JPH0364589B2

JPH0364589B2 -

Info

Publication number: JPH0364589B2
Application number: JP60002457A
Authority: JP
Inventors: Yoshiatsu Sawaragi; Kunihiko Yoshikawa; Hiroshi Teranishi
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-01-10
Filing date: 1985-01-10
Publication date: 1991-10-07
Also published as: JPS61179835A; US4842823A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕この発明は、優れた耐食性を有することはもち
ろんのこと、極めて優れた高温強度をも兼ね備え
ており、高温環境下で使用されるボイラや化学プ
ラント機器類に適用して優れた性能を発揮するオ
ーステナイト鋼に関するものである。〔従来の技術〕一般に、各種ボイラ設備や化学プラント機器類
等、高温環境下で使用される装置の素材は、高温
強度、耐食性、溶接性など様々な特性が重視され
るものであるが、従来、これらの要求特性を比較
的満足する上、価格面でもそれほどの不利を招く
ことがない18−８タイプのオーステナイト系ステ
ンレス鋼がこの種の用途に広く使用されてきた。〔発明が解決しようとする問題点〕ところが、近年、前記高温設備を効率向上が推
進されるようになつたこともあつて材料の使用条
件は苛酷化の度合を益々増してきており、従つて
要求される材料性能も次第に高度化してきたこと
から、上記現用の18−８オーステナイト系ステン
レス鋼では高温強度及び耐食性をも含めてこれら
の要求に十分な対処ができなくなつてきているの
が現状である。もつとも、ステンレス鋼の耐食性改善にCr含
有量の増加が有効であることは一般的事項として
知られてはいるが、高Cr含有鋼として知られる
SUS310S鋼を指摘するまでもなく、Cr含有量を
増加したとしても高温強度向上効果の方は望むべ
くもないばかりか、むしろ悪影響の方が目に付く
場合すらあると言う問題があつた。〔問題点を解決するための手段〕そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、高温用機器類の素材として一般的であつた18
−８オーステナイト系ステンレス鋼を凌駕する耐
食性と高温強度を備え、使用環境が更に苛酷化し
つつある高温設備類にも十分に対処し得る鋼材を
開発すべく、特にCr含有量が20％以上の高Crオ
ーステナイト鋼の優れた耐食性に着目して研究を
行なつた結果、重量割合にて（以下、％はすべて
重量％を示す）、Ｃ：0.15％以下、Si：1.0％以下、 Mn：10％以下、Cr：20〜30％ Ni：40％超〜55％、Ｂ：0.0010〜0.0100％、を含有するとともに、 Mg及びCaのうちの１種以上：0.0010〜0.0500
％、及び、 Mo：3.0％超〜6.0％、Ｗ：1.0〜12.0％、のうちの１種以上〔但し、複合添加ではMo（％）
＋1/2Ｗ（％）＝3.5〜6.0（％）とする〕をも含み、
更に必要に応じて、 Zr：0.005〜0.200％、Ti：0.01〜0.30％３ Nb：0.01〜1.00％、Ｖ：0.01〜1.00％、のうちの１種以上をも含み、 Fe及び不可避不純物：残り、から成り、しかも不純物中のＰ，Ｓ及びAlの含
有量が、特に、Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.010％以下、 Al：0.030％以下、であつて、Ｐ（％）＋Ｓ（％）＋Al（％）＜0.050％、を満足する組成を有するオーステナイト鋼は、高
耐食性はもちろんのこと、優れた高温強度を具備
するという研究結果を得たのである。この発明は、上記の研究結果にもとづいてなさ
れたものであつて、オーステナイト鋼の組成を上
記の通りに限定した理由を以下に説明する。 (a) ＣＣ成分は耐熱鋼として必要な引張強さ並びに
クリープ強度を確保するのに有効な成分である
が、その含有量が0.15％を越えると延性低下を
招く上、溶体化状態での未固溶炭化物量も増加
して機械的性質に悪影響が及ぶようになること
から、Ｃ含有量は0.15％以下と定めた。 (b) Si Si成分は鋼の脱酸剤として有効な元素である
が、その含有量が1.0％を越えると溶接性や組
織安定性の悪化が顕著になることから、Si含有
量は1.0％以下と定めた。なお、特に組織安定性の面からすればSi含有
量を低目に調整するのが望ましい。 (c) Mn Mn成分は鋼の脱酸作用や加工性改善作用を
有する元素であるが、10％を越えて多量に含有
させると耐熱特性の劣化を招くようになること
から、Mn含有量は10％以下と定めた。 (d) Cr Cr成分は、鋼の耐酸化性、耐水蒸気酸化性
