JP2024025945A - 加工性と高温強度が優れるFe-Cr-Ni系合金 - Google Patents
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Abstract
Description
Cは合金の室温及び高温の0.2%耐力を確保するために必要な元素であり、0.03%未満では必要な強度を得ることができない。一方、0.08%を超えると、NbCやTiCの個数が増加して、室温0.2%耐力が高くなり過ぎてしまう。よって、Cの含有量は0.03~0.08%と定めた。好ましくは0.035~0.075%で、より好ましくは0.04~0.07%ある。
Siは脱酸剤として添加され、高温での耐酸化性を確保するために必要な元素であり、0.10%未満では十分な効果を得ることができない。一方、0.50%を超えて高いと、オーステナイト相の安定性が低下し、必要な高温0.2%耐力が得られないため、0.10~0.50%と定めた。好ましくは、0.12~0.45%で、より好ましくは0.13~0.40%ある。
Mnは脱酸剤として添加され、オーステナイト相を安定化する元素であり、0.20%未満では十分な効果を得ることができない。一方、1.20%を超えて高いとオーステナイト相の安定性が低下し、必要な高温0.2%耐力が得られないため、0.20~1.20%と定めた。好ましくは、0.35~1.10%で、より好ましくは0.50~1.00%ある。
Pは、本願発明で重要な元素で鋼中に不可避的に混入する不純物元素であり、含有量が多いと粒界に偏析して高温伸びを低下させる元素である。このため、その上限は厳しく限定する必要がある。本発明では、Pは0.040%以下に制限する。含有量の好ましい上限は0.030%、より好ましい上限は0.020%である。Pの含有量の下限は0%に近いほど好ましいが、発明例1を根拠として0.001%を挙げる。
Sは、本願発明で重要な元素で、硫化物を形成し、靭性を低下させる。そのためS含有量は極力少ない方が良く、上限値は0.0030%が望ましい。好ましくは0.0015%以下で、より好ましくは0.0010%ある。但しSは僅かの含有でも溶融時の湯の流動性を大きく高めることから溶接性を良好にする元素でもある。これよりSは特に限定しないが、良好な溶接性を得る点から0.0001%以上含有することが好ましい。なおSはAl、Siの添加により脱硫を行うことで、本発明の範囲に調整する。
Niはオーステナイト相を安定化させ高温0.2%耐力を維持するための重要な元素である。35.5%未満ではその効果が得られず、45.5%を超えると原料コストが高くなる。そのため、35.5~45.5%と定めた。好ましくは、36.0~44.0%で、より好ましくは37.0~40.0%である。
Crは耐食性を向上させる元素かつ高温で緻密な酸化皮膜を形成し、母材の高温0.2%耐力を維持させる効果がある。23.5%未満ではその効果が得られない。一方、26.0%を超えるとオーステナイト相の安定性が低下し、必要な高温0.2%耐力が得られない。そのため、23.5~26.0%と定めた。好ましくは24.0~25.5%で、より好ましくは24.5~25.4%である。
Moは耐食性を向上させる元素かつ粒界強化の効果があり、高温0.2%耐力を確保するのに必要な元素である。0.30%未満ではその効果が得られない。一方、1.50%を超えると、σ相が析出して高温伸びが低下する。そのため、0.30~1.50%と定めた。好ましくは、0.35~1.30%で、より好ましくは0.40~1.00%である。
Cuはオーステナイト相を安定化させ、室温伸びを向上させる元素であり、本発明合金に必須な元素である。その効果を得るためには0.01%以上含有させる必要がある。一方で、Cuの含有量が多くなると高温0.2%耐力が低下する。従って、Cuの含有量の上限は0.30%とする。好ましくは0.02~0.25%で、より好ましくは0.03~0.20%である。
Alは、圧延後の酸化皮膜をより緻密にするために、有用な元素である。この観点で、0.010%の添加は必要である。さらに、脱酸剤としても有効な元素である。0.010%未満では十分な効果が得られず、酸化物系介在物が増加し、十分な高温0.2%耐力を得られない。また、0.150%を超えると、Nと結合しAl窒化物を形成するため、高温0.2%耐力が低下する。そのため、0.010~0.150%と定めた。好ましくは0.015~0.130%で、より好ましくは0.020~0.100%である。
Tiは窒化物、炭化物を形成し高温0.2%耐力を確保するため、有用であるので添加しても構わない。0.10%を超えての添加は、窒化物または炭化物の個数が増加して、本願発明の範囲を超えてしまう。そのため、0.10%以下の添加に抑えるべきである。好ましくは0.07%以下で、より好ましくは0.05%以下である。
Bは粒界に偏析する元素であり、高温で粒界強度を高める効果があり、高温0.2%耐力を確保するために重要な元素である。0.0005%未満ではその効果が得られず、0.0050%を超えると高温伸びが低下する。そのため、0.0005~0.0050%と定めた。好ましくは、0.0010~0.0045%で、より好ましくは0.0015~0.0040%である。
