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JP2000192205A - 耐酸化性に優れた耐熱合金 - Google Patents

耐酸化性に優れた耐熱合金

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Publication number
JP2000192205A
JP2000192205A JP10364854A JP36485498A JP2000192205A JP 2000192205 A JP2000192205 A JP 2000192205A JP 10364854 A JP10364854 A JP 10364854A JP 36485498 A JP36485498 A JP 36485498A JP 2000192205 A JP2000192205 A JP 2000192205A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
less
oxidation resistance
resistant alloy
alloy
heat
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10364854A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigenori Ueda
茂紀 植田
Toshiharu Noda
俊治 野田
Michio Okabe
道生 岡部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Daido Steel Co Ltd filed Critical Daido Steel Co Ltd
Priority to JP10364854A priority Critical patent/JP2000192205A/ja
Publication of JP2000192205A publication Critical patent/JP2000192205A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、安価に製造することができ、か
つ高温への加熱と冷却を繰り返しても酸化量が少ない耐
酸化性の優れた耐熱合金を提供することを課題としてい
る。 【解決手段】 重量%で、C:0.03〜0.10%、
Si:3.0%以下、Mn:1.5%以下、Ni:20
〜35%、Cr:12〜25%、Cu0.8〜5.0
%、Ti:0.1〜0.5未満%およびAl:0.1〜
0.5未満%を含有し、残部実質的にFeからなる合金
組成のものとすることである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車排気ガス浄
化装置などの高温への加熱と冷却を繰り返す各種耐熱部
品に適した耐酸化性に優れた耐熱合金に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車排気ガス浄化装置、加熱炉
用部材などの加熱と冷却を繰り返す各種耐熱部品には、
JIS NCF800(C:0.10%以下、Si:
1.00以下、Mn:2.50%以下、P:0.030
以下、S:0.015%以下、Ni:30.00〜3
5.00%、Cr:19.00〜23.00%、Cu:
0.75%以下、Al:0.15〜0.60%、Ti:
0.15〜0.60%を含み、残部実質的にFe)が広
く使用されている。
【0003】また、さらに高温での耐酸化性が求められ
る場合には、JIS NCF601(C:0.10%以
下、Si:0.50%以下、Mn:1.00%以下、
P:0.030%以下、S:0.015%以下、Ni:
58.00〜63.00%、Cr:21.00〜25.
00%、Cu:1.00%以下、Al:1.00〜1.
70%、残部実質的にFe)などの鉄基超合金が用いら
れている。しかし、このJIS NCF601の耐熱合
金は、Niを多量に含有しており高価であるという欠点
がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、安価に製造
することができ、かつ高温への加熱と冷却を繰り返して
も酸化減量が少ない耐酸化性の優れた耐熱合金を提供す
ることを課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者達は、安価に製造することができ、かつ高
温で加熱と冷却を繰り返しても酸化減量が少ない耐酸化
性の優れた耐熱合金について種々検討していたところ、
JIS NCF800の耐熱合金およびこれに類似する
耐熱合金に安価なCuを0.8〜5.0%含有させる
と、スケールの剥離を抑制できるため、高温への加熱と
冷却を繰り返しても酸化減量を抑制できるとの知見を得
て本発明をなしたものである。すなわち、本発明の耐酸
化性に優れた耐熱合金においては、C:0.03〜0.
10%、Si:3.0%以下、Mn:1.5%以下、N
i:20〜35%、Cr:15〜25%、Cu0.8〜
5.0%、Ti:0.1〜0.5未満%およびAl:
0.1〜0.5未満%を含有し、残部実質的にFeから
なる合金組成を有するものとすることである。
【0006】また、上記課題を解決するため、本発明の
耐酸化性に優れた耐熱合金においては、上記合金組成
に、Nb:0.1〜0.5%およびTa:0.1〜0.
5%の1種又は2種の群と、Mo:1.5%以下および
W:3.0%以下の1種又は2種の群と、B:0.00
1〜0.010%およびZr:0.001〜0.1%の
1種又は2種の群とCa:0.001〜0.01%およ
びMg:0.001〜0.01%の1種又は2種の群の
うちの1種又は2種以上を含有する成分組成を有するも
のとすることである。
【0007】
【作用】次に、上記本発明の耐酸化性に優れた耐熱合金
の合金組成を上記のように限定している理由を説明す
る。 C:0.03〜0.10% Cは、Cr、Ti、Nb、Ta、Mo、Wと炭化物を形
成し、合金の高温強度を高くするために含有させる元素
であるが、0.03%未満では期待する高温強度が得ら
れず、0.10%を超えると粗大な炭化物が多量に生成
し、強度および靱性を低下するだけでなく基地中のCr
を減少して耐酸化性も劣化するので、その含有量を0.
