JPH03166341A

JPH03166341A - 熱間変形可能なフェライト系合金鋼

Info

Publication number: JPH03166341A
Application number: JP2062840A
Authority: JP
Inventors: Ulrich Dr Heubner; ウルリッヒ　ホイブナー; Ulrich Brill; ウルリッヒ　ブリル
Original assignee: VDM Nickel Technologie AG
Current assignee: VDM Nickel Technologie AG
Priority date: 1989-03-16
Filing date: 1990-03-15
Publication date: 1991-07-18
Also published as: KR960011803B1; CA2012065A1; IE63312B1; MX173057B; ES2051399T3; DE59004570D1; KR900014614A; AU5133390A; EP0387670B1; EP0387670A1; AU621998B2; DE3908526A1; IE900819L; JPH0581657B2; BR9001241A; DD298950A5; ZA901809B; ATE101659T1

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、熱変形可能な（ｈｅａｔ−ｄｅｆｏｒｍａｂ
ｌｅ）フェライト系鋼合金に関する。より詳細には、本
発明は、クロム２０〜２５％、アルξニウム５〜８％、
リン０．０１％以下、マグネシウム０．０１％以下、マ
ンガン０．５％以下、イオウ０．００５％で残部が鉄で
あり、不可避的不純物を含むフェライト系鋼合金に関す
る。

〔従来の技術及び発明が解決すべき課題］上記の一般的
な種類の合金は当該技術分野において公知であり、電気
発熱体及び高温強度の触媒担体の製造に利用されている
。これらの合金は、非常に付着性のある酸化物層を形威
し、そして極めて良好な耐スケール生成強度を有してい
る。さらに元素を添加するか、製造工程で生じる不可避
的不純物を減少させることにより、基本組戒をさらに改
善するいくつかの試みがなされている。

例えば、英国特許出願公開第ＧＢ−Ａ−２　０７０　６
４２号では、２％以下のイットリウム、ハフニウム、ジ
ルコニウム、セリウム又はランタンだけでな＜０．１〜
２％のチタンを添加して微、粒子鋳造組織を形威し、熱
変形性を改善することが提案されている。イットリウム
、ハフニウム、ジルコニウム及び混合金属（ＣＢ　＋Ｌ
ａ）の添加量は、例えば、特許請求の範囲第７項、第８
項、第１０項及び第１１項に記載のとおり、それぞれ１
％以下である。実施例Ｂにおいて、チタンが０．３４％
で二オブが０．４６％の場合に最良の結果が得られた。

しかしながら、この公開明細書の教示事項には、いくつ
かの欠点がある。

いくつかの提案されている混合物は非常に高価であり、
そして１％以下の割合でも鋼合金の特性はかなり影響さ
れることから、上記した量のチタンにより機械的性質が
改善されるが、しかしながら、同時に、チタンは周期的
に変更する酸化条件下での挙動の悪化をもたらす。使用
寿命が、ＶＩＷ試験では、チタンを含有しないプローブ
では５，０００変動サイクルであるのに対して、チタン
含有量が０．４７％である対応のプローブでは２．８０
０変動サイクルに減少する。このことは、外側酸化物層
における酸化チタンの濃縮と関係があり、これにより、
酸化物層が除去される〔コロージョン・サイエンス（Ｃ
ｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　、第２４巻、第
７号、１９８４年、第６ｌ２３〜６２７頁参照］。

上記したＶｌ一試験の間、太さが０．４　ｍｍの小さな
ワイヤー状試験コイルを、電流を直接流して加熱する。

電流の供給については、２分間隔で供給（通電）と停止
を継続して繰り返す。得られる最大温度を光学的に測定
し、そして試験中は印加する電圧を変化させて同一切り
換え周波数を一定に維持する。これについては、ケーイ
ー・フォーク（Ｋ．Ｅ．　Ｖｏｌｋ）　、ニッケル　ウ
ント　ニツケレギーンゲン（Ｎｉｃｋｅｌ　ｕｎｄ　Ｎ
ｉｃｋｅｌｌｅｇｉｅｒｕｎｇｅｎ）、第１４５頁、ス
プリンガー・フエーラグ（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ　−Ｖｅｒ
ｌａｇ）　、１９７０年に開示されている。

