KR100473039B1

KR100473039B1 - 용접성 및 고온강도가 우수한 니켈기 내열 합금, 이를 이용한 용접 조인트, 및 이를 이용한 에틸렌 플랜트용 분해로 또는 개질로에 사용하는 관

Info

Publication number: KR100473039B1
Application number: KR10-2002-7009183A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 오가와; 가즈요시 기타무라; 고이치 오카다; 요시타카 니시야마
Original assignee: 스미토모 긴조쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2005-03-09
Also published as: US6702906B2; CA2396578A1; US20030005981A1; EP1338663A4; EP1338663A1; CA2396578C; KR20020086469A; WO2002040728A1

Abstract

본 발명은 용접성과 고온 강도가 우수한 에틸렌 플랜트용 분해로관 및 개질로관에 이용하는 데에 적합한 니켈기 내열 합금과 그 용접 조인트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 합금은 C : 0.1% 이하, Si : 2% 이하, Mn : 2% 이하, P : 0.025% 이하, S : 0.005% 이하, N : 0.04% 이하, Cr : 10∼30%, Al : 2.1∼4.5% 미만 및 Mo : 2.5∼15% 혹은 W : 2.5∼9% 또는 그 양자를 합계로 2.5∼15% 함유하고, 아래의 수학식 2를 만족하는 니켈기 내열 합금이다.

[수학식 2]

본 발명의 용접 조인트는 모재, 용접 금속 모두 상기한 조성의 합금으로서, 아래의 수학식 4 또는 수학식 5에 의해 산출되는 용접 금속의 ST값이 모재의 ST값보다도 크고, 그 차가 3 이상이다.

[수학식 4]

[수학식 5]

Description

용접성 및 고온강도가 우수한 니켈기 내열 합금, 이를 이용한 용접 조인트, 및 이를 이용한 에틸렌 플랜트용 분해로 또는 개질로에 사용하는 관 {NI－BASE HEAT RESISTANT ALLOY EXCELLENT IN WELDABILITY AND STRENGTH AT ELAVATED TEMPERATURE, WELD JOINT USING THE SAME, AND TUBE FOR ETHYLENE CRACKING FURNACE OR REFORMER FURNACE USING THE SAME}

본 발명은 열간 가공성, 용접성 및 내침탄성이 우수한 고온 강도가 높은 니켈기 내열 합금과 그 용접 조인트에 관한 것이다. 특히, 에틸렌 플랜트용 분해로 및 개질로에 사용되는 용접 구조를 전제로 하는 관, 판재 등의 소재가 되는 니켈기 내열 합금과 그 용접 조인트에 관한 것이다. 에틸렌 플랜트용 분해로 및 개질로라고 하는 것은, 나프타, 프로판, 에탄, 가스 오일 등의 탄화수소 원료를 800℃ 이상의 고온에서 분해 또는 개질하여 에틸렌, 프로필렌 등의 석유 화학 기초 제품을 제조하는 로(爐)이다.

에틸렌 플랜트용 분해로 및 개질로의 사용 온도는 에틸렌 등의 수율 향상의 관점에서 높아지는 경향이 강해지고 있다.

이러한 분해로 및 개질로의 관에 사용하는 재료로서는, 내면이 침탄 분위기에 노출되기 때문에 고온 강도와 내침탄성이 우수한 내열성이 요구된다. 또한, 한편으로 조업 중에 코킹(coking)이라고 부르는 관의 내표면에 탄소가 석출되는 현상이 나타나고, 그 석출량의 증가에 따라 관 내부 압력의 상승이나 가열 효율의 저하 등의 조업상의 폐해가 발생한다.

따라서, 실제 조업에 있어서는, 정기적으로 공기나 수증기에 의해 석출된 탄소를 제거하는 이른바 디코킹 작업이 행해지고 있지만, 그 동안의 조업 정지나 작업 공정수 등이 큰 문제가 된다. 이러한 코킹과 그것에 수반하는 모든 문제는 관이 수율 향상에 유리한 소경관으로 될수록 심각해진다.

코킹 방지를 목적으로 한 종래 기술로서는, 예컨대, 일본 특허 공개 제1990－8336호 공보에 개시되는 바와 같이, 합금 중에 28 질량% 이상의 Cr을 함유시켜 합금 표면에 단단하고 안정한 Cr₂O₃피막을 형성시켜, 탄소 석출을 촉진시키는 촉매 원소인 Fe 및 Ni이 표면으로 노출하는 것을 방지하여 코킹을 억제하도록 한 기술이 있다.

한편, 내침탄성의 향상을 위해서, 예컨대 일본 특허 공개 제1980－23050호 공보에 개시되는 바와 같이, 합금 중의 Si 함유량을 높이는 것이 유효한 것으로 알려져 있다.

그러나, 이들 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.

코킹 방지의 관점에서, 일본 특허 공개 제1990－8336호 공보에 제안되어 있는 바와 같은 고함량 Cr 합금을 고온 강도 부재로서 적용하는 경우에는, 합금 중의 Ni량을 높여 금속 조직을 오스테나이트로 할 필요가 있다. 그러나, 단순히 오스테나이트 조직으로 하는 것만으로는 고온 강도가 종래 합금에 비하여 낮기 때문에 단독으로 고온 강도 부재로서 적용하기 어렵다. 또, 일본 특허 공개 제1990－8336호 공보에는 다른 고온 강도 부재와 조합하여 이중관으로 하여 사용하는 것이 개시되어 있지만, 이중관은 제조 비용이나 신뢰성의 측면에서 문제가 많다.

또한, 일본 특허 공개 제1980－23050호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 합금 중의 Si 함유량을 높인 경우에는, 용접 균열 감수성이 높아지고, 용접 구조물로서 실제 사용할 수 없다는 문제가 있다.

이에 대하여, 일본 특허 공개 제1992－358037호, 제1993－239577호, 제1993－33092호 및 제1994－207235호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 합금 중의 Al량을 증가시켜 금속 표면에 단단하고 치밀한 Al₂O₃피막을 생성시키도록 한 합금은 종래의 합금에 비하여 내침탄성 및 내코킹성이 현저히 향상된다. 또한, 이러한 고함량 Al 합금에서는, Ni량을 높임으로써 고온에서 사용하는 동안 상이 매트릭스 속에 미세하게 석출되고, 크리프 파단 강도도 대폭 향상된다. 즉, 이들 공보에 개시되어 있는 합금은 고온에서 내침탄성과 내코킹성이 우수하고, 또한 크리프 강도가 높은 것이 특징이며, 에틸렌 플랜트용 분해로 및 개질로의 관으로서 적합하다.

