JP2017088963A - オーステナイト鋼およびそれを用いたオーステナイト鋼鋳造品 - Google Patents
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Abstract
【課題】
優れた強度と鋳造性を両立するオーステナイト鋼およびそれを用いたオーステナイト鋼鋳造品を提供する。
【解決手段】
本発明に係るオーステナイト鋼は、質量％で、Ｎｉ：２５〜５０％、Ｎｂ：３．８〜６．０％、Ｚｒ：０．５％以下、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｃｒ：１２〜２５％、Ｔｉ：１．６％以下、Ｍｏ：４．８％以下、Ｗ：５．２％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなり、下記式（１）で表されるパラメータＰｓがＰｓ≦３８を満たすことを特徴とする。
Ｐｓ＝８．３［Ｎｂ］−７．５［Ｔｉ］＋２．４［Ｍｏ］＋３．５［Ｗ］…式（１）
（式（１）中、［Ｎｂ］、［Ｔｉ］、［Ｍｏ］および［Ｗ］は、それぞれＮｂ、Ｔｉ、ＭｏおよびＷの含有量（質量％）を示す。）
【選択図】 図１
優れた強度と鋳造性を両立するオーステナイト鋼およびそれを用いたオーステナイト鋼鋳造品を提供する。
【解決手段】
本発明に係るオーステナイト鋼は、質量％で、Ｎｉ：２５〜５０％、Ｎｂ：３．８〜６．０％、Ｚｒ：０．５％以下、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｃｒ：１２〜２５％、Ｔｉ：１．６％以下、Ｍｏ：４．８％以下、Ｗ：５．２％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなり、下記式（１）で表されるパラメータＰｓがＰｓ≦３８を満たすことを特徴とする。
Ｐｓ＝８．３［Ｎｂ］−７．５［Ｔｉ］＋２．４［Ｍｏ］＋３．５［Ｗ］…式（１）
（式（１）中、［Ｎｂ］、［Ｔｉ］、［Ｍｏ］および［Ｗ］は、それぞれＮｂ、Ｔｉ、ＭｏおよびＷの含有量（質量％）を示す。）
【選択図】 図１
Description
本発明は、オーステナイト鋼およびそれを用いたオーステナイト鋼鋳造品に関し、特に火力発電プラント等の構成部材に用いられる高強度耐熱オーステナイト鋼に関する。
昨今、石炭火力発電プラントの高効率化を目指して、蒸気温度の高温化が進んでいる。現在運転されている石炭火力発電プラントのうち、蒸気温度６２０℃級が最も蒸気温度の高い蒸気タービン（ＵＳＣ：Ｕｌｔｒａ Ｓｕｐｅｒ Ｃｒｉｔｉｃａｌ）（超々臨界圧発電））として運転されているが、ＣＯ２排出を抑制すべく、今後さらに高温化が進むと考えられる。これまで蒸気タービンの高温部材として９Ｃｒ系および１２Ｃｒ系の耐熱フェライト鋼等が用いられてきたが、蒸気温度の高温化に伴い、これらの適用が難しくなると考えられている。
そこで、高温部材に適用する合金として、フェライト鋼よりも耐用温度の高いＮｉ基合金が候補となりうる。Ｎｉ基合金は、ＡｌやＴｉを生成元素とし、高温で安定相となるγ´相が強化相であるため、高温で優れた強度を示す。鍛造材については、γ´相析出強化合金を、ＶＩＭ（Ｖａｃｕｕｍ‐Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｅｌｔｉｎｇ）やＥＳＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｌａｇ Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ）、ＶＡＲ（Ｖａｃｕｕｍ‐Ａｒｃ Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ）といった、雰囲気を高度に制御した溶解方法により素材インゴットとして溶解し、その後、熱間鍛造することにより製品素材となる。上記溶解法では、真空中であることや、スラグを使用することで溶解中に活性元素であるＡｌやＴｉの酸化を防ぐようにしている。一方、タービンケーシングやバルブケーシング等については、一般的には砂型を用いた鋳造法によって素材を比較的製品に近い形とし、鋳込んだまま鋳造材としたものが使用される。しかし、鋳造法では溶解中に空気との遮断が十分でなく、活性な元素（ＡｌやＴｉ）が多いとこれらの元素が酸化してしまう。
