JP2022553970A - 高温酸化抵抗性及び高温強度に優れたクロム鋼板並びにその製造方法 - Google Patents
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重量%で、C:0.1%以下(0%は除く)、Si:0.7%以下(0%は除く)、Mn:0.1%以下(0%は除く)、S:0.01%以下(0%は除く)、P:0.03%以下(0%は除く)、Cr:27~33%、Al:3.5%以下(0%は除く)、Nb:2.5%以下(0%は除く)、W:6.5%以下(0%は除く)、Mo:0.5%以下(0%は除く)、Ti:0.3%以下(0%は除く)、N:0.015%以下(0%は除く)を含み、残部がFe及び不可避不純物からなり、下記関係式1を満たすことを特徴とする。
[関係式1]
(Cr-SUM)(Al-SUM)≧45
*但し、SUMは、特定元素及び不純元素の含有量に関連した式であり、具体的には、Cu+Co+V+La+Ce+Zr+Ta+Hf+Re+Pt+Ir+Pd+Sb+100Nの合計含有量を意味する。
上記炭素は、基本的な強度を確保するために最も重要な元素であるため、適切な範囲内で鋼中に含まれる必要がある。特に、炭窒化物を誘導して高温強度向上に効果的である。しかしながら、鋼中の炭素含有量が0.10%を超過すると、析出物が過度に形成されて溶接性が大きく低下する欠点がある。
シリコンは、置換型元素として固溶強化により鋼材の強度を向上させ、脱酸効果を有していることから清浄鋼製造に必須元素であるため、添加されることが好ましい。しかし、多量添加時に、Sigma相を生成させて材料の亀裂性を増加させることがあり、炭化物などの有益な析出物の形成が必須であるのに対し、シリコンは炭化物の形成を抑制する役割を果たす。したがって、本発明では、シリコン含有量を0.7%以下に制御することが好ましい。より好ましくは、上記シリコンの含有量を0.3%以下に制限することである。
マンガンは、固溶強化によって強度を向上させる役割を果たす。また、硫黄と反応してMnSを析出するが、これは硫黄偏析による高温亀裂を防止するのに有利である。一方、マンガン含有量が増加するほど、MnS介在物の分率が増加し、介在物性の欠陥による亀裂敏感性が増加する可能性がある。したがって、本発明では、上記マンガンの含有量を0.1%以下に制御することが好ましい。より好ましくは、上記マンガンの含有量を0.05%以下に制限することである。
硫黄は、不純物元素であり、その含有量が0.01%超過すると鋼の延性及び溶接性が低下する。
リンは、固溶強化効果を奏する元素であるが、硫黄と同様に不純物元素として、その含有量が0.03%を超過すると、鋼に脆性が発生し、溶接性が低下する。
クロムは、フェライト安定化元素であって、酸素と反応して緻密で安定した保護皮膜を形成し、高温耐酸化性及び耐腐食性を増加させる。特に、700℃以上の高温での酸化抵抗性を確保するためには、27%以上のクロム含有量が必要であるが、33%超過して含有する際には、製造費用が上昇し、溶接性が低下するという問題があるため、好ましくない。したがって、本発明ではクロムの含有量を27~33%の範囲に制限することが好ましい。より好ましくは、上記クロムの含有量を28~32%に制限することである。
アルミニウムは、フェライト領域を拡大し、鋳造時に脱酸剤として添加される。アルミニウムも酸素と反応して緻密で安定した保護皮膜を形成し、高温耐酸化性及び耐腐食性を増加させる。但し、3.5%を超過して含有する際には、鋳造性が低下し得る問題があるため、好ましくない。したがって、アルミニウムの含有量を3.5%以下に制限することが好ましい。より好ましくは、アルミニウムの含有量を3.3%以下に制限することである。
ニオブは、M(C、N)炭窒化物の形成及びLaves相形成元素の一つである。また、スラブ再加熱時に固溶されて熱間圧延中に結晶粒成長を抑制し、この後、析出して鋼の強度を向上させる役割を果たすことができる。但し、ニオブが2.5%を超過して過度に添加されると溶接性が低下することがあり、製造費用が大きく上昇することがあるという欠点がある。したがって、ニオブの含有量を2.5%以下に制限することが好ましい。より好ましくは、ニオブの含有量を2.0%以下に制限することである。
タングステンは、固溶強化に影響を与えて強度を増加させ、M(C、N)炭窒化物の形成及びLaves相形成元素の一つであって、析出強化において必要な合金元素である。しかしながら、タングステンの合金量が増加するほど材料の脆性が多少増加することがあり、製造費用が大きく上昇する可能性があるという欠点がある。したがって、タングステンの含有量を6.5%以下に制限することが好ましい。より好ましくは、タングステンの含有量を6.0%以下に制限することである。
モリブデンは、固溶強化効果を増加させて強度を高め、M(C、N)炭窒化物の形成及びLaves相形成元素の一つであって、析出強化において必要な合金元素である。しかしながら、モリブデンも高価の元素であるため、過度に添加される場合、製造費用が大きく上昇する可能性があり、0.5%を超過する場合、Sigma相を生成させて材料の亀裂性を増加させることができるという欠点がある。したがって、モリブデンの含有量を0.5%以下に制限することが好ましい。より好ましくは、モリブデンの含有量を0.4%以下に制限することである。
