JPS6156307B2 - - Google Patents
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- JPS6156307B2 JPS6156307B2 JP14164881A JP14164881A JPS6156307B2 JP S6156307 B2 JPS6156307 B2 JP S6156307B2 JP 14164881 A JP14164881 A JP 14164881A JP 14164881 A JP14164881 A JP 14164881A JP S6156307 B2 JPS6156307 B2 JP S6156307B2
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- Japan
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- thermal shock
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- steel
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- resistance
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Links
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Landscapes
- Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
Description
本発明は、加熱炉等で1000〜1300℃の高温下で
使用されるNi−Cr−Co系耐熱鋳鋼の改良に関す
る。 例えば加熱炉のスキツド、スライダー等に使用
されるいわゆる耐熱材料はその使用条件から、
耐熱衝撃性がすぐれていること 高温強度がす
ぐれていること 高温耐酸化性がすぐれている
ことの3つの特性を具えていることが要求され
る。 即ちは熱衝撃に対する抵抗性が強いことで具
体的には、使用に際して高温加熱、急冷の繰返し
という熱衝撃を受けて膨張、収縮を反復してもヒ
ビ割れの発生が少ないこと。は長期間高温下に
曝され、かつ機械的応力を受けても変形をしない
ような高温硬度を維持すること。は長期間高温
下の酸化性雰囲気に曝されても酸化による減量が
少いことである。 耐熱材料には其他高温耐蝕性、高温靭性、耐浸
炭性等が要求される場合があるが、熱処理炉にお
ける耐熱材料では耐熱衝撃性が最も重要である。
即ち加熱炉等では使用中に受ける熱衝撃によつて
第1図に示すように、クラツク(ヒビ割れ)を生
じて廃却される場合が多く、材料の使用寿命に最
も影響を及ぼす。次に高温における酸化減量の少
いことが、使用寿命延長のために重要である。 従来加熱炉用の耐熱材料としては50%Co−28
%、Cr−残Feのコバルト基合金(UMCO50)が
あり、以下に示す成分組成範囲の耐熱合金であ
る。
使用されるNi−Cr−Co系耐熱鋳鋼の改良に関す
る。 例えば加熱炉のスキツド、スライダー等に使用
されるいわゆる耐熱材料はその使用条件から、
耐熱衝撃性がすぐれていること 高温強度がす
ぐれていること 高温耐酸化性がすぐれている
ことの3つの特性を具えていることが要求され
る。 即ちは熱衝撃に対する抵抗性が強いことで具
体的には、使用に際して高温加熱、急冷の繰返し
という熱衝撃を受けて膨張、収縮を反復してもヒ
ビ割れの発生が少ないこと。は長期間高温下に
曝され、かつ機械的応力を受けても変形をしない
ような高温硬度を維持すること。は長期間高温
下の酸化性雰囲気に曝されても酸化による減量が
少いことである。 耐熱材料には其他高温耐蝕性、高温靭性、耐浸
炭性等が要求される場合があるが、熱処理炉にお
ける耐熱材料では耐熱衝撃性が最も重要である。
即ち加熱炉等では使用中に受ける熱衝撃によつて
第1図に示すように、クラツク(ヒビ割れ)を生
じて廃却される場合が多く、材料の使用寿命に最
も影響を及ぼす。次に高温における酸化減量の少
いことが、使用寿命延長のために重要である。 従来加熱炉用の耐熱材料としては50%Co−28
%、Cr−残Feのコバルト基合金(UMCO50)が
あり、以下に示す成分組成範囲の耐熱合金であ
る。
【表】
しかしこの様なCo基合金は、後述する比較試
験No.7のデーターが示すように、高温硬度では
