【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
〔発明の技術分野〕
この発明は、高クロム耐熱合金に関するもので
ある。
〔従来技術とその問題点〕
従来、優れた耐熱合金としては、JISに規定さ
れているインコロイ800が知られている。
しかし、上記合金は、主に強度を重複して設計
されているので、高温において18・８系ステンレ
ス鋼より高い強度を有しているが、時効後、脆化
しやすい。また、Cr含有量が23％程度しかない
ので、厳しい腐食環境では耐食性が十分でない。
〔発明の目的〕
従つて、この発明の目的は、時効による靭性低
下が少なく、耐食性および高温強度に優れた高ク
ロム耐熱合金を提供することにある。
〔発明の概要〕
この発明は、
Ｃ：0.01〜0.20％、
Si：0.5％以下、
Mn：0.5％以下、
Ni＋Co：35〜55％、
Cr：25〜35％、
Mo：0.5〜3.0％
（Moはその一部または全部をＷで置換するこ
とも可）、
Ti：0.05〜0.5％、
Al：0.05〜0.5％、
Ｎ：0.04％以下、
Zr：0.002〜0.10％、および、
残部鉄および不可避不純物
からなり、さらに、必要に応じて上記化学成分に
0.008％以下のＢを含有することに特徴を有する。
〔発明の構成〕
この発明をさらに詳しく説明する。
近年、耐食鋼には、優れたクリープ強度だけで
はなく優れた耐食性および靭性が要求されるよう
になつた。オーステナイト系の耐熱鋼や耐熱合金
においては、次のことが知られている。
ドライな環境では、Cr含有量を増加し、他
の元素Ｃ，Mn，Si，Ti，Mo等を極力減少さ
せることによつて耐食性が向上する。
Ｃ，Ｎ，Ti，Mo，Nb，Ｗ，Zr，Ｂ等を添
加するとクリープ強度が高くなる。
靭性を低下させる元素は、多くの場合、クリ
ープ強度を高める作用を有する。
このようなことから、耐熱材料に要求される性
能を同時に満たす元素の組み合わせを選定するこ
とはきわめて困難である。
そこで、本発明者等は、上述した３つの特性の
バランスを考慮した成分系で且つ実用可能で経済
的な高クロム耐熱合金を発明した。
次に、この発明において、化学成分を前述した
範囲に限定した理由について説明する。
Ｃ：Ｃは脱酸を行なうために添加するが、Ｃ含
有量が0.01％未満では所望の脱酸効果が得られな
い。一方、Ｃ含有量が0.20％を超えると加工性が
悪くなる。従つて、この発明においては、Ｃ含有
量を0.01〜0.20％の範囲に限定した。
Si：Siは脱酸材として必要な元素であるが、Si
含有量が0.5％を超えると耐酸化性が劣化する。
従つて、この発明においては、Si含有量を0.5％
以下に限定した。
Mn：MnはSiと同様に脱酸材として有効な元
素であるが、Mn含有量が0.5％を超えると耐酸化
性が劣化する。従つて、この発明においては、
Mn含有量を0.5％以下に限定した。
Ni：Niは高クロム合金のオーステナイト組織
を安定化させる作用を有するが、その含有量が35
％未満では上記作用に所望の効果が得られない。
一方、55％を超えて含有させると経済性を損う。
なお、Coは必須元素ではないが、原料から0.5％
程度混入することは避けられない。CoはNiと同
じ作用を有する。従つて、この発明においては、
Ni＋Coの含有量を35〜55％の範囲に限定した。
Cr：Crは耐酸化性を付与する作用を有するが、
その含有量が25％未満では上記作用に所望の効果
が得られない。一方、35％を超えて含有させると
σ相等が析出して著しく靭性が劣化する。従つ
て、この発明においては、Cr含有量を25〜35％
の範囲に限定した。
Mo：Moは高クロム合金の高温強度を高める
作用を有するが、その含有量が0.5％未満では上
記作用に所望の効果が得られない。一方、3.0％
を超えて含有させると耐食性を劣化させる。従つ
て、この発明においては、Mo含有量を0.5〜3.0
％の範囲内に限定した。なお、ＷはMoと同一の
作用を有するので、Moの一部または全部を同量
のＷと置換しても良い。
Ti：Tiを0.05％以上含有させると高クロム合
金の高温強度を高めることができるが、0.5％を
超えて含有させると靭性を著しく劣化させる。従
つて、この発明においては、Ti含有量を0.05〜
0.5％の範囲に限定した。
Al：Alは熱間加工性を改善する作用を有する
が、その含有量が0.05％未満では上記作用に所望
の効果が得られない。一方、0.5％を超えて含有
させると、γ′相の析出要因となり、且つ、Al2O3
系の介在物が増加して加工時の疵の原因となる。
従つて、この発明においては、Al含有量を0.05〜
0.5％の範囲に限定した。
Zr：Zrは熱間加工性を改善し且つ高温強度を
向上させる作用を有するが、その含有量が0.002
％未満では上記作用に所望の効果が得られない。
一方、0.10％を超えて含有させると溶接性が劣化
する。従つて、この発明においては、Zr含有量
を0.002〜0.10％の範囲に限定した。
Ｎ：Ｎは高温強度を改善する作用を有するが、
その含有量が0.04％を超えると、Ti，Zrによる高
温強度の改善効果が顕著に現われない。従つて、
この発明においては、Ｎ含有量を0.04％以下に限
定した。
以上は、この発明の必須化学成分の限定理由で
あるが、この発明は、上記必須化学成分にさらに
付加的成分としてＢを0.008％以下、好ましくは、
0.003〜0.006％含有させても良い。この理由は、
次の通りである。Ｂは高温強度を改善する作用を
有するが、0.008％を超えて含有させると溶接性
が劣化する。
〔実施例〕
次に、この発明の実施例について説明する。
表に示される化学成分からなる50Kgのインゴツ
トに熱延処理を施した後、1180℃で固溶化処理を
施こし、このようにして得た合金材から試験片を
切り出し、この試験片をクリープ試験および時効
後のシヤルピー試験に供した。なお、クリープ試
験は、試験片を750℃に加熱して10Kg／mm2の張力
を付与して行ない、時効後のシヤルピー試験は、
試験片に700℃、100時間の条件で時効処理を施こ
した後、０℃、２mmのＶノツチで行なつた。
