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JPH0581657B2 - - Google Patents
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JPH0581657B2 - - Google Patents

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JPH0581657B2
JPH0581657B2 JP2062840A JP6284090A JPH0581657B2 JP H0581657 B2 JPH0581657 B2 JP H0581657B2 JP 2062840 A JP2062840 A JP 2062840A JP 6284090 A JP6284090 A JP 6284090A JP H0581657 B2 JPH0581657 B2 JP H0581657B2
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JP
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zirconium
alloy steel
titanium
carbon
nitrogen
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Hoibunaa Ururitsuhi
Buriru Ururitsuhi
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FUAU DEE EMU NITSUKERU TEFUNOROGII AG
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FUAU DEE EMU NITSUKERU TEFUNOR
FUAU DEE EMU NITSUKERU TEFUNOROGII AG
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Publication date
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Abstract

A heat-formable, ferritic steel alloy having 20 to 25% of chromium, 5 to 8% of aluminium, not more than 0.01% of phosphorus, not more than 0.01% of magnesium, not more than 0.5% of manganese and not more than 0.005% of sulphur, the remainder being iron, including unavoidable impurities, is proposed, according to the invention the said alloy furthermore containing 0.03 to 0.08% of yttrium, 0.004 to 0.008% of nitrogen, 0.02 to 0.040% of carbon and about equal amounts of 0.035 to 0.07% of titanium and 0.035 to 0.07% of zirconium, with the proviso that the sum of the contents of titanium and zirconium in percent is 1.75 to 3.5 times as large as the sum of the contents of carbon and nitrogen in percent. The alloy has substantially better properties in use than the base alloy.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱間変形可能な(hot workable)
フエライト系合金鋼に関する。より詳細には、本
発明は、クロム20〜25%、アルミニウム5〜8
%、リン0.01%以下、マグネシウム0.01%以下、
マンガン0.5%以下、イオウ0.005%で残部が鉄で
あり、不可避的不純物を含むフエライト系合金鋼
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention provides hot workable
Regarding ferritic alloy steel. More specifically, the present invention comprises 20-25% chromium, 5-8% aluminum
%, phosphorus 0.01% or less, magnesium 0.01% or less,
It relates to ferritic alloy steel containing 0.5% or less manganese, 0.005% sulfur, and the balance iron, and containing unavoidable impurities.

〔従来の技術及び発明が解決すべき課題〕[Problems to be solved by conventional technology and invention]

上記の一般的な種類の合金鋼は当該技術分野に
おいて公知であり、電気発熱体及び高温強度の触
媒担体の製造に利用さている。こらの合金鋼は、
非常に付着性のある酸化物層を形成し、そして極
めて良好な耐スケール生成強度を有している。さ
らに元素を添加するか、製造工程で生じる不可避
的不純物を減少させることにより、基本組成をさ
らに改善するいくつかの試みがなさている。
Alloy steels of the general types described above are known in the art and are utilized in the manufacture of electrical heating elements and high temperature strength catalyst supports. These alloy steels are
It forms a very adherent oxide layer and has very good anti-scaling strength. Several attempts have been made to further improve the basic composition by adding further elements or reducing unavoidable impurities that arise during the manufacturing process.

例えば、英国特許出願公開第GB−A−2
070 642号公報では、2%以下のイツトリウム、
ハフニウム、ジルコニウム、セリウム又はランタ
ンだけでなく0.1〜2%のチタンを添加して微粒
子鋳造組織を形成し、熱間加工性を改善すること
が提案されている。イツトリウム、ハフニウム、
ジルコニウム及び混合金属(Ce+La)の添加量
は、例えば、特許請求の範囲第7項、第8項、第
10項及び第11項に記載のとおり、それぞれ1
%以下である。実施例Bにおいて、チタンが0.34
%でニオブが0.46%の場合に最良の結果が得られ
た。しかしながら、この公開明細書の教示事項に
は、いくつかの各点がある。
For example, British Patent Application Publication No. GB-A-2
In Publication No. 070 642, yttrium of 2% or less,
It has been proposed to add 0.1 to 2% titanium as well as hafnium, zirconium, cerium, or lanthanum to form a particulate cast structure and improve hot workability. Yztrium, hafnium,
The amount of zirconium and mixed metal (Ce+La) added is, for example, 1, respectively, as described in claims 7, 8, 10, and 11.
% or less. In Example B, titanium is 0.34
The best results were obtained with 0.46% niobium. However, there are several points in the teachings of this publication.

