメント、例え
ば、石油化学プラントで使用するチユーブまたは
パイプ蒸留器が挙げられる。このような特性の若
干は、一方で、超高温を包含する各種の温度範囲
内でのクリープ強さ、他方で、溶接性である。更
に、極めて低い酸素分圧を有する雰囲気中で良好
な耐浸炭性を有する少なくとも１種の合金は、比
較的多量のコバルトおよびモリブデンを含有す
る。このように、前記合金は、同時に比較的高価
であり、コバルトの供給での変動（vagaries）に
敏感であり、場合によつて高モリブデン含量のた
め大変動の酸化を受けやすい。 より詳細には、石油化学プラントでの熱分解チ
ユーブなどの装置の重要な要件は、このような装
置の材料である合金は、使用条件を変える時に剥
離または分解に抵抗性である特定の使用条件下に
おいてスケールを形成してしまうにちがいないと
いうことである。例えば、熱分解チユーブは、付
着炭素を除去するために周期的に洗浄しなければ
ならない。洗浄は、次式 2C＋O22CO 2CO＋O22CO2 Ｃ＋O2CO2 の反応の１以上（これらのすべては固体炭素デポ
ジツトを気体に変える）を引き起こすためにチユ
ーブ内の雰囲気の酸素分圧を増大することによつ
て最も容易に達成される。当業者は、「炭素」デ
ポジツトがほとんど決して純炭素ではなく、むし
ろ炭素および水素および通常有意量の窒素、酸
素、リン、および熱分解ユニツトの供給原料に存
在する他の元素を含有する複雑な固体物質である
ので、前記反応が余りにも単純化されていること
を認識するであろう。当業者は、このように、炭
素燃え尽き時の熱分解ユニツト中の気相が前記式
に示される生成物ガスと水蒸気、窒素、窒素ガス
などの物質との複雑な混合物であることを認識す
るであろう。当業者によつて認識されるであろう
更に他の因子は、前記の３つの反応の後者２つが
右側に進む時に強く発熱性であることである。こ
の発熱性は、熱分解チユーブ中の「炭素」デポシ
ツトの水素含量によつて更に高められる。このよ
うに、とめどもない温度上昇を防止するために熱
分解チユーブの炭素燃え尽き時に酸素分圧を制御
することは標準のプラクテイスであるが、「炭素」
デポシツトの特性の変動は、炭素燃え尽き時に
「ホツトスポツト」、即ち、平均よりも熱い部位、
および「コールドスポツト」、即ち、平均よりも
冷たい部位を生ずることがある。炭素燃え尽き時
の酸素分圧に包含される考慮のほかに、熱処理、
石炭転化、スチーム炭化水素リフオーミング、オ
レフイン製造などの用途での貢献が期待できる広
範囲の酸素分圧がある。最大の実用的用途の場合
には、合金は、酸素分圧がクロミア生成を容易に
する雰囲気中だけではなく、クロミアに対して還
元性でありかつCr7C3の生成を容易にする雰囲気
中においても耐浸炭性を有しているべきである。
熱分解炉、例えば、プロセスが非平衡プロセスで
ある熱分解炉においては、或る時には雰囲気は
logPo2（atm）が−19を有するかも知れず、別の
時にはlogPo2（atm）は−23位であるかも知れな
い。このような可変条件は、Cr7C3−Cr2O3クロ
スオーバー（crossover）のPo2（atm）が1000℃
で約−20であると仮定すると、汎用耐浸炭性合金
である合金を必要とする。 発明が解決しようとする課題 このような合金およびそれから作られる製品の
提供が、本発明の目的である。 実用的に有用な合金のなお更に他の要件は、合
金が標準溶接技術により、例えば、ガスタングス
テンアーク（GTA）、金属不活性ガス（MIG）
および埋め込み（submerged）アーク（SA）法
により容易に溶接できることである。このような
溶接性は、必須である。装置を合金の標準造形品
から容易に二次加工できなければ、すべての他の
合金特性は、単に非実際的な（academic）性状
を有するだけである。 課題を解決するための手段 本発明は、合金およびそれから作られる耐浸炭
性耐酸化性部品および構造物を意図する。合金は