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION This invention relates to high chromium heat resistant alloys. [Prior art and its problems] Incoloy 800, which is specified by JIS, has been known as an excellent heat-resistant alloy. However, the above alloys are mainly designed with redundant strengths, so although they have higher strength than 18.8 series stainless steel at high temperatures, they are susceptible to embrittlement after aging. Furthermore, since the Cr content is only about 23%, it does not have sufficient corrosion resistance in severe corrosive environments. [Object of the Invention] Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-chromium heat-resistant alloy that exhibits less deterioration in toughness due to aging and has excellent corrosion resistance and high-temperature strength. [Summary of the invention] This invention provides the following: C: 0.01 to 0.20%, Si: 0.5% or less, Mn: 0.5% or less, Ni+Co: 35 to 55%, Cr: 25 to 35%, Mo: 0.5 to 3.0% (Mo may be partially or completely replaced with W), Ti: 0.05 to 0.5%, Al: 0.05 to 0.5%, N: 0.04% or less, Zr: 0.002 to 0.10%, and the balance is iron and unavoidable impurities. In addition, if necessary, the above chemical components are added.
It is characterized by containing 0.008% or less of B. [Structure of the Invention] This invention will be explained in more detail. In recent years, corrosion-resistant steels are required to have not only excellent creep strength but also excellent corrosion resistance and toughness. The following is known about austenitic heat-resistant steels and heat-resistant alloys. In a dry environment, corrosion resistance can be improved by increasing the Cr content and minimizing other elements such as C, Mn, Si, Ti, Mo, etc. Creep strength increases when C, N, Ti, Mo, Nb, W, Zr, B, etc. are added. Elements that reduce toughness often have the effect of increasing creep strength. For these reasons, it is extremely difficult to select a combination of elements that simultaneously satisfies the performance requirements of a heat-resistant material. Therefore, the present inventors have invented a practical and economical high-chromium heat-resistant alloy that has a component system that takes into account the balance of the above-mentioned three properties. Next, the reason why the chemical components are limited to the above-mentioned range in this invention will be explained. C: C is added to perform deoxidation, but if the C content is less than 0.01%, the desired deoxidation effect cannot be obtained. On the other hand, when the C content exceeds 0.20%, workability deteriorates. Therefore, in this invention, the C content is limited to a range of 0.01 to 0.20%. Si: Si is an element necessary as a deoxidizer, but Si
If the content exceeds 0.5%, oxidation resistance will deteriorate.
