JPS6335758A - 酸化物分散強化型高マンガンオ−ステナイト鋼 - Google Patents

酸化物分散強化型高マンガンオ−ステナイト鋼

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JPS6335758A
JPS6335758A JP17784186A JP17784186A JPS6335758A JP S6335758 A JPS6335758 A JP S6335758A JP 17784186 A JP17784186 A JP 17784186A JP 17784186 A JP17784186 A JP 17784186A JP S6335758 A JPS6335758 A JP S6335758A
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JP
Japan
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less
steel
oxide dispersion
toughness
high manganese
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JP17784186A
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English (en)
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Naoji Yamanouchi
山之内 直次
Hitoshi Hayakawa
均 早川
Hidemichi Kimura
秀途 木村
Yusuke Minami
雄介 南
Akihide Yoshitake
明英 吉武
Manabu Tamura
学 田村
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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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〕 この発明は、非磁性で高強度及び高靭性を有する安価な
オーステナイト鋼、%に核融合炉の第一壁用材料に好適
な高マンガン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、耐熱鋼にはフェライト系のCr −Mo鋼及び
オーステナイト系のNi −Cr @が実用に供されて
いる。
しかし、前者の鋼は溶接後の熱処理の煩雑さ及び供用中
の脆化等に問題があり、後者の鋼は使いやすいが高価な
ことが問題となっている。この両刀の欠点を補う鋼とし
ては、高価なNiの一部(i7Mnで置換した合金が既
に開発されている。既ち、これら合金としては、 ■特公昭46−19775号(特許第686377号)
には、C: 0.03〜0.30%、Cr: 15〜2
1チ、Mn: 4〜15 %、 Ti: 0.001〜
0.5%他B。
■を任意元始として含有し、残部Feからなる合金鋼が
記載されている。
■E41hate 1250 ’114はc:(0,1
5%、Mn: 6.25 %、Cr:15%、Ni:1
0%、Mo:2.0%、V:(0,4%、Nb:(1,
24%、B:<0.007%を含有し、残部Feからな
る合金鮨である。
■またJIS規格には次のような合金がある。
−規定なし ■非磁性高マンガン鋼としては、0.8C−16Mn 
−2Cr鋼(NM−II日本鋼管)がある。
前記■の鋼は、本発明の主旨に近いものであるが、N1
7Mn=0.33〜3.75であり、Mnの1/3はN
iの必要性を認めている。
また■のEsah@to1250合金も、本発明の主旨
に近いものであるが、Ni/Mn = 1.6とかなシ
高価なN1を必要としている。
■のJIS K認知されているCr −Mn−Ni  
鋼においては、 5US201:  Nt/Mn=0.46〜1.0SU
S216:  Ni/Mn = 0.s 5〜0.95
SUS205:  Ni/Mn=0.06〜0.125
であシ、 N i / Mnの比が小さい5US20S 鋼の高温
強度は十分ではない。
■の非磁性調高マンガy鋼においては、Niを全く含ま
ないが、高温強度は全く期待できない。
以上のように、現状では安価かつ完全な高強度耐熱鋼は
発明されていない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、従来よりもNi/ Mnの比の低い材料的に
未知の分野で、高い高温強度を有する安価なオーステナ
イト鋼、特に核融合炉の第1壁用材料に好適な高マンガ
ンオーステナイト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〕
本発明の酸化物分敵強化型高マンガンオーステナイト鋼
は次の如く、 第1発明鋼は、Fe基の合金であり重Al:基準でCo
0.01〜1.0% Mn: 1 ’l 〜5 []% Cr:2〜20% Sl:0.1〜5.0% A!:0.01〜4.0% N:G、25%以下 Y、03:0.1〜5%残部がFe  及び不可避不純
物から成る合金でありY、 O,は粒径1μm以下の粒
子として分散させた酸化物分散強化型高Mn  オース
テナイト鋼。
第2発明鋼は、 C:0.01〜1.0% Mn: 12〜50% Cr: 2〜20% Sl:0.1〜560% 、u:0.01〜4.0% N:0.25%以下 Y!へ80.1〜5% に加え、Mo: 0.1〜5%、W:0.1〜5%の1
種又は2″mを含む合金であシ、Y!へは粒径1μm以
下の粒子として分散させた酸化物分散強化型窩Mnオー
ステナイト鋼。
第3発明鋼は、 C:0.01〜1.0% Mn: 12〜50% Cr: 2〜20% Si:0.1〜5.0% A!:O,[11〜4. []% N:0.25%以下 Y!Os : 0.1〜5 % に加え、さらにTi:0.01〜1.0%、Nb:0.
 o i 〜i、 o%、Ta:  O,Q 1〜1.