鋳造材に適用可能な合金として、例えば特許文献１および特許文献２に記載されているＡｌｌｏｙ６２５は、ＭｏとＮｂが固溶する固溶強化合金であり、鋳造性にも優れた材料で、肉厚部材についても、問題となる欠陥を生じることなく製造することができる。また、クリープ耐用温度も、従来のフェライト鋼と比べて著しく高いことが確認されている。
特許文献３および特許文献４では、γ´相ではない析出強化オーステナイト鋼が提唱されている。これらは、Ｎｂを生成元素とする金属間化合物により析出強化されたオーステナイト鋼であり、Ｎｉ３ＮｂやＦｅ２Ｎｂが粒内、粒界に析出することで高い高温強度を示す。これらの材料は、素材となるインゴットを溶解したのち、加工（熱間加工）してボイラ材として使用される。
特許文献５では、耐食オーステナイト鋼が提唱されており、優れた高温強度も得られるとされている。
タービンケーシングやバルブケーシングのような鋳造品の製造において、合金はＡＯＤ（Ａｒｇｏｎ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ：アルゴン酸素脱炭法）などの手法により溶湯を鋳型へ流し込むが、このとき、ＡｌやＴｉといった活性な元素を含む合金、すなわちγ´相析出強化合金をこの方法で溶解すると、これらの元素が酸化して所定のＡｌおよびＴｉの含有量にならなかったり、これらの酸化物が介在したりすることで十分な高温強度が得られない可能性がある。
また、特許文献１および２のＡｌｌｏｙ６２５は、製造性は優れるものの、耐力が十分ではなく、例えばケーシングに採用した場合、ボルト締めの際にネジが変形または欠損するという問題が生じる可能性がある。さらに、固溶強化合金をベースとして高強度化するような合金設計をしようとすると、固溶強化元素（例えばＭｏやＮｂ）をさらに添加せざるを得ず、そのため、相安定性が低下する懸念があり、結果として有害相が析出し、長時間の組織安定性（すなわち、機械的特性）に問題が生じる可能性がある。
特許文献３〜５は析出強化合金であるが、鋳造後に鍛造等の加工を行うことを前提としており、例えばケーシング等の鋳造品への適用は難しい。
このように、鋳造品（特に、大型鋳造品）においては、高温強度の高いγ´相析出強化合金の適用が困難である。また、固溶強化合金についても、耐力が低いことが問題となる。さらに、鋳造品を作製する際には、鋳造時にマクロ欠陥が生成しやすいと製品の信頼性が低下するため、鋳造性も考慮する必要がある。
本発明は、上記事情に鑑み、優れた強度と鋳造性を両立するオーステナイト鋼およびそれを用いたオーステナイト鋼鋳造品を提供することにある。
本発明の第１の態様は、上記目的を達成するため、質量％で、Ｎｉ：２５〜５０％、Ｎｂ：３．８〜６．０％、Ｚｒ：０．５％以下、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｃｒ：１２〜２５％、Ｔｉ：１．６％以下、Ｍｏ：４．８％以下、Ｗ：５．２％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなり、下記式（１）で表されるパラメータＰｓがＰｓ≦３８を満たすことを特徴とするオーステナイト鋼を提供する。
Ｐｓ＝８．３［Ｎｂ］−７．５［Ｔｉ］＋２．４［Ｍｏ］＋３．５［Ｗ］…式（１）
