JPS6244546A - 耐粒界腐食性，耐応力腐食割れ性及び熱間加工性に優れる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】 （産業上の利用分野） 本発明は、耐粒界腐食性、耐応力腐食割れ性及び熱間加
工性に優れるＮｉ基合金に関するものであり、特に本発
明は、高温水中での粒界型応力腐食割れを改善したＣｒ
を含有するＮ１基合金に関するものである。

（従来の技術） 近年化学工業、エネルギー産業の発展によって装置材料
の受ける使用環境は多岐にわたり厳しい条件下で使用さ
れる場合が多くなっており、安全性に対する信頼性要求
の高まりと共に安定した耐食性を有する材料が要求され
ている。このような理由から、環境の厳しい条件下では
ステンレス鋼やＮｉ基合金が広（使用されている。なか
でも塩化物環境における粒内応力腐食割れに対してはＮ
ｉ基合金の方がオーステナイトステンレス綱よりも優れ
た抵抗性を有するが、高Ｎｉ合金にあってはＣの固溶量
が少ないため粒界が鋭敏化し易い欠点があり、高温水中
で粒界型応力腐食割れが懸念される。

従来インコネル６００の粒界腐食および粒界応力腐食割
れに対してはＴｉまたはＮｂなどの安定化元素を添加し
て、固溶Ｃを予め固定する安定化熱処理を施す対策がと
られているが、溶接熱影響部。

特に高温熱影響部においては上記安定化効果が消えて溶
接時及びその後の歪取り焼鈍などの熱処理により粒界が
鋭敏化されることが少なくなかった。

上記粒界の鋭敏化は粒界に炭化クロムが析出することに
より粒界近傍においてＣｒが減少する、いわゆるＣｒ欠
乏に起因する現象である。従って実機を考慮した場合に
は溶接部をも考慮した耐粒界腐食性並びに耐粒内及び耐
粒界応力腐食割れ性に優れる合金が必要であることが要
望されていた。

１９８１年４月に行われた日本金属学会講演会の講演概
要集第２６８頁によれば、インコネル６００合金の耐粒
界腐食性改善のためには、Ｃを０．０１％以下にするか
、あるいはＮｂを添加することが有効であると記載され
、さらにＮは粒界鋭敏化を促進するので有害であると記
載されている。しかしながらこの合金はＣおよびＮの含
有量が低くなると機械的強度が低くなり、０．２％耐力
はインコネル６００の規格である２５ｋｇ／ｍ■２を下
廻るという欠点がある。

また１９８２年５月に行われた腐食防食協会春期学術講
演大会の講演概要集第１６０頁には、インコネル６００
合金の溶着金属の耐粒界腐食性に対してＮｂおよびＴｉ
が有効であることが記載されている。しかしながら、こ
の溶着金属は耐力を維持するためＣを０．０４％以上に
するとＮｂを多量に添加しなければならず、コストアン
プおよび熱間加工性、溶接性劣化などの原因になる。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、従来のインコネル６００．ならびに上記日本
金属学会および腐食防食協会の講演会で発表された前記
合金の有する欠点を除去し、さらに改良した合金を提供
することを目的とするものであり、特許請求の範囲記載
の合金を提供することによって前記目的を達成すること
ができる。すなわち本発明は、従来のインコネル６００
合金をベースとしてその機械的強度を維持しつつ、溶接
熱影響部をも含めた耐粒界腐食性及び耐粒界応力腐食割
れ性を改善した合金を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、インコネル６００合金組成をベースとし
てＮｂとＣの含有量を ％Ｎｂ≧１００（％ｃ　−０，００５）にコントロール
することにより溶接部を含めた耐粒界腐食性及び耐粒界
応力腐食割れ性を改善し、またｃ、Ｎを％Ｃ十％Ｎ≧０
．０４％にコントロールすることにより、機械的強度を
高めた合金を得ることに成功した。すなわち、耐粒界腐
食性に対してはＮｂを添加すると共に、Ｎの添加が有効
であることを新規に知見し、さらにＮは機械的強度に有
効であることをも知見した。

