JPH08218140A - 高温強度と耐高温腐食性に優れた高クロムオーステナイト耐熱合金 - Google Patents
高温強度と耐高温腐食性に優れた高クロムオーステナイト耐熱合金Info
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- JPH08218140A JPH08218140A JP7022516A JP2251695A JPH08218140A JP H08218140 A JPH08218140 A JP H08218140A JP 7022516 A JP7022516 A JP 7022516A JP 2251695 A JP2251695 A JP 2251695A JP H08218140 A JPH08218140 A JP H08218140A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【構成】C、Si、Mn、Cr、Ni、Ti、N、B、
soL−AL、Zr、Nb、Mo、W、Y、La、C
e、MgおよびCaを特定し、残部がFeからなる高ク
ロムオーステナイト耐熱合金。 【効果】TiとBの相乗作用によってα−Cr相の析出
が促進され、かつその成長粗大化が抑制されてクリープ
破断強度が向上し、低MnとY、La、Ce添加の相乗
作用によってCr2 O3 皮膜が優先的に成長する一方、
Cr2 O3 皮膜とメタル界面との密着性が大きく向上
し、熱サイクル環境下での耐水蒸気酸化性と耐高温腐食
性が著しく向上する。
soL−AL、Zr、Nb、Mo、W、Y、La、C
e、MgおよびCaを特定し、残部がFeからなる高ク
ロムオーステナイト耐熱合金。 【効果】TiとBの相乗作用によってα−Cr相の析出
が促進され、かつその成長粗大化が抑制されてクリープ
破断強度が向上し、低MnとY、La、Ce添加の相乗
作用によってCr2 O3 皮膜が優先的に成長する一方、
Cr2 O3 皮膜とメタル界面との密着性が大きく向上
し、熱サイクル環境下での耐水蒸気酸化性と耐高温腐食
性が著しく向上する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ボイラや化学プラント
などの苛酷な高温、腐食環境下で高温強度と耐食性に優
れた高クロムオーステナイト耐熱合金に関する。
などの苛酷な高温、腐食環境下で高温強度と耐食性に優
れた高クロムオーステナイト耐熱合金に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、火力発電プラントにおいては、熱
効率の改善を目的とする超高温高圧ボイラが注目されて
いる。このボイラでは、従来のボイラに比較して蒸気条
件が高温、高圧化されているため、過熱器管材料として
は高温強度や耐食性に対する一段と厳しい要求性能を満
たさなければならない。このため、従来多く使用されて
いる18−8系ステンレス鋼よりも高い高温強度を有
し、かつ耐水蒸気酸化特性や耐高温腐食特性にも優れる
高強度高耐食オーステナイト鋼が要求される。
効率の改善を目的とする超高温高圧ボイラが注目されて
いる。このボイラでは、従来のボイラに比較して蒸気条
件が高温、高圧化されているため、過熱器管材料として
は高温強度や耐食性に対する一段と厳しい要求性能を満
たさなければならない。このため、従来多く使用されて
いる18−8系ステンレス鋼よりも高い高温強度を有
し、かつ耐水蒸気酸化特性や耐高温腐食特性にも優れる
高強度高耐食オーステナイト鋼が要求される。
【0003】一般に、耐食性を改善するためには、鋼中
のCr含有量を高めることが有効である。しかし、例え
ば25%程度のCrを含有するSUS310−STB鋼
にみられるように、600〜700℃での高温強度は1
8−8系ステンレス鋼よりもむしろ低めであり、かつσ
相析出による靱性劣化の問題がある。さらに、25%程
度のCr含有量では、厳しい腐食環境下においては耐食
性が十分ではない。
のCr含有量を高めることが有効である。しかし、例え
ば25%程度のCrを含有するSUS310−STB鋼
にみられるように、600〜700℃での高温強度は1
8−8系ステンレス鋼よりもむしろ低めであり、かつσ
相析出による靱性劣化の問題がある。さらに、25%程
度のCr含有量では、厳しい腐食環境下においては耐食
性が十分ではない。
【0004】比較的、耐食性が良好な合金としては、C
r含有量を30%程度に高めた、例えば特開昭59−1
53858号公報に開示されるような合金があるが、上
述のような厳しい条件下で単管として適用するには高温
強度が不足する。また、二重管とした場合には、製造コ
ストや信頼性の点で問題が多い。
r含有量を30%程度に高めた、例えば特開昭59−1
53858号公報に開示されるような合金があるが、上
述のような厳しい条件下で単管として適用するには高温
強度が不足する。また、二重管とした場合には、製造コ
ストや信頼性の点で問題が多い。
【0005】さらに、Cr含有量を30%程度に高める
一方、Mo、Wを添加することにより強度向上を図った
ものとして、特開昭60−100640号公報、同61
−174350号公報、同61−276948号公報お
よび同64−55352号公報などに開示されるような
耐熱合金があるが、いずれもその強度は十分とはいいが
たい。
一方、Mo、Wを添加することにより強度向上を図った
