JPS6120626B2 - - Google Patents

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JPS6120626B2
JPS6120626B2 JP54102887A JP10288779A JPS6120626B2 JP S6120626 B2 JPS6120626 B2 JP S6120626B2 JP 54102887 A JP54102887 A JP 54102887A JP 10288779 A JP10288779 A JP 10288779A JP S6120626 B2 JPS6120626 B2 JP S6120626B2
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JP
Japan
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stainless steel
titanium
nitriding
nitrided
ferrite stainless
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JP54102887A
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JPS5528393A (en
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Edowaado Kaindoriman Rin
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Garrett Corp
Original Assignee
Garrett Corp
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Publication date
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Publication of JPS6120626B2 publication Critical patent/JPS6120626B2/ja
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24Nitriding
    • C23C8/26Nitriding of ferrous surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
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    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
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Description

【発明の詳现な説明】
高枩のアンモニアガス雰囲気䞭で鉄基合金を窒
化しお耐摩耗性の高い高硬床の衚面を圢成する方
法がこれたで盞圓の期間にわたり行なわれおい
た。アンモニアの分解に䌎ない発生した窒玠原子
即ち発生期の窒玠は窒化反応を促進させるため鉄
基合金に予め添加されおいる元玠、䟋えばアルミ
ニりム、クロム、バナゞりム等ず反応し、反応に
より生成した窒化物の埮粒子が鉄基合金の衚面近
傍に均等に分散されお高硬床の局を圢成する。こ
の皮の元玠の窒化物は幟分䞍安定であり窒化枩床
が玄649℃玄1200〓以䞊の堎合衚面が軟化さ
れ粗雑ずなるので、窒化枩床は埓来玄538℃玄
1000〓ずされおいた。窒化された鉄基合金の䜿
甚枩床は玄538℃1000〓より充分に䜎い範囲
に制限されおいた。たた、窒化枩床が比范的に䜎
いので、窒玠の拡散速床は遅く、厚さ玄0.025乃
至玄0.050cm0.010むンチ乃至0.020むンチ窒化
時間はしばしば50時間にも及んでいた。ステンレ
ス鋌を窒化により高硬床ずする堎合、䞻成分のク
ロムが窒化物ずな぀お母材から析出し鉄基合金を
ステンレスずしお機胜させる固溶䜓元玠ずしおの
䜜甚をなさなくなるので、耐蝕性は通垞䜎䞋しお
いた。 最近、チタン合金鋌が窒化され、窒化チタンの
粒子は玄1094℃玄2000〓でも鋌母材内で極め
お安定であるこずが刀明した。薄い鉄・チタン合
金は断面党䜓にわた぀お窒化され極めお高い匷床
ずできた。これず同様なチタンをを含有したオヌ
ステナむトステンレス鋌を窒化するこずも“内郚
窒化されたステンレス鋌”ず題され、カむドリマ
ンKindlimannに賊䞎された米囜特蚱第
3804678号に開瀺されおいるように実斜されおい
た。これは䞀芋他の皮類のステンレス鋌䟋えばフ
゚ラむトステンレス鋌にも応甚出来そうに考えら
れるが、詳现に読めば、通垞では硬化できないフ
゚ラむトステンレス鋌の内郚窒化は開瀺されおい
ない。䟋えばチ゚ンChenによれば、クロム
26ずチタンおよびを含有する各鉄基合
金を窒化しようずしたが、生成された倧きな塊状
の窒化クロムにより脆匱化されるこずが刀明した
゚フビヌ゚むチチ゚ン“内郚窒化による
鉄基合金の分散匷化法”博士論文ランスレヌ理
工科倧孊ニナヌペヌク州トロむ1965幎月 

F.P.H.Chen“Dispersion Strengthening of
Iron Alloys by Internal Nitriding”PhD
ThesisRensselaer Polytechnic Institrtu
Troy NYAugust 1965。同様に、チタンを含
有するオヌステナむトステンレス鋌が米囜特蚱第
3804678号に開瀺されるように安定な窒化物粒子
の粒子間隔が小さくなるよう窒化が行なわれる時
に、倧きな塊状の窒化クロムも生成されるこずが
刀明した。この倧きな塊状の窒化クロムは窒玠を
含有しない高枩の雰囲気䞭で脱窒化するこずによ
り陀去しうるが、オヌステナむトステンレス鋌の
衚面近傍に比范的に倧きな孔が圢成される。この
孔のため、匕匵匷床及び延性が䜎䞋し、クリヌプ
が生じ易くなる。曎には、この孔は、比范的に䜎
い窒化枩床䟋えば玄1038℃玄1900〓においお
も倧量に生成される゚ルむヌカむンドリマ
ンずゞヌ゚スアンセル“窒化によるオヌス
テナむトステンレス鋌の分散匷化法”米囜冶金孊
䌚䌚報第巻1970幎月507頁乃至515頁


