合金は、同じ組成とグレード名であっても、ある水では耐性があり、別の水では脆弱になる可能性があります。なぜなら、決定要因は、水が金属に接触する温度だからです。インコネルX-750は、完全に析出硬化させた状態でも、塩化物イオン応力腐食割れに耐性があり、これは公表されている珍しい特性です。同じ合金が、沸騰水炉条件下で288℃の超純水では、熱処理によって応力腐食割れ感受性が変化することが文書化されています。
この2つの記述は、「極限環境」という言葉の正直な意味です。それは単一の条件でも、最上級でもありません。それは温度と化学組成の帯域のセットであり、そのうちの1つで良好に機能する合金は、証明書のグレード名が変わらなくても、次の帯域では間違った選択になる可能性があります。
このページでは、X-750スプリングにとって重要な4つの帯域、それぞれの帯域を支配するメカニズム、そして2つの帯域を同時に改善する単一の熱処理の決定について説明します。スプリングの製造シーケンス（ワイヤテンパー、時効処理、コイル後の寸法変化を含む）は別のトピックであり、ここでは繰り返しません。
この表は、各環境で部品を制限するメカニズムによって環境を分離しています。スプリングは、ある帯域では正しく指定され、次の帯域では誤って指定される可能性があります。4つすべてをカバーする仕様は、条件のセットであり、グレード名ではありません。
| 帯域 | 環境 | 部品を制限するメカニズム | 製造業者の声明 |
|---|---|---|---|
| 極低温 | 常温から-253℃まで | 不適切な合金での靭性の低下、および熱収縮による予圧の変化 | 極低温まで優れた特性 |
| 酸化性 | 704℃までの空気および燃焼生成物、短時間の高温への暴露を含む | スケール形成と強度上限を超える析出物の損失 | 704℃まで使用可能、982℃までの耐酸化性、熱処理された状態では982℃までの有用な強度 |
| 水性塩化物 | 中程度の温度の塩化物含有水 | 応力腐食割れおよびピッティング | 完全に硬化した状態でも塩化物イオン応力腐食割れに高い耐性 |
| 高温水 | 炉条件下での93～288℃の超純水 | 粒間応力腐食割れ、熱処理によって感受性が設定される | 合金情報には記載なし、原子炉材料文献に文書化 |
この表の2つの行は直感に反しており、このページが存在する理由です。水性塩化物行は、合金が異常に優れていると述べており、ほとんどの購入者はこれを期待しています。高温水行は、同じ合金が塩化物を含まない液体で割れメカニズムを持つと述べており、ほとんどの購入者はこれを期待していません。2つの行の違いは温度と純度であり、どちらもグレード名には現れません。
X-750は極低温でも有用な特性を維持します。その機械的な理由は、面心立方ニッケルマトリックスがフェライト鋼を制限する延性脆性遷移を起こさないことです。この合金は、極低温タンクやロケットエンジンのハードウェアに使用されており、これらの用途では、凍結点をはるかに下回る温度で負荷を運ぶことが期待されます。
コールドエンドでのスプリングの問題は、脆性破壊ではありません。予圧です。常温で取り付けられ、その後冷却されたスプリングは、2つの理由でレートが変化します。温度が低下すると弾性率が上昇し、スプリングとそのハウジングが異なる材料で作られている場合、異なる量だけ収縮します。製造業者は、70°Fから-250°Fまでの平均線膨張率を6.5 x 10"-6" in/in/°Fと報告しており、1,000°Fでは8.1 x 10"-6"であるため、係数自体が温度とともに変化し、単一の室温値ではコールドエンドを説明できません。記載なし70°Fからの平均線膨張率、in/in/°F x 10"-6"記載なしスプリングの変化
| -250°F | 6.5記載なし | ハウジングに対する収縮、および弾性率の上昇上記の組成限界および特性値は仕様値および合金と指定された条件の代表的な結果であり、納入ロットの受け入れ限界ではありません。2つの水性声明は異なる環境を説明しており、交換可能ではありません。一方の仕様は他方の合金を認定するものではありません。割れ感受性は、応力、温度、水の化学組成、表面状態、および熱処理に依存するため、ある条件での公開された結果は他の条件を予測するものではありません。弾性率と膨張の値は、指定された区間での平均値であり、狭い温度帯に依存する設計では、その帯域のデータを使用する必要があります。製品仕様は改訂されるため、注文書に記載された版が優先されます。このページの内容は、エンジニアリングリリースまたは購入者と供給業者の間で合意された資格試験の代わりになるものではありません。基準 | 31.0 |
|---|---|---|---|
| 室温設計点 | 1,000°F | 8.1 | 25.0 |
| 約19%低い弾性率、したがってレートが低下 | 1,200°F | 8.4 | 23.0 |