ものとして、特開昭60−100640号公報、同61
−174350号公報、同61−276948号公報お
よび同64−55352号公報などに開示されるような
耐熱合金があるが、いずれもその強度は十分とはいいが
たい。
【0006】そこで、本発明者らは、Cr含有量を30
%程度に高めた高Cr含有のCr−Ni−Fe系オース
テナイト合金の強度、具体的には高温クリープ破断強度
を、TiとBを複合添加することでCrが富化したbc
c相であるα−Cr相の微細析出促進を図ることによっ
て大幅に向上させた合金を先に特許出願した(特願平6
−9366号)。
%程度に高めた高Cr含有のCr−Ni−Fe系オース
テナイト合金の強度、具体的には高温クリープ破断強度
を、TiとBを複合添加することでCrが富化したbc
c相であるα−Cr相の微細析出促進を図ることによっ
て大幅に向上させた合金を先に特許出願した(特願平6
−9366号)。
【0007】しかし、近年、火力発電プラントは、時間
帯による電力需要の変化に対応してDSS(Daily star
t and stop)運転される傾向が強くなっており、熱サイ
クル環境下での使用頻度が増加している。このような熱
サイクル環境下における使用では、本願出願人が先に提
案した上記特願平6−9366号の合金においてもCr
2 O3 皮膜剥離による耐水蒸気酸化性および耐高温腐食
性の低下が避けられず、優れたクリープ破断強度と熱サ
イクル環境下での優れた耐水蒸気酸化性および耐高温腐
食性とを同時に満足させ得ないということが新たに判明
した。
帯による電力需要の変化に対応してDSS(Daily star
t and stop)運転される傾向が強くなっており、熱サイ
クル環境下での使用頻度が増加している。このような熱
サイクル環境下における使用では、本願出願人が先に提
案した上記特願平6−9366号の合金においてもCr
2 O3 皮膜剥離による耐水蒸気酸化性および耐高温腐食
性の低下が避けられず、優れたクリープ破断強度と熱サ
イクル環境下での優れた耐水蒸気酸化性および耐高温腐
食性とを同時に満足させ得ないということが新たに判明
した。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のような実状に鑑みなされたもので、より苛酷な高温環
境下において優れた高温強度を有し、しかも耐食性、特
に熱サイクル環境下における耐水蒸気酸化性および耐高
温腐食性にも優れる高クロムオーステナイト耐熱合金を
提供することにある。
のような実状に鑑みなされたもので、より苛酷な高温環
境下において優れた高温強度を有し、しかも耐食性、特
に熱サイクル環境下における耐水蒸気酸化性および耐高
温腐食性にも優れる高クロムオーステナイト耐熱合金を
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
(1)および(2)の高クロムオーステナイト耐熱合金
にある。
(1)および(2)の高クロムオーステナイト耐熱合金
にある。
【0010】(1) 重量%で、C:0.02%超え
0.10%以下、Si:1.0%以下、Mn:0.5%
以下、Cr:28.0〜38.0%、Ni:35.0〜
60.0%、Ti:0.5%超え1.5%以下、N:
0.05%以下、sol−Al:0.01〜0.3%、
B:0.001〜0.01%、Zr:0〜0.1%およ
びNb:0〜1.0%を含有し、さらにMo:0.5〜
3.0%およびW:1.0〜6.0%のうちの1種また
は2種、並びにY:0.01〜0.25%、La:0.
01〜0.25%およびCe:0.01〜0.25%の
うちの1種または2種以上を含有し、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と耐
高温腐食性に優れた高クロムオーステナイト耐熱合金。
0.10%以下、Si:1.0%以下、Mn:0.5%
以下、Cr:28.0〜38.0%、Ni:35.0〜
60.0%、Ti:0.5%超え1.5%以下、N:
0.05%以下、sol−Al:0.01〜0.3%、
B:0.001〜0.01%、Zr:0〜0.1%およ
びNb:0〜1.0%を含有し、さらにMo:0.5〜
3.0%およびW:1.0〜6.0%のうちの1種また
は2種、並びにY:0.01〜0.25%、La:0.
01〜0.25%およびCe:0.01〜0.25%の
うちの1種または2種以上を含有し、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と耐
高温腐食性に優れた高クロムオーステナイト耐熱合金。
【0011】(2) 上記(1)の成分に加えてさら
に、重量%で、Mg:0.001〜0.05%およびC
a:0.001〜0.05%のうちの一方または両方を
含有する高温強度と耐高温腐食性に優れた高クロムオー
ステナイト耐熱合金。
に、重量%で、Mg:0.001〜0.05%およびC
a:0.001〜0.05%のうちの一方または両方を
含有する高温強度と耐高温腐食性に優れた高クロムオー
ステナイト耐熱合金。
【0012】上記(1)において、ZrおよびNbは無
添加でもよい。これらを積極的に添加する場合、その含
有量の範囲は、Zrで0.01〜0.1%、Nbで0.
1〜1.0%とするのが望ましい。
添加でもよい。これらを積極的に添加する場合、その含
有量の範囲は、Zrで0.01〜0.1%、Nbで0.
