JP2009114543A - 靱性に優れる高Crフェライト系鉄合金およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超高純度Cr、超高純度Feを原材料として高Crフェライト系鉄合金を溶解、製造するに当たり、上記耐火性るつぼ下部に高融点の超高純度Cr、その超高純度Crの上部に低融点の超高純度Feの順で装入し、その後の溶解を、まず上部の低融点金属、次いで下部の高融点金属の順で行うことにより、Crを13〜30mass%かつ製品板厚tとの間で下記式;
Cr含有量≦7(logt−2.5)2+20 ただし、t:板厚(mm)
を満たして含有するとともに、C+N+Oを0.005mass%以下、Al、TiおよびNbの1種以上を0.005〜0.5mass%、Siを0.15mass%以下含有し、製品板厚が20mm以上300mm以下の鉄合金を得る。
【選択図】図2
Description
Cr含有量≦7(logt−2.5)2+20 ただし、t:板厚(mm)
を満たして含有するとともに、C+N+Oを0.005mass%以下、Al,TiおよびNbの1種以上を0.005〜0.5mass%、Siを0.15mass%以下含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、シグマ脆化および475℃脆化を起こさない、製品板厚が20mm以上300mm以下の高Crフェライト系鉄合金である。
Cr含有量≦7(logt−2.5)2+20 ただし、t:板厚(mm)
を満たして含有するとともに、C+N+Oを0.005mass%以下、Al、TiおよびNbの1種以上を0.005〜0.5mass%、Siを0.15mass%以下含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、製品板厚が20mm以上300mm以下の鉄合金を得ることを特徴とする超高純度高Crフェライト系鉄合金の製造方法を提案する。
Cr:13〜30mass%
Crは、耐食性を向上させる元素であり、13mass%未満では耐食性が不足する。一方、30mass%超になると、超高純度化しても溶体化からの冷却時にσ脆化、475℃脆化を生じやすくなり、延性と靭性が低下する。よって、Crは13〜30mass%の範囲に制限する。好ましくは、13〜25mass%の範囲である。
Crは、上述したように脆性に大きく影響する元素であり、同じ板厚では、Cr含有量が多いほど脆化しやすい。一方、板厚中心部における冷却速度は、板厚の増加に伴い低下するため、同じCr含有量では、板厚が厚いほど、溶体化処理等の熱処理時の冷却速度が遅くなり、脆化しやすくなる。したがって、板厚の増加に伴い、脆化を起こさないCr含有量の上限値は減少する。
発明者らは、水冷で冷却した時の、板厚t(mm)と板厚中心部が脆化を生じないCr含有量(mass%)との関係を調査した結果、下記(1)式;
Cr含有量(mass%)≦7(logt−2.5)2+20 ・・・・・・ (1)
の関係があることがわかった。すなわち、製品の板厚に応じて、Cr含有量を(1)式を満たすよう制御すれば、極厚材でも板厚中心部においてもσ脆性や475℃脆性等の脆化を起こすことがないことを見出した。
C,N,Oは、粒界に偏析して、Crとナノサイズのクラスターを形成することで、Cr濃度の揺らぎを生成し、そのCr濃度の揺らぎがσ脆化や475℃脆化を促進する。またC,Nは、マトリックスを固溶硬化して延性や靭性を低下させたり、多量の炭化物や窒化物の析出物を形成して延性や靭性を低下させたりする。そのため、これらの元素は極力低減することが望ましく、C,N,Oの合計で0.005mass%以下に制限する。好ましくは、0.0045mass%以下である。
因みに、従来技術(例えば、特許文献3)には、C+N+O+P+S≦0.01mass%の高純度合金が開示されている。しかし、従来の分析技術は、分析精度が悪く、C+N+O+P+S≦0.01mass%の意味するところは、C+N+O≦0.005mass%という低レベルも物までを含むものではなかった。この点、発明者らは、その分析精度の向上に努めた結果、本発明において規定しているC+N+O≦0.005mass%は、従来のC+N+O+P+S≦0.01mass%よりも、より高い純度に相当するものである。
AlおよびTiは、脱酸効果を有するとともに、耐食性を向上させる。また、Ti,Nbは、C,Nとの結合力が強いため、不可避的に混入したC,Nを固着し、固溶しているC,Nを低減することにより延性や靭性、耐食性の向上に寄与する。それらの作用効果を得るためには、Al,Ti,Nbのうちの1種または2種以上を、それぞれ0.005mass%以上添加する必要がある。一方、添加量が0.5mass%を超えると、余剰のAl,TiおよびNbによる固溶強化によって延性や靭性が低下する。よって、Al,TiおよびNbは、1種または2種以上をそれぞれ0.005〜0.5mass%の範囲で添加する。好ましくは、0.005〜0.1mass%である。
Siは、溶解時に、耐火性のるつぼから混入してくる不可避的不純物であり、マトリックスを固溶硬化して延性や靭性を低下させたり、σ脆化および475℃脆化を促進したりする。従って、耐脆化感受性を損なわないためには、Siは極力低減する必要があり、上限を0.15mass%に制限する。好ましくは、0.05mass%以下である。
