JPH01149944A - 高温特性および組織安定性にすぐれたオーステナイト鋼 - Google Patents
高温特性および組織安定性にすぐれたオーステナイト鋼Info
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- JPH01149944A JPH01149944A JP30927687A JP30927687A JPH01149944A JP H01149944 A JPH01149944 A JP H01149944A JP 30927687 A JP30927687 A JP 30927687A JP 30927687 A JP30927687 A JP 30927687A JP H01149944 A JPH01149944 A JP H01149944A
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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。
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、高温強度および高温靭性（以下高温特性と
いう）にすぐれ、かつ低Ｎ１含有量にもかかわらず高温
下での組織安定性にすぐれた安価なオーステナイト鋼に
関するものである。
いう）にすぐれ、かつ低Ｎ１含有量にもかかわらず高温
下での組織安定性にすぐれた安価なオーステナイト鋼に
関するものである。
従来、高温環境下で使用されるボイラや化学プラントな
どの高温装置には、主としてｌ８−８系オーステナイト
ステンレス鋼が使用されている。
どの高温装置には、主としてｌ８−８系オーステナイト
ステンレス鋼が使用されている。
しかし、近年、上記の高温装置の高性能化および省エネ
ルギー化に伴ない、その使用条件も一段と苛酷さを増し
、これに用いられる構造材料にもより一層の高温特性の
経時的安定化が要求されるようになっている。
ルギー化に伴ない、その使用条件も一段と苛酷さを増し
、これに用いられる構造材料にもより一層の高温特性の
経時的安定化が要求されるようになっている。
また、一方で、これら構造材料に対する低コスト化の要
求も厳しく、このためにはＮ１含有量の低減が不可欠で
あるが、Ｎ１含有量を低くするとオーステナイト組織が
不安定となり、長時間使用後にσ相などの金属間化合物
が析出して高温特性が劣化するようになるという問題が
ある。
求も厳しく、このためにはＮ１含有量の低減が不可欠で
あるが、Ｎ１含有量を低くするとオーステナイト組織が
不安定となり、長時間使用後にσ相などの金属間化合物
が析出して高温特性が劣化するようになるという問題が
ある。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、低Ｎｉ
含有量でも、すぐれた高温特性と組織安定性を有するオ
ーステナイト鋼を開発すべく研究を行なった結果、Ｎ成
分含有のオーステナイト鋼において、Ｓｉ含有量を低く
すれば、Ｎ１含有量を低減しても高温下での組織が安定
し、著しく長期に亘ってすぐれた高温特性を保持すると
いう知見を得たのであって、このことは、第１図および
第２図に、数種の成分系について示したクリープ破断強
度およびシャルピー衝撃値とＰＨＡＣＯＭ法による組織
バランス（Ｎ −Ｎ’）の関係図から■ も明らかであり、図示されるように、低Ｓｉ材の方が特
に高温長時間側での高温強度や組織安定性がすぐれてお
り、ＰＨＡＣＯＭ法で予想される以上に低Ｓｉ化の効果
があり、Ｎｉ含有量の大幅低減が可能となることがわか
る。
含有量でも、すぐれた高温特性と組織安定性を有するオ
ーステナイト鋼を開発すべく研究を行なった結果、Ｎ成
分含有のオーステナイト鋼において、Ｓｉ含有量を低く
すれば、Ｎ１含有量を低減しても高温下での組織が安定
し、著しく長期に亘ってすぐれた高温特性を保持すると
いう知見を得たのであって、このことは、第１図および
第２図に、数種の成分系について示したクリープ破断強
度およびシャルピー衝撃値とＰＨＡＣＯＭ法による組織
