JPS62238353A - 高温強度の優れた高マンガンオ−ステナイト鋼 - Google Patents

高温強度の優れた高マンガンオ−ステナイト鋼

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JPS62238353A
JPS62238353A JP61080032A JP8003286A JPS62238353A JP S62238353 A JPS62238353 A JP S62238353A JP 61080032 A JP61080032 A JP 61080032A JP 8003286 A JP8003286 A JP 8003286A JP S62238353 A JPS62238353 A JP S62238353A
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JP
Japan
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less
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steel
equivalent
austenitic steel
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JP61080032A
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English (en)
Inventor
Manabu Tamura
学 田村
Masayuki Tanimura
谷村 昌幸
Naoji Yamanouchi
山之内 直次
Hitoshi Hayakawa
均 早川
Tatsuo Kondo
近藤 達男
Akimichi Hishinuma
菱沼 章道
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.)
JFE Engineering Corp
Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Japan Atomic Energy Research Institute
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、非磁性で高強度を有する安価なオーステナ
イト鋼、特に核融合炉の第1壁用材料に、好適な高マン
ガンオーステナイ】・鋼に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に、tl(熱情には7エライI・系のCr −M 
鋼及びオースブナイト系のNi  Crfiが実」に供
されている。
然し、前者の泪は直接後の熱処理の煩雑さ及び供用中の
脱化等に問題があり、後者の泪は1史いやすいが高価な
ことが問題となっている。
この両方の欠点を補う鋼としては、高価なN1の一部を
Mnで置換した合金が既に開発されている。即ち、これ
ら合金としては、 ■特公昭46−19775号(特許第686377号)
には、C; 0.03〜0.30JCr ; 15〜2
1XSM n ; 4〜15%、 Ti;0.001〜
0.5z他BpVを任葛元素として含有し、残部Feか
らなる合金鋼が記載されている。
■Es5hete 1250は、 C; < 0.15jM n ; 6.25JCr ;
 15j;、Ni;IOX。
M o ; 2. 0%、Vi <0.49g、 N 
b ; <1.24%、B;< 0.007Xを含有し
、残部Feからなる合金鋼である。
■又JIS規格には、次のような合金がある。
Sus  201    Sus  216    S
us  205C<0.15X  <0.10X  0
.12〜0.25XMn     5.5〜7.5% 
 7.5〜ft、OX   14.Q〜15.0XN 
 i     3.5〜5.5X   5.0〜?、O
X   1.0 〜1.75XCr     16 〜
18x  17.5〜22.0%   16.5〜18
.OjgN    < 0.25X 0.25〜0.5
!  0.32J、 40XM o         
     2.(1〜3.0X■非磁性高マンガJ[と
しては、0.8G−1814n−2Cr鋼(NM−[日
本鋼管)がある。
前記■の鋼は、本発明の主旨に近いものであるが、Ni
/!lIn−0,33〜3.75であり、Mnの173
ばN1の必要性を認めている。
又■のEs5hete 1250 合金も、本発明の主
旨に近いものであるが、Ni/Mn−1,6とかなゆ高
価なNiを必要としている。
