JPS6026644A

JPS6026644A - Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱合金

Info

Publication number: JPS6026644A
Application number: JP13378983A
Authority: JP
Inventors: Tatsumori Yabuki; 矢吹　立衛; Takashi Asako; 浅子　隆司
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1983-07-22
Filing date: 1983-07-22
Publication date: 1985-02-09
Also published as: JPS629180B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、特に重油や高炉ガスなどの高温燃焼雰囲気
において、すぐれた高温圧縮抵抗性、高温耐酸化性、高
温耐食性、および高温耐摩耗性（以下、これらを総称し
て高温特性という）を示すＦｅ　−Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱合
金に関するものである。

一般に、例えば製鉄用の加熱炉や均熱炉、あるいは熱処
理炉などにおいては、燃料として重油や高炉ガスなどが
使用されており、このため、これらの炉の構造部材であ
るスキッド金物やその他の炉床部材は、１１００〜１２
５０℃の高温にして、かつ腐食性および酸化性のきわめ
て強いバナソウム酸化物（Ｖ酸化物）や硫黄酸ｆＢ物（
Ｓ酸化物）などを含有する高温燃焼雰囲気にさらされる
ことになり、しかもこれらの炉の使用条件は日増しに苛
酷さを増している。

かかる状況下において、現在、これらの炉の構造部材の
製造には、主としてＦｅ−３０％　Ｃｒ−２２％Ｎｉの
組成を有するＦｅ基耐熱合金が使用されているが、Ｆｅ
基耐熱合金は、特に苛酷な条件下での使用に際して満足
する高温特性を示さず、特に、１１００−１２００℃の
高温燃焼雰囲気においては高温圧縮抵抗性が十分でなく
、このため、その使用範囲が限定されるのが現状である
。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、高温特
性のすぐれた材料を開発すべく研究を行なった結果、重
量％で、Ｃ：Ｏ，１〜０．６％。

Ｓｉ：Ｏ，１〜２％。

Ｍｎ：Ｑ、１〜２％。

Ｃｒ：１５〜３３％。

Ｎ１：５〜３０％。

Ｈｆ：　０．００１〜０．４５　％。

を含有し、さらに必要に応じて。

Ｗ：０．１〜６％。

Ｍｏ：０．１〜６　％。

Ｔｊ、：０．１〜３％。

Ｎｂ：０．１〜３％。

Ｔａ：Ｏ，１〜３チ。

のうちの１種捷たけ２種以上を含有し、残シがＦｅと不
可避不純物からなる組成を有するＦｅ　−Ｎｉ　−Ｃｒ
系合金は、特に１１００〜１２００℃の高温にして、か
つ腐食性および酸化性のきわめて強いＶ酸化物やＳ酸化
物などを含有する高温燃焼雰囲気において、すぐれた高
温特性、すなわち高温圧縮抵抗性、高温耐酸化性、高温
耐食性、および高温耐摩耗性を示すという知見を得たの
である。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、以下に成分組成範囲を上記の通りに限定した理由を
説明する。

（ａ）　ＣＣ成分には、素地に固溶して強度（圧縮抵抗性）を向上
させ、かつ合金成分であるＣｒ、　Ｗ、　Ｈｆ、さらに
Ｍｏ　＋　Ｔ　１＋　Ｎｂ　＋　およびＴａなどと結合
してＭ、ｙＣ３゜ＭＣ，および１１２３ｃ６型などの炭
化物を形成して硬さくｌ１ｌｌｔ摩耗性）を向上させる
と共に、溶接性および鋳造性を向上させる作用があるが
、その含有量が０、１　％未満では前記作用に所望の効
果が得られず、一方０６％を越えて含有させると、前記
炭化物の析出が多くなるばかシでなく、その粒径も粗大
化して靭性を低下させ、さらに素地の融点を下げて耐熱
性低下の原因となることから、その含有量を０．１〜０
．６チと定めだ。

（ｂ）　５ｉＳｉ成分には、Ｃｒと共に高温燃焼雰囲気での高温耐食
性および高温耐酸化性を向上させる作用があるほか、脱
酸作用、並びに溶湯の流動性を改善して鋳造性を向上さ
せる作用があシ、さらに高温圧縮抵抗性（高温強度）を
向上させる作用があるが、その含有量が０．１％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方３％を越えて
含有させると、Ｃｒとの関連において靭性および溶接性
が低下するようになることから、その含有量を０１〜３
％と定めた。

なお、Ｓ１成分には、上記のように脱酸作用があるので
、これを脱酸剤として使用した場合などには、不町避不
純物として０１チ未満の範囲で含有する場ばかあるが、
この場合には、不可避不純物含有量を含め、全体含有量
が０．１　％以上になるようにすればよい。