0 %、Zr:0、005〜0.2%のうち1種以上を
含有し、かつ次式で示されろTI当fi:0.3〜10
でTi当% = (Ti+Ta+2Nb+4Zr)/(
”N)であり、Y、 O,は粒径1μm以下の粒子とし
て分散させた酸化物分散強化匿高Mnオーステナイト鋼
。
第4発明鋼は、 C:0.01〜1.0% Mn:12〜50% Cr: ’1〜20% Si:0.i〜5.0% A1.:0.01〜4.0係 N:0.25%以下 YtO,: 0.1〜5% に加え、:lo: 0−1〜5%、w : 0.1〜5
%のうち1種又は2 !I全青みさらに、Ti:0.0
1〜1、ロ%、Nb: 0.01〜’l−ロ%、  T
a: 0.01〜1.0・声、Zr: 0.005〜0
.2%のうち1ね以上を含有し、かつ次式で示されるで
1当ft:0.3〜10で Ti当量=(Tt+ra+2Nb+4zr)/(c+N
)であシ、Y2O,は粒径1μm以下の粒子として分散
させた酸化物分散強化型窩Mnオーステナイ ト鋼。
第5発明〜第8発明鋼は、前述の第1発明〜第4発明鋼
夫々にNi:10%以下、Co : 5%以下、Cu:
10%以下のうち1種以上を含むことを加え、Y、03
 を粒径1μm以下の粒子として分散させた酸化物分散
強化型窩Mn オーステナイト鋼である。
〔作用〕
次に本願発明鋼の作用および合金組成成分の限定理由に
ついて述べる。
■第1発明(基本組成) C:炭化物を生じせしめて高温強度を上昇させるために
は最小限0.01%(wt%以下同じ)が必要であυ、
1.0%を超えると硬化が著しくなるので、その範囲を
0.01〜1.0%と定めた。
rム:オーステナ−f ト相を安定化するためには、最
小限12%必要であるが、50%を超えると硬化が著し
くなるので、その範囲を12〜50%と定めた。
Cr:耐食性を得るためには最小限2%を必要とする。
ただし20チを超えると、σ相脆化を超こし易くなるの
で、その範囲を2〜20チと定めた。
Sl:耐酸化性を高め脱酸性を良(するためには、最小
限0.1%必要であるが、5.0%を超えると脆化が著
しくなるので、その範囲を0.1〜5.0%と定めた。
A!:耐酸化性を得るため、および脱酸AIJとして作
用させるためKは、最小限0.01%必要であるが、4
.0%を超えると高温強度が低下するので、その範囲’
k 0.01−4.0飴と定めた・ N:NはCの代わシに添加することによって、Crの炭
化物の形成、その周辺に形成されるCrの欠乏層、それ
による耐食性の低下を防止することができる。但し過剰
の窒素添加は硬化を招くので上限を0.25%と定めた
。
Yx Os : Yt Osは粒径1μ風以下の粒子と
して合金中に分散して強度を上昇させる。0.1%未満
の添加量では効果が小さく、5%を超えると靭性が低下
する。粒径についても1μmを超えると疲労特性が悪化
する。
■第2発明鋼は上記基本組成元素の他にM0. Wを1
種以上含む。
M0. W: M0. Wは強度向上のために添加する
が過剰に添加するとσ相、ラーベス相の析出によシ脆化
を引き起すので上限を5%とした。
0.1%未満の添加は強度の向上が認められ  (ない
ので、これを下限値とした。
■8g3発明は第1発明鋼の元素の他にTi 、 Nb
、 Ta 。
Zrを1種以上含む。
TI、 Nb、 Ta、 Zr : Ti:0.01〜1.0%            (
Nb: α01〜1.0% Ta: 0.01〜1.Ofb Zr: 0.005〜(L 2 T。
上記元素は、それぞれ強化元素であシ、上記元素のうち
1種以上を下記の関係を満たすよう忙添加する。それぞ
れの下限値未溝では強化作用は小さく、またそれぞれの
上限値を超えると靭性が低下するのでそれぞれの範囲を
上記の如く定めた。
TI重量= (Ti+Ta+ 2Nb+4Zr)/(C
十N)a3≦ TI当量≦10 TI当量が10を超えるとσ相の析出が誘起され、脆化
を招く。またTia量がα3未満では十分な強化作用を
示さない。
■第4発明鋼は、 第1発明鋼の組成に加えて、M0. Wのうちの1種以
上とTI、 Nb、 Ta、 Zrのうちの1種以上を
含有する合金であシそれぞれの作用は第2発明あるいは
第3発明と同じ。
■第5〜8発明鋼は 第1〜4発明鋼にNi’、  C0. Cuのうち1種
以上を添加したもので、これら元素は相の安定化および
耐酸化性の向上に効果がある。しかし添加量がそれぞれ
10%、5%、10%を超えると合金の製造コストが高
くなるので、夫々を上限に定めた。
次に本発明の実施例について述べる。
〔実施例〕
表1に示す、本発明合金組成を有する合金はFe。
