JPH07331369A - Chronium-nickel-aluminum alloy for ultrahigh temperature use - Google Patents

Chronium-nickel-aluminum alloy for ultrahigh temperature use

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JPH07331369A
JPH07331369A JP12765294A JP12765294A JPH07331369A JP H07331369 A JPH07331369 A JP H07331369A JP 12765294 A JP12765294 A JP 12765294A JP 12765294 A JP12765294 A JP 12765294A JP H07331369 A JPH07331369 A JP H07331369A
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JP
Japan
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less
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alloy
oxide film
present
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JP12765294A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Tokura
茂 戸倉
Nobuo Otsuka
伸夫 大塚
Kiyohito Ishida
清仁 石田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a Cr-Ni-Al alloy for ultrahigh temp. use, increased in adhesion of oxide scale and excellent in high temp. oxidation resistance and workability by specifying a composition consisting of C, Si, Mn, S, Al, Cr, and Ni. CONSTITUTION:This alloy has a composition consisting of, by weight, <=0.1% C, <=1.0% Si, 0.2-3.0% Mn, <=0.01% S, 10-15% Al, 18-40% Cr, and the balance Ni with inevitable impurities and further containing, if necessary, one or more kinds among 0.1-20% Fe, 0.1-5% Co, and 0.1-5% Cu, further 0.1-5% Ti qnd/or 0.1-5% V, further 1-10% W and/or 0.5-5% Mo, further <=0.25% of one or more kinds among 0.01-0.25% Y, 0.01-0.25% La, and 0.01-0.25% Ce, and further 0.001-0.02% Mg. This alloy has superior adhesion of an oxide film composed of Al2O3 and has excellent oxidation resistance even at an ultrahigh temp. of about 1000 deg.C or above.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、耐酸化性、特に酸化ス
ケールの密着性に優れ、かつ加工性が良好で超高温用と
して広く適用可能なCr−Ni−Al合金に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Cr-Ni-Al alloy which is excellent in oxidation resistance, particularly in adhesion to oxide scales, has good workability, and is widely applicable for ultrahigh temperatures.

【0002】[0002]

【従来の技術】耐熱鋼は、各種の高温環境下で使用され
ても適当な強度、酸化性および耐高温腐食性を示す合金
鋼であり、温度や雰囲気といった諸条件により多数の鋼
種に別けられている。これらの耐熱鋼は、いずれも高Cr
化を図ってその表面に保護性のCr2O3 からなるスケール
を生成させることにより、耐酸化性および耐高温腐食性
を向上させている。
2. Description of the Related Art Heat-resistant steel is an alloy steel that exhibits appropriate strength, oxidation and high-temperature corrosion resistance even when used in various high-temperature environments, and is classified into many steel types depending on various conditions such as temperature and atmosphere. ing. All of these heat-resistant steels have a high Cr content.
The oxidation resistance and high temperature corrosion resistance are improved by forming a protective scale of Cr 2 O 3 on the surface of the surface.

【0003】しかし、これらの耐熱鋼を1000℃を超える
ような超高温の環境下で使用すると、Cr2O3 からなるス
ケール (以下、「酸化被膜」という) の保護性が徐々に
失われるため、超高温での保護性がより優れたAl2O3
らなる酸化被膜が表面に生成するような高Al鋼が適用さ
れるようになってきた。例えば、家電厨房熱器具用SUH2
1(19Cr−3Al)や自動車メタル担体用20Cr−5Al鋼は、と
もに高Al化を図ってAl2O3 からなる酸化被膜を保護性の
酸化被膜として利用した耐熱鋼である。高Al化により耐
酸化性は向上するものの酸化被膜の形成により加工性が
著しく低下してしまう。
However, when these heat-resistant steels are used in an environment of ultra-high temperature exceeding 1000 ° C., the protective property of the scale composed of Cr 2 O 3 (hereinafter referred to as “oxide film”) is gradually lost. However, high Al steels have been applied, which form an oxide film consisting of Al 2 O 3 with superior protection at ultra-high temperatures on the surface. For example, SUH2 for home appliances kitchen appliances
Both 1 (19Cr-3Al) and 20Cr-5Al steel for automobile metal carriers are heat-resistant steels in which an oxide film made of Al 2 O 3 is used as a protective oxide film to achieve high Al. The oxidation resistance is improved by increasing the Al content, but the workability is significantly reduced due to the formation of the oxide film.

【0004】そこで、このような加工性の低下防止を図
ったものとして、特開平1−108316号公報には、C:0.
03%以下 (以下、本明細書においては特にことわりがな
い限り「%」は「重量%」を意味するものとする) 、C
r:16.0〜26.0%、Al:2.0 〜6.0 %、残部Feおよび不
可避的不純物からなるFe−Cr−Al系合金に熱間圧延を行
って仕上板厚:3.5mm 以下としてから急冷することによ
り、靭性に優れたFe−Cr−Al系合金材料を製造する方法
が、また特開平1−47816 号公報には、C:0.2%以
下、Si:2.0 %以下、Mn:2.0 %以下、Ni:15〜35%、
Cr:12〜25%、Al:2.0 %以上 (望ましくは6%以
下)、残部Feおよび不可避的不純物よりなるオーステナ
イト系ステンレス鋼鋼片を1150℃以上に加熱し、900 ℃
以上で熱間圧延を終了し、その直後600 ℃以下まで急冷
する方法がそれぞれ提案されている。
Therefore, as an attempt to prevent such deterioration in workability, Japanese Patent Laid-Open No. 1-108316 discloses C: 0.
03% or less (hereinafter, "%" means "% by weight" unless otherwise specified), C
r: 16.0 to 26.0%, Al: 2.0 to 6.0%, the balance of Fe and unavoidable impurities Fe-Cr-Al alloy is hot-rolled to finish plate thickness: 3.5 mm or less, and then by quenching, A method for producing an Fe-Cr-Al-based alloy material having excellent toughness is disclosed in JP-A-1-47816. C: 0.2% or less, Si: 2.0% or less, Mn: 2.0% or less, Ni: 15 ~ 35%,
Cr: 12 to 25%, Al: 2.0% or more (preferably 6% or less), the balance Fe and unavoidable impurities are heated to 1150 ℃ or more, and 900 ℃
Thus, there have been proposed methods for finishing hot rolling and immediately followed by rapid cooling to 600 ° C or less.

