JPH0258340B2 - - Google Patents

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JPH0258340B2
JPH0258340B2 JP57223634A JP22363482A JPH0258340B2 JP H0258340 B2 JPH0258340 B2 JP H0258340B2 JP 57223634 A JP57223634 A JP 57223634A JP 22363482 A JP22363482 A JP 22363482A JP H0258340 B2 JPH0258340 B2 JP H0258340B2
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less
alloy
chromium
aluminum
heat
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Allegheny International Inc
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Publication of JPH0258340B2 publication Critical patent/JPH0258340B2/ja
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium

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  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
  • Vending Machines For Individual Products (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Cookers (AREA)
  • Floor Finish (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
技術分野 本発明は熱サイクル酸化に強く熱間加工可能な
合金に関する。さらに詳しくは、本発明は希土類
添加物、特にセリウムおよびランタンを含有する
鉄−クロム−アルミニウム合金に関する。 従来技術 耐高温酸化性および酸化面の改良という目的で
鉄−クロム−アルミニウム合金にイツトリウム添
加物を含有させることは知られている。1962年５
月27日付の米国特許第3027252号には、2000〓
（1094℃）を越える温度で耐高温酸化性である25
〜95％クロム、0.5〜４％アルミニウムおよび0.5
〜３％イツトリウム合金についての記載がある。
その合金の目的は改良された加工性と耐熱衝撃性
と非スポーリング性の酸化フイルム円を提供する
ことであつた。1967年１月17日付の別の米国特許
第3298826号は、耐酸化性および耐蝕性を保持す
ると同時に、650〜1300〓（343〜704℃）での合
金の耐脆化性および耐焼入れ性の改良を目的とし
ている。この特許では、脆化はクロム含有率を15
％未満に低下することによつて避けられると記し
ている。1980年10月28日付の米国特許第4230489
号は、耐蝕性を高めるためにこのような合金に１
〜２％の珪素を添加するというものである。 一般に、このような合金は、耐酸化性が要求さ
れる高温環境において有用であるという性質を有
し、そしてこれらはたとえば接触コンバーター、
並びに抵抗発熱体およびガスまたは石油ストーブ
中の輻射発熱体用の支持材として有用であるとさ
れてきた。接触支持体として、金属支持体は今日
のセラミツク支持体以上に多くの利点を有する。
たとえば、金属支持体はセラミツク支持体よりも
実質的に耐衝撃性および耐振動性であり、並びに
より高い熱伝導性を有している。さらに、金属支
持体は薄いホイルおよび薄いハネカム形状にする
のがより容易であつて表面積をより広くそして重
量をより軽くすることができる。 今日のイツトリウムを含有する鉄−クロム−ア
ルミニウム合金はある程度満足な耐酸化性および
酸化フイルム密着性（難剥離性；以下同じ）を示
すが、イツトリウムの使用自体に不利な点があ
る。イツトリウムは高価であり、鉄合金の溶融お
よび流し込みの間に“しだいに少なくなつて”し
まう。イツトリウムは反応性が高いために、酸素
のような他の元素と結合し、スラグおよび炉耐火
物となつて失なわれる。一般に、イツトリウムは
反応性が高いた、より経費のかかる真空誘導溶融
法が、イツトリウムを含有する鉄−クロム−アル
ミニウム合金の製造に使われる。さらに、真空溶
融および鋳造中に、金属中にイツトリウムが取り
込まれる率は、一般に溶融組成物に添加した量の
50％未満である。溶融物の流し込みを即座に行な
うのを妨げる遅延または問題があると、取り込み
量はさらに相当低下する。その上、真空誘導溶融
でも、イツトリウム含有合金のスクラツプの再溶
融によるイツトリウムの実質的な回収は不十分で
ある。 1975年11月18日付の米国特許第3920583号はア
ルミニウム含有フエライト鋼支持体、特に鉄−ク
ロム−アルミニウム−イツトリウム合金を含む接
触系に関する。合金は、加熱すると支持体表面上
に密着性で安定なアルミナ層を形成し、そのため
この層が鋼を保護し、これを耐酸化性にする性質
を持つていると記載されている。 イツトリウム含有鉄−クロム−アルミニウム合
金のいくつかの不利な点を解消するために、イツ
トリウムを他のより安価な合金金属に代えること
