JPH0578793A - 耐水素脆化性構造合金 - Google Patents
耐水素脆化性構造合金Info
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- JPH0578793A JPH0578793A JP4045659A JP4565992A JPH0578793A JP H0578793 A JPH0578793 A JP H0578793A JP 4045659 A JP4045659 A JP 4045659A JP 4565992 A JP4565992 A JP 4565992A JP H0578793 A JPH0578793 A JP H0578793A
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- JP
- Japan
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- nickel
- iron
- chromium
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】水素燃料型ロケットエンジン環境においての高
温で利用できる、水素環境脆化に対する耐久性、高強度
及び中程度の耐酸化性及び耐腐食性のある新しい合金を
提供する。 【構成】重量％で、３０−３５％のニッケルと、９−１
０％のクロムと、５％未満のコバルトと、１−２％のニ
オブと、０．７−１．０％のアルミニウムと、０．５−
１．４％のチタンと、残余部分の鉄とを有しており、鉄
とニッケル＋クロム＋コバルトとの比が１：１ないし
１．５：１の間に維持されている。
温で利用できる、水素環境脆化に対する耐久性、高強度
及び中程度の耐酸化性及び耐腐食性のある新しい合金を
提供する。 【構成】重量％で、３０−３５％のニッケルと、９−１
０％のクロムと、５％未満のコバルトと、１−２％のニ
オブと、０．７−１．０％のアルミニウムと、０．５−
１．４％のチタンと、残余部分の鉄とを有しており、鉄
とニッケル＋クロム＋コバルトとの比が１：１ないし
１．５：１の間に維持されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄−ニッケル−クロム
含有合金に関するものであって、ニッケル及びクロムの
鉄に対する比、及びニオブ、チタン、アルミニウム元素
の含有量を、水素燃料型ロケットエンジン環境において
の高温での利用のために、水素環境脆化に対する耐久
性、高強度及び中程度の耐酸化性及び耐腐食性を与える
べく制御された合金に関するものである。
含有合金に関するものであって、ニッケル及びクロムの
鉄に対する比、及びニオブ、チタン、アルミニウム元素
の含有量を、水素燃料型ロケットエンジン環境において
の高温での利用のために、水素環境脆化に対する耐久
性、高強度及び中程度の耐酸化性及び耐腐食性を与える
べく制御された合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】厳しい環境における高温度において高強
度を与えるために、鉄、ニッケル及びコバルトの合金を
製造することが可能であることは公知である。ニッケル
をベースとした、鉄をベースとした、及びコバルトをベ
ースとした合金は、酸化及び高温腐食に対する耐久性、
制御した熱膨張係数、高強度及び良好な長期的安定性、
を与えるために製造することが可能であるが、水素環境
脆化に対する耐久性及び酸化及び腐食に対する耐久性の
両方を具備した合金は未だに提供されていない。ロケッ
ト推進適用の場合、特に水素燃料型エンジンシステムの
場合に、これらの特性は極めて望ましいものである。水
素環境脆化に対する耐久性は、水素環境から水素脆化の
影響を受け易い物質を保護するコスト高な方法を除去す
ることを可能としている。約１２００゜Ｆまでの温度範
囲における良好な強度が要求される。主に酸化性雰囲気
に対する間欠的な露呈に起因して、酸化及び腐食に対す
る中程度の耐久性が要求される。これらの適用に対して
有用な合金は、有害なマイクロ構造変化を発生すること
なしに、溶接することが可能なものでなければならな
い。 高温で使用するための合金を製造する従来の技術
は、航空機ガスタービン又は自動車産業における適用に
集中していた。米国特許第４，１６５，９９７号は、強
度保持、延性、及び耐酸性の特性を有する耐熱及び耐腐
食性合金を提供するために少なくともコロンビウム及び
チタン元素を含有する鉄−ニッケル−クロム合金を開示
している。米国特許第４，０６６，４４７号は、動作温
度が５００°Ｆ以上となる場合に、熱膨張係数、変曲温
度、降伏強さ等の満足のいく特性を確保するために、ア
