JPS5925960A - 耐熱合金鋳物 - 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】 本発明はリホーミング装置お−よび篩畠工業装置＋７゜
に広く使用される鋳物合金に関する。

これらの合金はアロイ　キャスティング　イノステイチ
ュートＣＡＣＩ）７′″イビジヨン　オフ　ザスチール
　ファウングズ　ソサイエデイ　オフアメリカ［Ａ１１
ｏｙ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｉｎ、５ｔｉｔｕｔｅ　（ＡＣ
Ｉ）１）ｉｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　　ｔｈ、ｅ　５ｔｅｅ
ｌ　　Ｐ’ｏｕｎｄｅｒｓ　　５ｏｃｉｅｔｙｏ、ｆ　
Ａツノｒ、ｅｒｉｃａ　’］　Ｖこよつ−Ｃ漂弗化され
ている。一般（こ入手可能の仕様得はＡＳｉ’Ｍ　　Ａ
２９９、−Ａ　４４７、Ａ３６７およびＡ６０８である
。

ＡＣＩ記号はそれぞれ耐ｊノヘ１１および耐食性用途（
・こ適すること・２示す接頭文字ＨおよびＣ’ａ３使用
する。第２文字は今金夕１ブを示すため任意にげ加され
、ニッケルな量−に昇とともにほぼアルフーア・＼２〕
１〜の順の文字か使用される（表Ａ診照）。Ｈグレート
の炭素計そ示す規定があり、２つの文字に、続く数字は
炭素範囲の中心を示す。

種々の合金元素の機能は異なる。たとえばクロムは高温
ガスによるｒ１役化および腐食抵抗を増大する。マンガ
ンおよびケイ素はＳ　、１１のために添加されるが、ケ
イ素は酸化および炭化紙抗力にも影響ｊ−る。ニッケル
は高７１情強度に関係するオーステナイ１−組１峨を与
え、さらに炭化およびある程度酸化抵抗力を与える。し
かし高ニッケル合金はとくに還元条件てイオウによる浸
食に敏感である。炭素は高温強度Ｇ・こ影響する有力な
元あてあり、チッ素も強度々で重要である。

本発明に主として関係するＡＣＩ（票弗グレートを次の
表ＡＫ示す。

表　　　／ 物４ 部鉄 ＨＦ　　　０．２０−０．４０　　２．００　　２．０
０　　０．０４　　０．ＯＨＨＯ，２０−０，５０２，
００２，０００，０４０，０１１１０，２０−０，５０
２，００２，０００，０４０，ＯＨＫ　　　Ｏ，２０−
０，６０２，００２，０００，０４０，０ＪｉＬ　　　
０．２０−０．６０　　２．００　　２．００　　０．
０４　　０．０ｆｈＶ　　　Ｏ，２０−０，５０２，０
０２，０００，０４０，０１１Ｐ　　　０．３５−０．
７５　　２．００　　２．ｔＪＯＯ，０４０，０Ｊ−Ｉ
Ｔ　　　Ｏ，３５−０，７５２，００２，５００，０４
０，０ｌ−ＩＵ　　　Ｏ，３５−０，７５２，００２，
５００，０４０，ＯＨＷ　　　Ｏ，３５−０，７５２，
００２，５００，０４０，０簀　過剰量は酸化の原因と
なる。

ｉ金 ） ４　１９−２３　　９−１２　　ＡＩｏＯ，５ｍｘ、”
４　２４−２８　１１−１４　　Ａ１０ｏ、５ｎｎｚ、
”＃０．２冗ｘ。

４、　２６−３０　１４−１８　　Ｍｏ０．５ｎｎｘ、
”４　２４−２８　１８−２２　　Ｍ（１０，５ｒｎａ
ｘ、”４、’　　２８−３２　１８−２２　　Ｍｏ　Ｏ
，５θＭＬＩ：、”４　１９−２３　２３−２７　　Ｍ
ｏ　Ｏ，５ｔｍｘ、、”４　２４−２８　８３−８７　
　Ｍｏ　Ｏ，５ｍａ、ｒ、”４　１５−１９　８３−３
７　　Ａｉｆｏ　Ｏ，５□ｍｒｔｘ、”４　１７−２１
　３７−４１　　Ｍｏ　０．５−７ｍｘ、”４　１０−
１４　５８−６２　　Ｍｏ　Ｏ，５ｔｒｒｔｘ、”クリ
ープ破壊強さで測定される高温強度はもちろんこれらの
合金の主要性質であるけれど、延性も使用状態て繰返し
引張り応力を受ける鋳物には同様重要である。この場合
はぼ一定温度で行われる連続法と異なり、不連続的高温
処理に固有の大きい温度差が鋳物の繰返し膨張収縮の原
因となる。

