特表 2024-546206 改善した耐水素脆化特性を有するニッケル基析出硬化型合金

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-18

(54)【発明の名称】改善した耐水素脆化特性を有するニッケル基析出硬化型合金

(51)【国際特許分類】

   C22C 19/05 20060101AFI20241211BHJP

   C22C 30/00 20060101ALI20241211BHJP

   C22F 1/10 20060101ALI20241211BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20241211BHJP

【ＦＩ】

C22C19/05 E

C22C30/00

C22F1/10 H

C22F1/00 640A

C22F1/00 641B

C22F1/00 630A

C22F1/00 630K

C22F1/00 683

C22F1/00 681

C22F1/00 682

C22F1/00 684C

C22F1/00 602

C22F1/00 624

C22F1/00 691B

C22F1/00 691C

C22F1/00 692A

C22F1/00 692B

C22F1/00 630B

C22F1/00 640Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024539917

(86)(22)【出願日】2022-12-30

(85)【翻訳文提出日】2024-08-07

(86)【国際出願番号】 US2022054330

(87)【国際公開番号】W WO2023129703

(87)【国際公開日】2023-07-06

(31)【優先権主張番号】63/295,324

(32)【優先日】2021-12-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】594120489

【氏名又は名称】ハンチントン、アロイス、コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＨＵＮＴＩＮＧＴＯＮ ＡＬＬＯＹＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100175983

【弁理士】

【氏名又は名称】海老 裕介

(74)【代理人】

【識別番号】100083895

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 茂

(72)【発明者】

【氏名】デフォース， ブライアン

(72)【発明者】

【氏名】ベイカー， ブライアン， エー．

(72)【発明者】

【氏名】ダム， エドワード， フランシス

(57)【要約】

向上した耐水素脆化特性と所望の降伏強度を有するニッケル基析出硬化型合金は、他の元素の中でも特にチタンと鉄の臨界範囲を有する。ニッケル基析出硬化型合金の一つは、重量％で、約１８．０％から約２３．０％のＣｒ、約７．０％から約１２．０％のＦｅ、約６．５％から約９．５％のＭｏ、約３．２％から約５．２％のＮｂ、約０．３％から約１．３％のＴｉ、約０．４％までのＡｌを含み、残部のＮｉと不可避不純物を含む組成を有する。この合金は、１２０ｋｓｉ（８２７ＭＰａ）以上の降伏強度（０．２％オフセット）と、０．３５以上の塑性ひずみ比と、９．０％以上の破断塑性ひずみとを有する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ニッケル基析出硬化型合金であって、
重量パーセントで、
約１８．０％から約２３．０％のクロム、
約７．０％から約１２．０％の鉄、
約６．５％から約９．５％のモリブデン、
約３．２％から約５．２％のニオブ、
約０．３％から約１．３％のチタン、
約０．４％までのアルミニウム、及び、
残部のニッケルと不可避不純物、
を含む組成を有し、
約１２０ｋｓｉ（８２７ＭＰａ）以上の降伏強度（０．２％オフセット）と、
０．３５以上の塑性ひずみ比と、
９．０％以上の破断塑性ひずみと、
を有する、ニッケル基析出硬化型合金。

【請求項2】

前記チタンが約０．８％から約１．１％であり、前記鉄が約９．０％から約１２．０％である、請求項１に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項3】

前記チタンが約０．８％から約１．０％であり、前記鉄が約１０．０％から約１２．０％である、請求項１に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項4】

前記チタンが約０．４％から約０．８％であり、前記鉄が約１０．０％から約１２．０％である、請求項１に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項5】

前記降伏強度（０．２％オフセット）が、約１２０ｋｓｉ（８２７ＭＰａ）から約１５０ｋｓｉ（１０３４ＭＰａ）である、請求項１に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項6】

前記塑性ひずみ比が０．４０以上であり、前記破断塑性ひずみが１０．０％以上である、請求項１に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項7】

前記塑性ひずみ比が０．５０以上であり、前記破断塑性ひずみが１２．０％以上である、請求項１に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項8】

ニッケル基析出硬化型合金であって、
重量パーセントで、
約１８．０％から約２３．０％のクロム、
約９．０％から約１６．０％の鉄、
約４．５％から約７．５％のモリブデン、
約３．２％から約５．２％のニオブ、
約０．４％から約１．３％のチタン、
約０．４％までのアルミニウム、及び、
残部のニッケルと不可避不純物、
を含む組成を有し、
約１２０ｋｓｉ（８２７ＭＰａ）以上の降伏強度（０．２％オフセット）と、
０．３０以上の塑性ひずみ比と、
８．５％以上の破断塑性ひずみと、
を有する、ニッケル基析出硬化型合金。

