JPH09279287A - 粒子分散型粉末耐熱合金 - Google Patents

粒子分散型粉末耐熱合金

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JPH09279287A
JPH09279287A JP8088107A JP8810796A JPH09279287A JP H09279287 A JPH09279287 A JP H09279287A JP 8088107 A JP8088107 A JP 8088107A JP 8810796 A JP8810796 A JP 8810796A JP H09279287 A JPH09279287 A JP H09279287A
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JP
Japan
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rare earth
alloy
powder
base
resistant alloy
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JP8088107A
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English (en)
Inventor
Tatsuro Isomoto
辰郎 磯本
Tadanori Kida
忠伯 木田
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Sanyo Special Steel Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Special Steel Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のメカニカルアロイング法を用いない
で、大量生産が可能で、かつ安価な粉末製造方法である
ガスアトマイズ法を用いて、高い高温強度を有する粒子
分散型粉末耐熱合金を提供すること。 【解決手段】 Crを15%以上含むFe基、Ni基、
Co基およびCrを60%以上含むCr基の粉末合金に
おいて、アルゴン又は窒素によりガスアトマイズされる
前の溶湯中にZrまたはY,Ce,Laなどの希土類元
素の1種又は2種以上含み、かつそのガスアトマイズさ
れた粉末を用いて圧延、鋳造等の熱間加工、HIP又は
熱間押出により固化成形された、ZrまたはY,Ce,
Laなどの希土類元素を重量で1種又は2種以上合計で
0.05〜1.0%、かつ酸素を0.01〜0.1%を
含むことを特徴とする粒子分散型粉末耐熱合金。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発電等のボイラチ
ューブ、熱処理炉等の炉心管、化学プラントの反応管、
加熱炉などのスキッドレール等の高温度で使用される耐
酸化性、耐熱強度に優れた粒子分散型粉末耐熱合金に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、優れた耐熱性を付与するためF
e,Ni,CoおよびCr基合金は、MoやWなど多量
の合金元素が添加されているが、それらの元素の重度の
偏析により熱間加工性が劣り、歩留り良く部材を製造す
ることが困難となっている。そのため、それらと同様な
成分を有する材料をガスアトマイズ等で急速凝固により
粉末化し偏析を最小限にさせ、得られた粉末をカプセル
に詰め、圧延、熱間押出やHIPで固化成形する方法が
開発されて来た。
【0003】ところが、このようにして固化成形された
粉末冶金は、結晶粒径が小さい等の理由のため、同様の
成分を有する従来の鋳造−熱間加工工程により製造され
た材料より使用される温度が上昇するにつれて強度が劣
るという問題を有している。そのため、ボールミル等に
よる機械的合金法によりイットリアなどの酸化物粉末を
母合金と合金化させた粉末を用いて、上記方法で固化成
形された材料が工業的に使用されている。
【0004】これがいわゆる機械的合金法(メカニカル
アロイング)による酸化物強化合金である。しかしこの
機械的合金法は、良好な特性を得るためには、数十時間
という処理時間が必要され、その結果コストの上昇を招
き、また、品質のバラツキが大きいとされている。ま
た、酸化物をアトマイズ中に吹き込む方法が、特開平8
−13008号公報で発明されているが、実際には酸化
物を連続的に制御して投入するには、技術的に困難であ
ることが多い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のメカニカルアロイング法による粉末耐熱合金の製造で
は、母合金を作成し、それらを酸化物と混合し、ボール
ミルで数十時間にわたる処理を行わなければならなく、
製造コストの上昇が避けられない。そのため高い高温強
度を有する材料の安価な製造方法の開発が望まれてい
る。この発明は、このようなメカニカルアロイング法を
用いないで、大量生産が可能で、かつ安価な粉末製造方
法であるガスアトマイズ法を用いて、高い高温強度を有
する粉末固化成形体を提供することを目的としたもので
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、メカニカルア
ロイング法を用いないで、高温強度に有効な酸化物の分
散をさせることができる製造方法および添加元素を見出
したことに最大の特徴がある。すなわち、本発明は、C
rを15%以上含むFe基、Ni基、Co基およびCr
を60%以上含むCr基の粉末合金において、アルゴン
又は窒素によりガスアトマイズされる前の溶湯中にZr
またはY,Ce,Laなどの希土類元素の1種又は2種
以上含み、かつそのガスアトマイズされた粉末を用いて
圧延、鍛造等の熱間加工、HIP又は熱間押出により固
化成形された、ZrまたはY,Ce,Laなどの希土類
元素を重量で1種又は2種以上合計で0.05〜1.0
%、かつ酸素を0.01〜0.1%を含むことを特徴と
する粒子分散型粉末耐熱合金を第1発明としている。ま
た、AlおよびTiが重量で2.0%以下の場合を第2
発明としている。
【0007】本発明の酸化物分散型粉末耐熱合金は、耐
熱合金が有する基本的な耐熱特性に加えて、酸化物の微
粒子を微細に分散させることで、さらに高温強度やクリ
ープ破断強度を高めている。発明者らは、アトマイズ前
