JP2018003064A - Austenite-based stainless steel - Google Patents

Austenite-based stainless steel Download PDF

Info

Publication number
JP2018003064A
JP2018003064A JP2016128322A JP2016128322A JP2018003064A JP 2018003064 A JP2018003064 A JP 2018003064A JP 2016128322 A JP2016128322 A JP 2016128322A JP 2016128322 A JP2016128322 A JP 2016128322A JP 2018003064 A JP2018003064 A JP 2018003064A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
concentration
stainless steel
steel
less
austenitic stainless
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016128322A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6627662B2 (en
Inventor
礼文 河内
Norifumi Kochi
礼文 河内
西山 佳孝
Yoshitaka Nishiyama
佳孝 西山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp filed Critical Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Priority to JP2016128322A priority Critical patent/JP6627662B2/en
Publication of JP2018003064A publication Critical patent/JP2018003064A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6627662B2 publication Critical patent/JP6627662B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an austenite-based stainless steel having excellent carburization resistance and caulking resistance even in a high temperature environment afraid of carburization and caulking, such as hydrocarbon gas atmosphere.SOLUTION: The austenite-based stainless steel has a chemical composition containing, by mass%, C:0.25 to 0.7%, Si:0.01 to 2.0%, Mn:2.0% or less, P:0.04% or less, S:0.01% or less, Cr:10 to 19%,, Ni:20 to 40%, Al:over 2.5 and less than 4.5%, Nb:0.01 to 3.5%, N:0.03% or less and the balance Fe with inevitable impurities. Cr concentration C' and Al concentration C' in a range from a steel surface to 2 μm depth satisfy the formula (1) to Cr concentration Cand Al concentration Cof a base material. 0.4≤(C'/C')/(C/C)≤0.8 (1).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明はステンレス鋼に関し、さらに詳しくは、オーステナイト系ステンレス鋼に関する。   The present invention relates to stainless steel, and more particularly to austenitic stainless steel.

従来、高温環境下で使用されるボイラ及び化学プラント等の設備では、耐熱鋼として、Cr含有量及びNi含有量を高めたオーステナイト系ステンレス鋼、又は、Cr含有量を高めたNi基合金が使用されている。これらの耐熱鋼は、20〜30質量%程度のCr及び20〜70質量%程度のNiを含有するオーステナイト系ステンレス鋼又はNi基合金である。   Conventionally, equipment such as boilers and chemical plants used in high-temperature environments uses austenitic stainless steel with increased Cr content and Ni content or Ni-based alloy with increased Cr content as heat-resistant steel. Has been. These heat resistant steels are austenitic stainless steels or Ni-based alloys containing about 20 to 30% by mass of Cr and about 20 to 70% by mass of Ni.

ところで最近では、いわゆるシェール革命により、安価なシェールガスが生産されている。化学プラント等の設備において、シェールガスを原料ガスとして使用する場合、ナフサ等の従来原料と比較して、原料ガス由来のCにより、化学プラント等の設備で用いられる金属管(たとえば反応管)の腐食現象である浸炭や、金属管表面への炭素の析出によるコーキングが生じやすい。そのため、化学プラント等の設備に使用される鋼には、優れた耐浸炭性及び耐コーキング性が求められる。   Recently, cheap shale gas has been produced by the so-called shale revolution. When using shale gas as a raw material gas in equipment such as a chemical plant, compared to conventional raw materials such as naphtha, C derived from the raw material gas is used for a metal tube (for example, a reaction tube) used in equipment such as a chemical plant. Carburization, which is a corrosion phenomenon, and coking due to the deposition of carbon on the surface of a metal tube are likely to occur. Therefore, the steel used for facilities such as chemical plants is required to have excellent carburization resistance and coking resistance.

耐浸炭性及び耐コーキング性を高めたステンレス鋼は、たとえば、特開2005−48284号公報(特許文献1)に提案されている。   Stainless steel with improved carburization resistance and caulking resistance has been proposed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-48284 (Patent Document 1).

特許文献1に開示されたステンレス鋼は、質量%で、C:0.01〜0.6%、Si:0.1〜5%、Mn:0.1〜10%、P:0.08%以下、S:0.05%以下、Cr:20〜55%、Ni:10〜70%、N:0.001〜0.25%、O(酸素):0.02%以下、残部がFe及び不可避不純物からなる化学組成を有する母材からなる。このステンレス鋼は、表層部にCr欠乏層を備え、該Cr欠乏層におけるCr濃度が、10%以上、母材のCr濃度未満であり、かつ該Cr欠乏層の厚さが20μm以内である。特許文献1では、Cr23皮膜を主体とする保護皮膜を形成することで、耐浸炭性及び耐コーキング性を高める、と記載されている。 The stainless steel disclosed in Patent Document 1 is mass%, C: 0.01 to 0.6%, Si: 0.1 to 5%, Mn: 0.1 to 10%, P: 0.08% Hereinafter, S: 0.05% or less, Cr: 20-55%, Ni: 10-70%, N: 0.001-0.25%, O (oxygen): 0.02% or less, the balance being Fe and It consists of a base material having a chemical composition consisting of inevitable impurities. This stainless steel is provided with a Cr-deficient layer in the surface layer portion, the Cr concentration in the Cr-deficient layer is 10% or more and less than the Cr concentration of the base material, and the thickness of the Cr-deficient layer is within 20 μm. In Patent Document 1, it is described that carburization resistance and coking resistance are improved by forming a protective film mainly composed of a Cr 2 O 3 film.

しかしながら、特許文献1のステンレス鋼では、保護皮膜の主体がCr23皮膜である。そのため、特に高温環境下において、外部雰囲気からの酸素や炭素の侵入防止機能が十分でない。その結果、材料に内部酸化や浸炭を生じる場合がある。 However, in the stainless steel of Patent Document 1, the main component of the protective film is a Cr 2 O 3 film. Therefore, especially in a high temperature environment, the function of preventing the entry of oxygen and carbon from the outside atmosphere is not sufficient. As a result, internal oxidation and carburization may occur in the material.

そこで、国際公開第2010/113830号(特許文献2)、国際公開第2004/067788号(特許文献3)、及び特開平10−140296号公報(特許文献4)は、Cr23皮膜に代わる保護皮膜に関する技術を開示する。具体的には、これらの文献では、Cr23皮膜に代わる保護皮膜として、熱力学的に安定なAl23を主体とした保護皮膜を耐熱鋼の表面に形成する。 Therefore, International Publication No. 2010/113830 (Patent Document 2), International Publication No. 2004/066788 (Patent Document 3), and Japanese Patent Laid-Open No. 10-140296 (Patent Document 4) replace Cr 2 O 3 coatings. A technique relating to a protective film is disclosed. Specifically, in these documents, a protective film mainly composed of thermodynamically stable Al 2 O 3 is formed on the surface of the heat-resistant steel as a protective film replacing the Cr 2 O 3 film.

特許文献2に開示された鋳造製品は、質量%で、C:0.05〜0.7%、Si:0%を超えて2.5%以下、Mn:0%を超えて3.0%以下、Cr:15〜50%、Ni:18〜70%、Al:2〜4%、希土類元素:0.005〜0.4%、並びに、W:0.5〜10%及び/又はMo:0.1〜5%を含有し、残部Fe及び不可避的不純物から耐熱合金の鋳造体を有する。高温雰囲気と接触する鋳造体の表面にバリア層が形成されており、バリア層は、厚さ0.5μm以上のAl23層であって、該バリア層の最表面の80面積%以上がAl23であり、Al23層と鋳造体との界面に、合金の基地よりもCr濃度が高いCr基粒子が分散していることを特徴とする。特許文献2では、Alを添加することで、Al23皮膜を主体とする保護皮膜を形成し、耐浸炭性を高める、と記載されている。 The casting product disclosed in Patent Document 2 is, by mass%, C: 0.05 to 0.7%, Si: more than 0% to 2.5% or less, Mn: more than 0% to 3.0% Hereinafter, Cr: 15-50%, Ni: 18-70%, Al: 2-4%, rare earth elements: 0.005-0.4%, and W: 0.5-10% and / or Mo: It contains 0.1 to 5% and has a cast of heat-resistant alloy from the remaining Fe and inevitable impurities. A barrier layer is formed on the surface of the cast body in contact with the high-temperature atmosphere, and the barrier layer is an Al 2 O 3 layer having a thickness of 0.5 μm or more, and 80% by area or more of the outermost surface of the barrier layer. It is Al 2 O 3 , and Cr base particles having a Cr concentration higher than that of the base of the alloy are dispersed at the interface between the Al 2 O 3 layer and the cast body. Patent Document 2 describes that by adding Al, a protective film mainly composed of an Al 2 O 3 film is formed, and the carburization resistance is improved.