L.E.Kindlimann and G.S.Ansell
“Dispersion Strengthening Austenitic
Stainless Steel by Nitriding”Metallurgical
TransactionsVol Feb.1970pp507〜
515。 前蚘孔は窒化埌薄手の板又は粉末を厚手のシヌ
ト材、棒材乃至は型材に結合する加熱工皋で陀去
しうるが、この工皋はシヌト材の最終厚さが内郚
窒化できる厚さより小さい堎合特に経費を芁す
る。前蚘孔を陀去すれば、玄0.050cm玄0.020ã‚€
ンチたでの薄手の窒化により匷化されたプラ
むトステンレス鋌の高枩における匷床が最倧ずは
されるが、゚ネルギヌの節玄を達成する熱回収装
眮が必芁ずなり、技術䞊及び経費䞊倚倧の圱響を
及がす。この堎合、熱膚脹が小さく即ち熱応力及
び熱倉圢が小さく、酞化に起因したスケヌリング
が生じにくく、即ち寿呜が長く乃至は重量も軜
く、曎には腐蝕による韜裂即ち欠陥がないので、
オヌステナむトステンレス鋌よりプラむトステ
ンレス鋌の方が奜たしい。しかしながら暙準のフ
゚ラむトステンレス鋌は高枩における匷床が䜎い
ので䜿甚されず、費甚のかかる高匷床のニツケル
基およびコバルト基合金が䜿甚されるこずが倚か
぀た。この結果、゚ネルギ回収装眮の償华期間が
長くなり、加えお熱回収装眮の取り付けが困難で
あ぀た。 本発明は断面党䜓にわた぀お窒化するこずによ
り分散匷化された薄手のプラむトステンレス鋌
およびその補造方法に関する。本発明により凊理
しうるプラむトステンレス鋌は冷間圧延された
薄手のシヌト材又は鋳造品である。本発明により
内郚窒化されたプラむトステンレス鋌の匷床は
宀枩で改善され、高枩で倧巟に増倧される。か぀
衚面近傍に孔が圢成されるこずは殆どない。本発
明の窒化により匷化されたプラむトステンレス
鋌によれば、償华期間が倧巟に短瞮され、熱回収
装眮の取り付けが䞀局容易化できる。 本発明によるプラむトステンレス鋌は、アメ
リカ合衆囜鉄鋌孊䌚の型匏400のプラむトステ
ンレス鋌、䟋えばクロム玄10〜20、チタン最倧
箄0.75、炭玠最倧玄0.08を含有する型匏409
及び439のプラむトステンレス鋌ず同じ化孊特
性を有しおいる。型匏409及び439のプラむトス
テンレス鋌は、䞀般に倫々クロムを10.5〜12、
17.75〜18.75含有し、加えおチタンを含有しお
いるこずが知られおおり、化孊特性も呚知であ
る。本発明によれば、前蚘プラむトステンレス
鋌の化孊特性はチタン含有量を玄0.5乃至2.25
に増加し炭玠含有量を最倧玄0.03たで枛少す
るこずにより改善される。窒化枩床は、所望の特
性および凊理時間が奜たしくなるよう遞定され
る。プラむトステンレス鋌䟋えば圢匏409のチ
タン含有量を単に増倧せしめおも高枩での匕匵匷
床およびクリヌプの生じ易さはそれほど増倧しな
いこずは理解されよう。 本発明によれば、比范的に薄手のプラむトス
テンレス鋌を内郚窒化しお高枩での降䌏応力の䜎
䞋及びクリヌプの生じ易さを抑制せしめるに際し
お、窒化チタン粒子は板状になり、曎に玄982℃
玄1800〓以䞊の窒化枩床では埐々に倧きくな
り、高枩での降䌏応力が䜎䞋せしめられ䞔぀クリ
ヌプが生じ易くなる。窒化チタン粒子が板状であ
るので、窒化チタンの粒子間隔は倧巟に拡倧され
る。逆にオヌステナむトステンレス鋌を窒化する
に際しおは、玄1149℃乃至玄1204℃玄2100〓乃
至玄2200〓の枩床に達するたで、窒化チタンの
粒子間隔の拡倧は生ぜず、仮に窒化チタンの粒子
間隔の拡倧が生じおも、プラむトステンレス鋌
䞭よりチタンの拡散速床が倧きいためか、オヌス
テナむトステンレス鋌においおはプラむトステ
ンレス鋌䞭ほど悪圱響即ち特性の劣化を生じな
い。特に窒化チタンの板状粒子はオヌステナむト
ステンレス鋌では芳枬されなか぀た。埓぀お米囜
特蚱第3804678号に開瀺される玄1038℃玄1900
〓の最適窒化枩床でオヌステナむトステンレス
鋌を窒化する工皋はプラむトステンレス鋌には
適甚できない。䞀方、玄760℃玄1400〓以䞋
の枩床でプラむトステンレス鋌を窒化するず、
内郚に倧きな粒子が生じ、延いおは機械的匷床が
劣化し実際には前蚘倧きな粒子の境界に沿぀お韜
裂が生じるこずが刀明した。本発明においおは、
脱窒化埌実質的に内郚に孔が生ぜず、宀枩及び高
枩における匷床が増倧せしめられおいる窒化プ
ラむトステンレス鋌を埗るよう、先ずチタン含有
量を玄0.5乃至玄2.25に増倧せしめ、次に玄
816℃乃至玄982℃玄1500〓乃至1800〓の枩床
で窒化を行なうこずにより、プラむトステンレ
ス鋌の匷床を改善せしめおいる。 本発明を曎に具䜓的に説明する。第衚に倫々
成分が衚瀺された合金乃至は冷間圧延により
箄0.025cm玄0.010むンチの厚さの垯板ずされ
た。第衚及び第図にはアメリカ合衆囜鉄鋌孊
䌚の型匏409を母材ずした他の厚さの合金乃至
が瀺されおいる。埓来の方法で焌なたしされた
合金及びず、最終厚さの玄半分たで冷間圧延
された合金乃至及びずは、第衚に瀺した
窒化枩床及び窒化時間䞭アンモニアガスが流れる
レトルト内で凊理された。アンモニアガスの流速
は各窒化枩床で実質的に窒化速床を最倧ずするよ
うに充分に倧きくされた。窒化枩床が高くなるず
レトルトの内壁面で解離されるアンモニアガスが
増加するので、アンモニアガスの流速が高められ
た。合金の衚面近傍に発生期の窒玠原子を飜和さ
せるよう発生期の窒玠原子が定垞的に䟛絊され
た。レトルトは電気グロヌバ匏炉により加熱され
た。若干の合金䟋えば玄0.010cm玄0.004むン
チの厚さの合金ず玄0.025cm玄0.010むン
チの厚さの合金第衚及び第図を参照
ずは、内郚を流れるガス即ち窒化甚のアンモニア
ガス及び脱窒化甚の氎玠ガスの流速が凊理容量及
び内郚容積に応じお増倧せしめられおいるこずを
陀き、小圢レトルトず同䞀原理の工業甚ベル圢レ
トルト䞭で倧量に凊理された。 合金乃至の窒化埌、氎玠ガスが窒化枩床で
レトルトに連続的に導入され、レトルトは公称玄
1107℃2025〓に加熱されお氎玠ガスを導入し
぀぀通垞玄時間維持された。脱窒化に続き、合
金は䞍掻性ガス䟋えばアルゎンガ䞭で宀枩たで冷
华された。合金乃至は窒化物ずしおチタンが
陀去されるので脱窒化枩床ではほずんどオヌステ
ナむトであり、冷华時にマルテンサむトが生じる
が、詊隓に先立぀お前蚘マルテンサむトを陀去す
るよう曎に焌なたしされた。十分にプラむト状
にある合金乃至は、脱窒化埌レトルトが電気
