JPH0421995B2 - - Google Patents

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JPH0421995B2
JPH0421995B2 JP9945784A JP9945784A JPH0421995B2 JP H0421995 B2 JPH0421995 B2 JP H0421995B2 JP 9945784 A JP9945784 A JP 9945784A JP 9945784 A JP9945784 A JP 9945784A JP H0421995 B2 JPH0421995 B2 JP H0421995B2
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JP
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heating element
electric heating
electric
resistant steel
less
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JP9945784A
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Masao Sano
Tsunemi Ochiai
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HIROCHIKU KK
ISHIHARA HIITAA SEIZO KK
Original Assignee
HIROCHIKU KK
ISHIHARA HIITAA SEIZO KK
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 この発明は電気炉用電熱体及びその製造方法に
おいて、特にその通常雰囲気下における耐酸化性
並びに靭性の改良に関するものである。 〔従来の技術〕 一般に、通常雰囲気下で稼動する電気炉は内部
に電熱体を配し、500〜1200℃の温度領域におい
て、金属の熱処理、低融点金属の溶融・保温の他
セラミツクの焼き付け、ろう接など広汎な用途に
利用されている。 ところでこの種の電熱体としては、例えば第4
図に示すごとく、電熱材を切断及び曲げ加工して
丸線状に形成してなる発熱体9の両端部に、電気
端子10,10をそれぞれ接続したものがあつ
て、特にこの電熱材としては従来より、Ni−Cr
系すなわちオーステナイト系発熱体よりもむし
ろ、表面にAl2O3を形成するFe−Cr−Al系すな
わちフエライト系の発熱体が、耐熱体・耐酸化性
に優れ、かつ安価であるとされることから、この
点で好んで用いられてきたのが実情である。しか
るに実際のところでは、フエライト系発熱体を電
熱材として用いたこの種の電熱材にあつては、今
度はフエライト系固有の欠点である脆性が問題と
なり、また1000℃以上の高温使用の繰り返しで結
晶粒が増大化する等高温強度が小さいという難点
を有するものである。 これらの欠点は、電熱材として発熱体に利用す
るにあたつては、きわめて重大な致命的な欠点で
あり、好ましくは、オーステナイト系の利点とフ
エライト系の利点を両者兼ね備えた特性の発熱体
を有する電熱材が嘱望されていたものである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 この点で特公昭53−43498号公報に開示された
含Alオーステナイト系耐熱鋼を電熱材としてこ
の種電熱体に利用すれば、上記の欠点につきほぼ
解消されることが判明した。すなわち、主として
高温使用の際の結晶粒の成長を抑制するために、
δ−フエライト相の析出に対し成分調整を行な
い、かつAlを4.5wt%超えて含有させ、800℃〜
1200℃で熱処理し、鋼表面に安定なAl2O3皮膜を
生成させるもので、たとえ1200℃の高温酸化性雰
囲気下での使用においても最も酸化増量の少い長
寿命のものを得たものである。 しかしながら、実際の成形上の観点からすれ
ば、あらかじめ熱処理して、Al2O3皮膜を形成し
た後では表面硬度が増大し、加工性の点において
問題がある。しかも熱処理前のこの種鋼は、650
℃で脆化が発生し、切断や溶接あるいは塑性加工
による内部歪を惹起させた部分においては結晶粒
子の増大化が認められ、衝撃もしくは引張応力を
与えると破断することが判明した。さらにまた、
一方でこの種電熱体を電気端子をも含めた全体に
おいて、この種素材で構成することが理論上望ま
しいとも考えられるが、実際に炉内に配設する場
合、この端子は炉外に導出しなければならず、こ
の点端子の温度は部分的に炉内の温度より低くな
り、丁度この種素材の脆化温度である650℃の温
度領域に入る場合も生じてきわめて好ましくない
ことも判明したものである。 そこでこの発明の目的とするところは、上述の
ごとき含Alオーステナイト系耐熱鋼のきわめて
好ましい属性をこの種用途に最大限利用するにあ
たり、特に問題となつた欠点あるいは難貼を悉く
解決しようとしたもので、成形時に発生する残留
応力や熱脆化に対してきわめて有効な除去がなさ
れるとともに、加工性に優れ、さらには、実際に
電気炉に設置した場合にあつても電熱体全体が耐
酸化性に優れ、しかも靭性に優れて著しく強度の
ある長寿命の電気炉用電熱体及びその製造方法を
