JPH0394042A - 高温耐酸化・耐圧縮性材料 - Google Patents
高温耐酸化・耐圧縮性材料Info
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- JPH0394042A JPH0394042A JP22903489A JP22903489A JPH0394042A JP H0394042 A JPH0394042 A JP H0394042A JP 22903489 A JP22903489 A JP 22903489A JP 22903489 A JP22903489 A JP 22903489A JP H0394042 A JPH0394042 A JP H0394042A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［ｆｉ業上の利用分野］
本発明は高温耐酸化・耐圧縮性材料に関し、詳細には例
えば加熱炉用の支持部材として１２００℃を超える様な
高温雰囲気下においても使用できる高温耐酸化・耐圧縮
性材料に関するものである。
えば加熱炉用の支持部材として１２００℃を超える様な
高温雰囲気下においても使用できる高温耐酸化・耐圧縮
性材料に関するものである。
［従来の技術］
一般にスキッドボタン等の加熱炉内の鋼片支持部材には
、Ｃｒ−Ｎｉ系耐熱鋼が使用されている。このＣｒ−Ｎ
ｉ系耐熱鋼はある限度まではＣｒおよびＮｉの含有量が
多くなるに従って耐熱性が増大するという特質を有して
おり、例えば１８Ｃｒ−８Ｎｉ鋼の使用限界温度は８０
０℃であるが、２０Ｃｒ−４０Ｎｉ鋳鋼になると１１５
０℃まで使用可能となる。しかし加熱炉内温度が１２０
０℃にもなると、上記のような高Ｃｒ−Ｎｉ化したもの
も、圧縮強度不足の為に熱負荷による損傷を受け、該支
持部材にへたり現象が見られる。そこで高Ｃｒ−Ｎｉ鋼
に代る高温耐圧縮性材料を該支持部材に適用することも
検討されたが、従来の高温耐圧縮性材料は耐酸化性につ
いての考慮が十分払われていない為に、表面酸化が激し
くおこり長時間の使用に耐えられなかった。一方耐酸化
性・耐圧縮性の両面に優れたＳｉＣやＳｉ３Ｎ，＋等の
ケイ化物系セラミックスを用いる方法も検討されている
。これらのケイ化物系セラくツク又は１１００℃を超え
る高温雰囲気下で鋼片と接触すると該鋼片表面に形成さ
れているスケールと反応して変質および酸化し著しく消
耗する為に、その使用温度は１１００℃が限界である。
、Ｃｒ−Ｎｉ系耐熱鋼が使用されている。このＣｒ−Ｎ
ｉ系耐熱鋼はある限度まではＣｒおよびＮｉの含有量が
多くなるに従って耐熱性が増大するという特質を有して
おり、例えば１８Ｃｒ−８Ｎｉ鋼の使用限界温度は８０
０℃であるが、２０Ｃｒ−４０Ｎｉ鋳鋼になると１１５
０℃まで使用可能となる。しかし加熱炉内温度が１２０
０℃にもなると、上記のような高Ｃｒ−Ｎｉ化したもの
も、圧縮強度不足の為に熱負荷による損傷を受け、該支
持部材にへたり現象が見られる。そこで高Ｃｒ−Ｎｉ鋼
に代る高温耐圧縮性材料を該支持部材に適用することも
検討されたが、従来の高温耐圧縮性材料は耐酸化性につ
いての考慮が十分払われていない為に、表面酸化が激し
くおこり長時間の使用に耐えられなかった。一方耐酸化
性・耐圧縮性の両面に優れたＳｉＣやＳｉ３Ｎ，＋等の
ケイ化物系セラミックスを用いる方法も検討されている
。これらのケイ化物系セラくツク又は１１００℃を超え
る高温雰囲気下で鋼片と接触すると該鋼片表面に形成さ
れているスケールと反応して変質および酸化し著しく消
耗する為に、その使用温度は１１００℃が限界である。
従って現状では支持部材として前記２０Ｃｒ４０Ｎｉ鋳
鋼で代表される程度の高温耐酸化性耐熱鋼を用いると共
に、熱負荷による損傷を軽減する目的で該支持部材の内
部を空冷もしくは水玲している。そのため被加熱物であ
る鋼片と上記支持部材との接触面では鋼片か充分に加熱
されず、該接触面にはスキッドマークと呼ばれる熱ＩＡ
埋むらが発生し鋼片の熱間加工時に不具合を生じる原因
の１つとなっている。
鋼で代表される程度の高温耐酸化性耐熱鋼を用いると共
に、熱負荷による損傷を軽減する目的で該支持部材の内
部を空冷もしくは水玲している。そのため被加熱物であ
る鋼片と上記支持部材との接触面では鋼片か充分に加熱
されず、該接触面にはスキッドマークと呼ばれる熱ＩＡ
