耐熱鋼

パフォーマンスの測定方法
ただし、耐熱鋼の重要な要素は高温での耐久性であり、これはさまざまな方法で測定できます。 高温での鋼の性能を測定する 1 つの方法は、通常 1200°F 以上の高温で UTS と YS を測定することです。 多くの耐熱鋼は、1400°F で 30-50ksi の UTS と最大 30ksi の YS に耐えることができます。 通常、クロムとニッケルの含有量が十分に高い合金は、HL、HP、HU、HK などの高温引張強度と降伏強度のこのカテゴリで最高の性能を発揮します。 このカテゴリの合金は通常、完全なオーステナイト構造を持っています。 合金元素の存在量が多いため、これらの合金は高価になる傾向もあります。
耐熱鋼の性能を測定するもう 1 つの方法は、クリープ強度と応力破断強度の観点からです。 クリープは耐熱鋼鋳物では非常に一般的です。 馴染みのない人のために説明すると、クリープとは、高温で歪みがかかった鋳物に発生する応力のことです。 クリープを完全に防ぐことは不可能ですが、ほとんどの耐熱合金鋼はクリープの影響をある程度最小限に抑えるように設計されており、その結果、鋳物の耐用年数が長くなります。 クリープが最も問題となるのは、鋳物の変形を引き起こし、高温引張試験で定められた特性を下回って破壊するほど鋳物の強度が損なわれるため、クリープが破壊につながる場合さえある場合です。

合金の選択
クリープは、鋳造設計と合金の選択で考慮することができます。エンジニアは、クリープが発生した場合でも鋳造が長期間機能し続けることができる鋳造設計を選択でき、また、クリープに対してより耐性のある合金を選択することもできます。 。 合金の選択に関して、エンジニアは、用途に基づいてどちらかを優先し、塑性変形のプロセスを遅くし、高い破断応力を持つ合金を選択する必要があります。 変形制御の観点から言えば、完全なオーステナイト構造を得るには、少なくとも 30% のニッケルと 15% のクロムを含む合金を使用するのが最善の策です。HT、HU、HP がその良い例です。 HK などの一部の鉄-クロム-ニッケル合金も、この分野で優れた性能を発揮します。
破断応力に関しては、炭素含有量を {{0}}.3-0.7% の範囲に制御することが最も重要な変数になります。 0.3-0.7% 炭素範囲では、金属は 0.2% 以下のものよりも破断応力に対する耐性がはるかに高くなります。 他の合金元素も重要で、特にオーステナイト構造を形成するのに十分なニッケル (少なくとも 18%、できれば 22% 以上) と 15% を超えるクロム含有量が重要で、HK、HN、HP が品質の例です。 最も破断耐性の高い合金の一部には、タングステンやニオブなどの特殊な合金元素がある程度含まれていますが、炭素含有量は依然として制御に最も影響を与える変数です。

酸化を避ける
ステンレス鋼のもう 1 つの鍵は、高温での酸化に対する耐性です。 このため、耐熱ステンレス鋼には、高温での酸化鉄の生成に耐えるために少なくとも 12% のクロムが含まれている必要があります。 クロムとニッケルの含有量を増やすことで、さらなる耐酸化性を得ることができます。

熱疲労
鋳物が熱サイクルや衝撃にさらされる場合、耐熱鋼の合金を選択する際にはそれも考慮する必要があります。 鋳物の熱疲労を測定する優れた方法はありません。熱疲労試験はありますが、現実にはあまり反映されません。

浸炭に耐える方法
耐浸炭性も考慮すべきもう 1 つの考慮事項であり、特に商業的な熱処理などの用途に関与する鋳物の場合はそうです。 ニッケルとクロムの含有量が高くなると、鋳物の表面への炭素の浸透に対する金属の抵抗が大幅に増加します。 シリコンは耐浸炭性においても重要な役割を果たします。シリコンのわずかな増加は、炭素の侵入に抵抗する合金の能力に劇的な違いをもたらす可能性があります。通常、耐浸炭性を目的とした鋳物には約 2% のシリコンが使用されます。 浸炭に耐えるために他の合金元素がステンレス鋼に添加されていますが、広く使用されておらず、その有効性については議論の余地があります。
その他の考慮事項
まれに、鋼鋳物に酸化を引き起こす高硫黄環境を考慮する必要がある場合があります。 ニッケル含有量の高い耐熱合金は、完全にオーステナイト構造であるため、高硫黄環境では非常に腐食しやすいため、通常は完全にフェライト系の合金を選択することをお勧めします。