本発明は、σ脆化や475℃脆化を防止するために、板厚の増加に応じてCr含有量を低減することを特徴としている。しかし、板厚が300mmを超えると475℃脆化のため、Cr量を低下させても脆化が起こるので、板厚の上限を300mmと規定する。一方、板厚が、20mm未満になると、Cr含有量が13〜30mass%の範囲であれば、通常行われる水冷処理ではσ脆化や475℃脆化を起こすことがない。従って、板厚範囲は、20mm以上300mm以下とする。なお、本発明の効果は、板厚が30mm以上、特に40mm以上で大きい。
V=10(4.825−1.531×logt) ・・・・・・ (2)
ただし、V:冷却速度(℃/min)、t:板厚(mm)
で表すことができる。
そこで、上記板厚範囲(20〜300mm)を冷却速度に換算すると、約10〜680℃/minの冷却速度に相当する。したがって、本発明の効果は、板厚中心部の冷却速度が約10〜680℃/minの範囲であれば得ることができる、即ち、脆化を示さないことになる。
本発明の製造方法は、超高純度の大型合金塊を溶製する際のるつぼからの不純物のピックアップを抑制するために、溶解時間をできるだけ短くして耐火性るつぼと溶解金属との接触時間を短縮するところに特徴がある。そのために、本発明では、99.99mass%以上の超高純度Cr、99.99mass%以上の超高純度Feを原材料とし、耐火性るつぼを用いて真空誘導溶解炉で超高純度高Crフェライト系鉄合金を溶解するに当たり、上記耐火性るつぼへの原料の装入を、るつぼ最下部に最も高融点の金属の原材料を装入し、その上部に、融点が高い金属の順に原材料を装入し、最上部には、最も低融点の金属の原材料を装入して、その後、溶解する。このような溶解を行うことによって、溶解加熱時には、先ず、最上部の最も低融点の金属の原材料が溶解してるつぼ底部に溜まり、この溜まった低融点の溶解金属が、下部の高融点金属を包囲・接触し、反応して低融点の合金を形成し、溶解が著しく促進される。その結果、るつぼと溶解金属との接触時間が短縮されるので、1トン以上の合金を溶解する場合においても、溶解金属がるつぼから汚染されるのを最小限に抑制できる。
なお、溶解した高Crフェライト鉄合金は、その後、鋳造して鋳塊としてから、熱間鍛造や熱間圧延等の熱間加工を行い、溶体化処理等を施して製品とすることが好ましい。上記熱間加工を行う際の加熱条件や加工条件は、特に制限されるものではないが、例えば、鋳塊の加熱温度は1280〜1000℃、鍛造・圧延温度は1280〜700℃の範囲とするのが好ましい。その他、1回または複数回の加熱と熱間加工を繰り返す場合には、加熱保持時間の1回以上を数時間から数十時間に設定し、加工ひずみや拡散の効果を利用し、偏析低減(成分均質化)を図ることが好ましい。また、溶体化処理は、850〜1050℃で、板厚中心部を含めた部材全体がほぼ均一な温度になるよう加熱保持を行った後、水冷することが好ましい。
Cr含有量(mass%)≦7(logt−2.5)2+20 ・・・・・・ (1)
で表されることがわかる。
なお、図2中には参考として、本発明において、耐食性から規定されるCr含有量の下限値と、板厚の範囲を、それぞれ破線および一点差線で示した。これらの線で囲まれた領域に板厚およびCr含有量を調整することによって、脆化を生ずることのない高Crフェライト系鉄合金を得ることができる。
Claims (2)
- Crを13〜30mass%かつ製品板厚tとの間で下記式を満たして含有するとともに、
C+N+Oを0.005mass%以下、
Al,TiおよびNbの1種以上を0.005〜0.5mass%、
Siを0.15mass%以下含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなり、シグマ脆化および475℃脆化を起こさない、製品板厚が20mm以上300mm以下の高Crフェライト系鉄合金。
記
Cr含有量≦7(logt−2.5)2+20 ただし、t:板厚(mm) - 99.99mass%以上の超高純度Cr、99.99mass%以上の超高純度Feを原材料とし、真空誘導溶解炉で耐火性るつぼを用いて溶解し、超高純度高Crフェライト系鉄合金を製造する方法において、上記耐火性るつぼへの原材料の装入を、るつぼ下部に高融点の超高純度Cr、その超高純度Crの上部に低融点の超高純度Feの順で行い、その後の溶解を、まず上部の低融点金属、次いで下部の高融点金属の順で行うことにより、Crを13〜30mass%かつ製品板厚tとの間で下記式を満たして含有するとともに、C+N+Oを0.005mass%以下、Al、TiおよびNbの1種以上を0.005〜0.5mass%、Siを0.15mass%以下含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、製品板厚が20mm以上300mm以下の鉄合金を得ることを特徴とする超高純度高Crフェライト系鉄合金の製造方法。
記
Cr含有量≦7(logt−2.5)2+20 ただし、t:板厚(mm)
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JP2020503686A (ja) * | 2016-12-29 | 2020-01-30 | 北京中科三環高技術股▲ふん▼有限公司Beijing Zhong Ke San Huan Hi−Tech Co.,Ltd. | 微粒子希土類合金鋳片、その製造方法、および回転冷却ロール装置 |
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