埋むらが発生し鋼片の熱間加工時に不具合を生じる原因
の１つとなっている。
［発明が解決しようとする課題］
本発明はこのような状況を鑑みてなされたものであって
、高温耐酸化性と高温耐圧縮性とを同時に兼ね備えると
共にケイ化物系セラミックスの場合において指摘しｋ様
な耐スケール性に関して不具合を生じない様な耐熱材料
を提供しようとするものである。
、高温耐酸化性と高温耐圧縮性とを同時に兼ね備えると
共にケイ化物系セラミックスの場合において指摘しｋ様
な耐スケール性に関して不具合を生じない様な耐熱材料
を提供しようとするものである。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成した本発明とは、Ｃ：２〜７．５％Ｉ
Ｃｒ：２５〜６５％，Ｎｉ：５ 〜２０％Ｃｏ：５〜２
０％，Ｍｏ、Ｗ，Ｎｂから選ばれる１種以上の元素：０
．５〜６％、Ｙ２Ｏ３および／またはＬａ２ ０３
：０．５〜３％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純
物からなる点に要旨が存在するものである。
Ｃｒ：２５〜６５％，Ｎｉ：５ 〜２０％Ｃｏ：５〜２
０％，Ｍｏ、Ｗ，Ｎｂから選ばれる１種以上の元素：０
．５〜６％、Ｙ２Ｏ３および／またはＬａ２ ０３
：０．５〜３％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純
物からなる点に要旨が存在するものである。
［作用］
加熱炉内の１２００℃以上にも及ぶ高温雰囲気下て使用
される鋼片支持部材としては、耐酸化性，耐スケール性
および高温圧縮強度のすべての特性に優れた材料である
ことが要求される。本発明者らは耐熱合金について種々
検討を重ねた結果、金属単体では上記特性を同時に満足
することは困難であると判断した。そこで高温圧縮強度
の高いセラミックスの中でも特に耐酸化性および耐スケ
ール性を有するクロム炭化物に着目し鋭意研究を進める
中で、前記耐熱合金と上記クロム炭化物を複合化しさら
にＹ２０．１．３よび／またはＬａ２０３を分散させる
ことにより耐酸化性、耐スケール性及び高温圧縮強度の
いずれの条件も兼備した材料を開発するに至った。
される鋼片支持部材としては、耐酸化性，耐スケール性
および高温圧縮強度のすべての特性に優れた材料である
ことが要求される。本発明者らは耐熱合金について種々
検討を重ねた結果、金属単体では上記特性を同時に満足
することは困難であると判断した。そこで高温圧縮強度
の高いセラミックスの中でも特に耐酸化性および耐スケ
ール性を有するクロム炭化物に着目し鋭意研究を進める
中で、前記耐熱合金と上記クロム炭化物を複合化しさら
にＹ２０．１．３よび／またはＬａ２０３を分散させる
ことにより耐酸化性、耐スケール性及び高温圧縮強度の
いずれの条件も兼備した材料を開発するに至った。
尚木発明はクロム炭化物の種類を限定するものでなく、
クロムリッヂな複合炭化物であれば適用できるが、好ま
し（Ｃｒ，Ｃ３およびＣｒ３Ｃ２等のクロム炭化物が望
まれる。
クロムリッヂな複合炭化物であれば適用できるが、好ま
し（Ｃｒ，Ｃ３およびＣｒ３Ｃ２等のクロム炭化物が望
まれる。
木発明は金属マトリックス中にクロム炭化物とＹ２０３
および／またはＬａ２０３が分散されていることを要件
とするものであって、これらを分散させる方法自体につ
いては限定されない。但し代表的には以下に示す粉末法
と溶製法が挙げられる。
および／またはＬａ２０３が分散されていることを要件
とするものであって、これらを分散させる方法自体につ
いては限定されない。但し代表的には以下に示す粉末法
と溶製法が挙げられる。
まず粉末法によって本発明材料を製作する場合の代表的
な方法を述べるとＷ，ＭｏおよびＮｂのうちいずれか１
種以上を含むＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｃ系合金粉末に
、クロム炭化物粉末とＹ２０３および／またはＬａ２
０３の粉末とを加えメカニカルアロイング等の方法で混
合し、この混合粉末をホットプレス法もしくは熱間静水
圧ブレス法（ＨＩＰ）等によって固化成形する。上記粉
末法によれば、クロム炭化物とＹ２０３および／または
Ｌａ２０３が本発明材料中に均一に分散されるので、耐
酸化性が安定化する。
な方法を述べるとＷ，ＭｏおよびＮｂのうちいずれか１