が提案された。1974年１月１日付の米国特許第
3782925号には、珪素、チタンおよび希土類添加
物を有するフエライト系耐熱鉄−クロム−アルミ
ニウム鋼が記されている。この合金は10〜15％の
クロム、１〜3.5％のアルミニウム、0.8〜３％の
珪素および0.01〜0.5％のカルシウム、スケール
密着性をよくするためのセリウムおよび／または
他の希土類を含有する。この特許ではまたアルミ
ニウムと珪素を合わせて２〜５％、遊離チタンを
少なくとも0.2％および酸素と窒素をわせて少な
くとも0.05％必要とする。 Trans.JIM 1979、Vol.20のAMANO等による
“High Temperature Oxidation Behavior of
Fe−20 Cr−４ Al Alloys With Small
Additions of Cerium”と題した論文には、酸化
面の密着性をよくするためにセリウムの添加量を
増加させた鉄−クロム−アルミニウム合金が記載
されている。この論文には、0.01％、0.04％およ
び0.37％のセリウムの量での静的酸化試験が記さ
れている。セリウムの最少量0.01％での酸化被膜
のスポーリングがあるが、これより多い量の0.04
％および0.37％のセリウムでのスポーリングにつ
いては報告されていない。セリウムは後者の二種
類の合金において、粒界で析出したCe−Fe金属
間化合物として存在する。この論文では合金金の
熱サイクル酸化抵抗性および熱間加工性について
は論じていない。 セリウムを含有する他の鉄−クロム−アルミニ
ウム合金は電気抵抗発熱体用として知られてい
る。米国特許第2191790号にはセリウムおよび他
の元素から選択したものを５％まで添加すること
が記されており、そしてさらに0.5％までの炭素
および0.05〜0.5％の窒素が含まれている。この
合金の目的は、2102〓（1150℃）より高温での耐
酸化性、スケール密着性および靭性を改良するこ
とであつた。この特許の合金をさらに改良したも
のについては1953年４月14日付の米国特許第
2635164号および1955年３月１日付の米国特許第
2703355号に示されている。 1981年６月４日公告の日本特許出願昭和56−
65966号にも燃焼装置用の熱吸収性および輻射性
の鉄−クロム−アルミニウム合金が記載されてい
る。 1973年７月17日付の米国特許第3746536号には、
２％までの希土類添加物を含む鉄、クロムおよび
アルミニウムのガラスシール合金が記載されてい
る。 しかしながら、合金成分が安価なために製造コ
ストが安く、より低いコストの溶融法で製造する
ことができそして内燃排気環境のような周囲温度
から約1600〓（871℃）の温度に至るまでの熱サ
イクル酸化に強く、そして改良された熱間加工性
を有する合金がなお必要とされている。その上、
合金は、熱サイクル条件下でも金属面に密着して
いる（剥離しにくい）改良された酸化アルミニウ
ム面を提供するのに適したものであるべきであ
る。さらに、合金は、改良されたかつ織物状組織
を有する酸化アルミニウム面を提供し、より広い
表面積となるよう、そしてより多くの接触面が合
金上で酸化アルミニウム面によつて支持されうる
ようにするために、さらに処理できるのが好まし
い。 合金はまた安定化しうる。あるいは必要なら
ば、改良された高温クリープ強さ特性を有すると
共に安定化しうるものであるべきである。 発明の目的 本発明では、熱サイクル酸化および高温におけ
るスケーリングに抵抗性がありそして密着性の織
物状組織を有する酸化アルミニウム面を形成する
のに適した熱間加工可能なフエライト・ステンレ
ス鋼合金を提供する。合金は本質的には重量で、
8.0〜25.0％のクロム、3.0〜8.0％のアルミニウ
ム、および全希土類の合計が0.06％までである少
なくとも0.002％そして0.05％までのセリウム、
ランタン、ネオジムおよびプラセオジムよりなる
群からの添加物、4.0％まで珪素、0.06％〜1.0％
のマンガンおよび通常の鋼製造工程で混じる不純
物である0.050％未満の炭素、0.050％未満の窒
素、0.020％未満の酸素、0.040％未満の燐0.030未
満の硫黄、0.50％未満の銅、0.50％未満のニツケ
ルおよび合計が0.005％未満のカルシウムおよび
マグネシウム、そして残余の鉄よりなる。 合金はジルコニウムであるいはニオブでも安定
化でき、後者は安定化にそして高温クリープ強さ
を与えるのに使用する。 密着性の酸化アルミニウム面を有する耐酸化性
の接触支持体、並びに接触支持体を含む接触系も
提供する。電間加工可能なフエライト・ステンレ
ス鋼の製法も提供し、これは合金の溶融物を製造
し、そしてその後溶融物からアルミニウム含有フ
エライト・ステンレス鋼を製造し、次に鋼を処理
して密着性の織物状組織を有する酸化アルミニウ
ム面を形成する各工程よりなる。 発明の構成 一般に、希土類、特にセリウムおよび／または
ランタン添加物を含有する鉄−クロム−アルミニ
ウム合金を提供するものであり、熱サイクル酸化
および高温におけるスケーリングに抵抗性があり
そして密着性の織物状組織を有する酸化アルミニ
ウム面を形成するのに適した熱間加工可能な合金
を提供するものである。 ここで使用する全ての組成パーセンテージは重
量パーセントによるものである。 クロムの量は、耐蝕性および耐酸化性のような
所望の特性を与えるために、8.0〜25.0％、好ま
しくは12.0〜23.0％の範囲である。クロムの量
は、合金の成形適性を妨げる不必要な硬さおよび
強度になるのを避けるために、限定する。クロム
