JP3410139B2 - Al-containing oxidation-resistant austenitic stainless steel - Google Patents

Al-containing oxidation-resistant austenitic stainless steel

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JP3410139B2
JP3410139B2 JP06061193A JP6061193A JP3410139B2 JP 3410139 B2 JP3410139 B2 JP 3410139B2 JP 06061193 A JP06061193 A JP 06061193A JP 6061193 A JP6061193 A JP 6061193A JP 3410139 B2 JP3410139 B2 JP 3410139B2
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stainless steel
oxidation resistance
austenitic stainless
oxide film
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佳孝 西山
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、800 ℃以上の高温酸化
雰囲気中で表面にAl系主体の酸化皮膜を生成する2.5 〜
6.0 %Al含有耐酸化性オーステナイト系ステンレス鋼に
関する。
[Field of Industrial Application] The present invention produces an Al-based oxide film on the surface in a high temperature oxidizing atmosphere of 800 ° C. or higher.
The present invention relates to an oxidation resistant austenitic stainless steel containing 6.0% Al.

【0002】[0002]

【従来の技術】高温で用いられる部品材料、例えば自動
車用排気マニホールド、自動車排気ガス改質触媒担体、
暖房用機器の燃焼部材等には、使用環境での耐酸化性が
要求されること、並びに工業製品としての量産性と、低
廉さが要求されることからFe−Cr鋼が用いられている。
2. Description of the Related Art Component materials used at high temperatures, such as automobile exhaust manifolds, automobile exhaust gas reforming catalyst carriers,
Fe-Cr steel is used as a combustion member of heating equipment because it is required to have oxidation resistance in a use environment, mass productivity as an industrial product, and low cost.

【0003】例えば、フェライト系ステンレス鋼では、
自動車排気マニホールド用としてSUH409等の12%Cr系ス
テンレス鋼、Nb、Cu含有の17%Cr系フェライトステンレ
ス鋼、あるいは同系統の19%Cr系フェライトステンレス
鋼などが用いられている。
For example, in ferritic stainless steel,
For automotive exhaust manifolds, 12% Cr-based stainless steel such as SUH409, 17% Cr-based ferritic stainless steel containing Nb and Cu, or 19% Cr-based ferritic stainless steel of the same system is used.

【0004】また、Si添加によりCr系酸化皮膜の成長速
度を減じ耐酸化性を良好としたものに、2.5 %Si含有の
18%Cr系フェライトステンレス鋼などがストーブの燃焼
部分に多用されていることも、周知の事実である。
Further, the addition of Si reduces the growth rate of the Cr-based oxide film to improve the oxidation resistance, and the addition of 2.5% Si
It is also a well-known fact that 18% Cr-based ferritic stainless steel is often used in the combustion part of stoves.

【0005】一方、電熱線として知られるFe−Cr−Al合
金鋼、さらに近年、自動車排気ガス改質触媒担体用とし
て、Caあるいは希土類元素(REM) を添加した20%Cr−5
%Al系フェライトステンレス鋼箔などは高温酸化性雰囲
気中でAl2O3 酸化皮膜を生成し非常に優れた耐酸化性を
有する。
On the other hand, Fe-Cr-Al alloy steel known as a heating wire, and more recently, 20% Cr-5 containing Ca or a rare earth element (REM) for use as an automobile exhaust gas reforming catalyst carrier.
% Al-based ferritic stainless steel foil and the like have an extremely excellent oxidation resistance by forming an Al 2 O 3 oxide film in a high temperature oxidizing atmosphere.

【0006】しかしながらフェライト系ステンレス鋼は
高温強度が低いという普遍的欠点のため、各種プラン
ト、ボイラー、熱交換器、加熱炉といった部位に用いら
れることはなかった。
However, ferritic stainless steel has not been used in various plants, boilers, heat exchangers, heating furnaces, etc. due to its universal drawback of low high temperature strength.

【0007】一方、オーステナイト系ステンレス鋼は高
温強度や加工性を備えており、例えばSUS310S を代表と
する25Cr−20Ni系、インコロイ800 として知られる21Cr
−32.5Ni系、さらにSiを添加したSUSXM15J1 等があり、
それぞれ、使用目的に応じて利用されている。
On the other hand, austenitic stainless steel has high temperature strength and workability. For example, 25Cr-20Ni typified by SUS310S and 21Cr known as Incoloy 800.
−32.5Ni series, SUSXM15J1 with Si added, etc.
Each is used according to the purpose of use.

