JPH0776721A - 耐熱鋳造合金の熱処理方法 - Google Patents
耐熱鋳造合金の熱処理方法Info
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- JPH0776721A JPH0776721A JP22547593A JP22547593A JPH0776721A JP H0776721 A JPH0776721 A JP H0776721A JP 22547593 A JP22547593 A JP 22547593A JP 22547593 A JP22547593 A JP 22547593A JP H0776721 A JPH0776721 A JP H0776721A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、一定の成分組成を有する耐熱鋳鋼
を1200℃〜1300℃の範囲に加熱し、均熱保持後室温まで
冷却する熱処理を行うことにより、引張特性やクリープ
特性を改善できる耐熱鋳鋼の熱処理方法を提供するにあ
る。 【構成】本発明は、重量%にてC:0.05〜0.6%、Si:3.0%以
下、Mn:3.0%以下、Ni:15〜50%、Cr:15〜50%を含有し、
残部実質的にFeからなる成分組成を有し、又、上記合金
にはMo:5.0%以下、Nb:3.0%以下、Ti:1.0%以下、Ta:1.0%
以下、W:5.0%以下、Co:20.0%以下、Al:3.0%以下、N:0.3
%以下、B:0.5%以下のいずれか１種又は２種以上含むこ
とができる耐熱鋳鋼を1200℃〜1300℃、好ましくは1200
℃〜1250℃の範囲に加熱し、１時間以上好ましくは１時
間〜４時間の範囲で均熱保持後室温まで冷却することを
特徴とする耐熱鋳鋼の熱処理方法にある。
を1200℃〜1300℃の範囲に加熱し、均熱保持後室温まで
冷却する熱処理を行うことにより、引張特性やクリープ
特性を改善できる耐熱鋳鋼の熱処理方法を提供するにあ
る。 【構成】本発明は、重量%にてC:0.05〜0.6%、Si:3.0%以
下、Mn:3.0%以下、Ni:15〜50%、Cr:15〜50%を含有し、
残部実質的にFeからなる成分組成を有し、又、上記合金
にはMo:5.0%以下、Nb:3.0%以下、Ti:1.0%以下、Ta:1.0%
以下、W:5.0%以下、Co:20.0%以下、Al:3.0%以下、N:0.3
%以下、B:0.5%以下のいずれか１種又は２種以上含むこ
とができる耐熱鋳鋼を1200℃〜1300℃、好ましくは1200
℃〜1250℃の範囲に加熱し、１時間以上好ましくは１時
間〜４時間の範囲で均熱保持後室温まで冷却することを
特徴とする耐熱鋳鋼の熱処理方法にある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は石油精製・石油化学製造
装置の加熱炉、工業用熱処理炉、各種焼却炉などで使用
している耐熱鋼の高温強度とくにクリープ特性を改善す
る熱処理方法に関する。
装置の加熱炉、工業用熱処理炉、各種焼却炉などで使用
している耐熱鋼の高温強度とくにクリープ特性を改善す
る熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】耐熱鋼とくに耐熱鋳造合金は、石油精
製、石油化学製造装置の各種加熱炉、工業用熱処理炉、
各種焼却炉などの構造部材として多用されている。これ
らの材料は主に遠心鋳造や静止鋳造法で製造されており
肉厚および形状が千差万別である。また、耐熱鋳造合金
はそのほとんどが鋳造したままで用いられており、その
合金の強度は鋳造時の成分、肉厚および凝固速度によっ
て決定されることは学術振興会第123委員会研究報告書:
Vol.11(1970)P.149〜158掲載報文「25Cr-20Ni鋳鋼の機
械的性質に及ぼす鋳造条件の影響」などからも周知の事
実である。特に肉厚になるほど、強度が低下するという
問題があり、この種の材料を使用する上で大きな問題と
なる場合が多い。
製、石油化学製造装置の各種加熱炉、工業用熱処理炉、
各種焼却炉などの構造部材として多用されている。これ
らの材料は主に遠心鋳造や静止鋳造法で製造されており
肉厚および形状が千差万別である。また、耐熱鋳造合金
はそのほとんどが鋳造したままで用いられており、その
合金の強度は鋳造時の成分、肉厚および凝固速度によっ
て決定されることは学術振興会第123委員会研究報告書:
Vol.11(1970)P.149〜158掲載報文「25Cr-20Ni鋳鋼の機
械的性質に及ぼす鋳造条件の影響」などからも周知の事
実である。特に肉厚になるほど、強度が低下するという
問題があり、この種の材料を使用する上で大きな問題と