【0005】これらの提案からも分かるように、鍛造合
金では、せいぜい5〜6%までしかAlを添加することが
できず、これ以上にAl添加量を増加すると、例えばガス
タービン用として用いられる高Al−Ni基合金のように鋳
造合金としてしか製造することができない。
As can be seen from these proposals, in a forged alloy, it is possible to add Al up to 5 to 6% at most, and if the Al addition amount is further increased, for example, a high alloy used for gas turbines can be obtained. It can only be manufactured as a cast alloy, such as an Al-Ni based alloy.

【0006】近年、自動車メタル担体用合金箔に代表さ
れるような使用環境がさらに過酷な製品の耐酸化性をよ
り一層向上させることが要求されるようになってきた
が、加工性の維持という観点からこれ以上の高Al化は不
可能である。
[0006] In recent years, it has been required to further improve the oxidation resistance of products whose operating environment represented by alloy foils for automobile metal carriers is more severe. From the viewpoint, it is impossible to raise the Al content further.

【0007】そのため、例えば特開平1−11946 号公報
には、C:0.03%以下、Si:1.0 %以下、Cr:13〜27
%、Al:3.5 〜8%、Zr:C含有量の8倍以上であって
0.30%以下、残部Feおよび不可避的不純物であって、さ
らにCeを除く希土類元素:0.05%以上0.20%以下を含む
耐酸化性に優れたFe−Cr−Al系合金が提案されている。
このFe−Cr−Al系合金は、主に自動車排ガス浄化用触媒
に用いるメタル担体への適用を考えたものであって、熱
間加工性および耐酸化性を劣化させるCe以外の希土類元
素を適量添加することによりAl2O3 からなる酸化被膜の
密着性向上を図って、補助的に耐酸化性をより一層向上
させるものである。
Therefore, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 1-11946, C: 0.03% or less, Si: 1.0% or less, Cr: 13-27.
%, Al: 3.5-8%, Zr: C content of 8 times or more
Fe-Cr-Al based alloys having excellent oxidation resistance have been proposed, which contain 0.30% or less, balance Fe and unavoidable impurities, and further contain rare earth elements other than Ce: 0.05% or more and 0.20% or less.
This Fe-Cr-Al alloy is mainly intended to be applied to a metal carrier used for a catalyst for purifying automobile exhaust gas, and an appropriate amount of a rare earth element other than Ce which deteriorates hot workability and oxidation resistance. By adding it, the adhesion of the oxide film made of Al 2 O 3 is improved, and the oxidation resistance is further assisted.

【0008】また、特開平1−194942号公報には、自動
車排ガス浄化用触媒に用いるメタル担体素材である高Al
含有ステンレス鋼箔の表面の高Al化により耐酸化性をよ
り一層向上させるために、急冷凝固により形成されるス
テンレス鋼箔の冷却過程において、表面の少なくとも一
面にAlまたはAl合金箔を圧着してなる層を有するメタル
担体素材が提案されている。しかし、この提案にかかる
メタル担体素材は、製造工程が増加するとともに製造コ
ストも上昇してしまうため、母材自体の高Al化による耐
酸化性の改善が望まれる。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 194942/1989, high Al content which is a metal carrier material used for a catalyst for purifying automobile exhaust gas is disclosed.
In order to further improve the oxidation resistance by increasing the Al surface of the contained stainless steel foil, in the cooling process of the stainless steel foil formed by rapid solidification, press Al or Al alloy foil on at least one surface A metal carrier material having a different layer has been proposed. However, since the metal carrier material according to this proposal increases the number of manufacturing steps and the manufacturing cost, it is desired to improve the oxidation resistance by increasing the Al content of the base material itself.

【0009】一方、Al含有量が15〜26%の高Al鋼を用
い、その加工性を改善する試みが、実験室レベルではあ
るものの、Cr−Ni−Al系合金、Fe−Ni−Al系合金、Co−
Ni−Al系合金およびCu−Ni−Al系合金で (β+γ) 2相
領域で行われている (Metallugical Transactions A vo
l.22A Feb(1991) P441〜446)。
On the other hand, an attempt to improve the workability of a high Al steel having an Al content of 15 to 26% has been made at the laboratory level, but the Cr--Ni--Al alloy and the Fe--Ni--Al alloy have been used. Alloy, Co-
Ni-Al alloys and Cu-Ni-Al alloys are used in the (β + γ) two-phase region (Metallugical Transactions A vo
l.22A Feb (1991) P441-446).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】一般に高Al材の耐酸化
性は優れることから、一見すると、このようなCr−Ni−
Al系(β+γ)2相合金も高Al化により耐酸化性が改善
されるのではとも考えられる。しかし、高Al化のために
耐酸化性が優れるのは安定なAl2O3 からなる酸化被膜が
表面に生成されるためであり、この酸化被膜の生成のた
めに必要なAl量はFe−Al系またはNi−Al系のような二元
系とCr−Ni−Al系のような三元系とでは大きく異なる。
また、耐酸化性は他の微量添加元素量にも大きく左右さ
れる。したがって、Cr−Ni−Al系(β+γ)2相合金の
開発では、使用環境等を正確に反映した成分設計とその
耐酸化性の見極めとを行うことがともに必要である。
Generally, high Al materials are excellent in oxidation resistance, so at first glance, such Cr-Ni-
It is also considered that the oxidation resistance of the Al-based (β + γ) two-phase alloy is also improved by increasing the Al content. However, the reason why the oxidation resistance is excellent due to the high Al content is that a stable oxide film made of Al 2 O 3 is formed on the surface, and the amount of Al necessary for forming this oxide film is Fe- There is a great difference between binary systems such as Al or Ni-Al and ternary systems such as Cr-Ni-Al.
Further, the oxidation resistance is greatly influenced by the amounts of other trace additive elements. Therefore, in the development of a Cr-Ni-Al (β + γ) two-phase alloy, it is necessary to perform both component design that accurately reflects the operating environment and determination of its oxidation resistance.

