JPH11236653A - 高温強度・耐熱疲労特性にすぐれた耐熱鋳鋼 - Google Patents
高温強度・耐熱疲労特性にすぐれた耐熱鋳鋼Info
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- JPH11236653A JPH11236653A JP4321698A JP4321698A JPH11236653A JP H11236653 A JPH11236653 A JP H11236653A JP 4321698 A JP4321698 A JP 4321698A JP 4321698 A JP4321698 A JP 4321698A JP H11236653 A JPH11236653 A JP H11236653A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】可逆式熱間圧延機の鋼帯巻取り用コイラードラ
ム材などに使用される高温強度，耐疲労割れ性等にすぐ
れた耐熱鋳鋼を提供する。 【解決手段】この耐熱鋳鋼は、Ｃ: ０．２〜０．４％，
Ｓｉ: ２％以下，Ｍｎ:４％以下，Ｃｒ: ２２〜２６
％，Ｎｉ: １３〜２５％，Ｎｂ: ０．８〜２％，Ｎ:
０．１〜０．２５％，残部実質的にＦｅからなり、所望
によりＦｅの一部がＡｌ: ０．０２〜０．２％，Ｔｉ:
０．０１〜０．２％，Ｚｒ: ０．０１〜０．２％の１種
ないし２種以上で置換された組成を有する。鋳放し時は
むろん時効後も良好な機械強度を示すと共に、クリープ
破断強度，耐熱疲労性などにすぐれ、コイラードラムの
耐変形性，耐熱亀裂性等を高め、耐用寿命の向上・メン
テナンスの軽減，熱延操業の効率化等を可能にする。
ム材などに使用される高温強度，耐疲労割れ性等にすぐ
れた耐熱鋳鋼を提供する。 【解決手段】この耐熱鋳鋼は、Ｃ: ０．２〜０．４％，
Ｓｉ: ２％以下，Ｍｎ:４％以下，Ｃｒ: ２２〜２６
％，Ｎｉ: １３〜２５％，Ｎｂ: ０．８〜２％，Ｎ:
０．１〜０．２５％，残部実質的にＦｅからなり、所望
によりＦｅの一部がＡｌ: ０．０２〜０．２％，Ｔｉ:
０．０１〜０．２％，Ｚｒ: ０．０１〜０．２％の１種
ないし２種以上で置換された組成を有する。鋳放し時は
むろん時効後も良好な機械強度を示すと共に、クリープ
破断強度，耐熱疲労性などにすぐれ、コイラードラムの
耐変形性，耐熱亀裂性等を高め、耐用寿命の向上・メン
テナンスの軽減，熱延操業の効率化等を可能にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温強度，耐熱疲
労特性等にすぐれ、熱延鋼帯のコイラードラムなどの部
材料として有用な耐熱鋳鋼に関する。
労特性等にすぐれ、熱延鋼帯のコイラードラムなどの部
材料として有用な耐熱鋳鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】ステンレス鋼や特殊鋼の熱間圧延は、炭
素鋼等の熱間圧延に比し量的に小規模であり、そのホッ
トストリップミルとして、比較的設備費が少なくて済む
ステッケルミルと称される可逆式熱間圧延機が使用され
ている。このホットストリップミルの前後両サイドに
は、鋼材の繰返し圧延による温度低下を抑制防止するた
めに、ファーネスコイラーと呼ばれる保熱炉が設けられ
ている。保熱炉内に設置されるコイラードラムは、外径
1000 mm以上, 胴長 2000〜3000mm, 肉厚 50 mmを超え
る大型厚肉の円筒体であり、そのドラム材料として、従
来より0.35C-25Cr-14Ni-1.4Nb-Fe系耐熱合金材が多く使
用されている。
素鋼等の熱間圧延に比し量的に小規模であり、そのホッ
トストリップミルとして、比較的設備費が少なくて済む
ステッケルミルと称される可逆式熱間圧延機が使用され
ている。このホットストリップミルの前後両サイドに
は、鋼材の繰返し圧延による温度低下を抑制防止するた
めに、ファーネスコイラーと呼ばれる保熱炉が設けられ
ている。保熱炉内に設置されるコイラードラムは、外径
1000 mm以上, 胴長 2000〜3000mm, 肉厚 50 mmを超え
る大型厚肉の円筒体であり、そのドラム材料として、従
来より0.35C-25Cr-14Ni-1.4Nb-Fe系耐熱合金材が多く使
用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記熱間圧延に供され
るスラブ（厚さ約１００〜２００mm）は、最終的に板厚
２〜１０mm程度の鋼帯に圧延される。その熱間圧延中、
コイラードラムは、約９００〜１１００℃の高温酸化雰
囲気に曝されると共に、コイルの巻き付けによる高い曲