いくつかの提案されている混合物は非常に高価
であり、そして1%以下の割合でも合金鋼の特性
はかなり影響されることから、上記した量のチタ
ンにより機械的性質が改善されるが、しかしなが
ら、同時に、チタンは周期的に変動する酸化条件
下での特性挙動の悪化をもたらす。使用寿命が、
VIW試験では、チタンを含有しないサンプルで
は5000変動サイクルであるのに対して、チタン含
有量が0.47%であるサンプルでは2800変動サイク
ルに減少する。このことは、外側酸化物層におけ
る酸化チタンの濃縮と関係があり、これにより、
酸化物層が除去される〔コロージヨン・サイエン
ス(Corrosion Science)、第24巻、第7号、
1984年、第613〜627頁参照〕。
The above-mentioned amounts of titanium improve the mechanical properties, however, since some of the proposed mixtures are very expensive and the properties of the alloy steel are significantly affected even at proportions below 1%. , at the same time, titanium leads to a deterioration of the property behavior under periodically varying oxidation conditions. The service life is
In the VIW test, the sample with titanium content of 0.47% reduces to 2800 variation cycles, compared to 5000 variation cycles for the sample without titanium. This is related to the concentration of titanium oxide in the outer oxide layer, which
The oxide layer is removed [Corrosion Science, Vol. 24, No. 7,
1984, pp. 613-627].

上記したVIW試験の間、太さが0.4mmの小さな
ワイヤー状試験コイルを、電流を直接流して加熱
する。電流の供給については、2分間隔で供給
(通電)と停止を継続して繰り返す。得られる最
高温度を光学的に測定し、そして試験中は印加す
る電圧を変化させて同一切り換え周波数を一定に
維持する。これについては、ケーイー・フオーク
(K.E.Volk)、ニツケル ウント ニツケレギー
ンゲン(Nickel und Nickellegierungen)、第
145頁、スプリンガー・フエーラグ(Springer
Verlag)、1970年に開示されている。
During the VIW test described above, a small wire-like test coil with a thickness of 0.4 mm is heated by passing an electric current directly through it. Regarding the supply of current, supply (energization) and stop are continuously repeated at 2 minute intervals. The maximum temperature obtained is measured optically and the applied voltage is varied to maintain the same switching frequency constant during the test. This is discussed in KEVolk, Nickel und Nickellegierungen, Vol.
145 pages, Springer Verlag
Verlag), 1970.

さらに、チタン含有量が0.47%のサンプルの場
合、熱間変形段階で、強固で、不均一に分布した
炭化チタンの欠陥が観察された。このため、機械
的性質が著しく異なり、均一な冷間加工が困難又
は不可能となる。
Moreover, for the sample with titanium content of 0.47%, strong and unevenly distributed titanium carbide defects were observed during the hot deformation stage. As a result, the mechanical properties differ significantly, making uniform cold working difficult or impossible.

ニオブを添加することにより、フエライト系
Fe−Cr合金鋼は、475℃での脆性がわずかに増加
〔アイアン・アンド・ステイール(Iron and
Steel)、第199頁、ジヨン・ウイレー・アンド・
サンズ(John Wiley&Sons)、ニユーヨーク、
1966年におけるホウ素、カルシウム、コロンビウ
ム及びジルコニウムを参照〕するだけでなく、周
期的に変化する酸化条件下での強度が悪化する。
温度が高くなると、体積の増加、成長応力及びそ
の結果として酸化物の剥離と関係のある種々の酸
化ニオブ(Nb、NbO2,Nb2O5)が生成する。さ
らに、酸化ニオブは、その融点が、例えば、約
1500℃等のように比較的低いので、高温ではそれ
ぼど安定ではない〔ピ−・コフスタツド(P.
Kofstad)、金属の高温酸化(High
Temperature Oxidation of Metals)、第215頁、
ジヨン・ウイレー・アンド・サンズ(John
Wiley&Sons)、ニユーヨーク、1966年参照〕。
By adding niobium, ferrite type
Fe-Cr alloy steel has slightly increased brittleness at 475°C (Iron and Steel).
Steel), p. 199, John Whalley &
John Wiley & Sons, New York
(see Boron, Calcium, Columbium and Zirconium in 1966), but also its strength deteriorates under periodically changing oxidizing conditions.
Higher temperatures result in the formation of various niobium oxides (Nb, NbO 2 , Nb 2 O 5 ) which are associated with volume increases, growth stresses and consequent oxide spalling. Furthermore, niobium oxide has a melting point of e.g.
Since the temperature is relatively low, such as 1500℃, it is not stable at high temperatures [P. Kofstad (P.
Kofstad), high temperature oxidation of metals (High
Temperature Oxidation of Metals), page 215,
John Whalley & Sons
Wiley & Sons), New York, 1966].

