JPH0120222B2

JPH0120222B2 -

Info

Publication number: JPH0120222B2
Application number: JP56049142A
Authority: JP
Inventors: Yoshiatsu Sawaragi; Kunihiko Yoshikawa; Hiroshi Teranishi; Yasutaka Okada
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1989-04-14
Also published as: JPS57164971A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、高温強度と耐食性がともに優れた
オーステナイトステンレス鋼に関する。高温環境下で使用されるボイラや化学プラント
機器等の装置用材料には、高温強度と耐食性が必
要とされ、従来よりこの種の用途には、主として
18―８系のオーステナイトステンレス鋼が用いら
れてきた。ところが、近年かかる用途では、使用
条件の苛酷化が著しく、この種の装置用材料に必
要とされる性能が高度化し、その結果現用の上記
18―８系では高温強度、耐食性ともに不十分とな
つてきた。しかるに、耐食性、高温強度の何れの点でも18
―８系材料を上廻るものということになると、従
来既存の鋼種の中に適当なものは見当たらなかつ
た。本発明に目的は、耐食性、高温強度がともに18
―８系オーステナイトステンレス鋼を凌ぐ耐熱鋼
の提供を目的とするものである。一般に、耐食性の改善はCrの増量によつて達
成される。ところが、Cr量を増すと、オーステ
ナイト相を維持するためにNi量の増量をも余儀
なくされる結果となり、このような高合金化によ
り耐食性の改善は得られるものの高温強度に関し
ては、18―８系ステンレス鋼と同等か、むしろ低
下してしまうことさえ少なくない。本発明者らは、耐食性の改善に必要なCrの増
量の下に、高温強度を高める方法について、種々
実験、研究の結果、Cr増量の場合のオーステナ
イト相維持にNiの代わりにＮを使用するととも
に、AlとMgを複合添加することにより、オース
テナイト鋼の耐食性のみならず高温強度の大巾改
善を達成できるとの知見を得た。Ｎは、Niと同
様オーステナイト相生成に有用で、この使用によ
り、従来Cr増量に伴うNi量の増加を可及的に回
避することができるのである。高価なNiの使用
量の低減は、経済的な有利性をももたらすもので
ある。本発明は上記知見に基づくものであつて、
C0.01〜0.20％、Si0.50％以下、Mn10％以下、
Cr20〜35％、Ni10〜45％、N0.04〜0.25％に、
Al0.01〜0.5％、Mg0.001〜0.05％を含み、必要に
応じTi0.01〜0.5％、Nb0.01〜1.0％、V0.01〜1.0
％の１種または２種以上を合計で0.01〜1.0％と、
B0.001〜0.03％、Zr0.005〜0.3％の１種または２
種の一方または双方を含有し、残部はFeおよび
不可避的不純物からなることを特徴とするオース
テナイト鋼を要旨とする。この本発明鋼は、現用
の18―８系材料、つまりSUS304、321、347、
316鋼や高Cr―Ni系のSUS310鋼を上廻る高温強
度を有し、耐食性はSUS310鋼と同等以上を示す
ものである。以下、本発明における成分限定の理由について
述べる。Ｃ：耐熱鋼として必要な引張強さおよびクリー
プ破断強度を確保するのに有用な成分で、0.01％
以上必要であるが、0.20％を超えても固溶化処理
状態で未固溶の炭化物が残存することとなるばか
りで高温強度に対する効果は向上せず、むしろ時
効後の靭性への悪影響が出るので、0.01〜0.20％
とした。なお、熱間加工性や靭性重視の点からは
0.01〜0.08％が好ましい。Ｎ：ＮはＣと同様オーステナイト生成元素であ
るとともに高温強度改善に有効な元素であり、そ
の効果を得るには0.04％以上必要である。しかし
0.25％を上廻ると多量の窒化物が生成し時効後の
靭性の低下を来すので、0.04〜0.25％とした。 Si：脱酸材として、また耐酸化性を高めるにも
有効な元素であるが、0.50％を超えると溶接性が
劣化するのに加え、窒化物析出量が増加して組織
や強度が不安定になるので、0.50％以下とした。 Mn：脱酸および加工性改善に効果があり、同
時にオーステナイト生成にも有用であつてNiの
一部をMnで置換えることができる。さらに高温
強度改善にも有効であるが、過剰添加では耐熱特
性の劣化を来すので、10％以下が適当である。 Cr：高温強度、耐酸化性、耐食性の改善に優
れた効果を示すが、20％未満では十分な耐食性が
得られず、また35％を超えると加工性が不足する
とともに安定した完全オーステナイト用を得難く
なるので、本発明では20〜35％に限定した。 Ni：安定なオーステナイト組織を得るために
必須の元素であり、Ｎ量およびCr量との関係で
決められるが、本発明では10〜45％が適当であ
る。 Al：脱酸成分であるが、高温強度、延性、靭
性に対しても有効で、その効果を得るために0.01
％以上必要であるが、0.5％を上廻ると効果が飽
和する。したがつて0.01〜0.5％とした。 Mg：脱酸、および加工性改善に必要な元素で
あるとともに延性、靭性改善にも寄与するが、過
剰な添加はかえつて加工性を損なう結果となるか
ら、0.001〜0.05％とした。 Ti、Nb、Ｖ：これらの元素は炭窒化物を微細
に分散析出することにより高温強度の改善に大き
く寄与するが、Ｎ含有量が多い場合には溶体化処
理状態で未固溶のTi、Nb、Ｖの炭窒化物の量が
増加し、高温強度改善の効果が減殺されるので、
Ｎ量に応じて添加量を調整する必要がある。また
過剰に添加すると、溶接性を損ない、高温強度も
かえつて低下させることにもなるので、Ti0.01〜
0.5％、Nb0.01〜1.0％、V0.001〜1.0％とし、合
計量も0.01〜1.0％に限定した。Ｂ、Zr：粒界を強化し高温強度特性を改善す
るのに有効な元素であるが、それぞれ0.001％未
満、0.005％未満では効果が得られず、また過剰
量では溶接性を劣化させるので、それぞれ0.001
〜0.03％、0.005〜0.30％とした。次に本発明の効果を実施例によつて説明する。第１表に掲げる成分の鋼(1)〜（43）および(A)〜
(H)を大気中で25Kg溶製し、鍛造、冷間圧延を経た
後、溶体化処理を行つた。溶体化処理温度は、銅
(1)(2)(5)（SUS304、SUS316、SUS310）は1100
℃、鋼(3)(4)（SUS321、SUS347）および鋼(6)〜
（43（本発明鋼）並びに鋼(A)〜(H)（比較鋼）のうち
Ti、Nb、Ｖ添加鋼以外は1150℃、Ti、Nb、Ｖ
添加鋼については1200℃とした。これらの供試材について、700℃でのクリープ
破断試験を実施し、700℃、3000hでのクリープ
破断強度を測定した。その結果は第２表の如くで
あつた。