1〜1.0%とするのが望ましい。
【0013】前記のようなより苛酷な高温腐食環境下で
十分な耐食性を得るためには、28.0%以上のCrを
含有させることが必要である。このような高Cr含有の
Cr−Ni−Fe系合金においては、所定のNi含有量
の範囲で、Crが富化したbcc相であるα−Cr相が
析出し、高温強度、特にクリープ強度に影響を及ぼす。
十分な耐食性を得るためには、28.0%以上のCrを
含有させることが必要である。このような高Cr含有の
Cr−Ni−Fe系合金においては、所定のNi含有量
の範囲で、Crが富化したbcc相であるα−Cr相が
析出し、高温強度、特にクリープ強度に影響を及ぼす。
【0014】本発明者らは、前記の従来の高Cr含有オ
ーステナイト合金のクリープ破断強度の飛躍的な向上
と、上記の熱サイクル環境下での耐食性、具体的には耐
水蒸気酸化性および耐高温腐食性の飛躍的な向上を目指
して鋭意研究を行った結果、次のおよびに示す知見
を得た。
ーステナイト合金のクリープ破断強度の飛躍的な向上
と、上記の熱サイクル環境下での耐食性、具体的には耐
水蒸気酸化性および耐高温腐食性の飛躍的な向上を目指
して鋭意研究を行った結果、次のおよびに示す知見
を得た。
【0015】 TiとBとの複合添加は、クリープ破
断強度を著しく向上させる。これは、Tiがα−Cr相
析出を促進し、さらにBが炭化物の微細析出を促進、安
定化させてα−Cr相の成長を抑制し、長時間使用によ
ってもα−Cr相が粗大化することがないためであるこ
と。
断強度を著しく向上させる。これは、Tiがα−Cr相
析出を促進し、さらにBが炭化物の微細析出を促進、安
定化させてα−Cr相の成長を抑制し、長時間使用によ
ってもα−Cr相が粗大化することがないためであるこ
と。
【0016】 このTiとBとを複合添加した高Cr
含有オーステナイト合金においては、Y、La、Ceの
1種または2種以上を適量含有させる一方、Mnの含有
量を低減すると、Cr2 O3 皮膜が優先的に成長するの
に加え、この皮膜の密着性低下の原因となる微量不純物
であるSを硫化物としてメタル中に固定する結果、Cr
2 O3 皮膜とメタルとの密着性が著しく向上し、熱サイ
クル環境下における耐水蒸気酸化性および耐高温腐食性
が著しく向上すること。
含有オーステナイト合金においては、Y、La、Ceの
1種または2種以上を適量含有させる一方、Mnの含有
量を低減すると、Cr2 O3 皮膜が優先的に成長するの
に加え、この皮膜の密着性低下の原因となる微量不純物
であるSを硫化物としてメタル中に固定する結果、Cr
2 O3 皮膜とメタルとの密着性が著しく向上し、熱サイ
クル環境下における耐水蒸気酸化性および耐高温腐食性
が著しく向上すること。
【0017】
【作用】以下、本発明の合金を構成する成分の作用効果
と、その適正含有量を前記のように定めた理由について
説明する。なお、以下において%は重量%を意味する。
と、その適正含有量を前記のように定めた理由について
説明する。なお、以下において%は重量%を意味する。
【0018】C:0.02%超え0.10%以下 Cは、炭化物を形成して耐熱合金として必要な引張強さ
や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。C含有量が0.02%以下ではこれらの所望の効果
が得られない。一方、0.10%を超えると合金の延性
および靱性の低下が大きくなる。従って、C含有量は
0.02%超え0.10%以下とした。
や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。C含有量が0.02%以下ではこれらの所望の効果
が得られない。一方、0.10%を超えると合金の延性
および靱性の低下が大きくなる。従って、C含有量は
0.02%超え0.10%以下とした。
【0019】Si:1.0%以下 Siは、脱酸のために必要な元素であるとともに、耐酸
化性改善にも寄与する元素である。しかし、Siが1.
0%を超えて過剰に存在すると、溶接性や組織安定性が
悪化する。従って、Si含有量は1.0%以下とした。
好ましくは0.5%以下である。なお、脱酸および耐酸
化性改善の効果を確実に得るためには、0.05%以上
含有させるのが望ましい。
化性改善にも寄与する元素である。しかし、Siが1.
0%を超えて過剰に存在すると、溶接性や組織安定性が
悪化する。従って、Si含有量は1.0%以下とした。
好ましくは0.5%以下である。なお、脱酸および耐酸
化性改善の効果を確実に得るためには、0.05%以上
含有させるのが望ましい。
【0020】Mn:0.5%以下 Mnは、スピネル型酸化皮膜形成促進元素であり、Mn
が0.5%を超えて存在するとスピネル型の酸化皮膜が
多くなって合金の耐水蒸気酸化性が劣化するため、本発
明では0.5%以下に制限する。好ましくは、0.3%
以下である。
が0.5%を超えて存在するとスピネル型の酸化皮膜が
多くなって合金の耐水蒸気酸化性が劣化するため、本発
明では0.5%以下に制限する。好ましくは、0.3%
以下である。
【0021】なお、Cr2 O3 皮膜を優先的に成長形成
させる観点からはMnの含有量は少ないほどよく、その
含有量の下限を特に定める必要はない。しかし、Mnは
脱酸剤としての作用や熱間加工性を向上させる作用もあ
り、その効果は0.05%以上で得られることから、こ
れらの効果を得たい場合には0.05%以上含有させる
ことが好ましい。
させる観点からはMnの含有量は少ないほどよく、その
含有量の下限を特に定める必要はない。しかし、Mnは
脱酸剤としての作用や熱間加工性を向上させる作用もあ
り、その効果は0.05%以上で得られることから、こ
れらの効果を得たい場合には0.05%以上含有させる
ことが好ましい。
【0022】Cr:28.0〜38.0% Crは、耐酸化性、耐水蒸気酸化性あるいは耐高温腐食
性等の耐食性改善に優れた作用を発揮し、さらに本発明
においては高温強度を担うα−Cr相を形成する重要な
