JPH0534414B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は昇温下で良好な特性をもつフエライト
係合金額に関し、更に詳細には、982℃（1800〓）
までの温度で良好な耐酸化性及びクリープ強さを
もつクロム及珪素を含むフエライと係合金に関す
る。 ステンレス鋼類またはニツケル基合金類に代わ
る昇温下で良好な強度及び耐酸化性をもつ低コス
ト合金が多年にわたり探求されている。鉄基物質
中へのクロム、アルミニウム及び珪素の使用は以
下に記載するような多くの組み合わせで利用され
ている。 米国特許第3698964号明細書［カール（Caule）
ら〕は２％までの炭素、１〜５％のクロム、１〜
４％の珪素、１〜４％のアルミニウム及び２％ま
での鋼を含む合金を開示している。好適な珪素合
金は３％のクロム、２％の珪素及び最高0.25％＋
の炭素を含む。 米国特許第3782925号明細書［ブランデイス
（Brandis）ら］は約1000℃（1832〓）までの耐
酸化性のために１〜3.5％のアルミニウム、0.8〜
３％の珪素及び10〜15％のクロムを教示してい
る。 米国特許第3905780号明細書［ジヤスパー
（Jasper）ら］は0.13％までの炭素、0.5〜３％の
クロム、0.8〜３％のアルミニウム、0.4〜1.5％の
珪素、0.1〜１％のチタン及び残部が実質上鉄で
あるアルミニウム被覆用の低合金支持体を教示し
ている。 米国特許第4261736号明細書［ドーゼツト
（Douthett）ら］は６％のクロム、0.01％のクロ
ム、0.4〜１％の珪素、1.5〜２％のアルミニウ
ム、0.4％のチタン、0.4％のコロンビウム及び残
部が実質上鉄よりなる合金族を開示している。
1010〜1120℃（1850〜2050〓）仕上げ焼きなまし
温度並びに未結合コロンビウムと組み合わせは良
好なクリープ強さを得るために臨界的なものであ
る。４〜７％のクロムを含む合金は815℃（1500
〓）までの温度に耐えられることが記載されてい
る。 米国特許第4640722号明細書［ゴーマン
（Gorman）］は最高0.05％の炭素、１〜2.25％の
珪素、最高0.5％のアルミニウム、８〜20％のク
ロム、最高0.05％の窒素を含むフエライト係合金
を教示している。アルミニウムは溶接区域での多
孔性の問題のために制限される。珪素は高温仕上
げ焼きなましを行なうとき以外はクリーブ強さに
悪影響を与えることが教示されている。 ３％までの炭素、１〜５％の珪素、６％までの
クロム、13.5〜36％のニツケル、7.5％までの銅、
0.5〜1.6％のマンガン、最高0.12％の硫黄、最高
0.3％のリンを含有し、残余が鉄であるNI−
RESIST［インターナシヨナル・ニツケル・カン
パニー（International Nickel Company）の商
標名］として既知のオーステナイト質ニツケル鋳
鉄類が若干の昇温条件用途に使用されているが、
多量のニツケルが存在するために高価である。 過去に、溶接性が重要である場合を除いて低ク
ロムフエライト系合金類は耐酸化性に関してクロ
ムの代わりに主としてアルミニウムが利用されて
いる。珪素は耐酸化性を向上させることが知られ
ているが、珪素は主として２％以下の量で使用さ
れており、多量のアルミニウムが併用されてい
る。珪素は以前クリープ強さに悪影響をもつもの
と見なされていた。約８％以下のクロムを含有す
る合金類は特に炭素及び窒素レベルがそれぞれ
0.03％以上である場合には完全にフエライト系構
造を維持することが難しい。多量のアルミニウム
を含む先行技術合金類は流動性の問題、貧弱なス
ラツギング及び酸化物状態のために鋳造操作中に
損傷する。鋳造生成物は鋳造したままの状態で良
好な靱性を提供するものではない。従つて、高温
用途に現存する物質は非常に高価であり、より経
済的なものにすると、所望の特性より低い特性を
