(57)【要約】【課題】耐ヒートクラック性および耐クリープ変形性を高い次元で両立した耐熱合金を提供する。【解決手段】Ｃ：０．２０ｍａｓｓ％以上０．３０ｍａｓｓ％未満、Ｓｉ：０．５０〜０．８０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．７０〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：２０．０〜３０．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：２５．０〜３５．０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：１．０〜１．８ｍａｓｓ％およびＷ：３．０〜６．０ｍａｓｓ％を含み、ＰおよびＳをＰ：０．０２ｍａｓｓ％以下およびＳ：０．０１０ｍａｓｓ％以下に抑制し、残部がＦｅおよび不可避的不純物の成分組成とする。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．２０ｍａｓｓ％以上０．３０ｍａｓｓ％未満、Ｓｉ：０．５０〜０．８０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．７０〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：２０．０〜３０．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：２５．０〜３５．０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：１．０〜１．８ｍａｓｓ％およびＷ：３．０〜６．０ｍａｓｓ％を含み、ＰおよびＳをＰ：０．０２ｍａｓｓ％以下およびＳ：０．０１０ｍａｓｓ％以下に抑制し、残部がＦｅおよび不可避的不純物の成分組成を有する耐ヒートクラックおよび耐クリープ変形性に優れた耐熱合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、例えば加熱炉における炉内構造物の素材として供する耐熱合金、なかでも加熱炉における鋼材搬送ロール（以下、「ハースロール」と記す。）の素材として適している、耐ヒートクラック性および耐クリープ変形性に優れた耐熱合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
主に鋼材の熱処理を行う加熱炉として焼鈍炉があるが、この焼鈍炉には、鋼材を積載して移動させることによって、鋼材の搬入、搬送そして搬出を司る、ハースロールが複数列にわたって設けられている。
【０００３】
このハースロールは、焼鈍炉内の高温雰囲気にて長期間にわたり連続使用されるために、ロール材の結晶粒界に炭化物の生成をまねき、この炭化物が連続的に生成する結果、生成した炭化物に沿ってクラックの伝播経路が形成されることになる。引き続きハースロールは高温雰囲気下で使用され、鋼板とロールとの温度差により熱応力が発生する結果、この応力が、クラックの伝播経路である炭化物が生成した粒界に沿って伝播し、クラックが発生するのである。
【０００４】
かようなクラックがハースロールの周面に発生すると、このハースロールにより搬送される鋼材に表面疵が残るために、ロールの交換を頻繁に行う必要がある。すなわち、新品または補修後のハースロールに交換するとともに、回収したハースロールに対してはクラックを除去するための切削加工を行うことになる。この交換作業は煩雑である上、その後の切削加工に要する費用もコスト増の一因になっている。しかも、クラックが発生すると、このクラックに起因してロールが折損する危険性があるために、操業を中断してのロール交換を余儀なくされているのが現状である。
また、この種のロールは、高温にて使用されるために、クリープ変形を生じ易く、ロールに曲がりが発生することも問題であった。
【０００５】
