WO2019087539A1 - 鋼材と接触して使用される鉄鋼製品 - Google Patents

鋼材と接触して使用される鉄鋼製品 Download PDF

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WO2019087539A1
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centrifugal force
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国秀 橋本
暢平 遠城
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株式会社クボタ
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    • C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof

Definitions

  • the present invention relates to steel products such as hearth rolls and coiler drums used in contact with steel materials such as billets and steel plates.
  • BACKGROUND ART Steel products such as hearth rolls for conveying steel sheet bands in an annealing furnace which heat treats steel sheet bands continuously, and coiler drums for winding steel sheets at the time of rolling in a high temperature furnace are adopted in steelworks and the like.
  • the thermal spray layer also oxidizes, the oxide film formed on the thermal spray layer peels off, the oxidation resistance decreases, and there is a possibility that the steel material may be damaged by the peeled oxide film. Furthermore, since the amount of Al (about 10% by mass) added to the thermal spray layer is large, mechanical properties such as tensile ductility of the thermal spray layer may be reduced, and furthermore, the weldability may be reduced.
  • An object of the present invention is to provide a steel product having excellent oxidation resistance at the contact surface with steel materials and having excellent weldability.
  • the steel products used in contact with the steel material according to the present invention are: Steel products used in contact with steel products, The centrifugal casting portion formed on the surface in contact with the steel material and manufactured by centrifugal casting is attached by welding to a static casting portion formed by static casting,
  • the said centrifugal force casting part is mass%, C: 0.2% to 0.7%, Si: more than 0% and less than 2.0%, Mn: more than 0% and 3.0% or less, Cr: 15.0% to 40.0%, Ni: 18.0% to 55.0%, Al: 1.0% to 5.5%, and Ti: at least one selected from the group consisting of 0.01% to 0.6% and / or Nb: 0.1% to 1.8%, Consists of balance Fe and unavoidable impurities.
  • the said centrifugal force casting part is mass%, Rare earth elements (REM): It can contain 0.4% in excess of 0%.
  • REM Rare earth elements
  • the said centrifugal force casting part is mass%, It can contain more than W: 0% and not more than 5.0%, and / or Mo: more than 0% and not more than 2.0%.
  • the stationary casting portion does not contain Al.
  • a ceramic sprayed layer may be provided on the surface of the centrifugal force casting portion.
  • the steel product may be a hearth roll or a coiler drum.
  • the centrifugal casting portion formed in the steel product into the above composition Al can be formed preferentially over Cr to form Al oxide, and formation of Cr oxide can be suppressed. And problems such as peeling of Cr oxide can be suppressed.
  • the amount of Al added is as low as 1.0% to 5.5%, it is possible to suppress the decrease in mechanical properties.
  • centrifugal force cast portion can secure weldability because the amount of addition of Al is low, the centrifugal force cast portion can be well welded to the static cast portion.
  • FIG. 1 is a graph showing the results of regression analysis of a centrifugal force cast portion based on weldability, with the Pa value as the vertical axis and the Al content as the horizontal axis.
  • FIG. 2 is a graph showing, in an enlarged manner, the range of the present invention in which the Al oxide layer is well formed in the graph of FIG.
  • the steel products of the present invention are preferably applied to products such as hearth rolls and coiler drums that are used in direct contact with steel materials such as steel fragments and steel plates in a high temperature environment in the atmosphere.
  • Steel products are C: 0.2% to 0.7%, Si: more than 0% and less than 2.0%, Mn: more than 0% and 3.0% or less, Cr: 15.0% to 40.0%, Ni: 18.0% to 55.0%, Al: 1.0% to 5.5%, and Ti: at least one selected from the group consisting of 0.01% to 0.6% and / or Nb: 0.1% to 1.8%, Consisting of balance Fe and unavoidable impurities, It has a centrifugal force casting part.
  • the centrifugal force casting part can be produced by centrifugal force casting, and the reasons for limiting the components are as follows.
  • C 0.2% to 0.7% C has the effect of improving the castability and enhancing the high temperature creep rupture strength. In addition, it combines with Ti, Nb, Cr and the like to form carbides, and has an effect of enhancing high-temperature strength. For this reason, at least 0.2% is contained. However, if the content is too large, primary carbides of Cr 7 C 3 are likely to be formed widely, transformation of Al to the surface of the centrifugally cast portion is inhibited, and supply shortage of Al occurs, and Al 2 O 3 Formation of Al oxides such as In addition, excessive precipitation of secondary carbides leads to a decrease in ductility and toughness. Therefore, the upper limit is 0.7%.
  • the C content is more preferably 0.35% to 0.6%.
  • Si more than 0% and 2.0% or less Si is contained as a deoxidizer for a molten metal alloy and to improve the fluidity of the molten metal alloy and improve the oxidation resistance.
  • the upper limit of the content of Si is 2.0%.
  • the content of Si is preferably 1.5% or less, more preferably 1.0% or less.
  • Mn more than 0% and 3.0% or less Mn serves as a deoxidizer for the molten alloy, and fixes S in the molten metal to improve weldability and to improve ductility.
  • the upper limit is made 3.0%.
  • the content of Mn is more preferably 1.0% or less.
