JPH08188841A

JPH08188841A - 高耐食性Ｎｉ基合金

Info

Publication number: JPH08188841A
Application number: JP137995A
Authority: JP
Inventors: Osamu Matsumoto; 修松本; Tomohiro Tsuchiyama; 友博土山; Takanari Okuda; 隆成奥田; Masayuki Fujiwara; 優行藤原; Takemitsu Honjo; 武光本庄
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1995-01-09
Filing date: 1995-01-09
Publication date: 1996-07-23
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: JP2860260B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高温耐食性に優れた高耐食性Ｎｉ基合金を提
供する。【構成】本発明の高耐食性Ｎｉ基合金は、化学組成が
重量％で、Ｃ：0.05％以下、Ｓｉ：0.5％以下、Ｍｎ：
0.7 ％以下、Ｎｉ：40 〜60％、Ｃｒ：23 〜35％、Ａ
ｌ：0.1〜2.0 ％、Ｔｉ：1〜2 ％、Ｎｂ：2〜6 ％、
Ｂ：0.0005 〜0.02％、Ｚｒ：0.001〜0.05％、及び残
部実質的にＦｅからなる。また、Ｃｏを１５重量％以下
添加することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関部品である吸
排気弁棒等の高温腐食雰囲気で使用される高耐食性Ｎｉ
基合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高温腐食雰囲気中に長時間曝される部
品、例えばディーゼルエンジンを構成する排気弁棒は、
耐熱耐摩耗性及び高温耐食性が要求されることから、従
来、耐熱鋼であるＳＵＨ３１やＳＵＨ３５が使用されて
きた。近年、ディーゼルエンジンの高出力化が進み、燃
焼ガス温度が高温になったため、従来の耐熱鋼製の排気
弁棒では、その触火面（燃焼室に面し、燃焼ガスと直接
接する面）の損傷が激しく、短時間で補修が必要とな
り、ディーゼルエンジンの稼働率が低下するという支障
があった。そのため、前記部品として、高温耐食性に優
れるＮｉ基耐熱合金であるNimonic80Aの鍛造材や、特開
昭64-8699 に開示されているように、Ｔｉ：４％以下，
Ａｌ：４％以下，Ｎｂ：４％以下のいずれか１種又は２
種以上を含有した強析出硬化型Ｎｉ基耐熱合金が使用さ
れるようになった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、内燃機
関に使用される燃料は、エネルギー不足から低品位のも
のが使用されるようになったため、燃焼ガスに燃焼灰分
が多くなり、燃焼灰分が堆積する弁棒などの部品には、
バナジウムアタックが生じ易くなっている。更に、発電
用ディーゼルエンジンのように高出力で長時間連続運転
し、燃焼ガスが高温になと、燃料中の硫黄分により硫化
物が生成されるため、高温硫化腐食（サルファアタッ
ク）が生じる。

【０００４】このような高温腐食雰囲気になると、バナ
ジウムアタックとサルファアタックが相まって、腐食挙
動が複雑になり、硫化作用に弱いＮｉを主成分とする前
記Nimonic80Aの鍛造材により形成された排気弁棒では、
十分な高温耐食性（耐バナジウムアタック性、耐サルフ
ァアタック性）が得られず、触火面での損耗量が多いと
いう問題がある。

【０００５】本発明はかかる問題に鑑みなされたもの
で、高温耐食性に優れた高耐食性Ｎｉ基合金を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の高耐食性Ｎｉ基
合金は、化学組成が重量％で、Ｃ： 0.05％以下、Ｓ
ｉ： 0.5 ％以下、Ｍｎ： 0.7％以下、Ｎｉ：
40.0〜60.0％、Ｃｒ： 23.0〜35.0％、Ａｌ： 0.1〜
2.0％、Ｔｉ： 1.0〜 2.0％、Ｎｂ： 2.0〜 6.0
％、Ｂ：0.0005〜0.02％、Ｚｒ： 0.001〜0.05％、残部
Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。また、Ｃｏを１５重
量％以下添加することができる。

【０００７】

【作用】本発明に含有されるＣｒは、バナジウムアタッ
クに対し有効であり、耐酸化性を向上させる。しかも、
高温に暴露され高温腐食が始まっても、Cr₂O₃酸化膜の
生成速度が速く、腐食の進行を遅延させるため、サルフ
ァアタックには有効である。従って、Ｃｒの添加によ
り、良好な高温耐食性を有するＮｉ基合金の耐サルファ
アタック性が更に改善される。