の量が８％未満であると不適当な熱サイクル酸化
抵抗性となる。クロム合金成分は主として耐抵抗
性となる。クロム合金成分は主として耐蝕性を付
与するものであり、本質的には耐酸化性の付与に
寄与し、ここにす表にあるように、破損に至る熱
サイクル回数とクロム含有量との間に相互関係が
ある。しかしながら、クロム量25％以上では、合
金の加工の難しさが増すにつれて、ワイヤ寿命の
増加が最小となる。 合金中のアルミニウムは高温における耐酸化性
を高め、必要とする全体のクロム量を減じそして
耐スケーリング性を高める。アルミニウムは合金
に必要であり、アルミナ（酸化アルミニウム
Al2O3）面を形成するものとになる。さらに、合
金のアルミニウム含有量の増加と熱サイクル酸化
抵抗性の増加との間に相互関係があることがわか
つた。一般に、アルミニウムは合金中に約3.0〜
8.0％の範囲で存在する。約３％以下および約2.5
％では、サイクル酸化抵抗性は満足できないほど
低くなる。さらに、高いアルミニウム含有量で
は、均一な織物状組織を有する酸化アルミニウム
面、たとえばホイスカー、形成する能力は定まら
ず、そのため８％以上の値では、酸化アルミニウ
ム面に織物状組織を形成する、すなわちアルミニ
ウムホイスカーを形成する、能力は著しく低下す
る。 満足な耐酸化性および耐サイクル酸化性に達す
るアルミニウム含有量は、合金のクロム含有量の
函数でもあるらしい。アルミニウム量をより多く
するとクロム量はより少なくする必要がある。好
ましい耐酸化性である最少のアルミニウム含有量
は、 ％Cr＋６（％Al）＝40 あるいは ％Al＝（40−％Cr）／６ で表わすことができる。アルミニウムは上記の式
で計算した最少量から約８％までの範囲が好まし
い。アルミニウムは４〜７％であるとさらに好ま
しい。 希土類金属添加物は酸化アルミニウム面の密着
性に欠くことのできないものである。本発明に適
した希土類金属はランタン系の14の希土類元素か
らのものである。一般的な希土類源は、主として
セリウム、ランタン、ネオジム、プラセオジムお
よびサマリウムそして微量の10の他の希土類金属
の混合物であるミツシユメタルのようなものであ
る。好ましくは、合金には少なくともセリウムま
たはランタンの添加物を含有させて、あるいはこ
れらの組合せを含有させて、アルミナスケールを
確実に密着性なものとし、そして織物状組織を形
成しそしてアルミナホイスカーを成長させる能力
のあることを特徴とするスケールを提供させる。
希土類添加物は純粋なセリウム金属、純粋なラン
タン金属、またはこれらの金属の組合せの形でつ
くりうる。希土類金属は互いに分離するのが困難
であるので、希土類元素の比較的安価な混合物で
あるミツシユメタルの合金添加物として利用しう
る。 本発明の合金は、セリウム、ランタン、ネオジ
ムおよびプラセオジムよりなる群からの金属の形
の希土類金属添加物を少なくとも0.002％含有す
るのが好ましい。さらに好ましくは、、合金が少
なくとも約0.002％のセリウムおよびランタンよ
りなる群からの添加物を含み、そして希伝類金属
であるセリウムおよびランタンの全含有量が0.05
％を越えない。セリウム、ランタン、ネオジム、
およびプラセオジム以外の希土類金属が存在する
とき、全希土類金属を合わせて約0.06％を越えて
はならず、好ましくは0.05％を越えてはならな
い。希土類金属がそれより多量であると耐酸化性
および耐スケーリング性および酸化物スケールの
密着性がわずかしか改良されないようであり、一
方約1900〜2350〓（1038〜1288℃）の通常の鋼熱
間加工温度で合金を加工することができなくな
る。 さらに好ましくは、セリウムおよび／またはラ
ンタンの含有量は、鋼のクロム含有量に比例する
下限から変化させるべきである。セリウムおよ
び／またはランタン含有量は ％Cr／2200 で表わされる下限から変化させうる。合金中の希
土類の最適な合計量は約0.02％と思われる。 通常の鋼製造工程に混じる不純物は比較的低濃
度に保つのが好ましい。しかしながら、本発明の
合金は、そのような不純物を極端に少ない量に保
つために、特別な原料を選択したりあるいは真空
誘導溶融のような溶融法を用いることを必要とし
ない。本発明の合金は電気アーク炉またはAOD
（アルゴン−酸素脱炭）法を使うことによつて満
足なものに製造することができる。希土類金属
は、鋼製造工程で混じる通常の不純物である窒
素、酸素および硫黄と化合する強い親和力を示
す。このような元素と化合する希土類添加物部分
は金属合金から効果的に除去され、酸化アルミニ
ウム面の密着性およびその上の織物状組織の形成
またはホイスカー成長の貢献させられなくなる。
そのため、溶融合金浴中のこれらの元素の含有量
は、希土類の添加を行なう前は、できるだけ少量
にするのが好ましい。 炭素および窒素含有量を減少させる方法は周知
であり、そのような従来法を本発明に適用するこ
とができる。炭素量は0.05％まで、好ましくは
0.03％までで、実質的な下限は0.001％である。
窒素量は0.05％まで、好ましくは0.03％までで、
実質的な下限は0.001％である。 酸素および硫黄含有量を減少させる方法も周知
であり、そのような従来法を本発明に適用するこ
とができる。酸素含有量は0.20％まで、好ましく
は0.01％までであり、実質的な下限は0.001％で
ある。硫黄の量は0.03％までである。好ましくは
硫黄の量は0.02％までであり、実質的な下限は
0.0005％である。 酸素および硫黄含有量を減少させる従来の方法
には時にはカルシウムまたはマグネシウムの添加
