JPS626623B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、すぐれた高温耐食性，高温耐酸化
性，および高温強度を有し、特に重油や石炭，さ
らに天然ガス，高炉ガス，コークス炉ガス，転炉
ガスなどの燃焼雰囲気にさらされる構造部材の製
造に用いるのに適したNi基鋳造合金に関するも
のである。 一般に、鋼材加熱炉や石油化学加熱炉，さらに
ボイラー，セメントおよび窯業の焼成炉などの加
熱反応装置においては、燃料として石油や石炭，
さらに天然ガス，高炉ガス，コークス炉ガス，転
炉ガスなどが使用されていることはよく知られる
ところである。 従来、これら加熱反応装置を構成する部材のう
ち、特に燃焼雰囲気にさらされる部材、例えば鋼
材加熱炉のスキツド金物，石油化学加熱炉の反応
管，その支持金具およびバーナーチツプ，ボイラ
ーのデイフユーザーなどの部材の製造には、前記
燃焼雰囲気が700〜1250℃の高温に達し、かつ腐
食性および酸化性のきわめて強いバナジウム酸化
物および硫黄酸化物などを含有することから、こ
れらの燃焼雰囲気において耐食性および耐酸化性
を有し、かつ強度のあるFe―25％Cr―20％Ni合
金，Fe―30％Cr―22％Ni合金，およびFe―28％
Cr合金などのFe基耐熱合金や、Co―28％Cr―20
％Ni合金（UMCo50）などのCo基耐熱合金が使
用されている。 しかし、最近の技術の進歩に伴い、上記加熱反
応装置の使用条件は日増しに苛酷になりつつある
のが現状であり、かかる苛酷な条件下では、前記
Fe基耐熱合金は十分満足する高温耐食性，高温
耐酸化性，および高温強度を示さず、一方前記
Co基耐熱合金は比較的満足する特性をもつもの
の高価なCoの含有量が高いためにコスト高とな
るのを避けることができず、したがつてその使用
範囲は限られたものとなり、かかる点から、特に
燃焼雰囲気において、すぐれた耐食性および耐酸
化性を示し、かつ高温強度を有する安価な材料の
開発が強く望まれていた。 この発明は、上述のような観点から開発された
もので、重量％で、Ｃ：0.55〜2.0％，Si：0.1〜
3.0％，Mn：0.1〜2.0％，Cr：10〜26％未満，
Fe：３〜30％，Ｗ：0.5〜9.0％，Mo：0.5〜8.0
％，Ti：0.01〜3.5％，Al：0.01〜3.5％を含有
し、さらに必要に応じてNb：0.01〜1.50％，
Ta：0.01〜1.50％，およびＢ：0.001〜0.20％の
うちの１種または２種以上を含有し、残りがNi
と不可避不純物からなる組成をもち、特に700〜
1250℃の高温を有し、かつ腐食性および酸化性の
きわめて強いバナジウム酸化物や硫黄酸化物など
を含有する燃焼雰囲気において、すぐれた高温耐
食性，高温耐酸化性，および高温強度を示す安価
なNi基鋳造合金に特徴を有するものである。 この発明のNi基鋳造合金において、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を向上させ、
かつ合金成分であるCr，Ｗ，Mo，Ti，Nb，およ
びTaなどと結合してM₇C₃，MC，およびM₂₃C₆型
などの炭化物を形成して硬さ（耐摩耗性）を向上
させ、さらに溶接性および鋳造性を改善する作用
があるが、その含有量が0.55％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、前記炭化物の析出が多くなるばかり
でなく、その粒径が粗大化して靭性が低下し、急
熱急冷による熱衝撃に耐えられなくなることか
ら、その含有量を0.55〜2.0％と定めた。 (b) Si Si成分には、Crと共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り、さらに高温強度も
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
3.0％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0.1〜3.0％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％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％以上になるよ
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
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％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、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、もつ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10％未満では前