さらに、チタン含有量が０．４７％のプローブの場合、
熱変形段階で、強固で、不均一に分布した炭化チタン欠
陥が観察された。このため、機械的性質が著しく異なり
、均一な低温変形が困難になるか、不可能となる。

二オブを添加することにより、フェライト系ＦＢ・Ｃｒ
合金は、４７５“Ｃでの詭性がわずかに増加〔アイアン
・アンド・スティール（Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ
）、第１９９頁、ジョン・ウイレー・アンド・サンズ（
Ｊｏｈｎ　Ｗｌｌｅｙ　＆　Ｓｏｎｓ）　、ニューヨー
ク、ｌ９６６年におけるホウ素、カルシウム、コロンビ
ウム及びジルコニウムを参照〕するだけでなく、周期的
に変化する酸化条件下での強度が悪化する。温度が高く
なると、体積の増加、戒長応力及び酸化物の除去と関係
のある種々の酸化ニオブ（Ｎｂ　，　Ｎｂ０２、Ｎｂｚ
Ｏｓ）が生或する。さらに、酸化二オブは、その融点が
、例えば、約１，５００　’Ｃ等のように比較的低いの
で、高温ではそれほど安定ではない〔ピー・コフスタッ
ド（Ｐ．Ｋｏｆｓｔａｄ）、金属の高温酸化（Ｈｉｇｈ
　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ
　Ｍｅｔａｌｓ）、第２１５頁、ジョン・ウイレー・ア
ンド・サンズ（Ｊｏｈｎ　Ｗｌｌｅｙ　＆　Ｓｏｎｓ）
、ニューヨーク、１９６６年参照］。

ヨーロッパ特許第ＥＰ−Ｂ　−０　０９１　５２６号に
よる基本的な合金は、希土類０．００２〜０．０６％、
リンが最大０．０４％及びイオウ０．０３％の他に、安
定化及び疲れ強さの改善のためにジルコニウムと二オプ
も含有している。ジルコニウムとニオブは、炭素含有量
（最大０．０５％）及び窒素含有Ｎ（最大０．０５％）
に応じて０．０６８％以下と１．　９２８％以下添加す
る必要があり、炭素と窒素が全く存在しないときには、
常に０．３６４％又は１　．　２０９％以下の二オブを
添加する〔実施例１参照］。

この引用特許明細書に開示されている鋼合金にも欠点が
ある。希土類を添加する限り、比較的低融点の酸化物の
生成を考慮する必要があるので、鋼合金は所定の最大温
度でしか使用できない。又、リン含有量０．０４％以下
及びイオウ含有量０．０３％以下の規定は、出願人の限
定では容認できない。とりわけ、ジルコニウム含有量約
１％以下及び二オブ含有量約２％以下の場合、重大な欠
点を考慮しなければならない。ニオプに関しては、ドイ
ツ特許出願公開第ＧＢ−Ａ　−２　０７０　６４２号と
同様の欠点がある。ジルコニウム含有量がより多くなる
と、酸化強度が極めて迅速に改善され、反対の結果とな
る〔エイチ・プフエイファ一（Ｈ．　Ｐｆｅｉｆｆｅｒ
）及びエイチ・トーマス（Ｈ．　Ｔｈｏｍａｓ）　、耐
酸化性合金（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ
　Ａｌｌｏｙｓ）、第２６０頁、スプリンガー・ブエー
ラク（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ　−Ｖｅｒｌａｇ）　、１９６
３年〕。さらに、フェライト系鉄（Ｆｅ）マトリックス
の溶解性よりもはるかにジルコニウム含有１が多い場合
、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウム及び炭窒化ジル
コニウムの粗い分散分離（析出）が生して、粒子戒長の
不都合な停止がなくかつ顕著な強度の増加が生じない。

