JPH0527701B2 - - Google Patents
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- JPH0527701B2 JPH0527701B2 JP63507747A JP50774788A JPH0527701B2 JP H0527701 B2 JPH0527701 B2 JP H0527701B2 JP 63507747 A JP63507747 A JP 63507747A JP 50774788 A JP50774788 A JP 50774788A JP H0527701 B2 JPH0527701 B2 JP H0527701B2
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- 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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Description
請求の範囲
銅 0.15重量％未満
珪 素 0.5〜1.0重量％
鉄 12〜20重量％
クロム 20〜25重量％
ニツケル 33〜53重量％
モリブデン ６〜９重量％
コバルト ４〜８重量％
マンガン ２〜４重量％
よりなる、厳しいリン酸環境に対して高い耐食性
を有する大気溶融可能なニツケル基合金。 ２ オーステナイトマトリツクスを有する請求項
１に記載の合金。 ３ 0.08重量％までの炭素を含有する請求項１に
記載の合金。 ４ ハロゲンイオンを含有するリン酸環境に高い
耐食性をする請求項１に記載の合金。 ５ 鉄 12〜20％ クロム 20〜25％ ニツケル 33〜53％ モリブデン ６〜９％ コバルト ４〜８％ マンガン ２〜４％ 珪 素 0.5〜1.0％ よりなる、厳しいリン酸環境に対して高い耐食性
を有する大気溶融可能なニツケル基合金。 ６ 0.08％までの炭素を含有する請求項５に記載
の合金。 ７ 合金がオーステナイトである請求項６に記載
の合金。 ８ 0.2％までの窒素を含有する請求項５に記載
の合金。 技術分野 腐食環境の下で用いられる装置は通常ステンレ
ススチールや他の高合金のような金属合金から構
成される。これらの合金は、装置に濃硫酸や濃リ
ン酸などの化学薬品がふれる極端な腐食効果をも
つ環境に耐えられる必要がある。とくに難かしい
環境はリン肥料に製造する場合である。リン鉱石
を高温濃硫酸で分解するとき、装置は約100℃の
温度環境に耐えなければならない。生成された不
純な硫酸は非常に高い腐食性を有し、またいくら
かの残留硫酸を含んでいる。この腐食効果は硫酸
中の他の不純物、とくに工程で使用されるリン鉱
石に通常含まれている塩化物やフツ化物などのハ
ロゲンイオンによつて、しばしば高められる。天
然リン酸の濃縮の際は非常に腐食性のある環境と
なる。 背景技術 従来、非常に腐食性のある環境用としてはハス
テロイ（Hasteloy）C276などの高合金が一般に
用いられている。高合金は真空またはエレクトロ
スラグ処理などの高価で特殊が処理な必要であ
る。炭素およびシリコン残留物が低いことが要求
される高合金は特殊は溶解技術を用いて溶解しな
ければならず、一般には鍛錬された形でのみ利用
できる。それらは大気溶解技術を用いる商業用の
鋳造工場で鋳造できない。 市販の高合金用に指定された非常に低い炭素お
よびシリコン含有量はこれらの高価な溶解技術に
よつて製造される。比較的高いシリコン含有量は
溶解した金属の流動性を高め、その溶解した金属
を鋳造可能にする。シリコン含有量が高合金用と
して非常に低い場合、溶解した金属は流動性を欠
き、従来の砂型鋳造、埋没法あるいは遠心鋳造に
よつては鋳造できない。 発明の開示 出願人はリン肥料を製造する環境下で特別な耐
食性を有する新しい合金を発明した。この優れた
耐食性に加えて、この新しい合金は比較的安価で
あり、また鋳造性が高く複雑な部分や形状を形成
することができる。この合金は従来の安価な大気
溶解技術によつて製造することができ、この場合
とくに効果的である。出願人の合金は代表的に約
20〜25％のクロム、６〜９％のモリブデン、0.5
〜１％のシリコン、２〜４％のマンガン、15〜20
％の鉄、４〜８％のコバルト、0.2％までの窒素、
0.2％までの炭素および0.15％以下の銅（銅の含
有量は低い方が好ましい）を含むものである。残
部（約33〜53％）はニツケルである。 出願人の合金は大気溶解された、実質に銅が入
つていない、ニツケルをベースとした耐食性合金
である。出願人は今まで知られていたこととは逆
に、実質的に銅が入つていない合金は銅を含む同
様の合金と同等の耐食性を示すこと、たいていの
場合銅を含む同様の合金より非常によい耐食性を
示すことを発見した。とくに肥料用リン酸を濃縮
する厳しい環境下においてそうである。このこと
は塩化物やフツ化物のどのハロゲンイオンが多い
場合に特にあてはまる。 出願人は実質的に銅が入つていない合金がこの
分野で一般に使用されているハステロイC276の
ような市販の合金より非常に優れていることを発
見した。出願人の合金は、標準的な大気溶解技術
によつて作られ、この分野で使用される従来の高
合金に要求される特別な技術は必要でないという
重要な利点を有している。 オーステナイト・ステンレススチールや他の高
合金などのような耐食性合金は銅含有量は、イオ
ウやリンの酸にさらされる環境下では、これらの
