JPS6344814B2

JPS6344814B2 -

Info

Publication number: JPS6344814B2
Application number: JP55006895A
Authority: JP
Inventors: Jiro Ichikawa; Masakuni Fujikura
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1980-01-25
Filing date: 1980-01-25
Publication date: 1988-09-07
Also published as: JPS56105458A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、炉床レール、炉床ローラー、ラジア
ントチユーブなどのごとく1000℃以上の高温下で
使用される耐溶接割れ特性の優れた炉床部材に関
するものである。鋼塊加熱炉の炉床レール、炉床ロールなどは、
1000℃以上の温度で曝され、しかも数トン〜数十
トンの赤熱した鋼塊が搬送・搬入・移送されるた
め、これらの材料としては1000℃以上の高温下で
充分な強度と耐酸化性を備えている必要がある。
現在、この種の用途にはUMCo50（30Cr−50Co−
Fe）、20Co系（29Cr−20Ni−20Co−5W−2Nb−
Fe）などのCoを多量に含む耐熱鋳造合金が用い
られているが、炉床部材などのごとく苛酷な条件
で使用される場合には上記の鋳造合金においても
まだ充分とはいえず、より高性能な炉床部材用の
耐熱鋳造合金の開発が要望されている。そこで本発明者等は、UMCo50または20Co系
耐熱鋳造合金にくらべてさらにすぐれた高温特性
を保有し、溶接時にミクロ割れを生じがたいすぐ
れた耐溶接割れ特性を持ち、しかも安価な炉床部
材を開発することを目的として各種成分元素の影
響を詳細に調査した結果、以下に示す成分組成の
鋳造合金は1000℃以上の高温領域において優れた
強度および耐酸化性を保有し、かつ耐溶接割れ特
性にも優れており、炉床部材用としてきわめて好
適であることを確認した。すなわち、本発明に係る耐溶接割れ特性の優れ
た炉床部材は、 (1) 重量％で、（Ｃ＋Ｎ）：0.20超過〜1.50％、
Si：2.50％以下、Mn：2.50％以下、Ni：15.0〜
60.0％、Cr：15.0〜40.0％、Ｗ：3.0〜10.0％、
Ti：0.02〜3.0％、Zr：0.008〜2.0％を含有し、
残余が実質的にFeからなる耐溶接割れ特性の
優れた炉床部材。 (2) 第１発明組成にたいしてさらにCo：2.0％以
下、Mo：5.0％以下、Nb：3.0％以下、Ta：
3.0％以下のうちから選んだ１種または２種以
上の元素を含有し、残余が実質的にFeからな
る耐溶接割れ特性の優れた炉床部材。 (3) 第１発明組成にたいしてさらにREM：2.0％
以下、Ca：0.02％以下、Al：4.0％以下のうち
から選んだ１種または２種以上の元素を含有
し、残余が実質的にFeからなる耐溶接割れ特
性の優れた炉床部材。 (4) 第１発明組成にたいしてさらにＢ：0.0001〜
0.05％を含有し、残余が実質的にFeからなる耐
溶接割れ特性の優れた炉床部材。であることを特徴としているものである。本発明に係る耐溶接割れ特性の優れた炉床部材
は、比較的安価な元素を組合わせて最良の高温特
性および耐溶接割れ特性が得られるように合金設
計して得られたものであり、UMCo50または
20Co系合金にくらべて高温強度、耐酸化性、ク
リープ強度ともに優れており、かつ耐溶接割れ特
性にも優れているため、炉床レール、炉床ローラ
ー、ラジアントチユーブなどの炉床部材としてき
わめて好適なものである。次に、本発明に係る耐溶接割れ特性の優れた炉
床部材の成分組成範囲（重量％）の限定理由を以
下に述べる。（Ｃ＋Ｎ）：0.20超過〜1.50％ＣとＮはともに基地中に固溶するとともにCr、
Ｗ、Ti、Zrと結合して微細な炭化物および／ま
たは窒化物を形成し、高温強度を向上させるのに
きわめて有効な元素であり、両元素の総和で0.20
％超過含有させる必要がある。この場合、Ｎは含
有されていなくても良好な高温特性を確保するこ
