JPS5834155A - 耐中間温度脆性にすぐれた耐食性Ｎｉ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】 この発明は、冷間加工後または溶接施工後の焼鈍におい
て、いわゆる焼鈍割れを起しにくい、耐中間温度脆性に
すぐれた耐食性Ｎ１基合金に関するものである。

一般に、合金成分としてＭＯを含有するＮｉ−Ｍｏ基合
金は、還元性の腐食雰囲気ですぐれた耐食性を示すこと
から、これらの雰囲気で使用するのに最適な耐食性合金
であシ、特に非酸化性の酸、々かでも塩酸に対しては、
すぐれた耐食性を示すことから、石油化学関係の塔や槽
、さらには熱交換器の製造に用いられ、また配管材料と
しても広く使用されている。通常、これらの用途には、
曲げや伸管などの冷間加工や溶接施工などの操作が伴う
が、これらの操作によって発生した残留歪みや残留応力
は加工後あるいは中間工程において焼鈍を施すことによ
って除去され、その後再び加工されるか、あるいはその
まま最終製品として供されている。通常、前記の焼鈍は
、１１００〜１２００℃の温度範囲に数１０分間保持の
条件で行なわれているが、前記Ｎ’ｉ−Ｍｏ基合金が昇
温時において、′１００〜ＳＯＯ℃の温度範囲を通過す
る時に、著しく脆化（中間温度脆性）する苑め、特に強
度な冷間加工を施した部材においては、高い引張残留応
力によって割れが発生することが知られている。

この焼鈍時の割れは、上記Ｎｉ−Ｍｏ基合金が７００〜
ＳＯＯ℃の温度に加熱されると粒界の結合力が低下し、
かつ、丁度この温度域にノーズ（Ｎｏ５ｅ　）をもつ金
属間化合物Ｎｉ４Ｍｏの析出によシ粒内強度が高くなシ
、この結果硬さも高くなって伸びが著しく低下する作用
と、冷間加工時の高い引張残留応力との相互作用によっ
て生ずることから、従来、この焼鈍脆化割れの発生を防
止する手段としては、（１）７００〜８００℃の温度範
囲において金属間化合物Ｎｉ、Ｍｏが析出するのを抑制
し、硬さを低くおさえることによって、粒界に応力が集
中するのを緩和する方法、（２）金属間化合物の析出に
は、ある程度の時間を要することから、焼鈍温度への加
熱昇温速度を速くする、すな６ち脆化温度領域を急速に
通過させることによって金属間化合物の析出が起る前に
残留歪みおよび残留応力を除去してしまう方法、（３）
冷間加工時に残留歪みや残留応力が発生しないようにす
るか、あるいはこれを圧縮残留応力とする方法などの方
法が検討されている。

しかし、上記（１）方法は、Ｍｏ含有量を低くするなど
の手段によシ可能となるが、Ｎｉ　−Ｍｏ基合金のもつ
すぐれた耐塩酸性がそこなわれてしまうという問題がｓ
ｂ、また上記（２）方法は、部材形状が犬きくなった場
合、その実施が工業上きわめて困難であり、さらに上記
（３）方法は、現実の問題として部材のあらゆる部位の
残留応力（歪み）を予知することは難しく、かつこれを
測定する手段も限られている一方、引張残留応力を残さ
ない加工方法の開発も非常に困難であることから、実施
がきわめて難しいものである。

本発明者等は、上述のよう々観点から、高い引張残留応
力を保持した冷間加工部材を、ゆっくりとした昇温速度
で昇温し、１ｐＯＯ℃以上の温度で焼鈍した場合におい
ても焼鈍割れの発生がない耐中間温度脆性にすぐれた耐
食性Ｎｉ−Ｍｏ基合金を得べく研究を行なった結果、Ｍ
ｏ：２６〜３０俤。

Ｆｅ：４〜６％、　　Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、　およびＮｂの
うちの１株または２種以上：　０．０５〜１％、Ｂ　：
０．００１〜０．０１％を含有し、残りがＮ１と不可避
不純物からなる組成（以上重量％、以下チの表示はすべ
て重量％を示す）を有し、かつ不可避不純物としてのＣ
ｒ、Ｍｎ、　Ｃｏ、　Ｓｉ、　　Ｃ，Ｐ、およびＳの含
有量を、それぞれＣｒ：１％以下、Ｍｎ：ｌｆｉ以下、
　Ｃｏ：　２．５チ以下、　Ｓｉ：　１％以下、Ｃ：０
．０５チ以下、Ｐ：０．０２％以下、およびＳ：０．０
３％以下とした耐食性Ｎ１基合金は、特にＢの含有によ
って、これが焼鈍加熱時に’７００〜ＳＯＯ℃の温度域
を通過しても粒界の結合力の低下がなく、したがって割
れ発生が皆無となるという知見を得たのである。