【請求項9】

前記チタンが約０．８％から約１．１％であり、前記鉄が約１１．０％から約１６．０％である、請求項８に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項10】

前記チタンが約０．８％から約１．０％であり、前記鉄が約１２．０％から約１６．０％である、請求項８に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項11】

前記チタンが約０．５％から約０．８％であり、前記鉄が約１２．０％から約１６．０％である、請求項８に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項12】

前記降伏強度（０．２％オフセット）が、約１２０ｋｓｉ（８２７ＭＰａ）から約１５０ｋｓｉ（１０３４ＭＰａ）である、請求項８に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項13】

前記塑性ひずみ比が０．３５以上であり、前記破断塑性ひずみが９．０％以上である，請求項８に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項14】

前記塑性ひずみ比が０．４５以上であり、前記破断塑性ひずみが１０．０％以上である、請求項８に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項15】

ニッケル基析出硬化型合金であって、
重量パーセントで、
約１８．０％から約２３．０％のクロム、
約１５．０％から約２１．０％の鉄、
約３．０％から約４．５％のモリブデン、
約３．２％から約５．２％のニオブ、
約０．５％から約１．３％のチタン、
約０．４％までのアルミニウム、
約０．５％から約３．０％の銅、及び、
残部のニッケルと不可避不純物、
を含む組成を有し、
約１４０ｋｓｉ（９６５ＭＰａ）以上の降伏強度（０．２％オフセット）と、
０．３０以上の塑性ひずみと、
８．０％以上の破断塑性ひずみと、
を有する、ニッケル基析出硬化型合金。

【請求項16】

前記チタンが約０．８％から約１．１％であり、前記鉄が約１６．０％から約２１．０％である、請求項１５に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項17】

前記チタンが約０．８％から約１．０％であり、前記鉄が約１７．０％から約２０．０％である、請求項１５に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項18】

前記チタンが約０．５％から約０．８％であり、前記鉄が約１８％から約２１．０％である、請求項１５に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項19】

前記降伏強度（０．２％オフセット）が約１４０ｋｓｉ（９６５ＭＰａ）から１７０ｋｓｉ（１１７２ＭＰａ）である、請求項１５に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項20】

前記塑性ひずみ比が０．３５以上であり、前記破断塑性ひずみが９．０％以上である、請求項１５に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【請求項21】

前記塑性ひずみ比が０．４５以上であり、前記破断塑性ひずみが１０．０％以上である、請求項１５に記載のニッケル基析出硬化型合金。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年１２月３０日に出願された米国特許出願第６３／２９５，３２４号の優先権およびその利益を主張する。上記出願の開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、ニッケル基析出硬化型合金に関し、特に耐水素脆化特性を改善したニッケル基析出硬化型合金に関する。

【背景技術】

【0003】

本項の記述は、単に本開示に関連する背景情報を提供するものであり、先行技術を構成するものではない。

【0004】

ニッケル基析出硬化型合金は、油田設備の重要なダウンホールコンポーネントの製造に使用されている。このような合金は、塩化物イオン応力腐食割れ、硫化物応力腐食割れ、および電流誘起水素応力腐食割れに対して耐性があることが知られている。しかし、水素脆化（ＨＥ）に対する耐性の向上が望まれている。水素脆化に対する耐性は、塑性ひずみ比および破断塑性ひずみを求めることによって評価することができる。本明細書では、「破断塑性ひずみ」および「塑性ひずみ比」という表現は、ＮＡＣＥ規格ＴＭ０１９８で定められた破断塑性ひずみおよび塑性ひずみ比を意味する。この規格は、高温の油田生産環境をシミュレートした際の、水素誘起応力腐食割れ（ＳＣＣ）に対するＮｉ基合金の耐性を評価するための低歪速度試験を規定している。より具体的には、破断塑性ひずみとは、材料が破断するまでの材料の最大塑性変形である。破断時点での応力とひずみの値を通る弾性直線の投影を用いて、サンプルの塑性変形に起因するひずみ量を、破断時点での全ひずみから破断点における等価弾性ひずみを差し引いた値として求める。ＨＥ塑性ひずみ比は、酸中で試験した試料から求めた破断塑性ひずみを、不活性環境で試験した試料から求めた破断塑性ひずみで割ったものである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、ニッケル基析出硬化型合金の耐ＨＥ特性の改善、および油田環境で使用されるニッケル基析出硬化型合金に関するその他の問題に取り組むものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本項は、本開示の一般的な要約を提供するものであり、本開示の全範囲または全特徴を包括的に開示するものではない。

