JPS628506B2

JPS628506B2 -

Info

Publication number: JPS628506B2
Application number: JP13379083A
Authority: JP
Inventors: Tatsumori Yabuki; Takashi Asako
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1983-07-22
Filing date: 1983-07-22
Publication date: 1987-02-23
Also published as: JPS6026646A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、特に重油や高炉ガスなどの高温燃
焼雰囲気において、すぐれた高温圧縮抵抗性、高
温耐酸化性、高温耐食性、および高温耐摩耗性
（以下、これらを総称して高温特性という）を示
すFe−Ni−Cr系耐熱合金に関するものである。一般に、例えば製鉄用の加熱炉や均熱炉、ある
いは熱処理炉などにおいては、熱料として重油や
高炉ガスなどが使用されており、このため、これ
らの炉の構造部材であるスキツド金物やその他の
炉床部材は、1100〜1250℃の高温にして、かつ腐
食性および酸化性のきわめて強いバナジウム酸化
物（Ｖ酸化物）や硫黄酸化物（Ｓ酸化物）などを
含有する高温燃焼雰囲気にさらされることにな
り、しかもこれらの炉の使用条件は日増しに苛酷
さを増している。かかる状況下において、現在、これらの炉の構
造部材の構造には、主としてFe−30％Cr−22％
Niの組成を有するFe基耐熱合金が使用されてい
るが、Fe基耐熱合金は、特に苛酷な条件下での
使用に際して満足する高温特性を示さず、特に、
1100〜1200℃の高温燃焼雰囲気においては高温圧
縮抵抗性が十分でなく、このため、その使用範囲
が限定されるのが現状である。そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、高温特性のすぐれた材料を開発すべく研究を
行なつた結果、重量％で、Ｃ：0.1〜0.6％、 Si：0.1〜２％、 Mn：0.1〜２％、 Cr：15〜33％、 Ni：５〜30％、 Co：１〜10％、 Hf：0.001〜0.45％、を含有し、さらに必要に応じて、Ｗ：0.1〜６％、 Mo：0.1〜６％、 Ti：0.1〜３％、 Nb：0.1〜３％、 Ta：0.1〜３％、のうちの１種または２種以上を含有し、残りが
Feと不可避不純物からなる組成を有するFe−Ni
−Cr系合金は、特に1100〜1200℃の高温にし
て、かつ腐食性および酸化性のきわめて強いＶ酸
化物やＳ酸化物などを含有する高温燃焼雰囲気に
おいて、すぐれた高温特性は、すなわち高温圧縮
抵抗性、高温耐酸化性、高温耐食性、および高温
耐摩耗性を示すという知見を得たのである。この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、以下に成分組成範囲を上記の通りに
限定した理由を説明する。 (a) ＣＣ成分には、素地に固溶して強度（圧縮抵抗
性）を向上させ、かつ合金成分であるCr、
Ｗ、Hf、さらにMo、Ti、Nb、およびTaなど
と結合してM₇C₃、MC、およびM₂₃C₆型などの
炭化物を形成して硬さ（耐摩耗性）を向上させ
ると共に、溶接性および鋳造性を向上させる作
用があるが、その含有量が0.1％未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方0.6％を越
えて含有させると、前記炭化物の析出が多くな
るばかりでなく、その粒径も粗大化して靭性を
低下させ、さらに素地の融点を下げて耐熱性低
下の原因となることから、その含有量を0.1〜
0.6％と定めた。 (b) Si Si成分には、Crと共に高温燃焼雰囲気での
高温耐食性および高温耐酸化性を向上させる作
用があるほか、脱酸作用、並びに溶湯の流動性
を改善して鋳造性を向上させる作用があり、さ
らに高温圧縮抵抗性（高温強度）を向上させる
作用があるが、その含有量が0.1％未満では前
記作用に所望の効果が得られず、一方３％を越
えて含有させると、Crとの関連において靭性
および溶接性が低下するようになることから、
その含有量を0.1〜３％と定めた。なお、Si成分には、上記のように脱酸作用が
あるので、これを脱酸剤として使用した場合な
どには、不可避不純物として0.1％未満の範囲
で含有する場合があるが、この場合には、不可
避不純物含有量を含め、全体含有量が0.1％以
上になるようにすればよい。 (c) Mn Mn成分には、素地に固溶してオーステナイ
トを安定化させるほか、脱酸作用があり、さら
に耐熱衝撃性および高温耐摩耗性（高温硬さ）
を向上させる作用があるが、その含有量が0.1
％未満では前記作用に所望の効果が得られず、
一方2.0％を越えて含有させると、高温耐食性
および高温耐酸化性に劣化傾向が現われるよう
になることから、その含有量を0.1〜2.0％と定
めた。また、Mn成分にも、上記のように脱配作用