この発明は上記知見にもとづいてなされたものであって
、以下に成分組成範囲を上記の通シに限定した理由を説
明する。

（ａ）　　Ｍ。

ＭＯ酸成分は、素地に固溶して合金の耐食性、特に耐塩
酸性を向上させる作用があるが、その含有量が２６％未
満では所望のすぐれた耐食性を確保することができず、
一方３０％を越えて含有させると合金の熱間加工性およ
び常温での機械的性質が低下するようになることから、
その含有量を２６〜３０チと定めた。

ず （ｂ）　　Ｆｅ Ｆｅ成分には、合金の熱間加工性および常温の機械的性
質を向上させる作用があるが、その含有量が４チ未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方６チを越えて
含有させると、耐食性が劣化するようになることから、
その含有量を４〜６％と定めた。

（ｃ）　　Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、およびＮｂこれらの成分に
は、合金の溶解および鋳造過程で安定な炭化物を形成し
、もって実質的に合金中のＦｒｅｅＣを低減することに
よって、いわゆる鋭敏化による粒界腐食に対する抵抗性
を飛躍的に向上させる均等的作用がちるが、その含有量
が０．０５チ未満では前記作用に所望の効果が得られず
、一方１チを越えて含有させると、合金の加工性および
溶接性が劣化するようになることから、その含有量を０
．０５〜１チと定めた。

（ａ）　　Ｂ Ｂ成分には、結晶粒界に偏析する傾向があシ、したがっ
て、これによって合金の結晶粒界が強化されるようにな
るため、焼鈍時の粒界割れの発生および割れ伝帳が阻止
されるようになるが、その含有量が０．００１　％未満
では前記の含有効果が十分現われず、一方０．０１％を
越えて含有すると、粒界の耐食性が劣化するようになる
ほか、溶接性にも悪影響を及ぼすようになることから、
その含有量を０．００１〜０．０１チと定めた。

（ｅ）　　Ｃ 不可避不純物としてのＣは、溶接熱影響部において、粒
界にＭｏの炭化物を形成して、この部分の粒界の耐食性
を劣化させ、粒界腐食の原因となる成分であることから
、その含有量は少なければ少ないほどよいが、０，０５
％まで含有しても前記の粒界耐食性劣化作用は現われな
いことから、その上限値を０．０５俤と定めた。

（ｆ）　Ｏｒ、　Ｍｎ、　Ｃｏ、　Ｓｉ、　Ｐ　、およ
びＳ通常、合金製造に際して、不可避不純物としてＯｒ
、　Ｍｎ　ｒ　Ｃｏ　ｒ　Ｓｌ　ｌ　　Ｐ　＋　および
Ｓめ含有を避けることができないが、それぞれＣｒ：　
１　％、　Ｍｎ：　１％。

Ｃｏ：　２．５　％、　Ｓｉ：　１％、　Ｐ　：０．０
２５％、およびＳ：　０．０３％を越えて含有するよう
になると、合金の耐食性、延性、溶接性、および加工性
に悪影響を及ぼし、これら特性が劣化するようになるこ
とから、これら不可避不純物のそれぞれの上限値を、Ｃ
ｒ：　１　％、　Ｍｎ：　１％、　Ｃｏ：　２．５　％
、　Ｓｉ：　１　％、　Ｐ：０．０２５チ、およびＳ：
０．０３チと定めた。

つぎに、この発明のＮ１基合金を実施例によシ比較例と
対比しながら説明する。

実施例 それぞれ第１表に示される成分組成をもった本発明Ｎ１
基合金１〜１３および比較Ｎ１基合金１〜５を通常の溶
解法にて溶製し、鋳造し、熱間鍛造し、熱間圧延し、つ
いで焼なまし処理し、最終的に２０％の冷間圧延を施す
ことによって板厚：２朋を有する本発明Ｎ１基合金１〜
１３および比較Ｎ１基合金１〜５の板材をそれぞれ製造
した。々お、比較Ｎ１基合金板材１〜５は、いずれも構
成成分のうちのいずれかの成分含有量（第１表には東印
を付して表示）がこの発明の範囲から外れた組成をもつ
ものである。