重量％でニツケル50〜55％、クロム16〜22％、ア
ルミニウム３〜4.5％、炭素0.03〜0.3％、残部本
質上鉄（標準量の付随的元素は、例えば、ケイ素
１％まで、マンガン１％まで、セリウム、ランタ
ン、ミツシユメタルなどの希土類金属の合計0.2
％まで、ホウ素0.1％まで、ジルコニウム0.5％ま
でおよび窒素0.05％まで）からなるものである。
本発明による合金は、さらにコバルト５％まで、
モリブデン５％まで、タングステン２％まで、を
含んでいてもよい。本明細書において、「希土類」
なる用語は、すべてのランタニドおよびアクチニ
ド元素並びに関連元素スカンジウムおよびイツト
リウムを包含するように使用される。硫黄、リン
などの不純物元素は、耐熱合金テクノロジーで普
通行なわれているように最低の実際的量に維持す
べきである。本発明の合金は、約１〜２％の量の
タングステンおよび／または約３重量％までの量
のモリブデンを含有することが有利である。モリ
ブデンが存在する時には、有利には約２〜３重量
％の量で存在する。また、本発明の合金は、コバ
ルトを含まないか約２％までの量のみのコバルト
を含有することが有利である。 実施例 本発明の合金は、一般に、ニツケル−クロム基
合金に適した標準技術により、即ち、溶融、鋳造
および加工、例えば、標準工学造形品、例えば、
ロツド、バー、シート、プレートなどへの熱間加
工および／または熱間加工−冷間加工により調製
する。重量％で表に示すような組成を有する合
金は、真空誘導溶融し、次いで、鋳造し、一般に
約1090〜1100℃（即ち、2000〓）で熱間圧延して
約1.4cmのロツドとすることによつて製造した。
化媒体への周期的露出に耐えることができ、かつ
広範囲の酸素分圧を有する雰囲気、例えば、
logPo2（atm）が−10から−30を有する雰囲気中
でさえ耐浸炭性である耐熱性耐浸炭性合金に関す
る。 また、本発明は、前記耐熱性耐浸炭性合金によ
つて構成されるすべての物品、部品または製品に
関する。更に、本発明は、前記合金の使用に基づ
いて非常に高い耐浸炭性および耐周期的酸化性を
保有する物品、製品または部品を得る方法に関す
る。 従来の技術 浸炭剤によつて1000℃程度の温度にさえ良好な
耐浸炭性を提供する合金は、既知である。しかし
ながら、このような合金は、或る応用に必要とさ
れるすべての特性を保有しているというわけでは
ない。例えば、このような応用としては、酸化性
および／または浸炭性媒体中での超高温加工用に
意図される設備で使用する構造エレメント、例え
ば、石油化学プラントで使用するチユーブまたは
パイプ蒸留器が挙げられる。このような特性の若
干は、一方で、超高温を包含する各種の温度範囲
内でのクリープ強さ、他方で、溶接性である。更
に、極めて低い酸素分圧を有する雰囲気中で良好
な耐浸炭性を有する少なくとも１種の合金は、比
較的多量のコバルトおよびモリブデンを含有す
る。このように、前記合金は、同時に比較的高価
であり、コバルトの供給での変動（vagaries）に
敏感であり、場合によつて高モリブデン含量のた
め大変動の酸化を受けやすい。 より詳細には、石油化学プラントでの熱分解チ
ユーブなどの装置の重要な要件は、このような装
置の材料である合金は、使用条件を変える時に剥
離または分解に抵抗性である特定の使用条件下に
おいてスケールを形成してしまうにちがいないと
いうことである。例えば、熱分解チユーブは、付
着炭素を除去するために周期的に洗浄しなければ
ならない。洗浄は、次式 2C＋O22CO 2CO＋O22CO2 Ｃ＋O2CO2 の反応の１以上（これらのすべては固体炭素デポ
ジツトを気体に変える）を引き起こすためにチユ
ーブ内の雰囲気の酸素分圧を増大することによつ
て最も容易に達成される。当業者は、「炭素」デ
ポジツトがほとんど決して純炭素ではなく、むし
ろ炭素および水素および通常有意量の窒素、酸
素、リン、および熱分解ユニツトの供給原料に存