03〜0.10%とする。 Si:3.0%以下 Siは、溶解精錬時の脱酸剤として含有させるととも
に、耐酸化性を向上するるために含有させる元素である
が、3.0%を超えると熱間加工性を低下するので、そ
の含有量を3.0%以下とする。
【0008】Mn:1.5%以下 Mnは、Siと同様に溶解精錬時の脱酸剤として含有さ
せる元素であるが、多量に含有すると耐酸化性、熱間加
工性および高温強度を低下するので、その含有量を1.
5%以下とする。 Ni:20〜35% Niは、オーステナイト相を安定し、高温クリープ強度
を高くするために含有させる元素であるが、20%未満
ではオーステナイト相が不安定となり、35%を超える
とコストを上昇するので、その含有量を20〜35%と
する。
【0009】Cr:12〜25% Crは、耐酸化性を向上するとともにCr炭化物を形成
して高温強度を高くするために含有させる元素である
が、12%未満では期待する効果が得られず、25%を
超えるとシグマ相の析出を助長して高温強度、靱性およ
び熱間加工性を低下するので、その含有量を12〜25
%とする。 Cu:0.8〜5.0% Cuは、高温下で合金表面に生成する酸化スケールの剥
離を抑制し、特に加熱と冷却を繰り返す環境下での耐酸
化性を改善させるために含有させる元素であるが、0.
8%以下ではその効果が小さく、5.0%を超えると熱
間加工性を低下するので、その含有量を0.8〜5.0
%とする。
【0010】Ti:0.1〜0.5未満% Tiは、炭化物を形成して高温強度を高くするととも
に、550〜700℃の間に長時間保持するとAlとと
もにγ′相を析出して高温強度をより一層高くするの
で、そのために含有させる元素であるが、0.1%未満
では期待する高温強度が得られず、また0.5%以上に
すると熱間加工性が低下するので、その含有量を0.1
〜0.5未満%とする。 Al:0.1〜0.5未満% Alは、溶解精錬時の脱酸剤として含有させるととも
に、耐酸化性を向上し、また550〜700℃の間に長
時間保持すると金属間化合物のγ′(Ni3 Al)相を
析出して高温強度をより一層高くするので、そのために
含有させる元素であるが、0.1%未満では期待する耐
酸化性および高温強度が得られず、また0.5%以上に
なると熱間加工性が低下するので、その含有量を0.1
〜0.5未満%とする。
【0011】Nb、Ta:0.1〜0.5% NbおよびTaは、Tiと同様に炭化物を形成して高温
強度を高くするとともに、550〜700℃の間に長時
間保持するとAlとともに金属間化合物のγ′を形成し
より一層高温強度を高くするので、そのために含有させ
る元素であるが、0.1%未満では期待する耐酸化性お
よび高温強度が得られず、また0.5%以上になると熱
間加工性や耐酸化性が低下するので、その含有量を0.
1〜0.5%とする。 Mo:1.5%以下、W:3.0%以下 MoとWは、一部を炭化物として形成させて高温強度を
高くするとともに、主に基地の固溶硬化による高温強度
を高くするために含有させる元素であるが、多量に含有
させるとコストを上昇するばかりでなく、耐酸化性や熱
間加工性を低下するので、その含有量をMoは1.5%
以下、Wは3.0%以下とする。
【0012】B:0.001〜0.010%、Zr:
0.001〜0.1% BとZrは、粒界に偏析して粒界を強化するために含有
させる元素であるが、0.001%より少ないとその効
果が得られず、Bが0.010%、Zrが0.1%より
多くなると熱間加工性を低下するので、その含有量をB
は0.001〜0.010%、Zrは0.001〜0.
