JP2001342534A - 加工性および高温における強度−延性バランスに優れるＣｒ基合金 - Google Patents
加工性および高温における強度−延性バランスに優れるＣｒ基合金Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 1000℃以上の高温において、従来合金では達
成しえなかった優れた強度−延性バランスを具え、しか
も被削性と冷間圧延性を有するCr基合金を提供する。 【解決手段】 Cr：60 mass ％以上、Ｃ＋Ｎ：50 mass
ppm 以下、Ｓ：20 massppm 以下、Ｏ：100 mass ppm以
下、かつ析出物としてのCr：100 mass ppm以下を含有
し、さらに必要により、Ｗ：0.1 〜10.0 mass ％、Ti：
0.1 〜5.0 mass％、Mo：0.1 〜5.0 mass％およびRe：0.
1 〜5.0 mass％から選ばれるいずれか１種または２種以
上を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成とす
る。
成しえなかった優れた強度−延性バランスを具え、しか
も被削性と冷間圧延性を有するCr基合金を提供する。 【解決手段】 Cr：60 mass ％以上、Ｃ＋Ｎ：50 mass
ppm 以下、Ｓ：20 massppm 以下、Ｏ：100 mass ppm以
下、かつ析出物としてのCr：100 mass ppm以下を含有
し、さらに必要により、Ｗ：0.1 〜10.0 mass ％、Ti：
0.1 〜5.0 mass％、Mo：0.1 〜5.0 mass％およびRe：0.
1 〜5.0 mass％から選ばれるいずれか１種または２種以
上を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷間加工性、被削
性などの加工性のほか、 600℃以上の高温とりわけ1000
℃以上の超高温域における強度−延性バランスに優れる
Cr基合金に関するものである。
性などの加工性のほか、 600℃以上の高温とりわけ1000
℃以上の超高温域における強度−延性バランスに優れる
Cr基合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近の産業・工業の分野における技術進
歩、また環境問題に対する関心の高まりなどから、600
℃以上の高温、特に1000℃以上の超高温域において、高
強度でしかも高延性を具えた金属材料の出現が強く要請
されるようになってきた。ところで、従来から用いられ
てきた高温材料は、主としてNi基、Cr基、Co基の合金で
あった。例えば、特開昭55−154542号公報には、Cr：20
〜35mass％、Si：１〜８mass％、Ｃ：1.7 〜3.5 mass％
を含み、Ｍ７Ｃ３型の炭化物を形成させたNi基合金が、
また特開昭55−154542号公報には、Ni：20〜47mass％、
Co：６〜35mass％、Cr：18〜36mass％、Ｃ：0.6 〜2.5
mass％、Si：0.5 〜2.5 mass％を含むNi−Co−Cr系合金
がそれぞれ提案されている。しかしながら、これらの合
金は、強度または延性のいずれかの特性が十分でないた
めに、実用的には500 ℃程度の温度までしか使用するこ
とができなかった。また、これらNiやCoを多量に含む合
金は、材料の価格自体が高価であり、熱膨張係数が大き
く、被削性も劣るといった多くの問題も抱えていた。
歩、また環境問題に対する関心の高まりなどから、600
℃以上の高温、特に1000℃以上の超高温域において、高
強度でしかも高延性を具えた金属材料の出現が強く要請
されるようになってきた。ところで、従来から用いられ
てきた高温材料は、主としてNi基、Cr基、Co基の合金で
あった。例えば、特開昭55−154542号公報には、Cr：20
〜35mass％、Si：１〜８mass％、Ｃ：1.7 〜3.5 mass％
を含み、Ｍ７Ｃ３型の炭化物を形成させたNi基合金が、
また特開昭55−154542号公報には、Ni：20〜47mass％、
Co：６〜35mass％、Cr：18〜36mass％、Ｃ：0.6 〜2.5
mass％、Si：0.5 〜2.5 mass％を含むNi−Co−Cr系合金
がそれぞれ提案されている。しかしながら、これらの合
金は、強度または延性のいずれかの特性が十分でないた