物を使用することがあり、これらの元素の残量は
合金中に残しうる。カルシウムおよびマグネシウ
ムは強力な脱酸および脱硫元素であり、これらを
少量に保つのが好ましい。カルシウムおよびマグ
ネシウムの合計は0.005％まで、好ましくは0.003
％まで変化させうる。カルシウムまたはマグネシ
ウムの残量が分析の結果残つていてもいなくと
も、そのような脱酸添加物は熱サイクル酸化抵抗
性または酸化アルミニウム密着性または酸化面の
織物状組織の形成およびホイスカー成長に悪い影
響を及ぼさない。 通常の鋼製造工程で混じる別の不純物は燐であ
り、これは0.04％まで、好ましくは0.03％まで存
在してもよく、実質的な下限は約0.001％である。 通常の鋼製造工程で混じる別の二種の不純物は
銅とニツケルである。ニツケルは1.0％未満、好
ましくは0.4％未満にすべきであり、一般的な下
限は0.001％である。銅も0.5％未満、好ましくは
0.4％未満の量に保つべきであり、実質的な下限
は約0.005％未満である。下限未満の銅およびニ
ツケル含有量では注文の特性に何の効果ももたら
さないが、特別の溶融法を用いそして特別の原料
を選択することなく行なうことは困難である。 珪素は4.0％まで、好ましくは3.0％までの量で
存在させうる。珪素の存在は一般に、全般的な耐
酸化性を改良しそして溶融合金の流動性を改良
し、従つて、合金の薄形材への鋳造能力を改良す
るのに役立つ。珪素は鋼の製造における脱酸に通
例使用する元素であり、酸化物の密着性に何の影
響も及ぼさないかあるいはほんのわずか有利な影
響を及ぼすようであり、約４％まで存在させるこ
とができ、この範囲では酸化アルミニウム面の織
物状組織およびアルミニウムホイスカーの形成を
妨げることはない。珪素は冷間加工中の合金の脆
化の一因となるので、珪素含有量は精錬製品の製
造には３％未満に保つ。クロム含有量が14％未満
であると、脆化効果は最も顕著である。このよう
な量の珪素は、合金の熱間加工性に悪影響を及ぼ
すことなく、含有させることができる。 マンガンの量は１％まで、好ましくは0.5％ま
でで、下限は0.06％、好ましくは0.0％である。
このようなマンガンの量では加工が効率的に行な
われ、合金の成形および熱間加工性を妨げる不必
要な硬度および強度となるのが避けられる。マン
ガンの量が１％を超えると、合金の所望の特性に
寄与しなくなるようである。0.06％未満のマンガ
ンでは、酸化面の織物状組織の形成およびホイス
カー成長が不均一となりがちである。 本発明の合金の予想される用途は、サイクル高
温環境におけるもの、たとえば接触コンバーター
および電気抵抗発熱体中に見られるものである。 900〜1300〓（82〜704℃）のような温度範囲を
徐々に加熱よび冷却する結果として、粒界が過敏
化される。このような過敏化はフエライト・ステ
ンレス鋼支持材の耐蝕性および耐酸化性を減じ
る。炭素に強力に引きつけられて過敏化を妨げる
安定化元素を添加することも周知である。しかし
ながら、特にステンレス鋼に添加されているよう
な理論的な安定化に必要な割合をはるかに越える
割合の安定化元素は、合金の熱サイクル酸化抵抗
性に悪い影響を及ぼす。より一般的な安定化元
素、たとえばチタン、ジルコニウム、ニオブおよ
びバナジウムは熱サイクル酸化抵抗性に異なる効
果を与えることが見出された。チタンは最も悪い
影響を及ぼすらしく、一方ジルコニウムは少ない
割合で何も影響がないかあるいはわずかに有利な
影響を及ぼす。ただ一種の安定化元素を合金中に
存在させるのが一般に好ましい。安定化元素を組
合せて添加する場合の添加は、熱サイクル酸化抵
抗性により悪い影響を及ぼす元素の等価加算効果
にほぼ等しいので、安定化元素を組合せるのは一
般に好ましくない。本発明の合金の安定化におい
て、好ましい元素はジルコニウムであり、これは 91〔（％Ｃ／12）＋（％Ｎ／14）＋0.004〕％ までの量で添加しうる。ジルコニウムは 91〔（％Ｃ／12）＋（％Ｎ／14）＋0.003〕％ までの量であるのが好ましい。ジルコニウムを安
定化元素として上式で必要とされる量を越す量で
合金に加えると、熱サイクル酸化抵抗性に悪い影
響を及ぼす。同様に、このような過剰量のジルコ
ニウムでは高温焼なまし後の高温クリープ強さが
改良されない。 高温焼なまし後の高温クリープ強さの改良のた
めに使用する最も一般的な安定化元素の中で、好
ましい元素はニオブである。その理由は熱サイク
ル酸化抵抗性に悪影響を及ぼすのが最も少ないか
らである。安定化と改良された高温クリープ抵抗
性が要求されるとき、合金に 93〔（％Ｃ／12）＋（％Ｎ／14）＋0.013〕％ までのまたは好ましくは 93［（％Ｃ／12）＋（％Ｎ／14）＋0.0075］％ までの量のニオブを含有させうる。ニオブが上式
で必要とされる量を超過すると、高温クリープ抵
抗性は十分に改良されるが、熱サイクル酸化抵抗
性への非常に悪い影響を伴う。 本発明の合金をつくる際、合金の溶融物を通常
の方法で製造する。通常の鋼の製造工程で混じる
不純物である酸素、窒素および硫黄は、溶融物に
希土類を添加する前に、減少させておくのが好ま
しい。本発明の合金には特別の工程は必要でな
く、従つて、電気アーク炉、AODおよび真空誘
導溶融法を含めた普通の方法でよい。 次に溶融物をインゴツト、バー、ストリツプま
たはシートに鋳造することができる。鋼はその後
熱間および／または冷間圧延し、そして所望の形
に加工する前に、スケール除去および加熱のよう
な通常の工程を施すことができる。 次に本発明のフエライト・ステンレス鋼を熱処
