JPH03120338A - 室温伸び特性にすぐれた耐熱合金及び溶製法 - Google Patents

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］ 本発明は各種工業用炉の炉内部品等に用いられる耐熱合
金の改良に関し、より具体的には、１０００℃以上の高
温に曝されてもクリープ破断強度が高く、耐酸化性にす
ぐれると共に、室温伸び特性にすぐれた耐熱合金及びそ
の製法に関する。

［従来技術］ １０００℃以上の高温で使用される工業用炉の炉内部品
等は、長時間の酸化作用を受け、また長時間の応力を受
けるため、これに使用される材料は高温における耐酸化
性にすぐれ、且つクリープ破断強度の高い特性が要求さ
れる。これに適合する材料として少量のＴｉを含有した
ニッケル・クロム・コバルト系耐熱合金が提案されてい
る（例えば、特公昭４７−１８３３３参照）。

［発明が解決しようとする課題］ 前記のニッケル・クロム・コバルト系の耐熱合金は、Ｃ
ｏ基合金又はＮｉ基合金が高価なＣｏ又はＮｉを多量に
使用せねばならない不経済に鑑み開発されたものである
。即ち、ｃｏ及びＮｉの含有量を少なくシ、その代わり
にＴｉを添加してクリープ破断強度の向上を図ると共に
、Ｔｉの含有量を低く抑えることで大気溶解によって、
所定の高温特性を具備した合金を安価に製造できるよう
にしたものである。

しかし、前記の合金は、高温におけるクリープ破断強度
が高く、耐酸化性にすぐれるが、耐熱衝撃性が充分でな
いため、加熱・冷却が繰り返される条件で使用すると材
料寿命が短い問題があった。

また、溶接性、室温伸び特性に劣るため、材料の加工段
階で破損する問題があった。

これは、大気溶解の場合、Ｔｉを添加するとＴｉの一部
がスラグ（Ｔ　ｉの酸化物、窒化物等）として浮上する
ため、その減少分を見込んでＴｉが過剰に添加される。

一方、浮上しないスラグは鋳造時に巻き込まれて鋳造欠
陥発生の原因となり、また室温伸び特性を低下させる原
因になることがわかった。

また、室温伸び特性と、溶接性、耐熱衝撃性とは相関関
係があって、室温伸び特性を改善すれば溶接性、耐熱衝
撃性もそれに対応して向上することは知られている。

［発明の目的］ 本発明は、ニッケル・クロム・コバルト系に少量のＴｉ
を添加した耐熱合金の清浄度を高め、室温伸び特性を改
善することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 溶製段階におけるＴｔの過剰添加を防止するため、本発
明者は脱ガス溶解に着目した。脱ガス溶解によれば、次
の式に示す通り、脱酸反応が生じ、【Ｏ］（溶鋼中の酸
素）は除去され、Ｔｉと酸素との反応量は少なくなって
、Ｔｉの添加量は大気溶解の場合に比べて軽減できると
考えられるからである。

［Ｃ］　　＋　　［０］　→ＣＯ（ｇ）具体的には、重
量％にて、Ｃ：０．３〜０．６％、Ｓｉ　：２．０％以
下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：
１９〜３．０％、Ｃｏ：１０〜２０％、Ｗ：Ｏ，１〜２
．９％、Ｔ　ｉ　：０．０５〜２％を含有し、残部Ｆｅ
及び不可避の不純物からなる耐熱合金の溶製段階におい
て、溶製開始から長くても３０分間、５　、０ｍｍＨｇ
以下の真空状態とし、溶製時に添加するＴｉは２．５％
以下とするものである。

［発明の効果］ 溶製段階でＴｉを過剰に添加しなくともよいから、溶製
された合金の清浄度がよく、合金の室温特性が改善され
る。また、１０００℃以上の高温の使用において、高い
クリープ破断強度とすぐれた耐酸化性を発揮する。

従って、本発明の方法によった耐熱合金は、ハースロー
ル、ラジアントチューブ、トレイ等の工業用炉の炉内部
品に適用すると、その特性を充分に発揮できる。

［成分限定理由］ 本発明の溶製法は前記成分組成の耐熱合金を対象とする
ものであって、該耐熱合金の成分組成の限定理由は次の
通りである。

Ｃ：　０．３〜０．６％ Ｃ含有量が０．３％に満たないとクリープ破断強度は著
しく低下する。一方、０．６％を超えて含有するとＣｒ
、Ｗ複炭化物だけが増加するため、これら元素の固溶に
よって高温強度の確保が困難となるばかりか、耐酸化性
も著しく低下する。このため、Ｃは０．３〜０．６％と
する。なお、０．３５〜０．４５％の範囲内で含有する
のがより好ましい。

Ｓ　ｉ　：　２．０％以下 Ｓｉは高温強度を損なう元素であり、その傾向は、１０
００℃以上の高温で特に著しい。しかし、鋳造性を高め
る効果も有するため、２．０％以下の範囲で含有させる
。

Ｍｎ：２．０％以下 Ｍｎは耐酸化性及び高温強度を低下させるため、多量に
含むことは好ましくない。しかし、鋳物としての鋳造性
を高め、脱酸剤、脱硫剤としても有効である。従って、
耐酸化性及び高温強度を著しく低下させない範囲、即ち
２．０％以下の範囲で含有させる。

（：ｒ：１５〜３０％ Ｃｒの含有量は１５％に満たないと１０００℃以上の高
温材料として充分な耐酸化性を具備することができない
。一方、含有量が３０％を超えると鋳造割れの発生が著
しく増加すると共に高温強度も低下する。このため、含
有量は１５〜３０％に規定する。

