JPS609848A - 高温燃焼炉の構造部材用Ｃｏ基耐熱合金 - Google Patents

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々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Ｃｏ基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
理炉々どにおいては、燃料として重油や高炉ガス々どが
使用されておシ、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、１２００〜１３
５０℃の高温にして、かつ腐食性および酸化性のきわめ
て強いバナジウム４− 酸化物（Ｖ酸化物）や硫黄酸化物（Ｓ酸化物）々とを含
有する高温燃焼′８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係０ｒ−２２％Ｎ］の組
成を有するＦＯ基耐熱合金や、Ｃ０−２８係Ｃ！ｒ−２
０％Ｆｅの組成を有するＣＯ基耐熱合金が使用されてい
るが、前者のＴＴｅ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、一方後者の
ＣＯ基耐熱合金は、前記Ｆｅ基耐熱合金に比して良好彦
高温特性を示すものの、上記の１３００〜１３５０℃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、これらの合金は、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
量係で、 Ｃ：０００５〜０．２係、 ５− ８ｉ：０．１〜２％、 Ｍｎ：Ｏ，１〜２％、 Ｃ！ｒ：２５〜３５％、 Ｎｉ：ｌＱ〜３０　％、 Ｆｅ：　ｌ　〜２５係、 Ｍｏ：０．１〜１０チ、 Ｈｆ：０．００１〜０．４５係、 を含有し、さらに必要に応じて、 Ｔｉ：０．１〜２％、 Ｎｂ：０．１〜２ヂ、 Ｔａ：０．１〜２％、 Ｗ：０．１〜１０％、 のうちの１種または２種以上を含有し、残りがＣ。

と不可避不純物からなる組成を有するｃＯ基合金は、特
に１２００〜１３５０℃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。

６− 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）　Ｃ Ｃ成分には、素地に固溶して強度（圧縮抵抗性）を向」
二さぜ、かつ合金成分であるＯｒ、　ＭＯ，Ｈｆ、さら
にＷ　、　Ｔｊ、、　Ｎｂ、およびＴａなどと結合して
Ｍ７　Ｃ３＋ＭＯ，およびＭ２３Ｃ６型などの炭化物を
形成して硬さく耐摩耗性）を向」二させると共に、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０．００５％未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方０．２％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々く、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０．００５〜０２チ
と定めた。

（ｂ）　５ｉ Ｓｉ成分には、Ｏｒ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」ニ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７− て鋳造性を向上させる作用があり、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係未満では前記作用に所望の効果が得られず、
一方２％を越えて含有させると、Ｏｒとの関連において
靭性および溶接性が低下するように々ることがら、その
含有量を０．１〜２係と定めた。

なお、Ｓｉ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０．１部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
量が０．１％以上に力るようにすればよい。

（ｃ）　Ｍｎ Ｍｎ成分には、素地に固溶してオーステナイトヲ安定化
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部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８− 化性に劣化傾向が現われるように々るととから、その含
有量を０．１〜２．０係と定めた。

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、これ全脱酸脱硫剤として使用した場
合などには、Ｓｉ成分と同様に不可避不純物として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）Ｃｒ Ｃｒ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、残り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２５係未満では前記作用に所望の効果が得られず、
一方３５％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２５〜３５Ｌｆ６と定めた
。

（ｅ）　Ｎｉ Ｎ１成分には、オーステナイト地を安定にして靭９− 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１０チ未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方３０チ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から、その含有量を１０〜３０チと
定めた。

（ｆ）　Ｆｅ Ｆｅ成分は、所定量を含有する場合、ＣＯと同等の作用
効果を発揮するので、コスト低減をはかる目的で高価々
ＣＯ成分の１部代替成分として含有されるが、その含有
量が１％未満では経済的効果が十分でなく、一方２５チ
を越えて含有させると、高温圧縮抵抗性（高温強度）が
低下するように々ることがら、その含有量を１〜２５係
と定めた。

（ｇ）　Ｍ。

ＭＯＣ成分は、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１０％を越えて１０− 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０．１〜１０チと定めた。

（ｈ）　Ｈｆ Ｈｆ成分には、主としてＣｏ、　Ｃ！ｒ、およびＮｉ成
分に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０．００１％未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方０．４．５　％　’（５越えて含有させてもよ
り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力いことから、そ
の含有量１ｏ、ｏｏｉ〜０．４５係と定めた。

