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技術 ニッケル基合金、方法および使用

出願人 フォロニ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ
発明者 フォロニ,ルカモンターニ,ライモンド
出願日 2014年12月5日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2016-557205
公開日 2017年1月26日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2017-503085
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード 硬化金属 熱時効処理 ピンチポイント 金属硬化 機械的耐性 熱機械的処理 粒界領域 分析範囲
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題・解決手段

ニッケル基合金の製造方法であって、所定の組成の金属の素材鍛造し、そして溶体化処理する工程と、製品高温での第一の時効工程と空気中で冷却する工程に供し、そして低温での第二の時効工程と空気中で冷却する工程に供し、それによりニッケル基合金を得る。これらの工程i)〜v)の結果として、この合金は、その結晶粒の全体にわたって均一に析出した金属硬化相を含む。本発明はさらに、ニッケル基合金およびこの合金の使用に関する。

概要

背景

[0001]近年、エネルギー需要が著しく増大した結果、石油の抽出工業においては、陸地海底の両方でますます増大する深さにおいて石油を発見する問題が生じている。
[0002]それと同時に、設備のサイズも増大し、壁の直径または厚さは18インチ(460mm)までに達した。この増大により、製造業者出発インゴットのサイズを二倍以上にすることを余儀なくされ、このことは、化学組成に変動がある場合には、長時間と高い費用のかかる均質化熱処理を行った後であっても、製品化学的均質さに関する顕著な問題を提示している。

[0003]最も厳しい環境において用いるための、市場において現在入手できるN07718、N07716、N07725の標示で知られる市販の合金は、以下の制限を有する:
− N07718合金は、有害な相の多くの析出によって結晶粒界を損なうことなく良好な機械的性質を達成することができて、中温度において、そして元素硫黄が存在しないときに使用することができる;
− N07716合金は、高い機械的性質を得るために時効されるが、かなりの相析出物によって修飾された結晶粒界を伴ったミクロ組織を有し、その析出物は粒界腐食実験室試験においてこの合金の挙動に影響を及ぼし、従って、その析出物は、HPHT高圧高温)の範囲および発生期水素が存在する可能性のある環境におけるこの合金の使用を妨げ、この合金の製品を非常に脆くする。

[0004]石油の抽出工業の設備要件は、慣例的に用いられる合金の製造業者らに対して、主に時効熱処理に作用する標準的な合金(N07718、N07716、N07725)の機械的性質を著しく(10〜15%)高めることを強いたが、その時効熱処理は、あいにくと、それらの合金の腐食性には影響を及ぼさない。

[0005]出願人は、化学的な不整を最小限にするためのVAR(真空アーク再溶解)による再鋳造法および熱変態プロセスを最適にするとともに高性能機械装置を用いてそのプロセスを反復性のものにすることについて数年にわたって研究した後に、石油と天然ガスの抽出工業の現在の要求を満足するためには、大きな部品に対してであっても、ミクロ組織と耐食性を無効にすることなく、合金の化学組成によって高い機械的性質を得る必要がある、と結論づけた。

[0006]従って、本発明は、上述の趣旨において、先行技術に関して示された問題を解決することができる製造方法およびニッケル基合金を提供することを提案するものである。
[0007]より具体的には、本発明に関する合金は、実質的に互いに両立しないと現在まで考えられていた後述する幾つかの望ましい特徴を併せ持つことができる。

概要

ニッケル基合金の製造方法であって、所定の組成の金属の素材鍛造し、そして溶体化処理する工程と、製品を高温での第一の時効工程と空気中で冷却する工程に供し、そして低温での第二の時効工程と空気中で冷却する工程に供し、それによりニッケル基合金を得る。これらの工程i)〜v)の結果として、この合金は、その結晶粒の全体にわたって均一に析出した金属硬化相を含む。本発明はさらに、ニッケル基合金およびこの合金の使用に関する。なし