提供する。 本発明の目的は昇温下で良好なクリープ強さ、
耐酸化性及び鋳造特性をもつ完全なフエライト系
合金を提供するにある。本発明の他の目的は良好
なクリープ強さを更に維持しながらより高い珪素
レベルをもつ合金を提供するにある。また、本発
明の更に他の目的は改善された鋳造特性を提供す
るために溶融合金の強度レベルを向上することに
ある。更に、本発明の目的は比較的高い炭素及び
窒素レベルをもち且つ昇温下での実用を含めて完
全なフエライト系構造を更に維持する低クロム合
金を提供するにある。本発明のフエライト系合金
組成物はより高価なニツケル鋳鉄及びタイプ409
ステンレス鋼と同等またはそれらより優れた昇温
下での特性を提供する。 本発明は低クロムフエライト系鋼への多量の珪
素の添加から得られた昇温下での特性を知見に基
づくものである。これはニオブ、バナジウム及び
チタンよりなる群から選択された炭化物／窒化物
フオーマの添加した時に、耐酸化性に関するクロ
ム−珪素平衝及び比較的高い炭素及び窒素レベル
の使用により達成される。クリーブ強さの更なる
増加は少量の末結合ニオブ含量と1010〜1150℃
（1850〜2100〓）の仕上げ焼きなましを組み合わ
せることにより提供することができる。この安価
なフエライト系合金は982℃（1800〓）付近の温
度まで優れた耐酸化性をもち、特に反復的酸化性
に関してタイプ409ステンレス鋼より優れている。 本発明の許容範囲によれば、0.01〜0.3重量％
の炭素、最高２重量％のマンガン、2.35〜4.11重
量％の珪素、2.98〜7.10重量％のクロム、最高１
％のニツケル、最高0.15重量％の窒素、0.3重量
％以下のアルミニウム、ニオブ、バナジウム及び
チタンからなる群から選択された少なくとも１種
の元素1.0重量％まで及び残余が実質上鉄である、
少なくとも870℃（1600〓）の温度、982℃（1800
〓）のような高温で改善された反復的耐酸化性及
び良好なクリーブ強さを示すフエライト系合金を
提供するにある。これらの鋼は主に鋳造したまま
使用することを意図するものであり、従つて、上
述の構成元素を釣り合わせることにより高温での
強度が最高となるように設計される。更に、本発
明の鋼類は1010〜1150℃（1850〜2100〓）の高温
仕上げ焼きなましを提供することができる。上述
の成分から製造されたフエライト系鋼物品はタイ
プ409ステンレス鋼より優れた特性を有し、はる
かに安価である。 昇温下でのクリープ強さの顕著な改善が臨界的
な珪素添加量並びに炭化物／窒化物制御及び粒子
寸法制御により低クロムフエライト系鋼において
得ることができることを見出した。 珪素は耐酸化性を改善することが長年にわたり
認識されているが、２％以上のレベルでのは希に
しか使用されていない。また、珪素はクリープ強
さを改善する未結合ニオブ及び1010℃（1850〓）
胃上の仕上げ焼きなましを使用する場合にラベス
相（Laves phase）（米国特許第4640722号明細
書）を促進することが観察されている。しかし、
米国特許第4640722号において、高温仕上げ焼き
なましを削除する場合には、珪素が１％から2.4
％へ増加すると、クリープ強さが低下することを
該明細書の図は示している。 本発明は、比較的多量の珪素レベルは固溶体中
の炭素及び窒素レベルを制限（個々の元素の溶解
度の減少）できることを見出した。以前、低クロ
ム合金は炭素及び窒素を0.05％以下のレベルへ制
限して完全なフエライト系構造を維持していた。
2.35％以上、好適には2.5〜3.5％の珪素レベルは
比較的高い炭素レベル（0.3％まで）を許容し、
強炭化物フオーマの添加を含む場合でもフエライ
ト系構造を更に維持する。珪素はより完全な炭化
物または窒化物形成反応を誘導するために作用
し、それによつてより多量と析出物が形成され、
少量の炭素または窒素が固溶体中に残る。珪素を