【0007】

本開示の一態様では、Ｎｉ（ニッケル）基析出硬化型合金は、重量％で、約１８．０％から約２３．０％のＣｒ（クロム）、約７．０％から約１２．０％のＦｅ（鉄）、約６．５％から約９．５％のＭｏ（モリブデン）、約３．２％から約５．２％のＮｂ（ニオブ）、約０．３％から約１．３％のＴｉ（チタン）、約０．４％までのＡｌ（アルミニウム）、残部のＮｉ（ニッケル）と不可避不純物を含む組成を有し、１２０ｋｓｉ以上の降伏強度と、０．３５以上の塑性ひずみ比と、９．０％以上の破断塑性を有する。少なくとも１つの変形例では、合金は、約０．８％から約１．１％のＴｉ含有量と、約９．０％から約１２．０％のＦｅ含有量を有する。例えば、少なくとも１つの変形例では、合金は、約０．８％から約１．０％のＴｉ含有量と約１０．０％から約１２．０％のＦｅ含有量を有する。別の代替例では、合金は、約０．４％から約０．８％のＴｉ含有量と約１０．０％から約１２．０％のＦｅ含有量を有する。

【0008】

一態様の合金は、所望の塑性ひずみ比、すなわち０．３５以上の塑性ひずみ比と、９．０％以上の破断塑性ひずみを有するが、合金はまた所望の強度、すなわち１２０ｋｓｉ（８２７ＭＰａ）以上の強度を維持する。例えば、少なくとも１つの変形例では、合金は０．３５以上のＨＥ塑性ひずみ比、９．０％以上の破断塑性ひずみ、及び約１２０ｋｓｉ（８２７ＭＰａ）から１５０ｋｓｉ（１０３４ＭＰａ）の降伏強度を有する。また、いくつかの変形例では、合金は、０．４０以上の塑性ひずみ比と、１０．０％以上の破断塑性ひずみを有する。例えば、少なくとも１つの変形例では、塑性ひずみ比は０．５０以上であり、破断塑性ひずみは１２．０％以上である。

【0009】

本開示の別の態様では、Ｎｉ基析出硬化型合金は、重量％で、約１８．０％から約２３．０％のＣｒ、約９．０％から約１６．０％のＦｅ、約４．５％から約７．５％のＭｏ、約３．２％から約５．２％のＮｂ、約０．４％から約１．３％のＴｉ、約０．４％までのＡｌ、及び残分のＮｉと不可避不純物を含む組成を有し、１２０ｋｓｉ以上の降伏強度と、０．３０以上の塑性ひずみ比と、８．５％以上の破断塑性ひずみを有する。少なくとも１つの変形例では、合金は、約０．８％から約１．１％のＴｉ含有量と約１１．０％から約１６．０％の間のＦｅ含有量を有する。例えば、少なくとも１つの変形例では、合金は、約０．８％から約１．０％のＴｉ含有量と約１２．０％から約１６．０％のＦｅ含有量を有する。別の代替案では、合金は、約０．５％から約０．８％のＴｉ含有量と約１２．０％から約１６．０％のＦｅ含有量を有する。

【0010】

この形態の合金は、所望の塑性ひずみ比、すなわち０．３０以上の塑性ひずみ比を有するが、合金は依然として所望の強度、すなわち１２０ｋｓｉ（８２７ＭＰａ）以上の強度を維持している。例えば、少なくとも１つの変形では、合金は、０．３０以上の塑性ひずみ比と、８．５％以上の破断塑性ひずみを有し、降伏強度は約１２０ｋｓｉ（８２７ＭＰａ）から１５０ｋｓｉ（１０３４ＭＰａ）である。また、別の形態では、合金は、０．３５以上の塑性ひずみ比と９．０％以上の破断塑性ひずみを有する。さらに別の態様では、塑性ひずみ比は０．４５以上であり、破断塑性ひずみは１０．０％以上である。

【0011】

本開示のさらに別の態様では、Ｎｉ基析出硬化型合金は、重量％で、約１８．０％から約２３．０％のＣｒ、約１５．０％から約２１．０％のＦｅ、約３．０％から約４．５％のＭｏ、約３．２％から約５．２％のＮｂ、約０．５％から約１．３％のＴｉ、約０．４％までのＡｌ、約０．５％から約３．０％のＣｕ（銅）、および残部のＮｉおよび不可避不純物を含む組成を有する。この合金は、１４０ｋｓｉ以上の降伏強度と、０．３０以上の塑性ひずみ比と、及び８．０％以上の破断塑性ひずみを有する。この合金の少なくとも１つの変形例では、Ｔｉ含有量は約０．８％から約１．１％であり、Ｆｅ含有量は約１６．０％から約２１．０％である。例えば、少なくとも１つの変形例では、この合金は、約０．８％から約１．０％の間のＴｉ含有量と、約１７．０％から約２０．０％の間のＦｅ含有量を有する。別の代替案では、合金は、約０．５％から約０．８％の間のＴｉ含有量と約１８．０％から約２１．０％の間のＦｅ含有量を有する。