  • Cr 15.0% to 40.0% Cr contributes to the improvement of the high temperature strength and the repeated oxidation resistance. Further, Cr, together with Ni and Fe, exhibits excellent heat resistance in a high temperature range exceeding 1000 ° C., and also forms a primary carbide with C and N to improve high temperature creep rupture strength. And an oxide layer is formed with Al, and the characteristic excellent in oxidation resistance and corrosion resistance is brought to a centrifugal force cast part. Therefore, it is contained at least 15.0% or more. On the other hand, the excessive formation of Cr carbides and Cr nitrides causes a decrease in ductility, so the upper limit of the content is 40.0%. The content of Cr is more preferably 22.0% to 35.0%.
  • Ni 18.0% to 55.0%
  • Ni is an element necessary for securing repeated oxidation resistance and stability of metal structure, securing high temperature creep strength, and stabilizing austenitization of a centrifugally cast portion. Moreover, it contributes to the improvement of high temperature strength and oxidation resistance together with Cr. Furthermore, when the content of Ni is low, the content of Fe is relatively large, which inhibits the formation of Al oxide. For this reason, it is contained at least 18.0% or more. On the other hand, even if Ni is added excessively, its effect is saturated and it is economically disadvantageous, so the upper limit is made 55.0%. The content of Ni is more preferably 29.0% to 46.0%.
  • Al 1.0% to 5.5%
  • Al is an essential element for forming an Al oxide in the centrifugal casting portion.
  • the formation of the Al oxide improves the carburization resistance of the centrifugally cast portion together with the Cr oxide.
  • Al forms a ⁇ ′ phase with Ni and strengthens the austenite phase of the centrifugally cast portion. For this reason, Al is contained 1.5% or more.
  • excessive addition of Al causes a decrease in ductility, and the ⁇ 'phase becomes unstable, leading to the formation of an embrittled phase.
  • excessive addition of Al causes deterioration of castability and reduces the cleanliness of the centrifugal casting. Therefore, the upper limit is made 5.5%.
  • the content of Al is more preferably 2.0% to 4.5%.
  • Ti and Nb are elements that easily form carbides. Contributes to the improvement of creep rupture strength and the improvement of high temperature tensile strength. Nb also contributes to the improvement of the age ductility. Therefore, at least one of Ti: 0.01% or more and Nb: 0.1% or more is contained. On the other hand, excessive addition of these elements causes a decrease in ductility. And, Nb causes the peel resistance of the Al oxide layer to decrease and also reduces the oxidation resistance. In addition, excessive addition of Ti promotes the formation of Ti oxide and reduces the cleanliness of the centrifugal casting. Therefore, the upper limit thereof is Ti: 0.6%, Nb: 1.8%. The content of Ti is more preferably 0.05% to 0.30%, and the content of Nb is more preferably 0.1% to 1.3%.
  • the following elements can be contained in the centrifugal force casting part.
  • Rare earth element (REM) 0.4% over 0% REM means 18 kinds of elements in which Y, Hf and Sc are added to 15 kinds of lanthanum series from La to Lu in the periodic table, but REM to be contained in the centrifugal force cast part is Ce, La, It is preferable that Nd is the main component, and these three elements account for about 80% or more, more preferably about 90% or more of the total of the rare earth elements in total. REM contributes to the stabilization of the Al oxide layer, and since it is an active metal, the adhesion of the oxide film can be enhanced.
  • REM is preferably contained because it prevents the spoke ring breakage of the oxide layer due to the temperature change in the furnace and further contributes to the improvement of the oxidation resistance by forming a solid solution in the base material.
  • REM preferentially forms an oxide and causes a decrease in the cleanliness and ductility of the base material, so the upper limit is made 0.4%.
  • the content of REM is more preferably 0.01% to 0.30%.
  • Mo more than W: 0% to 5.0% or less, and / or Mo: more than 0% to 2.0% or less W, Mo dissolves in the base material, strengthens the austenitic phase of the base material, and creeps In order to improve the breaking strength, it is desirable to contain one or both.
  • W and Mo leads to a decrease in ductility and carburization resistance, and also inhibits the formation of Al oxide particularly when the temperature is 1050 ° C. or less.
  • excessive content of W and Mo causes deterioration of the oxidation resistance of the base material. Therefore, the upper limit of W is 5.0%, and the upper limit of Mo is 2.0%.
  • the upper limit of the content of W is preferably 3.0%, and Mo is more preferably 1.0%.
  • Ya -13.75 ⁇ Al + 63.75
  • Pa ⁇ Ya
  • the value of the said element is handled as zero.
  • the above-mentioned Pa value relates to the content of each element of C, Si, Ni, Ti, REM, Nb, and a test centrifugal force cast portion in which the content of each of these elements and the content of Al are changed variously did.
  • the bead placement test in the Example mentioned later was implemented with respect to each test centrifugal force casting part, and the data regarding the weldability of the sample centrifugal force casting part were acquired. From the obtained data, the influence coefficient of the element affecting the weldability is determined by regression analysis.
  • the Pa value refers to its influence coefficient
  • positive C, Si, and REM are elements that adversely affect weldability, and the larger the numerical value (absolute value), the higher the degree of adverse effect.
  • Ni, Ti and Nb which have a negative influence coefficient, are elements for improving weldability, and the larger the numerical value (absolute value), the better the influence.
  • FIG. 1 is a graph in which the Pa value of the test centrifugal force cast portion is plotted on the vertical axis and the content of Al on the horizontal axis, and those having good weldability are rhombic, and the weldability is insufficient Things are plotted by squares.
  • the content of Al described above should be in the range (Al: 1.0% to 5.5%). There is a need.