げ応力が加わり、このためコイラードラムは、胴部の変
形（鼓状変形）を生じ、胴部表面には疲労割れ（亀甲状
亀裂）割れが発生する。従来より使用されている前記耐
熱合金は、高温強度，クリープ強度，耐熱衝撃性，耐酸
化性などを有する材料とされているが、コイラードラム
の耐用寿命，ドラムのメンテナンスの改善，熱間圧延操
業の効率化等の点から、高温強度，耐疲労割れ等を更に
改良することが望まれている。本発明はこのような要請
に対処し得る改良された高温特性を有する耐熱鋳鋼を提
供するものである。
るスラブ（厚さ約１００〜２００mm）は、最終的に板厚
２〜１０mm程度の鋼帯に圧延される。その熱間圧延中、
コイラードラムは、約９００〜１１００℃の高温酸化雰
囲気に曝されると共に、コイルの巻き付けによる高い曲
げ応力が加わり、このためコイラードラムは、胴部の変
形（鼓状変形）を生じ、胴部表面には疲労割れ（亀甲状
亀裂）割れが発生する。従来より使用されている前記耐
熱合金は、高温強度，クリープ強度，耐熱衝撃性，耐酸
化性などを有する材料とされているが、コイラードラム
の耐用寿命，ドラムのメンテナンスの改善，熱間圧延操
業の効率化等の点から、高温強度，耐疲労割れ等を更に
改良することが望まれている。本発明はこのような要請
に対処し得る改良された高温特性を有する耐熱鋳鋼を提
供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の耐熱鋳鋼は、
Ｃ: ０．２〜０．４％，Ｓｉ: ２％以下，Ｍｎ: ４％以
下，Ｃｒ: ２２〜２６％，Ｎｉ: １３〜２５％，Ｎｂ:
０．８〜２％，Ｎ: ０．１〜０．２５％，残部実質的に
Ｆｅからなる。本発明の耐熱鋳鋼は、所望により、上記
諸元素のほか、(i) Ａｌ: ０．０２〜０．２％を含有す
る組成、(ii)Ｔｉ: ０．０１〜０．２％，Ｚｒ: ０．０
１〜０．２％の１種もしくは２種の元素を含有する組
成、または(iii) Ａｌ: ０．０２〜０．２％と、Ｔｉ:
０．０１〜０．２％，Ｚｒ: ０．０１〜０．２％の１種
もしくは２種の元素とを含有する化学組成が与えられ
る。
Ｃ: ０．２〜０．４％，Ｓｉ: ２％以下，Ｍｎ: ４％以
下，Ｃｒ: ２２〜２６％，Ｎｉ: １３〜２５％，Ｎｂ:
０．８〜２％，Ｎ: ０．１〜０．２５％，残部実質的に
Ｆｅからなる。本発明の耐熱鋳鋼は、所望により、上記
諸元素のほか、(i) Ａｌ: ０．０２〜０．２％を含有す
る組成、(ii)Ｔｉ: ０．０１〜０．２％，Ｚｒ: ０．０
１〜０．２％の１種もしくは２種の元素を含有する組
成、または(iii) Ａｌ: ０．０２〜０．２％と、Ｔｉ:
０．０１〜０．２％，Ｚｒ: ０．０１〜０．２％の１種
もしくは２種の元素とを含有する化学組成が与えられ
る。
【０００５】本発明の耐熱鋳鋼の成分限定理由は次のと
おりである。成分含有量（％）は重量％である。 Ｃ: ０．２〜０．４％ Ｃは、Ｎｂと結合して粒界にＮｂＣを析出して高温クリ
ープ破断強度を高めると共に、基地中の固溶Ｃ量を低減
させる効果として、高温使用における二次析出物の生成
を抑制し、時効後の延性低下の抑制防止に寄与する。１
１００℃の高温環境での使用を考慮した上記ＮｂＣの効
果を得るために、Ｃは０．２〜０．４％の含有量を必要
とする。
おりである。成分含有量（％）は重量％である。 Ｃ: ０．２〜０．４％ Ｃは、Ｎｂと結合して粒界にＮｂＣを析出して高温クリ
ープ破断強度を高めると共に、基地中の固溶Ｃ量を低減
させる効果として、高温使用における二次析出物の生成
を抑制し、時効後の延性低下の抑制防止に寄与する。１
１００℃の高温環境での使用を考慮した上記ＮｂＣの効
果を得るために、Ｃは０．２〜０．４％の含有量を必要
とする。
【０００６】Ｓｉ: ２．０％以下 Ｓｉは鋼の溶製工程での流動性の確保および脱酸に必要
な元素である。しかし、過剰に添加すると、溶接性の低
下、クリープ破断強度の低下等をきたすので、２％以下
の範囲内で添加される。 Ｍｎ: ４％以下 Ｍｎは溶鋼の脱酸作用を有し、またＳを固定（ＭｎＳの
形成）し、溶接性を高める効果を有する。更に、Ｍｎの
増量により、鋳放し材の引張破断延性が高められる。し
かし、４．０％を超えると、クリープ破断強度が低下す
るので、これを上限とする。
な元素である。しかし、過剰に添加すると、溶接性の低
下、クリープ破断強度の低下等をきたすので、２％以下
の範囲内で添加される。 Ｍｎ: ４％以下 Ｍｎは溶鋼の脱酸作用を有し、またＳを固定（ＭｎＳの
形成）し、溶接性を高める効果を有する。更に、Ｍｎの
増量により、鋳放し材の引張破断延性が高められる。し
かし、４．０％を超えると、クリープ破断強度が低下す
るので、これを上限とする。