ヨーロツパ特許第EP−B−0 091 526号によ
る基本的な合金鋼は、希土類0.002〜0.06%、リ
ンが最大0.04%及びイオウ0.03%の他に、安定化
及び疲労強度の改善のためにジルコニウムとニオ
ブも含有している。ジルコニウムとニオブは、炭
素含有量(最大0.05%)及び窒素含有量(最大
0.05%)に応じて1.068〜1.928%以下添加する必
要があり、そして、ニオブは、炭素と窒素が全く
存在しないときに、常に0.364〜1.209%以下添加
する〔該公報のクレーム1参照〕。
The basic alloy steel according to European Patent No. EP-B-0 091 526 contains 0.002-0.06% rare earths, up to 0.04% phosphorus and 0.03% sulfur, as well as zirconium for stabilization and improved fatigue strength. It also contains niobium. Zirconium and niobium have a low carbon content (up to 0.05%) and nitrogen content (up to
0.05%), and niobium is always added in an amount of 0.364 to 1.209% or less when carbon and nitrogen are completely absent [see claim 1 of the publication].

この引用特許明細書に開示されている合金鋼に
も欠点がある。希土類を添加する限り、比較的低
融点の酸化物の生成を考慮する必要があるので、
合金鋼は所定の最大温度でしか使用できない。
又、リン含有量0.04%以下及びイオウ含有量0.03
%以下の規定は、その出願人の限定では必要であ
る。とりわけ、ジルコニウム含有量約1%以下及
びニオブ含有量約2%以下の場合、重大な欠点を
考慮しなければならない。ニオブに関しては、ド
イツ特許出願公開第GB−A−2 070 642号と
同様の欠点がある。ジルコニウム含有量がより減
少すると、耐酸化性が極めて迅速に改善され、反
対の結果となる〔エイチ・プフエイフアー(H.
Pfeiffer)及びエイチ・トーマス(H.Thomas)、
耐酸化性合金(Oxidation Resistant Alloys)、
第260頁、スプリンガー・フエーラグ(Springer
−Verlag)、1963年〕。さらに、フエライト系鉄
(Fe)マトリツクスの溶解性よりもはるかにジル
コニウム含有量が多い場合、窒化ジルコニウム、
炭化ジルコニウム及び炭窒化ジルコニウムの粗い
分散分離(析出)が生じて、粒子成長の持続的妨
げがなくかつ顕著な強度の増加が生じない。
The alloy steel disclosed in this cited patent also has drawbacks. As long as rare earth elements are added, it is necessary to consider the formation of oxides with relatively low melting points.
Alloy steels can only be used at certain maximum temperatures.
In addition, phosphorus content is 0.04% or less and sulfur content is 0.03%.
% or less is necessary in the applicant's limitations. In particular, significant drawbacks must be taken into account when the zirconium content is below about 1% and the niobium content is below about 2%. Regarding niobium, it has the same drawbacks as German Patent Application No. GB-A-2 070 642. When the zirconium content is reduced further, the oxidation resistance improves very quickly, and the opposite is true [H.
Pfeiffer) and H.Thomas,
Oxidation Resistant Alloys,
Page 260, Springer Verlag
- Verlag), 1963]. Furthermore, when the zirconium content is much higher than the solubility of the ferritic iron (Fe) matrix, zirconium nitride,
A coarse dispersion (precipitation) of zirconium carbide and zirconium carbonitride occurs, with no sustained hindrance to grain growth and no significant strength increase.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

したがつて、本発明の目的は、公知の基本的な
合金鋼をさらに改善し、そして従来技術の欠点を
回避する熱間変形可能なフエライト系合金鋼を提
供することにある。
It is therefore an object of the present invention to provide a hot-deformable ferritic alloy steel which further improves the known basic alloy steels and avoids the disadvantages of the prior art.

より詳細には、本発明の目的は、粒子成長が著
しく制限され、そして繰り返し酸化試験における
使用寿命が著しく改善される上記合金鋼を提供す
ることにある。
More particularly, it is an object of the present invention to provide an alloy steel as described above, in which grain growth is significantly limited and the service life in repeated oxidation tests is significantly improved.