（式（１）中、［Ｎｂ］、［Ｔｉ］、［Ｍｏ］および［Ｗ］は、それぞれＮｂ、Ｔｉ、ＭｏおよびＷの含有量（質量％）を示す。）
Ｐｓ＝８．３［Ｎｂ］−７．５［Ｔｉ］＋２．４［Ｍｏ］＋３．５［Ｗ］…式（１）
（式（１）中、［Ｎｂ］、［Ｔｉ］、［Ｍｏ］および［Ｗ］は、それぞれＮｂ、Ｔｉ、ＭｏおよびＷの含有量（質量％）を示す。）
また、本発明の第２の態様は、上記目的を達成するため、質量％で、Ｎｉ：３０〜４５％、Ｎｂ：３．８〜５．０％、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｃｒ：１２〜２５％、Ｔｉ：１．０％以下、Ｍｏ：４．８％以下、Ｗ：５．２％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなり、上記式（１）で表されるパラメータＰｓが２７≦Ｐｓ≦３８を満たすことを特徴とするオーステナイト鋼を提供する。
また、本発明の第３の態様は、上記目的を達成するため、質量％で、Ｎｉ：３０〜４０％、Ｎｂ：３．８〜４．９％、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｃｒ：１５〜２０％、Ｔｉ：１．０％以下、Ｍｏ：３．４％以下、Ｗ：３．２％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなり、上記式（１）で表されるパラメータＰｓが２７≦Ｐｓ≦３８を満たすことを特徴とするオーステナイト鋼を提供する。
また、本発明は、上記本発明に係るオーステナイト鋼を用いたことを特徴とするオーステナイト鋼鋳造品を提供する。
本発明によれば、優れた強度と鋳造性を両立するオーステナイト鋼およびそれを用いたオーステナイト鋼鋳造品を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で様々な改良および変更を加えることができる。
［オーステナイト鋼］
本発明に係るオーステナイト鋼は、ＡｌおよびＴｉなどの活性な（酸化しやすい）元素を主要な強化因子とせず、Ｎｂの金属間化合物を強化因子とするものであり、新規な組成を有し、優れた強度および鋳造性を両立するものである。以下、本発明に係るオーステナイト鋼の組成（成分範囲）について説明する。以下の組成の説明において、「％」は、特に断りが無ければ「質量％」を意味するものとする。
本発明に係るオーステナイト鋼は、ＡｌおよびＴｉなどの活性な（酸化しやすい）元素を主要な強化因子とせず、Ｎｂの金属間化合物を強化因子とするものであり、新規な組成を有し、優れた強度および鋳造性を両立するものである。以下、本発明に係るオーステナイト鋼の組成（成分範囲）について説明する。以下の組成の説明において、「％」は、特に断りが無ければ「質量％」を意味するものとする。
Ｎｉ（ニッケル）：２５〜５０％
Ｎｉはオーステナイト安定化元素として、また、後述するＮｂと金属間化合物（δ相、Ｎｉ３Ｎｂ）を生成し、粒内に析出することで、粒内強化に寄与する。相安定の観点から、Ｎｉは３０〜４５％（３０％以上４５％以下）であることがより望ましい。さらに望ましくは、３０〜４０％である。
Ｎｉはオーステナイト安定化元素として、また、後述するＮｂと金属間化合物（δ相、Ｎｉ３Ｎｂ）を生成し、粒内に析出することで、粒内強化に寄与する。相安定の観点から、Ｎｉは３０〜４５％（３０％以上４５％以下）であることがより望ましい。さらに望ましくは、３０〜４０％である。
Ｃｒ（クロム）：１２〜２５％
Ｃｒは耐酸化性および耐水蒸気酸化性を向上させる元素である。蒸気タービンの運転温度を考慮した場合、１２％以上添加されないと酸化特性に悪影響を及ぼす。また、２５％より多く添加すると、σ相などの金属間化合物が析出し、高温延性や靱性の低下を招く。これらのバランスを考慮すると、Ｃｒ量は１５〜２０％であることがさらに望ましい。
