JPS6270553A - 高温強度の優れるオ−ステナイト鋼 - Google Patents

高温強度の優れるオ−ステナイト鋼

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JPS6270553A
JPS6270553A JP21073085A JP21073085A JPS6270553A JP S6270553 A JPS6270553 A JP S6270553A JP 21073085 A JP21073085 A JP 21073085A JP 21073085 A JP21073085 A JP 21073085A JP S6270553 A JPS6270553 A JP S6270553A
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Yoshiatsu Sawaragi
椹木 義淳
Kunihiko Yoshikawa
吉川 州彦
Hiroshi Teranishi
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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、高温強度及び組織安定性に侵れ、高温装置
用材料として極めて良好な性能を発揮する低コストのオ
ーステナイト鋼に関するものである。
〈背景技術〉 従来、高@槻境下で使用されるボイラや1ヒ学プラント
等の装置材料には、主として18−8系オーステナイト
ステンレス鋼が使用されてきたが、近年、このような用
途分野では装置類便用条件の苛酷化が著しくなり、それ
にともなって使用材料への要求性能も高度化して、現用
の18−8系オーステナイトステンレス鋼では高温強度
が不十分であると言われる状況となってきている。
一般に、鋼の高温強度を改善する方法としては、インコ
ロイ807(9品名)やハステロイX(商品名)等のニ
ッケル基超合金にみられると同様。
固溶強化元素として知られるMo又はWを多量添加する
ことが有効であるが、このような方法は経済性の点で大
きな不利を伴うものであつto〈問題点を解決する之め
の手段〉 本発明者等は、従来の高温装置用材料にみられる上記問
題点を踏まえ、MoやW等の如き高価な元素による強化
を極力控えて、高温強度及び組織安定性に優れた経済的
なオーステナイト鋼を提供すべく、特に鋼の高温強度改
善にCu添加が有効であるとの確認事項に着目して、C
uを含有する高温用鋼成分系の高温強度及び組織安定性
につき鋭意研究を行つt結果、下記(al〜(clに示
す如き知見を得九のである。即ち、 lal  高温用鋼の高温強度及び組織安定性改善には
Si及びM砥の低減が有効であること、+bl  鋼の
高温強度、特にクリープ破断強度の改善にはB 、 Z
r及び淘の添加が有効であり、中でもZrは、組織安定
性の観点から脱酸元素としてのSi及びM量を制限する
場合に大きな効果を発揮する。
(cl  更に、上記成分系に固溶強1ヒ元素p (M
o 。
W)或いは炭化物分散強fヒ元素群(Ti、Nb、V)
を単独又は複合で添加すると、鋼の高温強度が更に改善
されること。
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、
オーステナイト鋼を C:0.03〜0.15%(以下、成分割合を表わす%
は重量%とする)、 Si:0.3%以下、  Mn : 10%以下、Cr
:14〜27%、 Ni:6〜50%、Cu:2〜7%
A!?: 0.003 So、030%、Mg:0.0
01〜0.015%、 B:0.001〜0.010%、 Zr:  0.0 0 1 ヘ0.1 0 0%を含有
するか、或いは更に MO: 0.3−6.0%、   W:0.5〜10%
、Ti:0.01〜1.00%、 Nb: 0.01−1.50%、 v:o、oi〜1,00% のうちの1種以上をも含むかし、 1”e及び不可避的不純物:残り から成る成分組成に構成することにエリ憂れた高温強度
と組織安定性を付与せしめt点、を特徴とするものであ
る。
次いで、この発明のオーステナイト鋼において、各成分
の含有割合を前記の如くに数値限定し* B!!由を説
明する。
■ C Cは、耐熱鋼として必要な引張強さ及びクリープ破断強
度を確保するのに有効な元素であり、その含有が0.0
3%以上で前記効果が得られるが、特に0.05%以上
で該効果は著しくなる。しかしながら、0.15%を越
えて含有させると溶体化状態での未固溶炭fヒ物量も増
加して機械的性質に悪影響がでてくることから、C含有
(辻は0.03〜0.15%と定めた。
■ 5L Siは脱酸剤として有効な元素であり、通常の鋼では0
.4−0.8%程度含有されているが、添加量が多くな
ると溶接性が劣化する上、高温での長時間便用時にσ相
等の脆化相析出を析出して高温強度及び靭性(組織安定
性)が低下する。この傾向は、Si含有量が0.3%を
越えると顕著になる友めSi含有量を0.3%以下と定