ルミニウム、チタン、及びそのたの微量元素を含有する
低膨張ニッケル−鉄合金を記載している。米国特許第
３，６６３，２１３号は、ニッケル及び鉄含有量が強力
な時効効果を発生するように制御されているニッケル−
クロム合金を記載している。しかしながら、上記米国特
許に記載される合金のいずれもが、耐腐食性及び耐酸化
性と共に、許容可能な程度に高い耐水素環境脆化の特性
を有するものではない。
度を与えるために、鉄、ニッケル及びコバルトの合金を
製造することが可能であることは公知である。ニッケル
をベースとした、鉄をベースとした、及びコバルトをベ
ースとした合金は、酸化及び高温腐食に対する耐久性、
制御した熱膨張係数、高強度及び良好な長期的安定性、
を与えるために製造することが可能であるが、水素環境
脆化に対する耐久性及び酸化及び腐食に対する耐久性の
両方を具備した合金は未だに提供されていない。ロケッ
ト推進適用の場合、特に水素燃料型エンジンシステムの
場合に、これらの特性は極めて望ましいものである。水
素環境脆化に対する耐久性は、水素環境から水素脆化の
影響を受け易い物質を保護するコスト高な方法を除去す
ることを可能としている。約１２００゜Ｆまでの温度範
囲における良好な強度が要求される。主に酸化性雰囲気
に対する間欠的な露呈に起因して、酸化及び腐食に対す
る中程度の耐久性が要求される。これらの適用に対して
有用な合金は、有害なマイクロ構造変化を発生すること
なしに、溶接することが可能なものでなければならな
い。 高温で使用するための合金を製造する従来の技術
は、航空機ガスタービン又は自動車産業における適用に
集中していた。米国特許第４，１６５，９９７号は、強
度保持、延性、及び耐酸性の特性を有する耐熱及び耐腐
食性合金を提供するために少なくともコロンビウム及び
チタン元素を含有する鉄−ニッケル−クロム合金を開示
している。米国特許第４，０６６，４４７号は、動作温
度が５００°Ｆ以上となる場合に、熱膨張係数、変曲温
度、降伏強さ等の満足のいく特性を確保するために、ア
ルミニウム、チタン、及びそのたの微量元素を含有する
低膨張ニッケル−鉄合金を記載している。米国特許第
３，６６３，２１３号は、ニッケル及び鉄含有量が強力
な時効効果を発生するように制御されているニッケル−
クロム合金を記載している。しかしながら、上記米国特
許に記載される合金のいずれもが、耐腐食性及び耐酸化
性と共に、許容可能な程度に高い耐水素環境脆化の特性
を有するものではない。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】本発明は、耐腐食性及び耐酸
化性と共に、高い耐水素環境脆化特性を有する耐熱性合
金を提供することを目的とする。本発明の別の目的とす
るところは、低い制御された熱膨張係数によって特徴付
けられる、沈降硬化高強度合金を提供することである。
本発明の更に別の目的とするところは、例えばプレー
ト、シート、ストリップ、及び鍛造品等の耐熱性加工物
品を提供することである。本発明の更に別の目的とする
ところは、鋳物の形態の物品を提供することである。本
発明の更に別の目的とするところは、有害な微細構造的
変化を発生することなしに、溶接又は接合可能な物品を
提供することである。
化性と共に、高い耐水素環境脆化特性を有する耐熱性合
金を提供することを目的とする。本発明の別の目的とす
るところは、低い制御された熱膨張係数によって特徴付
けられる、沈降硬化高強度合金を提供することである。
本発明の更に別の目的とするところは、例えばプレー
ト、シート、ストリップ、及び鍛造品等の耐熱性加工物
品を提供することである。本発明の更に別の目的とする
ところは、鋳物の形態の物品を提供することである。本
発明の更に別の目的とするところは、有害な微細構造的
変化を発生することなしに、溶接又は接合可能な物品を
提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、重量％
において、３５．０％のニッケルと、１０．０％のクロ
ムと、２．０％のニオブと、１．０％のアルミニウム
と、１．０％のチタンと、残余部の鉄とを有する耐熱
性、耐脆化性、耐腐食性、耐酸化性の特性を有する合金
が提供される。本発明によれば、ニオブ、アルミニウ
ム、及びチタンの夫々のレベルは、強度を維持し且つ生
産性を低下させ且つ溶接微少割れを発生させる有害相形
成を回避するように、調節されている。
において、３５．０％のニッケルと、１０．０％のクロ
ムと、２．０％のニオブと、１．０％のアルミニウム
と、１．０％のチタンと、残余部の鉄とを有する耐熱
性、耐脆化性、耐腐食性、耐酸化性の特性を有する合金
が提供される。本発明によれば、ニオブ、アルミニウ
ム、及びチタンの夫々のレベルは、強度を維持し且つ生