〔発明の概要〕

したがって、本発明の目的は、公知の塩基性（基本的な
）合金をさらに改善し、そして従来技術の欠点を回避す
る熱変形可能なフェライト系鋼合金を提供することにあ
る。

より詳細には、本発明の目的は、粒子戒長が著しく制限
され、そして繰り返し酸化試験における使用寿命が著し
く改善される上記合金を提供することにある。

上記目的及び以下の説明で明らかになるであろう他の目
的に鑑みて、本発明のひとつの特徴は、簡単に言えば、
クロム２０〜２５％、アルミニウム５〜８％、リン０．
０１％以下、マグネシウム０．０１％以下、マンガン０
．５％以下、イオウ０．００５％で残部が鉄であり、不
可避的不純物を含み、さらに、イットリウム０．０３〜
０．０８％、窒素０．００４〜０．００８、炭素０．０
２０〜０．０４０％、及び実質的に等しい割合でチタン
０．０３５〜０．０７％とジルコニウム０．０３５〜０
．０７％とを含む合金であって、チタンとジルコニウム
の含有百分率の合計が炭素と窒素の含有百分率の合計の
１．７５〜３．５倍であることを特徴とする合金にある
。

これらの特徴に従って合金を造ると、非塩基性合金が改
善され、そして従来技術の欠点がなくなる。

本発明の別の特徴によれば、チタンとジルコニウムとの
混合の比は、０．６と１．４　との間にある。

本発明のさらに別の特徴によれば、チタンとジルコニウ
ムは、ハフニウム及び／又はタンタル又はバナジウムで
完全又は部分的に置換される。

本發明のさらなる特徴によれば、Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆＳＴ
ａ及びＶのうちの少なくとも２種の元素が置換される。

最後に、本発明のさらなる特徴によれば、上記の元素の
うちの３つを置換することができる。

本発明独特のものと考えられる新規な特徴が、特に特許
請求の範囲に記載されている。しかしながら、その構或
及び操作方法（作用）の両方に関して発明自体及びさら
なる目的及び利点は、以下に示す具体的実施態様の説明
を添付図面との関連においてみることにより、最もよく
理解できるであろう。

〔実施態様例〕

本発明によれば、クロム２０〜２５％、アルミニウム５
〜８％、リン０．０１％以下、マグネシウム０．０１％
以下、，マンガン０．５％以下、イ，ｉウｏ．００５％
で残部が鉄であり、不可避的不純物を含み、さらに、イ
ットリウム０．０３〜０．０８％、窒素０．００４〜０
．００８％、炭素０．０２０〜０．０４０％、及び実質
的に等しい割合でチタン０．０３５〜０．０７％とジル
コニウム０．０３５〜０．０７％とを含む熱変形可能な
フェライト系鋼合金であって、チタンとジルコニウムの
含有百分率の合計が炭素と窒素の含有百分率の合計の１
．７５〜３．５倍であることを特徴とする熱変形可能な
フェライト系鋼合金が提案される。

チタンとジルコニウムの混合の比は、０．６〜０．４の
範囲内でよい。

また、チタン又はジルコニウムをハフニウム及び／又は
タンタル又はバナジウムにより置換することもできる。

また、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ及びＶのうちの少なくと
も２種の元素を置換することもできる。さらに、上記の
元素のうちの少なくとも３つを置換することができる。

水平に配置し、らせん状に曲げた加熱導体１の使用寿命
を試験するための装置を第１ａ図に示す。

加熱導体１は、一方の側をホルダー２に固定し、そして
電源３と接続する。この場合、加熱導体１は、１２巻き
で、長さ５０ｍｍで内径が３　ｍｍのコイルから構成さ
れている。加熱導体ワイヤーの直径は０．４ｍｍである
。加熱導体は、２分ごとにスイッチを入れたり切ったり
する（加熱導体への電流を２分間通電し、２分間通電停
止し、これを繰り返す）。