【0011】さらに、Al2O3 からなる酸化被膜はCr2O3
からなる酸化被膜と同様に母材に比較すると熱膨張係数
が小さいため、母材との間で熱膨張係数差に起因した大
きな応力が発生し酸化被膜が剥離してしまうため、耐酸
化性が劣化することがある。したがって、Cr−Ni−Al系
(β+γ)2相合金を実用化するには至っていないのが
現状であった。
Further, the oxide film formed of Al 2 O 3 is Cr 2 O 3
The thermal expansion coefficient is smaller than that of the base material, as in the case of the oxide film made of, so that a large stress occurs due to the difference in the thermal expansion coefficient between the base material and the oxide film peels off. It may deteriorate. Therefore, the current situation is that a Cr-Ni-Al (β + γ) two-phase alloy has not been put to practical use.

【0012】ここに、本発明の目的は、加工性に優れた
Cr−Ni−Al系(β+γ)2相合金を高温部材へ適用する
ため、Al2O3 からなる酸化被膜の密着性に優れ1000℃以
上の超高温下で使用されても優れた耐酸化性を呈し、超
高温用合金として広く適用可能な超高温用Cr−Ni−Al系
(β+γ) 2相合金を提供することにある。
The object of the present invention is to improve the workability.
Since the Cr-Ni-Al (β + γ) two-phase alloy is applied to high temperature members, it has excellent adhesion to the oxide film made of Al 2 O 3 and has excellent oxidation resistance even when used at ultrahigh temperatures of 1000 ° C or higher. And is widely applicable as an alloy for ultra-high temperature
It is to provide a (β + γ) two-phase alloy.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため種々検討を重ね、以下に列記する内容の
知見を得て、本発明を完成した。 Cr−Ni−Al系(β+γ)2相合金系で1000℃以上の使
用温度でも十分な耐酸化性を確保するためには、10%以
上Alを添加する必要がある。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have made various studies to solve the above problems, and have obtained the knowledge of the contents listed below to complete the present invention. It is necessary to add 10% or more Al in order to secure sufficient oxidation resistance even at a use temperature of 1000 ° C. or higher in a Cr-Ni-Al (β + γ) two-phase alloy system.

【0014】加熱および冷却が繰り返される過酷な環
境下では、酸化被膜の剥離に起因した異常酸化が生ずる
が、Mnを適量添加することにより密着性に優れたAl2O3
からなる酸化被膜が生成し、前述のような環境下でも異
常酸化を生じない。
In a harsh environment where heating and cooling are repeated, abnormal oxidation occurs due to peeling of the oxide film, but by adding an appropriate amount of Mn, Al 2 O 3 having excellent adhesion can be obtained.
An oxide film composed of is formed, and abnormal oxidation does not occur even under the above-mentioned environment.

【0015】この理由は、Mnは、O2との親和力が大きい
ために酸化の初期段階ではO2のゲッター材として表面へ
の安定なAl2O3 からなる酸化被膜の生成を促進し、この
段階で生成したMn酸化物は酸化被膜の生成後にはその中
へ固溶して酸化被膜の塑性変形能を高めることにより母
材とAl2O3 からなる酸化被膜との間の応力、すなわち繰
り返し環境下での酸化被膜の剥離の原因の一つとして考
えられる酸化被膜と母材との間の熱膨張率差に起因した
応力を緩和してAl2O3 からなる酸化被膜の密着性を改善
するためである。
[0015] This is because, Mn, in the initial stage of the oxidation to affinity greater the O 2 promotes the generation of the oxide film consisting of a stable Al 2 O 3 on the surface as a getter material for O 2, the The Mn oxide generated in the step forms a solid solution into the oxide film after it is formed to enhance the plastic deformability of the oxide film, thereby increasing the stress between the base metal and the oxide film made of Al 2 O 3 , that is, repeating The stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the oxide film and the base metal, which is considered as one of the causes of the peeling of the oxide film under the environment, is relaxed and the adhesion of the oxide film made of Al 2 O 3 is improved. This is because

【0016】更に酸化被膜/メタル界面へのSの濃化
も密着性を損なう原因の一つと考えられているが、Mnは
SをMnSとして固定する作用も有するため、Mnを 0.2〜
3.0 wt%添加すると本発明のCr−Ni−Al合金の他の諸性
質を損なうことなく、応力緩和とS固定の相乗効果によ
りAl2O3 被膜の密着性を飛躍的に改善できることが判明
した。
Further, the concentration of S at the oxide film / metal interface is also considered to be one of the causes of impairing the adhesion, but Mn also has a function of fixing S as MnS, so that Mn is 0.2 to
It was found that the addition of 3.0 wt% can dramatically improve the adhesion of the Al 2 O 3 coating by the synergistic effect of stress relaxation and S fixation without impairing other properties of the Cr-Ni-Al alloy of the present invention. .

