JPH05271840A

JPH05271840A - 超高温耐熱部材用Ｃｒ基合金

Info

Publication number: JPH05271840A
Application number: JP10208792A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Uchida; 博幸内田; Kiyoyuki Ijima; 清幸井嶋
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1993-10-19

Abstract

(57)【要約】【目的】高温強度，耐酸化性の両方の特性を向上で
き、かつ鋳造性に優れた超高温耐熱部材用Ｃｒ基合金を
提供する。【構成】以下の組成のＣｒ基合金。Ｃｒを85％以上含
有し、Ｓｉ２％以下の混在を許容し、残部が実質的にＮ
ｉ，Ｃｏのうち１つもしくは両者を含有し、かつ結晶粒
度を150 〜400 μm の範囲内とする。また、Ｃｒを90％
以上含有し、Ａｌを10％以下含有し、かつ結晶粒度を15
0 〜400 μm の範囲内とする。さらに、Ｃｒを85％以上
含有し、Ｓｉを２％未満，Ａｌを10％未満含有し、残部
が実質的にＮｉ＋Ｃｏ15％未満とし、かつ結晶粒度が15
0 〜400 μm の範囲内とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、1200℃以上の高温雰囲
気下で使用される耐熱部材、例えば加熱炉用支持部材,
センサー用保護管, あるいは耐火レンガの代替材等に使
用されるＣｒ基合金に関し、特に高温強度，耐酸化性の
両方の特性を確保しながら、鋳造性に優れたＣｒ基合金
に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼材等金属材料を例えば、熱間圧延や鍛
造等により加工する場合、予め加熱炉による加熱処理が
行われる。この加熱処理に際し、加熱炉内での金属材料
の搬送を損傷を生じることなく円滑に行うために、加熱
炉内の炉床には処理材を支持するスキッドボタンが配設
されている。このスキッドボタンには、高温下における
処理材の荷重に対する高温強度，及び耐酸化性が要求さ
れることから、従来、Ｃｏ，Ｎｉ系の耐熱鋼が一般的に
使用されている。また圧延効率や鋼板の品質の向上を図
るために、近年においては加熱処理温度がますます上昇
する傾向にある。このような処理温度の高温化に対し
て、上記従来のＣｏ，Ｎｉ系耐熱鋼では高温での耐酸化
性，及び高温強度の点で不充分であり、これに代わる超
耐熱鋼の出現が期待されている。このＣｏ系耐熱鋼に代
わるものとして、セラミックスの使用が検討されてい
る。しかし、このセラミックスは靱性に劣ることから熱
ショックで破損し易く、しかも高価であることから実用
化は困難である。このような高温下での使用に対応でき
るものとして、従来、特開平３−162545号公報にはＣｒ
−Ｆｅ系合金が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の公報によるＣｒ−Ｆｅ合金では、耐酸化性，高温強
度の両方の特性を満足することは困難であり、しかも粉
末をベースとしていることから、鋳造合金の組成として
は問題がある。

【０００４】本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされ
たもので、高温強度，耐酸化性の両方の特性を満足で
き、かつ鋳造性に優れた超高温耐熱部材用Ｃｒ基合金を
提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本件発明者らは、鋳造合
金の場合、高温強度，耐酸化性とともに、鋳造性が非常
に重要な課題となることから、従来公報のＣｒ−Ｘの２
元素合金について鋭意検討を行ったところ、引け巣は液
相−固相範囲が広いほど表れなくなること、また鋳造割
れは結晶粒の粗大化，つまり柱状晶の発達と関係してい
ることが判明した。このような観点によると上記従来の
Ｃｒ−Ｆｅ合金は、液相−固相範囲が存在することか
ら、純Ｃｒよりも引け巣の発生傾向は軽減されるが、Ｆ
ｅ量を増やすにつれて柱状晶が発達し易く、鋳造割れが
生じ易くなっている。一方、Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌは、Ｆｅ
に比べて液相−固相範囲が広いことから引け巣の発生は
軽微であり、しかも柱状晶の発達がほとんどなく、鋳造
性を改善するうえで非常に有効であることが判明した。

【０００６】また、高温強度についても検討したとこ
ろ、高温強度は純Ｃｒが最も優れており、これに合金元
素を添加すると何れの場合も高温強度が低下する。上記
公報に記載されているようなＣｒ−Ｆｅ−Ｘの３元素合
金は、２元素合金よりも高温強度が下がる傾向にあり好
ましくない。この理由は、融点が下がることと、結晶粒
の微細化が生じることに関係している。このことから高
温強度に関しては、むしろ純Ｃｒに近い方が望ましい。
上記Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌの添加は、少量添加で鋳造性が改
善でき、従って高温強度の点からも従来のＣｒ−Ｆｅ合
金に比べて非常に有利である。