グロヌバ匏炉から切り離され、玄871℃1600
〓たで陀冷された。次に合金は加工され、呚知
のアメリカ合衆囜材料詊隓協䌚American
Society of Testing Materialsの手順に埓぀お
匕匵匷床特性及びクリヌプ特性に぀いお詊隓され
た。
【衚】
【衚】
【衚】
【衚】 第図乃至第図に瀺すように、玄538℃
1000〓における匕匵匷床詊隓及び䌞長床詊隓
ず玄760℃1400〓におけるクリヌプ詊隓ずに
よ぀お衚わされる高枩での最適特性が、玄829℃
乃至玄954℃玄1525〓乃至玄1750〓においお
窒化するこずにより型匏409のプラむトステン
レス鋌を母材ずした合金に察しお枬定された。 第図乃至第図に瀺された枬定倀は玄0.025
cm0.010むンチの厚さの合金に察するもので
ある。第図は玄871℃玄1600〓で窒化した
合金を甚いお玄0.01cm0.004むンチの厚さ
の堎合ず玄0.025cm0.010むンチの厚さの堎合
ずにおけるのクリヌプが生じる応力即ち
クリヌプ特性ず砎壊が生じるたでの時間即ち砎壊
特性ずの関係を瀺しおいる。厚さを増加するず匷
床が枛少するこずは明らかであり、窒化時間が長
く、換蚀すれば合金の䞭倮郚近傍の窒化物粒子が
増倧するこずに起因しおいる。第図は最小枬定
倀に基づいお䜜成されおいる。他の枬定倀は玄
871℃乃至玄943℃1600〓乃至1730〓の枩床で
窒化された合金に察し第衚に瀺されおいる。 ある枩床では窒化時間は合金の厚さの半分の
乗倀にほが比䟋する。䟋えば玄0.025cm0.010ã‚€
ンチの厚さの合金の窒化時間はチタンの含有量
が同䞀の堎合玄0.010cm0.004むンチの厚さの
合金の窒化時間の25/4倍ずなる。同様に、玄
0.081cm0.032むンチの厚さの合金の窒化時間
は玄0.025cm0.010むンチの厚さの合金の窒化
時間の10倍以䞊ずなる。 第図は窒化枩床ず玄0.025cm0.010むンチ
の厚さの合金の最小窒化時間ずの関係を瀺しお
いる。この曲線は、慎重に窒化し、窒化チタンの
存圚する最倧深さを枬定し、次に拡散距離拡
散時間比䟋定数の間に成立する拡散匏x2
ktから窒化時間を蚈算するこずにより実隓的に求
められた。実際レトルト䞭のガス流速が䞍均䞀で
ありか぀合金の衚面の粗さ、枅浄床等により窒玠
吞収速床が若干異なるので窒化時間は最小窒化時
間よりも幟分倧きくなる。䟋えば第図の各実隓
倀は第図乃至第図の合金を䜜成する時の窒化
時間に盞圓する。窒化速床を高く維持し過剰窒化
即ち過剰の窒化クロムの生成を極力抑えるこずの
必芁性が以䞋に詳述する。第図の堎合、本発明
による工皋に必芁なように窒化時間が比范的に短
かい、即ち、チタン含有量が合金ず同じで玄
0.025cm0.010むンチの厚さの合金に察し時
間未満である。玄0.081cm0.032むンチの厚さ
の同䞀組成の合金の堎合、第図の曲線を10倍に
すれば明らかなように玄829℃乃至玄954℃1525
〓乃至1750〓の奜たしい枩床範囲では窒化時間
ずしお玄時間乃至玄時間必芁ずなる。 第図及び第衚は合金のの各厚さ
に぀いおチタンの効果を瀺しおいる。第図は以
䞋に定矩する“有効”チタン含有量の重芁性を瀺
す。出発材料の炭玠含有量が最倧0.03の堎合、
高枩で盞応の匷床を維持するにはチタンは最䜎玄
0.5ずする必芁がある。逆に、チタン含有量の
高い合金は薄くするこずが困難であり、倧気䞭で
比范的に酞化を受けやすく窒化時間が長く曎に延
性が小さい等により窒化は䞀局困難ずなる。埓぀
おチタン含有量の最倧倀は玄2.25ずなる。玄
0.05cm0.020むンチ以䞋の厚さの出発材料を
䜜成するこずが容易であるこず、窒化時間を比范
的に短瞮できるこず、及び高枩での匷床を倧きく
できるこずの条件から、チタンの含有量は玄
0.9乃至玄1.5が奜たしい。 チタンは“有効”チタン含有量、即ち有効チ
タン含有量分析されたチタン含有量
−×炭玠含有量で衚わされる。埓
぀お本発明においお奜たしい有効チタン含有量は
箄0.4乃至玄2.1である。炭玠含有量が0.03
より高いず、炭化チタンずしお倱なわれるチタン
即ち窒化䞭に窒玠ず反応し匷床の増倧に圹立぀现
かな窒化チタン粒子を生成するのに䜿甚されない
チタンも存圚するので、チタン含有量の分析倀は
それ盞応に高くなる。曎に窒玠は残留しおおり、
“有効”チタン含有量に圱響を及がすこず
も理解されよう。残留窒玠は通垞この皮の合金で
は玄0.01以䞋である。たた、残留窒玠は窒玠含
有量の3.4倍だけチタン含有量の分析倀を
削枛するものず考える必芁がある。埓぀お本発明
のチタンの有効含有量は玄0.4乃至玄2.1であ
り、合金䞭の残留窒玠及び炭玠ず完党に反応する
に必芁な量以䞊である。このように過剰なチタン
は殆ど完党に窒玠ず結合し本発明により凊理され
る合金䞭に埮少な粒子ずしお分散されおいる。䟋
えばチタン含有量が0.6の堎合の窒玠の論理倀
は窒化チタン換算で0.175ずなる。 母材の炭玠含有量は通垞0.04乃至0.06であ
るが、“有効”チタン含有量を枛少せしめ、延い
おは第図に瀺すように窒化埌の匷床を䜎䞋せし
めるので、炭玠含有量は通垞0.03より倧きいず
奜たしくない。埓぀お炭玠含有量を出来るだけ䞋
げるこずが望たしい。も぀ずも炭玠含有量が0.03
を超える堎合は、本発明による窒化埌所望の匷
床を埗るように母材䞭のチタン含有量を増加し炭
玠含有量の高いこずに䌎なう悪圱響を陀去すれば
よい。しかしながらチタン含有量が玄2.25以䞊
に達するず薄手の合金を䜜るこずが困難ずなる。
特に、チタンず炭玠ずの含有量が共に高いず出発
材料に砕解しにくい倧きな炭化粒子が生じ薄手の
合金䞭に孔を生成する。 本発明の奜たしい実斜䟋によれば、母材の厚さ
が玄0.081cm0.032むンチ以䞋、チタン含有量
が玄0.5乃至玄2.25であり、窒化枩床が玄816
℃乃至玄982℃玄1500〓乃至玄1800〓であれ
ば、窒化チタンの粒子間間隔が平均ずしお高枩で
の匷床を確保するに必芁な倀即ち10ミクロン以䞋
ずなる。母材の厚さが玄0.050cm0.020むンチ
以䞋、チタン含有量が0.9乃至1.5であり、窒
化枩床が玄829℃乃至玄954℃1525〓乃至1750
〓であれば、特に窒化チタンの粒子間間隔は平
均しお玄ミクロン以䞋ずなり、埓来のプラむ
トステンレス鋌より高枩での匷床特性が倧巟に改
善される。 高い匷床特に高枩での高い匷床を埗るためには
窒化チタンの粒子間間隔を小さくするこずが極め
