JPH04202732A - 耐熱損傷性に優れた表面を有するＣｏ基合金部材 - Google Patents

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） 本発明は、反復する熱負荷が表面に加わっても、その表
面に亀裂や皺などの熱損傷を起こすことがなく、各種の
溶融物の熱ロール材として有用なＣｏ基合金部材に関す
る。

（従来の技術） 例えば、溶融カラスや溶融金属をロール成形して板体を
製造する際には、耐熱性が優れ、熱衝撃にも強い材料で
製作されたロールか用いられるが、従来から、そのロー
ル用材料としては、ステライト６番のような耐熱合金や
、５ＬｉＨ６１６，ＨＫ４０のような耐熱鋼なとがよく
知られている。

ロール成形において、用いるロールの表面の状態は、略
正確に溶融物のロール成形品の表面に転写されるので、
鏡面性か要求される成形品を製造する際には、用いるロ
ールもまたその表面は鏡面状態になっていることか必要
になる。

そのため、ロール製造の最終の仕上げ工程では、例えば
、表面に別布研磨などを施して鏡面仕上げをする。

（発明か解決しようとする課題） ところで、前記した従来の材料で製造したロールの場合
、ロール成形に使用する前はその表面か鏡面状態になっ
ていても、使用の過程で、比較的短期間のうちに、表面
が変形してその鏡面性が次第に失われていき、表面に微
細なりラックや皺などの発生することがある。

このような状態になると、ロール表面の上記熱損傷が溶
融物のロール成形品の表面に転写されてしまうので、得
られた成形品は不良品になってしまう。

したがって、良好な成形品を得るためには、ロール部材
に上記熱損傷が発生する前の適宜な時期に、全体の製造
ラインを一旦停止して、新規なロール部材と交換するこ
とが必要になる。

しかしなから、このような処置は生産性の低下を招くこ
とになり、結果として製造コストの上昇をもたらす。

本発明は上記したような問題を解決し、表面の熱損傷が
起こりすらく、したかって仕上げ加工時における表面の
鏡面状態を長期に亘って維持することができる、耐熱損
傷性に優れた表面を有するＣｏ基合金部材の提供を目的
とする。

（課題を解決するだめの手段・作用） 本発明者らは、後述する組成のＣｏ基合金における前記
熱損傷の発生を防止すへく鋭意研究を重ねた結果、この
熱損傷は、熱負荷を反復して受ける材料表面の結晶粒度
の大小、析出している炭化物の分布状態に大きく規定さ
れるとの事実を見出した。

本発明者らは上記知見に基ついて更に研究を進め、後述
する組成のＣｏ基合金においては、後述の組織か表面の
熱損傷を防止する点て有効であることを見出し、本発明
のＣｏ基合金部材を開発するに至った。

すなわち、本発明の耐熱損傷性に優れた表面を有するＣ
ｏ基合金部材は、Ｃ：　０．０３〜０．６０重量％、Ｓ
ｉ　・１０重量％以下、Ｍｎ：３．０重量％以下、　Ｎ
　ｉ　：２．０〜４０．０重量％、Ｃｒ：１５．０〜２
５０重量％、Ｆｅ：１５．０重量％以下、Ｗまたは／お
よびＭｏ：　５．０〜２０．０重量％、残部　Ｃｏを必
須成分とするＣｏ基合金から成り、その結晶粒度かＪＩ
ＳＧＯ５５１て規定する結晶粒度番号て８以上であり、
かつ、表面の単位面積（ｍｍ２）当りの析出炭化物の面
積占有率（％）を２０個所測定したときの測定最大値と
測定最小値の差が５％以下であることを特徴とする。

まず、本発明の部材は上記組成のＣｏ基合金から成る。

ここでＣはＷ、Ｍｏ、Ｃｒなどと炭化物を形成し、合金
の強度の向上および結晶粒度の微細化に資する成分であ
る。その含有量が０．０３重量％未満の場合には上記効
果をもたらす炭化物の形成量が少な（なるという問題が
生じ、また０、６重量％より多い場合は、熱間成形性（
鍛造性）が損なわれるので、その含有量は０．０３〜０
．６重量％とする。

Ｓｌは脱酸および耐熱性の向上に資する成分であるが、
あまり多量に含まれていると合金の偏析を助長して熱間
成形性（鍛造性）が悪くなるので、その含有量の上限値
は１．０重量％とする。

Ｍｎは脱酸に資する成分であるが、その含有量が３．０
重量％を超えると、耐酸化性、耐熱性が悪くなるので、
上限値は３．０重量％にする。

才だ、Ｎ１は合金基地のオーステナイト相の安定化に資
する成分であるか、ＣＯ基地との関連においてその含有
量が２０重量％未満の場合は効果が少なく、また４０．
０重量％を超えるとＣｏ合金基地か不安定になるので、
その含有量は２．０〜４０．０重量％にする。