【0012】

この合金は、所望の塑性ひずみ比、すなわち０．５以上の塑性ひずみ比を有するが、それでも所望の強度、すなわち１４０ｋｓｉ（９６５ＭＰａ）以上の強度を維持する。例えば、少なくとも１つの変形例では、この合金は、０．３０以上の塑性ひずみ比と、８．０％以上の破断塑性ひずみを有し、降伏強度は約１４０ｋｓｉ（９６５ＭＰａ）から１７０ｋｓｉ（１１７２ＭＰａ）である。また、いくつかの変形例では、この合金は、０．３５以上の塑性ひずみ比と９．０％以上の破断塑性ひずみを有する。さらに別の態様では、塑性ひずみ比は０．４５以上であり、破断塑性ひずみは１０．０％以上である。

【0013】

特定の理論に縛られるわけではないが、ＴｉとＦｅのバランスを注意深くとることで、高い強度を持ち、水素脆化しにくい合金が得られると考えられている。

【0014】

さらなる適用可能な領域は、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。本明細書および特定の実施例は、説明のみを目的とするものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、用途、または使用を限定することを意図するものではない。図面全体を通して、対応する参照数字は、同様または対応する部分および特徴を示すことを理解されたい。

【0016】

以下の表１を参照すると、９種類のニッケル基（Ｎｉ基）析出硬化型合金のＵＮＳ（Unified Numbering System：統一ナンバリングシステム）の組成仕様が示されている。

【表1】

【0017】

表１に示す合金は、様々な産業および用途で使用されることが知られており、その中には油田設備のダウンホールコンポーネントも含まれ、そのために向上した耐ＨＥ特性が望まれている。表１に示すＵＮＳ仕様に該当する合金をＨＥ試験に供した（論文番号１３２８４、ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ２０１９のカンファレンス予稿集参照；参照により本明細書に組み込まれる）。また、本発明者らは、表１の合金の組成の統計分析を行い、これらの合金の耐ＨＥ特性は、Ｔｉ含有量の減少およびＦｅ含有量の増加に伴って耐ＨＥ特性の向上の傾向を示すことを発見した。特に、合金の塑性ひずみ比は、統計的モデル化により以下の関係に従うことが判明した。
塑性ひずみ比＝０．３４６１＋０．０１６５７２×Ｆｅ－０．２０２２×Ｔｉ （１）
ここで、決定係数（Ｒ^２）は０．９９７、Ｆｅ及びＴｉは重量％（ｗｔ．％）である。上記（１）の関係から明らかなように、Ｔｉ含有量を減少させ、Ｆｅ含有量を増加させることにより、塑性ひずみ比が増加し、よって耐ＨＥ特性が向上する。

【0018】

ここで表２を参照すると、クロム、鉄、モリブデン、ニオブ、チタン、およびアルミニウムの量が異なる４種類のＮｉ基合金が示されている。特に、概して、ＵＮＳ Ｎ０７７１６、ＵＮＳ Ｎ０７７１８、ＵＮＳ Ｎ０９９２５、およびＵＮＳ Ｎ０９９４５の組成範囲に概して入る特定の合金を表２に示す。表２に示された合金の組成は、ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ２０１４のカンファレンス予稿集の論文番号４２４８（参照により本明細書に組み込まれる）から得られたものであり、表に記載されたＵＮＳ仕様の合金元素の必ずしも全てを含まない場合があることを理解されたい。

【表2】

【0019】

表２の合金をＨＥ試験に供した（論文番号４２４８、ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ２０１４のカンファレンス予稿集参照）。また、表２の合金の組成とこれらの合金の耐ＨＥ特性を統計的に分析したところ、同様に、Ｔｉ含有量の減少とＦｅ含有量の増加に伴って耐ＨＥ特性が向上する傾向が見られた。特に、不活性環境下での試験に対するＨＥ環境下での試験の面積比の減少は、統計的モデリングに基づく以下の関係に従うことが判明した。
面積比の減少＝０．６３４８＋０．０１２７４×Ｆｅ－０．１５３０×Ｔｉ （２）
ここで、Ｒ^２は０．７７９に等しい。

