JPS6376851A

JPS6376851A - 熱処理ポツト用Ｆｅ基耐熱合金

Info

Publication number: JPS6376851A
Application number: JP21891886A
Authority: JP
Inventors: Tatsumori Yabuki; 矢吹　立衛
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1986-09-17
Filing date: 1986-09-17
Publication date: 1988-04-07

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、すぐれた高温硬さと高温強度を有し、さら
に耐熱衝撃性、高温耐食性、および高温耐酸化性にもす
ぐれ、特に可鍛鋳鉄鋳物の黒鉛化焼鈍やその他各、種の
金属部材の熱処理に際して、これらを収容する熱処理ポ
ットとして用いるのに適したＦｅ基耐熱合金に関するも
のである。

〔従来の技術〕

一般に、例えば可鍛鋳鉄鋳物の黒鉛化焼鈍は、これらの
鋳物を熱処理ポットに詰め、この熱処理ポットを焼鈍炉
内に連続的に装入し、この焼鈍炉では燃料として主とし
て散油を用い、前記熱処理ポットを所定の加熱曲線、例
えば４時間で１１００℃に加熱した後、この温度に４時
間保持し、ついで７５０℃に４時間かけて冷却し、この
温度に１２時間保持した後、炉冷の加熱曲線にそって熱
処理することによって行なわれている。

このため、熱処理ポットは、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
高温燃焼雰囲気にさらされるばかシでなく、上記加熱曲
線に見られるように、１０００〜１２００℃の高温に長
時間加熱され、かつ一般に金属材料の析出温度領域であ
る６５０〜８５０℃にも長時間保持され、ついで常温ま
で冷却される加熱・冷却を繰シ返し受けることになるの
で、高温強度および高温硬さ、さらに耐熱＠撃性、高温
耐食性、および高温耐酸化性を具備することが要求され
、したがって、これの製造には、これらの特性を有する
Ｆｅ　−２８１Ｃｒ　−２０％Ｎ１耐熱合金（チは重量
％）が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、近年、熱処理炉の省エネルギ化および省力化に
伴い、熱処理ポットの使用条件も苛酷さを増しており、
これに伴って、ポットは台車によって蓄熱状態の炉内に
装入されて昇温されるため、ポットの内外側面および底
面などにおける温度差による熱応力の発生は著しく、さ
らに加熱・冷却の繰シ返しによる合金母相の変化による
熱応力の発生もあシ、上記の従来Ｆｅ基耐熱合金製熱処
理ポットでは、これに十分耐えることができず、この熱
応力が原因の変形やクラックの発生が増大しており、こ
の結果比較的短かい使用寿命しか示さないのが現状であ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に熱
処理ポットに適した材料を開発すべく研究を行なった結
果、重量％で（以下チは′Ｍ童チを示す）、Ｃ：０．１〜０．６チ、　Ｓｉ：０．１〜２％、Ｍｎ　
：　０．１〜２％、　　Ｃｒ：１５〜３３％、Ｎｉ　　
：　　ｌ　　Ｏ〜　１９％　　、　　　Ｈｆ　　二　　
０．ＯＯｌ　　〜０，４５　％　、Ｎ：０．００５〜０
．５チ、を含有し、さらに必要に応じて、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基耐熱合金は、８００〜１２００℃の高温にお
いて、すぐれた高温強度と高温硬さ、さらにすぐれた高
温耐酸化性を示し、また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高温
燃焼雰囲気ですぐれた高温耐食性を示し、さらにポット
が受ける加熱と冷却の繰シ返しに対してもすぐれた耐熱
衝撃性を示し、したがって、これを熱処理ポットとして
用いた場合には使用寿命の著しい延命化を可能にすると
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っ
て、以下に成分組成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、これを強化するほか、合
金成分であるｃｒやＨｆ、さらに必要に応じて含有され
るＴｉ　、　Ｎｂ、およびＴａと結合してＭ、Ｃ，、Ｍ
Ｃ１およびＭ２３Ｃ６型などの炭化物を形成し、もって
硬さを向上させ、さらに溶接性と鋳造性を向上させる作
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０．６％を越えて含有させ
ると、前記炭化物の析出量が多くなるばかりでなく、そ
の粒径も粗大化するようになって靭性が低下し、さらに
素地の融点を下げて耐熱性も低下するようになることか
ら、その含有量を０．１〜０．６チと定めた。

（ｂ）　　５ｉＳｉ成分には、脱酸作用のほかに、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
その含有量が２チを越えると、Ｃｒの含有と関連して靭
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０．１〜２％と定めた。

（ｃ）　　ＭｎＭｎ成分にも脱酸作用があり、十分な脱酸を行なうため
にはＳ１成分との共存が不、可欠であるが、その含有量
が０．１％未満では所望の脱酸をはかることができず、
一方その含有量が２％を越えると、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チと定めた。

（ｄ）　　ＣｒＣｒ成分には、その一部が素地に固溶し、特に重油など
の燃焼雰囲気での高温耐食性と高温耐酸化性を向上させ
るほか、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１５％未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方その含有量が３３％を越えると靭性が低下する
ようになることから、その含有量を１５〜３−３％と定
めた。

