高温合金用ニッケル基合金
ニッケル基合金
高温合金とは、鉄、ニッケル、コバルトをベースとした一種の金属材料を指し、600度以上の高温および一定の応力下で長期間使用でき、高い高温強度、良好な耐酸化性、および耐酸化性を備えています。高温耐食性。 、優れた疲労性能、破壊靱性などの総合的な特性を備え、欧米では超合金と呼ばれています。 通常、高温（600〜1200度）および複雑な応力条件下で長時間動作する部品に使用されます。
ニッケル基合金は現在最も広く使用されている高温合金であり、主に高温、強酸または強アルカリ、強酸化などの作業環境で使用されます。 その開発と使用は、ジェット航空機の出現により高温合金の性能に対する要求が高まったことを背景に、1930 年代後半に始まりました。 本稿では、ニッケル基合金を以下の観点から紹介していきます。
1. タイプ
パフォーマンスに応じて分割されます。
ニッケル基耐食合金：主な合金元素は銅、クロム、モリブデンです。 優れた総合性能を持ち、さまざまな酸腐食や応力腐食に耐えます。 主にニッケル銅（Ni-Cu）合金（モネル合金）、ニッケルクロム（Ni-Cr）合金（ニッケル基耐熱合金、インコロイ、インコネル系）、ニッケルモリブデン（Ni-Mo）合金（純ニッケルは、ハステロイB系）、ニッケル・クロム・モリブデン（Ni-Cr-Mo）合金（主にハステロイC系）などです。同時に、純ニッケルもニッケル基耐食合金の代表的なものです。
ニッケルベースの耐摩耗合金: 主な合金元素はクロム、モリブデン、タングステンで、少量のニオブ、タンタル、インジウムも含まれています。 耐摩耗性に加えて、優れた抗酸化性、耐食性、溶接性も備えています。
ニッケル基精密合金: ニッケル基軟磁性合金、ニッケル基精密抵抗合金、ニッケル基電熱合金など。最も一般的に使用される軟磁性合金は、約 80% のニッケルを含むパーマロイです。 最大透磁率、初透磁率が高く、保磁力が低い。 エレクトロニクス産業において重要な鉄心材料です。 ニッケル基精密抵抗合金の主な合金元素は、クロム、アルミニウム、銅です。 この合金は、抵抗率が高く、抵抗温度係数が低く、優れた耐食性を備えており、抵抗器の製造に使用されます。 ニッケル基電熱合金は、20%のクロムを含むニッケル合金です。 耐酸化性、耐腐食性に優れ、1000～1100度の温度で長期間使用できます。
ニッケル基形状記憶合金：50(at)%のチタンを含むニッケル合金。 回復温度は70度で、形状記憶効果が良好です。 ニッケルとチタンの成分の割合を少し変えると、回収温度が 30 ～ 100 度の範囲で変化する可能性があります。
2. 一般的に使用されるニッケル基合金の特徴
インコネル 600: 良好な高温耐食性と耐酸化性、優れた熱間および冷間加工および溶接特性を備え、満足のいく熱強度と 700 度以下の高い可塑性を備えています。
インコネル 625: 塩化物媒体中での孔食、隙間腐食、粒界腐食および浸食に対する優れた耐性。 耐酸性と良好な溶接性。 インコネル 625 の低サイクル疲労バージョンは、一般的に使用されるベローズです。
インコネル 690: コバルト含有量が低く、原子力関連用途に適しており、抵抗率が低い。 例えば、加圧水型原子力発電所の蒸気発生器の伝熱管はすべて690材でできています。
インコネル 713C: 析出硬化ニッケルクロムベースの鋳造合金。
インコネル 718: 「相強化相」により、良好な溶接性能。
インコネル 751: アルミニウム含有量を増やすことで、870 度付近の高温域での破断強度が向上します。
インコネル 792: アルミニウム含有量を増やすと、高温での耐食性が向上し、ガス タービンの製造に適しています。
インコネル 939: 溶接性能を向上させるための相強化。
インコロイ020：硫酸、塩化物、リン酸、硝酸を含む化学環境において優れた耐食性を発揮します。
インコロイ 028: 酸と塩の両方に耐性があり、銅が含まれているため硫酸にも耐性があります。
インコロイ 330: 高温で優れた強度を示し、酸化および還元環境に対して優れた耐性を示します。
インコロイ800：塩化物、低濃度NaOH水溶液、高温高圧水中での耐応力腐食割れ性に優れています。 高温に長期間さらされた後でも、安定した状態を維持し、オーステナイト構造を維持できます。
インコロイ 803: 硫黄が豊富な環境での使用向けに設計されています。
インコロイ 825: 還元酸および酸化酸に対する良好な耐食性、応力腐食割れ、孔食および隙間腐食に対する耐性、硫酸およびリン酸に対する優れた耐食性、および良好な熱間および冷間加工特性を備えています。 、冷間成形と溶接が簡単です。
インコロイ 908: 高い引張強さ、疲労亀裂成長に対する耐性、良好な溶接性、冶金学的安定性と延性、高い破壊靭性と衝撃靭性、低い熱膨張係数、酸素脆化に対する耐性、および熱間加工中に亀裂が生じないという特性を備えています。
インコロイ 907: 高強度、高温での熱膨張係数が低い。
インコロイ 945X: 塩素が豊富な環境向けに設計されており、モリブデンにより隙間腐食や孔食に対する耐性が向上します。
インコロイ MA956: 一体の溶解プロセスではなくメカニカルアロイングによって作られているため、溶接が難しく、成形するには 200℃ まで加熱する必要があります。
