JPH076017B2 - 耐高温酸化性が優れた良加工性高温用合金 - Google Patents
耐高温酸化性が優れた良加工性高温用合金Info
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- JPH076017B2 JPH076017B2 JP62229706A JP22970687A JPH076017B2 JP H076017 B2 JPH076017 B2 JP H076017B2 JP 62229706 A JP62229706 A JP 62229706A JP 22970687 A JP22970687 A JP 22970687A JP H076017 B2 JPH076017 B2 JP H076017B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高温に曝される部材に使用される材料であっ
て、高温における耐酸化性に優れ、かつ加工性が良好な
高温用合金に関するものである。
て、高温における耐酸化性に優れ、かつ加工性が良好な
高温用合金に関するものである。
［従来の技術］ 高温下で使用される材料、たとえば暖房器の燃焼部の部
品、自動車の排気管や排ガス処理用金属担体、加熱炉の
内張り材、高温化学反応容器材料、発熱体のシース材
料、熱交換部品、ボイラー管などは年々使用範囲が拡大
され、材料特性への要求が厳しくなっている。すなわち
上記のような材料としては、もちろん種々のガス環境下
における高温での耐酸化性が優れていることはいうまで
もなく、加熱・冷却を繰り返すことによっても生成した
耐酸化保護被膜が剥離しないことが要求される。また、
こうした部材の多くは複雑な形状に加工されるため、素
材の熱間加工および冷間加工が容易であることも必要な
条件である。
品、自動車の排気管や排ガス処理用金属担体、加熱炉の
内張り材、高温化学反応容器材料、発熱体のシース材
料、熱交換部品、ボイラー管などは年々使用範囲が拡大
され、材料特性への要求が厳しくなっている。すなわち
上記のような材料としては、もちろん種々のガス環境下
における高温での耐酸化性が優れていることはいうまで
もなく、加熱・冷却を繰り返すことによっても生成した
耐酸化保護被膜が剥離しないことが要求される。また、
こうした部材の多くは複雑な形状に加工されるため、素
材の熱間加工および冷間加工が容易であることも必要な
条件である。
さらに、石油ストーブの燃焼筒や金網のように住宅の室
内で使用される耐熱材料の場合には、生活環境の高級化
指向の中で常温における耐酸化保護被膜の色が美麗であ
ることも併せて要求される。
内で使用される耐熱材料の場合には、生活環境の高級化
指向の中で常温における耐酸化保護被膜の色が美麗であ
ることも併せて要求される。
従来から使用されている耐高温酸化性の金属材料として
はオーステナイトステンレス鋼が知られている。たとえ
ば18Cr−8Ni系のSUS 304,25Cr−20Ni系のSUS 310Sなど
が汎用的に使われており、さらに耐酸化性を高めるため
高温酸化雰囲気中でAl2O3被膜を生じせしめるようにAl
を多量に含有したオーステナイトステンレス鋼が開発さ
れている。（例えば特開昭52−78612号）。
はオーステナイトステンレス鋼が知られている。たとえ
ば18Cr−8Ni系のSUS 304,25Cr−20Ni系のSUS 310Sなど
が汎用的に使われており、さらに耐酸化性を高めるため
高温酸化雰囲気中でAl2O3被膜を生じせしめるようにAl
を多量に含有したオーステナイトステンレス鋼が開発さ
れている。（例えば特開昭52−78612号）。
しかしながら汎用的なオーステナイトステンレス鋼につ
いて言えば、SUS 304等は高温での耐酸化性が不十分で
あり、さらに、Cr,Niを多量に含有させたSUS 310S等は
耐酸化性の向上がみられるものの、加熱・冷却を繰り返
すことによりスケールの剥離や脱落が起きること、表面
の耐酸化性保護被膜が黒色で家庭用の機器素材としては
あまり適当なものではなかった。また当然のことである
が、Ni等の高価な合金元素を多量に使用するためコスト
上問題がある。
いて言えば、SUS 304等は高温での耐酸化性が不十分で
あり、さらに、Cr,Niを多量に含有させたSUS 310S等は
耐酸化性の向上がみられるものの、加熱・冷却を繰り返
すことによりスケールの剥離や脱落が起きること、表面
の耐酸化性保護被膜が黒色で家庭用の機器素材としては
あまり適当なものではなかった。また当然のことである
が、Ni等の高価な合金元素を多量に使用するためコスト
上問題がある。
また高Al含有ステンレス鋼は上記汎用ステンレス鋼の耐
