JPS6364512B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、温度の高い溶融ガラスを高速回転
遠心力によつて回転子の側壁に多数に穿孔された
微小直径のオリフイスから吐出させてガラス繊維
を製造する場合に用いられる回転子を制作するた
めの素材としての、高温度において溶融ガラスに
対する耐蝕性ならびに耐摩耗性を有する合金に関
するものであつて、先に昭和56年12月８日に特許
出願をした特願昭56−197121号（特開昭58−
100652号）発明になる合金をさらに改良してなる
ものである。（該回転子の構造および取付け機構
については特開昭57−106532号または米国特許第
4392878号を参照されたい。） 上記既出願明細書にも記載されているように、
回転遠心力方式によつてガラス繊維を製造するた
めに用いられる底付き円筒状回転子は、大気中で
自らも高温度に加熱され、かつおよそ2000r.p.m.
という高速度で回転し、さらにその側壁に多数に
穿孔された微小直径のオリフイス中を溶融ガラス
が高速度で通過するので、回転子を形成する合金
素材には次のような事項が要求される。 １ 高速回転によつて生ずる遠心力に耐え得る高
温機械的強度を有すること。 ２ オリフイス中を溶融ガラスが高速度で通過す
ることによつて生ずる摩滅に対する十分な耐摩
耗性を有すること。 ３ 高温度における十分な空気に対する耐酸化性
を有すること。 ４ 溶融ガラスに対する十分な耐蝕性（耐アルカ
リ性）を有すること。 ５ 合金の表面に不可避的に形成される酸化物被
膜の溶融ガラスに対する耐蝕性が優れているこ
と。 従来、回転子の素材となり得る合金として、
CoおよびＷのうち１種または２種を含有したNi
―Cr合金（例えば米国特許第3010201号、同第
3318694号、同第3806338号参照）、ＷおよびNiの
うち１種または２種を含有したCo―Cr合金（例
えば米国特許第3933484号参照）、またはFe―Ni
―Cr系不銹鋼合金（例えばSUS310）が知られて
いる。 しかしながら、これらの合金のうちSUS310
は、のちに実施例比較データ中に示されているよ
うに、その回転子としての寿命が著しく短くて殆
んど実用にならない。また上記のCoおよびＷを
含有したNi―Cr合金や、ＷおよびNiを含有した
Co―Cr合金は、前記の合金の具備すべき諸事項
のうち、とくに高温機械的強度を高める目的で、
高価なCoやＷを多量に含有させているので、合
金の製造コストが嵩むほかに、溶融ガラスに対す
る合金自体、および合金の表面に不可避的に生ず
る酸化物被膜の両耐蝕性が劣化して結局回転子の
耐久性をあまり向上させることができない、とい
つた問題を抱えている。 既述の特開昭58−100652号発明の目的は、高価
なCoを合金成分として使用しないで、高温度の
もとに溶融ガラスと接触しながら高速回転をする
といつた苛酷な使用条件のもとにあつても、耐久
性（寿命）が従来のものよりも格段に優れた回転
子を安価に形成し得る合金素材を提供することに
あつた。 上記の目的は、重量で0.05ないし0.50％のＣ，
15ないし35％のCr，１ないし７％のＷ、0.10ない
し0.25％のTi、0.10ないし0.25％のZr、およそ１
％のNb、残部Ni（ただしNi含量は55％以上）、お
よび不可避的な混入不純物の組成からなる合金を
素材として、溶融ガラス繊維吐出用の円筒状をし
た回転子を制作することによつて達成された。
（該実施例参照。）なお、必要に応じて一般の脱酸
剤として2.0％以下のSiまたはMn、あるいはその
両者をこの合金に添加することもできた。 本発明の目的は、上述の特開昭58−100652号発
明の合金をさらに改良して、回転子の寿命をより
一層著しく延長させ得るような合金を得ることに
ある。そしてこの目的は、上記既発明における合
金の成分組成のものに、さらに0.05ないし0.20重
量％の窒素（Ｎ）を含有させることによつて達成
された。 すなわち、本発明の溶融ガラス繊維吐出用円筒
状回転子の製作素材としての高温耐蝕耐摩耗合金
は、重量で0.05ないし0.50％のＣ、15ないし35％
のCr、１ないし７％のＷ、0.10ないし0.25％の
Ti、0.10ないし0.25％のZr、0.9ないし1.1％の
Nb、0.05ないし0.20％のＮ、０％よりも大きく、
2.0％以下のSiおよび／またはMn、残部がNi（た
だしNiの含量は55％以上）、および不可避的な混
入不純物の組成からなるものである。 次に本発明になる合金における各成分範囲の限
定埋由について、特許昭58−100652号明細書およ
び図面における記述と一部重複させながら説明を