ここに、耐ヒートクラック性並びに耐クリープ変形性に優れる耐熱合金として、例えば特許文献１には、クリープ強度を向上するためにＴｉおよびＺｒを添加することが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２３６６５３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このＴｉおよびＺｒを添加する手法は、クリープ強度を向上し、さらに使用初期の耐ヒートクラック性を向上するには有効であるが、高温下での長時間保持により経時的にＣｒ炭化物の粒界析出を抑えることは難しく、長期使用により粒界へ脆弱なＣｒ炭化物が生成するのは避けられない。従って、経時的に生成するＣｒ炭化物によって、クラック伝播経路が形成されるのは回避できないため、ロールと鋼板との温度差に起因したクラックの進行は、依然として抑制されない。さらに、ハースロールに供するには、高温強度が不十分であった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、前記した問題を優位に解決し得る、耐ヒートクラック性および耐クリープ変形性を高い次元で両立した耐熱合金を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、Ｃ：０．２０ｍａｓｓ％以上０．３０ｍａｓｓ％未満、Ｓｉ：０．５０〜０．８０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．７０〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：２０．０〜３０．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：２５．０〜３５．０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：１．０〜１．８ｍａｓｓ％およびＷ：３．０〜６．０ｍａｓｓ％を含み、ＰおよびＳをＰ：０．０２ｍａｓｓ％以下およびＳ：０．０１０ｍａｓｓ％以下に抑制し、残部がＦｅおよび不可避的不純物の成分組成を有する耐ヒートクラックおよび耐クリープ変形性に優れた耐熱合金である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の成分組成について、成分毎に含有量の限定理由を説明する。
Ｃ：０．２０ｍａｓｓ％以上０．３０ｍａｓｓ％未満
Ｃは、Ｃｒと結合して粒界にＣｒ炭化物を形成することによって、クリープ強度を高めるとともに、Ｎｂと結合して粒界および粒内に炭化物を形成することにより、Ｃｒ炭化物が粒界に連続的に析出することを抑制する、作用を有する。そのためには、０．２０ｍａｓｓ％以上の含有が必要である。好ましくは、０．２８ｍａｓｓ％以上とする。一方、０．３０ｍａｓｓ％以上になると、析出物が著しく増加して脆化が進むため、特に前記したハースロールのように、８５０℃以上の高温環境下での使用が想定される場合には、０．３０ｍａｓｓ％未満とすることが肝要である
【００１１】
Ｓｉ：０．５０〜０．８０ｍａｓｓ％
Ｓｉは、鋼の製鋼過程での流動性および脱酸の向上を目的として添加し、そのためには０．５０ｍａｓｓ％以上の含有が必要である。一方、０．８０ｍａｓｓ％をこえる過剰の添加は、クリープ強度の低下をまねくために、上限を０．８０ｍａｓｓ％とする。好ましくは、０．５７〜０．６３ｍａｓｓ％の範囲とする。
【００１２】
Ｍｎ：０．７０〜１．５０ｍａｓｓ％
Ｍｎは、オーステナイト相を安定化し、耐変形性を向上する作用を有する。そのためには、０．７０ｍａｓｓ％以上の含有が必要である。一方、Ｍｎ：１．５０ｍａｓｓ％をこえると、靱性が低下して、熱衝撃によるクラックの進展を招くことから、１．５０ｍａｓｓ％以下とする。好ましくは、０．９５〜１．０５ｍａｓｓ％する。
【００１３】
Ｃｒ：２０．０〜３０．０ｍａｓｓ％
Ｃｒは、耐高温酸化性および高温強度の向上に寄与する成分であり、耐酸化性と高温強度とを両立するためには、２０．０ｍａｓｓ％以上の範囲に設定する必要がある。一方、３０．０ｍａｓｓ％をこえると、Ｃｒ炭化物の析出を助長しすぎて脆化をまねくことになる。従って、Ｃｒ含有量は、２０．０〜３０．０ｍａｓｓ％、好ましくは２４．５〜２５．５ｍａｓｓ％とする。
