JP2019085605A - 鋼材と接触して使用される鉄鋼製品 - Google Patents
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Abstract
Description
鋼材と接触して使用される鉄鋼製品であって、
遠心力鋳造部を有し、
前記遠心力鋳造部は、質量%にて、
C:0.2%〜0.7%、
Si:0%を超えて2.0%以下、
Mn:0%を超えて3.0%以下、
Cr:15.0%〜40.0%、
Ni:18.0%〜55.0%、
Al:1.0%〜5.5%、及び、
Ti:0.01%〜0.6%、及び/又は、Nb:0.1%〜1.8%からなる群より選択される少なくとも1種を含有し、
残部Fe及び不可避的不純物からなる。
希土類元素(REM):0%を超えて0.4%を含有することができる。
W:0%を超えて5.0%以下、及び/又は、Mo:0%を超えて2.0%以下を含有することができる。
Pa=−11.1+28.1×C+29.2×Si−0.25×Ni−45.6×Ti+18.0×REM−16.6×Nb
Ya=−13.75×Al+63.75
としたときに、
Pa<Ya
であることが望ましい。
C:0.2%〜0.7%、
Si:0%を超えて2.0%以下、
Mn:0%を超えて3.0%以下、
Cr:15.0%〜40.0%、
Ni:18.0%〜55.0%、
Al:1.0%〜5.5%、及び、
Ti:0.01%〜0.6%、及び/又は、Nb:0.1%〜1.8%からなる群より選択される少なくとも1種を含有し、
残部Fe及び不可避的不純物からなる、
遠心力鋳造部を有する。
Cは、鋳造性を良好にし、高温クリープ破断強度を高める作用がある。また、Ti、Nb、Cr等と結合して炭化物を形成し、高温強度を高める効果がある。このため、少なくとも0.2%を含有させる。しかし、含有量があまり多くなると、Cr7C3の一次炭化物が幅広く形成され易くなり、遠心力鋳造部の表面へのAlの転移が阻害され、Alの供給不足が生じて、Al2O3の如きAl酸化物の形成が抑えられる。また、二次炭化物が過剰に析出するため、延性、靱性の低下を招く。このため、上限は0.7%とする。なお、Cの含有量は0.35%〜0.6%がより望ましい。
Siは、溶湯合金の脱酸剤として、また溶湯合金の流動性を高め、耐酸化性を向上させるために含有させる。しかしながら、過度のSiの添加は、延性の低下、高温クリープ破断強度の低下、鋳造後の表面品質の悪化、溶接性の低下を招く。このため、Siの含有量は、上限を2.0%とする。なお、Siの含有量は1.5%以下が望ましく、1.0%以下がより望ましい。
Mnは、溶湯合金の脱酸剤となり、また、溶湯中のSを固定させて、溶接性を向上させると共に、延性を向上させるために含有させる。しかしながら、過度のMnの添加は、高温クリープ破断強度の低下を招き、耐酸化性を低下させるため、上限を3.0%とする。なお、Mnの含有量は1.0%以下がより望ましい。
Crは、高温強度及び繰返し耐酸化性の向上に寄与する。また、Crは、Ni、Feと共に1000℃を超えるような高温域ですぐれた耐熱性を発揮すると共に、C、Nと一次炭化物を生成し、高温クリープ破断強度を向上させる。そして、Alと共に酸化物層を形成し、耐酸化性、耐食性にすぐれた特性を遠心力鋳造部にもたらす。従って、少なくとも15.0%以上含有させる。一方で、Cr炭化物やCr窒化物の過剰な生成は延性低下を招くため、含有量の上限は40.0%とする。なお、Crの含有量は22.0%〜35.0%がより望ましい。
Niは、繰返し耐酸化性及び金属組織の安定性の確保、高温クリープ強度の確保、及び、遠心力鋳造部のオーステナイト化の安定化に必要な元素である。また、Crと共に、高温強度、耐酸化性の向上に寄与する。さらに、Niの含有量が少ないと、Feの含有量が相対的に多くなり、Al酸化物の生成を阻害する。このため、少なくとも18.0%以上含有させる。一方、過度にNiを添加しても、その効果は飽和し、また、経済的にも不利であるため、その上限を55.0%とする。なお、Niの含有量は29.0%〜46.0%がより望ましい。
Alは、遠心力鋳造部にAl酸化物を形成するために必要不可欠な元素である。Al酸化物の形成により、Cr酸化物と共に、遠心力鋳造部の耐浸炭性を向上させる。また、AlはNiと共にγ’相を形成し、遠心力鋳造部のオーステナイト相を強化する。このため、Alは1.5%以上含有させる。しかし、Alの過度の添加は、延性の低下を招き、また、γ’相が不安定となり、脆化相の生成を招く。さらに、Alの過度の添加は、鋳造性の悪化を招き、遠心力鋳造部の清浄度を低下させる。従って、その上限を5.5%とする。なお、Alの含有量は2.0%〜4.5%がより望ましい。
Ti、Nbは、炭化物を形成し易い元素であり、クリープ破断強度の向上、高温引張強度の向上に寄与する。また、Nbは、時効延性の向上にも寄与する。従って、Ti:0.01%以上、Nb:0.1%以上の少なくとも1種を含有させる。一方で、これら元素の過度の添加は、延性の低下を招く。そして、Nbは、Al酸化物層の耐剥離性の低下を招くと共に、耐酸化性を低下させる。また、Tiの過度の添加は、Ti酸化物の生成を促し、遠心力鋳造部の清浄度を低下させる。従って、その上限は、Ti:0.6%、Nb:1.8%とする。なお、Tiの含有量は、0.05%〜0.30%、Nbは0.1%〜1.3%がそれぞれより望ましい。