在する他の元素を含有する複雑な固体物質である
ので、前記反応が余りにも単純化されていること
を認識するであろう。当業者は、このように、炭
素燃え尽き時の熱分解ユニツト中の気相が前記式
に示される生成物ガスと水蒸気、窒素、窒素ガス
などの物質との複雑な混合物であることを認識す
るであろう。当業者によつて認識されるであろう
更に他の因子は、前記の３つの反応の後者２つが
右側に進む時に強く発熱性であることである。こ
の発熱性は、熱分解チユーブ中の「炭素」デポシ
ツトの水素含量によつて更に高められる。このよ
うに、とめどもない温度上昇を防止するために熱
分解チユーブの炭素燃え尽き時に酸素分圧を制御
することは標準のプラクテイスであるが、「炭素」
デポシツトの特性の変動は、炭素燃え尽き時に
「ホツトスポツト」、即ち、平均よりも熱い部位、
および「コールドスポツト」、即ち、平均よりも
冷たい部位を生ずることがある。炭素燃え尽き時
の酸素分圧に包含される考慮のほかに、熱処理、
石炭転化、スチーム炭化水素リフオーミング、オ
レフイン製造などの用途での貢献が期待できる広
範囲の酸素分圧がある。最大の実用的用途の場合
には、合金は、酸素分圧がクロミア生成を容易に
する雰囲気中だけではなく、クロミアに対して還
元性でありかつCr7C3の生成を容易にする雰囲気
中においても耐浸炭性を有しているべきである。
熱分解炉、例えば、プロセスが非平衡プロセスで
ある熱分解炉においては、或る時には雰囲気は
logPo2（atm）が−19を有するかも知れず、別の
時にはlogPo2（atm）は−23位であるかも知れな
い。このような可変条件は、Cr7C3−Cr2O3クロ
スオーバー（crossover）のPo2（atm）が1000℃
で約−20であると仮定すると、汎用耐浸炭性合金
である合金を必要とする。 発明が解決しようとする課題 このような合金およびそれから作られる製品の
提供が、本発明の目的である。 実用的に有用な合金のなお更に他の要件は、合
金が標準溶接技術により、例えば、ガスタングス
テンアーク（GTA）、金属不活性ガス（MIG）
および埋め込み（submerged）アーク（SA）法
により容易に溶接できることである。このような
溶接性は、必須である。装置を合金の標準造形品
から容易に二次加工できなければ、すべての他の
合金特性は、単に非実際的な（academic）性状
を有するだけである。 課題を解決するための手段 本発明は、合金およびそれから作られる耐浸炭
性耐酸化性部品および構造物を意図する。合金は
重量％でニツケル50〜55％、クロム16〜22％、ア
ルミニウム３〜4.5％、炭素0.03〜0.3％、残部本
質上鉄（標準量の付随的元素は、例えば、ケイ素
１％まで、マンガン１％まで、セリウム、ランタ
ン、ミツシユメタルなどの希土類金属の合計0.2
％まで、ホウ素0.1％まで、ジルコニウム0.5％ま
でおよび窒素0.05％まで）からなるものである。
本発明による合金は、さらにコバルト５％まで、
モリブデン５％まで、タングステン２％まで、を
含んでいてもよい。本明細書において、「希土類」
なる用語は、すべてのランタニドおよびアクチニ
ド元素並びに関連元素スカンジウムおよびイツト
リウムを包含するように使用される。硫黄、リン
などの不純物元素は、耐熱合金テクノロジーで普
通行なわれているように最低の実際的量に維持す
べきである。本発明の合金は、約１〜２％の量の
タングステンおよび／または約３重量％までの量
のモリブデンを含有することが有利である。モリ
ブデンが存在する時には、有利には約２〜３重量
％の量で存在する。また、本発明の合金は、コバ
ルトを含まないか約２％までの量のみのコバルト
を含有することが有利である。 実施例 本発明の合金は、一般に、ニツケル−クロム基
合金に適した標準技術により、即ち、溶融、鋳造
および加工、例えば、標準工学造形品、例えば、
ロツド、バー、シート、プレートなどへの熱間加
