具有氧化铝阻挡层的铸件制造技术

本发明专利技术提供进一步提高氧化铝阻挡层的稳定性、在高温气氛下的使用中能够进一步发挥优异的耐氧化性、耐渗碳性、耐氮化性、耐腐蚀性等的铸件。本发明专利技术的铸件是基体表面具有含有铝氧化物的氧化铝阻挡层的铸件，其中，上述铝氧化物为(Al(1‑x)M(x))2O3，此处，M：Cr、Ni、Si、Fe中的至少一种，且0<x<0.5。另外，本发明专利技术的铸件是基体表面具有含有铝氧化物的氧化铝阻挡层的铸件，其中，上述铝氧化物固溶有Cr、Ni、Si、Fe中的至少一种，与Al固溶的至少一种的Cr、Ni、Si、Fe以原子%比计为Al/(Cr+Ni+Si+Fe)≥2.0。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有氧化铝阻挡层的铸件，更具体而言，涉及具有稳定结构的氧化铝阻挡层的铸件。
技术介绍
用于制造乙烯的反应管和分解管、渗碳热处理炉的炉底辊、辐射管、耐金属粉化材料(metaldusting-resistantmaterial)等耐热钢铸件暴露于高温气氛中，因此使用高温强度优异的奥氏体系的耐热合金。这种奥氏体系耐热合金在高温气氛中使用时，表面形成金属氧化物层，该氧化物层成为阻挡，在高温气氛下保护母材。另一方面，作为这些金属氧化物，如果形成Cr氧化物(主要由Cr2O3组成)，则致密性低，因此防止氧、碳侵入的功能不充分，在高温气氛下引起内部氧化，使氧化物皮膜膨胀。另外，这些Cr氧化物在加热和冷却的反复循环中易剥离，即便未达到剥离程度的情况下，防止来自外部气氛的氧或碳侵入的功能也不充分，因此存在通过皮膜而在母材中发生内部氧化或渗碳的不良现象。对此，提出了通过与常规奥氏体系耐热合金相比使Al含量增加，从而在母材表面形成致密性高、难以渗透氧或碳的以氧化铝(Al2O3)为主体的氧化物层的方案(例如参照专利文献1和专利文献2)。然而，由于Al是铁素体生成元素，因此若含量增大则导致材料的延展性劣化、高温强度降低。特别是在Al含量超过5%时可观察到该延展性的降低趋势。因此，上述专利文献的奥氏体系耐热合金即使可期待由Al2O3带来的阻挡功能的提高，但也存在导致木材的延展性降低的不良现象。因此，为了提供可确保Al2O3的高温稳定性、进而不降低材料的延展性、高温气氛下可发挥优异的阻挡功能的铸件，在专利文献3中提出了通过进行内表面加工使得铸造体的表面粗糙度(Ra)为0.05~2.5μm后，在氧化性气氛下实施热处理，从而在铸造体的内表面形成含有Al2O3的氧化铝阻挡层，Cr浓度比母材基体高的Cr基粒子分散在氧化铝阻挡层与铸造体的界面的铸件(例如参照专利文献3)。专利文献3的铸件由于稳定的氧化铝阻挡层的存在，从而在高温气氛下的使用中，能够长期维持优异的耐氧化性、耐渗碳性、耐氮化性、耐腐蚀性等。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开S52-78612号公报专利文献2：日本特开S57-39159号公报专利文献3：国际公开第WO2010/113830号公报。
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术的目的在于提供进一步提高氧化铝阻挡层的稳定性、在高温气氛下的使用中能够进一步发挥优异的耐氧化性、耐渗碳性、耐氮化性、耐腐蚀性等的铸件。用于解决问题的方案本专利技术的铸件是基体表面具有含有铝氧化物的氧化铝阻挡层的铸件，其中，上述铝氧化物为(Al(1-x)M(x))2O3，此处，M：Cr、Ni、Si、Fe中的至少一种，且0<x<0.5。另外，本专利技术的铸件是基体表面具有含有铝氧化物的氧化铝阻挡层的铸件，其中，上述铝氧化物固溶有Cr、Ni、Si、Fe中的至少一种，与Al固溶的至少一种的Cr、Ni、Si、Fe以原子%比计为Al/(Cr+Ni+Si+Fe)≥2.0。专利技术的效果根据本专利技术的铸件，基体表面形成的氧化铝阻挡层通过固溶Cr、Ni、Si、Fe中的至少一种，能够使铝氧化物相成为稳定的结构。该铝氧化物能够抑制基体与氧的结合，并抑制在基体表面形成以Cr、Ni、Si、Fe等为主体的氧化物。由此，本专利技术的铸件在高温气氛下的使用中，能够发挥进一步优异的耐氧化性、耐渗碳性、耐氮化性、耐腐蚀性等。因此，在例如用于制造乙烯的反应管中使用本专利技术的铸件的情况下，能够抑制结焦(コーキング)的产生，能够防止由于结焦的产生造成的热交换率或热传导率的降低所导致的收率降低，并能够延长连续操作时间。另外，由于结焦难以产生，因此能够减少结焦除去作业的次数、时间，并能够提高操作效率。附图说明图1是加热处理前的铸件的剖视图；图2是示意性地示出低温加热处理中形成Al稀薄层(dilute-Allayer)的状态的剖视图；图3是示意性地示出高温加热处理中在Al稀薄层与基体之间形成Al浓缩层(concentrated-Allayer)的状态的剖视图；图4表示实施例2的被膜TEM照片和EDX分析结果的图表；图5表示实施例7的被膜TEM照片和EDX分析结果的图表。