Ｃｒは高温耐酸化性の向上に資する成分であるか、その
含有量が１５．０重量％未満の場合は、耐酸化性、耐熱
性か低下し、また２５０重量％を超えると、Ｎｉまたは
Ｃｏとの量的バランスの点から組織が不安定になり、熱
間成形性か低下するので、その含有量は１５．０〜２５
．０重量％にする。

更に、Ｆｅは基地の強靭性の向上に寄与する成分である
か、あまり多く含有されていると耐熱性が低下するので
、その含有量の上限値は１５．０重量％とする。

Ｗまたは／およびＭｏは、合金基地に固溶し、かつ炭化
物も形成して耐熱性と高温強度の向上に寄与する成分で
あり、それぞれ単独で含まれていても、また−緒に含ま
れていてもよい。これらの成分の含有量か５．α重量％
未満の場合は上記効果が少なく、また２０．０重量％を
超えると、Ｃｒの場合と同様に、組織が不安定となって
熱間成形性か損なわれ、またＷやＭＯは高価であるため
製品のコストアップを引き起こすようになるので、単独
でにしろ、−緒にしろ、全体の含有量は５，０〜２０．
０重量％にする。

本発明で用いるＣｏ基合金は、上記した成分を必須とす
るが、更にＡ！または／およびＴｉ：０．１〜５重量％
、ＮｂとＴａか合量で０．０５〜１．０重量％、Ｂまた
はＣａ：Ｏ，ＯＯ１〜０．０１重量％、Ｙまたは希土類
元素：　０．００５〜ｏ、　ｉ重量％、　ＨｆＯ，０１
〜５．０重量％、　　Ｚｒ　：０．０１〜０．５重量％
が含有されていてもよい。

次に本発明の合金部材の金属組織について説明する。

まず、結晶粒（再結晶粒）の粒度番号は、ＪＩＳＧ０５
５１で規定する結晶粒度番号で８以上であり、全体は整
細粒組織になっている。この結晶粒度番号が８未満であ
るような粗大粒組織の場合には、全体は軟質になり、し
かもその組織が不均質であるため、ここに反復する熱負
荷が加えられたとき、粗大粒が選好的に塑性変形して材
料全体の変形状態は不均一になる。その結果、この変形
の差に基づいて熱負荷を受ける表面に皺等が発生しやす
くなり、熱損傷を招（ことになる。

また、本発明の合金部材においては、上記した整細粒（
再結晶粒）の粒界に析出する炭化物が微細であり、かつ
それらは均一に分布している。

この析出炭化物は合金の熱間強度を高めて熱損傷に対す
る耐性の向上に資する。そして、その粒径は上記整細粒
の粒度に影響されて大きくなったり小さくなったりする
が、概ね、０．２５〜０．５μｍ程度であることが好ま
しい。粒径が微細である方が熱間強度の向上か図られる
からである。

しかし、析出炭化物の個々の粒径か上記のように微細で
あったとしても、これら炭化物が組織内に偏析している
ような合金は本発明の目的を達成できない。

したかって、本発明の合金では、上記炭化物が偏析せず
、均一に組織内に分布していることを必要とする。

なお、本発明でいう均一分布とは以下のような分布状態
のことをいう。

まず合金組織を顕微鏡で観察して、析出している個々の
炭化物の面積を測定してそれらを積算する。そして、視
野内における単価面積（ｍｍ２）中で上記析出炭化物が
占有する面積率（％）を算出する。

この炭化物の面積占有率の算出を、合金組織においてラ
ンダムに選定した２０個所について行い、その測定最大
値（Ｓ％とする）と測定最小値（Ｓ％とする）を把握す
る。

そして、Ｓ−ｓを算出し、この値が５％の範囲内にある
場合をもって均一分布とする。好ましくは３％以下であ
葛。

このＳ−ｓか５％より大きい値の場合は、粗大な炭化物
が不均一に析出している状態であり、熱負荷を受けたと
きに、炭化物や結晶粒の間における不均一な熱膨張など
によって合金の変形か起こりやすくなり熱損傷の抑制に
有効な組織とはいえない。

本発明の合金部材は次のようにして製造することができ
る。

まず、上記した組成のＣｏ基合金を溶製する。

溶製の方法は、格別限定されず、例えば、常用の真空誘
導溶解（ＶｒＭ）、真空アーク溶解（ＶＡＭ）、エレク
トロスラフ溶解（Ｅ　Ｓ　Ｒ）などを適用できる。これ
らの溶解法のうち、ＥＳＲは、外系からの不純物か混入
しにくいこと、偏析の少ない鋳造組織を得ることかでき
ること、経済性に優れることなどの点て好適である。