のほか、脱流作用があるので、これを脱酸脱硫
剤として使用した場合などには、Si成分と同様
に不可避不純物として0.1％未満の範囲で含有
する場合があるが、この場合も不可避不純物含
有量を含め、全体含有量が0.1％以上になるよ
うに成分調整すればよい。 (d) Cr Cr成分には、その一部が素地に固溶し、特
に燃焼雰囲気での高温耐食性および高温耐酸化
性を向上させると共に、残りの部分が炭化物を
形成して硬さを向上させ、もつて高温耐摩耗性
を向上させる作用があるが、その含有量が15％
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方33％を越えて含有させると靭性が低下するよ
うになることから、その含有量を15〜33％と定
めた。 (e) Ni Ni成分には、オーステナイト地を安定にし
て靭性を高めるほか、Crと共に燃焼雰囲気中
での高温耐食性および高温耐酸化性を向上させ
る作用があるが、その含有量が５％以下では前
記作用に所望の効果が得られず、一方30％を越
えて含有させてもより一層の改善効果は現われ
ないことから、その含有量を５〜30％と定め
た。 (f) Co Co成分には、素地に固溶して耐熱衝撃性を
一段と向上させ、かつ高温硬さ（高温耐摩耗
性）を改善する作用があるが、その含有量が１
％未満では前記作用に所望の効果を得ることが
できず、一方10％を越えて含有させてもより一
層の向上効果は現われず、経済性を考慮して、
その含有量を１〜10％と定めた。 (g) Hf Hf成分には、主としてFe、Ni、およびCr成
分にて形成されたオーステナイト素地に固溶し
て高温強度（高温圧縮抵抗性）および高温耐酸
化性を向上させるほか、Ｃと結合してMC型炭
化物を形成し、高温硬さ（高温耐摩耗性）を向
上させる作用があるが、その含有量が0.001％
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方0.45％を越えて含有させてもより一層の向上
効果が現われないばかりでなく、大気溶解に際
して含有歩留が低下して経済的でないことか
ら、その含有量を0.001〜0.45％と定めた。 (h) Ｗ、Mo Ｗ、Mo成分には、素地に固溶して、これを
強化し、かつ炭化物を形成して高温強度（高温
圧縮抵抗性）および高温硬さ（高温耐摩耗性）
を向上させる作用があるが、その含有量が0.1
％未満では前記作用に所望の効果が得られず、
一方６％を越えて含有させると、靭性が低下す
るようになることから、その含有量をそれぞれ
Ｗ：0.1〜６％、Mo：0.1〜６％と定めた。 (i) Ti、Nb、およびTa これらの成分には、素地の結晶粒の成長を著
しく抑制し、むしろ結晶粒を微細化し、かつ
MC型の炭化物および窒化物を形成して、高温
強度（高温圧縮抵抗性）および高温硬さ（高温
耐摩耗性）を一段と向上させる作用があるの
で、これらの特性が要求される場合に必要に応
じて含有されるが、その含有量が、それぞれ
0.1％未満では前記作用に所望の向上効果が得
られず、一方、それぞれ３％を越えて含有させ
ると、高温における炭化物形成が促進されて靭
性が低下するようになるばかりでなく、燃焼雰
囲気での酸化物の生成も顕著となつて高温耐食
性および高温耐酸化性が劣化するようになるこ
とから、その含有量を、それぞれTi：0.1〜３
％、Nb：0.1〜３％、およびTa：0.1〜３％と
定めた。なお、不可避不純物として、Zrを含有する場
合があるが、その含有率が0.3％を越えると、
靭性、鋳造性、および溶接性に悪影響を及ぼす
ようになるので、Zrの含有量は0.3％を越えて
はならない。つぎに、この発明のFe−Ni−Cr系耐熱合金を
実施例により具体的に説明する。実施例通常の高周波溶解炉を用い、それぞれ第１表に
示される通りの成分組成をもつた溶湯を大気中に
て溶解し、ついで砂型に鋳造することによつて、
本発明耐熱合金１〜28および比較耐熱合金１〜
９、さらに従来耐熱合金の各種試験片をそれぞれ
製造し、高温圧縮抵抗性を評価する目的で高温引
張試験と高温圧縮クリープを行ない、また燃焼雰
囲気での高温耐食性と高温耐酸化性を評価する目
的で耐バナジウムアタツク試験と耐酸化試験を行
ない、さらに高温耐摩耗性を評価する目的で1000
℃におけるビツカース硬さを測定した。なお、高温引張試験では1000℃における引張強
さ、0.2％耐力、および伸びを測定した。高温圧縮クリープ試験は、拘束溶接熱サイクル
再現装置を用いて行ない、1200℃における圧縮変
形抵抗を圧縮変形量が0.05％／hrの時点の応力値
で求めた。また、耐バナジウムアタツク試験は、学振法に
基づき、腐食灰（85％V₂O₅＋15％Na₂SO₄）を試
験片に20mg／cm²の割合で塗布し、800℃に加熱し
た竪型の電気炉中に20時間加熱保持の条件で行な
い、試験後の腐食減量を測定した。さらに耐酸化試験は、試験片を1200℃に加熱し
た竪型の電気炉中で200時間連続加熱の条件で行
ない、試験後の酸化減量を測定した。これらの測
定結果を第２表に示した。第２表に示される結果から、本発明耐熱合金１
〜28は、いずれも上記の従来Fe基耐熱合金に相