| 室温より約26%低い弾性率 | 1,400°F | 8.8 | 約21.0 |
| 金属が軟化するにつれてレートは低下し続けます | 実用的な指示は、低温用途のスプリングは低温で設計し、常温でチェックする必要があるということです。逆ではありません。20℃で正しいスプリングを-196℃に冷却すると、弾性率が上昇し、形状が収縮するため、図面が想定したよりも高い負荷が発生します。その負荷がアセンブリにとって重要であれば、低温条件が設計ケースとなります。 | ホットエンド | ホットエンドでは、製造業者はしばしば1つにまとめられる3つの数値を提示しており、そのまとめがこの合金に関する混乱のほとんどを引き起こしています。この合金は704℃までの強度に使用されます。982℃までの耐酸化性があります。熱処理された材料は982℃までの有用な強度を持っています。最初の数値は析出物の上限、2番目は表面特性、3番目は短期間の負荷に関する記述です。 |
| 704℃を超えると、析出硬化の効果の多くが失われるため、γ'析出物で強度を得ていた部品は、その強度を失います。耐酸化性は、析出物ではなく酸化クロムスケールの特性であるため、その点を超えても継続します。そのため、2つの数値が異なります。982℃までの有用な強度は、その温度で短時間負荷を運ぶことができる部品を説明しており、長年セットを保持する必要があるスプリングを説明しているわけではありません。 | スプリングは、これら3つの数値すべてにおいて保守的な端に位置します。製造業者は、スプリングとファスナーの範囲を氷点下から649℃までとしていますが、これは704℃の強度上限を下回っています。なぜなら、スプリングは短期間の引張結果ではなく、高温での長時間の保持荷重によって評価されるからです。 | 2つの水の話 | 最初の表の2つの水性行は、同じ合金を水中で説明し、反対の結論に達するため、一緒に読む価値があります。製造業者は、X-750が完全に析出硬化させた状態でも、塩化物イオン応力腐食割れに高い耐性があると述べています。これは強力な声明です。なぜなら、ほとんどの高強度合金は強度が増すとSCC耐性を失うため、この合金が塩化物含有化学サービスや海洋ハードウェアに登場する理由を説明しているからです。 |
原子炉文献は異なるケースを説明しています。93℃および288℃の超純水（沸騰水炉条件下）では、合金X-750は粒間応力腐食割れ感受性を持つことが測定されており、結果は試験片の熱処理状態に強く依存します。この試験液には塩化物は含まれていないため、塩化物声明が説明するメカニズムは作動していません。割れは粒間であり、熱処理によって感受性のある状態になった粒界に沿って進行します。
塩化物含有水、中程度の温度
超純水、93～288℃
塩化物レベル
存在しないか、ppb範囲に制御
メカニズム
| 塩化物応力腐食割れ、および皮膜の破断部でのピッティング | 感応化された粒界に沿った粒間応力腐食割れ | 製造業者の立場 |
|---|---|---|
| 完全に硬化した状態でも高い耐性 | 合金情報には記載なし | 熱処理効果 |
| 合金選択に対して二次的 | 公開された試験結果における支配的な変数 | 回答を決定するもの |
| 982℃焼鈍、その後732℃で8時間、621℃まで炉冷、合計18時間 | 熱処理状態、温度、および応力状態 | 実用的な読み方は、製造業者の声明が間違っていて文献が正しいということではありません。どちらもそれぞれの環境で正しいのであり、一方を他方の環境に持ち込む購入者は転移のエラーを犯したことになります。塩化物仕様と原子炉冷却水仕様は、同じ合金を名乗る2つの異なる仕様です。 |
| 1つの熱処理で2つの帯域が改善される | 製造業者が温度範囲の上限に推奨する熱処理は、原子炉文献が割れ耐性の向上に関連付けるものと同じであり、これは便利な偶然であり、偶然ではありません。トリプル処理は、1,149℃での固溶焼鈍、843℃での24時間の安定化保持、および704℃での20時間の析出処理です。 | 製造業者は、593℃を超えるサービス、特に長期間負荷が維持される場合にこのルートを推奨しており、その帯域で最大のクリープ、リラクゼーション、および破断強度を与えるものとして説明しています。原子炉材料の研究では、同じ高温熱処理条件を割れ感受性評価のために評価し、条件によって結果を報告しています。なぜなら、条件が結果を変えるからです。 |
| 2つを結びつけるメカニズムは粒界です。安定化保持により、合金中の炭素は粒内および粒界ではなく、粒内の炭素化物としてニオブおよびチタンと結合し、粒界は耐食性元素の枯渇が少なくなります。その状態になった粒界は、原子炉環境が引き起こす粒間攻撃に対してより耐性があり、高温でのクリープ強度を維持する粒界でもあります。1回の処理で2つの利点があり、室温強度を高めるために短い時効を選択した購入者は、両方を失います。 | 熱処理 | ルート |