Ｃｒは耐酸化性および耐水蒸気酸化性を向上させる元素である。蒸気タービンの運転温度を考慮した場合、１２％以上添加されないと酸化特性に悪影響を及ぼす。また、２５％より多く添加すると、σ相などの金属間化合物が析出し、高温延性や靱性の低下を招く。これらのバランスを考慮すると、Ｃｒ量は１５〜２０％であることがさらに望ましい。
Ｎｂ（ニオブ）：３．８〜６．０％
Ｎｂは、Ｌａｖｅｓ相（Ｆｅ２Ｎｂ）及びδ相（Ｎｉ３Ｎｂ）の安定化のために添加される。Ｌａｖｅｓ相は主に粒界に析出し、粒界強化に寄与する。δ相は主に粒内に析出し強化に寄与する。３．８％未満では、高温クリープ強度が十分でなくなり、６．０％を超えると鋳造性が顕著に悪化する。より十分な強度を得るためには、４．０％以上であることが望ましい。また、鋳造性を考慮すると、５．０％以下が望ましく、４．９％以下であることがさらに望ましい。
Ｎｂは、Ｌａｖｅｓ相（Ｆｅ２Ｎｂ）及びδ相（Ｎｉ３Ｎｂ）の安定化のために添加される。Ｌａｖｅｓ相は主に粒界に析出し、粒界強化に寄与する。δ相は主に粒内に析出し強化に寄与する。３．８％未満では、高温クリープ強度が十分でなくなり、６．０％を超えると鋳造性が顕著に悪化する。より十分な強度を得るためには、４．０％以上であることが望ましい。また、鋳造性を考慮すると、５．０％以下が望ましく、４．９％以下であることがさらに望ましい。
Ｂ（ホウ素）：０．００１〜０．０５％
Ｂは粒界におけるＬａｖｅｓ相の析出に寄与する。Ｂが添加されない場合、粒界のＬａｖｅｓ相が析出しにくくなり、クリープ強度やクリープ延性が低下する。０．００１％以上の添加で粒界析出の効果が得られる。一方、添加量が多すぎると、局所的に融点が下がり、例えば溶接性の低下が懸念される。このことを考慮すると、０．０５％以下とする必要がある。０．０１％以下とすることがさらに望ましい。
Ｂは粒界におけるＬａｖｅｓ相の析出に寄与する。Ｂが添加されない場合、粒界のＬａｖｅｓ相が析出しにくくなり、クリープ強度やクリープ延性が低下する。０．００１％以上の添加で粒界析出の効果が得られる。一方、添加量が多すぎると、局所的に融点が下がり、例えば溶接性の低下が懸念される。このことを考慮すると、０．０５％以下とする必要がある。０．０１％以下とすることがさらに望ましい。
Ｚｒ（ジルコニウム）：０〜０．５％
ＺｒはＢと同様、粒界のＬａｖｅｓ相の析出に寄与するほか、γ´´相（Ｎｉ３Ｎｂ）の析出に寄与する。短時間もしくは低温（７５０℃未満、望ましくは７００℃以下）では特に効果的である。しかし、準安定相であるため、長時間高温（特に７５０℃以上）で保持することでδ相に変化してしまう。したがって、添加しなくてもよい。添加量が多すぎると、溶接性が悪化するため、上限は０．５％とする。
ＺｒはＢと同様、粒界のＬａｖｅｓ相の析出に寄与するほか、γ´´相（Ｎｉ３Ｎｂ）の析出に寄与する。短時間もしくは低温（７５０℃未満、望ましくは７００℃以下）では特に効果的である。しかし、準安定相であるため、長時間高温（特に７５０℃以上）で保持することでδ相に変化してしまう。したがって、添加しなくてもよい。添加量が多すぎると、溶接性が悪化するため、上限は０．５％とする。
Ｔｉ（チタン）：０〜１．６％
Ｔｉは、γ´´相やδ相といった、粒内析出強化に寄与する元素である。適度に添加することで、初期におけるクリープ変形を大幅に下げることができる。また、鋳造品に適用した場合、偏析欠陥の生成を抑制する効果がある。しかし、過剰に添加しすぎると、前述のように製造中の酸化の影響を受け機械的特性に悪影響を及ぼす。望ましくは１．０％以下、さらに望ましくは０．９％以下である。
Ｔｉは、γ´´相やδ相といった、粒内析出強化に寄与する元素である。適度に添加することで、初期におけるクリープ変形を大幅に下げることができる。また、鋳造品に適用した場合、偏析欠陥の生成を抑制する効果がある。しかし、過剰に添加しすぎると、前述のように製造中の酸化の影響を受け機械的特性に悪影響を及ぼす。望ましくは１．０％以下、さらに望ましくは０．９％以下である。