【０００７】Ｃｒ: ２２〜２６％ Ｃｒは、耐高温酸化性および高温強度の向上に寄与す
る。１０００〜１１００℃の高温環境に必要な高温特性
を確保するには、少なくとも２２．０％を必要である。
しかし、２６．０％を超えると、クロム炭化物の析出量
が多くなり、時効延性の低下をきたすので、これを上限
とする。
る。１０００〜１１００℃の高温環境に必要な高温特性
を確保するには、少なくとも２２．０％を必要である。
しかし、２６．０％を超えると、クロム炭化物の析出量
が多くなり、時効延性の低下をきたすので、これを上限
とする。
【０００８】Ｎｉ: １３〜２５％ Ｎｉは、耐酸化性および組織の安定化に必要な元素であ
る。含有量が１３％に満たないと、約９００℃程度の温
度域でシグマ相の析出による時効脆化を生じ、他方２５
％を超えると、鋳放し材の引張破断延性が低くなるの
で、１３〜２５％とする。好ましくは、１５〜２０％で
ある。
る。含有量が１３％に満たないと、約９００℃程度の温
度域でシグマ相の析出による時効脆化を生じ、他方２５
％を超えると、鋳放し材の引張破断延性が低くなるの
で、１３〜２５％とする。好ましくは、１５〜２０％で
ある。
【０００９】Ｎｂ: ０．８〜２％ Ｎｂは、Ｃと結合してＮｂＣを析出してクリープ破断強
度を高め、また固溶Ｃの低減効果として、時効後の延性
を高める。この効果を十分ならしめるために、少なくと
も０．８％を必要とする。これより少量では、鋳放し時
および時効後のの延性改善効果が得られない。他方、２
％を超えると、鋳放し材の延性およびクリープ破断強度
の低下をきたすので、これを上限とする。
度を高め、また固溶Ｃの低減効果として、時効後の延性
を高める。この効果を十分ならしめるために、少なくと
も０．８％を必要とする。これより少量では、鋳放し時
および時効後のの延性改善効果が得られない。他方、２
％を超えると、鋳放し材の延性およびクリープ破断強度
の低下をきたすので、これを上限とする。
【００１０】Ｎ: ０．１〜０．２５％ Ｎは、オーステナイト基地中に固溶して高温引張強度を
高める効果を有する。また、Ｎはオーステナイト相を安
定化する。０．１％未満のＮｉ量では、高温引張強度の
向上効果は得られないが、０．１％以上の添加により顕
著に現れる。しかし、過度に増量すると、引張破断伸び
の低下が大きくなるので、０．２５％を上限とする。
高める効果を有する。また、Ｎはオーステナイト相を安
定化する。０．１％未満のＮｉ量では、高温引張強度の
向上効果は得られないが、０．１％以上の添加により顕
著に現れる。しかし、過度に増量すると、引張破断伸び
の低下が大きくなるので、０．２５％を上限とする。
【００１１】Ａｌ: ０．０２〜０．２％ Ａｌは耐酸化性を高める元素である。この効果を得るに
は、０．０２％以上を必要とする。０．２％を超える
と、酸化物，窒化物の生成量の増大により、引張延性が
悪くなるので、これを上限とする。
は、０．０２％以上を必要とする。０．２％を超える
と、酸化物，窒化物の生成量の増大により、引張延性が
悪くなるので、これを上限とする。
【００１２】Ｔｉ: ０．０１〜０．２％ Ｔｉはクリープ破断強度の改善に寄与する。この効果を
得るために、０．０１％以上が必要である。０．２％を
超えると、窒化物の増量により、クリープ破断強度の低
下をきたすので、これを上限とする。 Ｚｒ: ０．０１〜０．２％ Ｔｉと同じく、クリープ破断強度の改善に寄与する。こ
の効果を得るために、０．０１％以上が添加される。多
量に添加すると、窒化物の増量に伴うクリープ破断強度
の低下をきたすので、０．２％を上限とする。
得るために、０．０１％以上が必要である。０．２％を
超えると、窒化物の増量により、クリープ破断強度の低
下をきたすので、これを上限とする。 Ｚｒ: ０．０１〜０．２％ Ｔｉと同じく、クリープ破断強度の改善に寄与する。こ
の効果を得るために、０．０１％以上が添加される。多
量に添加すると、窒化物の増量に伴うクリープ破断強度
の低下をきたすので、０．２％を上限とする。
【００１３】本発明の耐熱鋳鋼は、通常の溶製技術上不
可避の不純分の混在が許容される。例えば０．０４％以
下のＰ，０．０４％以下のＳの混入によって本発明の趣
旨を損なわれることはない。
可避の不純分の混在が許容される。例えば０．０４％以
下のＰ，０．０４％以下のＳの混入によって本発明の趣
旨を損なわれることはない。
【００１４】本発明の耐熱鋳鋼からなる部材は、所定組
成に調製された鋳鋼溶湯を遠心鋳造または置注ぎ鋳造す
ることにより製造される。鋳造体は、特別の調質熱処理
を必要とせず、そのまま使用することができる。
成に調製された鋳鋼溶湯を遠心鋳造または置注ぎ鋳造す
ることにより製造される。鋳造体は、特別の調質熱処理
