JP2017014575A - Austenitic heat resistant alloy and weldment structure - Google Patents

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平田 弘征
Hiromasa Hirata
弘征 平田
岡田 浩一
Koichi Okada
浩一 岡田
佳奈 浄徳
Kana Jotoku
佳奈 浄徳
伊勢田 敦朗
Atsuro Iseda
敦朗 伊勢田
敏秀 小野
Toshihide Ono
敏秀 小野
克樹 田中
Katsuki Tanaka
克樹 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an austenitic heat resistant alloy excellent in weldment processability, crack resistance of a heat affected zone during welding, and high temperature strength.SOLUTION: An austenitic heat resistant alloy has a chemical composition of, by mass%, C:0.04 to 0.15%, Si:0.05 to 1%, Mn:0.3 to 2.5%, P:0.04% or less, S:0.002% or less, Cu:2 to 4%, Ni:11 to 16%, Cr:16 to 20%, W:2 to 5%, Nb:0.1 to 0.8%, N:0.001 to 0.15%, B:0.0005 to 0.01%, Al:0.03% or less, O:0.02% or less, one or more of Se, Te, Bi, Sn, Zn and Pb of total 0.001 to 0.03%, V:0 to 0.5%, Ti:0 to 0.5%, Co:0 to 2%, Mo:0 to 5%, Ca:0 to 0.02%, Mg:0 to 0.02%, REM:0 to 0.2% and the balance Fe with impurities.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、オーステナイト系耐熱合金、及び同合金を備える溶接構造物に関する。   The present invention relates to an austenitic heat resistant alloy and a welded structure including the alloy.

近年、環境負荷低減の観点から、発電用ボイラ等の運転条件の高温・高圧化が世界的規模で進められている。過熱器管や再熱器管に使用される材料には、より優れた高温強度や耐食性が求められている。   In recent years, from the viewpoint of reducing the environmental load, high-temperature and high-pressure operation conditions for power generation boilers and the like have been promoted on a global scale. Materials used for superheater tubes and reheater tubes are required to have better high-temperature strength and corrosion resistance.

このような要求を満たす材料として、多量の窒素を含有させた種々のオーステナイト系耐熱合金が開示されている。   As materials satisfying such requirements, various austenitic heat-resistant alloys containing a large amount of nitrogen have been disclosed.

例えば、特許文献1(特開昭62−133048号公報)には、Nを0.05〜0.35%、Nbを0.05〜1.5%含む、高温強度に優れたオーステナイト鋼が開示されている。特許文献2(特開2000−256803号公報)には、Nを0.05〜0.3%含み、かつNb(%)/Cu(%)を0.05〜0.2%とし、溶体化処理後の未固溶Nb量を0.04×Cu(%)〜0.085×Cu(%)とした、高温強度と延性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。   For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-133048) discloses an austenitic steel excellent in high-temperature strength containing 0.05 to 0.35% N and 0.05 to 1.5% Nb. Has been. Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-256803) includes 0.05 to 0.3% of N and 0.05 to 0.2% of Nb (%) / Cu (%) to form a solution. An austenitic stainless steel excellent in high-temperature strength and ductility is disclosed in which the amount of undissolved Nb after treatment is 0.04 × Cu (%) to 0.085 × Cu (%).

特許文献3(特開2000−328198号公報)には、Nを0.05〜0.3%、Cuを2〜6%、並びにY、La、Ce及びNdのうちの1種又は2種以上を合計で0.01〜0.2%含み、かつMn、Mg、Ca、Y、La、Ce、Nd、Al、Cu、及びSの関係式で表される数値を特定の範囲とした、高温強度と熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。   Patent Document 3 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-328198) includes N of 0.05 to 0.3%, Cu of 2 to 6%, and one or more of Y, La, Ce and Nd. At a high temperature with a specific range of numerical values represented by the relational expressions of Mn, Mg, Ca, Y, La, Ce, Nd, Al, Cu, and S An austenitic stainless steel excellent in strength and hot workability is disclosed.

特許文献4(特開2003−268503号公報)には、Nを0.005〜0.2%含み、かつ結晶粒度番号を7以上の細粒とすることにより、高温強度と耐水蒸気酸化性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管が開示されている。特許文献5(国際公開第2013/073055号)には、Nを0.005〜0.3%含み、表層部が平均厚さ5〜30μmの高エネルギー密度の加工層で覆われた、高温強度と耐水蒸気酸化特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。   In Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-268503), N is contained in an amount of 0.005 to 0.2%, and the crystal grain size number is set to 7 or more so that high temperature strength and steam oxidation resistance can be achieved. An excellent austenitic stainless steel pipe is disclosed. Patent Document 5 (International Publication No. 2013/073055) includes N in an amount of 0.005 to 0.3%, and the surface layer portion is covered with a high energy density processing layer having an average thickness of 5 to 30 μm. An austenitic stainless steel having excellent steam oxidation resistance is disclosed.

特許文献6(特開2013−44013号公報)には、Nを0.07〜0.13%含み、Mo、Wその他の合金元素によりオーステナイトバランスを調整した高温強度と時効後靱性に優れたオーステナイト系耐熱鋼が開示されている。特許文献7(特開2014−88593号公報)には、Nを0.10〜0.35%、Taを0.25〜0.8%含む、高温強度と耐酸化性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。   Patent Document 6 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-44013) discloses austenite containing 0.07 to 0.13% of N and having high temperature strength adjusted to austenite balance by Mo, W and other alloy elements and toughness after aging. A heat resistant steel is disclosed. Patent Document 7 (Japanese Patent Laid-Open No. 2014-88593) describes austenitic stainless steel containing N of 0.10 to 0.35% and Ta of 0.25 to 0.8% and excellent in high temperature strength and oxidation resistance. Steel is disclosed.

特許文献8(国際公開第2009/044796号)には、Nを0.03〜0.35%、並びにNb、V、及びTiのうちの1種又は2種以上を含む、高強度のオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。   Patent Document 8 (International Publication No. 2009/044796) discloses a high-strength austenitic system containing 0.03 to 0.35% N and one or more of Nb, V, and Ti. Stainless steel is disclosed.