工および／または熱間加工−冷間加工により調製
する。重量％で表に示すような組成を有する合
金は、真空誘導溶融し、次いで、鋳造し、一般に
約1090〜1100℃（即ち、2000〓）で熱間圧延して
約1.4cmのロツドとすることによつて製造した。
【表】
溶融−鋳造−加工は、本発明の合金から製品お
よび造形品を製造するのに最も一般に受け入れら
れた技術であるが、合金は、他の方法によつても
調製できる。例えば、合金粉末は、元素粉末およ
び／またはマスターアロイ粉末ブレンドまたは機
械的合金化によつて調製できる。また、このよう
な粉末は、合金成分を溶融し、溶融合金を噴霧
（例えば、ガス噴霧）するか急冷ロール上での薄
リボン鋳造、遠心アーク溶融・急冷などの迅速凝
固の技術のいずれかを実施することによつて調製
できる。このようにして調製された粉末は、通常
の技術、例えば、ホツトアイソスタチツクプレ
ス、型プレス、スリツプ鋳造、粉末圧延などで最
終に近い造形品にした後、必要ならば焼結し、熱
間または冷間加工することによつて合金製品（複
合合金製品を包含）に成形できる。また、合金
は、通常の鋳造技術または通常ではない鋳造技術
によつて鋳造して造形品にすることができる。 表に記載のような合金を溶融し、鋳造し、熱
間圧延した後、引張試験片に成形した。この試験
片を約1230〜1240℃（2250〓）で４時間焼鈍し、
次いで、空冷した。比較試験片は前記条件で焼鈍
し、空冷し、次いで、空気中で約760℃（1400〓）
で500時間時効し、次いで、空冷した。好適な焼
鈍温度は約1200℃〜1270℃の範囲内であり、時間
は約１〜約８時間であるが、低めの温度で行う場
合にはより長い時間で行い、高めの温度で行う場
合は短い時間とする。時効は、約650℃〜800℃の
範囲内の温度で各種の時間実施できる（約650℃
で約1000時間まで、約800℃で20時間まで）。表
は、760℃で500時間の時効の場合には合金の室温
における特性がより高い強度およびより低い延性
の方向に変化するが、合金を脆くさせるであろう
程度ではないことを示す。
よび造形品を製造するのに最も一般に受け入れら
れた技術であるが、合金は、他の方法によつても
調製できる。例えば、合金粉末は、元素粉末およ
び／またはマスターアロイ粉末ブレンドまたは機
械的合金化によつて調製できる。また、このよう
な粉末は、合金成分を溶融し、溶融合金を噴霧
（例えば、ガス噴霧）するか急冷ロール上での薄
リボン鋳造、遠心アーク溶融・急冷などの迅速凝
固の技術のいずれかを実施することによつて調製
できる。このようにして調製された粉末は、通常
の技術、例えば、ホツトアイソスタチツクプレ
ス、型プレス、スリツプ鋳造、粉末圧延などで最
終に近い造形品にした後、必要ならば焼結し、熱
間または冷間加工することによつて合金製品（複
合合金製品を包含）に成形できる。また、合金
は、通常の鋳造技術または通常ではない鋳造技術
によつて鋳造して造形品にすることができる。 表に記載のような合金を溶融し、鋳造し、熱
間圧延した後、引張試験片に成形した。この試験
片を約1230〜1240℃（2250〓）で４時間焼鈍し、
次いで、空冷した。比較試験片は前記条件で焼鈍
し、空冷し、次いで、空気中で約760℃（1400〓）
で500時間時効し、次いで、空冷した。好適な焼
鈍温度は約1200℃〜1270℃の範囲内であり、時間
は約１〜約８時間であるが、低めの温度で行う場
合にはより長い時間で行い、高めの温度で行う場
合は短い時間とする。時効は、約650℃〜800℃の
範囲内の温度で各種の時間実施できる（約650℃
で約1000時間まで、約800℃で20時間まで）。表
は、760℃で500時間の時効の場合には合金の室温
における特性がより高い強度およびより低い延性
の方向に変化するが、合金を脆くさせるであろう
程度ではないことを示す。
【表】
前記のことに加えて、表は、表と共に、コ