合金の耐食性を高めることが一般に知られてい
る。代表的な耐食性合金は耐食性を良くするため
有効銅含有量を使用している。銅含有量が高すぎ
ると、鋳造や高温の加工を困難にさせる高温脆性
の状態が起こり得ることが知られている。銅はま
たこれらの合金の溶接可能性を低下させるが、従
来より有効銅含有量が望ましい。ところが出願人
は本質的に銅なしで高い耐食性のある合金を製造
できることを発見した。そうする中で、出願人は
さらに溶接可能な合金を製造し、それにより工程
の歩留りを高めたり、スクラツプや廃棄金属の再
生ができる。これらの要素はすべて出願人の合金
をさらに低コストにするのに寄与する。 世界の色々な場所のリン鉱石堆積物は化学的組
成が非常に異なる。最も厳しい腐食環境は、代表
的には塩化物やフツ化物などのハロゲンの含有量
が多いリン鉱石の堆積物を処理する場合である。
本発明の目的は厳しい腐食環境にあるリン鉱石を
処理するときに使用するのに適した構造の材料を
製造することである。 本発明の別の目的は銅の含有量が少なくて高い
耐食性を有する耐食物質を提供することである。 本発明のさらに別の目的は従来の方法で鋳造で
きるようにするため十分な量のシリコンを含む高
耐食性合金を提供することである。 本発明の目的は強度および硬度の大きい耐食性
合金を提供することである。 出願人の実質的に銅を含まない合金は、炭素の
量に応じて２つの形式で製造される。本発明の超
低炭素合金は炭素含有量が約0.08％以下であり、
また溶液処理をしたときオーステナイト固溶体構
造を有している。炭素含有量が0.10ないし0.20の
低炭素合金は漢字のような形態で析出する。ここ
で使用される用語「低炭素」および「超低炭素」
は上記の炭素含有量を有する合金を説明すること
を意味している。析出は重金属炭化物と同様に定
義されている。ロツクウエルＣスケールに変換さ
れた微少硬度試験では低炭素合金素地は硬度約
26.7、そして炭化物中で約52.3である。低炭素合
金は超低炭素合金が示すような並みはずれた高い
耐食性は有していない。しかし、低炭素合金は、
物理的な研摩、浸食または剥摩が起きる腐食的な
使用の下では、非常に有用な構造を有している。 本発明は次の発明を実施するための最良の形態
を参照することによつてさらによく理解されよ
う。 発明を実施するための最良の形態 本発明の合金はニツケルをベースとして多量の
鉄と中位ないし多量のクロムを含有している。こ
の合金は33ないし53％のニツケル、好ましくは約
42％（100％までの残りの量として）のニツケル、
約20ないし25％のクロム、約６ないし９％のモリ
ブデン、約４ないし８％のコバルト、約15ないし
20％の鉄、約２ないし４％のマンガンおよび約
0.5ないし1.0％のシリコンを含有している。この
合金は実質的に銅が含まれておらず、その含有量
は0.15％以下、好ましくは実質的に0.15％以下で
ある。この合金は約0.2％までの炭素、好ましく
は約0.08％までの炭素を含有するとともにオース
テナイト組成を有し、または約0.10ないし0.20％
の炭素を含有するとともにオーステナイト素地に
おいて非常に固い漢字のような析出構造を有して
いる。この合金はさらに通常の合金の組成物と同
様に少量の混入物または異物たとえばイオウやリ
ンを含むこともある。これらの要素は従来どおり
できるだけ低くする方が好ましい。好ましくはイ
オウ約0.025重量パーセント以下そしてリンは約
0.025重量パーセント以下にする。約0.20重量パ
ーセントまでの窒素はオーステナイト構造の形成
を促進するためおよび強度を増大させるため合金
の要素として使用できる。 ニツケルはベース金属として比較的高い割合で
この合金に含まれている。ニツケルはこの合金の
耐食性を大いに増加させる。クロムは約20ないし
25重量パーセントで中位ないし高いレベルであ
る。クロムは、合金に耐食性および強度を付加す
るため、上記限度内で多く含ませるのが好まし
い。コバルトおよびマンガンを加えることは強度
をさらに増加させ、耐食性を向上させる。 出願人は、この合金からできるだけ最大限に銅
を除去することが合金の鋳造を大いに向上させ、
従来の銅を含む合金と同じくらいまたはそれ以上
に高い耐食性を有する合金を提供することを発見
した。さらにこの合金から銅を除くことによつて
合金の溶接性が大いに改善される。銅の含有量は
できるだけ低く、好ましくは実質的に0.15重量パ
ーセントに以下にするのが望ましい。 ハロゲンを含む厳しいリン酸環境下において耐
食性を向上させるために、この合金のシリコン含
有量はできるだけ低くするべきである。ところが
合金中のシリコンを減少させると金属の流動性を
減少させ、とくに従来の大気溶解、重力鋳造技術
を用いた合金の鋳造ができなくなることが知られ
ている。しかし、出願人は、本発明による合金に
おいてはシリコン含有量を実質的に1.0重量パー
セント以下に減少させることができ、また溶解状
態ではかなり流動性が高い合金が提供できること
を発見した。出願人の合金は複雑な形の鋳造であ
つても優れた鋳造物を製造することができる。さ
らに、出願人はこの低シリコン含有量のときリン
酸を含むハロゲン化物に対する合金の耐食性が大
いに改善されることがわかつた。シリコン含有量
は0.5ないし1.0重量パーセントが好ましい。 鉄は設定された限度内において従来同様に多く
含まれているのが好ましい。鉄はニツケル、クロ
ムおよび他の高合金よりかなり安価な要素である
