JPH0830247B2 - 高温強度の優れたオーステナイト鋼 - Google Patents

高温強度の優れたオーステナイト鋼

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JPH0830247B2
JPH0830247B2 JP60272838A JP27283885A JPH0830247B2 JP H0830247 B2 JPH0830247 B2 JP H0830247B2 JP 60272838 A JP60272838 A JP 60272838A JP 27283885 A JP27283885 A JP 27283885A JP H0830247 B2 JPH0830247 B2 JP H0830247B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、優れた高温強度を有し、したがって高温
装置用構造材料として用いた場合に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〕
従来、一般に高温環境下で使用されるボイラや化学プ
ラント等の装置の構造材料として、18−8系オーステナ
イトステンレス鋼を主体としたオーステナイト鋼が広く
用いられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
一方、近年のボイラや化学プラント等の高性能化およ
び大型化はめざましく、これに伴ない、これらの装置の
操業条件は一段と苛酷さを増し、より高温での操業が行
なわれる状況にあり、したがって前記装置の構造材料に
は優れた高温強度が要求されるが、上記の18−8系オー
ステナイトステンレス鋼を主体としてオーステナイト鋼
においては、十分な高温強度を具備するものでないため
に、これらの要求に満足に対応することができない。
〔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
強度の優れたオーステナイト鋼を開発すべく研究を行な
った結果、 (a)N含有オーステナイト鋼では、Cu,B、およびMgの
含有によって高温強度が一層向上すること。
(b)上記(a)のオーステナイト鋼の高温強度向上に
はSiおよびAl含有量の低減が有効であり、特にSiは窒化
物の析出を促進して強度低下や靱性劣化をもたらすこと
から、その含有量を0.3%以下に抑える必要があるこ
と。
(c)上記(b)のオーステナイト鋼に、炭窒化物分散
強化元素としてNb、あるいは固溶強化元素としてMoおよ
び/またはWを、単独で、あるいは複合で含有させる
と、高温強度が一段と向上すること。
以上(a)〜(c)に示される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
のであって、重量割合で(以下、%は重量割合を示す) C:0.15%以下、Si:0.3%以下、 Mn:10%以下、Cr:14〜27%、 Ni:6〜30%、Cu:2〜6%、 Al:0.003〜0.030%、Ag:0.001〜0.015%、 B:0.001〜0.010%、N:0.05〜0.35%、 を含有し、さらに必要に応じて、 Mo:0.3〜3.0%、W:0.5〜5.0%、 Nb:0.05〜1.5%、 のうちの1種以上を含有し、 Feおよび不可避的不純物:残り から成る成分組成を有する、高温強度の優れたオーステ
ナイト鋼に特徴を有するものである。
次いで、この発明のオーステナイト鋼において、各成
分の含有割合を上記の通り限定した理由を説明する。
(a)C Cは、オーステナイト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効な元素であるが、
0.15%を越えて含有させると溶体化状態での未固溶炭化
物量が増加して機械的性質に悪影響を及ぼすようになる
ことから、C含有量は0.15%以下と定めた。なお、C含
有量が微量であってもそれなりの効果を得られるが、好
ましくは0.01%以上を含有させるのが良い。
(b)Si Siは脱酸剤として有効な元素であり、通常のオーステ
ナイト鋼では0.4〜0.8%程度含有されているが、含有量
が多くなると溶接性が劣化する上、高温強度および延性
・靱性の低下をも招くこととなる。つまり、Siを含有さ
せると、その増加に伴って長時間加熱中に生じるσ相量
が増加することに加えて、窒化物量も増加することとな
って機械的性質の劣化を甚だしくする。そして、この傾
向はSi含有量が0.3%を越えると顕著になるためにSi含
有量を0.3%以下と定めたが、できれば0.2%以下に抑え
ることが望ましい。
(c)Mn Mnは同じく脱酸剤として有効であり、また加工性改善
にも有効な元素であるが、10%を越えて含有させるとオ
ーステナイト鋼のもつ耐熱特性が劣化するようになるこ
とから、Mn含有量は10%以下と定めた。
(d)Cr Crは耐酸化性および耐食性向上の点より必要な元素で
あり、その十分な効果を発揮させるためには14%以上の
含有量を確保する必要がある。ところで、耐食性の観点
からはCr含有量は多いほど望ましいが、27%を越えて含
有させると加工性の劣化を招く上、組織不安定を来たす
恐れがあることから、Cr含有量は14〜27%と定めた。
(e)Ni Niは安定なオーステナイト組織を確保するために必須
の成分であり、その適正量はCr,Mo,W,Nb等の含有量によ
って定まるが、その含有量が6%未満であるとオーステ
ナイト組織の安定確保が困難となり、一方30%を越えて
含有させることは経済的な不利につながることから、Ni
含有量は6〜30%と定めた。
(f)Cu Cuは高温強度を改善する作用を有しているが、その含
有量が2%未満では前記作用に所望の効果が得られず、
一方、6%を越えて含有させると延性が低下し、しかも
加工性劣化をも招くことから、Cu含有量は2〜6%と定
めた。
(g)Al Alは脱酸剤として必要な元素であって0.003%以上含
有させる必要があるが、0.030%を越えて含有させると
高温・長時間使用時のσ相析出が促進され、機械的性質
の劣化を招くこととなる。従って、Al含有量は0.003〜
0.030%と定めたが、できれば0.003〜0.020%に調整す