提供するところにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的達成のためこの発明は、まず電熱材と
しては特に4〜10wt%のAlを含有する含Alオー
ステナイト系の耐熱鋼を用い、これに熱処理を施
し、表面に均質なAl2O3を形成して耐酸化性並び
に高温強度を増大させ、フエライト系及びオース
テナイト系両者のきわめて好ましい属性を併有さ
せたものであり、他方炉外に導出せざるを得ない
電気端子については、上述の含Alオーステナイ
ト系耐熱鋼を用いず、使用時において現われる温
度領域に脆化現象が生じない非含Alオーステナ
イト系耐熱鋼を用いたものである。またこの発明
は含Alオーステナイト系耐熱鋼の熱脆化温度が
650℃であり、しかも電熱体の成形時には、この
種発熱体の耐久性等の影響を与える残留応力がか
なりの割合で発生しているとの認識から、少なく
とも800℃の焼きなまし処理を成形後に加えるこ
とが、上述の残留応力及び脆性を可及的に除去な
らしめるとと同時に、均質なAl2O3皮膜の形成を
達成し得るとの知見を得たものである。さらにま
たこの発明は、この種用途における加工性の点並
びに既述の脆性除去及び残留応力除去の点を格別
に考慮して、含Alオーステナイト系耐熱鋼の電
熱材に、切断及び曲げ加工を施して所定の抵抗値
を有する発熱体を形成し、この発熱体の両端部に
非含Alオーステナイト系耐熱鋼を素材とする電
気端子を溶着もしくは圧着して、しかる後、全体
を少なくとも800℃以上の高温酸化性雰囲気下に
おいて焼きなまし処理を施す方法を採用したもの
である。 〔実施例〕 第1図は板状形態に係る電熱体の一例を示す斜
視図で、1は含Alオーステナイト系耐熱鋼の発
熱体であり、平板材を、所定の抵抗値が得られる
ように数値制御方式によつてガス切断し、長手方
向に交互にしかも対向させて複数のスリツト2が
設けられている。3はこの発熱体1の端部におい
て直角方向にTIG溶接にて溶着した電気端子で、
素材としてSUS310Sを用いている。なおここで
端子素材としてSUS310Sを用いたのは、前述し
た通り含Alオーステナイト系耐熱鋼を用いた場
合、炉外に導出した電気端子3が、650℃の脆化
領域に暴されることになり、使用中に断線するお
それも十分あり、これを防止するためにある。な
おもち論端子素材としてSUS310Sに限定される
ものではなく、要するに、炉壁を貫通するいわば
この種電熱体特有の取付け構造に起因して端子自
体が温度勾配をもつことに鑑み、この温度勾配に
おいて脆化を惹起しない、いわば非含Alオース
テナイト系耐熱鋼であれば差支えない。 また、電気端子3は、この実施例では上記のご
とく溶着しているが、無論これに限定されるもの
ではない。例えば螺着や圧着等でもよいが、螺着
の場合は、高温において使用すると、弛みの発生
が生じるおそれもあり、この種発明にあつては、
溶着及び圧着が好適である。 なお、4は発熱体支持体で、電気端子3と同じ
く発熱体1面に対し直角方向に取付けられている
が、取付方向や取付数あるいは取付位置は炉の構
造に応じて適宜選択すればよい。 なおまた、この発明は、第1図に示すいわゆる
電気炉用板状電熱体に用途は限られるものではな
いことは言うまでもなく、例えば、第2図に示す
ごとく、発熱体を含Alオーステナイト系耐熱鋼
の帯状発熱体5とし、その端部に、上記の例と同
様に、非含Alオーステナイト系耐熱鋼の電気端
子6を溶着等して、しかる後、800℃以上で焼き
なまし処理を施せば差支えない。 第3図に示すごとき、他の帯状電熱体7や第4
図に示すごとき従来の線状電熱体8についても同
様である。要するに如何なる形態の電気炉用電熱
体に対してもこの発明は適用し得るものである。 ところでこの発明に係る方法を用いて得た電気
炉用電熱体に係る発熱体について行なつた試験に
つき以下詳述する。 (イ) 抵抗温度増加係数及び比抵抗値 含Alオーステナイト系耐熱鋼を、外径φ1.0
mm、長さ400cmに成形し、1200℃で10時間熱処
理した後、ホイーストンブリツジを用いて20℃
及び1200℃の抵抗値を測定した。なお、ここで
用いた含Alオーステナイト系耐熱鋼の組成は、
重量%で、C:0.028、Si:0.59、Mn:0.32、
P:0.001、Ni:23.9、Cr:16.6、Al:4.93、
Fe:残部から成る。 その結果、抵抗値は、20℃で5.29Ω、1200℃
で7.47Ωであつた。 またJIS・C・2524の「金属抵抗材料の導体
抵抗及び体積抵抗率試験方法」に基づき比抵抗
ρ値を求めると、 ρ=R/L・A(μΩm) R:抵抗値(Ω)、L:長さ(m)、A:断面
積(cm2)であることから、 ρ1200=146.7(μΩcm) ρ20=103.9(μΩcm) となり、発熱体として充分実用に供され得る良
好な値を得た。 なお、ρ値は、70〜200μΩcmの範囲内にお
さまることが判明した。 また抵抗温度増加係数は約1.41となり、
NCHの同係数の約1.09と比較して、ほぼ同等
の数値を得た。 (ロ) 寿命試験 JIS・C・2524「電熱線及び帯の寿命試験方
法」I法に基づき、これに近似する試験で寿命
値を求めた。 すなわち、(イ)試験で用いたものと同組成の含
Alオーステナイト系耐熱鋼をφ1.0mmの線材と
し、これをあらかじめ1200℃で10時間熱処理を
行ない、しかる後、下部端子に40gfを取付けて