元素である。しかし、その含有量が28.0%未満では
これらの所望の効果が得られない。一方、38.0%を
超えると加工性の劣化や組織の不安定化を招く。従っ
て、Cr含有量は28.0〜38.0%とした。
性等の耐食性改善に優れた作用を発揮し、さらに本発明
においては高温強度を担うα−Cr相を形成する重要な
元素である。しかし、その含有量が28.0%未満では
これらの所望の効果が得られない。一方、38.0%を
超えると加工性の劣化や組織の不安定化を招く。従っ
て、Cr含有量は28.0〜38.0%とした。
【0023】Ni:35.0〜60.0% Niは、安定なオーステナイト組織を得るために必要不
可欠な元素である。さらにα−Cr相の析出を抑制する
作用を有する元素でもある。しかし、その含有量が3
5.0%未満であると、オーステナイト組織の確保が不
安定になる。一方、60.0%を超えるとα−Cr相の
析出が抑制され、高温強度が不足する上に経済的にも多
大な不利を招く。従って、Ni含有量は35.0〜6
0.0%とした。好ましくは、40.0〜58.0%で
ある。
可欠な元素である。さらにα−Cr相の析出を抑制する
作用を有する元素でもある。しかし、その含有量が3
5.0%未満であると、オーステナイト組織の確保が不
安定になる。一方、60.0%を超えるとα−Cr相の
析出が抑制され、高温強度が不足する上に経済的にも多
大な不利を招く。従って、Ni含有量は35.0〜6
0.0%とした。好ましくは、40.0〜58.0%で
ある。
【0024】Ti:0.5%超え1.5%以下 Tiは、高温強度の向上に有効なα−Cr相の析出に大
きな影響を及ぼす重要な元素である。Tiを含有させる
とα−Cr相の析出が促進される。十分な高温強度が得
られるα−Cr相量を確保するには、0.5%を超える
Ti含有量が必要である。一方、1.5%を超えるとα
−Cr相の析出が過多となり、破断延性の劣化を招いて
破断寿命の低下が現れるのに加え、長時間使用後の靱性
を阻害する。従って、Ti含有量は0.5%超え1.5
%以下とした。好ましくは、0.5%超え0.9%以下
である。
きな影響を及ぼす重要な元素である。Tiを含有させる
とα−Cr相の析出が促進される。十分な高温強度が得
られるα−Cr相量を確保するには、0.5%を超える
Ti含有量が必要である。一方、1.5%を超えるとα
−Cr相の析出が過多となり、破断延性の劣化を招いて
破断寿命の低下が現れるのに加え、長時間使用後の靱性
を阻害する。従って、Ti含有量は0.5%超え1.5
%以下とした。好ましくは、0.5%超え0.9%以下
である。
【0025】N:0.05%以下 Nは、高温強度を改善するとともに、オーステナイト組
織を安定化する作用を有する元素である。このため、高
価な元素であるNiの一部として代替するのに有効であ
る。しかし、0.05%を超えて存在すると高温長時間
使用時に窒化物が析出し、長時間使用後の靱性の低下を
もたらす。従って、N含有量は0.05%以下とした。
好ましくは、0.03%以下である。
織を安定化する作用を有する元素である。このため、高
価な元素であるNiの一部として代替するのに有効であ
る。しかし、0.05%を超えて存在すると高温長時間
使用時に窒化物が析出し、長時間使用後の靱性の低下を
もたらす。従って、N含有量は0.05%以下とした。
好ましくは、0.03%以下である。
【0026】sol−Al:0.01〜0.3% Alは、脱酸元素として有効な元素であり、その効果を
得るにはsol−Al含有量で0.01%以上が必要で
ある。一方、sol−Al含有量が0.3%を超えると
加工性が低下する。従って、sol−Al含有量は0.
01〜0.3%とした。
得るにはsol−Al含有量で0.01%以上が必要で
ある。一方、sol−Al含有量が0.3%を超えると
加工性が低下する。従って、sol−Al含有量は0.
01〜0.3%とした。
【0027】B:0.001〜0.01% Bは、クリープ破断強度の改善に有効な元素である。B
によって炭化物の微細析出が促進、安定化され、高温強
度の向上に大きく寄与するとともに、微細析出した炭化
物によってα−Cr相の成長が抑制され、長時間使用後
もα−Cr相が粗大化しなくなる。しかし、その含有量
が0.001%未満では、この効果が得られない。一
方、0.01%を超えるとクリープ破断強度が低下し、
溶接性も劣化する。従って、B含有量は0.001〜
0.01%とした。好ましくは、0.002〜0.00
6%である。
によって炭化物の微細析出が促進、安定化され、高温強
度の向上に大きく寄与するとともに、微細析出した炭化
物によってα−Cr相の成長が抑制され、長時間使用後
もα−Cr相が粗大化しなくなる。しかし、その含有量
が0.001%未満では、この効果が得られない。一
方、0.01%を超えるとクリープ破断強度が低下し、
溶接性も劣化する。従って、B含有量は0.001〜
0.01%とした。好ましくは、0.002〜0.00
6%である。
【0028】MoおよびW:Moは0.5〜3.0%、
Wは1.0〜6.0% MoおよびWは、主として固溶強化元素として有効であ
り、クリープ破断強度を向上させる。しかし、その含有
量がMoでは0.5%未満、Wでは1.0%未満である
とこれらの効果が得られない。一方、Mo含有量が3.
0%を、W含有量が6.0%を超えると、耐食性、加工
性が劣化する。従って、Mo含有量は0.5〜3.0
%、W含有量は1.0〜6.0%とした。好ましい、M
o含有量は1.0〜2.5%、W含有量は2.0〜5.
0%である。
Wは1.0〜6.0% MoおよびWは、主として固溶強化元素として有効であ
り、クリープ破断強度を向上させる。しかし、その含有
量がMoでは0.5%未満、Wでは1.0%未満である
とこれらの効果が得られない。一方、Mo含有量が3.
0%を、W含有量が6.0%を超えると、耐食性、加工
性が劣化する。従って、Mo含有量は0.5〜3.0
%、W含有量は1.0〜6.0%とした。好ましい、M
o含有量は1.0〜2.5%、W含有量は2.0〜5.