とができるが、高温引張強さが特に要求される場
合にはＮを積極的に含有させることが好ましい。以上のごとくＣとＮは有効な元素であるが、多
量に含有させると靫性、溶接性等が低下するため
1.50％以下に限定した。 Si：2.50％以下溶解時の脱酸元素として必要であるほか、耐酸
化性、耐浸炭性の向上に有効な元素であり、積極
的に含有させることが好ましいが、多量に含有さ
せるとσ相が生成された高温強度が低下するため
2.50％以下に限定した。 Mn：2.50％以下溶解時の脱酸、脱硫精錬剤として有効な元素で
あるが、多量に含有させると耐酸化性が劣化する
ため2.50％以下に限定した。 Ni：15.0〜60.0％ Niはオーステナイトを安定化し、耐熱性、耐
浸炭性および高温強度を向上させるために有効な
元素であり、少なくとも15.0％以上含有させる必
要がある。Ni量が多いほどオーステナイトは安
定化するため多量に含有するとよいが、他の成分
とのバランス上15.0〜60.0％の範囲に限定した。 Cr：15.0〜40.0％ Crは高温における耐酸化性を向上させるため
に最も有効な元素であり、少なくとも15.0％以上
含有させる必要がある。ただし、多量に含有する
とδ相が生成され、靫性が低下するため15.0〜
40.0％の範囲に限定した。Ｗ：3.0〜10.0％Ｗは基地に固溶するとともにＣと結合してＷ―
Ｃ系炭化物を生成し高温強度を著しく改善する効
果がある。この効果は3.0％以上の添加でより確
実に認められ、その量が多いほど向上するが、一
方において靫性が低下するため好適な範囲は3.0
〜10.0％である。 Ti：0.02〜3.0％ TiもＷと同様に基地への固溶およびＣと結合
してＴ―Ｃ系炭化物を生成し、高温強度を著しく
改善する効果がある。この場合理論的には究明さ
れていないが、Ｗとの相乗効果が強く高温強度が
著しく改善されることを実験的に確認した。この
効果は少量の含有で認められ、その量が多いほど
向上するが、一方において靫性が低下するため好
適な範囲は0.02〜3.0％である。 Zr：0.008〜2.0％ Zrは高温における耐酸化性および強度の向上
に有効であるばかりでなく、溶接時におけるミク
ロ割れの発生を阻止して耐溶接割れ特性の向上に
きわめて有効であり、少なくとも0.008％以上含
有させる必要がある。ただし多量に含有させても
その効果は少なく、逆に耐酸化性が劣化しはじめ
るので2.0％以下に限定した。上記の成分組成により1000℃以上の高温領域に
おいて優れた強度および耐酸化性と耐溶接割れ特
性を確保できるが、さらに以下の元素を含有させ
ると高温特性がより一層向上する。 Co：2.0％以下、Mo：5.0％以下、Nb：3.0％以
下、Ta：3.0％以下のうちから選んだ１種または
２種以上これらの元素はいずれも基地中に固溶して基地
を強化するとともに、一部は炭化物となつて析出
するため高温強度の向上に有効である。しかし多量に含有させてもその効果は少なく、
むしろ靫性が低下するため好適な範囲はそれぞれ
Coにあつては2.0％以下、Moにあつては5.0％以
下、Nbにあつては3.0％以下、Taにあつては3.0
％以下である。 REM：2.0％以下、Ca：0.02％以下、Al：4.0％
以下のうちから選んだ１種または２種以上これらの元素はいずれも酸素との親和力が極め
て大きく耐酸化性の向上に有効な元素である。し
かし多量に含有させてもその効果は少なく、むし
ろ靫性が低下するため好適な範囲はそれぞれ
REM（希土類元素のうちの１種または２種以上）
にあつては2.0％以下、Caにあつては0.02％以下、
Alにあつては4.0％以下である。Ｂ：0.0001〜0.05％微量の含有で高温におけるクリープ強度を向上
させるために有効な元素であるが、多量に含有さ
せると硼化物を形成して靫性を劣化させるため、
その好適な範囲は0.0001〜0.05％である。次に本発明に係る耐溶接割れ特性の優れた炉床
部材の特徴を実施例により詳細に説明する。実施例１第１表に示すごとき成分組成の本発明炉床部材
用合金および比較の炉床部材用合金として従来か
ら用いられているUMCo50合金と20Co系合金を
溶製し、JIS―G5121に基づくＡ号舟型試験片を
採取して各種特性値を調べた。