（１）Ｗ Ｗ成分には、Ｍｏとの共存において素地に固溶して、こ
れを一段と強化するほか、炭化物を形成して一段と高温
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−ヒさせる作用があるので、特にこれらの特性が
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０．１係未満では前記作用に所望の向上効果が得ら
れず、一方１０係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’ｒ　０．１〜１０係
と定めた。

（ｊ）　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ＭＣ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係未満で
は前記作用に所望の向上効果が得られず、一方、それぞ
れ２％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９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Ｔｉ：０．１〜２％、　Ｎｂ：　
０．１〜２％、およびＴａ：０．１〜２チと定めた。

なお、不可避不純物として、Ｚｒｆ含有する場合がある
が、その含有量が０．３　％　’ｉ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０３係を越えてはならない。

つぎに、この発明のＣＯ基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および比較耐熱合金、さらに従来耐熱合金１，２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１３− 強さ、０．２係耐力、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
を用いて行々い、１２００℃における圧縮変形抵抗を圧
縮変形量が０．０５％ｈｒ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　％　Ｎａ２ＳＯ４
）　ｆ試験片に２０　ｍ９　／　ｃａ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１３００℃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基耐熱合金および従来ＣＯ基
耐熱合金に相当する組成を有する従来耐熱合金１，２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１〜１０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９件のうち少なく
ともいずれかの特性が劣ったものになるととがわかる。

上述のように、との発明のＣＯ基酬熱合金は、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、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」二重層な特
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 (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ｃ：ｏ、ｏｏ５〜０．２％、 Ｅｌｉ：０．１〜２係、 Ｍｎ　：　０．１〜２　％、 Ｏｒ：２５〜３５％、 Ｎｉ：１０〜３０ｑ６、 Ｆｅ：１〜２５係、 Ｍｏ：０．１〜１０％、 Ｈｆ：０．００１〜０．４５％、 を含有し、残シがＣＯと不可避不純物からなる組成（以
   上重量係）含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ＣＯ基耐熱合金。
2. （２）　Ｃ：０．００５〜０．２チ、 １− ３ｉ：０．１〜２　チ、 Ｍｎ：０．１〜２チ、 Ｃｒ：　２　５〜３　５　％、 Ｎｉ：ｌＱ〜３０　係、 Ｆｅ：１〜２５　％、 Ｍｏ：０．１〜１０％、 Ｈｆ：Ｏ，ＯＯ１〜０．４５％、 を含有し、さらに、 Ｗ：０．１〜１０％、 を含有し、残りがＣＯと不可避不純物からなる組成（以
   上重量係）を有すると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ＣＯ基耐熱合金。
3. （３）　ｃ：ｏ、ｏｏｓ〜０．２係、 Ｓｉ：Ｑ、１〜２チ、 Ｍｎ：０．１〜２チ、 Ｃｒ：２５〜３５％、 Ｎｉ：ｌＱ〜３０ｑ６、 Ｆｅ：１〜２５ｑ６、 Ｍｏ：０．１〜１０％、 ２− ）Ｔｆ：０．００１〜０．４５　係、 全含有し、さらに、 Ｔｉ：Ｑ、ｌ〜２係、 Ｎｂ：０，１〜２係、 Ｔａ：０．１〜２係、 のうちの１種または２種以上を含有し、残シがＣＯと不
   可避不純物からなる組成（以上重量％）を有するととを
   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ＣＯ基耐熱合金。
4. （４）　Ｃ！：０．００５〜０．２係、Ｓｉ：Ｑ、ｌ〜
   ２チ、 Ｍｎ　：　０．１〜２係、 Ｏｒ：２５〜３５％、 Ｎｉ：１０〜３０係、 ’Ｆｅ：１〜２５係、 Ｍｏ　：　０．１〜１０係、 Ｈｆ：０．００１〜０，４５係、 を含有し、さらに、 Ｔ］−：０．１〜２％、 Ｎｂ：（１，１〜２係、 ３− Ｔａ：０．１〜２　チ、 のうちの１種または２種以上と、 Ｗ：０１〜１０係、 を含有し、残りがｃｏと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有すると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ＣＯ基耐熱合金。