バルトが合金に必須ではないが、約５％までの量
で存在する時には合金を脆化しないことを示す。
また、表およびは、一緒に、モリブデンが損
害なく本発明の合金から省くことができることを
示す。 表は、982℃（1800〓）および1094℃（2000
〓）で実施された応力破断試験の結果を示すデー
タを記載する。このデータは、表の熱間加工焼
鈍合金と熱間加工焼鈍時効合金との両方が耐浸炭
性合金を使用する温度の典型であるこれらの温度
において満足な機械的特性を示すことを示す。
バルトが合金に必須ではないが、約５％までの量
で存在する時には合金を脆化しないことを示す。
また、表およびは、一緒に、モリブデンが損
害なく本発明の合金から省くことができることを
示す。 表は、982℃（1800〓）および1094℃（2000
〓）で実施された応力破断試験の結果を示すデー
タを記載する。このデータは、表の熱間加工焼
鈍合金と熱間加工焼鈍時効合金との両方が耐浸炭
性合金を使用する温度の典型であるこれらの温度
において満足な機械的特性を示すことを示す。
【表】
【表】
浸炭性雰囲気中での高温での耐損傷性は、本発
明の合金の有利な特性であり、表中のデータに
よつて証明される。
明の合金の有利な特性であり、表中のデータに
よつて証明される。
【表】
CO8％を含有する試験雰囲気は、炭素活量
（AC）約１および酸素分圧の負のlog約20.6を有す
る平衡混合物を調製するためにメタン12容量％と
水蒸気10容量％と残部水素との接触反応混合物で
ある。CO0.1％を含有する試験 雰囲気は、AC約１および酸素分圧の負のlog24.4
を再度与える水素99.9容量％とデカノール１容量
％との同様の反応混合物である。一般に、本発明
の合金は、AC0.01〜１を有する雰囲気およびPo2
約1.0×10-2から1.0×10-30を有する雰囲気中で有
用である。 表中のデータは、本発明の合金は耐湿炭性の
窓口が広く酸素分圧が事実上不在の雰囲気にさえ
耐浸炭性を有することを示す。この点で、本発明
の合金は、浸炭性雰囲気に対する適当な抵抗およ
び酸化雰囲気への周期的間隔での露出に対する適
当な抵抗を有していないはるかに高価な合金と特
性が実質上等価である。酸化雰囲気の悪影響に対
する本発明の合金の抵抗を実証するために、合金
の試料を水蒸気５容量％を含有する空気に高温で
さらした。質量変化を240時間の終わりに測定し
た。得られたデータを周知の市販の合金に関する
等価のデータと一緒に表に示す。
（AC）約１および酸素分圧の負のlog約20.6を有す
る平衡混合物を調製するためにメタン12容量％と
水蒸気10容量％と残部水素との接触反応混合物で
ある。CO0.1％を含有する試験 雰囲気は、AC約１および酸素分圧の負のlog24.4
を再度与える水素99.9容量％とデカノール１容量
％との同様の反応混合物である。一般に、本発明
の合金は、AC0.01〜１を有する雰囲気およびPo2
約1.0×10-2から1.0×10-30を有する雰囲気中で有
用である。 表中のデータは、本発明の合金は耐湿炭性の
窓口が広く酸素分圧が事実上不在の雰囲気にさえ
耐浸炭性を有することを示す。この点で、本発明
の合金は、浸炭性雰囲気に対する適当な抵抗およ
び酸化雰囲気への周期的間隔での露出に対する適
当な抵抗を有していないはるかに高価な合金と特
性が実質上等価である。酸化雰囲気の悪影響に対
する本発明の合金の抵抗を実証するために、合金
の試料を水蒸気５容量％を含有する空気に高温で
さらした。質量変化を240時間の終わりに測定し
た。得られたデータを周知の市販の合金に関する
等価のデータと一緒に表に示す。
【表】
【表】
合金No.１を927℃で窒素をベースとする雰囲気
に1008時間さらした同様の試験においては、
5.6g／m2のみの重量増加が、水素１容量％、残部
窒素を含有する雰囲気（露点3.3℃）中で観察さ
れた。水素８％およびCO4％を含有し、かつ露点