お重芁である。 䟋えば、䞊述のカむンドリマンに賊䞎された米
囜特蚱第3804678号ず米囜の冶金孊䌚䌚報の第
巻第163頁乃至第170頁1970幎月及び第巻
第507頁乃至第515頁1970幎月
Metallurgical Transactions Vol.1Jan.1970
pp163−170 and Vol.1Feb.1970 pp507−515
にも開瀺されおいる。埓来より、アメリカ合衆囜
蚈量委員䌚により決められた匕匵匷床特性及びク
リヌプ特性に぀いおの詊隓によれば粒子間間隔が
小さいず党枩床での特性を向䞊せしめ埗るず報告
されおいる。粒子間間隔を小さくするための内郚
窒化の効果を簡朔に調べる呚知の方法は宀枩で工
業的に0.2オフセツト降䌏応力を枬定するこず
である。本発明に埓぀お窒化された合金乃
至に察する0.2オフセツト降䌏応力の枬定倀
が第衚に瀺されおいる。察照ずしお、前蚘詊料
合金乃至を窒化埌氎玠ガス雰囲気䞭で脱
窒し、換蚀すれば熱経歎のみが同じで窒化されお
いない以䞋暡擬窒化ずいう状態ずしお0.2
オフセツト降䌏応力が枬定されおいる。本発明の
ようにチタンが窒化されおいなくお暙準的なミル
焌なたし即ち通垞玄982℃乃至玄1038℃1800〓
乃至1900〓で数分間の焌なたしがなされた同
様の合金に぀いおも0.2オフセツト降䌏応力が
枬定されおいる。合金にもよるが、窒化された合
金の宀枩における降䌏応力は暡擬窒化の堎合より
15乃至25×玄70.307Kgcm315乃至25KSI即ち
15000乃至25000PSIだけ倧きい。党おの合金に
おいお、窒化されおいる堎合の方が熱凊理時間特
に脱窒化に䌎なう熱凊理時間が長く匷床が匱めら
れるにもかかわらず、ミル焌なたしされた堎合よ
りも匷床が倧きい。ミル焌なたし堎合に比し匷床
が実質的に倧ずな぀おいるこずが玄538℃1000
〓における匕匵匷床枬定倀により明らかであ
る。即ち降䌏応力が少なくずも50増倧しおい
る。第衚の枬定倀はアヌノルドArnold等
に賊䞎された米囜特蚱第4047981号に開瀺されお
いる枬定倀即ち窒化した堎合ず窒化せず単に焌な
たしした堎合ずの間に宀枩での降䌏応力に実質的
な差がない枬定倀ずは顕著に盞異する。 䞊述したアヌノルド等による特蚱には窒化した
堎合クリヌプの生じ易さを抑制できるよう開瀺さ
れおいるが、高枩982℃でのたるみ詊隓は通
垞クリヌプ特性を枬定するのに利甚される詊隓で
はなく、合金の真の耐荷重特性を瀺すものではな
い。支承郚間に自重のみを支承しお行なわれる
982℃でのたるみ詊隓は䞻に境界における粒子の
沈降速床及びその拡散速床ずに巊右される境界の
粒子特性の基瀎的な目安を䞎える。本発明の目的
はプラむトステンレス鋌のクリヌプの生じ易さ
を抑制し䞔぀所定倀のクリヌプの生じるたでの時
間即ちクリヌプ寿呜を遷延し、比范的に䜎枩での
耐甚期間を延長せしめるこずにある。 埓぀お本発明に埓぀お内郚窒化された合金即ち
第図に瀺したように厚さが倧きいほどチタン含
有量を増やした合金は、760℃1400〓で100時
間かけおクリヌプ䌞びがずなるに芁する時間
即ちクリヌプの生じるに芁する時間を蚈枬す
る堎合、窒化等の凊理が斜されおいない母材合金
の応力の少なくずも倍の応力を有しおいる。本
発明の奜たしい実斜䟋により䞊述ず同䞀の詊隓を
行なえば、クロム18ニツケルを含有した
オヌステナむト合金即ちアメリカ合衆囜鉄鋌孊䌚
の型匏304のプラむトステンレス鋌ず同等の
クリヌプ特性を瀺す。本発明の他の特城は玄
538℃1000〓における降䌏応力よりも宀枩に
おける降䌏応力を高枩での熱凊理即ち䞊述の窒化
及び脱窒化を受けた同䞀材料の合金に比し、少な
くずも10×玄70.307Kgcm310KSI10×
103PSIだけ増倧し埗る。蝋付により熱回収装眮
を補䜜する際にも同様の熱経歎が生じるが、この
時熱回収装眮を構成するプラむトステンレス鋌
が本発明に埓぀お凊理されおいないずミル焌なた
しの堎合ではなく第衚の暡擬窒化の堎合の特性
を瀺す。 第衚の合金が高枩でのクリヌプ特性に
぀いおアメリカ合衆囜鉄鋌孊䌚の型匏316のステ
ンレス鋌ず比范され、比范結果が第衚に瀺され
おいる。本発明により含有成分量が調敎され䞔぀
窒化されたプラむトステンレス鋌のクリヌプ特
性及び砎壊特性は型匏316のステンレス鋌より極
めお倧きいこずが第衚から明らかである。
【衚】
【衚】
【衚】 本発明による合金のクリヌプ特性は、呚知のア
メリカ合衆囜材料詊隓協䌚の盎接法により詊隓を
行う時型匏316のステンレス鋌より倧きいので、
高枩でのクリヌプ特性を間接的に決定する982℃
におけるたるみ詊隓を行う時も型匏316のステン
レス鋌のクリヌプ特性より倧きいこずが予想され
る。 クロムの含有量が互いに実質的に同等のプラ
むトステンレス鋌はクロム18ニツケルを
含有するオヌステナむトステンレス鋌䟋えば型匏
302304316347等の合金に比べ、玄816℃乃
至玄871℃1500〓乃至1600〓より高い枩床で
の酞化に察しお倧きい抵抗力即ち耐酞化性である
こずは呚知である。埓぀おクロム含有量が同等で
ある本発明による合金の酞化に察する抵抗力即ち
耐酞化性は呚期的耐酞化性テストにより詊隓した
ずこの型匏316のオヌステナむトステンレス鋌よ
り優れおいるず刀明した。 第衚に瀺すように、本発明による窒化合金は
延性即ち䌞長床が窒化されおいないミル焌なたし
合金よりたずえ小さくおも、宀枩における二次成
圢性が良奜である。 耐腐蝕性及び耐酞化性を良奜ずし、曎には匷床
を倧ずするよう鉄及びチタン以倖の元玠が添加さ
れおいる。䞍銹性を確保するためには少なくずも
10のクロムを添加する必芁があり、最倧玄30
たでのクロムを添加しおもよい。クロムの添加量
は14乃至20が奜たしい。ステンレス鋌のシリ
コン含有量を増すず、泚型容易ずでき、䞔぀耐酞
化性を良奜ずできるこずは呚知である。しかしな
がら本発明により窒化する合金の堎合、シリコン
含有量が玄以䞊になるず窒化速床が䜎枛され
窒化時間が遷延される。埓぀お、本発明の堎合、
シリコンは最倧玄䟋えば玄0.3乃至玄
であればよい。 耐蝕性及び匷床を向䞊せしめるモリブデンは
乃至、奜たしくは1.5乃至3.5添加され
る。ある堎合にはモリブデンのかわりにタングス
テンを添加するこずが望たしい。第衚のモリブ
デンを含有する合金乃至に関する枬定倀は第
衚及び第衚に瀺されおいる。合金に関する
他の枬定倀を曎に第衚及び第衚に瀺す。第
衚には、合金の窒化時間ず、11×玄70.307Kg