目的

本発明は、上述の趣旨において、先行技術に関して示された問題を解決することができる製造方法およびニッケル基合金を提供する

効果

実績

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請求項1

ニッケル基合金の製造方法であって、以下の各工程:i)重量パーセントで表わして、C=0.030以下、Si=0.50以下、Mn=0.50以下、Cr=20.0〜24.0、Ni=55.0〜60.0、Mo=5.5〜7.0、S=0.005以下、P=0.015以下、Cu=1.0以下、Co=1.0以下、Al=0.80以下、Ti=0.50〜1.50、Nb=4.0〜5.5、および残りのパーセントのFe、を含む金属の素材鍛造し、そして溶体化処理すること;ii)工程i)の製品高温において第一の時効工程に供すること;iii)工程ii)の製品を空気中で冷却すること;iv)工程iii)の製品を低温において第二の時効工程に供すること;v)工程iv)の製品を空気中で冷却し、それによりニッケル基合金を得ること;を含み、前記工程i)〜v)の後に、ニッケル基合金の硬化金属相が合金結晶粒の中に均一な形態で析出する、前記方法。

請求項2

工程i)〜v)の後に、ニッケル基合金は、本質的に非結晶粒界の位置において析出した金属硬化相γ’およびγ”を含み、また少なくとも前記結晶粒の境界に沿って不連続に析出した炭化物相を含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

工程iii)の製品を分離する工程、およびその分離した製品の第一の部分について変形を行って最初の最終製品(例えば、性能がより低い製品)にする工程、をさらに含む、請求項1および2のいずれかに記載の方法。

請求項4

前記の分離した製品の第二の部分を工程iv)に送り、そして次に工程v)に送り、それにより前記ニッケル基合金から成る性能がより高い第二の製品を得る工程を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。

請求項5

工程iii)の製品は、周囲温度において測定して、およそ827MPa以上の降伏強さによって特徴づけられ、そして工程v)の後で、ニッケル基合金は、周囲温度において測定して、およそ950〜970MPaの降伏強さによって特徴づけられる、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。

請求項6

工程i)において鍛造されて溶体化処理された金属の素材は、重量パーセントで表わして、C=0.022以下、Si=0.20以下、Mn=0.20以下、Cr=21.0〜23、Ni=57.0〜59.0、Mo=5.5〜6.0、Al=0.30〜0.60、Ti=0.70〜1.0、Nb=4.5〜5.0、Fe=最少限のパーセントとして5、を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。

請求項7

工程i)において鍛造されて溶体化処理された金属の素材は、重量パーセントで表わして、Ni=58、Cr=21.5、Mo=5.8、Nb=4.8、Ti=0.9、Al=0.4、Fe=8%、を含む、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。

請求項8

工程ii)は約720〜780℃の温度において約3〜8時間または約3〜6時間にわたって行われる、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。

請求項9

工程iv)は600〜640℃の温度において約4〜10時間にわたって行われる、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。

請求項10

工程i)は、金属の素材をおよそ1000〜1160℃の温度で鍛造し、次いで、前記素材をおよそ1030〜1080℃の温度で溶体化処理する副工程を含み、前記溶体化処理の副工程の後で工程ii)の前に、水中で冷却工程を行う、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。

請求項11

冷却の工程iii)およびv)は空気中で周囲温度において、すなわち、時効工程ii)およびiv)が実施される加熱される雰囲気の外の温度において、それぞれの製品の周囲温度になるまで行われる、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。

請求項12

以下の各工程:i)重量パーセントで表わして、C=0.030以下、Si=0.50以下、Mn=0.50以下、Cr=20.0〜24.0、Ni=55.0〜60.0、Mo=5.5〜7.0、S=0.005以下、P=0.015以下、Cu=1.0以下、Co=1.0以下、Al=0.80以下、Ti=0.50〜1.50、Nb=4.0〜5.5、および残りのパーセントのFe、を含む金属の素材を鍛造し、そして溶体化処理すること;ii)工程i)の製品を高温において第一の時効工程に供すること;iii)工程ii)の製品を空気中で冷却すること;iv)工程iii)の製品を低温において第二の時効工程に供すること;v)工程iv)の製品を空気中で冷却し、それによりニッケル基合金を得ること;によって得られるニッケル基合金であって、工程i)〜v)の後に、その結晶粒の全体にわたって均一に析出した金属硬化相を含む、前記ニッケル基合金。

