JPS5924172B2 - 耐熱バイメタル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温度域で使用可能な耐熱バイメタルに関する
。

バイメタルは熱膨張係数の異なる金属を積層し、それぞ
れの金属の温度による熱膨張係数の相違を利用するもの
で、各種の温度調節計等に用いられている。

近年バイメタルの用途が拡大され、特に高温度域、使に
は腐食性雰囲気で使用できるバイメタルが要望されてい
る。

従来高温度域で使用するバイメタルとしては、低膨張側
にニッケル３６〜５０％、残部鉄でなる合金を高膨張側
にニッケルークロム−鉄合金、ニッケルーマンガン−鉄
合金あるいはオーステナイト鋼を配したものが知られて
いる。

（ＪＩＳ（日本工業規格）−ＴＭ４相当）しかしこの高
温用バイメタルでも、信頼して使用できる温度は４００
℃程度までである。

これはバイメタルを構成する金属の耐熱性および耐食性
がまだ充分でないからである。

特に、低膨張側を構成する前記金属は２００〜４００℃
付近から熱膨張係数が急激に大きくなる現象を有し、ま
たこの温度付近では弾性係数等の機械的特性も著しく劣
化する。

更にこの低膨張側を構成する金属は、耐酸化性、耐食性
も悪く高温度域あるいは腐食性雰囲気での使用には耐え
ないものであった。

本発明の目的は４００°Ｃ以上の高温度域でわん曲常数
および弾性係数が安定なバイメタルを提供することであ
る。

本発明の他の目的は耐熱性と合わせて機械的特性および
耐食性の優れたバイメタルを提供することである。

すなわち、本発明バイメタルは、特に低膨張側金机を改
良したもので低膨張側は重量係でクロム（Ｃｒ ） １
． （１０〜２０．０％、モリブデン（Ｍｏ）１２．０
〜２０．０％、ニオブ（Ｎｂ）１．０〜５．０％。

アルミニウム（Ａ７）ｊチタン（Ｔｉ）を単独または複
合で０．２〜５．０％、残部か実質的にニッケル（Ｎ
ｉ ）でなる合金で構成し、高膨張側は前記合金より熱
膨張係数の犬なる耐熱合金で構成したことを特徴とする
特 本発明バイメタルの低膨張側合金においてクロムは耐酸
化性を向上させるために必要で、その量が１０．０ ％
未満ではその効果が十分でなく、２０．０係を越えると
加工性を阻害するのでこの範囲内とした。

モリブデンは熱膨張係数を下げるために必要あり、その
量が１２．０％未満ではその効果が十分でなく、２０．
０％を越えると加工性を阻害するのでこの範囲内とした
。

ニオブは熱膨張係数を下げるのに有効な元素であり、そ
の量が１．０係未満ではその効果が十分でなく、５．０
％を越えると加工性を阻害するのでこの範囲内とした。

チタン、アルミニウムは高温強度を保つために有効であ
り、それぞれ単独でまたは複合で用いてもよいがその量
が０．２％未満では添加効果が十分でなく、５．０係を
越えると加工性を阻害するのでこの範囲内とした。

なお、附随不純物として原料中に混入するコバルト（Ｃ
ｏ ）や鉄（Ｆｅ）等の不純物および溶製時に脱酸剤と
して添加されるマンガン（Ｍｎ）、けい素（Ｓｉ）等は
、微量であれば許容できるが、望ましくは１．０％以下
がよい。

本発明バイメタルを構成する高膨張側合金は、前述の低
膨張側合金より熱膨張係数が犬である既存の耐熱合金で
あればよいが、バイメタルとじて好ましいわん曲常数を
得るには、熱膨張係数が１５Ｘ１０−６／’Ｃ以上であ
ることが望ましい。

また高温度域で各種用途にバイメタルとして使用するた
めには６００°Ｃでの引張り強さ、硬度等の機械的強度
は、常温時の機械的強度の７０％以上であることが望ま
しい。

発明者等の実験によれば、高膨張側として、市販されて
いる５ＵＳ３０４（クロム１８％、ニッケル８％、残部
が実質的に鉄）、および５ＵＳ３１０（クロム２５％、
ニッケル２０％、残部が実質的に鉄）を用いて充分効果
があった。

以下実施例を説明する。

まず本発明バイメタルの低膨張側を構成する合金および
比較の為の合金として表１に示す組成の合金を高周波誘
導溶解炉によりそれぞれ溶製し、この溶製した合金から
それぞれ試験片を作成した。