【0008】Fe−Cr−Ni合金鋼は一般に高温酸化雰囲気
中でFe、Cr系主体の酸化皮膜を形成するが、1000℃以上
では保護性に乏しい。さらに繰り返し加熱冷却を行う環
境下では剥離を起こし、酸素や窒素が母材に侵入するこ
とにより材料の劣化が加速度的に進行する。このような
合金に耐酸化性改善元素として有効なSiやAlを添加した
ものがある。Siを添加したものは無添加鋼より耐酸化性
が向上するが、主たる酸化皮膜はFe、Cr系酸化物であり
飛躍的な向上は望めない。また、Fe、Cr系酸化物/合金
界面にSiO2が生成することから、繰り返し加熱冷却に対
し酸化皮膜の剥離が増大する。
[0008] Fe-Cr-Ni alloy steel generally forms an oxide film mainly composed of Fe and Cr in a high temperature oxidizing atmosphere, but it has poor protection at 1000 ° C or higher. Further, in an environment in which heating and cooling are repeatedly performed, peeling occurs, and oxygen and nitrogen enter the base material, which accelerates deterioration of the material. There is an alloy to which Si or Al effective as an oxidation resistance improving element is added. Although the one with Si added has improved oxidation resistance compared to the unadded steel, the major oxide film is Fe, Cr-based oxides, and no dramatic improvement can be expected. Further, since SiO 2 is generated at the Fe / Cr-based oxide / alloy interface, the peeling of the oxide film increases with repeated heating and cooling.

【0009】このようなオーステナイト系ステンレス鋼
の欠点に鑑み、耐酸化性を向上する目的でAlを添加した
ものは多いが、一般にオーステナイト系ステンレス鋼に
おいては、Alの拡散はフェライト中に比し遅く、さらに
鋼中AlはNiと金属間化合物を形成するため高温酸化雰囲
気中において表面へのAlの供給が不十分となることか
ら、800 ℃以上でFe−Cr−Al合金鋼のように耐酸化性に
優れたものが少なかった。
In view of such drawbacks of austenitic stainless steels, many are added with Al for the purpose of improving oxidation resistance. However, in austenitic stainless steels, diffusion of Al is slower than that in ferrite. Moreover, since Al in steel forms an intermetallic compound with Ni, the supply of Al to the surface becomes insufficient in a high temperature oxidizing atmosphere. There were few excellent properties.

【0010】高温酸化雰囲気中で表面にAl2O3 酸化皮膜
を生じさせ耐酸化性を向上させた例として、特開昭52−
78612 号公報、特開昭53−31517 号公報に開示された技
術がある。これらは鋼中に4.0 %を越えてAlを添加する
ことにより、従来オーステナイト系ステンレス鋼では生
成し得なかったAl2O3 酸化皮膜を表面に生成させること
により耐酸化性の向上を実現している。
As an example of improving the oxidation resistance by forming an Al 2 O 3 oxide film on the surface in a high temperature oxidizing atmosphere, Japanese Patent Laid-Open No. 52-
There are techniques disclosed in Japanese Patent No. 78612 and Japanese Patent Laid-Open No. 53-31517. By adding Al in excess of 4.0% to the steel, the oxidation resistance is improved by forming an Al 2 O 3 oxide film on the surface, which was not possible with conventional austenitic stainless steels. There is.

【0011】しかしながら、オーステナイト系ステンレ
ス鋼は根本的にAl系主体の酸化被膜を表面に生成しにく
いことから、4.0 %以上のAl添加だけでは必ずしも安定
なAl系酸化被膜の生成は望めない。
However, since the austenitic stainless steel fundamentally does not easily form an Al-based oxide film on the surface, it is not always possible to expect stable Al-based oxide film formation by adding 4.0% or more of Al.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ここに、本発明の目的
は、高温酸化雰囲気中で表面にAl系酸化皮膜を生成する
ことにより耐酸化性を有するオーステナイト系ステンレ
ス鋼を提供することにある。より具体的には、Al添加オ
ーステナイト系ステンレス鋼におけるAl系酸化皮膜を緻
密にかつ安定して形成できる鋼組成を開発することであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an austenitic stainless steel having oxidation resistance by forming an Al-based oxide film on the surface in a high temperature oxidizing atmosphere. More specifically, it is to develop a steel composition capable of forming an Al-based oxide film in Al-added austenitic stainless steel densely and stably.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、高温酸化
雰囲気中で表面に緻密なAl系酸化皮膜を生成することに
より、優れた耐酸化性を有するオーステナイト系ステン
レス鋼の材料開発をめざし検討行ってきたが、次のよう
な知見を得ることにより本発明に至った。
The inventors of the present invention aim to develop a material for an austenitic stainless steel having excellent oxidation resistance by forming a dense Al-based oxide film on the surface in a high temperature oxidizing atmosphere. The inventors of the present invention have studied the present invention, and have arrived at the present invention by obtaining the following findings.