請求項13

工程i)〜v)の後に、ニッケル基合金は、本質的に非結晶粒界の位置において析出した金属硬化相γ’およびγ”を含み、また少なくとも前記結晶粒の境界に沿って不連続な形で析出した炭化物相を含む、請求項12に記載の合金。

請求項14

重量パーセントで表わして、C=0.030以下、Si=0.50以下、Mn=0.50以下、Cr=20.0〜24.0、Ni=55.0〜60.0、Mo=5.5〜7.0、S=0.005以下、P=0.015以下、Cu=1.0以下、Co=1.0以下、Al=0.80以下、Ti=0.50〜1.50、Nb=4.0〜5.5、および残りのパーセントのFe、を含む金属の素材を含むニッケル基合金(例えば、請求項1〜11のいずれかに記載の方法によって製造されたニッケル基合金)であって、本質的に非結晶粒界の位置において析出した硬化相γ’およびγ”を含むことと、少なくとも前記結晶粒の境界に沿って不連続な形で析出した炭化物を含むことで特徴づけられる、前記ニッケル基合金。

請求項15

化学工業または石油工業のための装置やパイプを製造するための請求項12〜14のいずれかに記載の合金の使用。

技術分野

0001

本発明は優れた耐食性機械的性質を有するニッケル基合金およびその製造方法に関する。

背景技術

0002

[0001]近年、エネルギー需要が著しく増大した結果、石油の抽出工業においては、陸地海底の両方でますます増大する深さにおいて石油を発見する問題が生じている。
[0002]それと同時に、設備のサイズも増大し、壁の直径または厚さは18インチ(460mm)までに達した。この増大により、製造業者出発インゴットのサイズを二倍以上にすることを余儀なくされ、このことは、化学組成に変動がある場合には、長時間と高い費用のかかる均質化熱処理を行った後であっても、製品化学的均質さに関する顕著な問題を提示している。

0003

[0003]最も厳しい環境において用いるための、市場において現在入手できるN07718、N07716、N07725の標示で知られる市販の合金は、以下の制限を有する:
− N07718合金は、有害な相の多くの析出によって結晶粒界を損なうことなく良好な機械的性質を達成することができて、中温度において、そして元素硫黄が存在しないときに使用することができる;
− N07716合金は、高い機械的性質を得るために時効されるが、かなりの相析出物によって修飾された結晶粒界を伴ったミクロ組織を有し、その析出物は粒界腐食実験室試験においてこの合金の挙動に影響を及ぼし、従って、その析出物は、HPHT高圧高温)の範囲および発生期水素が存在する可能性のある環境におけるこの合金の使用を妨げ、この合金の製品を非常に脆くする。

0004

[0004]石油の抽出工業の設備要件は、慣例的に用いられる合金の製造業者らに対して、主に時効熱処理に作用する標準的な合金(N07718、N07716、N07725)の機械的性質を著しく(10〜15%)高めることを強いたが、その時効熱処理は、あいにくと、それらの合金の腐食性には影響を及ぼさない。

0005

[0005]出願人は、化学的な不整を最小限にするためのVAR(真空アーク再溶解)による再鋳造法および熱変態プロセスを最適にするとともに高性能機械装置を用いてそのプロセスを反復性のものにすることについて数年にわたって研究した後に、石油と天然ガスの抽出工業の現在の要求を満足するためには、大きな部品に対してであっても、ミクロ組織と耐食性を無効にすることなく、合金の化学組成によって高い機械的性質を得る必要がある、と結論づけた。

0006

[0006]従って、本発明は、上述の趣旨において、先行技術に関して示された問題を解決することができる製造方法およびニッケル基合金を提供することを提案するものである。
[0007]より具体的には、本発明に関する合金は、実質的に互いに両立しないと現在まで考えられていた後述する幾つかの望ましい特徴を併せ持つことができる。

0007

[0008]上記の目的は以下の各工程を含むニッケル基合金の製造方法によって達成される:
i)金属の素材鍛造し、そして溶体化処理する;
ii)工程i)の製品を高温において第一の時効工程に供する;
iii)工程ii)の製品を空気中で冷却する;
iv)工程iii)の製品を低温において第二の時効工程に供する;
v)工程iv)の製品を(好ましくは空気中で)冷却し、それによりニッケル基合金を得る。