記作用に所望の効果が得られず、一方26％以上含
させると耐熱衝撃性が低下するようになることか
ら、その含有量を10〜26％未満と定めた。 (e) Fe Fe成分は、所定量を含有する場合、Niと同等
の作用効果を発揮するので、コスト低減をはかる
目的で高価なNi成分の１部代替成分として含有
されるが、３％未満の含有では経済的効果が十分
でなく、一方30％を越えて含有させると、高温強
度が低下するようになることから、その含有量を
３〜30％と定めた。 (f) Ｗ Ｗ成分には、Moと共に素地に固溶するほか、
Ｃと結合して炭化物を形成し、もつて高温強度，
高温硬さ（高温耐摩耗性）を向上させる作用があ
るが、その含有量が0.5％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方9.0％を越えて含有さ
せると硬さ（耐摩耗性）は向上するようになる反
面、高温耐酸化性，靭性，および耐熱衝撃性に著
しい劣化が見られるようになることから、その含
有量を0.5〜9.0％と定めた。 (g) Mo Mo成分には、上記のようにＷとの共存におい
て素地に固溶して、これを強化し、かつ炭化物を
形成して高温強度，高温硬さ（高温耐摩耗性）を
向上させる作用があるが、その含有量が0.5％未
満では前記作用に所望の効果が得られず、一方
8.0％を越えて含有させると、Ｗ成分の場合と同
様に高温耐酸化性，靭性，および耐熱衝撃性が劣
化するようになることから、その含有量を0.5〜
8.0％と定めた。 (h) Ti Ti成分には、素地の結晶粒の成長を抑制し、
むしろ結晶粒を微細化し、しかもMC型の炭化物
および窒化物を形成するほか、NiおよびAlと結
合してNi₃（Al，Ti）の金属間化合物を形成し、
もつて高温強度，高温耐摩耗性（高温硬さ），耐
熱衝撃性，および靭性を向上させる作用がある
が、その含有量が0.01％未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方3.5％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りでなく、燃焼雰囲気
での酸化物の生成も顕著となつて高温耐食性およ
び高温耐酸化性劣化の原因となることから、その
含有量を0.01〜3.5％と定めた。 (i) Al Al成分には、Crとの共存において、燃焼雰囲
気に対する耐酸化性および耐食性を向上させ、さ
らに上記のようにNiおよびTiと結合してNi₃
（Al，Ti）の金属間化合物を形成するほか、窒化
物を形成して高温強度と耐摩耗性を一段と高め、
かつ耐熱衝撃性および靭性を向上させる作用があ
るが、その含有量が0.01％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方3.5％を越えて含有さ
せると、溶湯の流動性および鋳造性が低下して鋳
物の製造が困難になるばかりでなく、靭性および
溶接性も低下するようになつて実用的でなくなる
ことから、その含有量を0.01〜3.5％と定めた。 (j) NbおよびTa これらの成分には、特に素地の結晶粒の成長を
抑制し、かつMC型の炭化物および窒化物を形成
して、高温強度および高温耐摩耗性（高温硬さ）
をさらに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0.01％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1.5％を越えて含有させると、燃焼雰囲気中で
の酸化物の生成が著しくなるばかりでなく、合金
中の炭化物の析出が多くなり過ぎて靭性および耐
熱衝撃性が劣化するようになることから、それぞ
れの含有量を0.01〜1.5％と定めた。 (k) Ｂ この成分には、高温強度，高温耐摩耗性（高温
硬さ），耐熱衝撃性，さらに燃焼雰囲気中での高
温耐食性および高温耐酸化性をより一層向上させ
る作用があるので、要求される特性に応じて選択
的に含有されるが、その含有量が0.001％未満で
は所望の向上効果が得られず、一方0.2％を越え
て含有させると、靭性，耐熱衝撃性，鋳造性，お
よび溶接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0.001〜0.2％と定めた。 つぎに、この発明の鋳造合金を実施例により比
較例と対比しながら説明する。 実施例