本発明のクロムレベル（2.98〜7.10％）と併用す
る場合に、珪素は982℃（1800〓）までの耐酸化
性を提供する際に重要な役割をもつ。また、クロ
ム−珪素の関係はスポーリングを回避するために
釣り合わさねばならない。また、珪素は可溶性ニ
オブが存在し且つ1010℃（1850〓）以上の仕上げ
焼きなまし温度を使用する場合に、ラベス相を促
進する傾向にある。上述の鋼類の意図する最終用
途の多くは鋳造品であるために、高珪素含量は流
動性及び鋳造性の観点から有利である。 上述のように、炭化物及び窒化物析出物の制御
は所望の高温特性を得且つフエライト系構造を維
持するために臨界的なものである。本発明の鋼中
の比較的高い炭素レベルは析出物が形成する温度
以上の温度での溶鋼の鋳造中に固溶体強化を提供
し、また、オーステナイトの形成を促進する。上
述と温度は1095℃（2000〓）以上であり、上述の
合金類について考慮される使用温度よりもはるか
に高い。固溶体強化のレベルは連続鋳造中の凝固
において充分な強度（鋳造物表面引裂の回避）を
提供するために重要である。上述の鋼は連続鋳造
可能であるように設計され、後に使用するための
より小さい寸法の部材へ再度溶融される。オース
テナイトは連続鋳造中に許容することができ且つ
実際に強度に関して望ましいこともあるが、使用
中のオーステナイトの存在は耐酸化性に悪影響が
あるために望ましくない。種々の析出物が冷却中
に形成されるが、該析出物はクリープ強さの改善
の主要な供給源を提供する。炭素レベルが高い
と、より多体積の炭化物類が製造される。高珪素
レベルはより完全な炭化物形成反応を導く。炭化
物類及び窒化物類の的確な用途は粒子寸法は制御
することにより、また、結晶粒界を固定するため
に作用する。上述の両メカニズムはクリープ強さ
の向上に関連する。微粒子寸法は炭化物及び窒化
物制御により提供することができ、それによつて
鋳造したままの状態の靱性及び延性を向上する。
排気マニホールドのように982℃（1850〓）以上
での高温焼きなましが容易に行なわれない用途に
おいて、炭素レベルは0.05％以上、好適には約
0.10％以上である。高温クリープ特性は高温焼き
なましを使用せずに提供することができる。本発
明は溶融状態からの冷却中に形成される炭化物が
結晶粒界を固定するために使用されるが、米国特
許第4261739号及び同第4640722号明細書は使用中
にラベス相を形成することによつて結晶粒界を固
定し且つクリープを遅延させるものである。 ニオブは炭素及び窒素の制御のために好適な合
金元素である。1.0％までのニオブレベルが許容
できるが、合金コストを低レベルに維持すること
が試みられた。好適な上限は0.5％であり、ニオ
ブを添加する場合には、0.05％以上、好適には
0.1％以上の量で存在しなければならない。クリ
ーブ特性の改善は炭素及び窒素含量を完全に安定
化するためのニオブを必要とするものではないこ
とを記憶することが重要である。ニオブ析出物は
1095℃（2000〓）以下の温度で形成され、それに
よつてより高い温度での凝固中に固溶体中にある
炭素がより多くなる。鋼を凝固すなわち1095℃
（2000〓）以上の高温露出から冷却すると、ニオ
ブと炭化物が形成させることができ、既存と結晶
粒界に少量、多量または標準量で分散している。
ニオブの炭化物は高温では析出しないために、平
均フエライト系粒子寸法は比較的大きくなり、ク
リープ強さを向上する。ニオブ炭化物／窒化物は
次に高温使用中に結晶粒界を固定するために寄与
し、この固定及び分散による強化作用が結晶粒界
スリツプすなわち鉄基台金類中の主要なクリープ
機構を遅延することによりクリープ強さを改善す
る。合金が後の使用中にラベス相形成を促進させ
るために高温焼きなましを行なう場合には、未結
晶ニオブは少なくとも0.10％でなければならな
い。 また、チタンをニオブと併用すると、チタンは