【0014】鋼中Alの添加量を増大させることによ
り、生成酸化皮膜がFe、Cr系主体からAl系主体となり耐
酸化性が向上するが、このAl系主体の酸化物の生成には
母材添加の影響が大きいこと。
By increasing the addition amount of Al in the steel, the oxide film formed changes from Fe and Cr-based to Al-based to improve the oxidation resistance. The effect of addition is large.

【0015】そのためこれらの添加量の適正化が行わ
れないと、従来考えられていたAl添加量では緻密で均一
なAl系酸化皮膜の生成が起こり得ないこと。 Al系酸化物の生成に対する種々の鋼中元素の影響に関
して鋭意研究を重ねた結果、従来Cr2O3 生成鋼において
その耐酸化性の改善に効果を発揮していたSiがAl系酸化
物には悪影響を及ぼすこと。
Therefore, if the addition amount of these elements is not optimized, it is impossible to form a dense and uniform Al-based oxide film with the conventionally-considered addition amount of Al. As a result of intensive studies on the influence of various elements in the steel on the formation of Al-based oxides, Si, which had been effective in improving the oxidation resistance of conventional Cr 2 O 3 -forming steels, became Al-based oxides. Has an adverse effect.

【0016】Siの積極的な低減が行われないと高温酸
化雰囲気中でCr系、場合によってはFe系酸化物の生成を
許してしまい、長時間使用による材料の劣化が起きるこ
と。 Siを0.15%以下に制限することにより健全なAl系酸化
物の形成が容易となり、従来このような酸化皮膜が生成
し得ないと考えられていた2.5 〜4.0 %Alの添加領域に
おいても耐酸化性に優れたAl系酸化物が緻密かつ均一に
生成することが可能となることも判明した。とくには
本発明において最も重要かつ特徴的である。
If the Si is not actively reduced, the formation of Cr-based and, in some cases, Fe-based oxides is permitted in a high temperature oxidizing atmosphere, and deterioration of the material occurs due to long-term use. By limiting Si to 0.15% or less, a healthy Al-based oxide can be easily formed, and oxidation resistance can be achieved even in the 2.5 to 4.0% Al-added region where it was previously thought that such an oxide film could not be formed. It was also found that an Al-based oxide having excellent properties can be densely and uniformly formed. Especially, it is the most important and characteristic in the present invention.

【0017】よって、本発明の要旨とするところは、重
量%で、C:0.15 %以下、Cr:15 〜30%、Mn:2.0%以
下、Ni:20 〜60%、Al:2.5〜6.0 %、Si:0.15 %以下、
残部Feおよび不可避不純物より成る合金組成とすること
で、800 ℃以上の高温酸化雰囲気中で表面にAl系主体の
酸化皮膜を生成することを特徴とする、2.5 〜6.0 %Al
含有耐酸化性オーステナイト系ステンレス鋼である。
Therefore, the gist of the present invention is, by weight, C: 0.15% or less, Cr: 15 to 30%, Mn: 2.0% or less, Ni: 20 to 60%, Al: 2.5 to 6.0%. , Si: 0.15% or less,
The alloy composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities forms an oxide film mainly composed of Al on the surface in a high temperature oxidizing atmosphere at 800 ° C or higher.
It is an oxidation resistant austenitic stainless steel containing.

