JP2017166004A - 加工性、高温強度および時効後の靱性に優れたオーステナイト系耐熱鋼 - Google Patents
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Abstract
Description
ただし、上記の式1および式2の[元素記号]は、上記の化学成分中の各元素の100分率中の数値である。
ただし、上記の式1および式2の[元素記号]は、上記化学成分中の各元素の100分率中の数値である。
Cは、固溶強化および微細炭窒化物生成による高温クリープ強度の向上に必要な元素である。このためには、Cは0.01%以上を添加する必要がある。しかし、Cが0.10%を超えると、粗大炭化物の生成を助長して、高温クリープ強度および時効後の靭性が劣化する。そこで、Cは0.01〜0.10%とする。
Siは、精錬時の脱酸に必要な元素である。このために、Siは0.20%以上を添加する必要がある。しかし、Siは1.00%を超えて含有しても上記の効果は飽和し、さらに、鋼中にσ相の生成を助長して時効後の靭性を劣化する。そこで、Siは0.20〜1.00%とし、好ましくは、Siは0.20〜0.95%とする。
Mnは、精錬時の脱酸に必要な元素であり、さらに鋼のオーステナイト安定化のために必要な元素である。そのために、Mnは1.00%以上を添加する必要がある。しかし、Mnは2.50%を超えて含有しても、過剰な添加となってコストを上昇するだけである。そこで、Mnは1.00〜2.50%とし、好ましくは、Mn:1.00〜2.45%とする。
Niは、オーステナイト組織を安定化する元素である。そのために、Niは9.5%以上を含有させる必要がある。しかし、Niは高価な元素であるので、Niを32.5%より多く含有すると高コストになる。そこで、Niは9.5〜32.5%とする。
Crは、耐高温腐食性と耐水蒸気酸化性を向上させる元素である。そのために、Crは13.0%以上を含有させる必要がある。しかし、Crは24.0%を超えて含有させても、耐高温腐食性と耐水蒸気酸化性を向上させる効果は飽和し、かつσ相の生成を助長して時効後の靭性を劣化する。そこで、Crは13.0〜24.0%とする。
Moは、固溶強化および微細析出物生成によって高温クリープ強度を向上させる元素である。そのために、Moは0.01%以上を添加する必要がある。しかし、Moは2.00%を超えて多量に添加しても、固溶強化および高温クリープ強度を向上させる効果は飽和し、かつσ相の生成を助長して、時効後の靭性を劣化し、高コスト化する。そこで、Moは0.01〜2.00%とする。
Alは、精錬時の脱酸のために添加される元素である。しかし、Alが0.05%を超えて添加されると、AlN生成による時効後の靭性の劣化をもたらす。そこで、Alは0.05%以下とする。
Nbは、微細析出物生成により高温クリープ特性を向上させる元素である。そのためには、Nbは0.10%以上を添加する必要がある。しかし、Nbは0.80%を超えて多量に添加しても、高温クリープ特性を向上させる効果は飽和し、σ相生成を助長して、時効後の靭性が劣化する。そこで、Nbは0.10〜0.80%とする。
Wは、固溶強化、および微細析出物の生成により高温クリープ強度を向上させる元素である。そのためには、Wは5.00%以上を添加する必要がある。しかし、Wは9.00%を超えて含有させても、高温クリープ特性を向上させる効果は飽和し、かつσ相生成を助長して、時効後の靭性が劣化し、高コスト化する。そこで、Wは5.00〜9.00%とする。
Nは、固溶強化、および微細炭窒化物生成により高温クリープ強度を向上させる元素である。そのためには、Nは0.005%以上を添加する必要がある。しかし、Nは0.015%を超えて含有させても、高温クリープ強度を向上させる効果は飽和し、かつ窒化物の過剰生成により、熱間加工性および時効後の靱性が劣化する。そこで、Nは0.005〜0.015%とする。
Bは、粒界強化により、高温クリープ強度および熱間加工性を向上させる元素である。そこで、Bは0.001%以上添加する必要がある。しかし、Bは0.005%を超えて含有されても、高温クリープ強度および熱間加工性を向上させる効果は飽和し、かつ過剰添加により熱間加工性を悪化する。そこで、Bは0.001〜0.005%とする。
Tiは、0.500%を超えて含有されると、鋼中に粗大炭窒化物の形成を助長し、金属間化合物を過剰に生成して、高温クリープ強度を低下し、時効後の靭性を劣化する。そこで、Tiは0.500%以下、好ましくは、Tiは0.480%以下とする。
Vは、0.20%を超えて含有されると、鋼中に粗大炭窒化物の形成を助長し、金属間化合物を過剰に生成して、高温クリープ強度を低下し、時効後の靭性を劣化する。そこで、Vは0.20%以下とする。
Taは、1.000%を超えて含有されると、鋼中に粗大炭窒化物の形成を助長し、金属間化合物を過剰に生成して、高温クリープ強度を低下し、時効後の靭性を劣化する。そこで、Taは1.000%以下とする。
