JPS597345B2 - 高温耐食性および高温耐酸化性にすぐれた高強度合金鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高温の腐食あるいは酸化雰囲気中において
、すぐれた耐食性および耐酸化性を示すと共に、著しく
高い高温強度を有する合金鋼に関するものである。

従来、例えば重油を燃料として使用する製鉄用加熱炉の
スキッドレールみ、ボイラ用デ ユーザ、さらにその
他の特に耐熱性を要求される部材の製造には、例えば、
（ａ）２５％Ｃｒ−２０％Ｎｉ−Ｆｅ合金、（ｂ）３０
％Ｃｒ−２２％Ｎｉ−Ｆｅ合金、（ｃ）２８％Ｃｒ−Ｆ
ｅ合金、（ｄ）５０％Ｃｒ−５０％Ｎｉ合金、 （ｅ）２７％Ｃｒ−２０％Ｆｅ−Ｃｏ合金、などの合金
が使用されている。

この場合、これら従来合金製のスキッドレールやボイラ
用ディフューザは、重油に含有するＶ、Ｓなどの成分が
燃焼時に酸化して生成した化合物を含有する高温腐食あ
るいは高温酸化の雰囲気にさらされることになる。これ
ら従来合金は、いずれも上記のような苛酷な使用条件下
で比較的良好な耐食性および耐酸化性を示すものの、未
だ満足する特性をもつものではなく、また上記（ａ）−
（Ｃ）に示されるＦｅ基合金は、十分な高温強度を有し
ておらず、さらに上記（ｄ）および（ｅ）に示されるＮ
ｉ基およびＣｏ基合金は、前記Ｆｅ基合金に比して高い
高温強度をもつが、高価な合金元素の含有量が高いため
コスト高となるのを避けることができず、したがってそ
の使用範囲が限定され、実用性に乏しいなどの問題点が
ある。本発明者は、上述のような観点から、より高い高
温強度を有すると共に、さらにすぐれた高温耐食性およ
び高温耐酸化性を兼ね備えた合金鋼をコスト安く得べ（
研究を行なった結果、合金鋼の成分組成を、重量％で、
Ｃ：０．０１〜００６％、 Ｓｉ：０．１〜３％、 Ｍｎ■ ０．０５〜２％、 Ｃｒ：２８〜３８％、 Ｃｏ二 １０５〜７％、 Ｎｉ：２１〜３２％、 Ｔｉ：０．０１〜２％、 Ｎ：０．０１〜０９５％、 Ｍｏ： １〜５％、 Ｆｅおよび不可避不純物：残り、 から構成すると、この合金鋼はきわめて高い高温強度を
有し、しかも苛酷な高温腐食および高温酸化の雰囲気中
ですぐれた耐食性および耐酸化性を示すという知見を得
たのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたもので、以
下に成分組成範囲を上記のように限定した理由を説明す
る。

（ａ） Ｃ Ｃ成分には、高温で素地中に固溶すると共に、Ｃｒ，Ｔ
ｉ，およびＭＯなどと結合してＭＣ型、Ｍ２３Ｃ６型、
Ｍ７Ｃ３型などの炭化物を形成して、結晶粒内および結
晶粒界を強化し、さらに高温における機械的性質を向上
させると共に、溶接性および鋳造性をも改善する作用が
あるが、その含有量が０．０１％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方０．６％を越えて含有させる
と、炭化物の析出が過剰となって高温靭性が劣化するよ
うになるばかりでなく、耐酸化性も劣化するようになる
ことから、その含有量を０．０１〜０．６％と定めた。

（ｂ） Ｓｉ Ｓｉ成分には、Ｃｒと共に高温での耐酸化性を向上させ
、さらに溶湯の流動性を改善して鋳造性を向上させる作
用があるほか、脱酸作用をもつ成分であるが、その含有
量が０．１％未満では、前記作用に所望の効果を得るこ
とができず、一方３％を越えて含有させると、Ｃｒの含
有量との関係において靭性および溶接性が低下するよう
になることから、その含有量を０．１〜３％と定めた。

（ｃ） Ｍｎ Ｍｎ成分には、Ｎｉと共にオーステナイト素地に固溶し
て、これを安定化する作用があるほか、脱酸作用をもつ
成分であるが、その含有量が０．０５％未満では所望の
作用効果を確保することができず、一方２％を越えて含
有させると、高温耐酸化性および靭性が低下するように
なることから、その含有量を０．０５〜２％と定めた。

（ｄ） ＣｒＣｒ成分には、合金鋼にすぐれた高温耐
酸化性、高温耐食性、および高温強度を付与する作用が
あるが、その含有量が２８％未満では前記作用に所望の
効果を得ることができず、一方３８％を越えて含有させ
ると、大気中溶解がきわめて困難となるばかりでな《、
鋳造性および溶接性も劣化するようになることから、そ
の含有量を２８〜３８％と定めた。

つ） ＣＯ ＣＯ成分には、素地に固溶して高温強度を向上させ、ま
た他の合金成分と共働して高温での耐酸化性および耐硫
化性を相剰的に改善し、さらに加熱冷却時の割れ発生を
防止し、熱間加工性をも改善する作用がある。

しかしその含有量が１．５％未満では、前記作用に所望
の効果が得られないので、１．５％以上の含有が必要で
あるが、７％を越えて含有させても、より著しい作用効
果の向上は見られず、逆に熱間加工性は低下傾向を示す
ようになることから、経済性も考慮してその含有量を１
．５〜７％と定めた。ｒ） ＮｉＮｉ成分には、オー
ステナイト素地を安定化し、Ｃｒと共に耐酸化性を改善
し、さらに還元性雰囲気に対する抵抗性を向上させる作
用があるが、その含有量が２１％未満では、オーステナ
イト素地が不安定になって前記作用に所望の効果が得ら
れず、一方３２％を越えて含有させても高温強度および
耐酸化性により一層の向上効果が得られないことから、
経済性も考慮してその含有量を２１〜３２％を定めた。