高い延１生（一定負荷のもとに突然予期に反する破壊を
生ずることなく予期のとおりＫＮびる能力）は事故に対
する安全性を与えるので、設計技術者はこれをつねに価
値ある性質と考えている。すなわち２つの鋼が同じ強度
　同じ価格てあれば、決定的事故の前に事故の接近を指
示しうる高い延性を有する鋼が選択される。

外観的補修および（壕だは）大きいユニットへの組立に
伴うこの鋳物の鋳造後の溶接は望１しく、かつ多くの部
材には必要である。熱間延性はクランクなしに溶接する
ために非常に有効である。熱間延性は溶接中金属が突然
延伸し、溶接後クラックなしに収堀するこ５とを可能に
する。

本発明の目的はオーステナイト系標準ＡＣＩ合金のほぼ
全範囲にわたって高錨引張り強さを増太し、熱間延性お
よびクリープ破壊強さを著しく改善し、これを現在まで
合金組成の広い範囲Ｏ・こわたって大きい効果を増進す
るとは考えられなかった非常に少量の添加剤を標準合金
に添加することによって実現することである。この添加
剤は安価てあり、戦略的（国内に乏しい）元素を含１ず
、標準ＡＣＩグレードにほとんど価格上昇なしに使用し
うるものである。

次に本発明を例によって説明する。

表１において： （１１ヒートＡはヒートＢにもつとも近い標準ＡＣＩ合
金１１Ｐの代表である。

（２）　　ヒートＣおよびＤはタングステンなしでチタ
ン含量上昇の効果を示す。

（３）・ヒートＧおよびｌｉはチタン含量０．１６％で
一定のとき、タングステン含量の０．５１％から１．０
４％への上昇がクリープ破壊強さにほとんど効果のない
ことを示す。

（４）Ｗ５％、チタン０％のヒートＥおよびＦは標僧合
金より優れているけれど、それぞれクリ−プ破壊強さが
タングステンおよび最低０．１６％のチタ／を合金した
と−トより劣る。