（ｃ）　ＭｎＭｎ成分には、素地に固溶してオーステナイトを安定化
させるほか、脱酸作用があり、さらに耐熱衝撃性および
高温耐摩耗性（高温硬さ）を向上させる作用があるが、
その含有量が０．１チ未満では前記作用に所望の効果が
得られず５一方２．０チを越えて含有させると、高温耐
食性および高温耐酸化性に劣化傾向が現われるようにな
ることから、その含有量を０．１〜２，０％と定めた。

また、　Ｍｎ成分にも、上記のように脱酸作用のほか、
脱硫作用があるので、これを脱酸脱硫剤として使用した
場合などには、Ｓ１成分と同様に不町避不純物として０
１％未満の範囲で含有する場合があるが、この場合も不
可避不純物含有量を含め。

全体含有量が０．１％以上になるように成分調整すれば
よい。

（ｄ）ＣｒＣｒ成分には、その一部が素地に固溶し、特に燃焼雰囲
気での高温耐食性および高温耐酸化性を向上させると共
に、残シの部分が炭化物を形成して硬さを向上させ、も
って高温耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有
量が１５％未満では前記作用に所望の効果が得られず、
一方３３ｑ６を越えて含有させると靭性が低下するよう
になることから、その含有量を１５〜３３％と定めだ。

（ｅ）ＮＩＮ１成分には、オーステナイト地を安定にして靭性な高
めるほか、Ｃｒと共に燃焼雰囲気中での高温耐食性およ
び高温耐酸化性を向上させる作用があるが、その含有量
が５％以下では前記作用に所望の効果が得られず、一方
３０Ｌｉ６を越えて含有させてもよシ一層の改善効果は
現われないことから、その含有量を５〜３０％と定めた
。

（ｆ）　ＨｆＨｆ成分には、主としてＦｅ、　Ｎｉ、およびＣｒ成分
にて形成されたオルステナイト素地に固溶して高温強度
（高温圧縮抵抗性）および高温耐酸化性を向上させるほ
か、Ｃと結合してＭＣ型炭化物を形成し、高温硬さく高
温耐摩耗性）を向上させる作用があるが、その含有量が
Ｏ，００１１未満では前記作用に所望の効果が得られず
、一方０．４５％を越えて含有させてもよシ一層の向上
効果が現われないばかシでなく、大気溶解に際して含有
歩留が低下して経済的でないことから、その含有量を０
．００１〜０．４５％と定めた。

←）　Ｗ、およびＭＯこれらの成分には、素地に固溶して、これを強化し、か
つ炭化物を形成して高温強度（高温圧縮抵抗性）および
高温硬さく高温耐摩耗性）を一段と向上させる作用があ
るので、これらの特性に一層の向上効果がめられる場合
に必要に応じて含有されるが、その含有量がそれぞれ０
．１　％未満では前記作用に所望の向上効果が得られず
、一方それぞれ６チを越えて含有させると靭性が低下す
るようになることから、その含有量をそれぞれＷ：０、
１〜６％、　Ｍｏ　：　０．１〜６チと定めだ。

（ｈ）　Ｔｉ　、　Ｎｂ　、およびＴａこれらの成分に
は、素地の結晶粒の成長を著しく抑制し、むしろ結晶粒
を微細化し、かつＭ　Ｃ型の炭化物および窒化物を形成
して、高温強度（高温圧縮抵抗性）および高温硬さく高
温耐摩耗性）を一段と向上させる作用があるので、これ
らの特性が要求される場合に必要に応じて含有されるが
、その含有量が、それぞれ０１％未満では前記作用に所
望の向上効果が得られず、一方、それぞれ３％を越えて
含有させると、高温における炭化物形成が促進されて靭
性が低下するようになるばかシでなく、燃焼雰囲気での
酸化物の生成も顕著となって高温耐食性および高温耐酸
化性が劣化するようになることから、その含有量を、そ
れぞれＴｌ：０．１〜３　％、　Ｎｂ：　０．１〜３　
％、およびＴａ：０．１〜３チと定めた。

なお、不可避不純物として、Ｚｒを含有する場合がある
が、その含有量が０３％を越えると、靭性。

鋳造性、および溶接性に悪影響を及ぼすようになるので
、Ｚｒの含有量は０．３係を越えてはならない。

つぎに、この発明のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱合金を実施
例により具体的に説明する。

実施例通常の高周波溶解炉を用い、それぞれ第１表に示される
通りの成分組成をもった溶湯な大気中にて溶解し、つい
で砂型に鋳造することによって、本発明耐熱合金１〜２
６および比較耐熱合金１〜８、さらに従来耐熱合金の各
種試験片をそれぞれ製造し、高温圧縮抵抗性を評価する
目的で高温引張試験と高温圧縮クリープ試験を行ない、
また燃焼雰囲気での高温耐食性と高温耐酸化性を評価す
る目的で耐バナジウムアタック試験と耐酸化試験を行な
い、さらに高温耐摩耗性を評価する目的で１０００℃に
おけるビッカース硬さを測定した。