請求項2の手段の発明では、Ca、Mg、REMは、これらのいずれか1以上の元素が鋼中のSを固定することにより、熱間加工性を改善するために必要とされる。そのためには、これらのそれぞれの元素のうちの1種以上を0.0200%以下添加する必要がある。
Pは、本願の請求項の手段の発明においては、不可避不純物として含有される元素である。ところで、Pは0.040%を超えて含有されると、鋼の熱間加工性を悪化する。そこで、Pは0.040%以下とする。
Sは、本願の請求項の手段の発明においては、不可避不純物としての元素である。ところで、Sは0.010%を超えて含有されると、鋼の熱間加工性が悪化される。そこで、Sは0.010%以下とし、好ましくは、S:0.008%以下とする。
Cuは、本願の請求項の手段の発明においては、不可避不純物としての元素である。ところで、Cuは0.10%を超えて含有されると、鋼の熱間加工性が悪化される。そこで、Cuは0.10%以下とする。
式1の値が、1.5より下回ると、固溶強化する量と熱的安定な析出物の生成量が少なくなり、高温クリープ強度が劣化する。一方、式1の値が4.0を上回ると、σ相の生成が助長され、時効後の靭性が劣化する。そこで、式1は、1.5〜4.0とする。なお、式1に記載の[元素記号]は、上記の化学成分中の各元素の100分率中の数値である。
式2の値が0.25を上回るとσ相の生成を助長して、時効後の靭性を劣化させる。そこで、式2は0.25以下とする。なお、式2の[元素記号]は、上記の化学成分中の各元素の100分率中の数値である。
熱的安定性の高い析出物が700℃で析出している面積率の割合が5%以上とする理由は、5%以上であれば、析出物が分散された状態となっているからである。
Claims (2)
- 質量%で、C:0.01〜0.10%、Si:0.20〜1.00%、Mn:1.00〜2.50%、Ni:9.5〜32.5%、Cr:13.0〜25.0%、Mo:0.01〜2.00%、Al:0.05%以下、Nb:0.10〜0.80、W:5.00〜9.00%、N:0.005〜0.015%、B:0.001〜0.005%を含有し、さらに、Ti:0.500%以下、V:0.20%以下、Ta:1.000%以下であるTi、V、Taのうちの1種以上を含有し、さらに不可避不純物として、P:0.040%以下、S:0.010%以下、Cu:0.10%以下を含有し、残部Feおよび上記以外の不可避不純物からなり、式1:{([Mo]+0.5[W])/5}+{(15[C]+13[N])/(3.8[Ti]+1.9[Nb]+3.5[V]+1.1[Ta])}=1.5〜4.0、および式2:([Cr]+3[Mo]−15.8)/[Ni]≦0.25、の両式を満足し、かつ、熱的安定性の高い微細炭化物、金属間化合物、単金属相のうちの1種以上が700℃のときの面積率で析出している割合が5%以上、熱間加工による絞り値が70%以上、高温破断強度が100MPa以上、時効後のシャルピー衝撃値が30J/cm2以上であることを特徴とする加工性、高温強度および時効後の靱性に優れたオーステナイト系耐熱鋼。
ただし、上記の式1および式2の[元素記号]は、上記化学成分中の各元素の100分率中の数値である。 - 質量%で、C:0.01〜0.10%、Si:0.20〜1.00%、Mn:1.00〜2.50%、Ni:9.5〜32.5%、Cr:13.0〜25.0%、Mo:0.01〜2.00%、Al:0.05%以下、Nb:0.10〜0.80%、W:5.00〜9.00%、N:0.005〜0.015%、B:0.001〜0.005%を含有し、さらに、Ti:0.500%以下、V:0.20%以下,Ta:1.000%以下であるTi、V、Taのうちの1種以上を含有し、さらに、Ca:0.0001〜0.0200%、Mg:0.0001〜0.0200%、REM:0.0001〜0.0200%であるCa、Mg、REMのうちの1種以上を含有し、さらに不可避不純物として、P:0.040%以下、S:0.010%以下、Cu:0.10%以下を含有し、残部Feおよび上記以外の不可避不純物からなり、式1:{([Mo]+0.5[W])/5}+{(15[C]+13[N])/(3.8[Ti]+1.9[Nb]+3.5[V]+1.1[Ta])}=1.5〜4.0、および、式2:([Cr]+3[Mo]−15.8)/[Ni]≦0.25、の両式を満足し、かつ、熱的安定性の高い微細炭化物、金属間化合物、単金属相のうちの1種以上が700℃のときの面積率で析出している割合が5%以上、熱間加工による絞り値が70%以上、高温破断強度が100MPa以上、時効後のシャルピー衝撃値が30J/cm2以上であることを特徴とする加工性、高温強度および時効後の靱性に優れたオーステナイト系耐熱鋼。
ただし、上記の式1および式2の[元素記号]は、上記化学成分中の各元素の100分率中の数値である。
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