(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒを１３〜３０ｍａｓｓ％かつ製品板厚ｔとの間で下記式を満たして含有するとともに、
Ｃ＋Ｎ＋Ｏを０．００５ｍａｓｓ％以下、
Ａｌ，ＴｉおよびＮｂの１種以上を０．００５〜０．５ｍａｓｓ％、
Ｓｉを０．１５ｍａｓｓ％以下含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、シグマ脆化および４７５℃脆化を起こさない、製品板厚が２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の高Ｃｒフェライト系鉄合金。
記
Ｃｒ含有量≦７（ｌｏｇｔ−２．５）２＋２０    ただし、ｔ：板厚（ｍｍ）
【請求項２】
９９．９９ｍａｓｓ％以上の超高純度Ｃｒ、９９．９９ｍａｓｓ％以上の超高純度Ｆｅを原材料とし、真空誘導溶解炉で耐火性るつぼを用いて溶解し、超高純度高Ｃｒフェライト系鉄合金を製造する方法において、上記耐火性るつぼへの原材料の装入を、るつぼ下部に高融点の超高純度Ｃｒ、その超高純度Ｃｒの上部に低融点の超高純度Ｆｅの順で行い、その後の溶解を、まず上部の低融点金属、次いで下部の高融点金属の順で行うことにより、Ｃｒを１３〜３０ｍａｓｓ％かつ製品板厚ｔとの間で下記式を満たして含有するとともに、Ｃ＋Ｎ＋Ｏを０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ、ＴｉおよびＮｂの１種以上を０．００５〜０．５ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．１５ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、製品板厚が２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の鉄合金を得ることを特徴とする超高純度高Ｃｒフェライト系鉄合金の製造方法。
記
Ｃｒ含有量≦７（ｌｏｇｔ−２．５）２＋２０    ただし、ｔ：板厚（ｍｍ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高Ｃｒフェライト系鉄合金に関し、特に板厚が厚くともシグマ（σ）脆化や４７５℃脆化を起こすことのない特性を有する靭性に優れる高Ｃｒフェライト系鉄合金とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高Ｃｒ鉄合金は、一般に耐食性や耐酸化性に優れる他、加工性や高温強度に優れた材料として知られており、各種の高Ｃｒ合金が提案されている。例えば、特許文献１には、Ｆｅ＋Ｃｒ＋Ａｌが９９．９８ｗｔ％以上の耐食性、加工性、耐酸化性に優れた高純度合金が、特許文献２には、３〜６０ｗｔ％のＣｒを含有し、Ｔｉ＋Ｎｂ＋Ｚｒ＋Ｖ＋Ｔａ＋Ｗ＋５０Ｂが０．０１〜６ｗｔ％である加工性、高温強度、耐食性に優れた合金が、特許文献３には、５〜６０ｗｔ％のＣｒ、０．５〜６ｗｔ％のＭｏを含有し、Ｃ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｐ＋Ｓが１００ｐｐｍ以下である加工性と耐孔食性に優れた高純度合金が、特許文献４には、２０〜５０ｗｔ％のＣｒ、５ｗｔ％以下のＭｏを含有し、Ｃ＋Ｎが３０ｐｐｍ以下で、（Ｎｂ＋２Ｔｉ）≧１０（Ｃ＋Ｎ）を満足する極低炭素窒素高Ｃｒ合金が提案されている。
【０００３】
また、ＢＣＣ構造を有する高Ｃｒフェライト系鉄合金は、ＦＣＣ構造を有するオーステナイト系鉄合金やＮｉ基合金と比較して、熱伝導性が高く、熱膨張係数が小さいこと、また、耐応力腐食割れ性にも優れていることが知られている。しかしながら、高Ｃｒフェライト系鉄合金は、上記優れた特性を有する反面、溶体化処理などの高温加熱処理後の降温時に徐冷を受けると、σ相やχ相といった金属間化合物の析出に起因するシグマ（σ）脆化や、高Ｃｒ相と低Ｃｒ相への分離に起因する４７５℃脆化を起こし易く、延性や靭性が著しく低下することが知られている。そこで、高Ｃｒフェライト系鉄合金の熱処理後の冷却は、σ脆化や４７５℃脆化が起こる温度域を水冷して急冷し、延性や靭性の低下を避けることが行われている。