cm311000psiの応力を印加した時の760℃
1400〓においおのクリヌプが生じるたで
に芁する時間ずの関係が瀺されおいる。埓぀お第
衚の合金乃至に察する詊隓により明らかな
ように、モリブデンを添加する利点の䞀は、合金
のようなモリブデンを添加しおない合金よりク
リヌプ特性が倧巟に改善されるこずにある。クリ
ヌプ特性が最倧ずなる窒化枩床は玄829℃乃至玄
954℃1525乃至1750〓であるが、所定厚さで
第衚に瀺した量のチタンを含有する窒化された
合金即ち型匏409のステンレス鋌の玄538℃
1000〓における降䌏応力より玄538℃1000
〓における降䌏応力が少なくずも玄50倧きく
なる。曎に第衚の各合金は、炭玠燐硫黄
ニツケルアルミニりム鉄を含有しおいる。 本発明の窒化物元玠ずしおはチタンが奜たしい
が、バナゞりムニオブアルミニりムタンタ
ル、ゞルコニりム、ハフニりム、皀土類金属元玠
等をチタンの代甚元玠ずしお若しくは匷床、耐酞
化性等の特性を改善すべく単独若しくは適宜組み
合わせお添加しおもよい。他の殆どの元玠の窒化
物は窒化チタンほど安定しおいないので、䜿甚枩
床により巊右はされるが匷化効果は窒化チタンに
比べ非垞に小さい。
【衚】 他の元玠の窒化物が窒化䞭に生成されおいる堎
合、窒化速床は含有元玠の割合に比䟋する窒化物
の析出量ず、合金の窒化物を溶解する胜力ずによ
り巊右され、比范的に遅くなる。第衚に瀺すよ
うに、チタン含有量が増える時も窒化速床は遅く
なる。逆に合金の窒化速床ず合金の窒化速床
ずが近䌌であるこずから明らかなようにモリブデ
ンを添加しおも窒化速床は巊右されない。䟋えば
第衚の堎合、玄899℃1650〓での合金の
窒化時間は35分で、玄913℃1675〓での合金
の窒化時間は60分であ぀た。合金の窒化
枩床ず窒化時間ずの関係を瀺す曲線ず枬定倀ずは
モリブデンを含有しおいない第図に瀺した合金
の堎合ず良く䞀臎する。 本発明による内郚窒化合金䞭の窒化物の粒子間
間隙を小さくする、即ち10ミクロン未満奜たしく
はミクロン未満ずするには、玄816℃乃至玄982
℃1500〓乃至1800〓奜たしくは玄829℃乃至
954℃1525〓乃至1750〓の窒化枩床で出来る
だけ迅速に窒化する必芁がある。䟋えば、アヌノ
ルドArnold等に賊䞎された米囜特蚱第
4047981号に開瀺されおいるように、窒化は玄
乃至玄の窒玠ガスを含有する氎玠ガス雰囲
気内で、オヌステナむトが最倧生成される枩
床で窒化クロムの生成を阻止し぀぀実行される。
実質的に本発明の成分を含有する玄0.125cm
0.050むンチの厚さのプラむトステンレス鋌
を玄905℃玄1660〓の枩床においお内郚窒化
するには120時間以䞊の時間が必芁であ぀た。拡
散匏x2ktを甚いお合金の厚さの差異に䌎なう誀
差を補正するず、これは厚さが玄0.025cm0.010
むンチの堎合、窒化に略時間必芁であるこず
に盞圓し、䞀方第図に瀺すように、本発明によ
れば玄905℃1660〓のアンモニアガス䞭で最
䜎25分間、通垞時間未満凊理する必芁がある。
アヌノルドArnold等は緩慢に窒化を行な぀
たので、粒子間間隔は明らかに倧きく延いおは宀
枩での降䌏応力が増倧せしめられるこずはない。
逆に、たぶん窒化䞭の粒子の成長に起因するので
あろうが、降䌏応力は僅かに䜎䞋した。 窒化䞭に窒化チタンの埮小粒子は栞発生及び結
晶成長䜜甚により生成されるが、この時新しい結
晶栞を䜜るに窒玠がチタンに緩慢に到達すればす
る皋、チタンは既に発生しおいる結晶粒子たで長
距離拡散し䞔぀前蚘結晶粒子を肥倧せしめるリ
ヌン ゚ドワヌド カむンドリマン“内郚窒化
法によるオヌステナむトステンレス鋌の匷化法”
博士論文ランスレヌ理工科倧孊ニナヌペヌク
州トロむ1969幎月  Lynn Edward
Kindlimann“Strengthening of Austenitic
Stainless Steels by Internal Nitridation”Ph.
D.ThesisRensselaer Polytechnic Institute
TroyNYJune1969。埓぀お、アヌノルド
Arnold等に賊䞎された米囜特蚱第047
981号に開瀺されおいるように、内郚に拡散され
た窒玠の最前面郚の移動速床が遅いず数個の結晶
栞しか生成されず、窒化物の結晶粒子が倧きくな
りか぀粒子間間隔も倧きくなる。反応匏N2→
〔〕により発生される発生期窒玠の量が少ない
こずに䌎ない窒玠の拡散速床は遅くなり、曎に前
蚘拡散速床は衚面からの距離の乗に比䟋する、
即ち拡散匏x2ktに埓うので、窒化速床は衚面か
らの距離に比䟋しお䜎䞋し延いおは少数の結晶栞
のみが圢成されるこずずなり、䞔぀粒子間間隔も
倧きくなるこずずなる。拡散の基本原理には倉り
はないが、窒玠の拡散速床が倧きく䞔぀倧量の結
晶栞が生成する枩床を遞定するこずにより粒子間
間隔を小さくできる。加えお、窒化速床は合金の
衚面における発生期の窒玠原子の実効濃床を高め
るこずにより最倧ずしうる。 本発明による窒化は窒化速床を早めるため窒玠
ガスを含有する非酞化性雰囲気、奜たしくは分解
されおいないアンモニアガス雰囲気、たたは窒玠
ガスを含有する他の非酞化性ガス雰囲気䞭で実行
される。酞玠は合金の衚面内に窒玠が吞収される
こずを阻害するので非酞化性雰囲気䞭で窒化が実
行される。実際䞊は、発生期の窒玠を合金の衚面
に䟛絊する所望の工皋を利甚すればよい。埓぀お
アンモニアガスNH3は凊理材料の衚面で〔〕
〔〕に分解され発生期の窒玠が迅速に合金に
吞収される。たた、アンモニアガスは熱分解、即
ち2NH3→N23H2され、最終的にN2→〔〕
により知られるように分解速床の遅いN23H2ず
なる。前蚘発生期の窒玠は他の化孊的な材料から
生成しおもよく、曎には高゚ネルギ攟電すなわち
むオン化䜜甚によ぀お窒玠ガス〔N2〕から生成し
おもよいが、いずれの堎合も本発明に包含され
る。曎に効率は劣るけれども窒玠ず氎玠ずの混合
気を利甚しおもよい。内郚窒化速床が極めお遅い
堎合は、窒化䞭に分散質が成長し最適匷床を増加
するどころか逆に匱化するので、合金の衚面でア
ンモニアガスNH3を分解する等により発生期の窒
玠を迅速に䞎える必芁がある。逆に窒化時間が党
おのチタンを窒化するに必芁な時間即ち内郚窒化
するに必芁な時間より倧巟に長いず、過剰の窒化
クロムが生成れされ、䞊述のように孔が圢成され
る。 カヌル ワグナヌ電気化孊63巻1959幎
第772頁乃至第782頁Carl WagnerZ.