従来、ＮはＣと同様にＣｒと化合してクロム窒化物とし
て粒界に析出して粒界が鋭敏化する原因となるために有
害であるとして極めて低くコントロールされていたが、
本発明者らは、クロム窒化物の析出挙動はクロム炭化物
のそれと著しく異なり、むしろ耐粒界腐食性に有効であ
ること、またＮは機械的強度を高めるのに有効であるこ
とに着目して、従来有害であると言われていたＮを積極
的に添加し、さらにＢ、Ｍｇを添加して機械的強度を損
なうことなく耐粒界腐食性、耐粒界応力腐食割れ性およ
び熱間加工性に優れるＮｉ基合金に想到して本発明を完
成した。すなわち本発明合金は従来のインコネル６００
に比べて機械的強度は同一水準であるか又は上廻り、か
つ耐粒界腐食性及び耐応力腐食割れ性の点において優れ
た合金である。

（実施例） 次に本発明を実験データについて説明する。

第１表に成分組成を示す本発明合金１〜４と比較合金５
〜７をそれぞれ大気誘導炉で溶解して６ｋｇ鋼塊とし、
鍛造によって厚さ１０■ｌ９幅７０龍にし素材熱処理と
して１１００℃ｘ１ｈ加熱後水冷し、さらに８７０℃×
２ｈ加熱後水冷した。かくして得られた鋼片を機械試験
に供した。一方耐食性試験用として第１図に示すように
開先加工して多層肉盛し、６００℃×２０ｈ熱処理した
後空冷し、さらに５００℃×４０ｈ熱処理後空冷し熱処
理全空冷た。

溶接はＴＪＧ溶接で行い溶接フィラーメタルの成分組成
は第２表のものを用いた。試験片はいずれも溶接部断面
を切り出し、最終湿式＃　８００まで研摩した。第３表
に０．２％耐力、粒界腐食試験及び高温水応力腐食割れ
試験のそれぞれの結果を示す。

粒界腐食及び高温水応力腐食割れ試験後試験片の断面を
光学顕微鏡で観察し、粒界腐食の場合は最大侵食度ｄを
測定し、また高温水応力腐食割れの場合は割れの有無を
調べた。

第３表によれば、本発明合金１〜４の機械的性質すなわ
ち０．２％耐力（ｋｇ／ｍ璽２）はインコネル６００の
０．２％耐力規格である２　５　ｋｇ／ｍｍ２よりも何
れも大きく、かつ比較合金５〜７のそれに比べても大き
いことが判る。粒界腐食試験によれば本発明合金１〜４
の最大侵食度ｄは何れも５００μｍ／ｄａｙ以下と極め
て小さく良好であるが、比較合金５〜７のそれは何れも
１５００μｍ／ｄａｙ以上と極めて大きかった。また、
高温水応力腐食割れ試験（ＣＢＢテスト）による結果で
は、本発明合金１〜４は何れも割れがなく良好であるが
、比較合金５〜７は何れも割れが発生した。

（作用） 次に、各成分組成の作用について詳細に説明する。

第２図はＮｂ量をそれぞれ０％、０．５％、１．５％、
２．３％含有する場合の粒界腐食最大侵食塵ｄに及ぼす
含有Ｃ量の影響を示す図であり、最大侵食度ｄが５００
μｍ　／　ｄ　ａ　ｙ以下になる限界ｃｌはＮｂ添加量
の増加とともに大きくなる。

第３図は、第２図においてｄ≦５００　ｐ　ｍ／ｄａｙ
になる限界Ｃ量とそのときのＮｂ量の相関関係を示す図
であり、同図中に示す直線はＮ０．０１％以上の場合の
％Ｎｂ／（％Ｃ−０，００５）　＝１００　ノ関係を示
し、前記直線の左側の斜線を施した領域、すなわチ％Ｎ
ｂ／（％Ｃ０．００５）　＞１００　（７）領域におい
てはｄは５００μｍ／ｄａｙ以下であり、前記直線の右
側ｆ７）　ＳＲ域、すすｈ　チ％Ｎｂ／　（％Ｃ０．０
０５）　＜　１００の領域においてはｄは５００μｍ／
ｄａｙより大であることが判る。同図においてＣが０．
０４５％より大きいときに、ｄを５００μｍ／ｄａｙ以
下にするにはＮｂ量を４％より多く含有させる必要があ
るが、このように多量のＮｂを含有させると熱間加工性
が劣化して生産性が低下する。