【0017】ここに、本発明の要旨とするところは、
C:0.1 %以下、Si:1.0 %以下、Mn:0.2 %以上3.0
%以下、S:0.01%以下、Al:10%以上15%以下、Cr:
18%以上40%以下、残部Niおよび不可避的不純物からな
る合金であることを特徴とする酸化被膜の密着性に優れ
た超高温用Cr−Ni−Al合金である。
The gist of the present invention is as follows.
C: 0.1% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 0.2% or more 3.0
% Or less, S: 0.01% or less, Al: 10% or more and 15% or less, Cr:
It is a Cr-Ni-Al alloy for ultrahigh temperatures, which is excellent in the adhesion of an oxide film, characterized by being an alloy consisting of 18% or more and 40% or less, the balance being Ni and unavoidable impurities.

【0018】本発明において、γ相を安定化して加工性
を向上するためには、さらに、Fe:0.1 %以上20%以
下、Co:0.1 %以上5%以下、およびCu:0.1 %以上5
%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を含
有することが望ましい。
In the present invention, in order to stabilize the γ phase and improve workability, Fe: 0.1% or more and 20% or less, Co: 0.1% or more and 5% or less, and Cu: 0.1% or more 5
It is desirable to contain one or two or more selected from the group consisting of% or less.

【0019】本発明において、γ' 相 (Ni3Al)を析出さ
せて高温強度を高めるためには、さらに、Ti:0.1 %以
上5%以下、およびV:0.1 %以上5%以下からなる群
から選ばれた1種または2種を含有することが望まし
い。
In the present invention, in order to precipitate the γ'phase (Ni 3 Al) to enhance the high temperature strength, Ti: 0.1% or more and 5% or less, and V: 0.1% or more and 5% or less. It is desirable to contain one or two selected from the following.

【0020】本発明において、基地を強化して高温強度
を高めるためには、さらに、W:1%以上10%以下、お
よびMo:0.5 %以上5%以下からなる群から選ばれた1
種または2種を含有することが望ましい。
In the present invention, in order to strengthen the matrix and increase the high temperature strength, 1 selected from the group consisting of W: 1% or more and 10% or less, and Mo: 0.5% or more and 5% or less.
It is desirable to contain one or two species.

【0021】本発明において、内部酸化物の形成により
Al2O3 からなる酸化被膜の密着性を向上するためには、
さらに、Y:0.01%以上0.25%以下、La:0.01%以上0.
25%以下、およびCe:0.01%以上0.25%以下からなる群
から選ばれた1種または2種以上を合計で0.25%以下含
有することが望ましい。
In the present invention, the formation of an internal oxide
In order to improve the adhesion of the oxide film made of Al 2 O 3 ,
Furthermore, Y: 0.01% to 0.25%, La: 0.01% to 0.
It is desirable to contain 25% or less and Ce: 0.01% or more and 0.25% or less in total, and 0.25% or less in total of one kind or two or more kinds selected from the group consisting of.

【0022】本発明において、Sを固定して、熱間加工
性および酸化被膜の密着性をそれぞれ改善するために
は、さらに、Mg:0.001 %以上0.02%以下を含有するこ
とが望ましい。
In the present invention, in order to fix S and improve the hot workability and the adhesion of the oxide film, it is preferable that the content of Mg is 0.001% or more and 0.02% or less.

【0023】[0023]

【作用】以下、本発明を作用効果とともに詳述する。ま
ず、本発明にかかる超高温用Fe−Ni−Al合金の組成を上
述のように限定する理由を説明する。
The operation of the present invention will be described in detail below. First, the reason for limiting the composition of the Fe—Ni—Al alloy for ultrahigh temperature according to the present invention as described above will be explained.

【0024】C:0.1 %以下 Cは、鋼中へは不可避的に含有される元素であるが、0.
1 %超含有されると、延性および靱性それぞれの低下を
招く。そこで、本発明では、C含有量は、0.1%以下と
限定する。
C: 0.1% or less C is an element that is unavoidably contained in steel.
If the content exceeds 1%, ductility and toughness decrease. Therefore, in the present invention, the C content is limited to 0.1% or less.

【0025】Si:1.0 %以下 本発明にかかる超高温用Fe−Ni−Al合金の場合、Siを1.
0 %超含有すると加工性が劣化する。そこで、本発明で
は、Siを脱酸剤として用いる場合であっても、Si含有量
は1.0 %以下に限定する。
Si: 1.0% or less In the case of the ultra-high temperature Fe-Ni-Al alloy according to the present invention, Si is 1.
If the content exceeds 0%, workability deteriorates. Therefore, in the present invention, the Si content is limited to 1.0% or less even when Si is used as a deoxidizing agent.

【0026】Mn:0.2 %以上3.0 %以下 本発明にかかる超高温用Cr−Ni−Al合金では、Mn含有量
が0.2 %以上であるとAl2O3 からなる酸化被膜の密着性
の改善に有効であり、また (β+γ) 2相構造を安定化
して加工性も改善するが、3.0 %超含有すると逆に耐酸
化性を悪化させる。そこで、本発明では、Mn含有量は0.
2 %以上3.0 %以下と限定する。好ましくは 0.7〜2.5
%、より好ましくは 0.7〜2.0 %である。
Mn: 0.2% or more and 3.0% or less In the Cr-Ni-Al alloy for ultrahigh temperature according to the present invention, when the Mn content is 0.2% or more, the adhesion of the oxide film made of Al 2 O 3 can be improved. It is effective and also stabilizes the (β + γ) 2 phase structure to improve workability, but if it exceeds 3.0%, the oxidation resistance is deteriorated. Therefore, in the present invention, the Mn content is 0.
Limited to 2% or more and 3.0% or less. Preferably 0.7-2.5
%, More preferably 0.7 to 2.0%.