Ｍｏ（モリブデン）：０〜４．８％
Ｍｏは固溶強化の他に、Ｌａｖｅｓ相の安定化に寄与する。Ｍｏの添加により、粒界に析出するＬａｖｅｓ相の析出量が増量し、長時間におけるクリープ特性において、破断強度や延性に寄与できる。３．４％以下がより好ましい。
Ｍｏは固溶強化の他に、Ｌａｖｅｓ相の安定化に寄与する。Ｍｏの添加により、粒界に析出するＬａｖｅｓ相の析出量が増量し、長時間におけるクリープ特性において、破断強度や延性に寄与できる。３．４％以下がより好ましい。
Ｗ（タングステン）：０〜５．２％
Ｗは固溶強化の他に、Ｌａｖｅｓ相の安定化に寄与する。Ｗの添加により、粒界に析出するＬａｖｅｓ相の析出量が増量し、長時間におけるクリープ特性において、破断強度や延性に寄与できる。５．２％を超えると、鋳造性が悪化し、欠陥が発生しやすくなる。３．２％以下がより好ましい。
Ｗは固溶強化の他に、Ｌａｖｅｓ相の安定化に寄与する。Ｗの添加により、粒界に析出するＬａｖｅｓ相の析出量が増量し、長時間におけるクリープ特性において、破断強度や延性に寄与できる。５．２％を超えると、鋳造性が悪化し、欠陥が発生しやすくなる。３．２％以下がより好ましい。
本発明に係るオーステナイト鋼は、上記組成に加え、優れた鋳造性を得るために、上記式（１）で表されるパラメータＰｓがＰｓ≦３８を満たすことを必要とする。以下に、パラメータＰｓについて説明する。本発明者は、鋳造性を表す指標として、凝固時の溶湯密度差（以下、「｜Δρ｜」と表記する。）に着目した。｜Δρ｜は、凝固時に凝固界面付近で生じる溶湯の密度差である。具体的には、｜Δρ｜は、凝固が始まり固相率が０．３５となったときの凝固界面付近の液相と、固液界面から十分離れた場所の液相における密度の差を示す。｜Δρ｜は、各元素の固液への分配に依存する。固相率が０．３５以上であると、固相が液相の大きな移動を阻害するため、フレッケル欠陥の発生にはつながりにくい。よって、固相率０．３５の時の｜Δρ｜が鋳造性を示す指標となる。
ところで、Ａｌｌｏｙ６２５については、大型の鋳造品（例えば、厚さ３００ｍｍ）であっても、マクロ欠陥無しに鋳造できることを確かめている。すなわち、Ａｌｌｏｙ６２５の｜Δρ｜よりも小さければ、大型の鋳造品が製造できると予想できる。熱力学計算によると、Ａｌｌｏｙ６２５の｜Δρ｜は０．０３６５ｇ／ｃｍ３である。したがって、オーステナイト鋼の｜Δρ｜をＡｌｌｏｙ６２５の値よりも小さくすることで優れた鋳造性を有する大型の鋳造品を製造することができる。｜Δρ｜が大きくなり過ぎると、凝固界面で全体成分と大幅に異なる成分の液相が沈降したり浮上したりすることでマクロ欠陥が生じ、鋳造性の悪化につながる。
本発明に係るＰｓは、この｜Δρ｜とＮｂ、Ｔｉ、ＭｏおよびＷの含有量との関係から導き出されるパラメータである。Ｆｅ、ＣｒおよびＮｉは、凝固の際の固液の分配がほとんどなく、ほぼ均等に配分されるため｜Δρ｜に大きな影響は与えない。一方で、Ｔｉ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷは、本成分系においては、液相側に多く分配することがわかった。すなわち、これらの元素を調整することで｜Δρ｜を調整することができる。検討の結果、本発明のパラメータＰｓが３８以下であれば、｜Δρ｜＜０．０３６５ｇ／ｃｍ３を満たし、優れた鋳造性を示すことがわかった。本発明において、「優れた鋳造性」とは、Ａｌｌｏｙ６２５で肉厚（厚さ３００ｍｍ）の鋳造品を製造した際の品質と同等以上（欠陥の数がＡｌｌｏｙ６２５以下）ということを意味する。
前述した成分範囲は、強度及び相平衡の観点から各元素の好ましい範囲を規定したものであるが、パラメータＰｓが、Ｐｓ≦３８を満たすことで、優れた鋳造性が得られることが分かった。Ｐｓは２７≦Ｐｓ≦３８であることがさらに好ましい。