【０００７】さらに、耐酸化性については、従来公報で
はＦｅ量を少なくする方が良いと述べている。しかし本
件発明者らが検討したところ、これに反して純Ｃｒが耐
酸化性を最も悪くしていることが判明した。またこの純
ＣｒにＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌを添加すると、この量を
増すほど耐酸化性は良好であった。この場合、その効果
は15％までが著しく、これ以上では効果が小さい。

【０００８】さらにまた、鋳造合金の場合、結晶粒が大
きくなるとそれだけ脆くなることから、取り扱い時のハ
ンドリング性が悪化する。このハンドリング性を考える
と結晶粒を400 μm 以下に抑える必要がある。このよう
な観点から、Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌを所定量含有させるとと
もに、結晶粒度を規定することによって高温強度と耐酸
化性を両立させ、かつ鋳造性に優れたＣｒ基合金が得ら
れることに想到し、本発明を成したものである。

【０００９】そこで請求項１の発明は、Ｃｒを85％以上
含有し、Ｓｉ２％以下の混在が許容され、残部が実質的
にＮｉ，Ｃｏのうち１つもしくは両者を含有する化学組
成を有し、かつ結晶粒度が150 〜400 μm の範囲にある
ことを特徴とする超高温耐熱部材用Ｃｒ基合金である。
また、請求項２の発明は、Ｃｒを90％以上含有し、Ａｌ
10％以下の化学組成を有し、かつ結晶粒度が150 〜400
μm の範囲にあることを特徴とし、さらに、請求項３の
発明は、Ｃｒを85％以上含有し、Ｓｉ＜２％，Ａｌ＜10
％で、残部が実質的に（Ｎｉ＋Ｃｏ）＜15％であり、か
つ結晶粒度が150 〜400 μm の範囲にあることを特徴と
している。

【００１０】ここで、本発明の構成について詳細に説明
する。まず、Ｃｒを85％以上としたのは、高温強度を確
保するためであり、この量を多くするほど高温強度は上
昇する。またＣｒ量を85％以下にすると、強度が著しく
低下するため粒子の分散による強化が必要となり、鋳造
合金として対応ができなくなるからである。

【００１１】Ｎｉ，Ｃｏを添加したのは、上述のように
鋳造性の改善，耐酸化性の向上を図るためである。また
添加量を15％未満にしたのは、Ｆｅに比べて固液共存領
域の範囲が広いことから、これ以上添加すると融点が低
下し、著しい強度低下を招くからである。

【００１２】ＡｌはＣｒの耐酸化性の向上を図るうえで
有効な元素であり、しかも固液共存領域を大きくするこ
とから、鋳造性の改善にも有効である。また、Ａｌは酸
化物を形成し易く、結晶粒も微細となる。しかしＡｌ量
が10％を越えると、金属間化合物が析出して脆くなるこ
とから、Ａｌ量は10％以下にするのが望ましい。

【００１３】また、結晶粒度を150 〜400 μm の範囲内
としたのは、高温強度は結晶粒径に依存し、鋳造合金の
場合、結晶粒径が小さくなるにつれて強度が低下するこ
とから、下限は150 μm とするのが望ましい。また、結
晶粒径の上限を400 μm にしたのは、結晶粒が粗大化す
ると鋳造後の冷却時に微細な割れが発生し易く、取り扱
い中に割れたりしてハンドリング性が悪化するからであ
る。ここで、上記結晶粒を小さくするには、酸化物を形
成させ、それにより粒成長を抑制する方法が有効であ
る。この酸化物を形成するうえでＡｌは有効であるが、
Ａｌを含まない場合は、Ｓｉを混在させても良い。この
Ｓｉは、耐酸化性の向上にも有効であるが、Ｓｉ量が２
％を越えると鋳造後の状態では金属間化合物が析出して
脆くなることから、添加量は２％以下するのが望まし
い。

【００１４】

【作用】本発明に係る超高温耐熱部材用Ｃｒ基合金によ
れば、Ｃｒをベースとし、これに所定量のＳｉ，Ａｌ及
びＮｉ，Ｃｏを添加するとともに、結晶粒の範囲を限定
したので、上述のメカニズムで説明したように、少量の
添加で高温強度，耐酸化性の両方の特性を満足でき、か
つ鋳造割れ，引け巣の問題を解消できるとともに、取り
扱い時のハンドリング性の問題を解消でき、鋳造性に優
れたＣｒ基合金が得られる。その結果、1200℃以上の高
温雰囲気下で使用される加熱炉用支持部材, センサー用
保護管, あるいは耐火レンガの代替材等の耐熱部材とし
て採用を可能にでき、上述の要請に応えられる。