特許文献3に開示されたニッケル−クロム鋳造合金は、0.8wt%までの炭素、1wt%までのケイ素、0.2wt%までのマンガン、15wt%〜40wt%のクロム、0.5wt%〜13wt%の鉄、1.5wt%〜7wt%のアルミニウム、2.5wt%までのニオブ、1.5wt%までのチタン、0.01wt%〜0.4wt%のジルコニウム、0.06wt%までの窒素、12wt%までのコバルト、5wt%までのモリブデン、6wt%までのタングステン、0.019wt%〜0.089wt%のイットリウム、残りはニッケルからなる。特許文献3では、Alに加えREMを添加することで、保護皮膜であるAl23の耐剥離性を高めたニッケル−クロム鋳造合金が得られる、と記載されている。 The nickel-chromium casting alloy disclosed in Patent Document 3 is made up of up to 0.8 wt% carbon, up to 1 wt% silicon, up to 0.2 wt% manganese, 15 wt% to 40 wt% chromium, 0.5 wt% to 13 wt%. % Iron, 1.5 wt% to 7 wt% aluminum, up to 2.5 wt% niobium, up to 1.5 wt% titanium, 0.01 wt% to 0.4 wt% zirconium, up to 0.06 wt% nitrogen, Cobalt up to 12 wt%, molybdenum up to 5 wt%, tungsten up to 6 wt%, yttrium from 0.019 wt% to 0.089 wt%, the rest being nickel. Patent Document 3 describes that by adding REM in addition to Al, a nickel-chromium cast alloy with improved peel resistance of Al 2 O 3 as a protective film can be obtained.

特許文献4に開示されたオーステナイト系ステンレス鋼は、重量%で、C:0.15%以下、Si:0.9%以下、Mn:0.2〜2%、P:0.04%以下、S:0.005%以下、かつS(%)とO(%)を合わせて0.015%以下、Cr:12〜30%、Ni:10〜35%、Al:1.5〜5.5%、B:0.001〜0.01%、N:0.025%以下、Ca:0〜0.008%、Cu:0〜2%、Ti、Nb、Zr、VおよびHfのうちの1種以上を合計で0〜2%、W、Mo、CoおよびReのうちの1種以上を合計で0〜3%、希土類元素のうちの1種以上を合計で0〜0.05%含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる。特許文献4では、Alを添加することで、Al23皮膜を主体とする保護皮膜を形成し、耐酸化性を高める、と記載されている。 The austenitic stainless steel disclosed in Patent Document 4 is, by weight, C: 0.15% or less, Si: 0.9% or less, Mn: 0.2-2%, P: 0.04% or less, S: 0.005% or less, and S (%) and O (%) combined to 0.015% or less, Cr: 12-30%, Ni: 10-35%, Al: 1.5-5.5 %, B: 0.001 to 0.01%, N: 0.025% or less, Ca: 0 to 0.008%, Cu: 0 to 2%, Ti, Nb, Zr, V and 1 of Hf 0 to 2% in total of at least species, 0 to 3% in total of one or more of W, Mo, Co and Re, and 0 to 0.05% in total of one or more of rare earth elements The balance consists of Fe and inevitable impurities. Patent Document 4 describes that by adding Al, a protective film mainly composed of an Al 2 O 3 film is formed to improve oxidation resistance.

特開2005−48284号公報JP 2005-48284 A 国際公開第2010/113830号International Publication No. 2010/113830 国際公開第2004/067788号International Publication No. 2004/067788 特開平10−140296号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-140296

しかしながら、特許文献2では、耐熱合金がCrを最大50%添加している。そのため、炭化水素ガス雰囲気などの高温環境では、鋼表面でCrが炭化物として形成する場合がある。この場合、保護皮膜であるAl23が均一に形成されない。そのため、浸炭及びコーキングが発生する場合がある。 However, in Patent Document 2, the heat-resistant alloy adds up to 50% of Cr. Therefore, Cr may form as a carbide on the steel surface in a high temperature environment such as a hydrocarbon gas atmosphere. In this case, Al 2 O 3 which is a protective film is not uniformly formed. Therefore, carburization and coking may occur.

特許文献3では、Ni含有量が高いため、原料コストが著しく高まる。   In patent document 3, since Ni content is high, raw material cost increases remarkably.

特許文献4では、耐浸炭性及び耐コーキング性について考慮されていない。そのため、耐浸炭性及び耐コーキング性が低い場合がある。   In Patent Document 4, carburization resistance and coking resistance are not considered. Therefore, carburization resistance and coking resistance may be low.

本発明の目的は、炭化水素ガス雰囲気などの高温環境においても、優れた耐浸炭性及び耐コーキング性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を提供することである。   An object of the present invention is to provide an austenitic stainless steel having excellent carburization resistance and coking resistance even in a high temperature environment such as a hydrocarbon gas atmosphere.

本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.25〜0.7%、Si:0.01〜2.0%、Mn:2.0%以下、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cr:10〜19%、Ni:20〜40%、Al:2.5超〜4.5%未満、Nb:0.01〜3.5%、N:0.03%以下、Ti:0〜0.2%未満、Ca:0〜0.05%、及び、Mg:0〜0.05%を含有し、残部がFe及び不純物からなる化学組成を有する。本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は式(1)を満たす。
0.4≦(CCr´/CAl´)/(CCr/CAl)≦0.8 (1)
ここで、式(1)中のCCr´にはオーステナイト系ステンレス鋼の表面から2μm深さまでの範囲におけるCr濃度(質量%)が代入される。CAl´にはオーステナイト系ステンレス鋼の表面から2μm深さまでの範囲におけるAl濃度(質量%)が代入される。また、CCrにはオーステナイト系ステンレス鋼母材のCr濃度(質量%)が代入される。CAlにはオーステナイト系ステンレス鋼母材のAl濃度(質量%)が代入される。
The austenitic stainless steel according to the present embodiment is in mass%, C: 0.25 to 0.7%, Si: 0.01 to 2.0%, Mn: 2.0% or less, P: 0.04% Hereinafter, S: 0.01% or less, Cr: 10 to 19%, Ni: 20 to 40%, Al: more than 2.5 to less than 4.5%, Nb: 0.01 to 3.5%, N: 0.03% or less, Ti: 0 to less than 0.2%, Ca: 0 to 0.05%, and Mg: 0 to 0.05%, with the balance being Fe and impurities. . The austenitic stainless steel according to the present embodiment satisfies the formula (1).
0.4 ≦ (C Cr ′ / C Al ′) / (C Cr / C Al ) ≦ 0.8 (1)
Here, the Cr concentration (mass%) in the range from the surface of the austenitic stainless steel to the depth of 2 μm is substituted for C Cr ′ in the formula (1). Al concentration (mass%) in the range from the surface of the austenitic stainless steel to the depth of 2 μm is substituted for C Al ′. Further, Cr concentration (mass%) of the austenitic stainless steel base material is substituted for C Cr . Al concentration (mass%) of the austenitic stainless steel base material is substituted for C Al .

本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、炭化水素ガス雰囲気などの高温浸炭環境においても、優れた耐浸炭性及び耐コーキング性を有する。   The austenitic stainless steel according to the present embodiment has excellent carburization resistance and caulking resistance even in a high-temperature carburizing environment such as a hydrocarbon gas atmosphere.

本発明者らは、高温浸炭環境(以下、単に高温環境ともいう)におけるオーステナイト系ステンレス鋼の耐浸炭性及び耐コーキング性について調査及び検討を行い、次の知見を得た。高温浸炭環境とは、炭化水素ガス雰囲気での1000℃以上の高温環境のことをいう。   The present inventors investigated and examined the carburization resistance and caulking resistance of austenitic stainless steel in a high temperature carburizing environment (hereinafter also simply referred to as a high temperature environment), and obtained the following knowledge. The high temperature carburizing environment refers to a high temperature environment of 1000 ° C. or higher in a hydrocarbon gas atmosphere.

(A)オーステナイト系ステンレス鋼又はNi基合金にCrを含有させれば、鋼表面に保護皮膜であるCr23が形成され、耐食性が高まる。しかしながら、上述のとおり、Cr23は熱力学的に不安定である。そこで本発明においては、鋼表面にAl23皮膜を保護皮膜として形成する。Al23は、高温環境において、Cr23よりも熱力学的に安定である。 (A) If Cr is contained in austenitic stainless steel or Ni-based alloy, Cr 2 O 3 which is a protective film is formed on the steel surface, and the corrosion resistance is increased. However, as described above, Cr 2 O 3 is thermodynamically unstable. Therefore, in the present invention, an Al 2 O 3 film is formed as a protective film on the steel surface. Al 2 O 3 is more thermodynamically stable than Cr 2 O 3 in a high temperature environment.

