(57)【要約】【課題】黒化性と溶接性に優れると共に、表面疵が発生しにくく加工性が良好で安価なシーズヒータの被覆管用合金を提案すること。【解決手段】Ｃ≦0.05 mass％、Si：0.1〜1.5 mass％、Mn：0.05〜1.0 mass％、Ni：8〜15 mass％、Cr：18〜23 mass％、Al：0.05〜0.25 mass％未満、Ti：0.2〜0.7 mass％、Ｐ≦0．02 mass％、Ｓ≦0．005 mass％を含有し、かつAlとTiはAl＋Ti≦0.8％満足して含み、残部がFeおよび不純物からなるシーズヒーターの被覆管用合金。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ≦0.05 mass％、Si：0.1〜1.5 mass％、Mn：0.05〜1.0 mass％、Ni：8〜15 mass％、Cr：18〜23 mass％、Al：0.05〜0.25 mass％、Ti：0.2〜0.7 mass％、Ｐ≦0．02 mass％、Ｓ≦0．005 mass％を含有し、かつAlとTiはAl＋Ti≦0.8％満足して含み、残部がFeおよび不純物からなることを特徴とするシーズヒーターの被覆管用合金。
【請求項２】
上記の成分組成に加えて、さらにMo，Cu，NbをMo≦1.0 mass％、Cu≦1.0 mass％、Nb≦1.0 mass％、および（Ca，Ｂ，Mg，ＹおよびLa）の中から選ばれる少なくとも1種類以上を単独または合計で1.5％以下含有することを特徴とする請求項１に記載のシーズヒーターの被覆管用合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射率の高い黒色保護皮膜で覆われたシーズヒーターの被覆管（シース）用合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シーズヒーターは、抵抗発熱体をアルミナ＋酸化マグネシウムの如き耐熱性電気絶縁体を介して、管（シース）内に収容し、その被覆管を溶接密閉することにより構成されている。その被覆管用の材料（合金）としては、高温、たとえば600 ℃〜900 ℃の温度域において、耐酸化性、耐応力腐食割れ性あるいは溶接性に優れていることが求められているため、ＮＣＦ８００やＮＣＦ６００などの、高Ni耐熱合金（Ni：20〜80 wt％）が広く用いられている。しかし、この高Ni耐熱合金は、加工性や溶接性が悪く、また高価で経済的でないという問題があった。これに対し、従来、これらの問題を解消するための種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、Ni濃度を19〜23 mass％まで低減した上で、Ti／Ｃ比およびSi、Ti濃度の関係を規制することにより溶接性を改善した提案（特許文献１）がある。また、Ni濃度を8.75〜15.5 mass％まで低減し、∂フェライト量を制御して溶接性を改善した合金についての提案（特許文献２）もある。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１２１６４１号公報
【特許文献２】特公平７−１０３４５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の合金では、放射率に優れた黒色保護皮膜を形成するために、必要なだけのTi濃度を含有していないので、必ずしも黒化性に優れた合金とはいえないものであった。しかも、Ni濃度がなお高いレベルにあることから、経済性がよいとは言い難い。一方、特許文献２に記載の合金は、Ti濃度が高いため、黒化性にすぐれており、Ni濃度も低いため、特許文献１に記載の合金より経済性に優れているといえる。しかし、この特許文献２の合金は、Al濃度（≧0.25 mass％）が高いため、介在物が発生し易く溶接部に欠陥を発生し易いという問題がある。しかも、Al濃度が高いため、合金を製造するとき、鋳造工程や熱間加工時に割れや庇を生じやすく、歩留まりを低下させるため、必ずしも経済性が十分とはいえなかった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、黒化性と溶接性がともに優れると共に、表面疵等が発生しにくく加工性の良好なシーズヒータの被覆管用合金を提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従来技術が抱えている前記問題点を解決し、上記の目的を達成するために開発した本発明は、Ｃ≦0.05 mass％、Si：0.1〜1.5 mass％、Mn：0.05〜1.0 mass％、Ni：8〜15 mass％、Cr：18〜23 mass％、Al：0.05〜0.25 mass％未満、Ti：0.2〜0.7 mass％、Ｐ≦0．02 mass％、Ｓ≦0．005 mass％を含有し、かつAlとTiはAl＋Ti≦0.8％満足して含み、残部がFeおよび不純物からなるシーズヒーターの被覆管用合金である。