上記目的及び以下の説明で明らかになるであろ
う他の目的に鑑みて、本発明のひとつの特徴は、 クロム 20〜25% アルミニウム 5〜8% リ ン 0.01%以下 マグネシウム 0.01%以下 マンガン 0.5%以下 イオウ 0.005%以下 鉄、不可避的不純物 残 部 を含有し、さらに、 イツトリウム 0.03〜0.08% 窒 素 0.004〜0.008% 炭 素 0.020〜0.040% チタン 0.035〜0.07% ジルコニウム 0.035〜0.07% を含有する合金鋼であつて、チタンとジルコニウ
ムの含有百分率の合計が炭素と窒素の含有百分率
の合計の1.75〜3.5倍であることを特徴とする熱
間変形可能なフエライト系合金鋼にある。
In view of the above object and other objects that will become clear from the following description, one feature of the present invention is that: Chromium 20-25% Aluminum 5-8% Phosphorus 0.01% or less Magnesium 0.01% or less Manganese 0.5% Alloy steel containing sulfur 0.005% or less iron, the balance of unavoidable impurities, and further containing yttrium 0.03-0.08%, nitrogen 0.004-0.008%, carbon 0.020-0.040%, titanium 0.035-0.07%, and zirconium 0.035-0.07%. The hot-deformable ferritic alloy steel is characterized in that the total content percentage of titanium and zirconium is 1.75 to 3.5 times the total content percentage of carbon and nitrogen.

これらの特徴に従つて合金鋼を造ると、基本的
合金鋼が改善され、そして従来技術の欠点がなく
なる。
Building alloy steels according to these characteristics improves on basic alloy steels and eliminates the drawbacks of the prior art.

本発明の別の特徴によれば、チタンとジルコニ
ウムとの混合の比は、0.6と1.4との間にある。
According to another feature of the invention, the ratio of the titanium to zirconium mixture is between 0.6 and 1.4.

本発明のさらに別の特徴によれば、さらに、ハ
フニウム、タンタル及びバナジウムの少なくとも
1種を合金鋼に添加する。
According to yet another feature of the invention, at least one of hafnium, tantalum and vanadium is further added to the alloy steel.

クロムは、少なくとも5%のアルミニウムと組
合せて単一アルミニウム酸化物層を形成するのに
少なくとも20%必要である。25%より多いクロム
及び8%より多いアルミニウムは熱間加工性及び
冷間加工性を低下させる。
Chromium is required at least 20% in combination with at least 5% aluminum to form a single aluminum oxide layer. More than 25% chromium and more than 8% aluminum reduce hot and cold workability.

イツトリウムは、耐酸化性のために0.03%必要
であるが、0.08%以上になると粒界に偏析が促進
されてしまう。
Yttrium is required in an amount of 0.03% for oxidation resistance, but if it exceeds 0.08%, segregation will be promoted at grain boundaries.

炭素は、高温クリープ強度を得るために0.020
%必要であるが、0.04%より多いと耐酸化性を低
下させる。
Carbon 0.020 to obtain high temperature creep strength
%, but if it exceeds 0.04%, the oxidation resistance will decrease.

窒素は、上述の炭素と同じ理由で0.004〜0.008
%に限定される。
Nitrogen is 0.004 to 0.008 for the same reason as carbon mentioned above.
limited to %.

チタン及びジルコニウムは、それぞれの元素の
0.035%〜0.07%の範囲にて炭素及び窒素と組合
せでクリープ強度を改善する。
Titanium and zirconium are
Improves creep strength in combination with carbon and nitrogen in the range of 0.035% to 0.07%.

チタン+ジルコニウム:炭素+窒素=1.75〜
3.5の比が各々の原子重量に基づいた化学量論的
関係に従つて決められる。Ti+Zr:C+Nの比
が1.75より小さい場合、炭化物又は炭窒化物の析
出量は、結晶粒成長の効果的な抑制を達成するこ
とができないほど少ない。この比が3.5より大き
い場合、最大の達成可能な析出量が極端となるで
あろうし、且つ、溶体中に存在するチタン及びジ
ルコニウム量が材料の周期的な耐酸化性の品質低
下をもたらす。
Titanium + zirconium: carbon + nitrogen = 1.75 ~
A ratio of 3.5 is determined according to stoichiometric relationships based on the atomic weights of each. When the Ti+Zr:C+N ratio is less than 1.75, the amount of carbide or carbonitride precipitation is so small that effective suppression of grain growth cannot be achieved. If this ratio is greater than 3.5, the maximum achievable precipitation amount will be extreme and the amount of titanium and zirconium present in solution will result in a periodic deterioration of the oxidation resistance of the material.