(B)Crは、Al含有オーステナイト系ステンレス鋼又はNi基合金に過剰に含有された場合、高温環境において、雰囲気ガス由来のCと結合し、鋼表面にCr炭化物を形成する。Cr炭化物は、鋼表面でのAl23皮膜の均一な形成を物理的に阻害する。その結果、鋼の耐浸炭性及び耐コーキング性が低下する。 (B) When Cr is excessively contained in Al-containing austenitic stainless steel or Ni-based alloy, it combines with C derived from atmospheric gas in a high temperature environment to form Cr carbide on the steel surface. Cr carbide physically inhibits the uniform formation of the Al 2 O 3 film on the steel surface. As a result, the carburization resistance and coking resistance of the steel are reduced.

一方で、CrはAl23皮膜の均一な形成を促進する。この効果を以降、CrのThird Element Effect(以下、TEE効果という)という。TEE効果のメカニズムは次の通りである。酸化のごく初期において、鋼表面では、まずCrが優先的に酸化され、Cr23が形成される。このため、鋼表面の酸素分圧が局所的に低下する。これにより、Alは内部酸化することなく、表面近傍において均一なAl23皮膜として形成される。その後、Cr23として使用されていた酸素がAl23に取り込まれ、最終的にはAl23のみの保護皮膜が形成される。そのため、保護性を有する均一なAl23皮膜を形成するためには、一定以上のCrを含有させる必要がある。 On the other hand, Cr promotes uniform formation of the Al 2 O 3 film. This effect is hereinafter referred to as Cr Third Element Effect (hereinafter referred to as TEE effect). The mechanism of the TEE effect is as follows. At the very beginning of oxidation, Cr is first preferentially oxidized on the steel surface to form Cr 2 O 3 . For this reason, the oxygen partial pressure on the steel surface is locally reduced. Thereby, Al is formed as a uniform Al 2 O 3 film in the vicinity of the surface without internal oxidation. Thereafter, oxygen used as Cr 2 O 3 is taken into Al 2 O 3 and finally a protective film of only Al 2 O 3 is formed. Therefore, in order to form a uniform Al 2 O 3 film having protective properties, it is necessary to contain a certain amount or more of Cr.

したがって、Cr炭化物の生成を抑制し、Cr23のを促進するために、本発明では、Cr含有量を10〜19%とする。 Therefore, in order to suppress the formation of Cr carbide and promote Cr 2 O 3 , the Cr content is set to 10 to 19% in the present invention.

(C)オーステナイト系ステンレス鋼において、表面から2μm深さまでの範囲におけるCr濃度とAl濃度との比を、母材のCr濃度とAl濃度との比よりも適度に小さくすれば、つまり、オーステナイト系ステンレス鋼が式(1)を満たせば、高温環境中での耐浸炭性及び耐コーキング性が高まる。
0.4≦(CCr´/CAl´)/(CCr/CAl)≦0.8 (1)
ここで、式(1)中のCCr´にはオーステナイト系ステンレス鋼の表面から2μm深さまでの範囲におけるCr濃度(質量%)が代入される。CAl´にはオーステナイト系ステンレス鋼の表面から2μm深さまでの範囲におけるAl濃度(質量%)が代入される。また、CCrにはオーステナイト系ステンレス鋼母材のCr濃度(質量%)が代入される。CAlにはオーステナイト系ステンレス鋼母材のAl濃度(質量%)が代入される。
(C) In austenitic stainless steel, if the ratio of Cr concentration to Al concentration in the range from the surface to a depth of 2 μm is appropriately smaller than the ratio of Cr concentration to Al concentration of the base material, that is, austenitic If the stainless steel satisfies the formula (1), carburization resistance and coking resistance in a high temperature environment are enhanced.
0.4 ≦ (C Cr ′ / C Al ′) / (C Cr / C Al ) ≦ 0.8 (1)
Here, the Cr concentration (mass%) in the range from the surface of the austenitic stainless steel to the depth of 2 μm is substituted for C Cr ′ in the formula (1). Al concentration (mass%) in the range from the surface of the austenitic stainless steel to the depth of 2 μm is substituted for C Al ′. Further, Cr concentration (mass%) of the austenitic stainless steel base material is substituted for C Cr . Al concentration (mass%) of the austenitic stainless steel base material is substituted for C Al .

オーステナイト系ステンレス鋼が式(1)を満たせば、鋼表面においては、CrによるTEE効果が十分に得られ、Al23皮膜の形成が促進される。オーステナイト系ステンレス鋼が式(1)を満たせばさらに、Cr濃度が十分に小さく、Cr炭化物の形成が抑制される。このため、Al23皮膜が均一に形成される。その結果、耐浸炭性及び耐コーキング性が高まる。 If the austenitic stainless steel satisfies the formula (1), the TEE effect by Cr is sufficiently obtained on the steel surface, and the formation of the Al 2 O 3 film is promoted. If the austenitic stainless steel satisfies the formula (1), the Cr concentration is sufficiently small, and the formation of Cr carbide is suppressed. For this reason, an Al 2 O 3 film is uniformly formed. As a result, carburization resistance and coking resistance are improved.

以上の知見に基づいて完成した本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.25〜0.7%、Si:0.01〜2.0%、Mn:2.0%以下、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cr:10〜19%、Ni:20〜40%、Al:2.5超〜4.5%未満、Nb:0.01〜3.5%、N:0.03%以下、Ti:0〜0.2%未満、Ca:0〜0.05%、及び、Mg:0〜0.05%を含有し、残部がFe及び不純物からなる化学組成を有する。本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は式(1)を満たす。
0.4≦(CCr´/CAl´)/(CCr/CAl)≦0.8 (1)
ここで、式(1)中のCCr´にはオーステナイト系ステンレス鋼の表面から2μm深さまでの範囲におけるCr濃度(質量%)が代入される。CAl´にはオーステナイト系ステンレス鋼の表面から2μm深さまでの範囲におけるAl濃度(質量%)が代入される。また、CCrにはオーステナイト系ステンレス鋼母材のCr濃度(質量%)が代入される。CAlにはオーステナイト系ステンレス鋼母材のAl濃度(質量%)が代入される。
The austenitic stainless steel according to the present embodiment completed based on the above knowledge is mass%, C: 0.25 to 0.7%, Si: 0.01 to 2.0%, Mn: 2.0%. Hereinafter, P: 0.04% or less, S: 0.01% or less, Cr: 10 to 19%, Ni: 20 to 40%, Al: more than 2.5 to less than 4.5%, Nb: 0.01 -3.5%, N: 0.03% or less, Ti: 0 to less than 0.2%, Ca: 0 to 0.05%, and Mg: 0 to 0.05%, with the balance being Fe And a chemical composition consisting of impurities. The austenitic stainless steel according to the present embodiment satisfies the formula (1).
0.4 ≦ (C Cr ′ / C Al ′) / (C Cr / C Al ) ≦ 0.8 (1)
Here, the Cr concentration (mass%) in the range from the surface of the austenitic stainless steel to the depth of 2 μm is substituted for C Cr ′ in the formula (1). Al concentration (mass%) in the range from the surface of the austenitic stainless steel to the depth of 2 μm is substituted for C Al ′. Further, Cr concentration (mass%) of the austenitic stainless steel base material is substituted for C Cr . Al concentration (mass%) of the austenitic stainless steel base material is substituted for C Al .

上記化学組成は、Ti:0.005〜0.2%未満を含有してもよい。   The chemical composition may contain Ti: 0.005 to less than 0.2%.

上記化学組成は、Ca:0.0005〜0.05%、及びMg:0.0005〜0.05%からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。   The chemical composition may contain one or more selected from the group consisting of Ca: 0.0005 to 0.05% and Mg: 0.0005 to 0.05%.

以下、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼について詳述する。元素に関する「%」は、特に断りがない限り、質量%を意味する。   Hereinafter, the austenitic stainless steel of this embodiment will be described in detail. “%” Regarding an element means mass% unless otherwise specified.

[化学組成]
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition]
The chemical composition of the austenitic stainless steel according to the present embodiment contains the following elements.

C:0.25〜0.7%
炭素(C)は主にCrと結合して炭化物を形成し、高温クリープ強度を高める。C含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、C含有量が高すぎれば、鋼の鋳造後の凝固組織中に粗大な共晶炭化物を多数形成し、鋼の靭性を低下する。したがって、C含有量は0.25〜0.7%である。C含有量の好ましい下限は0.27%であり、より好ましくは0.3%である。C含有量の好ましい上限は0.6%であり、より好ましくは0.5%である。
C: 0.25 to 0.7%
Carbon (C) mainly combines with Cr to form carbides and enhances high temperature creep strength. If the C content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the C content is too high, a large number of coarse eutectic carbides are formed in the solidified structure after casting of steel, and the toughness of the steel is lowered. Therefore, the C content is 0.25 to 0.7%. The minimum with preferable C content is 0.27%, More preferably, it is 0.3%. The upper limit with preferable C content is 0.6%, More preferably, it is 0.5%.