0008

[0009]工程i)〜v)の結果として、ニッケル基合金の硬化金属相が合金の結晶粒の中に均一な形態で析出する。
[0010]実際には、工程ii)およびiv)において硬化金属相(γ’およびγ”)が顕著に析出し、そして時効工程は、それらの相の最大の析出速度が得られるようなやり方で選択された。

0009

[0011]冷却工程を行う間に硬化金属相が析出し続けるかもしれないが、しかし、それはもはや最適な速度ではなくなり、一方、炭化物相(これを本明細書では「炭化物」とも言う)が、また場合によっては望ましくない金属間相が、このプロセスの間に大きな析出速度をもつかもしれない。

0010

[0012]このため、上で示した冷却工程(これらの後に時効の各工程が続く)は、従来用いられる処理よりもずっと速い。
[0013]特に有利な態様によれば、工程i)〜v)の結果として、ニッケル基合金は、本質的に非結晶粒界の位置において析出した硬化相γ’およびγ”を含み、また少なくとも上記の結晶粒の境界に沿って不連続に析出した炭化物を含む。

0011

[0014]革新的なこととして、適切な分析的な均衡と結びついた上述の方法によれば、結晶粒界における炭化物と望ましくない相の析出は最少限になり、そして合金の結晶粒の中で(特に、粒界領域の外側で)金属の硬化相の均一な分布が促進されるので、上述の方法を用いて製造される合金においては、存在しない形態ではないとしても、少なくとも現在用いられている合金と比較して、粒界腐食の現象が極めて限定される、ということが言える。

0012

[0015]より具体的には、二つの時効処理を交互に行い、両者の後に冷却を行うことにより、iii)およびv)の各工程における析出物の生成速度を調節することが可能になる。さらに、この方法の各々の工程について、ニッケル基合金の特性に対して有利な金属相(すなわち、γ’およびγ”)の析出だけが活性化される。

0013

[0016]金属の素材は、重量パーセントで表わして、C=0.030以下、Si=0.50以下、Mn=0.50以下、Cr=20.0〜24.0、Ni=55.0〜60.0、Mo=5.5〜7.0、S=0.005以下、P=0.015以下、Cu=1.0以下、Co=1.0以下、Al=0.80以下、Ti=0.50〜1.50、Nb=4.0〜5.5、および残りのパーセントのFe、を含む。好ましくは、Feは約5〜15または約5〜12のパーセントで存在してもよい。

0014

[0017]好ましくは、工程i)において鍛造されて溶体化処理された金属の素材は、重量パーセントで表わして、C=0.022以下、Si=0.20以下、Mn=0.20以下、Cr=21.0〜23、Ni=57.0〜59.0、Mo=5.5〜6.0、Al=0.30〜0.60、Ti=0.70〜1.0、Nb=4.5〜5.0、Fe=最少限のパーセントとして5、を含む。

0015

[0018]単なる例としてであるが、工程i)において鍛造されて溶体化処理された金属の素材は、重量パーセントで表わして、Ni=58、Cr=21.5、Mo=5.8、Nb=4.8、Ti=0.9、Al=0.4、Fe=8%、を含むことができる。

0016

[0019]可能性のある態様によれば、金属の素材はもっぱら上記の元素から成っていてもよく、すなわち、示したパーセントで、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、S、P、Cu、Co、Al、Ti、Nb、Feから成っていてもよい。

0017

[0020]変形の態様によれば、工程i)は、金属の素材をおよそ1000〜1160℃の温度で鍛造し、次いで、この素材をおよそ1030〜1080℃の温度で溶体化処理する副工程を含む。

0018

[0021]有利なこととして、溶体化処理の副工程の後で工程ii)の前に、水中で冷却工程を行うことができ、あるいは同様のタイプの急冷を行うことができる。
[0022]工程iii)の製品は、それ自体がすでに工業上の重要な製品を構成し、またそれ自体の市場を有する、ということに注目することが重要である。