  • the graph which expanded the range of this Al content is shown in FIG. Referring to FIG. 2, a group excellent in weldability and a group poor in weldability are clearly divided into regions with respect to the Pa value and the Al content at which the Al oxide layer is formed well. I understand. From this graph, it can be seen that the correlation was able to clearly analyze the Ya value including the content of Al based on the weldability.
  • the centrifugal force casting portion is formed into, for example, a cylindrical shape by centrifugal force casting, and a steel product can be manufactured by welding to a base material such as an axle or a shaft portion that constitutes the steel product. Since the centrifugal force cast portion is excellent in weldability, welding with the base material can be well performed, and sufficient bonding strength can be secured.
  • the base material can be produced, for example, by static casting, and the static casting portion is preferably made of a material not containing Al in order to suppress a decrease in mechanical properties and a decrease in weldability.
  • the centrifugally cast portion can be formed on the surface in contact with the steel material.
  • an Al oxide layer forming process is required to form an Al oxide layer on the surface of the centrifugally cast portion.
  • the Al oxide layer forming process can be carried out by heat treating a steel product in an oxidizing atmosphere as an independent step, or the steel product is placed in a heating furnace and carried out in a high temperature atmosphere when used. You can also
  • the Al oxide layer forming process is performed on a steel product at 900 ° C., preferably 1000 ° C., more preferably 1050 ° C. or more in an oxidizing atmosphere containing 1 volume% or more of oxygen, steam or CO 2 mixed. Heat treatment at temperature is preferred. The heat treatment time is preferably one hour or more.
  • the steel product is subjected to the Al oxide layer forming treatment, so that the centrifugal casting portion comes in contact with oxygen, and Al, Cr, Ni, Si, Fe, etc. diffused on the surface of the base material are oxidized to form an oxide layer. Form.
  • Al forms an oxide in preference to Cr, Ni, Si, and Fe.
  • Al in the base material is also transferred to the surface to form an oxide, and an Al oxide layer mainly composed of Al 2 O 3 is formed.
  • the resulting steel product is strongly joined to the base without causing weld cracking and the like because the centrifugally cast portion is excellent in weldability, and is excellent in mechanical properties.
  • the mechanical properties of the centrifugally cast portion are excellent, and the Al oxide layer formed on the surface can exhibit excellent oxidation resistance when used under a high temperature atmosphere. Therefore, steel products can be favorably used in hearth rolls and coiler drums that contact steel materials in a high temperature atmosphere.
  • thermal spraying of ceramic may be performed on the surface of the centrifugally cast portion to form a ceramic sprayed layer on the surface of the centrifugally cast portion.
  • Specimen of centrifugal cast part of alloy composition listed in Table 1 by centrifugal casting (A specimen for oxidation resistance test: thickness 25 mm ⁇ 3 pieces, welding) Test pieces for bead placement test for confirming the properties (inventive examples only): 25 mm or less in thickness and 25 mm or more in thickness were respectively produced.
  • the invention example is the test No. Test No. 101 to 110, Comparative Example. It is 201-206.
  • REM indicates the total amount of Ce, La, and Y. Although all of the invention examples fall within the range of the component composition of the present invention, test Nos. 201 to 204, Al zero, test No.
  • the reference numerals 205 and 206 are comparative examples of the Al deficiency, and "*" is attached to the corresponding part.
  • Pa and Ya were calculated about each test piece of Table 1, and the magnitude correlation of these was compared.
  • Table 1 for the test pieces satisfying Pa ⁇ Ya, a check mark is written in the “Pa ⁇ Ya” column. Referring to Table 1, test No. It can be seen that 103, 109, 110, 205 and 206 are all test pieces that do not satisfy Pa ⁇ Ya.
  • the oxidation loss is evaluated at 0.1 mg / cm 2 ⁇ h or less "A”, 0.3 mg / cm 2 ⁇ h or less is evaluated "B” And 1 mg / cm 2 ⁇ h or less were evaluated as “C”, and those exceeding 1 mg / cm 2 ⁇ h were evaluated as “D”.
  • each of the invention examples has an evaluation "A" or "B", and the oxidation loss is smaller and the oxidation resistance is excellent as compared with the comparative example having an evaluation "C” or “D". Recognize. This is because Al oxide was formed on the surface of the specimen of the invention example, and the further oxidation was suppressed. On the other hand, in the test piece of the comparative example, Cr oxide and Si oxide are formed on the surface, these are less dense than Al oxide, and the function of preventing the intrusion of oxygen is not sufficient, and oxidation is suppressed. Because it was impossible.
  • test No When the invention examples are compared, test No. It is understood that the evaluations of “102”, “102”, “103”, “106” and “108” to “110” are particularly excellent in oxidation resistance. This is assumed to be due to the formation of a particularly excellent Al oxide layer due to the fact that the Al concentration is high and the Cr concentration that is likely to form an oxide layer is relatively low.
  • test surface of the test piece was machined with a grinder to smooth the surface.
  • the test surface is a portion to be a weld groove and a portion that is thermally affected by welding.
  • the condition bead placement test shown in Table 2 was performed by TIG welding on the test pieces for which the test surface was confirmed to be sound.
  • the bead is a straight bead and the bead length is 50 to 100 mm.
  • test No. 101, 102, 104 to 108 have evaluation “A”, test No. 103, 109 and 110 were the evaluation "B”.