製造業者の立場
均一化と時効
885℃で24時間、その後704℃で20時間
593℃までの高強度とノッチ破断延性
| 高温処理とは異なる状態 | 固溶と炉冷時効 | 982℃焼鈍、その後732℃で8時間、621℃まで炉冷、合計18時間 | 593℃以下の最適引張強度 |
|---|---|---|---|
| 高温処理とは異なる状態 | トリプル処理 | 1,149℃、その後843℃で24時間、その後704℃で20時間 | 高強度スプリングを損傷する環境のうち2つは、合金が選択された後に導入されます。1つ目はめっきによる水素です。摩耗や外観のために電気めっきされたスプリングは、陰極で水素を吸収する可能性があり、高強度ニッケル合金は、延性を失うことなくそれを収容する能力がほとんどありません。高強度部品に関する公表ガイダンスでは、めっきにはプロセスの制御と後続のベーキング処理が必要であり、その要件はめっきショップのマニュアルではなく、注文書に記載されるべきです。 |
| 原子炉水で評価された高温処理条件 | したがって、ホットバンドで動作するスプリングは、両方の要件を満たす1つの熱処理を持ち、中温で動作するスプリングは強度を最大化する別の熱処理を持ちます。避けるべき間違いは、証明書でより高い引張結果を出したため、中温処理をホットバンドに持ち込むことです。 | ショップが作成する環境 | 高強度スプリングを損傷する環境のうち2つは、合金が選択された後に導入されます。1つ目はめっきによる水素です。摩耗や外観のために電気めっきされたスプリングは、陰極で水素を吸収する可能性があり、高強度ニッケル合金は、延性を失うことなくそれを収容する能力がほとんどありません。高強度部品に関する公表ガイダンスでは、めっきにはプロセスの制御と後続のベーキング処理が必要であり、その要件はめっきショップのマニュアルではなく、注文書に記載されるべきです。 |
| 2つ目は、洗浄および酸洗に使用される酸です。酸洗酸は、めっきと同様の方法で金属表面に水素を生成し、酸洗後にベーキングされていないスプリングは、ベーキングされていないめっきスプリングと同じリスクを負います。リスクは強度とともにスケールするため、強度範囲の上限にあるスプリングテンパーワイヤは、より柔らかい状態の同じ合金よりも露出が高くなります。 | 3つ目は化学的ではなく機械的です。成形後に冷間加工で矯正されたコイルは、設計にはなかった残留応力を持ち、その応力はコイルの内側で、合計がすでに最も高い場所で、サービス応力に加算されます。矯正は寸法レポートでは見えず、後でコイル内径の亀裂として現れます。 | 仕様とグレードの位置 | このグレードは、ワイヤ文書AMS 5698およびAMS 5699、バーおよび鍛造文書AMS 5667、5668、5670、5671、5747、およびシートおよびチューブ文書AMS 5542、5598、5582によってカバーされています。組成は、ニッケル+コバルト70.00%以上、クロム14.0～17.0%、鉄5.0～9.0%、チタン2.25～2.75%、アルミニウム0.40～1.00%、ニオブ+タンタル0.70～1.20%です。 |
質問
代わりに検討すべきグレード
極低温スプリング（-196℃まで）
有用な特性を維持し、延性脆性遷移を示さない
649℃までの空気中スプリング
| 指定されたスプリング範囲、帯域の上限にはトリプル処理を使用 | 温度がより高い場合はコバルト基スプリング合金 | 塩化物水中のスプリング |
|---|---|---|
| 硬化状態でも塩化物SCCに高い耐性 | 応力が十分に低い場合は、より低強度のグレード | 288℃の超純水中のスプリング |
| 文書化された割れメカニズム、熱処理によって設定される回答 | 特定の原子炉用途で認定されたグレード | めっきが必要なスプリング |
| プロセス制御とめっき後のベーキングが必要 | コーティングが不要なグレード | 見積もりに入れるべきこと |
| 環境は、メカニズムが使用する用語で説明する必要があり、6つの項目がそれを実行します。 | 項目 | 回答を変更する理由 |
| 温度範囲（最小値と最大値の両方を含む） | コールドエンドは予圧を変更し、ホットエンドは析出物を変更します | 塩化物と酸素を含む水の化学組成 |
水が超純水で原子炉温度であるかどうか
| 合金が文書化された割れ感受性を持つ唯一の条件 | コイル内径の応力状態 |
|---|---|
| このページにあるすべての割れメカニズムは応力支援型であるため、応力を明記する必要があります | コーティングとコーティング後の処理 |
| めっきは水素を導入し、ベーキングは仕様の一部です | 熱処理条件 |
| 強度、リラクゼーション耐性、および割れ耐性をまとめて設定します | DLXの適合性 |