理して酸化アルミニウム面を形成する。この面は
密着性であり、熱サイクル酸化抵抗性を提供す
る。酸化面は表面積を増大させかつ接触材の支持
を促進する織物状組織面であるのが好ましい。酸
化アルミニウム面に織物状組織を形成する適当な
方法は、実質的に全般的に金属面に垂直な、ち密
な酸化アルミニウムの“ホイスカー”を成長させ
るものである。“ホイスカー”はブラシ状面を提
供して接触材を効果的に支持する。 鉄−クロム−アルミニウム合金上にアルミナホ
イスカーをつくつて、表面積をさらに増大させ
る、および接触効率を改良するために表面上をさ
らに効果的な接触保持性のものとする。二種類の
工程が公知であり、そしてこれらの方法は根本的
には以下のいずれかからなつている； １ 英国特許出願GB2063723Aに記載されている
ように、“ピーリング（peeling）”と呼ばれる
機械加工工程を通して中実の素材（solid log）
からストリツプを取り出すことによつて十分に
冷間加工した表面を有する薄いストリツプを製
造し、そしてこのストリツプを空気中で870〜
930℃にする。あるいは ２ 通常の熱間および冷間圧延につて製造したス
トリツプを使い、本質的には酸素を含まない不
活性雰囲気（＜0.1％O2）中で約900℃の温度に
短時間加熱することによつて表面を予備条件下
におきそして室温に冷却した後、925℃にて空
気中で長時間熱処理してホイスカーを成長させ
る。 本発明をさらに完全に理解してもらうために、
以下に実施例を示す。 実施例 以下の表〜に示す本発明の合金は元素を溶
融状態で合金することによつてつくつた。四つの
表に示すほとんどの合金は真空誘導法によつて17
または50ポンド（7.7または22.7Kg）のヒートに
溶融した。一般に、インゴツトは2250〓（1232
℃）に加熱し、プレスまたは熱間圧延した幅４〜
５インチ（10.16〜12.70cm）および厚み１〜２イ
ンチ（2.54〜5.08cm）のバーにした。次にバーを
室温に冷却して状態調節するかあるいは2100〜
2350〓（1147〜1232℃）の温度範囲に直接再加熱
して0.11インチ（0.28cm）の厚みのストリツプ材
に熱間圧延した。このストリツプをスケール除去
し、必要なように状態調節しそして0.004インチ
または0.020インチ（0.010または0.051cm）の厚み
に冷間圧延した。ストリツプいくつかを、予熱が
必要ならば冷間圧延の前に、300〜500〓（149〜
260℃）に予熱した。次にストリツプを1550〓
（843℃）で焼まなしし、スケール除去を行ないそ
して再び冷間圧延して0.002インチ（0.005cm）の
厚みのホイルにした。 次にホイルストリツプの清浄なかつ冷間圧延し
た試料を、ホイル表面に緻密なアルミナホイスカ
ーを成長させる目的で上記の工程２に従つて処理
した。次に試料を、走査電子顕微鏡（SEM）下
で100〜10000倍にして、ホイスカー成長、均一性
および密着性について調べた。 表中、ヒートがホイスカーを成長させる能力を
“ホイスカー”を表示した欄に示す。“OK”とい
う記号は全面にわたつて均一に分散した緻密で密
着性のホイスカーを成長させる能力を示す。
“OK”の後にある負の指数またはマイナスの記
号は100〜1000の低い倍率でのホイスカーの不均
一性度を示す。この欄はまたホイスカーの形状ま
たは組織についての説明、たとえば“細かい”、
“粗い”“短い”、“中位の長さ”、“長い”、“短い
バ
ラの花形”、“非常に短いバラの花形”、“剥離し
た”および“少し剥離した”がある。試料が加工
性でない場合は、“ホイスカー”欄にその旨を記
載してある。“ワイヤー寿命”の欄では、二回以
上の試験結果を示しそして破損に至るサイクル数
を記してある。 ワイヤー寿命試験は一般に検査規定B78−59T
に略記してある手順に従うASTMワイヤー寿命
試験機で行なつた。試験機は本質的には、電流に
よる試料の抵抗加熱用制御電源、温度測定装置お
よび破断につて破損するまで試料に加えた加熱お
よび冷却サイクル数を記録するカウンターよりな
る。ヒート試料は、厚みが0.002インチ（0.05mm）
のホイルを幅3/16インチ、長さ６インチ（0.476
cmおよび15.24cm）に切断してつくつた。試料を
ワイヤー寿命試験機に取り付け、熱サイクル条件
を加えた。全ての試料または試験片に加えたサイ
クルは、2300〓（1260℃）への加熱、この温度で
の２分間の保持、周囲温度への冷却、周囲温度で
の２分間の保持、および試験片が破断により破損
するまでのサイクルの繰返しである。試験手順
は、長方形のホイル片を丸いワイヤーに代えて使
用することおよび試験時間の短縮のために加熱温
度として2200〓（1204℃）の代わりに2300〓
（1260℃）を使うことが、標準ASTM法と異な
る。 ワイヤー寿命試験は電気抵抗発熱体に適用した
場合の性能に直接関係していると言える。この試
験はまた、高温での耐酸化性および熱サイクル条
件下での密着性酸化物の保持性を評価する方法と
して、接触性支持体の用途の関係を示そうとする
ものである。普通、破損点での酸化物のフレーキ
ングは、試験において真の破損となる前ぶれであ
る。アルミナホイスカーはワイヤー寿命試験中成
長しなかつた。データ分析の一部であるが、ワイ
ヤー寿命が80サイクル未満のヒートは不適と見な
した。
【表】
【表】
【表】 表のヒートは16％クロムおよび５％アルミニ
ウム合合金である。ヒートRV7458および
RV7517は接触支持体用と見なされてきた鉄−ク
ロム−アルミニウム−イツトリウム合金の代表的
なものである。有意量のイツトリウムまたは希土