酸化保護被膜と異なり、被膜の主構成物質をAl2O3とす
るような工夫がなされた結果、耐酸化性の改善が認めら
れる。しかしこの材料はフェライト生成系元素であるAl
の添加量が多いため、マトリックス中にδフェライトが
析出し、熱間加工性が低下して製造歩留りが落ちること
と、また合金元素の添加が多量であること等からコスト
に問題が生ずる。
酸化保護被膜と異なり、被膜の主構成物質をAl2O3とす
るような工夫がなされた結果、耐酸化性の改善が認めら
れる。しかしこの材料はフェライト生成系元素であるAl
の添加量が多いため、マトリックス中にδフェライトが
析出し、熱間加工性が低下して製造歩留りが落ちること
と、また合金元素の添加が多量であること等からコスト
に問題が生ずる。
これらの他に、最近いわゆる耐熱材料として金属間化合
物などの開発研究が盛んに行われており、耐酸化性の優
れた材料が見い出されているが、実用化の段階に至って
いない。
物などの開発研究が盛んに行われており、耐酸化性の優
れた材料が見い出されているが、実用化の段階に至って
いない。
また本発明と類似した成分系の発明としては特公昭43−
22515号がある。前記発明の合金は、熱間押出しあるい
は熱間圧延等の熱間加工を施し、それによって得た繊維
形の濃鉄固溶体相を含むことが必須条件としており、発
明の目的も加工が可能である銅−鉄−アルミ合金であ
る。従って、クロムを含有し又耐高温酸化性等を目的と
する本発明とは異る合金である。
22515号がある。前記発明の合金は、熱間押出しあるい
は熱間圧延等の熱間加工を施し、それによって得た繊維
形の濃鉄固溶体相を含むことが必須条件としており、発
明の目的も加工が可能である銅−鉄−アルミ合金であ
る。従って、クロムを含有し又耐高温酸化性等を目的と
する本発明とは異る合金である。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は耐高温酸化性金属材料について、上記問題点を
解決することを目的とするものである。すなわち金属材
料が酸化性ガス雰囲気中で高温に曝されたとき、表面に
材料の成分元素と酸化性ガスとの反応により、酸素の侵
入を遮断する強固で安定した保護被膜が形成されるとと
もに、複雑な製品への加工が容易にできるような良加工
性を具備した材料を提供するものである。
解決することを目的とするものである。すなわち金属材
料が酸化性ガス雰囲気中で高温に曝されたとき、表面に
材料の成分元素と酸化性ガスとの反応により、酸素の侵
入を遮断する強固で安定した保護被膜が形成されるとと
もに、複雑な製品への加工が容易にできるような良加工
性を具備した材料を提供するものである。
［問題点を解決するための手段および作用］ この発明は上記の目的を達成するために種々の検討を行
った結果によるもので、 重量比で銅含有量が30〜70％，アルミニウム含有量が４
〜11％，クロム含有量が３〜９％，残部が鉄および不可
避的な不純物元素からなり、常温に持ち来しても鈍い黄
金色を呈する耐高温酸化性が優れた良加工性高温用合金
である。
った結果によるもので、 重量比で銅含有量が30〜70％，アルミニウム含有量が４
〜11％，クロム含有量が３〜９％，残部が鉄および不可
避的な不純物元素からなり、常温に持ち来しても鈍い黄
金色を呈する耐高温酸化性が優れた良加工性高温用合金
である。
本発明では、高温の酸化性ガス雰囲気中で表面反応によ
り容易に被膜を形成すること、その被膜が緻密であり高
温で安定していることなどの条件を考慮してAl2O3被膜
を形成するような成分系を選定した。母材については強
度およびコストの関係から鉄とし、さらに鉄への固溶量
が少なくかつアルミニウムの固溶限が大きい元素として
銅を選び出した。更に耐食性を向上させるためにクロム
を含有させたものである。
り容易に被膜を形成すること、その被膜が緻密であり高
温で安定していることなどの条件を考慮してAl2O3被膜
を形成するような成分系を選定した。母材については強
度およびコストの関係から鉄とし、さらに鉄への固溶量
が少なくかつアルミニウムの固溶限が大きい元素として
銅を選び出した。更に耐食性を向上させるためにクロム
を含有させたものである。
以下に本発明材料の組成を限定する理由について述べ
る。
る。
銅と鉄は二相分離を起す元素であって、常温では各々ほ
とんど固溶せず、1000℃でも銅中への鉄の固溶は３％程
度に留まる。つまり金属組織としては鉄相と銅相の混合
体となっていて、その割合は温度に依らずほぼ一定であ
る。しかしながら銅の含有量30〜70％としたのは、30％
未満では耐酸化性が劣化すると共に外観が黄金色を呈し
なくなり、70％超になると常温および高温強度が低下す