■のJISに認知されているCr−un−1鋼において
は、 Sus 201  Ni/Mr+−0,46〜1.0S
us 216  Ni/Mn−0,55〜0.93Su
s  205   Ni/Mn−0,06〜0.125
Ni/Mnの比が稍々小さいものも認められているが、
I(i/Mn比が小さいSus 205391%の高温
強度は十分ではない。
■の井磁性鋼高マンガン消においては、Nlを全(なユ
ないが、高温強度は全く期待出来ない。
以上の如く、現状では安価且つ完全な高強度M熱鋼は発
明されていない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、従来よりもN i /Mnの比の低い材料的
に未知の分野で、高い高温強度を有する安価なオーステ
ナイト鋼、特に核融合炉の第1壁用材料に、好適な高マ
ンガンオーステナイト鋼を提供することを口約とするも
のである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の第1発明は、 重量基準にて、C; 0.05〜o、s*、 M n 
; 12〜50z。
Cr ; 2〜20%、 S i ; 0.1〜!i、
0%、 A l ; 0.01〜4.0%、N;0.2
5X以下を有し、更にT l ; O−01〜1− O
Z、 N b ;0.01〜1.OJT a ;  0
.01〜l、OJ  Z  r ;  0.005J、
2gのうち一種以上を含有し、且つ次式で示されるTi
当量;0.3〜IOで、 Ti  当Jit =  (Ti+Ta+2Nb+4Z
r)/ (C+N)残部が不可避不純物を除き鉄から成
る乙とを特徴とする高温強度の優れた高マンガンオース
テナイ)・鋼である。
更に本発明の第2発明は、 重量基準にて、C; 0.05〜o、s%、 M n 
; 12〜50x。
Cr ; 2〜20%、 S i ; 0.1〜5.0
%、 A l ; 0.01〜4.OX。
N ;o、zsx以下を有し、更1c T i ; o
、o1〜i、o%、 N b ;0.01〜1.0光、
T a ; 0.01〜1.OJ Z r ; 0.0
05〜0.2Nのうち一種以上を含有し、更にMo;1
.8X以下、W; 1.8%以下の一種又は二種を含有
し、且つ次式で示されるTi当量;0.3〜10で。
Ti当量 = (Ti+Ta+2Nb+4Zr) / 
(C+N)残部が不可避不純物を除き鉄から成ることを
特徴とする高温強度の侵れな高マンガンオーステナイト
鋼である。
史に本究明の第3発明は、 重量基準にて、C; 0.05〜0.5XXM n ;
 12〜50X。
Cr ; 2〜20 X −、S l; 0−1〜5−
 OX SA l ; 0−01〜4.0 ” −。
N;0.25X以下を有し、更にT I HO,O2N
2. OJ N b ;0.01〜1.OJT a ;
 0.01−1.0J Z r ; 08005〜0.
2Xのうち一種以上を含有し、更にM O; 5を以下
、W;5z以下のうち一種以上を含有し、且つ次式で示
されるTi当量;0.3〜10で、 Ti当量= (Ti+Ta+2Nb+4Zr) / (
C+N)残部が不可避不純物を除き鉄から成ることを特
徴とする高温強度の優れた高マンガンオーステナイト鋼
である。
又本発明の第4発明は、 重量基準にて、C; 0.05〜o、s%、、M n 
; 12〜50z。
Cr + 2〜208 N S r ; O−1〜5−
 OX −A I + O−01〜&−0% −。
N・0.2話以下を有し、更にT i HO,01〜1
.0%、Nb。
0、O2N2.0%、T a ;  0.01〜1.O
J Z r ;  0.005〜0.2%のうち一種以
上を含有し、更にNi;IOX以下、Co;5X以下、
CLI;10%息下、のうち一種以上及びM o 75
X以下、W + 5X以下のうち一種以上を含有し、且
つ次式で示されるTi当量; 0.3〜10で、 Ti当量 = (Ti+Ta+2Nb+4Zr) / 
(C+N)残部が不可避不純物を除き鉄から成ることを
特徴とする高温強度の優れた高マンガンオーステナイト
鋼である。
〔作用〕
本究明においては、前述の如くオーステナイト鋼の組成
を限定したことにより、高温強度及び耐時効脆化性に淡
れた高マンガンオーステナイト鋼が1)られる。次にこ
れら合金組成成分の限定理由について述べる。
C;高;品強度を炭化物であげるためには、最小限0、
05X  (*tX以下同じ)が必要であり、0.5%
を越んると硬化が著しくなるので、その範囲を0.05
〜0.5%と定めた。
Mn;オーステナイト相を安定化するためには、最小限
12X必要であるが、509gを越えると硬化が著しく
なるので、その範囲を12〜50%と定めた。