（５）　　ヒートＪ、Ｋ、ＬおよびＭは最高クリープ破
壊強さの合金範囲に入る。

（６）　　高温引張り強さはヒートＢＶこ対しては得ら
れなかったのて、高６片引張り強さは比較できない。

表２において： （］）　　ヒートＡは代表的ＩＩ　Ｋ合金であり、その
性質は公表データの中心値を示す。

（２）　　ヒートＢはタングステン０．１０％およびチ
タン０６０２％の添加がクリープ破壊強さに有利に影響
しないことを示す。

ソ３）　　ヒートｃ、ＤおよびＥはタングステンなしの
少量のチタン添加によりクリープ破壊強さが少し改善さ
れることを示す。

（４）　　ヒートＦおよＯ・ＧはヒートＢと同程度のタ
ングステンてチタン含量を少し上昇した合金の効果を示
す。

（５）　　ヒートＡとＦの比較により高温引張り強さお
よび延性の著しい上昇が認められる。

高温引張り試験比率 （Ｃｒ　２５％、　Ｎｉ　１２％） ＡＣＩ　　（Ａ）　　　１４００　　　　８７．４　　
　　１９．８（Ｂ）　　　　　Ｌ４００　　　　４０．
ｉ　　　　　２２．６ＣＢ）　　　　　１４００　　　
　４０．５　　　　２２．８ＡＣＩ　　（Ａ）　　　１
６００　　　　２１．５　　　　１６．０（Ｂ）　　　
　　１６００　　　　２４．０　　　　１７．９（Ｂ）
　　　　　１６００　　　　２８．７　　　　１　’１
．７ＡＣＩ　　（Ａ）　　　１８００　　　　１０．９
　　　　　７．８（Ｂ）　　　　　１８００　　　　１
２．８　　　　　９．８（Ｂ）　　　　　１８００　　
　　１８．８　　　　１０．８ＡＣＩ　　（Ａ）　　　
２０００　　　　　５．５　　　　　−（Ｂ）　　　　
　２０００　　　　　７．６　　　　　６．８（Ｂ）　
　　　　２０００　　　　　７．７　　　　　６．９１
６．０　　　　　　　　− ４　２．５　　　　　　４　３．１ ４０．０　　　　　　４８．４ １　８．０　　　　　　　　− ５　３．５　　　　　　５　２．１ ６　８．５　　　　　　５　５．２ ８　１．０　　　　　　　　− ７　３．０　　　　　　６４．７ ７　３．０　　　　　　５　８．４ ７　８．５　　　　　　６　２．９ ６　９．０　　　　　　　６　０．８ 表３において； （１）　　ヒートＡは代表的１１Ｈ合金であり、その性
質は公表データの中心値を示す。

（２）　　ヒートＢは少量のタングステンおよびチタン
の合金効果を示す。

（３）高１１′、、＋１引張り強さおよび延性の著しい
増大が認められる。

表４において： （１）　　ヒートＡは代表的ＨＮ合金であり、その性質
は公表データの中心値を示す。

（２）　　ヒートＢは少量のタングステンおよびチタン
の合金効果を示す。

（３１高温引張り強さおよび延性は同じ傾向を示す。

これらのｆ：ｉ物の経験によれば１％以上のチタンＯて
より７“？、０２の形のチタンに富む大きい非金属介頗
物または引張り性質を低下するもつと複雑なチタノ酸化
′吻を含−”！／、Ｃい鋳物を製造することは困難であ
ることが明らかになった。これは表１のヒー１−　Ｋと
Ｏを比較する下記の表５のデータにより明らかである。

これらのデータは約１％以上のチタンは標準Ａｃｔグレ
ー　ドの範囲にわたって避けなければｌＳらないことを
表わす。これらの値およびチタンがｉ’ｍ素との親和性
が大きくチタン添加前に注意深い脱酸を必要とすること
を考慮し、本発明ではチタ／は０．６％以下に制限・さ
れる。

懸　　　　　　０　　　　■ 、Ｌ　寸ト ド　　　　ト 第１〜４図にはそれぞれ表１〜４の適用応力対破壊時間
のデータが対数目盛で記入されて℃・る。

太線は谷側の標準合金に対する平均的順向を示すもので
あり、それと直角の細線で引き出した・印は本発明によ
る合金で達成される・■利な変化を示す。）・ソチ部分
は標準ＡＣＩ耐熱鋳物合金の破壊時間ＶＣ，対する適用
応力の±２０％の分散範囲を示す。第５図は本発明の合
金（ＨＰグレード合金）の、ｌ８１１熾を５００１＆−
Ｃ示す顕ｐｉ、鏡写真である。第６図はただちに設置し
うるようにユニットに組立てた耐熱合金鋳物の外観を示
す。

本発明によるタングステンとチタ／の組合せを、ａ用し
たすべてのデータ点は標準グレードのＡＣＩ鋳物合金に
許容される１Ｈ２０％の分散の−ｈ　ｌａを超えること
は明らかであり、これらの超える値４よＨＰグレードの
最小５％からＨＨグレードの最高約１００％の間を変動
する。

鋳造情理ＶＣは予期しない酸化、溶解損失、炉のチャー
ジ材料の変化などのために巾が必要である。

本発明により、かつこれ筐ての市販グレードの鉄−クロ
ム−ニッケル耐熱合金鋳物による鋳造経験に基き、次の
表６の４つの合金は一般的なＡＣＩグレードに対して遠
心鋳造および普通鋳造用に有利な鋳造許容差゛を有する
。

比較される ＡＣＩ合金　　６％　Ａｌｎ％　　Ｓｉ％Ｈ１１０，２
２３，５ ＨＫ　　　　　Ｏ，２２Ｂ、５ ｆｌＮ　　　　　Ｏ，２２８，５ １１Ｐ　　　　　０．２　　２　　　　８．５０．６　
　　Ｍａｘ、　　　Ｍａｘ。

