JPS629180B2

JPS629180B2 -

Info

Publication number: JPS629180B2
Application number: JP58133789A
Authority: JP
Inventors: Tatsumori Yabuki; Takashi Asako
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1983-07-22
Filing date: 1983-07-22
Publication date: 1987-02-26
Also published as: JPS6026644A

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ツド金物やその他の
炉床部材は、1100〜1250℃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
行なつた結果、重量％で、Ｃ：0.2〜0.6％、 Si：0.1〜３％、 Mn：0.1〜２％、 Cr：28％超〜33％、 Ni：10〜19％未満、 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％、 Ti：0.1〜３％、 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
のであつて、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，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0.2％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りでなく、
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0.2〜0.6％と定めた。 (b) Si Si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り、さらに高温
圧縮低抗性（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％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28％以下では前
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28％超〜33％と定めた。 (e) Ni Ni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10％未満では前記作用に
所望の効果が得られず、一方19％以上含有させて
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10〜19％未満と定めた。 (f) Hf Hf成分には、主としてFe，Ni，およびCr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（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0.45％を越え
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
して経済的でないことから、その含有量を0.001
〜0.45％と定めた。 (g) 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（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
層の向上効果が求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％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％と定めた。 (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（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％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：0.1〜３％、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
示される通りの成分組成をもつた溶湯を大気中に
て溶解し、ついで砂型に鋳造することによつて、
本発明耐熱合金１〜26および比較耐熱合金１〜
７、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ツ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℃におけるビツ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％／hrの時点の応力値
で求めた。また、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

【表】

【表】試験片に20mg／cm²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（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１〜７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
が劣つ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、例えばスキツ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】１Ｃ：0.2〜0.6％、Si：0.1〜３％、 Mn：0.1〜２％、Cr：28％超〜33％、 Ni：10〜19％未満、Hf：0.001〜0.45％、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Fe−Ni−Cr系耐熱合金。２Ｃ：0.2〜0.6％、Si：0.1〜３％、 Mn：0.1〜２％、Cr：28％超〜33％、 Ni：10〜19％未満、Hf：0.001〜0.45％、を含有し、さらに、Ｗ：0.1〜６％、Mo：0.1〜６％、のうちの１種または２種、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Fe―Ni―Cr系耐熱合金。３Ｃ：0.2〜0.6％、Si：0.1〜３％、 Mn：0.1〜２％、Cr：28％超〜33％、 Ni：10〜19％未満、Hf：0.001〜0.45％、を含有し、さらに、 Ti：0.1〜３％、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％）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Fe―Ni―Cr系耐熱合金。４Ｃ：0.2〜0.6％、Si：0.1〜３％、 Mn：0.1〜２％、Cr：28％超〜33％、 Ni：10〜19％未満、Hf：0.001〜0.45％、を含有し、さらに、Ｗ：0.1〜６％、Mo：0.1〜６％、のうちの１種または２種と、 Ti：0.1〜３％、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％）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Fe―Ni―Cr系耐熱合金。