なお、高温引張試験では１０００℃における引張強さ、
０．２％耐力、および伸びを測定した。

高温圧縮クリープ試験は、拘束溶接熱サイクル再現装置
を用いて行ない、１２００℃における圧縮変形抵抗を圧
縮変形量が０．０５％／ｌ］ｒの時点の応力値でめた。

また、耐バナジウムアタック試験は、学振法に基づき、
腐食灰（８５％Ｖ２Ｏ５＋１５　％Ｎａ２５Ｏ４）を試
験片に２０Ｑ？ｌｃｒ＆の割合で塗布し、８００℃に加
熱した竪型の電気炉中に２０時間加熱保持の条件で行な
い、試験後の腐食減量を測定した。

さらに耐酸化試験は、試験片を１２００℃に加熱した竪
型の電気炉中で２００時間連続加熱の条件で行ない、試
験後の酸化減量を測定した。これらの測定結果を第２表
に示した。

第２表に示される結果から、本発明耐熱合金１〜２６は
、いずれも上記の従来Ｆｅ基耐熱合金に相当する組成を
有する従来耐熱合金に比して、一段とすぐれた高温強度
（高温圧縮抵抗性）、高温硬さく高温耐摩耗性）、高温
耐食性、および高温耐酸化性をもつことが明らかである
。これに対して、比較耐熱合金１〜８に見られるように
、構成成分のうちのいずれかの成分含有量（第１表に※
印を付したもの）がこの発明の範囲から外れると、上記
の特性のうち少なくともいずれかの特性が劣ったものに
なることがわかる。

上述のように、この発明のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱合金
は、すぐれた高温圧縮抵抗性、高温耐食性、高温耐酸化
性、および高温耐摩耗性を有し、特に高温の腐食性およ
び酸化性のきわめて強い酸化物に対して、すぐれた高温
耐食性を示すので、特に燃料として重油や高炉ガスなど
を使用する製鉄用の加熱炉や均熱炉、さらには熱処理炉
などの構造部材２例えばスキッド金物やその他の炉床部
材などとして用いた場合に著しく長期の使用寿命を示す
など工業上有用な特性を有するのである。

出願人　三菱金属株式会社代理人　富　１）　和　夫　外１名

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃ：０．１〜０．６係。Ｓｊ：０．１〜３％。Ｍｎ：０．１〜２％。Ｃｒ：１５〜３３％。Ｎ１：５〜３０チ。Ｈｆ：　０．００１〜０４５係。を含有し、残シがＦｅと不可避不純物からなる組成（以
上重量％）を有することを特徴とする高温燃焼雰囲気に
おいてすぐれた高温特性を示すＦｅ−Ｎ１−ｃｒ系耐熱
合金。
（２）Ｃ：０．１〜０６チ。Ｓｉ：０．１〜３％。Ｍｎ：　０．１〜２％。Ｃｒ　：　１　５〜３３　％。Ｎｉ：５〜３０チ。Ｈｆ：Ｏ，ＯＯ１〜０．４５％。を含有し、さらに、Ｗ：０．１〜６チ。Ｍｏ：０．１〜６チ。のうちの１種または２種を含有し、残シがＦｅと不可避
不純物からなる組成（以上重量％）を有することを特徴
とする高温燃焼雰囲気においてすぐれた高温特性を示す
Ｆｅ　−Ｎｉ　−Ｃｒ系耐熱合金。
（３）Ｃ：０．１〜０．６チ。Ｓｉ：０．１〜３％。Ｍｎ：０．１〜２％。Ｃｒ：１５〜３３％。Ｎｉ：５〜３０％。Ｈｆ：Ｏ，ＯＯ１〜０．４５％。を含有し、さらに、Ｔｉ：０．１〜３％。Ｎｂ：０．１〜３％。Ｔａ　：　０．１〜３チ。のうちの１種または２種以上を含有し、残シがＦｅと不
可避不純物からなる組成（以上重量％）を有することを
特徴とする高温燃焼雰囲気においてすぐれた高温特性を
示すＦｅ　−Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱合金。
（４）　Ｃ：　０．１〜０．６％。Ｓｉ：０．１〜３　％。Ｍｎ：０．１〜２チ。Ｃｒ：　１５〜３３　％。Ｎ１：　５〜３０　係。Ｈｆ：　０．００１〜０．４５　％。を含有し、さらに、Ｗ：０，１〜６チ。Ｍｏ：Ｏ，１〜６％。のうちの１種または２種を含有し、さらに、Ｔｉ：Ｏ，
１〜３　％。Ｎｂ：０．１〜３　％。Ｔａ：０．１〜３％。のうちの１種またｌ”）：２種以上を含有し、残シがＦ
ｅと不可避不純物からなる組成（以上重量％）を有する
ことを特徴とする高温燃焼雰囲気においてすぐれた高温
特性を示すＦｅ　−Ｎｉ　−Ｃｒ系耐熱合金。