特開昭62−133048号公報JP-A-62-133048 特開2000−256803号公報JP 2000-256803 A 特開2000−328198号公報JP 2000-328198 A 特開2003−268503号公報JP 2003-268503 A 国際公開第2013/073055号International Publication No. 2013/073055 特開2013−44013号公報JP 2013-44013 A 特開2014−88593号公報JP 2014-88593 A 国際公開第2009/044796号International Publication No. 2009/044796 特開平8−120410号公報JP-A-8-120410

上記のようなオーステナイト系耐熱合金は、一般的に溶接によって組み立てられる。これらを溶接する場合、通常は溶加材料を使用する。しかし、小型の薄肉部品や、肉厚部品でも初層溶接や仮付け溶接においては、溶加材料を使用せずガスシールドアーク溶接する場合がある。この際、溶け込み深さが不十分であると、未溶融の突き合わせ面が欠陥として残存し、溶接継手において必要な強度が得られない。   The austenitic heat-resistant alloy as described above is generally assembled by welding. When these are welded, a filler material is usually used. However, gas shield arc welding may be performed without using a filler material in first layer welding or tack welding even for small thin parts or thick parts. At this time, if the penetration depth is insufficient, the unmelted butted surface remains as a defect, and the required strength cannot be obtained in the welded joint.

溶け込み不良を防止するためには、溶接入熱を大きくすれば良い。しかしながら、近年、多量のW、Mo等を添加して、高温強度等の性能のさらなる向上を測ったオーステナイト系耐熱合金が用いられている。これらのオーステナイト系耐熱合金に対しては、溶接入熱を大きくすると、溶接熱影響部の液化割れ等の溶接割れや、アンダーカット及び溶け落ち等が生じ、溶接継手の健全性がかえって低下する場合があることが判明した。   In order to prevent poor penetration, welding heat input may be increased. However, in recent years, austenitic heat-resistant alloys have been used in which a large amount of W, Mo or the like is added to measure further improvement in performance such as high-temperature strength. For these austenitic heat-resistant alloys, if the welding heat input is increased, weld cracks such as liquefaction cracks in the weld heat affected zone, undercuts and burn-out, etc. occur and the soundness of the welded joints decreases. Turned out to be.

上述の特許文献1〜8には、この課題に関しては記載されていない。一方、特許文献9(特開平8−120410号公報)には、多量のMnを含む、溶け込み深さを大きくできるステンレス鋼が開示されている。また、同特許文献中には、材料中のSが溶け込み深さを増大するとの記載がある。しかしながら、高温で使用されるオーステナイト系耐熱合金において、Mnはクリープ強度を低下させる。さらに、Sは溶接中に溶接熱影響部の液化割れと呼ばれる割れの感受性を著しく高める。   The above-mentioned patent documents 1 to 8 do not describe this problem. On the other hand, Patent Document 9 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-120410) discloses a stainless steel containing a large amount of Mn and capable of increasing the penetration depth. Further, the patent document describes that S in the material increases the penetration depth. However, in the austenitic heat-resistant alloy used at high temperatures, Mn decreases the creep strength. Furthermore, S significantly increases the sensitivity of cracks called liquefaction cracks in the weld heat affected zone during welding.

本発明の目的は、溶接施工性、溶接中の溶接熱影響部の耐割れ性、及び高温強度に優れたオーステナイト系耐熱合金を提供することである。   An object of the present invention is to provide an austenitic heat-resistant alloy excellent in welding workability, crack resistance of a weld heat affected zone during welding, and high temperature strength.

本発明の一実施形態によるオーステナイト系耐熱合金は、化学組成が、質量%で、C:0.04〜0.15%、Si:0.05〜1%、Mn:0.3〜2.5%、P:0.04%以下、S:0.002%以下、Cu:2〜4%、Ni:11〜16%、Cr:16〜20%、W:2〜5%、Nb:0.1〜0.8%、N:0.001〜0.15%、B:0.0005〜0.01%、Al:0.03%以下、O:0.02%以下、並びにSe、Te、Bi、Sn、Zn、及びPbの1種又は2種以上の合計:0.001〜0.03%、V:0〜0.5%、Ti:0〜0.5%、Co:0〜2%、Mo:0〜5%、Ca:0〜0.02%、Mg:0〜0.02%、REM:0〜0.2%、残部:Fe及び不純物である。   The austenitic heat resistant alloy according to one embodiment of the present invention has a chemical composition of mass%, C: 0.04 to 0.15%, Si: 0.05 to 1%, Mn: 0.3 to 2.5. %, P: 0.04% or less, S: 0.002% or less, Cu: 2 to 4%, Ni: 11 to 16%, Cr: 16 to 20%, W: 2 to 5%, Nb: 0.0. 1 to 0.8%, N: 0.001 to 0.15%, B: 0.0005 to 0.01%, Al: 0.03% or less, O: 0.02% or less, and Se, Te, Total of one or more of Bi, Sn, Zn, and Pb: 0.001 to 0.03%, V: 0 to 0.5%, Ti: 0 to 0.5%, Co: 0 to 2 %, Mo: 0 to 5%, Ca: 0 to 0.02%, Mg: 0 to 0.02%, REM: 0 to 0.2%, balance: Fe and impurities.

本発明によれば、溶接施工性、溶接中の溶接熱影響部の耐割れ性、及び高温強度に優れたオーステナイト系耐熱合金が得られる。   According to the present invention, an austenitic heat-resistant alloy excellent in welding workability, crack resistance of a weld heat affected zone during welding, and high-temperature strength can be obtained.

図1は、実施例で作製した板の開先の形状を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the shape of a groove of a plate produced in the example.

本発明者らは、上記の課題を解決するために詳細な調査を行った。その結果、以下に述べる知見が明らかになった。   The present inventors conducted a detailed investigation in order to solve the above problems. As a result, the following findings became clear.

すなわち、C:0.04〜0.15%、Si:0.05〜1%、Mn:0.3〜2.5%、P:0.04%以下、S:0.002%以下、Cu:2〜4%、Ni:11〜16%、Cr:16〜20%、W:2〜5%、Nb:0.1〜0.8%、N:0.001〜0.15%、B:0.0005〜0.01%、Al:0.03%以下、及びO:0.02%以下を含むオーステナイト系耐熱合金において、十分な溶け込み深さを得るためには、Se、Te、Bi、Sn、Zn及びPbのうち少なくとも1種以上を含有することが必要であることが判明した。   That is, C: 0.04 to 0.15%, Si: 0.05 to 1%, Mn: 0.3 to 2.5%, P: 0.04% or less, S: 0.002% or less, Cu : 2-4%, Ni: 11-16%, Cr: 16-20%, W: 2-5%, Nb: 0.1-0.8%, N: 0.001-0.15%, B In order to obtain a sufficient penetration depth in an austenitic heat-resistant alloy containing: 0.0005 to 0.01%, Al: 0.03% or less, and O: 0.02% or less, Se, Te, Bi It has been found that it is necessary to contain at least one of Sn, Zn and Pb.

