JPH0483841A - 調理用シースヒータ被覆管材 - 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、耐高温腐食性や溶接性に優れるＦｅＮｉ系合
金に関し、特に高温下において高濃度の塩化物や濃硝酸
と接触するような厳しい腐食環境の下でも、優れた耐食
性や耐酸化性を示すとともに溶接性にも優れたＦｅ−Ｎ
ｉ系合金について提案する。

近年、調理用電気器具類が普及してきたが、これらは、
例えば電気コンロの調理用ヒータ外部被覆管の場合、塩
化物による高温腐食や溶接性の問題があり、現在種々の
研究、開発が進められている。とくにこの種の分野に適
合する材料は、高温の塩化物存在下であるから、ＮａＣ
１が鋼表面に接触すると、鋼中のＦｅとＮａＣ１とが反
応して揮発性の高いＮａＦｅＣ１，を発生して腐食が促
進されるので、通常の耐高温酸化性とは別の視点で考察
しなければならないものである。

さらに本発明は、同じような条件で使われる焼却炉用材
料や、高温濃硝酸による腐食が問題となる化学プラント
用材料としても好適に用いられるＦｅ−Ｎｉ系合金につ
いて提案する。

〔従来の技術〕

例えば、上述の調理用ヒータ外部被覆管のように、醤油
や食塩などが付着しやすいものでは、それらが付着した
まま高温大気に曝されるとすれば、高温腐食（乾量）を
受けて、温度が高くなればなるほどその損傷は著しくな
る。

このような高温腐食を受けるシースヒータ外部被覆管に
は、従来、ＮＣＦ３００（ＪＩＳ　Ｇ４９０１）材やＮ
ＣＦ６００材などが使用されている。これに対し、ＮＣ
Ｆ８００のＶＡ材として、従来、Ｎｉを低く抑えた綱も
提案されている。例えば、特公昭６４−８６９５号（塩
化物の存在する高温腐食環境下鋼）においては、Ｎｉは
１６〜３０−ｔ％（以下は単に「％」で表示する。）の
範囲で、特にＭＯやＷ、■の添加によるＮｉ低減効果を
提案しており、また、特開昭６４−７３０５６号では、
Ｎｉが内部侵食を促進し有害である旨、およびＳｉは耐
酸化性に有効である旨を開示している。さらに、特開昭
６３−６５０５８号では、Ｓｉ量を多くしたことを特徴
とする耐高温腐食性に優れた鋼を提案している。

その他、耐高温腐食性に優れる合金例としては、特公昭
６２−６６２３号（特開昭５８−１１７８４７号）公報
にて開示しているようなＭｏ含有高Ｓｉ含有のＮｉ基合
金の例もある。

以上説明したように、塩化物などを含む環境下での高温
腐食に対する合金元素の影響については、従来、それぞ
れ有効性の面と有害性の面の両方が相反する形で報告さ
れていて、未だに確定していないのが実情である。

また、Ｃ，Ｓｉを含むＦｅ−Ｎｉ系合金における溶接性
については、「溶接学会全国大会講演概要」（第３９集
１９８６　Ｎα２１９．　ｐ１２８〜ｐ１２９）による
と、Ｓｉ　：　０．０４〜１．４２％の範囲で門。は溶
接性を改善するが、Ｃは効果がなく、むしろ０．１０％
を超えると有害である旨が報告されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

さて、近年、一般家庭への２００　Ｖ配線が推進されて
いるが１、それに伴って、電気ヒータの需要拡大が見込
まれている。特に、上述した調理用のシースヒータも高
電力化が進み、それの外部被覆材も、ＪＩＳのＮＣＦ６
００材のような高温用材料の使用が多くなることが予想
される。ところが、このＮＣＦ６００材は、コストおよ
び高温腐食性についてなお解決を必要とする大きな問題
（塩化物含有高温腐食環境における耐食性）を抱えてお
り、最近ではその代替材の出現が強く望まれているとこ
ろである。

しかしながら、上述した特公昭６４〜８６９５号公報な
どで提案されている合金は、いずれも前記ＮＣＲ６００
材よりも耐食性が劣り、目標とする特性が得られないの
が実情である。しかも、これらの合金については、耐高
温腐食性、耐硝酸性、耐応力腐食割れ性を向上させるた
め添加するＳｉとＮｉとがＮｉシリサイドの低融点共晶
をつくるために、凝固割れ感受性が高くなり、熱間加工
性および溶接性が著しく劣化することが指摘されており
、今なおそれらについて解決を見るに至っていないのが
実情である。