Si:0.01〜2.0%
シリコン(Si)は鋼を脱酸する。他の元素で脱酸を十分に実施できる場合、Siの含有量は出来るだけ少なくてもよい。一方、Si含有量が高すぎれば、熱間加工性が低下する。したがって、Si含有量は0.01〜2.0%である。Si含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。Si含有量の好ましい上限は1.0%である。
Si: 0.01 to 2.0%
Silicon (Si) deoxidizes steel. In the case where deoxidation can be sufficiently performed with other elements, the Si content may be as small as possible. On the other hand, if the Si content is too high, the hot workability decreases. Therefore, the Si content is 0.01 to 2.0%. The minimum with preferable Si content is 0.02%, More preferably, it is 0.03%. The upper limit with preferable Si content is 1.0%.

Mn:2.0%以下
マンガン(Mn)は不可避に含有される。Mnは鋼中に含まれるSと結合してMnSを形成し、鋼の熱間加工性を高める。しかしながら、Mn含有量が高すぎれば、鋼が硬くなりすぎ、熱間加工性及び溶接性が低下する。したがって、Mn含有量は2.0%以下である。Mn含有量の好ましい下限は0.1%であり、さらに好ましくは0.2%である。Mn含有量の好ましい上限は1.2%である。
Mn: 2.0% or less Manganese (Mn) is unavoidably contained. Mn combines with S contained in the steel to form MnS and enhances the hot workability of the steel. However, if the Mn content is too high, the steel becomes too hard and the hot workability and weldability deteriorate. Therefore, the Mn content is 2.0% or less. The minimum with preferable Mn content is 0.1%, More preferably, it is 0.2%. The upper limit with preferable Mn content is 1.2%.

P:0.04%以下
燐(P)は不純物である。Pは鋼の溶接性及び熱間加工性を低下する。したがって、P含有量は0.04%以下である。P含有量の好ましい上限は0.03%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。
P: 0.04% or less Phosphorus (P) is an impurity. P decreases the weldability and hot workability of steel. Therefore, the P content is 0.04% or less. The upper limit with preferable P content is 0.03%. The P content is preferably as low as possible.

S:0.01%以下
硫黄(S)は不純物である。Sは鋼の溶接性及び熱間加工性を低下する。したがって、S含有量は0.01%以下である。S含有量の好ましい上限は0.008%である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。
S: 0.01% or less Sulfur (S) is an impurity. S decreases the weldability and hot workability of steel. Therefore, the S content is 0.01% or less. The upper limit with preferable S content is 0.008%. The S content is preferably as low as possible.

Cr:10〜19%
クロム(Cr)は、高温環境での鋼の表面において、保護性のあるCr23皮膜を形成する。Cr23皮膜は鋼の耐食性(耐酸化性、耐水蒸気酸化性等)を高める。Crはさらに、鋼中のCと結合してCr炭化物を形成し、高温強度を高める。本発明のオーステナイト系ステンレス鋼においては、Crはさらに、上述のTEE効果により、Al23皮膜の形成を促進する。Cr含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Cr含有量が高すぎれば、炭化水素ガス雰囲気では、Crは雰囲気ガス由来のCと結合し、鋼表面にCr炭化物を形成する。Cr炭化物が形成されるとCrが局所的に欠乏する。このためTEE効果が低下し、均一なAl23皮膜が形成されない。Cr含有量が高すぎればさらに、Cr炭化物がAl23皮膜の形成を物理的に阻害する。したがって、Cr含有量は10〜19%である。Cr含有量の好ましい下限は11%であり、さらに好ましくは12%である。Cr含有量の好ましい上限は18.5%であり、さらに好ましくは18%である。
Cr: 10 to 19%
Chromium (Cr) forms a protective Cr 2 O 3 film on the surface of steel in a high temperature environment. Cr 2 O 3 coating enhances the corrosion resistance (oxidation resistance, steam oxidation resistance, etc.) of steel. Further, Cr combines with C in the steel to form Cr carbide, increasing the high temperature strength. In the austenitic stainless steel of the present invention, Cr further promotes the formation of an Al 2 O 3 film due to the TEE effect described above. If the Cr content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content is too high, in the hydrocarbon gas atmosphere, Cr combines with C derived from the atmospheric gas and forms Cr carbide on the steel surface. When Cr carbide is formed, Cr is locally depleted. For this reason, the TEE effect is reduced and a uniform Al 2 O 3 film is not formed. If the Cr content is too high, Cr carbide further physically inhibits the formation of the Al 2 O 3 film. Therefore, the Cr content is 10 to 19%. The minimum with preferable Cr content is 11%, More preferably, it is 12%. The upper limit with preferable Cr content is 18.5%, More preferably, it is 18%.

Ni:20〜40%
ニッケル(Ni)は、オーステナイトを安定化させ、高温強度を高める。Niはさらに、鋼の耐食性を高める。Ni含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ni含有量が高すぎれば、これらの効果が飽和するだけでなく、原料コストが高くなる。したがって、Ni含有量は20〜40%である。Ni含有量の好ましい下限は22%であり、さらに好ましくは25%である。Ni含有量の好ましい上限は39%であり、さらに好ましくは38%である。
Ni: 20-40%
Nickel (Ni) stabilizes austenite and increases high temperature strength. Ni further enhances the corrosion resistance of the steel. If the Ni content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Ni content is too high, these effects are not only saturated, but the raw material costs are increased. Therefore, the Ni content is 20 to 40%. The minimum with preferable Ni content is 22%, More preferably, it is 25%. The upper limit with preferable Ni content is 39%, More preferably, it is 38%.

Al:2.5超〜4.5%未満
アルミニウム(Al)は、高温環境において鋼表面にAl23皮膜を形成し、鋼の耐食性を高める。特に本発明にて想定している高温環境においては、従来用いられているCr23皮膜と比較して、Al23皮膜は熱力学的に安定である。Al含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Al含有量が高すぎれば、組織安定性が低下し、高温強度が著しく低下する。したがって、Al含有量は2.5超〜4.5%未満である。Al含有量の好ましい下限は2.55%であり、さらに好ましくは2.6%である。Al含有量の好ましい上限は4.2%であり、さらに好ましくは4.0%である。本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼において、Al含有量は、鋼材中に含有する全Al量を意味する。
Al: more than 2.5 to less than 4.5% Aluminum (Al) forms an Al 2 O 3 film on the steel surface in a high temperature environment and enhances the corrosion resistance of the steel. In particular, in a high temperature environment assumed in the present invention, the Al 2 O 3 film is thermodynamically stable as compared with the conventionally used Cr 2 O 3 film. If the Al content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Al content is too high, the structural stability is lowered and the high-temperature strength is significantly lowered. Accordingly, the Al content is more than 2.5 to less than 4.5%. The minimum with preferable Al content is 2.55%, More preferably, it is 2.6%. The upper limit with preferable Al content is 4.2%, More preferably, it is 4.0%. In the austenitic stainless steel according to the present invention, the Al content means the total amount of Al contained in the steel material.

Nb:0.01〜3.5%
ニオブ(Nb)は、析出強化相となる金属間化合物(ラーベス相及びNi3Nb相)を形成して、結晶粒界及び結晶粒内を析出強化し、鋼のクリープ強度を高める。一方、Nb含有量が高すぎれば、金属間化合物が過剰に生成して、鋼の靭性が低下する。Nb含有量が高すぎればさらに、長時間時効後の靭性も低下する。したがって、Nb含有量は0.01〜3.5%ある。Nb含有量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.1%である。Nb含有量の好ましい上限は3.2%未満であり、さらに好ましくは3.0%である。
Nb: 0.01 to 3.5%
Niobium (Nb) forms an intermetallic compound (Laves phase and Ni 3 Nb phase) that becomes a precipitation strengthening phase, and precipitates and strengthens the grain boundaries and inside the crystal grains, thereby increasing the creep strength of the steel. On the other hand, if the Nb content is too high, an intermetallic compound is excessively generated and the toughness of the steel is lowered. If the Nb content is too high, the toughness after aging for a long time further decreases. Therefore, the Nb content is 0.01 to 3.5%. The minimum with preferable Nb content is 0.05%, More preferably, it is 0.1%. The upper limit with preferable Nb content is less than 3.2%, More preferably, it is 3.0%.

N:0.03%以下
窒素(N)はオーステナイトを安定化し、不可避に含有される。しかしながら、N含有量が高すぎれば、溶体化処理後でも未固溶で残存する粗大な炭窒化物が生成する。粗大な炭窒化物は鋼の靱性を低下する。したがって、N含有量は0.03%以下である。好ましいN含有量の上限は0.01%である。
N: 0.03% or less Nitrogen (N) stabilizes austenite and is unavoidably contained. However, if the N content is too high, coarse carbonitrides that remain undissolved even after the solution treatment are generated. Coarse carbonitrides reduce the toughness of the steel. Therefore, the N content is 0.03% or less. A preferable upper limit of the N content is 0.01%.