ることや、コストが上昇するので上記の範囲とした。
とんど固溶せず、1000℃でも銅中への鉄の固溶は３％程
度に留まる。つまり金属組織としては鉄相と銅相の混合
体となっていて、その割合は温度に依らずほぼ一定であ
る。しかしながら銅の含有量30〜70％としたのは、30％
未満では耐酸化性が劣化すると共に外観が黄金色を呈し
なくなり、70％超になると常温および高温強度が低下す
ることや、コストが上昇するので上記の範囲とした。
アルミニウムは耐酸化性保護被膜を形成するための重要
な元素であり、また鉄のα−γ変態を抑制する効果も兼
ねている。アルミニウムの含有量を４〜11％としたの
は、４％未満では保護被膜であるAl2O3を形成する効果
が少なく、局部酸化が発生しやすくなる。
な元素であり、また鉄のα−γ変態を抑制する効果も兼
ねている。アルミニウムの含有量を４〜11％としたの
は、４％未満では保護被膜であるAl2O3を形成する効果
が少なく、局部酸化が発生しやすくなる。
またアルミニウムは常温で銅の中に９％程度固溶する
が、それ以上になるとβ相が出現するために加工性が著
しく劣化し、実用材としては適さない。しかし鉄銅合金
においては、アルミニウムの添加量が増加するにつれて
銅相より鉄相により多くのアルミニウムが固溶するよう
になる。したがって実質的には11％まで添加することが
出来る。
が、それ以上になるとβ相が出現するために加工性が著
しく劣化し、実用材としては適さない。しかし鉄銅合金
においては、アルミニウムの添加量が増加するにつれて
銅相より鉄相により多くのアルミニウムが固溶するよう
になる。したがって実質的には11％まで添加することが
出来る。
クロムは合金全体の耐食性を向上させるために含有させ
る。しかしクロムは銅に殆ど固溶せず、鉄には固溶する
元素である。このため、合金の鉄の含有量が高い場合は
クロムを９％含有させることができるが鉄の含有量が低
い場合はクロムの含有量は３％となる。
る。しかしクロムは銅に殆ど固溶せず、鉄には固溶する
元素である。このため、合金の鉄の含有量が高い場合は
クロムを９％含有させることができるが鉄の含有量が低
い場合はクロムの含有量は３％となる。
本発明合金はこの成分範囲内では黄金色を呈して美麗で
あり、酸化雰囲気中で高温に曝しても従来の耐熱鋼とは
全く異なり、鈍い黄金色となる。
あり、酸化雰囲気中で高温に曝しても従来の耐熱鋼とは
全く異なり、鈍い黄金色となる。
本発明合金の溶製は高周波等の溶解炉を用いて行い、均
一に溶解させるために溶解温度を1450℃以上とすること
が望ましい。造塊の際はひけ巣、パイプなどインゴット
内に欠陥が発生するのを防止するため、押し湯付きの鋳
型を用いるのが好ましい。熱間圧延の加熱温度は850〜1
050℃の範囲が適当であり、圧下率その他は通常の鋼板
を製造する要領で行ってよい。冷間圧延も特に注意する
ことなく容易にできる。また線材圧延あるいは線引き加
工を施すことにより線材の製造も可能である。
一に溶解させるために溶解温度を1450℃以上とすること
が望ましい。造塊の際はひけ巣、パイプなどインゴット
内に欠陥が発生するのを防止するため、押し湯付きの鋳
型を用いるのが好ましい。熱間圧延の加熱温度は850〜1
050℃の範囲が適当であり、圧下率その他は通常の鋼板
を製造する要領で行ってよい。冷間圧延も特に注意する
ことなく容易にできる。また線材圧延あるいは線引き加
工を施すことにより線材の製造も可能である。
［実施例］ 実施例１ 第１表に示した組成の本発明の合金を、高周波溶解炉に
て溶製した後、1000℃で熱間圧延を施し5mm厚にして、
さらに冷間圧延により0.5mmの厚さに仕上げた。これを
比較合金と共に以下の条件により、耐酸化性の試験を行
った。
て溶製した後、1000℃で熱間圧延を施し5mm厚にして、
さらに冷間圧延により0.5mmの厚さに仕上げた。これを
比較合金と共に以下の条件により、耐酸化性の試験を行
った。
試験片サイズ：長さ30×幅18×厚さ0.5（mm） 試験方法：試験片を石英製の容器内に立て、試料挿入口
を開放した炉に挿入して、1000℃、100時間保持した
後、重量を測定した。耐酸化性の評価は試験前後の重量
差によった。
を開放した炉に挿入して、1000℃、100時間保持した
後、重量を測定した。耐酸化性の評価は試験前後の重量
差によった。
第１表に各合金の組成と耐酸化性試験の結果を示した。
比較合金は現在汎用的に使われているステンレス鋼およ
び高アルミニウム・ステンレス鋼であるが、表から明ら
かなように本発明合金は耐酸化性が極めて良好である。
比較合金は現在汎用的に使われているステンレス鋼およ
び高アルミニウム・ステンレス鋼であるが、表から明ら
