JPH02270940A - 高温ボルト用合金およびその製造方法 - Google Patents

高温ボルト用合金およびその製造方法

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JPH02270940A
JPH02270940A JP9413889A JP9413889A JPH02270940A JP H02270940 A JPH02270940 A JP H02270940A JP 9413889 A JP9413889 A JP 9413889A JP 9413889 A JP9413889 A JP 9413889A JP H02270940 A JPH02270940 A JP H02270940A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高温で使用されるボルト用の合金およびその製
造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
高温で使用されるボルトには、クリープ強度の優れた材
料が要求される。600℃付近の高温で使用されるボル
ト用の素材としては、A286(JISSIJH660
)の名で知られる合金や、特公平1−8697号記載の
合金等が用いられている。また特開平1−25919号
には、リラクゼーション特性(全歪一定の条件で負荷さ
れた部材の応力が時間の経過と共に減少していく現象で
、クリープに起因する現象)を改善するために、棒また
は線材に固溶化熱処理を行なった後、冷間加工を行なう
方法が記載されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
近年、耐熱ボルトの性能およびコストに対する要求はま
すます厳しくなっており、安価で高性能の材料が求めら
れている。性能を向上させるためには、例えば材料の化
学成分を換えることが考えられるが、この場合、通常は
合金元素量が多くなり、価格あるいは製造性の面で好ま
しくない。
このような背景から、従来高温ボルト用合金として用い
られている。A286合金や前述の特開平1−2591
.9号に記載の合金と同等の性質を有し、さらに省資源
型の合金に対する要求がますます高まってきた。前述の
特公平1−8697号は省資源型の合金でありながら、
従来合金のA286に比較して性質は同等であるが、製
造性、特に棒または線材の加工に必要な潤滑皮膜の密着
性が不十分であるということが判明してきた。
本発明の目的は、A286より合金添加量を少なくした
省資源型の合金をベースとして、製造性を改善するとと
もに、その組織を最適化することによりクリープ強度の
優れた合金、およびそのための製造方法を提供すること
である。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、重量%にてG 0.1%以下、Si0.5%
以下、Mn2.0%以下、N i 17.0−20.0
%、Cr 13.0−15.0%、A l 0.20−
0.40%、T i  2.00−3.00%、M。
1.00%以下、およびB 0.02%以下、Zr0.
20%以下の1種または2種を含有し、残部Feおよび
不純物からなり、結晶粒度がASTM No、で3〜6
、かつ再結晶温度以下の温度で加工率にして6〜18%
に相当する加工歪が残存することを特徴とする高温ボル
ト用合金である。また、本合金にNb 1.00%以下
を含有することができる。さらに本発、明は、上記合金
の製造方法として、上記組成の合金の棒または線材に、
1020〜1070℃の固溶化熱処理を行なった後、再
結晶温度以下の温度で6〜18%の加工を行なうことを
特徴とする高温ボルト用合金の製造方法である。
本発明の重要な点は、固溶化熱処理と冷間加工を最適の
条件で組み合わせることにより、結晶粒度と残存加工歪
量を最適とし、それによって優れたクリープ強度を得る
ことである。
〔作用〕
以下に本発明合金の成分限定理由について述べる。
CはTiと結びついてTiCを生成し、オーステナイト
結晶粒の粗大化を防ぐので若干量は必要であるが、0.
1%を越えるCはTiCの過度の生成により合金の析出
強化能を低下させるので、Cは0.1%以下とする。
Sjは脱酸剤として0.5%以下まで合金中に含まれる
ことが許容されるが、0.5%より多いSiは有害な金
属間化合物をつくりやすいので0.5%以下とする。
Mnは脱酸剤として2.0%まで合金中に含まれること
が許容されるが、2.0%より多いMr+はオーステナ
イト組織を不安定にするので2.0%以下に限定する。
Niは合金の母相を安定なオーステナイト組織にするた
めに不可欠の元素であり、また、A1、Tiと結びつく
ことによりNi、(AI、Ti)で表わされる通常γ′
と呼ばれる金属間化合物を生成し合金の析出強化に寄与
する重要な元素である。しかし、Niは17%末清では
オーステナイト組織を不安定にするので好ましくないが