0019

[0023]本発明の可能性のある態様によれば、この方法は、工程iii)の製品を分離する工程、およびその分離した製品の第一の部分について変形(transforming)を行って最初の最終製品(例えば、比較的に性能の低い製品)にする工程、および/または、その分離した製品を貯蔵する工程を含むことができる、ということが言える。

0020

[0024]言い換えると、プロセスを開始して鍛造および溶体化処理を行った金属の素材の全てについて必ずしも工程v)の製品にする必要は無く、それらの一部を工程iii)の終りに取り出して、上述したように変形を行い、あるいは単に貯蔵することができる。

0021

[0025]従って、従来の合金と比較した場合の製造上および論理上の利点は明白である。
[0026]好ましい変形の態様によれば、工程iii)の製品は、周囲温度において測定して、およそ827MPa以上の降伏強さによって特徴づけることができる。

0022

[0027]さらなる有利な態様によれば、この方法は、工程iii)における上記の分離した製品の第二の部分を工程iv)に(そして次に工程v)に)送り、それによりニッケル基合金から成る第二の製品(例えば、比較的に性能の高い製品)を得る工程を含んでいてもよい。

0023

[0028]例えば、ニッケル基合金に対する注文があった結果として、分離および/または貯蔵した製品は、工程iii)とは異なる時期に工程iv)に供してもよい、ということが言える。

0024

[0029]好ましい態様によれば、工程v)の後で、ニッケル基合金は、周囲温度において測定して、およそ950〜970MPa以上の降伏強さ、好ましくは970MPa以上の降伏強さによって特徴づけられる。

0025

[0030]本明細書の中で「高い」および「低い」という語句は、方法または合金それ自体において相対的な語句として解釈され、絶対的な語句とは解釈されない、ということが言える。

0026

[0031]低い性能を有する合金は、高い性能の合金との関係においてのみ、そのようにみなされるのであり、そして好ましくは、そのことは降伏強さのパラメータだけに限られる。このことは、この見地による「低い」合金は、他の因子との関連において比較した場合、例えば、耐食性に関して比較した場合、良好ではないかもしれない、ということを意味してはいない。

0027

[0032]同様に、上記の時効工程に関して言及する「高温」および「低温」という語句は、相対的な意味だけを有するだろう。
[0033]工程ii)に関して、この工程は特に、結晶粒界における炭化物とその他の望ましくない相の析出を最少限にするために用いられる。

0028

[0034]より具体的には、好ましい態様によれば、工程ii)を約720〜780℃の温度(これを「高温」と定める)において約3〜8時間または約3〜6時間にわたって行うことができる。さらなる好ましい態様によれば、工程iv)を約600〜640℃の温度(これを「低温」と定める)において約4〜10時間にわたって行うことができる。

0029

[0035]好ましくは、冷却工程iii)および/またはv)の一方または両方を、空気中で室温において行うことができ、好ましくは、それぞれの製品のほぼ周囲温度以下で行うことができる。

0030

[0036]本発明において、「周囲温度(ambient temperature)」という用語は、(特に明示しない限り)中で時効工程ii)およびiv)が実施される強く加熱される雰囲気に対しての外の温度を意味する、と理解される。特に、「周囲温度」とは、上述の時効熱処理を実施するために用いられる炉の外側の温度、もっと正確には、製造プラントの内側に位置する冷却平面における温度であると言うことができる。

0031

[0037]さらに正確に言うと、周囲温度は製造プラントの温度であって、これは、製造が行われる季節および/または上述の方法が実施される製造地点緯度に大きく依存して変化しうる。

0032

[0038]上述した目的はまた、以下の各工程によって得られるニッケル基合金によって解決される:
i)上述した金属の素材を鍛造し、そして溶体化処理する;
ii)工程i)の製品を高温において第一の時効工程に供する;
iii)工程ii)の製品を空気中で冷却する;
iv)工程iii)の製品を低温において第二の時効工程に供する;
v)工程iv)の製品を(好ましくは空気中で)冷却し、それによりニッケル基合金を得る。