【0018】本発明にあって、上記合金組成は、重量%
で、Cr:17〜25%、さらに希土類元素またはCaを1種ま
たは2種以上、合計1.0 %以下含有してもよい。また、
前記合金組成は、重量%で、さらにTi、Nb、Zrのいずれ
か1種または2種以上を、C+N(%) の4倍以上2.0 %
以下含有するものであってもよい。前記合金組成は、重
量%で、さらにS(%) +O(%) ≦0.005 (%) となるよう
に制限してもよい。
In the present invention, the above alloy composition is in a weight percentage.
In addition, Cr: 17 to 25%, and one or more rare earth elements or Ca may be contained in total of 1.0% or less. Also,
The alloy composition is, in wt%, one or more of Ti, Nb, and Zr, which is 4 times or more of C + N (%) and 2.0% or more.
It may be contained below. The alloy composition may be limited to wt% and may further be S (%) + O (%) ≤ 0.005 (%).

【0019】[0019]

【作用】次に、本発明を上記範囲に限定した理由を説明
する。 C:Cは、高温での適用時に、あるいは溶接熱影響部に
おいてCr23C6型の炭化物を形成して、加工性およびCrに
よる耐酸化性の向上効果を著しく減ずる影響を有する。
また、スケール剥離をもたらすため低い方が好ましく、
本発明では上限を0.15%とした。
Next, the reason why the present invention is limited to the above range will be described. C: C has the effect of forming Cr 23 C 6 type carbides at the time of application at high temperature or in the heat-affected zone of welding, and significantly reducing the workability and the effect of improving the oxidation resistance by Cr.
In addition, it is preferable that it is low because it causes scale peeling,
In the present invention, the upper limit is set to 0.15%.

【0020】Cr:CrはAlとともに高温での耐酸化性を得
るのに必要な基本的な元素である。本発明においては、
下限を15%、上限を30%とする。800 ℃を越えて緻密な
Al系酸化皮膜を生成するのに15%以上のCrが必要であ
る。一方、30%を越えて添加しても耐酸化性の向上が見
られないばかりでなく、板の成形性、加工性に悪影響を
及ぼす。好ましくは、17〜25%である。
Cr: Cr is a basic element necessary for obtaining oxidation resistance at high temperature together with Al. In the present invention,
The lower limit is 15% and the upper limit is 30%. Precise above 800 ° C
15% or more of Cr is required to form an Al-based oxide film. On the other hand, addition of more than 30% not only does not improve the oxidation resistance, but also adversely affects the formability and workability of the plate. It is preferably 17 to 25%.

【0021】Mn:Mnは、高温での強度確保のために添加
することがある。また、オーステナイト相安定化にも有
効である。しかしながら2.0 %を越えて添加すると耐酸
化性に悪影響を及ぼすため2.0 %を上限とする。
Mn: Mn may be added to secure strength at high temperature. It is also effective for stabilizing the austenite phase. However, if added over 2.0%, the oxidation resistance is adversely affected, so 2.0% is made the upper limit.

【0022】Ni:Niはオーステナイト鋼の基本的性質を
与えるのに重要な元素である。また、1000℃近傍での高
温強度ならびに高温クリープ強度を高めるためにも必要
である。20%未満ではオーステナイト相が不安定となる
ほか、Al系の保護皮膜が単一で生成し得ない。一方、60
%を越えるものは、コスト的に実用化し難いものになる
ため、上限を60%とする。
Ni: Ni is an important element in providing the basic properties of austenitic steel. It is also necessary to increase the high temperature strength and high temperature creep strength near 1000 ° C. If it is less than 20%, the austenite phase becomes unstable and a single Al-based protective film cannot be formed. Meanwhile, 60
If it exceeds%, it is difficult to put it into practical use in terms of cost, so the upper limit is set to 60%.

【0023】Al:Alは本発明鋼において重要な基本元素
である。Al系酸化皮膜を安定に生成するためには2.5 %
以上が必要である。2.5 %未満ではSi量の如何にかかわ
らずFe−Cr−Ni系のスピネル型酸化物が生じ、連続した
Al系酸化皮膜とならない。しかしながら6.0 %を超えて
添加すると、熱間での変形抵抗およびNiAl系金属間化合
物の粒内、粒界析出による粒界延性の低下が引き起こす
熱間加工性の劣化が大きくなるばかりか、常温での靱性
低下が極めて顕著となるため、上限を6.0 %とする。好
ましくは、3.0 〜5.5 %である。
Al: Al is an important basic element in the steel of the present invention. 2.5% for stable formation of Al oxide film
The above is necessary. If it is less than 2.5%, Fe-Cr-Ni-based spinel type oxides are formed regardless of the Si content, and they are continuous.
Does not form an Al-based oxide film. However, if it is added in excess of 6.0%, not only the deformation resistance in the hot and the deterioration of the hot workability caused by the decrease of the grain boundary ductility due to the precipitation of NiAl intermetallic compound within the grains and grain boundaries, but also at room temperature Since the toughness of the steel becomes extremely remarkable, the upper limit is made 6.0%. It is preferably 3.0 to 5.5%.