【０００４】
しかし、溶体化処理等の熱処理後の冷却を水冷としても、板厚が厚い場合には、板厚中心部は冷却速度が遅くなるためσ脆化や４７５℃脆化が問題となることがある。そのため、厚板部材や大径部材で、耐食性や耐酸化性の他、靭性が要求される分野には、高Ｃｒフェライト系鉄合金を適用することができず、熱伝導性や耐応力腐食割れ性、価格面等でフェライト系鉄合金よりも劣るオーステナイト系鉄合金（例えば、オーステナイト系ステンレス鋼）が用いられているのが実情である。そこで、耐食性に優れるだけでなく、極厚でも靭性に優れる高Ｃｒフェライト系鉄合金の開発が望まれている。
【０００５】
また、靭性の低下を避けるには、Ｃ，Ｎ，Ｏ等の不純物成分を極微量域まで低減し、超高純度化することも有効な手段である（特許文献１〜４参照）。超高純度合金を溶製する方法については、例えば、特許文献５や６に、高周波真空溶解装置を用いた高純度金属の溶解技術が開示されている。しかし、これらの技術は、１×１０−８ｔｏｒｒ以下の超高真空下で、水冷された銅製のスカルるつぼを用いて溶解を行う技術であり、溶解量には限界がある。また、特許文献７には、真空誘導溶解炉において、ＣａＯ耐火材製のるつぼに高純度原材料を装入し、高真空下で高純度原料が溶解しない温度でできるだけ高温度まで加熱、保持した後、溶解炉内を速やかにＡｒ雰囲気として、高純度原料を溶解する高純度合金の製造方法が開示されているが、この技術も溶解量は８０ｋｇ程度に過ぎない。
【０００６】
一方、工業的規模での溶解技術としては、特許文献８に、Ｎが０．００１体積％以下、Ｈ２Ｏが０．０１体積％以下の高純度不活性ガス雰囲気中で、不純物成分の合計含有量が１０質量％以下の耐火物製容器内で金属又は合金原料を溶解し、金属または合金中に混入するＣ＋Ｎ＋Ｓ＋Ｐの合計量を０．００５質量ｍａｓｓ％以下に規制する高純度金属又は合金の溶解方法が提案されている。しかしながら、この技術は、ＭｏやＷ等の高融点金属を含有する合金を溶解する場合、溶解に長時間を要するため、Ｓｉをはじめとする種々の不純物がるつぼから混入して、合金の純度が低下してしまうという問題がある。特に、Ｓｉなどのような真空精錬で除去できない成分のピックアップは、延性や靭性低下の原因になる。そのため、工業的規模でも短時間で高純度の高Ｃｒフェライト系鉄合金を製造できる技術の開発が望まれている。
【特許文献１】特開平０５−２９５４８８号公報
【特許文献２】特開平０６−０４９６０３号公報
【特許文献３】特開平０６−０４９６０４号公報
【特許文献４】特開平０７−１１８８０７号公報
【特許文献５】特開平１０−１１０２２３号公報
【特許文献６】特開平１０−１１５４８９号公報
【特許文献７】特開２００３−０８９８２５号公報
【特許文献８】特開２００３−１２９１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高純度化することにより、靭性をある程度改善することは可能である。しかし、特許文献１〜４の技術は、いずれも熱延板厚が５ｍｍ以下の薄板を対象としており、厚板材で問題となるσ脆化や４７５℃脆化については何ら考慮していない。また、特許文献５〜８の技術は、高純度金属の溶解技術に関するものであり、やはり、溶解後の合金特性については検討していない。結局、高Ｃｒフェライト系鉄合金に関する従来技術は、いずれも、板厚が厚い用途で問題となる、溶体化処理等の冷却時におけるσ脆化や４７５℃脆化を示すことのない、靭性に優れる高純度の高Ｃｒフェライト系鉄合金を、工業的規模でかつ安価に製造する技術を開示するものではない。
【０００８】