【0027】S:0.01%以下 Sは、0.01%超含有されると、酸化被膜と母材との界面
に偏析して酸化被膜の密着性を損なう。そこで、本発明
では、S含有量は0.01%以下と限定する。
S: 0.01% or less When S is contained in excess of 0.01%, it segregates at the interface between the oxide film and the base material and impairs the adhesion of the oxide film. Therefore, in the present invention, the S content is limited to 0.01% or less.

【0028】Al:10%以上15%以下 Alは、10%以上添加されることにより、Al2O3 からなる
酸化被膜を形成して耐酸化性を高め、さらにNi、Feとと
もに (β+γ) 2相構造を保って加工性を改善する。し
かし、15%超添加されると加工性が劣化する。そこで、
本発明では、Al添加量は、10%以上15%以下と限定す
る。好ましくは10〜14%である。
Al: 10% or more and 15% or less Al is added in an amount of 10% or more to form an oxide film made of Al 2 O 3 to enhance oxidation resistance, and further, together with Ni and Fe, (β + γ) 2 Maintains the phase structure and improves workability. However, if it exceeds 15%, the workability deteriorates. Therefore,
In the present invention, the amount of Al added is limited to 10% or more and 15% or less. It is preferably 10 to 14%.

【0029】Cr:18%以上40%以下 Crは、 (β+γ) 2相構造を安定化し、Alとともに耐酸
化性を発現するために、18%以上添加するが、40%超添
加すると逆に相安定性が失われ加工性が悪化する。そこ
で、本発明では、Cr添加量は、18%以上40%以下と限定
する。
Cr: 18% or more and 40% or less Cr stabilizes the (β + γ) 2 phase structure and develops oxidation resistance together with Al, so 18% or more is added. Stability is lost and workability deteriorates. Therefore, in the present invention, the Cr addition amount is limited to 18% or more and 40% or less.

【0030】上記以外の組成は、Niおよび不可避的不純
物である。Ni含有量は50%以上である必要はないが、本
発明にかかる超高温用Cr−Ni−Al合金を構成する元素の
うちで最も多い含有量である。好ましくは18〜35%、よ
り好ましくは20〜33%である。
Compositions other than the above are Ni and inevitable impurities. Although the Ni content does not have to be 50% or more, it is the highest content among the elements constituting the Cr-Ni-Al alloy for ultrahigh temperature according to the present invention. It is preferably 18 to 35%, more preferably 20 to 33%.

【0031】本発明にかかる超高温用Cr−Ni−Al合金
は、さらに、以下に列記する元素を任意添加元素として
添加してもよい。以下、これらの任意添加元素について
説明する。
The Cr-Ni-Al alloy for ultrahigh temperature according to the present invention may further contain the elements listed below as optional additional elements. Hereinafter, these optional additional elements will be described.

【0032】Fe:0.1 %以上20%以下、Co:0.1 %以上
5%以下、およびCu:0.1 %以上5%以下からなる群か
ら選ばれた1種または2種以上 いずれの元素もγ相を安定化して加工性を改善するた
め、本発明にかかる超高温用Cr−Ni−Al合金では0.1 %
以上添加するが、Feの場合20%超、CoまたはCuの場合は
5%超添加すると相安定性が損なわれ加工性が低下す
る。そこで、Fe、CoおよびCuの1種または2種以上を添
加する場合には、Fe:0.1 %以上20%以下、Co:0.1 %
以上5%以下、Cu:0.1 %以上5%以下とそれぞれ限定
する。
Fe: 0.1% or more and 20% or less, Co: 0.1% or more
5% or less and Cu: 0.1% or more and 5% or less
Any one element or two or more elements selected from the above stabilizes the γ phase and improves the workability. Therefore, in the Cr-Ni-Al alloy for ultrahigh temperature according to the present invention, the content is 0.1%.
If added more than 20% in the case of Fe and more than 5% in the case of Co or Cu, the phase stability is impaired and the workability deteriorates. Therefore, when adding one or more of Fe, Co and Cu, Fe: 0.1% to 20%, Co: 0.1%
5% or less and Cu: 0.1% or more and 5% or less, respectively.

【0033】Ti:0.1 %以上5%以下、およびV:0.1
%以上5%以下からなる群から選ばれた1種または2種 これらの元素は、ともに0.1 %以上含有することにより
γ' 相の析出により高温強度を高めるが、5%超含有す
ると靱性および耐酸化性が低下する。そこで、Tiおよび
/またはVを添加する場合には、Ti:0.1 %以上5%以
下、V:0.1 %以上5%以下と限定する。
Ti: 0.1% to 5%, and V: 0.1
% Or more and 5% or less selected from the group consisting of one or two of these elements, if both are contained in an amount of 0.1% or more, the high temperature strength is enhanced due to the precipitation of the γ'phase. The chemical conversion decreases. Therefore, when adding Ti and / or V, Ti: 0.1% or more and 5% or less and V: 0.1% or more and 5% or less are limited.