の溶解時およびアトマイズによる急速凝固時にZrおよ
び希土類元素が酸素と結合して酸化物を生成し、これら
の酸化物は粉末粒内に微細に存在していることを見出し
た。さらに、Al,Mn,Si,CrなどのZrおよび
希土類元素以外の酸化物は、比較的大きい酸化物とな
り、それらが粒界に存在し、逆に高温強度を劣化させる
酸化物であることを見出した。
【0008】しかし、Mn,Si,Crなどはアトマイ
ズ時の溶湯中に存在していても、希土類元素が共存した
場合は、熱間での固化成形後では、それらの酸化物が殆
ど生成されないことが判った。しかし、AlとTiにつ
いては、その量が2%を超えて添加された場合は、これ
らの酸化物が多量に存在するようになり、高温強度に悪
影響を及ぼすようになる。
【0009】以下に、本発明の合金を構成する成分の作
用効果と、その適正含有量を上記のように定めた理由に
ついて説明する。なお、%は重量%を意味する。Cr
は、部材が高温で使用される際に必要な耐酸化物を与え
るものであり、15%未満ではその効果が小さいため1
5%以上とした。希土類およびZrは、酸化物を生成さ
せるためのものであり、これらの酸化物は合金内で細か
く分散し、高温強度を与えるものである。これらの元素
が0.05%未満では高温強度の上昇に寄与する酸化物
量が少なく、満足する強度が得られず、また、1.0%
超える場合は比較的大きな酸化物量が増加し、強度上昇
に寄与しないばかりか、逆に常温での靱性を低下させる
ので1.0%以下とした。
【0010】酸素は、溶湯中ではZrや希土類元素との
反応による脱酸生成物として、またアトマイズ時の凝固
中での析出酸化物として、粉末の粒内あるいは表面に微
細な分散した酸化物となる。そのため、酸素量が重要で
あり、0.01%未満では高温強度を上昇させる酸化物
量が少なくなり、0.1%を超える酸化量では、比較的
大きな酸化物量が増加し強度上昇に寄与しないばかり
か、希土類元素やZrの量が少ない場合はAlやTiの
酸化物量が増え、高温強度に悪影響があるため酸素量
は、0.01%以上、0.1%以下とした。また、Al
およびTi元素は、多量に添加させると希土類元素の存
在下においても高温強度に寄与しないアルミナやチタニ
アなどの酸化物が増加するため、2%以下とした。
【0011】
【発明の実施の形態】ガスアトマイズ時の溶解坩鍋の中
にミッシュメタル或いは、フェロアロイとして希土類元
素あるいは、Zrを添加し、ガスアトマイズを行い粉末
を製造した。得られた粉末をカプセルに入れ、真空脱気
し、所定の温度に加熱し、1200℃で熱間静水圧プレ
スあるいは押出比8:1で熱間押出をして固化成形し、
30φの棒材を製造した。このようにして得られた材料
を所定の熱処理を施し、ゲージ部が6φの試験片に加工
し、クリーププラプチャー試験を行った。試験条件は、
980℃とし、試験片に与える応力を種々変化させ、1
000時間の寿命となる応力値(1000時間破断強
度)を内挿により求め、本発明の粉末合金材、同様の成
分を有する溶製材、Zrおよび希土類元素を添加しない
粉末材とで比較した。
【0012】表1は、本発明合金および比較合金の含有
成分と成分割合を示している。No.1〜No.8は本
発明の粉末合金である。No.9〜No.13は比較材
としての溶製材であり、No.1,2,4,6,7と同
様な成分である。また、No.14〜No.20は比較
材としての粉末材であり、No.1,2,3,4,5,
6,8と同様な成分であるが、希土類元素あるいは、Z
rを含まないものである。さらに、No.21,22,
23はNo.4,6、6と同様の基本成分を有する比較
材としての粉末材であり、それぞれ希土類元素の含有量
が多いものとAlとTiの含有量の多いものである。
【0013】
【表1】
【0014】表2は、表1に示した材料のクリーププラ
プチャー試験における980℃の内挿された1000時
間の破断強度の結果を示している。本発明合金は、いず
れの場合も高い強度値を有している。また、この点を明
確に顕すために、この表には、本発明合金に対する同様
の成分を有する溶製材との比較、および希土類元素やZ
rを添加していない粉末材との比較結果を示してある。
本発明合金のNo.1,2,4,6,7は、同様の成分
を有する溶製材と比べて約3から4倍の強度を示すこと
が判る。また、本発明合金のNo.1,2,3,4,
5,6,8は、希土類元素やZrが添加されていない粉
末材と比べて約5から7倍の強度を示すことが判る。さ
らに、No.21では、希土類元素の添加量が多いた
め、No.22では、Alの含有量が多いため、No.
23では、Tiの含有量が多いため、希土類元素が添加
されていても強度の向上があまり得られないことが判
る。
【0015】
【表2】
【0016】
【発明の効果】以上述べたように、本発明はアトマイズ
前の溶解時および急速凝固時にZrおよび希土類元素が
酸素と結合して酸化物を生成し、それらを微細に分散さ
せることで高強度およびクリープ破断強度を高めること
ができる極めて優れた効果を奏するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 19/07 C22C 19/07 27/06 27/06 38/18 38/18

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Crを15%以上含むFe基、Ni基、
    Co基およびCrを60%以上含むCr基の粉末合金に
    おいて、アルゴン又は窒素によりガスアトマイズされる
    前の溶湯中にZrまたはY,Ce,Laなどの希土類元
    素の1種又は2種以上含み、かつそのガスアトマイズさ
    れた粉末を用いて圧延、鍛造等の熱間加工、HIP又は
    熱間押出により固化成形された、ZrまたはY,Ce,
    Laなどの希土類元素を重量で1種又は2種以上合計で
    0.05〜1.0%、かつ酸素を0.01〜0.1%を
    含むことを特徴とする粒子分散型粉末耐熱合金。
  2. 【請求項2】 請求項1において、さらにAlおよびT
    iが重量で2.0%以下であることを特徴とする粒子分
    散型粉末耐熱合金。
JP8088107A 1996-04-10 1996-04-10 粒子分散型粉末耐熱合金 Pending JPH09279287A (ja)

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Effective date: 20030311