【0020】

次に表３を参照すると、クロム、鉄、モリブデン、ニオブ、チタン、およびアルミニウムの量が異なる７種類のＮｉ基析出硬化型合金が示されている。特に、概してＵＮＳ Ｎ０７７２５、ＵＮＳ Ｎ０７７１６、およびＵＮＳ Ｎ０７７１８の組成範囲に入る特定の合金を表３に示す。表３に示される合金の組成および名称は、ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ２０１８カンファレンス予稿集の論文番号１１１１４（参照により本明細書に組み込まれる）から得られたものであり、対応するＵＮＳ仕様に規定される合金元素の必ずしも全てを含まない場合があることを理解されたい。

【表3】

【0021】

表３の合金をＨＥ試験に供した（論文番号１１１１４、ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ２０１８のカンファレンス予稿集参照）。また、表３の合金の組成とこれらの合金の耐ＨＥ特性を統計的に分析したところ、同様に、Ｔｉ含有量の減少に伴って耐ＨＥ特性が向上する傾向が見られた。特に、不活性環境での試験に対するＨＥ環境での試験合金の破断荷重の減少は、統計的モデリングに基づく以下の関係に従うことが発見された。
破断荷重の減少率％＝－４３．４＋５２．２４×Ｔｉ （３）
ここでＲ^２は０．８７６であり、破断荷重の減少率が高いほど（すなわち、負の値が小さいほど）、耐ＨＥ特性が高いことを示している。（３）の関係から明らかなように、表３に示した合金の破断荷重の減少率％に関して、Ｆｅの寄与は統計的に無関係であった。

【0022】

分析結果は、Ｎｉ基析出硬化型合金中のＴｉ合金含有量の減少に伴って耐ＨＥ特性が増加することを示していることを理解すべきである。従って、本明細書の教示に従って、Ｔｉ含有量を減少させ、Ｆｅを増加させて、耐ＨＥ特性を向上させた新たなＮｉ基析出硬化型合金が開発された。

【0023】

析出硬化型ニッケル合金の耐ＨＥ特性に及ぼすＴｉ、Ｆｅ、降伏強度（ＹＳ）の影響をさらに解明するため、追加試験を行った。以下の表４を参照すると、試験したニッケル（Ｎｉ）基析出硬化型合金の組成が示されている。市販合金と実験室合金の組み合わせが含まれる。

【表4】

【0024】

表４の実験室溶融合金は、直径４インチ５０ポンドの真空誘導（ＶＩＭ）溶融インゴットから直径０．６２５インチの熱間圧延棒製品の形で製造された。均質化した熱間圧延棒試料を１９００°Ｆ（約１０３８℃）でアニールした。時効硬化は１３５０°Ｆ（約７３２℃）で８時間行い、１時間当たり１００°Ｆ（約３８℃）の炉冷で１１５０°Ｆ（約６２１℃）まで冷却し、８時間保持した後に空冷した。生産用溶融合金は、市販のＶＩＭ溶融材料から製造された。直径１８インチのＶＩＭ電極を直径２０インチまで真空アーク再溶解（ＶＡＲ）し、ジャイロ回転鍛造機（ＧＦＭ）で直径５～１０インチの仕上がり直径に鍛造した。以下の表５に示すように、完成したロッドは１８５０°Ｆ（約１０１０℃）から１９００°Ｆ（約１０３８℃）の間でアニールされた。時効硬化は１３００°Ｆ（約７０４℃）から１３６５°Ｆ（約７４１℃）で５．５から８時間行なわれ、１時間当たり５０°Ｆ（約１０℃）から１００°Ｆ（約３８℃）で１１５０°Ｆ（約６２１℃）まで炉冷却して、５．５から１２時間保持した後に空冷した。

【表5】

【0025】

表５の合金を引張強さとシャルピー衝撃試験に供した。以下の表６は、熱ごとの試験結果をまとめたものである。

【表6】

【0026】

表５の合金を、さらに耐ＨＥ特性試験に供した。各変種の耐ＨＥ特性は、ＮＡＣＥ ＴＭ０１９８ Ｍｅｔｈｏｄ Ｃの遅ひずみ速度試験手順に従って試験された。遅ひずみ速度試験では、一定の伸長速度でゆっくりと動的ひずみを加える。これは、水素誘起応力割れに対する耐性を評価するものである。表７は、熱ごとの耐ＨＥ特性の平均試験結果をまとめたものである（空欄または数値なしは、その合金の試験が完了しなかったことを示す）。