バランス（Ｎ −Ｎ’）の関係図から■ も明らかであり、図示されるように、低Ｓｉ材の方が特
に高温長時間側での高温強度や組織安定性がすぐれてお
り、ＰＨＡＣＯＭ法で予想される以上に低Ｓｉ化の効果
があり、Ｎｉ含有量の大幅低減が可能となることがわか
る。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたちのであっ
て、重量％で（以下％は重量％を示す）、ｃ ：０．
０３〜０．１５％，Ｓｉ：０．２％以下。
て、重量％で（以下％は重量％を示す）、ｃ ：０．
０３〜０．１５％，Ｓｉ：０．２％以下。
Ｍｎ：１０％以下， Ｃｒ：１４ 〜２０％。
Ｎ１ ：４〜２０％， Ｎ ：ｏ．ｏａ
〜０．２ ％。
〜０．２ ％。
を含有し、さらに、
Ａｌ１：０．Ｈ％以下， Ｍｇ ： ０．００１〜
０．０１％。
０．０１％。
Ｃａ ： ０．００１ 〜０．０１％。
のうちの１種または２種以上を含有し、さらに、必要に
応じて、 Ｂ ： ０．００１〜０，０１％， Ｚｒ ：０．
ＯＯＬ〜０，１％。
応じて、 Ｂ ： ０．００１〜０，０１％， Ｚｒ ：０．
ＯＯＬ〜０，１％。
Ｎｂ：０．Ｏｌ〜１．５％。
のうちの１種または２種以上を含有し、残りがＦｅと不
可避不純物からなる組成を有する高温特性および組織安
定性にすぐれた安価なオーステナイト鋼に特徴を有する
ものである。
可避不純物からなる組成を有する高温特性および組織安
定性にすぐれた安価なオーステナイト鋼に特徴を有する
ものである。
つぎに、この発明のオーステナイト鋼の成分組成を上記
の通りに限定した理由を説明する。
の通りに限定した理由を説明する。
（ａ） Ｃ
Ｃ成分は、所定の引張強さおよびクリープ破断強度を確
保するのに有効な成分であるが、その含有量が０．０３
％未満では所望の強度を確保することができず、一方そ
の含有量が０．１５％を越えると、溶体化状態での未固
溶炭化物量が増加するようになって機械的性質に悪影響
を及ぼすようになることから、その含有量を０，０３〜
０．１５％と定めた。なお、特に０．０５％以上の含有
によって強化効果が一段と向上するようになる。
保するのに有効な成分であるが、その含有量が０．０３
％未満では所望の強度を確保することができず、一方そ
の含有量が０．１５％を越えると、溶体化状態での未固
溶炭化物量が増加するようになって機械的性質に悪影響
を及ぼすようになることから、その含有量を０，０３〜
０．１５％と定めた。なお、特に０．０５％以上の含有
によって強化効果が一段と向上するようになる。
（ｂ） ５ｉ
Ｓｉ成分には、脱酸作用があるので、通常の鋼では０，
４〜０．８％程度の割合で含有しているが、このような
割合の含有では、溶接性が劣化するばかりでなく、高温
での長時間使用時にσ相などの脆化相を析出して高温特
性が低下するようになり、この傾向は０．２％を越える
と顕著に現われるものであり、したがって高温下での組
織の安定化をはかり、長時間使用によっても高温特性の
低下がないようにするために、その上限値を０．２％と
定めた。
４〜０．８％程度の割合で含有しているが、このような
割合の含有では、溶接性が劣化するばかりでなく、高温
での長時間使用時にσ相などの脆化相を析出して高温特
性が低下するようになり、この傾向は０．２％を越える
と顕著に現われるものであり、したがって高温下での組
織の安定化をはかり、長時間使用によっても高温特性の
低下がないようにするために、その上限値を０．２％と
定めた。
（ｃ） Ｍｎ
Ｍｎ成分には、脱酸作用のほか、加工性を向上させる作
用があるが、その含有量が１０％を越えると、耐熱特性
が劣化するようになることから、その含有量を１０％以
下と定めた。
用があるが、その含有量が１０％を越えると、耐熱特性
が劣化するようになることから、その含有量を１０％以
下と定めた。
（ｄ）’Ｃｒ
Ｃｒ成分には、耐酸化性および耐食性を向上させる作用
があるが、その含有量が１４％未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方その含有量が２０％を越えると
組織安定性が損なわれる恐れがあることから、その含有
量を１４〜２０％と定めた。
