(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で：
Ｎｉ：    ２６〜３０
Ｃｒ：    １９〜２３
Ｍｏ：      ６〜８
Ｎ：    ０．３〜０．４
Ｍｎ：      ０〜５
Ｃｕ：      ０〜１．５
Ｃ：        ０〜０．２
Ａｌ：      ０〜１
Ｓ：      ０〜０．０１
Ｔｉ：      ０〜１
Ｓｉ：      ０〜１
Ｍｇ：      ０．１未満
Ｃａ：      ０．１未満
Ｃｅ：      ０．１未満
Ｆｅ：不随不純物を含めた残部
からなり、
１１４９℃以下のシグマソルバス温度および５４以上の耐点蝕性相当数ＰＲＥＮ：
ＰＲＥＮ＝％Ｃｒ＋３．３（％Ｍｏ）＋３０％Ｎ
を有する、耐蝕性オーステナイト合金。
【請求項２】
２６〜２９％Ｎｉ、２０〜２２％Ｃｒ、６．５〜７．５％Ｍｏおよび０．３３〜０．４％Ｎを含有した、請求項１に記載の合金。
【請求項３】
２６〜２８％Ｎｉ、２０〜２１．５％Ｃｒ、６．５〜７．５％Ｍｏおよび０．３３〜０．４％Ｎを含有した、請求項１に記載の合金。
【請求項４】
２７％Ｎｉ、２１％Ｃｒ、７．２％Ｍｏ、０．３３％Ｎ、１．０％Ｍｎおよび０．８％Ｃｕを含有した、請求項１に記載の合金。
【請求項５】
質量％で：
Ｎｉ：    ２６〜２９
Ｃｒ：    ２０〜２２
Ｍｏ：  ６．５〜７．５
Ｎ：    ０．３１〜０．４
Ｍｎ：      ０〜５
Ｃｕ：      ０〜１
Ｃ：        ０〜０．２
Ａｌ：      ０〜１
Ｓ：      ０〜０．０１
Ｔｉ：      ０〜１
Ｓｉ：      ０〜１
Ｍｇ：      ０．１未満
Ｃａ：      ０．１未満
Ｃｅ：      ０．１未満
Ｆｅ：残部および不随不純物
からなり、
１０９３℃以下のシグマソルバス温度および５４以上の耐点蝕性相当数（ＰＲＥＮ）：ＰＲＥＮ＝％Ｃｒ＋３．３（％Ｍｏ）＋３０（％Ｎ）
を有する、耐蝕性オーステナイト合金。
【請求項６】
質量％で：
Ｎｉ：    ２６〜２８
Ｃｒ：    ２０〜２１．２５
Ｍｏ：  ６．６〜７．５
Ｎ：    ０．３３〜０．４
Ｍｎ：      ０〜５
Ｃｕ：      ０〜１
Ａｌ：      ０〜１
Ｓ：      ０〜０．０１
Ｔｉ：      ０〜１
Ｓｉ：      ０〜１
Ｍｇ：      ０．１未満
Ｃａ：      ０．１未満
Ｃｅ：      ０．１未満
Ｆｅ：残部および不随不純物
からなり、
１０９３℃以下のシグマソルバス温度および５４以上の耐点蝕性相当数（ＰＲＥＮ）：ＰＲＥＮ＝％Ｃｒ＋３．３（％Ｍｏ）＋３０（％Ｎ）
を有する、耐蝕性オーステナイト合金。
【請求項７】
質量％で：
Ｎｉ：        ２７
Ｃｒ：        ２１
Ｍｏ：          ７
Ｎ：        ０．３５
Ｍｎ：      １．０
Ｃｕ：      ０．８
Ａｌ：      ０．１
Ｓ：        ０．００１未満
Ｔｉ：      ０．０３未満
Ｓｉ：      ０．５未満
Ｍｇ：      ０．１未満
Ｃａ：      ０．１未満
Ｃｅ：      ０．１未満
Ｆｅ：残部および不随不純物
からなり、
１０３８℃以下のシグマソルバス温度および５４以上の耐点蝕性相当数（ＰＲＥＮ）：ＰＲＥＮ＝％Ｃｒ＋３．３（％Ｍｏ）＋３０（％Ｎ）
を有する、上記組成を有した耐蝕性オーステナイト合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
１．発明の分野
本発明は、点蝕および隙間腐蝕に対する耐性を付与する目的で、モリブデンを含有したニッケル‐鉄‐クロム合金に関する。