本発明の目的は、耐食性や耐酸化性に優れるだけでなく、極厚でもσ脆化や４７５℃脆化を示すことがなく、かつ、靭性にも優れる高純度の高Ｃｒフェライト系鉄合金を提供すると共に、そのような高純度の高Ｃｒフェライト系鉄合金を工業的規模で提供することを可能とする製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意研究を行った。その結果、Ｃ，Ｎ，Ｏを極微量に低減して超高純度化した上で、Ｃｒ含有量を３０ｍａｓｓ％以下かつ溶体化処理時の板厚に応じてある特定の関係を満たよう制御すれば、板厚が３００ｍｍの極厚であっても、溶体化処理後の延性と靭性に優れる高Ｃｒフェライト系鉄合金が得られること、また、この高Ｃｒフェライト系鉄合金を溶製する際に、耐火性るつぼへの原材料の装入を、原材料の有する融点の高い順で行い、その後、溶解を開始すれば、るつぼと溶融金属との接触時間を短縮化し、不純物のピックアップを防止できるので、高純度の高Ｃｒフェライト系鉄合金を工業的規模で製造できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明は、Ｃｒを１３〜３０ｍａｓｓ％かつ製品板厚ｔとの間で下記式；
Ｃｒ含有量≦７（ｌｏｇｔ−２．５）２＋２０    ただし、ｔ：板厚（ｍｍ）
を満たして含有するとともに、Ｃ＋Ｎ＋Ｏを０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ，ＴｉおよびＮｂの１種以上を０．００５〜０．５ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．１５ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、シグマ脆化および４７５℃脆化を起こさない、製品板厚が２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の高Ｃｒフェライト系鉄合金である。
【００１１】
また、本発明は、９９．９９ｍａｓｓ％以上の超高純度Ｃｒ、９９．９９ｍａｓｓ％以上の超高純度Ｆｅを原材料とし、真空誘導溶解炉で耐火性るつぼを用いて溶解し、超高純度高Ｃｒフェライト系鉄合金を製造する方法において、上記耐火性るつぼへの原材料の装入を、るつぼ下部に高融点の超高純度Ｃｒ、その超高純度Ｃｒの上部に低融点の超高純度Ｆｅの順で行い、その後の溶解を、まず上部の低融点金属、次いで下部の高融点金属の順で行うことにより、Ｃｒを１３〜３０ｍａｓｓ％かつ製品板厚ｔとの間で下記式；
Ｃｒ含有量≦７（ｌｏｇｔ−２．５）２＋２０    ただし、ｔ：板厚（ｍｍ）
を満たして含有するとともに、Ｃ＋Ｎ＋Ｏを０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ、ＴｉおよびＮｂの１種以上を０．００５〜０．５ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．１５ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、製品板厚が２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の鉄合金を得ることを特徴とする超高純度高Ｃｒフェライト系鉄合金の製造方法を提案する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、３００ｍｍの極厚材でもσ脆化や４７５℃脆化を起こすことのない靭性に優れる高Ｃｒフェライト系鉄合金を得ることができるので、厚板部材や大径部材で耐食性が要求される分野に好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の高Ｃｒフェライト系鉄合金の成分組成を、上記範囲に制限する理由について説明する。
Ｃｒ：１３〜３０ｍａｓｓ％