また、特公昭６２−６６２３号公報にかかる合金は、Ｃ
の含有量が著しく多い（０，５５〜２．０％）ため、カ
ーバイドの析出物を多く含有する。ところが、合金中へ
のカーバイドの析出は、食塩による高温腐食に対しては
むしろ有害であり、しかもこのカーバイドの析出物は溶
接性の他、熱間加工性、冷間加工性をも著しく劣化させ
る。

一方、前記溶接学会講演概要集で述べている従来技術は
、Ｓｉ量が少なく耐高温腐食性が劣り、基本的に本発明
で解決を目指す合金とは言えるものではない。

本発明の目的は、高温大気雰囲気中で塩化物などの付着
が原因で加速酸化が住するような雰囲気に曝されても十
分な耐食性を示す他、溶接性にも著しく優れた特性を示
す材料を提供することにより、上述した各先行技術の課
題を克服することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上掲の目的に対し本発明者らは、高温腐食環境下での耐
食性ならびに溶接性に対する合金元素の影響について、
新たな知見を得た。それは、単独添加の場合と異なり、
ある種の合金元素間では相乗作用が働くことによって予
期しない優れた作用効果を発揮する場合があるというこ
とである。すなわち本発明においては、１０〜２５％Ｃ
ｒを含むＦｅＣｒ−Ｎｉ系合金について、それら各添加
元素相互の影響から次のことが明らかとなった。

（１）基本的にこの３元系合金では、驚くことに、Ｎｉ
：≧３０％という高Ｎｉにおいて、他に著しい障害を招
くことなく粒界侵食などの局部侵食が防止できる。

（２）そして、Ｓｔの作用について、Ｎｉ量が少ないと
ビット状の局部侵食を誘発する作用があるが、ある程度
Ｎｉ量を多くすると、耐高温腐食性が著しく向上する。

そして、このＳｉを１．５％以上高めた合金においては
、ある程度のＣが含有されているとＭｏシリサイドの析
出が促進され、それ故に凝固割れ感受性を低下させるＮ
ｉシリサイドの析出が抑えられ、その結果として溶接性
を向上させる。

（３）上記のように、高温腐食特性については、Ｓｉの
添加が有効である。ただし、このＮｉ基合金においては
、もともとＳｉの固溶量は少なく、種々の形態の化合物
シリサイドになり易く、それ故に溶接性を著しく劣化さ
せる原因となっていた。

これに対しては、析出物の形態を予めコントロールして
予め有用な形態の化合物を析出させておけば阻止するこ
とができることが判った。

すなわち、本発明は、第１に、ＮｉとＳｔの相乗作用に
着目したところに特徴がある。すなわち、Ｎｉ量を従来
のＮＣＦ６００材よりも少なくしても、それぞれコント
ロールされたＮｉおよび５ｉ（１，５％以上に高める）
を同時添加する方法によれば、却って耐高温腐食性およ
び溶接性に優れる合金を得ることができる。

第２に、予め析出させておく前記化合物シリサイドとし
て、モリブデンシリサイドに着目したところ、これは、
溶接性に有害なＮｉシリサイドの生成を抑えて勤シリサ
イドを析出させるので、溶接性を向上させるのに有効で
ある。

第３に、Ｓｉを多くした高Ｎｉ基合金系においては、−
船釣には、このＳｉとＮｉの共晶生成のために溶接性が
劣化する。しかし、溶接性改善については、Ｍｏシリサ
イドを析出する合金系において、ある程度のＣを含有さ
せた場合には、高Ｓｔ合金のほうがむしろ溶接性の改善
に効果があることが判り、とくに溶接性保持のためには
Ｎｉ、　Ｓｉ、　Ｍｏの間の好適な定量的関係が存在す
ることが判った。