（ｅ）　　ＮｉＮ１成分には、素地のオーステナイトを安定化して靭性
を高めるほか、Ｃｒとの共存におい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作用があるが
、その含有量が１０チ未満ては前記作用に所望の効果が
得られず、一方その含有量が１９チを越えてもよシ一層
の向上効果は得られず、経済性を考慮して、その含有量
を１０〜１９チと定めた。

（ｆ）　　ＨｆＨｆ成分には、主としてＦｅ、　Ｎｉ、およびｃｒ酸成
分よって形成されたオーステナイト素地に固溶して高温
強度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、もって高温硬さを向上させ、
さらにＮとの共存において耐熱衝撃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は現われず、むしろ大気
溶解に際して含有歩留が低下するようになることから、
その含有量を０．００１〜０．４５　％と定めた。

（ｇ）　　ＮＮ成分には、その一部がオーステナイト素地に固溶して
、これを安定化するほか、他方で金属窒化物を析出形成
するが、Ｈｆとの共存においてこれら析出物の生成を抑
制して靭性低下を防止し、もって耐熱衝撃性を向上させ
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、一方その含有量が０．
５チを越えると、析出する窒化物量が増大するばかりで
なく、これの粗大化も起って脆化し、耐熱衝撃性の低下
を招くようになることから、その含有量を０．００５〜
０．５チと定めた。

（１１）　　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、さらに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硬さを一段
と向上させる作用があるので、これらの特性により一層
の向上効果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、一方その含有量がそれぞれ
３％を越えると、高温における炭化物の形成が促進され
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って高温耐食性および高温
耐酸化性が劣化するよってなることから、その含有量を
、それぞれＴｉ：０．１〜３％、Ｎｂ：　０．１〜３　
％、およびＴａ二〇、　１〜３　％と定めた。

なお、この発明のＦｅ基耐熱合金は、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
ぼすようになることから、０．３　％を越えて含有させ
てはならない。

〔実施例〕

つぎに、この発明のＦｅ基耐熱合金を実施例により具体
的に説明する。

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Ｆｅ基耐熱合金
１〜２２および比較Ｆｅ基耐熱合金１〜８、さらに従来
Ｆｅ基耐熱合金の各穐試験片をそれぞれ製造し、これら
試験片を用いて高温硬さ、高温強度を測定し、さらに耐
熱衝撃性試験、高温耐食性試験、および高温耐酸化性試
験を行なった。

なお、高温硬さは、１０００℃におけるビッカース硬さ
を測定し、また高温強度は、１０００℃における引張特
性を測定した。

また、耐熱衝撃性試験は、可鍛鋳鉄鋳物の黒鉛化焼鈍処
理を加速化した条件、すなわち１１００℃に１０分で昇
温し、この温度に２０分間保持後、１０分で７５０℃に
降温し、この温度に３０分間保持後空冷を１サイクルと
し、この熱サイクルを試験片に割れが発生するまで繰り
返し施すことにより行なった。

さらに高温耐食性試験は、学振法の耐バナジウムアタッ
ク試験に基づき、腐食灰（８５％ｖ２０５＋１５％Ｎａ
２ＳＯ４）を試験片に２０１ｎ９／ｃＩＩＬ２ノ割合で
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
。

高温耐酸化性試験は、竪型の電気炉中で、大気中、１２
００℃に２００時間連続保持後の酸化減電を測定するこ
とにより行なった。これらの測定結果をｈｊＩＪ２表に
示した。

〔発明の効果〕

第２表に示される結果から１本発明Ｆｅ基耐熱合金１〜
２２は、いずれも従来Ｆｅ基耐熱合金に比して、一段と
すぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱衝撃性、高温耐食性
、および耐酸化性を有し、熱処理ポット用として適した
ものであるのに対して、比較Ｆｅ基耐熱合金１〜８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明らかである。

上述のように、この発明のＦｅ基耐熱合金は、すぐれた
高温強度、高温硬さ、および高温耐醒化性を有し、さら
に腐食性および酸化性のきわめて強い高温燃焼雰囲気で
すぐれた高温耐食性を示し、かつ加熱・冷却の繰シ返し
による耐熱衝撃性にもすぐれているので、これらの特性
が要求される熱処理ポットに用いた場合には著しく長期
に亘る使用寿命が確保できるなど工業上有用な特性をも
つのである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：０．１〜２％、Ｍ
ｎ：０．１〜２％、Ｃｒ：１５〜３３％、Ｎｉ：１０〜
１９％、Ｈｆ：０．００１〜０．４５％、Ｎ：０．００
５〜０．５％、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熱処理ポット用Ｆ
ｅ基耐熱合金。
（２）Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：０．１〜２％、Ｍ
ｎ：０．１〜２％、Ｃｒ：１５〜３３％、Ｎｉ：１０〜
１９％、Ｈｆ：０．００１〜０．４５％、Ｎ：０．００
５〜０．５％、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熱処理ポット用Ｆ
ｅ基耐熱合金。