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Abstract

本発明は、鋼材との接触面にすぐれた耐酸化性し、溶接性にもすぐれる鉄鋼製品を提供する。　本発明に係る鋼材と接触して使用される鉄鋼製品は、鋼材と接触して使用される鉄鋼製品であって、前記鋼材と接触する表面に形成され、遠心力鋳造により製造された遠心力鋳造部を、静置鋳造により形成された静置鋳造部に溶接して装着して構成され、前記遠心力鋳造部は、質量％にて、Ｃ：０．２％～０．７％、Ｓｉ：０％を超えて２．０％以下、Ｍｎ：０％を超えて３．０％以下、Ｃｒ：１５．０％～４０．０％、Ｎｉ：１８．０％～５５．０％、Ａｌ：１．０％～５．５％、及び、Ｔｉ：０．０１％～０．６％、及び／又は、Ｎｂ：０．１％～１．８％からなる群より選択される少なくとも１種を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。

Description

鋼材と接触して使用される鉄鋼製品
　本発明は、鋼片や鋼板などの鋼材と接触して使用されるハースロール、コイラードラムなどの鉄鋼製品に関するものである。
　鋼板帯を連続的に熱処理する焼鈍炉内で鋼板帯を搬送するハースロールや、高温の炉内で圧延時の鋼板を巻き取るコイラードラムなどの鉄鋼製品が製鉄所等で採用されている。
　これら鉄鋼製品は、大気中の高温環境下で鋼片や鋼板などの鋼材と直接接触して使用されるため、母材中の金属が酸化されてしまい、表面にＣｒ（Ｆｅ、Ｎｉを含む）を主体とするＣｒ酸化物が形成される。Ｃｒ酸化物は、鋼材との接触により剥離し易く、その剥離により鋼材が傷付けられることがある。そして、Ｃｒ酸化物の剥離や、これを抑えるためにＣｒ酸化物除去のための研磨等を行なうことで、鉄鋼製品自体の減肉が早くなってしまうことがある。
　そこで、ハースロールの外周にＣｏＣｒＡｌＹ合金などを溶射した溶射層を形成した製品も提案されている（たとえば特許文献１参照）。
特開２００８－２４００７２号公報
　しかしながら、溶射層も酸化するから、溶射層に形成された酸化物皮膜が剥離し、耐酸化性が低下すると共に、剥離した酸化物皮膜により鋼材が傷付いてしまう虞がある。さらには、溶射層中に添加されているＡｌ量（約１０質量％）が多いため、溶射層の引張延性などの機械的性質が低下し、さらには、溶接性が低下する虞がある。
　本発明の目的は、鋼材との接触面にすぐれた耐酸化性を有し、溶接性にもすぐれる鉄鋼製品を提供することである。
　本発明に係る鋼材と接触して使用される鉄鋼製品は、
　鋼材と接触して使用される鉄鋼製品であって、
　前記鋼材と接触する表面に形成され、遠心力鋳造により製造された遠心力鋳造部を、静置鋳造により形成された静置鋳造部に溶接して装着して構成され、
　前記遠心力鋳造部は、質量％にて、
　Ｃ：０．２％～０．７％、
　Ｓｉ：０％を超えて２．０％以下、
　Ｍｎ：０％を超えて３．０％以下、
　Ｃｒ：１５．０％～４０．０％、
　Ｎｉ：１８．０％～５５．０％、
　Ａｌ：１．０％～５．５％、及び、
　Ｔｉ：０．０１％～０．６％、及び／又は、Ｎｂ：０．１％～１．８％からなる群より選択される少なくとも１種を含有し、
　残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。
　前記遠心力鋳造部は、質量％にて、
　希土類元素（ＲＥＭ）：０％を超えて０．４％を含有することができる。
　前記遠心力鋳造部は、質量％にて、
　Ｗ：０％を超えて５．０％以下、及び／又は、Ｍｏ：０％を超えて２．０％以下を含有することができる。
　前記遠心力鋳造部は、
　Ｐａ＝－１１．１＋２８．１×Ｃ＋２９．２×Ｓｉ－０．２５×Ｎｉ－４５．６×Ｔｉ＋１８．０×ＲＥＭ－１６．６×Ｎｂ
　Ｙａ＝－１３．７５×Ａｌ＋６３．７５
　としたときに、
　Ｐａ＜Ｙａ
　であることが望ましい。
　前記静置鋳造部は、Ａｌを含有しないことが望ましい。
　前記遠心力鋳造部の表面には、セラミック溶射層を有することができる。
　前記鉄鋼製品は、ハースロール又はコイラードラムとすることができる。
　本発明によれば、鉄鋼製品に形成される遠心力鋳造部を上記組成とすることで、ＣｒよりもＡｌが優先してＡｌ酸化物を形成し、Ｃｒ酸化物の形成を抑制することができ、Ｃｒ酸化物の剥離等の問題を抑制できる。また、Ａｌの添加量は１．０％～５．５％と低いため、機械的性質の低下を抑えることができる。
　また、遠心力鋳造部は、Ａｌの添加量が低いため溶接性も確保することができるから、静置鋳造部に遠心力鋳造部を良好に溶接することができる。
図１は、Ｐａ値を縦軸、Ａｌの含有量を横軸とし、供試遠心力鋳造部を溶接性に基づいて回帰分析した結果を示すグラフである。 図２は、図１のグラフ中、Ａｌ酸化物層が良好に形成される本発明の範囲を拡大して示すグラフである。