ため、鉄の含有量が高いと合金のコストが低減す
る。その上、鉄含有量が多いと純粋な合金の使用
を要求されることなく鉄との合金の形で合金要素
を含ませることができる、このことは合金の製造
コストを減少させる。さらに出願人は、この合金
の制限内で鉄の存在により合金の全体の耐食性、
溶接性および鋳造性が減少することはないことが
わかつた。出願人の合金は鋳造可能な合金として
説明したが、それは旋盤、切削またはドリルなど
のような従来の処理法によつて容易に機械加工す
ることもできる。 上述したように、本発明はCuの含有量をでき
るだけ少なくし（0.15重量％未満）且つSiを存在
させて（0.5〜1.0重量％）厳しいリン酸環境にお
いて高い耐食性を保持する高度に鋳造可能な合金
を提供することを特徴としているが、各合金元素
の添加理由および数値限定理由を要約して示せば
次のとおりである。 (1) Ni 本発明の合金はニツケル基合金すなわちNi
は耐食性、耐摩耗性、強度を付与するために存
在させる主要な成分元素であり、その目的を達
成するためには33〜53重量％添加すべきであ
る。 (2) Cr Crは非常に硬くかつ耐摩耗性を有する。合
金の耐食性、耐摩耗性、強度をさらに強化する
ためにはCrを20〜25重量％添加すべきである。 (3) Mo Moは非常に硬く且つ耐摩耗性を有する。
Moの効果はCrの添加によりニツケル基合金に
付与された硬度、耐食性および耐摩耗性をさら
に増大させることであつて、６〜９重量％添加
するとCr単独の添加以上の効果が得られる。
つまりCrとMoの併用により各元素の効果より
大きな効果を得ることができる。 (4) Mn Mnも非常に硬くかつ耐摩耗性がある。２〜
４重量％添加すると合金の耐食性、耐摩耗性お
よび強度がさらに高くなる。 (5) Co Coを４〜８重量％添加するとNi基合金の強
度、硬度、耐食性および耐摩耗性が増大する。
上記限定量のCoとMnをニツケル基合金に併用
すると合金中に充分な靭性と延性を維持しなが
ら所定量のCrとMoを含有させることができ
る。すなわち、Mn、CoおよびNiが所定量で相
互作用してマトリツクスを形成する結果、普通
より多量のCrおよびMnを含有させても合金は
脆化することがない。 (6) Fe 12〜20重量％添加するのは合金のコストを低
減させるためである。Feはマトリツクス中の
Niと置換して合金のコストを低減するが、Fe
の添加量が12〜20重量％範囲内では合金の強
度、硬度、耐食性および耐摩耗性を喪失させな
い。 (7) Cu Cuは特にフツ素を含むH3PO4環境において
耐食性を得るにはNi基合金に2.5〜８重量％添
加する必要があると信じられていた。ところ
が、本出願人は上述したように合金中の同含有
量を最小限すなわち0.15重量％未満にすること
により合金の鋳造性を大きく改善できるばかり
か、高い耐食性も得ることができることを見出
し、本発明に至つたのである。従つて、本発明
ではCuの含有を0.15重量％未満にすべきであ
る。これにより合金の鋳造性が増大しそして塩
素およびフツ素を含む環境下で合金の耐食性を
維持できる。 (8) Si Si添加の主な目的は合金溶融物の流動性を増
大させて鋳造性を改善することである。この効
果は0.5〜1.0重量％の添加量の範囲内であれば
合金の耐食性と耐摩耗性を低下させずに達成す
ることができる。また、合金の耐食性を最大限
に維持するためにはSiは上記範囲内にすべきで
ある。 出願人の合金は２つの仕上げ形態をとる。第１
の形態では、出願人の合金は約0.08％までの好ま
しくは約0.02ないし0.08％の炭素組成を有する。
この形態は超低炭素形態であり、オーステナイト
構造を示し、目標とする環境とくに塩化物やフツ
化物などのハロゲン化物イオンを含む環境の下で
非常に高い耐食性を有する。本発明の第２の形態
は低炭素形態である。この形態は代表的には約
0.1ないし0.2重量パーセントの炭素含有量を有す
る。低炭素形態は漢字のような炭素析出を含むオ
ーステナイト素地を有する２相構成で形成されて
いる。この析出は並みはずれた硬度を有してい
る。低炭素合金は目標とする環境において超低炭
素合金が示すような非常に高い耐食性を有しない
が、それらは腐食、摩耗、浸食および剥摩のある
環境下でも使用可能である。低炭素合金は、リン
酸製造中に起こり得るような酸性化したリン鉱石
のスラリーのポンピングなどの高い腐食および研
摩要因を有する環境において、まれに見る有用性
を見い出すことができる。 本発明の超低炭素合金の好ましい組成は、ニツ
ケル約41.7％、クロム約22.5％、モリブデン約8.0
％、コバルト約６〜８％、鉄約16％、マンガン約
2.5〜3.0％、炭素約0.08％まで、シリコン約0.6〜
0.75％および銅約0.15％以下である。 次の表は本発明の思想に基づいて作られた合金
の実施例を従来の合金と比較して示している。リ
ユウメツト25（商標）は米国特許3758296号に開示
された合金の商業版である。実施例のすべては表
から表までに要約されるように、商業的合金
ハステロイ（商標）C276およびカーペンター
（商標）20Cb3を除いて、従来の大気溶解技術に
よつて作られた合金である。ハステロイ（商標）
C276は超低炭素およびシリコン鍛錬用合金の一
例であり、これには特別な溶解処理が要求され
る。カーペンター20Cb3は商業的な鍛錬用材料で
ある。さらに表では従来の316タイプのステンレ
ス銅の２つの変形（CF8MおよびCFBMX）が比