0%である。
【0029】これらの元素は、1種だけを選んで含有さ
せてもよいし、2種複合して含有させてもよい。ただ
し、2種併用する場合には、合計含有量を[Mo+(1
/2)W]で3.0%以下に抑えるのが望ましい。
せてもよいし、2種複合して含有させてもよい。ただ
し、2種併用する場合には、合計含有量を[Mo+(1
/2)W]で3.0%以下に抑えるのが望ましい。
【0030】 Y、LaおよびCe:いずれも0.01〜0.25% Y、LaおよびCeは、主として合金中の微量不純物で
あるSを硫化物としてメタル中に固定してメタルとCr
2 O3 皮膜の密着性を高め、熱サイクル条件下でのCr
2 O3 皮膜剥離を防止して温度変動下での使用時におけ
る耐水蒸気酸化性を向上させる。しかし、いずれの元素
もその含有量が0.01%未満では上記の効果が得られ
ない。一方、いずれの元素も0.25%を超えて含有さ
せると加工性が劣化し、またそのCr2 O3 皮膜剥離防
止効果が飽和する。従って、Y、LaおよびCeの含有
量は、いずれの元素も0.01〜0.25%と定めた。
好ましい含有量は、いずれの元素も0.02〜0.20
%である。
あるSを硫化物としてメタル中に固定してメタルとCr
2 O3 皮膜の密着性を高め、熱サイクル条件下でのCr
2 O3 皮膜剥離を防止して温度変動下での使用時におけ
る耐水蒸気酸化性を向上させる。しかし、いずれの元素
もその含有量が0.01%未満では上記の効果が得られ
ない。一方、いずれの元素も0.25%を超えて含有さ
せると加工性が劣化し、またそのCr2 O3 皮膜剥離防
止効果が飽和する。従って、Y、LaおよびCeの含有
量は、いずれの元素も0.01〜0.25%と定めた。
好ましい含有量は、いずれの元素も0.02〜0.20
%である。
【0031】これらの元素は、1種だけを選んで含有さ
せてもよいし、2種以上を複合して含有させてもよい。
ただし、2種以上を併用する場合には、特に加工性を維
持する点から、その合計含有量を0.25%以下、好ま
しくは0.20%以下に抑えるのが望ましい。
せてもよいし、2種以上を複合して含有させてもよい。
ただし、2種以上を併用する場合には、特に加工性を維
持する点から、その合計含有量を0.25%以下、好ま
しくは0.20%以下に抑えるのが望ましい。
【0032】本発明合金は、上記の成分の他に、さらに
以下に述べる成分を含有することができる。
以下に述べる成分を含有することができる。
【0033】Zr:上限0.1% Zrは、主として合金の粒界を強化してクリープ破断強
度を向上させる作用を有するので、この効果を得たい場
合に、必要に応じて含有させる。その効果は、Zr含有
量が0.01%以上で得られるので、含有させる場合に
は0.01%以上、好ましくは0.02%以上とするの
が望ましい。しかし、その含有量が0.1%を超えると
逆にクリープ破断強度が低下し、溶接性も劣化する。従
って、Zrを含有させる場合の上限は、0.1%とし
た。好ましい上限は0.06%である。
度を向上させる作用を有するので、この効果を得たい場
合に、必要に応じて含有させる。その効果は、Zr含有
量が0.01%以上で得られるので、含有させる場合に
は0.01%以上、好ましくは0.02%以上とするの
が望ましい。しかし、その含有量が0.1%を超えると
逆にクリープ破断強度が低下し、溶接性も劣化する。従
って、Zrを含有させる場合の上限は、0.1%とし
た。好ましい上限は0.06%である。
【0034】Nb:上限1.0% Nbは、結晶粒を微細化し、延性を向上させるととも
に、オーステナイト相中やCr炭化物中に固溶してクリ
ープ破断強度を向上させる作用を有するので、これらの
効果を得たい場合に、必要に応じて含有させる。その効
果は、Nb含有量が0.1%以上で得られるので、含有
させる場合には0.1%以上、好ましくは0.2%以上
とするのが望ましい。しかし、その含有量が1.0%を
超えると靱性の劣化を招く。従って、Nbを含有させる
場合の上限は、1.0%とした。好ましい上限は0.8
%である。
に、オーステナイト相中やCr炭化物中に固溶してクリ
ープ破断強度を向上させる作用を有するので、これらの
効果を得たい場合に、必要に応じて含有させる。その効
果は、Nb含有量が0.1%以上で得られるので、含有
させる場合には0.1%以上、好ましくは0.2%以上
とするのが望ましい。しかし、その含有量が1.0%を
超えると靱性の劣化を招く。従って、Nbを含有させる
場合の上限は、1.0%とした。好ましい上限は0.8
%である。
【0035】 MgおよびCa:上限は、いずれも0.05% MgおよびCaは、加工性を改善するのに有効な元素で
あり、この効果を得たい場合に、必要に応じて含有させ
る。その効果は、いずれの元素も、その含有量が0.0
01%以上で得られるので、含有させる場合には、いず
れの元素も0.001%以上、好ましくは0.002%
以上とするのが望ましい。しかし、いずれの元素もその
含有量が0.05%を超えると逆に加工性を劣化させ
る。従って、MgおよびCaを含有させる場合の上限
は、いずれの元素も0.05%とした。好ましい上限
は、いずれの元素も0.02%である。
あり、この効果を得たい場合に、必要に応じて含有させ
る。その効果は、いずれの元素も、その含有量が0.0
01%以上で得られるので、含有させる場合には、いず
れの元素も0.001%以上、好ましくは0.002%
以上とするのが望ましい。しかし、いずれの元素もその
含有量が0.05%を超えると逆に加工性を劣化させ
る。従って、MgおよびCaを含有させる場合の上限
は、いずれの元素も0.05%とした。好ましい上限