類を添加していないヒートRV8523および
RV8765は酸化ホイスカー面が剥離し、ワイヤー
寿命が低下していた。第１図はヒートRV8765試
料の500倍の顕微鏡写真であり、酸化面は密着性
に乏しく、たやすく剥離することを示している。
第２図は同じ試料の5000倍の顕微鏡写真であり、
ホイスカー酸化面が形成されているが、これは密
着性のものではないことを示している。 ヒートRV8536、RV8537、RV8540および
RV8608はランタンを添加して溶融したもので、
この元素はそれ自体所望の密着性を付与するのに
効果的であることが示されている。 ヒートRV8766、RV8769、RV8773および
RV8774は全て希土類含有量が0.05％以上であり、
そして全て熱間加工中に破壊されることがわかつ
た。セリウムおよびランタンの含有量がほぼ最適
量でありそしてジルコニウムで部分安定化したヒ
ートRV8770は熱間および冷間加工することがで
き満足な特性を示すホイルとなる。セリウムおよ
びランタンの含有量がより少なくそして安定化の
ためのジルコニウムが有意の含有量でないヒート
RV8792は満足なホイスカー成長を示すが、ワイ
ヤー寿命は限界である。 ヒートRV8793およびRV8797は希土類の添加
にセリウム−ニツケル合金を使つて溶融した。ジ
ルコニウムで安定化したあるいはしていないもの
共に満足なホイスカー成長およびワイヤー寿命が
得られた。電気炉またはAOD法で得られるもの
の代表的なものである、アルミニウムおよび残り
の元素（Ni、Cu、Si、Mn、Ｐ、Ｓ）の含有量が
比較的高いヒートRV8901〜RV8904は、希土類
をミツシユメタルの形で添加する前に、カルシウ
ム−アルミニウムを添加した。これらのヒート全
部は満足なホイスカー成長と密着性およびすぐれ
たワイヤー寿命を示す。 ヒートRV9027A〜Ｃへの希土類の添加はミツ
シユメタルの形で行なつた。この一連のヒートで
は、満足ではあるが、アルミニウム含有量が増加
するに従つてホイスカー成長の均一性は減少し、
ワイヤー寿命は増加する。
【表】
【表】 表のヒートは21％のクロムおよび３％〜６％
のアルミニウムを含有する。ヒートRV8442は本
発明のクロム高含有合金のすぐれたホイスカー成
長およびワイヤー寿命を例証するものである。第
３図はこのヒートの5000倍の顕微鏡写真であり、
合金上で成長した密着性のホイスカー状酸化アル
ミニウム面をはつきりと示している。 ヒートRV8767、RV8772、RV8776および
RV8956は、通常の鋼熱加工温度での熱間加工中
に破壊されることがわかつた。従つて、これらは
加工することができない。これらの四種類のヒー
ト全ては、セリウム、ランタン、ネオジミウムお
よびプラセオジミウムの希土類の全含有量が
0.050％を越えていた。 ヒートRV8768、RV8771、RV8775および
RV8794は本発明の種々の合金を説明するためも
のであり、やはり本発明の合金である炭素の含有
量が少ないヒートRV8867、RV8869、RV8871お
よびRV8873と同様に、全てすぐれたホイスカー
成長、密着性およびワイヤー寿命を示している。 ヒートRV8795およびRV9798は安定化のため
の非遊離ジルコニウムを添加しないで
（RV8795）および添加して（RV8798）溶融した
本発明の合金である。両者とも良好なホイスカー
成長、密着性および満足なワイヤー寿命を示し、
そしてワイヤー寿命はジルコニウムの添加の結果
として減少はしない。 ヒートRV8898〜RV8962は、希土類を溶融物
に添加する前に、カルシウム−アルミニウム脱酸
添加剤を使用して溶融した。 ヒートRV8898、RV8898およびRV8900は、従
来の溶融の慣例にしばしば見られる高残留量に近
づけた量でニツケルおよび銅を含有させた本発明
の合金である。満足なホイスカー成長、密着性お
よびワイヤー寿命が見られた。 ヒートRV8910、RV8911、RV8912および
RV8913は、カルシウム−アルミニウム脱酸を行
なつた他は、ヒートRV8442の合金と同じであ
る、本発明の合金であり、分析および特性共に興
味のあるものである。 ヒートRV8945、RV8946、RV8947、RV8955
およびRV8956は希土類添加物としてセリウム金
属を使つて溶融した。ヒートRV8956以外のこれ
らの全ては本発明の合金であり、満足なホイスカ
ー成長、密着性およびワイヤー寿命を示す。 ヒートRV8948、RV8949、RV8950、RV8957
およびRV8958は希土類の添加にランタン金属を
使つて溶融した。全て本発明の合金であり、満足
なホイスカー成長、密着性およびワイヤー寿命を
示す。 ヒートRV8959、RV8960、RV8961および
RV8962は希土類の添加にミツシユメタルを使つ
ている本発明の合金である。ヒートRV8960、
RV8961およびRV8962へ行なつたコバルトの添
加では、ホイスカー成長、密着性またはワイヤー
寿命に規則的な効果は見られなかつた。 ヒートRV8825A、RV8825B、RV8825C、
RV8849A、RV8849BおよびRV8849Cは、溶融物
の流動性を改良しそして薄形材の鋳造を容易にす
るために高い珪素含有量で溶融した本発明の合金
である。全て満足なホイスカー成長、密着性およ
びワイヤー寿命を示す。ヒートRV8849Cは、ニ
オブで過安定化する場合に、満足な特性が得られ
ることを示している。ヒートRV8945〜RV8962
は全てマンガン含有量が少ない。これらのヒート
の全ては、バラの花形のホイスカーが形成される