があるが、その含有量が１４％未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方その含有量が２０％を越えると
組織安定性が損なわれる恐れがあることから、その含有
量を１４〜２０％と定めた。
（ｅ） Ｎｉ
Ｎ１成分には、オーステナイト組織を安定化する作用が
あり、その適正量はＳｉ、Ｃｒ、Ｍｎ。
あり、その適正量はＳｉ、Ｃｒ、Ｍｎ。
さらにＮｂなどの含有量によって定まるが、その含有量
が４％未満ではオーステナイト組織を安定して確保する
のが困難であり、一方２０％を越えて含有させてもより
一層の向上効果は現われないことから、経済性を考慮し
て、その含有量を４〜２０％と定めた。
が４％未満ではオーステナイト組織を安定して確保する
のが困難であり、一方２０％を越えて含有させてもより
一層の向上効果は現われないことから、経済性を考慮し
て、その含有量を４〜２０％と定めた。
（ｆ’） Ｎ
Ｎ成分には、オーステナイト組織を安定させ、かつＣ成
分と同様に引張強さやクリープ破断強度を向上させる作
用があるが、その含有量が０．０３％未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方その含有量が０．２％を
越えると、高温での長時間使用時に窒化物の析出量が増
加し、機械的性質が損なわれるようになることから、そ
の含有量を０．０３〜０．２％と定めた。
分と同様に引張強さやクリープ破断強度を向上させる作
用があるが、その含有量が０．０３％未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方その含有量が０．２％を
越えると、高温での長時間使用時に窒化物の析出量が増
加し、機械的性質が損なわれるようになることから、そ
の含有量を０．０３〜０．２％と定めた。
（ｇ） ｌ！、 Ｍｇ 、およびＣａこれらの成分に
は、脱酸作用があり、特にこの発明のオーステナイト鋼
では脱酸剤としての８１含有量を低くおさえているので
、これらの成分による脱酸は不可欠であるが、その含有
量がＡ、Ｑについては０．０３％を越えると高温長時間
側でのび相の析出促進による組織安定性の劣化をもたら
し、またＭｇおよびＣａについては、Ｍｇ：０．０１％
およびＣａ：０．０１％を越えると加工性が低下するよ
うになることから、それぞれの上限値を、Ａ、Ｑ：０．
０３％、 Ｍｇ ：０．０１％、およびＣａ：Ｏ，０１
％と定めた。また、ＭｇおよびＣａには、加工性および
クリープ破断強度を向上させる作用があるが、その含有
量がＭｇ ： ０．００１％未満およびＣａ ： ０．
００１％未満では前記の作用を確保するのが困難である
ことから、その下限値をＭｇ：０．００１％、 Ｃａ
：０．００１％と定めた。
は、脱酸作用があり、特にこの発明のオーステナイト鋼
では脱酸剤としての８１含有量を低くおさえているので
、これらの成分による脱酸は不可欠であるが、その含有
量がＡ、Ｑについては０．０３％を越えると高温長時間
側でのび相の析出促進による組織安定性の劣化をもたら
し、またＭｇおよびＣａについては、Ｍｇ：０．０１％
およびＣａ：０．０１％を越えると加工性が低下するよ
うになることから、それぞれの上限値を、Ａ、Ｑ：０．
０３％、 Ｍｇ ：０．０１％、およびＣａ：Ｏ，０１
％と定めた。また、ＭｇおよびＣａには、加工性および
クリープ破断強度を向上させる作用があるが、その含有
量がＭｇ ： ０．００１％未満およびＣａ ： ０．
００１％未満では前記の作用を確保するのが困難である
ことから、その下限値をＭｇ：０．００１％、 Ｃａ
：０．００１％と定めた。
（ｈ） ＢおよびＺｒ
これらの成分には、高温強度、特にクリープ破断強度を
向上させる作用があるので、特により一段の高温強度が
要求される場合に必要に応じて含有されるが、その含有
量がそれぞれ０．００１％未満では所望の向上効果が得
られず、一方その含有量がそれぞれＢ：０．旧％および
Ｚｒ ： ０．１％を越えると、溶′接性が劣化する
ようになることから、その含有量をそれぞれＢ ： ｏ
、ｏｏｔ 〜ｏ、ｏｔ％、 Ｚｒ ：０．００１〜０
．１％と定めた。