るのが望ましい。
(h)Mg Mgは脱酸剤として、そして加工性改善成分として必要
な元素であるが、この発明のオーステナイト鋼では脱酸
元素としてのSiおよびAl量を低目に制限する場合には欠
くことのできない成分であり、しかも高温強度の改善に
も寄与するものである。そして、Mg含有量が0.001%未
満ではその十分な効果を発揮させることができず、一
方、0.015%を越えて含有させると加工性が再び劣化す
るようになることから、Mg含有量は0.001〜0.015%と定
めた。
(i)B Bは炭窒化物分散強化および粒界強化により高温強度
を改善する作用を有しているが、その含有量が0.001%
未満では前記作用に十分な効果が得られず、一方、0.01
0%を越えて含有させると溶接性を劣化させることか
ら、B含有量は0.001〜0.010%と定めた。
(j)N Nは、Cと同様に引張強さやクリープ破断強度改善に
有効な元素であるが、その含有量が0.05%未満では十分
な効果を得ることができず、一方、NはCに比較して固
溶できる量は多いが0.35%を越えて含有させると高温長
時間使用中に析出する窒化物量が増加し、機械的性質の
劣化を招くことから、N含有量は0.05〜0.35%と定め
た。
(k)Mo、及びW これらの元素には高温強度を改善する作用があるの
で、必要により1種又は2種含有されるが、Mo含有量が
0.3%未満であったりW含有量が0.5%未満であると前記
作用に所望の効果を得ることができない。一方、高温強
度改善の観点からはこれらの含有量は多いほど好ましい
が、Mo含有量が3.0%を越えたり、W含有量が5.0%を越
えるとその効果は飽和する傾向をみせる上、加工性の劣
化を招くようになり、しかも経済性の点からも不利であ
ることから、Mo含有量は0.3〜3.0%と、W含有量は0.5
〜5.0%とそれぞれ定めた。
(l)Nb Nbは炭窒化物微細分散強化により高温強度を改善する
のに有効な元素であるが、その含有量が0.05%未満では
上記効果が十分に発揮されず、一方、1.5%を越えて含
有させると溶体化状態での未固溶窒化物量が増加して機
械的性質を劣化させることから、Nb含有量は0.05〜1.5
%と定めた。
次に、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。
〔実施例〕 まず、真空溶解にて第1〜4表に示される成分組成の
本発明鋼1〜35、従来鋼および比較鋼1〜12を溶製し、
鍛造及び冷間圧延を経た後溶体化処理を施した。なお、
第3表において、従来鋼は18−8系のオーステナイトス
テンレス鋼中で最も高温強度の優れたSUS316H鋼であ
り、第4表における比較鋼1〜12は少なくとも1種類の
成分が本願発明の範囲から外れた組成を有するオーステ
ナイト鋼である。
続いて、本発明鋼1〜35、従来鋼および比較鋼1〜12
について、高温強度を評価する目的で、750℃でのクリ
ープ破断試験を行い、1000時間クリープ破断強度を求め
るとともに、さらに、組織安定性を評価するために750
℃×1000時間の長時間加熱後、0℃でシャルピー衝撃試
験を行った。
これらの試験結果を第5表および第6表に示す。
〔発明の効果〕
第5表および第6表に示される結果から、本発明鋼1
〜35はいずれも18−8系オーステナイトステンレス鋼の
中で最も高温強度に優れたSUS316H鋼(従来鋼)よりも
著しく高いクリープ破断強度を示し、また、本発明鋼1
〜35は衝撃特性も良好であること、さらに本発明の範囲
から外れた組成を有する比較鋼1〜12はクリープ破断強
度が低下し好ましくないことなどがわかる。
上述のように、この発明のオーステナイト鋼は、優れ
た高温強度を有し、かつ良好な組織安定性も具備するの
で、ボイラや化学プラント等の高温装置の構造材料とし
て用いた場合に、一段と苛酷な高温操業でも長期に亘っ
て優れた性能を発揮するのである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量割合にて、 C:0.15%以下、Si:0.3%以下、 Mn:10%以下、Cr:14〜27%、 Ni:6〜30%、Cu:2〜6%、 Al:0.003〜0.030%、 Mg:0.001〜0.015%、 B:0.001〜0.010%、 N:0.05〜0.35%、 Feおよび不可避的不純物:残り から成る成分組成を有することを特徴とする、高温強度
    の優れたオーステナイト鋼。
  2. 【請求項2】重量割合にて、 C:0.15%以下、Si:0.3%以下、 Mn:10%以下、Cr:14〜27%、 Ni:6〜30%、Cu:2〜6%、 Al:0.003〜0.030%、 Mg:0.001〜0.015%、 B:0.001〜0.010%、 N:0.05〜0.35%、 を含有し、さらに、 Mo:0.3〜3.0%、 W:0.5〜5.0% のうちの1種以上を含有し、 Feおよび不可避的不純物:残り から成る成分組成を有することを特徴とする、高温強度
    の優れたオーステナイト鋼。
  3. 【請求項3】重量割合にて、 C:0.15%以下、Si:0.3%以下、 Mn:10%以下、Cr:14〜27%、 Ni:6〜30%、Cu:2〜6%、 Al:0.003〜0.030%、 Mg:0.001〜0.015%、 B:0.001〜0.010%、 N:0.05〜0.35%、 Nb:0.05〜1.5%、 Feおよび不可避的不純物:残り から成る成分組成を有することを特徴とする、高温強度
    の優れたオーステナイト鋼。
  4. 【請求項4】重量割合にて、 C:0.15%以下、Si:0.3%以下、 Mn:10%以下、Cr:14〜27%、 Ni:6〜30%、Cu:2〜6%、 Al:0.003〜0.030%、 Mg:0.001〜0.015%、 B:0.001〜0.010%、 N:0.05〜0.35%、 Nb:0.05〜1.5%、 を含有し、さらに、 Mo:0.3〜3.0%、 W:0.5〜5.0% のうちの1種以上を含有し、 Feおよび不可避的不純物:残り から成る成分組成を有することを特徴とする、高温強度
    の優れたオーステナイト鋼。
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