或いは耐高温腐食特性等の耐食性改善に優れた
作用を発揮する元素であるが、その含有量が20
％未満では前記作用に所望の効果が得られず、
一方、30％を越えてCrを含有させると加工性
の劣化や組織の不安定化を招くようになること
から、Cr含有量は20〜30％と定めた。 (e) Ni Ni成分は安定なオーステナイト組織を得る
ための必須成分であり、その含有量はCr、
Mo、Ｗ、Ti、及びNb等の含有量によつて決
められるものであるが、特にこれらの成分の含
有量が高い場合、Ni含有量が40％以下になる
とオーステナイト組織の安定的確保が難しくな
り、一方55％を越えてNiを含有させることは
経済的不利を招くことから、Ni含有量は40％
超〜55％と定めた。 (f) ＢＢ成分は結晶粒界を強化して鋼の高温強度を
改善する元素であるが、その含有量が0.0010％
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0.0100％を越えると溶接性の劣
化を招くことから、Ｂ含有量を0.0010〜0.0100
％と定めた。 (g) Mg、及びCa これらの成分は、いずれも、鋼の脱酸作用や
加工性改善作用を有しているほか、クリープ破
断強度改善にも有効な元素であるので１種以上
の添加を必要とするが（特に、本発明鋼のよう
に脱酸元素としてのAl量を制限する場合には
重要な元素である）、その含有量が合計で
0.0010％未満では前記作用の所望の効果を得る
ことができず、他方、のこれらの含有量が
0.0500％の越えた場合には、逆に加工性を劣化
させる傾向がみられることから、Mg又はCaの
含有量を合計で0.0010〜0.0500％と定めた。 (h) Mo、及びＷこれらの成分には鋼の高温強度を効果的に改
善する作用があるので１種又は２種の添加を必
要とするが、単独添加の場合にMo含有量が3.0
％以下になるかＷ含有量が1.0％を下回ると、
そして複合添加の場合に〔Mo（％）＋1/2Ｗ
（％）〕量が、3.5（％）を下回ると前記作用に所
望の効果が得られず、一方、単独添加の場合に
Mo含有量が6.0％を上回るかＷ含有量が12.0％
を上回ると、そして複合添加の場合に〔Mo
（％）＋1/2Ｗ（％）〕量が6.0（％）を上回ると加
工性や組織安定性の劣化を招くようになること
から、Mo含有量は3.0％超〜6.0％、Ｗ含有量
は1.0〜12.0％〔但し、両成分の複合添加の場
合にはMo（％）＋1/2Ｗ（％）＝3.5〜6.0（％）と
する〕とそれぞれ定めた。 (i) Zr Zr成分には、結晶粒界を強化して鋼の高温
強度を改善する作用があるので、必要に応じて
含有されるが、その含有量が0.005％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0.200％を越えると溶接性が劣化するよ
うになることから、Zr含有量を0.005〜0.200％
と定めた。 (j) Ti、Nb、及びＶこれらの成分には炭化物の微細分散析出強化
を通じて鋼の高温強度を改善する作用があるの
で、高温強度を更に向上させる必要がある場合
に１種以上添加される元素であるが、各々の含
有量がそれぞれ0.01％未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方、Tiが0.30％を、Nb
が1.00％を、そしてＶが同じく1.00％を越えて
含有されても前記作用の効果が期待できないこ
とから、Ti含有量は0.01〜0.30％、Nb含有量
は0.01〜1.00％、Ｖ含有量は0.01〜1.00％とそ
れぞれ定めた。 (k) Ｐ、Ｓ、及びAl Ｐ及びＳは鋼中へ不可避的に混入する不純物
であり（一般鋼におけるＰ及びＳレベルは、そ
れぞれ0.025％前後及び0.005〜0.015％程度であ
る）、Alも脱酸残留物として鋼中へ不可避的に
混入する不純物であるが、Ｐ含有量が0.020％
を、Ｓ含有量が0.010％を、そしてAl含有量が
0.030％をそれぞれ越えるか、或いはこれらの
総含有量が0.050％を越えるかした場合には所
望の高温強度が得られず、特に高温強度の評価
に用いられるクリープ破断試験で、650〜750℃
での高温長時間側クリープ破断強度の低下を招
くことから、Ｐ含有量を0.020％以下、Ｓ含有
量を0.010％以下、Al含有量を0.030％以下、そ
してその総量が式Ｐ（％）＋Ｓ（％）＋Al（％）＜0.050（％）を満足することとそれぞれ定めた。なお、このようにＰ及びＳ含有量を制限する
ことは溶接性の点からも好ましいことである。また、Ｐ、Ｓ、及びAlの総含有量は、でき
れば0.035％未満に抑えるのが望ましい。〔実施例〕次いで、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。通常の真空溶解炉を用い、それぞれ第１表及び
第２表に示される組成をもつた本発明鋼１〜28及
び比較鋼Ａ〜Ｑを溶製し、以下いずれも通常の