Cr;耐食性を上げるためには最小限2zを必要とする
。屯し20Xを越えると、σ相脆化が起こし易くなるの
で、その範囲を2〜20zと定めた。
Sl:耐酸化性を高め脱酸性を良(するためには、最小
限0.1z必要であるが、S、C1を越えると脆化が著
しくなるので、その範囲を0.1〜5.0%と定めた。
At、耐酸化性並びに脱酸性を高めるためには、最小限
0.01N必要であるが、4.0Xを4左ると高温強度
が落ち、又0.OIJ未満では脱酸効果が低下するので
、その範囲を0.01〜4.Ozと定めた。
Ti、Nb、Ta、Zr; T i ; 0.01〜1.0X N b :0.01〜1.OX T a ; 0.01〜1.OX Z r ; 0.005〜0.2X 上記元素は、夫々強化元素であり、上記元素のうち一種
以上を下記の関係を満たずように添加する。
夫々の下限値未満では強化作用は小さく、又夫々の上限
値を越えると溶接性を害するので、夫々の範囲を上記の
如く定めた。
Ti当量−(Ti+Ta+2Nb+4Zr) / (C
+N)0.3≦Ti当量≦10 Ti当量が10を越えるとび相の析出が誘起され、脆化
を招く。又Ti当量が0.3未満でば十分な強化作用を
示さない。
N、NはCの代わりに添加することによって、Crの炭
化物の形成、その周辺に形成されるC「の欠乏層、それ
による耐食性の低下を防止することが出来ろ。但し窒素
の添加しすぎは硬化を招くので上限を0.2誌と定めた
第1発明は、上に述べた含有元素の他は、実質的に不可
避不純物を除きFeとする。
本発明の第2発明は、前記第1発明の含有元素の他にN
i110x以下、CoH5%以下、Cu;IOX以下の
うち一種以上を含有し、残部は不可避不純物を除きFe
からなるものである。
N i、Co、Cuは相の安定化を計り、耐酸化性の向
上のため添加すると効果がある。第2発明のそれら元素
の含有上限を夫々10%、5g、及び1帖とする。
本発明の第3発明は、前記第1発明の含有元素の他にM
O;沁以下、W、5X以下のうち一種以上を含有し、残
部は不可避不純物を除きFeからなるものである。
Mo、Wは強度向上のため添加するが、5z@越えると
σ相2ラーベス相の析出により脆化を引き起こすのでそ
の範囲を5z以下と定めた。
本発明の第4発明は、前記第1発明の含有元素の他に、
Ni;10%以下、Co;SX以下、Cu; 10z以
下のうち一種以上、及びMo;5X以下、W;5z以下
のうち一種以上を含有し、残部は不可避不純物を除きF
eからなるものである。
次に本発明の実施例について述べる。
〔実施例〕
第1表に示す、本発明の合金組成を有する合金(動1〜
19)及び比較鋼(翫20〜30)を溶製し、650℃
で1000時間のクリープ破断応力を求め、更に時効前
のシャルビ吸収エネルギーvE、(0℃、 2mV−/
フチ10x10■2)を求めた。その結果を第1表に示
す。
又図にクリープ強度とシャルビ吸収エネルギーとの関係
を示した。
図に示す如く、本発明鋼は、いずれも比較鋼に比べ高強
度、高靭性に富んでいることは明らかである。
比較鋼20.21はJISに制定されなN1代替鋼であ
るが、靭性は十分であるが強度が不足する。
比較鋼22はやはり強度が低い。
比較鋼23は低炭素であるため、低強度であり、低靭性
である。
比較鋼24.25はTi、Nb等の添加がないために、
やはり強度が低い。
比較j12B〜30は夫々Ti、Nb等の過剰添加。
Crの添加しすぎ、MOの添加しすぎのために靭性が十
分でない。
以上のことから、賜、7及びNo、 8を除き本発明鋼
は、高価なN1を含まず且つ靭性と強度に殴れた安価な
耐熱鋼であることが判る。
大気中の酸化テス■・の結果を第2表に示す。
第2表 大気中の酸化試験結果 本発明鋼は第2表に示すように、既に開発されている高
マンガン鋼と同等以上の耐酸化性を有しており、前述の
性能と考え併せると以下の用途が考左られる。
■ボイラー用鋼 ■軽水炉配管 ■高速炉配管 ■燻材を池部材 ■化学ブラント部材 〔発明の効果〕 本発明の高温強度の侵れた高マシガンオーステナイト鋼
は、現在の核融合炉の第1壁用材料に比べ、安価、低放
射化、高靭性、高強度の材料であり、核融合炉の建設を
よ口、具体化出来るものであり、現在のオーステナイト
Ni−Cr  鋼に替わる汎用材料が供給可能とするも
のである。
【図面の簡単な説明】
図は、実施例におけるクリープ強度とシャルビ吸収エネ
ルギーとの関係を示す関係グラフである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量基準にて、C;0.05〜0.5%、Mn;
    12〜50%、Cr;2〜20%、Si;0.1〜5.