以上、上記成分範囲およびＰｓを満たすことで、強度と鋳造性に優れたオーステナイト鋼を得ることが可能となる。
［オーステナイト鋼鋳造品］
次に、上述した本発明に係るオーステナイト鋼を用いて作製したオーステナイト鋼鋳造品について説明する。本発明に係るオーステナイト鋼鋳造品は、高温中で高い強度が求められ、かつ大型複雑構造を有する部材に好適である。
次に、上述した本発明に係るオーステナイト鋼を用いて作製したオーステナイト鋼鋳造品について説明する。本発明に係るオーステナイト鋼鋳造品は、高温中で高い強度が求められ、かつ大型複雑構造を有する部材に好適である。
図３は、発電プラント用蒸気タービンの高温部の一例を示す模式図である。鋳造品の一例として、例えば、図３に示す発電プラント用蒸気タービンを構成する（タービンロータ３０を覆う）タービンケーシング３１が挙げられる。タービンケーシング３１は大型で複雑形状を有する部材であるため、鋳造によって製造される。また、高温の蒸気３３に曝される。重量は１トン以上であり、大型のものでは１０トンを超える場合もある。肉厚については均一ではないが、薄いところでも５０ｍｍを超え、厚い部分では、２００ｍｍを超える部位もある。このように、大型・肉厚部材であるため、鋳造時の凝固が遅く、鋳造性の悪い材料（例えば、Ａｌｌｏｙ６２５よりも｜Δρ｜が大きい材料）では欠陥が生じてしまい、信頼性が大きく低下する。本発明に係るオーステナイト鋼は、優れた強度および鋳造性を有する。このため、偏析が生じやすい薄い部分（肉厚が５０ｍｍ）を含む部材や、重量が１トンを超えるような大型な部材であっても、偏析欠陥の少ない鋳造品を提供することができる。
この他、図３には図示していないが、本発明に係るオーステナイト鋼鋳造品は、蒸気を流したり止めたり調整したりするバルブのケーシングにも好適である。なお、本発明に係るオーステナイト鋼は、これらの部材への適用に限定されるわけではなく、高温で高強度が要求されるあらゆる部材に好適である。
以下、本発明に係るオーステナイト鋼（実施例１〜１８）および本発明の範囲外のオーステナイト鋼（比較例１〜１０）を作製し、鋳造性（Ｐｓ）および強度について評価した。実施例１〜１８および比較例１〜１０の組成、Ｐｓおよび｜Δρ｜を表１に示す。なお、ＢおよびＺｒは微量であり、｜Δρ｜には大きな影響は及ぼさないため、計算からは除いている。
表１に示すように、実施例１〜１８のＰｓは全て３８以下を満たし、その時の｜Δρ｜の値は、０．０３６５未満であり、優れた鋳造性を示すと言える。一方、Ｐｓが３８を超える比較例１〜１０では、｜Δρ｜がＡｌｌｏｙ６２５の値（０．０３６５ｇ／ｃｍ３）以上となり、Ａｌｌｏｙ６２５よりも大型鋳造品を製造すると欠陥が生じやすく、高い品質を有する鋳造品を得ることが難しい。
次に、本発明に係るオーステナイト鋼の強度の評価結果を示す。表１の実施例１４の成分について、２種類の時効熱処理（高温（実施例１４ａ）と低温（実施例１４ｂ））を実施したインゴットを作製し、強度評価（引張試験及びクリープ試験）を実施した図１は実施例１４ａ，ｂおよびＡｌｌｏｙ６２５の０．２％耐力比（Ａｌｌｏｙ６２５基準）を示すグラフであり、図２は実施例１４ｂおよびＡｌｌｏｙ６２５のクリープ破断時間比（Ａｌｌｏｙ６２５基準）を示すグラフである。クリープ条件は、７５０℃、１６０ＭＰａである。
図１に示すように、０．２％耐力比について、高温で時効処理を施した実施例１４ａはＡｌｌｏｙ６２５の約２．２倍となり、低温で時効処理を施した実施例１４ｂはＡｌｌｏｙ６２５の約３倍となった。実施例１４ａおよび１４ｂにおいて高い特性が得られたのは、時効熱処理で金属間化合物が析出することで、従来材（Ａｌｌｏｙ６２５）と比べて耐力が著しく向上したためである。