【0034】W:1%以上10%以下、およびMo:0.5 %
以上5%以下からなる群から選ばれた1種または2種 これらの元素は、適量であると基地を強化し高温強度を
高めるが、過剰に添加すると相安定性が損なわれ加工性
が低下する。そこで、Wおよび/またはMoを添加する場
合には、W:1%以上10%以下、Mo:0.5 %以上5%以
下と限定する。
W: 1% or more and 10% or less, and Mo: 0.5%
One or two of these elements selected from the group consisting of 5% or less are strengthened with a proper amount to enhance the high temperature strength, but if added excessively, the phase stability is impaired and the workability is deteriorated. . Therefore, when W and / or Mo is added, W is limited to 1% or more and 10% or less and Mo: 0.5% or more and 5% or less.

【0035】Y:0.01%以上0.25%以下、La:0.01%以
上0.25%以下、およびCe:0.01%以上0.25%以下からな
る群から選ばれた1種または2種以上を合計で0.25%以
これらの元素は、適量含有することにより、内部酸化物
の形成によりAl2O3 からなる酸化被膜の密着性を向上さ
せるが、単体および総量で過剰に含有すると加工性が悪
化するとともに耐酸化性の向上効果も飽和する。そこ
で、Y、LaおよびCeの1種または2種以上を添加する場
合には、Y:0.01%以上0.25%以下、La:0.01%以上0.
25%以下、Ce:0.01%以上0.25%以下であって、合計で
0.25%以下と限定する。
Y: 0.01% or more and 0.25% or less, La: 0.01% or less
Upper 0.25% or less and Ce: 0.01% or more and 0.25% or less
0.25% or less in total of 1 or 2 or more selected from the group
When these elements are contained in appropriate amounts, the adhesion of the oxide film made of Al 2 O 3 is improved by the formation of internal oxides. The effect of improving sex is saturated. Therefore, when one or more of Y, La and Ce are added, Y: 0.01% or more and 0.25% or less, La: 0.01% or more and 0.
25% or less, Ce: 0.01% or more and 0.25% or less, in total
Limited to 0.25% or less.

【0036】Mg:0.001 %以上0.02%以下 Mgは、0.001 %以上含有されることにより、Sを固定
し、熱間加工性およびAl2O3 からなる酸化被膜の密着性
を改善することができる。しかし、0.02%超添加する
と、Niとの低融点化合物を形成し加工性が劣化する。そ
こで、Mgを添加する場合には、0.001 %以上0.02%以下
と限定する。
Mg: 0.001% or more and 0.02% or less By containing 0.001% or more of Mg, it is possible to fix S and improve the hot workability and the adhesion of the oxide film made of Al 2 O 3. . However, if over 0.02% is added, a low melting point compound with Ni is formed and the workability deteriorates. Therefore, when adding Mg, the content is limited to 0.001% or more and 0.02% or less.

【0037】以上の組成を有する本発明にかかる超高温
用Cr−Ni−Al合金は、耐酸化性、特にAl2O3 からなる酸
化被膜の密着性に優れるとともに加工性が良好であっ
て、例えば超高温用の鍛造合金として広く適用可能な
(β+γ) 2相超高温用Cr−Ni−Al合金である。さら
に、本発明を実施例を参照しながら詳述するが、これは
本発明の例示であり、これにより本発明が限定されるも
のではない。
The Cr-Ni-Al alloy for ultrahigh temperature according to the present invention having the above composition is excellent in oxidation resistance, particularly in the adhesiveness of the oxide film made of Al 2 O 3, and has good workability. Widely applicable as a forged alloy for ultra-high temperature
(β + γ) Two-phase ultrahigh temperature Cr-Ni-Al alloy. Further, the present invention will be described in detail with reference to examples, but this is an example of the present invention and the present invention is not limited thereto.

【0038】[0038]

【実施例】表1および表2に示す組成の各種合金を17kg
真空溶解で溶製し、1200〜1300℃の温度域での熱間鍛造
によって厚さ25mm、幅100 mmのスラブとし、次いで仕上
温度:1200℃で3mmの板厚まで熱間圧延を行った。その
後、冷間圧延および焼鈍 (1200℃×5分) を複数回行っ
て、厚さが0.5mm の金属箔を製造した。
[Example] 17 kg of various alloys having the compositions shown in Tables 1 and 2
A slab having a thickness of 25 mm and a width of 100 mm was formed by vacuum melting and hot forging in a temperature range of 1200 to 1300 ° C., and then hot rolling was performed at a finishing temperature of 1200 ° C. to a plate thickness of 3 mm. After that, cold rolling and annealing (1200 ° C. × 5 minutes) were performed multiple times to manufacture a metal foil having a thickness of 0.5 mm.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】[0040]

【表2】 [Table 2]

【0041】これらの金属箔を、1200℃に加熱された大
気中で30分間加熱した後室温で30分間冷却する操作を1
サイクルとし、これを200 サイクル行う繰り返し酸化試
験を行った。表1および表2には、熱間加工性の評価結
果、および繰り返し酸化試験結果を併せて示す。
These metal foils are heated in the atmosphere heated to 1200 ° C. for 30 minutes and then cooled at room temperature for 30 minutes.
Repeated oxidation test was conducted by repeating this cycle for 200 cycles. Tables 1 and 2 also show the evaluation results of hot workability and the results of repeated oxidation tests.

【0042】なお、熱間加工性の評価は、熱間鍛造後の
スラブの外表面を目視観察し、割れがない場合は◎、軽
微な割れが生じたが熱間圧延できた場合は○、割れ発生
が著しく熱間圧延不可となった場合は×として評価し
た。
The hot workability was evaluated by visually observing the outer surface of the slab after hot forging, and ⊚ when there was no crack, and ◯ when slight crack occurred but hot rolling was possible. When hot rolling was not possible due to significant cracking, it was evaluated as x.