、オーステナイト組織を安定にしまた所要の強度を得る
ためには201以下で十分である。20%を越えるN1
は本発明の目的である合金量の低減という観点から好ま
しくない。それゆえ、Niは17.0%〜20.0%に
限定する。
Crは本発明合金においては耐食耐酸化性を付与すると
同時にオーステナイト組織を安定化させるために不可欠
の元素であり、最低13.0%を必要とするが、15.
0%を越えるCrは逆にオーステナイト組織を不安定に
するので1380〜15.0%に限定する。
A1は本発明合金においてはγ′相を安定化させる作用
があり、最低0.20%必要であるが、0.40%を越
えるとオーステナイト組織が不安定になるので0.20
〜0.40%に限定する。
Tiは本発明合金においてはγ′相を形成し、合金を析
出強化させるための基本元素であり、最低2.00%は
必要であるが、3.00%を越えるTiはオーステナイ
ト組織を不安定化させるので2.00〜3.00%に限
定する。
Moは、本合金を高温ボルト用素材として製造する場合
に必要とされる元素である。すなわちボルトを成形する
場合は、素材に潤滑皮膜を施す必要があるが、これは通
常、素材の加工プロセス中に、蓚酸を主体とする皮膜を
密着させることにより行なわれる。MOはこの皮膜の密
着性を大きく改善する効果がある。しかしながら、1.
00%を越えるとオーステナイト組織を不安定にするの
で1.00%以下に限定する。
BおよびZrは粒界を強化し、合金の高温における延性
を高める作用があるので若干量は必要であるが、過度に
多量に添加すると低融点の共晶を生成し熱間加工性を劣
化させるので、それぞれ0.02%以下および0.20
%以下に限定する。
Nbはγ′相中に固溶してγ′相を固溶強化する作用を
持つ。しかしながら、1.00%を越えるNbは、δ相
(Ni、Nbよりなる相で合金の強化には寄与しない)
を形成するので、1.00%以下に限定する。
次に本発明の重要な要件である、結晶粒度と残存加工歪
量について述べる。
クリープ強度に対する結晶粒度の効果については、一般
にクリープ試験温度が低い場合は結晶粒度No、が大き
い(より細粒である)方がクリープ強度が高く、クリー
プ試験温度が高い場合は、その逆であることが知られて
いる。しかし1本発明が対象とする600℃付近の温度
は上記傾向が逆転する付近の温度と思われるため、結晶
粒度はクリープ強度にあまり影響しないと考えられてい
た。事実、本発明者が固溶化処理後に冷間加工を行なっ
ていない試料について、結晶粒度の効果を調べたところ
、結晶粒度はクリープ強度にはほとんど影響しないとい
う結果が得られた。
ところが本発明者は、残存加工歪量の効果について、系
統的な検討を行ない、固溶化熱処理後に6〜18%の冷
間加工を施すことにより、リラクゼーション特性(すな
わちクリープ強度)が増加することを明らかにした(特
開平1−259]、9号に記載の通りである)。
次に本発明者は、適正な冷間加工を受けた試料について
結晶粒度の効果を調べたところ、予想以上に大きな影響
があり、結晶粒度と残存加工歪量の組み合わせを最適化
することにより、より優れたクリープ強度が得られるこ
とがわかった。
すなわち、固溶化処理後に冷間加工を受けた試料のクリ
ープ強度は、結晶粒度NOが小さく(粗粒に)なるほど
増加するので、クリープ強度増加のためには、結晶粒度
はASTM Noにて6以下(粗粒側)にすることが必
要である。しかし、3未溝(粗粒側)になると引張強度
が低下し、かつボルトの成形性が悪くなる。したがって
、結晶粒度はASTM Noで3〜6に限定する。
残存加工歪量は、特開平1−25919号に記載のよう
に再結晶温度以下の温度で加工量にして6%未溝の場合
および18%を越える場合ともにクリープ強度が低下す
る。この理由は、6%以上の歪を付与することにより、
オーステナイトマトリックスが強化されるとともに、時
効処理あるいはクリープ試験中にγ′などの析出強化相
の析出が促進されるが、歪量が18%を越えて過度に多
くなると、時効処理あるいはクリープ試験中にオーステ
ナイトマトリックスの回復および析出強化相の粗大化が
進むことによる。
本合金の製造方法は、結晶粒度をASTM Noで3〜
6にするために、固溶化熱処理を1020〜1070℃
の範囲で行ない、次に適正な加工歪を残存させるために
再結晶温度以下の温度で6〜18%の加工を行なうこと
よりなる。
〔実施例〕
第1表に示す組成の合金について、真空中でインゴット
を溶製後、熱間圧延および冷間引抜により直径7−8閣
の線材を作製した。これを、第2表に示す温度で1時間
保持後水冷の固溶化熱処理を行なった後、同じく第2表
に示す引抜率で冷間引抜を行ない、その後700〜72
0℃で4時間保持後空冷の時効処理を行なって試料を作
製した。
クリープ試験は温度600℃、応カフ0kHf/mm”
および温度600℃、応力60kgf/mm”の2条件
で行ない、100h(時間)後のクリープ歪および、ク