【表】

【表】クリープ特性第１表の成分組成を有する舟型試験片からクリ
ープ試験片を採取し、炉床部材用としてのクリー
プ特性評価試験に供した。第１図に結果の一例と
して温度：1100℃、負荷応力：２Kg／mm²の条件下
における破断までの寿命時間を示した。同図にみられるごとく比較例のUMCo50から
なるもの（供試材No.６）ではほぼ５時間で破断
し、また20Co系からなるもの（供試材No.７）で
は80時間で破断したのにたいして本発明例による
ものではいずれも90時間以上の破断寿命を示して
いる。以上のごとく本発明例によるものでは1000℃以
上の高温下におけるクリープ特性がきわめて優れ
ていることを確認した。高温引張特性第１表の成分組成を有する舟型試験片から高温
引張試験片を採取し、炉床部材としての高温引張
特性評価試験に供した。第２図に結果の一例とし
て1100℃の高温下における引張特性を示した。同
図にみられるごとく比較例のUMCo50からなる
もの（供試材No.６）では引張強さ：5.5Kg／mm²、
伸び：3.5％程度の特性を示しているのにたいし
て本発明例によるものでは比較例の20Co系合金
からなるもの（供試材No.７）と同程度もしくはそ
れ以上の強度特性を示している。以上のごとく本発明例によるものでは1000℃以
上の高温下における強度特性がきわめて優れてい
ることを確認した。高温耐酸化特性第１表の成分組成を有する舟型試験片から耐酸
化性試験片を採取し、炉床部材用としての耐酸化
性評価試験に供した。第３図に結果の一例として
1200℃の高温中に100時間曝露した場合の酸化増
量を示した。同図にみられるごとく、比較的良好
な高温強度およびクリープ特性を示した比較例の
20Co系合金からなるもの（供試材No.７）は酸化
増量が著しく大であり、耐酸化性の面では問題が
あることを示している。これにたいして本発明例
によるものではいずれもUMCo50合金からなる
ものと同程度もしくはそれ以下の酸化増量を示し
ている。すなわち本発明例によるものでは1000℃
以上の高温下における強度特性および耐酸化性と
もに優れており、炉床部材用としてバランスのと
れたものであることを確認した。耐溶接割れ特性炉床部材用としては加熱炉本体または冷却パイ
プとの接続が必要となるため材料自体の溶接性、
とくに溶接時にミクロ割れが生じがたい耐溶接割
れ特性をも具備すべき特性の一つである。そこで
第１表の成分組成を有する舟型試験片から耐溶接
割れ特性試験片を採取し、第４図に示すような要
領で炭素鋼と突き合わせ溶接を行なつた。その後
第４図にＡ―A′面で切断し、同面を研摩後Ｂ部
のミクロ割れを観察した。第２表に溶接条件およ
び溶接部のミクロ割れ数を示した。