Therefore, in this invention, the Si content is reduced to 0.5%.
Limited to the following. Mn: Like Si, Mn is an effective element as a deoxidizer, but when the Mn content exceeds 0.5%, oxidation resistance deteriorates. Therefore, in this invention,
The Mn content was limited to 0.5% or less. Ni: Ni has the effect of stabilizing the austenitic structure of high chromium alloys, but its content is 35
If the amount is less than %, the desired effect cannot be obtained in the above action.
On the other hand, if the content exceeds 55%, economic efficiency will be impaired.
Although Co is not an essential element, 0.5% of it is contained in raw materials.
Some degree of contamination is unavoidable. Co has the same effect as Ni. Therefore, in this invention,
The Ni+Co content was limited to a range of 35-55%. Cr: Cr has the effect of imparting oxidation resistance, but
If the content is less than 25%, the desired effects cannot be obtained. On the other hand, if the content exceeds 35%, σ phase etc. will precipitate and the toughness will deteriorate significantly. Therefore, in this invention, the Cr content is set to 25 to 35%.
limited to the range of Mo: Mo has the effect of increasing the high-temperature strength of high-chromium alloys, but if its content is less than 0.5%, the desired effect cannot be obtained. On the other hand, 3.0%
If the content exceeds 20%, the corrosion resistance will deteriorate. Therefore, in this invention, the Mo content is set to 0.5 to 3.0.
% within the range. Note that since W has the same effect as Mo, part or all of Mo may be replaced with the same amount of W. Ti: Containing Ti at 0.05% or more can increase the high-temperature strength of high-chromium alloys, but when Ti is included at more than 0.5%, the toughness is significantly degraded. Therefore, in this invention, the Ti content is set to 0.05~
It was limited to a range of 0.5%. Al: Al has the effect of improving hot workability, but if its content is less than 0.05%, the desired effect cannot be obtained. On the other hand, if the content exceeds 0.5%, it becomes a factor for the precipitation of the γ′ phase, and Al 2 O 3
Inclusions in the system increase and cause defects during processing.
Therefore, in this invention, the Al content is set to 0.05~
It was limited to a range of 0.5%. Zr: Zr has the effect of improving hot workability and high temperature strength, but its content is 0.002
If the amount is less than %, the desired effect cannot be obtained in the above action.
On the other hand, if the content exceeds 0.10%, weldability deteriorates. Therefore, in this invention, the Zr content is limited to a range of 0.002 to 0.10%. N: N has the effect of improving high temperature strength, but
If the content exceeds 0.04%, the improvement effect of Ti and Zr on high temperature strength will not be noticeable. Therefore,
In this invention, the N content is limited to 0.04% or less. The above are the reasons for limiting the essential chemical components of this invention, but this invention further includes 0.008% or less of B, preferably 0.008% or less, as an additional component to the above essential chemical components.
It may be contained in an amount of 0.003 to 0.006%. The reason for this is
It is as follows. B has the effect of improving high temperature strength, but if it is contained in excess of 0.008%, weldability deteriorates. [Example] Next, an example of the present invention will be described. After hot-rolling a 50kg ingot with the chemical components shown in the table, solution treatment was performed at 1180°C, a test piece was cut from the alloy material thus obtained, and this test piece was subjected to a creep test. and subjected to a Charpy test after aging. The creep test was conducted by heating the test piece to 750℃ and applying a tension of 10Kg/ mm2 , and the shear py test after aging was
The test pieces were aged at 700°C for 100 hours and then aged at 0°C with a 2 mm V-notch.
〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕
以上説明したように、この発明によれば、時効
による鞄性低下が少なく、しかも、耐食性および
高温強度に優れた高クロム耐熱合金を得ることが
できるといつた有用な効果がもたらされる。
As explained above, the present invention brings about useful effects such as being able to obtain a high chromium heat-resistant alloy that has less deterioration in baggage properties due to aging and has excellent corrosion resistance and high-temperature strength.