　以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、特に明記しない限り、「％」は質量％を意味する。
　本発明の鉄鋼製品は、大気中の高温環境下で鋼片や鋼板などの鋼材と直接接触して使用されるハースロールやコイラードラムの如き製品への適用が好適である。
　鉄鋼製品は、
　Ｃ：０．２％～０．７％、
　Ｓｉ：０％を超えて２．０％以下、
　Ｍｎ：０％を超えて３．０％以下、
　Ｃｒ：１５．０％～４０．０％、
　Ｎｉ：１８．０％～５５．０％、
　Ａｌ：１．０％～５．５％、及び、
　Ｔｉ：０．０１％～０．６％、及び／又は、Ｎｂ：０．１％～１．８％からなる群より選択される少なくとも１種を含有し、
　残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる、
　遠心力鋳造部を有する。
　遠心力鋳造部は、遠心力鋳造により作製することができ、成分限定理由は以下の通りである。
Ｃ：０．２％～０．７％
　Ｃは、鋳造性を良好にし、高温クリープ破断強度を高める作用がある。また、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ等と結合して炭化物を形成し、高温強度を高める効果がある。このため、少なくとも０．２％を含有させる。しかし、含有量があまり多くなると、Ｃｒ７Ｃ３の一次炭化物が幅広く形成され易くなり、遠心力鋳造部の表面へのＡｌの転移が阻害され、Ａｌの供給不足が生じて、Ａｌ２Ｏ３の如きＡｌ酸化物の形成が抑えられる。また、二次炭化物が過剰に析出するため、延性、靱性の低下を招く。このため、上限は０．７％とする。なお、Ｃの含有量は０．３５％～０．６％がより望ましい。
Ｓｉ：０％を超えて２．０％以下
　Ｓｉは、溶湯合金の脱酸剤として、また溶湯合金の流動性を高め、耐酸化性を向上させるために含有させる。しかしながら、過度のＳｉの添加は、延性の低下、高温クリープ破断強度の低下、鋳造後の表面品質の悪化、溶接性の低下を招く。このため、Ｓｉの含有量は、上限を２．０％とする。なお、Ｓｉの含有量は１．５％以下が望ましく、１．０％以下がより望ましい。
　Ｍｎ：０％を超えて３．０％以下
　Ｍｎは、溶湯合金の脱酸剤となり、また、溶湯中のＳを固定させて、溶接性を向上させると共に、延性を向上させるために含有させる。しかしながら、過度のＭｎの添加は、高温クリープ破断強度の低下を招き、耐酸化性を低下させるため、上限を３．０％とする。なお、Ｍｎの含有量は１．０％以下がより望ましい。
Ｃｒ：１５．０％～４０．０％
　Ｃｒは、高温強度及び繰返し耐酸化性の向上に寄与する。また、Ｃｒは、Ｎｉ、Ｆｅと共に１０００℃を超えるような高温域ですぐれた耐熱性を発揮すると共に、Ｃ、Ｎと一次炭化物を生成し、高温クリープ破断強度を向上させる。そして、Ａｌと共に酸化物層を形成し、耐酸化性、耐食性にすぐれた特性を遠心力鋳造部にもたらす。従って、少なくとも１５．０％以上含有させる。一方で、Ｃｒ炭化物やＣｒ窒化物の過剰な生成は延性低下を招くため、含有量の上限は４０．０％とする。なお、Ｃｒの含有量は２２．０％～３５．０％がより望ましい。
Ｎｉ：１８．０％～５５．０％
　Ｎｉは、繰返し耐酸化性及び金属組織の安定性の確保、高温クリープ強度の確保、及び、遠心力鋳造部のオーステナイト化の安定化に必要な元素である。また、Ｃｒと共に、高温強度、耐酸化性の向上に寄与する。さらに、Ｎｉの含有量が少ないと、Ｆｅの含有量が相対的に多くなり、Ａｌ酸化物の生成を阻害する。このため、少なくとも１８．０％以上含有させる。一方、過度にＮｉを添加しても、その効果は飽和し、また、経済的にも不利であるため、その上限を５５．０％とする。なお、Ｎｉの含有量は２９．０％～４６．０％がより望ましい。
Ａｌ：１．０％～５．５％
　Ａｌは、遠心力鋳造部にＡｌ酸化物を形成するために必要不可欠な元素である。Ａｌ酸化物の形成により、Ｃｒ酸化物と共に、遠心力鋳造部の耐浸炭性を向上させる。また、ＡｌはＮｉと共にγ’相を形成し、遠心力鋳造部のオーステナイト相を強化する。このため、Ａｌは１．５％以上含有させる。しかし、Ａｌの過度の添加は、延性の低下を招き、また、γ’相が不安定となり、脆化相の生成を招く。さらに、Ａｌの過度の添加は、鋳造性の悪化を招き、遠心力鋳造部の清浄度を低下させる。従って、その上限を５．５％とする。なお、Ａｌの含有量は２．０％～４．５％がより望ましい。
Ｔｉ：０．０１％～０．６％、及び／又は、Ｎｂ：０．１％～１．８％からなる群より選択される少なくとも１種
　Ｔｉ、Ｎｂは、炭化物を形成し易い元素であり、クリープ破断強度の向上、高温引張強度の向上に寄与する。また、Ｎｂは、時効延性の向上にも寄与する。従って、Ｔｉ：０．０１％以上、Ｎｂ：０．１％以上の少なくとも１種を含有させる。一方で、これら元素の過度の添加は、延性の低下を招く。そして、Ｎｂは、Ａｌ酸化物層の耐剥離性の低下を招くと共に、耐酸化性を低下させる。また、Ｔｉの過度の添加は、Ｔｉ酸化物の生成を促し、遠心力鋳造部の清浄度を低下させる。従って、その上限は、Ｔｉ：０．６％、Ｎｂ：１．８％とする。なお、Ｔｉの含有量は、０．０５％～０．３０％、Ｎｂは０．１％～１．３％がそれぞれより望ましい。