産性を低下させ且つ溶接微少割れを発生させる有害相形
成を回避するように、調節されている。
【０００５】
【実施例】本発明は、耐腐食性及び耐酸化性のみなら
ず、向上した耐水素環境脆化性を具備する合金に関する
ものである。本合金は、重量において、５％を超えるこ
とのないコバルトと、３０−３５％のニッケルと、１−
２％のニオブと、０．７−１．０％のアルミニウムと、
０．５−１．４％のチタンと、残余部の鉄とを有してい
る。鉄とニッケル＋クロム＋コバルトとの比は、耐水素
環境脆化性を維持するために、１：１乃至１．５：１に
維持されている。溶接ゾーン微少割れに対する耐久性を
与えるために、炭素及びボロン含有量は低いレベルに維
持されている。炭素含有量は、重量において０．０２％
未満に制御されており、且つボロン含有量は０．００２
％未満に制御されている。その他の全ての元素は、スー
パーアロイ溶融業界の最良の実施方法と一貫して、トレ
ースレベル即ち微量レベルに制御する。
ず、向上した耐水素環境脆化性を具備する合金に関する
ものである。本合金は、重量において、５％を超えるこ
とのないコバルトと、３０−３５％のニッケルと、１−
２％のニオブと、０．７−１．０％のアルミニウムと、
０．５−１．４％のチタンと、残余部の鉄とを有してい
る。鉄とニッケル＋クロム＋コバルトとの比は、耐水素
環境脆化性を維持するために、１：１乃至１．５：１に
維持されている。溶接ゾーン微少割れに対する耐久性を
与えるために、炭素及びボロン含有量は低いレベルに維
持されている。炭素含有量は、重量において０．０２％
未満に制御されており、且つボロン含有量は０．００２
％未満に制御されている。その他の全ての元素は、スー
パーアロイ溶融業界の最良の実施方法と一貫して、トレ
ースレベル即ち微量レベルに制御する。
【０００６】本合金は、典型的に、原材料物質から母溶
解体を溶融する真空誘導により生産される。真空誘導に
より溶解されたインゴットを真空アークで再溶解させ且
つ標準的な熱間加工操作を介して最終的な製品（プレー
ト、シート、鋳物）へ還元させる。何等特別な取扱い条
件が必要とされるものではない。鋳造物品の生産のため
に使用されるべき母合金を真空誘導溶解させ、次いで鋳
造物品の鋳込みのために直接的に再溶解させる。鋳造例
から、本合金は容易に鋳造可能であり、且つスーパーア
ロイ鋳造の標準的な作業において必要とされるものを超
えた特別の取扱い条件は何等存在しないことが判明し
た。
解体を溶融する真空誘導により生産される。真空誘導に
より溶解されたインゴットを真空アークで再溶解させ且
つ標準的な熱間加工操作を介して最終的な製品（プレー
ト、シート、鋳物）へ還元させる。何等特別な取扱い条
件が必要とされるものではない。鋳造物品の生産のため
に使用されるべき母合金を真空誘導溶解させ、次いで鋳
造物品の鋳込みのために直接的に再溶解させる。鋳造例
から、本合金は容易に鋳造可能であり、且つスーパーア
ロイ鋳造の標準的な作業において必要とされるものを超
えた特別の取扱い条件は何等存在しないことが判明し
た。
【０００７】本合金は、時効硬化可能であり、且つ約１
２００゜Ｆまで良好な強度保持能力を与えるものであ
る。本合金は、典型的に、２ステップ処理において、溶
液熱処理され、次いで時効硬化される。溶液熱処理に対
する妥当な温度範囲は、０．２５乃至１．０時間に対し
１７００及び１８００゜Ｆの間である。この溶液熱処理
温度は、約１６５０゜Ｆのガンマプライムソルバス温度
以上でなければならない。 本合金に対する時効硬化処
理温度は、熱処理されるべき製品の形状に依存して、１
１５０゜Ｆ乃至１３７５゜Ｆの範囲内である。加工プレ
ート製品に対する典型的なサイクルは、１３２５゜Ｆ／
８時間、１１５０゜Ｆへの炉冷却、８時間保持且つ室温
への空気冷却である。使用すべき最終的な熱処理（溶解
＋時硬）は、製品の形状及び最終部分の形態の関数であ
る。以下の具体例は、本発明により達成される所望の特
性及び好適な組成を一層明確に理解するためのものであ
る。
２００゜Ｆまで良好な強度保持能力を与えるものであ
る。本合金は、典型的に、２ステップ処理において、溶
液熱処理され、次いで時効硬化される。溶液熱処理に対
する妥当な温度範囲は、０．２５乃至１．０時間に対し
１７００及び１８００゜Ｆの間である。この溶液熱処理
温度は、約１６５０゜Ｆのガンマプライムソルバス温度
以上でなければならない。 本合金に対する時効硬化処
理温度は、熱処理されるべき製品の形状に依存して、１
１５０゜Ｆ乃至１３７５゜Ｆの範囲内である。加工プレ
ート製品に対する典型的なサイクルは、１３２５゜Ｆ／
８時間、１１５０゜Ｆへの炉冷却、８時間保持且つ室温
への空気冷却である。使用すべき最終的な熱処理（溶解
＋時硬）は、製品の形状及び最終部分の形態の関数であ