最適な特性を発現する好適な析出物フオーマであ
る。1.0％まで、好適には0.5％までのレベルのチ
タンがニオブより高温下で炭素または窒素と結合
し、それによつて凝固冷却中にニオブより早く溶
鋼から析出する。従つて、チタン炭窒化物は粒子
が固化するときに生成する。チタン析出物は粒子
が大きくなり過ぎないようにする傾向にあり（鋳
造したままの状態の靱性の問題）、また、より均
一且つ細かい炭化物分散に寄与し（ニオブと結合
したとき）、粒子が粗粒化することに防止するこ
とができる。また、チタン析出物が比較的長い時
間高温下にあると、チタン析出物は粗粒化するこ
とがあることを忘れてはならない。最適な条件は
二重炭化物析出系により提供することができる。 炭化物／窒化物フオーマとして1.0％までのレ
ベルでバナジウムを置換することができるが、
0.5％以下のレベルで添加することが好適である、
バナジウムはニオブと同様に作用する。 本発明のフエライト系合金は組成平衝により初
期凝固操作中に実質上フエライト系構造となる
が、溶鋼中の過剰の炭素及び窒素は付加的な冷却
により若干の強化用オースナイトを形成すること
があることを当業者は認識できるであろう。該鋼
類は1093℃（2000〓）以下での次工程冷却中に
100％フエライトへ転位することができ、昇温下
での使用中にフエライト系構造のままである。溶
融中の炭素及び窒素のようなオーステナイト形成
元素のレベルは意図する用途の任意の温度でのオ
ーステナイト再形成を防止するに充分低くなけれ
ばならない。オーステナイトの再形成は寸法変化
を導き、耐酸化性を抑制する。チタン及びニオブ
を添加した後、溶鋼中に残存する炭素及び窒素レ
ベルで、本発明の鋼類は1093℃（2000〓）以下の
使用温度ではオーステナイトを形成しないであろ
う。 クロムは耐酸化性、特に、反復的酸化性にとつ
て必須である。第１図に示す研究に基づいて、ク
ロムのレベルは反復的耐酸化性に関して927℃
（1700〓）での必要量により規定される。2.35〜
4.11％の珪素を併用する場合に、2.98〜7.10％の
クロムレベルは0.003ｇ／cm²（0.02ｇ／平方イン
チ）以下の重量増加を提供することができる。よ
り高い珪素含量の溶融物において0.003ｇcm²
（0.02ｇ／平方インチ）以下の重量増加を示すこ
とが検出されたように上述の範囲内で脆性も回避
することができる。好適な炭素、珪素、チタン及
びニオブレベルを併用した場合に、上述の範囲内
のクロムは12％またはそれ以上のクロムをもつ代
表的なステンレス鋼と比較して優れたクリープ強
さを提供することができる。 ２％まで、または３％までの量のモリブテンを
本発明合金へ添加して高温強度を改善することが
できるが、合金のコストを低く維持するために通
常含有させない。モリブテンは通常クロム置換物
及び固溶体強化物と見なされるが、モリブテンの
昇華傾向のために耐酸化性を低下する傾向にあ
る。なお、ステンレス鋼スクラツプを原料として
使用すると、溶融物中に約0.75％までのMoが含
まれることもある。 窒素は通常標準的な溶融条件の結果として生ず
る0.03％のレベルで存在することがある。窒素は
炭素レベルが低い場合には強化剤及びクリープ抑
制析出物として0.15％まで使用することができ
る。好適な範囲は最高0.10％であり、より好まし
くは最高0.05％である。 マンガンはフエライト系合金類の耐酸化性に悪
影響をもつオーステナイトを促進または安定化す
るから２％以下、好ましくは１％以下のレベルに
制限しなければならない。マンガン自体は耐酸化
性向上元素ではないが、炭化物または窒化物の溶
解度を増加し、それによつて冷却中に析出物を余
り形成しない。 また、ニツケルはオーステナイトの形成を回避
するために低レベルに制限すべきである。１％の
上限を提唱するが、0.5％以下に維持することが
