(57)【要約】【課題】簡易に溶製され、１２００℃よりも高温であっても優れた強度及び耐酸化性を有する遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金を提供する。【解決手段】遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金は、質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：３０〜４５％、およびＡｌ：５．０％以下を含有し、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：３０〜４５％、およびＡｌ：５．０％以下を含有し、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とする遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金。
【請求項２】
質量％で、Ａｌ：１．５〜５．０％を含むことを特徴とする請求項１に記載の遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金。
【請求項３】
質量％で、Ｂ：０．０１５％以下を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金。
【請求項４】
質量％で、Ｍｇ：０．０１％以下を更に含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金。
【請求項５】
質量％で、Ｔｉ：３．０％以下を更に含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金。
【請求項６】
質量％で、Ｍｏ：１０．０％以下を更に含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉱物質繊維は、例えば耐熱材や防音材として用いられる。鉱物質繊維は、主成分としてのＳｉＯ２のほかに、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ等を含み、高温用の耐熱材に用いられる鉱物質繊維は、低温用の耐熱材に用いられる鉱物質繊維に比べて、相対的に多くのＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯを含む。
鉱物質繊維を製造するための遠心式の製造装置は、例えば特許文献１によって開示されている。この製造装置は、上下に延びる中空のシャフトと、シャフトの下端に固定されたカップと、同じくシャフトの下端に固定され、カップを囲むスピナーとを備える。カップ及びスピナーの周壁部分には複数の孔がそれぞれ形成されており、例えば直径２００ｍｍのスピナーには、φ０．５ｍｍの小孔が９０００個設けられている（特許文献１の１２頁、左下欄２−５行）。
【０００３】
この遠心式鉱物質繊維製造装置を用いた場合、以下のようにして鉱物質繊維が製造される。
シャフトを回転させながら、溶融状態にされた原材料がスピナーの周壁の小孔を通じてその外側に放出される。溶融状態の原材料は、小孔を通過することによって延伸され、鉱物質繊維が得られる。
【０００４】
スピナーには耐熱性及び耐食性が要求されることから、特許文献１は、スピナーのための合金としてオーステナイト系合金を開示している。このオーステナイト系合金は、ＯＤＳ（酸化物分散強化型）合金であり、質量濃度で、１５〜３５％のＣｒと、０〜２％のＣと、０〜２％のＡｌと、０〜３％のＴｉと、２％未満のＦｅと、０．２〜１％のＹ２Ｏ３と、残部としてのＮｉとからなる。
【０００５】
また、特許文献２は、スピナーのための合金として、質量濃度で、２３〜３４％のＣｒと、６〜１２％のＮｉと、０．２〜７％のＺｒ、ＨｆまたはＴｉと、０〜７％のＴａと、０．２〜１．２％のＣと、３％未満のＦｅと、１％未満のＳｉと、０．５％未満のＭｎと、残部としてのＮｉ及び不可避的不純物とからなるＣｏ基の耐熱合金を開示している。
更に、特許文献３は、容器（スピナー）のための合金として、質量濃度で、０．０５〜０．８０％のＣと、１５．０〜３５．０％のＣｒと、０．５〜７．０％のＷと、０．０５〜０．２０％のＮと、０．０８〜０．４０％のＡｌと、合計して０．１〜１．７％のＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂのうち１種または２種以上と、残部としてのＮｉと、不可避的不純物とからなるＮｉ基の合金を開示している。
