JPH04202733A - Ｃｏ基合金部材の製造方法 - 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Ｃｏ基合金部材の製造方法に関し、更に詳しく
は、表面に反復する熱負荷が加わっても、その表面に亀
裂や皺なとの熱損傷を起こすことのないＣｏ基合金部材
を製造する方法に関する。

（従来の技術） Ｃを０．０５〜０．１５重量％含み、更にＳｉ、Ｍｎ。

Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、ＷまたはＭＯを必須成分として含み
、Ｃｏかバランス成分であるＣｏ基合金は、摩耗を伴う
高温酸化に耐える性質を備えているので、溶融ガラスや
溶融合金のような溶融物の成形用ロール、成形用の型な
との材料として使用されている。

ところで、ロール部材や型部材の場合、その表面状態は
略正確に溶融物の成形品の表面に転写されるので、表面
の鏡面性か要求される成形品を製造する際には、用いる
ロール部材や型部材の表面も鏡面状態になっていること
が必要になる。そのため、これらの部材は、最終の仕上
げ工程で例えば表面への調布研磨が行われる。

（発明が解決しようとする課題） 例えば、前記したＣｏ基合金のロール部材の場合、ロー
ル成形する前はその表面が鏡面状態になっていても、使
用している過程で、次第に当初の鏡面性が失われていく
。そして、比較的短期間のうちに、ロール部材の表面の
変形が進み、微細クラックや皺などが発生してくる。

このような熱損傷が起こると、それが溶融物の成形品の
表面に転写されるので、得られた成形品は不良品になっ
てしまう。

したがって、良好な成形品を得るためには、ロール部材
に上記熱損傷が発生する前の適宜な時期に、全体の製造
ラインを一旦停止して新規なロール部材と交換すること
が必要になる。

しかしながら、このような処置は生産性の低下を招くこ
とにな゛す、結果として製造コストの上昇をもたらす。

本発明は上記したような問題を解決し、反復する熱負荷
を受けても表面の熱損傷が起こりつらく、したかって、
仕上げ加工時における表面の鏡面状態が長期に亘って維
持されるＣｏ基合金部材の製造方法の提供を目的とする
。

（課題を解決するための手段・作用） 本発明者らは、上記問題を解決すべく、Ｃｏ基合金の金
属組織と熱損傷発生の関係について鋭意調査を重ねた結
果、その金属組織における結晶粒度の大小、析出する炭
化物の分布状態は熱損傷の発生を規定する重要な因子て
あり、これら因子か後述する状態にあるときには、熱損
傷か抑制されるとの事実を見出した。

本発明者らは、上記知見に基づいてその実現条件を探索
し、その結果として本発明方法を開発するに至った。

すなわち、本発明のＣｏ基合金部材の製造方法は、Ｃ：
　０．０３〜０．６０重量％、Ｓｉ：１．０重量％以下
、Ｍｎ：３．０重量％以下、Ｎｉ：２．０−４０．０重
量％、　　Ｃｒ：　１５．０〜２５．０重量％、Ｆｅ１
５．０重量％以下、Ｗまたは／およびＭｏ：５．０〜２
０．０重量％、残部Ｃｏを必須成分とするＣｏ基合金を
溶製してそのインゴットを製造する工程（以下、第１工
程という）：前記インゴットに１１６０〜１２２０℃の
温度で均熱化処理を施したのち、１１６０〜１２２０℃
の温度で鍛練比２以上の熱間加工を施す工程（以下、第
２工程という）；前記熱間加工品に１１６０〜１２２０
℃の温度で均熱化処理を施したのち、１０５０〜１１６
０℃の温度で鍛練比２以上の仕上げ加工を施す工程（以
下、第３工程という）：および、前記仕上げ加工品に１
０００〜１１６０℃で固溶化処理を施す工程（以下、第
４工程という）；を備えていることを特徴とする。

以上の第１〜第４の各工程を経ることによって、得られ
たＣｏ基合金部材の金属組織は以下のような特徴を備え
ることになる。

すなわち、まず、組織を構成する結晶粒（再結晶粒）の
粒度醤号はＪＩＳＧＯ５５１で規定する結晶粒度番号で
８以上であり、全体は整細粒組織になっている。

この結晶粒度番号が８未満の粗大粒から成る組織の場合
は、合金は全体として軟質になり、その金属組織も不均
質になっている。このような組織に熱負荷が反復して加
わると、上記粗大粒か選好的に塑性変形するので合金組
織全体の変形状態は不均一になる。その結果、この不均
一な変形に基つき、熱負荷を受けた表面には皺等の熱損
傷か起こりやすくなる。

