JPS6254179B2

JPS6254179B2 -

Info

Publication number: JPS6254179B2
Application number: JP15743279A
Authority: JP
Inventors: Masakuni Fujikura; Jiro Ichikawa; Masa Nagata
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1979-12-06
Filing date: 1979-12-06
Publication date: 1987-11-13
Also published as: JPS5681661A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は1100℃以上の高温度においても優れた
強度耐焼べり性、耐酸化性を保有し、かつ良好な
溶接性を保有する炉床用の耐熱鋳造合金に関する
ものである。製鉄用の鋼塊均熱炉や、瓦、タイル等の焼成炉
に使用される炉床材料は、通常1100℃以上の高温
度に長時間曝されるため、高温における強度およ
び良好な性焼べり性、耐酸化性が特に要求され
る。また一方加熱炉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も具備すべき
特性の一つである。現在炉床用としてはセラミツクまたはUMCo50
（30％Cr−50％Co−Fe、スーパーサーム（27％
Cr−35％Ni−15％Co−５％Ｗ）、MORE2（30％
Cr−50％Ni−15％Ｗ）等の超耐熱合金が用いら
れているが、いずれも上記特性を全て満足するも
のではない。すなわちセラミツクは熱応力による
耐割れ性が不十分であり、UMCo50は冷却パイプ
に溶接する際に溶接割れが発生しやすく、またス
ーパーサーム、MORE2は多量のＣが含有されて
いるので融点が低く、したがつてバーナーまたは
ヒーター等の熱源から直接輻射熱を受ける部分が
局部的に溶融するいわゆる焼べりが生じ易いなど
それぞれ特有の欠点をもつているため、炉床用と
しては必ずしも好適な材料であるとはいえない。
そこで本発明者等は炉床用として好適な材料を開
発するために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従来の炉
床用材料にくらべて、高温強度、耐熱べり性、耐
酸化性および溶接性ともにすぐれた性能を保有す
ることを見い出し、炉床用としてきわめて好適な
材料であることを確認した。すなわち本発明は (1) Ｃ＋Ｎ：0.20％以下、Si：2.50％以下、Mn：
2.50％以下、Ni：30.0超過〜60.0％、Cr：15.0
〜38.0％、Zr：0.01〜2.0％、Ｗ：3.0〜10.0％
を基本成分とし、さらにCo：25.0％以下、
Ti：2.0％以下、Nb：3.0％以下、Ta：3.0％以
下のうちから選んだ元素を１種または２種以上
含有し、残部が実質的にFeからなる耐熱鋳造
合金。 (2) 第１発明組成にたいしてさらにRE：2.0％以
下、Al：2.50％以下、Ca：0.02％以下のうちか
ら選んだ元素を１種または２種以上含有し、残
部が実質的にFeからなる耐熱鋳造合金。 (3) 第１発明組成にたいしてさらにＢ：0.0001〜
0.05％を含有し、残部が実質的にFeからなる
耐熱鋳造合金。 (4) 第１発明組成にたいしてさらにRE：2.0％以
下、Al：2.50％以下、Ca：0.02％以下のうちか
ら選んだ元素を１種または２種以上と、Ｂ：
0.0001〜0.05％を含有し、残部が実質的にFeか
らなる耐熱鋳造合金である。本発明鋳造合金は、耐焼べり性および耐高温酸
化性の劣化を防ぐためにＣおよびＮを低くおさえ
るとともに溶接性を改善するために少量のZrを含
有させ、かつ1100℃以上における高温強度を十分
に確保するためにＷを比較的多量に含有させ、σ
相が生成しやすくなる高Cr、高Ｗ合金における
前記σ相の生成を防止するためにNiを多量に添
加し、高温強度をより一層向上させるために
Co、Ti、Nb、Taのうちから選んだ元素を適量含
有させたところに特徴があり、炉床用材料として
の技術的課題を一挙に解決でき得る耐熱鋳造合金
である。次に本発明鋳造合金の成分組成範囲の限定理由
を以下に述べる。Ｃ＋Ｎ：0.20％以下ＣおよびＮは高温強度の向上に有効な元素であ
るがその反面融点を降下させるため耐焼べり性の
点からは好ましくなく、また耐酸化性を低下させ