めに、実用的には500 ℃程度の温度までしか使用するこ
とができなかった。また、これらNiやCoを多量に含む合
金は、材料の価格自体が高価であり、熱膨張係数が大き
く、被削性も劣るといった多くの問題も抱えていた。
【０００３】Ni基やCo基の合金より安価で、熱膨張係数
の小さい高温材料としては、Cr系の合金が有望である。
例えば、特開平11−80902 号公報には、Ｃ：0.5 〜1.5
mass％、Si：1.0 〜4.0 mass％、Mn：0.5 〜2.0 mass
％、Cr：35〜60mass％を含有する、高温でのエロージョ
ン・コロージョン性を高めた高Cr合金が提案されてい
る。しかし、この高Cr合金は、高温域とくに1000℃以上
では、十分な強度を得ることが難しい上、Ｃ含有量が高
いために冷間圧延性や被削性に劣るという問題があっ
た。このようなCr系合金の強度を高めるには、Cr量の一
層の増加が必要である。ところが、従来の技術でCr量を
60mass％以上にすると、延性がほとんどなくなってしま
うために、溶製後の加工が不可能になるという問題があ
った。このため、60mass％以上のCr基合金は今なお実用
化されるまでには至っていない。
の小さい高温材料としては、Cr系の合金が有望である。
例えば、特開平11−80902 号公報には、Ｃ：0.5 〜1.5
mass％、Si：1.0 〜4.0 mass％、Mn：0.5 〜2.0 mass
％、Cr：35〜60mass％を含有する、高温でのエロージョ
ン・コロージョン性を高めた高Cr合金が提案されてい
る。しかし、この高Cr合金は、高温域とくに1000℃以上
では、十分な強度を得ることが難しい上、Ｃ含有量が高
いために冷間圧延性や被削性に劣るという問題があっ
た。このようなCr系合金の強度を高めるには、Cr量の一
層の増加が必要である。ところが、従来の技術でCr量を
60mass％以上にすると、延性がほとんどなくなってしま
うために、溶製後の加工が不可能になるという問題があ
った。このため、60mass％以上のCr基合金は今なお実用
化されるまでには至っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、超高
温環境での使用に耐えうる材料への要請が益々高まりつ
つある状況にもかかわらず、高温で十分な強度と延性を
有し、冷間圧延性や常温での被削性を具えた実用的な材
料はこれまでに存在しなかった。そこで、本発明の目的
は、従来技術が抱えている上記問題を解消することにあ
り、600 ℃以上の高温とくに1000℃以上の超高温域にお
いて、従来合金では達成しえなかった優れた強度−延性
バランスを具えるとともに、優れた冷間圧延性や常温に
おける被削性を有するCr基合金を提供することにある。
なお、強度−延性バランスの具体的な目標値は、引張試
験における断面積の減少率ＲＡと引張強さＴＳとの積で
表されるＲＡ×ＴＳが1000〜1250℃の温度範囲で12000
％・MPa 以上であるものとする。
温環境での使用に耐えうる材料への要請が益々高まりつ
つある状況にもかかわらず、高温で十分な強度と延性を
有し、冷間圧延性や常温での被削性を具えた実用的な材
料はこれまでに存在しなかった。そこで、本発明の目的
は、従来技術が抱えている上記問題を解消することにあ
り、600 ℃以上の高温とくに1000℃以上の超高温域にお
いて、従来合金では達成しえなかった優れた強度−延性
バランスを具えるとともに、優れた冷間圧延性や常温に
おける被削性を有するCr基合金を提供することにある。
なお、強度−延性バランスの具体的な目標値は、引張試
験における断面積の減少率ＲＡと引張強さＴＳとの積で
表されるＲＡ×ＴＳが1000〜1250℃の温度範囲で12000
％・MPa 以上であるものとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】発明者らは、経済性や熱
膨張係数の上から有利なCr基合金を対象にして、上記課
題の解決に向けて鋭意研究した。その結果、60mass％以
上のCrを含有するCr基合金であっても、合金中のＣ＋
Ｎ、Ｓ、Ｏおよび析出物としてのCrの含有量を限界量以
下に低減することにより、常温における被削性、冷間圧
延性などの加工性と、高温における強度−延性バランス
とを両立させうることを見いだし、本発明を完成するに