その理由は、次にように考えられた。これらの元素のうち、Se、Te、及びBiは表面活性化元素として作用し、微量に含有した場合でも、溶融池内の内向きの対流を強くする効果を有する。そのため、アークからの熱を深さ方向に輸送しやすくなり、溶け込み深さの増大に寄与する。一方、Sn、Zn、及びPbは、溶接中の溶融池表面から蒸発しやすく、アーク中でイオン化することで通電経路の形成に寄与する。そのため、アークの電流密度が高くなり、溶け込み深さを深くする効果を発現する。   The reason was considered as follows. Of these elements, Se, Te, and Bi act as surface activating elements, and have an effect of strengthening inward convection in the molten pool even when contained in a trace amount. Therefore, it becomes easy to transport the heat from the arc in the depth direction, contributing to an increase in the penetration depth. On the other hand, Sn, Zn, and Pb tend to evaporate from the surface of the molten pool being welded, and contribute to the formation of a current-carrying path by ionizing in the arc. Therefore, the current density of the arc is increased, and the effect of increasing the penetration depth is exhibited.

本発明者らは、これらの元素の効果を活用し、十分な溶け込み深さを得るためには、これらの元素の少なくとも1種以上を合計で0.001%以上含有させることが有効であることを見いだした。一方で、これらの元素は溶接時に溶接熱影響部の割れ感受性を高めるため、これらの元素の合計の含有量を0.03%以下とする必要があることについても併せて明らかにした。   In order to make use of the effects of these elements and obtain a sufficient penetration depth, the inventors of the present invention are effective to contain at least one of these elements in a total amount of 0.001% or more. I found. On the other hand, in order to increase the cracking susceptibility of the weld heat-affected zone during welding, it has also been clarified that the total content of these elements needs to be 0.03% or less.

以上の知見に基づいて、本発明は完成された。以下、本発明の一実施形態によるオーステナイト系耐熱合金を詳述する。   Based on the above findings, the present invention has been completed. Hereinafter, an austenitic heat resistant alloy according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

[化学組成]
本実施形態によるオーステナイト系耐熱合金は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「%」は、質量%を意味する。
[Chemical composition]
The austenitic heat-resistant alloy according to this embodiment has a chemical composition described below. In the following description, “%” of the element content means mass%.

C:0.04〜0.15%
炭素(C)は、オーステナイト組織を安定にするとともに、微細な炭化物を形成して高温使用中のクリープ強度を向上させる。この効果を十分に得るためには、0.04%以上含有する必要がある。しかしながら、Cを過剰に含有すると、その効果が飽和するとともに、炭化物が多量に析出し、クリープ延性が低下する。そのため、上限は0.15%とする。C含有量の下限は、好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.06%である。C含有量の上限は、好ましくは0.13%であり、さらに好ましくは0.12%である。
C: 0.04 to 0.15%
Carbon (C) stabilizes the austenite structure and forms fine carbides to improve the creep strength during high temperature use. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 0.04% or more. However, when C is contained excessively, the effect is saturated and a large amount of carbides are precipitated, and the creep ductility is lowered. Therefore, the upper limit is made 0.15%. The lower limit of the C content is preferably 0.05%, more preferably 0.06%. The upper limit of the C content is preferably 0.13%, more preferably 0.12%.

Si:0.05〜1%
シリコン(Si)は、脱酸作用を有するとともに、高温での耐食性及び耐酸化性の向上に有効な元素である。この効果を十分に得るためには、0.05%以上含有する必要がある。しかしながら、Siを過剰に含有すると、組織の安定性が低下して、靱性及びクリープ強度の低下を招く。そのため、上限は1%とする。Si含有量の下限は、好ましくは0.08%であり、さらに好ましくは0.1%である。Si含有量の上限は、好ましくは0.5%であり、さらに好ましくは0.35%である。
Si: 0.05 to 1%
Silicon (Si) is an element that has a deoxidizing action and is effective in improving corrosion resistance and oxidation resistance at high temperatures. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 0.05% or more. However, when Si is contained excessively, the stability of the structure is lowered, and the toughness and the creep strength are lowered. Therefore, the upper limit is 1%. The lower limit of the Si content is preferably 0.08%, more preferably 0.1%. The upper limit of the Si content is preferably 0.5%, more preferably 0.35%.

Mn:0.3〜2.5%
マンガン(Mn)は、Siと同様、脱酸作用を有する。Mnはまた、オーステナイト組織の安定化に寄与するとともに、アークの電流密度を高め、溶け込み深さを深くする効果をも有する元素である。この効果を十分に得るためには、0.3%以上含有する必要がある。しかしながら、Mnを過剰に含有すると、合金の脆化を招き、さらに、クリープ延性が低下する。そのため、上限は2.5%とする。Mn含有量の下限は、好ましくは0.4%であり、さらに好ましくは0.5%である。Mn含有量の上限は、好ましくは2%であり、さらに好ましくは1.5%である。
Mn: 0.3 to 2.5%
Manganese (Mn), like Si, has a deoxidizing action. Mn is also an element that contributes to the stabilization of the austenite structure, and has the effect of increasing the arc current density and increasing the penetration depth. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 0.3% or more. However, when Mn is contained excessively, embrittlement of the alloy is caused and creep ductility is further reduced. Therefore, the upper limit is set to 2.5%. The lower limit of the Mn content is preferably 0.4%, more preferably 0.5%. The upper limit of the Mn content is preferably 2%, more preferably 1.5%.

P:0.04%以下
リン(P)は、不純物として合金中に含まれ、溶接中に熱影響部の結晶粒界に偏析して液化割れ感受性を高める。Pはさらに、長時間使用後のクリープ延性を低下させる。そのため、P含有量には上限を設けて0.04%以下とする。P含有量の上限は、好ましくは0.035%、さらに好ましくは0.03%である。P含有量は可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、P含有量の下限は、好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0008%である。
P: 0.04% or less Phosphorus (P) is contained in the alloy as an impurity and segregates at the grain boundary of the heat-affected zone during welding to increase the liquefaction cracking sensitivity. P further reduces the creep ductility after long-term use. Therefore, an upper limit is set for the P content to 0.04% or less. The upper limit of the P content is preferably 0.035%, more preferably 0.03%. Although it is preferable to reduce the P content as much as possible, extreme reduction leads to an increase in steelmaking costs. Therefore, the lower limit of the P content is preferably 0.0005%, and more preferably 0.0008%.

S:0.002%以下
硫黄(S)は、Pと同様に不純物として合金中に含まれる。Sは、溶接時に溶け込み深さを増大する効果を有するものの、溶接中に溶接熱影響部の結晶粒界に偏析して液化割れ感受性を高める。そのため、上限を0.002%とする。S含有量の上限は、好ましくは0.0018%、さらに好ましくは0.0015%である。S含有量は可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、S含有量の下限は、好ましくは0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%である。
S: 0.002% or less Sulfur (S) is contained in the alloy as an impurity like P. Although S has the effect of increasing the penetration depth during welding, S segregates at the grain boundaries of the weld heat affected zone during welding to increase the liquefaction cracking sensitivity. Therefore, the upper limit is made 0.002%. The upper limit of the S content is preferably 0.0018%, more preferably 0.0015%. The S content is preferably reduced as much as possible, but extreme reduction leads to an increase in steelmaking costs. Therefore, the lower limit of the S content is preferably 0.0001%, more preferably 0.0002%.

