JPH0361750B2

JPH0361750B2 -

Info

Publication number: JPH0361750B2
Application number: JP8718986A
Authority: JP
Inventors: Jusuke Minami; Hideto Kimura; Manabu Tamura
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1986-04-17
Filing date: 1986-04-17
Publication date: 1991-09-20
Also published as: JPS62243742A

Description

[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕この発明は、高温用鋼に係り、特にクリープ破
断強度に優れたオーステナイトステンレス鋼に関
するものである。〔従来の技術〕 18％Cr−８％Ni系オーステナイトステンレス
鋼は、耐酸化性、高温強度に優れNi基合金等に
比べ経済的であるため、ボイラーチユーブ等の熱
交換器及び化学工業の反応管等に広く使用されて
いる。ところで近年ボイラーの蒸気条件の高温高圧化
が検討されており、このためより高温強度に優れ
た経済的な鋼の開発が望まれている。この系統のクリープ破断強度を改善する方法と
しては、炭化物の析出が有効であり、M₂₃C₆、或
いはTiC、NbC等の炭化物による強化鋼が用いら
れている。更にMo、Ｗ、Cu等の添加も有効であ
る。炭化物による強化は、含有Ｃ量を増加させるこ
とでより有効になるが、Ｃ量増加に伴い高温の溶
体化処理が必要であり、実際の製造、施工を考慮
した場合1200℃程度が上限であり、炭化物による
強化には制限がある。またMo、Ｗ、Cu等による
強化は何れも高価な元素であるためその含有量に
は制限がある。そのため高温高圧用部材として、経済性に優れ
た高強度鋼の開発が望まれている。〔発明の解決すべき問題点〕本発明は、従来技術の問題点を解決するための
ものであり、現用鋼より格段に優れたクリープ破
断強度を有し、高Ni合金に比べ経済性に富むク
リープ破断強度に優れたオーステナイトステンレ
ス鋼を提供することを目的とするものである。〔問題点を解決するための手段〕本発明は、上記の問題点を解決するために詳細
な検討を行なつた結果成されたものである。本発明の第１発明鋼は、重量基準にて、Ｃ；0.05〜0.15％、Si；1.0％以
下、Mn；2.0％以下、Ni；10〜18％、Cr；15〜
25％、Mo；1.0〜3.0％、Cu；2.5〜3.5％、T.N；
0.03％以下、Ｐ；0.03〜0.08％及びTi；0.5％以
下、Nb；1.0％以下のうち一種又は二種を含有
し、且つ（Ti＋Nb）／Ｃ（原子比）；0.20〜0.80
を満足し、残部はFe及び不可避不純物からなる
クリープ破断強度に優れたオーステナイトステン
レス鋼であり、本発明の第２発明鋼は、重量基準にて、Ｃ；0.05〜0.15％、Si；1.0％以
下、Mn；2.0％以下、Ni；10〜18％、Cr；15〜
25％、Mo；1.0〜3.0％、Cu；2.5〜3.5％、T.N；
0.03％以下、Ｐ；0.03〜0.08％及びTi；0.5％以
下、Nb；1.0％以下のうち一種又は二種を含有
し、且つ（Ti＋Nb）／Ｃ（原子比）；0.20〜0.80
を満足し、更にＢ；0.010％以下、Zr；0.10％以
下のうち一種又は二種を含有し、残部はFe及び
不可避不純物からなるクリープ破断強度に優れた
オーステナイトステンレス鋼である。〔作用〕本発明は、鋼中のＰの含有量を適正範囲に制限
し、且つTi、Nb量をＣ量との対応で調整するこ
とにより現用鋼より格段に優れたクリープ破断強
度を有し、その他特性が18−８系オーステナイト
ステンレス鋼と同等である鋼を提供するものであ
る。次に本発明合金組成の成分の限定理由につい
て述べる。Ｃ；0.05〜0.15％高温用オーステナイトステンレス鋼のクリープ
破断強度を向上させるために有効な元素である
が、0.05％未満では充分な効果が得られず、又
0.15％を超える過剰添加は熱間加工性及び溶接性
を損なうことから上記の範囲とした。 Si；1.0％以下脱酸剤また耐酸化性改善のため添加されるが、
1.0％を超える添加ではシグマ相の析出が生じ脆
化するため１％以下とした。 Mn；2.0％以下脱酸、脱硫またはオーステナイト相の安定のた
め添加されるが、2.0％を超える添加は有効では
ない。 Ni；10〜18％オーステナイト相の安定のため10％以上の含有
が必要であるが、過剰の含有はデルタフエライト
凝固しないこと、また高価となるので上限を18％
とした。 Cr；15〜25％耐酸化性から15％以上必要であるが、25％を超
えるとシグマ相等の脆化相の析出が促進されるこ
と、又オーステナイト相の安定のためNi量を増
加させる必要があり、経済的でないため上限を25
％とした。 Mo；1.0〜3.0％クリープ破断強度の改善に効果があり、１％未
満ではその効果が不十分であり、過剰の添加は相
安定性、破断延性を損なうこと、また経済的に有
利でないことから上限を３％とする。 Cu；2.5〜3.5％クリープ破断強度を向上させる元素であるが、
2.5％未満ではその効果がえられないこと、3.5％
を超えて含有させても効果は向上しないこと、ま
た熱間加工性、破断延性が損なわれることからそ
の範囲を前記の範囲と定めた。 T.N；0.03以下過剰の添加は介在物としてのTiNを増加させ
るため上限を0.03％とした。Ｐ；0.03〜0.08％この元素の添加は本発明の特徴の一つであり、
0.03％未満ではクリープ破断強度に対する効果が
十分でなく、また0.08％を超えると溶接性を損な
うためその範囲を上記の範囲とした。 Ti、Nb これらの元素は炭化物を形成しクリープ破断強
度の向上に有効な元素であるが、（Ti＋Nb）／
Ｃ（原料比）が0.2未満では効果が十分でなく、
0.8を超えるとクリープ破断延性が低下するので
その範囲を0.2〜0.8に限定し、各元素の上限はク
リープ破断強度の向上効果を考慮し夫々の範囲を
0.5％及び1.0％に限定した。Ti及びNbはこれら
のうち一種又は二種を添加することが出来る。Ｂ、Zr 前記の添加元素の他に、第２発明鋼において
は、破断強度、及び延性の改善を目的として、こ
れらの元素を更に一種又は二種を必要に応じ添加
することが出来る。夫々の範囲は、0.010％及び
0.10％を超えて添加しても効果が向上しないので
その範囲を0.010％以下及び0.10％以下とする。次に本発明の実施例について述べる。〔実施例〕本実施例に供した本発明鋼並びに比較鋼の化学
成分並びに機械的特性を次表に示す。表に示したNo.１〜20の鋼（本発明鋼No.１〜９、
比較鋼No.10〜20）を溶製し、10Kg鋼塊としたのち
熱間圧延で12mmｔの板にした。この板を表に示し
た温度で溶体化処理を行い、クリープ破断試験
片、バレストレイン試験用素材を採取した。 [Industrial Application Field] The present invention relates to high-temperature steels, and particularly to austenitic stainless steels with excellent creep rupture strength. [Prior art] 18%Cr-8%Ni austenitic stainless steel has excellent oxidation resistance and high-temperature strength and is more economical than Ni-based alloys, so it is used in heat exchangers such as boiler tubes and reactions in the chemical industry. Widely used for pipes, etc. Incidentally, in recent years, consideration has been given to increasing the temperature and pressure of steam conditions in boilers, and for this reason, there is a desire to develop economical steels with better high-temperature strength. Precipitation of carbides is an effective method for improving the creep rupture strength of this system, and steel reinforced with carbides such as M ₂₃ C ₆ or TiC or NbC is used. Furthermore, addition of Mo, W, Cu, etc. is also effective. Strengthening with carbides becomes more effective by increasing the amount of C contained, but as the amount of C increases, high-temperature solution treatment is required, and when considering actual manufacturing and construction, the upper limit is around 1200℃. , there are limitations to strengthening with carbides. Furthermore, since reinforcement with Mo, W, Cu, etc. is an expensive element, there is a limit to the content thereof. Therefore, it is desired to develop highly economical high-strength steel for use in high-temperature and high-pressure components. [Problems to be Solved by the Invention] The present invention is intended to solve the problems of the prior art. The object of the present invention is to provide an austenitic stainless steel with excellent creep rupture strength. [Means for Solving the Problems] The present invention was achieved as a result of detailed studies to solve the above problems. The first invention steel of the present invention has, on a weight basis, C: 0.05 to 0.15%, Si: 1.0% or less, Mn: 2.0% or less, Ni: 10 to 18%, Cr: 15 to