めたが、できれば0.2%以下に抑えることが望ましい
!E)Mn 励は鋼の脱酸剤として知られており、また加工性改善に
有効な元素であるが、10%を越えて含有させると耐熱
特性を劣fヒするようになることから、動台有量は10
%以下と定め九〇 ■ Cr Crは耐酸1ヒ性等、鋼の耐食性改善の点エリ必要な元
素であり、その十分な効果を発揮させるためには14%
以上の含有量を確保する必要がある。
ところで、耐食性の観点からはCr含有量は多いほど望
ましいが、27%を越えて含有させると加工性の劣1ヒ
を招く上、組織不安定を来tす恐れがあることから、C
r含有量は14〜27%と定め友。
■ Ni Niは安定なオーステナイト組織を確保する几めて必須
の成分であり、その適正礒はCr * MOq W?T
i、Nb及びV等の添加量によって定まるが、本発明鋼
の場合にはNi含有量が6%未満であるとオーステナイ
ト組織の安定確保が困難となり、一方、50%を越えて
含有させることは著しい経済的不利を招くことから、N
i含有量は6〜50%と定めた。
■ Cu (’uは鋼の高温強度、特にクリープ破断強度を改善す
る作用を有しているが、その含有量が2%未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方。
7%を越えて含有させると加工性の劣化並びにクリープ
破断延性の劣1ヒを来九すようによることから、Cu含
有量は2S7%と定め之。
 M /Vは、Siと同様に脱酸剤として必要な元素であり、
0.003%以上の含有量を確保する必要がある。しか
し、0.030%を越えて含有させると、高温・長時間
側でのσ相析出を促進して組織安定性を劣fヒさせるこ
とから、M含有量を0.003〜0.030%と定めた
[有] Mg Mgは鋼の脱酸剤として、そして加工性改善成分として
必要な元−素であるとともに、クリープ破断強度改善に
も有効に作用するが、その含有量が0.001%未満で
はこれらの特性を十分に発揮せしめることができず、一
方、0.015%を越えて含有させると、かえって加工
性を劣fヒさせる結果となることから、地は0. OO
1〜0.015%と定めた。
■ B Bは結晶粒界を強(ヒして高温強度を改善するのに有効
な元素であるが、その含有量が0.001%未満では前
記効果が十分に発揮されず、一方、0.010%を越え
て含有させると溶接性の劣化を招くことから、B含有量
は0.001〜0.010%と定め九〇   Zr Zrは鋼のクリープ破断強度改善に有効な元素であり、
特に本発明鋼のように組織安定性の観点から脱酸剤とし
てのSi量及びM量を低目に制限する場合に大きな効果
を発揮する。そして、所望高温強度を確保する之めには
0.001%以上の含有量が必要であるが、0.100
%を越えて含有させると溶接性を劣化させることから、
Zr含有量は0.001へ0.100%と定めた。
■  Mo 、及びW これらの元素には鋼の高温強度を改善する作用があるの
で、必要により1種又は2種添加されるが、Mo含有量
が0.3%未満であったりW含有はが0、5%未満であ
ると前記作用に所望の効果を得ることができない。一方
、高温強度改善の観点からはこれらの添加機は多いほど
好ましいが、MO含有囁が6.0%を越えたり、W含有
(辻が10%を越えたりすると鋼の加工性及び組織安定
性が劣化することから、 Mo含有lは0.3〜6.0
%と、W含有量は0.5へ10%とそれぞれ定め友。
の Ti 、 Nb 、及びV これらは鋼の高温強度を改善するのに有効な元素である
ので必要により1種以上含有せしめられるが、その十分
な効果を発揮させる定めにはいずれも0.01%以上含
有させる必要がある、本発明鋼においては、これらの元
素は主として炭化物の微細分散弾1ヒを利用する目的で
添加するものであり、Ti:1.00%以下、Nb:1
.50%以下、セしてV:1.00%以下でその最大の
効果が発揮されることから、Ti含有量は0.01〜1
.00%と、Nb含有砒は0.01〜1.50%と、■
は0,01〜1.00%とそれぞれ定めた。
次に、この発明を実姉例により比較例と対比しながら具
体的に説明する。
く実姉例〉 まず、真空溶解にて第1表に示す如き成分組成2表 の本発明鋼1〜41.並びに比較材A−Pを溶製し、鍛
造及び冷間下延を経た後溶体rヒ処理を施した。なお、
第1表において、従来材Nは18−8系ステンレス鋼の
中で最も高温強度の1llifsUS316H鋼、従来
材O及び従来材PはFeをある程度含有しているN1基
合金である。
続いて、これらの供試材について750℃でのクリープ
破断試験を行い、1000hクリープ破断強度を求める
とともに、更に、組織安定性を評価するため750℃x
iooohの長時間加熱材について0℃でのシャルピー
衝撃試験を行った。
これらの試験結果を第2表に示す。
第2岩に示される結果からは、まず、本発明鋼1〜41
はいずれも18−8系ステンレス鋼の中で最も高温強度
に浚れた5US316H鋼エリ高いクリープ破断強度レ