Ti:Zr=0.6〜1.4の比が窒化物又は炭窒化物を
規定するチタン及びジルコニウムの炭化物の熱力
学的安定性を確実にするために決めるのが好まし
い。チタン:ジルコニウムの比は単純に定めるこ
とはできないが、混合物状態のこれら双方は炭素
及び窒素を結合するため添加され、且つ結晶成長
の抑制のため炭化物及び炭窒化物の微細析出をも
たらす。チタン+ジルコニウムの合計の上限及び
下限は、本発明での炭素及び窒素の上限及び下限
によつて決定される。
A ratio of Ti:Zr=0.6 to 1.4 is preferably determined in order to ensure the thermodynamic stability of the titanium and zirconium carbides defining the nitride or carbonitride. Although the titanium:zirconium ratio cannot be determined simply, both of these in a mixture are added to bind carbon and nitrogen and result in fine precipitation of carbides and carbonitrides to inhibit crystal growth. The upper and lower limits of the sum of titanium and zirconium are determined by the upper and lower limits of carbon and nitrogen in the present invention.

本発明独特のものと考えられる新規な特徴が、
特に特許請求の範囲に記載されている。しかしな
がら、その構成及び操作方法(作用)の両方に関
して発明自体及びさらなる目的及び利点は、以下
に示す具体的実施態様の説明を添付図面との関連
においてみることにより、最もよく理解できるで
あろう。
Novel features considered unique to the present invention include:
In particular, it is stated in the claims. The invention itself, both as to its construction and method of operation, may, however, be best understood, as well as further objects and advantages, from the following description of specific embodiments, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

〔実施態様例〕[Example of implementation]

本発明によれば、クロム20〜25%、アルミニウ
ム5〜8%、リン0.01%以下、マグネシウム0.01
%以下、マンガン0.5%以下、イオウ0.005%以下
で残部が鉄であり、不可避的不純物を含み、さら
に、イツトリウム0.03〜0.08%、窒素0.004〜
0.008%、炭素0.020〜0.040%、チタン0.035〜0.07
%及びジルコニウム0.035〜0.07%を含む熱間変
形可能なフエライト系合金鋼であつて、チタンと
ジルコニウムの含有百分率の合計が炭素と窒素の
含有百分率の合計の1.75〜3.5倍であることを特
徴とする熱間変形可能なフエライト系合金鋼が提
案される。
According to the invention, chromium 20-25%, aluminum 5-8%, phosphorus 0.01% or less, magnesium 0.01%
% or less, manganese 0.5% or less, sulfur 0.005% or less, the balance being iron, including unavoidable impurities, and yttrium 0.03~0.08%, nitrogen 0.004~
0.008%, carbon 0.020~0.040%, titanium 0.035~0.07
% and zirconium 0.035 to 0.07%, characterized in that the total content percentage of titanium and zirconium is 1.75 to 3.5 times the sum of the content percentages of carbon and nitrogen. A hot-deformable ferritic alloy steel is proposed.

チタンとジルコニウムの混合の比は、0.6〜1.4
の範囲内でよい。
The mixing ratio of titanium and zirconium is 0.6 to 1.4
It is acceptable within the range of .

また、ハフニウム、タンタル及びバナジウムの
少なくとも1種をさらに添加することもできる。
Furthermore, at least one of hafnium, tantalum, and vanadium may be further added.

水平に配置し、らせん状に曲げた加熱導体1の
使用寿命を試験するための装置を第1a図に示
す。加熱導体1は、一方の側をホルダー2に固定
し、そして電源3と接続する。この場合、加熱導
体1は、12巻きで、長さ50mmで内径が3mmのコイ
ルから構成されている。加熱導体ワイヤーの直径
は0.4mmである。加熱導体は、2分ごとにスイツ
チを入れたり切つたりする(加熱導体への電流を
2分間通電し、2分間通電停止し、これを繰り返
す)。輻射(光)高温計で、非接触法で加熱段階
中に達した温度を測定し、そして温度調整は、印
加電圧を一定値に変化させることにより行つた。
An apparatus for testing the service life of a heating conductor 1 arranged horizontally and bent in a helical manner is shown in FIG. 1a. A heating conductor 1 is fixed on one side to a holder 2 and connected to a power source 3. In this case, the heating conductor 1 consists of a 12-turn coil with a length of 50 mm and an inner diameter of 3 mm. The diameter of the heating conductor wire is 0.4mm. The heating conductor is switched on and off every 2 minutes (current is applied to the heating conductor for 2 minutes, de-energized for 2 minutes, and this process is repeated). A radiation (light) pyrometer measured the temperature reached during the heating step in a non-contact manner, and temperature adjustment was carried out by varying the applied voltage to a constant value.