また、図２に示すように、実施例１４ｂのクリープ寿命は、Ａｌｌｏｙ６２５の５倍以上となっており、クリープ強度に関しても、従来材（Ａｌｌｏｙ６２５）よりも優れていることがわかる。
以上説明したとおり、本発明によれば、優れた高温強度と鋳造性を両立するオーステナイト鋼およびそれを用いたオーステナイト鋼鋳造部材を提供することができることが実証された。
なお、上記した実施例は、本発明の理解を助けるために具体的に説明したものであり、本発明は、説明した全ての構成を備えることに限定されるものではない。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能である。
３０…タービンロータ、３１…タービンケーシング、３２…バルブ、３３…蒸気。
Claims (8)
- 質量％で、Ｎｉ：２５〜５０％、Ｎｂ：３．８〜６．０％、Ｚｒ：０．５％以下、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｃｒ：１２〜２５％、Ｔｉ：１．６％以下、Ｍｏ：４．８％以下、Ｗ：５．２％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなり、下記式（１）で表されるパラメータＰｓがＰｓ≦３８を満たすことを特徴とするオーステナイト鋼。
Ｐｓ＝８．３［Ｎｂ］−７．５［Ｔｉ］＋２．４［Ｍｏ］＋３．５［Ｗ］…式（１）
（式（１）中、［Ｎｂ］、［Ｔｉ］、［Ｍｏ］および［Ｗ］は、それぞれＮｂ、Ｔｉ、ＭｏおよびＷの含有量（質量％）を示す。） - 質量％で、Ｎｉ：３０〜４５％、Ｎｂ：３．８〜５．０％、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｃｒ：１２〜２５％、Ｔｉ：１．０％以下、Ｍｏ：４．８％以下、Ｗ：５．２％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなり、下記式（１）で表されるパラメータＰｓが２７≦Ｐｓ≦３８を満たすことを特徴とするオーステナイト鋼。
Ｐｓ＝８．３［Ｎｂ］−７．５［Ｔｉ］＋２．４［Ｍｏ］＋３．５［Ｗ］…式（１）
（式（１）中、［Ｎｂ］、［Ｔｉ］、［Ｍｏ］および［Ｗ］は、それぞれＮｂ、Ｔｉ、ＭｏおよびＷの含有量（質量％）を示す。） - 質量％で、Ｎｉ：３０〜４０％、Ｎｂ：３．８〜４．９％、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｃｒ：１５〜２０％、Ｔｉ：１．０％以下、Ｍｏ：３．４％以下、Ｗ：３．２％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなり、下記式（１）で表されるパラメータＰｓが２７≦Ｐｓ≦３８を満たすことを特徴とするオーステナイト鋼。
Ｐｓ＝８．３［Ｎｂ］−７．５［Ｔｉ］＋２．４［Ｍｏ］＋３．５［Ｗ］…式（１）
（式（１）中、［Ｎｂ］、［Ｔｉ］、［Ｍｏ］および［Ｗ］は、それぞれＮｂ、Ｔｉ、ＭｏおよびＷの含有量（質量％）を示す。） - 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のオーステナイト鋼を用いたことを特徴とするオーステナイト鋼鋳造品。
- 肉厚が５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４記載のオーステナイト鋼鋳造品。
- 重量が１トン以上であることを特徴とする請求項４記載のオーステナイト鋼鋳造品。
- 発電プラント用蒸気タービンの構成部材であることを特徴とする請求項４記載のオーステナイト鋼鋳造品。
- 前記構成部材が、タービンケーシングまたはバルブケーシングであることを特徴とする請求項７記載のオーステナイト鋼鋳造部品。
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