Cu:2〜4%
銅(Cu)は、オーステナイト組織の安定にするとともに、使用中に微細に析出してクリープ強度の向上に寄与する。この効果を十分に得るためには、2%以上含有する必要がある。しかしながら、Cuを過剰に含有すると、熱間加工性の低下を招く。そのため、上限は4%とする。Cu含有量の下限は、好ましくは2.3%であり、さらに好ましくは2.5%である。Cu含有量の上限は、好ましくは3.8%であり、さらに好ましくは3.5%である。
Cu: 2 to 4%
Copper (Cu) stabilizes the austenite structure and precipitates finely during use, contributing to the improvement of creep strength. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 2% or more. However, when Cu is contained excessively, the hot workability is lowered. Therefore, the upper limit is 4%. The lower limit of the Cu content is preferably 2.3%, more preferably 2.5%. The upper limit of the Cu content is preferably 3.8%, more preferably 3.5%.

Ni:11〜16%
ニッケル(Ni)は、長時間使用時のオーステナイト相の安定性を確保するために必須の元素である。本実施形態のCr、W含有量の範囲でこの効果を十分に得るためには、Niを11%以上含有する必要がある。しかしながら、Niは高価な元素であり、多量の含有はコストの増大を招く。そのため、上限は16%とする。Ni含有量の下限は、好ましくは11.5%であり、さらに好ましくは12%である。Ni含有量の上限は、好ましくは15.5%であり、さらに好ましくは15%である。
Ni: 11-16%
Nickel (Ni) is an essential element for ensuring the stability of the austenite phase when used for a long time. In order to sufficiently obtain this effect within the Cr and W content ranges of the present embodiment, it is necessary to contain 11% or more of Ni. However, Ni is an expensive element, and a large amount causes an increase in cost. Therefore, the upper limit is 16%. The lower limit of the Ni content is preferably 11.5%, more preferably 12%. The upper limit of the Ni content is preferably 15.5%, more preferably 15%.

Cr:16〜20%
クロム(Cr)は、高温での耐酸化性及び耐食性の確保のために必須の元素である。Crはまた、微細な炭化物を形成してクリープ強度の確保にも寄与する。本実施形態のNi含有量の範囲でこの効果を十分に得るためには、Crを16%以上含有する必要がある。しかしながら、Crを過剰に含有すると、高温でのオーステナイト相の組織安定性が劣化してクリープ強度が低下する。そのため、上限は20%とする。Cr含有量の下限は、好ましくは16.5%であり、さらに好ましくは17%である。Cr含有量の上限は、好ましくは19.5%であり、さらに好ましくは19%である。
Cr: 16-20%
Chromium (Cr) is an essential element for ensuring oxidation resistance and corrosion resistance at high temperatures. Cr also contributes to ensuring creep strength by forming fine carbides. In order to sufficiently obtain this effect within the range of the Ni content of the present embodiment, it is necessary to contain 16% or more of Cr. However, when Cr is excessively contained, the structural stability of the austenite phase at high temperatures deteriorates and the creep strength decreases. Therefore, the upper limit is 20%. The lower limit of the Cr content is preferably 16.5%, and more preferably 17%. The upper limit of the Cr content is preferably 19.5%, more preferably 19%.

W:2〜5%
タングステン(W)は、マトリックスに固溶して、又は微細な金属間化合物を形成して、高温でのクリープ強度や引張強さの向上に大きく寄与する。この効果を十分に得るためには、2%以上含有する必要がある。しかしながら、Wを過剰に含有しても効果は飽和するとともに、かえってクリープ強度が低下する場合もある。さらに、Wは高価な元素であり、多量の含有はコストの増大を招く。そのため、上限は5%とする。W含有量の下限は、好ましくは2.2%であり、さらに好ましくは2.5%である。W含有量の上限は、好ましくは4.8%であり、さらに好ましくは4.5%である。
W: 2-5%
Tungsten (W) greatly contributes to the improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures by forming a solid solution in the matrix or forming a fine intermetallic compound. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 2% or more. However, even if W is contained excessively, the effect is saturated and the creep strength may be lowered. Furthermore, W is an expensive element, and a large amount causes an increase in cost. Therefore, the upper limit is 5%. The lower limit of the W content is preferably 2.2%, more preferably 2.5%. The upper limit of the W content is preferably 4.8%, more preferably 4.5%.

Nb:0.1〜0.8%
ニオブ(Nb)は、微細な炭窒化物として粒内に析出して、高温でのクリープ強度や引張強さの向上に寄与する。この効果を十分に得るためには、0.1%以上含有する必要がある。しかしながら、Nbを過剰に含有すると、炭窒化物が多量に析出してクリープ延性及び靱性の低下を招く。そのため、上限は0.8%とする。Nb含有量の下限は、好ましくは0.12%であり、さらに好ましくは0.15%である。Nb含有量の上限は、好ましくは0.7%であり、さらに好ましくは0.65%である。
Nb: 0.1 to 0.8%
Niobium (Nb) precipitates in the grains as fine carbonitrides and contributes to the improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 0.1% or more. However, when Nb is contained excessively, a large amount of carbonitride precipitates, resulting in a decrease in creep ductility and toughness. Therefore, the upper limit is 0.8%. The lower limit of the Nb content is preferably 0.12%, more preferably 0.15%. The upper limit of the Nb content is preferably 0.7%, more preferably 0.65%.

N:0.001〜0.15%
窒素(N)は、オーステナイト組織を安定にするとともに、マトリックスに固溶して、又は窒化物として析出して、高温強度の向上に寄与する。この効果を十分に得るためには、0.001%以上含有する必要がある。しかしながら、Nを過剰に含有すると、高温での使用中に多量の微細窒化物が粒内に析出して、クリープ延性及び靱性が低下する。そのため、上限は0.15%とする。N含有量の下限は、好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.004%である。N含有量の上限は、好ましくは0.14%であり、さらに好ましくは0.12%である。
N: 0.001 to 0.15%
Nitrogen (N) stabilizes the austenite structure and dissolves in the matrix or precipitates as a nitride, contributing to the improvement of the high-temperature strength. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 0.001% or more. However, when N is contained excessively, a large amount of fine nitride precipitates in the grains during use at a high temperature, and creep ductility and toughness deteriorate. Therefore, the upper limit is made 0.15%. The lower limit of the N content is preferably 0.002%, more preferably 0.004%. The upper limit of the N content is preferably 0.14%, more preferably 0.12%.