リープ変形が速い場合には1%クリープ歪(応カフ0+
Kgf/鵬′の場合)または0.2%クリープ歪(応力
60kJf/(財)″の場合)に達するまでの時間を測
定した。第2表にその結果を示す。
本発明を適用した場合は、試料A、B共優れたクリープ
強度を示す。一方、比較例に示すように試料Aで固溶化
処理温度が1000℃以下の場合は、冷間加工率が12
%であってもクリープ強度は低い。
また、試料Bで固溶化処理温度が1000℃と低く、結
晶粒度が9.0の場合は、冷間加工率が8%であっても
クリープ強度は低く、また固溶化処理温度が1040℃
で結晶粒度が4.0の場合でも冷間加工率が4%の場合
はクリープ強度が低い。
したがって、結晶粒度と残存歪量、すなわち固溶化処理
温度と再結晶温度以下での加工量を適切にすることによ
り、クリープ強度が増大することがわかる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、耐熱ボルト用合金のクリープ強度を大
幅に改善することが可能であり、高温で用いられるボル
トの性能向上に大きく寄与するものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量%にてC0.1%以下、Si0.5%以下、M
    n2.0%以下、Ni17.0〜20.0%、Cr13
    .0〜15.0%、Al0.20〜0.40%、Ti2
    .00〜3.00%、Mo1.00%以下、およびB0
    .02%以下、Zr0.20%以下の1種または2種を
    含有し、残部Feおよび不純物からなり、結晶粒度がA
    STMNo.で3〜6、かつ再結晶温度以下の温度で加
    工率にして6〜18%に相当する加工歪が残存すること
    を特徴とする高温ボルト用合金。 2 重量%にてC0.1%以下、Si0.5%、以下、
    Mn2.0%以下、Ni17.0〜20.0%、Cr1
    3.0〜15.0%、Al0.20〜0.40%、Ti
    2.00〜3.00%、Mo1.00%以下、Nb1.
    00%以下、およびB0.02%以下、Zr0.20%
    以下の1種または2種を含有し、残部Feおよび不純物
    からなり、結晶粒度がASTMNo.で3〜6、かつ再
    結晶温度以下の温度で加工率にして6〜18%に相当す
    る加工歪が残存することを特徴とする高温ボルト用合金
    。 3 重量%にてC0.1%以下、Si0.5%以下、M
    n2.0%以下、Ni17.0〜20.0%、Cr13
    .0〜15.0%、Al0.20〜0.40%、Ti2
    .00〜3.00%、Mo1.00%以下、およびB0
    .02%以下、Zr0.20%以下の1種または2種を
    含有し、残部Feおよび不純物からなる合金の棒または
    線材に、1020〜1070℃の固溶化熱処理を行なっ
    た後、再結晶温度以下の温度で6〜18%の加工を行な
    うことを特徴とする高温ボルト用合金の製造方法。 4 重量%にてC0.1%以下、Si0.5%以下、M
    n2.0%以下、Ni17.0〜20.0%、Cr13
    .0〜15.0%、Al0.20〜0.40%、Ti2
    .00〜3.00%、Mo1.00%以下、Nb1.0
    0%以下、およびB0.02%以下、Zr0.20%以
    下の1種または2種を含有し、残部Feおよび不純物か
    らなる合金の棒または線材に、1020〜1070℃の
    固溶化熱処理を行なった後、再結晶温度以下の温度で6
    〜18%の加工を行なうことを特徴とする高温ボルト用
    合金の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02274843A (ja) * 1989-04-14 1990-11-09 Hitachi Metals Ltd 潤滑皮膜密着性のすぐれた省資源型鉄基超耐熱合金
CN105132825A (zh) * 2015-09-18 2015-12-09 钢铁研究总院 一种耐热紧固件用钢
CN111607749A (zh) * 2020-06-17 2020-09-01 大连理工大学 一种立方形态b2纳米粒子共格析出的高温700℃用铁基超合金

Cited By (4)

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CN111607749A (zh) * 2020-06-17 2020-09-01 大连理工大学 一种立方形态b2纳米粒子共格析出的高温700℃用铁基超合金
CN111607749B (zh) * 2020-06-17 2021-06-04 大连理工大学 一种立方形态b2纳米粒子共格析出的高温700℃用铁基超合金

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