ベルを示すことがわかる。
ま友、本発明鋼12.31及び33と比fi鋼Mとの破
断強度を比較すると、Cu添加による高温強度改善効果
の大きいことが明らかである。
更に、本発明鋼6へ13、及び17〜41ではインコロ
イ807(商品名)と同等以上の高強度を示しており(
この中には、Moを9%含有するハステロイX(商品名
)以上の高強度を示すものもある)、本発明鋼が高温用
材料として際立つ定時性を有していることがわかる。
一方、本発明鋼の衝撃特性も良好であり、ハステロイX
(商品名)よりもクリープ破断強度レベルの高い本発明
鋼12においてさえも、衝撃値がハステロイX(商品名
)エリ牙れた値を示している。
即ち、本発明鋼は、高温強度だけでなく1組織安定性に
も鏝れた経済的なオーステナイト鋼であることが明瞭で
ある。
ところで、第1図は、クリープ破断強度に及ぼすZr含
有社の影響を前記第1表の鋼についてグラフ化したもの
であるが、この第1図からも、Zrの微攬添加によって
クリープ破断強度が大幅に改善されることが確認できる
。なお、第1図中の記号は、第1表における鋼種記号で
あることは言うまでもない。
また、第2図は、クリープ破断強度及び長時間加熱材の
衝宗値に及ぼすZr 、 Si及びM含有量を影響を前
記第1表の鋼についてグラフ(ヒしたものであるが、こ
の第2図からは、特に高温強度及び組織安定性の点エリ
脱酸元素としてのSi及びAJレベルを制限した場合に
Zrの高温強度改善効果が顕著であることを確認できる
。更に、該第2図から、si及びM@の低減が高温強度
及び組織安定性改善に寄与していることも叩解すること
ができる。
〈認括的な効果〉 以上に説明し定如く、この発明によれば、優れ之クリー
プ破断強度と組織安定性を備えtオーステナイトt(Y
Jを実現することができ、かつ該オーステナイト鋼はN
l基のインコロイ807(商品名)やハステロイX(商
品名)に比較して経済的にも有利であることから、ボイ
ラや化学プランha器等の高温成型に適用してその耐久
性を十分に向上し得るなど、産業上有用な効果がもたら
されるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、鋼のクリープ破断強度に及ぼすZr含有量の
影響を示すグラフ、 第2図は、クリープ破断強度及び長時間加熱材の衝撃値
に及ぼすZr 、 Si及びM含有量の影響を示すグラ
フである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量割合にて、 C:0.03〜0.15%、Si:0.3%以下、Mn
    :10%以下、Cr:14〜27%、 Ni:6〜50%、Cu:2〜7%、 Al:0.003〜0.030%、 Mg:0.001〜0.015%、 B:0.001〜0.010%、 Zr:0.001〜0.100%、 Fe及び不可避的不純物:残り から成ることを特徴とする、高温強度と組織安定性に優
    れるオーステナイト鋼。
  2. (2)重量割合にて、 C:0.03〜0.15%、Si:0.3%以下、Mn
    :10%以下、Cr:14〜27%、 Ni:6〜50%、Cu:2〜7% Al:0.003〜0.030%、 Mg:0.001〜0.015%、 B:0.001〜0.010%、 Zr:0.001〜0.100% を含有するとともに、 Mo:0.3〜6.0%、 W:0.5〜10% のうちの1種以上をも含み、 Fe及び不可避的不純物:残り から成ることを特徴とする、高温強度と組織安定性に優
    れるオーステナイト鋼。
  3. (3)重量割合にて、 C:0.03〜0.15%、Si:0.3%以下、Mn
    :10%以下、Cr:14〜27%、 Ni:6〜50%、Cu:2〜7%、 Al:0.003〜0.030%、 Mg:0.001〜0.015%、 B:0.001〜0.010%、 Zr:0.001〜0.100% を含有するとともに、 Ti:0.01〜1.00%、 Nb:0.01〜1.50%、 V:0.01〜1.00% のうちの1種以上をも含み、 Fe及び不可避的不純物:残り から成ることを特徴とする、高温強度と組織安定性に優
    れるオーステナイト鋼。
  4. (4)重量割合にて、 C:0.03〜0.15%、Si:0.3%以下、Mn
    :10%以下、Cr:14〜27%、 Ni:6〜50%、Cu:2〜7%、 Al:0.003〜0.030%、 Mg:0.001〜0.015%、 B:0.001〜0.010%、 Zr:0.001〜0.100% を含有するとともに、 Mo:0.3〜6.0%、 W:0.5〜10% のうちの1種以上、並びに Ti:0.01〜1.00%、 Nb:0.01〜1.50%、 V:0.01〜1.00% のうちの1種以上をも含み、 Fe及び不可避的不純物:残り から成ることを特徴とする、高温強度と組織安定性に優
    れるオーステナイト鋼。
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