25%, Mo; 1.0-3.0%, Cu; 2.5-3.5%, TN;
Contains one or two of the following: 0.03% or less, P: 0.03 to 0.08%, Ti: 0.5% or less, Nb: 1.0% or less, and (Ti + Nb) / C (atomic ratio): 0.20 to 0.80
The second invention steel of the present invention is an austenitic stainless steel with excellent creep rupture strength, which satisfies the following, and the remainder consists of Fe and unavoidable impurities.The second invention steel of the present invention has, on a weight basis, C: 0.05 to 0.15%, Si: 1.0% or less. , Mn; 2.0% or less, Ni; 10~18%, Cr; 15~
25%, Mo; 1.0-3.0%, Cu; 2.5-3.5%, TN;
Contains one or two of the following: 0.03% or less, P: 0.03 to 0.08%, Ti: 0.5% or less, Nb: 1.0% or less, and (Ti + Nb) / C (atomic ratio): 0.20 to 0.80
It is an austenitic stainless steel with excellent creep rupture strength, which satisfies the following and further contains one or two of B: 0.010% or less, Zr: 0.10% or less, and the remainder is Fe and unavoidable impurities. [Function] The present invention has a creep rupture strength significantly superior to that of current steel by limiting the P content in the steel to an appropriate range and adjusting the Ti and Nb contents in correspondence with the C content. and other properties equivalent to those of 18-8 series austenitic stainless steel. Next, the reasons for limiting the components of the alloy composition of the present invention will be described. C: 0.05 to 0.15% This is an effective element for improving the creep rupture strength of high-temperature austenitic stainless steel, but if it is less than 0.05%, sufficient effect cannot be obtained;
Excessive addition exceeding 0.15% impairs hot workability and weldability, so the above range was set. Si: 1.0% or less Added as a deoxidizer and to improve oxidation resistance,
Addition of more than 1.0% causes sigma phase precipitation and embrittlement, so the content was set at 1% or less. Mn: 2.0% or less Added for deoxidation, desulfurization, or stabilizing the austenite phase, but addition of more than 2.0% is not effective. Ni: 10 to 18% Ni must be contained at 10% or more to stabilize the austenite phase, but excessive content will not solidify delta ferrite and will be expensive, so the upper limit is set at 18%.
And so. Cr: 15-25% 15% or more is required for oxidation resistance, but if it exceeds 25%, precipitation of brittle phases such as sigma phase will be promoted, and it is necessary to increase the amount of Ni to stabilize the austenite phase. is not economical, so the upper limit is set to 25
%. Mo: 1.0-3.0% It is effective in improving creep rupture strength, and if it is less than 1%, the effect is insufficient, and excessive addition impairs phase stability and fracture ductility, and is not economically advantageous. The upper limit is set at 3%. Cu; 2.5-3.5% An element that improves creep rupture strength,
The effect cannot be obtained if it is less than 2.5%, 3.5%
Since the effect does not improve even if the content exceeds 100%, and hot workability and fracture ductility are impaired, this range was determined as the above range. TN; 0.03 or less Since excessive addition increases TiN as inclusions, the upper limit was set to 0.03%. P; 0.03-0.08% The addition of this element is one of the features of the present invention,
If it is less than 0.03%, the effect on creep rupture strength will not be sufficient, and if it exceeds 0.08%, weldability will be impaired, so this range was set as the above range. Ti, Nb These elements form carbides and are effective in improving creep rupture strength, but (Ti+Nb)/
If C (raw material ratio) is less than 0.2, the effect will not be sufficient,
If it exceeds 0.8, the creep rupture ductility decreases, so the range is limited to 0.2 to 0.8, and the upper limit of each element is determined by considering the effect of improving creep rupture strength.
Limited to 0.5% and 1.0%. One or two of Ti and Nb can be added. B, Zr In addition to the above-mentioned additive elements, one or two of these elements can be added as necessary to the second invention steel for the purpose of improving the breaking strength and ductility. The respective ranges are 0.010% and
Since the effect does not improve even if added in excess of 0.10%, the range is set to 0.010% or less and 0.10% or less. Next, embodiments of the present invention will be described. [Example] The chemical composition and mechanical properties of the invention steel and comparative steel used in this example are shown in the following table. Steels No. 1 to 20 shown in the table (invention steel No. 1 to 9,
Comparative steel Nos. 10 to 20) were melted into a 10 kg steel ingot, and then hot rolled into a 12 mm thick plate. This plate was subjected to solution treatment at the temperature shown in the table, and creep rupture test pieces and materials for Balestrain tests were collected.