【0024】Si:Siは本発明鋼において重要な元素であ
る。本発明鋼であるAl系主体の酸化物を生成、安定に維
持するためにはむしろ悪影響を及ぼす。そのため添加量
を0.15%以下に制限する。
Si: Si is an important element in the steel of the present invention. In order to form and maintain stably the Al-based oxide which is the steel of the present invention, it adversely affects. Therefore, the addition amount is limited to 0.15% or less.

【0025】従来、Siは耐酸化性改善元素として特にCr
2O3 生成鋼に添加されている。そのときのSiによる耐酸
化性の改善の効果については明確ではないが、主たる保
護スケールであるCr2O3 皮膜の欠陥を減少させ純粋で緻
密なCr2O3 を生成する間接的作用として働くとする考え
方や、Cr2O3 酸化スケールと合金界面にSiO2を形成し金
属イオンの外方拡散を抑制することからCr2O3 の成長速
度を下げ耐酸化性を向上しているとする考えがある。
Conventionally, Si is especially used as an element for improving the oxidation resistance of Cr.
2 O 3 It is added to the produced steel. Although the effect of improving the oxidation resistance by Si at that time is not clear, it acts as an indirect action to reduce defects in the main protective scale Cr 2 O 3 film and form pure and dense Cr 2 O 3 It is said that the growth rate of Cr 2 O 3 is reduced and the oxidation resistance is improved by forming SiO 2 at the alloy interface with the Cr 2 O 3 oxide scale and suppressing the outward diffusion of metal ions. I have an idea.

【0026】一方、Siより酸素との親和性の高いAlが存
在している状態ではAl2O3 スケールの内側にSiO2の生成
は熱力学上あり得ない。そのためAl2O3 スケールを生成
する合金系においてSiの影響を議論した例は少ない。自
動車排気系触媒として適用が行われている20%Cr−5%
Alフェライト系についてSi添加の影響を調べた結果から
も顕著に耐酸化性に影響を及ぼすことは認められなかっ
た。
On the other hand, in the presence of Al, which has a higher affinity for oxygen than Si, the formation of SiO 2 inside the Al 2 O 3 scale is thermodynamically impossible. Therefore, there are few cases where the influence of Si was discussed in the alloy system that produces Al 2 O 3 scale. 20% Cr-5% used as an automobile exhaust system catalyst
From the results of examining the effect of Si addition on Al ferrite system, it was not found that the oxidation resistance was significantly affected.

【0027】しかしながら、本発明者らが、Al含有オ−
ステナイト系ステンレス鋼に対するSiの影響について詳
細かつ綿密な実験を重ねた結果、Siの鋼中添加は耐酸化
性を劣化させることがわかった。このような耐酸化性の
劣る材料の生成酸化物の調査によるとAl2O3 とCr2O3
生成していることがわかった。耐酸化性の劣化要因につ
いては不明な点が多いが、本発明者らが母材組織に着目
して検討を行った結果からは、Si添加により鋼中Ni−Al
系化合物の析出が増大すること、δ−フェライト相が多
量に出現することなどが考えられる。本発明にあって
は、上述の合金元素の他に、必要に応じて各種合金元素
を配合してもよい。
However, the present inventors have found that Al-containing alloy
As a result of detailed and detailed experiments on the effect of Si on the stainless steel, it was found that the addition of Si in the steel deteriorates the oxidation resistance. An examination of the oxides produced by such materials with poor oxidation resistance revealed that Al 2 O 3 and Cr 2 O 3 were produced. Although there are many unclear points about the deterioration factor of the oxidation resistance, the results of the present inventors' study focusing on the base metal structure indicate that Si-added Ni-Al
It is conceivable that precipitation of the system-based compound increases and that a large amount of δ-ferrite phase appears. In the present invention, in addition to the above alloy elements, various alloy elements may be blended as necessary.