なる場合が多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年各種加熱炉
や熱処理炉は高温化ならびに大型化の傾向にあり、これ
に使用される部材には、より強度の高い材料が要請され
ている。
や熱処理炉は高温化ならびに大型化の傾向にあり、これ
に使用される部材には、より強度の高い材料が要請され
ている。
【０００４】本発明はかかる要請に鑑み、高温部材とし
て使用される耐熱鋳造合金の高温での強度を高めるため
の熱処理方法を提供するものである。
て使用される耐熱鋳造合金の高温での強度を高めるため
の熱処理方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は一定の成分組成
を有する耐熱鋳鋼において、1200℃〜1300℃の範囲で好
ましくは1200℃〜1250℃の範囲に加熱し、均熱保持後室
温まで冷却する熱処理を行うことにより、引張特性やク
リープ特性を著しく改善できるとの知見に基づいて完成
されたものである。
を有する耐熱鋳鋼において、1200℃〜1300℃の範囲で好
ましくは1200℃〜1250℃の範囲に加熱し、均熱保持後室
温まで冷却する熱処理を行うことにより、引張特性やク
リープ特性を著しく改善できるとの知見に基づいて完成
されたものである。
【０００６】すなわち、本発明は、重量%にてC:0.05〜
0.6%、Si:3.0%以下、Mn:3.0%以下、Ni:15〜50%、Cr:15
〜50%を含有し、残部実質的にFeからなる成分組成を有
し、又、上記合金にはMo:5.0%以下、Nb:3.0%以下、Ti:
1.0%以下、Ta:1.0%以下、W:5.0%以下、Co:20.0%以下、A
l:3.0%以下、N:0.3%以下、B:0.5%以下のいずれか１種又
は２種以上含むことができる耐熱鋳鋼を1200℃〜1300
℃、好ましくは1200℃〜1250℃の範囲に加熱し、１〜４
時間の範囲で均熱保持後室温まで冷却することを特徴と
する耐熱鋳鋼の熱処理方法にある。
0.6%、Si:3.0%以下、Mn:3.0%以下、Ni:15〜50%、Cr:15
〜50%を含有し、残部実質的にFeからなる成分組成を有
し、又、上記合金にはMo:5.0%以下、Nb:3.0%以下、Ti:
1.0%以下、Ta:1.0%以下、W:5.0%以下、Co:20.0%以下、A
l:3.0%以下、N:0.3%以下、B:0.5%以下のいずれか１種又
は２種以上含むことができる耐熱鋳鋼を1200℃〜1300
℃、好ましくは1200℃〜1250℃の範囲に加熱し、１〜４
時間の範囲で均熱保持後室温まで冷却することを特徴と
する耐熱鋳鋼の熱処理方法にある。
【０００７】本発明の熱処理方法により、耐熱鋳鋼の使
用に当り、肉厚の減少あるいはより高温での使用が可能
となり、従って各種高温装置の性能向上にも大きく寄与
することができる。
用に当り、肉厚の減少あるいはより高温での使用が可能
となり、従って各種高温装置の性能向上にも大きく寄与
することができる。
【０００８】以下、本発明において対象となる耐熱鋳鋼
を上記成分に限定した理由を説明する。
を上記成分に限定した理由を説明する。
【０００９】C：0.05〜0.6% CはCr,Nb,W,Ti,Ta,Bなどと炭化物を形成し高温強度を高
める作用があり、耐熱鋳鋼においては極めて重要な元素
である。その含有量は他の元素との組合せによっても異
なるが、いずれの場合でも0.05%未満では高温強度を十
分発揮させることができず、一方、0.6%を越えては炭化
物が過多となり高温強度がむしろ低下するとともに靭性
も著しく損なわれる。よってその含有量は0.05%〜0.6%
とした。
める作用があり、耐熱鋳鋼においては極めて重要な元素
である。その含有量は他の元素との組合せによっても異
なるが、いずれの場合でも0.05%未満では高温強度を十
分発揮させることができず、一方、0.6%を越えては炭化
物が過多となり高温強度がむしろ低下するとともに靭性
も著しく損なわれる。よってその含有量は0.05%〜0.6%
とした。
【００１０】Si：3.0%以下 Siは溶鋼精錬の際に脱酸剤として用いられる他、高温に
おいては耐酸化性を向上させる効果がある。ただし、3%
を越えて含有すると高温強度が低下し、靭性も著しく損
なわれる。よってその含有量は3%以下とした。
おいては耐酸化性を向上させる効果がある。ただし、3%
を越えて含有すると高温強度が低下し、靭性も著しく損
なわれる。よってその含有量は3%以下とした。
【００１１】Mn：3.0%以下 MnはSiと同様に溶鋼精錬の際に脱酸剤として用いられ
る。また、Mnは溶接性改善にも有効であるが、3%を越え