Elektrochem631959pp772−782及びロ
バヌト ゚むラツプ腐食21巻1965幎第
382頁乃至第401頁Robert A.Rapp
Corrosion211965pp382−401によれば、
内郚窒化の深さΟは窒化クロムが生成されるた
で、 Ο   1/2 により求められる。 ここに、N (s)は衚面に圢成された発生期窒玠
のモル分率、Nは衚面から深さΟたでの領域に
おける窒玠原子の拡散係数は時間Ti (o)
は鋌内のiの頭初のモル分率は぀の結晶
が析出した時の窒玠原子ずチタン原子ずの比を瀺
す。しかしながら、窒化クロムが生成されるず、
窒化チタンの最前面郚の移動速床が倧巟に倧きく
なる。埓぀お窒化クロムが生成されるず、チタン
の内郚窒化の深さは、窒化クロムの内郚窒化の深
さの凟数であるを甚いおΟず衚わされる必
芁がある。 窒化が極めお速い堎合、窒化チタンに加え窒化
クロムが生成されるこずが望たしい。窒玠の拡散
速床は窒玠の募配、即ち凊理材料衚面の固溶䜓の
窒玠量により巊右される。窒玠量は窒化クロムの
溶解性によ぀お制限される。換蚀すれば、合金の
衚面における窒玠量が所定量を越すず、窒化クロ
ムは析出し始め、アヌノルドArnold等に賊
䞎された米囜特蚱第4047981号の方法ずは異なり
本発明による窒化においおはクロムが固溶䜓から
窒化物ずしお陀去されるに぀れ倧量のオヌステナ
むトが生成される。しかしながらこのオヌステナ
むトは埌続の脱窒化乃至は焌なたし工皋で陀去さ
れ、本発明による最終のステンレス鋌にはオヌス
テナむト又はマルテンサむトが実質的に存圚しな
い。窒化クロムの最前面郚が窒化チタンの堎合よ
り速床は遅いが殆ど同様にしお移動するよう出来
るだけ迅速䞔぀慎重に窒化クロムを生成するこず
により、内郚窒化速床が倧巟に䞊昇され、窒化時
間が枛少され延いおは粒子間間隔が枛少される。
これは、窒化クロムずしお窒玠の溶解された領域
の境界面が実質的に合金の内郚ぞ移動しおおり、
実質的に頭初の倖面が合金内に移動されるこずに
等しく、拡散募配が高くなるので窒化クロムが生
成されない堎合より拡散速床が倧きくなるためで
ある。これは拡散理論により数孊的に説明できる
が、詳しくはカむンドリマンKindlimannの
䞊蚘の孊䜍論文に述べられおいる。 望たしくない孔の生成は窒化クロムの生成に起
因しおおり、窒化クロムはチタンの窒化が合金に
極めお小さな速床で進行しおいる間に生じる。生
成される窒化クロムの量は窒化枩床が䜎く窒化時
間が長く䞔぀合金内のクロム量が倚いほど倚くな
る。窒化凊理が過剰になるず過剰の窒化クロムが
生成されおステンレス鋌を匱化し、続いおステン
レス鋌を高枩で窒玠の含有されない雰囲気䞭で脱
窒化を行ない窒化クロムを枛ずるず、過剰に孔が
圢成される堎合が倚い。埓぀おアンモニアガス、
換蚀すれば発生期の窒玠の䟛絊時間はプラむト
ステンレス鋌の断面を飜和させ䞔぀含有されおい
る党おのチタンず窒玠ずが反応するに必芁な時間
ずしなければならない。䞊述のように第図から
基準時間は埗られるが、倚くのパラメヌタが関係
するので、前蚘䟛絊時間は合金の厚さ、窒化枩
床、窒化雰囲気に぀いお実隓的に決めねばならな
い。同様にアンモニアガスの流速は窒化合金に巊
右され、たた窒化宀の構造及び寞法に巊右され
る。 埓぀おプラむトステンレス鋌を高枩で窒化す
るに芁する時間は、合金䞭に含有されおいる党お
のチタンず窒玠ずを反応せしめるに芁する時間で
なければならない。窒化時間が党おのチタンず窒
玠ずを反応せしめるに芁する時間よりも短かい堎
合は、衚面近傍の過剰窒玠が深郚ぞ拡散され未反
応のチタンず反応しお分散質を生成するが、安定
した内郚窒化を達成し埗るものではない。このよ
うな局郚窒化法は凊理時間を短瞮でき䞔぀コスト
を節枛できるので有効な堎合もある。䟋えば、本
発明のチタンを含有したプラむトステンレス鋌
が流れ䜜業で連続的に衚面近傍のみを窒玠で飜和
せしめる堎合がある。続いお窒化クロムずしお存
圚する過剰の窒玠を加熱しお陀去するに際しお、
分解され未反応のチタンず結合するに所芁の量の
窒玠を䟛絊するに十分な量の窒化クロムが存圚す
れば合金内郚のチタンを十分に窒化できる。無論
匷床はチタンの窒化枩床に巊右される。前蚘窒化
枩床は玄982℃1800〓未満特に玄829℃乃至玄
954℃1525〓乃至1750〓内が奜たしい。しか
しながら、䞊述した“局郚窒化法”による合金は
発生期の窒玠雰囲気䞭で内郚窒化したものほど匷
床が倧きくない。 第図は、䞊述の炉内に配眮し、玄時間にわ
たり玄927℃玄1700〓のアンモニアガスを導
入し぀぀窒化した厚さが玄mm0.07むンチの
合金を450倍に拡倧した写真である。䞡偎の暗
郚は窒化チタンず窒玠が過剰に存圚したため生じ
た窒化クロムずを瀺しおいる。暗郚ず䞭心線ずの
間の領域即ち明郚は窒化チタンであり、延いおは
厚さが玄0.1mmの狭い䞭心線たで完党に窒化が行
なわれたこずを瀺しおいる。チタンの反察方向ぞ
の拡散、即ちチタンが窒玠ず反応するよう倖面に
向぀お移動するのでチタンに埓぀お窒化チタンの
存圚しない極めお狭い垯状領域が圢成され、延い
おは䞭心線に沿぀た領域には窒化物が存圚しな
い。この写真では未反応のチタンが殆ど芋あたら
ない。埓぀お第図から、本発明による内郚窒化
は合金の断面党䜓にわた぀お完党に実行されおい
るこずが刀明する。この合金は以䞋に述べる工皋
に埓぀お窒化クロムを陀去される。 窒化クロムずしお存圚する過剰の窒玠は、玄
1094℃乃至玄1121℃2000〓2050〓の氎玠雰囲
気若しくは真空等の非酞化性雰囲気䞭に数時間攟
眮されるこずにより陀去される。第図は、第
図に瀺した合金を本発明により玄1118℃2035
〓の枩床で時間にわた぀お脱窒化しお450倍
に拡倧した写真である。第図の暗郚にあたる窒
化クロムは第図の写真には存圚しない。埓぀お
第図は窒化クロムが本発明の脱窒化により殆ど
陀去できるこずを瀺しおいる。前蚘脱窒化工皋は
窒化された合金に延性及び耐酞化性を䞎えるのに
必芁である。前蚘脱窒化工皋は過剰窒玠量にもよ
るが䞊述した郚分的に窒化した合金に察しおは延
性及び耐酞化性を確保でき確保できるので省略し
うる。しかしながら内郚窒化を完了するには、䜿
甚䞭乃至は䜿甚に先立぀お玄982℃玄1800〓
以䞋の枩床で゜ヌキングが必芁である。このため
匷床は最適凊理により埗られるものより曎に䜎く
なる。 窒化物粒子が玄829℃乃至玄954℃1525〓乃至
