耐熱鋼鋳物とその熱処理

耐熱鋼鋳物は、耐熱合金鋼を原材料として鋳造した部品です。高温条件下で、耐酸化性、十分な高温強度、および良好な耐熱性を備えた鋼を耐熱鋼と呼びます。耐熱鋼は、その性質から耐酸化鋼と耐熱鋼の2種類に分けられます。耐酸化鋼は、無皮鋼とも呼ばれます。熱間強度鋼とは、高温での耐酸化性が高く、高温強度が高い鋼を指します。同じ化学組成の場合、鋳造状態の方が圧延状態よりも熱強度が高くなります。耐熱鋼の分野では鋳物耐熱鋼部品が大きな割合を占めています。

一部の高合金耐熱鋼は、加工や変形が困難です。鋳物の生産は、圧延製品よりも費用対効果が高いだけでなく、鋳物はより高い耐久強度を備えています。そのため、耐熱鋼のかなりの部分を耐熱鋳鋼が占めています。砂型鋳造に加えて、精密鋳造技術も使用して、滑らかな表面と正確な寸法の製品を得ることができます。遠心鋳造は、合成アンモニアとエチレンの分解用の高温炉管によく使用されます

耐熱鋳鋼は焼ならし状態の金属組織から、パーライト系耐熱鋼、マルテンサイト系耐熱鋼、フェライト系耐熱鋼、オーステナイト系耐熱鋼の4つに分けられます。

 

1. パーライト系耐熱鋳鋼

パーライト耐熱鋳鋼の合金元素は主にクロムとモリブデンであり、総量は一般に5％を超えません。その組織には、パーライトやフェライトの他に、ベイナイトも含まれています。この種の鋼は、500〜600℃で優れた高温強度とプロセス性能を備えています。ボイラー鋼管、蒸気タービンの羽根車、ローター、ファスナー、高圧容器、パイプラインなど、600℃以下の耐熱部品の製造に広く使用されています。代表的なグレードは次のとおりです。 、25Cr2Mo1V、20Cr3MoWVなど

パーライト耐熱鋼鋳物の熱処理は、高温条件下で安定した構造、優れた総合的な機械的特性、および必要な強度を得るために、主に焼きならしまたは焼入れ焼き戻しされます。

 

2. マルテンサイト系耐熱鋳鋼

マルテンサイト系耐熱鋳鋼のクロム含有量は、一般的に7～13%です。650℃以下では高温強度、耐酸化性、耐水蒸気腐食性に優れていますが、溶接性は劣ります。約 12% のクロムを含む 1Cr13、2Cr13、およびこれに基づいて開発された 1Cr11MoV、1Cr12WMoV、2Cr12WMoNbVB などの鋼種、およびその他の合金は、通常、蒸気タービンのブレード、ディスク、シャフト、ファスナーなどの製造に使用されます。さらに、4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、などの内燃機関の排気バルブの製造に使用されるものもマルテンサイト系耐熱鋼です。

マルテンサイト系耐熱鋼鋳物の一般的な熱処理工程は焼ならし＋焼戻しです。

 

3. フェライト系耐熱鋳鋼

フェライト系耐熱鋳鋼は、クロム、アルミニウム、シリコンなどの元素を多く含み、単相フェライト構造を形成し、耐酸化性と高温ガス耐食性に優れていますが、室温での高温強度は低く、脆性が大きく、溶接性が悪い。1Cr13SiAl、1Cr25Si2など。 フェライト系耐熱鋳鋼は、一般的に耐荷重が低く、耐高温耐酸化性が要求される部品に使用されます。

フェライト系耐熱鋼鋳物の熱処理は、一般に応力を緩和するために焼鈍を行い、その後急冷（400～500℃の脆性域を速やかに通過させるため）を採用しています。

 

4. オーステナイト系耐熱鋳鋼

オーステナイト系耐熱鋳鋼は、600°C 以上の温度で、ニッケル、マンガン、窒素などのオーステナイト形成元素を多く含み、良好な高温強度と構造安定性、および良好な溶接性能を備えています。通常、600℃以上で機能する耐熱材として使用されます。代表的なグレードは、1Cr18Ni9Ti (321)、1Cr23Ni13 (309)、0Cr25Ni20 (310S)、1Cr25Ni20Si2 (314)、2Cr20Mn9Ni2Si2N、4Cr14Ni14W2Mo などです。

オーステナイト系抗酸化鋼は、高温の溶体化熱処理で処理して、良好な冷間変形を得ることができます。オーステナイト系熱間鋼は、まず高温溶体化処理を行い、次に使用温度より60～100℃高い温度で時効処理を行い、組織を安定化させ、第2相を析出させて基地を強化します。

 

耐熱鋳鋼の用途

耐熱鋼は、ボイラー、蒸気タービン、動力機械、工業炉、航空産業、石油化学産業などの産業部門で高温で作動する部品やコンポーネントの製造によく使用されます。これらの部品には、高温強度や耐高温酸化・耐食性に加え、十分な靭性、良好な加工性、溶接性、用途に応じたある程度の構造安定性が求められます。

 

耐熱合金鋼の種類とその用途
鋼種	使用温度と用途
00Cr12	耐酸化温度600～700℃、高温高圧弁体、バーナーとして使用
0Cr13Al	適用温度範囲 700～800℃、ガスタービン圧縮機ブレード
1Cr17	900℃以下での酸化防止、炉の高温部品やノズルなどに使用
1Cr12	600～700℃の温度域での耐酸化性と高温強度が高く、蒸気タービンのブレード、ノズル、ボイラーバーナーバルブなどの高温部品に使用されています。
1Cr13	耐酸化温度は700～800℃で、用途は1Cr12鋼と同じ
0Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti	耐酸化温度870℃以下、ボイラー伝熱面管、加熱炉部品、熱交換器、マッフル炉、転炉、ノズルとして使用可能
0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni11Nb	400～900℃の温度範囲で高温腐食・酸化に強く、使用温度850℃以下の管継手にも使用可能
0Cr23Ni13	バーナー火管、蒸気タービン翼、加熱炉本体、メタン転換装置、高温分離装置などに使用される980℃までの耐酸化温度
0Cr25Ni20	炉の部品を加熱するために使用される1035℃までの抗酸化温度。使用温度950℃以下のガス輸送系部品
0Cr17Ni12Mo2、0Cr19Ni13Mo2	抗酸化温度は870℃以上で、作業温度は600〜750℃で、化学工業および石油精製用の熱交換器チューブと炉の付属品です。
0Cr17Ni7Al	使用温度550℃以下の高温耐荷重部品