て含有してもその効果は飽和する。よってその含有量は
3%以下とした。
る。また、Mnは溶接性改善にも有効であるが、3%を越え
て含有してもその効果は飽和する。よってその含有量は
3%以下とした。
【００１２】Ni：15〜50% Niはオーステナイトを安定化させるとともに耐酸化性を
も向上させる効果があり、耐熱鋳鋼にとって不可欠な元
素である。その含有量はFe、Crなど他の元素とのバラン
スによって定まるが、本発明においては15〜50%の範囲
が最も効果的かつ経済的である。よってその範囲15〜50
%と定めた。
も向上させる効果があり、耐熱鋳鋼にとって不可欠な元
素である。その含有量はFe、Crなど他の元素とのバラン
スによって定まるが、本発明においては15〜50%の範囲
が最も効果的かつ経済的である。よってその範囲15〜50
%と定めた。
【００１３】Cr：15〜50% CrもNiと同様、耐熱鋳鋼においては不可欠の元素であ
る。その最も効果的な作用は耐酸化性向上と、Cと結合
しCr炭化物を生成して高温強度を高めることである。そ
の含有量は、NiやFeのバランス及び使用温度範囲によっ
て決定されるが、本発明においては15〜50%の範囲が最
も効果的かつ経済的である。よってその範囲を15〜50%
と定めた。
る。その最も効果的な作用は耐酸化性向上と、Cと結合
しCr炭化物を生成して高温強度を高めることである。そ
の含有量は、NiやFeのバランス及び使用温度範囲によっ
て決定されるが、本発明においては15〜50%の範囲が最
も効果的かつ経済的である。よってその範囲を15〜50%
と定めた。
【００１４】Mo,W：5.0%以下 MoおよびWはマトリックス中および炭化物中に固溶し、
高温強度を高める効果がある。ただし、いずれも5.0%を
越えると金属間化物を生成しかえって高温強度の低下を
まねく。よってその範囲を5.0%以下と定めた。
高温強度を高める効果がある。ただし、いずれも5.0%を
越えると金属間化物を生成しかえって高温強度の低下を
まねく。よってその範囲を5.0%以下と定めた。
【００１５】Nb,Ti,Ta,B：Nb,Ti,TaおよびBはいずれも
炭化物を生成し高温強度を著しく向上させる。その添加
量はCおよびCr,Nb,Ti,Ta,B等の添加量によって定まる
が、いずれも過剰に添加すると、炭素以外に窒素とも結
合し、窒化物を生成して高温強度を低下させる。よって
その範囲はNb:3.0%以下、Ti:1.0以下、Ta:1.0%以下、B:
0.5%以下と定めた。
炭化物を生成し高温強度を著しく向上させる。その添加
量はCおよびCr,Nb,Ti,Ta,B等の添加量によって定まる
が、いずれも過剰に添加すると、炭素以外に窒素とも結
合し、窒化物を生成して高温強度を低下させる。よって
その範囲はNb:3.0%以下、Ti:1.0以下、Ta:1.0%以下、B:
0.5%以下と定めた。
【００１６】Al：3.0%以下 Alは耐酸化性を向上させる有効な元素である。Alは添加
量を増すほど耐酸化性は向上するが、3.0%を越えると高
温強度の低下をまねく。よってその上限を3.0%と定め
た。
量を増すほど耐酸化性は向上するが、3.0%を越えると高
温強度の低下をまねく。よってその上限を3.0%と定め
た。
【００１７】Co：20.0%以下 Coはマトリックス中に固溶しマトリックスを強化させ、
高温強度を向上させる。ただし、20.0%を越えて含有さ
せてもそのコストに見合うだけの効果が得られない。よ
ってその上限を20.0%と定めた。
高温強度を向上させる。ただし、20.0%を越えて含有さ
せてもそのコストに見合うだけの効果が得られない。よ
ってその上限を20.0%と定めた。
【００１８】本発明の熱処理方法では前述の如き組成成
分及び組成範囲の耐熱鋳鋼を1200℃〜1300℃の温度範囲
に加熱するものであるが、この加熱温度範囲を前述の如
く限定した理由は下記のとおりである。
分及び組成範囲の耐熱鋳鋼を1200℃〜1300℃の温度範囲
に加熱するものであるが、この加熱温度範囲を前述の如
く限定した理由は下記のとおりである。
【００１９】加熱温度が1200℃未満では鋳造のままと強
度がほとんど変わらず、むしろ延性の低下をきたす。一
方、1300℃を越えると、本発明に係る合金は融点直下と
なり、一部溶融し始めると同時に熱膨張なども大きくな
り著しく変形をきたすおそれがある。よって熱処理温度
は1200℃〜1300℃の範囲とし、好ましくは溶融がなく、
かつ変形の問題がほとんど発生しない、1200℃〜1250℃
の範囲が最適である。
度がほとんど変わらず、むしろ延性の低下をきたす。一
方、1300℃を越えると、本発明に係る合金は融点直下と
なり、一部溶融し始めると同時に熱膨張なども大きくな