0033

[0039]工程i)〜v)の結果として、ニッケル基合金はその結晶粒の全体にわたって均一に析出した金属硬化相を含む。
[0040]この合金の製造のための好ましい変形態様または有利な変形態様に関しては、上の説明が当てはまる

0034

[0041]特に有利な態様によれば、工程i)〜v)の最後において、ニッケル基合金は、本質的に非結晶粒界の位置において析出した硬化相γ’およびγ”を含み、また少なくとも上記の結晶粒の境界に沿って不連続な形で析出した炭化物を含む。

0035

[0042]より正確に言うと、工程iii)が介在する工程ii)およびiv)は、硬化相γ’およびγ”の均一な形態での析出を、また好ましくは微細な形態での析出を促進し、そして結晶粒界における析出炭化物および望ましくない金属間相を最少限にする。

0036

[0043]上述した目的はまた、重量パーセントで表わして、C=0.030以下、Si=0.50以下、Mn=0.50以下、Cr=20.0〜24.0、Ni=55.0〜60.0、Mo=5.5〜7.0、S=0.005以下、P=0.015以下、Cu=1.0以下、Co=1.0以下、Al=0.80以下、Ti=0.50〜1.50、Nb=4.0〜5.5、および残りのパーセントのFe、を含む金属の素材を含むニッケル基合金によって解決される。この合金は、本質的に非結晶粒界の位置において効果的に均一に(そして好ましくは微細に)析出した硬化相γ’およびγ”を含むことと、少なくとも上記の結晶粒の境界において不連続に析出した炭化物を含むことで特徴づけられる。

0037

[0044]例えば、この合金は、上で説明したあらゆる態様に係る方法を用いて得ることができる。このことから、特に示さない場合であっても、この合金の好ましい変形態様または有利な変形態様は、上述した説明から推論できるあらゆる製造工程を含み得る。

0038

[0045]有利なこととして、本発明の合金は好ましくは、化学工業または石油工業のための装置やパイプ(管)を製造するために用いることができる。

図面の簡単な説明

0039

溶体化処理した棒材の典型的な機械的性質を示す図である。
溶体化処理して時効した棒材の典型的な機械的性質を示す図である。
二つの時効サイクルに供した溶体化処理した棒材の典型的な機械的性質を示す図である。
AF.955と比較した合金の典型的な分析値を示す図である。
AF.955と比較した合金の典型的な機械的性質を示す図である。
粒界腐食に対する耐性試験の結果を示す図である。
粒界腐食に対する耐性試験の結果を示す図である。
臨界孔食温度を決定するための試験の結果を示す図である。
SCC-NACE試験の結果を示す図である。
水素脆化感受性の試験の結果を示す図である。
合金AF.955の組織を示す図である。
合金N07718の組織を示す図である。
合金N07716の組織を示す図である。

実施例

0040

[0046]本発明の目的を、非限定的な例に基づいて以下で説明する。
実施例1:方法を実施するための手段
[0047]本発明が関連する金属の素材は好ましくは、強い脱硫、完全な脱酸、および機械的性質と腐食性についての反復性を確保するための組成の極めて制限された分析範囲を得るために、電気アーク炉で溶解され、AODアルゴン酸素脱炭)において精製される。

0041

[0048]精製プロセスは下記の操作のうちの少なくとも一つによって完了させることができる:
− VIDP誘導真空脱ガスおよび鋳込み)における液体の鋼のさらなる仕上げ
後続の鍛造に適した鋳型におけるソース鋳造(source casting);
− 後続の再溶融VARまたはESR(真空アーク再溶解またはエレクトロスラグ再溶解)を意図したインゴットのソース鋳造。

0042

[0049]変形態様によれば、VAR再溶解またはESR再溶解の後に得られたインゴットは、適当な均質化熱処理に供することができ、次いで、鍛造プレス(例えば、各々のサイクルのための実体および変形速度の両方のためにプログラム化できる二つの統合した完全自動化マニプュレーターを有するもの)を使用することによってブルームに変形することができる。