は、いずれの元素も0.02%である。
【0036】これらの元素は、1種だけを選んで含有さ
せてもよいし、2種複合して含有させてもよい。ただ
し、2種併用する場合には、合計含有量を0.05%以
下、好ましくは0.02%以下に抑えるのが望ましい。
せてもよいし、2種複合して含有させてもよい。ただ
し、2種併用する場合には、合計含有量を0.05%以
下、好ましくは0.02%以下に抑えるのが望ましい。
【0037】
【実施例】表1に示す化学組成の30種類の合金を高周
波真空溶解炉で溶製して得た20kgの各インゴットを
鍛造、冷間圧延し、さらに1200℃で固溶化熱処理を
施した供試材から、各試験片を作製し、繰り返し水蒸気
酸化試験と繰り返し高温腐食試験およびクリープ破断試
験を行った。
波真空溶解炉で溶製して得た20kgの各インゴットを
鍛造、冷間圧延し、さらに1200℃で固溶化熱処理を
施した供試材から、各試験片を作製し、繰り返し水蒸気
酸化試験と繰り返し高温腐食試験およびクリープ破断試
験を行った。
【0038】繰り返し水蒸気酸化試験は、厚さ3mm×
幅10mm×長さ20mmの試験片を700℃の水蒸気
中に100時間曝してから常温まで冷却する操作を40
回繰り返し施した後、光学顕微鏡観察によって試験片表
面に生成した酸化スケールのうちの内層スケール(メタ
ル表面よりメタル側に生成したスケール)の厚さを測定
し、その平均値を求めた。なお、一部の供試合金につい
ては、10回、20回、30回および40回の繰り返し
後のスケール残留率を測定した。
幅10mm×長さ20mmの試験片を700℃の水蒸気
中に100時間曝してから常温まで冷却する操作を40
回繰り返し施した後、光学顕微鏡観察によって試験片表
面に生成した酸化スケールのうちの内層スケール(メタ
ル表面よりメタル側に生成したスケール)の厚さを測定
し、その平均値を求めた。なお、一部の供試合金につい
ては、10回、20回、30回および40回の繰り返し
後のスケール残留率を測定した。
【0039】繰り返し高温腐食試験は、厚さ3mm×幅
15mm×長さ15mmの試験片の表面に合成石炭灰
(1.5mol・Na2 SO4 −1.5mol・K2 S
O4 −1mol・Fe2 O3 )を塗布し、この試験片を
1%SO2 −5%O2 −15%CO2 −bal.N2 か
らなる700℃のガス中に20時間曝してから常温まで
冷却する操作を10回繰り返し施した後、試験片の腐食
減量を求めた。
15mm×長さ15mmの試験片の表面に合成石炭灰
(1.5mol・Na2 SO4 −1.5mol・K2 S
O4 −1mol・Fe2 O3 )を塗布し、この試験片を
1%SO2 −5%O2 −15%CO2 −bal.N2 か
らなる700℃のガス中に20時間曝してから常温まで
冷却する操作を10回繰り返し施した後、試験片の腐食
減量を求めた。
【0040】クリープ破断試験は、外径6mm、標点間
距離30mmの試験片を用いて700℃で負荷応力16
kgf/mm2 で行い、その破断時間(hr)を求め
た。
距離30mmの試験片を用いて700℃で負荷応力16
kgf/mm2 で行い、その破断時間(hr)を求め
た。
【0041】これらの試験結果を、表2に示した。な
お、表1中、No. 1〜22は本発明例の合金、No. A〜
Hは比較例の合金で、そのうち、No. A〜Cは特願平6
−9366号の発明合金、No. Fは特開昭61−174
350号公報に開示される従来合金、No. Gは特開昭6
1−276948号公報に開示される従来合金、No. H
は特開昭64−55352号公報に開示される従来合金
である。
お、表1中、No. 1〜22は本発明例の合金、No. A〜
Hは比較例の合金で、そのうち、No. A〜Cは特願平6
−9366号の発明合金、No. Fは特開昭61−174
350号公報に開示される従来合金、No. Gは特開昭6
1−276948号公報に開示される従来合金、No. H
は特開昭64−55352号公報に開示される従来合金
である。
【0042】
【表1】
【0043】
【表2】
【0044】また、図1は繰り返し水蒸気酸化特性に及
ぼすY、LaおよびCe含有量の影響を示す図であり、
図2は繰り返し水蒸気酸化特性に及ぼすMn含有量の影
響を示す図であり、図3は繰り返し水蒸気酸化試験後の
スケール残留率に及ぼすMn含有量とY含有量の影響を
示す図である。
ぼすY、LaおよびCe含有量の影響を示す図であり、
図2は繰り返し水蒸気酸化特性に及ぼすMn含有量の影
響を示す図であり、図3は繰り返し水蒸気酸化試験後の
スケール残留率に及ぼすMn含有量とY含有量の影響を
示す図である。
【0045】表2に示す試験結果からわかるように、本
発明の合金(No. 1〜22)は、従来合金(No. F〜
H)に比べて非常に長いクリープ破断時間を示してお
り、優れたクリープ破断強度を有している。これは、適
量のTiとBを複合含有させることによってα−Cr相
の析出が促進され、さらにその成長粗大化が抑制される
ためである。
発明の合金(No. 1〜22)は、従来合金(No. F〜
H)に比べて非常に長いクリープ破断時間を示してお
り、優れたクリープ破断強度を有している。これは、適
量のTiとBを複合含有させることによってα−Cr相
の析出が促進され、さらにその成長粗大化が抑制される
ためである。
【0046】また、表2および図1からわかるように、
0.01%以上のY、LaおよびCeのいずれか1種を
含有させた本発明の合金(No. 1〜22)は、耐繰り返
し水蒸気酸化特性および耐繰り返し高温腐食特性が、本
出願人が先に提案した合金(No. A〜C)や従来合金