較されている。表はこれらの合金の組成の比較
を示している。表に示された実験材料は原料を適
正な割合で従来の電気炉で溶解し、脱酸して従来
の重量鋳造技術を使つて試料棒に鋳造して作られ
たものである。鋳造棒は熱処理を行なつた。1050
℃（2000〓）以上で溶解して水焼れするなどの固
溶化熱処理なら十分である。
を有する大気溶融可能なニツケル基合金。 ２ オーステナイトマトリツクスを有する請求項
１に記載の合金。 ３ 0.08重量％までの炭素を含有する請求項１に
記載の合金。 ４ ハロゲンイオンを含有するリン酸環境に高い
耐食性をする請求項１に記載の合金。 ５ 鉄 12〜20％ クロム 20〜25％ ニツケル 33〜53％ モリブデン ６〜９％ コバルト ４〜８％ マンガン ２〜４％ 珪 素 0.5〜1.0％ よりなる、厳しいリン酸環境に対して高い耐食性
を有する大気溶融可能なニツケル基合金。 ６ 0.08％までの炭素を含有する請求項５に記載
の合金。 ７ 合金がオーステナイトである請求項６に記載
の合金。 ８ 0.2％までの窒素を含有する請求項５に記載
の合金。 技術分野 腐食環境の下で用いられる装置は通常ステンレ
ススチールや他の高合金のような金属合金から構
成される。これらの合金は、装置に濃硫酸や濃リ
ン酸などの化学薬品がふれる極端な腐食効果をも
つ環境に耐えられる必要がある。とくに難かしい
環境はリン肥料に製造する場合である。リン鉱石
を高温濃硫酸で分解するとき、装置は約100℃の
温度環境に耐えなければならない。生成された不
純な硫酸は非常に高い腐食性を有し、またいくら
かの残留硫酸を含んでいる。この腐食効果は硫酸
中の他の不純物、とくに工程で使用されるリン鉱
石に通常含まれている塩化物やフツ化物などのハ
ロゲンイオンによつて、しばしば高められる。天
然リン酸の濃縮の際は非常に腐食性のある環境と
なる。 背景技術 従来、非常に腐食性のある環境用としてはハス
テロイ（Hasteloy）C276などの高合金が一般に
用いられている。高合金は真空またはエレクトロ
スラグ処理などの高価で特殊が処理な必要であ
る。炭素およびシリコン残留物が低いことが要求
される高合金は特殊は溶解技術を用いて溶解しな
ければならず、一般には鍛錬された形でのみ利用
できる。それらは大気溶解技術を用いる商業用の
鋳造工場で鋳造できない。 市販の高合金用に指定された非常に低い炭素お
よびシリコン含有量はこれらの高価な溶解技術に
よつて製造される。比較的高いシリコン含有量は
溶解した金属の流動性を高め、その溶解した金属
を鋳造可能にする。シリコン含有量が高合金用と
して非常に低い場合、溶解した金属は流動性を欠
き、従来の砂型鋳造、埋没法あるいは遠心鋳造に
よつては鋳造できない。 発明の開示 出願人はリン肥料を製造する環境下で特別な耐
食性を有する新しい合金を発明した。この優れた
耐食性に加えて、この新しい合金は比較的安価で
あり、また鋳造性が高く複雑な部分や形状を形成
することができる。この合金は従来の安価な大気
溶解技術によつて製造することができ、この場合
とくに効果的である。出願人の合金は代表的に約
20〜25％のクロム、６〜９％のモリブデン、0.5
〜１％のシリコン、２〜４％のマンガン、15〜20
％の鉄、４〜８％のコバルト、0.2％までの窒素、
0.2％までの炭素および0.15％以下の銅（銅の含
有量は低い方が好ましい）を含むものである。残
部（約33〜53％）はニツケルである。 出願人の合金は大気溶解された、実質に銅が入
つていない、ニツケルをベースとした耐食性合金
である。出願人は今まで知られていたこととは逆
に、実質的に銅が入つていない合金は銅を含む同
様の合金と同等の耐食性を示すこと、たいていの
場合銅を含む同様の合金より非常によい耐食性を
示すことを発見した。とくに肥料用リン酸を濃縮
する厳しい環境下においてそうである。このこと
は塩化物やフツ化物のどのハロゲンイオンが多い
場合に特にあてはまる。 出願人は実質的に銅が入つていない合金がこの
分野で一般に使用されているハステロイC276の
ような市販の合金より非常に優れていることを発
見した。出願人の合金は、標準的な大気溶解技術
によつて作られ、この分野で使用される従来の高
合金に要求される特別な技術は必要でないという
重要な利点を有している。 オーステナイト・ステンレススチールや他の高
合金などのような耐食性合金は銅含有量は、イオ
ウやリンの酸にさらされる環境下では、これらの
合金の耐食性を高めることが一般に知られてい
る。代表的な耐食性合金は耐食性を良くするため
有効銅含有量を使用している。銅含有量が高すぎ
ると、鋳造や高温の加工を困難にさせる高温脆性
の状態が起こり得ることが知られている。銅はま
たこれらの合金の溶接可能性を低下させるが、従
来より有効銅含有量が望ましい。ところが出願人
は本質的に銅なしで高い耐食性のある合金を製造
できることを発見した。そうする中で、出願人は
さらに溶接可能な合金を製造し、それにより工程
の歩留りを高めたり、スクラツプや廃棄金属の再
生ができる。これらの要素はすべて出願人の合金
をさらに低コストにするのに寄与する。 世界の色々な場所のリン鉱石堆積物は化学的組
成が非常に異なる。最も厳しい腐食環境は、代表
的には塩化物やフツ化物などのハロゲンの含有量
が多いリン鉱石の堆積物を処理する場合である。
本発明の目的は厳しい腐食環境にあるリン鉱石を
処理するときに使用するのに適した構造の材料を