好ましい。 アルミニウムは本発明の鋼に必要ではない。ク
ロム含有フエライト系合金中に珪素よりアルミニ
ウムを使用することが普通であるが、クリープ強
さと耐酸化性の組み合わせは珪素を使用すること
により改善される。アルミニウムは0.3％以下の
レベルに維持することが好ましい。アルミニウム
は溶融中に脱酸剤として使用することができる。
鋳造の目的でのアルミニウムの添加はスラツギン
グ及び酸化物の問題を導くことがあり、通常流動
性または鋳造したままの状態での靱性を改善する
ものとは見なされない。 上述に記載する好適範囲またはより好適な範囲
の１つまたは２つ以上が上述の残りの元素につい
ての許容範囲の１つまたは２つ以上と共に使用で
きる。 本発明の鋼は慣用の工場装置を使用して溶融及
び鋳造することができる。鋳造物は帯、シート、
棒、ロツド、ワイヤー及びビレツトのような種々
の鋳造製品形態へ容易に変換することができる。
また、鋼は自動車排気マニホールドにおけるよう
な鋳造したままの状態で使用することもできる。 本発明の鋼の多数の実験鋳造物を作製し、現存
するステンレス鋼または現存する低クロムフエラ
イト系合金と比較した。これらを第１表に記載す
る。

【表】

【表】 第１図は珪素−クロム平衡を選択するための反
復的酸化の評価を示すものである。炉内で25分
間、炉外で５分間の420サイクルの後、927℃
（1700〓）で0.003ｇ／cm²（0.02ｇ／平行インチ）
以下の重量増加率が最適であるものとして選択さ
れた、脆化なしに上述のレベルすなわち反復的耐
酸化性を得るためには、合金が2.98〜7.10％のク
ロムと2.35％〜4.11％の珪素を含むことが必要で
ある。 この実験において、鋼は第１表に記載の鋳造物
を冷却圧延した厚さ1.5mm（0.06インチ）の合金
鋼である。 まず、クロム含量が約１％の鋳造物No.11〜13及
び44〜46について評価した。 0.44％、1.50％、2.52％、3.13％、4.25％及び
5.26％の珪素レベルを有する約１％クロム含量の
ものは、珪素含量が増加するにつれて反復的耐酸
化性が向上することがわかる。鋳造物No.12及び13
においては、優れた反復的耐酸化性を提供できる
が、これらの鋼は脆化した。 よりクロムに富んだ合金鋼が最適な反復的耐酸
化性を提供し、且つ脆化状態を回避できるかを測
定するために、よりクロム含量の多い合金鋼を評
価した。約３％のクロム含量をもち、珪素レベル
が3.01％、4.25％及び5.26％の合金鋼（鋳造物No.
８〜10）及び珪素レベルが0.34％、1.33％及び
2.32％の合金鋼（鋳造物No.41〜43）について評価
した。第１図に示す結果は、0.003ｇ／cm²（0.02
ｇ／平行インチ）以下の重要増加率を得るために
は2.32％以下の珪素が必要であることがわかる。
3.01％の珪素（鋳造物No.８）で、反復的耐酸化性
は優れていた。珪素レベルが増加すると（鋳造物
No.９及び10）、合金鋼は優れた反復的耐酸化性を
示すが、脆化するものであつた。 また、クロムレベル約１％及び３％の上述の合
金鋼と同様にして、同じような珪素レベルをもつ
約５％クロム含量の材料について評価した。鋳造
物No.47〜49はそれぞれ0.42％、1.51％及び2.57％
の珪素レベルをもつ。鋳造物No.47及び48の珪素レ
ベルの低い５％クロム材料では、所望の反復的耐
酸化性を得ることができなかつた。珪素含量が
2.57％（鋳造物No.49）へ増加した時に、この合金
鋼は所望の反復的耐酸化性を有し、かつ脆化もな
かつた。また、鋳造物No.６は優れた反復的耐酸化
性を示すものであつた。このものは冷間圧延鋼で
は脆化を生ずるか、熱間圧延鋼では脆化を示さな
かつた。即ち、鋳造物No.６の組成の合金鋼を鋳造
排気マニホールドのような鋳造物に使用する場合
には、この合金鋼は良好な反復的耐酸化性を示
す。珪素が5.31％へ更に増加した時（鋳造物No.