(No. F、H)に比べていずれも大幅に向上している。
0.01%以上のY、LaおよびCeのいずれか1種を
含有させた本発明の合金(No. 1〜22)は、耐繰り返
し水蒸気酸化特性および耐繰り返し高温腐食特性が、本
出願人が先に提案した合金(No. A〜C)や従来合金
(No. F、H)に比べていずれも大幅に向上している。
【0047】これに対し、表2および図2からわかるよ
うに、適量のYを含有させた合金であっても、Mnを本
発明で規定する0.5%を超えて多く含有させた比較例
の合金(No. D、E)では、耐繰り返し水蒸気酸化特性
および耐繰り返し高温腐食特性が著しく劣っている。
うに、適量のYを含有させた合金であっても、Mnを本
発明で規定する0.5%を超えて多く含有させた比較例
の合金(No. D、E)では、耐繰り返し水蒸気酸化特性
および耐繰り返し高温腐食特性が著しく劣っている。
【0048】さらに、図3からわかるように、Mn含有
量が0.5%以下で適量のYを含有させた本発明の合金
(No. 1)では、40回の繰り返し水蒸気酸化試験後に
おいてもスケール剥離は全く生じておらず、スケールの
密着性に優れているが、Mn含有量は低いもののYを含
有しない比較例の合金(No. A)や、適量のYを含有す
るもののMnの含有量が高い比較例の合金(No. E)で
は、繰り返し水蒸気酸化試験によってスケール剥離が著
しく生じており、スケールの密着性に劣っている。
量が0.5%以下で適量のYを含有させた本発明の合金
(No. 1)では、40回の繰り返し水蒸気酸化試験後に
おいてもスケール剥離は全く生じておらず、スケールの
密着性に優れているが、Mn含有量は低いもののYを含
有しない比較例の合金(No. A)や、適量のYを含有す
るもののMnの含有量が高い比較例の合金(No. E)で
は、繰り返し水蒸気酸化試験によってスケール剥離が著
しく生じており、スケールの密着性に劣っている。
【0049】以上の本発明合金の効果は、適量のY、L
aおよびCeを1種または2種以上含有させる一方、M
n含有量を0.5%以下とすることによる相乗作用によ
ってCr2 O3 皮膜が優先的に成長するとともに、Cr
2 O3 皮膜とメタル界面との密着性が大きく向上するた
めである。
aおよびCeを1種または2種以上含有させる一方、M
n含有量を0.5%以下とすることによる相乗作用によ
ってCr2 O3 皮膜が優先的に成長するとともに、Cr
2 O3 皮膜とメタル界面との密着性が大きく向上するた
めである。
【0050】なお、特開昭61−276948号公報に
提案された従来合金は、Yを必須成分として含有するも
のでないが、従来合金(No. G)として示すように、Y
を含有する場合には、耐繰り返し水蒸気酸化特性と耐繰
り返し高温腐食特性については本発明の合金とほぼ同等
の特性を有している。しかし、この特開昭61−276
948号公報に提案されたY含有の従来合金(No. G)
は、前述したように、適量のTiとBを必須成分として
複合含有するものでないため、クリープ破断強度が著し
く低く、クリープ破断強度と耐繰り返し水蒸気酸化特性
および耐繰り返し高温腐食特性を同時に満足していな
い。
提案された従来合金は、Yを必須成分として含有するも
のでないが、従来合金(No. G)として示すように、Y
を含有する場合には、耐繰り返し水蒸気酸化特性と耐繰
り返し高温腐食特性については本発明の合金とほぼ同等
の特性を有している。しかし、この特開昭61−276
948号公報に提案されたY含有の従来合金(No. G)
は、前述したように、適量のTiとBを必須成分として
複合含有するものでないため、クリープ破断強度が著し
く低く、クリープ破断強度と耐繰り返し水蒸気酸化特性
および耐繰り返し高温腐食特性を同時に満足していな
い。
【0051】
【発明の効果】本発明の高クロムオーステナイト耐熱合
金は、より苛酷な高温環境下においても優れたクリープ
破断強度を有し、しかも耐食性、特に熱サイクル環境下
での優れた耐水蒸気酸化性および耐高温腐食性を有する
合金である。従って、苛酷な高温かつ熱サイクル腐食環
境下でも単管として使用でき、従来合金による二重管よ
りもコスト的に有利で、しかも信頼性が高い。
金は、より苛酷な高温環境下においても優れたクリープ
破断強度を有し、しかも耐食性、特に熱サイクル環境下
での優れた耐水蒸気酸化性および耐高温腐食性を有する
合金である。従って、苛酷な高温かつ熱サイクル腐食環
境下でも単管として使用でき、従来合金による二重管よ
りもコスト的に有利で、しかも信頼性が高い。
【図1】繰り返し水蒸気酸化特性に及ぼすY、Laおよ
びCe含有量の影響を示す図である。
びCe含有量の影響を示す図である。
【図2】繰り返し水蒸気酸化特性に及ぼすMn含有量の
影響を示す図である。
影響を示す図である。
【図3】繰り返し水蒸気酸化試験後のスケール残留率に
及ぼすMn含有量とY含有量の影響を示す図である。
及ぼすMn含有量とY含有量の影響を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】重量%で、C:0.02%超え0.10%
以下、Si:1.0%以下、Mn:0.5%以下、C
r:28.0〜38.0%、Ni:35.0〜60.0
%、Ti:0.5%超え1.5%以下、N:0.05%
以下、sol−Al:0.01〜0.3%、B:0.0
01〜0.01%、Zr:0〜0.1%およびNb:0
〜1.0%を含有し、さらにMo:0.5〜3.0%お
よびW:1.0〜6.0%のうちの1種または2種、並
びにY:0.01〜0.25%、La:0.01〜0.