上記の試験は、加熱導体が通し燃焼となる(断
線する)まで通常の空気雰囲気中で行つた。サイ
クル数が使用寿命の直接値である。全ての材料に
関して、避けることのできない強酸化が多少なり
ともあると、電流を流すのに有効な金属断面が時
間の経過とともに小さくなる。したがつて、電気
抵抗は対応して増加し、そして電圧を増加すると
き、切り換えリズムを変化させない状態でのみ所
定の試験温度を維持することができる。利用する
試験装置は、自動操作温度調整装置である。した
がつて、加熱段階の試験温度は、試験時間全体を
通じて、加熱導体の酸化の進行とは関係なく、通
し燃焼(断線)まで維持できる。
The above test was conducted in a normal air atmosphere until the heating conductor passed through and burned (broken). The number of cycles is a direct value of service life. As with all materials, the unavoidable presence of some degree of strong oxidation reduces the effective metal cross section for carrying current over time. Therefore, the electrical resistance increases correspondingly, and when increasing the voltage, the predetermined test temperature can only be maintained without changing the switching rhythm. The test equipment utilized is an automatically operated temperature control device. Therefore, the test temperature of the heating stage can be maintained throughout the test period, regardless of the progress of oxidation of the heating conductor, until burnout (breakage).

第1b図に示した垂直に吊るした加熱導体ワイ
ヤー4の使用寿命の試験装置において、加熱導体
の長さは1メートルである。その上端をホルダー
5に固定し、可変重量負荷6を掛け、そして電源
7に接続する。
In the apparatus for testing the service life of a vertically suspended heating conductor wire 4 as shown in FIG. 1b, the length of the heating conductor is 1 meter. Its upper end is fixed to a holder 5, a variable weight load 6 is applied, and it is connected to a power source 7.

この装置では、太さ0.4mmの加熱導体ワイヤー
の通電スイツチを、2分間隔で交互に入れたり切
つたりする。ここでも、第1a図の装置のよう
に、加熱段階中に達した温度を、非接触法で測定
し、一定値に調整した。
In this device, a 0.4 mm thick heating conductor wire is turned on and off alternately at two-minute intervals. Here too, as in the apparatus of FIG. 1a, the temperature reached during the heating phase was measured in a non-contact manner and adjusted to a constant value.

第2図〜第5図に示した結果は、比較合金鋼
(サンプル1)及び下記の組成を有する本発明の
改良合金鋼(サンプル2)についてのものであ
る。
The results shown in FIGS. 2-5 are for a comparative alloy steel (Sample 1) and an improved alloy steel of the present invention (Sample 2) having the following composition.

サンプル1 サンプル2 Cr 20.10 20.45 Al 4.91 5.05 P 0.009 0.007 Mg 0.01 0.01 Mn 0.22 0.15 S 0.003 0.002 Y − 0.04 N 0.010 0.007 C 0.045 0.037 Ti0 − 0.07 Zr 0.16 0.06 Fe 残 部 残 部 第2図は、第1a図による装置で得られる使用
寿命値を、通し燃焼(断線)までのサイクル数
(通電回数)で表したものである。サンプルは、
2分ごとに通電スイツチを入れたり切つたりし、
そして加熱段階中に達した温度を非接触法で測定
するとともに、各サイクルにおける総試験時間中
に1200の一定試験温度が維持されるように印加電
圧を変化させた。サンプル1は5343サイクルまで
耐えたが、サンプル2は6213サイクルの後に燃焼
した(切れた)。これは、15%以上の増加に相当
する。
Sample 1 Sample 2 Cr 20.10 20.45 Al 4.91 5.05 P 0.009 0.007 Mg 0.01 0.01 Mn 0.22 0.15 S 0.003 0.002 Y − 0.04 N 0.010 0.007 C 0.045 0.037 Ti0 − 0. 07 Zr 0.16 0.06 Fe Balance Balance Figure 2 is Figure 1a The service life value obtained with the device is expressed as the number of cycles (number of energizations) until combustion (wire breakage) occurs. sample,
Turn the power switch on and off every 2 minutes,
The temperature reached during the heating phase was then measured in a non-contact manner and the applied voltage was varied such that a constant test temperature of 1200 was maintained during the total test time in each cycle. Sample 1 lasted up to 5343 cycles, while sample 2 burnt out after 6213 cycles. This represents an increase of more than 15%.