第４図はインコネル６００合金を基本とし、Ｎを０．０
３％を含有させ、数種の他の含有元素とその含有量を変
化させた合金Ａ−Ｄについての加熱温度と絞りとの関係
を示す図である。同図中、合金Ａは３０．００４％とＮ
ｂ２．５％を含有する比較合金、合金Ｂハ３０．００４
％、Ｎｂ３．５％、　　３０．００２０％　。

Ｍｇ　０．０１０％を含有する本発明合金、合金ＣはＳ
０．００３％、　Ｎｂ　２．８　％、　Ａｊ２０．．１
１％、Ｚｒ０．１８％を含む比較合金、合金ＤハＳ０．
０Ｏ０２％、　Ｎｂ　３．５％、　Ｔｉ　０．２％、　
Ｂｏ、００１１３　％、　Ｍｇ　０．０１２　％。

ＡＩ０．１２％、Ｚｒ０．１５％を含有する本発明合金
である。

同図によれば、本発明合金ＢはＢ、Ｍｇを含まない合金
Ａ、Ｃに比べて熱間加工性に優れ、また、Ｂ、Ｍｇを含
み、Ａｌ、Ｚｒを複合で含む本発明合金は熱間加工性が
さらに良い。

第５図は合金のＣとＮとの和と０．２％耐力σ０．２と
の関係を示す図であり、硬さ及び耐力はＣとＮとの和が
大きい程大きくなり、例えばインコ名ル６００の０．２
％耐力の規格である２　５　ｋｇ／ａｍ２以上を満足す
るためには、ＣとＮとの和は０．０４％以上必要である
ことが同Ｍより判る。

次に本発明の合金において成分組成を限定する理由を説
明する。

Ｃは０．０４５％より多いと溶接部の耐食性の劣化を防
止するためのＮｂの含有量を多くしなければならず、そ
うすると熱間加工性が劣化するので、Ｃは０．０４５％
以下にする必要があり、熱間加工性の点では０．０３０
％以下のとき最も良い結果が得られれる。

Ｓｉは１．０％より多いと耐粒界腐食性が劣化するので
、Ｓｉは１．０％以下にする必要がある。

Ｍｎは１．０％より多いと耐粒界腐食性が劣化するので
、Ｍｎは１．０％以下にする必要がある。

Ｐは少ないほど好ましく、不可避的に混入する元素であ
るが０．０３０％より多いと耐粒界腐食性及び溶接性が
劣化するので、Ｐは０．０３０％以下にする必要がある
。

ＳはＰと同様不可避的に混入する元素であり少ないほど
好ましく、０．０３０％より多いと熱間加工性が著しく
劣化するので、Ｓは０．０３０％以下にする必要がある
。

Ｃｒは耐食性を発揮させるのには不可欠の元素であり、
Ｃｒは１４％より少ないと耐食性が劣化し、一方２６％
より多いと高温強度が高くなり製造性が低下するので、
Ｃ「は１４〜２６％の範囲内にする必要がある。

Ｆｅは２５％より多いとＮｉ基合金の特徴である塩化物
環境における耐粒内応力腐食割れ性が劣化するので、Ｆ
ｅは２５％以下にする必要がある。

Ｎｂは耐粒界腐食性に寄与する元素であり、粒界腐食の
原因になる有害Ｃを固定するには１００×（％Ｃ−０，
００５）％以上の添加が必要である。しかし、Ｎｂをあ
まり多量に添加すると熱間加工性が劣化するので、Ｎｂ
は４．０％以下にする必要がある。

