耐熱鋼鋳物とその熱処理

耐熱合金鋼を素材として鋳造された部品です。高温条件下において、耐酸化性があり、十分な高温強度を有し、良好な耐熱性を有する鋼を耐熱鋼と呼びます。耐熱鋼はその性質により耐酸化鋼と耐熱鋼の2種類に分けられます。耐酸化鋼は、皮なし鋼とも呼ばれます。熱間強度鋼とは、高温での耐酸化性に優れ、高温強度が高い鋼を指します。同じ化学組成の場合、圧延状態よりも鋳放し状態の方が熱強度が高くなります。耐熱鋼の分野では鋳造耐熱鋼部品が大きな割合を占めています。

高合金耐熱鋼の中には加工や変形が難しいものもあります。鋳物の製造は、圧延製品よりもコスト効率が高いだけでなく、耐久強度も高くなります。したがって、耐熱鋼の中でも耐熱鋳鋼がかなりの割合を占めています。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を備えた製品を得ることができます。遠心鋳造は、合成アンモニアやエチレンの分解用の高温炉管によく使用されます。

耐熱鋳鋼は焼きならし状態の金属組織により、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つに分類されます。

 

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、その合計量は一般に5％を超えません。組織にはパーライト、フェライトの他にベイナイトも存在します。この種の鋼は優れた高温強度と500〜600℃での加工性能を備えています。ボイラー鋼管、蒸気タービン羽根車、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16Mo、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2MoWVTiB、10Cr2Mo1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、良好な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き入れおよび焼き戻しが行われます。

 

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℃以下での高温強度、耐酸化性、耐水蒸気腐食性には優れていますが、溶接性が劣ります。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 およびその他の合金などの鋼種は、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。また、4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、内燃機関の排気バルブの製造に使用される等マルテンサイト系耐熱鋼でもあります。

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きならし+焼き戻しです。

 

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、単相フェライト組織を形成し、耐酸化性、高温ガス耐食性に優れていますが、高温強度が低く、室温では脆い性質があります。が大きく溶接性が悪い。 1Cr13SiAl、1Cr25Si2など。一般的にフェライト系耐熱鋳鋼は、低荷重で高温耐酸化性が要求される部品の製造に使用されます。

フェライト系耐熱鋼鋳物の熱処理は、応力を緩和するために焼鈍した後、急冷（400～500℃の脆化帯を素早く通過するため）する方法が一般的です。

 

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、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、600℃以上の温度で良好な高温強度と組織安定性、良好な溶接性を備えています。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。

オーステナイト系酸化防止鋼は、高温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を高温溶体化処理した後、使用温度より60～100℃高い時効処理を行って組織を安定化し、第二相を析出させ基地を強化します。

 

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分野で高温で動作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、高温強度や高温酸化・耐食性に加えて、十分な靭性、良好な加工性や溶接性、用途に応じたある程度の構造安定性も要求されます。

 

耐熱合金鋼のグレードとその用途
鋼種	使用可能温度と用途
00Cr12	耐酸化温度600～700℃、高温・高圧のバルブ本体、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℃以下での酸化防止効果があり、炉の高温部品やノズルとして使用されます。
1Cr12	耐酸化性があり、600～700℃の温度域で高温強度が高く、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に使用されます。
1Cr13	耐酸化温度は700～800℃で、用途は1Cr12鋼と同じです。
0Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti	耐酸化温度は870℃以下で、ボイラー加熱面パイプ、加熱炉部品、熱交換器、マッフル炉、コンバータ、ノズルとして使用できます。
0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni11Nb	400～900℃の温度範囲で高温腐食や酸化に強く、使用温度が850℃以下の管継手にも使用可能です。
0Cr23Ni13	耐酸化温度は980℃まで、バーナー火管、蒸気タービン翼、加熱炉本体、メタン変換装置、高温分離装置などに使用
0Cr25Ni20	抗酸化温度は1035℃まで、加熱炉部品に使用されます。作動温度950℃以下のガストランスミッションシステム部品
0Cr17Ni12Mo2、0Cr19Ni13Mo2	抗酸化温度は870℃以上、使用温度は600〜750℃で、化学工業や石油精製用の熱交換器チューブや炉付属品に使用されます。
0Cr17Ni7Al	使用温度550℃以下の高温耐荷重部品