で合計a5ゆの粉末を68tのアトライターで180時
のスチールボールを用いて20 Orpmの回転数で2
0 hr混合し、ψ80に150鑓の炭素鋼のキャンに
入れ熱間押し出しによりψ30とすることによシ得た。
比較合金の一部は50に’/高周波炉にて漕力し、熱間
圧R1!−することによって得た。
高温強度については650℃1000時間の応力を求め
た。
靭性についてはシャルビ吸収エネルギーvE6(0℃、
2躊Vノツチ10X10i)を求めた。
その結果を表1に示す。また、図にクリープ強度とシャ
ルビ吸収エネルギーとの関係を示した。
尚図中○印は比較鋼、・印は本発明鋼を示す。
比較鋼32.33はJISに制定されたNi代替鋼であ
るが、靭性は十分であるが強度が不足する・24.25
はMnが不足な例と過剰な例でありどちらとも靭性が充
分でない。26は発明鋼からCr含有量を減じたもので
あシ、クリープ強度、靭性は十分であるが、耐高温酸化
性能が悪いことがわかる。27はクリープ強度、靭性に
優れているが、Cr含有量が高すぎろため靭性が十分で
ない。
28.2’9.30は夫々S l、 Al 、  Yt
 Osが高すぎるため靭性がないことがわかる。31@
はY、0.が入っていないためクリープ強度が著しく低
い。34〜39mは強化元素の過剰添加により靭性が十
分でないO 本実、験では、添加する酸化物としてY、 O5のみと
対象としたが、Y2O3と比重がほぼ等しく、母相と反
応しないと考えられる。
C1!l! O3、Lag 0. 、 BaZrO31
Zrl 0. 、 CaZrOs 1All O3、C
rt OB 、 Yb20SでY2O,の一部ないし全
部1ct換しても、本発明と同等の高強度材が得られる
ことは明らかである。
〔発明の効果〕
本発明の高温強度の優れた酸化物分散強化型高マンガン
オーステナイト鋼は、現在の核融合炉の第1壁用材料に
比べ安価、低放射化、高靭性、高温度の材料であシ、核
融合炉の建設をよυ、具体化出来るものであシ、現在の
オーステナイトNi−Cr鋼に代わる汎用材料となる。
又応用分野としてボイラ用鋼、軽水炉配管、高速炉炉芯
材料、燃料電池部材、化学プラント部材、機械部品用材
料等に適用されることが容易に考えられるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例におけるクリープ破断強度と吸収エネ
ルギーの散布図である。 代理人 弁理士 佐 藤 正 年 第 1 図

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量基準にて、C:0.01〜1%、Mn:12
    〜50%、Cr:2〜20%、Si:0.1〜5%、A
    l:0.01〜4%、N:0.25%以下、Y_2O_
    3:0.1〜5%を含み、残部がFe及び不可避不純物
    から成り、Y_2O_3を粒径1μm以下の粒子として
    分散させた強度及び靭性にすぐれた酸化物分散強化型高
    マンガンオーステナイト鋼。
  2. (2)重量基準にて、C:0.01〜1%、Mn:12
    〜50%、Cr:2〜20%、Si:0.1〜5%、A
    l:0.01〜4%、N:0.25%以下、Y_2O_
    3:0.1〜5%を含み、かつMo:0.1〜5%、W
    :0.1〜5%の1種又は2種を含み、残部がFe及び
    不可避不純物から成り、Y_2O_3を粒径1μm以下
    の粒子として分散させた強度及び靭性にすぐれた酸化物
    分散強化型高マンガンオーステナイト鋼。
  3. (3)重量基準にて、C:0.01〜1%、Mn:12
    〜50%、Cr:2〜20%、Si:0.1〜5%、A
    l:0.01〜4%、N:0.25%以下、Y_2O_
    3:0.1〜5%を含み、かつTi:0.01〜1%、
    Nb:0.01〜1%、Ta:0.01〜1%、Zr:
    0.005〜0.2%の1種以上を含み、かつ次に示す
    Ti当量が(Ti+Ta+2Nb+4Zr)/(C+N
    ):0.3〜10を満足し残部がFe及び不可避不純物
    から成り、Y_2O_3を粒径1μm以下の粒子として
    分散させた強度及び靭性にすぐれた酸化物分散強化型高
    マンガンオーステナイト鋼。
  4. (4)重量基準にて、C:0.01〜1%、Mn:12
    〜50%、Cr:2〜20%、Si:0.1〜5%、A
    l:0.01〜4%、N:0.25%以下、Y_2O_
    3:0.1〜5%を含み、かつMo:0.1〜5%、W
    :0.1〜5%の1種又は2種を含み、かつTi:0.