いたった。また、発明者らは高温におけるさらなる強度
上昇には、Ｗ、Ti、Mo、Reの添加が有効であることをも
知見した。
膨張係数の上から有利なCr基合金を対象にして、上記課
題の解決に向けて鋭意研究した。その結果、60mass％以
上のCrを含有するCr基合金であっても、合金中のＣ＋
Ｎ、Ｓ、Ｏおよび析出物としてのCrの含有量を限界量以
下に低減することにより、常温における被削性、冷間圧
延性などの加工性と、高温における強度−延性バランス
とを両立させうることを見いだし、本発明を完成するに
いたった。また、発明者らは高温におけるさらなる強度
上昇には、Ｗ、Ti、Mo、Reの添加が有効であることをも
知見した。
【０００６】このようにして完成した本発明は、Cr：60
mass ％以上、Ｃ＋Ｎ：50 mass ppm 以下、Ｓ：20 mas
s ppm 以下、Ｏ：100 mass ppm以下、かつ析出物として
のCr：100 mass pm 以下を含有し、残部はFeおよび不可
避的不純物からなることを特徴とする加工性および高温
における強度−延性バランスに優れるCr基合金である。
また、本発明は、Cr：60 mass ％以上、Ｃ＋Ｎ：50 mas
s ppm 以下、Ｓ：20 mass ppm 以下、Ｏ：100 mass ppm
以下、かつ析出物としてのCr：100 mass ppm 以下を含
有し、さらにＷ：0.1 〜10.0 mass ％、Ti：0.1 〜5.0
mass％、Mo：0.1 〜5.0 mass％およびRe：0.1 〜5.0 ma
ss％、のうちから選ばれるいずれか１種または２種以上
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなること
を特徴とする加工性および高温における強度−延性バラ
ンスに優れるCr基合金である。そして、これら発明合金
は、引張試験における断面積の減少率ＲＡと引張強さＴ
Ｓとの積で表される、強度−延性バランスＲＡ×ＴＳが
1000〜1250℃の温度範囲で12000 ％・MPa 以上である特
性を有している。さらに、上記各発明のCr基合金は、C
r：99.9 mass ％以上のクロム原料を用いて、1.3 ×10
−３Pa以下の真空度にてスカル溶解したものであること
が好ましい。
mass ％以上、Ｃ＋Ｎ：50 mass ppm 以下、Ｓ：20 mas
s ppm 以下、Ｏ：100 mass ppm以下、かつ析出物として
のCr：100 mass pm 以下を含有し、残部はFeおよび不可
避的不純物からなることを特徴とする加工性および高温
における強度−延性バランスに優れるCr基合金である。
また、本発明は、Cr：60 mass ％以上、Ｃ＋Ｎ：50 mas
s ppm 以下、Ｓ：20 mass ppm 以下、Ｏ：100 mass ppm
以下、かつ析出物としてのCr：100 mass ppm 以下を含
有し、さらにＷ：0.1 〜10.0 mass ％、Ti：0.1 〜5.0
mass％、Mo：0.1 〜5.0 mass％およびRe：0.1 〜5.0 ma
ss％、のうちから選ばれるいずれか１種または２種以上
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなること
を特徴とする加工性および高温における強度−延性バラ
ンスに優れるCr基合金である。そして、これら発明合金
は、引張試験における断面積の減少率ＲＡと引張強さＴ
Ｓとの積で表される、強度−延性バランスＲＡ×ＴＳが
1000〜1250℃の温度範囲で12000 ％・MPa 以上である特
性を有している。さらに、上記各発明のCr基合金は、C
r：99.9 mass ％以上のクロム原料を用いて、1.3 ×10
−３Pa以下の真空度にてスカル溶解したものであること
が好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】まず、本発明を想到する契機とな
った実験について説明する。原料の純度および溶解条件
を変化させることにより、70mass％Crを含有するCr基合
金を種々溶製し、熱間鍛造により25mmの棒状試片とし
た。これら棒状試片を1250℃に加熱後水冷したのち、直
径6.5 mm、長さ120 mmの丸棒試験片を切り出した。この
丸棒試験片を用いて、直接通電方式の高温引張り試験機