製造することである。 本発明の別の目的は銅の含有量が少なくて高い
耐食性を有する耐食物質を提供することである。 本発明のさらに別の目的は従来の方法で鋳造で
きるようにするため十分な量のシリコンを含む高
耐食性合金を提供することである。 本発明の目的は強度および硬度の大きい耐食性
合金を提供することである。 出願人の実質的に銅を含まない合金は、炭素の
量に応じて２つの形式で製造される。本発明の超
低炭素合金は炭素含有量が約0.08％以下であり、
また溶液処理をしたときオーステナイト固溶体構
造を有している。炭素含有量が0.10ないし0.20の
低炭素合金は漢字のような形態で析出する。ここ
で使用される用語「低炭素」および「超低炭素」
は上記の炭素含有量を有する合金を説明すること
を意味している。析出は重金属炭化物と同様に定
義されている。ロツクウエルＣスケールに変換さ
れた微少硬度試験では低炭素合金素地は硬度約
26.7、そして炭化物中で約52.3である。低炭素合
金は超低炭素合金が示すような並みはずれた高い
耐食性は有していない。しかし、低炭素合金は、
物理的な研摩、浸食または剥摩が起きる腐食的な
使用の下では、非常に有用な構造を有している。 本発明は次の発明を実施するための最良の形態
を参照することによつてさらによく理解されよ
う。 発明を実施するための最良の形態 本発明の合金はニツケルをベースとして多量の
鉄と中位ないし多量のクロムを含有している。こ
の合金は33ないし53％のニツケル、好ましくは約
42％（100％までの残りの量として）のニツケル、
約20ないし25％のクロム、約６ないし９％のモリ
ブデン、約４ないし８％のコバルト、約15ないし
20％の鉄、約２ないし４％のマンガンおよび約
0.5ないし1.0％のシリコンを含有している。この
合金は実質的に銅が含まれておらず、その含有量
は0.15％以下、好ましくは実質的に0.15％以下で
ある。この合金は約0.2％までの炭素、好ましく
は約0.08％までの炭素を含有するとともにオース
テナイト組成を有し、または約0.10ないし0.20％
の炭素を含有するとともにオーステナイト素地に
おいて非常に固い漢字のような析出構造を有して
いる。この合金はさらに通常の合金の組成物と同
様に少量の混入物または異物たとえばイオウやリ
ンを含むこともある。これらの要素は従来どおり
できるだけ低くする方が好ましい。好ましくはイ
オウ約0.025重量パーセント以下そしてリンは約
0.025重量パーセント以下にする。約0.20重量パ
ーセントまでの窒素はオーステナイト構造の形成
を促進するためおよび強度を増大させるため合金
の要素として使用できる。 ニツケルはベース金属として比較的高い割合で
この合金に含まれている。ニツケルはこの合金の
耐食性を大いに増加させる。クロムは約20ないし
25重量パーセントで中位ないし高いレベルであ
る。クロムは、合金に耐食性および強度を付加す
るため、上記限度内で多く含ませるのが好まし
い。コバルトおよびマンガンを加えることは強度
をさらに増加させ、耐食性を向上させる。 出願人は、この合金からできるだけ最大限に銅
を除去することが合金の鋳造を大いに向上させ、
従来の銅を含む合金と同じくらいまたはそれ以上
に高い耐食性を有する合金を提供することを発見
した。さらにこの合金から銅を除くことによつて
合金の溶接性が大いに改善される。銅の含有量は
できるだけ低く、好ましくは実質的に0.15重量パ
ーセントに以下にするのが望ましい。 ハロゲンを含む厳しいリン酸環境下において耐
食性を向上させるために、この合金のシリコン含
有量はできるだけ低くするべきである。ところが
合金中のシリコンを減少させると金属の流動性を
減少させ、とくに従来の大気溶解、重力鋳造技術
を用いた合金の鋳造ができなくなることが知られ
ている。しかし、出願人は、本発明による合金に
おいてはシリコン含有量を実質的に1.0重量パー
セント以下に減少させることができ、また溶解状
態ではかなり流動性が高い合金が提供できること
を発見した。出願人の合金は複雑な形の鋳造であ
つても優れた鋳造物を製造することができる。さ
らに、出願人はこの低シリコン含有量のときリン
酸を含むハロゲン化物に対する合金の耐食性が大
いに改善されることがわかつた。シリコン含有量
は0.5ないし1.0重量パーセントが好ましい。 鉄は設定された限度内において従来同様に多く
含まれているのが好ましい。鉄はニツケル、クロ
ムおよび他の高合金よりかなり安価な要素である
ため、鉄の含有量が高いと合金のコストが低減す
る。その上、鉄含有量が多いと純粋な合金の使用
を要求されることなく鉄との合金の形で合金要素
を含ませることができる、このことは合金の製造
コストを減少させる。さらに出願人は、この合金
の制限内で鉄の存在により合金の全体の耐食性、
溶接性および鋳造性が減少することはないことが
わかつた。出願人の合金は鋳造可能な合金として
説明したが、それは旋盤、切削またはドリルなど
のような従来の処理法によつて容易に機械加工す
ることもできる。 上述したように、本発明はCuの含有量をでき
るだけ少なくし（0.15重量％未満）且つSiを存在
させて（0.5〜1.0重量％）厳しいリン酸環境にお
いて高い耐食性を保持する高度に鋳造可能な合金
を提供することを特徴としているが、各合金元素
の添加理由および数値限定理由を要約して示せば
次のとおりである。 (1) Ni 本発明の合金はニツケル基合金すなわちNi
は耐食性、耐摩耗性、強度を付与するために存
在させる主要な成分元素であり、その目的を達