ことで証明されるように、短いホイスカーが成長
するがあるいは不均一なホイスカー成長がやにわ
に開始されることを示している。 ヒートXW33は本発明の合金を実験室規模で誘
導空気溶融を行なつたヒートであり、満足な特性
を示している。 ヒート011563Eは本発明の合金の商業生産サイ
ズのAOD（アルゴン−酸素−脱炭）ヒートであ
り、満足な特性を示している。
【表】
【表】
【表】 表のヒートは表示すると13％のクロムおよび
４％〜６％のアルミニウムである。ヒート
RV7772は希土類を添加しておらず、ホイスカー
成長を示すが、酸化物フレーキングを示しそして
ワイヤー寿命は低い。ヒートRV8885Aはミツシ
ユメタルを添加してつくつた本発明の合金であ
り、希土類の取り込み率は低い。ここでフレーキ
ングは減少し、ワイヤー寿命は限界となる。第４
図は、ヒート8885Aの5000倍の顕微鏡写真であ
り、ホイスカー成長が見られる。ヒート8885Bは
同じ溶融物の別の部分であり、本発明の合金を示
すものではない。ここでセリウム含有量が検出で
きなくなるまで希土類の添加を“しだいに少な
く”していき、そしてニオブを添加して安定化し
た。再び、酸化物ホイスカーは密着性が乏しくな
り（フレーキング）そしてワイヤー寿命は少なく
なつた。ヒートRV8885Cにまた希土類を添加す
るとホイスカー密着性はもとにもどるが、ニオブ
の過安定化の元でもまだワイヤー寿命が低かつ
た。 ヒートRV8964A、RV8964BおよびRV8964Cは
より多くのアルミニウムを含有させそしてジルコ
ニウムで安定化してある。ヒートRV8964Aは希
土類の添加は行なわずに溶融したもので、ホイス
カーの密着性には問題があり、ワイヤー寿命は満
足なものであつた。ニオブの予想外に高い含有量
はホイスカーの密着性に寄与するフイクターであ
る。ミツシユメタルの添加をヒートRV8964Bに
行なうと、ホイスカーの密着性およびワイヤー寿
命に改良がみられた。ヒートRV8964Cにニオブ
を加えてさらに安定化すると満足なホイスカー密
着性および満足であるが減少したワイヤ寿命試験
値となつた。 ヒートRV8965A、RV8965BおよびRV8965Cは
アルミニウム含有量をより少なくしそしてチタン
で安定化させて溶融した。ヒートRV8965Aは希
土類を添加しないで溶融したもので、ホイスカー
密着性に問題があり、ワイヤー寿命は限界を示し
た。ヒートRV8965Bへミツシユメタルを添加し
たところ、ホイスカー密着性およびワイヤー寿命
が改良され、一方ヒートRV8965Cにニオブを添
加してさらに安定化したところ、ホイスカー密着
性への影響はなく、ワイヤー寿命は不満足なもの
となつた。 ヒートRV8966A、RV8966BおよびRV8966Cは
より高いアルミニウム含有量およびより高度のチ
タン安定化度で溶融した。希土類の添加は行なわ
ずに溶融したヒートRV8966Aは、ホイスカー密
着性に問題があり、ワイヤー寿命は満足なもので
あつた。ヒートRV8966Bにミツシユメタルを添
加すると、ホイスカー密着性が満足な程度に改良
され、一方許容されるワイヤー寿命は維持され
た。ヒート8966Cへさらにニオブを加えて安定化
すると、ホイスカー密着性は維持されるが、ワイ
ヤー寿命は不満足なものとなつた。 ヒートRV8966A、RV8986BおよびRV8986C
を、安定化元素としてのバナジウムを調べるため
に使つた。各々の場合において、ホイスカー密着
性は満足なものであつたが、ワイヤー寿命値は限
界であつた。 ヒートRV8987A、RV8987BおよびRV8987C
を、安定化元素としてのジルコニウムの効果を調
べるために使つた。ジルコニウムを添加しないで
溶融したヒートRV8987Aは、満足なホイスカー
密着性と限界のワイヤー寿命を示す。ヒート
RV8987BおよびRV8987Cにジルコニウムを添加
すると、ホイスカー成長または密着性をそこなう
ことなく、ワイヤー寿命を満足な程度に改良し
た。 ヒートRV9023A、RV9023BおよびRV9023C
を、本発明の合金中のニツケル含有量のホイスカ
ー成長、密着性およびワイヤー寿命への効果を調
べるために使つた。有意な効果は見られず、全て
のヒートは満足なホイスカー密着性とワイヤー寿
命を示した。 ヒートRV9025A、RV9025BおよびRV9025C
を、本発明の13％クロム合金中のアルミニウム含
有量のホイスカー成長、密着性およびワイヤー寿
命への効果を調べるために使つた。ホイスカー成
長および密着性は三種類のヒート全てにおいて満
足なものであり、一方ワイヤー寿命はアルミニウ
ム含有量が増加するにつれて高くなつた。 ヒートRV9000A、RV9000BおよびRV9000C
を、薄形材に鋳造する場合、流動性の改良に適し
ているシリコンの添加効果を調べるために使つ
た。本発明の合金ではないヒートRV9000Aおよ
びRV9000Bには希土類を添加しておらず、冷間
圧延の際に亀裂が入ることがわかつた。ヒート
RV9000Cへのミツシユメタル希土類の添加で加
工性が改良され、冷間圧延が可能になつた。しか
しながら、その材料は硬くて変形しにくいため、
得られる最小の厚みは0.003インチ（0.08mm）（他
の試験片は全て0.002インチ（0.05mm）であると
は著しく異なる）。このヒートのホイスカー成長
と密着性は満足なものであるが、ワイヤー寿命は
ホイルの厚みがかなり厚いため比較して調べるこ
とができなかつた。
【表】
【表】
【表】 表に示した実験ヒートは、クロム含有量を８
％未満に低下させると、合金の熱サイクル酸化抵