（グリーブル試験機）により、1100℃における強度（引
張強さ）と延性（断面積の減少率）を測定した。
った実験について説明する。原料の純度および溶解条件
を変化させることにより、70mass％Crを含有するCr基合
金を種々溶製し、熱間鍛造により25mmの棒状試片とし
た。これら棒状試片を1250℃に加熱後水冷したのち、直
径6.5 mm、長さ120 mmの丸棒試験片を切り出した。この
丸棒試験片を用いて、直接通電方式の高温引張り試験機
（グリーブル試験機）により、1100℃における強度（引
張強さ）と延性（断面積の減少率）を測定した。
【０００８】図１に、高温での強度−延性バランス（断
面積の減少率ＲＡと引張強さＴＳとの積）におよぼすＣ
＋Ｎ量の影響を示す。図１から、高温域における強度−
延性バランスを改善するためには、Ｓ量およびＯ量を制
限したうえで、Ｃ＋Ｎ量を低減することが必要であるこ
とがわかる。また、図２に、常温での被削性に及ぼす析
出物としてしてのCr（以後、「析出Cr」と略記する）の
影響を示す。ここに、被削性は、バイト：超硬Ｐ２０、
送り：0.155 mm/rev、切り込み：1.5 mmの条件で行う乾
切削において、工具寿命が60分になるときの切削速度
（Ｖ６０）を、ＡＩＳＩ規格のＢ１１１２（いおう快削
鋼）でのＶ６０の値を基準値：１００として比較した、
被削率で評価した。図２から、被削性は析出Cr量に大き
く左右され、被削性の向上のためには析出Cr量を制限す
ることが必要であることが示される。本発明はかかる知
見に基づいて完成したものである。
面積の減少率ＲＡと引張強さＴＳとの積）におよぼすＣ
＋Ｎ量の影響を示す。図１から、高温域における強度−
延性バランスを改善するためには、Ｓ量およびＯ量を制
限したうえで、Ｃ＋Ｎ量を低減することが必要であるこ
とがわかる。また、図２に、常温での被削性に及ぼす析
出物としてしてのCr（以後、「析出Cr」と略記する）の
影響を示す。ここに、被削性は、バイト：超硬Ｐ２０、
送り：0.155 mm/rev、切り込み：1.5 mmの条件で行う乾
切削において、工具寿命が60分になるときの切削速度
（Ｖ６０）を、ＡＩＳＩ規格のＢ１１１２（いおう快削
鋼）でのＶ６０の値を基準値：１００として比較した、
被削率で評価した。図２から、被削性は析出Cr量に大き
く左右され、被削性の向上のためには析出Cr量を制限す
ることが必要であることが示される。本発明はかかる知
見に基づいて完成したものである。
【０００９】次に、本発明の成分を上記範囲に限定した
理由について説明する。 ・Cr：60mass％以上 Crは、高温域における強度を確保するために必要な元素
であり、その含有量が60mass％未満では、1000℃以上で
の強度確保が困難となるので、60mass％以上含有させる
ことが必要である。なお、十分な特性を発揮させるには
65mass％以上含有させることが好ましい。また、Cr量の
上限はとくに定める必要がないが、溶製上の理由から9
9.99 mass％が限界である。
理由について説明する。 ・Cr：60mass％以上 Crは、高温域における強度を確保するために必要な元素
であり、その含有量が60mass％未満では、1000℃以上で
の強度確保が困難となるので、60mass％以上含有させる
ことが必要である。なお、十分な特性を発揮させるには
65mass％以上含有させることが好ましい。また、Cr量の
上限はとくに定める必要がないが、溶製上の理由から9
9.99 mass％が限界である。
【００１０】・Ｃ＋Ｎ：50 mass ppm 以下 ＣおよびＮは、1000℃以下でCr炭・窒化物を形成して、
合金の脆化による圧延性の低下および耐食性の低下を招
く。また、このＣおよびＮは、600 ℃以上の高温域では
固溶状態で存在し延性を低下させる。これらの特性低下
を招かないようにするには、Ｃ＋Ｎとしての含有量を50
mass ppm以下とする必要がある。なお、延性の低下をよ
り少なくするために、好ましくはＣ＋Ｎを30 mass ppm
以下、より好ましくは20 mass ppm 以下にするのがよ
い。また、下限値は特に規定しないが、工業的には、溶
製時間を考慮して、0.1 mass ppmまでとするのが望まし
い。
合金の脆化による圧延性の低下および耐食性の低下を招
く。また、このＣおよびＮは、600 ℃以上の高温域では