向上させる作用があるので、特により一段の高温強度が
要求される場合に必要に応じて含有されるが、その含有
量がそれぞれ０．００１％未満では所望の向上効果が得
られず、一方その含有量がそれぞれＢ：０．旧％および
Ｚｒ ： ０．１％を越えると、溶′接性が劣化する
ようになることから、その含有量をそれぞれＢ ： ｏ
、ｏｏｔ 〜ｏ、ｏｔ％、 Ｚｒ ：０．００１〜０
．１％と定めた。
（１） Ｎｂ
Ｎｂ成分には、微細均一に分散する炭化物を形成して高
温強度をさらに一段と向上させる作用があるので、必要
に応じて含有されるが、その含有量が０６０１％未満で
は所望の向上効果が得られず、一方その含有量が１．５
％を越えると靭性が低下するようになることから、その
含有量を０．０１−１．５％と定めた。
温強度をさらに一段と向上させる作用があるので、必要
に応じて含有されるが、その含有量が０６０１％未満で
は所望の向上効果が得られず、一方その含有量が１．５
％を越えると靭性が低下するようになることから、その
含有量を０．０１−１．５％と定めた。
つぎに、この発明のオーステナイト鋼を実施例により具
体的に説明する。
体的に説明する。
通常の真空溶解法を用い、それぞれ第１表に示される成
分組成をもった溶鋼を調製し、インゴットに鋳造し、つ
いで通常の条件で鍛造し、冷間圧延を施して板材とし、
溶体化処理を施すことによって本発明オーステナイト鋼
１〜２６、比較オーステナイト鋼１〜２６、および従来
オーステナイト鋼１〜３をそれぞれ製造した。
分組成をもった溶鋼を調製し、インゴットに鋳造し、つ
いで通常の条件で鍛造し、冷間圧延を施して板材とし、
溶体化処理を施すことによって本発明オーステナイト鋼
１〜２６、比較オーステナイト鋼１〜２６、および従来
オーステナイト鋼１〜３をそれぞれ製造した。
なお、比較オーステナイトｎ４１〜２６は、いずれもＳ
１含有量を約０．５％の通常レベルとし、Ｎｉ含有量を
調整した上で、同一番号の本発明オーステナイト鋼と等
しい組織バランス（Ｎ −Ｎ’値）■ となるようにしたものである。
１含有量を約０．５％の通常レベルとし、Ｎｉ含有量を
調整した上で、同一番号の本発明オーステナイト鋼と等
しい組織バランス（Ｎ −Ｎ’値）■ となるようにしたものである。
また、従来オーステナイト鋼１〜３は、それぞれ１８−
８系ステンレス鋼のＳＵＳ ８０４Ｈ。
８系ステンレス鋼のＳＵＳ ８０４Ｈ。
ＳＵＳ ３２１Ｈ，および５ＵＳ３７４Ｈに相当するも
のである。
のである。
ついで、この結果得られた各種のオーステナイト鋼につ
いて、高温強度を評価する目的で、７００℃でのクリー
プ破断試験を行ない、３００時間および３０００時間の
クリープ破断強度を求め、また、組織安定性を評価する
目的で、７００℃に３００時間および３０００時間の長
時間加熱材の０℃でのシャルピー衝撃値を求めた。これ
らの結果を第２表に示した。
いて、高温強度を評価する目的で、７００℃でのクリー
プ破断試験を行ない、３００時間および３０００時間の
クリープ破断強度を求め、また、組織安定性を評価する
目的で、７００℃に３００時間および３０００時間の長
時間加熱材の０℃でのシャルピー衝撃値を求めた。これ
らの結果を第２表に示した。
第１表および第２表に示される結果から、本発明オース
テナイト鋼１〜２Ｇは、それぞれ同一番号の比較オース
テナイト鋼１〜２６および従来オーステナイト鋼１〜３
に比して、３００時間では同等、３０００時間では高め
のクリープ破断強度を示し、また、シャルピー衝撃値に
ついても３００時間では同等であるが、３０００時間で
は、その値の低下が著しく小さく、際立った特性を有し
ていることが明らかである。
テナイト鋼１〜２Ｇは、それぞれ同一番号の比較オース
テナイト鋼１〜２６および従来オーステナイト鋼１〜３
に比して、３００時間では同等、３０００時間では高め
のクリープ破断強度を示し、また、シャルピー衝撃値に
ついても３００時間では同等であるが、３０００時間で
は、その値の低下が著しく小さく、際立った特性を有し
ていることが明らかである。
また、上記の本発明オーステナイト鋼１〜２６および比
較オーステナイト鋼１〜２６のうちから、それぞれ数種