本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、オーステナイト系ステンレス鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。   The balance of the chemical composition of the austenitic stainless steel of this embodiment is composed of Fe and impurities. Here, the impurities are those that are mixed from ore, scrap, or production environment as raw materials when industrially producing austenitic stainless steel, and are allowed within a range that does not adversely affect the present invention. Means what will be done.

[任意元素について]
上述のオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Tiを含有してもよい。
[Arbitrary elements]
The chemical composition of the austenitic stainless steel described above may further contain Ti instead of a part of Fe.

Ti:0〜0.2%未満
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Tiは、析出強化相となる金属間化合物(ラーベス相及びNi3Ti相)を形成して、析出強化によりクリープ強度を高める。しかしながら、Ti含有量が高すぎれば、金属間化合物が過剰に生成して、高温延性及び熱間加工性が低下する。Ti含有量が高すぎればさらに、長時間時効後の靭性が低下する。したがって、Ti含有量は0〜0.2%未満である。Ti含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは、0.01%である。Ti含有量の好ましい上限は0.15%であり、さらに好ましくは、0.1%である。
Ti: 0 to less than 0.2% Titanium (Ti) is an optional element and may not be contained. When contained, Ti forms an intermetallic compound (Laves phase and Ni 3 Ti phase) serving as a precipitation strengthening phase, and increases the creep strength by precipitation strengthening. However, if the Ti content is too high, an intermetallic compound is excessively produced, and high temperature ductility and hot workability are reduced. If the Ti content is too high, the toughness after aging for a long time further decreases. Accordingly, the Ti content is 0 to less than 0.2%. The minimum with preferable Ti content is 0.005%, More preferably, it is 0.01%. The upper limit with preferable Ti content is 0.15%, More preferably, it is 0.1%.

上述のオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Ca及びMgからなる群から選択される1種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼の熱間加工性を高める。   The chemical composition of the austenitic stainless steel described above may further contain one or more selected from the group consisting of Ca and Mg instead of part of Fe. All of these elements are optional elements and enhance the hot workability of steel.

Ca:0〜0.05%
カルシウム(Ca)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Caは、Sを硫化物として固定し、熱間加工性を高める。一方、Ca含有量が高すぎれば、靱性、延性及び清浄性が低下する。したがって、Ca含有量は0〜0.05%である。Caの好ましい下限は0.0005%である。Ca含有量の好ましい上限は0.01%である。
Ca: 0 to 0.05%
Calcium (Ca) is an optional element and may not be contained. When contained, Ca fixes S as a sulfide and improves hot workability. On the other hand, if the Ca content is too high, toughness, ductility and cleanliness will be reduced. Therefore, the Ca content is 0 to 0.05%. A preferable lower limit of Ca is 0.0005%. The upper limit with preferable Ca content is 0.01%.

Mg:0〜0.05%
マグネシウム(Mg)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Mgは、Sを硫化物として固定し、鋼の熱間加工性を高める。一方、Mg含有量が高すぎれば、靱性、延性及び清浄性が低下する。したがって、Mg含有量は0〜0.05%である。Mgの好ましい下限は0.0005%である。Mg含有量の好ましい上限は0.01%である。
Mg: 0 to 0.05%
Magnesium (Mg) is an optional element and may not be contained. When contained, Mg fixes S as a sulfide and improves the hot workability of steel. On the other hand, if the Mg content is too high, the toughness, ductility and cleanliness are reduced. Therefore, the Mg content is 0 to 0.05%. A preferable lower limit of Mg is 0.0005%. The upper limit with preferable Mg content is 0.01%.

[式(1)について]
本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼はさらに、式(1)を満たす。
0.4≦(CCr´/CAl´)/(CCr/CAl)≦0.8 (1)
ここで、式(1)中のCCr´にはオーステナイト系ステンレス鋼の表層におけるCr濃度(質量%)が代入される。CAl´にはオーステナイト系ステンレス鋼の表層におけるAl濃度(質量%)が代入される。また、CCrにはオーステナイト系ステンレス鋼母材のCr濃度(質量%)が代入される。CAlにはオーステナイト系ステンレス鋼母材のAl濃度(質量%)が代入される。
[Regarding Formula (1)]
The austenitic stainless steel of this embodiment further satisfies the formula (1).
0.4 ≦ (C Cr ′ / C Al ′) / (C Cr / C Al ) ≦ 0.8 (1)
Here, the Cr concentration (mass%) in the surface layer of the austenitic stainless steel is substituted for C Cr ′ in the formula (1). Al concentration (mass%) in the surface layer of austenitic stainless steel is substituted for C Al '. Further, Cr concentration (mass%) of the austenitic stainless steel base material is substituted for C Cr . Al concentration (mass%) of the austenitic stainless steel base material is substituted for C Al .

本明細書において、オーステナイト系ステンレス鋼の表層とは、オーステナイト系ステンレス鋼における表面から2μm深さまでの範囲を意味する。表面から2μm深さとは、母材の表面から2μm深さを意味する。また、母材のCr濃度(質量%)及び母材のAl濃度(質量%)とはそれぞれ、表層を除いた母材の平均Cr濃度(質量%)及びAl濃度(質量%)を意味する。   In this specification, the surface layer of austenitic stainless steel means the range from the surface in austenitic stainless steel to a depth of 2 μm. 2 μm depth from the surface means 2 μm depth from the surface of the base material. Further, the Cr concentration (mass%) of the base material and the Al concentration (mass%) of the base material mean the average Cr concentration (mass%) and Al concentration (mass%) of the base material excluding the surface layer, respectively.

式(1)に示すとおり、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼では、表層のCr濃度とAl濃度との比が、鋼母材のCr濃度とAl濃度との比よりも適度に小さい。この場合、上述のとおり、Al23皮膜の形成が促進される。その結果、高温環境において、耐浸炭性及び耐コーキング性が高まる。 As shown in Formula (1), in the austenitic stainless steel of the present embodiment, the ratio of the Cr concentration to the Al concentration in the surface layer is appropriately smaller than the ratio between the Cr concentration and the Al concentration in the steel base material. In this case, as described above, the formation of the Al 2 O 3 film is promoted. As a result, carburization resistance and coking resistance are enhanced in a high temperature environment.

F1=(CCr´/CAl´)/(CCr/CAl)と定義する。F1はCr挙動の指標である。 Define F1 = (C Cr '/ C Al ') / (C Cr / C Al ). F1 is an index of Cr behavior.

F1が0.8を超えれば、表層のCr濃度とAl濃度との比が、母材のCr濃度とAl濃度との比よりも大きすぎる。つまり、表層のCr濃度CCr´が高すぎる。この場合、鋼表面にCr炭化物が形成され、均一なAl23皮膜の形成が物理的に阻害される。 If F1 exceeds 0.8, the ratio between the Cr concentration and the Al concentration in the surface layer is too larger than the ratio between the Cr concentration and the Al concentration in the base material. That is, the Cr concentration C Cr ′ of the surface layer is too high. In this case, Cr carbide is formed on the steel surface, and the formation of a uniform Al 2 O 3 film is physically hindered.

F1が0.4未満であれば、表層のCr濃度とAl濃度との比が、母材のCr濃度とAl濃度との比よりも小さすぎる。つまり、表層のCr濃度CCr´が小さすぎる。この場合、CrのTEE効果が得られない。このため、鋼表面に均一なAl23皮膜が形成されない。 If F1 is less than 0.4, the ratio between the Cr concentration and the Al concentration in the surface layer is too small than the ratio between the Cr concentration and the Al concentration in the base material. That is, the Cr concentration C Cr ′ of the surface layer is too small. In this case, the TEE effect of Cr cannot be obtained. For this reason, a uniform Al 2 O 3 film is not formed on the steel surface.

したがって、F1は、0.4〜0.8である。F1の好ましい下限は、0.42であり、さらに好ましくは0.44である。F1の好ましい上限は、0.79であり、さらに好ましくは0.78である。   Therefore, F1 is 0.4 to 0.8. The minimum with preferable F1 is 0.42, More preferably, it is 0.44. The upper limit with preferable F1 is 0.79, More preferably, it is 0.78.