0043

[0050]中間の研削を行った後のブルームは、四つの同調ハンマーを有する油圧プレス(例えば、双腕マニプュレーターおよび/または新しい概念のRCD(円形連続変形)圧延機を有するもの(これら二つの装置も自動化およびプログラム化することができる))を用いることによってビレットまたはバー(棒材)に変形させることができる。

0044

[0051]長尺の製品(特に、パイプやバーのような、幅または厚さよりも実質的に大きな長さを有するもの)のために特別に設計される熱処理設備は、結晶粒の均一さについて良好な制御性を持たせるとともに、特に本発明に従う合金から製造される製品を使用することを意図している環境における耐食性に対して有害な相の析出を避けるために、狭い温度範囲において加工することを可能にすることができる。

0045

[0052]好ましい変形態様によれば、金属の素材、ひいては本発明に係る対応する合金は、基本的な元素を平均して次の重量パーセントで含むことができる:Ni=58、Cr=21.5、Mo=5.8、Nb=4.8、Ti=0.9、Al=0.4、Fe=8%。

0046

実施例2:本発明のニッケル基合金と現在用いられている慣用の合金との比較
[0053]本発明のニッケル基合金は、1000〜1160℃の温度範囲における熱変態と1030〜1080℃の範囲における溶体化処理の後に、図1に示す機械的な特徴を典型的に有する。

0047

[0054]本発明のニッケル基合金(「AF.955」と称する)は、上の段落におけるような溶体化処理の後に、720〜780℃の温度範囲で3〜8時間の時効を行い、そして空冷(あるいは同等の冷却、または急冷)した場合、図2に明示する機械的な特徴および図6、7、8に示す粒界腐食と孔食に対する耐性データを典型的に有する。

0048

[0055]600〜640℃において4〜10時間の第二の時効を行った後に空冷した合金は、図3に明示する機械的性質および図6、7、8に示す粒界腐食と孔食に対する耐性を示す。

0049

[0056]図9によるSCC腐食試験応力腐食割れ試験)の結果(追加の試験で捕捉したもの)は、Nace StandardMR0175 / ISO 15156-3 (2009) における合金の包含を認める。

0050

[0057]図10におけるSSRT(低ひずみ速度引張試験)の結果は、水素脆性の現象に対して合金の感受性が低下することを示す。
[0058]図4および図5は、石油と天然ガスの抽出工業において遭遇する多くの環境において最も一般的に用いられる合金の化学組成および特徴的な機械的性質を示す。

0051

[0059]全ての合金について、3等級(Gr.3)は熱時効処理の方法(温度/時間)においてのみ3HS等級(Gr.3HS)と異なる。
[0060]より具体的には、本発明に係る合金について、3等級(Gr.3)は、上述した工程ii)およびiii)による単一の時効工程とそれに続く冷却に供されるニッケル基合金に関するものである。反対に、3HS等級(Gr.3HS)は、第二の時効と冷却の工程も受けた合金、すなわち、工程iv)およびv)も受けた合金に関する。

0052

[0061]図6、7、8、9、10は、本発明の合金と比較した場合の実験室の腐食試験における各材料の耐性能力についての情報を与える。
[0062]特徴的なミクロ組織をさらに比較すると(合金AF.955についての図11A〜11F;先行技術の合金N07718についての図12A〜12F;先行技術の合金N07716についての図13A〜13F;)、粒界腐食、孔食、SCC、SSRTの試験の結果は、同等のニッケル含有量を有する慣用の合金(N07718、N07716)について得られた結果と比較して、合金元素のこの革新的な分析上の調和を導入し、これに綿密で革新的な熱処理方法を組み合わせることによって得られた改善を明らかに示している。

0053

[0063]上述の図面に関して、図11Aと11Bは、工程ii)の前の合金AF.955、すなわち、金属の素材のみを鍛造して溶体化処理した後の合金AF.955の金属組織(100倍と500倍の倍率)を示す。図11Cと11Dは、上記の工程iii)の製品、すなわち、第一の時効とそれに続く空気冷却の工程の後の製品の金属組織(上記と同様の倍率)を示す。最後に図11Eと11Fは、工程v)の終りでの合金AF.955についての上記のものに相当する金属組織を示す。