B:0.0005〜0.01%
ボロン(B)は、粒界炭化物を微細に分散させることによってクリープ強度を向上させるとともに、粒界に偏析して粒界を強化する。この効果を十分に得るためには、0.0005%以上含有する必要がある。しかしながら、Bを過剰に含有すると、溶接中の溶接熱サイクルによって溶融境界近傍の溶接熱影響部にBが多量に偏析して粒界の融点が低下し、液化割れ感受性が高くなる。そのため、上限は0.01%とする。B含有量の下限は、好ましくは0.0008であり、さらに好ましくは0.001%である。B含有量の上限は、好ましくは0.008%であり、さらに好ましくは0.006%である。
B: 0.0005 to 0.01%
Boron (B) improves the creep strength by finely dispersing grain boundary carbides and segregates at the grain boundaries to strengthen the grain boundaries. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 0.0005% or more. However, when B is contained excessively, B is segregated in a large amount in the heat affected zone near the melting boundary due to the welding heat cycle during welding, the melting point of the grain boundary is lowered, and the liquefaction cracking sensitivity is increased. Therefore, the upper limit is made 0.01%. The lower limit of the B content is preferably 0.0008, and more preferably 0.001%. The upper limit of the B content is preferably 0.008%, more preferably 0.006%.

Al:0.03%以下
アルミニウム(Al)は、脱酸作用を有する。しかしながら、Alを過剰に含有すると、合金の清浄性が劣化して熱間加工性が低下する。そのため、上限は0.03%とする。Al含有量の上限は、好ましくは0.025%であり、さらに好ましくは0.02%である。下限は特に設ける必要はないが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Al含有量の下限は、好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.001%である。なお、本発明においては、Alは酸可溶Al(sol.Al)を意味する。
Al: 0.03% or less Aluminum (Al) has a deoxidizing action. However, when Al is contained excessively, the cleanliness of the alloy is deteriorated and the hot workability is lowered. Therefore, the upper limit is made 0.03%. The upper limit of the Al content is preferably 0.025%, more preferably 0.02%. There is no particular need to provide a lower limit, but extreme reduction leads to an increase in steelmaking costs. Therefore, the lower limit of the Al content is preferably 0.0005%, and more preferably 0.001%. In the present invention, Al means acid-soluble Al (sol. Al).

O:0.02%以下
酸素(O)は、不純物として合金中に含まれ、溶接中の溶け込み深さを増大する効果を有する。しかしながら、Oを過剰に含有すると、熱間加工性が低下するとともに、靱性や延性が劣化する。そのため、上限は0.02%とする。O含有量の上限は、好ましくは0.018%であり、さらに好ましくは0.015%である。下限は特に設ける必要はないが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、O含有量の下限は、好ましくは0.0005%、さらに好ましくは0.0008%である。
O: 0.02% or less Oxygen (O) is contained as an impurity in the alloy and has the effect of increasing the penetration depth during welding. However, when O is contained excessively, hot workability is deteriorated and toughness and ductility are deteriorated. Therefore, the upper limit is made 0.02%. The upper limit of the O content is preferably 0.018%, more preferably 0.015%. There is no particular need to provide a lower limit, but extreme reduction leads to an increase in steelmaking costs. Therefore, the lower limit of the O content is preferably 0.0005%, more preferably 0.0008%.

Se、Te、Bi、Sn、Zn、及びPbの1種又は2種以上の合計:0.001〜0.03%、
これらの元素のうち、Se、Te、及びBiは溶融金属の表面張力の温度依存性に影響を及ぼすことにより、Sn、Zn、及びPbは溶融池から蒸発してアークの電流密度を増大させることにより、それぞれ溶接時の溶け込み深さを増大させる効果を有する。この効果を十分に得るためには、これらの元素の1種又は2種以上を合計で0.001%以上含有する必要がある。しかしながら、これらの元素を過剰に含有すると、溶接中の溶接熱影響部の液化割れ感受性が高まる。そのため、これらの元素の合計の含有量の上限は、0.03%とする。これらの元素の合計の含有量の下限は、好ましくは0.0015%、さらに好ましくは0.002%、さらに好ましくは0.003%である。これらの元素の合計の含有量の上限は、好ましくは0.025%であり、さらに好ましくは0.02%である。
Total of one or more of Se, Te, Bi, Sn, Zn, and Pb: 0.001 to 0.03%,
Of these elements, Se, Te, and Bi affect the temperature dependence of the surface tension of the molten metal, and Sn, Zn, and Pb evaporate from the molten pool and increase the current density of the arc. This has the effect of increasing the penetration depth during welding. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain one or more of these elements in total of 0.001% or more. However, when these elements are contained excessively, the liquefaction cracking sensitivity of the weld heat affected zone during welding is increased. Therefore, the upper limit of the total content of these elements is 0.03%. The lower limit of the total content of these elements is preferably 0.0015%, more preferably 0.002%, and still more preferably 0.003%. The upper limit of the total content of these elements is preferably 0.025%, more preferably 0.02%.

なお、本実施形態によるオーステナイト系耐熱合金の化学組成は、Se、Te、Bi、Sn、Zn、及びPbのすべての元素を含んでいる必要はなく、これらの元素の少なくとも1種を含んでいれば良い。   Note that the chemical composition of the austenitic heat-resistant alloy according to the present embodiment does not need to include all elements of Se, Te, Bi, Sn, Zn, and Pb, and may include at least one of these elements. It ’s fine.

本実施形態によるオーステナイト系耐熱合金の化学組成の残部は、Fe及び不純物である。ここでいう不純物とは、耐熱合金を工業的に製造する際に、原料として利用される鉱石やスクラップから混入する元素、又は製造過程の環境等から混入する元素を意味する。   The balance of the chemical composition of the austenitic heat-resistant alloy according to this embodiment is Fe and impurities. An impurity here means the element mixed from the ore and scrap utilized as a raw material, or the element mixed from the environment of a manufacturing process, etc. when manufacturing a heat-resistant alloy industrially.

本実施形態によるオーステナイト系耐熱合金の化学組成はさらに、上記のFeの一部に代えて、下記の第1群から第3群のいずれかの群から選択される1種以上の元素を含有しても良い。下記の元素は、すべて選択元素である。すなわち、下記の元素は、いずれも本実施形態によるオーステナイト系耐熱合金に含有されていなくても良い。また、一部だけが含有されていても良い。   The chemical composition of the austenitic heat-resistant alloy according to the present embodiment further contains one or more elements selected from any one of the following first to third groups in place of a part of the above-mentioned Fe. May be. The following elements are all selective elements. That is, none of the following elements may be contained in the austenitic heat-resistant alloy according to the present embodiment. Moreover, only a part may be contained.