固溶状態で存在し延性を低下させる。これらの特性低下
を招かないようにするには、Ｃ＋Ｎとしての含有量を50
mass ppm以下とする必要がある。なお、延性の低下をよ
り少なくするために、好ましくはＣ＋Ｎを30 mass ppm
以下、より好ましくは20 mass ppm 以下にするのがよ
い。また、下限値は特に規定しないが、工業的には、溶
製時間を考慮して、0.1 mass ppmまでとするのが望まし
い。
【００１１】・Ｓ：20 mass ppm 以下 Ｓは、Cr基合金中にわずかに含まれる、Ti、Cu、Mnなど
の微量金属元素と硫化物を形成して存在するか、固溶状
態で粒界に偏析して存在し、いずれの場合とも高温での
延性低下および冷間圧延性の低下を招く。このような悪
影響は、Ｓ量が20 mass ppm を超えると著しくなるの
で、その上限を20 mass ppm とする。なお、延性低下を
より少なくするためには、Ｓ量を10 mass ppm 以下に抑
制するのが望ましい。また、Ｓの下限量については特に
定めないが、溶製コストを考えると0.1 mass ppmまでと
するのが望ましい。
の微量金属元素と硫化物を形成して存在するか、固溶状
態で粒界に偏析して存在し、いずれの場合とも高温での
延性低下および冷間圧延性の低下を招く。このような悪
影響は、Ｓ量が20 mass ppm を超えると著しくなるの
で、その上限を20 mass ppm とする。なお、延性低下を
より少なくするためには、Ｓ量を10 mass ppm 以下に抑
制するのが望ましい。また、Ｓの下限量については特に
定めないが、溶製コストを考えると0.1 mass ppmまでと
するのが望ましい。
【００１２】・Ｏ：100 mass ppm以下 Ｏは、合金中のCrのほか、わずかに含まれるAl、Siなど
の微量金属元素と酸化物を形成し、延性の低下を招く。
このような悪影響を避けるには、Ｏ量（全Ｏ量）を100
mass ppm以下に制限する必要がある。なお、より高い延
性を維持するためには、Ｏ量を50 mass ppm 以下とする
のが好ましい。Ｏ量の下限は定めないが、溶製コストを
考えて、5 mass ppmとするのが好ましい。
の微量金属元素と酸化物を形成し、延性の低下を招く。
このような悪影響を避けるには、Ｏ量（全Ｏ量）を100
mass ppm以下に制限する必要がある。なお、より高い延
性を維持するためには、Ｏ量を50 mass ppm 以下とする
のが好ましい。Ｏ量の下限は定めないが、溶製コストを
考えて、5 mass ppmとするのが好ましい。
【００１３】・析出物としてのCr：100 mass ppm以下 析出Cr（析出物としてのCr）は、主に酸化物、炭窒化物
として存在する。従来の耐熱合金ではCr析出物を高温強
度の向上のために利用していたが、本発明においては、
このCr析出物とくにCr酸化物は、延性を低下させて1000
℃以上での強度−延性バランスの確保を困難にする。ま
た、Cr炭窒化物が昇温中に溶解すると、600 〜800 ℃付
近における延性を低下させる。さらに、高純度の高Cr合
金においては、Cr析出物は被削性を低下させるととも
に、耐食性をも低下させる。このようなCr析出物による
悪影響は、析出Crの量が100 mass ppmを超えると顕著に
あらわれる。よって、析出Crの量は100 mass ppm以下に
制限する。析出Cr量の下限はとくに定めないが、溶製技
術、溶製時間の点から0.01 mass ppm とするのが好まし
い。
として存在する。従来の耐熱合金ではCr析出物を高温強
度の向上のために利用していたが、本発明においては、
このCr析出物とくにCr酸化物は、延性を低下させて1000
℃以上での強度−延性バランスの確保を困難にする。ま
た、Cr炭窒化物が昇温中に溶解すると、600 〜800 ℃付
近における延性を低下させる。さらに、高純度の高Cr合
金においては、Cr析出物は被削性を低下させるととも
に、耐食性をも低下させる。このようなCr析出物による
悪影響は、析出Crの量が100 mass ppmを超えると顕著に
あらわれる。よって、析出Crの量は100 mass ppm以下に
制限する。析出Cr量の下限はとくに定めないが、溶製技
術、溶製時間の点から0.01 mass ppm とするのが好まし
い。
【００１４】・Ｗ：0.1 〜10.0 mass ％、Ti：0.1 〜5.
