JPS63183155A - 高強度オ−ステナイト系耐熱合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は極めて良好な高温強度を有するとともに、優れ
た高温脆化特性、高温腐食特性、溶接性を兼ね備えてお
り、使用環境が苛酷化しつつあるボイラに適用して優れ
た性能を発揮するオーステナイト系耐熱合金に係わるも
のである。

〈従来の技術〉 従来、ボイラ等の高温環境下で使用される材料としては
、５ＵＳ３４７．５ＵＳ３１６．５ＵＳ３１０などのオ
ーステナイトステンレス鋼が広（用いられてきた。

ところが、近年のエネルギー資源の枯渇及び価格の高騰
に伴って、火力発電プラントにおいては、効率向上のた
めに、蒸気条件を高温、高圧化した超々臨界圧ボイラが
計画されている。このような苛酷な環境下での使用に耐
えうる耐熱材料としては、上記現用のオーステナイトス
テンレス鋼では不十分であり、さらに高強度のものが必
要とされる。この超々臨界圧ボイラ用材料としては、特
開昭５９−１７３２４９号公報に示されているように、
従来の耐熱ステンレス鋼５ＵＳ３４７や高Ｎｉステンレ
ス鋼よりも高温クリープ破断強度が高く、耐食性や溶接
性も考慮された合金が提案されているが、高温強度の点
においては、まだ不十分である。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は、上述のような情況にかんがみ、従来のオース
テナイト系耐熱合金よりも、高温強度を飛躍的に向上さ
せ、かつ耐食性や溶接性を兼ね備えた安価な耐熱合金を
提供すべく、なされたものである。

〈問題点を解決するための手段〉 発明者らは、種々の実験事実を総合的に判断した結果、
クリープ破断強度が飛躍的に改善され、かつ耐食性や溶
接性にも優れた安価な耐熱合金を開発することに成功し
た。即ち、本発明は重量パーセントでＣ０，０２〜０．
２％、Ｓｉ０．３〜１．５％。

Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｃｒ１８〜３０％、Ｎｉ２０〜
５０％、Ｍｏ０．５〜５．０％、Ｗ１．０〜５．０％、
Ｎｂ０．０５〜０．４％、Ｔｉ０．０１〜０．２％、８
０．００３〜０．００８％、Ｐ０．０４％以下、　　Ｓ
０．００５％以下、Ｎ０．０２〜０．３％を含有し、か
つＭｏ＋Ｗ≦６．０％であって、残部Ｆｅ及び不可避不
純物から成ることを特徴とする高強度オーステナイト系
耐熱合金である。

以下に本発明の詳細な説明する。まずＣの成分範囲を０
．０２〜０．２％と定めた理由について述べる。

ＣはＣｒ、　Ｍ０．　Ｗ、　Ｔｉ、　Ｎｂ、　　Ｂとの
炭化物を形成し、その大きさ、形状や分布はクリープ破
断強度や破断伸びに大きな影響を与えるので、炭化物を
形成するに必要な量を最小限添加する必要から下限を０
．０２％とした。一方、溶接時の高温割れや延性低下を
防止するためにはｃｌをできる限り下げる必要があるの
で、上限を０．２％と定めた。

Ｓｉは脱酸剤として有効であるばかりでなく、耐酸化性
や耐高温腐食性をも向上させる元素であるが、Ｎｉ量が
多すぎるとクリープ破断強度、靭性や溶接性を低下させ
る。従って、脱酸、耐酸化性や耐高温腐食性の点から下
限を０．３％とし、クリープ破断強度、靭性や溶接性の
点から上限を１．５％とした。

Ｍｎは脱酸作用を有し、溶接性や熱間加工性を向上させ
る元素である。十分に脱酸をおこない、健全な鋳塊を得
るために下限を０．３％とした。しかし、Ｍｎ量が多す
ぎると耐酸化性の劣化を招くので、上限を１．５％とし
た。

Ｃｒは耐酸化性、耐水蒸気酸化性、耐高温腐食性に不可
欠の元素であり、従来のオーステナイトステンレス鋼と
同等以上の特性を必要とするため、Ｃｒ量の下限をオー
ステナイトステンレス鋼のＣｒｌと同量の１８％とした
。しかし、Ｃｒ量が増すと、オーステナイトの安定性を
低下させ、高温強度を弱める上にσ相の生成を促し、靭
性の低下を生ずるので上限を３０％とした。

Ｎｉはオーステナイトの安定性を高め、σ相の生成を抑
制するための必須元素である。Ｃｒをはじめとするフェ
ライト生成元素の含有量に対してオーステナイトの安定
性を図るためには、Ｎｉ１ｌを２０％以上とする必要が
ある。一方、Ｎｉ量が５０％を超えると、価格の面で不
利を招くことから、Ｎｉ量は２０〜５０％とした。

Ｍ０．　ｗは固溶体強化及び炭化物の析出で高温強度を
顕著に高める効果をもった元素であるが、Ｍ。

量が０．５％、Ｗ量が１．０％未満では、その効果は得
られない。又Ｍ０．　Ｗを単独添加した場合には、Ｍｏ
量、ｗＢがそれぞれ５．０％を超えると前記効果は飽和
する。一方Ｍ０．　Ｗを複合添加すると、Ｍｏ。