ある程度優れているが、耐熱衝撃性と高温耐酸化
性は劣つており、かつ高価な原料であるコバルト
を50%前后も添加するため極めて高価格となるこ
と、特に加熱炉の使用中鋼材の抽出時に大気の炉
内流入に伴う急冷、高温鋼材による加熱の繰返し
を受けるので長期の使用に耐え得ない。 また本発明と類似したNi−Cr−CoW系耐熱合
金として次に示す成分組成範囲のものがある。
験No.7のデーターが示すように、高温硬度では
ある程度優れているが、耐熱衝撃性と高温耐酸化
性は劣つており、かつ高価な原料であるコバルト
を50%前后も添加するため極めて高価格となるこ
と、特に加熱炉の使用中鋼材の抽出時に大気の炉
内流入に伴う急冷、高温鋼材による加熱の繰返し
を受けるので長期の使用に耐え得ない。 また本発明と類似したNi−Cr−CoW系耐熱合
金として次に示す成分組成範囲のものがある。
【表】
これは後述する比較試験データーNo.10に示す
ように、酸化減量が少く、特に優れた高温強度を
示し価格も前記のCo基合金より安価であるが、
耐熱衝撃性が非常に劣り、加熱炉において使用中
に多数のクラツクが発生することは明らかで長期
の使用には堪えられない。 またMi−Cr−Co−W系耐熱合金としてCoを17
%前后、Wを5〜6%含むものがあるが、後述す
る比較試験データNo.8に示すように、高温強度
は極めて優れているが、高温耐酸化性と耐熱衝撃
性がともに劣悪であるから加熱炉の如く酸化性雰
囲気で急熱急冷される用途には使用できない。 本発明は従来の耐熱材料の高温強度を損うこと
なく、特に耐熱衝撃性および高温耐酸化性に優
れ、加熱炉スキツド等の用途に適した耐熱鋳鋼を
提供することを目的とし、その要旨は成分組成範
囲が重量%で、C0.2〜0.7、Si0.5〜2.0、Mn0.5〜
2.0、Cr25〜30、Ni32〜37、Co2〜7、W0.2〜
2.0、Ca0.001〜0.05で、残部がFeおよび不可避の
不純物からなる耐熱衝撃性と高温耐酸化性にすぐ
れた耐熱鋳鋼である。 以下上記各成分の添加理由ならびにその組成範
囲について第1表「本発明鋼と比較鋼の成分組
成」、第2表「本発明鋼と比較鋼の試験結果」に
基づいて説明する。
ように、酸化減量が少く、特に優れた高温強度を
示し価格も前記のCo基合金より安価であるが、
耐熱衝撃性が非常に劣り、加熱炉において使用中
に多数のクラツクが発生することは明らかで長期
の使用には堪えられない。 またMi−Cr−Co−W系耐熱合金としてCoを17
%前后、Wを5〜6%含むものがあるが、後述す
る比較試験データNo.8に示すように、高温強度
は極めて優れているが、高温耐酸化性と耐熱衝撃
性がともに劣悪であるから加熱炉の如く酸化性雰
囲気で急熱急冷される用途には使用できない。 本発明は従来の耐熱材料の高温強度を損うこと
なく、特に耐熱衝撃性および高温耐酸化性に優
れ、加熱炉スキツド等の用途に適した耐熱鋳鋼を
提供することを目的とし、その要旨は成分組成範
囲が重量%で、C0.2〜0.7、Si0.5〜2.0、Mn0.5〜
2.0、Cr25〜30、Ni32〜37、Co2〜7、W0.2〜
2.0、Ca0.001〜0.05で、残部がFeおよび不可避の
不純物からなる耐熱衝撃性と高温耐酸化性にすぐ
れた耐熱鋳鋼である。 以下上記各成分の添加理由ならびにその組成範
囲について第1表「本発明鋼と比較鋼の成分組
成」、第2表「本発明鋼と比較鋼の試験結果」に
基づいて説明する。
【表】
【表】
先ずCは、一般にNi−Cr系耐熱鋳鋼には高温
強度を付与するために0.1〜0.9%含有せしめる
が、0.2%以下では第1表、第2表の比較鋼No.17
に示すように、他の成分がこの発明の成分組成範
囲にあつても高温強度が急激に低下する。またC
の含有が0.7%を越すとCr結合して炭化物を多量
に晶出してマトリツクスのCr濃度を下げるの
で、同じくNo.15およびNo.16に示すように高温
耐酸化性に劣り、さらに高温特に1200℃における
硬度は急激に低下することが明らかとなつた。従
つてCの含有量は下限は0.2%が必要であり、上
限を0.7%とした。 次にSiについては、溶湯の流動性を増加させま
た高温耐酸化性の向上に寄与するのでその下限と
しては0.5%が必要であるが、2%以上添加して
もその増量効果は少く、逆に耐熱衝撃性を悪化さ
せる傾向があるので上限を2.0%とした。 Mnについてもその少量添加は高温強度を向上
させるのに有効であるが0.5%以下の少量添加で
はほとんど寄与しないので下限は0.5%とし、ま