より具体的には、例えば、第1群から第3群までの群の中から1つの群だけを選択し、その群から1種以上の元素を選択しても良い。この場合、選択した群に属するすべての元素を選択する必要はない。また、第1群から第3群の中から複数の群を選択し、それぞれの群から1種以上の元素を選択しても良い。この場合も、選択した群に属するすべての元素を選択する必要はない。   More specifically, for example, only one group may be selected from the groups from the first group to the third group, and one or more elements may be selected from the group. In this case, it is not necessary to select all elements belonging to the selected group. Further, a plurality of groups may be selected from the first group to the third group, and one or more elements may be selected from each group. Also in this case, it is not necessary to select all the elements belonging to the selected group.

第1群 V:0〜0.5%、Ti:0〜0.5%
第1群に属する元素は、V及びTiである。V及びTiは、析出強化によって合金のクリープ強度を向上する。
First group V: 0 to 0.5%, Ti: 0 to 0.5%
Elements belonging to the first group are V and Ti. V and Ti improve the creep strength of the alloy by precipitation strengthening.

V:0〜0.5%
バナジウム(V)は、Nbと同様、炭素又は窒素と結合して微細な炭化物又は炭窒化物を形成して、クリープ強度の向上に寄与する。Vを少しでも含有すればこの効果が得られる。しかしながら、Vを過剰に含有すると、析出物が多量になってクリープ延性が低下する。そのため、上限は0.5%とする。V含有量の下限は、好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.03%である。V含有量の上限は、好ましくは0.45%であり、さらに好ましくは0.4%である。
V: 0 to 0.5%
Vanadium (V), like Nb, combines with carbon or nitrogen to form fine carbides or carbonitrides and contributes to the improvement of creep strength. If V is contained even a little, this effect can be obtained. However, when V is contained excessively, the amount of precipitates increases and the creep ductility decreases. Therefore, the upper limit is 0.5%. The lower limit of the V content is preferably 0.01%, more preferably 0.03%. The upper limit of the V content is preferably 0.45%, more preferably 0.4%.

Ti:0〜0.5%
チタン(Ti)は、Nbと同様、微細な炭窒化物を形成して、高温でのクリープ強度や引張強さの向上に寄与する。Tiを少しでも含有すればこの効果が得られる。しかしながら、Tiを過剰に含有すると、析出部が多量になってクリープ延性及び靱性が低下する。そのため、上限は0.5%とする。Ti含有量の下限は、好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.03%である。Ti含有量の上限は、好ましくは0.45%であり、さらに好ましくは0.4%である。
Ti: 0 to 0.5%
Titanium (Ti), like Nb, forms fine carbonitrides and contributes to the improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures. This effect can be obtained if Ti is contained even a little. However, when Ti is contained excessively, the amount of precipitates becomes large and creep ductility and toughness are lowered. Therefore, the upper limit is 0.5%. The lower limit of the Ti content is preferably 0.01%, more preferably 0.03%. The upper limit of the Ti content is preferably 0.45%, more preferably 0.4%.

第2群 Co:0〜2%、Mo:0〜5%
第2群に属する元素は、Co及びMoである。これらの元素は、合金のクリープ強度を向上する。
Second group Co: 0-2%, Mo: 0-5%
Elements belonging to the second group are Co and Mo. These elements improve the creep strength of the alloy.

Co:0〜2%
コバルト(Co)は、NiやCuと同様にオーステナイト生成元素であり、オーステナイト組織の安定性を高めてクリープ強度の向上に寄与する。Coを少しでも含有すれば、この効果が得られる。しかしながら、Coは極めて高価な元素であり、多量の含有はコストの増大を招く。そのため、上限は2%とする。Co含有量の下限は、好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.03%である。Co含有量の上限は、好ましくは1.8%であり、さらに好ましくは1.5%である。
Co: 0 to 2%
Cobalt (Co) is an austenite-forming element like Ni and Cu, and contributes to the improvement of creep strength by increasing the stability of the austenite structure. This effect can be obtained if Co is contained even a little. However, Co is an extremely expensive element, and a large amount causes an increase in cost. Therefore, the upper limit is 2%. The lower limit of the Co content is preferably 0.01%, more preferably 0.03%. The upper limit of the Co content is preferably 1.8%, more preferably 1.5%.

Mo:0〜5%
モリブデン(Mo)は、Wと同様、マトリックスに固溶して高温でのクリープ強度や引張強さの向上に寄与する。Moを少しでも含有すれば、この効果が得られる。しかしながら、Moを過剰に含有しても効果は飽和するとともに、かえってクリープ強度が低下する場合がある。さらに、Moは高価な元素であり、多量の含有はコストの増大を招く。そのため、上限は5%とする。Mo含有量の下限は、好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.03%である。Mo含有量の上限は、好ましくは4.8%であり、さらに好ましくは4.5%である。
Mo: 0 to 5%
Molybdenum (Mo), like W, contributes to improving the creep strength and tensile strength at high temperatures by dissolving in a matrix. This effect can be obtained if even a small amount of Mo is contained. However, even if Mo is contained excessively, the effect is saturated and the creep strength may be lowered. Furthermore, Mo is an expensive element, and a large amount causes an increase in cost. Therefore, the upper limit is 5%. The lower limit of the Mo content is preferably 0.01%, more preferably 0.03%. The upper limit of the Mo content is preferably 4.8%, more preferably 4.5%.

第3群 Ca:0〜0.02%、Mg:0〜0.02%、REM:0〜0.2%
第3群に属する元素はCa、Mg、及びREMである。これらの元素は、合金の熱間加工性を改善する。
Third group Ca: 0 to 0.02%, Mg: 0 to 0.02%, REM: 0 to 0.2%
Elements belonging to the third group are Ca, Mg, and REM. These elements improve the hot workability of the alloy.

Ca:0〜0.02%
カルシウム(Ca)は、製造時の熱間加工性を改善する。Caを少しでも含有すれば、この効果が得られる。しかしながら、Caを過剰に含有すると、酸素と結合して合金の清浄性を著しく低下させ、かえって熱間加工性が低下する。そのため、上限は0.02%とする。Ca含有量の下限は、好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.001%である。Ca含有量の上限は、好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.005%である。
Ca: 0 to 0.02%
Calcium (Ca) improves hot workability during production. If Ca is contained even a little, this effect is obtained. However, if Ca is contained excessively, it combines with oxygen to significantly reduce the cleanliness of the alloy, and on the contrary, the hot workability is reduced. Therefore, the upper limit is made 0.02%. The lower limit of the Ca content is preferably 0.0005%, more preferably 0.001%. The upper limit of the Ca content is preferably 0.01%, more preferably 0.005%.