　その他、遠心力鋳造部には、下記元素を含有することができる。
希土類元素（ＲＥＭ）：０％を超えて０．４％
　ＲＥＭは、周期律表のＬａからＬｕに至る１５種類のランタン系列に、Ｙ、Ｈｆ及びＳｃを加えた１８種類の元素を意味するが、遠心力鋳造部に含有させるＲＥＭは、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄが主体であり、これら３元素が合計量で希土類元素全体の約８０％以上占めることが好ましく、より好ましくは約９０％以上である。ＲＥＭは、Ａｌ酸化物層の安定化に寄与し、活性金属であるため酸化皮膜の密着性を高めることができる。また、ＲＥＭは、炉内の温度変化に伴う酸化物層のスポークリング破壊を防止し、さらには、母材に固溶して耐酸化性の向上に寄与するため含有することが望ましい。一方で、ＲＥＭは、優先的に酸化物を形成し、母材の清浄度、延性の低下を招くため、上限を０．４％とする。なお、ＲＥＭの含有量は０．０１％～０．３０％がより望ましい。
Ｗ：０％を超えて５．０％以下、及び／又は、Ｍｏ：０％を超えて２．０％以下
　Ｗ、Ｍｏは、母材に固溶し、母材のオーステナイト相を強化しクリープ破断強度を向上させるため、何れか一方又は両方を含有することが望ましい。しかしながら、Ｗ、Ｍｏの過度の含有は延性や耐浸炭性の低下を招き、また、とくに１０５０℃以下の温度でＡｌ酸化物の生成する場合に、その形成を阻害する。また、Ｗ、Ｍｏの過度の含有は、母材の耐酸化性の低下を招く。従って、Ｗの上限は５．０％、Ｍｏの上限は２．０％とする。なお、Ｗの含有量の上限は３．０％、Ｍｏは１．０％がより望ましい。
　また、遠心力鋳造部の各含有元素は、図１に示すように、
　Ｐａ＝－１１．１＋２８．１×Ｃ＋２９．２×Ｓｉ－０．２５×Ｎｉ－４５．６×Ｔｉ＋１８．０×ＲＥＭ－１６．６×Ｎｂ、
　Ｙａ＝－１３．７５×Ａｌ＋６３．７５としたときに、
　Ｐａ＜Ｙａであることが望ましい。なお、Ｐａ値として、上記に表示した元素が含まれない場合には、当該元素の値はゼロとして取り扱う。
　Ｐａ値とＹａ値が上記式を満足することにより、遠心力鋳造部の溶接性と耐酸化性（Ａｌ酸化物層の形成）を確保できる。
　上記Ｐａ値は、Ｃ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｔｉ、ＲＥＭ、Ｎｂの各元素の含有量に関するものであり、これら各元素の含有量とＡｌの含有量を種々変えた供試遠心力鋳造部を作製した。そして、各供試遠心力鋳造部に対し、後述する実施例におけるビード置き試験を実施し、試遠心力鋳造部の溶接性に関するデータを取得した。得られたデータから溶接性に影響を与える元素の影響係数を回帰分析により求めたものである。
　Ｐａ値は、その影響係数を参照すると、プラスであるＣ、Ｓｉ、ＲＥＭはそれぞれ溶接性に悪影響を与える元素であり、数値（絶対値）が大きいほど、その悪影響度合いが大きいことを意味する。また、影響係数がマイナスであるＮｉ、Ｔｉ、Ｎｂは、溶接性を向上させる元素であり、数値（絶対値）が大きいほど、好影響を与えることを意味する。
　図１は、供試遠心力鋳造部のＰａ値を縦軸、Ａｌの含有量を横軸としてプロットしたものであり、溶接性が良好であったものを菱形、溶接性が不十分であったものを四角でプロットしている。
　供試遠心力鋳造部にＡｌ酸化物層が良好に形成され、耐酸化性を具備するためには、上記したＡｌの含有量の範囲（Ａｌ：１．０％～５．５％）とする必要がある。このＡｌ含有量の範囲を拡大したグラフを図２に示している。図２を参照すると、Ｐａ値とＡｌ酸化物層が良好に形成されるＡｌの含有量について、溶接性にすぐれる集団と、溶接性が不十分である集団が明確に領域分けされていることがわかる。このグラフから、溶接性に基づいて、Ａｌの含有量を含むＹａ値を相関関係が明瞭に分析できたことがわかる。
　そして、これら集団を分断するＡｌの含有量に基づく直線Ｙａ値が、Ｙａ＝－１３．７５×Ａｌ＋６３．７５として決定することができた。すなわち、Ａｌ：１．０％～５．０％の範囲において、Ｐａ＜Ｙａを満足することで、耐酸化性にすぐれ、溶接性にすぐれる遠心力鋳造部を得られることがわかる。
　遠心力鋳造部は、遠心力鋳造によりたとえば筒状に形成され、鉄鋼製品を構成するアクスルや軸部等の基材と溶接することで、鉄鋼製品を作製することができる。遠心力鋳造部は、溶接性にすぐれるから、基材との溶接も良好に行なうことができ、十分な接合強度を確保できる。
　基材は、たとえば静置鋳造により作製することができ、この静置鋳造部は、機械的性質の低下や溶接性の低下を抑制するためにＡｌを含有しない材料とすることが好適である。