【0028】希土類元素( 例: Y、Ce、La) 、 Ca:これ
らは、耐酸化性改善元素であり、さらに後述する鋼中の
硫化物をMnS より安定な硫化物として固定することで熱
間加工性を改善する。ただし、過剰添加は粗大酸化物の
生成により、逆に耐酸化性に悪影響を及ぼすことから、
これらの元素を少なくとも1種、合計量1.0 %以下の範
囲で添加する。
Rare earth elements (eg Y, Ce, La), Ca: These are oxidation resistance improving elements, and by fixing the sulfide in steel described later as a sulfide more stable than MnS, Improves workability. However, excessive addition adversely affects the oxidation resistance due to the formation of coarse oxide.
At least one of these elements is added in a total amount of 1.0% or less.

【0029】Ti、Nb、Zr:これらの元素は、鋼中のC、
Nの悪影響を減じ加工性および耐酸化性の改善を図るた
めに添加する。Ti、Nb、Zrは、CrあるいはAlよりもC、
Nとの親和力の強いため、安定化元素として作用するの
である。鋼中のC、Nを固定するには、鋼中の [C(%)
+N(%)]に対して4倍以上のTi、NbあるいはZrの添加
(合計量) が必要である。一方、過剰なTi、Nb、Zrの添
加は金属間化合物の析出により靱性の低下をもたらすた
め、それらの合計量の上限を2.0 %とする。
Ti, Nb, Zr: These elements are C in steel,
It is added to reduce the adverse effect of N and improve the workability and oxidation resistance. Ti, Nb, Zr are more C than Cr or Al,
Since it has a strong affinity with N, it acts as a stabilizing element. To fix C and N in steel, [C (%)
+ N (%)] more than 4 times more Ti, Nb or Zr
(Total amount) is required. On the other hand, excessive addition of Ti, Nb, and Zr brings about a decrease in toughness due to precipitation of intermetallic compounds, so the upper limit of the total amount of them is 2.0%.

【0030】S、O:S、Oは得られる鋼の清浄度を確
保するために制限する。鋼中のS+O(%) 値は低い方が
好ましいが、S+O(%) ≦0.008 %、さらに望ましくは
S+O(%) ≦0.0050%とする。
S, O: S, O are limited in order to secure the cleanliness of the obtained steel. The S + O (%) value in steel is preferably low, but S + O (%) ≤ 0.008%, and more preferably S + O (%) ≤ 0.0050%.

【0031】より好ましくは、Sの上限を0.002 %に規
制するとともに、必要に応じMnより高温でより安定な硫
化物を形成するCe、La、Y等の希土類元素または、Ca等
を添加することで固定化する。これらの効果を高める目
的より、鋼中のO濃度も低い方がよい。このことは、こ
れらの添加元素が酸化物を作りやすく、鋼中のS固定元
素として機能する以前に酸化物として消費され、有効量
が減少するためである。
More preferably, the upper limit of S is regulated to 0.002%, and if necessary, a rare earth element such as Ce, La, or Y that forms a more stable sulfide at a temperature higher than Mn, or Ca is added. Fix with. For the purpose of enhancing these effects, it is preferable that the O concentration in steel is low. This is because these additional elements tend to form oxides, are consumed as oxides before they function as S-fixing elements in steel, and the effective amount decreases.

【0032】本発明が適用されるオーステナイト系ステ
ンレス鋼の組成は上述のような組成を有する限り特に制
限はされないが、規格その他を考慮した場合の実用的観
点からは、以下のように成分調整を行うことが好まし
い。
The composition of the austenitic stainless steel to which the present invention is applied is not particularly limited as long as it has the composition as described above, but from the practical point of view in consideration of specifications and the like, the compositional adjustment is performed as follows. It is preferable to carry out.

【0033】N:Nは、鋼中のCr、Alと結合し窒化物を
形成することでCr、Alによる高温での耐酸化性低下をも
たらす悪影響がある。上限を0.10%とする。
N: N has the adverse effect of reducing the oxidation resistance at high temperature due to Cr and Al by forming a nitride by combining with Cr and Al in steel. The upper limit is 0.10%.