また、本発明方法で得られたＣｏ基合金においては、上
記した再結晶粒の粒界に析出する炭化物は微細であり、
かつそれらが均一に分布している。

この析出炭化物は、合金の熱間強度を高めて熱損傷に対
する耐性の向上に資する。この熱間強度の向上効果は、
炭化物の粒径か微細であればあるほど顕著に発現するか
、炭化物の粒径は前記した結晶粒の粒径の大小とも関係
するので、本発明方法で製造した合金の場合は、概ね、
０．２５〜０．５μｍ程度の粒径になっている。

しかし、析出炭化物の個々の粒径が微細であっても、こ
れら炭化物が組織内に偏析していると、本発明の目的を
達成することができない。そのため、本発明においては
、上記炭化物を偏析させることなく、組織内に均一に分
布させている。

なお、ここでいう均一分布とは、以下のような炭化物の
分布状態をいうものとする。

まず合金組織を顕微鏡で観察して、析出している個々の
炭化物の面積を測定してそれらを積算する。そして、視
野内における単価面積（ｍｍ２）中で上記析出炭化物が
占有する面積率（％）を算出する。

この炭化物の面積占有率の算出を、合金組織においてラ
ンダムに選定した２０個所について行い、その測定最大
値（Ｓ％とする）と測定最小値（Ｓ％とする）を把握す
る。

そして、Ｓ−ｓを算出し、この値が５％の範囲内にある
場合をもって均一分布というのである。

好ましくは３％以下である。

このＳ−ｓが５％より大きい値の場合は、粗大な炭化物
が不均一に析出している状態であり、熱負荷を受けたと
きに、熱膨張の不均一などによって合金は変形を起こし
やすくなり、熱損傷の抑制に有効な組織とはいえないか
らである。

本発明のＣｏ基合金部材は、前記した第１〜第４の工程
を経て製造することができる。

これらの工程のうち、第１工程はＣｏ基合金のインゴッ
トを溶製する工程である。

このときの溶製の方法は格別限定されないが、例えば、
常用の真空誘導溶解（ＶＩＭ）、真空アーク溶解（ＶＡ
Ｍ）、エレクトロスラフ溶解（ＥＳＲ）などを適用でき
る。これらの溶解法のうち、ＥＳＲは、外系からの不純
物か混入しにくいこと、偏析の少ない鋳造組織を得るこ
とができること、経済性に優れることなとの点で好適で
ある。

ここで、合金成分のうち、ＣはＣｒ、Ｗ、Ｍ。

などと炭化物を形成し、合金の強度の向上および結晶粒
度の微細化に資する成分である。その含有量か０．０３
重量％未満の場合には上記効果をもたらす炭化物の形成
量か少なくなるという問題が生し、また０、６重量％よ
り多い場合は、炭化物の過大析出により熱間鍛造性か損
なわれるので、その含有量は０．０３〜０．６重量％と
する。

Ｓｉは脱酸および耐熱性の向上に資する成分であるが、
あまり多量゛に含まれていると合金の偏析を助長して熱
間成形性（鍛造性）か悪くなるので、その含有量の上限
値は１．０重量％とする。

Ｍｎは脱酸に資する成分であるが、その含有量が３．０
重量％を超えると、耐熱性および耐酸化性が悪くなるの
で、上限値は３．０重量％にする。

また、Ｎｉは合金基地のオーステナイト相の安定化に資
する成分であるが、Ｃｏ基地との関連においてその含有
量が２．０重量％未満の場合は、上記効果が少なく、ま
た４０．０重量％を超えるとＣ。

の合金基地が不安定になるので、その含有量は２．０〜
４００重量％にする。

Ｃｒは高温耐酸化性の向上に資する成分であるが、その
含有量が１５．０重量％未満の場合は、耐酸化性、耐熱
性が低下し、また２５．０重量％を超えると、Ｎｉま°
たはＣｏとの量的バランスの点より、組織が不安定とな
って熱間成形性が低下するので、その含有量は１５．０
〜２５．０重量％にする。