【００１４】
Ｎｉ：２５．０〜３５．０ｍａｓｓ％
Ｎｉは，耐酸化性の向上並びにオーステナイト組織の安定化、さらに熱膨張係数の低下を目的として添加する。このＮｉの含有量が２５．０ｍａｓｓ％未満では、十分な高温強度が得られず、一方３５．０ｍａｓｓ％をこえると、鋳造後の引張強さが低下することから、２５．０〜３５．０ｍａｓｓ％の範囲とする。好ましくは、３２．５〜３３．５ｍａｓｓ％である。
【００１５】
Ｎｂ：１．０〜１．８ｍａｓｓ％
Ｎｂは、Ｃと結合してＮｂＣを析出することにより、粒界にＣｒ炭化物が連続的に析出してクラックの伝播経路を形成することを抑制する。しかし、Ｎｂ量が１．０ｍａｓｓ％未満では、ＮｂＣの析出量が十分でなく、耐ヒートクラック性が満足できない。一方、１．８ｍａｓｓ％をこえると、鋳造後の引張強さの低下を招くことから、１．０〜１．８ｍａｓｓ％、好ましくは１．３〜１．４ｍａｓｓ％の範囲とする。
【００１６】
Ｗ：３．０〜６．０ｍａｓｓ％
Ｗは、高温域でのクリープ変形能および高温強度を向上するために添加する。すなわち、加熱および冷却の繰り返しにより発生する熱応力は、クリープ変形により吸収または緩和される。そのためには、３．０ｍａｓｓ％以上の含有が必要であり、一方６．０ｍａｓｓ％をこえると、必要以上のクリープ変形を生じ、高温変形が促進されてしまうことから、６．０ｍａｓｓ％以下とする。好ましくは３．８〜３．９ｍａｓｓ％の範囲とする。
【００１７】
Ｐ：０．０２ｍａｓｓ％以下
Ｐは、脱酸剤（フラックス）として製鋼過程で投入されるが、鋼に残存するＰの量が過剰になると介在物となり、破壊の起点ともなり得ると共に溶接性の悪化を生じる点から、０．０２ｍａｓｓ％以下に制限する。
【００１８】
Ｓ：０．０１０ｍａｓｓ％以下
Ｓは、Ｐと同様にフラックスとして、溶鋼中に添加されるが、介在物を生成し、破壊の起点になり得るとともに、溶接性の点から、０．０１０ｍａｓｓ％以下に制限する。
【００１９】
以上の成分組成に成る合金は、耐熱鋼の一般に従って製造することができる。例えば、遠心鋳造、砂型鋳造、金型鋳造等が用いられるが、特に遠心鋳造においては、溶融金属に作用する遠心力による押湯効果と介在物やガスなどの遠心分離効果が得られる為、本耐熱合金の製法として適する。
【００２０】
【実施例】
表１に示す成分組成に成る合金を作製した。同表において、合金Ｎｏ．１〜３は発明例であり、Ｎｏ．４〜８は比較例であり、Ｎｏ．９は従来例（従来、ハースロールに用いていた代表的な耐熱合金材料）である。これらの合金を、下記の熱衝撃試験および高温圧縮クリ−プ試験に供した。その結果を、表１に併記する。
【００２１】
記
（熱衝撃試験）
試験方法：９５０℃と１５０℃との雰囲気を交互させるヒートサイクル
ヒートサイクル回数：４００回
試験片（ロール）寸法：外径６０ｍｍ、内径８ｍｍおよび軸長１０ｍｍ
評価：ヒートサイクル完了後の最大クラック深さ
【００２２】
（高温圧縮クリープ試験）
試験方法：９５０℃の雰囲気および６０ＭＰａの負荷荷重の下で５０ｈ保持
試験片（丸棒）寸法：径６．０ｍｍおよび軸長１９．０ｍｍ
評価：試験後の圧縮変形歪を測定
【００２３】
【表１】
2004263221.tif 000002
【００２４】
表１に示したとおり、発明例Ｎｏ．１〜３は、従来の耐熱合金（Ｎｏ．９）に比べて、耐ヒートクラック性および耐クリープ変形性ともに優れていることがわかる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の耐熱合金は、高温雰囲気において優れた耐ヒートクラック性および耐クリープ変形性を有するから、例えば焼鈍炉において、クラックの発生とクリープ変形が問題となるハースロールに適用すれば優れた耐久性が付与されるため、この種製品の耐用時間を延長することが可能になる。
なお、本発明はハースロールのみでなく、同様の機能を要求される炉内構造物に適用しても、同様に耐用寿命の延長において顕著な作用、効果を有することは勿論である。