Ｃｒは、耐食性を向上させる元素であり、１３ｍａｓｓ％未満では耐食性が不足する。一方、３０ｍａｓｓ％超になると、超高純度化しても溶体化からの冷却時にσ脆化、４７５℃脆化を生じやすくなり、延性と靭性が低下する。よって、Ｃｒは１３〜３０ｍａｓｓ％の範囲に制限する。好ましくは、１３〜２５ｍａｓｓ％の範囲である。
【００１４】
Ｃｒ含有量と板厚ｔとの関係：Ｃｒ含有量≦７（ｌｏｇｔ−２．５）２＋２０
Ｃｒは、上述したように脆性に大きく影響する元素であり、同じ板厚では、Ｃｒ含有量が多いほど脆化しやすい。一方、板厚中心部における冷却速度は、板厚の増加に伴い低下するため、同じＣｒ含有量では、板厚が厚いほど、溶体化処理等の熱処理時の冷却速度が遅くなり、脆化しやすくなる。したがって、板厚の増加に伴い、脆化を起こさないＣｒ含有量の上限値は減少する。
発明者らは、水冷で冷却した時の、板厚ｔ（ｍｍ）と板厚中心部が脆化を生じないＣｒ含有量（ｍａｓｓ％）との関係を調査した結果、下記（１）式；
Ｃｒ含有量（ｍａｓｓ％）≦７（ｌｏｇｔ−２．５）２＋２０  ・・・・・・  （１）
の関係があることがわかった。すなわち、製品の板厚に応じて、Ｃｒ含有量を（１）式を満たすよう制御すれば、極厚材でも板厚中心部においてもσ脆性や４７５℃脆性等の脆化を起こすことがないことを見出した。
【００１５】
なお、ここで、「脆化を生じない」とは、脆性を破面遷移温度（Ｆｒａｃｔｕｒｅ  ａｐｐｅａｒａｎｃｅ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ＦＡＴＴ）で評価した時に、板厚（すなわち冷却速度）によってＦＡＴＴが変化しないことを意味し、一方、「脆化する」とは、板厚（冷却速度）によってＦＡＴＴが変化することを意味する。
【００１６】
Ｃ＋Ｎ＋Ｏ≦０．００５ｍａｓｓ％
Ｃ，Ｎ，Ｏは、粒界に偏析して、Ｃｒとナノサイズのクラスターを形成することで、Ｃｒ濃度の揺らぎを生成し、そのＣｒ濃度の揺らぎがσ脆化や４７５℃脆化を促進する。またＣ，Ｎは、マトリックスを固溶硬化して延性や靭性を低下させたり、多量の炭化物や窒化物の析出物を形成して延性や靭性を低下させたりする。そのため、これらの元素は極力低減することが望ましく、Ｃ，Ｎ，Ｏの合計で０．００５ｍａｓｓ％以下に制限する。好ましくは、０．００４５ｍａｓｓ％以下である。
因みに、従来技術（例えば、特許文献３）には、Ｃ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｐ＋Ｓ≦０．０１ｍａｓｓ％の高純度合金が開示されている。しかし、従来の分析技術は、分析精度が悪く、Ｃ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｐ＋Ｓ≦０．０１ｍａｓｓ％の意味するところは、Ｃ＋Ｎ＋Ｏ≦０．００５ｍａｓｓ％という低レベルも物までを含むものではなかった。この点、発明者らは、その分析精度の向上に努めた結果、本発明において規定しているＣ＋Ｎ＋Ｏ≦０．００５ｍａｓｓ％は、従来のＣ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｐ＋Ｓ≦０．０１ｍａｓｓ％よりも、より高い純度に相当するものである。
【００１７】
Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂのうちの１種または２種以上：それぞれ０．００５〜０．５ｍａｓｓ％
ＡｌおよびＴｉは、脱酸効果を有するとともに、耐食性を向上させる。また、Ｔｉ，Ｎｂは、Ｃ，Ｎとの結合力が強いため、不可避的に混入したＣ，Ｎを固着し、固溶しているＣ，Ｎを低減することにより延性や靭性、耐食性の向上に寄与する。それらの作用効果を得るためには、Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂのうちの１種または２種以上を、それぞれ０．００５ｍａｓｓ％以上添加する必要がある。一方、添加量が０．５ｍａｓｓ％を超えると、余剰のＡｌ，ＴｉおよびＮｂによる固溶強化によって延性や靭性が低下する。よって、Ａｌ，ＴｉおよびＮｂは、１種または２種以上をそれぞれ０．００５〜０．５ｍａｓｓ％の範囲で添加する。好ましくは、０．００５〜０．１ｍａｓｓ％である。