７）、合金鋼は脆化するが、まだ優れた反復的耐
酸化性を所持していた。 鋳造物No.27〜30は約６％のクロム含量で、珪素
含量を0.92％から2.98％へ変化させたものであ
る。第１図に示すように、鋳造物No.28（珪素0.92
％）及び鋳造物No.27（珪素1.32％）は1.6ｇ／cm²
（10ｇ／平方インチ）以上の反復的耐酸化性をも
つものであつた。珪素含量が1.77％へ増加すると
（鋳造物No.29）、反復的耐酸化性は優れたものとな
り、脆化の問題もなかつた。2.98％の珪素レベル
（鋳造物No.30）でも優れた反復的耐酸化性は維持
され、脆化も回避された。 次に、約７％のクロムと1.00％、1.41％、1.93
及び2.96％の珪素をもつ鋳造物No.31〜34について
評価した。第１図に示す通り、鋳造物No.31〜33の
低珪素レベルでは反復的耐酸化性が非常に弱くな
ることがわかる。珪素含量2.96％、クロム含量
7.10％では、まだ良好な反復的耐酸化性を有する
ものであつた。 また、タイプ409ステンレス鋼は同様の試験条
件下で0.016ｇ／cm²（0.10ｇ／平方インチ）以上
の重量増加率をもつていた。 第２図は、本発明の高炭素含量（0.13％）型
（鋳造物No.19）の厚さ1.5mm（0.06インチ）の冷間
圧延鋼が927℃（1700〓）での反復的耐酸化性に
おいてタイプ409より優れており、420サイクル後
に0.003ｇ／cm²（0.02ｇ／平行インチ）基準以下
であることを示すものである。サイクル条件は第
１図における条件と同様である。なお、鋳造物No.
19はTiとNbの二重炭化物析出系並びに0.13％の
比較的高い炭素含量のものであることが重要であ
る。上述の試験温度で可溶性炭素レベルは使用中
にオーステナイトの形成が可能なほど高いもので
はないことが明らかである。 合金のクリープ強さは米国特許第4261739号明
細書の第10欄、第22〜68行に記載されているよう
な弛み試験または撓み試験と緊密な関係がある。
基本的に、該試験は炉内での試験架台上での無支
持の長さ25.4cm（10インチ）の試料の撓み（また
は弛み）を測定するものである。 第３図は872℃（1600〓）に100時間露出した後
の、厚さ1.5mm（0.06インチ）の冷間圧延後の本
発明の鋼におけるニオブとチタンの影響を示すも
のである。0.13％の炭素をもつ鋼［1872℃（1600
〓）でオーステナイトを形成しないが安定化して
いない］は炭化物析出物は最大限に利用されてい
るが、11％クロムとタイプ409に匹敵するクリー
プ強さをもつものではない。ニオブレベルは0.16
％より0.37％が好ましい。ニオブの添加は耐クリ
ープ性を向上する；しかし、0.37％以上のニオブ
レベルではニオブ析出物は粗粒化する恐れがある
ために利点が減衰すると思われる。上述のいずれ
のニオブレベルでのチタンの添加は耐弛み性を向
上する。上述の２種の炭化物フオーマはフエライ
ト系結晶粒界を固定する際により効果的であるよ
り微細で、より分散した析出物相を提供するもの
と仮定される。チタンと炭素及びニオブと炭素と
の化学量論的関係に基づいて、0.37％のニオブは
0.13％の炭素分析値中の0.048％の炭素（炭化物
として）を固定するものと予想される。0.16％の
ニオブ及び0.13％のチタンを含有する溶鋼にはニ
オブ炭化物及びチタン炭化物としてそれぞれ結合
した炭素0.021％及び0.032％を観察することがで
きる。すなわち、ほぼ同じ合計量の炭素が上述の
２種の鋼中で析出するが、２種と炭化物フオーマ
を含む溶鋼は、２種の炭化物系がより微細な、よ
り分散された炭化物網状構造を促進するために２
倍以上の耐クリープ性が発現する。第３図から、
0.13％のチタンと0.16％のニオブの併用は物質
（鋳造物No.19）が高温仕上げ焼きなましを受けな
いと想定したときに耐弛み性は最適値に近いもの
となると思われる。 第４図の872℃（1600〓）でのクリープ強さに
おける炭化物、特に、２種の炭化物析出物の利点
を再度示すものである。５％クロム−３％珪素基
台金への0.37％のニオブの添加に関して、２種の
炭素レベルすなわち0.03％及び0.13％を研究し