上述の表層のCr濃度CCr´及びAl濃度CAl´は次の方法で求められる。オーステナイト系ステンレス鋼を表面に対して垂直に切断する。切断したオーステナイト系ステンレス鋼の表面から2μm深さまでの範囲において、任意の5点(測定点)を選択し、EDX(エネルギ分散型X線分光)により、Cr濃度及びAl濃度を測定する。測定した値を平均して求めた値をCCr´及びCAl´(%)と定義する。 The aforementioned Cr concentration C Cr ′ and Al concentration C Al ′ of the surface layer are obtained by the following method. Austenitic stainless steel is cut perpendicular to the surface. Arbitrary 5 points (measurement points) are selected in the range from the surface of the cut austenitic stainless steel to a depth of 2 μm, and Cr concentration and Al concentration are measured by EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy). Values obtained by averaging the measured values are defined as C Cr ′ and C Al ′ (%).

上述の母材のCr濃度CCr及びAl濃度CAlは、レードル値を用いる。レードル値は、製鋼工程で入手される鋼素材の分析値である。レードル値はたとえば、鋼の製造工程においてタンディッシュで採取した試料を分析した結果である。分析方法は例えば、スパーク放電分光分析法である。各サンプルでピーク値を求め、それらの平均を母材のCr濃度CCr及びAl濃度CAlと定義する。レードル値はチェック分析値と同等であるものとする。 A ladle value is used for the Cr concentration C Cr and the Al concentration C Al of the base material. The ladle value is an analytical value of the steel material obtained in the steel making process. The ladle value is, for example, the result of analyzing a sample collected with a tundish in a steel manufacturing process. The analysis method is, for example, spark discharge spectroscopy. Peak values are obtained for each sample, and the average of these values is defined as Cr concentration C Cr and Al concentration C Al of the base material. The ladle value shall be equivalent to the check analysis value.

本実施形態によるオーステナイト系耐ステンレス鋼の形状は、特に限定されない。オーステナイト系耐ステンレス鋼はたとえば、鋼管である。オーステナイト系ステンレス鋼管は、化学プラント用反応管として使用される。オーステナイト系ステンレス鋼は、板材、棒材、線材等であってもよい。   The shape of the austenitic stainless steel according to the present embodiment is not particularly limited. Austenitic stainless steel is, for example, a steel pipe. Austenitic stainless steel pipes are used as reaction tubes for chemical plants. The austenitic stainless steel may be a plate, rod, wire, or the like.

[製造方法]
本実施形態のオーステナイト系耐ステンレス鋼の製造方法の一例として、鋼管の製造方法を説明する。
[Production method]
A steel pipe manufacturing method will be described as an example of a method for manufacturing the austenitic stainless steel according to the present embodiment.

[準備工程]
上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。溶鋼に対して、必要に応じて周知の脱ガス処理を実施する。溶鋼を用いて、鋳造により素材を製造する。素材は、造塊法によるインゴットであってもよいし、連続鋳造法によるスラブやブルーム、ビレット等の鋳片であってもよい。また、遠心鋳造法により、管形状の鋳造体を製造してもよい。
[Preparation process]
A molten steel having the above chemical composition is produced. A well-known degassing process is implemented with respect to molten steel as needed. A raw material is manufactured by casting using molten steel. The material may be an ingot obtained by an ingot-making method or a slab such as a slab, bloom or billet obtained by a continuous casting method. Moreover, you may manufacture a pipe-shaped casting by the centrifugal casting method.

[熱間鍛造工程]
製造された素材に対して熱間鍛造を実施してもよい。熱間鍛造を実施すれば、準備工程で製造した溶鋼の内部組織を、凝固組織から均質な整粒組織へと変化させることができる。
[Hot forging process]
Hot forging may be performed on the manufactured material. If hot forging is carried out, the internal structure of the molten steel produced in the preparation process can be changed from a solidified structure to a uniform sized structure.

[熱間/冷間加工工程]
準備工程で製造された素材、又は熱間鍛造された素材に対して熱間加工及び/又は冷間加工を実施して、中間材である鋼素管を製造してもよい。熱間加工はたとえば、熱間押出し加工や熱間圧延加工である。冷間加工はたとえば、冷間引抜き加工や冷間圧延加工である。以上の工程により、中間材を製造する。
[Hot / Cold working process]
A steel base pipe that is an intermediate material may be manufactured by performing hot working and / or cold working on the raw material manufactured in the preparation step or the hot forged material. The hot working is, for example, hot extrusion or hot rolling. Cold working is, for example, cold drawing or cold rolling. An intermediate material is manufactured by the above process.

[熱処理工程]
製造された素材又は中間材に対して、大気雰囲気で熱処理を実施する。大気雰囲気での熱処理により、鋼表面にCr23を主体とするスケールが形成される。これにより鋼表面のCrが欠乏し、式(1)を満たすオーステナイト系ステンレス鋼を得ることができる。
[Heat treatment process]
The manufactured material or intermediate material is heat-treated in an air atmosphere. By heat treatment in the air atmosphere, a scale mainly composed of Cr 2 O 3 is formed on the steel surface. Thereby, Cr on the steel surface is deficient, and an austenitic stainless steel satisfying the formula (1) can be obtained.

熱処理温度は900〜1300℃であり、熱処理時間は3.0分〜30.0時間である。   The heat treatment temperature is 900 to 1300 ° C., and the heat treatment time is 3.0 minutes to 30.0 hours.

熱処理温度が900℃未満、又は熱処理時間が3.0分未満であれば、鋼表面にCr23を主体とするスケールが十分に形成されず、鋼表層のCr濃度CCr´が高くなりすぎ、式(1)を満たさない。このため、鋼表面にCr炭化物が形成され、均一なAl23皮膜が十分に形成されない。その結果、耐浸炭性及び耐コーキング性が低下する。熱処理温度が900℃未満、及び/又は熱処理時間が3.0分未満であればさらに、結晶粒が微細になりすぎるため、高温強度が低下する。 If the heat treatment temperature is less than 900 ° C. or the heat treatment time is less than 3.0 minutes, a scale mainly composed of Cr 2 O 3 is not formed on the steel surface, and the Cr concentration C Cr ′ of the steel surface layer increases. It does not satisfy the formula (1). For this reason, Cr carbide is formed on the steel surface, and a uniform Al 2 O 3 film is not sufficiently formed. As a result, carburization resistance and coking resistance are reduced. If the heat treatment temperature is less than 900 ° C. and / or the heat treatment time is less than 3.0 minutes, the crystal grains become too fine and the high-temperature strength decreases.

一方、熱処理温度が1300℃を超えれば、又は熱処理時間が30.0時間を超えれば、鋼表面にCr23を主体とするスケールが過剰に形成されるため、鋼表層のCrが過剰に欠乏する。この場合、鋼表層のCr濃度CCr´が、低くなりすぎ、式(1)を満たさない。このため、CrのTEE効果が低下し、均一なAl23皮膜が十分に形成されない。その結果、耐浸炭性及び耐コーキング性が低下する。熱処理温度が1300℃を超えれば、及び/又は熱処理時間が30.0時間を超えればさらに、結晶粒が粗大化し、Alの粒界拡散が阻害され、Al23皮膜が十分に形成されない。結晶粒径は80μm以下であるのが好ましい。 On the other hand, if the heat treatment temperature exceeds 1300 ° C., or if the heat treatment time exceeds 30.0 hours, scales mainly composed of Cr 2 O 3 are excessively formed on the steel surface. Deficient. In this case, the Cr concentration C Cr ′ of the steel surface layer becomes too low and does not satisfy the formula (1). For this reason, the TEE effect of Cr is lowered, and a uniform Al 2 O 3 film is not sufficiently formed. As a result, carburization resistance and coking resistance are reduced. If the heat treatment temperature exceeds 1300 ° C. and / or the heat treatment time exceeds 30.0 hours, the crystal grains are further coarsened, Al grain boundary diffusion is inhibited, and an Al 2 O 3 film is not sufficiently formed. The crystal grain size is preferably 80 μm or less.

熱処理温度が900〜1300℃、熱処理時間が3.0分〜30.0時間であれば、鋼表面にCr23を主体とするスケールが十分に形成され、式(1)を満たす化学組成を有する鋼が得られる。その結果、高温環境での耐浸炭性が高まる。 When the heat treatment temperature is 900 to 1300 ° C. and the heat treatment time is 3.0 minutes to 30.0 hours, a chemical composition satisfying the formula (1) is sufficiently formed on the steel surface with a scale mainly composed of Cr 2 O 3. A steel with As a result, carburization resistance in a high temperature environment is increased.

熱処理後の中間材に対して、表面に形成したスケールの除去を目的として酸洗処理を施してもよい。酸洗にはたとえば、硝酸と塩酸の混酸溶液を用いる。酸洗時間はたとえば、30分〜60分である。   The intermediate material after the heat treatment may be pickled for the purpose of removing scale formed on the surface. For pickling, for example, a mixed acid solution of nitric acid and hydrochloric acid is used. The pickling time is, for example, 30 minutes to 60 minutes.