輻射（光）高温計で、非接触法で加熱段階中に達した瓜
度を測定し、そして温度調整は、印加電圧を一定値に変
化させることにより行った。

上記の試験は、加熱導体が通し燃焼となる（断線する）
まで通常の空気雰囲気中で行った。サイクル数が使用寿
命の直接値である。全ての材料に関して、避けることの
できない強酸化が多少なりともあると、電流を流すのに
有効な金属断面が時間の経過とともに小さくなる。した
がって、電気抵抗は対応して増加し、そして電圧を増加
するとき、切り換えリズムを変化させない状態でのみ所
定の試験温度を維持することができる。利用する試験装
置は、自動操作温度調整装置である。したがって、加熱
段階の試験温度は、試験時間全体を通して、加熱導体の
酸化の進行とは関係なく、通し燃焼（断線）まで維持で
きる。

第１ｂ図に示した垂直に吊るした加熱導体ワイヤー４の
使用寿命の試験装置において、加熱導体の長さは１メー
トルである。その上端をホルダー５に固定し、可変重量
６を掛け、そして電源７に接続する。

この装置では、太さ０．４　ｍｍの加熱導体ワイヤーの
通電スイッチを、２分間隔で交互に入れたり切ったりす
る。ここでも、第１ａ図の装置のように、加熱段階中に
達した温度を、非接触法で測定し、一定値に調整した。

第２図〜第５図に示した結果は、比較合金（プローブ１
）及び下記の組或を有する本発明の改良合金（ブローブ
２）についてのものである。

Ｚｒ　　　　　Ｏ．１６Ｆｅ　　　残部 υ．りｂ残部第２図は、第１ａ図による装置で得られる使用寿命値を
、通し燃焼（断線）までのサイクル数（通電回数）で表
したものである。プローブは、２分ごとに通電スイッチ
を入れたり切ったりし、そして加熱段階中に達した温度
を非接触法で測定するとともに、各サイクルにおける総
試験時間中に１２ｏｏ’ｃの一定試験温度が維持される
ように印加電圧を変化させた。プローブｌは５３４３サ
イクルまで耐えたが、プローブ２は６２１３サイクルの
後に燃焼した（切れた）。これは、１５％以上の増加に
相当する。

第３図に、測定した熱強度（高温強度）を示す。

この図から、本発明の改良合金は試験温度全域でより高
い熱強度を有していることが分かる。

第４図は、第１ｂ図による試験で得られたサイクル数を
、印加負荷（荷重）との関係において示したものである
。改良合金は、全ての負荷で著しく高い使用寿命を示し
た。即ち、２　Ｎ７ｍｍ２の負荷では６倍、３　Ｎ／ｍ
ｍ３の負荷では約５倍、そして４　Ｎ／ｍｍ２の負荷で
は常に３．５倍の使用寿命の増加が得られた。

また、高温で長時間使用している間の材料の延性も、重
要な構造上の特徴である。フェライト系Ｐｅ−Ｃｒ−Ａ
Ｉ合金の延性の減少は、高温での強い粒子戊長と関係が
ある。第５ａ図において、９５０〜１０５０″Ｃで６．
５日間保存した後のプローブ１に関する粒径（粒度値）
をμｍで表してある（上の曲線１）。

さらに、９５０゜Ｃ．．１０５０’Ｃ及び１１５０゜Ｃ
で１３日間保存した後の改良合金の粒度を示す（下の破
ｖＡ２）。これらの曲線から明らかなように、保存時間
が二倍の改良合金は、比較合金よりもかなり微細な粒子
構造を有している。