【表7】

【0027】

すべてのサンプルを光学顕微鏡で検査し、微細構造がAPI6a CRA Annex A, Reference Microstructuresに規定された要件を満たし、顕著な粒界析出や粒内析出がないことを確認した。そのような微細構造はＨＥ条件下で粒界破壊を起こしやすいことが示されている。そのような微細構造は、有意な粒界析出による追加的影響を排除してＨＥ性能に対するＴｉとＦｅおよび降伏強度の影響を分離するために、今回の研究から除外された。

【0028】

単変数および多変数の回帰モデルと交差検証を含むデータ分析により、Ｔｉ含有量、Ｆｅ含有量、および降伏強度がそれぞれ耐ＨＥ特性に影響を及ぼすことが判明した。特に、降伏強度が１２０－１７０ｋｓｉの範囲では、Ｔｉ含有量が低く、Ｆｅ含有量が高いほど耐ＨＥ特性が高くなる。

【0029】

試験の結果は、評価されて本明細書に含まれる請求範囲を導くために使用された。以下の表８は、本開示による新しい合金の組成範囲、塑性ひずみ比、および降伏強度のまとめである。

【表8】

【0030】

表８において「Ａ－新合金７２５」として示される本開示の一態様では、Ｎｉ基析出硬化型合金は、重量％で、約１８．０％から約２３．０％のＣｒ、約７．０％から約１２．０％のＦｅ、約６．５％から約９．５％のＭｏ、約３．２％から約５．２％のＮｂ、約０．３％から約１．３％のＴｉ、約０．４％までのＡｌ、残部のＮｉおよび不可避不純物を含む組成を有し、０．３５以上の塑性ひずみ比、または９．０％以上の破断塑性ひずみを有する。いくつかの変形例では、合金は約０．８％から約１．１％のＴｉ含有量を有し、他の変形例では、合金は約０．８％から約１．０％のＴｉ含有量を有する。少なくとも１つの変形例では、合金は約０．８％から約１．１％のＴｉ含有量と約９．０％から約１２．０％のＦｅ含有量を有する。例えば、少なくとも１つの変形例では、合金は約０．８％から約１．０％のＴｉ含有量と約１０．０％から約１２．０％のＦｅ含有量を有する。また、Ｂ、Ｃ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓｉ、およびＳなどの追加の合金元素は、本開示の範囲内に留まりながら、Ｎｉ基析出硬化型合金を製造するためのＵＮＳ Ｎ０７７２５仕様および／または通常の溶解方法に対応する量で存在し得る。

【0031】

この合金は、所望の塑性ひずみ比、すなわち０．３５以上の塑性ひずみ比を有するが、１２０ｋｓｉ（８２７ＭＰａ）以上の所望の強度、すなわち１２０ｋｓｉ（８２７ＭＰａ）以上の強度も維持する。すなわち、ＴｉをＵＮＳ Ｎ０７７２５のＴｉ範囲内またはそれ以下の低レベルに低減しても、合金は油田生産におけるダウンホールコンポーネントに対する所望の降伏強度を有する。例えば、少なくとも１つの変形例では、合金は、塑性ひずみ比が０．３５以上であり、降伏強度は約１２０ｋｓｉ（８２７ＭＰａ）から１５０ｋｓｉ（１０３４ＭＰａ）である。一態様では、合金は、塑性ひずみ比が０．３以上であり、降伏強度が約１３０ｋｓｉ（８９６ＭＰａ）から１５０ｋｓｉ（１０３４ＭＰａ）である。別の態様では、合金は、０．３５以上の塑性ひずみ比と、９．０％以上の塑性ひずみ比を有し、降伏強度は約１４０ｋｓｉ（９６５ＭＰａ）から１５０ｋｓｉ（１０３４ＭＰａ）である。また、いくつかの変形例では、合金は、０．４０以上の塑性ひずみ比と１０．０％以上の破断塑性ひずみを有する。例えば、少なくとも１つの変形例では、塑性ひずみ比は０．５０以上であり、破断塑性ひずみは１２．０％以上である。

【0032】

表８のＢ－新合金７３５で表される本開示の別の態様では、Ｎｉ基析出硬化型合金は、重量％で、約１８．０％から約２３．０％のＣｒ、約９．０％から約１６．０％のＦｅ、約４．５％から約７．５％のＭｏ、約３．２％から約５．２％のＮｂ、約０．４％から約１．３％のＴｉ、約０．４％までのＡｌ、残部のＮｉおよび不可避不純物を含む組成を有し、０．３以上の塑性ひずみ比、または８．５％以上の破断塑性ひずみを有する。一態様では、合金は約０．８％から約１．１％のＴｉ含有量を有し、他の変形例では、合金は約０．８％から約１．０％のＴｉ含有量を有する。少なくとも１つの変形例では、合金は、約０．８％からｑ約１．１％のＴｉ含有量と約１４．０％から約１７．０％のＦｅ含有量を有する。さらに別の態様では、合金は、約０．８％から約１．０％のＴｉ含有量と約１５．０％から約１７．０％のＦｅ含有量を有する。また、Ｂ、Ｃ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓｉ、およびＳなどの追加の合金元素は、本開示の範囲内にとどまりながら、Ｎｉ基析出硬化型合金を製造するための通常の溶解方法に対応する量で存在し得る。