また、本発明は、上記の成分組成に加えて、さらにMo，Cu，NbをMo≦1.0 mass％、Cu≦1.0 mass％、Nb≦1.0 mass％、および（Ca，Ｂ，Mg，ＹおよびLa）の中から選ばれる少なくとも1種類以上を単独または合計で1.5％以下含有することが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明合金開発の基本的な考え方は、Ni濃度を下げて溶接性と経済性とを改善する一方で、TiとAlの濃度を好適範囲内に制御することで、黒化性の維持と加工性の改善をも図り、これらの諸特性が互いに他を犠牲にすることなく、バランスよく実現・維持できるシース用合金を提供することにある。この合金についての成分組成を前記のように限定した理由を以下に説明する。
【０００９】
Ｃ：0.05 mass％以下
Ｃは、高温強度を確保するのに有効な元素であるが、過剰に含有すると粒界にCrの炭化物を形成し耐食性を劣化させるので、0.05 mass％以下に限定した。なお、Ｃ含有量は0.03 mass％以下に抑えることが望ましい。
【００１０】
Si：0.1〜1.5 mass％
Siは、塩化物の存在する高温環境での耐食性を改善する作用があり、本発明合金の必須添加元素の1つである。その含有量が0.1 mass％未満では、上記環境において、十分な耐食性改善効果が得られないため0.1 mass％以上とした。一方、含有量が1.5 mass％を超えると、合金が凝固割れを起こし、溶接性を阻害するので、Si含有量は0.1〜1.5 mass％と定めた。好ましくは0.1〜1.0 mass％とする。さらに好ましくは、0.1〜0.5 mass％とする。
【００１１】
Mn：0.05〜1.0 mass％
Mnは、熱間加工性を維持するために必要な元素であるが、1.0 mass％超含有すると曲げ加工時に溶接部に割れが発生し易くなる。一方、0.05 mass％未満では、熱間加工時に割れを発生し、著しく歩留りが低下することから、その成分範囲を0．05 mass％〜1.0 mass％の範囲に限定した。
なお、このMnは、図１に示す、35％引張り後、ビードに発生した割れ個数とMn濃度との関係を示すグラフから明らかなように、0．5 mass％以下に制御することが好ましく、それはこの範囲であれば凝固時に粒界へのMn偏析が抑制され、シーズヒーターのシース管の曲げ加工時に、溶接ビードに発生する微割れを大幅に低減できるからである。ただし、このMn含有量はできれば、上記の作用効果をより顕著なものとするために0.05〜0.3 mass％程度に調整することがより好ましい。
【００１２】
Ni：8〜15 mass％
Niは、オーステナイト相を安定させ、高温耐食性と高温強度を維持するために必須の成分であり、この意味において8 mass％以上含有される。しかし、このNiの濃度が高くなると、経済性が劣る他、溶接割れ感受性が劣化する。特に、Ni含有量が15 mass％を超えると、溶接割れ感受性の劣化が大きくなるため、Ni含有量は8〜15 mass％と定めた。好ましくは10〜15 mass％とする。
【００１３】
Cr：18〜23 mass％
Crは、耐食性を得るための必須の元素であるが、その含有量が23 mass％超では、熱間加工性と溶接割れ感受性が劣化する。一方、このCr含有量が18 mass％未満では十分な耐食性が得られないため、Crの含有量は18〜23 mass％と定めた。
【００１４】
Al:：0.05〜0.25 mass％
Alは、本発明において重要な元素の1つであり、耐酸化性の向上に効果的に作用する。しかし、このAlは、図２、図３に示すように、黒色保護皮膜の形成に有効であるばかりでなく、表面疵発生の抑制にも有効であるため、少なくとも0．05 mass％は含有させる必要がある。しかし、その含有量があまり多くなると、図２、図３に示すとおり、溶接時にA12Ｏ3介在物を形成してクラスターを生成し、溶接欠陥が増大する。その上、製造段階においても介在物クラスターを生成しやすく鋳造欠陥や表面庇の原因になる。そこで、本発明では、このAlの含有量を0．25 mass％未満に制限することにした。それは、上述した介在物クラスターの生成を抑制し、溶接欠陥を低減すると同時に、合金製造時の表面庇を大幅に低減させるためである。なお、このAl含有量は、0.1〜0.2 mass％とすることが好ましい。
【００１５】
Ti：0.2〜0.7 mass％
Tiは、図２に示す放射率との関係に明らかなように、黒色保護皮膜の生成に有効な元素であり、0．2 mass％以上含有しないとその効果が期待できない。しかし、このTi含有量が0．7 mass％超になると、製造時に表面庇が発生し易くなる。従って、Tiの含有量は0．2〜0．8 mass％と定めた。
【００１６】
Al＋Ti：0.8 mass％以上