【表】

【表】当する組成を有する従来耐熱合金に比して、一段
とすぐれた高温強度（高温圧縮抵抗性）、高温硬
さ（高温耐摩耗性）、高温耐食性、および高温耐
酸化性をもつことが明らかである。これに対し
て、比較耐熱合金１〜９に見られるように、構成
成分のうちのいずれかの成分含有量（第１表に※
印を付したもの）がこの発明の範囲から外れる
と、上記の特性のうち少なくともいずれかの特性
が劣つたものになることがわかる。上述のように、この発明のFe−Ni−Cr系耐熱
合金は、すぐれた高温圧縮抵抗性、高温耐食性、
高温耐酸化性、および高温耐摩耗性を有し、特に
高温の腐食性および酸化性のきわめて強い酸化物
に対して、すぐれた高温耐食性を示すので、特に
燃料として重油や高炉ガスなどを使用する製鉄用
の加燃炉や均熱炉、さらには熱処理炉などの構造
部材、例えばスキツド金物やその他の炉床部材な
どとして用いた場合に著しく長期の使用寿命を示
すなど工業上有用な特性を有するのである。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.1〜0.6％、 Si：0.1〜３％、 Mn：0.1〜２％、 Cr：15〜33％、 Ni：５〜30％、 Co：１〜10％、 Hf：0.001〜0.45％、を含有し、残りがFeと不可避不純物からなる組
成（以上重量％）を有することを特徴とする高温
燃焼雰囲気においてすぐれた高温圧縮抵抗性、高
温耐酸化性、高温耐食性、および高温耐摩耗性を
示すFe−Ni−Cr系耐熱合金。２Ｃ：0.1〜0.6％、 Si：0.1〜３％、 Mn：0.1〜２％、 Cr：15〜33％、 Ni：５〜30％、 Co：１〜10％、 Hf：0.001〜0.45％、を含有し、さらに、Ｗ：0.1〜６％、 Mo：0.1〜６％、のうちの１種または２種を含有し、残りがFeと
不可避不純物からなる組成（以上重量％）を有す
ることを特徴とする高温燃焼雰囲気においてすぐ
れた高温圧縮抵抗性、高温耐酸化性、高温耐食
性、および高温耐摩耗性を示すFe−Ni−Cr系耐
熱合金。３Ｃ：0.1〜0.6％、 Si：0.1〜３％、 Mn：0.1〜２％、 Cr：15〜33％、 Ni：５〜30％、 Co：１〜10％、 Hf：0.001〜0.45％、を含有し、さらに、 Ti：0.1〜３％、 Nb：0.1〜３％、 Ta：0.1〜３％、のうちの１種または２種以上を含有し、残りが
Feと不可避不純物からなる組成（以上重量％）
を有することを特徴とする高温燃焼雰囲気におい
てすぐれた高温圧縮抵抗性、高温耐酸化性、高温
耐食性、および高温耐摩耗性を示すFe−Ni−Cr
系耐熱合金。４Ｃ：0.1〜0.6％、 Si：0.1〜３％、 Mn：0.1〜２％、 Cr：15〜33％、 Ni：５〜30％、 Co：１〜10％、 Hf：0.001〜0.45％、を含有し、Ｗ：0.1〜６％、 Mo：0.1〜６％、のうちの１種または２種を含有し、さらに、 Ti：0.1〜３％、 Nb：0.1〜３％、 Ta：0.1〜３％、のうちの１種または２種以上を含有し、残りが
Feと不可避不純物からなる組成（以上重量％）
を有することを特徴とする高温燃焼雰囲気におい
てすぐれた高温圧縮抵抗性、高温耐酸化性、高温
耐食性、および高温耐摩耗性を示すFe−Ni−Cr
系耐熱合金。