→ Ｔｉ Ｔｉ成分には、オーステナイト素地の結晶粒成長を抑制
する作用があるが、その含有量が０．０１％未満では、
前記作用に所望の効果が得られず、一方２％を越えて含
有させると、酸化物の生成が増大して耐酸化性が劣化す
るようになることから、その含有量を０．０１〜２％と
定めた。

０Ｎ この発明の合金鋼においては、Ｃｒ含有量を比較的多い
２８〜３８％含有させて高温耐食性および高温耐酸化性
を改善しており、このようにＣｒ含有量が多い状態では
オーステナイト素地の安定度が低い状態になるが、Ｎ成
分には、オーステナイト素地中に固溶してオーステナイ
ト素地を安定化し、素地を固溶強化するほか、過剰のＮ
は窒化物を形成してさらに高温強度を向上させる作用が
あるが、その含有量が０．０１％未満では、前記作用に
所望の効果を得ることができず、一方０．５％を越えて
含有させると、窒化物の量が多くなり過ぎて脆化するよ
うになることから、その含有量を０．０１〜０．５％と
定めた。

（ｉ） ＭＯ ＭＯ成分には、オーステナイト素地中に固溶して、これ
を強化すると共に、高温耐食性、および高温耐酸化性を
著し《向上させ、さらにＣｒおよびＮなどと共存した状
態で（Ｃｒ，ＭＯ）２Ｎなどの複窒化物を形成して、高
温強度を著しく向上させる作用があるが、その含有量が
１％未満では所望の作用効果が得られず、一方５％を越
えて含有させると、オーステナイト素地が不安定となる
と共に、σ相などの金属間化合物の形成が顕著になり、
高温靭性が低下するようにｒ なることから、その含有
量を１〜５％と定めた。

ついで、この発明の合金鋼を実施例により比較例と対比
しながら説明する。それぞれ第１表に示される最終成分
組成をもった、本発明合金鋼１および２、本発明合金鋼
の成分組成からＭＯを除去した組成を有する比較合金鋼
、および従来公知のＣＯ基合金（以下従来合金という）
を、高周波炉を使用して大気中溶解し、１個の重量が約
７０ｋｇのスキツドレールに鋳造した。

つぎに、上記スキツドレールのそれぞれから耐食性試験
用、耐酸化性試験用、圧縮試験用およびクリープラプチ
ャ一試験用の試験片をそれぞれ採取し、以下に示す条件
でそれぞれの試験を行なった。

耐食性試験は、温度１２００℃に保持したＣ重油燃焼雰
囲気中における試験時間と腐食減量（脱スケール）との
関係を測定することにより行なった。この測定結果を第
１図に示した。図示されるように、ＭＯを含有しない比
較合金鋼に比して本発明合金鋼はすぐれた高温耐食性を
示し、従来合金との比較においてはさらに一段とすぐれ
た高温耐食性を示すことが明らかである。耐酸化性試験
は、温度１２００゜Ｃに保持した大気雰囲気中における
試験時間と酸化減量との関係を測定することによって行
なった。

この測定結果を第２図に示した。図示されるように、高
温での耐酸化性試験においても、高温で，の耐食性試験
における場合と同様に、本発明合金鋼１および２は、比
較合金鋼および従来合金に比してきわめてすぐれた高温
耐酸化性を示している。また、圧縮試験は、高速圧縮試
験機を用い、１０００〜１２５０℃の温度範囲内におけ
る所定温度（第３図参照）での変形抵抗（真ひずみε一
〇．１、ひずみ速度７〜１０／Ｓｅｃ）求めることによ
り行なった。

この結果を第３図に示した。図示されるように、本発明
合金鋼１および２は、比較合金鋼および従来合金に比し
て、前記試験温度範囲の低温側の温度ですぐれた変形抵
抗を示し、特にＮ含有量の比較的高い本発明合金鋼２は
試験温度範囲全体に亘って著しくすぐれた変形抵抗を示
し、これらの結果から本発明合金鋼は、きわめて高い高
温強度を有することが明らかである。さらに、クリープ
ラプチャ一試験は、温度９８２℃の大気中、荷重３ゆの
条件で行ない、破断寿命と伸びを測定した。

この測定結果を第２表に示した。第２表に示される結果
からも明らかなように、本発明合金鋼、特に本発明合金
鋼２は、比較合金鋼および従来合金に比してすぐれた高
温強度を有するのである。

上述のように、この発明の合金鋼は、きわめてすぐれた
高温強度、高温耐食性、および高温耐酸化性を兼ね備え
ているので、高温腐食雰囲気や高温酸化雰囲気などの著
し《苛酷な条件下で使用した場合に、すぐれた性能を発
揮するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は耐食性試験結果を示す曲線図、第２図は耐酸化
性試験結果を示す曲線図、第３図は圧縮試験における試
験温度と変形抵抗の関係を示す曲 と線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：０．０１〜０．６％、 Ｓｉ：０．１〜３％、 Ｍｎ：０．０５〜２％、 Ｃｒ：２８〜３８％、 Ｃｏ：１．５〜７％、 Ｎｉ：２１〜３２％、 Ｔｉ：０．０１〜２％、 Ｎ：０．０１〜０．５％ Ｍｏ：１〜５％、 Ｆｅおよび不可避不純物：残り、 （以上重量％）からなる組成を有することを特徴とする
   高温耐食性および高温耐酸化性にすぐれた高強度合金鋼
   。