JPS6026646A

JPS6026646A - Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱合金

Info

Publication number: JPS6026646A
Application number: JP13379083A
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: JPS628506B2

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、特に重油や高炉が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−０ｒ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
使用されておシ、このだめ、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・ぐナノラム酸化物（Ｖ酸化物）や硫黄酸化物（
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、
このだめ、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
量類で、Ｃ：０１〜０６％。

Ｓｉ：０．１〜２係。

Ｍｎ：０．１〜２％。

Ｃｒ：　１５〜３３　％。

Ｎｉ：５〜３０％。

Ｃｏ：１〜ｌＯ％。

Ｈｆ：０．００１〜０．４５チ。

を含有し、さらに必要に応じて。

Ｗ：０１〜６％。

Ｍｏ：０．１〜６％。

Ｔｉ：０．１〜３％。

Ｎｂ：Ｏ，１〜３チ。

Ｔａ：Ｏ，’１〜３％。

のうちの１種または２種以上を含有し、残りが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■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だのであ
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シに限定した理由を
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
、　Ｔｉ　、　Ｎｂ　、およびＴａなどと結合してＭ”
／　Ｃ３ｒＭＣ，およびＭ　２３　Ｃ６型などの炭化物
を形成して硬さく耐摩耗性）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０１％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方０．６％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．］〜０６係と定めた。

（＋））　５ｉＳ１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０．１
〜３チと定めた。

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、不可避不
純物として０１％未満の範囲で含有する場合があるが、
この場合には、不可避不純物含有量を含め、全体含有針
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、脱酸作用があシ、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％未満では前記作用に所望の効果が
得られず、一方２．０％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。

まだ、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成分と同様に不可避不純物として０．
１％未満の範囲でき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」二
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（て燃焼雰
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係未満では前記作用に所望の効果が得られず
、一方３３％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チと定めた。

（ｅ）　ＮｉＮ１成分には、オーステナイト地を安定にして靭性を高
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条以下では前記作用に所望の効果が得られず、一方
３０％を越えて含有させてもより一層の改善効果は現わ
れないことがら、その含有量を５〜３０チと定めだ。

（ｆ）Ｃ０ｃｏ酸成分は、素地に固溶して耐熱衝撃性を一段と向上
させ、かつ高温硬さく高温耐摩耗性）を改善する作用が
あるが、その含有量が１チ未満では前記作用に所望の効
果を得ることができず、１方１０チを越えて含有させて
もより一層の向上効果は現われず、経済性を考慮して、
その含有量を１〜１０％と定めた。

（ｇ）　ＨｆＨｆ成分には、主としてＦｅ、　Ｎｉ、およびｃｒ酸成
分て形成されたオー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，ＯＯｌ　％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りでなく、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
０．００１〜０４４５％と定めた。

（］〕）　Ｗ、Ｍ。

Ｗ、Ｍｏ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６％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：Ｏ，１〜６％と定めだ。

（ｉ）　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ＭＯ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３チ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、そ扛ぞれＴ１：０、１〜３％、　Ｎｂ：　
０．１〜３％、およびＴａ：０．１〜３％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０．３％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％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
通シの成分組成をもっだ溶湯を大気中にて溶解し、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
８および比較耐熱合粘らに従来耐熱合金＼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ｏ、　Ｏ！５　％／ｈｒＯ時点の応力直でめ
た。

また、耐バナジウムアタック試験は、学振法に基づき、
腐食法（８５％ＶａＯａ＋１５％Ｎａ２５Ｏ４）を試験
片に２０ｍｇ１ｃｒｌの割合で塗布し、ＳＯＯ℃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１〜２８は
、いずれも上記の従来Ｆｅ基耐熱合金に相幽する組成を
有する従来耐熱合金ｔ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１〜９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。

」二連のように、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＠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、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。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃ：０，１〜０，６％。Ｓｉ：０．１〜３チ。Ｍｎ：０．１〜２％。Ｃｒ：　１５〜３３　％。Ｎ１：５〜３０チ。ＣＯ二　１〜１０％。Ｈｆ：Ｏ，ＯＯ１〜０．４５チ。を含有し、残りが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：０．１〜０．６％。Ｓｉ：Ｑ、１〜３チ。Ｍわ：０．１〜２チ。Ｃｒ　：　１　５〜３　３　％。Ｎｉ：５〜３０　％。ＣＯ：　１〜１０　％。Ｈｆ：Ｏｌｏ　０１〜０．４５％。を含有し、さらに、Ｗ：０．１〜６％。Ｍｏ：０．１〜６チ。のうちの１種まだは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　％。Ｓｉ：０．１〜３％。Ｍｎ：０．１〜２％。Ｃｒ：１５〜３３％。Ｎ１：５〜３０％。Ｃｏ：１〜１０チ。Ｈｆ：Ｏ，ＯＯ１〜０．４５チ。を含有し、さらに、Ｔｉ：０．１〜３チ。Ｎｂ：０．１〜３　チ。Ｔａ：０．１〜３％。のうちの１種または２種以上を含有し、残シカｉＦｅと
不可避不純物からなる組成（以上重量係）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チ。Ｓｉ：０．１〜３係。Ｍｎ：０．１〜２％。Ｃｒ：　１５〜３３　ｔｊ６゜１匂：　５〜３０％。ＣＯ：　ｌＮＩ　Ｏチ。Ｈｆ：　０．００１〜０４５チ。をき有し、曽：０，１〜６チ。Ｍｏ：０．１〜６チ。のうちの１種または２種を含有し、さらに、Ｔ１：ｏ、
ｌ−３％。Ｎｂ：０．１−３　％。Ｔａ：０．１〜３　％。のうちの１種または２種以上を含有し、残りがＦｅと不
可避不純物からなる組成（以上重量類）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。