抗性が著しく低下することを説明している。 第５図はカンタル（Kanthal）Ａ合金の市販さ
れている電気抵抗発熱体材料の顕微鏡写真であ
る。この材料は図に示されているようにホイスカ
ー表面酸化物を成長させなかつた。表示では、カ
ンタル（Kantal）Ａは組成が炭素0.06％、クロム
23.4％、アルミニウム6.2％、コバルト1.9％およ
び残余鉄の合金である。 本発明の合金はその目的を満足させている。良
好な熱サイクル酸化抵抗性を有する、熱加工可能
なフエライト・ステンレス鋼合金が提供される。
この合金は、織物状組織を形成して接触材料を支
持しやすくするために表面積を増加させるのに適
した、密着性の酸化アルミニウム面を保有する。
このような合金は、自動車用の接触系およびコン
バーターに使用されるような電気抵抗発熱体およ
び接触支持体を含めた最終用途のすぐれた候補材
料である。この合金は、合金成分がより低コスト
であるためそしてより低コストの溶融法で製造す
ることができるため、現在の合金よりもより安価
に製造される。 本発明のいくつかの具体例を記載したが、本発
明の範囲から逸脱することなく変更しうることは
この技術分野に熟練した人々にとつては明らかな
ことである。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図は本発明のものではない合
金の顕微鏡写真であり；第３図および第４図は本
発明の合金の顕微鏡写真であり；そして第５図は
市販の電気抵抗発熱体材料合金の顕微鏡写真であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ その表面にほぼ垂直かつ、緻密な酸化アルミ
    ニウムホイスカーよりなる難剥離性の織物状組織
    を有する熱間加工可能なフエライト・ステンレス
    鋼合金製シートまたはストリツプであつて； 該合金は熱サイクル酸化および高温におけるス
    ケーリングに抵抗性を有することと、本質的に重
    量％で、12.0〜23.0％のクロム、 〔（40−％Cr）／６〕％〜８％までのアルミニウ ム、ならびに希土類の合計が0.060％までである
    少なくとも〔％Cr／2200〕％のセリウムおよび
    ランタンよりなる群からの添加物、ならびに4.0
    ％までの珪素、0.06〜1.0％のマンガンおよび通
    常の鋼製造工程で混じる不純物である0.030％未
    満の炭素、0.050％未満の窒素、0.020％未満の酸
    素、0.040％未満の燐、0.030％未満の硫黄、0.50
    ％未満の銅、1.0％未満のニツケルおよび合計が
    0.005％未満のカルシウムとマグネシウム、なら
    びに残余の鉄よりなり、実質的にチタンを含まな
    いことを特徴とするフエライト・ステンレス鋼合
    金製シートまたはストリツプ。 ２ その表面にほぼ垂直かつ、緻密な酸化アルミ
    ニウムホイスカーよりなる難剥離性の織物状組織
    を有する熱間加工可能なフエライト・ステンレス
    鋼合金製シートまたはストリツプであつて；該合
    金は熱サイクル酸化および高温におけるスケーリ
    ングに抵抗性を有することと、本質的に重量％
    で、12.0〜23.0％のクロム、 〔（40−％Cr）／６〕％〜８％までのアルミニウ ム、ならびに希土類の合計が0.050％までである
    少なくとも〔％Cr／2200〕％のセリウムおよび
    ランタンよりなる群からの添加物、ならびに3.0
    ％までの珪素、0.10〜0.50％のマンガンおよび通
    常の鋼製造工程で混じる不純物である0.030％未
    満の炭素、0.030％未満の窒素、0.010％未満の酸
    素、0.030％未満の燐、0.020％未満の硫黄、0.40
    ％未満の銅、0.40％未満のニツケルおよび合計が
    0.003％未満のカルシウムとマグネシウム、なら
    びに 91〔（％Ｃ／12）＋（％Ｎ／14）＋0.004〕％ までの量のジルコニウム、ならびに残余の鉄より
    なることを特徴とするフエライト・ステンレス鋼
    合金製シートまたはストリツプ。 ３ その表面にほぼ垂直かつ、緻密な酸化アルミ
    ニウムホイスカーよりなる難剥離性の織物状組織
    を有する熱間加工可能なフエライト・ステンレス
    鋼合金製シートまたはストリツプであつて； 該合金は熱サイクル酸化および高温におけるス
    ケーリングに抵抗性を有することと、本質的に重
    量％で、12.0〜23.0％のクロム、 〔（40−％Cr）／６〕％〜８％までのアルミニウ ム、ならびに希土類の合計が0.050％までである
    少なくとも〔％Cr／2200〕％のセリウムおよび
    ランタンよりなる群からの添加物、ならびに3.0
    ％までの珪素、0.10〜0.50％のマンガンおよび通
    常の鋼製造工程で混じる不純物である0.030％未
    満の炭素、0.030％未満の窒素、0.010％未満の酸
    素、0.030％未満の燐、0.020％未満の硫黄、0.40
    ％未満の銅、0.40％未満のニツケルおよび合計が
    0.003％未満のカルシウムとマグネシウム、なら
    びに 93〔（％Ｃ／12）＋（％Ｎ／14）＋0.013〕％ までの量のニオブ、ならびに残余の鉄よりなるこ
    とを特徴とするフエライト・ステンレス鋼合金製
    シートまたはストリツプ。
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