Mg:0〜0.02%
マグネシウム(Mg)は、Caと同様、製造時の熱間加工性を改善する。Mgを少しでも含有すれば、この効果が得られる。しかしながら、Mgを過剰に含有すると、酸素と結合して合金の清浄性を著しく低下させ、かえって熱間加工性が低下する。そのため、上限は0.02%とする。Mg含有量の下限は、好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.001%である。Mg含有量の上限は、好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.005%である。
Mg: 0 to 0.02%
Magnesium (Mg), like Ca, improves hot workability during production. This effect can be obtained if even a small amount of Mg is contained. However, when Mg is contained excessively, it combines with oxygen to significantly reduce the cleanliness of the alloy, and on the contrary, the hot workability is lowered. Therefore, the upper limit is made 0.02%. The lower limit of the Mg content is preferably 0.0005%, more preferably 0.001%. The upper limit of the Mg content is preferably 0.01%, more preferably 0.005%.

REM:0〜0.2%
希土類元素(REM)は、CaやMgと同様、製造時の熱間加工性を改善する。REMを少しでも含有すれば、この効果が得られる。しかしながら、REMを過剰に含有すると、酸素と結合して合金の清浄性を著しく低下させ、かえって熱間加工性が低下する。そのため、上限は0.2%とする。REM含有量の下限は、好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.001%である。REM含有量の上限は、好ましくは0.15%であり、さらに好ましくは0.1%である。
REM: 0 to 0.2%
Rare earth elements (REM), like Ca and Mg, improve hot workability during production. This effect can be obtained if REM is contained even a little. However, when REM is contained excessively, it combines with oxygen and remarkably decreases the cleanliness of the alloy, and on the contrary, the hot workability decreases. Therefore, the upper limit is made 0.2%. The lower limit of the REM content is preferably 0.0005%, more preferably 0.001%. The upper limit of the REM content is preferably 0.15%, more preferably 0.1%.

「REM」とはSc、Y及びランタノイドの合計17元素の総称であり、REMの含有量はREMのうちの1種又は2種以上の元素の合計含有量を指す。また、REMは一般的にミッシュメタルに含有される。このため例えば、合金にミッシュメタルを添加して、REMの含有量が上記の範囲となるようにしても良い。   “REM” is a generic name for a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoid, and the content of REM refers to the total content of one or more elements of REM. REM is generally contained in misch metal. Therefore, for example, misch metal may be added to the alloy so that the REM content falls within the above range.

以上、本発明の一実施形態によるオーステナイト系耐熱合金を説明した。本実施形態によれば、溶接施工性、溶接中の溶接熱影響部の耐割れ性、及び高温強度に優れたオーステナイト系耐熱合金が得られる。   In the above, the austenitic heat-resistant alloy by one Embodiment of this invention was demonstrated. According to this embodiment, an austenitic heat resistant alloy excellent in welding workability, crack resistance of the weld heat affected zone during welding, and high temperature strength can be obtained.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.

表1に示す化学組成を有するA〜Hの材料を実験室溶解して鋳込んだインゴットを、1000〜1150℃の温度範囲で熱間鍛造及び熱間圧延し、厚さ15mmの板とした。なお、表1の「fn1」は、Se、Te、Bi、Sn、Zn、及びPbの合計の含有量を示す。この板をさらに冷間圧延して厚さ12mmにした。この板を1200℃で10分間保持した後水冷する固溶化熱処理を実施した。固溶化熱処理の後、機械加工によって厚さ10mm、幅50mm、長さ100mmの板に成形した。   An ingot in which materials A to H having the chemical composition shown in Table 1 were melted and cast in a laboratory was hot forged and hot rolled in a temperature range of 1000 to 1150 ° C. to obtain a plate having a thickness of 15 mm. “Fn1” in Table 1 indicates the total content of Se, Te, Bi, Sn, Zn, and Pb. This plate was further cold-rolled to a thickness of 12 mm. The plate was held at 1200 ° C. for 10 minutes and then subjected to a solution heat treatment by water cooling. After the solution heat treatment, a plate having a thickness of 10 mm, a width of 50 mm, and a length of 100 mm was formed by machining.

Figure 2017014575
Figure 2017014575

[溶接施工性]
上記で作製した板の長手方向に沿って、図1に示す開先加工を施した。開先加工を施した板同士を突き合わせ、ガスタングステンアーク溶接法によって、各代符につき2継手ずつ、突き合わせ溶接を行って溶接継手を作製した。溶接は、溶加材料を用いず、入熱量は5kJ/cmとした。
[Welding workability]
The groove processing shown in FIG. 1 was performed along the longitudinal direction of the plate produced above. The plates subjected to the groove processing were butted together, and two joints were butt welded for each symbol by a gas tungsten arc welding method to produce a welded joint. Welding did not use a filler material, and the heat input was 5 kJ / cm.

得られた溶接継手のうち、2継手とも溶接線の全長にわたって幅が1mm以上の裏ビードが形成されたものを、溶接施工性が良好であるとして合格とした。合格の継手のうち、全長にわたって裏ビードの幅が2mm以上であったものを「良」と判定し、一部でも幅が2mm未満の部分があったものを「可」と判定した。また、2継手のうち一部でも裏ビードが形成されない部分があったもの、及び一部でも裏ビードの幅が1mm未満の部分があったものを「不可」と判定した。   Among the obtained welded joints, the two joints in which the back bead having a width of 1 mm or more was formed over the entire length of the weld line were regarded as acceptable as the welding workability was good. Of the accepted joints, those having a width of the back bead of 2 mm or more over the entire length were judged as “good”, and those having a part with a width of less than 2 mm were judged as “good”. Moreover, it was determined as “impossible” when there was a part where the back bead was not formed in some of the two joints and where there was a part where the width of the back bead was less than 1 mm.

[耐溶接割れ性]
初層のみ溶接した上記の溶接継手を、JIS G 3106(2008)に規定のSM400B相当の市販の鋼板(厚さ25mm、幅200mm、長さ200mm)の上に、JIS Z 3224(2010)に規定の被覆アーク溶接棒ENi6625を用いて四周を拘束溶接した。その後、JIS Z 3334(2011)に規定のSNi6625該当のティグワイヤを用いて、入熱10〜15kJ/cmでTIG溶接により開先内に積層溶接を行って溶接継手を作製した。
[Weld crack resistance]
The above welded joint, in which only the first layer is welded, is defined in JIS Z 3224 (2010) on a commercially available steel plate (thickness 25 mm, width 200 mm, length 200 mm) equivalent to SM400B defined in JIS G 3106 (2008). 4 turns were restrained and welded using a covered arc welding rod ENi6625. After that, using a TIG wire corresponding to SNi6625 defined in JIS Z 3334 (2011), lamination welding was performed in the groove by TIG welding at a heat input of 10 to 15 kJ / cm to prepare a welded joint.