0 mass％、Mo：0.1 〜5.0 mass％、Re：0.1 〜5.0 mass
％ Ｗ、Ti、MoおよびReは、Cr基合金の高温強度を、延性を
損なうことなく上昇させるのに有効な元素である。この
ような効果は、いずれの元素とも0.1 mass％以上の添加
により発現させられるが、多量の添加は延性を低下させ
るので避けなければならない。このため、Ｗの含有量は
10.0 mass ％以下、Ti、MoおよびReの含有量は、いずれ
も5.0 mass％以下とする。なお、これら元素の好ましい
含有範囲は、Ｗ：1.0 〜9.0 mass％、Ti：1.0 〜4.0 ma
ss％、Mo：1.0 〜4.0 mass％、Re：1.0 〜4.0 mass％で
ある。また、これら元素を複合添加する場合には、延性
確保の上から合計量で15mass％以下に止めるのが望まし
い。
0 mass％、Mo：0.1 〜5.0 mass％、Re：0.1 〜5.0 mass
％ Ｗ、Ti、MoおよびReは、Cr基合金の高温強度を、延性を
損なうことなく上昇させるのに有効な元素である。この
ような効果は、いずれの元素とも0.1 mass％以上の添加
により発現させられるが、多量の添加は延性を低下させ
るので避けなければならない。このため、Ｗの含有量は
10.0 mass ％以下、Ti、MoおよびReの含有量は、いずれ
も5.0 mass％以下とする。なお、これら元素の好ましい
含有範囲は、Ｗ：1.0 〜9.0 mass％、Ti：1.0 〜4.0 ma
ss％、Mo：1.0 〜4.0 mass％、Re：1.0 〜4.0 mass％で
ある。また、これら元素を複合添加する場合には、延性
確保の上から合計量で15mass％以下に止めるのが望まし
い。
【００１５】以上述べた成分元素以外は、Feおよび不可
避的不純物とする。なお、残余の元素をFeとしたのは、
Cr−Fe合金が延性とコストの点からもっとも有利である
からである。本発明合金は、とくに1000℃以上の高温域
において優れた強度と延性を有しているが、かかる合金
は、とくに高純度の原料を用いることと、溶解条件につ
いて留意する以外は常法にしたがって製造することがで
きる。これらのうち、例えば、クロム原料としてCr：9
9.9mass％以上の純度のものを使用すること、溶解条件
として、ルツボからの不純物の混入が少ないスカル溶解
法により、圧力が1.3 ×10−３Pa以下（10−５ Torr 以
下）、好ましくは1.3 ×10−４Pa以下（10−６ Torr 以
下）の高真空の下で溶解することが望ましい。
避的不純物とする。なお、残余の元素をFeとしたのは、
Cr−Fe合金が延性とコストの点からもっとも有利である
からである。本発明合金は、とくに1000℃以上の高温域
において優れた強度と延性を有しているが、かかる合金
は、とくに高純度の原料を用いることと、溶解条件につ
いて留意する以外は常法にしたがって製造することがで
きる。これらのうち、例えば、クロム原料としてCr：9
9.9mass％以上の純度のものを使用すること、溶解条件
として、ルツボからの不純物の混入が少ないスカル溶解
法により、圧力が1.3 ×10−３Pa以下（10−５ Torr 以
下）、好ましくは1.3 ×10−４Pa以下（10−６ Torr 以
下）の高真空の下で溶解することが望ましい。
【００１６】
【実施例】表１に示す成分からなる各種Cr基合金を溶製
した。溶製には、原料として高純度クロム（純度99.95
mass％）、超高純度電解鉄（純度99.998mass％）を使用
し、1.3 ×10−４Paの真空下で水冷銅るつぼを用いるス
カル溶解法を採用した。このインゴットを1050〜1200℃
で熱間鍛造して直径25mmの棒状試片とした。これら棒状
試片を1250℃に加熱後水冷してから、直径6.5 mm、長さ
120 mmの丸棒試験片を切り出した。この試験片を用い
て、直接通電方式の高温引張り試験機（グリーブル試験
機）により高温での延性（断面積の減少率）および引張
強さを測定した。比較のために、同様の試験を商用の耐
熱材料である54 mass ％Ni−18mass ％Cr−３ mass ％M
o合金についても実施した。
した。溶製には、原料として高純度クロム（純度99.95
mass％）、超高純度電解鉄（純度99.998mass％）を使用
し、1.3 ×10−４Paの真空下で水冷銅るつぼを用いるス
カル溶解法を採用した。このインゴットを1050〜1200℃
で熱間鍛造して直径25mmの棒状試片とした。これら棒状
試片を1250℃に加熱後水冷してから、直径6.5 mm、長さ
120 mmの丸棒試験片を切り出した。この試験片を用い
て、直接通電方式の高温引張り試験機（グリーブル試験