【特許文献１】特表平０６−５０３７９９号公報
【特許文献２】特表２００７−５１６３５６号公報
【特許文献３】特開平１０−１９５５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２の段落番号００１１に記載されているように、スピナーにあっては１２００℃よりも高温での強度が要求される。
しかしながら、強度が十分にあったとしても、特許文献２に記載されたＣｏ基の耐熱合金を用いたスピナーにあっては、１２００℃以上の高温では、コバルト酸化物の生成によってスピナーの小孔が次第に細くなり、遂には閉塞してしまう。このため、スピナーを頻繁に交換しなければならず、生産性が低下してしまう。
【０００７】
一方、特許文献３が開示するＮｉ基合金を用いたスピナーにあっては、１２００℃よりも高温では強度が不足し、溶損によって小孔の径が短時間で拡大してしまう。このため、得られる鉱物質繊維の径も大きくなってしまう。
また、特許文献１が開示するオーステナイト系合金は、ＯＤＳ合金であり、ＭＡ（メカニカルアロイング）により製造しなければならない。このため、特許文献３が開示するオーステナイト系合金を用いたスピナーの製造工程は煩雑である。
【０００８】
本発明は、上述した事情に基づいてなされ、簡易に溶製され、１２００℃よりも高温であっても優れた強度及び耐酸化性を有する遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するために、本発明によれば、質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：３０〜４５％、およびＡｌ：５．０％以下を含有し、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とする遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金が提供される（請求項１）。
好ましくは、遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金は、質量％で、Ａｌ：１．５〜５．０％を含む（請求項２）。
【００１０】
好ましくは、遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金は、質量％で、Ｂ：０．０１５％以下を更に含む（請求項３）。
好ましくは、遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金は、質量％で、Ｍｇ：０．０１％以下を更に含む（請求項４）。
好ましくは、遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金は、質量％で、Ｔｉ：３．０％以下を更に含む（請求項５）。
【００１１】
好ましくは、遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金は、質量％で、Ｍｏ：１０．０％以下を更に含む（請求項６）。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１の遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金はＣｒを質量濃度で３０％以上含むことによって、高温での強度及び高温での耐酸化性、特に１２００℃以上の高温での強度及び耐酸化性において優れている。
また、この遠心式鉱物質繊維製造装置用Ｎｉ基合金は、高温の酸化性の雰囲気中におかれたときに、Ａｌが拡散して最表面に酸化膜を形成するため、特に高温耐酸化性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施形態のＮｉ基合金は、遠心式鉱物質繊維製造装置用の耐熱合金である。
鉱物質繊維は、例えば耐熱材や防音材として用いられる。鉱物質繊維は、主成分としてのＳｉＯ２のほかに、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ等を含み、高温用の耐熱材に用いられる鉱物質繊維は、低温用の耐熱材に用いられる鉱物質繊維に比べて、相対的に多くのＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯを含む。