【0043】また、繰り返し酸化試験の結果は試験実施
前後の重量変化から計算した酸化増量を示し、耐酸化性
を評価した。すなわち、Al2O3 からなる酸化被膜の密着
性が不足すると冷却時に酸化被膜は剥離を繰り返すため
重量が減少するが、密着性が優れる場合はAl2O3 からな
る酸化被膜の生成に対応するわずかな重量増加を示す。
The results of the repeated oxidation test showed the increase in oxidation calculated from the change in weight before and after the test, and the oxidation resistance was evaluated. That is, if the adhesion of the oxide film made of Al 2 O 3 is insufficient, the oxide film repeats peeling during cooling and the weight decreases, but if the adhesion is excellent, it corresponds to the formation of an oxide film made of Al 2 O 3. Shows a slight weight gain.

【0044】また、高温強度を1150℃での高温引張試験
により行い、表1および表2にはこれらの試験結果を併
記した。表1および表2から、本発明例(試料No.1ない
し試料No.54)は、熱間加工性が優れるとともに僅かな酸
化増量しか示さず、表面に生成したAl2O3 からなる酸化
被膜は密着性に優れており、優れた耐酸化性を有するこ
とがわかる。
Further, the high temperature strength test was carried out by a high temperature tensile test at 1150 ° C. Table 1 and Table 2 show the results of these tests together. From Tables 1 and 2, the inventive examples (Sample No. 1 to Sample No. 54) have excellent hot workability and show only a slight increase in oxidation amount, and an oxide film formed of Al 2 O 3 on the surface. It can be seen that has excellent adhesiveness and has excellent oxidation resistance.

【0045】特に、試料No.2、試料No.4、試料No.7、試
料No.8、試料No.13 、試料No.16 、試料No.17 、試料N
o.19 、試料No.20 、試料No.26 ないし試料No.31 、試
料No.35 ないし試料No.38 、さらに試料No.40 、41、45
〜47、50、51、53は、それぞれ、Fe:0.1 %以上20%以
下、Co:0.1 %以上5%以下、およびCu:0.1 %以上5
%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を含
有するため、γ相が安定化して加工性を向上することが
できた。
Particularly, sample No. 2, sample No. 4, sample No. 7, sample No. 8, sample No. 13, sample No. 16, sample No. 17, sample N
o.19, sample No. 20, sample No. 26 to sample No. 31, sample No. 35 to sample No. 38, and sample No. 40, 41, 45
~ 47, 50, 51, 53 are Fe: 0.1% or more and 20% or less, Co: 0.1% or more and 5% or less, and Cu: 0.1% or more 5 respectively.
%, The γ phase is stabilized and the workability can be improved because one or more selected from the group consisting of 10% or less is contained.

【0046】試料No.9、試料No.10 、試料No.16 、試料
No.17 、試料No.20 ないし試料No.24 、試料No.26 ない
し試料No.30 、さらには試料No.32 ないし試料No.40 、
42、47、48、50、52、53は、それぞれ、Ti:0.1 %以上
5%以下、およびV:0.1 %以上5%以下からなる群か
ら選ばれた1種または2種を含有するため、γ' 相を析
出させて高温強度を高めることができた。
Sample No. 9, Sample No. 10, Sample No. 16, Sample
No.17, Sample No.20 to Sample No.24, Sample No.26 to Sample No.30, and further Sample No.32 to Sample No.40,
42, 47, 48, 50, 52, 53 each contain one or two selected from the group consisting of Ti: 0.1% or more and 5% or less, and V: 0.1% or more and 5% or less, It was possible to increase the high temperature strength by precipitating the γ'phase.

【0047】試料No.11 、試料No.12 、試料No.18 、試
料No.21 、試料No.23 、試料No.25、試料No.27 、試料N
o.29 、試料No.31 ないし試料No.35 、さらには試料No.
37ないし試料No.40 、43、45、48、49、51〜53は、それ
ぞれ、W:1%以上10%以下、およびMo:0.5 %以上5
%以下からなる群から選ばれた1種または2種を含有す
るため、基地を強化して高温強度を高めることができ
た。
Sample No. 11, Sample No. 12, Sample No. 18, Sample No. 21, Sample No. 23, Sample No. 25, Sample No. 27, Sample N
o.29, sample No. 31 to sample No. 35, and further sample No.
37 to Sample Nos. 40, 43, 45, 48, 49, 51 to 53 are W: 1% to 10% and Mo: 0.5% to 5 respectively.
Since it contains one or two selected from the group consisting of 10% or less, it was possible to strengthen the base and increase the high temperature strength.

【0048】試料No.13 ないし試料No.15 、試料No.19
、試料No.22 、試料No.24 、試料No.25 、試料No.28
、試料No.30 、試料No.31 、試料No.33 、試料No.34
、さらには試料No.36 ないし試料No.40 、44、46、49
〜53は、それぞれ、Y:0.01%以上0.25%以下、La:0.
01%以上0.25%以下、およびCe:0.01%以上0.25%以下
からなる群から選ばれた1種または2種以上を合計で0.
25%以下含有するため、内部酸化物の形成によりAl2O3
からなる酸化被膜の密着性を向上することができた。
Sample No. 13 to Sample No. 15, Sample No. 19
, Sample No.22, Sample No.24, Sample No.25, Sample No.28
, Sample No.30, Sample No.31, Sample No.33, Sample No.34
, And Sample No. 36 to Sample No. 40, 44, 46, 49
To 53 are Y: 0.01% or more and 0.25% or less, La: 0.
0.1% or more and 0.25% or less, and Ce: 0.01% or more and 0.25% or less.
Since it contains 25% or less, the formation of internal oxides causes Al 2 O 3
It was possible to improve the adhesion of the oxide film made of.