【０００８】Ｃｏは、Ｎｉと同様、オーステナイト相を
安定にする作用があるため、素地の高温強度が高められ
る。しかも、Ｎｉとは異なり、特にサルファアタックに
強いため、Ｃｏを添加すると、基地の高温強度を保持し
つつ、高温耐食性が著しく向上する。

【０００９】

【実施例】本発明に係る高耐食性Ｎｉ基合金の実施例に
ついて説明する。本発明の基本組成は、重量％で、Ｃ：
0.05％以下、Ｓｉ： 0.5 ％以下、Ｍｎ：
0.7％以下、Ｎｉ： 40.0〜60.0％、Ｃｒ： 23.0〜35.
0％、Ａｌ： 0.1〜 2.0％、Ｔｉ： 1.0〜 2.0％、
Ｎｂ： 2.0〜 6.0％、Ｂ：0.0005〜0.02％、Ｚｒ：
0.001〜0.05％、であり、残部はＦｅ及び不可避的不純
物からなる。また、Ｃｏを１５重量％以下添加すること
ができる。

【００１０】以下に、上記組成の限定理由について記述
する。Ｃ：0.05％以下Ｃは、高硬度の炭化物を形成し耐摩耗性の向上に寄与す
る。しかし、０．０５％を越えて添加すると、炭化物が
増加し、延性が著しく低下するため、０．０５％以下と
する。Ｓｉ： O.5％以下Ｓｉは、鋳造性を良くすると供に、硬度の向上に寄与す
る。０．５％を越えて添加すると、ラーベス相等の脆化
相を析出し、熱間加工時に割れを生じたり、延性を低下
させるため、０．５％以下とする。Ｍｎ： 0.7％以下Ｍｎは、Ｓと結合してＭｎＳを生成し、Ｓによる脆化を
防ぐ元素である。０．７％を越えて添加されると、材料
の耐食性を劣化させるため、０．７％以下が好ましい。Ｎｉ：40.0〜60.0％Ｎｉは、オーステナイト相の安定化に必要であり、ま
た、析出強化相γ’，γ”を形成させるために必要であ
る。４０％未満では十分な析出強化ができず、６０％を
越えると、サルファアタックに対する耐食性が十分得ら
れない。Ｃｒ：23.0〜35.0％Ｃｒは、耐食性を向上させる元素として不可欠であり、
バナジウムアタック及びサルファアタックの両方に対し
て効果がある。２３．０％未満であると、その効果が十
分得られず、高温耐食性が改善されない。一方、３５．
０％を越えると、強度が低下すると供に、脆性が劣化す
る。Ａｌ： 0.1〜 2.0％Ａｌは、Ｔｉ，Ｎｂと同様に析出強化元素であり、高温
強度の向上に寄与する。０．１％未満であると、析出強
化の効果が得られず、２．０％を越えると、脆性の低下
を招くため好ましくない。Ｔｉ： 1.0〜 2.0％Ｔｉは、Ａｌ，Ｎｂと同様に析出強化元素であり、高温
強度の向上に寄与する。１．０％未満であると、析出強
化の効果が少なく、２．０％を越えると、脆性の劣化を
来すため好ましくない。Ｎｂ： 2.0〜 6.0％Ｎｂは、Ａｌ，Ｔｉと同様に析出強化元素であり、高温
強度の向上に寄与する。２．０％未満であると、析出強
化の効果が期待できない。一方、６．０％を越えると、
脆性の劣化を来し好ましくない。Ｂ：0.0005〜0.02％Ｂは、高温におけるクリープ強度を向上させる。０．０
００５％未満であると、その効果がなく、高温強度が改
善されない。一方、０．０２％を越えてＢが含有される
と、溶接性が劣化する。Ｚｒ： 0.001〜0.05％Ｚｒは、耐酸化性を向上させる元素であり、バナジウム
アタックに対して有効である。０．００１％未満である
と、その効果がなく、０．０５％を越えると、溶接性が
劣化する。Ｃｏ：15.0％以下Ｃｏは、Ｎｉの置換元素として添加でき、素地の固溶強
化に寄与する。しかし、１５．０％を越えてＣｏが添加
されると、逆に固溶強化の効果が少なくなり、しかも、
高価になるため、１５．０％以下とする。

【００１１】次に、本発明の高耐食性Ｎｉ基合金の具体
的実施例について述べる。 (1) まず、２０ｋｇ鋳塊を真空溶解炉を用いて、Ｎｏ．
１〜６の合金を溶製した。Ｎｏ．１〜５の合金は本発明
に係る合金であり、Ｎｏ．６は従来例に係る合金であ
り、今回はNimonic80Aを使用した。各合金の化学成分
は、下記表１に示す通りである。