を必要とせず、そのまま使用することができる。
【００１５】
【実施例】高周波溶解炉で溶製した鋳鋼溶湯を、自硬性
鋳型（珪砂にフラン樹脂および硬化剤を配合して造型）
による鋳造に付し、テストブロックとして図１に示す形
状を有する鋳造体〔a:100, b:150, C:250, d（凹陥部深
さ):30 ,mm〕を得る。この鋳造ブロックは、肉厚80mm程
度のコイラードラム材の砂型鋳造を模擬したものであ
る。上記鋳造ブロックの湾曲Ｒ部から試験片を切出し、
各種の機械試験を行った。
鋳型（珪砂にフラン樹脂および硬化剤を配合して造型）
による鋳造に付し、テストブロックとして図１に示す形
状を有する鋳造体〔a:100, b:150, C:250, d（凹陥部深
さ):30 ,mm〕を得る。この鋳造ブロックは、肉厚80mm程
度のコイラードラム材の砂型鋳造を模擬したものであ
る。上記鋳造ブロックの湾曲Ｒ部から試験片を切出し、
各種の機械試験を行った。
【００１６】表１に供試鋳鋼の化学組成、表２に機械試
験結果を示す。表中、比較例No.1は従来材(0.35C-25Cr-
14Ni-Fe)であり、その他の比較例は、本発明の鋳鋼組成
に類似するが、一部の元素含有量が過剰または不足の組
成を有するものである。なお、クリープ破断試験および
熱疲労試験の試験条件は次のとおりである。
験結果を示す。表中、比較例No.1は従来材(0.35C-25Cr-
14Ni-Fe)であり、その他の比較例は、本発明の鋳鋼組成
に類似するが、一部の元素含有量が過剰または不足の組
成を有するものである。なお、クリープ破断試験および
熱疲労試験の試験条件は次のとおりである。
【００１７】〔クリープ破断試験〕 試験片: 平行部径 8 mm, 標点間距離 40 mm 試験温度: 982 ℃, 荷重: 3.5 kgf/mm2 (JIS Z 2272) 〔疲労試験〕 歪量: ± 0.2％，歪速度: 0.01 %/ sec, 応力波形: 三
角波。 試験片: 平行部径 10 mm, 標点距離 15 mm, 標点間温度
1050 ℃（高周波誘導加熱）。
角波。 試験片: 平行部径 10 mm, 標点距離 15 mm, 標点間温度
1050 ℃（高周波誘導加熱）。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】上記試験結果に示したように、発明例は、
比較例No.1（従来材）およびその他の比較材に比し、鋳
放し材の室温・高温引張機械性質、時効処理後の引張特
性,クリープ破断特性および高温疲労特性等の改良され
た材料特性を備えている。なお比較例No.13,No.17,およ
びNo.22 は、１０００℃の高温域において、従来材のN
o.1よりかなり高い高温強度を示しているが、鋳放し材
の引張破断伸びが低く、しかも時効後の引張破断延性は
１％台に激減するという著しい脆化をきたしている。
比較例No.1（従来材）およびその他の比較材に比し、鋳
放し材の室温・高温引張機械性質、時効処理後の引張特
性,クリープ破断特性および高温疲労特性等の改良され
た材料特性を備えている。なお比較例No.13,No.17,およ
びNo.22 は、１０００℃の高温域において、従来材のN
o.1よりかなり高い高温強度を示しているが、鋳放し材
の引張破断伸びが低く、しかも時効後の引張破断延性は
１％台に激減するという著しい脆化をきたしている。
【００２１】
【発明の効果】本発明の耐熱鋳鋼は、高温強度，耐高温
疲労特性等の改良効果により、高温・高負荷の条件下に
使用される熱延鋼帯巻取りコイラードラムなどの部材料
として、変形および亀裂損傷を抑制防止し、その耐用寿
命・メンテナンスの改善、熱間圧延操業の効率向上等に
寄与するものである。
疲労特性等の改良効果により、高温・高負荷の条件下に
使用される熱延鋼帯巻取りコイラードラムなどの部材料
として、変形および亀裂損傷を抑制防止し、その耐用寿
命・メンテナンスの改善、熱間圧延操業の効率向上等に
寄与するものである。
【図１】実施例の鋳造ブロックの形状説明図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｃ: ０．２〜０．４％，Ｓｉ: ２％以
下，Ｍｎ: ４％以下，Ｃｒ: ２２〜２６％，Ｎｉ: １３
〜２５％，Ｎｂ: ０．８〜２％，Ｎ: ０．１〜０．２５
％，残部実質的にＦｅからなる高温強度・耐熱疲労特性
にすぐれた耐熱鋳鋼。 - 【請求項２】 Ｃ: ０．２〜０．４％，Ｓｉ: ２％以
下，Ｍｎ: ４％以下，Ｃｒ: ２２〜２６％，Ｎｉ: １３
〜２５％，Ｎｂ: ０．８〜２％，Ｎ: ０．１〜０．２５
％，並びにＡｌ: ０．０２〜０．２％，及び／又はＴ