た2.0%を越すと高温耐酸化性を悪化させるので
その添加量を0.5〜2.0%とした。 Crについては、Ni−Cr−Co系耐熱材料におい
て、高温耐酸化性を付与するため通常20数%添加
されているが、25%以下の添加量では比較鋼
No.8、No.9の如く高温耐酸化性が低下する傾向
があり、また30%以上添加しても高温耐酸化性の
向上に効果はないので、下限25%、下限30%とし
た。 次にNiは、Fe−Ni−Cr系耐熱合金において28
%、Cr−35%Ni付近が高温耐酸化性が良好でか
つ高温強度が高いのでJIS耐熱鋼鋳鋼品SCH24と
しても使われており、そのNi含有量は33〜37%
である。よつて本発明では不限を32%、上限を37
%とした。 CoはFe−Ni−Cr系耐熱合金において8〜17%
の添加が高温強度を向上させ、さらに耐熱衝撃性
にも同時に好影響を与えるのは10〜15%付近であ
ることは比較鋼No.9、18、19で示されるが最近
のコバルト価格の急騰のためこの含有率を下げる
ことを検討した結果、Wの添加を少量におさえ、
さらにCaを添加すれば、Coの含有量が7%以下
になつても、高温強度は多少低下するが耐熱衝撃
性は低下しないことが明らかになつた。従つて
Coの含有は2〜7%でこの発明の目的を充分達
成し得る。 Wの添加量は3%を越すと、Caの存在におい
ても高温耐酸化性が悪化することは比較鋼の実験
No.9、No.11、No.12により明らかであり、本発
明鋼の実験結果、WはCaの存在下で0.5〜1.8、%
程度が高温耐酸化性(酸化減量)が12.0〜13.9
mg/cm2と最良の結果となつた。またWを添加しな
い場合は、比較鋼No.14で示すように、高温強度
を悪化させるので下限を0.2%、上限を2.0%とし
た。またWとCaを添加しない場合は、他の成分
がこの発明鋼を満足していても、耐熱衝撃性が極
端に低下することが比較鋼No.13によつて証明さ
れた。 Caの添加はこの発明の最も特徴とするもの
で、合金中の最終含有量としては0.001〜0.05%
によつて、鋳鋼の耐熱衝撃性および高温耐酸化性
を著しく向上させる。なおCaは鋳造工程におい
てNi−Ca合金としてCa換算約0.25%添加される
が、大部分はノロ中に移行し製品鋳鋼中にCaと
して微量残留するものであるが、その鋳造過程に
おける挙動、組織中の状態等不明確な点がある
が、試験データー第1表、第2表においてCaを
添加したもの14品種内、No.15、No.16を除いて
その耐熱衝撃性は何れも最上位である。No.15と
No.16はCの添加0.8%前后で過量であることによ
る。 反面Caを添加しながら鋼種5品種(No.6、
7、8、10、13)は何れも耐熱性は最下位にあ
る。直接的には、この発明鋼からCaを除いた比
較鋼No.10の耐熱衝撃性が劣悪であるようにCa添
加による耐熱衝撃性改善効果は明瞭である。 また高温耐酸化性については、Caを添加した
鋼種は、Wの多量添加によつて酸化減量の多い
No.9、No.11、No.12およびCの過量添加による
ものNo.15、No.16を除いて、何れも高温耐酸化
性において最も優位にある。反面Caを含有せし
めないものは高温耐酸化性に劣る。 次に本発明鋼の高温強度は特に優れているとは
云えないが、加熱炉用としては充分に長期使用に
堪えることが試験の結果証明された。 なお、耐熱衝撃性、高温耐酸化性および高温強
度は次のような方法で測定した。 耐熱衝撃性: 第1表の各試験体から第2図に示すような試験
片を製作し、この試験片を1200℃の炉内で15分間
保持したのち水で急冷することを1サイクルと
し、72サイクル繰返した後試験片の任意の中心線
で縦方向に切断する。 金属顕微鏡で判別し得る亀裂の数を「割れ
数」、発生した亀裂の切断面における長さの総延
長を「割れ深さの合計」としてmmで表示し、識別
した亀裂の内最も長いものを「最大割れ深さ」と
してmmで表示する。 高温耐酸化性: 各試験から直経20mm×厚さ10mmの試験片を製作
し、これを1300℃の酸化性雰囲気炉中で連続100
時間保持した後、加熱前后の試験片の重量を測定
する。即ち加熱減量を「酸化減量」としてmg/cm2
で表示する。 高温強度: 各試験体から直経10mm×厚さ5mmの試験片を製
作し、アルゴンガス中で加熱し、各1000℃、1100
℃、1200℃における熱間硬度を高温硬度計で測定
し、「高温硬度」として単位Hvで表示する。 以上詳述したように、本発明鋼は従来のNi−