成するためには33〜53重量％添加すべきであ
る。 (2) Cr Crは非常に硬くかつ耐摩耗性を有する。合
金の耐食性、耐摩耗性、強度をさらに強化する
ためにはCrを20〜25重量％添加すべきである。 (3) Mo Moは非常に硬く且つ耐摩耗性を有する。
Moの効果はCrの添加によりニツケル基合金に
付与された硬度、耐食性および耐摩耗性をさら
に増大させることであつて、６〜９重量％添加
するとCr単独の添加以上の効果が得られる。
つまりCrとMoの併用により各元素の効果より
大きな効果を得ることができる。 (4) Mn Mnも非常に硬くかつ耐摩耗性がある。２〜
４重量％添加すると合金の耐食性、耐摩耗性お
よび強度がさらに高くなる。 (5) Co Coを４〜８重量％添加するとNi基合金の強
度、硬度、耐食性および耐摩耗性が増大する。
上記限定量のCoとMnをニツケル基合金に併用
すると合金中に充分な靭性と延性を維持しなが
ら所定量のCrとMoを含有させることができ
る。すなわち、Mn、CoおよびNiが所定量で相
互作用してマトリツクスを形成する結果、普通
より多量のCrおよびMnを含有させても合金は
脆化することがない。 (6) Fe 12〜20重量％添加するのは合金のコストを低
減させるためである。Feはマトリツクス中の
Niと置換して合金のコストを低減するが、Fe
の添加量が12〜20重量％範囲内では合金の強
度、硬度、耐食性および耐摩耗性を喪失させな
い。 (7) Cu Cuは特にフツ素を含むH3PO4環境において
耐食性を得るにはNi基合金に2.5〜８重量％添
加する必要があると信じられていた。ところ
が、本出願人は上述したように合金中の同含有
量を最小限すなわち0.15重量％未満にすること
により合金の鋳造性を大きく改善できるばかり
か、高い耐食性も得ることができることを見出
し、本発明に至つたのである。従つて、本発明
ではCuの含有を0.15重量％未満にすべきであ
る。これにより合金の鋳造性が増大しそして塩
素およびフツ素を含む環境下で合金の耐食性を
維持できる。 (8) Si Si添加の主な目的は合金溶融物の流動性を増
大させて鋳造性を改善することである。この効
果は0.5〜1.0重量％の添加量の範囲内であれば
合金の耐食性と耐摩耗性を低下させずに達成す
ることができる。また、合金の耐食性を最大限
に維持するためにはSiは上記範囲内にすべきで
ある。 出願人の合金は２つの仕上げ形態をとる。第１
の形態では、出願人の合金は約0.08％までの好ま
しくは約0.02ないし0.08％の炭素組成を有する。
この形態は超低炭素形態であり、オーステナイト
構造を示し、目標とする環境とくに塩化物やフツ
化物などのハロゲン化物イオンを含む環境の下で
非常に高い耐食性を有する。本発明の第２の形態
は低炭素形態である。この形態は代表的には約
0.1ないし0.2重量パーセントの炭素含有量を有す
る。低炭素形態は漢字のような炭素析出を含むオ
ーステナイト素地を有する２相構成で形成されて
いる。この析出は並みはずれた硬度を有してい
る。低炭素合金は目標とする環境において超低炭
素合金が示すような非常に高い耐食性を有しない
が、それらは腐食、摩耗、浸食および剥摩のある
環境下でも使用可能である。低炭素合金は、リン
酸製造中に起こり得るような酸性化したリン鉱石
のスラリーのポンピングなどの高い腐食および研
摩要因を有する環境において、まれに見る有用性
を見い出すことができる。 本発明の超低炭素合金の好ましい組成は、ニツ
ケル約41.7％、クロム約22.5％、モリブデン約8.0
％、コバルト約６〜８％、鉄約16％、マンガン約
2.5〜3.0％、炭素約0.08％まで、シリコン約0.6〜
0.75％および銅約0.15％以下である。 次の表は本発明の思想に基づいて作られた合金
の実施例を従来の合金と比較して示している。リ
ユウメツト25（商標）は米国特許3758296号に開示
された合金の商業版である。実施例のすべては表
から表までに要約されるように、商業的合金
ハステロイ（商標）C276およびカーペンター
（商標）20Cb3を除いて、従来の大気溶解技術に
よつて作られた合金である。ハステロイ（商標）
C276は超低炭素およびシリコン鍛錬用合金の一
例であり、これには特別な溶解処理が要求され
る。カーペンター20Cb3は商業的な鍛錬用材料で
ある。さらに表では従来の316タイプのステンレ
ス銅の２つの変形（CF8MおよびCFBMX）が比
較されている。表はこれらの合金の組成の比較
を示している。表に示された実験材料は原料を適
正な割合で従来の電気炉で溶解し、脱酸して従来
の重量鋳造技術を使つて試料棒に鋳造して作られ
たものである。鋳造棒は熱処理を行なつた。1050
℃（2000〓）以上で溶解して水焼れするなどの固
溶化熱処理なら十分である。
【表】
【表】
【表】
表はそれに示された環境下でのこれらの合金
の腐食試験の比較をまとめたものである。合金は
従来どおりの試料片にされて一連の腐食試験が行
なれた。一連の試験は90℃のリン酸の中で行なわ
れた。試験は96時間の行なわてた。特記してある
場合、試料は115℃の温度で12時間試験された。
この非常に厳しい試験は試験装置の故障の結果起
きたものである。リン酸の組成は塩化物イオンの
含有量が記載するとおり有するように調整されて
いる。リン酸は粗リン酸であり、これはフロリダ
リン酸鉱石を用いてリン酸肥料を製造するときに
使用される代表的な酸である。32％のP2O5（五酸