かなように本発明合金は耐酸化性が極めて良好である。
さらに加熱・冷却を繰り返した試験では、比較合金に比
べ被膜の脱落が殆ど見られなかった。これはAl2O3被膜
が極めて薄く、かつ緻密に形成されることにより、マト
リックスとの密着性が高まるためであると考えられる。
べ被膜の脱落が殆ど見られなかった。これはAl2O3被膜
が極めて薄く、かつ緻密に形成されることにより、マト
リックスとの密着性が高まるためであると考えられる。
第１図は、本発明合金の組織写真（×500倍）で、第１
図の（ａ）は本発明合金（48.8％Cu−7.0％Al−4.3％Cr
−Fe）を1000℃にて圧延を行い、さらに冷間圧 延により0.5mm厚さにしたときのＬ断面、（ｂ）は、そ
れを大気中1000℃、100時間加熱後のＬ断面ミクロ組織
写真である。
図の（ａ）は本発明合金（48.8％Cu−7.0％Al−4.3％Cr
−Fe）を1000℃にて圧延を行い、さらに冷間圧 延により0.5mm厚さにしたときのＬ断面、（ｂ）は、そ
れを大気中1000℃、100時間加熱後のＬ断面ミクロ組織
写真である。
実施例２ 第１表のNo.3に示した銅48.8％，アルミニウム7.0％，
クロム4.3％，残部鉄の合金を用いた実施例１と同様な
方法で熱延板と冷延板を作り、試験片に加工し熱処理を
施した後、引張試験を行った。試験片形状はJIS 13号Ｂ
とし、厚さは熱延板は2mm,冷延板は1mmとした。
クロム4.3％，残部鉄の合金を用いた実施例１と同様な
方法で熱延板と冷延板を作り、試験片に加工し熱処理を
施した後、引張試験を行った。試験片形状はJIS 13号Ｂ
とし、厚さは熱延板は2mm,冷延板は1mmとした。
熱処理はアルゴン雰囲気中で行った。第２表にその結果
を示す。
を示す。
熱処理温度を適当に選定すれば、任意の強度の合金を作
ることが出来るが、900℃の熱処理で引張強さ65kg/mm2
以上，伸び25％以上という高強度・高延性の材料が得ら
れる。900℃で熱処理した後、450℃で５時間、時効処理
を加えると伸びを低下させずに強度を向上させることが
できる。
ることが出来るが、900℃の熱処理で引張強さ65kg/mm2
以上，伸び25％以上という高強度・高延性の材料が得ら
れる。900℃で熱処理した後、450℃で５時間、時効処理
を加えると伸びを低下させずに強度を向上させることが
できる。
実施例３ 実施例１と同様な方法で本発明合金（48.8％Cu−7.0％A
l−4.3％Cr−Fe）の冷延板を作り、常温における耐食性
試験を行った。その結果を第３表に示す。試験方法は過
酸化水素を加えた塩水噴霧中の促進試験である。試験条
件は以下の通りである。
l−4.3％Cr−Fe）の冷延板を作り、常温における耐食性
試験を行った。その結果を第３表に示す。試験方法は過
酸化水素を加えた塩水噴霧中の促進試験である。試験条
件は以下の通りである。
試験片サイズ：長さ120×幅60×厚さ1.0mm 溶液:0.5％NaCl＋0.2％H2O2噴霧温度35℃ 評価:24時間後の発錆ランクを測定し、Ａ（良）〜Ｇ
（劣る）の７ランクで分類。
（劣る）の７ランクで分類。
クロムを鉄の重量比で10％添加することによりSUS430と
同等の耐食性を持たせることができる。
同等の耐食性を持たせることができる。
［発明の効果］ 本発明の合金は従来の耐高温酸化性材料に比べ、高温の
酸化雰囲気中で材料表面に極めて薄いAl2O3の被膜が形
成されることにより、以下のような産業上の効果を有す
る。
酸化雰囲気中で材料表面に極めて薄いAl2O3の被膜が形
成されることにより、以下のような産業上の効果を有す
る。
（１） 高温における耐酸化性が優れている。
（２） 被膜が薄いので昇温、降温を繰り返しても被膜
の剥離が生じない。
の剥離が生じない。
（３） 合金は黄金色をしており美麗であるが、高温酸
化後でも表面は鈍い黄金色であり美感を損ねない。
化後でも表面は鈍い黄金色であり美感を損ねない。
（４） 耐食性が高い。
（５） 高強度でかつ高延性である。
（６） 製造が容易で安価である。
このような効果により、本発明合金は一般的な高温用材
料すなわち加熱炉の内張り材、高温化学反応器材料、発
熱体のシース材料、自動車の排気管といったものから、
家庭用の暖房器の燃焼部品材料など、広範囲にわたって
使用されるもので利用価値の高い材料である。
料すなわち加熱炉の内張り材、高温化学反応器材料、発
熱体のシース材料、自動車の排気管といったものから、
家庭用の暖房器の燃焼部品材料など、広範囲にわたって
使用されるもので利用価値の高い材料である。
さらに表面の被膜が高い絶縁物質であるため、単に高温
用材料のみならず電気的あるいは電気化学的な分野にも