    0%、Al;0.01〜4.0%、N;0.25%以下
    を有し、更にTi:0.01〜1.0%、Nb;0.0
    1〜1.0%、Ta;0.01〜1.0%、Zr;0.
    005〜0.2%のうち一種以上を含有し、且つ次式で
    示されるTi当量;0.3〜10で、 Ti当量=(Ti+Ta+2Nb+4Zr)/(C+N
    )残部が不可避不純物を除き鉄から成ることを特徴とす
    る高温強度の優れた高マンガンオーステナイト鋼。
  2. (2)重量基準にて、C;0.05〜0.5%、Mn;
    12〜50%、Cr;2〜20%、Si;0.1〜5.
    0%、Al;0.01〜4.0%、N;0.25%以下
    を有し、更にTi;0.01〜1.0%、Nb;0.0
    1〜1.0%、Ta;0.01〜1.0%、Zr;0.
    005〜0.2%のうち一種以上を含有し、更にNi;
    10%以下、Co;5%以下、Cu;10%以下、のう
    ち一種以上を含有し、且つ次式で示されるTi当量;0
    .3〜10で、 Ti当量=(Ti+Ta+2Nb+4Zr)/(C+N
    )残部が不可避不純物を除き鉄から成ることを特徴とす
    る高温強度の優れた高マンガンオーステナイト鋼。
  3. (3)重量基準にて、C;0.05〜0.5%、Mn;
    12〜50%、Cr;2〜20%、Si;0.1〜5.
    0%、Al;0.01〜4.0%、N;0.25%以下
    を有し、更にTi;0.01〜1.0%、Nb;0.0
    1〜1.0%、Ta;0.01〜1.0%、Zr;0.
    005〜0.2%のうち一種以上を含有し、更にMo;
    5%以下、W;5%以下のうち一種以上を含有し、且つ
    次式で示されるTi当量;0.3〜10で、 Ti当量=(Ti+Ta+2Nb+4Zr)/(C+N
    )残部が不可避不純物を除き鉄から成ることを特徴とす
    る高温強度の優れた高マンガンオーステナイト鋼。
  4. (4)重量基準にて、C;0.05〜0.5%、Mn;
    12〜50%、Cr;2〜20%、Si;0.1〜5.
    0%、Al;0.01〜4.0%、N;0.25%以下
    を有し、更にTi;0.01〜1.0%、Nb;0.0
    1〜1.0%、Ta;0.01〜1.0%、Zr;0.
    005〜0.2%のうち一種以上を含有し、更にNi;
    10%以下、Co;5%以下、Cu;10%以下のうち
    一種以上及びMo;5%以下、W;5%以下のうち一種
    以上を含有し、且つ次式で示されるTi当量;0.3〜
    10で、Ti当量=(Ti+Ta+2Nb+4Zr)/
    (C+N)残部が不可避不純物を除き鉄から成ることを
    特徴とする高温強度の優れた高マンガンオーステナイト
    鋼。
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