るため多量に含有させることはできない。そこで
Ｃ＋Ｎ量の適量値を見つけるために詳細な実験を
行なつた結果ＣとＮの総量で0.20％を越えなけれ
ば耐焼べり性および耐酸化性は著るしく劣化しな
いことを確認したため上記のように限定した。 Si：2.50％以下 Siは溶解時の脱酸錆錬剤として有効な元素であ
るとともに鋳込み時の湯流れ性および耐酸化性を
向上させる元素であるが、多量に含有させると
1150℃以上の温度において低融点のFe₂SiO₂が形
成されやすく、耐酸化性が著るしく劣化するため
2.50％以下とした。 Mn：2.50％以下 Mnは溶解時の脱酸、脱硫精錬剤として有効な
元素であるが多量に含有すると耐酸化性を劣化さ
せるため2.50％以下に限定した。 Cr：15.0〜38.0％ 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、靭性が低下するため15.0〜38.0％
の範囲に限定した。 Ni：30.0超過〜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、σ相が生成しやすくなる高Cr、高
Ｗ合金における前記σ相の生成を防止するため、
すなわち900℃以下での相安定性を確保するた
め、30.0％超過の高Niとした。この900℃以下で
の相安定性は、鋳造のままで使用する場合、また
は冷却時にその温度域を通過する関係上要求され
る。そして、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添加するとよいが、他の成
分とのバランス上30.0超過〜60.0％範囲に限定し
た。 Zr：0.01〜2.0％ 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性の向上にきわめて
有効であり少なくとも0.01％以上含有させる必要
がある。ただし多量に添加すると上記効果は得ら
れず、むしろ耐酸化性が劣化するため20％以下に
限定した。Ｗ：3.0〜10.0％Ｗはとくに温度1100℃以上の高温度における強
度を向上させるのに有効な元素であり、3.0％以
上とした。しかし、多量に含有させてもその効果
は飽和傾向を示し、かえつて、コスト高となるの
で10.0％以下に限定した。 Co：25.0％以下、Ti：2.0％以下、Nb：3.0％
以下、Ta：3.0％以下から選んだ元素を１種また
は２種以上本発明合金は耐焼べり性および耐酸化性を向上
させるためＣおよびＮを極力低下させたが、その
反面高温強度の確保が困難となつたため、とくに
高温強度の向上に効果のあるＷを3.0〜10.0％の
範囲で含有させたが、上記元素を単独または複合
で適量含有させることによつて、高温強度をさら
に確保することができるようにした。ただし必要以上に含有させてもその効果は飽和
傾向を示しかつコスト高となるためそれぞれCo
にあつては25.0％以下、Tiにあつては2.0％以
下、Nbにあつては3.0％以下、Taにあつては3.0
％以下の範囲が好適である。なお、Moも高温強
度の向上に寄与する元素であるが、高温での耐酸
化性を劣化させることもありうるので、上記
Co、Ti、Nb、Taのうちから選択して添加するの
が好適である。上記成分組成の組合わせにより本発明の目的と
する高温強度、耐熱べり性、耐酸化性および溶接
性を具備した鋳造合金が得られるが、さらに以下
の元素を適量含有させることにより一層優れた特
性が得られる。 RE：2.0％以下、Al：2.50％以下、Ca：0.02％以
下上記元素はいずれも少量含有させることにより
耐酸化性および耐焼べり性を向上させることがで
きる。しかしながらいずれも合金中の酸素との親
和力が強く、多量になると清浄度が低下するため
それぞれ、R.Eにあつては2.0％以下、Alにあつ
ては2.5％以下、Caにあつては0.02％以下が望ま
しい。なお、本願におけるREとは、Ｙ、La、Ce、
Sm、その他の希土類元素を示す。Ｂ：0.0001〜0.05％Ｂは微量含有させることにより高温強度および
クリープ強度を向上させることができる。しかし
ながら多量になると合金中に硼化物が形成され、
高温強度が低下するため0.0001〜0.05％の範囲が
望ましい。次に本発明鋳造合金の特徴を実施例により詳細
に説明する。実施例第１表に示すごとき成分組成の本発明合金およ
び比較合金を溶製し、JISG5121に基づくＡ号舟
型試験片を鋳造し、各種特性値を調査した。