REMは、周期律表のLaからLuに至る15種類のランタン系列に、Y、Hf及びScを加えた18種類の元素を意味するが、遠心力鋳造部に含有させるREMは、Ce、La、Ndが主体であり、これら3元素が合計量で希土類元素全体の約80%以上占めることが好ましく、より好ましくは約90%以上である。REMは、Al酸化物層の安定化に寄与し、活性金属であるため酸化皮膜の密着性を高めることができる。また、REMは、炉内の温度変化に伴う酸化物層のスポークリング破壊を防止し、さらには、母材に固溶して耐酸化性の向上に寄与するため含有することが望ましい。一方で、REMは、優先的に酸化物を形成し、母材の清浄度、延性の低下を招くため、上限を0.4%とする。なお、REMの含有量は0.01%〜0.30%がより望ましい。
W、Moは、母材に固溶し、母材のオーステナイト相を強化しクリープ破断強度を向上させるため、何れか一方又は両方を含有することが望ましい。しかしながら、W、Moの過度の含有は延性や耐浸炭性の低下を招き、また、とくに1050℃以下の温度でAl酸化物の生成する場合に、その形成を阻害する。また、W、Moの過度の含有は、母材の耐酸化性の低下を招く。従って、Wの上限は5.0%、Moの上限は2.0%とする。なお、Wの含有量の上限は3.0%、Moは1.0%がより望ましい。
Pa=−11.1+28.1×C+29.2×Si−0.25×Ni−45.6×Ti+18.0×REM−16.6×Nb、
Ya=−13.75×Al+63.75としたときに、
Pa<Yaであることが望ましい。なお、Pa値として、上記に表示した元素が含まれない場合には、当該元素の値はゼロとして取り扱う。
Pa値とYa値が上記式を満足することにより、遠心力鋳造部の溶接性と耐酸化性(Al酸化物層の形成)を確保できる。
供試片の重量を測定した後、1000℃の加熱炉(大気雰囲気)の中で100時間保持し、加熱後の供試片表面のスケールを酸溶液で除去し、再度重量を測定した。そして、各供試片の加熱前後の重量変化量から酸化減量を算出し、1時間当たりの酸化減量(mg/cm2・h)の平均を求めた。結果を表1中「耐酸化性」に示す。また、耐酸化性について、表1中「評価」に示すように、酸化減量が0.1mg/cm2・h以下を評価「A」、0.3mg/cm2・h以下を評価「B」、1mg/cm2・h以下を評価「C」、1mg/cm2・hを超えるものを評価「D」とした。
表1に示す発明例の供試片(厚さ:25mm以下と25mm以上の2種類)について、下記要領でビード置き試験を実施し、溶接による割れ性を判定した。
各供試片について、耐酸化性試験とビード置き試験の評価が何れも「A」であるものを総合判定「A」、一方が「A」、他方が「B」のものを総合判定「B」、評価「C」又は「D」を含むものを総合判定「C」として判定した。結果を表1中「総合判定」に示している。表1を参照すると、発明例の供試片は何れも判定「A」又は「B」、比較例の供試片は何れも判定「C」であった。すなわち、発明例の供試片は、溶接時に割れが生じ難く、比較例の供試片に比して、耐酸化性にすぐれていることがわかる。従って、本発明の鉄鋼製品は、鋼片や鋼板などの鋼材と接触して使用されるハースロール、コイラードラムなどへの適用に極めて好適である。
12 クレーター
14 割れ
16 点状欠陥
Claims (9)
- 鋼材と接触して使用される鉄鋼製品であって、
遠心力鋳造部を有し、
前記遠心力鋳造部は、質量%にて、
C:0.2%〜0.7%、
Si:0%を超えて2.0%以下、
Mn:0%を超えて3.0%以下、
Cr:15.0%〜40.0%、
Ni:18.0%〜55.0%、
Al:1.0%〜5.5%、及び、
Ti:0.01%〜0.6%、及び/又は、Nb:0.1%〜1.8%からなる群より選択される少なくとも1種を含有し、
残部Fe及び不可避的不純物からなる、
鉄鋼製品。 - 前記遠心力鋳造部は、質量%にて、
希土類元素(REM):0%を超えて0.4%を含有する、
請求項1に記載の鉄鋼製品。 - 前記遠心力鋳造部は、質量%にて、
W:0%を超えて5.0%以下、及び/又は、Mo:0%を超えて2.0%以下を含有する、
請求項1又は請求項2に記載の鉄鋼製品。 - 前記遠心力鋳造部は、
Pa=−11.1+28.1×C+29.2×Si−0.25×Ni−45.6×Ti+18.0×REM−16.6×Nb
Ya=−13.75×Al+63.75
としたときに、
Pa<Ya
である、
請求項1乃至請求項3の何れかに記載の鉄鋼製品。 - 前記遠心力鋳造部は、遠心力鋳造により形成され、静置鋳造により形成された静置鋳造部に溶接して装着される、
請求項1乃至請求項4の何れかに記載の鉄鋼製品。 - 前記静置鋳造部は、Alを含有しない、
請求項5に記載の鉄鋼製品。 - 前記遠心力鋳造部は、前記鋼材と接触する表面に形成される、
請求項1乃至請求項6の何れかに記載の鉄鋼製品。 - 前記遠心力鋳造部の表面には、セラミック溶射層を有する、
請求項1乃至請求項6の何れかに記載の鉄鋼製品。 - 前記鉄鋼製品は、ハースロール又はコイラードラムである、
請求項1乃至請求項8の何れかに記載の鉄鋼製品。
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