このような知見の下で、本発明は次のようなＦｅ−Ｎｉ
系合金を開発した。

すなわち、Ｃ：　０．０１５〜０．１００％、Ｓｉ：１
．５〜６．０％、　　Ｍｎ≦２．０　　％、　　　Ｎｉ
　：　３０．０〜８０．０％。

Ｃｒ　：　１０．０〜２６．０％、　　　Ｍｏ　：　　
１．０〜９．０　　％ＡＩ≦０．２％をを含み、残部が
Ｆｅと不純物とからなる耐高温腐食性や溶接性に優れる
Ｆｅ−Ｎｉ系合金、である。

［作　用］ 本発明者らの研究によると、耐高温腐食性に有効なＮｉ
を３０％以上含有するＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金においては
、Ｓｉを１．５％以上含有させたときには、Ｎｉとの相
乗的作用により、通常のＳｉ添加の効果を予測の範囲を
超えて著しく向上させることができ、それは従来の低Ｎ
ｉ　−Ｃｒ−Ｆｅ系合金では得られなかった耐高温腐食
性の高い合金となることが判った。

以下に、本発明合金の成分組成の詳細について、限定理
由の説明に併せて説明する。

Ｃ：この種の合金において凝固時に生じゃすいＮｉシリ
サイドの析出を抑えてモリブデンシリサイドの析出を促
進し、また、凝固割れを抑制して溶接性と高温強度を得
るためには必要な元素である。しかし、このＣが多すぎ
ると、カーバイドの析出量が多くなって耐食性と加工性
の劣化を招く。また、このＣは、高温ではＣｒ元素と結
合して粒界にＣｒｚ：＋Ｃ６を析出し、粒界近傍にＣｒ
欠乏相を形成して高温腐食の進行を助長するので低い方
が望ましい。それ故、Ｃは上限を０．１０％とした。

第１図は、溶接割れ率＝　（総割れ長さ／ビード長さ）
ｘｌｏｏと０％との関係を示す図であり、３％５ｔ−６
０％Ｎｉ−３％Ｍｏ−残Ｆｅ合全Ｆｅいては、０％：　
０．０１５〜０．１０％のとき、割れはほとんど発生し
ないことが明らかである。

Ｓｉ：本発明合金において、最も重要な作用を担う元素
であり、Ｎｉ≧３０％で、このＮｉとの相乗作用によっ
て耐酸化性、耐高温腐食性、耐硝酸性に著しい効果を示
す。それは、塩化物の存在する高温環境での耐食性改善
作用があるとされるＳｔの有する一般的な効果をはるか
に超えて発揮される。従って、Ｎｉ≧３０％という条件
の下で、その添加効果は１．５％を下限として生ずる。

一方、添加量が６．０％を超えると、高Ｎｉの完全オー
ステナイト鋼の溶接性を害し、またσなどの金属間化合
物の析出を促進するために高温長時間使用後の延性や靭
性を劣化するので、Ｓｉ含有量は１．５〜６．０％と定
めた。

Ｍｎ：鋼の熱間加工性を維持するために必要な元素であ
るが、２．０％を超えて含有させると塩化物の存在する
高温環境下での耐食性や耐酸化性が劣化するようになる
ことから、Ｍｎ含有量を２．０％以下と定めた。なお、
Ｍｎ含有量は、できれば０．１〜０．５％に調整するの
が好ましい。

Ｎｉ：塩化物を含む高温腐食環境での高温耐食性や耐酸
化性を改善するのに極めて有効であり、特にこのＮｉ含
有量が３０％以上で、Ｓｉの高温耐食性を飛躍的に向上
させる効果があり、それ以下では、σ相の析出など、む
しろ高Ｎｉとすることのデメリットが助長されてしまい
好ましくない。

従って、Ｎｉは３０％以上とする。

また、このＮｉの添加は、ＣｒやＳｉ、　Ｍｏなどから
成る金属間化合物の析出に対する組織安定性および溶接
性改善にも有効であり、この意味において、多いほどよ
く、８０％までの添加は有効である。好ましくは５０〜
７５％の範囲内がよい。

Ｃｒ：塩化物の存在する環境での高温耐食性および９０
０°Ｃ付近での一般耐酸化性改善に対して有効であるが
、その量が１０％未満では塩化物による高温腐食環境で
もスケール剥離性が大きく、所望の効果が得られないの
で、１０％以上とする。