第3図に、試験温度と測定した引張強度との関
係を示す。この図から、本発明の改良合金鋼は試
験温度全域でより高い引張強度を有していること
が分かる。
FIG. 3 shows the relationship between test temperature and measured tensile strength. From this figure, it can be seen that the improved alloy steel of the present invention has higher tensile strength over the test temperature range.

第4図は、第1b図による試験で得られたサイ
クル数を、印加負荷(荷重)との関係において示
したものである。改良合金鋼は、全ての負荷で著
しく高い使用寿命を示した。即ち、2N/mm2の負
荷では6倍、3N/mm2の負荷では約5倍、そして
4N/mm2の負荷では常に3.5倍の使用寿命の増加が
得られた。
FIG. 4 shows the number of cycles obtained in the test according to FIG. 1b in relation to the applied load. The improved alloy steel showed significantly higher service life at all loads. That is, at a load of 2N/mm 2 it is 6 times, at a load of 3N/mm 2 it is about 5 times, and
A load of 4 N/mm 2 always resulted in a 3.5-fold increase in service life.

また、高温で長時間使用している間の材料の延
性も、重要な構造上の特徴である。フエライト系
Fe−Cr−Al合金鋼の延性の減少は、高温での強
い粒子成長と関係がある。第5a図において、
950〜1050℃で6.5日間保存した後のサンプル1に
関する粒径(粒度値)をμmで表してある(上の
曲線1)。さらに、950℃、1050℃及び1150℃で13
日間保持した後の改良合金鋼の粒度を示す(下の
破線2)。これらの曲線から明らかなように、保
持時間が2倍の改良合金鋼は、比較合金鋼よりも
かなり微細な粒子構造を有している。
The ductility of the material during long-term use at high temperatures is also an important structural feature. Ferrite type
The decrease in ductility of Fe-Cr-Al alloy steels is related to strong grain growth at high temperatures. In Figure 5a,
The particle size (particle size value) is expressed in μm for sample 1 after storage for 6.5 days at 950-1050°C (upper curve 1). Furthermore, 13 at 950℃, 1050℃ and 1150℃
The grain size of the improved alloy steel after holding for days is shown (bottom dashed line 2). As is evident from these curves, the improved alloy steel with twice the holding time has a significantly finer grain structure than the comparative alloy steel.

したがつて、第5b図に示した曲げ回数(破損
するまでの180゜の曲げ回数)は、950℃,1075℃
及び1175℃の温度で13日間又は6.5日間保持した
サンプルに関して、比較合金鋼よりも本発明の改
良合金鋼では、微細な粒子構造により、かなり高
いことは驚くべきことではない。この比較では、
改良合金鋼が比較合金鋼よりもかなり高い延性を
有していることを示している。
Therefore, the number of bends shown in Figure 5b (the number of bends at 180° before breaking) is 950°C and 1075°C.
It is not surprising that for samples kept at a temperature of 1175° C. for 13 days or 6.5 days, it is significantly higher for the improved alloy steel of the invention than for the comparative alloy steel due to the fine grain structure. In this comparison,
It shows that the improved alloy steel has significantly higher ductility than the comparative alloy steel.

さらに、本発明に係る改良合金鋼(サンプル
2)にハフニウムを0.10%添加したサンプル3
と、タンタルを0.10%添加したサンプル4とにつ
いて第3図の場合と同様に試験して、第6図に示
す結果が得られた。第6図からわかるように、ハ
フニウムまたはタンタルの添加は高温引張強度を
さらに高める。
Furthermore, sample 3 was prepared by adding 0.10% hafnium to the improved alloy steel according to the present invention (sample 2).
Sample 4 containing 0.10% tantalum was tested in the same manner as in FIG. 3, and the results shown in FIG. 6 were obtained. As can be seen in Figure 6, the addition of hafnium or tantalum further increases the high temperature tensile strength.

上記した元素は、単独又は2種以上組み合わせ
て、上記した構成とは異なる構成で有用な用途に
用いられることが理解されるであろう。
It will be understood that the above-described elements can be used alone or in combination of two or more for useful purposes in configurations different from those described above.

以上、本発明を熱間変形可能なフエライト系合
金鋼の具体例を挙げて説明してきたが、本発明の
精神から逸脱することなく種々の改良及び構造上
の変更が可能であるので、本発明は上記したもの
には限定されない。
Although the present invention has been described above using specific examples of hot-deformable ferritic alloy steel, various improvements and structural changes are possible without departing from the spirit of the present invention. is not limited to the above.