り著しく変形をきたすおそれがある。よって熱処理温度
は1200℃〜1300℃の範囲とし、好ましくは溶融がなく、
かつ変形の問題がほとんど発生しない、1200℃〜1250℃
の範囲が最適である。
【００２０】また、本発明熱処理方法において均熱保持
時間を１時間〜４時間に限定した理由は、１時間未満で
は熱処理対象物が完全に均一温度に達しないため、本発
明の効果を十分に得ることができない。一方、４時間を
越えて熱処理を施すと、熱処理対象物が酸化あるいは変
形が著しくなるとともに強度的にはほとんど変化しなく
なる。よって本発明の効果を十分に得ると共に、経済的
見地から均熱時間は１時間〜４時間とした。以下、実施
例に基づいて本発明方法の作用、効果を詳述する。
時間を１時間〜４時間に限定した理由は、１時間未満で
は熱処理対象物が完全に均一温度に達しないため、本発
明の効果を十分に得ることができない。一方、４時間を
越えて熱処理を施すと、熱処理対象物が酸化あるいは変
形が著しくなるとともに強度的にはほとんど変化しなく
なる。よって本発明の効果を十分に得ると共に、経済的
見地から均熱時間は１時間〜４時間とした。以下、実施
例に基づいて本発明方法の作用、効果を詳述する。
【００２１】
【実施例】高周波誘導溶解炉で第１表に示す各種成分の
合金を溶製し、図１及び図２に示す試験片素材を鋳造し
た。試験片はそれぞれ肉厚の中心となる位置S1,S2及びS
3より採取し、引張試験、クリープ試験およびミクロ組
織試験を実施した。
合金を溶製し、図１及び図２に示す試験片素材を鋳造し
た。試験片はそれぞれ肉厚の中心となる位置S1,S2及びS
3より採取し、引張試験、クリープ試験およびミクロ組
織試験を実施した。
【００２２】 第２表には各合金の室温での短時間引張特性を示す。い
ずれの合金も鋳造のままの状態では、肉厚が厚くなるに
従い引張強さおよび伸びが低下する。一方、熱処理材に
おいても1150℃までの熱処理においては引張強さは殆ど
変化せず、むしろ伸びが低下する。しかし、1200℃以上
で熱処理したものは引張強さが向上し、いずれも鋳造の
ままの状態よりも高くなる。さらに、伸びも増加する傾
向を示す。これらは図３（合金Eの顕微鏡組織）で示す
ように1200℃以上で熱処理するとマトリックス中に出て
いた一次および二次炭化物が分解減少し、余剰の炭素が
マトリックス中に再固溶し、マトリックスを強化（炭素
による固溶強化）するためである。
ずれの合金も鋳造のままの状態では、肉厚が厚くなるに
従い引張強さおよび伸びが低下する。一方、熱処理材に
おいても1150℃までの熱処理においては引張強さは殆ど
変化せず、むしろ伸びが低下する。しかし、1200℃以上
で熱処理したものは引張強さが向上し、いずれも鋳造の
ままの状態よりも高くなる。さらに、伸びも増加する傾
向を示す。これらは図３（合金Eの顕微鏡組織）で示す
ように1200℃以上で熱処理するとマトリックス中に出て
いた一次および二次炭化物が分解減少し、余剰の炭素が
マトリックス中に再固溶し、マトリックスを強化（炭素
による固溶強化）するためである。
【００２３】 第３表は各合金の800℃および1000℃におけるクリープ
破断試験結果を示したものである。鋳造のままの状態お
よび1150℃までの熱処理材では、肉厚にほとんど関係な
くほぼ同程度の破断時間を示すが、1200℃以上で熱処理
したものは破断時間が著しく長くなる。この強度向上の
原因も引張強さの向上と同様、熱処理によって過剰の炭
素がマトリックス中に再固溶し、クリープ破断試験中に
析出して強化するためである。
破断試験結果を示したものである。鋳造のままの状態お
よび1150℃までの熱処理材では、肉厚にほとんど関係な
くほぼ同程度の破断時間を示すが、1200℃以上で熱処理
したものは破断時間が著しく長くなる。この強度向上の
原因も引張強さの向上と同様、熱処理によって過剰の炭
素がマトリックス中に再固溶し、クリープ破断試験中に
析出して強化するためである。
【００２４】
【００２５】
【発明の効果】本発明によって得られる耐熱鋳造合金は
第２表および第３表に示すごとく強度が著しく向上す
る。
第２表および第３表に示すごとく強度が著しく向上す
る。
【００２６】従って本発明方法によって製造される各種
耐熱鋳造合金製構造物は従来のものに比べ、肉厚の減少
にあるいはより高温での使用が可能となるなど経済的効
果が大きく、かつ各種高温装置の性能向上にも大きく寄
与することが期待でき、工業上きわめて有用な特性をも
つものである。
耐熱鋳造合金製構造物は従来のものに比べ、肉厚の減少
にあるいはより高温での使用が可能となるなど経済的効
果が大きく、かつ各種高温装置の性能向上にも大きく寄