13℃を有するより腐食性の窒素雰囲気において
は、23.2g／m2のみの重量増加が、測定された。 前記のすべて、表およびおよび前記パラグ
ラフに報告の雰囲気試験は、本発明の合金が交互
の浸炭性雰囲気−酸化雰囲気中、一般に本明細書
の導入部分に論じたような所期用途の目的で成功
裡に使用するのに必要なオールラウンドな抵抗特
性を有することを示す。更に、溶接試験は、本発
明の合金が自溶的にアーク溶接でき、またはイン
コウエルド（INCO−WELD登録商標）Ａ溶接電
極、インコネル（INCONEL登録商標）溶接電極
117などの充填剤で満足に自溶的にアーク溶接で
きることを示した。本発明の合金は、被覆物、例
えば、基板金属上の火炎溶射被覆物または溶接デ
ポジツトオーバーレイ被覆物として使用できる。 本発明の合金中の元素成分の範囲は、ニツケル
またはクロム含量が余りに少ないならば耐酸化性
に欠点があるであろうので、重要である。前記範
囲のNiは安定した加工性有るオーステナイトベ
ースを提供し、かつ対酸化性に寄与する。クロム
の含量が余りに多いならば、相不安定が起こりσ
（シグマ）相の形成もたらし、従つて、中程度の
高温、例えば、約820℃に長時間さらす時に脆化
することがある。クロムが過少量であると合金の
品は酸化性を減少させる。鉄を犠性にして合金の
ニツケル含量を上げることは、本発明の目的を達
成するのに必要とされる合金特性に有意な利益な
しに合金のコストを増大する。アルミニウムは、
耐浸炭性を保証するために明記した量を必要とす
る。アルミニウムが余りに多いならば、合金は、
加工するのが困難になり、不安定になることがあ
り、再度β相（NiAl）の生成が可能となつてし
まう。Coの添加は、Niの効果を増大させるが、
高価である。また、Coはスクラツプの溶融仕込
みの際に通常存在するものである。明記した量の
モリブデンおよびタングステンは、合金の強度を
増大する傾向がある。過剰量のこれらの元素は、
コストを上げ、延性を下げ、合金の大変動の酸化
損傷の機会を増大する。 本発明による合金の各元素成分の添加目的およ
びその添加量の技術的限定理由を以下にさらに詳
細にまとめる。 ニツケルは安定したオーステナイト合金マトリ
ツクスを与えるために添加され、50％は良好な耐
酸化性を有する安定したオーステナイトマトリツ
クスが合金中に維持するために必要であり、また
55％を超えると更なる効果の改善なしに合金のコ
ストが上昇してしまう。 クロムは合金のマトリツクスが表面に安定した
付着酸化膜を形成することによつて耐酸化性を合
金に与えるために添加され、16％は耐酸化性のた
めに最低限必要であり、22％は合金を脆くする有
害なシグマ相およびミユー相を防ぐために設定さ
れた。 アルミニウムは合金マトリツクスへの強度の付
与と、高温下の高湿炭雰囲気中の還元による破壊
に耐え得るよう表面付着酸化膜を改質するために
添加され、３％は強度、耐湿炭性、耐酸化性のた
めに必要であり、4.5％は加工性を維持する観点
から決められる。 ５％を超えるコバルトは耐酸化性を減少させ合
金のコストを上昇させるので避ける必要がある。 モリブデンは合金の強度を増大させる炭化物を
形成するが、５％の超える量は耐酸化性の減少と
加工性の悪化を引き起こすので避ける必要があ
る。 タングステンは合金の強度を増大させる炭化物
を形成するが、２％を超える量は耐酸化性の減少
と加工性の悪化を引き起こすので避ける必要があ
る。 希土類元素は合金表面の酸化膜の形成を増大さ
せるが、0.2％を超える量は更なる効果の改善な
しに脆い相の形成に寄与するので避ける必要があ
る。 炭素は炭化相の強度を増大させ、高温下で湿炭
雰囲気に晒されたときに炭素が拡散してしまう蛍
光を抑えるために添加され、0.03％の量は合金中
にクロム酸化物を生じさせ高温下で湿炭雰囲気に
晒されたときに炭化物の過剰の形成と表面の酸化
膜の剥離を防ぐために必要である。また、0.3％