1%とする。 Ca:0.001〜0.01%、Mg:0.001〜
0.01% CaとMgは、安定な硫化物を形成して遊離Sを低減し
て耐酸化性を向上するために含有させる元素であるが、
0.001%より少ないとその効果が得られず、また
0.01%より多いと逆に耐酸化性を低下するばかりで
なく、熱間加工性や高温強度を低下するので、その含有
量をCaは0.001〜0.01%、Mgは0.001
〜0.01%とする。
【0013】不純物について Pは、基地を脆化するとともに延性を低下するので、少
ないほど好ましいが、0.030%以下であれば、合金
に及ぼす影響が少なく、またコストを高くすることがな
いので、0.030%以下、できれば0.025%以下
にするのが好ましい。Sは、高温になると自身が酸化
し、さらにこの酸化物が合金の酸化速度を著しく促進さ
せ、酸化スケールの剥離を助長するるので、できるだけ
低減するのが好ましいが、0.01%以下になれば合金
に及ぼす影響が少なく、またコストの上昇もわずかであ
るので、その含有量を0.01%以下、できれば0.0
01以下にするのが好ましい。
【0014】本発明の耐酸化性に優れた耐熱合金は、N
i及びCrの含有量が同様な公知の合金、例えばJIS
NCF800の合金と同様な製造方法によって製造す
ることができる。また、本発明の耐酸化性に優れた耐熱
合金の用途は、自動車排気ガス浄化装置、加熱炉用部
材、ボイラー用部材、焼却炉用部材、暖房用機器の燃焼
部部材などの高温での加熱と冷却が繰り返される部分の
部品に最適である。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を説明す
る。
【実施例】下記表1の成分組成の各合金を高周波誘導炉
で溶製し、鋳造して50kgのインゴットを得た。この
鋳塊を熱間鍛造および熱間圧延後、試験片を切り出し、
1050℃に1時間加熱した後油冷する熱処理をして酸
化試験用試験片とした。この試験片を用いて1000℃
における繰り返し酸化試験をJIS Z 2282に準
拠して行い、その酸化増量を測定した。その結果を下記
表2に示す。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】これらの結果より、本発明の実施例の酸化
増量は、40.8〜69.6mg/cm2 であるのに対
して、比較例のものは46.4〜79.2mg/cm2
で、Cuを含有させた本発明の実施例のものは、Cuを
含有しない比較例のものより平均して約12%低下して
いた。さらに、詳細に検討すると、実施例の No.1 およ
び No.2 は、Cuを含有しない比較例の No.11および N
o.12と比較して酸化増量が約14%低下していた。ま
た、高Siの実施例の No.3 は、高SiでCuを含有し
ない比較例のNo.13と比較して酸化増量が約12%低下
しており、高Si合金においてもCuを含有させる効果
が認められた。
【0019】また、高温強度を向上させるためにNb、
Ta、Mo、Wを含有させた実施例の No.4〜 No.6
は、NbおよびMoを含有し、Cuを含有しない比較例
の No.14と比較して酸化増量が約12〜18%低下して
いた。また、粒界を強化するためにB、Zr含有させた
実施例の No.7、 No.8は、B、Zr含有しない実施例
の No.5 、 No.6 と比較して酸化増量が増加していなか
った。また、Sを大幅に低下するとともに、安定な硫化
物を形成して遊離Sを低減させるためにCa、Mgを含
有させた実施例の No.9、No.10は、Sを大幅に低下さ
せることなく、Ca、Mg、Cuを含有しない比較例の
No.14と比較して約26%低下しており、またSを大幅
に低下すことなく、Ca、Mgを含有しない実施例の N
o.8と比較すると約11%と約15%低下している。
【0020】
【発明の効果】本発明は、上記構成、すなわち安価なC
uを0.8〜5.0%含有させたことにより、Cuを含
有していないものと比較して高温での耐酸化性が改善さ
れるという優れた効果を奏する。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で(以下同じ)、C:0.03〜
    0.10%、Si:3.0%以下、Mn:1.5%以
    下、Ni:20〜35%、Cr:12〜25%、Cu
    0.8〜5.0%、Ti:0.1〜0.5未満%および
    Al:0.1〜0.5未満%を含有し、残部実質的にF
    eからなる合金組成を有することを特徴とする耐酸化性
    に優れた耐熱合金。
  2. 【請求項2】 請求項1において、Nb:0.1〜0.
    5%およびTa:0.1〜0.5%の1種又は2種を含
    有することを特徴とする耐酸化性に優れた耐熱合金。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2において、Mo:
    1.5%以下およびW:3.0%以下の1種又は2種を
    含有することを特徴とする耐酸化性に優れた耐熱合金。
  4. 【請求項4】 請求項1、請求項2又は請求項3におい
    て、B:0.001〜0.010%およびZr:0.0
    01〜0.1%の1種又は2種を含有することを特徴と
    する耐酸化性に優れた耐熱合金。
  5. 【請求項5】 請求項1、請求項2、請求項3又は請求
    項4において、Ca:0.001〜0.01%およびM
    g:0.001〜0.01%の1種又は2種を含有する
    ことを特徴とする耐酸化性に優れた耐熱合金。
JP10364854A 1998-12-22 1998-12-22 耐酸化性に優れた耐熱合金 Withdrawn JP2000192205A (ja)

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