【０００２】
２．関連技術の説明
INCOLOYＲ合金２５‐６ＭＯ（以下“合金２５‐６ＭＯ”と称される）を含めたある鉄合金は、多くの腐蝕環境に対する例外的な耐性のために特に有用である。INCOLOYＲはSpecial Metals企業グループの商標名である。合金２５‐６ＭＯは２５重量％のニッケル、２０％のクロムおよび６％のモリブデンを表示上含有している。このような耐蝕性合金の例は、２０〜４０重量％のニッケル、１４〜２１％のクロム、６〜１２％のモリブデン、最大２％のマンガンおよび０．１５〜０．３０％の窒素を含有しているとして、ＵＳ特許４，５４５，８２６で開示されている。これらの合金は、比較的高い温度、即ち２１００°Ｆ（１１４９℃）以上、典型的には約２２００°Ｆ（１２０４℃）で焼きなましされる。
【０００３】
これらのニッケル‐クロム‐モリブデン合金は、化学および食品加工、パルプおよび紙漂白プラント、海洋および沖合プラットフォーム、塩プラントエバポレーター、空気汚染コントロールシステムおよび発電事業向けの様々な装置で使用に特に適している。これらはハロゲン化物を含有した侵蝕性の水性環境である。したがって、このようなシステムの部品に成形された合金は、点蝕および隙間腐蝕に対して優れた耐性を有していなければならない。加えて、その合金は様々な複雑な形状に作製されることから、それらは優れた加工性を有していなければならない。加工性としては、数例を挙げると、鍛造および圧延のような周知の熱成形技術、または引き伸ばしおよび曲げのような他の成形操作がある。しかしながら、耐点蝕性を付与する高濃度のＭｏ、ＣｒおよびＮは合金の加工性上よくないことも知られているため、優れた加工性を有するニッケル‐クロム‐モリブデン合金を提供することは難しい。
【０００４】
したがって、改善された加工性のみならず、改善された耐蝕性も有したニッケル‐クロム‐モリブデン合金について必要性が残されている。
【０００５】
【発明の要旨】
この必要性は、最も好ましくは重量％でおよそ下記範囲を有する本発明のニッケル‐鉄‐クロム合金により達成される：
元素            重量％（wt％）
Ｎｉ              ２６〜２９
Ｃｒ              ２０〜２２
Ｍｏ            ６．５〜７．５
Ｍｎ                ０〜５
Ｃｕ                ０〜１
Ｎ              ０．３〜０．５
Ｆｅ                残  部
【０００６】
約０．３〜０．４wt％よりやや多い量で窒素を含有した本発明の合金のヒートは、有意に改良された耐点蝕性を示し、従来のＮｉ‐Ｃｒ‐Ｍｏ合金と比較して改良された耐隙間腐蝕性を示す。Ｎについて現在好ましい下限は０．３１wt％および０．３３wt％である。本発明の合金は、追加の改良された性質ももたらし、例えば（１）加工時にシグマ相を形成する傾向を減少させるように少くとも１００°Ｆ（３８℃）低いシグマソルバス(solvus)温度、（２）より高い降伏強度および優れた延性をもたらし、（３）比較的低い温度、即ち２１００°Ｆ（１１４９℃）以下の焼きなましステップの使用、ひいては様々な形状部品の成形向けに改良された加工性を可能にする。
【０００７】
【好ましい態様の説明】
本発明はINCOLOYＲ合金２５‐６ＭＯの改良であり、これは従来のＮｉ‐Ｃｒ‐Ｍｏ合金と比較して改良された耐点蝕および隙間腐蝕性を示す。これらの改良は、INCOLOYＲ合金２５‐６ＭＯのような耐蝕性合金に対する、約６．５〜７．５wt％Ｍｏおよび約０．３３〜０．４０wt％Ｎの含有の結果であると考えられる。