る。以下の具体例は、本発明により達成される所望の特
性及び好適な組成を一層明確に理解するためのものであ
る。
【０００８】具体例 合金８７として表Ｉ内に掲載してある合金（ヒート）
は、本発明により与えられる好適な特性を具備する合金
に対する１つの好適な組成である。該合金は、近似的な
重量％において、３５％のニッケルと、１０％のクロム
と、０％のコバルトと、２．００％のニオブと、１．０
０％のアルミニウムと、１．００％のチタンとを有して
おり、その残余部分は支配的に鉄であって幾分かの付加
的なトレース元素即ち微量元素を有している。表Ｉ内の
合金は、真空誘導溶融され、且つ小さな溶解体で真空ア
ーク再溶融され、均一化され、次いで０．５インチ厚さ
プレートにローリング即ち圧延させた。該プレートを１
３２５゜Ｆ／８時間でエージングさせ、１１５０゜Ｆに
炉冷却させ、８時間保持し且つ室温へ空気冷却させた。
その後に、水素環境脆化耐久性を評価するために、高圧
水素環境内において且つ不活性環境内において、引っ張
りテストを実施した。水素環境脆化に対する影響のされ
易さは、水素中の延性とヘリウム中の延性との比、即ち
ヘリウムと相対的な水素中におけるノッチ付き棒材の極
限引っ張り強さの比として測定してある。影響を受けな
い物質は、１．０近傍の比を有している。
は、本発明により与えられる好適な特性を具備する合金
に対する１つの好適な組成である。該合金は、近似的な
重量％において、３５％のニッケルと、１０％のクロム
と、０％のコバルトと、２．００％のニオブと、１．０
０％のアルミニウムと、１．００％のチタンとを有して
おり、その残余部分は支配的に鉄であって幾分かの付加
的なトレース元素即ち微量元素を有している。表Ｉ内の
合金は、真空誘導溶融され、且つ小さな溶解体で真空ア
ーク再溶融され、均一化され、次いで０．５インチ厚さ
プレートにローリング即ち圧延させた。該プレートを１
３２５゜Ｆ／８時間でエージングさせ、１１５０゜Ｆに
炉冷却させ、８時間保持し且つ室温へ空気冷却させた。
その後に、水素環境脆化耐久性を評価するために、高圧
水素環境内において且つ不活性環境内において、引っ張
りテストを実施した。水素環境脆化に対する影響のされ
易さは、水素中の延性とヘリウム中の延性との比、即ち
ヘリウムと相対的な水素中におけるノッチ付き棒材の極
限引っ張り強さの比として測定してある。影響を受けな
い物質は、１．０近傍の比を有している。
【０００９】 表Ｉ 合金組成、重量％での主要元素ヒート Ｆｅ Ｎｉ Ｃｏ Ｃｒ Ｎｂ Ａｌ Ｔｉ Ｃ 91 残余 30.01 10.0 10.34 2.01 0.99 1.04 0.009 90 残余 34.98 4.99 10.17 1.04 1.00 1.04 0.008 88 残余 30.02 0.01 14.93 2.06 1.02 1.01 0.007 87 残余 34.95 0.01 9.93 2.00 1.00 1.00 0.007 89 残余 34.83 0.01 9.89 1.97 0.72 1.37 0.008 86 残余 34.99 0.01 9.87 1.05 0.71 1.39 0.005 85 残余 34.92 0.01 9.97 2.97 0.70 0.48 0.011 83 残余 35.22 0.01 9.98 1.98 0.99 0.49 0.006 84 残余 35.08 0.01 10.02 0.97 0.99 0.49 0.006 室温において５０００psi水素及びヘリウム環境内で
の滑らかなバー即ち棒体の引っ張りテストの結果を表II
に記載してある。ノッチ付き棒体引っ張り試験即ち切り
欠き棒引っ張り試験の結果を表IIIに示してある。関連
する比を比較すると、合金の幾つかは、水素環境脆化に
対する良好な耐久性を示している。合金番号８７は、良
好な延性を以て、最高の全体的な室温強度を有してい
る。これらの属性に加えて、合金番号８７は、耐水素脆
化性でない他のクロムを含有する鉄−ニッケルをベース
とした合金と同様に、耐酸化性及び耐腐食性を有するも
のであることが判明した。合金番号８７は、プレート、
シート及び鍛造物用として且つ鋳造製品用としての処理
に対して適性を有するものであることが判明した。
の滑らかなバー即ち棒体の引っ張りテストの結果を表II
に記載してある。ノッチ付き棒体引っ張り試験即ち切り
欠き棒引っ張り試験の結果を表IIIに示してある。関連
する比を比較すると、合金の幾つかは、水素環境脆化に
対する良好な耐久性を示している。合金番号８７は、良
好な延性を以て、最高の全体的な室温強度を有してい
る。これらの属性に加えて、合金番号８７は、耐水素脆
化性でない他のクロムを含有する鉄−ニッケルをベース
とした合金と同様に、耐酸化性及び耐腐食性を有するも