更に、Ｆｅは基地の強靭性の向上に寄与する成分である
が、あまり多く含有されていると耐熱性が低下するので
、その含有量の上限値は１５．０重量％とする。

Ｗまたは／およびＭｏは、合金基地に固溶し、かつ炭化
物を形成して耐熱性と高温強度の向上に寄与する成分て
あり、それぞれ単独で含まれていても、また−緒に含ま
れていてもよい。これらの成分の含有量が５．０重量％
未満の場合は上記効果が少なく、また２０．０重量％を
超えると、Ｃｒの場合と同様に、組織か不安定となって
熱間成形性が損なわれ、またＷ、Ｍｏか高価であるため
製品のコストアップを引き起こすようになるので、単独
でにしろ、−緒にしろ、全体の含有量は５０〜２０、０
重量％にする。

本発明で溶製するＣｏ基合金は、上記した成分を必須と
するか、更にＡｆまたは／およびＴｊ−０、］　〜５重
量％、ＮｂとＴａが合量で０．０５〜１．０重量％、Ｂ
またはＣａ　：　０．００　］　〜０．０１重量％。

Ｙまたは希土類元素（ＲＥＭ）：　０．００５〜０．１
重量％、Ｈｆ　：０．０１〜５．０重量％、Ｚｒ：０．
０１〜０．５重量％が含有されていてもよい。

第２工程は、第１工程で得られたインゴ・ソトに均熱化
処理を施したのち、熱間加工を施して内部エネルギーを
高める工程である。

この第２工程のうち、均熱化処理は、これに続けて行う
熱間加工時におけるインゴットの加工性を高めるためで
あると同時に、炭化物を組織内に固溶させることにより
組織を均質化するために行われる。

したがって、この処理は炭化物の固溶温度（約１１４０
６Ｃ）以上で行われる。具体的には、１１６０〜１２２
０℃の温度域で行われる。この温度が１１６０℃より低
い場合は、鋳造組織に析出している炭化物の固溶が充分
に進まないため、組織の均質化の点で不都合であり、ま
た１２２０℃より高い温度になると、偏析部の一部が局
部溶融するというような問題が生じはしめるからである
。

均熱化処理の時間は、インゴットのサイズや処理温度な
どによって変わらざるを得ないが、要はインゴットの中
心部まで均熱される時間であればよく、概ね、１０時間
以上であれば充分である。

この均熱化処理のあとに行う熱間加工は、鋳造組織の破
壊を目的とするよりはむしろ、インゴット内部に加エエ
ネルキーを蓄積させ、後述する第３工程における均熱化
処理時に、いまだ残存している炭化物の固溶拡散を促進
して組織の一層の均質化を実現するために行われる。

このため、加工温度は、均質化処理の場合と同じ様に、
１１６０〜１２２０℃に設定される。

１１６０℃より低い温度では、固溶拡散させるへき炭化
物の析出が起こりはしめてしまい、また１２２０℃より
高い温度にすると熱エネルギー的に無駄となるからであ
る。

また、この熱間加工時の鍛練比は２以上であれば充分で
ある。

第３工程は、第２工程で内部エネルギーか蓄積されてい
る加工品に、再び均熱化処理を施したのち、熱間で仕上
げ加工を施す工程である。

この工程における均熱化処理は、上記したように、第２
工程の終了後においても組織内に残存している炭化物を
略完全に固溶拡散させて、組織の更なる均質化を実現す
るために行われれる。

したがって、その処理条件は、第２工程における均熱化
処理の場合と同しように、温度１１６０〜１２２０℃１
時間ｌＯ時間以上の条件が採用される。

この均熱化処理に続けて行う仕上げ加工は、結晶粒を微
細化して再結晶粒を結晶粒度番号で８以上の整細粒にし
、あわせてその粒界に析出する炭化物の偏析を防ぐため
に行われる。

このときの加工温度は１０５０〜１１６０℃の範囲に設
定される。温度力月０５０℃より低い場合は、素材の変
形抵抗が大きくなって加工が著しく困難となり、また、
１１６０℃より高い温度で加工を行うと、加工によって
微細化された粒が再び粒成長して粗大になっていくから
である。

なお、結晶粒度を前記したような粒度番号が８以上の整
細粒にするためには、鍛練比が２以上で仕上げ加工を行
えばよい。

この仕上げ加工は次のような高速鍛造機を用いて行うと
、均質な組織の合金部材を高い生産性の下で製造できる
ので好適である。

すなわち、この高速鍛造機においては、鍛造機本体の前
後に加工機を交互に把持するマニピュレータ装置か備え
られていて、加熱された加工材はいずれかのマニピュレ
ータ装置で把持され、片持ち状態で鍛造される。鍛造機
本体には、加工材の外周均等位置に複数個の金敷か配設
されていて、この金敷が送り込まれてきた加工材の軸方
向に対して直角方向に同時に移動して加工材を圧下する
。