【０００８】
特に、本発明の合金は表１で重量％で示されたおよそ下記範囲の合金の元素を含有している：
0004312408.tif 000002
【０００９】
本発明の合金は更に０．５wt％のＶを含有してもよい。
本発明の特に好ましい合金は、約２７重量％のＮｉ、２１％のＣｒ、７．２％のＭｏ、１．０％のＭｎ、０．８％のＣｕおよび０．３３％のＮを含有している。本発明は、腐蝕環境用にモリブデンを含有した合金の理論的計算および物理試験の双方による成果である。
【００１０】
ある理論的計算は、使いうる合金を評価するために知られた技術である。これらの計算にはシグマソルバス温度および耐点蝕性相当数（ＰＲＥＮ）が関係し、これはＰＲＥＮが％Ｃｒ＋３．３（％Ｍｏ）＋３０（％Ｎ）に相当する合金組成物をベースにした耐点蝕性の数値的評価である。６ＭＯ合金（約６wt％モリブデンを含有した合金）における高いシグマソルバス温度は、乏しい冶金安定性および過度な加工問題に結がることが知られている。本発明の開発に際する１つの目標は、改良された耐点蝕性のために高いＰＲＥＮと、合金の安定性および改良された加工性のために低いシグマソルバス温度とで、可能な最良の組合せを有した合金組成を見いだすことであった。シグマソルバス温度およびＰＲＥＮ数の計算は、２２、２５および２７重量％のＮｉ、６．０、６．５および７．０重量％のＭｏ、および０．２０、０．２８および０．３５重量％のＮと共に２０．５％のＣｒおよび残部のＦｅを含有したファクターデザインのために行われた。２２％Ｎｉ、２５％Ｎｉおよび２７％Ｎｉ組成でシグマソルバス温度について計算されたＭｏおよびＮ含有率の効果が図１〜３で示されている。図１〜３の境界線は、様々なシグマソルバス温度レベルを示すために描かれている。図１〜３は、高いニッケルおよび窒素含有率はシグマソルバス温度を低下させ、その一方でモリブデン量の増加はシグマソルバス温度を高めることを証明している。図４は、２２〜２７wt％Ｎｉおよび２０．５wt％Ｃｒの合金で、６〜７wt％Ｍｏおよび０．２〜０．３５wt％Ｎ範囲におけるＰＲＥＮ値の境界線を示している。図４は、高いモリブデンおよび窒素レベルが高いＰＲＥＮ数に至ることを証明している。これらの計算ＰＲＥＮ値に基づくと、高いモリブデンおよび窒素レベルは大きな耐点蝕性が期待される。しかしながら、窒素はシグマソルバス温度を低下させる一方で、モリブデンはシグマソルバス温度を高めることが、既に図１〜３で示されている。
【００１１】
このように、本発明ではこれら２つの望ましい目標間でバランスが取られた。望ましい低いシグマソルバス温度のためには高い窒素含有率および低いモリブデン含有率を用いることを示し、その一方で望ましいＰＲＥＮ値のためには高いモリブデンおよび窒素レベルを用いることを示唆している。これは図５で示されており、ＰＲＥＮ境界線は２７％Ｎｉ‐２０．５％Ｃｒ組成物について図１〜４で作製されたシグマソルバス境界線に併記されている。約１９００°Ｆの比較的低いシグマソルバス温度と約５４の許容しうるＰＲＥＮレベルとで最良の組合せは、約０．３５％の窒素レベルで得られることがわかった。これは２７‐７組成物（２７Ｎｉ、２０．５Ｃｒ、７Ｍｏおよび０．３５Ｎ）について“＊”でデータ箇所に示されている。この２７Ｎｉ‐２０．５Ｃｒ‐７Ｍｏ‐０．３５Ｎ組成物は、市販合金よりも有意に高いＰＲＥＮおよび低いシグマソルバス温度を有することが示された。いくつかの市販６ＭＯタイプ合金の一般組成は表２で示されている。
【００１２】
0004312408.tif 000003
【００１３】