する。 Ｃは地金に固溶し、あるいはCrやＷ等の炭化
物を形成して、高温度における合金の機械的強度
や耐摩耗性を高めるのに貢献する。しかしなが
ら、Ｃ含有量が多過ぎると合金の切削性が劣化し
て、溶融ガラスを吐出する微小直径のオリフイス
を穿孔加工することが困難となる。また一般にＣ
含有量が多過ぎると、CrやＷ等の炭化物が過剰
に形成されて、地金中の金属Crの含有量が減少
するとともに、組織の均質性が失われて溶融ガラ
スに対する耐蝕性が低下する。 本発明合金の高温機械的強度と溶融ガラスに対
する耐蝕性に及ぼすＣ含有量の影響は第１図の曲
線図に例示されているとおりであつて、曲線Ａは
温度1000℃における引張強さを、曲線Ｂは温度
1100℃における引張強さを、曲線Ｃは温度1140℃
で240時間後の溶融ガラスによる腐蝕減量％を示
す。この曲線図によると、Ｃ含有量が0.4ないし
0.5％のところで耐蝕性が若干劣化しているけれ
ども、腐蝕減量は約４％の僅少量であつて、この
程度ならば実用上支障はない。 従つて本発明合金のＣ含有量の許容範囲を、第
１図から判断して、下限を0.05％、上限を切削性
および耐アルカリ性を考慮して0.50％と定めた。 Siは合金の脱酸素調整用の添加されるが、これ
が多過ぎると合金の靭性が低下するとともに、合
金自身、ならびに合金の表面に不可避的に生ずる
酸化物被膜の溶融ガラスに対する耐蝕性を劣化さ
せる。従つてSi含有量の上限を2.0％と定めた。
下限については、０％よりも大きいこと以外には
別に制限はない。 Mnも合金の脱酸素調整用に添加される。これ
が多過ぎると高温度での合金の耐酸化性を劣化さ
せるので、その含有量の上限を2.0％と定めた。
上記と同様に下限については、０％よりも大きい
こと以外には別に制限はない。 Crは地金に固溶し、あるいはＣと結合して炭
化物を形成して、耐摩耗性の向上や耐酸化性の増
加にとつて必要な元素である。ガラス繊維吐出用
の回転子は自らも1000℃以上の高温度に加熱され
る。この場合にスケール析出による回転子の寿命
の低下を防止するために、Crの含有量は最底15
％は必要である。しかしこれが多過ぎると酸性の
酸化物Cr₂O₃を合金表面に生成するとともに、Cr
を多量に含有させることによつて必然的にNi含
有量が低下して、アルカリ性の溶融ガラスに対す
る耐蝕性を劣化させる。こうした関係でCr含有
量の上限を35％と定めた。Ni含量は合金の対ア
ルカリ性を確保するために55％以上とする必要が
ある。 Ｗは地金に固溶し、あるいはＣと結合して炭化
物を形成して、合金の高温機械的強度と耐摩耗性
を高める。しかしこれが多過ぎると溶融ガラスに
対する耐蝕性および高温度における耐酸化性を著
しく減少させる。 本発明合金の高温機械的強度と溶融ガラスに対
する耐蝕性に及ぼすＷ含有量の影響は、第２図の
曲線図に例示されているとおりであつて、曲線Ｄ
は温度1000℃における引張強さを、曲線Ｅは温度
1100℃における引張強さを、曲線Ｆは温度1140℃
で240時間後の溶融ガラスによる腐蝕減量％を示
す。この曲線図によると、多量のＷの添加によつ
て溶融ガラスに対する耐蝕性は著しく低下するこ
とがわかる。しかしながら、Ｃの成分限定埋由の
項において述べたように、腐蝕減量４％、すなわ
ちＷ含有量７％までは実用上支障はない。従つて
Ｗ含有量の許容範囲は第２図の観点からこれを１
ないし７％と定めた。 Ti，ZrおよびNbは、Ｃと結合して粒状の炭化
物を形成し、かつその炭化物は高温度でも地金に
固溶し難い性質を持つているので、合金の高温度
における機械的強度および耐摩耗性を向上させ、
またＣがCrと結合して鎖網目状に炭化物を形成
するのを防止して、合金の靭性を向上させるのに
有効な元素である。しかしながらこれらが多過ぎ
ると合金の溶製に際して作業が煩雑となり、コス
ト的にも高価となる割には添加効果は増さないの
で、実験の結果最適割合として0.10ないし0.25％
のTi、0.10ないし0.25％のZr、および0.9ないし
1.1％のNbと定めた。 Ｎは地金に固溶し、あるいはTi，Zr，Nbと窒
化物を形成して、高温度における合金の機械的強
度や耐摩耗性を高めるのに貢献することが判つ
た。しかしながらＮ含有量が多過ぎるとTi，Zr，
Nbの窒化物を過剰に形成して、Ti，Zr，Nbの
炭化物球状化効果を阻害して合金を脆化する。ま
た、本発明合金の大気中で温度1600℃におけるＮ
の溶解度は0.23％であつて、凝固点までの温度低
下によつてさらにＮの溶解度が低下するので、
0.20％をこえたＮの添加は本発明合金の鋳物に多
くの窒素ガスによるピンホールを発生させること
になつて実用に供し難くなる。 本発明合金の高温機械的強度と溶融ガラスに対
する耐蝕性に及ぼすＮ含有量の影響は、第３図の