のオーステナイト鋼を選び、７００℃に３０００時間時
効後の窒化物中のＮ量と鋼中の５１ｆｆｉの関係を調べ
たところ第３図の結果を示し、この結果からＳｉ量の低
減によって、σ相等の析出が抑制されるだけでなく、長
時間加熱を受けても析出する窒化物量は著しく少なく、
一般のＮ含有高温用オーステナイト鋼では、窒化物量の
増加に伴う靭性低下や固溶Ｎｆｆ１の低下に伴うクリー
プ破断強度の低下が避けられないのに対して、本発明オ
ーステナイト鋼では前記の原因による靭性低下やクリー
プ破断強度の低下が生じないことがわかる。
較オーステナイト鋼１〜２６のうちから、それぞれ数種
のオーステナイト鋼を選び、７００℃に３０００時間時
効後の窒化物中のＮ量と鋼中の５１ｆｆｉの関係を調べ
たところ第３図の結果を示し、この結果からＳｉ量の低
減によって、σ相等の析出が抑制されるだけでなく、長
時間加熱を受けても析出する窒化物量は著しく少なく、
一般のＮ含有高温用オーステナイト鋼では、窒化物量の
増加に伴う靭性低下や固溶Ｎｆｆ１の低下に伴うクリー
プ破断強度の低下が避けられないのに対して、本発明オ
ーステナイト鋼では前記の原因による靭性低下やクリー
プ破断強度の低下が生じないことがわかる。
上述のように、この発明のオーステナイト鋼は、低コス
ト化を可能とする低いＮｌ含有量でもすぐれた組織安定
性を有し、長期に亘ってすぐれた高温特性を保持するの
で、特に高温環境下で使用されるボイラや化学プラント
などの高温装置などの構造材料として用いた場合に、こ
れの耐久性および経済性を十分に向上し得るなど工業上
有用な効果をもたらすのである。
ト化を可能とする低いＮｌ含有量でもすぐれた組織安定
性を有し、長期に亘ってすぐれた高温特性を保持するの
で、特に高温環境下で使用されるボイラや化学プラント
などの高温装置などの構造材料として用いた場合に、こ
れの耐久性および経済性を十分に向上し得るなど工業上
有用な効果をもたらすのである。
第１図および第２図は、数種の成分系について示したシ
ャルピー衝撃値およびクリープ破断強度とＰＨＡＣＯＭ
法による組織バランス（Ｎ −Ｎｃ）との関係図、第
３図は鋼中のＳｉ量と窒化物中のＮｆｌとの関係図であ
る。
ャルピー衝撃値およびクリープ破断強度とＰＨＡＣＯＭ
法による組織バランス（Ｎ −Ｎｃ）との関係図、第
３図は鋼中のＳｉ量と窒化物中のＮｆｌとの関係図であ
る。
Claims (4)
- （１）Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．２％以下
、Ｍｎ：１０％以下、Ｃｒ：１４〜２０％、 Ｎｉ：４〜２０％、Ｎ：０．０３〜０．２％、を含有し
、 Ａｌ：０．０３％以下、Ｍｇ：０．００１〜０．０１％
、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、 のうちの１種または２種以上を含有し、残りがＦｅと不
可避不純物からなる組成（以上重量％）を有することを
特徴とする高温特性および組織安定性にすぐれたオース
テナイト鋼。 - （２）Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．２％以下
、Ｍｎ：１０％以下、Ｃｒ：１４〜２０％、 Ｎｉ：４〜２０％、Ｎ：０．０３〜０．２％、を含有し
、 Ａｌ：０．０３％以下、Ｍｇ：０．００１〜０．０１％
、Ｃａ：０．００１〜０．０１％。 のうちの１種または２種以上を含有し、さらに、Ｂ：０
．００１〜０．０１％、Ｚｒ：０．００１〜０．１％、
のうちの１種または２種を含有し、残りがＦｅと不可避
不純物からなる組成（以上重量％）を有することを特徴
とする高温特性および組織安定性にすぐれたオーステナ
イト鋼。 - （３）Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．２％以下
、Ｍｎ：１０％以下、Ｃｒ：１４〜２０％、 Ｎｉ：４〜２０％、Ｎ：０．０３〜０．２％、を含有し
、 Ａｌ：０．０３％以下、Ｍｇ：０．００１〜０．０１％
、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、 のうちの１種または２種以上を含有し、さらに、Ｎｂ：