    01〜1%、Nb:0.01〜1%、Ta:0.01〜
    1%、Zr:0.005〜0.2%の1種以上を含み、
    かつ次に示すTi当量が(Ti+Ta+2Nb+4Zr
    )/(C+N):0.3〜10を満足し、残部がFe及
    び不可避不純物から成り、Y_2O_3を粒径1μm以
    下の粒子として分散させた強度及び靭性にすぐれた酸化
    物分散強化型高マンガンオーステナイト鋼。
  5. (5)重量基準にて、C:0.01〜1%、Mn:12
    〜50%、Cr:2〜20%、Si:0.1〜5%、A
    l:0.01〜4%、N:0.25%以下、Y_2O_
    3:0.1〜5%を含み、Ni:10%以下、Co:5
    %以下、Cu:10%以下の1種以上を含み、残部がF
    e及び不可避不純物から成り、Y_2O_3を粒径1μ
    m以下の粒子として分散させた強度及び靭性にすぐれた
    酸化物分散強化型高マンガンオーステナイト鋼。
  6. (6)重量基準にて、C:0.01〜1%、Mn:12
    〜50%、Cr:2〜20%、Si:0.1〜5%、A
    l:0.01〜4%、N:0.25%以下Y_2O_3
    :0.1〜5%を含み、Ni:10%以下、Co:5%
    以下、Cu:10%以下の1種以上を含み、かつMo:
    0.1〜5%、W:0.1〜5%の1種又は2種を含み
    残部がFe及び不可避不純物から成り、Y_2O_3を
    粒径1μm以下の粒子として分散させた強度及び靭性に
    すぐれた酸化物分散強化型高マンガンオーステナイト鋼
    。
  7. (7)重量基準にて、C:0.01〜1%、Mn:12
    〜50%、Cr:2〜20%、Si:0.1〜5%、A
    l:0.01〜4%、N:0.25%以下、Y_2O_
    3:0.1〜5%を含み、Ni:10%以下、Co:5
    %以下、Cu:10%以下の1種以上を含み、かつTi
    :0.01〜1%、Nb:0.01〜1%、Ti:0.
    01〜1%、Zr:0.005〜0.2%の1種以上を
    含み、かつ次に示すTi当量が(Ti+Ta+2Nb+
    4Zr)/(C+N):0.3〜10を満足し、残部が
    Fe及び不可避不純物から成り、Y_2O_3を粒径1
    μm以下の粒子として分散させた強度及び靭性にすぐれ
    た酸化物分散強化型高マンガンオーステナイト鋼。
  8. (8)重量基準にて、C:0.01〜1%、Mn:12
    〜50%、Cr:2〜20%、Si:0.1〜5%、A
    l:0.01〜4%、N:0.25%以下、Y_2O_
    3:0.1〜5%を含み、Ni:10%以下、Co:5
    %以下、Cu:10%以下の1種以上を含み、かつMo
    :0.1〜5%、W:0.1〜5%の1種又は2種を含
    み、かつTi:0.01〜1%、Nb:0.01〜1%
    、Ta:0.01〜1%、Zr:0.005〜0.2%
    の1種以上を含み、かつ次に示すTi当量が(Ti+T
    a+2Nb+4Zr)/(C+N):0.3〜10を満
    足し、残部がFe及び不可避不純物から成り、Y_2O
    _3を粒径1μm以下の粒子として分散させた強度及び
    靭性にすぐれた酸化物分散強化型高マンガンオーステナ
    イト鋼。
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