のであることが判明した。合金番号８７は、プレート、
シート及び鍛造物用として且つ鋳造製品用としての処理
に対して適性を有するものであることが判明した。
【００１０】 表II 降伏強さ 極限強度 伸び率 ＲｏｆＡ (ksi) (ksi) (%) (%)ヒート Ｈ２ Ｈｅ Ｈ２ Ｈｅ Ｈ２ Ｈｅ Ｈ２ Ｈｅ 91 142 140 183 182 17.1 19.2 39.6 47.8 90 132 136 171 171 17.1 18.4 39.4 39.4 88 143 139 185 184 15.6 19.2 32.1 54.0 87 147 148 188 189 17.9 16.0 40.6 34.1 89 146 141 186 178 18.1 18.4 37.6 30.7 86 138 133 176 175 18.7 18.0 40.9 35.4 85 135 138 171 178 15.2 19.6 28.4 49.3 83 130 133 170 169 16.5 15.2 41.4 40.0 84 99 104 128 138 10.4 18.4 20.4 28.0 表III ノッチ付き棒体引っ張り試験結果 極限強度(ksi) ヒート Ｈ２ Ｈｅ ９１ ２５
８ ２７１ ９０ ２３
９ ２４７ ８８ ２２
７ ２７２ ８７ ２６
６ ２７２ ８９ ２５
７ ２８１ ８６ ２６
３ ２６３ ８５ ２４
２ ２５９ ８３ ２５
５ ２５５ ８４ ２２
７ ２２８
８ ２７１ ９０ ２３
９ ２４７ ８８ ２２
７ ２７２ ８７ ２６
６ ２７２ ８９ ２５
７ ２８１ ８６ ２６
３ ２６３ ８５ ２４
２ ２５９ ８３ ２５
５ ２５５ ８４ ２２
７ ２２８
Claims (3)
- 【請求項１】 重量％において、３０−３５％のニッケ
ルと、９−１０％のクロムと、５％未満のコバルトと、
１−２％のニオブと、０．７−１．０％のアルミニウム
と、０．５−１．４％のチタンと、残余部分の鉄とを有
しており、鉄とニッケル＋クロム＋コバルトとの比が
１：１ないし１．５：１の間に維持されていることを特
徴とする合金。 - 【請求項２】 請求項１において、水素環境脆化に対す
る耐久性及び酸化及び腐食に対する耐久性を有すること
を特徴とする合金。 - 【請求項３】 請求項１において、降伏強さが１２０，
０００psi以上であることを特徴とする合金。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US665062 | 1991-03-06 | ||
| US07/665,062 US5137684A (en) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | Hydrogen embrittlement resistant structural alloy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0578793A true JPH0578793A (ja) | 1993-03-30 |
| JP3213368B2 JP3213368B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=24668558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04565992A Expired - Fee Related JP3213368B2 (ja) | 1991-03-06 | 1992-03-03 | 耐水素脆化性構造合金 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5137684A (ja) |
| EP (1) | EP0502245B1 (ja) |
| JP (1) | JP3213368B2 (ja) |
| DE (1) | DE69121552T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008144237A (ja) * | 2006-12-12 | 2008-06-26 | Hitachi Ltd | γ′相強化型ＦｅＮｉ基合金 |
| US8506884B2 (en) | 2006-12-11 | 2013-08-13 | Hitachi, Ltd. | γ phase strengthened Fe—Ni base superalloy |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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