０．０１〜１．５％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成（以
上重量％）を有することを特徴とする高温特性および組
織安定性にすぐれたオーステナイト鋼。 - （４）Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．２％以下
、Ｍｎ：１０％以下、Ｃｒ：１４〜２０％、 Ｎｉ：４〜２０％、Ｎ：０．０３〜０．２％、を含有し
、 Ａｌ：０．０３％以下、Ｍｇ：０．００１〜０．０１％
、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、 のうちの１種または２種以上を含有し、さらに、Ｂ：０
．００１〜０．０１％、Ｚｒ：０．００１〜０．１％、
のうちの１種または２種と、 Ｎｂ：０．０１〜１．５％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成（以
上重量％）を有することを特徴とする高温特性および組
織安定性にすぐれたオーステナイト鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30927687A JPH01149944A (ja) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | 高温特性および組織安定性にすぐれたオーステナイト鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30927687A JPH01149944A (ja) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | 高温特性および組織安定性にすぐれたオーステナイト鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01149944A true JPH01149944A (ja) | 1989-06-13 |
Family
ID=17991047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30927687A Pending JPH01149944A (ja) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | 高温特性および組織安定性にすぐれたオーステナイト鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01149944A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03153847A (ja) * | 1989-11-13 | 1991-07-01 | Nippon Steel Corp | クリープ破断特性のすぐれたＮｉ―Ｃｒオーステナイト系ステンレス鋼 |
| JPH0734203A (ja) * | 1993-07-21 | 1995-02-03 | Nippon Yakin Kogyo Co Ltd | 熱間加工性に優れる軟質オーステナイト系ステンレス鋼 |
-
1987
- 1987-12-07 JP JP30927687A patent/JPH01149944A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03153847A (ja) * | 1989-11-13 | 1991-07-01 | Nippon Steel Corp | クリープ破断特性のすぐれたＮｉ―Ｃｒオーステナイト系ステンレス鋼 |
| JPH0734203A (ja) * | 1993-07-21 | 1995-02-03 | Nippon Yakin Kogyo Co Ltd | 熱間加工性に優れる軟質オーステナイト系ステンレス鋼 |
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