Cr−Co−W系耐熱鋳鋼の各構成成分の組成範囲
を限定し、特にCoとWを減少しCaを添加するこ
とによつて耐熱衝撃性と高温耐酸化性に特に優
れ、かつ経済的に製造し得る耐熱鋳鋼を提供する
もので、スラブ加熱炉のスキツドレール、スライ
ダー等酸化性雰囲気で急熱急冷の熱衝撃と機械的
衝撃を受ける用途において長期間の使用に耐える
ことが認められる。
強度を付与するために0.1〜0.9%含有せしめる
が、0.2%以下では第1表、第2表の比較鋼No.17
に示すように、他の成分がこの発明の成分組成範
囲にあつても高温強度が急激に低下する。またC
の含有が0.7%を越すとCr結合して炭化物を多量
に晶出してマトリツクスのCr濃度を下げるの
で、同じくNo.15およびNo.16に示すように高温
耐酸化性に劣り、さらに高温特に1200℃における
硬度は急激に低下することが明らかとなつた。従
つてCの含有量は下限は0.2%が必要であり、上
限を0.7%とした。 次にSiについては、溶湯の流動性を増加させま
た高温耐酸化性の向上に寄与するのでその下限と
しては0.5%が必要であるが、2%以上添加して
もその増量効果は少く、逆に耐熱衝撃性を悪化さ
せる傾向があるので上限を2.0%とした。 Mnについてもその少量添加は高温強度を向上
させるのに有効であるが0.5%以下の少量添加で
はほとんど寄与しないので下限は0.5%とし、ま
た2.0%を越すと高温耐酸化性を悪化させるので
その添加量を0.5〜2.0%とした。 Crについては、Ni−Cr−Co系耐熱材料におい
て、高温耐酸化性を付与するため通常20数%添加
されているが、25%以下の添加量では比較鋼
No.8、No.9の如く高温耐酸化性が低下する傾向
があり、また30%以上添加しても高温耐酸化性の
向上に効果はないので、下限25%、下限30%とし
た。 次にNiは、Fe−Ni−Cr系耐熱合金において28
%、Cr−35%Ni付近が高温耐酸化性が良好でか
つ高温強度が高いのでJIS耐熱鋼鋳鋼品SCH24と
しても使われており、そのNi含有量は33〜37%
である。よつて本発明では不限を32%、上限を37
%とした。 CoはFe−Ni−Cr系耐熱合金において8〜17%
の添加が高温強度を向上させ、さらに耐熱衝撃性
にも同時に好影響を与えるのは10〜15%付近であ
ることは比較鋼No.9、18、19で示されるが最近
のコバルト価格の急騰のためこの含有率を下げる
ことを検討した結果、Wの添加を少量におさえ、
さらにCaを添加すれば、Coの含有量が7%以下
になつても、高温強度は多少低下するが耐熱衝撃
性は低下しないことが明らかになつた。従つて
Coの含有は2〜7%でこの発明の目的を充分達
成し得る。 Wの添加量は3%を越すと、Caの存在におい
ても高温耐酸化性が悪化することは比較鋼の実験
No.9、No.11、No.12により明らかであり、本発
明鋼の実験結果、WはCaの存在下で0.5〜1.8、%
程度が高温耐酸化性(酸化減量)が12.0〜13.9
mg/cm2と最良の結果となつた。またWを添加しな
い場合は、比較鋼No.14で示すように、高温強度
を悪化させるので下限を0.2%、上限を2.0%とし
た。またWとCaを添加しない場合は、他の成分
がこの発明鋼を満足していても、耐熱衝撃性が極
端に低下することが比較鋼No.13によつて証明さ
れた。 Caの添加はこの発明の最も特徴とするもの
で、合金中の最終含有量としては0.001〜0.05%
によつて、鋳鋼の耐熱衝撃性および高温耐酸化性
を著しく向上させる。なおCaは鋳造工程におい
てNi−Ca合金としてCa換算約0.25%添加される
が、大部分はノロ中に移行し製品鋳鋼中にCaと
して微量残留するものであるが、その鋳造過程に
おける挙動、組織中の状態等不明確な点がある
が、試験データー第1表、第2表においてCaを
添加したもの14品種内、No.15、No.16を除いて
その耐熱衝撃性は何れも最上位である。No.15と
No.16はCの添加0.8%前后で過量であることによ
る。 反面Caを添加しながら鋼種5品種(No.6、
7、8、10、13)は何れも耐熱性は最下位にあ
る。直接的には、この発明鋼からCaを除いた比
較鋼No.10の耐熱衝撃性が劣悪であるようにCa添
加による耐熱衝撃性改善効果は明瞭である。 また高温耐酸化性については、Caを添加した
鋼種は、Wの多量添加によつて酸化減量の多い
No.9、No.11、No.12およびCの過量添加による
ものNo.15、No.16を除いて、何れも高温耐酸化