得られたインゴットに均熱化処理を施す。この処理は、
これに続けて行う後述の熱間加工時におけるインゴット
の加工性を高めるためであると同時に、炭化物を組織内
に固溶させることにより組織を均質化するために行われ
る。

したがって、この処理は炭化物の固溶温度（約１１４０
°Ｃ）以上で行われる。具体的には、１１６０〜１２２
０℃の温度域で、１０時間以上の熱処理が採用される。

この均熱化処理が施されたインゴットにはただちに熱間
加工が施される。この処理はインゴット内部に加工歪み
のエネルギーを蓄積させることにより、これに続けて行
う後述の均熱化処理時において、残存している炭化物の
固溶拡散を促進させ、より一層の均質化を達成するため
に行われる。

上記のことからして、このときの鍛練比は２以上である
ことが好ましく、また加工温度も、炭化物の固溶拡散を
図るということで、前記と同様に１１６０〜１２２０℃
の温度域が採用される。

この熱間加工を終了したのち、加工品には再び均熱化処
理が施される。この処理は、上記したように、いまだ組
織内に残存している炭化物を略完全に固溶拡散させて全
体の更なる均質化を実現するために行われ゛る。

したがって、その処理条件としては、前記した均熱化処
理の場合と同しように、温度１１６０〜１２２０°Ｃ１
時間１０時間以上の条件が採用されこのようにして炭化
物を固溶させて均質化した材料に、つぎに、仕上げ加工
を施す。この処理は、結晶粒を微細化し、後述の固溶化
処理時に析出する炭化物の偏析を抑制するために行われ
る。

このＣ○基合金は加工温度か１０００℃より低くなると
、変形抵抗か大きくなって加工が困難になる。また、加
工温度か高すぎると、炭化物の固溶と加工によって微細
化した結晶粒が再成長して粗大化するので、結局、この
仕上げ加工時においては１０５０〜１１６０°Ｃの温度
域が採用される。

このとき、鍛練比は２以上とする。

この仕上げ加工が終了後、材料には固溶化処理が施され
る。この処理は、析出している炭化物を組織内に固溶し
て、前記した微細炭化物の均一分布状態を実現するため
に行われる。

この固溶化処理は、温度】０００〜１１６０℃。

時間３０分以上の条件下で行われる。

（発明の実施例） 実施例１，２、比較例１〜３ 第１表に示した組成のＣＯ基合金のインゴットをＥＳＲ
で調製した。

（以下余白） 上記した各インゴットに対し、第２表で示したような条
件下で均熱化処理→分塊鍛造→均熱化処理−仕上げ鍛造
→固溶化処理を順次行った。

得られた各材料につき、その結晶粒度番号、炭化物の平
均粒径、炭化物の分布状態を測定し、その結果を一括し
て第２表に示した。

また、上記した各材料を切削加工して、外径１３０ｍｍ
、内径５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの中空ロールを製作
し、その外周面をＪＩＳ　　ＢＯ６０１で規定するＲａ
値で００３〜０．０５μｍの鏡面に仕上げた。

この中空ロールの内径部を水冷した状態にし、Ａｒカス
中において、８００°Ｃで３０分間加熱−室温で３０分
間放置（冷却）−再び８００℃で３０分間加熱を１サイ
クルとする熱処理を５０回反復したのち、その外周面の
鏡面状態の変化を肉眼で観察した。

その結果を、鏡面状態の変化なし、○、多少表面に凹凸
（皺）が発生　△１表面は著しく凹凸になった　×とし
て第２表に示した。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明方法によれば、表
面に反復する熱負荷を受けても熱損傷を起こすことのな
いＣ○基合金部材を製造することができる。したがって
、この方法で製造された部材は、溶融物の熱ロールのよ
うに、過酷な熱負荷を受ける部材として有用である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｃ：０．０３〜０．６０重量％、Ｓｉ：１．０重量％以
   下、Ｍｎ：３．０重量％以下、Ｎｉ：２．０〜４０．０
   重量％、Ｃｒ：１５．０〜２５．０重量％、Ｆｅ：１５
   ．０重量％以下、Ｗまたは／およびＭｏ：５．０〜２０
   ．０重量％、残部：Ｃｏを必須成分とするＣｏ基合金か
   ら成り、その結晶粒度がＪＩＳＧ０５５１で規定する結
   晶粒度番号で８以上であり、かつ、表面の単位面積（ｍ
   ｍ＾２）当りの析出炭化物の面積占有率（％）を２０個
   所測定したときの測定最大値と測定最小値の差が５％以
   下であることを特徴とする耐熱損傷性に優れた表面を有
   するＣｏ基合金部材。