行なつた。 その結果本発明品の寿命値は1027回、これに
対してNCH1は500回、NCH2は350回程度であ
り、約2〜3倍の寿命が得られることが判明し
た。 (ハ) 脆性試験 非熱処理の(イ)と同材質の電熱線を、JIS・
C・2524の5.1.1(3)の条件で、通電を繰返した
ところ、48回で端子と電熱線の接続部近傍にお
いて断線した。この部分はサーモペイントによ
れば600〜700℃の範囲内と想定された。これに
対して800℃以上で焼きなまし処理した(イ)と同
材質の電熱線では、断線の発生が認められてな
いことから、実用上800℃以上で焼きなまし処
理を施す必要があることが判明した。 (ニ) 酸化増量試験 JIS・C・2520「酸化増量試験」に基づき、(イ)
と同組成のオーステナイト系耐熱鋼からなる電
熱線を、表面積5cm2以上となるようにφ1mm×
200m(6.28cm2)とし、1200℃×10時間で焼き
なまし処理して試験した。なおこの際比較のた
め、同条件下でインコロイ800、FCH2、
SUS301Sについても行なつた。 その結果を、第1表に示す。
【表】 以上の結果からも明らかなように、耐酸化性に
最もすぐれていることが判明した。 (ホ) 引張特性試験 JIS・Z・2241「金属材料引張試験方法」に基
づき、(イ)と同組成のオーステナイト系耐熱鋼か
らなる電熱線について、実際の発熱温度に対応
する800℃、900℃、1000℃のそれぞれの高温度
域において引張試験を行なつた。なお、NCH1
及びFCH1を素材とするものについて同条件下
で行なつた。 その結果を第2表に示す。 明らかに、本発明に係る電熱線の方が他のも
のより引張力が大きく、靭性に優れ、高温強度
を有することが判明した。
〔発明の効果〕
以上述べてきた様に、この発明は4.5〜10wt%
のAlを含有する主としてオーステナイト系耐熱
鋼を発熱体に採用し、しかも、その製造方法にお
いて、切断及び曲げ加工を施して所定の抵抗値を
有する発熱体を形成し、この発熱体の両端部に電
気端子を溶着もしくは圧着した後、少なくとも
800℃以上の高温酸化性雰囲気下において焼きな
まし処理を行う方法を採用したことによつて、耐
高温酸化性並びに高温強度にすぐれ、しかも脆性
破壊を惹起し得ない長寿命の電気炉用電熱体が得
られたものである。 さらにまた電気端子には発熱体の電熱材とは異
なる非含Alオーステナイト系耐熱鋼を用いたこ
とにより、たとえ端子が炉外に導出され、温度低
下を招き、含Alオーステナイト系耐熱鋼の脆化
温度領域を部分的に生じるとしても、この点全く
問題が生じないもので、この種電気炉用電熱体の
取付形態を充分に考慮した固有の構成を採用した
ものであつて、その工業的価値はきわめて大であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る電気炉用電熱体の一実
施例を示す要部斜視図、第2図及び第3図は同他
実施例を示す斜視図、第4図は従来の電気炉用電
熱体の一例を示す斜視図である。 1,5……発熱体、3,6……電気端子、7…
…電熱体。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 4〜10wt%のAlを含有する含Alオーステナ
    イト系耐熱鋼の電熱材に、切断及び曲げ加工を施
    して所定の抵抗値を有する発熱体を形成し、この
    発熱体の両端部に非含Alオーステナイト系耐熱
    鋼を素材とする電気端子を溶着もしくは圧着し、
    しかる後全体を少なくとも800℃以上の高温酸化
    性雰囲気下において焼きなまし処理を施すことを
    特徴とする電気炉用電熱体の製造方法。 2 電熱材を切断及び曲げ加工して形成してなる
    発熱体の両端部に、電気端子をそれぞれ接続した
    電気炉用電熱体において、上記電熱材として4〜
    10wt%のAlを含有する含Alオーステナイト系耐
    熱鋼を用い、端子素材には非含Alオーステナイ
    ト系耐熱鋼を用いて、全体に少なくとも800℃以
    上の高温酸化性雰囲気下において焼きなまし処理
    を施したことを特徴とする電気炉用電熱体。 3 含Alオーステナイト系耐熱鋼が、C:0.4wt
    %以下、Si:2.0wt%以下、Mn:10wt%以下、
    Ni:12〜50wt%、Cr:5〜30wt%、Al:4〜
    10wt%含有し、その他必要に応じてCo、Mo、W
    のうちの1種または2種以上を5wt%以下、Ti、
    Zr、Nb、Td等のうちの1種または2種以上を
    2.0wt%以下、希土類元素のY、Ce、La等の1種
    以上を1wt%以下含有し、残部Feより主としてな
    り、かつ高温酸化性雰囲気中でオーステナイト相
    中に10wt%未満のδ−フエライト相が析出する
    ように成分調整された特許請求の範囲第2項記載
    の電気炉用電熱体。
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DE102007029400B4 (de) * 2007-06-26 2014-05-15 Outokumpu Vdm Gmbh Eisen-Nickel-Chrom-Silizium-Legierung

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