種以上を含むＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｃ系合金粉末に
、クロム炭化物粉末とＹ２０３および／またはＬａ２
０３の粉末とを加えメカニカルアロイング等の方法で混
合し、この混合粉末をホットプレス法もしくは熱間静水
圧ブレス法（ＨＩＰ）等によって固化成形する。上記粉
末法によれば、クロム炭化物とＹ２０３および／または
Ｌａ２０３が本発明材料中に均一に分散されるので、耐
酸化性が安定化する。
一方溶製法によって木発明材料を製作する場合には、例
えば以下の方法がある。まず純Ｆｅ粉末とＹ２０３およ
び／またはＬａ２ ０３の粉末を混合して焼結し、複合
焼結材を製作する。次にＭｏ％Ｗ％Ｎｂから選ばれる１
種以上の元素とＣ，Ｃｒ，ＣｏおよびＮｉの成分調整を
行なった溶渇中に該複合焼結材を投入して攪拌した後、
鋳造する方法である。この溶製法において凝固する際に
析出する炭化物は、Ｍ．Ｃ，Ｍ，Ｃ．およびＭ２３Ｃ６
（ＭはＣｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，ＭｏＷおよびＮｂ
）等の複合炭化物であるが、Ｃｒ以外の元素は主として
マトリックス中に固溶する為に該複合炭化物はいずれも
Ｃｒリッチな炭化物となるので耐酸化性および耐スケー
ル性が損なわれることはない。
えば以下の方法がある。まず純Ｆｅ粉末とＹ２０３およ
び／またはＬａ２ ０３の粉末を混合して焼結し、複合
焼結材を製作する。次にＭｏ％Ｗ％Ｎｂから選ばれる１
種以上の元素とＣ，Ｃｒ，ＣｏおよびＮｉの成分調整を
行なった溶渇中に該複合焼結材を投入して攪拌した後、
鋳造する方法である。この溶製法において凝固する際に
析出する炭化物は、Ｍ．Ｃ，Ｍ，Ｃ．およびＭ２３Ｃ６
（ＭはＣｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，ＭｏＷおよびＮｂ
）等の複合炭化物であるが、Ｃｒ以外の元素は主として
マトリックス中に固溶する為に該複合炭化物はいずれも
Ｃｒリッチな炭化物となるので耐酸化性および耐スケー
ル性が損なわれることはない。
本発明材料の成分限定理由を以下に示す。
０ ２〜７ ５ ％
ＣはＣｒと共にクロム炭化物を形成することによって高
温圧縮強度を向上させる成分であり、Ｃ量が２％未満で
はクロム炭化物の分散量が少なくなり高温圧縮強度が低
下する。逆に７．５％を超えると靭性が低下すると同時
に加工性も悪化する。
温圧縮強度を向上させる成分であり、Ｃ量が２％未満で
はクロム炭化物の分散量が少なくなり高温圧縮強度が低
下する。逆に７．５％を超えると靭性が低下すると同時
に加工性も悪化する。
Ｃ ｒ ： ２ ５〜６ ５％
Ｃｒは本発明材料の耐酸化性を向上させると共にクロム
炭化物を形成して高温圧縮強度を高める息に必要な成分
であって、この量が２５％未満になると耐酸化性が著し
く低下し、クロム炭化物の分散量が少ないために高温圧
縮強度も低下する。
炭化物を形成して高温圧縮強度を高める息に必要な成分
であって、この量が２５％未満になると耐酸化性が著し
く低下し、クロム炭化物の分散量が少ないために高温圧
縮強度も低下する。
方６５％を超えるとクロム炭化物の分散量が多くなり過
ぎ、靭性が低下すると同時に加工性も悪くなる。
ぎ、靭性が低下すると同時に加工性も悪くなる。
Ｃｏ：５〜２０％
ＣＯは金属マトリックス中に固溶して高温強度を向上さ
せると同時に高温耐酸化性を向上させる成分であり、こ
の量が５％未満では耐酸化性および高温強度が低下する
。但し２０％を超えると、上記の効果がほぼ飽和すると
同時に、これ以上の添加は他の元素の含有量を制限する
こととなるので上限は２０％とした。
せると同時に高温耐酸化性を向上させる成分であり、こ
の量が５％未満では耐酸化性および高温強度が低下する
。但し２０％を超えると、上記の効果がほぼ飽和すると
同時に、これ以上の添加は他の元素の含有量を制限する
こととなるので上限は２０％とした。
Ｎｉ：５〜２０％
Ｎｉは靭性の向上に有効な成分であり、５％未満である
と靭性の改善効果は少なく、一方２０％を超えると硬さ
が低下する。
と靭性の改善効果は少なく、一方２０％を超えると硬さ
が低下する。
Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ ：０．５〜６％