表　　　に れらの範囲内で崇高強度のだめのタングステンのイ１利
な量は０．１〜０．６％であり、この有利な量はＡＣＩ
グレードのほとんどの範囲ＨＨ−１１Ｗに適用される。

しかしさらに本発明により可能な伺加的利点は必ずしも
タングステンの最適融にこだわる必要がな（・ことであ
る。表１によりタングステンか最大強度を生ずる量を超
えてもチタンとの組合せの場合、クリープ破壊寿命はな
お標準グレードを超えることが明らかである。すなわち
Ｗｌ、０６％を含むヒートＮは破壊寿命（２０００’Ｆ
　、　２．５Ｋｓｊ）て最高より約４０％の低下を示し
ているが、標準汀金ニジｊ物のほぼ３倍（６２２時間：
１９６時間）の寿命を有する。

強度上最適の量を超えるタングステンは溶解に使用する
スクラップの種類の巾を広くする理由で、寸たけ炭化に
対する抵抗力（夕／グステ／はこの（９能に■効）が最
高である付加的利点のために許容されることを知ること
ができる。これらの理由のためタングステンの量は１．
２％に制限される。

約０．６％を超えるタングステンは強度上の幼果が飽和
に達する（前述のように最高値より少し低い）。

広範囲の組成を示す４つの代表的工業用合金にタングス
テンおよびチタンをごく少量添加することによって多数
の有利な性質が達成されることが明らかになった。これ
らの代表的合金による経験によれば下記の組成範囲（重
量％）にわたって高温引張り強さ、延性およびクリープ
岐壊強さに実用上の効果を期待することができる： 炭素　　　　　　　　　０．２５〜０．８クロム　　　
　　　　　１２〜３２ ニツケル　　　　　　　８〜６２ マンガン　　　　　　　３，０以下 ケイ素　　　　　　　　　３，５以下 タングステン　　　　　０．１〜１．２チタン　　　　
　　　０．１〜０．６ 残部鉄および通常不可僻の不純物（アルミニウム脱酸生
成物および不純溶湯に存在しうるモリツブ／のような）
およびリン、イオウのような同伴元素。

効果は通常高いレヘルと考えらＩｚるチッ素の存在ち−
よひ常用の誘導炉溶解の場合の低いレヘルのチソ累量て
達成され、すなわちチッ素は悪い影響をおよほさない。

さらにある程度のチッ素量によって強度が増大し、０．
３％丑でのチッ素は問題なく許答される。

公知合金に適用１ヰ能のすべての標準Ｊ、たは１利な溶
解法を使用することができる。タングステンはフェロタ
ングステン（これは戦略拐料で７．１″い）として［ナ
ルされ、チタンは出鋼のときンートの形て添加すること
かてきる。しかし最高のチタン歩留りを達成するため、
脱酸は炉内て、壕だはチタン添加の前に酸素量を非常に
低いレヘルヘ減少するために適当ン７０也の任意の方法
で行わなければならない。

、組成のこの範囲は１顕微鏡組ｉ哉に有害なフェライ１
−・と多少含む合金が製造される極限の特定の組合せを
含むことが明らかである。本発明の合金は第５図に示す
ようにほとんどオーステナイトと炭化物（はどんどフェ
ライトを含寸ない）よりなる顕微鏡組織を得ることを目
的としているので、この組合せは避けなければならない
。顕微鏡組織Ｑてフェライトが存在すると９２７℃（１
７００下）以下の温度で脆い／グマ相の形成が促進され
る。／グマ相形成の下限７ＭＡ　Ｌは特定の合金組１或
およびその温度にさらされる時間によつ−Ｃ決定するけ
れと、６４９℃（１，２００下）程度の低し・温度てｉ
ｌｉち化か観察された。シグマ相の存在はこれら合金の
繰返し熱負荷のもとの寿命および延ｉ生に一般に有害で
ある。このｊ玉出のだめ本発明は／グマ形成フェライト
をほとんど含まない顕微鏡組織を得るように調節した合
金に実施しなけれはならない。