【表】

〔発明の効果〕

第１、２表に示される結果から、本発明網１〜
28はいずれも、18−８オーステナイト系ステンレ
ス鋼（SUS304H，SUS316H，SUS321H，
SUS347H）及び25Cr−20Ni系ステンレス鋼
（SUS310S）の中で最もクリープ破断強度の高い
SUS316Hよりも高い強度レベルを示すことがわ
かる。更に、第１図からは次のことが明らかである。
即ち、650℃及び700℃での10³hr破断強度は、成
分系に左右されることなく、しかも本発明鋼と比
較鋼とでの優位差も特にないばかりか、むしろ本
発明鋼よりも高目の強度を示す比較鋼も存在す
る。しかし、750℃での10³hr破断強度、及び650
〜750℃での10⁴hr破断強度についてみると本発明
鋼と比較鋼との間に明らかな有意差が認められ、
〔Ｐ（％）＋Ｓ（％）＋Al（％）〕の値が0.050（％）
以
上の比較鋼では、その量が0.050（％）未満の本発
明鋼に比較して破断強度低下の著しいことがわか
る。このように、Cr含有量が20〜30％の高耐食性
オーステナイト鋼において、不純物元素である
Ｐ、Ｓ、Alはクリープ破断強度に大きな影響を
与えており、特に、Ｐ、Ｓ、Al量を個々に制限
することはもちろんのこと、これらの合計量を
0.050％未満に制限することによつて、高温、長
時間でのクリープ破断強度が極めて優れたものに
なることが明らかである。以上の通り、この発明のオーステナイト鋼は、
高温設備類の素材として広く使用されている18−
８オーステナイト系ステンレス鋼よりも優れた耐
食性を示し、しかも該18−８オーステナイト系ス
テンレス鋼やSUS310S鋼をはるか凌ぐ高温強度
（クリープ破断強度）を有するので、これをボイ
ラや化学プラント機器類等の高温設備に適用すれ
ば、これの性能向上並びに耐久性向上に寄与する
ところ大なるものがあるなど、工業上有用な特性
を有するものである。