理論的計算では、図６において、２７Ｎｉ‐２０．５Ｃｒ‐７Ｍｏ‐０．３５Ｎ組成物がほとんどの従来の合金よりも有意に低いシグマソルバス温度および高いＰＲＥＮ数を有することを示している。合金６５４ＳＭＯは非常に高いＰＲＥＮ数を有しているが、それは非常に高いシグマソルバス温度も有して、加工がより難しくて生産制限をうけるため、本発明の合金ほど許容されない。２７Ｎｉ‐２０．５Ｃｒ‐７Ｍｏ‐０．３５Ｎ組成物の実験シグマソルバス温度は、理論的予測よりもわずかに高かった。
【００１４】
望ましい性質バランスを示すためには、モリブデン含有率は約６．５〜７．５wt％であり、窒素含有率は約０．３３〜０．４０wt％であると考えられる。したがって、本発明ではニッケル‐クロム合金に約６．５〜７．５wt％のＭｏおよび約０．３３〜０．４０wt％のＮを用いる。
【００１５】
本発明はこれまで一般的に記載されてきたが、以下の具体例では本発明に典型的な製品およびプロセスステップの追加例を示している。
【００１６】
例１
実験室サイズのヒート（５０ｌｂ）を空気および真空溶融の双方により製造した。脱酸元素の量、他の残部および熱間圧延の実施を表３で示されているように変えた。
インゴットを２．２５インチ四方、０．２５０インチフラット、０．１２５インチストリップおよび／または５／８インチロッドに圧延した。化学分析を取鍋サンプルおよび／または最終製品で行った。臨界点蝕温度および隙間腐蝕温度（侵蝕が生じる最低温度）を、１２０グリット研磨面の焼きなまし標品で、ＡＳＴＭ  Ｇ４８、操作法ＣおよびＤの双方に従い行った。
【表１】
0004312408.tif 000004
【００１７】
比較例
本発明の場合よりも少ない窒素分を有する合金の５０ｌｂ実験室ヒートを製造したが、これもヒートＨＶ９１１７Ａとして表３に示されている。
表３で示されたある合金の板サンプルで行われた臨界点蝕温度（ＣＰＴ）および臨界隙間腐蝕温度（ＣＣＴ）試験の結果は、表４および５で示されている。
表４および５で示されたデータは、耐点蝕および隙間腐蝕性の双方がＭｏおよびＮの増量につれて改善されることを示している。従来の２５‐６ＭＯ合金で典型的なＣＰＴおよびＣＣＴ温度は各々１５８°Ｆ（７０℃）および９５°Ｆ（３５℃）である。Ｍｏをやや増加させると、比較例のヒートＨＶ９１１７Ａで行われたように、ＣＰＴおよびＣＣＴ値は各々１７６°Ｆ（８０℃）および１０４°Ｆ（４０℃）に増した。しかしながら、ヒートＨＶ９２４２Ａ（本発明の合金）でＭｏおよびＮの増量は、ＣＰＴおよびＣＣＴ値を各々１９５°Ｆ（８５℃）および１４０°Ｆ（６０℃）に増した。そのため、高いＭｏおよびＮレベルの方が有益であると考えられる。
【００１８】
タングステン劣化および溶融金属流体フローを評価するために、ヒートＨＶ９４３８およびその他から圧延された０．０６２″厚シートを平坦にして、自生ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）試験を行った。溶接後におけるタングステンの視覚試験では、過度な劣化またはスポーリングを示さなかった。溶接ビーズプロフィールおよび外形は、窒素の０．３５％添加で悪影響をうけなかった。加えて、溶融金属の流動性および湿潤特徴は窒素添加で有意には劣化しなかった。
【００１９】