さらに、上記の説明で本発明の要旨が充分に明
らかであるので、当業者は、本発明を、現在の知
識を適用することにより、従来技術の観点から本
発明の総括的又は具体的態様の必須の特徴を構成
する構成要件を省略することなく種々の用途に容
易に適合させることができる。新規で特許により
保護されるべき事項は、特許請求の範囲に記載の
通りである。
Moreover, since the gist of the present invention is sufficiently clear from the above description, one skilled in the art can understand the present invention in general or specific embodiments from the perspective of the prior art by applying current knowledge. It can be easily adapted to various applications without omitting components that constitute essential features. Matters that are new and should be protected by a patent are as described in the claims.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上記で説明したように、本発明によれば、高コ
スト、酸化条件下での挙動の悪化、均一な低温変
形の困難性をはじめとする従来技術の欠点を改善
し、粒子成長を著しく制限し、そして繰り返し酸
化試験における使用寿命を著しく改善した熱間変
形可能なフエライト系合金鋼が提供される。
As explained above, the present invention improves the shortcomings of the prior art, including high cost, poor behavior under oxidizing conditions, and difficulty in uniform low-temperature deformation, and significantly limits grain growth. and a hot-deformable ferritic alloy steel with significantly improved service life in repeated oxidation tests is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1a図及び第1b図は、試験に用いた装置の
概略図であり、第2図は使用寿命の実測値を示す
グラフであり、第3図は温度と引張強度との関係
を示すグラフであり、第4図は引き下げ負荷を掛
けた状態での使用寿命の実測値を示すグラフであ
り、第5a図及び第5b図は粒子成長又は曲げ回
数に関する値を示すグラフであり、そして第6図
は本発明に係る合金の高温強度を示すグラフであ
る。 1……加熱導体、2,5……ホルダー、3,7
……電源、4……加熱導体ワイヤー、6……可変
負荷。
Figures 1a and 1b are schematic diagrams of the equipment used in the test, Figure 2 is a graph showing actual measured values of service life, and Figure 3 is a graph showing the relationship between temperature and tensile strength. Figure 4 is a graph showing actual measured values of service life under a condition where a pull-down load is applied, Figures 5a and 5b are graphs showing values related to particle growth or the number of bends, and Figure 6 is a graph showing the high temperature strength of the alloy according to the present invention. 1... Heating conductor, 2, 5... Holder, 3, 7
...Power source, 4...Heating conductor wire, 6...Variable load.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 クロム20〜25%、アルミニウム5〜8%、リ
ン0.01%以下、マグネシウム0.01%以下、マンガ
ン0.5%以下、イオウ0.005%以下、鉄と不可避的
不純物の残部を含有し、さらに、イツトリウム
0.03〜0.08%、窒素0.004〜0.008%、炭素0.020〜
0.040%、チタン0.035〜0.07%及びジルコニウム
0.035〜0.07%を含有する熱間加工性フエライト
系合金鋼であつて、チタン及びジルコニウムの含
有百分率の合計が炭素と窒素の含有百分率の合計
の1.75〜3.5倍であることを特徴とする熱間変形
可能なフエライト系合金鋼。 2 チタン及びジルコニウムの混合比が0.6〜1.4
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
記載のフエライト系合金鋼。 3 前記合金鋼がハフニウム、タンタル及びバナ
ジウムの少なくとも1種の元素を含んで成ること
を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のフエ
ライト系合金鋼。
[Claims] 1 Contains 20 to 25% chromium, 5 to 8% aluminum, 0.01% or less phosphorus, 0.01% or less magnesium, 0.5% or less manganese, 0.005% or less sulfur, and the balance of iron and unavoidable impurities, In addition, yztrium
0.03~0.08%, Nitrogen 0.004~0.008%, Carbon 0.020~
0.040%, titanium 0.035-0.07% and zirconium
A hot workable ferritic alloy steel containing 0.035 to 0.07%, characterized in that the total content percentage of titanium and zirconium is 1.75 to 3.5 times the sum of the content percentages of carbon and nitrogen. Deformable ferritic alloy steel. 2 Mixing ratio of titanium and zirconium is 0.6 to 1.4
The ferritic alloy steel according to claim 1, characterized in that: 3. The ferritic alloy steel according to claim 1, wherein the alloy steel contains at least one element of hafnium, tantalum, and vanadium.
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