AlならびTiは、上述したように、黒化性に着目したときには、共通した作用効果を示し、ときには、それらが相乗的に作用するので、これらの一方のみを制御するだけでは不十分であり、一体として制御しなければならない。即ち、放射率や表面疵の発生とAlおよびTi濃度との関係を示す図３のグラフから明らかなように、これらの元素は、ともに含有量が多くなればなるほど、製造時に表面庇が発生し易くなる。一方で、Alは耐食性を改善するために有効である。そこで、これらの知見を下に、本発明では、AlとTiの総量を規制する必要があると考え、それぞれの元素の制御とともに、Al＋Ti≦0.8 mass％を満足するように合金設計を行うことにしたのである。その結果、黒化性を常に望ましいレベルに維持することができると同時に、耐食性や、さらには製造時の表面庇の発生を阻止して、高歩留で望ましい合金材料を製造することができるようになる。
【００１７】
Ｐ：0.02 mass％以下
Ｐは、多量に含有すると熱間加工性を阻害するので、0．02 mass％以下とする。
【００１８】
Ｓ：0.005 mass％以下
Ｓは、多量に含有すると熱間加工性を阻害するので、0．005 mass％以下とする。しかし、溶接時の湯流れを向上させる働きがあるので、好ましくは0．0003〜0.003 mass％に調整することが望ましい。
【００１９】
その他の元素
本発明の合金は、上記のような成分組成を有するものであるが、上記の成分に加えて、合金の耐食性を改善する目的でMo，Cu，NbについてはMo≦1.0 mass％、Cu≦1.0 mass％、Nb≦1.0 mass％、さらに、耐酸化性を改善する目的で、Co，Ca，Ｂ，Mg，ＹおよびLaの中から選ばれるいずれか少なくとも１種類以上を単独、または合計で1.5 mass％以下含有させることが好ましい。これらの元素の添加は、合金材料の特性には格別に弊害を招くことなく、本発明の所期した目的を達成することができるので好ましい。
【００２０】
【実施例】
表1は、本発明合金と比較合金の化学成分、ならびに放射率、表面庇、溶接性の評価結果である。
黒色保護皮膜の放射率測定は、供試材を1050 ℃で５分間、電気炉にて加熱して保護皮膜を生成させ、生成したその保護皮膜の放射率を、サーモスポットセンサー（ジャパンセンサー株式会社製）により、赤外線放射率を測定して求めた。良好な黒色保護皮膜とは、放射率の値が0.3以上のものを言う。そして、本発明でいう黒化性とは、供試材に所定の熱処理を施したときの、放射率の高い黒色保護皮膜の生成のしやすさのことである。
【００２１】
表面庇は、0.5 mm厚まで圧延したときに、合金長さ１ｍあたりについて、欠陥長さ１mm以上の庇の発生量が２箇所以下のものを表面庇が良好と判断した。
溶接性は、0.5 mm厚の合金板に電流値60 mA、送り速度150 mm／分で長さ10 cmのＴＩＧ溶接ビードを作製し、その合金板を溶接ビード長手方向に35％引張った後、ビード上に発生した微割れの個数を数え、100μｍ以上の微割れが２箇所以内のものを溶接性が良好と判断した。
【００２２】
この評価試験において、放射率0.3以上の優れた黒色保護皮膜を得るには、Alが0.05 mass％以上、Tiが0.2 mass％以上必要であることがわかった（図１）。
また、表面庇を抑制するには、Alが0.25 mass％未満、Tiが0.7 mass％以下に制御する必要があることがわかった（図２）。
従って、放射率0.3以上の優れた黒色保護皮膜を形成し、表面庇を抑制するには、図３に示すように、AlおよびTiの濃度を所定の範囲制御する必要があることがわかる。
【００２３】
溶接部の曲げ加工時の割れは、Mn濃度に関係する。図４に示すように、35％引張り後ビードに発生した割れ個数を２以下にするには、Mn濃度を1.0％以下に制御することが有効であり、このことにより、曲げ加工による割れを抑制できることがわかる。とくに、Mn含有量は、0.5 mass％、0.3 mass％と低減するほど効果が大きい。
【００２４】
また、表1に示す結果からわかるように、本発明に係る合金はいずれも、黒化性（照射率）に優れると共に、表面庇の発生がなく溶接割れ特性の良好なシーズヒーター被覆管用合金が得られる。これに対し、比較材は、黒化性、表面庇、溶接性のいずれか、あるいは複数の特性において本発明合金より劣っていた。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る合金は、黒化性と溶接性がともに優れる他、さらには表面疵の発生が少ない点で、従来合金に比べて、シーズヒーターの被覆管用合金として好ましく、さらには安価なシースを提供するのに効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】35％引張り後、ビードに発生した割れ個数とMn濃度の関係を示すグラフである。
【図２】放射率測定値とAl，Ti濃度の関係を示すグラフである。
【図３】表面疵の発生量とAl，Ti濃度の関係を示すグラフである。
【図４】本発明合金のAl，Ti濃度範囲を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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