本発明の合金の機械的性質も試験した。室温引張性に及ぼす焼きなましの効果をヒートＨＶ９２４２Ａで試験した。INCOLOYＲ合金２５‐６ＭＯは、４３Ｋｓｉの最少０．２％降伏強度および４０％の最少伸び率を有することが通常要求される。これらの性質を得るためには、２２００°Ｆ（１２０４℃）の比較的高い焼きなまし温度を用いて、望ましい延性を得ることが、以前は必要であった。それにもかかわらず、この延性のとき、その強度はたいてい４３Ｋｓｉよりわずかに良いだけである。表６は、５０％冷間圧延後にヒートＨＶ９２４２Ａから形成された０．１２５″ストリップで、２０５０〜２１５０°Ｆの焼きなまし温度の室温性質に及ぼす影響力を示している。表７は、市販ヒート２５‐６ＭＯと比較して、１８００〜２２００°Ｆの温度で焼きなまししたとき、５０％冷間圧延後に０．１５０″ストリップとして同じヒートＨＶ９２４２Ａを試験した結果を示している。
【００２０】
データは、高い降伏強度および伸びが焼きなまし温度範囲で２５‐６ＭＯと比較して新たな合金で得られたことを示している。高いニッケルまたは低いシグマソルバス温度が改良された延性に寄与しながら、高いモリブデンおよび窒素含有率が合金に高い強度をもたらすと考えられる。合金２５‐６ＭＯは２２００°Ｆ（１２０４℃）の高い焼きなまし温度を要する高いシグマソルバス温度を有している。本発明の合金は、強度も高くなる従来の合金２５‐６ＭＯと比較して低い温度で焼きなまししてもよい。
【００２１】
そのため、本発明による合金は、高いＰＲＥＮ数（“耐点蝕性相当数”）および低いシグマソルバス温度双方の組合せで、加工が容易という追加利点と共に優れた耐蝕性をもたらす。低いシグマソルバス温度は、有害なシグマ相の沈澱という危険性を減らしながら、熱間圧延または成形操作をもたらす。しかも、最終焼きなましは、シグマ相になり易くて、望ましくない沈殿物を除去するために高い溶液焼きなまし温度を要する物質よりも低い温度で行える。低い加工および焼きなまし温度は望ましくない酸化を減少させ、エネルギーコストを低下させて、高い強度で細粒サイズの最終製品をもたらす。
【００２２】
0004312408.tif 000005
概要：
ＨＶ９１１７Ａ  ＣＰＴ＝８０℃
ＨＶ９２４２Ａ  ＣＰＴ＝８５℃
ＨＶ９２４４Ａ  ＣＰＴ＝８０℃
【００２３】
0004312408.tif 000006
概要：
ＨＶ９１１７Ａ  ＣＣＴ＝４０℃
ＨＶ９２４２Ａ  ＣＣＴ＝６０℃
ＨＶ９２４４Ａ  ＣＣＴ＝４５℃
【００２４】
【表２】
0004312408.tif 000007
【００２５】
【表３】
0004312408.tif 000008
【００２６】
本発明の具体的態様が詳細に記載されてきたが、様々な修正および変更が全体的な開示からみて行いうることは当業者に明らかであろう。ここで記載された現在の好ましい態様は説明のためのみであって、本発明の範囲については限定せず、添付された請求の範囲およびそのすべての相当物の全範囲を包含している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は２２wt％ニッケルのシグマソルバス温度境界線のグラフである。
【図２】  図２は２５wt％ニッケルのシグマソルバス温度境界線のグラフである。
【図３】  図３は２７wt％ニッケルのシグマソルバス温度境界線のグラフである。
【図４】  図４は２２〜２７wt％ニッケルのＰＲＥＮ境界線のグラフである。
【図５】  図５は、シグマソルバス温度およびＰＲＥＮ計算上におけるモリブデンおよび窒素の効果の比較グラフである。
【図６】  図６は、本発明の組成物および従来の合金に関するＰＲＥＮおよびシグマソルバス温度の比較である。
【図１】
0004312408.tif 000009
【図２】
0004312408.tif 000010
【図３】
0004312408.tif 000011
【図４】
0004312408.tif 000012
【図５】
0004312408.tif 000013
【図６】
0004312408.tif 000014