| DLXは、江蘇省常州で、0.025mmからのワイヤ、50mmまでの丸棒、厚さ0.50mmから2.5mmまでのストリップ、および標準的なミルサイズでチューブとプレートのインコネルX-750を供給しています。材料は、注文に記載されたAMS仕様に対して供給され、要求に応じてEN 10204 3.1証明書が付与され、熱番号は試験結果にトレーサブルです。 | 見積もりを決定する質問は、グレード名ではなく環境です。極低温バルブ用スプリング、600℃シール用スプリング、塩化物含有ポンプ用スプリングは、同じ合金に対する3つの異なる注文であり、熱処理と表面状態はそれらの間で異なります。 |
| 購入者が尋ねる質問 | X-750は塩化物応力腐食割れに耐性がありますか？ |
| はい、製造業者はそれを直接述べています。合金は、完全に析出硬化させた状態でも、塩化物イオン応力腐食割れに高い耐性があります。これは高強度合金としては珍しく、塩化物含有サービスに登場する理由の1つです。この声明は、中程度の温度の塩化物含有水に適用され、原子炉温度の超純水には適用されるべきではありません。そこでは異なるメカニズムが作動します。 | 塩化物を含まない水中で同じ合金が割れるのはなぜですか？ |
600℃のスプリングにはどの熱処理を使用すべきですか？
トリプル処理：1,149℃での固溶焼鈍、843℃での24時間の安定化、および704℃での20時間の析出処理。製造業者は、負荷が維持される593℃を超えるサービスにこれを推奨しており、その帯域で最大のクリープ、リラクゼーション、および破断強度を与えるものとして説明しています。また、原子炉文献が割れ耐性の向上に関連付ける状態に粒界を残すため、1つの選択肢が両方の要件を満たします。
めっきされたX-750スプリングを高強度で使用できますか？
X-750スプリングの最高温度は？
概要
2つの帯域を改善する単一の決定は、トリプル処理です。593℃を超えるクリープとリラクゼーション強度を最大化し、原子炉水での割れ耐性の向上に関連付けられた状態に粒界を残します。室温引張強度を高めるために短い時効を指定した購入者は、強度を選択し、両方を失いました。
Special Metals technical bulletin for INCONEL alloy X-750, publication SMC-067. UNS番号N07750およびWerkstoff番号2.4669、ニッケル+コバルト70.00%以上およびクロム14.0～17.0%の組成限界、合金が極低温まで優れた特性を持つという声明、704℃を超えると析出硬化の効果の多くが失われる一方で熱処理された材料は982℃までの有用な強度を持つという声明、982℃までの耐酸化性の声明、スプリングとファスナーの範囲が氷点下から649℃であるという声明、合金が完全に析出硬化させた状態でも塩化物イオン応力腐食割れに高い耐性を持つという声明、-250°Fでの6.5から1,000°Fでの8.1までの平均線膨張率の値、70、1,000、および1,200°Fでの31.0、25.0、および23.0 x 10"3" ksiの弾性率の値、1,149℃、843℃で24時間、704℃で20時間のトリプル処理、およびこのルートが593℃を超えるクリープ、リラクゼーション、および破断強度を最大化するという声明。
合金X-750の照射支援応力腐食割れに関する公開研究。照射が割れ感受性と破壊靭性に与える影響をカバー。
AMS 5698およびAMS 5699、ニッケル合金X-750ワイヤの航空宇宙材料仕様（No. 1およびスプリングテンパー）。
AMS 5667、5668、5670、5671、および5747、ニッケル合金X-750バー、鍛造品、およびリングの航空宇宙材料仕様。
EN 10204、検査文書。3.1証明書の定義として、実際の試験結果を記載し、製造業者の独立検査担当者によって承認された文書。上記の組成限界および特性値は仕様値および合金と指定された条件の代表的な結果であり、納入ロットの受け入れ限界ではありません。2つの水性声明は異なる環境を説明しており、交換可能ではありません。一方の仕様は他方の合金を認定するものではありません。割れ感受性は、応力、温度、水の化学組成、表面状態、および熱処理に依存するため、ある条件での公開された結果は他の条件を予測するものではありません。弾性率と膨張の値は、指定された区間での平均値であり、狭い温度帯に依存する設計では、その帯域のデータを使用する必要があります。製品仕様は改訂されるため、注文書に記載された版が優先されます。このページの内容は、エンジニアリングリリースまたは購入者と供給業者の間で合意された資格試験の代わりになるものではありません。
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