　鉄鋼製品において、遠心力鋳造部は、鋼材と接触する表面に形成することができる。この場合、遠心力鋳造部の表面にＡｌ酸化物層を形成するＡｌ酸化物層形成処理が必要となる。Ａｌ酸化物層形成処理は、独立した工程として、鉄鋼製品を酸化雰囲気において熱処理することで実施することができるし、加熱炉内に鉄鋼製品を設置して、使用される際の高温雰囲気において実施することもできる。
　Ａｌ酸化物層形成処理は、酸素を１体積％以上含む酸化性ガス、スチームやＣＯ２が混合された酸化性雰囲気において、鉄鋼製品を９００℃、望ましくは１０００℃、より望ましくは１０５０℃以上の温度で熱処理することが好適である。熱処理時間は１時間以上が好適である。
　鉄鋼製品にＡｌ酸化物層形成処理が施されることで、遠心力鋳造部が酸素と接触し、母材表面に拡散したＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｆｅ等が酸化して酸化物層を形成する。このとき、上記温度範囲での熱処理とすることにより、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｆｅよりも優先してＡｌが酸化物を形成する。また、母材中のＡｌも表面に転移して酸化物を構成し、Ａｌ２Ｏ３を主体とするＡｌ酸化物層が形成される。
　得られた鉄鋼製品は、遠心力鋳造部が溶接性にすぐれるから、溶接割れ等を生じることなく、強固に基材と接合されており、機械的特性にすぐれる。また、遠心力鋳造部の機械的特性にすぐれ、表面に形成されたＡｌ酸化物層によって、高温雰囲気下での使用において、すぐれた耐酸化性を発揮できる。従って、鉄鋼製品は、高温雰囲気で鋼材と接触するハースロールやコイラードラムに良好に使用することができる。
　なお、遠心力鋳造部の表面には、必要に応じて、セラミックの溶射を行ない、遠心力鋳造部の表面にセラミック溶射層を形成することもできる。
　遠心力鋳造により表１に掲げる合金組成（単位：質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物）の遠心力鋳造部の供試片（耐酸化性試験用供試片：厚さ２５ｍｍ×３個、溶接性を確認するためのビード置き試験用供試片（発明例のみ）：厚さ２５ｍｍ以下と２５ｍｍ以上）をそれぞれ作製した。発明例は供試Ｎｏ．１０１～１１０、比較例は供試Ｎｏ．２０１～２０６である。表１中、ＲＥＭは、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙの合計量を示している。なお、発明例は、何れも本発明の成分組成の範囲に入っているが、比較例の供試Ｎｏ．２０１～２０４は、Ａｌゼロ、供試Ｎｏ．２０５及び２０６はＡｌ過少の比較例であり、該当部分に「＊」を付している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また、表１の各供試片について、ＰａとＹａを算出し、これらの大小関係を比較した。表１中、Ｐａ＜Ｙａを満足する供試片について、「Ｐａ＜Ｙａ」の欄にチェックマークを記入している。表１を参照すると、供試Ｎｏ．１０３、１０９、１１０、２０５及び２０６は、何れもＰａ＜Ｙａを満たしていない供試片であることがわかる。
＜耐酸化性試験＞
　供試片の重量を測定した後、１０００℃の加熱炉（大気雰囲気）の中で１００時間保持し、加熱後の供試片表面のスケールを酸溶液で除去し、再度重量を測定した。そして、各供試片の加熱前後の重量変化量から酸化減量を算出し、１時間当たりの酸化減量（ｍｇ／ｃｍ２・ｈ）の平均を求めた。結果を表１中「耐酸化性」に示す。また、耐酸化性について、表１中「評価」に示すように、酸化減量が０．１ｍｇ／ｃｍ２・ｈ以下を評価「Ａ」、０．３ｍｇ／ｃｍ２・ｈ以下を評価「Ｂ」、１ｍｇ／ｃｍ２・ｈ以下を評価「Ｃ」、１ｍｇ／ｃｍ２・ｈを超えるものを評価「Ｄ」とした。
　表１を参照すると、発明例は何れも評価「Ａ」又は「Ｂ」であり、評価「Ｃ」又は「Ｄ」である比較例に比べて酸化減量が小さく、耐酸化性にすぐれることがわかる。これは、発明例の供試片について、表面にＡｌ酸化物が生成し、それ以上の酸化を抑制したためである。一方、比較例の供試片は、表面にＣｒ酸化物及びＳｉ酸化物が生成し、これらはＡｌ酸化物に比較し緻密性が低く、酸素の侵入防止機能が十分ではなく、酸化を抑えることが出来なかったためである。
　発明例どうしを比較すると、供試Ｎｏ．１０２、１０３、１０６、１０８～１１０は評価が「Ａ」であり、とくに耐酸化性にすぐれることがわかる。これは、Ａｌ濃度が高めであり、酸化物層を形成しやすいＣｒ濃度が比較的低かったこと等により、特にすぐれたＡｌ酸化物層が形成されたためと想定される。
＜ビード置き試験＞
　表１に示す発明例の供試片（厚さ：２５ｍｍ以下と２５ｍｍ以上の２種類）について、下記要領でビード置き試験を実施し、溶接による割れ性を判定した。