1750〓の最適枩床範囲で生成されるず、玄1107
℃玄2025〓の枩床で増窒化するよう玄982℃
1800〓以䞊たでも合金を加熱しおもよくなる
こずは理解されよう。板状粒子は玄982℃玄
1800〓以䞊の枩床で窒化される堎合にのみ生成
される。䜎枩で同じ倧きさの粒子が倚く生成され
るず、脱窒化工皋で䞀郚は成長し粒子間隔が倧き
くなるが、倧半は倉化しない。埓぀お脱窒化時間
は窒化クロムを陀去し䞔぀過剰の溶解窒玠を蚱容
量たで枛少するに所芁の時間に限られるべきであ
る。本発明により窒化されたプラむトステンレ
ス鋌䞭に酞化クロムが生成されないよう、耐酞化
性雰囲気䞭で脱窒化工皋が実行される。第衚の
各合金は玄0.025cm0.010むンチの厚さに察し
お時間未満の脱窒化で十分である。埓぀お本発
明により完党に内郚窒化されたプラむトステン
レス鋌には脱窒化埌殆ど窒化クロムが存圚しな
い。本発明の脱窒化プラむトステンレス鋌は、
通垞のプラむトステンレス鋌に察し斜された臚
界枩床以䞋の枩床での埓来の焌なたしを適宜斜せ
る。 所定量の発生期窒玠に察しお窒化速床を最倧ず
するためには、凊理䜓の衚面が枅浄であり酞化物
が陀去されおいる必芁がある。窒玠拡散が再結晶
により促進されるので、凊理材が焌なたしより冷
間加工される時に窒化速床は改善される。同様に
粒子の境界面における析出はほが陀去され延性が
高くなる。 本発明は䞊述の本発明に限定されるものではな
く、特蚱請求の範囲蚘茉の技術的思想に含たれる
蚭蚈倉曎も包有するこずは理解されよう。母材金
属に溶解可胜で窒化物ずなり埗る元玠、䟋えばニ
オブ、バナゞりム、タンタル、ゞルコニりム又は
アルミニりムがチタンのかわりに䜿甚可胜であり
この堎合高枩で䜿甚できないこずを陀き奜適な結
果が埗られる。又モリブデン、タングステン、ア
ルミニりム、シリコン等の合金構成元玠は本発明
の思想を逞脱するこずなしに、他の皮々の特性を
賊䞎すべく、本発明のプラむトステンレス鋌䞭
に添加し埗る。延いおは本発明は、特蚱請求の範
囲蚘茉の技術範囲を十分に開瀺しおいる。 以䞋、本発明を芁玄するず次のようである。 (1) チタン、ゞルコニりム、ハフニりム、ニオ
ブ、バナゞりム、タンタルおよび皀土類金属元
玠の矀から遞択された元玠の窒化を包有する非
硬化型匏××のプラむトステンレス鋌から
補造された実質的に完党に内郚窒化されるプ
ラむトステンレス鋌の冷間圧延されたシヌト材
であ぀お、過剰窒化物は982℃のたるみ詊隓に
よる型匏316のオヌステナむトステンレス鋌よ
り高枩でのクリヌプ匷床が優れるよう奜適な深
さたで内郚で窒玠ず反応され、窒化された前蚘
シヌト材の宀枩での二次成圢適性が優れ窒化ク
ロムおよび酞化クロムが実質的に存圚せず、か
぀オヌステナむトは以䞋であるシヌト材。 (2) 窒化前のステンレス鋌はクロムが玄10重量
乃至玄30重量シリコンが玄0.3重量乃至玄
重量チタンが玄0.5重量乃至2.25重量
であり、玄0.35重量乃至玄2.1重量は残り
の窒玠および炭玠ず完党に反応可胜な量より倚
くその他炭玠、燐、硫黄、ニツケル、アルミニ
りム、モリブデンおよび鉄を含有する䞊蚘第(1)
項蚘茉のシヌト材。 (3) 窒化前のプラむトステンレス鋌はクロムが
箄10重量乃至玄30重量、シリコンが玄0.4
重量乃至玄0.7重量、チタンが残留する窒
玠および炭玠ず完党に反応可胜な量より倚い玄
0.25重量乃至玄0.6重量、その他炭玠、マ
ンガン、燐、硫黄、ニツケル、アルミニりム、
モリブデンおよび鉄を含有し、最倧玄0.175重
量の窒化チタンが埮现に分散されおいる䞊蚘
第(1)項蚘茉のシヌト材。 (4) 過剰チタンが窒玠ず完党に反応し内郚に埮现
に分散されおいる䞊蚘第(2)項蚘茉のシヌト材。 (5) クロムが少なくずも10重量、シリコンが玄
重量含有されおいる䞊蚘第(2)項蚘茉のシヌ
ト材。 (6) クロムが最倧玄20.5重量含有されおいる䞊
蚘第(5)項蚘茉のシヌト材。 (7) 過剰チタンが最倧玄0.6重量である䞊蚘第
(2)項蚘茉のシヌト材。 (8) 過剰チタンが最倧玄重量である䞊蚘第(2)
項蚘茉のシヌト材。 (9) シリコンが玄0.4重量乃至玄0.7重量含有
されおいる䞊蚘第(2)項蚘茉のシヌト材。 (10) 窒化前クロムが玄10重量乃至玄30重量、
シリコンが玄0.4重量乃至玄0.5重量、チタ
ンが玄0.5重量乃至玄2.25重量の実質的に
完党に内郚窒化されたプラむトステンレス鋌
の鋳型補品であ぀お、前蚘チタンの少なくずも
箄0.25重量は残留する窒玠および炭玠ず完党
に反応するに必芁な量より倚く、その他炭玠、
燐、硫黄、ニツケル、アルミニりム、モリブデ
ンおよび鉄が含有され、前蚘過剰チタンは982
℃のたるみテストによる型匏316のオヌステナ
むトステンレス鋌より高枩でのクリヌプ匷床が
優れるよう奜適な深さにおけるたで窒玠ず反応
され、前蚘補品は玄重量以䞋のオヌステナ
むトを有し、窒化クロムおよび酞化クロムが実
質的に存圚しない鋳型補品。 (11) チタン、ゞルコニりム、ハフニりム、ニオ
ブ、バナゞりム、タンタル、および皀土類金属
元玠の矀から遞択された窒化可胜な元玠を含む
冷間圧延され実質的に完党なプラむト非硬化
型匏××のステンレス鋌を䞎える工皋ず、前
蚘窒化可胜な元玠は前蚘鋌内の残留する窒玠お
よび炭玠ず完党に反応するに必芁な量より倚く
存圚し、シヌト材を䟋えばチタンに぀いおΟ
〔   〕1/2ここに
Οは内郚窒化の深 さ、N (s)は凊理面䞊の窒玠のモル分率、Nは
深さ乃至Ο内の窒玠の拡散係数、は時間、
Ti (o)は鋌内のチタンの頭初のモル分率、は
぀結晶が析出した時の窒玠原子ずチタン原子ずの
比に埓぀お窒玠・氎玠ガス雰囲気内で少なくずも
箄800℃で窒化する工皋ずを包有しお成り、前蚘
窒化工皋が前蚘過剰の窒化可胜な元玠の重量の少
なくずも75が埮芖的にも均等ずなるよう分散さ
れるに十分の時間実行されおなる、982℃のたる
みテストによる型匏316のオヌステナむトステン
レス鋌より高枩でのクリヌプ匷床が優れ、䞔぀宀
枩での二次成圢適性が良奜な実質的に完党に内郚
窒化されたプラむトステンレス鋌のシヌト材を
補造する方法。 (12) 窒化が玄900℃乃至玄950℃内で行なわれる䞊
蚘第(11)項蚘茉の方法。 (13) 窒化前の鋌はクロム玄10重量乃至玄30重
量、シリコンが玄0.3重量乃至玄重量
、チタンが玄0.5重量乃至玄2.25重量含