機）により高温での延性（断面積の減少率）および引張
強さを測定した。比較のために、同様の試験を商用の耐
熱材料である54 mass ％Ni−18mass ％Cr−３ mass ％M
o合金についても実施した。
【００１７】
【表１】
【００１８】また、常温における被削性は、ＡＩＳＩ規
格のＢ１１１２（いおう快削鋼）の切削において、工具
寿命が60分となるときの切削速度（Ｖ６０）の値を１０
０とし、この値を基準とする相対値で表した被削率で評
価した。冷間圧延性は以下の方法で調査した。溶解後の
インゴットを1250℃に再加熱し、熱間圧延機にて5.0 mm
厚まで圧延した。この熱延板を1100℃で１０分間焼鈍し
たのち、室温にて圧延率５０％（板厚2.5 mm）で冷間圧
延し、全長1.5 ｍの冷延板とした。冷延板の先・後端部
を除いた１ｍの範囲において、耳割れの有無、深さを測
定することにより、次の基準にしたがって冷間圧延性を
評価した。 ○：割れなし又は割れの深さ0.5 mm未満 △：割れの深さ0.5 〜5 mm未満 ×：割れの深さ5 mm以上 なお、上記○で評価したもののうち、圧延率90％で冷間
圧延した場合でも耳割れが発生しなかったものは◎とし
た。
格のＢ１１１２（いおう快削鋼）の切削において、工具
寿命が60分となるときの切削速度（Ｖ６０）の値を１０
０とし、この値を基準とする相対値で表した被削率で評
価した。冷間圧延性は以下の方法で調査した。溶解後の
インゴットを1250℃に再加熱し、熱間圧延機にて5.0 mm
厚まで圧延した。この熱延板を1100℃で１０分間焼鈍し
たのち、室温にて圧延率５０％（板厚2.5 mm）で冷間圧
延し、全長1.5 ｍの冷延板とした。冷延板の先・後端部
を除いた１ｍの範囲において、耳割れの有無、深さを測
定することにより、次の基準にしたがって冷間圧延性を
評価した。 ○：割れなし又は割れの深さ0.5 mm未満 △：割れの深さ0.5 〜5 mm未満 ×：割れの深さ5 mm以上 なお、上記○で評価したもののうち、圧延率90％で冷間
圧延した場合でも耳割れが発生しなかったものは◎とし
た。
【００１９】得られた試験結果を表２に示す。Cr量が60
mass％未満の合金Ａ１およびＡ２は1000℃での強度が低
下している。また、従来から耐熱材料として用いられて
いる54 mass ％Ni−18 mass ％Cr−3 mass％Mo合金は、
1000℃を超えると急激に延性が低下し、1200℃でのＲＡ
は０％となる。これに対して、発明合金は1000℃以上の
高温でいずれも強度−延性バランスを表すＲＡ×ＴＳが
12000 （％・ＭＰａ）以上を示し、きわめて優れた強度
−延性バランスを有していることが分かる。また、Ｗ、
Ti、MoおよびReのうちのいずれか１種以上を添加した発
明合金は、一層優れた強度−延性バランスを示す。ま
た、発明合金の被削性は良好であり、表３に示す従来の
耐熱合金のそれに比べても優れている。発明合金の冷間
圧延性も被削性と同様に良好であり、とくにＣ＋Ｎ、Ｓ
を低減した場合には、圧延率90％の冷間圧延を施した場
合でも、耳割れがまったく発生しなかった。
mass％未満の合金Ａ１およびＡ２は1000℃での強度が低
下している。また、従来から耐熱材料として用いられて
いる54 mass ％Ni−18 mass ％Cr−3 mass％Mo合金は、
1000℃を超えると急激に延性が低下し、1200℃でのＲＡ
は０％となる。これに対して、発明合金は1000℃以上の
高温でいずれも強度−延性バランスを表すＲＡ×ＴＳが
12000 （％・ＭＰａ）以上を示し、きわめて優れた強度
−延性バランスを有していることが分かる。また、Ｗ、
Ti、MoおよびReのうちのいずれか１種以上を添加した発
明合金は、一層優れた強度−延性バランスを示す。ま
た、発明合金の被削性は良好であり、表３に示す従来の
耐熱合金のそれに比べても優れている。発明合金の冷間
圧延性も被削性と同様に良好であり、とくにＣ＋Ｎ、Ｓ
を低減した場合には、圧延率90％の冷間圧延を施した場
合でも、耳割れがまったく発生しなかった。
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
1000℃以上の高温域における強度−延性バランスに優
れ、被削性、冷間圧延性にも優れたCr基合金を提供する
ことが可能になる。従って、本発明は、高温材料が必要
とされる各種の産業分野に利用され、地球環境の改善に
も寄与する。
1000℃以上の高温域における強度−延性バランスに優
れ、被削性、冷間圧延性にも優れたCr基合金を提供する
ことが可能になる。従って、本発明は、高温材料が必要
とされる各種の産業分野に利用され、地球環境の改善に
