耐熱鋼製品紹介
耐熱鋼とは、高温酸化耐性と高温強度を備えた鋼を指します。高温酸化耐性は、ワークピースが高温で長時間作業できることを保証する重要な条件です。鋼は高温の空気やその他の酸化環境下では、酸素と鋼表面が化学反応を起こしてさまざまな鉄酸化物層を生成します。この酸化物層は非常に緩く、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、鋼に合金元素を添加して酸化物の構造を変えます。一般的な合金元素は、クロム、シリコン、アルミニウムなどです。これらは酸素と反応して、鋼の表面に緻密で安定した酸化物層、または不動態層 Cr2O3、SiO2、または Al2O3 を形成し、鋼がそれ以上酸化されるのを防ぎます。クロム、シリコン、アルミニウムの添加量が多いと鋼の高温酸化耐性は良好ですが、シリコンとアルミニウムの量が多すぎると、鋼の機械的性質と加工性が悪化します。 したがって、耐熱鋼はクロムを主な合金元素とし、シリコンとアルミニウムを補助元素としており、簡単に言えば、鋼の高温酸化耐性は化学組成にのみ関係しています。
高温強度とは、鋼が高温で長時間機械的負荷に耐える能力を指します。高温機械的負荷を受ける鋼は軟化します。つまり、温度の上昇とともに強度が低下します。2つ目はクリープです。つまり、一定の応力が作用すると、塑性変形の量は時間の経過と共にゆっくりと増加します。高温での鋼の塑性変形は、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、合金化法が使用されます。また、鋼に合金元素を添加して原子間の結合力を高め、好ましい組織を形成することもできます。クロム、モリブデン、タングステン、バナジウム、チタンなどを追加すると、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ます。これらの強化相は高温で安定しており、溶解せず、凝集して成長せず、硬度を維持します。 ニッケルは主にオーステナイトを得るために添加されます。フェライトと比較して、オーステナイトの原子は密に配列されており、原子間の結合力が強く、原子の拡散がより困難です。そのため、オーステナイトの高温強度は優れています。耐熱鋼の高温強度は化学組成だけでなく、組織にも関係していることがわかります。
