JPH0832941B2 - 調理用シースヒータ被覆管材 - Google Patents

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調理用シー
スヒータ被覆管材に関するものである。

一般に、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
料は、高温の塩化物存在下であるから、NaClが鋼表面に
接触すると、鋼中のFeとNaClとが反応して揮発性の高い
NaFeCl₄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。

〔従来の技術〕

調理用シースヒータ被覆管は、醤油や食塩などが付着
しやすく、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（乾食）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被覆管材と
しては、従来、NCF800（JIS G4901）材やNCF600材など
が使用されている。これに対し、NF800のVA材として、
従来、Niを低く抑えた鋼も提案されている。

例えば、特公昭64−8695号（塩化物の存在する高温乾
食環境用鋼）においては、Niは16〜30wt％（以下は単に
「％」で表示する。）の範囲で、特にMoやW,Vの添加に
よるNi低減効果を提案しており、また、特開昭64−7305
6号では、Niが内部侵食を促進し有害である旨、およびS
i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1986No.2
19.p128〜p129）によるとSi:0.04〜1.42％の範囲でMo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200V配線が推進されている
が、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NCF600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多きな問題（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NCF600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、カーバイトの
析出物を多く含有する。ところが、合金中へのカーバイ
トの析出は、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ト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％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生ず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
示す調理用シースヒータ被覆管材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％Cr
を含むFe−Cr−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
≧50％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、Siの作用についてNi量が少なくいピッ
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2.5％超と高くした場合においては、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Ni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伴った。

すなわち、本発明は、第１に、NiとSi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NC
F600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Si（2.5％超と高めにする）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Moシリサ
イドを析出するので、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、一般
的には、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Si合金のほうがむしろ溶接性の改善に効果があ
ることが伴り、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伴った。

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:0.015〜0.030％,Si:2.5超〜6.0％,Mn≦
2.0％,Ni:50.0〜80.0％,Cr:10.0〜26.0％,Mo:1.0〜9.0
％およびAl≦0.2％を含み、残部がFeと不純物とからな
る調理用シースヒータ被覆管材、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50％以上含有するFe−Cr−Ni系材料においては、Siを
2.5％超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Ni−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伴っ
た。

以下に、本発明合金の成分組成の詳細については、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やすい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温度を得る
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Cr₂₃C₆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0.030％とした。

第１図は、溶接割れ率：（総割れ長さ／ビード長さ）
×100とＣ％との関係を示す図であり、３％Si−60％Ni
−３％Mo−残Fe合金においては、Ｃ％: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は、最も重要な作用を担う元
素であり、▲Ni⁸⁰ _A3▼50％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Si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≧50％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が、本
願発明では2.5％超を含有させる。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靱性を劣化するので、Si含有
量は2.5超〜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50％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などからなる金属
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900℃
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、とくに溶接性には有効Si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Moの添加
量が多すぎると、靱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。

Al: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,V,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Mo％とが溶接割れに与える影響
を示す図であるが、0.03C−60Ni−16Cr−残部Feの合金
においては、Si≧1.5％，特にSi＞2.5のとき、▲Mo⁸⁰ _A3
▼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（No.1〜No.7）を、大気誘導炉にて10kgイ
ンゴットとし、熱間鍛造後冷間圧延して、2.0および0.5
mm板にして試験に供した。まず、高温腐食試験片は、厚
さ0.5mmt,幅20mm,長さ30mm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℃×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/min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（N
o.1〜No2）は、比較合金（No3〜No.7）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、溶接に
も優れた調理用シースヒータ被覆管材を安価に提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、３％Si−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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】C:0.015〜0.030wt％,Si:2.5超〜6.0wt％， Mn≦2.0wt％,Ni:50.0〜80.0wt％， 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調理
   用シースヒータ被覆管材。