与することが期待でき、工業上きわめて有用な特性をも
つものである。
【図１】 本発明方法による試験片採取用鋳片の側面図
【図２】 図１のII−II線に沿った縦断面図
【図３】 本発明合金Eの肉厚60mm部分の顕微鏡組織
S1,S2及びS3：鋳片よりの試験片採取位置
Claims (2)
- 【請求項１】 重量%にてC:0.05〜0.6%、Si:3.0%以下、
Mn:3.0%以下、Ni:15〜50%、Cr:15〜50%、残部Fe及び不
可避の不純物からなる耐熱鋼を1200℃〜1300℃に加熱
し、１〜４時間均熱保持後室温まで冷却して強度を改善
することを特徴とする耐熱鋳造合金の熱処理方法。 - 【請求項２】 重量%にてC:0.05〜0.6%、Si:3.0%以下、
Mn:3.0%以下、Ni:15〜50%、Cr:15〜50%、さらにMo:5.0%
以下、Nb:3.0%以下、Ti:1.0%以下、Ta:1.0%以下、W:5.0
%以下、Co:20.0%以下、Al:3.0%以下、B:0.5%以下のいず
れか１種または２種以上を含有し、残部Fe及び不可避の
不純物からなる耐熱鋼を1200℃〜1300℃に加熱し、１〜
４時間均熱保持後室温まで冷却して強度を改善すること
を特徴とする耐熱鋳造合金の熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22547593A JPH0776721A (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 耐熱鋳造合金の熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22547593A JPH0776721A (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 耐熱鋳造合金の熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0776721A true JPH0776721A (ja) | 1995-03-20 |
Family
ID=16829903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22547593A Pending JPH0776721A (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 耐熱鋳造合金の熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0776721A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2292807A1 (en) * | 2009-09-04 | 2011-03-09 | Hitachi, Ltd. | Ni based casting alloy and turbine casing |
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| CN103205605A (zh) * | 2013-04-08 | 2013-07-17 | 武汉索力特科技有限公司 | 一种抗高温氧化的铸造镍基合金及其制备方法 |
| CN103498112A (zh) * | 2013-10-14 | 2014-01-08 | 无锡通用钢绳有限公司 | 不锈钢丝绳及其生产工艺 |
| CN103540804A (zh) * | 2013-11-01 | 2014-01-29 | 武汉钢铁(集团)公司 | 低成本耐热镍铬合金及制备方法与其制成的均热炉辊环和炉底辊 |
| JP2015120956A (ja) * | 2013-12-24 | 2015-07-02 | 新日鐵住金株式会社 | オーステナイト系耐熱鋳造合金 |
| JP2018003064A (ja) * | 2016-06-29 | 2018-01-11 | 新日鐵住金株式会社 | オーステナイト系ステンレス鋼 |
| KR20220080382A (ko) * | 2020-12-07 | 2022-06-14 | 주식회사 포스코 | 크리프 특성이 향상된 내열 주강, 소둔로용 롤 및 그 제조방법 |
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-
1993
- 1993-09-10 JP JP22547593A patent/JPH0776721A/ja active Pending
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