【００１８】
Ｓｉ：０．１５ｍａｓｓ％以下
Ｓｉは、溶解時に、耐火性のるつぼから混入してくる不可避的不純物であり、マトリックスを固溶硬化して延性や靭性を低下させたり、σ脆化および４７５℃脆化を促進したりする。従って、耐脆化感受性を損なわないためには、Ｓｉは極力低減する必要があり、上限を０．１５ｍａｓｓ％に制限する。好ましくは、０．０５ｍａｓｓ％以下である。
【００１９】
なお、本発明の高Ｃｒフェライト系鉄合金は、上記成分組成以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。なお、不可避的不純物として含まれる、Ｓ，Ｐは、延性、靭性および耐食性を低下させるため、Ｓ：０．００３０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．００３０ｍａｓｓ％以下に制限することが望ましい。
【００２０】
次に、本発明の高Ｃｒフェライト系鉄合金の板厚を制限する理由について説明する。
本発明は、σ脆化や４７５℃脆化を防止するために、板厚の増加に応じてＣｒ含有量を低減することを特徴としている。しかし、板厚が３００ｍｍを超えると４７５℃脆化のため、Ｃｒ量を低下させても脆化が起こるので、板厚の上限を３００ｍｍと規定する。一方、板厚が、２０ｍｍ未満になると、Ｃｒ含有量が１３〜３０ｍａｓｓ％の範囲であれば、通常行われる水冷処理ではσ脆化や４７５℃脆化を起こすことがない。従って、板厚範囲は、２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下とする。なお、本発明の効果は、板厚が３０ｍｍ以上、特に４０ｍｍ以上で大きい。
【００２１】
ここで、上記板厚を板厚中心部における冷却速度は、下記（２）式；
Ｖ＝１０（４．８２５−１．５３１×ｌｏｇｔ）  ・・・・・・  （２）
ただし、Ｖ：冷却速度（℃／ｍｉｎ）、ｔ：板厚（ｍｍ）
で表すことができる。
そこで、上記板厚範囲（２０〜３００ｍｍ）を冷却速度に換算すると、約１０〜６８０℃／ｍｉｎの冷却速度に相当する。したがって、本発明の効果は、板厚中心部の冷却速度が約１０〜６８０℃／ｍｉｎの範囲であれば得ることができる、即ち、脆化を示さないことになる。
【００２２】
次に、本発明の高Ｃｒフェライト系鉄合金の製造方法について説明する。
本発明の製造方法は、超高純度の大型合金塊を溶製する際のるつぼからの不純物のピックアップを抑制するために、溶解時間をできるだけ短くして耐火性るつぼと溶解金属との接触時間を短縮するところに特徴がある。そのために、本発明では、９９．９９ｍａｓｓ％以上の超高純度Ｃｒ、９９．９９ｍａｓｓ％以上の超高純度Ｆｅを原材料とし、耐火性るつぼを用いて真空誘導溶解炉で超高純度高Ｃｒフェライト系鉄合金を溶解するに当たり、上記耐火性るつぼへの原料の装入を、るつぼ最下部に最も高融点の金属の原材料を装入し、その上部に、融点が高い金属の順に原材料を装入し、最上部には、最も低融点の金属の原材料を装入して、その後、溶解する。このような溶解を行うことによって、溶解加熱時には、先ず、最上部の最も低融点の金属の原材料が溶解してるつぼ底部に溜まり、この溜まった低融点の溶解金属が、下部の高融点金属を包囲・接触し、反応して低融点の合金を形成し、溶解が著しく促進される。その結果、るつぼと溶解金属との接触時間が短縮されるので、１トン以上の合金を溶解する場合においても、溶解金属がるつぼから汚染されるのを最小限に抑制できる。
【００２３】
具体的には、主成分がＣｒ、Ｆｅである場合には、るつぼ下部に高融点であるＣｒ原材料（ｍ．ｐ．１８９０℃）を、その上部に低融点であるＦｅ原材料（ｍ．ｐ．１５３６℃）を装入する。
【００２４】