그러나, 상기 공보에 개시되어 있는 합금은 용접성, 특히 용접 내균열성에 대한 성분 설계면에서 충분히 배려되어 있지 않을 뿐만 아니라, 용접 조인트를 구성하는 용접 금속 자체의 성분 설계에 대해서도 충분히 배려되어 있지 않았다. Al량이 많은 니켈기 합금에서는, 용접시의 용접 열 영향부(Heat Affected Zone; 이하, 'HAZ'이라 함) 및 용접 금속에서 균열을 일으키기 쉬울 뿐만 아니라, 용접 금속에서는 모재에 비하여 고온 크리프 강도가 낮아지기 쉽다.

용접 금속은, 모재와 같이 열간 가공과 열처리를 받은 상태가 아닌 응고 조직 상태로 사용되기 때문에, 고온 크리프 강도가 낮아지기 쉽다. 따라서, 실용에 유익한 재료로 하기 위해서는 모재 및 용접 금속의 성분 설계에 있어서 용접시의 균열 감수성의 저감과 용접 조인트의 크리프 강도의 저하 방지를 포함시켜 두는 것이 중요한 과제가 된다.

본 발명의 목적은 에틸렌 플랜트용 분해로 및 개질로에 이용되는 관이 놓인 환경, 즉 침탄, 산화 및 온도 변동이 반복되는 환경에서 우수한 내침탄성과 내코킹성을 가지며, 또한 우수한 용접성과 고온 강도를 갖는 니켈기 내열 합금과 그 용접 조인트와, 에틸렌 플랜트용 분해로 또는 개질로에 사용되는 관을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 요지는 아래 (1) 내지 (3)의 니켈기 내열 합금과, 아래 (4) 내지 (6)의 니켈기 내열 합금의 용접 조인트와, 아래 (7) 내지 (8)의 에틸렌 플랜트용 분해로 또는 개질로에 사용되는 관에 있다. 이하, 성분의 함유량에 관한 %는 질량%를 의미한다.

(1) C : 0.1% 이하, Si : 2% 이하, Mn: 2% 이하, P : 0.025% 이하, S : 0.005% 이하, N : 0.04% 이하, Cr : 10∼30%, Al : 2.1∼4.5% 미만 및 Mo : 2.5∼15% 혹은 W : 2.5∼9% 또는 Mo와 W의 양쪽을 합계로 2.5∼15% 함유하고, 잔부가 실질적으로 Ni로 이루어지고, 또한 아래의 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 용접성 및 고온 강도가 우수한 니켈기 내열 합금.

여기에서, 수학식 1 중의 원소 기호는 합금 중에 함유되는 각 원소의 함유율(질량%)을 의미한다.(2) C : 0.1% 이하, Si : 2% 이하, Mn: 2% 이하, P : 0.025% 이하, S : 0.005% 이하, N : 0.04% 이하, Cr : 10∼30%, Al : 2.1∼4.5% 미만 및 Mo : 2.5∼15% 혹은 W : 2.5∼9% 또는 Mo와 W의 양쪽을 합계로 2.5∼15% 함유하고, 또한 Ti : 3% 이하, Nb : 1% 이하, V : 1% 이하, Ta : 2% 이하, Zr : 0.2% 이하, Hf : 0.8% 이하, B : 0.03% 이하, Mg : 0.01% 이하, Ca : 0.01% 이하, Fe : 10% 이하, La : 0.1% 이하, Ce : 0.1% 이하, Nd : 0.1% 이하, Y : 0.1% 이하, Cu : 5% 이하, Co : 10% 이하를 함유하며, 잔부가 실질적으로 Ni로 이루어지고, 또한 아래의 수학식 1을 만족하는 용접성 및 고온 강도가 우수한 니켈기 내열 합금. 여기에서, 수학식 2 중의 원소 기호는 합금 중에 함유되는 각 원소의 함유율(질량%)을 의미한다.

(3) 상기 성분 중에서, Ti는 1.0% 이하인 것을 특징으로 하는 용접성 및 고온 강도가 우수한 니켈기 내열 합금.(4) 모재 및 용접 금속이 C : 0.1% 이하, Si : 2% 이하, Mn : 2% 이하, P : 0.025% 이하, S : 0.005% 이하, N : 0.04% 이하, Cr : 10∼30%, Al : 2.1∼4.5% 미만 및 Mo : 2.5∼15% 혹은 W : 2.5∼9% 또는 Mo와 W의 양쪽을 합계로 2.5∼15% 함유하고, 잔부가 실질적으로 Ni로 이루어지고, 또한 아래의 상기 수학식 1을 만족하는 동시에, 아래의 수학식 3에 의해 구할 수 있는 용접 금속의 ST값이 모재의 ST값보다도 크고, 그 차가 3 이상인 니켈기 내열 합금의 용접 조인트. [수학식 1] 여기에서, 수학식 1 및 수학식 3 중의 원소 기호는 모재 및 용접 금속 중에 함유되는 각 원소의 함유율(질량%)을 의미한다.(5) 모재 및 용접 금속이 C : 0.1% 이하, Si : 2% 이하, Mn : 2% 이하, P : 0.025% 이하, S : 0.005% 이하, N : 0.04% 이하, Cr : 10∼30%, Al : 2.1∼4.5% 미만 및 Mo : 2.5∼15% 혹은 W : 2.5∼9% 또는 Mo와 W의 양쪽을 합계로 2.5∼15% 함유하고, Ti : 3% 이하, Nb : 1% 이하, V : 1% 이하, Ta : 2% 이하, Zr : 0.2% 이하, Hf : 0.8% 이하, B : 0.03% 이하, Mg : 0.01% 이하, Ca : 0.01% 이하, Fe : 10% 이하, La : 0.1% 이하, Ce : 0.1% 이하, Nd : 0.1% 이하, Y : 0.1% 이하, Cu : 5% 이하, Co : 10% 이하를 함유하며, 잔부가 실질적으로 Ni로 이루어지고, 또한 아래의 상기 수학식 2을 만족하는 동시에, 아래의 수학식 4 또는 수학식 5에 의해 구할 수 있는 용접 금속의 ST값이 모재의 ST값보다도 크고, 그 차가 3 이상인 니켈기 내열 합금의 용접 조인트.