利用することが可能である。
用材料のみならず電気的あるいは電気化学的な分野にも
利用することが可能である。
第１図は本発明合金（48.8％Cu−7.0％Al−4.3％Cr−F
e）の、拡大（×500倍）した金属組織の写真である。 （ａ）:1000℃にて圧延し、更に冷間圧延により0.5mm厚
さにした時のＬ断面，（ｂ）：（ａ）を大気中1000℃,1
00時間加熱後のＬ断面、
e）の、拡大（×500倍）した金属組織の写真である。 （ａ）:1000℃にて圧延し、更に冷間圧延により0.5mm厚
さにした時のＬ断面，（ｂ）：（ａ）を大気中1000℃,1
00時間加熱後のＬ断面、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 道雄 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社第１技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭48−66525（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】重量比で銅含有量が30〜70％，アルミニウ
ム含有量が４〜11％，クロム含有量が３〜９％，残部鉄
および不可避的な不純物元素からなる耐高温酸化性が優
れた良加工性高温用合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62229706A JPH076017B2 (ja) | 1987-09-16 | 1987-09-16 | 耐高温酸化性が優れた良加工性高温用合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62229706A JPH076017B2 (ja) | 1987-09-16 | 1987-09-16 | 耐高温酸化性が優れた良加工性高温用合金 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6048367A Division JP2609062B2 (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 耐高温酸化性がすぐれた良加工性高温材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6473034A JPS6473034A (en) | 1989-03-17 |
| JPH076017B2 true JPH076017B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=16896422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62229706A Expired - Lifetime JPH076017B2 (ja) | 1987-09-16 | 1987-09-16 | 耐高温酸化性が優れた良加工性高温用合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH076017B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5445686A (en) * | 1990-04-09 | 1995-08-29 | Nippon Steel Corporation | Fe-Cu alloy sheet having an alloy structure of high uniformity |
| JP2543650B2 (ja) * | 1992-06-29 | 1996-10-16 | 新日本製鐵株式会社 | ガラス成型用金型 |
| US5656104A (en) * | 1994-10-14 | 1997-08-12 | Nippon Steel Corporation | Metal mold for glass forming |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4866525A (ja) * | 1971-12-15 | 1973-09-12 |
-
1987
- 1987-09-16 JP JP62229706A patent/JPH076017B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6473034A (en) | 1989-03-17 |
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