ついで、この結果得られた各種の板材よシ、厚さ：２ｍ
ｍＸ平行部長さ：４０龍Ｘ幅：１１．ｌの寸法をもった
板状引張試験片を切出し、この試験片に、それぞれ：Ｌ
ｏ、２５，３５，４５．および６ｏｋｇ／−の荷重を付
加した状態で、それぞれ６００℃、９００℃、および８
００℃に加熱して１分間保持した後、室温まで冷却し、
冷却後の試験片の中央部における割れ発生状況を観察す
る高温荷重割れ試験を行なった。この試験結果を第２表
に示したが、第２表においてＯ印が割れ発生のない場合
、×印が割れ発生のある場合を示す。

第２表において、比較Ｎ１基合金４に見られるように、
Ｂの含有量がこの発明の範囲から外れて低いと、割れが
比較的低温−低荷重で発生するのに対して、本発明Ｎ１
基合金１〜１３および比較Ｎ１基合金１〜３および５に
見られるように、Ｂを所定量以上含有すると、割れ発生
開始が高温−高荷重側に移シ、すぐれた耐中間温度脆性
をもつようになることが明らかである。

また、上記各種の板材から耐食性試験片を３個づつ切出
し、この試験片を用いて２ｏ％ＨＣ１の沸騰溶液中に３
周間浸漬の条件で耐食性試験を行ない、腐食速度（年換
算値）および最大粒界腐食深さを測定した。この測定結
果を３個の試験片の平均値にて第２表に合せて示した。

第２表に示される結果から、本発明Ｎ１基合金１〜１３
は、いずれもすぐれた耐食性を示すのに対して、比較Ｎ
１基合金１．２．３および５に見られるように、Ｍｏお
よびＶについては、その含有量がこの発明の範囲から低
い方に、またＦｅおよびＢについては高い方にそれぞれ
外れると耐食性が著しく劣化するようになることが明ら
かである。

さらに、本発明Ｎ１基合金２および比較Ｎ１基合金嶋　
５について、トランスパレストレン法による溶接試験を
行なった。すなわち、板状の試験片の片側を曲げブロッ
ク上に固定した後、試験片の表面上に直流正極性のＴＩ
Ｇによりビードオンプレート溶接を行ない、ＴＩＧのト
ーチが試験片の中央に移動した時、曲げブロックに沿っ
て、溶接方向と曲げ歪み方向とが互いに直角になるよう
に試験片を瞬間的に曲げて、試験片表面ビード部に所定
の曲げ歪みを付与し、この時ビード中央部に発生する割
れ長さを測定することにより溶接性を評価した。この試
験結果を第１図に示した。第１図に示される結果から、
Ｂの含有量がこの発明の範囲から高い方に外れると溶接
性が劣化することがわかる。

上述のように、この発明のＮ１基合金は、すぐれた耐食
性および溶接性を具備するほか、特にすぐれた耐中間温
度脆性を有しているので、冷間加工後、または溶接施工
後の焼鈍に際して、残留芯か・について何ら考慮するこ
となく、すなわち、仮に高い引張残留応力状態にあって
も、これを低減したシ、圧縮残留応力に変えたりする必
要なく、そのままの状態で、また昇温速度も特に早める
必要もなく、通常の焼鈍炉において焼鈍を行なうことが
できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は３種のＮ１基合金の溶接試験結果を示した曲線
図である。 出願人　　三菱金属株式会社 代理人　　富　　１）　和　　夫 第１図 ｉｔ　　と　ｃ％２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＭＯ：２６〜３０％、　Ｆｅ：　４〜６　％、　Ｖ、　
   Ｔｉ、　Ｚｒ。 およびＮｂのうちの１種または２種以上：０．０５〜１
   チ、Ｂ：Ｏ，ＯＯ１〜０．Ｏｌチを含有し、残シがＮ１
   と不可避不純物からなる組成を有し、かつ不可避不純物
   としてのＣｒ、　Ｍｎ、　Ｃｏ、　Ｓｉ、　　Ｃ、Ｐ　
   、およびＳの含有量を、それぞれＣｒ：　１％以下、Ｍ
   ｎ：１％以下、　Ｃｏ：　２．５％以下、Ｓｉ：１％以
   下、Ｃ：０．０５チ以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：
   ０．０３％以下（以上重量％）としたことを特徴とする
   耐中間温度脆性にすぐれた耐食性Ｎｉ基合金。