삭제

[수학식 2]

여기서, 수학식 2의 원소기호는 모재에 함유되는 각 원소의 함유율(질량%)을 의미하며, 수학식 4 및 수학식 5의 원소기호는 용접 금속 중에 함유되는 각 원소의 함유율(질량%)을 의미한다.

(6) 상기 성분 중에서, Ti는 0.005∼1.0%인 것을 특징으로 하는 상기 (5)의 용접 조인트.(7) 용접성 및 고온강도가 우수한 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 니켈기 가열 합금으로부터 형성되어 에틸렌 플랜트용 분해로 또는 개질로에 사용하는 용접 조인트.(8) 상기 (4) 내지 (6) 중 어느 하나의 용접 조인트를 갖는 것을 특징으로하는 에틸렌 플랜트용 분해로 또는 개질로에 사용하는 관.

본 발명의 니켈기 합금은, 특히 에틸렌 분해로 및 개질로의 관으로서 이용하는 데 적합하다. 또한, 그 용접 조인트는 상기 본 발명의 용접 조인트인 것이 바람직하다.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해서 Cr 함유량이 10∼30%, Al 함유량이 2.1∼4.5% 미만이고, 또한 2.5∼15%의 Mo 및 2.5∼9%의 W중의 한쪽 또는 양쪽(단, 양쪽을 함유하는 경우는 합계로 2.5∼15%)을 함유하는 니켈기 합금을 대상으로 실험, 연구를 거듭한 결과, 다음과 같은 것을 알아내어 본 발명을 완성시켰다.

HAZ에서의 균열은 용접 열 사이클을 받았을 때에 용접 금속의 경계에 가깝고 고온으로 가열된 모재의 입계가 일부 용융된 모재 부위를 기점으로 하여 균열되고, 이 균열이 입계 취화를 일으킨 보다 저온측의 HAZ로 전파함으로써 생긴다. 즉, HAZ에서의 용접 균열은 용접 열응력이 상기한 바와 같은 방식으로 감소된 입계의 고착력을 상회함으로써 발생한다.

그래서, 입계의 부분 용융과 그것보다도 저온측에서 발생하는 입계 취화에 미치는 합금 원소의 영향을 정량적으로 평가하고, 저항력을 정량 평가하는 것을 시도하였다.

그 결과, 용접 열응력 R을 기초로 입계 용융량 BI의 부재로부터 균열이 생겼을 때의 에너지 개방률 A가 아래의 수학식 6를 만족하면, 가령 입계가 부분적으로 용융하여도 균열이 생기지 않는 것을 알았다.

여기서, C는 정수이며, DI는 입계 고착력을 나타낸다. BI와 DI는 합금의 화학 조성에 의존한다. 즉, BI는 입계 용융을 일으키기 쉬운 원소(예컨대, Si, P, Al, Ti, Nb, W, B)의 함유율이 많을수록 커지고, DI는 입계 취화를 일으키기 쉬운 원소(예컨대, S, P, Al, Ti, W)의 함유율이 많을수록 작아진다. 따라서, 입계 취화를 일으키기 쉬운 원소의 함유량이 증가하면, 수학식 6를 만족시키기 어렵게 된다.

또, 입계 용융량 BI는 이론적으로는 각 원소 i에 대하여, 평형 상태도에 있어서의 원소 1%당 액상선 온도의 저하도를 mi, 고액상 분배 계수를 ki, 입계 편석량을 bi, 각 원소의 함유율을 Xi로 한 경우, 이래의 수학식 7에 의해 구할 수 있지만, 실험 결과 아래의 수학식 8에 의해 구할 수 있는 값으로 하면 된다는 것을 알았다.

여기서, 수학식 8의 원소기호는 모재에 함유되는 각 원소의 함유율(질량 %)을 의미한다.또한, 입계 고착력 DI는 입계에서의 Ni 원자의 결합력에 미치는 각 원소의 영향을 고온에서의 파괴 테스트에 의해 정량하는 실험의 결과, 아래의 수학식 9에 의해 구할 수 있는 값으로 하면 된다는 것을 알았다.

여기서, 수학식 9의 원소기호는 모재에 함유되는 각 원소의 함유율(질량 %)를 의미한다.한편, 용접 열응력 R은 엄밀하게는 용접 조건이나 용접 조인트의 형상 치수, 특히 판 두께나 두께의 영향을 받는다. 그러나, TIG 용접을 주로 하는 니켈기 내열 합금의 경우, 입열량은 고작 20 kJ/cm 정도이며, 그 정도의 입열량의 영향은 크지 않다.

그러나, 판 두께의 용접 열응력에 미치는 영향은 크고, 용접 열응력 R은 판두께 10 ㎜까지는 판 두께의 증가와 함께 급격히 증대한다. 이 때문에, 용접 구조물로서 생각되는 두께의 상한에 가까운 판 두께 25 ㎜를 적용하여, 가장 엄격한 완전 구속 조건 하에서 모의 용접 실험을 행하여 균열 발생의 유무를 조사하였다.

그 결과, 상기 수학식 8에 의해 구할 수 있는 BI값이 수학식 9에 의해 구할 수 있는 DI값의 1.1배 이하, 즉 전술한 수학식 2을 만족하도록 성분 조정하면, 용접시에 HAZ에서 균열이 생기지 않는 것을 알았다.

다음에, 전술한 수학식 2을 만족하도록 성분 조정된 모재를 전제로, 용접 균열 감수성이 낮고, 또한 모재와 동등한 크리프 강도를 갖는 용접 조인트를 얻을 수 있는 용접 금속의 개발에 힘썼다.

용접 금속의 크리프 강도가 모재에 비하여 저하하는 것은 모재에서는 매트릭스 속에 고용(固溶)하여 강화에 유효하게 기여하고 있던 Mo 및/또는 W가 용접 금속에서는 응고 편석에 의해 모재만큼 유효하게는 기여하지 않는 것에 의한다. 따라서, 용접 금속에는 모재보다도 많은 Mo 및/또는 W를 함유시킬 필요가 있다.