Ｗの相乗効果によって前記効果は著しく、クリープ破断
強度は飛躍的に向上する。しかしくＭｏ＋Ｗ）量が６．
０％を超えると、金属間化合物の形成を促進し、長時間
脆化を起こし易く、さらに加工性や価格の面からも不利
となる。従って、Ｍ０．　Ｗは複合添加とし、Ｍｏ量は
０．５〜５．０％、Ｗ量は１．０〜５．０％で、かつ（
Ｍｏ＋Ｗ）ｆｉｔを６．０％以下とした。

Ｎｂ、　Ｔｉはクリープの初期に、微細な炭・窒化物を
形成し、それらが、Ｍ！３Ｃｈ炭化物の均一・微細析出
を促がし、凝集粗大化を抑制するため、長時間クリープ
破断強度を著しく向上させる。しかしながらＮｂｆｉが
０．０５％未満、ＴｉＪ］が０．０１未満では前記効果
が得られないのでＮｂ、　Ｔｉ量の下限をそれぞれ、０
．０５％、０．ｏｉ％とした。前記効果は、固溶化熱処
理温度で固溶し得るＮｂ、　Ｔｉ量が多いほど顕著であ
るが、Ｎｈ、　Ｔｔの固溶限を超えて添加すると、未固
溶の炭・窒化物が残存し、Ｍ　Ｚ　３　Ｃｂの凝集粗大
化を起こして、クリープ破断強度を著しく低下させる。

従って、Ｎｂ量、Ｔｉ量の上限をそれぞそれ０．４％、
０．２％とし、その範囲内で固溶（Ｎｂ　＋　Ｔｉ　）
量を多くするためにＮｂ、　Ｔｉを複合添加した。又、
Ｎｂ、　Ｔｉの固溶量を多くするため、固溶化熱処理温
度は少なくとも１２００℃以上の高温が望ましい。

Ｂは粒界強度を高める結果、クリープ破断強度を著しく
向上させる効果を示す元素であるが、・　　０．００３
％未満では効果が小さく、又０．００８％を超えると、
溶接性や熱間加工性が劣化するので、Ｂ量の上限を０．
００８％、下限を０．００３％とした。

Ｐは添加量が多いと、クリープ中析出を促し、クリープ
中脆化を促進させるので上限を０．０４％とした。

Ｓも粒界に偏析し、クリープ中の粒界脆化を促進させ、
また熱間加工性をも低下させるので、上限を０．００５
％とした。Ｎは固溶強化及び窒化物の形成によってクリ
ープ破断強度を向上させる効果を示す元素であるが、０
．０２％未満ではほとんど効果がなく、一方、Ｎ量が０
．３％を超えても長時間のクリープ破断強度の増加は少
なく、さらに靭性も劣化する。従ってＮ量の範囲を０．
０２〜０．３％とした。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

〈実　施　例〉 第１表に供試合金の化学組成を示す。これらの合金を１
２５０℃で固溶化熱処理した後、７５０℃でクリープ破
断試験を行ない、Ｌａｒｓｏｎ　−Ｍｉ　１ｌｅｒ法で
７００℃Ｘ１０’ｈｒのクリープ破断強度を外挿で求め
た。得られた試験結果を第１表に併せて示した。第１表
に示された合金のうち、Ａ−Ｇ合金は本発明合金であり
、Ｈ−Ｒ合金は比較合金である。比較合金のうちＲ合金
はオーステナイトステンレス鋼５ＯＳ３４７ｆｌ相当材
である。第１表より本発明合金はボイラチューブ用材と
して現用されている　ＳＯＳ　３４７Ｈよりもははるか
に高いクリープ破断強度を有していることがわかる。

また、比較合金のうち、Ｈ及びＩ合金はＭ０．　Ｗ無添
加合金、Ｊ及びに合金はそれぞれＭｏ及びＷ単独添加合
金であるが、これらの合金に比較して、Ｍｏ及びＷを複
合添加した本発明合金は著しく高いクリープ破断強度を
示している。

比較合金のうち、Ｌ−Ｑ合金は２５Ｎｉ−２０Ｃｒを基
本成分としたもので、Ｌ合金はＮｂ、　Ｔｉ、　　Ｂ。

Ｎを複合添加したもの、Ｍ合金はＮｂ、Ｔｉ無添加合金
、Ｎ合金はＮｂ無添加合金、Ｏ合金はＴｉ無添加合金、
Ｐ合金はＢ無添加合金、Ｑ合金は低Ｎ合金であるが、Ｎ
ｂ、　Ｔｉ、　Ｂ、　Ｎの複合添加によってクリープ破
断強度が著しく改善されることがわかる。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明により、ボイラ等の高温設備の素
材として従来用いられてきた耐熱ステンレスＭＳＵＳ３
４７や高Ｎｔステンレス鋼よりも高温クリープ破断強度
が飛躍的に向上し、かつ耐食性や溶接性も十分考慮され
たオーステナイト系耐熱合金が実現され、超々臨界圧用
ボイラの性能向上並びに長寿命化に大きく寄与できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　重量パーセントにてＣ０．０２〜０．２％、Ｓｉ０．
   ３〜１．５％、Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｃｒ１８〜３０
   ％、Ｎｉ２０〜５０％、Ｍｏ０．５〜５．０％、Ｗ１．
   ０〜５．０％、Ｎｂ０．０５〜０．４％、Ｔｉ０．０１
   〜０．２％、Ｂ０．００３〜０．００８％、Ｐ０．０４
   ％以下、Ｓ０．００５％以下、Ｎ０．０２〜０．３％を
   含有し、かつＭｏ＋Ｗ≦６．０％であって、残部Ｆｅ及
   び不可避不純物から成ることを特徴とする高強度オース
   テナイト系耐熱合金。