【表】

【表】同表にみられるように比較例のUMCo50合金
からなるものおよび20Co系合金からなるもので
はともに溶接部にミクロ割れが発生したのにたい
して本発明例によるものではいずれも溶接割れは
全く発生せず、比較例にくらべて良好な耐溶接割
れ特性を示すことを確認した。実施例２第３表に示す成分組成を有する0.2C−25Ni−
28Cr−6W−1.5Ti−0.09Zr系と0.4C−30Ni−
34Cr−5W−0.3Ti−0.03Zr系の本発明炉床部材用
合金を溶製し、JIS―G5121に基づくＡ号舟型試
験片を採取して実施例１と同様な方法で各種特性
値を調査した。

【表】その結果を第４表にまとめて示した。

【表】同表にみられるごとく第二発明例は第一発明例
にくらべて高温強度が高く、また第三発明例は酸
化増量が少なく、また第４発明例はクリープ破断
寿命が長いことが明瞭に認められる。以上のごと
く第２〜第４発明例は第１発明例よりもさらに優
れた高温特性を保有することを確認した。また第
１〜第４発明例ともに炭素鋼との突合わせ溶接に
おいても割れの発生はまつたく確認できなかつ
た。以上説明してきたように、本発明に係る炉床部
材は、1000℃以上の高温下における高温強度が、
従来から用いられている20Co系合金からなる炉
床部材と同等もしくはそれ以上であり、また耐酸
化性はUMCo50からなる炉床部材と同等もしく
はそれ以上であり、しかも溶接割れが発生しにく
いという特徴があり、炉床部材としてはきわめて
バランスのよいものである。さらに高価なCoが
多量に含有されていないためコスト的にも安価で
あり、炉床部材としての最近の要望にたいして十
分に対応できるという優れた効果をもたらしうる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明例と比較例のクリープ破断寿命
時間を示す図、第２図は同様に高温引つ張り強さ
を示す図、第３図は同様に酸化増量を示す図、第
４図は突合わせ溶接要領を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、（Ｃ＋Ｎ）：0.20超過〜1.50％、
Si：2.50％以下、Mn：2.50％以下、Ni：15.0〜
60.0％、Cr：15.0〜40.0％、Ｗ：3.0〜10.0％、
Ti：0.02〜3.0％、Zr：0.008〜2.0％を含有し、残
余が実質的にFeからなる耐溶接割れ特性の優れ
た炉床部材。２重量％で、（Ｃ＋Ｎ）：0.20超過〜1.50％、
Si：2.50％以下、Mn：2.50％以下、Ni：15.0〜
60.0％、Cr：15.0〜40.0％、Ｗ：3.0〜10.0％、
Ti：0.02〜3.0％、Zr：0.008〜2.0％、およびCo：
2.0％以下、Mo：5.0％以下、Nb：3.0％以下、
Ta：3.0％以下のうちから選んだ１種または２種
以上を含有し、残余が実質的にFeからなる耐溶
接割れ特性の優れた炉床部材。３重量％で、（Ｃ＋Ｎ）：0.20超過〜1.50％、
Si：2.50％以下、Mn：2.50％以下、Ni：15.0〜
60.0％、Cr：15.0〜40.0％、Ｗ：3.0〜10.0％、
Ti：0.02〜3.0％、Zr：0.008〜2.0％、および
REM：2.0％以下、Ca：0.02％以下、Al：4.0％
以下のうちから選んだ１種または２種以上を含有
し、残余が実質的にFeからなる耐溶接割れ特性
の優れた炉床部材。４重量％で、（Ｃ＋Ｎ）：0.20超過〜1.50％、
Si：2.50％以下、Mn：2.50％以下、Ni：15.0〜
60.0％、Cr：15.0〜40.0％、Ｗ：3.0〜10.0％、
Ti：0.02〜3.0％、Zr：0.008〜2.0％、Ｂ：0.0001
〜0.05％を含有し、残余が実質的にFeからなる耐
溶接割れ特性の優れた炉床部材。