性において最も優位にある。反面Caを含有せし
めないものは高温耐酸化性に劣る。 次に本発明鋼の高温強度は特に優れているとは
云えないが、加熱炉用としては充分に長期使用に
堪えることが試験の結果証明された。 なお、耐熱衝撃性、高温耐酸化性および高温強
度は次のような方法で測定した。 耐熱衝撃性: 第1表の各試験体から第2図に示すような試験
片を製作し、この試験片を1200℃の炉内で15分間
保持したのち水で急冷することを1サイクルと
し、72サイクル繰返した後試験片の任意の中心線
で縦方向に切断する。 金属顕微鏡で判別し得る亀裂の数を「割れ
数」、発生した亀裂の切断面における長さの総延
長を「割れ深さの合計」としてmmで表示し、識別
した亀裂の内最も長いものを「最大割れ深さ」と
してmmで表示する。 高温耐酸化性: 各試験から直経20mm×厚さ10mmの試験片を製作
し、これを1300℃の酸化性雰囲気炉中で連続100
時間保持した後、加熱前后の試験片の重量を測定
する。即ち加熱減量を「酸化減量」としてmg/cm2
で表示する。 高温強度: 各試験体から直経10mm×厚さ5mmの試験片を製
作し、アルゴンガス中で加熱し、各1000℃、1100
℃、1200℃における熱間硬度を高温硬度計で測定
し、「高温硬度」として単位Hvで表示する。 以上詳述したように、本発明鋼は従来のNi−
Cr−Co−W系耐熱鋳鋼の各構成成分の組成範囲
を限定し、特にCoとWを減少しCaを添加するこ
とによつて耐熱衝撃性と高温耐酸化性に特に優
れ、かつ経済的に製造し得る耐熱鋳鋼を提供する
もので、スラブ加熱炉のスキツドレール、スライ
ダー等酸化性雰囲気で急熱急冷の熱衝撃と機械的
衝撃を受ける用途において長期間の使用に耐える
ことが認められる。
第1図は、耐熱材料が熱衝撃によつてクラツク
を発生した状態を示す斜視図であり、第2図は耐
熱衝撃性の試験片の形状および方法を示す平面図
である。
を発生した状態を示す斜視図であり、第2図は耐
熱衝撃性の試験片の形状および方法を示す平面図
である。
Claims (1)
- 1 成分組成範囲が重量%でC0.2〜0.7、Si0.5〜
2.0、Mn0.5〜2.0、Cr25〜30、Ni32〜37、Co2〜
7、W0.2〜2.0、Ca0.001〜0.05で、残部がFeお
よび不可避の不純物からなる耐熱衝撃性と高温耐
酸化性にすぐれた耐熱鋳鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14164881A JPS5845362A (ja) | 1981-09-10 | 1981-09-10 | 耐熱衝撃性と高温耐酸化性に優れた耐熱鋳鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14164881A JPS5845362A (ja) | 1981-09-10 | 1981-09-10 | 耐熱衝撃性と高温耐酸化性に優れた耐熱鋳鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5845362A JPS5845362A (ja) | 1983-03-16 |
| JPS6156307B2 true JPS6156307B2 (ja) | 1986-12-02 |
Family
ID=15296927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14164881A Granted JPS5845362A (ja) | 1981-09-10 | 1981-09-10 | 耐熱衝撃性と高温耐酸化性に優れた耐熱鋳鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5845362A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6189189A (ja) * | 1984-10-05 | 1986-05-07 | ヤマハ発動機株式会社 | 自動二輪車の後輪支持装置 |
-
1981
- 1981-09-10 JP JP14164881A patent/JPS5845362A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5845362A (ja) | 1983-03-16 |
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