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 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つた溶湯を大気中溶
解し、ついで砂型に鋳造することによつて、本発
明鋳造合金１〜30，比較鋳造合金１〜17，および
従来鋳造合金１，２の各種試験片をそれぞれ製造
し、これらの試験片を用いて、硬さ測定試験，引
張試験，および燃焼雰囲気での高温耐食性，高温
耐酸化性を評価する目的で、耐バナジウムアタツ
ク試験をそれぞれ行なつた。 なお、硬さ試験では通常および1100℃における
ビツカース硬さを測定し、また引張試験では、常
温，800℃，および1000℃における引張強さ，0.2
％耐力，および伸びを測定した。さらに耐バナジ
ウムアタツク試験は、学振法に基づき腐食灰（85
％V₂O₅＋15％Na₂SO₄）を試験片に20mg／cm²の量
塗布し、それぞれ800℃および900℃に加熱した堅
型の電気炉中でそれぞれ20時間および３時間加熱
後の腐食減量を測定することにより行なつた。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、本発明鋳造合金１
〜30は、いずれも上記のFe基耐熱合金およびCo
基耐熱合金に相当する組成を有する従来鋳造合金
１，２に比して、一段とすぐれた常温および高温
硬さ，常温および高温強度，さらに耐バナジウム
アタツク性をもつことが明らかである。これに対
して、比較鋳造合金１〜17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
と上記特性のうち少なくともいずれかの特性が劣
つたものになるのである。 上述のように、この発明のNi基鋳造合金は、
バナジウム酸化物や硫黄酸化物などの腐食性およ
び酸化性のきわめて強い酸化物を含有する高温の
燃焼雰囲気において、すぐれた高温耐食性および
高温耐酸化性を示し、かつ高温強度，高温耐摩耗
性（高温硬さ），耐熱衝撃性，および靭性にもす
ぐれているので、石油や石炭，天然ガス，さらに
各種製錬炉やコークス炉などからの排ガスなどを
燃料として使用する鋼材加熱炉や石油化学加熱
炉，さらにボイラー，セメントおよび窯業の焼成
炉などの構造部材のうち、特に前記燃料の燃焼雰
囲気にさらされる部材の製造に用いた場合にすぐ
れた性能を発揮するのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：0.55〜２％， Si：0.1〜３％， Mn：0.1〜２％， Cr：10〜26％未満， Fe：３〜30％， Ｗ：0.5〜９％， Mo：0.5〜８％， Ti：0.01〜3.5％， Al：0.01〜3.5％， を含有し、残りがNi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燃焼
   雰囲気ですぐれた高温耐食性および高温耐酸化性
   を示す高強度Ni基鋳造合金。 ２ Ｃ：0.55〜２％， Si：0.1〜３％， Mn：0.1〜２％， Cr：10〜26％未満， Fe：３〜30％， Ｗ：0.5〜９％， Mo：0.5〜８％， Ti：0.01〜3.5％， Al：0.01〜3.5％， を含有し、さらに、 Nb：0.01〜1.5％およびTa：0.01〜1.5％のう
   ちの１種または２種， を含有し、残りがNi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燃焼
   雰囲気ですぐれた高温耐食性および高温耐酸化性
   を示す高強度Ni基鋳造合金。 ３ Ｃ：0.55〜２％， Si：0.1〜３％， Mn：0.1〜２％， Cr：10〜26％未満， Fe：３〜30％， Ｗ：0.5〜９％， Mo：0.5〜８％， Ti：0.01〜3.5％， Al：0.01〜3.5％， を含有し、さらに、 Ｂ：0.001〜0.2％， を含有し、残りがNi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燃焼
   雰囲気ですぐれた高温耐食性および高温耐酸化性
   を示す高強度Ni基鋳造合金。 ４ Ｃ：0.55〜２％， Si：0.1〜３％， Mn：0.1〜２％， Cr：10〜26％未満， Fe：３〜30％， Ｗ：0.5〜９％， Mo：0.5〜８％， Ti：0.01〜3.5％， Al：0.01〜3.5％， を含有し、さらに、 Nb：0.01〜1.5％およびTa：0.01〜1.5％のう
   ちの１種または２種と， Ｂ：0.001〜0.2％， を含有し、残りがNi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燃焼
   雰囲気ですぐれた高温耐食性および高温耐酸化性
   を示す高強度Ni基鋳造合金。