なお、２４〜２７％の範囲内で含有することがより好ま
しい。

Ｎｉ：１９〜３０％ ＮｉはＷの存在下においてＣｒの酸化物と共存し、緻密
で且つ高温安定性にすぐれる耐酸化皮膜を形成し、基地
のオーステナイトを安定化させる作用を有する。また、
Ｗ、Ｃｒ、Ｃとの相互作用によって高温強度を確保する
作用を有する。このため、含有量は１９〜３０％に規定
する。なお、２２〜２５％の範囲内で含有することがよ
り好ましい。

Ｃｏ：１０〜２０％ ｃｏはＣの溶解度を高め、クリープ破断強度を向上させ
る作用を有する。しかし、その含有量が１０％に満たな
いとその効果が認められない。また、２０％を超えて含
有すると、クリープ破断強度は向上するが、耐酸化性を
低下させる。このため、含有量は１０〜２０％に規定す
る。なお、１４〜１８％の範囲内で含有することがより
好ましい。

Ｗ　：　０．１〜２，９％ Ｗはオーステナイト基地の固溶体強化及びＣｒ。

Ｗ複炭化物の粒界析出による粒界強化を図る上で有効な
元素である。その含有量が０．１％より少なければ１０
００℃以上の高温におけるクリープ破断強度の向上に顕
著な効果が認められない。一方、２゜９％を超えて含有
しても、対応する強度向上効果が認められないばかりか
、相対的にＣｒやＮｉの量を低下させて耐酸化性の低下
を招く。このため、含有量は０．１〜２．９％に規定す
る。なお、１．８〜２．３％の範囲内で含有することが
より好ましい。

Ｔｉ：０．０５〜２％ Ｔｉは炭窒化物等の形成によって、クリープ破断強度等
の高温強度、耐熱衝撃性を高める。その含有量が０．０
５％に満たないとその効果を充分に発揮できない。含有
量の増加に伴ってその効果は増すが、含有量が２％を超
えると析出物の粗大化や酸化物系介在物量が増加し、却
って強度の低下を招来する。このため、含有量は０．０
５〜２％に規定する。

上記合金の残部は、Ｆｅ及び不可避的に混入するＰＳＳ
その他の不純物元素からなる。なお、不純物は、この種
の合金で通常許容される範囲内であれば差し支えない。

［実施例コ 次に、実施例によって本発明の脱ガス溶解法の効果を具
体的に説明する。

第１表は、脱ガス溶解によって溶製した耐熱合金（本発
明例）と、大気溶解によって溶製した耐熱合金（比較例
）の供試材の化学成分組成を示す。第２表はこれら供試
材の清浄度及び室温における機械的性質を調べたもので
ある。清浄度はＪＩＳ　Ｇ　０５５５に基づいて求めた
。機械的性質は、ＪＩＳ試験方法に基づいて、耐力、引
張強さ及び伸びを調べた。

表中、Ｎα１及びＮα２は比較例、Ｎα３及びＮａ　４
は本発明例を夫々示す。なお、第１表において、特にＴ
ｉについては、脱ガス溶解の効果を明瞭にするため、添
加量も併記した。

第２表 第１表から明らかなように、Ｔｉの添加量を着目すると
、本発明例の添加量は比較例に比べて著しく少なくて済
むことがわかる。即ち、本発明例の場合、合金に含有さ
せるべき全の約１．２倍程度の量を溶製段階で添加すれ
ばよいのに対し、比較例では約２倍添加する必要がある
。本発明が対象とする合金のＴｉ含有量は最大２％であ
るから、特許請求の範囲に規定するごとく、最大２．５
％の添加によって目的を達成できる。

第２表から明らかなように、Ｔｉ添加量の削減効果とし
て、合金の清浄度と伸び特性が著しく改善されているこ
とが立証される。即ち、本発明例の清浄度は０．０４〜
０．０５％であるのに対し、比較例の清浄度は０．１４
〜０．１６％である。また、本発明例の伸びは１１．５
〜１１４８％であるのに対し、比較例の伸びは５．１〜
５．８％である。

溶製開始後、少なくとも１５分間、長くても３０分間、
５　、０ｍｍＨｇ以下の真空状態で溶製した場合、鋳造
時の雰囲気が、真空、Ａｒガス又は大気の何れの雰囲気
であっても、鋳造品の品質に差がないことも判明した。

これは、−旦脱ガスされた溶湯は、出鋼後から鋳造まで
の間の吸収ガス量に影響されないことを示している。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％にて、Ｃ：０．３〜０．６％、Ｓｉ：２．
   ０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：１５〜３０％、
   Ｎｉ：１９〜３０％、Ｃｏ：１０〜２０％、Ｗ：０．１
   〜２．９％、Ｔｉ：０．０５〜２％を含有し、残部Ｆｅ
   及び不可避の不純物からなる耐熱合金の溶製法において
   、溶製開始から長くても３０分間、５．０ｍｍＨｇ以下
   の真空状態とし、溶製時に添加するＴｉは２．５％以下
   とすることを特徴とする、室温伸び特性にすぐれた耐熱
   合金の溶製法。
2. （２）重量％にて、Ｃ：０．３〜０．６％、Ｓｉ：２．
   ０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：１５〜３０％、
   Ｎｉ：１９〜３０％、Ｃｏ：１０〜２０％、Ｗ：０．１
   〜２．９％、Ｔｉ：０．０５〜２％を含有し、残部Ｆｅ
   及び不可避の不純物からなる、室温伸び特性にすぐれた
   耐熱合金。