그러나, 모재가 충분히 높은 함유량의 Mo 및/또는 W를 갖고 있는 경우, 용접 금속에 더욱 많은 Mo 및/또는 W를 함유시키는 것은 곤란하다. 용접 금속에 다량의 Mo 및/또는 W를 함유시키기 위해서는 용접 재료의 Mo 및/또는 W의 함유량을 높이지 않으면 안되고, 그렇게 하면, 용접 재료로 가공할 때의 열간 가공성이 저하하기 때문이다.

그래서, 용접 금속에 모재보다도 많은 양의 Mo 및/또는 W를 함유시키지 않더라도 그 크리프 강도가 모재보다도 낮아지지 않는 조건을 탐구하였다. 그 결과, 용접 금속의 입계에 적량의 TiC를 분산시키는 것이 유효한 것을 알았다. 구체적으로 설명하면, 모재 또는 용접 금속 속에 함유되는 Ti 함유량에 따라 전술한 수학식 2 또는 수학식 3에 의해 구할 수 있는 ST값이 모재보다도 용접 금속 쪽이 크고, 그 차가 3 이상이 되도록 모재와 용접 금속의 Mo, W, C 및 Ti 함유량을 조정하면, 응고 조직인 용접 금속의 크리프 강도가 모재의 크리프 강도와 거의 동일해지는 것을 알았다.

다층 용접시에는 용접 금속은 다음 층의 용접에 의해 HAZ과 동일한 열 사이클을 받아, 모재의 HAZ 균열과 동일한 균열을 일으킨다. 그러나, 용접 금속이 전술한 수학식 2를 만족하는 경우에는, 모재와 마찬가지로 용접 균열은 발생하지 않는 것을 알았다.

또, 본 발명 합금의 기본 조성에 관해서는, 고온에서의 내침탄성과 내코킹성을 저하시키지 않고, 전술한 용접성 외에도 실용적인 양산 합금으로서 필요 불가결한 열간 가공성을 만족시키기 위해, 본 발명자들은 여러 가지 화학 조성의 합금을 용융 제조하여 실험, 검토를 거듭한 결과, 이하의 지견을 얻었다.

(a) Al을 1% 이상 함유하는 합금에 있어서는, Al계 질화물을 형성하기 쉽고, 이 질화물계 석출물을 기점으로 Al₂O₃를 주체로 하는 Al계 산화물 피막의 보호성이 없어진다.

(b) 그러나, N의 고용도를 높이는 효과가 있는 Cr을 10% 이상 함유시키는 한편, N을 저감하면, N은 충분히 고용되어 AlN이 합금 표면에 석출되지 않는다. 따라서, Al이 1% 이상이어도 합금 표면의 알루미나 주체의 산화 피막의 보호성이 손상되지 않고, 양호한 내침탄성과 내코킹성을 확보할 수 있으며, 또한 고온 강도가 향상된다.

(c) Al 함유량을 4.5% 미만으로 억제하면, 열간 가공성과 용접성은 향상되지만, 그 열간 가공성은 일반 Fe－Cr－Ni계나 Ni－Cr계 합금과 비교한 경우와 양산화를 고려한 경우 충분하다고는 할 수 없다. 즉, 열간 가공시에 Ni－Al계 금속간 화합물이 석출되어 결정립 안이 현저히 강화되기 때문에 상대적으로 입계가 약해진다. 입자 안이 강화되면 가공시에 큰 힘을 가해야만 하고, 그렇게 하면 상대적으로 약한 입계가 파괴되기 쉬워 열간 가공성이 저하한다. 그래서, 열간 가공성을 개선하기 위해서는 입자 안의 강화와 동등하게 입계도 강화시킬 필요가 있다.

(d) 한편, Al을 많이 함유하는 니켈기 합금은 입계 그 자체가 약화되고 있다. 이 약화의 주요인의 하나가 S이다. 따라서, 입계의 약화를 막기 위해서는 S를 0.005% 이하로 제한하는 것이 매우 중요하고, 0.003% 이하로 제한하면 한층 개선 효과를 기대할 수 있다.

(e) 또한, N을 가능한 한 낮게 하는 것이 중요하다. 다량의 Al을 함유하는 니켈기 합금에서는, 전술한 바와 같이 강 속의 N이 Al계 질화물을 형성하기 쉽고, 이 질화물계 석출물이 열간 가공성을 현저히 저하시키기 때문이다.

(f) B, Zr 및 Hf는 입계에서의 원자 결합력을 높이고 입계를 강화하는 효과를 발휘하기 때문에, 열간 가공성의 저하 방지에는 이들 원소의 1종 이상을 함유시키는 것이 좋다.

이하, 본 발명의 니켈기 내열 합금의 화학 조성을 상기한 바와 같이 정한 이유에 대해서 상세히 설명한다. 이 니켈기 합금은 용접 조인트에 있어서는 모재가 되는 것이다.

이하의 각 원소의 설명 등은 달리 특정되지 않는 한, 니켈기 내열 합금 및 용접 조인트를 구성하는 용접 금속에 공통으로 적용될 수 있다.

본 발명의 니켈기 내열 합금 및 그 용접 조인트를 구성하는 모재(상기 니켈기 내열 합금)와 용접 금속은 모두 아래의 수학식 2를 만족시킬 필요가 있다.

[수학식 2]

여기서, 수학식 2 중의 원소 기호는 모재의 합금 및 용접 금속의 각각에 함유되는 각 원소의 함유율(질량%)을 의미한다.

상기 수학식 2을 만족하는 것은 용접 균열 방지를 위해 필수적인 조건이다. 수학식 2의 의미는 다음과 같다. 전술한 바와 같이, 용접에 의해 융점 직하가 된 영역에서의 입계의 부분적인 용융량에 의존하여 생기는 국부적인 파괴 응력이, 인접한 입계의 취화 영역에서의 파괴 저항을 상회하지 않는 범위 내에 성분의 조합을 선택하는 것을 의미하고, 수학식 2를 만족하는 경우에 한해서 용접 균열이 발생하는 것을 막는 것이 가능해진다.

본 발명의 용접 조인트는 다음 조건을 만족시켜야만 한다.

조인트를 구성하는 모재와 용접 금속의 각각의 ST값을 아래의 상기 수학식 3 또는 수학식 4에 의해 구했을 때, 용접 금속의 ST값이 모재의 ST값보다도 크고, 그 차가 3 이상이기 때문이다. 이 경우에 한해서 고용 강화와 TiC 분산에 의한 강화의 상승 효과에 의해 응고 조직인 용접 금속의 크리프 강도가 모재의 크리프 강도와 동등하게 되어 균형을 이룬다.

