JP3839127B2 - 耐熱疲労特性に優れた肉盛合金 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐熱ロール、エンジン燃焼室などの熱応力の生じる状況下で使用する部材の肉盛に用いる熱疲労強度に優れた合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐熱ロール、エンジン燃焼室などの高温用途には高温強度の高い材料が使用されている。しかし、近年コスト削減、品質向上を目的として、より高温で部材が使用されるようになってきている。そのような状況下で使用される場合、高温強度の高いＮｉ基合金、例えばＡｌｌｏｙ６２５などを部材表面に溶接または肉盛して部材の寿命延長を計っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように高温域で使用される場合、寿命延長を計るためにＮｉ基耐熱合金を溶接もしくは肉盛した部材であっても、高温域で加熱、冷却という熱サイクル負荷がかかるため、熱サイクルに起因する熱応力により熱疲労が生じ、部材表面にヒートチェックと呼ばれる亀裂が生じる。したがって、この亀裂の発生、成長を抑制するために、耐熱疲労特性に優れた合金が必要である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
耐熱疲労特性向上のために材料に必要とされる特性は、低い熱膨張係数および縦弾性係数、高い熱伝導率および耐力、高温および常温における充分な延性である。本発明者らは前述の課題を解決するために、溶接性、高温強度およびコストに優れたＮｉ基合金において種々の検討を行った結果、Ｎｉベースの合金にＡｌ，Ｔｉを適量添加することにより、溶接施工性を劣化させることなく材料の耐熱疲労特性を向上させることが可能であることを見出した。
【０００５】
すなわち、本発明の要旨とするところは、質量％で、
Ｃ ：０．０５％以下、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：０．５％以下、
Ｃｒ：２０〜３０％、
Ｍｏ：９．１３〜１６％、
Ｎｂ：０．１〜５％、
Ｆｅ：５％以下
を含有し、かつ、Ａｌ，Ｔｉのうち１種または２種、合計で０．８〜３．５％を含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなる耐熱疲労特性に優れた肉盛合金である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明における合金成分を定めた理由を示す。なお％は重量％を意味する。
Ｃ：０．０５％以下
Ｃｒと炭化物を形成し、耐熱性を劣化させるため上限を０．０５％とする。
Ｓｉ：０．５％以下
脱酸材として添加するが、溶接性を劣化させるため上限を０．５％とする。
Ｍｎ：０．５％以下
脱酸材として添加するが、増量添加してもその効果は飽和し逆に材料内に介在物として酸化物を形成する傾向があるため、上限を０．５％とする。
【０００７】
Ｃｒ：２０〜３０％
緻密なＣｒの酸化膜を形成し耐酸化性を向上させる元素であるため添加する。２０％以下ではその効果は十分でないため、下限を２０％とする。また、３０％以上添加してもその効果は飽和するため、上限を３０％とする。
Ｍｏ：９．１３〜１６％
耐食性向上元素および固溶強化元素として添加する。９．１３％以下では効果が十分でないため、下限を９．１３％とした。１６％以上添加してもその効果は飽和するため上限を１６％とする。
【０００８】
Ｎｂ：０．１〜５％
固溶強化およびＣ元素を固定するための元素として添加する。０．１％以下では効果が充分でないので、下限を０．１％とする。増量添加すると溶接性を劣化させるため、上限を５％とする。
Ｆｅ：５％以下
Ｎｉの代替として添加するが、増量添加すると耐食性、耐酸化性を劣化させるため、上限を５％とする。
【０００９】
Ａｌ，Ｔｉのうち１種または２種、合計で０．８〜３．５％
Ａｌ，Ｔｉは共にＮｉとの金属間化合物を形成し、マトリックスを強化する。この効果により耐熱疲労特性を向上させる。添加量が少ないと効果がないため、下限を１種または２種の合計で０．８％とする。添加量が増えると高温延性を低下させ耐熱疲労特性を劣化させ、また溶接施工性が低下するため上限を１種または２種の合計で３．５％とする。
【００１０】
【実施例】
表１に本発明合金および比較合金の化学成分を示す。比較合金１および２は、この種の目的によく使用されているＡｌｌｏｙ６２５およびＡｌｌｏｙ６０１である。表２に本発明合金および比較合金の熱疲労特性、溶接施工性を評価した結果を示す。
表１に示す化学成分にて溶製した合金から試験片を割り出し熱疲労試験を行うことにより、耐熱疲労特性を調査した。熱疲労特性は変位を拘束し、温度サイクルによって熱応力を負荷する方法で、５００〜８００℃および常温〜８００℃の２条件にて熱疲労試験を行い破断に到るまでのサイクル数を測定することにより評価した。前者の温度サイクル条件は、稼働中の温度サイクルを模したものであり、結果を熱疲労寿命１とした。後者は、起動停止に伴う温度サイクルを模したものであり、熱疲労寿命２とした。また、溶接施工性は上記のインゴットを粉末化後肉盛溶接試験を行い、現状で使用されているＡｌｌｏｙ６２５合金（比較合金１）と比較し、溶接割れ長さを測定し、溶接施工性が優れている場合は◎、現状と同レベルであるときは〇、現状より劣る場合は×とし、施工性を評価した。
【００１１】
【表１】
【表２】
Ａｌ，Ｔｉ添加量が０．８％以下の比較合金１および６と比較すると、本発明合金の耐熱疲労特性の指標である熱疲労寿命１、２は向上していることが分かる。また、比較合金２はＭｏ、Ｎｂを添加していないため高温強度が低く、耐熱疲労特性が劣っている。Ｎｂを増量添加した比較合金５は溶接施工性が劣化している。これに対し、Ｎｂを低減した発明合金ＦおよびＪは溶接施工性が向上している。また、Ａｌ，Ｔｉを増量添加した比較合金３および４は、熱疲労寿命１は向上しているが、熱疲労寿命２は著しく劣る。これは、Ａｌ，Ｔｉの増量添加による延性の低下によるものである。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によって、耐熱ロール、エンジン燃焼室などの熱応力の生じる状況下で使用する部材の肉盛用合金として、耐熱疲労特性、肉盛溶接施工性に優れた材料を提供することができる。
Claims (1)
- 質量％で、
Ｃ ：０．０５％以下、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：０．５％以下、
Ｃｒ：２０〜３０％、
Ｍｏ：９．１３〜１６％、
Ｎｂ：０．１〜５％、
Ｆｅ：５％以下
を含有し、かつ、Ａｌ，Ｔｉのうち１種または２種、合計で０．８〜３．５％を含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなることを特徴とする耐熱疲労特性に優れた肉盛合金。
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| JP07809297A JP3839127B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 耐熱疲労特性に優れた肉盛合金 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP07809297A JP3839127B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 耐熱疲労特性に優れた肉盛合金 |
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| JPH10272593A JPH10272593A (ja) | 1998-10-13 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07809297A Expired - Fee Related JP3839127B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 耐熱疲労特性に優れた肉盛合金 |
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