【0033】

合金は、所望の塑性ひずみ比、すなわち０．３０以上の塑性ひずみ比を有するが、合金は依然として所望の強度の１２０ｋｓｉ（８２７ＭＰａ）以上の強度を維持する。例えば、少なくとも１つの変形例では、合金は、０．３０以上の塑性ひずみ比と、８．５％以上の破断塑性ひずみとを有し、降伏強度は約１２０ｋｓｉ（８２７Ｍｐａ）から１５０ｋｓｉ（１０３４Ｍｐａ）である。ある態様では、合金は、０．３０以上の塑性ひずみ比と、８．５％以上の破断塑性ひずみとを有し、降伏強度は約１３０ｋｓｉ（８９６Ｍｐａ）から１５０ｋｓｉ（１０３４Ｍｐａ）である。さらに別の態様では、合金は、０．３０以上の塑性ひずみ率と８．５％以上の破断塑性ひずみを有し、降伏強度は約１４０ｋｓｉ（９６５Ｍｐａ）から１５０ｋｓｉ（１０３４Ｍｐａ）である。別の形態では、合金は、０．３５以上のＨＥ塑性ひずみ比と９．０％以上の破断塑性ひずみを有する。さらに別の態様では、塑性ひずみ比は０．４５以上であり、破断塑性ひずみは１０．０％以上である。

【0034】

表８のＣ－新合金９４５Ｘに対応する本開示のさらに別の態様では、Ｎｉ基析出硬化型合金は、重量％で、約１８．０％から約２３．０％のＣｒ、約１５．０％から約２１．０％のＦｅ、約３．０％から約４．５％のＭｏ、約３．２％から約５．２％のＮｂ、約０．５％から約１．３％のＴｉ、約０．４％までのＡｌ、約０．５％から約３．０％のＣｕ、および残部のＮｉと不可避不純物を含む組成を有し、０．３以上の塑性ひずみ比、または８．０％以上の破断塑性ひずみを有する。ある態様では、合金は約０．８％から約１．１％のＴｉ含有量を有し、別の態様では、合金は約０．８％から約１．０％のＴｉ含有量を有する。少なくとも１つの変形例では、合金は、約０．８％から約１．１％のＴｉ含有量と約１９．０％から約２２．０％のＦｅ含有量を有する。さらに別の態様では、合金は、約０．８％から約１．０％のＴｉ含有量と約２０．０％から約２２．０％のＦｅ含有量を有する。また、Ｂ、Ｃ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓｉ、およびＳなどの追加の合金元素は、本開示の範囲内にとどまりながら、Ｎｉ基析出硬化型合金を製造するためのＵＮＳ Ｎ０９９４６仕様および／または通常の溶解方法に対応する量で存在し得る。

【0035】

合金は、所望の塑性ひずみ比、すなわち０．３以上の塑性ひずみ比を有するが、合金は依然として所望の強度、すなわち１４０ｋｓｉ（９６５ＭＰａ）以上の強度を維持する。例えば、少なくとも１つの変形例では、合金は、０．３０以上の塑性ひずみ比と、８．０％以上の破断塑性ひずみを有し、降伏強度は約１４０ｋｓｉ（９６５ＭＰａ）から１７０ｋｓｉ（１１７２ＭＰａ）である。ある態様では、合金は、０．３０以上の塑性ひずみと８．０％以上の破断塑性ひずみを有し、降伏強度は約１４５ｋｓｉから１７０ｋｓｉ（１１７２ＭＰａ）である。さらに別の態様では、合金は、０．３０以上の塑性ひずみと８．０％以上の破断塑性ひずみを有し、降伏強度は約１５０ｋｓｉ（１０３４ＭＰａ）から１７０ｋｓｉ（１１７２ＭＰａ）である。さらに別の態様では、合金は、０．３５以上の塑性ひずみ比と９．０％以上の破断塑性ひずみを有する。別の形態では、塑性ひずみ比は０．４５以上であり、破断塑性ひずみは１０．０％以上である。