【００１２】

【表１】

【００１３】(2) 続いて、各合金を、均質処理（１１５
０℃×１２Ｈｒ）した後、ハンマにより３０×２０ｍｍ
の角材になるまで鍛造した。鍛造温度範囲は、１１００
〜９００℃であった。 (3) さらに、Ｎｏ．１〜５の鍛造材に、７２０℃×１６
Ｈｒ／ＦＣ＋６２０℃×１６Ｈｒ／ＡＣの時効処理を施
し、実施例に係る合金材を得た。一方、Ｎｏ．６の鍛造
材に、７５０℃×１６Ｈｒ／ＡＣの時効処理を行い、従
来例に係る合金材を得た。

【００１４】本熱処理条件は機械的特性を得るための条
件であり、耐食性には直接大きな影響を及ぼさない。熱
処理この他に溶体化処理を行い、その後、時効処理を行
う方法でも、同等の機械的特性が得られる。溶体化処理
の条件は９８０−１１００℃×１時間以上保持後油また
は水冷を行う。時効処理条件は１）７００−７５０℃で
８Ｈｒ以上保持する１段時効および２）７００−７５０
℃で８Ｈｒ以上保持した後、続けて６００−６５０℃で
８Ｈｒ以上保持する２段時効の方法があり、いずれも実
施例と同等の特性を得ることが可能であるが、時効温度
を高めること、２段時効処理を行うことで高強度が得ら
れる。 (4) 実施例及び従来例に係る合金材に対して、室温にお
ける引張特性及び表面硬度の測定を行った。実施例とし
ては、Ｎｏ．２とＮｏ．５を使用した。その測定結果
は、下記表２の通りである。

【００１５】

【表２】

【００１６】(5) 次に、実施例及び従来例に係る合金材
全てに対して、高温硫化腐食試験及びバナジウムアタッ
ク試験を行い、耐腐食性を評価した。試験片としては、
各合金材を２５×１５×５ｍｍに機械加工した後、エメ
リー紙で鏡面研磨したのものを使用した。 (6) 高温硫化腐食試験では、食合成灰として Na₂SO₄(90
%)+NaCl(10%)を用い、８００℃×２０Ｈｒ恒温保持した
後、試験片に付着した腐食生成物を除去し、腐食減量を
測定した。測定結果は、図１に示す通りである。 (7) バナジウムアタック試験では、食合成灰として V₂O
₅(85%)+Na₂SO₄(15%)を用い、前記高温硫化腐食試験と同
様に測定した。測定結果は、図２に示す通りである。 (8) 機械的性質を示した表２より、実施例は従来例と同
等以上の強度、耐摩耗性を持ってることが明らかになっ
た。また、図１より、実施例はいずれも、従来例に比較
して格段に優れた耐高温硫化腐食特性を示していること
が分かる。そして、図２より、耐バナジウムアタック特
性については、実施例は従来例とほぼ同等であることが
確認された。従って、本発明に係る化学成分を有する合
金は、従来のNimonic80A以上の機械的性質を有しつつ、
高温硫化腐食（サルファアタック）及びバナジウムアタ
ックに対して優れた耐食性を示している。

【００１７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の高耐食性Ｎ
ｉ基合金は、特定の化学組成を有しているため、優れた
高温耐食性、特にサルファアタックに対する耐食性を著
しく向上させることができる。しかも、Ｃｏを１５重量
％添加させると、高強度及び高耐摩耗性を保持しつつ、
耐食性が改善された材料を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】高温硫化腐食試験における腐食減量を示した図
である。

【図２】バナジウムアタック試験における腐食減量を示
した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥田隆成兵庫県加古川市尾上町池田字池田開拓2222 −１株式会社神戸製鋼所加古川研究地区内 (72)発明者藤原優行兵庫県加古川市尾上町池田字池田開拓2222 −１株式会社神戸製鋼所加古川研究地区内 (72)発明者本庄武光兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学組成が重量％で、Ｃ： 0.05％以下、Ｓｉ： 0.5 ％以下、Ｍｎ： 0.7％以下、Ｎｉ： 40.0〜60.0％、Ｃｒ： 23.0〜35.0％、Ａｌ： 0.1〜 2.0％、Ｔｉ： 1.0〜 2.0％、Ｎｂ： 2.0〜 6.0％、Ｂ：0.0005〜0.02％、Ｚｒ： 0.001〜0.05％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる高耐食性Ｎｉ基合
金。
【請求項２】Ｃｏが１５重量％以下添加されている請
求項１に記載の高耐食性Ｎｉ基合金。