したがって、第５ｂ図に示した曲げ回数（破損するまで
の１８０°の曲げ回数）は、９５０゜Ｃ、１０７５゜Ｃ
及び１ｌ７５゜Ｃの温度で１３日間又は６．５日間保存
したプローブに関して、比較合金よりも本発明の改良合
金では、微細な粒子構造により、かなり高いことは驚く
べきことではない。この比較では、改良合金が比較合金
よりもかなり高い延性を有していることを示している。

上記した元素は、単独又は２種以上組み合わせて、上記
した構成とは異なる構成で有用な用途に用いられること
が理解されるであろう。

以上、本発明を熱変形可能なフェライト系鋼合金の具体
例を挙げて説明してきたが、本発明の精神から逸脱する
ことなく種々の改良及び構造上の変更が可能であるので
、本発明は上記したものには限定されない。

さらに検討せずとも、上記の説明で本発明の要旨が充分
に明らかであるので、当業者は、本発明を、現在の知識
を適用することにより、従来技術の観点から本発明の総
括的又は具体的態様の必須の特徴を構或する構或要件を
省略することなく種々の用途に容易に適合させることが
できる。　新規で特許により保護されるべき事項は、特
許請求の範囲に記載の通りである。

〔発明の効果〕

上記で説明したように、本発明によれば、高コスト、酸
化条件下での挙動の悪化、均一な低温変形の困難性をは
じめとする従来技術の欠点が改善され、粒子成長が著し
く制限され、そして繰り返し酸化試験における使用寿命
が著しく改善された熱変形可能なフェライト．系綱合金
が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図及び第１ｂ図は、試験に用いた装置の概略図で
あり、第２図は使用寿命の実測値を示し、第３図は熱強
度の実測値を示し、第４図は引き下げ負荷を掛けた状態
での使用寿命の実測値を示し、そして第５ａ図及び第５
ｂ図は粒子或長又は曲げ回数に関する値を示す。１・・・加熱導体２、５・・・ホルダー３、７・・・電源４・・・加熱導体ワイヤー６・・・可変負荷！！ｌｗの浄書（内容に変更なし）第１ａ図第１ｂ図サイクノレ数第３図１ビヒｊ第４図Ｎ／ｍｍ２第５ａ図第５ｂ図９５０１０５０１１５０［０〔］手続補正書平底２年１０月ユユ日

Claims

【特許請求の範囲】１、クロム２０〜２５％、アルミニウム５〜８％、リン
０．０１％以下、マグネシウム０．０１％以下、マンガ
ン０．５％以下、イオウ０．００５％で残部が鉄であり
、不可避的不純物を含み、さらに、イットリウム０．０
３〜０．０８％、窒素０．００４〜０．００８、炭素０
．０２０〜０．０４０％、及び実質的に等しい割合でチ
タン０．０３５〜０．０７％とジルコニウム０．０３５
〜０．０７％とを含む熱変形可能なフェライト系鋼合金
であって、チタンとジルコニウムの含有百分率の合計が
炭素と窒素の含有百分率の合計の１．７５〜３．５倍で
あることを特徴とする熱変形可能なフェライト系鋼合金
。２、チタンとジルコニウムの混合比が０．６〜１．４で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の合
金。３、チタンとジルコニウムがハフニウム及び／又はタン
タル又はバナジウムで完全に置換されていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の合金。４、チタンとジルコニウムがハフニウム及び／又はタン
タル又はバナジウムで部分的に置換されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の合金。５、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ及びＶの元素のうちの少な
くとも２種が置換されていることを特徴とする特許請求
の範囲第３項に記載の合金。６、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ及びＶの元素のうちの少な
くとも２種が置換されていることを特徴とする特許請求
の範囲第４項に記載の合金。７、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ及びＶの元素のうちの少な
くとも２種が置換されていることを特徴とする特許請求
の範囲第３項に記載の合金。８、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ及びＶの元素のうちの少な
くとも２種が置換されていることを特徴とする特許請求
の範囲第４項に記載の合金。