【0049】試料No.16 、試料No.22 さらには試料No.3
5 、41〜54は、それぞれ、Mg:0.001 %以上0.02%以下
を含有するため、Sを固定して、熱間加工性および酸化
被膜の密着性を改善することができた。これに対し、試
料No.55 は、Al含有量が本発明の範囲の下限を下回って
いるため、酸化被膜が安定せず剥離したため、酸化増量
が負の値を示した。
Sample No. 16, Sample No. 22 and Sample No. 3
Since Nos. 5 and 41 to 54 each contained Mg: 0.001% or more and 0.02% or less, S could be fixed and the hot workability and the adhesion of the oxide film could be improved. On the other hand, in sample No. 55, the Al content was below the lower limit of the range of the present invention, and the oxide film was not stable and was peeled off.

【0050】試料No.56 は、Mn含有量が本発明の範囲の
上限を上回っているため、熱間加工性が低下した。試料
No.57 は、Al含有量が本発明の範囲の上限を上回ってい
るため、熱間加工性が低下した。
In sample No. 56, the Mn content exceeded the upper limit of the range of the present invention, so the hot workability was deteriorated. sample
In No. 57, the Al content was above the upper limit of the range of the present invention, so the hot workability was deteriorated.

【0051】試料No.58 は、Al含有量が本発明の範囲の
上限を上回っているため、熱間加工性が低下した。試料
No.59 は、S含有量が本発明の範囲の上限を上回ってい
るため、熱間加工性が低下した。
In sample No. 58, the Al content was above the upper limit of the range of the present invention, so the hot workability was deteriorated. sample
In No. 59, the S content exceeded the upper limit of the range of the present invention, so the hot workability was deteriorated.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により、加
工性および耐高温酸化性に優れたCr−Ni−Al合金を提供
でき、高温環境用部材として広く適用できることとなっ
た。特に、Al2O3 からなる酸化被膜の密着性に優れてお
り、加熱および冷却が繰り返される過酷な環境下での使
用に適している。
As described in detail above, according to the present invention, a Cr-Ni-Al alloy excellent in workability and high temperature oxidation resistance can be provided and can be widely applied as a member for high temperature environment. In particular, the oxide film made of Al 2 O 3 has excellent adhesion and is suitable for use in a severe environment where heating and cooling are repeated.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重量%で、C:0.1 %以下、Si:1.0 %
以下、Mn:0.2 〜3.0 %、S:0.01%以下、Al:10〜15
%、Cr:18〜40%、残部Niおよび不可避的不純物からな
る、スケール密着性に優れた超高温用Cr−Ni−Al合金。
1. By weight%, C: 0.1% or less, Si: 1.0%
Below, Mn: 0.2-3.0%, S: 0.01% or less, Al: 10-15
%, Cr: 18-40%, balance Ni and unavoidable impurities, Cr-Ni-Al alloy for super high temperature with excellent scale adhesion.
【請求項2】 さらに、重量%で、Fe:0.1 〜20%、C
o:0.1 〜5%、およびCu:0.1 〜5%からなる群から
選ばれた1種または2種以上を含有する請求項1記載の
超高温用Cr−Ni−Al合金。
2. Further, Fe: 0.1 to 20% by weight, C
The Cr-Ni-Al alloy for ultrahigh temperatures according to claim 1, containing one or more selected from the group consisting of o: 0.1 to 5% and Cu: 0.1 to 5%.
【請求項3】 さらに、重量%で、Ti:0.1 〜5%、お
よびV:0.1 〜5%からなる群から選ばれた1種または
2種を含有する請求項1または2記載の超高温用Cr−Ni
−Al合金。
3. The ultrahigh temperature product according to claim 1 or 2, further comprising one or two selected from the group consisting of Ti: 0.1 to 5% and V: 0.1 to 5% by weight. Cr-Ni
-Al alloy.
【請求項4】 さらに、重量%で、W:1〜10%、およ
びMo:0.5 〜5%からなる群から選ばれた1種または2
種を含有する請求項1ないし3のいずれか1項に記載の
超高温用Cr−Ni−Al合金。
4. Further, one or two selected from the group consisting of W: 1 to 10% and Mo: 0.5 to 5% by weight.
The Cr-Ni-Al alloy for ultra-high temperature according to any one of claims 1 to 3, further comprising a seed.
【請求項5】 さらに、重量%で、Y:0.01〜0.25%、
La:0.01〜0.25%、およびCe:0.01〜0.25%からなる群
から選ばれた1種または2種以上を合計で0.25%以下含
有する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の超高温
用Cr−Ni−Al合金。
5. Further, in% by weight, Y: 0.01 to 0.25%,
The ultrahigh temperature according to any one of claims 1 to 4, containing one or more selected from the group consisting of La: 0.01 to 0.25% and Ce: 0.01 to 0.25% in total of 0.25% or less. Cr-Ni-Al alloy for use.
【請求項6】 さらに、重量%で、Mg:0.001 〜0.02%
を含有する請求項1ないし5のいずれか1項に記載の超
高温用Cr−Ni−Al合金。
6. Further, in% by weight, Mg: 0.001 to 0.02%
A Cr-Ni-Al alloy for ultrahigh temperatures according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103540803A (en) * 2013-10-30 2014-01-29 钢铁研究总院 High hardness non-magnetic nichrome and preparation method thereof

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