【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Ｐ＋
Ｓ＋Al量の影響を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量割合にて、Ｃ：0.15％以下、Si：1.0％以下、 Mn：10％以下、Cr：20〜30％ Ni：40％超〜55％、Ｂ：0.0010〜0.0100％、を含有するとともに、 Mg及びCaのうちの１種以上：0.0010〜0.0500
％、及び、 Mo：3.0％超〜6.0％、Ｗ：1.0〜12.0％、のうちの１種以上〔但し、複合添加ではMo（％）
＋1/2Ｗ（％）＝3.5〜6.0（％）とする〕をも含み、 Fe及び不可避不純物：残り、から成り、しかも不純物中のＰ，Ｓ及びAlの含
有量が、特に、Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.010％以下、 Al：0.030％以下、であつて、Ｐ（％）＋Ｓ（％）＋Al（％）＜0.050（％）を満足する組成を有することを特徴とする高温強
度の優れた耐食性オーステナイト鋼。２重量割合にて、Ｃ：0.15％以下、Si：1.0％以下、 Mn：10％以下、Cr：20〜30％、 Ni：40％超〜55％、Ｂ：0.0010〜0.0100％、を含有するとともに、 Mg及びCaのうちの１種以上：0.0010〜0.0500
％、及び、 Mo：3.0％超〜6.0％、Ｗ：1.0〜12.0％、のうちの１種以上〔但し、複合添加ではMo（％）
＋1/2Ｗ（％）＝3.5〜6.0（％）とする〕をも含み、
かつ、 Zr：0.005〜0.200％、をも含み、 Fe及び不可避不純物：残り、から成り、しかも不純物中のＰ，Ｓ及びAlの含
有量が、特に、Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.010％以下、 Al：0.030％以下、であつて、Ｐ（％）＋Ｓ（％）＋Al（％）＜0.050（％）を満足する組成を有することを特徴とする高温強
度の優れた耐食性オーステナイト鋼。３重量割合にて、Ｃ：0.15％以下、Si：1.0％以下、 Mn：10％以下、Cr：20〜30％、 Ni：40％超〜55％、Ｂ：0.0010〜0.0100％、を含有するとともに、 Mg及びCaのうちの１種以上：0.0010〜0.0500
％、及び、 Mo：3.0％超〜6.0％、Ｗ：1.0〜12.0％、のうちの１種以上〔但し、複合添加ではMo（％）
＋1/2Ｗ（％）＝3.5〜6.0（％）とする〕を含み、か
つ、 Ti：0.01〜0.30％、Nb：0.01〜1.00％、Ｖ：0.01〜1.00％、のうちの１種以上をも含み、 Fe及び不可避不純物：残り、から成り、しかも不純物中のＰ，Ｓ及びAl含有
量が、特に、Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.010％以下、 Al：0.030％以下、であつて、Ｐ（％）＋Ｓ（％）＋Al（％）＜0.050（％）を満足する組成を有することを特徴とする高温強
度の優れた耐食性オーステナイト鋼。４重量割合にて、Ｃ：0.15％以下、Si：1.0％以下、 Mn：10％以下、Cr：20〜30％、 Ni：40％超〜55％、Ｂ：0.0010〜0.0100％、を含有するとともに、 Mg及びCaのうちの１種以上：0.0010〜0.0500
％、及び、 Mo：3.0％超〜6.0％、Ｗ：1.0〜12.0％、のうちの１種以上〔但し、複合添加ではMo（％）
＋1/2Ｗ（％）＝3.5〜6.0（％）とする〕を含み、か
つ、 Zr：0.005〜0.200％、及び、 Ti：0.01〜0.30％、Nb：0.01〜1.00％、Ｖ：0.01〜1.00％、のうちの１種以上をも含み、 Fe及び不可避不純物：残り、から成り、しかも不純物中のＰ，Ｓ及びAlの含
有量が、特に、Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.010％以下、 Al：0.030％以下、であつて、Ｐ（％）＋Ｓ（％）＋Al（％）＜0.050（％）を満足する組成を有することを特徴とする高温強
度の優れた耐食性オーステナイト鋼。