た。化学量論的見地から、炭素物として固定でき
る炭素の量は0.03％炭素溶鋼及び0.13％炭素溶鋼
についてそれぞれ0.03％及び0.048％であつた。
炭素量の多い鋳造物は炭化物の体積区分がより大
きいために予想されたようにかなり高い耐弛み性
が発現する。0.03％及び0.13％の炭素を含有する
基準溶鋼へ、0.37％のニオブと共に２重炭化物安
定剤として0.12〜0.14％のチタンを新たに添加す
る（鋳造物No.20及び24）。0.03％の炭素分析値が
チタンの添加の結果として炭化物のより大きい体
積区分をもつとは予想されない（炭化物がより微
細に、より分散されなければならない）場合でさ
え、２重炭化物系は両炭素レベルで耐クリーブ性
がより高いことを再度観察することができる。第
４図において、横軸と平行の線は872℃（1600〓）
でのタイプ409の弛み強さの相対的な値を説明す
るために記載した。２重炭化物鋳造物はこのタイ
プ409標準的に匹敵する耐弛み性を提供すること
が観察できる。 第４図の冷間圧延したままの状態の試料は鋳造
したままの特性を示すものと予想される。 1066℃（1950〓）での焼きなましを行なつた後
い弛み試験が行なわれる場合には、ラブス相の形
成は滞在的強化メカニニズムとなる。米国特許第
4261739号明細書（ドーゼツト）及び米国特許第
4640722号明細書（ゴーマン）はラブス相の形成
が存在する珪素と組合わされた可溶性ニオブのレ
ベルと高温溶体化処理の利点により促進されるこ
とを教示している。チタンを含有するか（鋳造物
No.24）、または含有しない（鋳造物No.25）の２種
の0.03％炭素−0.37％ニオブ鋳造物は可溶性ニオ
ブを含有し、弛み強さに関する限り1066℃（1950
〓）の仕上げ焼きなましから利益を受ける。可溶
性ニオブを含有しない0.13炭素鋳造物（鋳造物No.
17）は1066℃（1950〓）で焼きなましから利点が
ほとんどまたは全くないことを示す。従つて、ニ
オブと炭素の比がニオブ／炭素比7.75以上で平衝
となつており、それによつて過剰のニオブが存在
する場合に、本発明の鋼は昇温下での使用に関し
て更に強化される。また、ラブス相の強化関係は
仕上げ高温熱処理が施される鋳造したままの状態
の部材にも必要である。しかし、本発明の意図は
弛み強さを向上するためにラブス相の形成させる
ものではなく、最も顕著なニオブとチタンの２種
炭化物の共動作用的強化によるものである。 第５図は鋳造、特に連続鋳造を行なう際の合金
の強度における炭素の影響を示すものである。こ
れに関して炭素の増加は非常に有利である。しか
し0.15％以上の炭素レベルは1093℃（2000〓）で
の使用中に実質上フエライト系構造を提供するよ
うに平衝化しなければならない。溶融体外へ炭素
を取り出し且つ室温でのマルテンサイト回避する
ために、高レベルの炭化物フオーマ類が必要であ
る。マルテンサイト質合金は連続鋳造中により良
好な強度を提供することができるが（鋳造凝固中
によりオーステナイト質とすることができる）、
熱膨張、導電性及び反復的耐酸化性についてのフ
イライト系物質の利点が低温での使用中に犠牲と
なることがある。可溶性炭素レベルを安定化剤を
使用して制御すれば、その結果として1093℃
（2000〓）以下ではオーステナイトは形成されな
いが、1093℃（2000〓）を超えると0.10％または
それ以上の可溶性炭素レベルをもつ部分的にオー
ステナイト構造が存在して連続鋳造することがで
きることが本発明において重要である。 従つて、本発明の合金鋼は937℃（1700〓）で
420サイクル反復酸化（炉中に25分間、炉外に５
分間）の後、0.003ｇ／cm²（0.02ｇ／平方インチ）
以下の重量増加率を提供し、且つ高温仕上げ焼き
なましを施さずにタイプ409ステンレス鋼に匹敵
するクリープ強さまたは1010〜1150℃（1850〜
2100〓）で仕上げ焼きなましを施した場合にはタ
イプ409より良好なクリープ強さを提供すること
ができる。また、２重炭化物／窒化物析出物系の
臨界的制御は昇温下で優れたクリープ強さを提供
する粒子寸法の最適制御及び結晶粒界固定に必須
である。982℃（1800〓）までの昇温下での使用