[수학식 4]

[수학식 5]

단, 상기 2개의 조건은 이하에 나타내는 합금 성분의 범위 내에 있어서 만족해야 한다. 이것은 후술하는 실시예의 결과로부터도 명백하다.

C : 0.1% 이하

C는 탄화물을 형성하여 내열 합금으로서 필요한 인장 강도나 크리프 파단 강도를 향상시키기 위해서 유효한 원소이기 때문에, 0.01% 이상 함유되는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.1%를 넘으면 합금의 연성 및 인성(靭性)의 저하가 커질 뿐만 아니라, Al을 많이 함유하는 니켈기 합금에 있어서는 알루미나 피막 형성을 저해한다. 이 때문에, C 함유량은 O.1% 이하로 하였다. 바람직한 상한은 0.09%, 보다 바람직한 상한은 0.07%이다.

Si : 2% 이하

Si는 탈산제로서 첨가되고, 내산화성이나 내침탄성 개선에도 기여하는 원소이지만, Al을 많이 함유하는 니켈기 합금에 있어서는 내산화성이나 내침탄성의 개선 효과가 비교적 작은 반면, 열간 가공성이나 용접성을 저하시키는 작용이 강하다. 이 때문에, 제조상, 특히 열간 가공성이 중시되는 경우에는 낮은 쪽이 좋지만, 내산화성이나 내침탄성의 개선 작용을 얻을 필요가 있는 경우도 있는 것을 고려하여 2% 이하로 한다. 바람직한 상한은 1.5%, 보다 바람직한 상한은 1%이다. 또, 내산화성이나 내침탄성의 개선 작용은 0.2% 이상으로 현저해진다.

Mn : 2% 이하

Mn은 탈산제로서 첨가되는 원소이지만, 내코킹성의 열화 요인이 되는 스피넬형 산화물의 피막 형성을 촉진시키기 때문에 2% 이하로 억제할 필요가 있다. 바람직한 상한은 1.5%, 보다 바람직한 상한은 1%이다. Mn 함유량은 불순물 레벨이라도 좋지만, 탈산 효과를 확실하게 하기 위해서는 0.1% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

S : 0.005% 이하

S는 입계에 편석하여 결정립의 결합력을 약하게 하고, 용접성을 열화시키는 매우 유해한 원소로서, 상한치의 규제가 매우 중요하다. 특히, Al을 많이 함유하는 니켈기 합금에서는 입계 강화가 중요해지기 때문에, S 함유량은 최대한 저감하는 것이 바람직하다. 또한, 용접성을 개선하기 위해서는 적어도 0.005% 이하로 할 필요가 있기 때문에 그 상한을 0.005%로 하였다.

P : 0.025% 이하

P는 입계에 편석하여 결정립의 결합력을 약하게 하는 동시에, 입계의 융점을 낮추어 고온 HAZ(용융 경계에 접하는 모재 부분)에서의 입계의 부분 용융을 촉진시켜 용접 균열을 발생시키는 유해한 원소로서, 그 함유량은 낮으면 낮을수록 바람직하지만, 0.025%까지라면 특별히 문제되는 것이 없기 때문에, 그 상한을 0.025%로 하였다.

N : 0.04% 이하

N은 일반의 내열강에 있어서는 고용 강화에 의해 고온에서의 강도를 높이는 데에 유효하여 적극적으로 이용되고 있지만, Al을 많이 함유하는 니켈기 합금에서는, AlN 등의 질화물로서 석출되기 때문에 고용 강화를 기대할 수 없을 뿐만 아니라 열간 가공성, 용접성을 현저히 저해한다. 또한, 질화물은 보호성 피막을 파괴하는 기점으로 되고 내침탄성을 저하시킨다. 따라서, N 함유량은 낮으면 낮을수록 좋지만, 0.04%까지라면 특별히 문제없고, 과도한 저감은 비용 상승과 수율 저하를 초래하기 때문에 그 상한을 0.04%로 하였다. 또, 바람직한 상한은 0.03%, 보다 바람직한 상한은 0.02%이다.

Cr : 10∼30%

Cr은 내산화성이나 내코킹성의 개선에 유효한 원소로서, 알루미나 피막의 생성 초기에 있어서 알루미나 피막을 균일하게 생성시키는 작용이 있다. 또한, 탄화물을 형성하여 크리프 파단 강도의 향상에도 기여한다. 또한, 본 발명에서 규정하는 성분계에 있어서는 Cr은 열간 가공성의 향상에도 기여한다. 이들 효과를 얻기 위해서는 최저 10% 이상이 필요하다. 한편, Cr을 지나치게 함유시키면 인성, 가공성이라는 기계적 성질을 저해하게 된다. 이 때문에, Cr 함유량은 10∼30%로 하였다. 바람직한 범위는 12∼25%, 보다 바람직한 범위는 12∼23%이다.

Al : 2.1%∼4.5% 미만

Al은 내침탄성 및 내코킹성의 향상, 나아가 고온 강도의 향상에 매우 유효한 원소이지만, 그 효과를 얻기 위해서는 코런덤(corundum)형의 알루미나 산화 피막을 균일하게 생성시킬 필요가 있다. 또한, Al은 상[Ni₃(Al, Ti)의 금속간 화합물]을 형성하여 석출 강화 작용을 발휘한다. 이들 효과를 얻기 위해서는 최저 2.1% 이상이 필요하다. 한편, 4.5% 이상이 되면 용접 균열 감수성이 현저하게 증대한다. 따라서, Al 함유량은 2.1∼4.5% 미만으로 하였다. 바람직한 범위는 2.1∼4%, 보다 바람직한 범위는 2.1∼3.5%이다.

Mo : 2.5∼15%, W : 2.5∼9%, 단, 양자를 함유하는 경우는 합계로 2.5∼15%

이들 원소는 모두 주로 고용 강화 원소로서 유효하고, 재료 내의 오스테나이트 상을 강화함으로써 크리프 파단 강도를 상승시킨다. 그 효과를 얻기 위해서는 각각 2.5% 이상, 2종의 합계 함유량으로도 2.5% 이상이 필요하다. 그러나, 지나치게 함유시키면 인성 저하의 요인이 되는 금속간 화합물이 석출될 뿐 아니라, 내침탄성이나 내코킹성도 열화한다. 상한은 Mo와 W의 합계로 15% 이하로 억제할 필요가 있다. 단, Mo에 비하여 W는 금속간 화합물 석출에 의한 열간 가공성 및 용접성 저하가 크기 때문에, Mo보다도 W의 상한을 낮게 제한할 필요가 있다. 이 때문에, 이들 원소의 함유량은 Mo에서 15% 이하, W에서 9% 이하의 범위 내에서, 합계로도 15% 이하로 하였다. 합계량의 바람직한 범위는 4∼13%, 보다 바람직한 범위는 6∼13%이다.