Coは室温での強度を変化させずに、高温0.2%耐力のみを向上する有用な元素であり、本発明合金に必須な元素である。0.02%未満ではその効果が得られず、0.30%を超えて添加すると高温伸びが低下する。また、原料コストが高くなる。そのため0.02~0.30%と定めた。好ましくは0.03~0.28%で、より好ましくは0.04~0.25%である。
Nbは窒化物、炭化物を形成し、高温0.2%耐力を確保するため、有用である。0.45%未満では、その効果が得られない。しかしながら、0.60%を超えての添加は、窒化物または炭化物の個数が増加して、高温0.2%耐力が低下する。そのため、0.45~0.60%と定めた。好ましくは、0.47~0.58%で、より好ましくは0.50~0.56%である。
Nは耐食性を向上させる元素かつNbおよびTiとの窒化物を形成するために有用な元素である。0.15%未満では十分な効果が得られず、必要な室温0.2%耐力および高温0.2%耐力を得られない。一方、0.30%を超えると、窒化物または炭化物の個数が増加して、本願発明の範囲を超え室温0.2%耐力が高くなり過ぎてしまう。そのため、0.15~0.30%と定めた。好ましくは、0.17~0.28%で、より好ましくは0.20~0.25%ある。
式1は炭窒化物の析出物量の範囲を示している。0.120未満だと炭窒化物の析出が少なく、焼鈍において結晶粒が粗大化して良好な高温0.2%耐力が得られない。0.150を超えると炭窒化物がボイドの起点となり高温伸びが低くなる。好ましくは0.125~0.145で、より好ましくは0.130~0.140である。
式2は粒界に偏析する元素の良好な添加量の範囲を示している。0.0020%未満だと粒界の偏析量が不足し、粒界が強化されず、良好な高温0.2%耐力が得られない。0.0400%を超えると粒界の偏析量が過多となるため粒界が脆化し、高温伸びが低くなる。好ましくは0.0025%~0.0300%で、より好ましくは0.0030%~0.0200%である。
Claims (8)
- 質量%でC:0.03~0.08%、Si:0.10~0.50%、Mn:0.20~1.20%、P:0.001~0.040%、S:0.0001~0.0030%、Ni:35.5~45.5%、Cr:23.5~26.0%、Mo:0.30~1.50%、Cu:0.01~0.30%、Al:0.010~0.150%、Ti:0.10%以下、B:0.0005~0.0050%、Co:0.02~0.30%、Nb:0.45~0.60%およびN:0.15~0.30%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、ASTM E8に規定されている常温引張試験の0.2%耐力の値が400MPa以下、伸びが40.0%以上を満たし、ASTM E21に規定されている1100°Fでの高温引張試験の0.2%耐力の値が140MPa以上、伸びが50.0%以上、ASTM E112に規定されている顕微鏡試験の平均結晶粒度が-3~6を満たし、長径が0.5~5μmのNbN、NbC、TiN、TiCの1種または2種以上をこれらの合計で任意の断面において平均20~180個/mm2を必ず含み、また、長径が5μm超のNbN、NbC、TiN、TiCの1種または2種以上を含む場合においてこれらの合計で任意の断面において平均5.0個/mm2以下であることを特徴とするFe-Cr-Ni系合金。
- 各成分の質量%で0.120≦Nb×N+Nb×C+Ti×N+Ti×C≦0.150に調整してなることを特徴とする請求項1に記載のFe-Cr-Ni系合金。
- 各成分の質量%で0.0020%≦B+P≦0.0400%に調整し、長径が0.5~5μmのNbN、NbC、TiN、TiC、M23C6の1種または2種以上をこれらの合計で任意の断面において粒界に析出する析出物の割合が個数比率で10~30%であることを特徴とする請求項1に記載のFe-Cr-Ni系合金。
- 各成分の質量%で0.0020%≦B+P≦0.0400%に調整し、長径が0.5~5μmのNbN、NbC、TiN、TiC、M23C6の1種または2種以上をこれらの合計で任意の断面において粒界に析出する析出物の割合が個数比率で10~30%であることを特徴とする請求項2に記載のFe-Cr-Ni系合金。
- ASTM E10に規定されているブリネル硬度の超硬合金球での硬さ試験の値が130~210であることを特徴とする請求項1に記載のFe-Cr-Ni系合金。
- ASTM E10に規定されているブリネル硬度の超硬合金球での硬さ試験の値が130~210であることを特徴とする請求項2に記載のFe-Cr-Ni系合金。
- ASTM E10に規定されているブリネル硬度の超硬合金球での硬さ試験の値が130~210であることを特徴とする請求項3に記載のFe-Cr-Ni系合金。
- ASTM E10に規定されているブリネル硬度の超硬合金球での硬さ試験の値が130~210であることを特徴とする請求項4に記載のFe-Cr-Ni系合金。
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