さらに、酸洗処理後の中間材に対して、投射材を用いたブラスト処理を実施してもよい。たとえば、鋼管内面に対してブラスト処理を実施する。この場合、表面に加工層を形成し、耐食性(耐酸化性等)が高まる。   Furthermore, you may implement the blast process using a projection material with respect to the intermediate material after a pickling process. For example, blasting is performed on the inner surface of the steel pipe. In this case, a processed layer is formed on the surface, and corrosion resistance (oxidation resistance and the like) is increased.

以上の製造方法により、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼が製造される。なお、上記では鋼管の製造方法について説明した。しかしながら、同様の製造方法(準備工程、熱間鍛造工程、熱間/冷間加工工程、熱処理工程)により、板材、棒材、線材等を製造してもよい。   The austenitic stainless steel of this embodiment is manufactured by the above manufacturing method. In addition, the manufacturing method of the steel pipe was demonstrated above. However, a plate material, a bar, a wire, etc. may be manufactured by the same manufacturing method (preparation process, hot forging process, hot / cold working process, heat treatment process).

[製造方法]
表1に示す化学組成を有する溶鋼を、真空溶解炉を用いて製造した。
[Production method]
Molten steel having the chemical composition shown in Table 1 was produced using a vacuum melting furnace.

[母材のCr濃度CCr及びAl濃度CAl測定]
取鍋に出鋼した溶鋼を採取し、スパーク放電分光分析法により母材のCr濃度及びAl濃度を測定した。各サンプルでピーク値を求め、それらの平均を母材のCr濃度CCr及びAl濃度CAlとした。
[Measurement of Cr concentration C Cr and Al concentration C Al of base material]
The molten steel delivered to the ladle was collected, and the Cr concentration and Al concentration of the base material were measured by spark discharge spectroscopy. The peak value in each sample were averaged thereof with Cr concentration C Cr and Al concentrations C Al of the matrix.

Figure 2018003064
Figure 2018003064

上記溶鋼を用いて、外径120mmの円柱状のインゴット(30kg)を製造した。インゴットに対して熱間鍛造を実施して、矩形状素材を製造した。矩形状素材に対して熱間圧延及び冷間圧延を実施して、厚さ15mmの中間材を製造した。得られた中間材から、機械加工により8mm×20mm×30mmの板材を、各鋼種2枚ずつ製造した。板材に対して表2に示す温度及び時間で、熱処理を実施した。熱処理後、板材を水冷して、試験用の鋼材を製造した。   Using the molten steel, a cylindrical ingot (30 kg) having an outer diameter of 120 mm was manufactured. The ingot was hot forged to produce a rectangular material. The rectangular material was hot-rolled and cold-rolled to produce an intermediate material having a thickness of 15 mm. From the obtained intermediate material, a plate material of 8 mm × 20 mm × 30 mm was manufactured by machining for two steel types. The plate material was heat-treated at the temperature and time shown in Table 2. After the heat treatment, the steel plate was water-cooled to produce a test steel material.

Figure 2018003064
Figure 2018003064

[オーステナイト結晶粒径の測定]
各試験番号の鋼材の圧延方向と垂直な断面の中央部から顕微鏡観察用の試験片を作製した。試験片の表面のうち、上記断面に相当する表面(観察面という)を用いて、ASTM E 112に規定される顕微鏡試験方法を実施し、結晶粒径を測定した。具体的には、観察面を機械研磨後、腐食液を用いて腐食し、観察面の結晶粒界を現出させた。腐食した表面上の10視野において、各視野の平均結晶粒径を求めた。各視野の面積は、約0.75mm2である。
[Measurement of austenite grain size]
A test piece for microscopic observation was produced from the center of the cross section perpendicular to the rolling direction of the steel material of each test number. Using the surface corresponding to the cross section (referred to as the observation surface) among the surfaces of the test piece, the microscopic test method defined in ASTM E 112 was performed, and the crystal grain size was measured. Specifically, the observation surface was mechanically polished and then corroded using a corrosive solution, and the crystal grain boundary on the observation surface was revealed. In 10 fields on the corroded surface, the average grain size of each field was determined. The area of each visual field is about 0.75 mm 2 .

[表層のCr濃度CCr´及びAl濃度CAl´測定]
各試験番号の鋼材を圧延方向に対して垂直に切断し、表面を含むサンプルを採取した。サンプルを樹脂に埋め込み、表面近傍の断面を含む観察面を研磨した。研磨後の観察面に対して、上述の方法を用いて表層(表面から2μm深さまでの範囲)のCr濃度CCr´及びAl濃度CAl´を求めた。
[Measurement of Cr Concentration C Cr 'and Al Concentration C Al ' on Surface Layer]
The steel material of each test number was cut perpendicular to the rolling direction, and a sample including the surface was taken. The sample was embedded in resin, and the observation surface including the cross section near the surface was polished. The Cr concentration C Cr ′ and Al concentration C Al ′ of the surface layer (range from the surface to a depth of 2 μm) were determined on the observation surface after polishing using the method described above.

[浸炭試験]
各試験番号の鋼材を、H2−CH4−CO2雰囲気にて1100℃×96時間保持した。浸炭後の鋼材表面を#600研磨紙で乾式手研磨して、表面のスケール等を除去した。鋼材表面から0.5mmピッチで4層分の分析切粉を採取した。得られた分析切粉について、高周波燃焼赤外吸収法にてC濃度を測定した。測定結果から、鋼に元から含有されているC濃度を差し引いて、C濃度増加量とした。4層分のC濃度増加量の平均を、侵入C量とした。
[Carburization test]
The steel materials of each test number were held at 1100 ° C. for 96 hours in an H 2 —CH 4 —CO 2 atmosphere. The surface of the steel material after carburizing was dry hand-polished with # 600 abrasive paper to remove scales on the surface. Four layers of analytical chips were collected from the steel surface at a pitch of 0.5 mm. About the obtained analytical chip, C density | concentration was measured with the high frequency combustion infrared absorption method. From the measurement results, the C concentration originally contained in the steel was subtracted to obtain an increase in C concentration. The average amount of increase in C concentration for four layers was defined as the amount of intrusion C.

[クリープ破断試験]
製造された中間材から、クリープ試験片を作製した。クリープ試験片は、鋼材の厚さ中心部から圧延方向に平行に採取した。試験片は丸棒試験片であり、平行部の直径は6mm、標点間距離は30mmであった。試験片を用いて、クリープ破断試験を行った。クリープ破断試験は1000℃の大気雰囲気において、15MPaの引張り負荷をかけて実施した。破断時間が1.0×103時間以上のものを合格(表2中の○)、1.0×103時間未満のものを不合格(表2中の×)とした。
[Creep rupture test]
A creep test piece was prepared from the manufactured intermediate material. The creep test piece was taken in parallel to the rolling direction from the thickness center of the steel material. The test piece was a round bar test piece, the diameter of the parallel part was 6 mm, and the distance between the gauge points was 30 mm. A creep rupture test was performed using the test piece. The creep rupture test was performed in a 1000 ° C. air atmosphere with a tensile load of 15 MPa. Those with a break time of 1.0 × 10 3 hours or longer were accepted (◯ in Table 2), and those with a break time less than 1.0 × 10 3 hours were rejected (× in Table 2).

[試験結果]
試験結果を表2に示す。
[Test results]
The test results are shown in Table 2.

表2を参照して、試験番号1〜試験番号7の化学組成は適切であり、F1は式(1)を満たした。その結果、侵入C量は0.18%以下であり、優れた耐浸炭性を示した。さらに、クリープ試験における破断時間が1.0×103時間以上であり、優れたクリープ強度を示した。 Referring to Table 2, the chemical compositions of Test No. 1 to Test No. 7 were appropriate, and F1 satisfied Formula (1). As a result, the amount of intrusion C was 0.18% or less, showing excellent carburization resistance. Furthermore, the rupture time in the creep test was 1.0 × 10 3 hours or more, and excellent creep strength was exhibited.

一方、試験番号8では、熱処理温度が高すぎた。そのため、表面のCr欠乏が過剰に促進し、式(1)を満たさなかった。また、粒径が大きくなり、Al23皮膜の形成も阻害された。その結果、耐浸炭性が低かった。 On the other hand, in test number 8, the heat treatment temperature was too high. Therefore, surface Cr deficiency was excessively promoted, and the formula (1) was not satisfied. In addition, the particle size was increased and formation of the Al 2 O 3 film was also inhibited. As a result, carburization resistance was low.

試験番号9では、熱処理温度が低すぎた。そのため、スケール形成が不十分であり、式(1)を満たさなかった。その結果、耐浸炭性が低かった。   In test number 9, the heat treatment temperature was too low. Therefore, scale formation was inadequate and Formula (1) was not satisfy | filled. As a result, carburization resistance was low.