化二リン）および54％のP2O5の２つの標準等級
が試験された。試験られた３番目の等級である42
％のP2O5は同じフロリダリン鉱石を使つて異な
る商業的な工程によつて製造される。これらの酸
には、54％のP2O5中に約2.2％のフツ化物イオン
が、32％のP2O5中には約1.25％のフツ化物イオン
が含まれている。これらの酸組成は高いハロゲン
化物イオンを有する厳しいリン酸環境下における
組成の典型的なものである。 表からわかるように、出願人の新しい超低炭
素合金は従来の鍛錬された鋳造材料より優れたも
のとして特に試験された。出願人の新しい合金の
ハロゲン化物イオンを含む32％P2O5溶液に対す
る耐性は、試験された材料のうち最上のものであ
るリユウメツト25よりはるかに優れたものとして
試験された。32％のP2O5溶液はリン酸濃縮が起
きる環境の典型的なものである。
の腐食試験の比較をまとめたものである。合金は
従来どおりの試料片にされて一連の腐食試験が行
なれた。一連の試験は90℃のリン酸の中で行なわ
れた。試験は96時間の行なわてた。特記してある
場合、試料は115℃の温度で12時間試験された。
この非常に厳しい試験は試験装置の故障の結果起
きたものである。リン酸の組成は塩化物イオンの
含有量が記載するとおり有するように調整されて
いる。リン酸は粗リン酸であり、これはフロリダ
リン酸鉱石を用いてリン酸肥料を製造するときに
使用される代表的な酸である。32％のP2O5（五酸
化二リン）および54％のP2O5の２つの標準等級
が試験された。試験られた３番目の等級である42
％のP2O5は同じフロリダリン鉱石を使つて異な
る商業的な工程によつて製造される。これらの酸
には、54％のP2O5中に約2.2％のフツ化物イオン
が、32％のP2O5中には約1.25％のフツ化物イオン
が含まれている。これらの酸組成は高いハロゲン
化物イオンを有する厳しいリン酸環境下における
組成の典型的なものである。 表からわかるように、出願人の新しい超低炭
素合金は従来の鍛錬された鋳造材料より優れたも
のとして特に試験された。出願人の新しい合金の
ハロゲン化物イオンを含む32％P2O5溶液に対す
る耐性は、試験された材料のうち最上のものであ
るリユウメツト25よりはるかに優れたものとして
試験された。32％のP2O5溶液はリン酸濃縮が起
きる環境の典型的なものである。
【表】
【表】
【表】
【表】
表では出願人の多くの合金が、空気にさらさ
れた98％硫酸の中で比較試験された。この試験は
100℃、110℃および200℃で行なわれた。表から
わかるように、合金は濃硫酸中において、とくに
通常リン酸工場で硫酸を取扱うときのような温度
100℃およびそれ以下において、高い耐食性を示
している。
れた98％硫酸の中で比較試験された。この試験は
100℃、110℃および200℃で行なわれた。表から
わかるように、合金は濃硫酸中において、とくに
通常リン酸工場で硫酸を取扱うときのような温度
100℃およびそれ以下において、高い耐食性を示
している。
【表】
表は出願人の合金の硬度および強度データで
ある。出願人の合金は高い機械的強度および硬度
を有していることがわかる。そのため出願人の合
金は腐食環境に接する構造的および機械的構成要
素に適している。
ある。出願人の合金は高い機械的強度および硬度
を有していることがわかる。そのため出願人の合
金は腐食環境に接する構造的および機械的構成要
素に適している。
【表】
【表】
【表】
ASTM規格A370に記載されているような標準
鋳造キール試験棒の脚部は実験チヤージN318か
ら鋳造された識見棒から切断されたものである。
切片は試験棒の切断面から除去され充填金属で溶
接される。試験棒は次に固溶化熱処理され評価の
ために別の化学研究所へ提出される。試験棒を約
3.8cm（１ １／２インチ）の半径で180°曲げたとき に破壊は観察されなかつた。この試験は優れた溶
接性を示した。 実験合金の鋳造可能性の評価はこの分野で使用
される一般的タイプの実験的な鋳造を行なうこと
によつてなされる。これらはポンプ推進器および
ポンプ鋳造を含んでいる。溶融金属は鋳型に全て
のボイドを満たすのに十分な流動性を示した。熱
処理工程において鋳造が高温から水入れしたとき
でも、熱間脆性や割れはなかつた。 本発明の範囲内において、この分野の専門家に
とつて自明な様々な変更や修正が可能である。こ
のような変更や修正は請求の範囲に定義された本
発明の範囲および教示の範囲内である。本発明は
ここに説明のために示した実施例によつて制限さ
れるものではなく、添付した請求の範囲およびそ
れらの均等の範囲によつて制限される。
鋳造キール試験棒の脚部は実験チヤージN318か
ら鋳造された識見棒から切断されたものである。
切片は試験棒の切断面から除去され充填金属で溶
接される。試験棒は次に固溶化熱処理され評価の
ために別の化学研究所へ提出される。試験棒を約
3.8cm（１ １／２インチ）の半径で180°曲げたとき に破壊は観察されなかつた。この試験は優れた溶
接性を示した。 実験合金の鋳造可能性の評価はこの分野で使用
される一般的タイプの実験的な鋳造を行なうこと
によつてなされる。これらはポンプ推進器および
ポンプ鋳造を含んでいる。溶融金属は鋳型に全て
のボイドを満たすのに十分な流動性を示した。熱
処理工程において鋳造が高温から水入れしたとき
でも、熱間脆性や割れはなかつた。 本発明の範囲内において、この分野の専門家に