25%およびCe:0.01〜0.25%のうちの1種
または2種以上を含有し、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と耐高温腐食性
に優れた高クロムオーステナイト耐熱合金。 - 【請求項2】請求項1に記載の成分に加えてさらに、重
量%で、Mg:0.001〜0.05%およびCa:
0.001〜0.05%のうちの一方または両方を含有
する高温強度と耐高温腐食性に優れた高クロムオーステ
ナイト耐熱合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7022516A JPH08218140A (ja) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | 高温強度と耐高温腐食性に優れた高クロムオーステナイト耐熱合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7022516A JPH08218140A (ja) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | 高温強度と耐高温腐食性に優れた高クロムオーステナイト耐熱合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08218140A true JPH08218140A (ja) | 1996-08-27 |
Family
ID=12084941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7022516A Pending JPH08218140A (ja) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | 高温強度と耐高温腐食性に優れた高クロムオーステナイト耐熱合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08218140A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009154161A1 (ja) | 2008-06-16 | 2009-12-23 | 住友金属工業株式会社 | オーステナイト系耐熱合金ならびにこの合金からなる耐熱耐圧部材とその製造方法 |
| WO2010038826A1 (ja) | 2008-10-02 | 2010-04-08 | 住友金属工業株式会社 | Ni基耐熱合金 |
| WO2011071054A1 (ja) | 2009-12-10 | 2011-06-16 | 住友金属工業株式会社 | オーステナイト系耐熱合金 |
| US8313591B2 (en) | 2008-12-25 | 2012-11-20 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Austenitic heat resistant alloy |
| WO2013021853A1 (ja) | 2011-08-09 | 2013-02-14 | 新日鐵住金株式会社 | Ni基耐熱合金 |
| WO2013073423A1 (ja) | 2011-11-15 | 2013-05-23 | 新日鐵住金株式会社 | 継目無オーステナイト系耐熱合金管 |
| WO2013118585A1 (ja) | 2012-02-08 | 2013-08-15 | 新日鐵住金株式会社 | 二重管およびそれを用いた溶接構造体 |
| WO2013183670A1 (ja) | 2012-06-07 | 2013-12-12 | 新日鐵住金株式会社 | Ni基合金 |
| JP2016037664A (ja) * | 2014-08-06 | 2016-03-22 | 新日鐵住金株式会社 | オーステナイト系耐熱合金部材 |
| KR20200100612A (ko) * | 2017-10-13 | 2020-08-26 | 헤인스 인터내셔널, 인코포레이티드 | 용융 염화물 염을 포함하는 솔라 타워 시스템 |
-
1995
- 1995-02-10 JP JP7022516A patent/JPH08218140A/ja active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8801877B2 (en) | 2008-06-16 | 2014-08-12 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Austenitic heat resistant alloy, heat resistant pressure member comprising the alloy, and method for manufacturing the same member |
| WO2009154161A1 (ja) | 2008-06-16 | 2009-12-23 | 住友金属工業株式会社 | オーステナイト系耐熱合金ならびにこの合金からなる耐熱耐圧部材とその製造方法 |
| WO2010038826A1 (ja) | 2008-10-02 | 2010-04-08 | 住友金属工業株式会社 | Ni基耐熱合金 |
| US8293169B2 (en) | 2008-10-02 | 2012-10-23 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Ni-base heat resistant alloy |
| US8313591B2 (en) | 2008-12-25 | 2012-11-20 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Austenitic heat resistant alloy |
| US8808473B2 (en) | 2009-12-10 | 2014-08-19 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Austenitic heat resistant alloy |
| WO2011071054A1 (ja) | 2009-12-10 | 2011-06-16 | 住友金属工業株式会社 | オーステナイト系耐熱合金 |
| KR20140034928A (ko) | 2011-08-09 | 2014-03-20 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | Ni기 내열 합금 |
| WO2013021853A1 (ja) | 2011-08-09 | 2013-02-14 | 新日鐵住金株式会社 | Ni基耐熱合金 |
| US9328403B2 (en) | 2011-08-09 | 2016-05-03 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Ni-based heat resistant alloy |
| WO2013073423A1 (ja) | 2011-11-15 | 2013-05-23 | 新日鐵住金株式会社 | 継目無オーステナイト系耐熱合金管 |
| KR20140091061A (ko) | 2011-11-15 | 2014-07-18 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 이음매 없는 오스테나이트계 내열 합금관 |
| WO2013118585A1 (ja) | 2012-02-08 | 2013-08-15 | 新日鐵住金株式会社 | 二重管およびそれを用いた溶接構造体 |
| WO2013183670A1 (ja) | 2012-06-07 | 2013-12-12 | 新日鐵住金株式会社 | Ni基合金 |
| KR20150012271A (ko) | 2012-06-07 | 2015-02-03 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | Ni기 합금 |
| US9932655B2 (en) | 2012-06-07 | 2018-04-03 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Ni-based alloy |
| JP2016037664A (ja) * | 2014-08-06 | 2016-03-22 | 新日鐵住金株式会社 | オーステナイト系耐熱合金部材 |
| KR20200100612A (ko) * | 2017-10-13 | 2020-08-26 | 헤인스 인터내셔널, 인코포레이티드 | 용융 염화물 염을 포함하는 솔라 타워 시스템 |
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