実際にこの合金は主として押湯および湯道の除去、外観
が重要であり、寸たは許容差が狭い場合の機械加工およ
び鋳放し部材の要素から第６図に示すような組立を完成
するための溶接を必蒙とするだけの形に鋳造される。組
立（第６四の曲りおよび直、Ｉ＃部）を完成するだめの
鋳造要素の酷接例の場合でも、これらの要素は個々に最
終用途の形を有する。このように使用のために熱処理を
行う必要は／、ｊい。

不純ｊ；　’＋＠解原イ・１の／ζめ痕跡量のコバルト
またはモリツブ／がヒーＨでより存在することがありう
るけれど、いかなる場合にも本合金はほとんどこれらの
元素を含寸ず、これらの元素のいずれも標ｑｔ４／４　
ｃ　Ｊグレードをごく少量によって例外なしに変化する
高を晶引張り強さ、熱間延性およびりＩＪ−ブｆ波壊強
さのフイ１利／、ｃ組合せを得るために必要てないつ同
降に本合金はいわゆるスーパーアロイとはｕｌ＝　７．
Ｃる。スーパーアロイの場合多量の添加元素が柿ノンの
目的のグとめ使用され、たとえばそのうらコバルトおよ
びタングステンはときに真空浴解法を必要とする。本発
明の鋳物合金は常圧の条件て溶解することがてきる。

それにもかかわらず、本発明の合金の主要な利点（′・
ま小さい変化および低価格によって機械的性質の意外に
大きい変化が熱処理ｌｓシてほとんどたたらに使用しう
る鋳放し状態て碍られることＶこある。

ずなわぢ高温引張り強さのかなり大きい余裕および市温
疲労強さを増大する延性を有する鋳物がクリーブ破壊強
さの著しい上昇をもつ−Ｃ得られる。

【図面の簡単な説明】

８ｇ１図〜第４１゛凶は本発明による鋳物合金のクリー
プ破壊強さを示す図、第５図はＨＰグレー１・合金の代
表的組織を示す顕微鏡写Ｋ（５００培）、第６図は組立
てた耐熱合金鋳物の外観図である。 ％　許出願人　　アペックス・コーホし／インヨン（・
　　□・ 代　理　人　弁理士　　湯　浅　盾　−″、　：１、」 （外４名） ／θθ　　　　　／ρρθ　　　　々ρρρ石庚月辷　
時　１４　（ｈＯ 局女ネ１シ２吟ル２１（ｈトン 、石旨ｑシ昨間　（ｈト」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）加工も熱処理も帥ずに鋳放しの１壕の用途に必彎
   ／Ｓ形の、下記の組成（重量９オ）：炭素　　　　　　
   　０．２５〜０．８ ニツケル　　　　　８〜６２ クロム　　　　　　１２〜３２ タングステア　　　　０．１〜１．２ チタン　　　　　　０．１〜０．６ ケイ素　　　　　　　３．５以下 マンガン　　　　　３．０以下 残部　　　鉄および普通の同ｆｆ−元素、脱酸生成物お
   よび鋳造作業に伴う不純物 よりなる面士り゛へ合金鋳（１勿てあっ−こ。 ：！ＩＩＩ（徽鑵４、］１ｔ、＆がフェライトをほとん
   ど才１ないオーステナイトてめるように炭素、クロムお
   よびニッケルが調節されていることを特徴とする耐熱合
   危νｊ′ｊ勿。 （２）　　タングステン量が０．１〜０．６％０）節：
   、’＋」である特許請求の範囲第１項記・戒の１ｉＵ−
   １′熱合金鋳物１゜（３）　　クロム量が２４〜２８％
   、ニッケル量が１１〜１４％であ゛る特許請求の範囲第
   １項記載の１１ｂｊ、）す！合金鋳物。 （４）　　りｏムｉが２４〜２８％、ニック゛ル占４カ
   １８〜２２％である特許請求の範囲第１１１項記の１１
   １Ｊｊ熱合金鋳物。 （５）クロム量が１９〜２３％、ニッケル鼠が２３〜２
   ７％である特許請求の範囲第１項Ｍ己截の１）ｉｌｌ’
   　、：’！’ｉ合金鋳物。 （６）クロム量が２０〜２４％、ニッケルζ１、カ３４
   〜３８％である特許請求の範囲第１項記載のｉ：ｉｌ’
   ｌ熱合金鋳物。