【表】

【表】供試材No.１〜８は第一発明鋳造合金、No.９、10
は第二発明鋳造合金、No.11は第三発明鋳造合金No.
12は第四発明鋳造合金No.13、14は比較用鋳造合金
であつてそれぞれスーパーサームおよびUMCo50
に相当する合金である。耐焼べり性第１表の成分組成を有する舟型試験片から第１
図に示すくさび型試験片を切出し、実験炉中に埋
込んで耐焼べり性を調査した。実験炉中の温度を
1350℃に保持して１ケ月間連続加熱を行なつた後
試険片を取出し寸法の変化を測定した。その結果
を第２図に示した。同図にみられるごとく比較用
鋳造合金のNo.13（スーパーサーム）およびNo.14
（UMCo50）は寸法変化、すなわち焼べり長さが
きわめて大きいのにたいして本発明鋳造合金はい
ずれも寸法変化が少なく良好な耐焼べり性を示し
ている。高温強度第１表の舟型試験片からクリープ試験片を切出
し、試験に供した。なお試験温度は1100℃および
1200℃の２水準とし、1100℃においては1.0Kg／
mm²の応力を負荷し、1200℃においては0.5Kg／mm²
の応力を負荷して試験片が破断するまでの時間を
測定した。その結果を第３図（試験条件：温度
1100℃、応力1.0Kg／mm²）第４図（試験条件：温
度1200℃、応力0.5Kg／mm²）に示した。同図にみ
られるごとく比較用鋳造合金のNo.13およびNo.14に
くらべて本発明鋳造合金はＣ＋Ｎが低いにもかか
わらずいずれも破断寿命は充分に長いことを示し
ている。耐高温酸化性第１表の供試材から酸化試験片を切出し、試験
に供した。なお試験条件は1200℃×200時間の大
気加熱とし、試験後の酸化増量を測定した。その
結果を第５図（試験条件：温度1200℃、時間
200hr）に示した。同図にみられるごとく本発明
鋳造合金のNo.１〜12は比較用鋳造合金のNo.13、14
にくらべて同等もしくはそれ以下の酸化増量を示
している。すなわち本発明鋳造合金は従来の耐熱
鋳造合金にくらべて遜色のない耐高温酸化性を有
することを確認した。溶接性第１表の供試材から溶接用試験片を切出し、第
６図のような方法で炭素鋼との突き合わせ溶接を
行なつた。その後第６図のＡ−A′面で切断し、
同面を研磨後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】同表にみられるごとく比較用鋳造合金はNo.13に
ついては７個、No.14については３個のミクロ割れ
が発生したのにたいして、本発明鋳造合金はミク
ロ割れが全く発生せず良好な溶接性を示すことを
確認した。以上の実施例にみられるごとく本発明鋳造合金
は従来の耐熱鋳造合金（スーパーサーム、
UMCo50等）にくらべて耐焼べり性、高温強度、
耐高温酸化性および溶接性ともに優れており、か
つ組成的にも比較的安価に製造できるなど実用価
値の高い耐熱鋳造合金である。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼べり性試験片であり、ａは試験前、
ｂは試験後の形状を示す図、第２図は焼べり性試
験結果を示す図、第３図、第４図はクリープ試験
結果を示す図、第５図は酸化試験結果を示す図、
第６図は溶接試験方法を示し、ａは平面図、ｂは
ａのＡ−A′断面の切断図である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ＋Ｎ：0.20％以下、Si：2.50％以下、Mn：
2.50％以下、Ni：30.0超過〜60.0％、Cr：15.0〜
38.0％、Zr：0.01〜2.0％、Ｗ：3.0〜10.0％を基
本成分とし、さらにCo：25.0％以下、Ti：2.0％
以下、Nb：3.0％以下、Ta：3.0％以下のうちか
ら選んだ元素を１種または２種以上含有し、残部
が実質的にFeからなる耐熱鋳造合金。２Ｃ＋Ｎ：0.20％以下、Si：2.50％以下、Mn：
2.50％以下、Ni：30.0超過〜60.0％、Cr：15.0〜
38.0％、Zr：0.01〜2.0％、Ｗ：3.0〜10.0％を基
本成分とし、さらにCo：25.0％以下、Ti：2.0％
以下、Nb：3.0％以下、Ta：3.0％以下のうちか
ら選んだ元素を１種または２種以上と、RE：2.0
％以下、Al2.50％以下、Ca：0.02％以下のうちか
ら選んだ元素を１または２種以上含有し、残部が
実質的にFeからなる耐熱鋳造合金。３Ｃ＋Ｎ：0.20％以下、Si：2.50％以下、Mn：
2.50％以下、Ni：30.0超過〜60.0％、Cr：15.0〜
38.0％、Zr：0.01〜2.0％、Ｗ：3.0〜10.0％を基
本成分とし、さらにCo：25.0％以下、Ti：2.0％
以下、Nb：3.0％以下、Ta：3.0％以下のうちか
ら選んだ元素を１種または２種以上と、Ｂ：
0.0001〜0.05％を含有し、残部が実質的にFeから
なる耐熱鋳造合金。４Ｃ＋Ｎ：0.20％以下、Si：2.50％以下、Mn：
2.50％以下、Ni：30.0超過〜60.0％、Cr：15.0〜
38.0％、Zr：0.01〜2.0％、Ｗ：3.0〜10.0％を基
本成分とし、さらにCo：25.0％以下、Ti：2.0％
以下、Nb：3.0％以下、Ta：3.0％以下のうちか
ら選んだ元素を１種または２種以上と、RE：2.0
％以下、Al：2.50％以下、Ca：0.02％以下のうち
から選んだ元素を１種または２種以上と、Ｂ：
0.0001〜0.05％を含有し、残部が実質的にFeから
なる耐熱鋳造合金。