B:

B는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면, 입계를 강화하는 작용이 있어, 용접 균열 감수성의 저감에 기여한다. 이 때문에, 이 효과를 얻고 싶은 경우에 첨가할 수 있고, 그 효과는 함유량 0.001% 이상에서 현저해진다. 그러나, B의 함유량이 0.03%를 넘으면, 오히려 용접 균열 감수성이 높아진다. 따라서, 첨가하는 경우의 B 함유량은 0.001∼0.03%로 하는 것이 좋다.

Ti:

Ti는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면, 상의 석출을 촉진시켜 크리프 파단 강도의 향상에 기여하는 것 외에, TiC로서 석출되어 입계를 강화하여 용접 금속의 크리프 파단 강도의 향상에도 기여한다. 이 때문에, 이들 효과를 얻고 싶은 경우에 첨가할 수 있고, 그 효과는 함유량 0.005% 이상에서 현저해진다. 그러나, 3%를 넘어 함유시키면, 상이 지나치게 석출되어 용접성이 현저히 열화한다. 따라서, 첨가하는 경우의 Ti 함유량은 0.005∼3%로 하는 것이 좋다. 또, 바람직한 상한은 1%이다.

Zr, Hf:

이들 원소는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면, 양쪽 원소 모두 입계에 편석하여 입계 슬립을 억제함으로써 크리프 강도의 향상에 기여한다. 이 때문에, 이 효과를 얻고 싶은 경우에는 1종 이상을 첨가할 수 있고, 그 효과는 각 원소에 대해 0.01% 이상에서 현저해진다. 그러나, Zr이 0.2%를 넘는 경우, Hf가 0.8%를 넘는 경우, 모두 오히려 크리프 파단 강도가 저하한다. 따라서, 첨가하는 경우의 Zr 함유량은 0.01∼0.2%, Hf 함유량은 0.01∼0.8%로 하는 것이 좋다.

Mg, Ca:

이들 원소는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면, 양쪽 원소 모두 주로 열간 가공성이 유해한 S를 황화물로서 고정하여 입계 강도를 높여 열간 가공성의 개선에 기여한다. 이 때문에, 이 효과를 얻고 싶은 경우에는 1종 이상을 첨가할 수 있고, 그 효과는 각 원소의 함유량 0.0005% 이상에서 현저해지지만, 0.01%를 넘으면, 고용 상태로 합금 속에 존재하고, 반대로 열간 가공성 및 용접성을 저하시킨다. 따라서, 첨가하는 경우 이들 원소의 함유량은 모두 0.0005∼0.01%로 하는 것이 좋다. 또, 이들 원소를 첨가할 때의 Mg와 Ca의 함유량은 식 '(1.178 Mg＋Ca)/S'에 의해 구할 수 있는 값이 0.5∼3 범위 내에 들어가도록 함유시키는 것이 바람직하고, 이 경우에는 열간 가공성의 개선 효과가 더욱 더 향상된다.

Fe:

Fe는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면, 크리프 연성을 개선하고, 크리프 파단 강도의 향상에 기여하는 것 외에, 열간 가공성이나 상온 가공성의 개선에도 기여한다. 이 때문에, 이 효과를 얻고 싶은 경우에는 첨가할 수 있고, 그 효과는 함유량 O.1% 이상에서 현저해진다. 그러나, 10%를 넘으면, 반대로 크리프 파단 강도, 열간 가공성도 저하한다. 따라서, 첨가하는 경우의 Fe 함유량은 0.1∼10%로 하는 것이 좋다.

Nb, V, Ta:

이들 원소는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면, 각 원소는 모두 오스테나이트상으로 고용하여 재료를 강화하는 것 외에, 탄화물을 형성하여 크리프 파단 강도의 향상에 기여한다. 이 때문에, 이 효과를 얻고 싶은 경우에는 1종 이상을 첨가할 수 있고, 그 효과는 각 원소의 함유량 0.01% 이상에서 현저해지지만, Nb와 V이 각각 1%를 넘고, 또 Ta이 2%을 넘으면, 인성 저하를 초래한다. 따라서, 첨가하는 경우의 Nb와 V의 함유량은 0.01∼1%, Ta의 함유량은 0.01∼2%로 하는 것이 좋다. 또, Nb와 V의 바람직한 상한은 0.8%, Ta의 바람직한 상한은 1.8%이며, 2종 이상을 복합 첨가하는 경우의 바람직한 합계 함유량의 상한은 3%이다.

La, Ce, Nd, Y:

이들 원소는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면, 각 원소는 모두 주로 열 사이클 조건 하에서의 알루미나 피막의 박리를 방지하고, 온도가 변동하는 환경 하에서 사용해도 내침탄성 및 내코킹성을 향상시키는 효과가 있다. 따라서, 그 효과를 얻고 싶은 경우에는 1종 이상을 첨가할 수 있고, 그 효과는 각 원소의 함유량 0.002% 이상에서 현저해진다. 그러나, 각 원소가 모두 0.1%를 넘으면, 알루미나 피막의 박리 방지 효과가 포화 상태에 이를 뿐만 아니라, 가공성이 악화한다. 따라서, 첨가하는 경우의 이들 원소의 함유량은 각 원소 모두 0.002∼0.1%로 하는 것이 좋다.

Cu, Co:

이들의 원소는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면, 각 원소는 모두 주로 오스테나이트 상의 안정화에 기여하는 것 외에, Co는 고용 강화에 의해 크리프 강도의 향상에도 기여한다. 이 때문에, 이들 효과를 얻고 싶은 경우에는 1종 이상을 첨가할 수 있고, 그 효과는 각 원소의 함유량 0.01% 이상에서 현저해진다. 그러나, Cu가 5%, Co가 10%를 각각 넘으면, 인성 및 가공성이 손상된다. 따라서, 첨가하는 경우의 Cu 함유량은 0.01∼5%, Co 함유량은 0.01∼10%로 하는 것이 좋다. 또, Cu 함유량의 바람직한 상한은 3%, 보다 바람직한 상한은 1.5%이며, Co 함유량의 바람직한 상한은 8%, 보다 바람직한 상한은 5%이다.