次いでこれらの試験片について室温から７００°Ｃまで
の温度変化に対する平均熱膨張係数、室温および７００
℃の縦弾性係数、７００℃における酸化増量をそれぞれ
求め表１にあわせて示した。

また表２に本発明バイメタルを構成する高膨張側合金の
例の緒特性を比較の為の合金とともに示す。

本発明バイメタルは、表１および表２に示す合金素材を
熱間圧延にて接着し、以後合間圧延、焼鈍、酸洗等の慣
用手段にて所定の板厚とすることにより得られる。

表１に示すように本発明バイメタルを特徴づける低膨張
側合金（試料１〜６）は、比較例（試料７〜１０）と比
較すると、７００°Ｃ迄はぼ一定した熱膨張係数が大き
く、試料１０は４００℃以上では安定した熱膨張係数が
得られない。

また本発明バイメタルを構成する試料１〜６は、７００
°Ｃにおいても充分高い縦弾性係数を有し、かつ７００
°Ｃにおける酸化増量を比較例と比較して明らかなよう
に極めて耐酸化性に優れている。

また、表２によれば本発明バイメタルを構成する高膨張
側合金（試料１１，１２）は比較のための従来材料（試
料１３〜１４）と比較すると軟化開始温度が高く、また
耐熱耐食性も優れている。

表１２表２に示す各合金素材を組合せて、板厚ＬＯｍｍ
に仕上げこの板についてわん曲常数、電気抵抗、弾性係
数を測定した。

この代表的な結果を従来の高温用バイメタル（ＪＩＳ−
ＴＭ４）と比較して表３に示す。

またこれらのバイメタルについて、一端が固定支持され
た長さ１００ｍｍのものの先端の温度変化による変位距
離を図に示す。

表３から明らかなように本発明バイメタル（試料２１〜
２６）は、６００℃付近まで実用的に使用でき、限界温
度も従来のもの（試料２７）と比較すると極めて高い。

また図によれば、本発明バイメタルの変位量は、温度に
ほぼ一定であり、使用上好ましいものである。

また弾性係数も高温度域で低下することがなく、この点
も好ましい。

次に本発明バイメタルの耐食性、耐酸化性を従来のもの
と比較して調べた。

その結果を表４に示す。

なお耐食性および耐酸化性は、塩水噴霧試験（ＪＩＳ−
Ｚ−２３７１）、高温水蒸気中での腐食増量（３００±
２°Ｃ、９１ｋｇ／ｉ溶存酸素（１０３ｐ−の水蒸気中
で１００時間）および高温空気中での酸化増量（７００
±５℃で５０時間）で調べた。

表４より明らかなように本発明バイメタルは塩水噴霧試
験（３５°Ｃ２４８時間）においては全くサビの発生は
なく高温水蒸気中での腐食増量は従来のものと比較して
１／４〜１／７と極めて優れている。

同じく高温空気中での酸化増量においては、１／３以下
とすぐれている。

したがって本発明バイメタルはメッキ等の表面処理、ク
ラッド等を施こすことなく高温炉中での使用、排気ガス
等の腐食性雰囲気中での使用が可能である。

特に、本発明ノ下イメタルは、高温水蒸気中での耐食性
にすぐれており高温水蒸気の制御機構等に好適である。

また、本発明バイメタルの高膨張側合金をコバルトを含
まない合金で構成したバイメタルは、特に原子炉用の各
種機構へ好ましく適用することができる。

以上述べたように本発明バイメタルは従来の高温用バイ
メタルでは不可能であった高温度域での使用および耐食
性、耐酸化性雰囲気中での使用が可能となり、その使用
範囲は極めて広い。

なお、本発明バイメタルの高膨張側金属は実施例に示し
たものに限られるものではない。

【図面の簡単な説明】

図はバイメタルの温度変化による変位距離４示すグラフ
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 低膨張側は重量係でクロム１０．０〜２０．０％モ
   リブデン１２．０〜２０，０％、ニオブ１．０〜５．０
   ％、アルミニウム、チタンを単独または複合で０．２〜
   ５．０％、残部が実質的にニッケルでなる合金で構成し
   、高膨張側は前記合金より熱膨張係数の犬なる耐熱合金
   で構成した耐熱バイメタル。 ２ 高膨張側を構成する合金は、６００℃での機械的強
   度が常温時の機械的強度の７０％以上である特許請求の
   範囲第１項記載の耐熱バイメタル。 ３ 高膨張側を構成する合金は、熱膨張係数が１５Ｘ１
   ０−６／℃以上である特許請求の範囲第１項または第２
   項のいずれかに記載の耐熱バイメタル。