そして、金敷の１回の圧下ごとに、マニピュレータ装置
は鍛造機本体側に前進して加工材を所定距離だけ軸方向
に移動させ、同時に所定の角度だけ軸回転させたのち、
再び金敷による圧下か繰り返される。

この鍛造機によれば、加工材は周囲から均等に圧下され
るので、加工組織はその均質性が増すようになる。

第４工程は、第３工程で得られた加工品を加熱して、析
出している炭化物を組織内に固溶して、前記した微細炭
化物の均一分布状態を実現する工程である。

このときの温度は１０００〜１１６０℃の範囲内に設定
される。温度が１０００℃より低い場合は、炭化物の析
出が不均一の状態で残留するような問題が生じて微細な
炭化物の均一分布状態は前記した５％以下にならず、ま
た１１６０℃より高い温度の場合は、結晶粒度が８以下
に成長して粗大化するからである。

なお、固溶化処理の時間は、前記した微細炭化物が均一
に分布するためには、３０分以上とする。

（発明の実施例） 実施例１．　２、比較例１〜３ 第１表に示した組成のＣｏ基合金のインゴットをＥＳＲ
で調製した。

（以下余白） 上記した各インゴットに対し、第２表で示したような条
件下で均熱化処理→分塊鍛造→均熱化処理−仕上げ鍛造
−固溶化処理を順次行った。

得られた各材料につき、その結晶粒度番号、炭化物の平
均粒径、炭化物の分布状態を測定し、その結果を一括し
て第２表に示した。

なお、実施例１．比較例１．比較例３の材料につき、そ
の金属組織の顕微鏡写真（倍率１００）をそれぞれ、第
１図、第２図、第３図として示した。

また、上記した各材料を切削加工して、外径１３０ｍｍ
、内径５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの中空ロールを製作
し、その外周面をＪＩＳ　　ＢＯ６０１で規定するＲａ
値で０，０３〜０．０５μｍの鏡面に仕上げた。

この中空ロールの内径部を水冷した状態にし、Ａｒガス
中において、８００℃で３０分間加熱−室温で３０分間
放置（冷却）−再び８００℃で３０分間加熱を１サイク
ルとする熱処理を５０回反復したのち、その外周面の鏡
面状態の変化を肉眼で観察した。

その結果を、鏡面状態の変化なし　○、多少表面に凹凸
（皺）が発生、△１表面は著しく凹凸になった　Ｘとし
て第２表に示した。

（以下余白） （発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明方法によれば、表
面に反復する熱負荷を受けても熱損傷を起こすことのな
いＣｏ基合金部材を製造することができる。したがって
、この方法で製造された部材は、溶融物の熱ロールのよ
うに、過酷な熱負荷を受ける部材として有用である。

【図面の簡単な説明】 第１図は実施例１によるＣｏ基合金部材の金属組織を示
す顕微鏡写真、第２図は比較例１によるＣｏ基合金部材
の金属組織を示す顕微鏡写真、第３図は比較例３による
Ｃｏ基合金部材の金属組織を示す顕微鏡写真である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｃ：０．０３〜０．６０重量％、Ｓｉ：１．０重量％以
   下、Ｍｎ：３．０重量％以下、Ｎｉ：２．０〜４０．０
   重量％、Ｃｒ：１５．０〜２５．０重量％、Ｆｅ：１５
   ．０重量％以下、Ｗまたは／およびＭｏ：５．０〜２０
   ．０重量％、残部：Ｃｏを必須成分とするＣｏ基合金を
   溶製してそのインゴットを製造する工程；前記インゴッ
   トに１１６０〜１２２０℃の温度で均熱化処理を施した
   のち、１１６０〜１２２０℃の温度で鍛練比２以上の熱
   間加工を施す工程；前記熱間加工品に１１６０〜１２２
   ０℃の温度で均熱化処理を施したのち、１０５０〜１１
   ６０℃の温度で鍛練比２以上の仕上げ加工を施す工程；
   および、 前記仕上げ加工品に１０００〜１１６０℃で固溶化処理
   を施す工程；を備えていることを特徴とするＣｏ基合金
   部材の製造方法。