インベストメント鋳造法による耐熱鋳鋼品

耐熱鋼とは、耐高温酸化性と高温強度を備えた鋼のことを指します。高温酸化耐性は、ワークピースが高温で長時間動作することを保証するための重要な条件です。高温空気などの酸化環境では、酸素が鋼表面と化学反応を起こし、さまざまな酸化鉄層を形成します。酸化皮膜は非常に緩く、鋼本来の特性を失い、剥がれやすくなります。鋼の高温酸化耐性を向上させるために、合金元素を鋼に添加して酸化物構造を変化させます。一般的に使用される合金元素は、クロム、ニッケル、クロム、シリコン、アルミニウムなどです。鋼の高温酸化耐性は化学組成のみに関係します。

高温強度とは、高温で長時間機械的負荷に耐える鋼の能力を指します。高温で機械的負荷がかかった鋼には、主に 2 つの影響があります。 1 つは軟化、つまり温度が上昇すると強度が低下することです。 2 つ目はクリープです。つまり、一定の応力が作用すると、塑性変形の量が時間とともにゆっくりと増加します。高温における鋼の塑性変形は、粒内滑りと粒界滑りによって引き起こされます。鋼の高温強度を向上させるには、通常、合金化方法が​​使用されます。つまり、鋼に合金元素を添加して原子間の結合力を高め、良好な組織を形成します。クロム、モリブデン、タングステン、バナジウム、チタンなどを添加すると、鋼のマトリックスが強化され、再結晶温度が上昇し、Cr23C6、VC、TiC などの強化相炭化物または金属間化合物が形成されることもあります。これらの強化相は高温でも安定で、溶解せず、凝集成長せず、硬度を維持します。ニッケルは主に次の目的で添加されます。オーステナイト。オーステナイトはフェライトに比べて原子の配列が緻密で、原子間の結合力が強く、原子の拡散が起こりにくくなっています。したがって、オーステナイトの高温強度が優れています。耐熱鋼の高温強度は化学組成だけでなく、組織も関係していることがわかります。

高合金耐熱鋼鋳物使用温度が650℃を超える場面で広く使用されています。耐熱鋳鋼とは、高温で使用される鋼を指します。耐熱鋳鋼の開発は、発電所、ボイラー、ガスタービン、内燃機関、航空エンジンなど、さまざまな産業分野の技術進歩と密接に関係しています。さまざまな機械や装置で使用される温度や応力、環境が異なるため、使用される鋼の種類も異なります。

各国の耐熱鋳鋼の規格
1) 中国規格
GB/T 8492-2002「耐熱鋳鋼の技術条件」では、さまざまな耐熱鋳鋼の等級と室温での機械的性質が規定されています。
2) 欧州規格
EN 10295-2002 耐熱鋳鋼規格には、オーステナイト系耐熱ステンレス鋼、フェライト系耐熱ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト系二相耐熱ステンレス鋼のほか、ニッケル基合金、コバルト基合金が含まれます。
3) アメリカの基準
ANSI/ASTM 297-2008「一般工業用鉄-クロム、鉄-クロム-ニッケル耐熱鋼鋳物」に指定された化学組成が受け入れの基礎となり、機械的性能試験は購入者が要求した場合にのみ実行されます。注文の時間。耐熱鋳鋼に関するその他の米国規格には、ASTM A447/A447M-2003 および ASTM A560/560M-2005 があります。
4) ドイツ規格
DIN 17465「耐熱鋼鋳物の技術条件」では、さまざまな耐熱鋳鋼グレードの化学組成、室温での機械的特性、および高温での機械的特性が個別に規定されています。
5) 日本規格
JISG5122-2003「耐熱鋳鋼」の等級は米国規格ASTMと基本的に同じです。
6) ロシア標準
GOST 977-1988 には、中クロムおよび高クロム耐熱鋼を含む 19 の耐熱鋳鋼グレードが指定されています。

耐熱鋼の寿命に及ぼす化学成分の影響
耐熱鋼の耐用年数に影響を与える可能性のある化学元素は多種多様です。これらの効果は、組織の安定性の向上、酸化の防止、オーステナイトの形成と安定化、腐食の防止として現れます。たとえば、耐熱鋼中の微量元素である希土類元素は、鋼の耐酸化性を大幅に向上させ、熱可塑性を変化させることができます。耐熱鋼や合金の基本材料としては、融点が比較的高く、自己拡散活性化エネルギーが高く、あるいは積層欠陥エネルギーが低い金属や合金が選ばれるのが一般的です。鋼中の介在物や特定の冶金学的欠陥の存在により、材料の耐久強度限界が低下するため、さまざまな耐熱鋼および高温合金の製錬プロセスには非常に高い要件が課されます。

溶体化処理などの先端技術が耐熱鋼の寿命に与える影響
金属材料の場合、さまざまな熱処理プロセスを使用すると、構造や結晶粒径に影響が生じ、熱活性化の難易度が変わります。鋳造破損の解析では、破損につながる多くの要因が考えられますが、主に熱疲労が亀裂の発生と進展につながります。同様に、亀裂の発生と伝播に影響を与える一連の要因があります。中でも、亀裂は硫化物に沿って進展することが多いため、硫黄含有量は非常に重要です。硫黄含有量は、原材料の品質とその製錬の影響を受けます。水素の保護雰囲気下で使用される鋳物では、水素に硫化水素が含まれると鋳物が硫化してしまいます。第二に、溶体化処理の適切性は鋳物の強度と靱性に影響します。