高Ｃｒフェライト系鉄合金を溶製するに当たって用いる各金属の原材料は、できるだけ高純度のものを用いることが好ましく、例えば、ＦｅやＣｒ原材料としては、９９．９９ｍａｓｓ％以上の純度のものを用いることが必要である。また、ＡｌやＴｉ，Ｎｂの原材料も高純度であることが好ましく、９９．５ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは９９．８ｍａｓｓ％以上の純度を有する原材料を用いることが望ましい。
【００２５】
また、高Ｃｒフェライト系鉄合金を溶製する溶解炉としては、真空誘導加熱炉を好適に用いることができるが、他の溶解炉であっても、真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で溶解できる溶解炉であれば用いることができる。また、耐火性るつぼの材質は、特に限定しないが、溶解合金の汚染を防止する観点からは、脱Ｓ能や脱Ｐ能が比較的高いＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３（スピネル）製やＭｇＯ製、ＣａＯ製であることが好ましい。
【００２６】
上記本発明の製造方法によれば、工業的規模でも、Ｃ＋Ｎ＋Ｏ≦０．００５ｍａｓｓ％の超高純度の高Ｃｒフェライト系鉄合金を製造することができる。
なお、溶解した高Ｃｒフェライト鉄合金は、その後、鋳造して鋳塊としてから、熱間鍛造や熱間圧延等の熱間加工を行い、溶体化処理等を施して製品とすることが好ましい。上記熱間加工を行う際の加熱条件や加工条件は、特に制限されるものではないが、例えば、鋳塊の加熱温度は１２８０〜１０００℃、鍛造・圧延温度は１２８０〜７００℃の範囲とするのが好ましい。その他、１回または複数回の加熱と熱間加工を繰り返す場合には、加熱保持時間の１回以上を数時間から数十時間に設定し、加工ひずみや拡散の効果を利用し、偏析低減（成分均質化）を図ることが好ましい。また、溶体化処理は、８５０〜１０５０℃で、板厚中心部を含めた部材全体がほぼ均一な温度になるよう加熱保持を行った後、水冷することが好ましい。
【実施例１】
【００２７】
表１に示す符号１〜５の成分組成を有する合金を真空誘導加熱炉（Ｖａｃｕｕｍ  ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｍｅｌｔｉｎｇ  ｆｕｒｎａｃｅ；ＶＩＭ炉）で溶製し、鋳造して７０ｋｇの鋳塊とし、１２００℃に加熱後、熱間鍛造し、板厚３５ｍｍの板に加工した。その後、これらの鍛造板から３５ｍｍ厚×４５ｍｍ幅×１３０ｍｍのブロック材または約１５ｍｍ□の角棒を切り出し、これらを加熱炉に装入して９３０〜１１４０℃の各温度まで昇温し、１ｈｒ保持する溶体化処理を施し、ブロック材は、上記溶体化温度から中心部の冷却速度が１６．７℃／ｍｉｎ、５．０℃／ｍｉｎ、１．６７℃／ｍｉｎとなるように約３０℃まで冷却し、また、約１５ｍｍ□の角棒は、上記溶体化温度から、水冷にて板厚６．５ｍｍの幅広板材を水冷した場合に相当する中心部の冷却条件（約３８００℃／ｍｉｎ）で約３０℃まで冷却し、その後、これらを脆性試験に供した。脆性試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０２に規定された１０ｍｍ□×５５ｍｍで２ｍｍＶノッチ（旧ＪＩＳ５号試験片）を鍛造方向に平行に採取し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２に準拠してシャルピー衝撃試験を行い、遷移曲線から延性破面率５０％の破面遷移温度（ＦＡＴＴ）を求めた。なお、各合金とも１つの冷却条件で６本ずつの試験を行った。
【００２８】
【表１】
0004296303.tif 000002
【００２９】