【００１５】また、本発明のＣｒ基合金では、優れた鋳
造性を有し、かつ柱状晶の発達を抑制できることから、
従来のＣｒ−Ｆｅ合金では困難であった連続鋳造による
生産が可能となり、それだけ生産性を向上できるととも
に、コストを低減できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本実施例
では、本発明の超高温耐熱部材用Ｃｒ基合金の効果を確
認するために行った実験について説明する。

【００１７】

【表１】

【００１８】この実験は、表１に示すように、Ｃｒをベ
ースとし、これにＮｉ，Ｃｏ５〜10％，Ｓｉ0.5 〜1.0
％, Ａｌ５〜10％添加してなるＣｒ基合金を、Ａｒ雰囲
気中にて高周波溶解法により溶製し、この溶融合金を10
0 φ×150Lの内容積をもつ鋳型に鋳込んで鋳塊を製造
し、これにより本発明試料NO. 1 〜NO. ７を作成した。
また、上記鋳塊の各発明試料NO. １〜７から８φ×12mm
L の圧縮試験片を採取するとともに、10W ×20L ×５t
の酸化試験片を採取した。そして、上記鋳塊の各発明試
料NO. 1 〜NO. ７の縦断面における引き巣の状況，カラ
ーチェックによる割れの状況を肉眼検査により評価し、
鋳造性について調べた。この鋳造性は、図１に示すよう
に、良好な状態を○印で、軽微な状態を△印で、引き
巣，割れが生じた状態を×印で評価した。また、上記圧
縮試験片，耐酸化試験片の高温強度と耐酸化性試験を行
った。この高温強度試験は、1400℃の温度で歪速度10^-4
/Sで実施し、0.2 ％ひずみに到達するまでの応力を測定
した。また、上記耐酸化性試験は、1250℃の大気中で５
時間加熱後、試験片の表面の酸化増量を測定した。な
お、比較するために、従来のＣｒ−Ｆｅ系合金にＮｉ10
％, Ｓｉ0.5 〜3.0 ％，Ｍｏ10％を添加しなる比較試料
NO. ８〜１２を作成するとともに、ＣｒにＳｉを0.5 ％
添加してなる比較試料NO. １３を作成し、この各試料N
O. ８〜１３についても同様の実験を行った。

【００１９】表１からも明らかなように、比較試料NO.
１３の場合、高温強度は4.2Kg/mm²と高いものの、酸化
増量は150mg/cm² と多く、鋳造性も引き巣が生じてい
る。また、Ｃｒ−Ｆｅ系合金の比較試料NO. ８〜１２の
場合は、何れの試料も鋳造性，高温強度，耐酸化性の全
てを満足しているものはなく、高温耐熱部材としての実
用化は困難である。これに対して本発明試料NO. １〜７
の場合は、何れの試料も鋳造性は良好であり、1400℃の
圧縮試験では2.3 〜3.4Kg/mm²と高く、また1250℃の酸
化増量では15〜60mg/cm²と低い、このことからも本発明
試料によれば、少量の合金元素の添加で優れた鋳造性が
得られるとともに、高温強度, 耐酸化性の両方を向上で
きることがわかる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明に係る超高
温耐熱部材用Ｃｒ基合金によれば、Ｃｒを85％以上含有
し、Ｓｉ２％以下、残部が実質的にＮｉ，Ｃｏからな
り、かつ結晶粒度を150 〜400 μm の範囲としたので、
また請求項２は、Ｃｒを90％以上含有し、Ａｌ10％以
下、かつ結晶粒度を150 〜400 μm の範囲とし、さらに
請求項３の発明は、Ｃｒを85％以上含有し、Ｓｉ＜２
％，Ａｌ＜10％で、残部が実質的に（Ｎｉ＋Ｃｏ）＜15
％からなり、かつ結晶粒度を150 〜400 μm の範囲とし
たので、少量の添加で高温強度，耐酸化性の両方の特性
を向上でき、かつ鋳造性に優れたＣｒ基合金が得られる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による耐熱部材用Ｃｒ基合金の
効果を確認するために行った実験を説明するための図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｒを85％以上含有し、Ｓｉ２％以下の
混在が許容され、残部が実質的にＮｉ，Ｃｏのうち１つ
もしくは両者を含有する化学組成を有し、かつ結晶粒度
が150 〜400 μm の範囲にあることを特徴とする超高温
耐熱部材用Ｃｒ基合金。
【請求項２】Ｃｒを90％以上含有し、Ａｌ10％以下の
化学組成を有し、かつ結晶粒度が150 〜400 μm の範囲
にあることを特徴とする超高温耐熱部材用Ｃｒ基合金。
【請求項３】Ｃｒを85％以上含有し、Ｓｉ＜２％，Ａ
ｌ＜10％で、残部が実質的に（Ｎｉ＋Ｃｏ）＜15％であ
り、かつ結晶粒度が150 〜400 μm の範囲にあることを
特徴とする超高温耐熱部材用Ｃｒ基合金。