曲線図に例示されているとおりであつて、曲線Ｇ
は温度1000℃における引張強さを、曲線Ｈは温度
1100℃における引張強さを、曲線Ｉは温度1140℃
で240時間後の溶融ガラスによる腐蝕減量％を示
す。この曲線図によると、Ｎ含有量の増加ととも
に高温機械的強度および耐蝕性がゆるやかに改善
されることが判る。従つて、本発明合金のＮ含有
量の許容範囲を、第３図から判断してその下限を
0.05％、その上限を窒素ガスによるピンホール発
生、ならびにTi，Zr，Nbの炭化物球状化阻害の
観点から0.20％と定めた。 合金中にＮを添加する方法としては、溶融した
合金を窒素ガス気流中で温度1600で撹拌しながら
一定時間窒素ガスを溶合金中に吸収させるやりか
たと、窒化珪素や窒化クロムのような市販の窒化
物を合金組成物中に添加するやり方がある。しか
しながら前者では均質な吸収が困難であるので、
後者の方が良策である。 Niは本発明合金の基本となる元素である。そ
れは、ガラス繊維吐出用回転子は1000℃以上の高
温度で酷使的に用いられるからである。もしも基
本元素をFeとした場合には、合金の高温機械的
強度および溶融ガラスに対する耐蝕性が十分でな
くなり、またもしも基本元素をCoとした場合に
は、溶融ガラスに対する耐蝕性が十分でなくなる
ばかりでなく、コスト高となるので不適当であ
る。従つて、本発明合金形成に必要な前記した成
分元素および不可避的に混入する微量不純物元素
を除いた残部の含量の成分をNiとした。ただし
既述のように、アルカリ性の溶融ガラスに対する
耐蝕性を確保するために、Niの含量はこれを55
％以上とする必要がある。 不可避的に混入する不純物元素としてはFe，
Ｐ，Ｓ，Cu等がある。とくにFeは最高5.5％含ま
れる場合がある。 実施例および比較例 本発明になる合金の実施例４例の組成を第１表
に示す。第１表には多数の比較例の組成をも併記
してある。 本実施例の合金において、窒素を含有させるた
めに、市販の窒化フエロクロム（成分はN6.35
％，Cr58.8％、残りFe。）の計算量を添加した。 第１表に示された成分組成の各合金を素材とし
て、これらから(1)JIS―Ｇ―0567の規定による高
温引張試験片、(2)厚さ５mm、幅15mm、長さ50mmの
腐蝕試験片、および(3)外径300mm、高さ50mm、周
壁の厚さ３mmの鋳物製の底付き円筒状回転体を制
作し、これに数千個のオリフイスを側壁に穿孔し
て溶融ガラス繊維吐出用回転子とした。 高温引張試験は、温度1000℃および1100℃にお
いて、毎分５％の伸びの歪速度で行われた。また
腐蝕試験は、温度1140℃の溶融ガラス中に試験片
を240時間浸漬して、その減量％を測定して行わ
れた。 ガラス繊維吐出実用試験は、回転子の円周壁外
側の平均温度を約1010℃に保ち、回転数を2500な
いし2100r.p.m.としてこれを回転させて溶融ガラ
スをノズルから吐出させて繊維化し、その際の回
転子の耐久性、すなわち平均寿命時間数を測定し
た。 第１表の実施例合金のそれぞれについての上記
諸特性試験結果が第２表中に示されている。第２
表には、第１表の比較例合金についての諸特性値
が、特願昭56−197121号明細書中のデータ、およ
び米国各特許明細書から引用されて併記されてい
る。 第２表の平均寿命欄から判るように、特開昭58
−100652号発明になる合金を以て制作された回転
子の寿命がおよそ300ないし350時間であるのに対
して、本発明になる合金を以て制作された回転子
の寿命が450ないし600時間と著しく改善されてい
るのを見ることができる。

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金の高温引張強度と溶融ガラ
スに対する耐蝕性とに及ぼすＣ含有量の影響を示
す曲線図。第２図は本発明合金の高温引張強度と
溶融ガラスに対する耐蝕性とに及ぼすＷ含有量の
影響を示す曲線図。第３図は本発明合金の高温引
張強度と溶融ガラスに対する耐蝕性とに及ぼすＮ
含有量の影響を示す曲線図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量で0.05ないし0.50％のＣ、15ないし35％
   のCr、１ないし７％のＷ、0.10ないし0.25％の
   Ti、0.10ないし0.25％のZr、0.9ないし1.1％の
   Nb、0.05ないし0.20％のＮ、０％よりも大きく、
   2.0％以下のSiおよび／またはMn、残部がNi（た
   だしNiの含量は55％以上）、および不可避的な混
   入不純物の組成からなる溶融ガラス繊維吐出用円
   筒状回転子の製作素材としての高温耐蝕耐摩耗合
   金。