【表】

【表】 18―８系の材料、(1)〜(4)では、SUS316鋼が破
断強度：9.2Kg/mm²と最も良好な値を示し、
SUS304鋼のそれは7.3Kg/mm²で最低であるが、高
CrのSUS310鋼は上記最低の値より更に低い7.0
Kg／mm²の破断強度しかないのが分かる。しかるに、
本発明鋼(6)〜（43）の破断強度は全て、上記
SUS316鋼より高い値を示している。なかでも特
にTi、Nb、Ｖの１種または２種以上を含むとと
もに、Ｂ、Zrの１種または２種を含有する本発
明鋼（31）〜（43）（第２表―）は、比較例の
中で最も高強度のSUS316鋼に比較しても40％前
後の改善が認められ、既存の高クロム鋼であると
ころのSUS310鋼と比べれば、それが90％にも達
しているのが明らかである。一方、時効後の靭性については第３表に示すよ
うに本発明鋼ではＮを含有しているため18―８系
の従来鋼と比較するとやや低目となつているもの
が大部分であるが、σ相等の脆化相析出は認めら
れず実用上全く問題ない靭性を有している。ところで本発明の特徴の一つであるAl、Mg添
加による強度、延性、靭性改善の効果を明らかに
するために、700℃、14Kg/mm²応力下でのクリープ
破断試験結果および700℃での1000h時効後のシ
ヤルピー衝撃試験結果を第１図および第２図に比
較鋼のデータとあわせて示した。クリープ破断特
性については第１図から明らかなように、いずれ
の成分系においても、AlおよびMg添加により破
断寿命および破断延性が改善されており、特に破
断延性が大巾に改善されている。また時効後の靭
性については第２図からわかるように比較鋼の
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ鋼に対してAl
≧0.01％、Mg≧0.001％を含有する本発明鋼では
衝撃値が上昇している。

【表】

【表】以上の通り、本発明鋼は、既存の高Cr鋼はも
とより、18―８系材料に較べこれらを遥かに凌ぐ
高温強度を備えており延性および靭性も良好で、
しかも高Crであるから耐食性の点でも18―８系
材料を大巾に上廻るものであり、ボイラや化学プ
ラント機器等、高温機器に適用して耐久性向上に
大きな効を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼と比較鋼についてクリープ破
断試験（700℃、σ＝14.0Kg/mm²）の結果を示すグ
ラフ、第２図は本発明鋼と比較鋼について700℃
×1000時間時効材のシヤルピー衝撃試験の結果を
示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１ C0.01〜0.20％、Si0.50％以下、Mn10％以下、
Cr20〜35％、Ni10〜45％、N0.04〜0.25％に、
Al0.01〜0.5％およびMg0.001〜0.05％を含有し、
残部はFeおよび不可避的不純物からなることを
特徴とする高温強度にすぐれたオーステナイト
鋼。２ C0.01〜0.20％、Si0.50％以下、Mn10％以下、
Cr20〜35％、Ni10〜45％、N0.04〜0.25％に、
Al0.01〜0.5％およびMg0.001〜0.005％を含有し、
更にTi0.01〜0.5％、Nb0.01〜1.0％、V0.01〜1.0
％の１種または２種以上を合計で0.01〜1.0％含
有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる
ことを特徴とする高温強度にすぐれたオーステナ
イト鋼。３ C0.01〜0.20％、Si0.50％以下、Mn10％以下、
Cr20〜35％、Ni10〜45％、N0.04〜0.25％に、
Al0.01〜0.5％およびMg0.001〜0.05％を含有し、
更にB0.001〜0.03％、Zr0.005〜0.30％の１種また
は２種を含み、残部はFeおよび不可避的不純物
からなることを特徴とする高温強度にすぐれたオ
ーステナイト鋼。４ C0.01〜0.20％、Si0.50％以下、Mn10％以下、
Cr20〜35％、Ni10〜45％、N0.04〜0.25％に、
Al0.01〜0.5％およびMg0.001〜0.05％を含有し、
更にTi0.01〜0.5％、Nb0.01〜1.0％、V0.01〜1.0
％の１種または２種以上を合計で0.01〜1.0％と、
B0.001〜0.03％、Zr0.005〜0.3％の１種または２
種を含み、残部はFeおよび不可避的不純物から
なることを特徴とする高温強度にすぐれたオース
テナイト鋼。