中に形成される珪素に富んだ酸化物はクロムに富
んだ酸化物より良好な耐スポーリング性をもつよ
り粘着性の皮膜を形成する。 上述に本発明の特別の実施態様を記載したが、
本発明の精神を逸脱しない限りにおいて種々の変
化及び変成を行なうことができる。従つて、上述
の特別の実施態様は本発明の説明であり、本発明
を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は珪素−クロム平衡を選択するための反
復的酸化実験の評価を示す図であり、第２図は本
発明の高炭素含量（0.13％）型が927℃での反復
的耐酸化性においてタイプ409より優れているこ
とを示す図であり、第３図は872℃での本発明の
鋼におけるニオブとチタンの影響を示す図であ
り、第４図は872℃でのクリーブ強さにおける炭
化物、特に、２種の炭化物析出物の利点を示す図
であり、第５図は鋳造、特に、連続鋳造を行なう
際の合金を強度における炭素の影響を示す図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 0.01〜0.3重量％の炭素、最高２重量％のマ
   ンガン、2.35〜4.11重量％の珪素、2.98〜7.10重
   量％のクロム、最高１重量％のニツケル、最高
   0.15重量％の窒素、0.3重量％以下のアルミニウ
   ム、フエライト構造を維持し、微細な粒子寸法を
   提供し、結晶粒界を固定してクリープ強さを改善
   し、且つオーステナイトの形成を防止するために
   固溶体中の炭素及び窒素レベルを制限するために
   充分な量である1.0重量％までのニオブ、バナジ
   ウム及びチタンから選択された少なくとも１種の
   炭化物及び窒化物フオーマを含有し、残余が実質
   上鉄よりなる、昇温下で良好な耐酸化性及びクリ
   ープ強さをもつフエライト鋼合金。 ２ 0.06〜0.15重量％の炭素、2.5〜3.75重量％の
   珪素、３〜５重量％のクロム、最高0.1重量％の
   窒素を含有し、且つ炭素と窒素の合計量が0.2重
   量％以下である請求項１記載のフエライト鋼合
   金。 ３ 少なくとも0.10重量％の未結合ニオブを含有
   し、1010〜1150℃の仕上げ焼きなましを行なう請
   求項２記載のフエライト鋼合金。 ４ 0.1〜0.75重量％のニオブ及び0.05〜0.75重量
   ％のチタンを添加する請求項１記載のフエライト
   鋼合金。 ５ 1010℃〜1150℃の仕上げ焼きなましを行な
   い、少なくとも0.10重量％の未結合ニオブを含有
   する請求項４記載のフエライト鋼合金。 ６ 0.01〜0.3重量％の炭素、最高２重量％のマ
   ンガン、2.35〜4.11重量％の珪素、2.98〜7.10重
   量％のクロム、最高１重量％のニツケル、最高
   0.15重量％の窒素、0.3重量％以下のアルミニウ
   ム、フエライト構造を維持し、微細な粒子寸法を
   提供し、結晶粒界を固定してクリープ強さを改善
   し、且つオーステナイトの形成を防止するために
   固溶体中の炭素及び窒素レベルを制限するために
   充分な量である0.75重量％までのニオブ、バナジ
   ウム及びチタンからなる群から選択された少なく
   とも１種の炭化物及び窒化物フオーマを含有し、
   残余が実質上鉄よりなる、良好な耐酸化性及び耐
   クリープ性をもつ982℃までの温度で使用するた
   めの物品。 ７ 2.5〜3.75重量％の珪素、３〜５重量％のク
   ロム、0.06〜0.15重量％の炭素、最高の0.1重量％
   の窒素を含有し、炭素と窒素の合計量が0.2重量
   ％以下である請求項６記載の物品。 ８ 少なくとも0.10％の未結合ニオブを含有し、
   1010〜1150℃の最終焼きなましを行なう請求項７
   記載の物品。 ９ 0.06〜0.30重量％の炭素、最高0.5重量％のニ
   オブ、最高0.75重量％のチタンを含有する請求項
   ６記載の物品。 １０ 物品が鋳造排気マニホールドである請求項
   ７記載の物品。 １１ 物品がフエライト鋼帯、シート、板、ビレ
   ツト、棒、ロツド、ワイヤー及び粉末状金属物品
   である請求項６記載の物品。