モネル 400: 酸性およびアルカリ性環境下で高強度と優れた耐食性を有し、特に還元条件に適しています。 延性や熱伝導性にも優れています。 海洋工学、化学および炭化水素処理、熱交換器、バルブ、ポンプで一般的に使用されます。
モネル401：タングステン不活性ガスシールド溶接、抵抗溶接、ロウ付けが容易な特性を持っています。 特殊な電気および電子アプリケーション向け。
モネル 404: 一般的な溶接技術を使用した溶接および鍛造に使用できますが、熱間加工はできません。 低温、低浸透性、良好なろう付け特性を備えています。 一般的にはトランジスタやメタルシールに使用されます。
モネル 405: 切断が容易で、主に自動ねじ機の原料として使用されますが、他の用途には通常推奨されません。
モネル450：疲労強度が高く、熱伝導率が高い。 一般に凝縮器、蒸留器、蒸発器、熱交換器チューブ、ブラインパイプなどに使用されます。
モネル K-500: 基本的にモネル 400 と同じ性能を持ち、ポンプ シャフト、インペラ、スクレーパー、油井ドリル カラー、計器、電子部品によく使用されます。
モネル502：耐クリープ性、耐酸化性に優れ、オーステナイト系ステンレス鋼と同様の加工も可能です。
ハステロイ B-2: 還元環境における優れた耐食性。
ハステロイ B-3: B2 のアップグレード版で、あらゆる温度および濃度の塩酸に対して優れた耐食性を備えています。
ハステロイ C-4: 650 ～ 1040 度での良好な熱安定性、良好な靭性および耐食性。
ハステロイ C-22: 酸化性媒体中での均一腐食に対する耐性は C-4 および C-276 よりも優れており、局部腐食に対する耐性も優れています。
ハステロイ C-276: 酸化腐食および中程度の還元腐食に対して優れた耐性を持ち、応力腐食に対して優れた耐性を備えています。
ハステロイ C-2000: 酸化環境と還元環境の両方で優れた均一耐食性を備えた最も包括的な耐食合金。
ハステロイ G-30: クロム含有量が高く、リン酸やその他の強酸化性の混酸媒体中で優れた性能を発揮するニッケルベースの合金。
ハステロイX：高強度、抗酸化性、加工性を兼ね備えています。
3. よく使われるブランドの特徴比較
1. N5 の化学組成は N02201 に似ており、N6 および N7 の化学組成は N02200 に似ています。 N02200 の炭素含有量は 0.15% 以下であるため、315 度で黒鉛化して材料が脆くなるため、使用される最高温度は 315 度です。
2. 800、800H、および 800HT は、ASME 規格で同じ元素組成を持ちます。 800 は炭素含有量が最も低く、焼きなまし温度は 982-1038 度、使用温度は 600 度未満です。 800H は Al+Ti 含有量が限られており、特別な固溶体処理 (1121-1177 度) の後、結晶粒は粗大で、結晶粒は ASTM- 5.0、600 度を超えるクリープ破断抵抗です。大幅に改善されました。 800HTはAl+Ti含有量を増加させ、特殊固溶体処理(1121-1177度)後、結晶粒は粗大で、粒径はASTM-5.0、700以上の最高の耐クリープ破断性度が大幅に向上します。 熱処理温度が高すぎると、材料粒子が膨張し、クリープ限界と持続強度限界が高くなり、靭性が低下します。 熱処理温度が高いほど、核生成が速くなり、結晶の数が増加します。 この時点では粒子は比較的細かいです。 保持時間を長くすると粒子が成長します。 冷却速度が遅いと粒子も大きくなります。 一般に、温度が高いほど (勾配が小さいほど)、粒子サイズは大きくなります。 粒子が小さいほど強度と硬度が高くなり、可塑性と靭性が向上します。 しかし、高温の使用環境では結晶粒が粗大化し、結晶粒界の全長が短くなります。 粒界に沿った滑りによる変形や損傷、あるいはクリープ性能が向上します。
3. N06600の主な化学組成: 72Ni-15Cr-8Fe、N08800の主な化学組成: 33Ni-42Fe-21Cr、これは、 N06600の72Ni含有量を33Ni+45Feに変換し、ニッケルの一部を置き換えることでコストを削減します。
4. N10675の主な化学組成は65Ni-29.5Mo-2Fe-2Cr、N10276の化学組成は54Ni-16Mo-15Crです。 これは、N10675 の 29.5Mo を 16Mo+15Cr に分割したものとほぼみなすことができます。 Cr含有量の増加により耐酸化性が向上しました。 メディアの腐食能力。
4. 用語の定義
黒鉛化: 低炭素鋼は 450 度に長期間さらされると黒鉛化変態を起こし、セメンタイト構造が分解して Fe3C=3Fe+C (黒鉛) になります。
クリープ: 金属材料は、長期にわたる高温負荷下で結晶粒界に沿って破壊されます。
固溶処理：析出相のCr23C6化合物とσ相（FeCr脆性相）をオーステナイト組織に再溶解させ、飽和オーステナイト組織を形成する。
鋭敏化処理: 400-800 度の範囲に長時間留まると、Cr23C6 の形成によりオーステナイト組織が炭化物粒界でクロムが減少します。
粒界腐食: オーステナイト構造内に形成される Cr23C6 化合物は、炭化物の粒界でクロムの欠乏を引き起こします。 材料の Cr 含有量が 12% 未満であるため、材料粒子が分裂します。
弾性率: 弾性変形段階での応力とひずみの比。
ポアソン比: 弾性変形段階における横サイズ/縦サイズの相対変化比。
線膨張係数: 温度が上昇すると、結晶の直線の長さと体積が増加します。