　ビード置き試験に先立ち、供試片の試験面にグラインダーにより機械加工を施し、表面を滑らかにした。試験面は、溶接開先となる部分及び溶接による熱影響を受ける部分である。
　また、液体浸透探傷試験を各供試片の試験面に実施し、試験面に割れがないことを確認した。
　試験面が健全であることが確認された供試片に対し、ＴＩＧ溶接により表２に示す条件ビード置き試験を行なった。ビードはストレートビード、ビード長は５０～１００ｍｍである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　なお、本試験の施工順序は、Ａ法による試験の後、液体浸透探傷試験にて欠陥が見つかった場合に、Ｂ法の試験を実施した。
　図２及び表３にＡ法（フィラーメタル（溶接棒）：無）及びＢ法（フィラーメタル：有）によるビードの判定基準を示す。なお、Ｂ法では、微小な割れでも判定は「ＯＵＴ」としている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　上記試験の結果、Ａ法により厚さ２５ｍｍ以下、厚さ２５ｍｍ以上の何れの供試片についても欠陥が見つからなかった供試片は、割れ性の評価「Ａ」、Ａ法により欠陥が見つかったが、Ｂ法により欠陥が見つからなかった供試片は、割れ性の評価「Ｂ」、Ｂ法でも欠陥が見つかった供試片は、割れ性の評価「Ｃ」として評価した。結果を表１中「割れ性」に示している。
　表１を参照すると、発明例である供試片は、供試Ｎｏ．１０１、１０２、１０４乃至１０８が評価「Ａ」、供試Ｎｏ．１０３、１０９及び１１０が評価「Ｂ」であった。
　発明例について検討すると、割れ性の評価が「Ａ」であった供試片は、何れもＰａよりＹａが大きく、Ｐａ＜Ｙａであったことがわかる。
＜総合判定＞
　各供試片について、耐酸化性試験とビード置き試験の評価が何れも「Ａ」であるものを総合判定「Ａ」、一方が「Ａ」、他方が「Ｂ」のものを総合判定「Ｂ」、評価「Ｃ」又は「Ｄ」を含むものを総合判定「Ｃ」として判定した。結果を表１中「総合判定」に示している。表１を参照すると、発明例の供試片は何れも判定「Ａ」又は「Ｂ」、比較例の供試片は何れも判定「Ｃ」であった。すなわち、発明例の供試片は、溶接時に割れが生じ難く、比較例の供試片に比して、耐酸化性にすぐれていることがわかる。従って、本発明の鉄鋼製品は、鋼片や鋼板などの鋼材と接触して使用されるハースロール、コイラードラムなどへの適用に極めて好適である。
　上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
１０　ビード
１２　クレーター
１４　割れ
１６　点状欠陥

Claims (7)

  1. 　鋼材と接触して使用される鉄鋼製品であって、
    　前記鋼材と接触する表面に形成され、遠心力鋳造により製造された遠心力鋳造部を、静置鋳造により形成された静置鋳造部に溶接して装着して構成され、
    　前記遠心力鋳造部は、質量％にて、
    　Ｃ：０．２％～０．７％、
    　Ｓｉ：０％を超えて２．０％以下、
    　Ｍｎ：０％を超えて３．０％以下、
    　Ｃｒ：１５．０％～４０．０％、
    　Ｎｉ：１８．０％～５５．０％、
    　Ａｌ：１．０％～５．５％、及び、
    　Ｔｉ：０．０１％～０．６％、及び／又は、Ｎｂ：０．１％～１．８％からなる群より選択される少なくとも１種を含有し、
    　残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる、
    　鉄鋼製品。
  2. 　前記遠心力鋳造部は、質量％にて、
    　希土類元素（ＲＥＭ）：０％を超えて０．４％を含有する、
    　請求項１に記載の鉄鋼製品。
  3. 　前記遠心力鋳造部は、質量％にて、
    　Ｗ：０％を超えて５．０％以下、及び／又は、Ｍｏ：０％を超えて２．０％以下を含有する、
    　請求項１又は請求項２に記載の鉄鋼製品。
  4. 　前記遠心力鋳造部は、
    　Ｐａ＝－１１．１＋２８．１×Ｃ＋２９．２×Ｓｉ－０．２５×Ｎｉ－４５．６×Ｔｉ＋１８．０×ＲＥＭ－１６．６×Ｎｂ
    　Ｙａ＝－１３．７５×Ａｌ＋６３．７５
    　としたときに、
    　Ｐａ＜Ｙａ
    　である、
    　請求項１乃至請求項３の何れかに記載の鉄鋼製品。
  5. 　前記静置鋳造部は、Ａｌを含有しない、
    　請求項１乃至請求項４の何れかに記載の鉄鋼製品。
  6. 　前記遠心力鋳造部の表面には、セラミック溶射層を有する、
    　請求項１乃至請求項５の何れかに記載の鉄鋼製品。
  7. 　前記鉄鋼製品は、ハースロール又はコイラードラムである、
    　請求項１乃至請求項６の何れかに記載の鉄鋼製品。
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