とつて自明な様々な変更や修正が可能である。こ
のような変更や修正は請求の範囲に定義された本
発明の範囲および教示の範囲内である。本発明は
ここに説明のために示した実施例によつて制限さ
れるものではなく、添付した請求の範囲およびそ
れらの均等の範囲によつて制限される。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US90657 | 1987-08-28 | ||
| US07/090,657 US4853183A (en) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | Air meltable castable corrosion resistant alloy and its process thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01502518A JPH01502518A (ja) | 1989-08-31 |
| JPH0527701B2 true JPH0527701B2 (ja) | 1993-04-22 |
Family
ID=22223718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63507747A Granted JPH01502518A (ja) | 1987-08-28 | 1988-08-26 | 大気溶融可能かつ鋳造可能な耐食性合金 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP0329777B1 (ja) |
| JP (1) | JPH01502518A (ja) |
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| FI (1) | FI890755A7 (ja) |
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| CN114411073B (zh) * | 2021-12-29 | 2022-08-02 | 华能国际电力股份有限公司 | 一种同时提高镍铁基合金强塑性的热处理方法 |
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| US2185987A (en) * | 1935-12-28 | 1940-01-02 | Durion Company Inc | Corrosion resistant ferrous alloy |
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| BE795564A (fr) * | 1972-02-16 | 1973-08-16 | Int Nickel Ltd | Alliage de nickel-fer resistant a la corrosion |
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| US4410489A (en) * | 1981-07-17 | 1983-10-18 | Cabot Corporation | High chromium nickel base alloys |
| JPS61551A (ja) * | 1984-06-13 | 1986-01-06 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 強酸化かつ強硫化の腐食雰囲気での耐食性に優れた耐熱合金 |
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- 1987-08-28 US US07/090,657 patent/US4853183A/en not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-01-12 CA CA000556370A patent/CA1293140C/en not_active Expired - Lifetime
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- 1988-08-26 EP EP88908564A patent/EP0329777B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-08-26 WO PCT/US1988/002977 patent/WO1989001985A1/en not_active Ceased
- 1988-08-26 DE DE3853879T patent/DE3853879D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1988-08-26 JP JP63507747A patent/JPH01502518A/ja active Granted
- 1988-08-26 AT AT88908564T patent/ATE123075T1/de active
-
1989
- 1989-04-07 DK DK169189A patent/DK169189A/da not_active IP Right Cessation
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