作製した溶接継手の各5カ所から、観察面が継手の横断面(溶接ビードと垂直な断面)になるように試料を採取した。採取した試料を鏡面研磨、腐食した後、光学顕微鏡によって検鏡し、溶接熱影響部における割れの有無を調査した。5個の試料のすべてで割れが観察されなかった溶接継手を「良」、1個の試料で割れが観察された溶接継手を「可」として、「合格」と判断した。2個以上の試料で割れが観察された溶接継手を「不可」と判断した。   Samples were collected from each of the five welded joints produced so that the observation surface was a cross section of the joint (cross section perpendicular to the weld bead). The collected sample was mirror-polished and corroded, and then examined with an optical microscope to investigate the presence of cracks in the weld heat affected zone. A weld joint in which no cracks were observed in all five samples was judged as “good”, and a weld joint in which cracks were observed in one sample was judged as “good”. A welded joint in which cracks were observed in two or more samples was judged as “impossible”.

[クリープ破断強さ]
耐溶接割れ性試験で合格した溶接継手から、溶接金属が平行部の中央となるように丸棒クリープ破断試験片を採取した。母材の目標破断時間が約1000時間となる700℃、186MPaの条件でクリープ破断試験を行った。母材破断し、かつ、その破断時間が母材の破断時間の90%以上(すなわち、900時間以上)となるものを「合格」とした。
[Creep rupture strength]
A round bar creep rupture test piece was collected from a welded joint that passed the weld cracking resistance test so that the weld metal was in the center of the parallel part. The creep rupture test was performed under the conditions of 700 ° C. and 186 MPa, at which the target rupture time of the base material was about 1000 hours. A material that was broken and the break time was 90% or more of the break time of the base material (that is, 900 hours or more) was determined as “pass”.

[性能評価結果]
性能評価結果を表2に示す。
[Performance evaluation results]
The performance evaluation results are shown in Table 2.

Figure 2017014575
Figure 2017014575

代符A〜E及びHのオーステナイト系耐熱合金を母材とする溶接継手は、化学組成が適切であった。これらの溶接継手は、初層溶接において裏ビードが全長にわたり形成され、良好な溶接施工性を有していた。また、溶接熱影響部に割れが生じず、必要とされる耐割れ性を有していた。さらに、高温のクリープ破断強度も十分であった。   The chemical composition of the welded joint using the austenitic heat-resistant alloys of symbols A to E and H as the base material was appropriate. In these welded joints, the back bead was formed over the entire length in the first layer welding and had good weldability. Moreover, the weld heat-affected zone was not cracked and had the required crack resistance. Furthermore, the high temperature creep rupture strength was sufficient.

代符Fのオーステナイト系耐熱合金を母材とする溶接継手は、初層溶接において、一部裏ビードに判定基準を満足しない部分があった。これは、Se、Te、Bi、Sn、Zn、及びPbの合計の含有量が少なすぎたためと考えられる。   In the welded joint using the austenitic heat-resistant alloy of the symbol F as a base material, a part of the back bead did not satisfy the criterion in the first layer welding. This is probably because the total content of Se, Te, Bi, Sn, Zn, and Pb was too small.

代符Gのオーステナイト系耐熱合金を母材とする溶接継手は、液化割れと考えられる割れが溶接熱影響部に発生した。これは、Se、Te、Bi、Sn、Zn、及びPbの合計の含有量が多すぎたためと考えられる。   In the welded joint using the austenitic heat-resistant alloy of surrogate G as a base material, cracks considered to be liquefaction cracks occurred in the weld heat affected zone. This is probably because the total content of Se, Te, Bi, Sn, Zn, and Pb was too much.

本発明は、発電用ボイラの主蒸気管や高温再熱蒸気管等の高温部材として用いられるオーステナイト系耐熱合金として、好適に用いることができる。   The present invention can be suitably used as an austenitic heat-resistant alloy used as a high-temperature member such as a main steam pipe or a high-temperature reheat steam pipe of a power generation boiler.

Claims (3)

化学組成が、質量%で、
C :0.04〜0.15%、
Si:0.05〜1%、
Mn:0.3〜2.5%、
P :0.04%以下、
S :0.002%以下、
Cu:2〜4%、
Ni:11〜16%、
Cr:16〜20%、
W :2〜5%、
Nb:0.1〜0.8%、
N :0.001〜0.15%、
B :0.0005〜0.01%、
Al:0.03%以下、
O :0.02%以下、並びに
Se、Te、Bi、Sn、Zn、及びPbの1種又は2種以上の合計:0.001〜0.03%、
V :0〜0.5%、
Ti:0〜0.5%、
Co:0〜2%、
Mo:0〜5%、
Ca:0〜0.02%、
Mg:0〜0.02%、
REM:0〜0.2%、
残部:Fe及び不純物である、オーステナイト系耐熱合金。
Chemical composition is mass%,
C: 0.04 to 0.15%,
Si: 0.05 to 1%
Mn: 0.3 to 2.5%
P: 0.04% or less,
S: 0.002% or less,
Cu: 2 to 4%,
Ni: 11-16%
Cr: 16 to 20%,
W: 2-5%
Nb: 0.1 to 0.8%
N: 0.001 to 0.15%,
B: 0.0005 to 0.01%,
Al: 0.03% or less,
O: 0.02% or less, and the total of one or more of Se, Te, Bi, Sn, Zn, and Pb: 0.001 to 0.03%,
V: 0 to 0.5%
Ti: 0 to 0.5%,
Co: 0 to 2%,
Mo: 0 to 5%,
Ca: 0 to 0.02%,
Mg: 0 to 0.02%,
REM: 0-0.2%
The balance: austenitic heat-resistant alloy which is Fe and impurities.
請求項1に記載のオーステナイト系耐熱合金であって、
前記化学組成が、質量%で、下記の第1群から第3群までのいずれかの群から選択される1種以上の元素を含有する、オーステナイト系耐熱合金。
第1群 V :0.01〜0.5%、Ti:0.01〜0.5%
第2群 Co:0.01〜2%、Mo:0.01〜5%
第3群 Ca:0.0005〜0.02%、Mg:0.0005〜0.02%、REM:0.0005〜0.2%
The austenitic heat-resistant alloy according to claim 1,
An austenitic heat-resistant alloy, wherein the chemical composition contains one or more elements selected from the following first group to third group in mass%.
First group V: 0.01 to 0.5%, Ti: 0.01 to 0.5%
Second group Co: 0.01-2%, Mo: 0.01-5%
Third group Ca: 0.0005 to 0.02%, Mg: 0.0005 to 0.02%, REM: 0.0005 to 0.2%
請求項1又は2に記載のオーステナイト系耐熱合金を備える、溶接構造物。   A welded structure comprising the austenitic heat-resistant alloy according to claim 1.
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