も寄与する。
【図１】Ｃ＋Ｎ量が1100℃における強度−延性バランス
に及ぼす影響を示すグラフである。
に及ぼす影響を示すグラフである。
【図２】析出Cr量が被削性に及ぼす影響を示すグラフで
ある。
ある。
Claims (4)
- 【請求項１】 Cr：60 mass ％以上、 Ｃ＋Ｎ：50 mass ppm 以下、 Ｓ：20 mass ppm 以下、 Ｏ：100 mass ppm以下、かつ 析出物としてのCr：100 mass ppm 以下 を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなること
を特徴とする加工性および高温における強度−延性バラ
ンスに優れるCr基合金。 - 【請求項２】 Cr：60 mass ％以上、 Ｃ＋Ｎ：50 mass ppm 以下、 Ｓ：20 mass ppm 以下、 Ｏ：100 mass ppm以下、かつ 析出物としてのCr：100 mass ppm 以下 を含有し、さらに Ｗ：0.1 〜10.0 mass ％、 Ti：0.1 〜5.0 mass％、 Mo：0.1 〜5.0 mass％および Re：0.1 〜5.0 mass％、 のうちから選ばれるいずれか１種または２種以上を含有
し、残部はFeおよび不可避的不純物からなることを特徴
とする加工性および高温における強度−延性バランスに
優れるCr基合金。 - 【請求項３】 引張試験における断面積の減少率ＲＡと
引張強さＴＳとの積で表される、強度−延性バランスＲ
Ａ×ＴＳが1000〜1250℃の温度範囲で12000％・MPa 以
上である、請求項１または２に記載のCr基合金。 - 【請求項４】 Cr：99.9 mass ％以上のクロム原料を用
いて、1.3 ×10−３Pa以下の真空度にてスカル溶解して
なる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のCr基合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000165983A JP3779131B2 (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | 加工性および高温における強度−延性バランスに優れるＣｒ基合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000165983A JP3779131B2 (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | 加工性および高温における強度−延性バランスに優れるＣｒ基合金 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001342534A true JP2001342534A (ja) | 2001-12-14 |
| JP3779131B2 JP3779131B2 (ja) | 2006-05-24 |
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|---|---|---|---|
| JP2000165983A Expired - Fee Related JP3779131B2 (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | 加工性および高温における強度−延性バランスに優れるＣｒ基合金 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3779131B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010121210A (ja) * | 2008-10-23 | 2010-06-03 | Kenji Abiko | 水素貯蔵容器用高純度鉄合金および水素貯蔵容器 |
-
2000
- 2000-06-02 JP JP2000165983A patent/JP3779131B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010121210A (ja) * | 2008-10-23 | 2010-06-03 | Kenji Abiko | 水素貯蔵容器用高純度鉄合金および水素貯蔵容器 |
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| JP3779131B2 (ja) | 2006-05-24 |
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