具体实施方式以下，对本专利技术的实施方式进行详细说明。本专利技术的铸件在基体表面具有含有铝氧化物的氧化铝阻挡层。氧化铝阻挡层的铝氧化物为(Al(1-x)M(x))2O3，此处，M：Cr、Ni、Si、Fe中的至少一种，且调整为0<x<0.5。另外，氧化铝阻挡层的铝氧化物固溶有Cr、Ni、Si、Fe中的至少一种，与Al固溶的至少一种的Cr、Ni、Si、Fe以原子%比计调整为Al/(Cr+Ni+Si+Fe)≥2.0。<成分限定理由的说明>本专利技术的铸件只要是以质量%计Cr含量为15%以上、Ni含量为18%以上、Al含量为1~5%的耐热合金，则可获得本专利技术的效果，例如可按照以下成分制造。应予说明，以下说明中，“%”在无特别表示时均为质量%。C：0.05%~0.7%C具有改善铸造性、提高高温蠕变断裂强度的作用。因此，至少含有0.05%。但是，如果含量过多，则容易大范围形成Cr7C3的一次碳化物，形成氧化铝阻挡层的Al的移动被抑制，因此造成对铸造体表面部的Al供给不足，导致氧化铝阻挡层的局部寸断，损害氧化铝阻挡层的连续性。另外，由于二次碳化物过量析出，故导致延展性、韧性降低。因此，上限为0.7%。应予说明，更优选C的含量为0.3%~0.5%。Si：大于0%且2.5%以下Si作为熔融合金的脱氧剂，并为了提高熔融合金的流动性而含有，但如果含量过高则会导致高温蠕变断裂强度的降低，因此上限为2.5%。应予说明，更优选Si的含量为2.0%以下。Mn：大于0%且3.0%以下Mn作为熔融合金的脱氧剂，并为了固定熔融金属中的S而含有，但如果含量过高则会导致高温蠕变断裂强度的降低，因此上限为3.0%。应予说明，更优选Mn的含量为1.6%以下。Cr：15.0%~50.0%Cr为了有助于高温强度和反复耐氧化性(繰返し耐酸化性)的提高，含量为15.0%以上。但是，如果含量过高则会导致高温蠕变断裂强度的降低，因此上限为50.0%。应予说明，更优选Cr的含量为23.0~35.0%。Ni：18.0%~70.0%Ni是确保反复耐氧化性和金属组织的稳定性的必要元素。另外，如果Ni的含量少，则Fe的含量相对增加，结果容易在铸造体的表面生成Cr-Fe-Mn氧化物，由此阻碍氧化铝阻挡层的生成。因此，其含量至少为18.0%以上。Ni的含量即使大于70.0%也无法得到与增量相对应的效果，因此上限为70.0%。应予说明，更优选Ni的含量为28.0~45.0%。Al：1.0%~5.0%Al是对耐渗碳性和耐结焦性的提高有效的元素。另外，在本专利技术中，是为了使铸造体的表面生成氧化铝阻挡层而必不可少的元素。因此，其含量至少为1.0%以上。但是，如果含量大于5%则延展性劣化，故在本专利技术中将上限规定为5.0%。应予说明，更优选Al的含量为2.5%~3.8%。稀土元素：0.005%~0.4%稀土元素是指元素周期表的La至Lu的15种镧系元素再加上Y和Sc的17种元素，但本专利技术的耐热合金中所含的稀土元素优选包括Ce、La和Nd中的至少一种以上。该稀土元素有助于促进氧化铝阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
铸件，其是基体表面具有含有铝氧化物的氧化铝阻挡层的铸件，其特征在于，所述铝氧化物为(Al(1‑x)M(x))2O3，此处，M：Cr、Ni、Si、Fe中的至少一种，且0<x<0.5。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.28 JP 2014-0678361.铸件，其是基体表面具有含有铝氧化物的氧化铝阻挡层的铸件，其特征在于，所述铝氧化物为(Al(1-x)M(x))2O3，此处，M：Cr、Ni、Si、Fe中的至少一种，且0<x<0.5。2.铸件，其是基体表面具有含有铝氧化物的氧化铝阻挡层的铸件，其特征在于，所述铝氧化物固溶有Cr、Ni、Si、Fe中的至少一种，与Al固溶的至少一种的Cr、Ni、Si、Fe以原子%比计为Al/(Cr+Ni+Si+Fe)≥2.0。3.根据权利要求1或2所述的铸件，其中，所述铝氧化物中80体积%以上的晶体结构为刚玉结构。4.根据权利要求1至3中任一项所述的铸件，其中，所述铝氧化物至少固溶有Cr，与Al固溶的Cr以原子%比计为Al/Cr≥10。5.根据权利要求1至4中任一项所述的铸件，其中，所述铝氧化物固溶有Ni、Si、Fe中的至少一种，与Al固溶的至少一种的Ni、Si、Fe的总原子%为10原子%以下。6.根据权利要求1至5中任一项所述的铸件，其中，所述铝氧化物具有所述基体侧与表面侧相比所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥本国秀，浦丸慎一，
申请(专利权)人：株式会社久保田，
类型：发明
国别省市：日本;JP