본 발명의 니켈기 내열 합금은 통상의 용해 및 정련 공정에 의해 용융 제조한 후, 주조함으로써 얻어지고, 주조 상태로도 이용할 수 있다. 통상, 주조 후에 단조, 열간 가공, 냉간 가공 등의 각 가공 공정을 거쳐 관 등의 제품으로 이용한다. 또, 분말 야금법에 의해 제품으로 하여도 좋다. 열처리는 조직의 균일화를 촉진하여 본 발명 합금의 성능 향상에 기여한다. 열처리로서는, 1100∼1300℃에서의 균일화 처리가 바람직하지만, 주조 혹은 가공 상태에서의 사용도 가능하다.

또한, 본 발명 합금은 선재(線材)로 가공하여 모두 모재의 용접 재료로서 사용할 수도 있고, 이것을 이용하여 TIG 용접 등에 의해 용접 조인트를 얻을 수 있다. 그 때의 용접 금속은 사용 성능, 용접 균열 방지의 관점에서 상기한 조성으로 한다. 그 조성 범위 내에서 상기 수학식 4 또는 수학식 5에 의해 구할 수 있는 용접 금속의 ST값이 모재의 ST값보다도 크고, 그 차가 3 이상이 되도록 할 필요가 있다. 그것에 의해, 모재와 동등한 크리프 강도를 갖는 용접 금속을 얻을 수 있다.

용접 금속은 용접 재료와 모재의 일부가 용융 혼합하여 형성된다. 따라서, 용접 금속의 조성은 모재 조성과 희석률을 고려하여 용접 재료의 조성을 선택함으로써 조정할 수 있다.

실시예

표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 20종류의 모재와, 표 2에 나타내는 화학 조성을 갖는 9종류의 용접 재료를 준비하였다. 또, 모재 및 용접 재료는 모두 용량 50 kg의 고주파 진공 용해로를 이용하여 용융 제조하고, 얻어진 잉곳을 열간 단조하여 판 두께 25 ㎜의 판재로 하며, 1250℃에서 고용화 열처리를 행한 것을 모재로 하였다. 또한, 상기 잉곳을 열간 단조, 열간 압연, 냉간 인발 공정을 거쳐 외경 2 ㎜의 선재로 가공하여 용접 재료로 하였다.

준비한 모재 및 용접 재료를 이용하여 하기 요령에 의한 용접 조인트의 제작 시험을 행하였다. 각 모재로부터 폭 100 ㎜, 길이 200 ㎜이고, 긴 변의 한쪽에 반각 20°의 V 개선가공(開先加工)을 행한 2장의 시험편을 채취하였다. 이 2장의 시험편은 V 개선가공을 행한 긴 변끼리를 맞대어 두께 50 ㎜, 폭 150 ㎜, 길이 250 ㎜의 강판상에 얹어 놓고 그 네변 전 둘레를 피복 아크 용접(3패스)하여 완전히 구속하였다. 계속해서, 접합된 V 개선 부분을 TIG 용접법으로 다층 용접하였다. 용접 조건은 용접 전류 130A, 용접 전압 12V, 용접 속도 15 cm/min로 하였다. 준비한 모재와 용접 재료를 여러 가지 조합하여 표 3에 나타내는 화학 조성의 용접 금속을 갖는 23종류의 용접 조인트를 제작하였다.

용접성(용접 내균열성)의 평가는 얻어진 각 용접 조인트로부터, 길이 방향이 용접선과 직교하는 방향이고, 길이 방향의 중앙에 용접 금속의 폭 방향 중앙이 위치하는 두께 15 ㎜, 폭 10 ㎜, 길이 200 ㎜의 측방 굽힘 시험편을 각 5개 채취하여, 굽힘 반경 20 ㎜에서 180도 구부려 굽힘부의 표면을 50배의 확대 시야로써 검경하고, HAZ 및 용접 금속에서의 균열의 발생 유무를 조사하여, 시험편 5개 모두 균열의 발생이 인지되지 않은 것을 용접 내균열성이 양호하다는 「○」로서 평가하였고, 시험편 1개에서라도 균열의 발생이 인지된 것을 용접 내균열성이 불량하다는 「×」로서 평가하였다.

또한, 균열의 발생이 인지되지 않은 용접 조인트에 대해서는 길이 방향이 용접선과 직교하는 방향이고, 길이 방향의 중앙부에 외경 6 ㎜, 길이 30 ㎜의 평행부를 가지며, 이 평행부의 중앙에 용접 금속이 위치하는 크리프 파단 시험편을 채취하여, 온도 1150℃, 부하 응력 7 MPa의 조건에 의한 크리프 파단 시험을 행하여 용접 금속의 파단 시간을 조사하였다.

용접 금속의 크리프 강도 평가는 상기와 동일한 조건에서 모재로부터 채취한 시험편에 대해 크리프 파단 시험을 실시하여 얻은 파단 시간과 대비하여 파단 시간이 모재의 파단 시간의 90% 이상이던 것을 크리프 강도가 양호하다는 「○」로서 평가하였고, 90% 미만이던 것을 크리프 강도가 불충분하다는 「×」로서 평가하였다. 이상의 결과를 모재와 용접 재료의 조합과 더불어 표 4에 나타내었다.

표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 모재 및 용접 금속 모두 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하고, 또한 모재와 용접 금속과의 관계도 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하는 시험편 AJ0∼AJ14의 용접 조인트는 HAZ 및 용접 금속 중 어느 것에서도 균열은 발생하지 않고, 용접 금속의 크리프 파단 시간이 모재의 90% 이상이며, 크리프 강도는 양호하다.

이에 대하여, 모재 및 용접 금속 모두 각 원소의 함유량은 본 발명에서 규정하는 범위에 속하기는 하지만, 모재가 본 발명에서 규정하는 수학식 2을 만족하지 않는 용접 조인트, 즉, (BI/DI)값이 1.1을 넘는 시험편 BJ1∼BJ5의 용접 조인트는 모두 HAZ에서 용접 균열이 발생하여 용접성이 불량하다.