Ｍｏ，ＷおよびＮｂは本発明材料において高温クリープ
強さを向上させ耐酸化姓な改善するのに重要な成分であ
り、これら元素の含有量が０．５％未満になるとクリー
プ強さおよび耐酸化性は著しく低下する。一方６％を超
えると靭性が低下すると同時に加工性が極端に悪くなる
。
強さを向上させ耐酸化姓な改善するのに重要な成分であ
り、これら元素の含有量が０．５％未満になるとクリー
プ強さおよび耐酸化性は著しく低下する。一方６％を超
えると靭性が低下すると同時に加工性が極端に悪くなる
。
Ｙ２０３， Ｌａ２０３ ： ０．５ 〜３％希土類
元素酸化物であるＹ２０３およびＬａ．Ｏ．は高温での
耐酸化性とクリープ強度を改善するのに有効な成分であ
り、この量が０．５％未満では耐酸化性の改善効果は見
られず、一方３％を超えると逆に耐酸化性が低下する。
元素酸化物であるＹ２０３およびＬａ．Ｏ．は高温での
耐酸化性とクリープ強度を改善するのに有効な成分であ
り、この量が０．５％未満では耐酸化性の改善効果は見
られず、一方３％を超えると逆に耐酸化性が低下する。
尚本発明は、Ｙ２０３および／またはＬａ．Ｏ．の粒径
について特に限定ずるものではないが、粒径が極端に大
きくなると分散に偏りが生じるので好ましくは１０μｍ
以下が望まれる。
について特に限定ずるものではないが、粒径が極端に大
きくなると分散に偏りが生じるので好ましくは１０μｍ
以下が望まれる。
［実施例］
第１表に示す成分からなる■〜■の合金をガスアトマイ
ズし、分級して６０メッシュアンダーの粉末を得た。該
粉末と平均粒径１０μｍ以下のＣｒ３Ｃ２粉末および同
じく平均粒径１０μｍ以下のＹ２０３粉末および／また
はＬａ２０ｉ粉末を高エネルギー粉砕機でメカニカルア
ロイングし混合粉末を得た。上記混合粉末中の各元素お
よび化合物の威分比は第２表に示す。この混合粉末を内
径４０φＸ１６０”の軟鋼製カプセルに充填し、脱ガス
処理を行なった後密封した。このカプセルを１１５０℃
ｘ １０００ｋｇｆ／ａｍ２ｘ ３ ｈｒの条件でＨＩ
Ｐ処理により固化成形した後、 ６．５φ×１０１の酸
化特性試験用試験片，８φ×１２２の圧縮試験用試験片
および硬さ試験用試験片を機械加工し得た。
ズし、分級して６０メッシュアンダーの粉末を得た。該
粉末と平均粒径１０μｍ以下のＣｒ３Ｃ２粉末および同
じく平均粒径１０μｍ以下のＹ２０３粉末および／また
はＬａ２０ｉ粉末を高エネルギー粉砕機でメカニカルア
ロイングし混合粉末を得た。上記混合粉末中の各元素お
よび化合物の威分比は第２表に示す。この混合粉末を内
径４０φＸ１６０”の軟鋼製カプセルに充填し、脱ガス
処理を行なった後密封した。このカプセルを１１５０℃
ｘ １０００ｋｇｆ／ａｍ２ｘ ３ ｈｒの条件でＨＩ
Ｐ処理により固化成形した後、 ６．５φ×１０１の酸
化特性試験用試験片，８φ×１２２の圧縮試験用試験片
および硬さ試験用試験片を機械加工し得た。
試験条件は以下の通りである。
酸化特性試験： １１５０℃の大気雰囲気炉中に２０時
間試験片を入れて熱ｆｉ理した。熱処理の前後における
重量を測定し酸化増量を求めた。
間試験片を入れて熱ｆｉ理した。熱処理の前後における
重量を測定し酸化増量を求めた。
圧縮試験： １２００℃において試験片を低ひずみ速度
（ε＝１０％／ｈｒ）で圧縮し、その耐力を測定した。
（ε＝１０％／ｈｒ）で圧縮し、その耐力を測定した。
硬さ試験；室温でビツカース硬さを測定した。
試験結果は第３表に示す。
！ＡＳ
１
表
第
３
表
Ｎｏ． １ 〜Ｎｏ． ６が本発明材であり、Ｎｏ．
７ 〜Ｎｏ１３は比較材、Ｎｏ．１４は従来材である
。
７ 〜Ｎｏ１３は比較材、Ｎｏ．１４は従来材である
。
比較材であるＮｏ． ７はＣｒおよびＣの含有量が本発
明材より少なく、このｋめ耐酸化性が悪く圧縮耐力も低
くなっている。Ｎｏ． ８はＣｒおよびＣの含有量が本
発明材より多く、耐酸化性は良好であるが硬度が高すぎ
る。Ｎｏ． ９はＹ２０．および／またはＬａ２Ｑ．を
含有していないｋめ、耐酸化性に乏しい。Ｎｏ．１０は
Ｙ２０３の含有量が本発明材より多く、このため耐酸化
性が悪い。Ｎｏ．１１．１２はＭｏ，ＷおよびＮｂを含
有していないために室温での硬さは本発明材と同程良で
あるが高温での圧縮耐力は極端に小さくなっている。Ｎ
ｏ．１３はＣの含有量が本発明材よりも少ないため、圧
縮耐力が低く耐酸化性も不十分である。