【表】【table】

〔Effect of the invention〕

本発明のオーステナイトステンレス鋼は、実施
例に明らかなように、低廉な元素の微量添加によ
り諸特性を低下せずに、現用鋼より格段に優れた
クリープ破断強度を有し、高Ni合金に比べクリ
ープ破断強度を大幅に改善させ、経済性に富む効
果等を奏するものである。 As is clear from the examples, the austenitic stainless steel of the present invention has a creep rupture strength that is significantly superior to that of currently used steel, without deteriorating various properties due to the addition of small amounts of inexpensive elements, and compared to high Ni alloys. It significantly improves creep rupture strength and has economical effects.

Claims

[Claims] 1. On a weight basis, C: 0.05-0.15%, Si: 1.0%
Below, Mn; 2.0% or less, Ni; 10-18%, Cr; 15
~25%, Mo; 1.0~3.0%, Cu; 2.5~3.5%, T.
N: 0.03% or less, P: 0.03-0.08% and Ti: 0.5%
Contains one or two of Nb: 1.0% or less, and (Ti+Nb)/C (atomic ratio): 0.20 to 0.80
An austenitic stainless steel with excellent creep rupture strength that satisfies the following requirements, with the remainder consisting of Fe and unavoidable impurities. 2 Based on weight, C: 0.05-0.15%, Si: 1.0%
Below, Mn; 2.0% or less, Ni; 10-18%, Cr; 15
~25%, Mo; 1.0~3.0%, Cu; 2.5~3.5%, T.
N: 0.03% or less, P: 0.03-0.08% and Ti: 0.5%
Contains one or two of Nb: 1.0% or less, and (Ti+Nb)/C (atomic ratio): 0.20 to 0.80
An austenitic stainless steel with excellent creep rupture strength, which satisfies the following and further contains one or two of B: 0.010% or less and Zr: 0.10% or less, with the remainder consisting of Fe and unavoidable impurities.