しかし、多すぎると内部侵食を促進するので、２８％を
上限とする。好ましくは１６．０〜２０．０％の範囲内
がよい。

Ｍｏ＝塩化物の存在する高温環境中での耐食性ならびに
溶接性の改善に極めて有効に作用する元素の一つである
と共に、と（に溶接性には有効でＳｔとの複合添加でＣ
の溶接性に対する効果を著しく高くする作用があり、少
なくとも０．５％の添加は必要である。しかし、このＭ
Ｏの添加量が多すぎると、靭性や耐食性を劣化させると
共にスケール剥離性が大きくなるので、９．０％以下と
する。好ましくは４％以下がよい。

＾１　：　Ｃｒとの共存下において、高温耐食性や酸化
性を改善する作用が期待できるが、溶接性に有害であり
、０．２％以下に抑える必要がある。

Ｗ、　■＋　Ｚｒ＋　Ｃｕ　：塩化物存在下の耐高温腐
食性に対してＭＯと同様の効果がある。しかし、いずれ
の元素も３．０％を超えて含有させると、金属間化合物
の析出を促して加工性に害を及ぼしたりスケール剥離性
を大きくする。

なお、第２図はＳｉ％と勤％とが溶接割れに与える影響
を示す図であるが、０．０３　Ｃ−６ＯＮｉ　−１６Ｃ
ｒ　−残部Ｆｅの合金においては、Ｓｉ≧１．５％、　
Ｍｏ≧１．０％の条件では割れが生成しないことが判る
。

〔実施例〕

この実施例は、本発明合金についての高温腐食性と溶接
性とを確かめるものである。試験は、第１表に示す成分
組成の合金（隘１〜Ｎｏ、９）を、大気誘導炉にて１０
ｋｇインゴットとし、熱間鍛造後冷間圧延して、２．０
およびＱ、５ｍｍｔ板にして試験に供した。まず、高温
腐食試験片は、厚さ０．５＋ｗ＋ｗｔ、幅２０ｍ、長さ
３０ｍに切断後、１０５０℃×３０分大気酸化して、次
に示す高温腐食試験に供した。

高温腐食試験は、飽和食塩水浸漬（５分）→乾燥（１０
分）→繰返し酸化（８００″Ｃ×３０分→空冷５分５０
回）を１サイクルとして、４サイクル試験した結果を示
す。

一方、溶接試験は、電流５０Ａ、速度９００ｍｍ／ｌｌ
１ｉｎの拘束突合わせＴＩＧ溶接をしたときの拘束溶接
割れ試験である。それらの結果を第１表に示す。

これらの試験結果に明らかなように、本発明合金（漱１
〜Ｎα４）は、比較合金（Ｎ０５〜Ｎα９）に比べてい
ずれも最大侵食深さが小さく、そして溶接割れが発生せ
ず、本発明合金の有効性が確かめられた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、塩化物を含む高温
腐食環境において優れた耐食性を示すと共に、溶接性に
も優れたＦｅ−Ｎｉ系合金を安価に提供することができ
る。それ故に本発明合金は、（１）電気コンロなどのシ
ースヒータの外部被覆管、 （２）ハロゲンやハロゲン化物を含むゴミ焼却炉などの
ボイラーや熱交換器、 （３）硝酸などの耐食性が求められる化学プラント用材
料、 （４）高Ｓｉ、高Ｎｉ含有鋼の板や帯、を有利に製造す
るのに有効に用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、３％５ｉ−６０％Ｎｉ−３％Ｍｏを含有する
合金の溶接割れ性に及ぼすＣ量の影響を示すグラフ、 第２図は、溶接割れ性におよぼすＳｉとＭｏの影響を示
すグラフである。 ０．０５ ０．１５ Ｃ（％） 第２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、Ｃ：０．０１５〜０．１００ｗｔ％、Ｓｉ：１．５
   〜６．０ｗｔ％、Ｍｎ≦２．０ｗｔ％、Ｎｉ：３０．０
   〜８０．０ｗｔ％、Ｃｒ：１０．０〜２６．０ｗｔ％、
   Ｍｏ：１．０〜９．０ｗｔ％、Ａｌ≦０．２ｗｔ％を含
   み、残部がＦｅと不純物とからなる耐高温腐食性や溶接
   性に優れるＦｅ−Ｎｉ系合金。