図１は、下横軸に板厚（上横軸に水冷時の板厚中心部の冷却速度）、縦軸に破面遷移温度（ＦＡＴＴ）をとり、板厚（冷却速度）とＦＡＴＴとの関係を示したものである。図１において、ＦＡＴＴが変化しない板厚（冷却速度）域は、脆化が生じていないことを、また、ＦＡＴＴが上昇している板厚（冷却速度）域は、脆化が生じていることを示す。図１から、Ｃｒ含有量が２５ｍａｓｓ％以上の合金では、板厚が４０ｍｍよりも薄くなければ脆化が生じること、およびＣｒ含有量が３０ｍａｓｓ％以上の合金では、板厚が２０ｍｍよりも薄くなければ脆化が生じることが判る。
【００３０】
図２は、図１から求められる脆化が生じない上限のＣｒ含有量と板厚（および水冷時の板厚中心の冷却速度）との関係を実線で示したものである。この図から、脆化が生じないＣｒ含有量は、先述した（１）式；
Ｃｒ含有量（ｍａｓｓ％）≦７（ｌｏｇｔ−２．５）２＋２０  ・・・・・・  （１）
で表されることがわかる。
なお、図２中には参考として、本発明において、耐食性から規定されるＣｒ含有量の下限値と、板厚の範囲を、それぞれ破線および一点差線で示した。これらの線で囲まれた領域に板厚およびＣｒ含有量を調整することによって、脆化を生ずることのない高Ｃｒフェライト系鉄合金を得ることができる。
【実施例２】
【００３１】
実施例１で用いた、表１の符号３〜５の合金から得た供試材を、実施例１と同じ条件で溶体化処理し、その後、板厚６．５ｍｍの板材を水冷した場合の板厚中心部の冷却速度に相当する約３８００℃／ｍｉｎで約３０℃まで冷却し、引張試験および衝撃試験に供した。なお、ここで、板厚６．５ｍｍの冷却速度としたのは、この板厚では、板厚の変化すなわち冷却速度の変化による機械的特性変化が小さいため、脆化を考慮せずに各合金の強度と靭性を比較することができるからである。引張試験は、上記供試材から長さ１２０ｍｍ、ゲージ部１０ｍｍφ×５０ｍｍＬの丸棒つばつき引張試験片を鍛造方向に平行に採取し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠して室温で引張強さ（ＴＳ）を測定した。このときのひずみ速度は０．２％耐力までは０．３％／ｍｉｎ（５．０×１０−４ｓ−１）、その後、破断するまでは３．８ｍｍ／ｍｉｎ（１．２７×１０−３ｓ−１）とした。また、脆性の評価は、実施例１と同じ要領でシャルピー衝撃試験を行い、遷移曲線から５０％破面遷移温度（ＦＡＴＴ）を求めた。
【００３２】
図３は、上記測定の結果を、強度−靭性（ＦＡＴＴ）バランスとして示したものであり、実線は発明合金（合金符号３）、一点鎖線は比較合金（合金符号４，５）を示す。図３から、Ｃｒが３０％を超えると、ＦＡＴＴが大きく上昇するため、Ｃｒの上限は３０ｍａｓｓ％以下とする必要があることがわかる。なお、Ｃｒ含有量が高い比較合金４，５は、発明合金３と一直線上にあり、ほぼ同じ強度−靭性バランスを有している。これは、本実施例の試験が、板厚６．５ｍｍの板材を水冷した場合の板厚中心部の冷却速度に相当する冷却を施した材料を用いているために低速冷却による脆化を考慮する必要がないからである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明により製造される高純度高Ｃｒフェライト系鉄合金は、厳しい耐食性と靭性が要求される工業用大型部材全般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】高Ｃｒフェライト系鉄合金における板厚（および板厚中心部の冷却速度）と破面遷移温度（ＦＡＴＴ）との関係を示すグラフである。
【図２】高Ｃｒフェライト系鉄合金における脆化が生じない上限Ｃｒ含有量と板厚（および板厚中心部の冷却速度）との関係、ならびに、本発明のＣｒ下限値、板厚範囲を示すグラフである。
【図３】板厚６．５ｍｍの板材を水冷した時の板厚中心部の冷却速度に相当する冷却を施した高Ｃｒフェライト系鉄合金の引張強さと破面遷移温度（ＦＡＴＴ）との関係を示すグラフである。
【図１】
0004296303.tif 000003
【図２】
0004296303.tif 000004
【図３】
0004296303.tif 000005