明材より少なく、このｋめ耐酸化性が悪く圧縮耐力も低
くなっている。Ｎｏ． ８はＣｒおよびＣの含有量が本
発明材より多く、耐酸化性は良好であるが硬度が高すぎ
る。Ｎｏ． ９はＹ２０．および／またはＬａ２Ｑ．を
含有していないｋめ、耐酸化性に乏しい。Ｎｏ．１０は
Ｙ２０３の含有量が本発明材より多く、このため耐酸化
性が悪い。Ｎｏ．１１．１２はＭｏ，ＷおよびＮｂを含
有していないために室温での硬さは本発明材と同程良で
あるが高温での圧縮耐力は極端に小さくなっている。Ｎ
ｏ．１３はＣの含有量が本発明材よりも少ないため、圧
縮耐力が低く耐酸化性も不十分である。
第１図は本発明材Ｎｏ． ３の顕微鏡写真を示す。
同図において黒く見えるところがクロム炭化物であり均
一な分散していることがわかる。
一な分散していることがわかる。
［発明の効果コ
木発明は以上のように構成されているので、加１
４
１５
熱炉内で使用されるスキッドボタンやハースロールなど
の支持部材の素材として１２００℃以上の高温条件下で
も使用可能な優れた高温耐酸化性及び耐圧縮性を示す耐
熱材料を提供することができる。
の支持部材の素材として１２００℃以上の高温条件下で
も使用可能な優れた高温耐酸化性及び耐圧縮性を示す耐
熱材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明合金の図面代用顕微鏡写真（ｘ４００）
である。 第１ 図
である。 第１ 図
Claims (2)
- （１）Ｃ：２〜７．５％（重量％の意味、以下同じ）、
Ｃｒ：２５〜６５％、Ｎｉ：５〜２０％、Ｃｏ：５〜２
０％、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂから選ばれる１種以上の元素：０
．５〜６％、Ｙ＿２Ｏ＿３および／またはＬａ＿２Ｏ＿
３：０．５〜３％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不
純物からなることを特徴とする高温耐酸化・耐圧縮性材
料。 - （２）Ｃｒ炭化物が分散していることを特徴とする上記
請求項（１）に記載の高温耐酸化・耐圧縮性材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22903489A JPH0394042A (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 高温耐酸化・耐圧縮性材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22903489A JPH0394042A (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 高温耐酸化・耐圧縮性材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0394042A true JPH0394042A (ja) | 1991-04-18 |
Family
ID=16885708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22903489A Pending JPH0394042A (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 高温耐酸化・耐圧縮性材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0394042A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022115041A (ja) * | 2021-01-27 | 2022-08-08 | 國立清華大學 | 高硬度耐熱合金及びその使用 |
-
1989
- 1989-09-04 JP JP22903489A patent/JPH0394042A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022115041A (ja) * | 2021-01-27 | 2022-08-08 | 國立清華大學 | 高硬度耐熱合金及びその使用 |
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