【００１４】
遠心式鉱物質繊維製造装置は、上下に延びる中空のシャフトと、シャフトの下端に固定されたカップと、同じくシャフトの下端に固定され、カップを囲むスピナーとを備える。カップ及びスピナーの周壁部分には複数の孔がそれぞれ形成されており、例えば直径２００ｍｍのスピナーの周壁部分には、φ０．５ｍｍの小孔が９０００個設けられている。
この遠心式鉱物質繊維製造装置を用いた場合、以下のようにして鉱物質繊維が製造される。
【００１５】
シャフトを回転させながら、溶融状態にされた原材料がスピナーの周壁の小孔を通じてその外側に放出される。溶融状態の原材料は、小孔を通過することによって延伸され、鉱物質繊維が得られる。
一実施形態のＮｉ基合金は、遠心式鉱物質繊維製造のスピナーの材料として用いられる。このＮｉ基合金は、質量％（質量濃度）で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：３０〜４５％、およびＡｌ：５．０％以下を含有し、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなる。
【００１６】
このＮｉ基合金は、好ましくは、質量％で、Ａｌ：１．５〜５．０％を含む。
このＮｉ基合金は、好ましくは、質量％で、Ｂ：０．０１５％以下を更に含む。
このＮｉ基合金は、好ましくは、質量％で、Ｍｇ：０．０１％以下を更に含む。
このＮｉ基合金は、好ましくは、質量％で、Ｔｉ：３．０％以下を更に含む。
このＮｉ基合金は、好ましくは、質量％で、Ｍｏ：１０．０％以下を更に含む。
【００１７】
Ｎｉ基合金は、例えば不可避的不純物として、０．０３％以下のＰや、０．０１％以下のＳや、５％以下のＦｅを含んでもよい。
好ましくは、Ｎｉ基合金は、３５％以上４５％以下のＣｒを含む。
一実施形態のＮｉ基合金を適用したスピナーは、例えば以下のようにして製造される。
まず、電気溶解炉で原料を溶解・精錬した後、型に流し込んでインゴットを鋳造する。インゴットは、１１００℃以上１２５０℃以下の温度にて鍛造され、所定の形状の鍛造材になる。
【００１８】
鍛造材は、固溶化熱処理等を施し軟化処理される。
軟化熱処理された鍛造材には、所定の機械加工が行われ、スピナーが得られる。
ここで、スピナー用の材料に要求される特性は、溶融状態の鉱物質に対する耐高温化学反応性と耐摩耗性、高温強度及び高温耐酸化性である。これらの特性の中でも最も重要な特性は、高温強度と高温耐酸化性である。
【００１９】
上述したＮｉ基合金は、Ｃｒを質量濃度で３０％以上含むことによって、高温での強度及び高温での耐酸化性、特に１２００℃以上の高温での強度及び耐酸化性において優れている。Ｃｒは、α―Ｃｒ相を析出することで高硬度が得られるという点で重要な元素である。もちろん耐食性の向上にも寄与する。これらの効果は３０％に満たない量では充分に得られず、一方で４５％を超える添加は加工性の低下を招くため、Ｃｒの含有量は、３０〜４５％とした。より好ましくは３２〜４２％である。
【００２０】
また、このＮｉ基合金は好ましくは１．５％以上のＡｌを含む。ＡｌはＮｉ基を固溶強化するとともに、高温の酸化性の雰囲気中におかれたときに、拡散して最表面に酸化膜を形成することで高温耐酸化性を向上させる。一方、Ａｌの添加量が５．０％を超えると、加工性が悪くなるため、Ａｌの含有量の上限は５．０％とした。より好ましいＡｌの含有量は、２．０〜４．５％である。
【００２１】
以下、他の元素濃度の限定理由について詳細に説明する。
Ｃ：０．１％以下
Ｃは、溶解時に脱酸剤として作用するほか、Ｔｉが存在する場合は、それらと炭化物を形成して、固溶化熱処理時の結晶粒粗大化を防止するとともに粒界の強化に寄与する。０．１％を超えるＣの添加は強度および靭性の低下を招く。好ましいＣの含有量の上限界は、０．０８％である。
【００２２】
Ｓｉ：２．０％以下
Ｓｉは、脱酸元素として必要であるが、多量の添加は強度および靭性の低下を招くので、上限を２．０％とした。好ましいＳｉの含有量は、１．０％以下である。
Ｍｎ：２．０％以下
ＭｎもＳｉと同様、脱酸元素として有用であるが、過大な添加はやはり強度および靭性の低下を招くので、上限として２．０％を設定した。好ましいＭｎの含有量は、１．０％以下である。