を超える量は合金マトリツクスの耐酸化性と加工
性を悪化させるクロム炭化物の過剰の生成による
合金マトリツクス中のクロムの枯渇を防ぐため避
ける必要がある。 鉄は合金の耐酸化性が維持される範囲でニツケ
ルに替えて存在させるのが経済的に有利であり、
一般的には５％〜30％存在させる。過剰の鉄は高
温下における耐酸化性を悪化させるので避ける必
要がある。 当業者は、本発明を特定例と共に説明したが、
変形および修正も本発明の意図内に包含されるこ
とを認識するであろう。
に1008時間さらした同様の試験においては、
5.6g／m2のみの重量増加が、水素１容量％、残部
窒素を含有する雰囲気（露点3.3℃）中で観察さ
れた。水素８％およびCO4％を含有し、かつ露点
13℃を有するより腐食性の窒素雰囲気において
は、23.2g／m2のみの重量増加が、測定された。 前記のすべて、表およびおよび前記パラグ
ラフに報告の雰囲気試験は、本発明の合金が交互
の浸炭性雰囲気−酸化雰囲気中、一般に本明細書
の導入部分に論じたような所期用途の目的で成功
裡に使用するのに必要なオールラウンドな抵抗特
性を有することを示す。更に、溶接試験は、本発
明の合金が自溶的にアーク溶接でき、またはイン
コウエルド（INCO−WELD登録商標）Ａ溶接電
極、インコネル（INCONEL登録商標）溶接電極
117などの充填剤で満足に自溶的にアーク溶接で
きることを示した。本発明の合金は、被覆物、例
えば、基板金属上の火炎溶射被覆物または溶接デ
ポジツトオーバーレイ被覆物として使用できる。 本発明の合金中の元素成分の範囲は、ニツケル
またはクロム含量が余りに少ないならば耐酸化性
に欠点があるであろうので、重要である。前記範
囲のNiは安定した加工性有るオーステナイトベ
ースを提供し、かつ対酸化性に寄与する。クロム
の含量が余りに多いならば、相不安定が起こりσ
（シグマ）相の形成もたらし、従つて、中程度の
高温、例えば、約820℃に長時間さらす時に脆化
することがある。クロムが過少量であると合金の
品は酸化性を減少させる。鉄を犠性にして合金の
ニツケル含量を上げることは、本発明の目的を達
成するのに必要とされる合金特性に有意な利益な
しに合金のコストを増大する。アルミニウムは、
耐浸炭性を保証するために明記した量を必要とす
る。アルミニウムが余りに多いならば、合金は、
加工するのが困難になり、不安定になることがあ
り、再度β相（NiAl）の生成が可能となつてし
まう。Coの添加は、Niの効果を増大させるが、
高価である。また、Coはスクラツプの溶融仕込
みの際に通常存在するものである。明記した量の
モリブデンおよびタングステンは、合金の強度を
増大する傾向がある。過剰量のこれらの元素は、
コストを上げ、延性を下げ、合金の大変動の酸化
損傷の機会を増大する。 本発明による合金の各元素成分の添加目的およ
びその添加量の技術的限定理由を以下にさらに詳
細にまとめる。 ニツケルは安定したオーステナイト合金マトリ
ツクスを与えるために添加され、50％は良好な耐
酸化性を有する安定したオーステナイトマトリツ
クスが合金中に維持するために必要であり、また
55％を超えると更なる効果の改善なしに合金のコ
ストが上昇してしまう。 クロムは合金のマトリツクスが表面に安定した
付着酸化膜を形成することによつて耐酸化性を合
金に与えるために添加され、16％は耐酸化性のた
めに最低限必要であり、22％は合金を脆くする有
害なシグマ相およびミユー相を防ぐために設定さ
れた。 アルミニウムは合金マトリツクスへの強度の付
与と、高温下の高湿炭雰囲気中の還元による破壊
に耐え得るよう表面付着酸化膜を改質するために
添加され、３％は強度、耐湿炭性、耐酸化性のた
めに必要であり、4.5％は加工性を維持する観点
から決められる。 ５％を超えるコバルトは耐酸化性を減少させ合
金のコストを上昇させるので避ける必要がある。 モリブデンは合金の強度を増大させる炭化物を
形成するが、５％の超える量は耐酸化性の減少と