0054

[0064]図12A〜12Fおよび図13A〜13Fはそれぞれ、上述の図面に相当する合金N07718および合金N07716の金属組織を示す(溶体化処理後のもの、合金N07718について図12Aと12B、そして合金N07716について図13Aと13B;それぞれの合金の3等級のものについての第一のタイプの時効の後のもの(図12C、12Dおよび図13C、13D);および、それぞれの合金の3HS等級のものについての第二の時効の後のもの(図12E、12Fおよび図13E、13F))。

0055

[0065]構造上の耐性および耐食性についてのこれらの改善は、時効熱処理時間を過度にすることなく達成される高い機械的性質と相まって、あらゆる「酸味のある」環境での合金の使用を(かなり深い場所(HPHT(高圧高温)の適用)での使用であっても)有利にするのであり、そのような使用をユーザーはかつて目標に定める必要があったし、また合金N07718やN07716と同族のN07725との間で必ずしも最適な選択はなされていなかった。

0056

[0066]革新的なこととして、本発明の方法およびニッケル合金は、先行技術に関して言われてきた欠点を鮮やかに解決することを可能にする。
[0067]より具体的には、本発明の方法およびニッケル合金は粒界での金属相の析出物(特に、炭化物)を実質的に無くするものであり、従って、先行技術と比較して、結晶粒界における腐食の現象が(実質的に存在しないとは言わないまでも)劇的に低減する。

0057

[0068]加えて、本発明の合金は、これまでに比較してきた合金よりも大きな機械的耐性と耐引張り特性を有し、特に伸びのデータとピンチポイントのデータにおいて応力下でのかなりの耐食性と極めて低い水素脆化を示し、また破断特性における伸びは、初期の水素が発生する可能性のある環境下での合金の安全な使用が保証されるほどに十分に高い。

0058

[0069]最初に説明したように、先行技術のいずれの合金も、このような技術的な結果をこれまでに達成することができず、特に、工業的な規模で鍛造されて製造される製品についてそうであった。

0059

[0070]有利なこととして、本発明についてのニッケル基合金の成分と熱処理および/または熱機械的処理は、金属の硬化相の析出現象を独特で特徴的なものにする。
[0071]有利なこととして、本発明の方法においては、析出相どうしの明白な時間的な分離は、性能が著しく異なる様々なタイプの様々な合金を得ることを可能にする。

0060

[0072]それでもなお、この方法は重要な製造費用の節約を達成することを可能にするのであり、それは、様々な得られる合金の製造を特徴づける一般的なプロセスの故だけではない。

0061

[0073]実際には、市場においては現在、二つのタイプの製品、すなわち、Ysが120KSi(MPa827)を超える製品とYsが140KSi(MPa約966)を超える製品が存在する。従って、本発明の方法と合金を用いると、同じ製造の連鎖の一部である工程iii)の製品と工程v)の製品のそれぞれとともに、上記の最低レベルを保証することができる。

0062

[0074]最後に、有利なこととして、冷却を行う長さでさえも、本合金の腐食と脆化に対する耐性といった機械的性質のために最も有用な相の析出に明確に影響を及ぼす。
[0075]いかなるやり方であっても、現象についての科学的な説明を行うことを欲するものではないが、望ましくない相と炭化物は結晶粒界に析出する傾向がある。従って、そのような析出を最少限にし、またそれらの析出物は結晶粒界において連続しないようにすることが、技術的に重要である。結晶粒界における析出物の大小または有無は粒界腐食と水素脆性に対する耐性に影響を及ぼすが、しかし、応力腐食割れの現象に対しては、もっと限定された形でしか影響を及ぼさない。

0063

[0076]有利なこととして、工程iii)の製品であっても特定の工業用途のためには最適であることが判明している。
[0077]当業者であれば、特定の要件を満足させて、ある元素を機能的に同等の他の元素と置き換えるために、上述した方法とニッケル基合金に変更を加えることができる。

0064

[0078]そのような変更もまた、特許請求の範囲によって定義される保護の範囲の中に含まれる。
[0079]加えて、可能な態様に属するとみなされる変形はそれぞれ、他の態様とは独立したものとして理解することができる。

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