Ｎは本発明合金においては不可欠の元素であり、機械的
強度、耐粒界腐食性及び耐粒界応力腐食割れ性の向上に
有効である。Ｎは０．０１％より少ないと機械的強度、
特に０．２％耐力が劣化し、一方、０．０５％より多い
と第６図に示すようにＮの固溶限界量に近づきブローホ
ールが生じやすくなるので、Ｎは０．０１〜０．０５％
の範囲内にする必要がある。

ＣとＮの和が０．０４０％より少ないと第５図に示した
ように０．２％耐力が２５ｋｇ／ａｍ”に達しないので
、ＣとＮの和は０．０４０％以上にする必要がある。

Ｔｉ　、Ｚｒ、ＡＡはそれぞれ脱酸剤として熱間加工性
の改善に有効な元素であり、特にＢおよびＭｇとの複合
で熱間加工性が一段と改善される。

またなかでもＴｉ　はブローホールの発生を抑止する効
果が大きく、かつ溶接高温熱形■１部の耐食性を向上さ
せる元素であるが、Ｔｉ、Ｚｒ、　Δβのなかから選ば
れる何れか１種または２種以上が合計で１％より多いと
」二記諸効果が期待されないので、１％以下にする必要
がある。

Ｂ、Ｍｇはそれぞれ熱間加工性を向上させることに寄与
する元素である。しかし、Ｂ、Ｍｇはそれぞれ０．００
５％、　０．０５％を超えると熱間加工性が劣化するの
で、Ｂ、Ｍｇはそれぞれ０　、００５％以下。

０．０５％以下にする必要がある。

（発明の効果） 以上本発明のＮｉ基合金は０．２％耐力は２５ｋｇ／ｌ
粛２以上であり、耐粒界腐食性並びに耐応力腐食割れ性
に優れ、さらに熱間加工性に優れる合金であり、化学工
業並びにエネルギー産業、なかでも原子力発電用機器と
して優れた緒特性を有する合金である。

【図面の簡単な説明】

第１図は腐食試験に供した溶接試験片の斜視図、第２図
は合金の種々のＮｂ含有量の場合についてＣ含有量と粒
界最大侵食度ｄとの関係を示す図、第３図は合金のＣと
Ｎｂの含有量が最大侵食度ｄに及ぼす関係を示す図、 第４図は合金の加熱温度と絞りとの関係を示す図、 第５図は合金のＣとＮの含有量の和と０．２％耐力σ０
．２との関係を示す図、 第６図はＮ固溶量に及ぼすＮｉ、Ｃｒ、Ｆｅ含有量依存
性を示す図である。 特許出願人　　日本冶金工業株式会社 代理人　弁理士　　村　１）政　治 ｍｍ 八−・−２，５Ｎｂ、ＣＬＯＯ３Ｓ ｉｔａ無壜戻　（°Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ０．０４５％以下、Ｓｉ１．０％以下、Ｍｎ１．
   ０％以下、Ｃｒ１４〜２６％、Ｆｅ２５％以下、Ｐ０．
   ０３０％以下、Ｓ０．０３０％以下、Ｎ０．０１〜０．
   ２％、ＣとＮとの和０．０４０％以上、Ｎｂ４％以下で
   かつ１００×（％Ｃ−０．００５）％以上、Ｂ０．００
   ５％以下、Ｍｇ０．０５％以下を含み、残部実質的にＮ
   ｉよりなる耐粒界腐食性、耐応力腐食割れ性および熱間
   加工性に優れるＮｉ基合金。 ２、Ｃ０．０４５％以下、Ｓｉ１．０％以下、Ｍｎ１．
   ０％以下、Ｃｒ１４〜２６％、Ｆｅ２５％以下、Ｐ０．
   ０３０％以下、Ｓ０．０３０％以下、Ｎ０．０１〜０．
   ２％、ＣとＮとの和０．０４０％以上、Ｎｂ４％以下で
   かつ１００×（％Ｃ−０．００５）％以上、Ｂ０．００
   ５％以下、Ｍｇ０．０５％以下を含み、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａ
   ｌのなかから選ばれる何れか１種または２種以上合計で
   １％以下、残部実質的にＮｉよりなる耐粒界腐食性、耐
   応力腐食割れ性及び熱間加工性に優れるＮｉ基合金。