【００２３】
Ｂ：０．０１５％以下
Ｂは、結晶粒界に偏析して粒界を強め熱間加工性やクリープ強度を高める効果がある。Ｂの濃度が０．０１５％を超えると熱間加工性を損なうので、Ｂの濃度は０．０１５％以下に設定されるのが好ましい。
Ｍｇ：０．０１％以下
Ｍｇは、溶解時に脱酸および脱硫元素として添加される元素であり、合金の熱間加工性を改善する。Ｍｇの濃度が０．０１％を超えると熱間加工性を劣化させるので、Ｍｇの濃度は０．０１％以下に設定されるのが好ましい。
【００２４】
Ｔｉ：３．０％以下
Ｔｉはγ’相のＡｌと置換することでγ’相の固溶強化に寄与し、さらに合金の強度を高める作用を有する。ただし、３．０％を超えてこれらの元素を添加すると加工性が悪くなる。従って、Ｔｉの上限は３．０％以下に設定されるのが好ましく、より好ましくは２．０％以下に設定される。
Ｍｏ：１０％以下
Ｍｏは、固溶強化により強度を高める効果がある。さらにＭｏは耐食性を向上させる効果がある。Ｍｏが１０％を超えることは、加工性や耐高温腐食性が低下するばかりでなく合金の価格が上昇するため望ましくない。従って、Ｍｏの上限は１０％以下に設定されるのが好ましく、より好ましくは、Ｍｏの含有量は５％以下である。
【００２５】
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、粒界に偏析して熱間および冷間での加工性を劣化させる。従って、Ｐの含有量の上限は、０．０３％以下とした。
Ｓ：０．０１％以下
Ｓも、Ｐと同様には、粒界に偏析して熱間および冷間での加工性を劣化させる。従って、Ｓの含有量の上限は、０．０１％以下とした。
【００２６】
Ｆｅ：５％以下
Ｆｅは、その他の元素の原料から混入することもあるが、合金の強度および耐高温腐食性、耐食性を低下させる。このためＦｅの濃度は５％以下に規制されるのが好ましい。
【実施例】
【００２７】
１．試料の調製
表１に示した組成を有するインゴットをそれぞれ鋳造した。そして、各インゴットを分塊鍛造によりビレットにしてから、ビレットに焼きならしを施した。この後、ビレットを１１５０℃の温度で鍛造し、φ１００ｍｍの鍛造材にした。
得られた鍛造材から、耐酸化性試験用の試験片及び高温強度試験用の試験片を切り出した。
２．評価方法
（１）耐酸化性試験
耐酸化性試験としては、ＪＩＳ Ｚ２２８１に準拠し１２５０℃での高温連続酸化試験を行った。試験前後での質量変化量を、試験前試験片表面積と高温連続保持時間で除した値（酸化増量）を表２に示す。
（２）高温強度試験
高温強度試験は、１２００℃以上の高温域での引張強度を評価するため、一般的に鍛造や圧延などの熱間加工の変形強度試験として用いられるグリープル試験により行った。
【００２８】
但し、熱間加工評価の際の試験では、２ｉｎ／ｓｅｃ程度の比較的高い歪速度での引張変形を行わせるが、当該性能評価としてクリープ的現象を加味し評価することを考慮し、歪速度を通常の１／１０以下と低くし行った。一例として１２５０℃での比較例２の高温強度を基本とし、各組成合金の高温強度を除し高温強度比とし評価した結果を表２に示す。
【００２９】
３．評価結果
表１及び表２から次のことが明らかである。
（１）Ｃｒの濃度が３０％以上である実施例１及び２は、Ｃｒの濃度が３０％以下である比較例１〜３に比べて高温強度において優れている。１２００℃を超える高温での強度向上には、Ｗ、Ｍｏ等の固溶強化のための元素や、Ｔｉ、Ｎｂ等の析出強化のための元素を含むよりも、Ｃｒの濃度が３０％以上であることが必要であることがわかる。
（２）Ｃｒの濃度が３０％以上である実施例１及び２は、Ｃｒの濃度が３０％以下である比較例１〜３に比べて酸化増量においても優れている。特にＡｌの濃度が１．５％以上である実施例１は、酸化増量が負の値であり、Ａｌを含まない実施例２に比べても酸化増量が少なかった。
【００３０】
一方、Ｃｏ基合金である比較例２では、酸化増量が多く、耐酸化性が不足していることがわかる。このため、一実施形態のＮｉ基合金では、Ｃｏの濃度が１０％以下に制限されるのが好ましい。
本発明は上述した一実施形態及び実施例に限定されることはなく、種々の変形が可能であり、例えば、スピナーの形状は特に限定されない。
【００３１】
【表１】
2009299109.tif 000002
【００３２】
【表２】
2009299109.tif 000003