ｉ: ０．０１〜０．２％，Ｚｒ: ０．０１〜０．２％か
ら選ばれる１種もしくは２種、残部実質的にＦｅからな
る高温強度・耐熱疲労特性にすぐれた耐熱鋳鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04321698A JP3486713B2 (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 可逆式熱間圧延機のファーネスコイラードラム鋳造用高温強度・耐熱疲労特性にすぐれた耐熱鋳鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04321698A JP3486713B2 (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 可逆式熱間圧延機のファーネスコイラードラム鋳造用高温強度・耐熱疲労特性にすぐれた耐熱鋳鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11236653A true JPH11236653A (ja) | 1999-08-31 |
| JP3486713B2 JP3486713B2 (ja) | 2004-01-13 |
Family
ID=12657731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04321698A Expired - Fee Related JP3486713B2 (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 可逆式熱間圧延機のファーネスコイラードラム鋳造用高温強度・耐熱疲労特性にすぐれた耐熱鋳鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3486713B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001086009A1 (fr) * | 2000-05-10 | 2001-11-15 | Societe Industrielle De Metallurgie Avancee (S.I.M.A.) | Composition d'acier, procede de fabrication et pieces formees dans ces compositions, en particulier soupapes |
| WO2009068722A1 (en) * | 2007-11-28 | 2009-06-04 | Metso Lokomo Steels Oy | Heat-resistant steel alloy and coiler drum |
| WO2016034865A1 (en) * | 2014-09-04 | 2016-03-10 | Doncasters Paralloy | Low strain high ductility alloy |
| KR20170063709A (ko) * | 2014-10-03 | 2017-06-08 | 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤 | 열피로 특성이 우수한 오스테나이트계 내열 주강 및 그것으로 이루어지는 배기계 부품 |
-
1998
- 1998-02-25 JP JP04321698A patent/JP3486713B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR2808807A1 (fr) * | 2000-05-10 | 2001-11-16 | Metallurg Avancee Soc Ind De | Composition d'acier, procede de fabrication et pieces formees dans ces compositions, en particulier soupapes |
| US6656418B2 (en) | 2000-05-10 | 2003-12-02 | Societe Industrielle De Metallurgie Avancee (S.I.M.A.) | Steel composition, method for making same and parts produced from said compositions, particularly valves |
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