加工性の悪化を引き起こすので避ける必要があ
る。 タングステンは合金の強度を増大させる炭化物
を形成するが、２％を超える量は耐酸化性の減少
と加工性の悪化を引き起こすので避ける必要があ
る。 希土類元素は合金表面の酸化膜の形成を増大さ
せるが、0.2％を超える量は更なる効果の改善な
しに脆い相の形成に寄与するので避ける必要があ
る。 炭素は炭化相の強度を増大させ、高温下で湿炭
雰囲気に晒されたときに炭素が拡散してしまう蛍
光を抑えるために添加され、0.03％の量は合金中
にクロム酸化物を生じさせ高温下で湿炭雰囲気に
晒されたときに炭化物の過剰の形成と表面の酸化
膜の剥離を防ぐために必要である。また、0.3％
を超える量は合金マトリツクスの耐酸化性と加工
性を悪化させるクロム炭化物の過剰の生成による
合金マトリツクス中のクロムの枯渇を防ぐため避
ける必要がある。 鉄は合金の耐酸化性が維持される範囲でニツケ
ルに替えて存在させるのが経済的に有利であり、
一般的には５％〜30％存在させる。過剰の鉄は高
温下における耐酸化性を悪化させるので避ける必
要がある。 当業者は、本発明を特定例と共に説明したが、
変形および修正も本発明の意図内に包含されるこ
とを認識するであろう。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量％でニツケル50〜55％、クロム16〜22
％、アルミニウム３〜4.5％、炭素0.03〜0.3％と、
モリブテン５％まで、タングステン２％までの１
種又は２種、残部実質上鉄からなることを特徴と
する、酸素分圧Po21.0×10-2から1.0×10-30を有
する浸炭性雰囲気中で有用な耐浸炭性合金。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の熱間圧延焼鈍
合金。 ３ 重量％でニツケル50〜55％、クロム16〜22
％、アルミニウム３〜4.5％、コバルト５％まで、
炭素0.03〜0.3％と、モリブテン５％まで、タン
グステン２％までの１種又は２種、残部実質上鉄
からなることを特徴とする、酸素分圧Po21.0×
10-2から1.0×10-30から、1.0×10-30を有する浸炭
性雰囲気中で有用な耐浸炭性合金。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の熱間圧延焼鈍
合金。 ５ 重量％でニツケル50〜55％、クロム16〜22
％、アルミニウム３〜4.5％、コバルト５％まで、
希土類元素0.2％まで、炭素0.03〜0.3％と、モリ
ブテン５％まで、タングステン２％までの１種又
は２種、残部実質上鉄からなることを特徴とす
る、酸素分圧Po21.0×10-2から1.0×10-30を有す
る浸炭性雰囲気中で有用な耐浸炭性合金。 ６ 炭素0.06〜0.19％、ニツケル52〜54.5％、ク
ロム18〜19％、アルミニウム3.5〜3.8％、モリブ
デン2.5％まで、コバルト3.3％まで、タングステ
ン1.2〜1.5％、セリウム0.02％までを含有し、残
部が実質上鉄である、特許請求の範囲第５項に記
載の合金。 ７ 特許請求の範囲第５項に記載の熱間圧延焼鈍
合金。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP62295943A Granted JPS63145739A (ja) | 1986-11-24 | 1987-11-24 | 耐浸炭性合金 |
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| JP (1) | JPS63145739A (ja) |
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-
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