【0036】

本開示に従って本明細書で説明した組成物から理解されるように、本明細書で説明した新しい合金の耐ＨＥ特性の測定値（すなわち、破断塑性ひずみまたは塑性ひずみ比）および強度（すなわち、降伏強度）は、Ｔｉの臨界範囲が所望される。すなわち、所望の耐ＨＥ特性がもたらされるか、またはそれを超える一方で、所望のレベルの降伏強度がもたらされるか、またはそれを超えるような、合金中でのＴｉの臨界範囲が見出されている。特に、上記表８に示す最小値未満のＴｉレベルでは、合金は望ましくない（例えば、低い）降伏強度を有し、表８に示す最大値より大きいＴｉレベルでは、合金は望ましくない（例えば、低い）耐ＨＥ特性を有する。本開示のいくつかの変形例では、Ｔｉの臨界範囲およびＦｅの臨界範囲が所望される。すなわち、合金中のＴｉの臨界範囲およびＦｅの臨界範囲は、所望の耐ＨＥ特性がもたらされるかまたはそれを上回り、所望の降伏強度のレベルがもたらされるかまたはそれを上回り、ＭｏやＣｒなどの合金元素が概ね固溶体のまま、すなわち望ましくないＭｏ－および／またはＣｒ－リッチな析出物（例えば、シグマ相）が新しい合金中に存在しないように、見出された。本開示の少なくとも１つの変形例では、高い耐ＨＥ特性、所望の降伏強度、並びに望ましくないＭｏ－および／またはＣｒ－リッチ析出物が低減または全くない所望の微細構造の組み合わせを提供するＴｉとＦｅとの間の相乗効果がある。

【0037】

また、表８に示す合金の組成は、上記の最小合金元素組成値と最大合金元素組成値の間のすべての増分値を含むことを理解すべきである。すなわち、表８に示すいずれの合金の最小合金元素組成値も、表に示す最小値から最大値までの範囲とすることができる。同様に、表８に示すいずれの合金の合金元素組成の最大値も、表に示す最大値から最小値までの範囲とすることができる。例えば、Ａ－新合金７２５のＴｉ含有量の最小値は、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、または１．３、およびこれらの増分値の間のいずれの値とすることもでき、Ａ－新合金７２５の最大Ｔｉ含有量は、１．３、１．２、１．１、１．０、０．９、０．８、０．７、０．６、０．５、０．４、または０．３、およびこれらの増分値の間のいずれの値とすることもできる。

【0038】

同様に、表８に示す合金の降伏強度は、上記の最小降伏強度値と最大降伏強度値の間のすべての増分値を含む。すなわち、表８に示すいずれの合金の最小降伏強度値も、表に示す最小降伏強度値から最大降伏強度値までの範囲とすることができる。同様に、表８に示すいずれの合金の最大降伏強度値も、表に示す最大降伏強度値から最小降伏強度値までの範囲とすることができる。

【0039】

同様に、表８に示す合金の塑性ひずみ比は、上記の最小塑性ひずみ比値と最大塑性ひずみ比値の間のすべての増分値を含む。すなわち、表８に示すいずれの合金の最小塑性ひずみ比値も、表に示す最小塑性ひずみ比値から最大塑性ひずみ比値までの範囲とすることができる。

【0040】

同様に、表８に示す合金のＨＥ塑性ひずみには、上記の最小破断塑性ひずみ値と最大破断塑性ひずみ値の間のすべての増分値が含まれる。すなわち、表８に示すいずれの合金の最小塑性ひずみ値も、表に示す最小塑性ひずみ値から最大塑性ひずみ値までの範囲とすることができる。

【0041】

本明細書において別段の記載がない限り、機械的／熱的特性、組成割合、寸法および／または公差、またはその他の特性を示す数値はすべて、本開示の範囲を説明する際に「約」または「およそ」という語によって修飾されていると理解されるものとする。このような修飾は、工業的慣行、材料、製造、組立の公差、および試験能力を含む様々な理由から望まれる。

【0042】

本明細書において、Ａ、Ｂ、Ｃのうちの少なくとも１つという表現は、非排他的論理和を用いた論理的（Ａ ＯＲ Ｂ ＯＲ Ｃ）を意味するものと解釈されるべきであり、「Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、およびＣの少なくとも１つ」を意味するものと解釈されるべきではない。

【0043】

本開示の説明は、本質的に単なる例示であり、したがって、本開示の本質を逸脱しない変形は、本開示の範囲内にあることが意図されている。このような変形は、本開示の精神および範囲から逸脱するものとはみなされない。

【国際調査報告】