試験番号10では、熱処理時間が短すぎた。そのため、スケール形成が不十分であり、式(1)を満たさなかった。その結果、耐浸炭性が低かった。   In test number 10, the heat treatment time was too short. Therefore, scale formation was inadequate and Formula (1) was not satisfy | filled. As a result, carburization resistance was low.

試験番号11では、熱処理時間が長すぎた。そのため、表面のCr欠乏が過剰に促進し、式(1)を満たさなかった。また、粒径が大きくなり、Al23皮膜の形成も阻害された。その結果、耐浸炭性が低かった。 In test number 11, the heat treatment time was too long. Therefore, surface Cr deficiency was excessively promoted, and the formula (1) was not satisfied. In addition, the particle size was increased and formation of the Al 2 O 3 film was also inhibited. As a result, carburization resistance was low.

試験番号12では、Cr含有量が低すぎた。そのため、CrによるTEEの効果が低下し、Al23皮膜を形成できなかった。その結果、耐浸炭性が低かった。 In test number 12, the Cr content was too low. Therefore, the effect of TEE by Cr was lowered, and an Al 2 O 3 film could not be formed. As a result, carburization resistance was low.

試験番号13では、Al含有量が低すぎた。そのため、Al23皮膜が十分に形成されず、耐浸炭性が低かった。 In test number 13, the Al content was too low. Therefore, the Al 2 O 3 film was not sufficiently formed and the carburization resistance was low.

試験番号14では、Cr含有量が高すぎた。そのため、Crが炭化物として形成された。それによりAl23皮膜の形成も阻害された。その結果、耐浸炭性が低かった。 In test number 14, the Cr content was too high. Therefore, Cr was formed as a carbide. Thereby, formation of the Al 2 O 3 film was also inhibited. As a result, carburization resistance was low.

試験番号15では、Al含有量が高すぎた。そのため、クリープ強度が低下した。   In test number 15, the Al content was too high. As a result, the creep strength decreased.

試験番号16では、C含有量が低すぎた。そのため、クリープ強度が低下した。   In test number 16, the C content was too low. As a result, the creep strength decreased.

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the above-described embodiment is merely an example for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately changing the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、炭化水素ガス雰囲気などの、浸炭及びコーキングが懸念されるような高温環境においても使用することができる。特に、エチレン製造プラント等の化学工業用プラント等における反応管用鋼としての用途に特に好適である。   The austenitic stainless steel of the present invention can be used even in a high temperature environment where carburization and coking are a concern, such as a hydrocarbon gas atmosphere. It is particularly suitable for use as a reaction tube steel in chemical industrial plants such as ethylene production plants.

Claims (3)

質量%で、
C:0.25〜0.7%、
Si:0.01〜2.0%、
Mn:2.0%以下、
P:0.04%以下、
S:0.01%以下、
Cr:10〜19%、
Ni:20〜40%、
Al:2.5超〜4.5%未満、
Nb:0.01〜3.5%、
N:0.03%以下、
Ti:0〜0.2%未満、
Ca:0〜0.05%、及び、
Mg:0〜0.05%を含有し、
残部がFe及び不純物からなる化学組成を有し、
式(1)を満たす、オーステナイト系ステンレス鋼。
0.4≦(CCr´/CAl´)/(CCr/CAl)≦0.8 (1)
ここで、式(1)中のCCr´にはオーステナイト系ステンレス鋼の表面から2μm深さまでの範囲におけるCr濃度(質量%)が代入される。CAl´にはオーステナイト系ステンレス鋼の表面から2μm深さまでの範囲におけるAl濃度(質量%)が代入される。また、CCrにはオーステナイト系ステンレス鋼母材のCr濃度(質量%)が代入される。CAlにはオーステナイト系ステンレス鋼母材のAl濃度(質量%)が代入される。
% By mass
C: 0.25 to 0.7%
Si: 0.01 to 2.0%,
Mn: 2.0% or less,
P: 0.04% or less,
S: 0.01% or less,
Cr: 10 to 19%,
Ni: 20 to 40%,
Al: more than 2.5 to less than 4.5%,
Nb: 0.01 to 3.5%
N: 0.03% or less,
Ti: 0 to less than 0.2%,
Ca: 0 to 0.05%, and
Mg: 0 to 0.05% is contained,
The balance has a chemical composition consisting of Fe and impurities,
An austenitic stainless steel that satisfies formula (1).
0.4 ≦ (C Cr ′ / C Al ′) / (C Cr / C Al ) ≦ 0.8 (1)
Here, the Cr concentration (mass%) in the range from the surface of the austenitic stainless steel to the depth of 2 μm is substituted for C Cr ′ in the formula (1). Al concentration (mass%) in the range from the surface of the austenitic stainless steel to the depth of 2 μm is substituted for C Al ′. Further, Cr concentration (mass%) of the austenitic stainless steel base material is substituted for C Cr . Al concentration (mass%) of the austenitic stainless steel base material is substituted for C Al .
請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
前記化学組成は、
Ti:0.005〜0.2%未満を含有する、オーステナイト系ステンレス鋼。
The austenitic stainless steel according to claim 1,
The chemical composition is
Ti: Austenitic stainless steel containing 0.005 to less than 0.2%.
請求項1又は請求項2に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
前記化学組成は、
Ca:0.0005〜0.05%、及び、
Mg:0.0005〜0.05%からなる群から選択される1種以上を含有することを特徴とする、オーステナイト系ステンレス鋼。
The austenitic stainless steel according to claim 1 or 2,
The chemical composition is
Ca: 0.0005 to 0.05% and
Mg: Austenitic stainless steel characterized by containing one or more selected from the group consisting of 0.0005 to 0.05%.
JP2016128322A 2016-06-29 2016-06-29 Austenitic stainless steel Active JP6627662B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016128322A JP6627662B2 (en) 2016-06-29 2016-06-29 Austenitic stainless steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016128322A JP6627662B2 (en) 2016-06-29 2016-06-29 Austenitic stainless steel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018003064A true JP2018003064A (en) 2018-01-11
JP6627662B2 JP6627662B2 (en) 2020-01-08

Family

ID=60948661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016128322A Active JP6627662B2 (en) 2016-06-29 2016-06-29 Austenitic stainless steel

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6627662B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111304532A (en) * 2020-03-04 2020-06-19 湖州盛特隆金属制品有限公司 Novel heat-resistant austenitic stainless steel and preparation method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54125118A (en) * 1978-03-22 1979-09-28 Pompey Acieries Nickel * chromium alloy having very high carburizing resistance under extreme high temperature condition
JPS61243157A (en) * 1985-04-22 1986-10-29 Nippon Steel Corp Heat resistant high al alloy steel
JPH0776721A (en) * 1993-09-10 1995-03-20 Nidatsuku Kk Heat treatment of heat resisting cast alloy
CN1258756A (en) * 1999-12-17 2000-07-05 黄进峰 High-temperature high-strength antioxidant anticorrosive austenite alloy

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54125118A (en) * 1978-03-22 1979-09-28 Pompey Acieries Nickel * chromium alloy having very high carburizing resistance under extreme high temperature condition
JPS61243157A (en) * 1985-04-22 1986-10-29 Nippon Steel Corp Heat resistant high al alloy steel
JPH0776721A (en) * 1993-09-10 1995-03-20 Nidatsuku Kk Heat treatment of heat resisting cast alloy
CN1258756A (en) * 1999-12-17 2000-07-05 黄进峰 High-temperature high-strength antioxidant anticorrosive austenite alloy

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111304532A (en) * 2020-03-04 2020-06-19 湖州盛特隆金属制品有限公司 Novel heat-resistant austenitic stainless steel and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP6627662B2 (en) 2020-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6256458B2 (en) Austenitic stainless steel and manufacturing method thereof
JP6787483B2 (en) Martensitic stainless steel
JP6614347B2 (en) Austenitic stainless steel
EP3401415A1 (en) Austenitic heat-resistant alloy and method for manufacturing same
US20190284666A1 (en) NiCrFe Alloy
JP7173359B2 (en) duplex stainless steel
JP6856129B2 (en) Manufacturing method of high Mn steel
JPWO2019131954A1 (en) Austenitic heat resistant alloy
JP7114998B2 (en) austenitic stainless steel
US20190048433A1 (en) Low thermal expansion superalloy and manufacturing method thereof
JP2021127517A (en) Austenitic stainless steel material
JP2021167446A (en) Duplex stainless steel
JP6627662B2 (en) Austenitic stainless steel
US20200332378A1 (en) Duplex stainless steel and method for producing duplex stainless steel
JP2018534421A (en) New austenitic stainless alloy
JP7131318B2 (en) austenitic stainless steel
WO2024063108A1 (en) Martensitic stainless steel material
JP7256435B1 (en) duplex stainless steel
JP6575266B2 (en) Austenitic stainless steel
JP6575265B2 (en) Austenitic stainless steel

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190206

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191023

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191105

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191118

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6627662

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151