또한, 모재 및 용접 금속 모두 화학 조성은 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하지만, 용접 금속의 ST값과 모재의 ST값과의 관계가 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하지 않는 시험편 BJ6∼BJ8의 용접 조인트는, 용접 균열은 생기지 않지만, 용접 금속의 크리프 파단 시간이 모재의 90% 미만이어서 용접 조인트 전체로서의 크리프 강도는 불충분하다.

본 발명의 니켈기 내열 합금은 용접 내균열성이 우수하다. 또한, 본 발명의 용접 조인트는 용접부에 용접 균열 결함이 없고, 또한 용접부의 크리프 강도가 높다. 이 때문에, 에틸렌 플랜트용 분해로 및 개질로의 관과 같이, 침탄 및 산화가 일어나는 분위기에서 또한 온도 변동이 반복되는 사용 환경에서 우수한 특성을 발휘한다. 따라서, 본 발명의 합금 제품은 더 고온에서의 사용 및 연속 조업 시간의 연장이 가능하고, 나아가 내구성의 향상에 의해 새로운 소재로 교체하는 간격을 길게 할 수 있다.

Claims

질량%로, C : 0.1% 이하, Si : 2% 이하, Mn : 2% 이하, P : 0.025% 이하, S : 0.005% 이하, N : 0.04% 이하, Cr : 10∼30%, Al : 2.1∼4.5% 미만 및 Mo : 2.5∼15% 혹은 W : 2.5∼9% 또는 Mo와 W를 합계로 2.5∼15% 함유하고, 잔부가 실질적으로 Ni로 이루어지고, 또한 아래의 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 용접성 및 고온 강도가 우수한 니켈기 내열 합금.

[수학식 1]

여기에서, 수학식 1 중의 원소 기호는 합금 중에 함유되는 각 원소의 함유율(질량%)을 의미한다.
질량%로, C : 0.1% 이하, Si : 2% 이하, Mn : 2% 이하, P : 0.025% 이하, S : 0.005% 이하, N : 0.04% 이하, Cr : 10∼30%, Al : 2.1∼4.5% 미만 및 Mo : 2.5∼15% 혹은 W : 2.5∼9% 또는 Mo와 W를 합계로 2.5∼15% 함유하고, 또한, Ti : 3% 이하, Nb : 1% 이하, V : 1% 이하, Ta : 2% 이하, Zr : 0.2% 이하, Hf : 0.8% 이하, B : 0.03% 이하, Mg : 0.01% 이하, Ca : 0.01% 이하, Fe : 10% 이하, La : 0.1% 이하, Ce : 0.1% 이하, Nd : 0.1% 이하, Y : 0.1% 이하, Cu : 5% 이하, Co : 10% 이하 중 하나 또는 둘 이상을 함유하며, 잔부가 실질적으로 Ni로 이루어지고, 또한 아래의 수학식 2을 만족하는 것을 특징으로 하는 용접성 및 고온 강도가 우수한 니켈기 내열 합금.

[수학식 2]

여기에서, 수학식 1 중의 원소 기호는 합금 중에 함유되는 각 원소의 함유율(질량%)을 의미한다.
제2항에 있어서, Ti가 1.0% 이하인 것을 특징으로 하는 용접성 및 고온 강도가 우수한 니켈기 내열 합금.
모재 및 용접 금속이 어느 것이나 질량%로, C : 0.1% 이하, Si : 2% 이하, Mn : 2% 이하, P : 0.025% 이하, S : 0.005% 이하, N : 0.04 % 이하, Cr: 10∼30%, Al : 2.1∼4.5% 미만 및 Mo : 2.5∼15% 혹은 W : 2.5∼9% 또는 Mo와 W를 합계로 2.5∼15% 함유하고, 잔부가 실질적으로 Ni로 이루어지고, 또한 아래의 수학식 1를 만족하는 동시에, 아래의 수학식 3에 의해 구할 수 있는 용접 금속의 ST값이 모재의 ST값보다도 크며, 그 차가 3 이상인 것인 니켈기 내열 합금의 용접 조인트.

[수학식 1]

[수학식 3]

여기에서, 수학식 1 및 수학식 3 중의 원소 기호는 모재 또는 용접 금속 중에 함유되는 각 원소의 함유율(질량%)을 의미한다.
모재 및 용접 금속이 어느 것이나 질량%로, C : 0.1% 이하, Si : 2% 이하, Mn : 2% 이하, P : 0.025% 이하, S : 0.005% 이하, N : 0.04 % 이하, Cr: 10∼30%, Al : 2.1∼4.5% 미만 및 Mo : 2.5∼15% 혹은 W : 2.5∼9% 또는 Mo와 W를 합계로 2.5∼15% 함유하고, 또한 Ti : 3% 이하, Nb : 1% 이하, V : 1% 이하, Ta : 2% 이하, Zr : 0.2% 이하, Hf : 0.8% 이하, B : 0.03% 이하, Mg : 0.01% 이하, Ca : 0.01% 이하, Fe : 10% 이하, La : 0.1% 이하, Ce : 0.1% 이하, Nd : 0.1% 이하, Y : 0.1% 이하, Cu : 5% 이하, Co : 10% 이하 중 하나 또는 둘 이상을 함유하며, 잔부가 실질적으로 Ni로 이루어지고, 또한 아래의 수학식 1을 만족하는 동시에, 아래의 수학식 2 또는 수학식 3에 의해 구할 수 있는 용접 금속의 ST값이 모재의 ST값보다도 크며, 그 차가 3 이상인 것인 니켈기 내열 합금의 용접 조인트.

[수학식 2]

[수학식 4]

[수학식 5]

여기에서, 수학식 2 중의 원소 기호는 모재에 함유된 각 원소의 함유량(질량%)을 의미하고, 수학식 4 및 수학식 5의 원소 기호는 용접 금속 중에 함유된 각 원소의 함유율(질량%)을 의미한다.
제5항에 있어서, Ti가 0.005∼1.0%인 것을 특징으로 하는 니켈기 내열 합금의 용접 조인트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 용접성 및 고온 강도가 우수한 니켈기 내열 합금으로 만들어진 것을 특징으로 하는 에틸렌 플랜트용 분해로 또는 개질로에 사용하는 관.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 용접 조인트를 갖는 것을 특징으로 하는 에틸렌 플랜트용 분해로 또는 개질로에 사용하는 관.