有され前蚘チタンの玄0.35重量乃至玄2.1重
量が残留する窒玠および炭玠ず完党に反応可
胜な量より倚く、その他炭玠、窒玠、燐、硫
黄、ニツケル、アルミニりム、モリブデンおよ
び鉄を含有する䞊蚘第(11)項蚘茉の方法。 (14) 窒化前の鋌はクロムを玄10重量乃至玄30
重量、シリコンを玄0.4重量乃至玄0.7重量
、チタンを残留する窒玠および炭玠ず完党に
反応可胜な量より倚い玄0.25重量乃至玄0.6
重量含有し、その他炭玠、窒玠、マンガン、
燐、硫黄、ニツケル、アルミニりム、モリブデ
ン、および鉄を含有する䞊蚘第(11)項蚘茉の方
法。
【図面の簡単な説明】
第図は本発明により窒化され䞔぀成分元玠の
量を加枛された厚さが玄0.025cm0.010むンチ
の型匏409のステンレス鋌の窒化枩床に察する玄
538℃1000〓における降䌏匷床及び匕匵匷床
を瀺すグラフ、第図は同䞀ステンレス鋌の窒化
枩床に察する匕匵延性即ち玄538℃1000〓に
おける䌞長率を瀺すグラフ、第図は本発
明により窒化匷化され䞔぀成分元玠の量を加枛さ
れた厚さが玄0.025cm0.010むンチの型匏409
のステンレス鋌の窒化枩床に察する760℃1400
〓で×玄70.307Kgcm3600psiの荷重を印
加した時にクリヌプが生じるたでの時間を瀺
すグラフ、第図は本発明により窒化され䞔぀成
分元玠の量を加枛された型匏409のステンレス鋌
のラヌ゜ン・ミラヌ砎壊指数Larson−Miller
master rupture parameterに察するクリ
ヌプを生じる応力の察数倀ず、アメリカ合衆囜鉄
鋌孊䌚の型匏409のステンレス鋌のラヌ゜ン・ミ
ラヌの䞻クリヌプ砎断パラメヌタに察するク
リヌプを生じる応力の察数倀ずを比范衚瀺したグ
ラフ、第図は本発明により成分元玠の量を加枛
された厚さが玄0.025cm0.010むンチの型匏
409のステンレス鋌の窒化枩床に察する最小窒化
時間を瀺すグラフ、第図は有効チタン含有量
ず察する760℃1400〓の枩床で100時間
経過時にクリヌプを生じるための応力を瀺す
グラフ、第図は本発明により成分元玠の量が加
枛され䞔぀内郚窒化されたプラむトステンレス
鋌の断面の拡倧写真、第図は第図に瀺したフ
゚ラむトステンレス鋌を本発明により脱窒化した
埌の断面の拡倧写真である。

Claims (1)

  1. 【特蚱請求の範囲】  宀枩及び538℃1000〓での匕匵降䌏匷床
    がチタン及び炭玠の添加ず内郚窒化ずのなされお
    いないプラむトステンレス鋌に比し高められ䞔
    ぀760℃1400〓でクリヌプを発生するた
    での時間がチタン及び炭玠の添加ず内郚窒化ずの
    なされおいないプラむトステンレス鋌に比し改
    善され、高枩での耐酞化特性がチタン及び炭玠の
    添加ず内郚窒化ずのなされおいないプラむトス
    テンレス鋌に比し劣化されおいない内郚窒化プ
    ラむトステンレス鋌の補造方法においお (a) 816℃乃至982℃1500〓乃至1800〓の範囲
    の枩床の非酞化性雰囲気で窒玠原子を、プラ
    むトステンレス鋌に含有される実質的に党おの
    チタンず反応せしめるに十分量の窒玠がプラ
    むトステンレス鋌の内郚を飜和せしめるに十分
    の期間にわたり、プラむトステンレス鋌の衚
    面に䟛絊しプラむトステンレス鋌を内郚窒化
    する工皋ず (b) 内郚窒化プラむトステンレス鋌を、非酞化
    性雰囲気䞭で982℃1800〓以䞊の枩床た
    で、内郚窒化䞭に生じた実質的に党おの窒化ク
    ロムを分解するに十分の期間にわたり、加熱す
    る工皋ず (c) 前蚘加熱された内郚窒化プラむトステンレ
    ス鋌を宀枩たで冷华する工皋ず を包有しおなるこずを特城ずする内郚窒化プラ
    むトステンレス鋌の補造方法。  内郚窒化が829℃乃至954℃1525〓乃至1750
    〓の範囲で実行されおなるこずを特城ずする特
    蚱請求の範囲第項蚘茉の内郚窒化プラむトス
    テンレス鋌の補造方法。  窒玠原子がアンモニアガスにより䞎えられお
    なるこずを特城ずする特蚱請求の範囲第項蚘茉
    の内郚窒化プラむトステンレス鋌の補造方法。  プラむトステンレス鋌が10重量乃至30重
    量のククロムず、0.5重量乃至2.25重量の
    チタンず、0.03重量以䞋の炭玠ず、窒玠・硫
    黄・燐・マンガン・ニツケル・アルミニりム・
    銅・シリコンの䞍玔物ず、残量の鉄ずを含有しお
    なるこずを特城ずする特蚱請求の範囲第項蚘茉
    の内郚窒化プラむトステンレス鋌の補造方法。  内郚窒化が時間以内で完了する最倧0.08cm
    0.032むンチの厚さのプラむトステンレス鋌
    を内郚窒化しおなるこずを特城ずする特蚱請求の
    範囲第項蚘茉の内郚窒化プラむトステンレス
    鋌の補造方法。  宀枩及び538℃1000〓での匕匵降䌏匷床
    がチタン及び炭玠の添加ず内郚窒化ずのなされお
    いないプラむトステンレス鋌に比し高められ䞔
    ぀760℃1400〓でクリヌプを発生するた
    での時間がチタン及び炭玠の添加ず内郚窒化ずの
    なされおいないプラむトステンレス鋌に比し改
    善され、高枩での耐酞化特性がチタン及び炭玠の
    添加ず内郚窒化ずのなされおいないおプラむト
    ステンレス鋌に比し劣化されおいない内郚窒化フ
    ゚ラむトステンレス鋌に補造方法においお (a) 816℃乃至982℃1500〓乃至1800〓の範囲
    の枩床の非酞化性雰囲気䞭で窒玠原子をプラ
    むトステンレス鋌の衚面に、プラむトステン
    レス鋌の断面を郚分的に内郚窒化するに十分の
    期間にわたり、䟛絊しプラむトステンレス鋌
    を内郚窒化する工皋ず (b) 郚分内郚窒化プラむトステンレス鋌を、非
    酞化性雰囲気䞭で982℃1800〓未満の枩床
    たで、内郚窒化䞭に生じた実質的に党おの窒化
    クロムを分解し䞔぀前蚘分解により生じた窒玠
    原子ず未反応のチタンずを反応せしめるに十分
    の期間にわたり、加熱する工皋ず を包有しおなるこずを特城ずする内郚窒化プラ
    むトステンレス鋌の補造方法。
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