チタンもM(C、N)炭窒化物の形成及びLaves相形成元素の一つであって、析出強化において必要な合金元素である。しかしながら、チタンが0.3%を超過して添加されると、高温酸化抵抗性が減少する可能性がある。したがって、チタンの含有量を0.3%以下に制限することが好ましい。より好ましくは、チタンの含有量を0.2%以下に制限することである。
窒素は、鋼中で工業的に完全に除去することは難しいため、製造工程で許容できる範囲である0.015%を上限とする。窒素は、オーステナイト安定化元素として知られており、単なるMC炭化物よりもM(C、N)炭窒化物の形成時に高温安定度が大きく上昇して、鋼材の高温強度を効果的に増加させる役割をする。しかし、0.015%を超過するようになると、不純物中のホウ素と結合してBNを形成した、クロムと結合してCr2N及びZ-phaseなどを非常に粗大に形成してクロムの有利な効果を低減することがあり、アルミニウムと結合してAlNを形成するおそれがあるため、鋼材の欠陥発生の危険が増加する可能性がある。
[関係式1]
(Cr-SUM)(Al-SUM)≧45
但し、SUMは、特定元素及び不純元素の含有量に関連した式であり、具体的には、Cu+Co+V+La+Ce+Zr+Ta+Hf+Re+Pt+Ir+Pd+Sb+100Nの合計含有量を意味する。
直径500nm以下の析出物の個数が10個/μm2未満であると、析出物間の距離がかなり大きくなる。したがって、高温での電位移動を効果的に防ぐことができず、高温強度向上の効果が大きくないおそれがある。
表1の合金組成と12~13mm厚さを有する熱延鋼板を用意した。硫黄(S)含有量は、全て30ppm以下に制御された。続いて、上記熱延鋼板を1050~1300℃の範囲内の様々な温度で最小30分間再加熱し、焼きならしまたは焼入れ処理して常温まで冷却して鋼板を製造した。一方、表1において、鋼種1は一般的なASTM A213 92 grade鋼組成であり、鋼種2は310オーステナイトステンレス鋼の組成である。鋼種1及び2は、上述した関係式1を満たない化学組成を有し、残りの鋼種3~8は、いずれも本発明の鋼組成成分及び関係式1をともに満たす鋼種である。
Claims (6)
- 重量%で、C:0.1%以下(0%は除く)、Si:0.7%以下(0%は除く)、Mn:0.1%以下(0%は除く)、S:0.01%以下(0%は除く)、P:0.03%以下(0%は除く)、Cr:27~33%、Al:3.5%以下(0%は除く)、Nb:2.5%以下(0%は除く)、W:6.5%以下(0%は除く)、Mo:0.5%以下(0%は除く)、Ti:0.3%以下(0%は除く)、N:0.015%以下(0%は除く)を含み、残部がFe及び不可避不純物からなり、下記関係式1を満たすことを特徴とする高温酸化抵抗性及び高温強度に優れたクロム鋼板。
[関係式1]
(Cr-SUM)(Al-SUM)≧45
但し、SUMは特定元素及び不純元素の含有量に関連した式であり、具体的には、Cu+Co+V+La+Ce+Zr+Ta+Hf+Re+Pt+Ir+Pd+Sb+100Nの合計含有量を意味する。 - 前記クロム鋼板はフェライトを含む微細組織を有することを特徴とする請求項1に記載の高温酸化抵抗性及び高温強度に優れたクロム鋼板。
- 前記クロム鋼板の微細組織には、Laves相及び炭窒化物を含む直径500nm以下の析出物が10個/μm2以上の個数範囲で存在することを特徴とする請求項1に記載の高温酸化抵抗性及び高温強度に優れたクロム鋼板。
- 前記直径500nm以下の析出物は、Laves相の場合、Fe2(Nb、W、Mo、Ti)であってもよく、炭窒化物の場合、(Nb、W、Mo、Ti)(C、N)であることを特徴とする請求項3に記載の高温酸化抵抗性及び高温強度に優れたクロム鋼板。
- 重量%で、C:0.1%以下(0%は除く)、Si:0.7%以下(0%は除く)、Mn:0.1%以下(0%は除く)、S:0.01%以下(0%は除く)、P:0.03%以下(0%は除く)、Cr:27~33%、Al:3.5%以下(0%は除く)、Nb:2.5%以下(0%は除く)、W:6.5%以下(0%は除く)、Mo:0.5%以下(0%は除く)、Ti:0.3%以下(0%は除く)、N:0.015%以下(0%は除く)を含み、残部がFe及び不可避不純物からなり、下記関係式1を満たす鋼スラブを仕上げ圧延温度が1200℃以上になるように熱間圧延して熱延鋼板を製造した後、冷却する工程、
前記冷却された熱延鋼板を1050~1300℃の温度範囲で最小30分間再加熱して溶体化処理を行う工程、及び
前記溶体化処理された熱延鋼板を常温まで1℃/s以上の冷却速度で焼きならしまたは焼入れする工程を含むことを特徴とする高温酸化抵抗性及び高温強度に優れたクロム鋼板の製造方法。
[関係式1]
(Cr-SUM)(Al-SUM)≧45
但し、SUMは特定元素及び不純元素の含有量に関連した式であり、具体的には、Cu+Co+V+La+Ce+Zr+Ta+Hf+Re+Pt+Ir+Pd+Sb+100Nの合計含有量を意味する。 - 前記製造されたクロム鋼板は、フェライトを含む微細組織を有することを特徴とする請求項5に記載の高温酸化抵抗性及び高温強度に優れたクロム鋼板の製造方法。
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