【0034】Mo:Moは高温での強度確保あるいは耐食性
確保のために添加することがある。ただし、10.0%を超
えても一層の性能改善は見られないばかりか、高温での
変形抵抗を高める。
Mo: Mo may be added to secure strength at high temperature or to secure corrosion resistance. However, even if it exceeds 10.0%, not only the performance improvement is not seen, but also the deformation resistance at high temperature is increased.

【0035】P:Pは積極的に添加しない。原則的に不
純物である。0.03%以下含有する。 Cu:鋼中のCuは、Ni源からの不純物として1.5 %まで許
容される。次に具体例をもって本発明をさらに説明す
る。
P: P is not positively added. In principle, it is an impurity. Contains 0.03% or less. Cu: Cu in steel is allowed up to 1.5% as an impurity from the Ni source. Next, the present invention will be further described with reference to specific examples.

【0036】[0036]

【実施例】表1に示すように合金組成を有するAl、Si量
を変えた種々の鋼No.1〜30を真空溶解炉にて溶製し、鍛
造、熱間、冷間圧延を施して板厚2mmとした。このよう
にして得られた鋼板から各種試験材を切り出し供試し
た。
[Examples] As shown in Table 1, various steel Nos. 1 to 30 having different Al and Si contents having alloy compositions were melted in a vacuum melting furnace and subjected to forging, hot rolling and cold rolling. The plate thickness was 2 mm. Various test materials were cut out from the thus-obtained steel plates and used as samples.

【0037】表1の鋼種のうち、本発明鋼No.1〜20およ
び比較鋼No.21 〜25、28、29について1000℃大気中保持
の酸化試験を行ったが、そのときの単位面積あたりの酸
化増量の経時変化 (mg/cm2)を図1にグラフにまとめて
示す。なお、酸化試験では、スケール剥離を含めた酸化
後の酸化増量の大小をもって耐酸化性を評価した。
Of the steel types shown in Table 1, the invention steel Nos. 1 to 20 and the comparative steel Nos. 21 to 25, 28, and 29 were subjected to an oxidation test at 1000 ° C. in the atmosphere. The time-dependent change (mg / cm 2 ) in the amount of oxidization of is shown in the graph in FIG. In addition, in the oxidation test, the oxidation resistance was evaluated based on the magnitude of the increase in the amount of oxidation after the oxidation including scale peeling.

【0038】また、一部の鋼種について大気雰囲気中で
1000℃×200 時間保持の後、単位面積あたりの酸化増量
変化の測定を行い、この時表面に生成した酸化物の薄膜
X線による同定を行った。ターゲットはCu、入射角はα
= 0.3°であった。さらにスケール断面観察とEPMA分析
を行った結果を併せて表2に示す。
In addition, for some steel types in the air atmosphere
After holding at 1000 ° C. for 200 hours, the change in the amount of oxidation increase per unit area was measured, and the oxide formed on the surface at this time was identified by thin film X-rays. Target is Cu, incident angle is α
= 0.3 °. Table 2 also shows the results of the scale cross-section observation and EPMA analysis.

【0039】図2は大気雰囲気中で1100℃、30分加熱−
冷却繰り返し酸化試験を行った各供試鋼の重量変化を示
すグラフである。図1に示す酸化増量の経時変化から、
本発明に示す適正化学成分を有する各鋼種は、比較鋼N
o.21 、26、28、29に比べ耐酸化性に優れており、Al添
加フェライトステンレス鋼である比較鋼No.22(Fe−20Cr
−5Al 相当) と比べても遜色ない耐酸化性を有する。ま
た、また、希土類元素やCa等を適量添加したものは、よ
り耐酸化性に優れていることが分かる。
FIG. 2 shows heating at 1100 ° C. for 30 minutes in the atmosphere.
It is a graph which shows the weight change of each sample steel which performed a cooling repetition oxidation test. From the time course of the increase in oxidation shown in FIG.
Each steel type having the proper chemical composition shown in the present invention is a comparative steel N.
Compared to o.21, 26, 28 and 29, it has better oxidation resistance and is a ferritic stainless steel with Al added, comparative steel No. 22 (Fe-20Cr
It has an oxidation resistance comparable to that of -5Al). Further, it can be seen that the material to which an appropriate amount of rare earth element, Ca or the like is added is more excellent in oxidation resistance.

【0040】また薄膜X線分析結果より、本発明鋼は主
としてα−Al2O3 が生成していることが分かる。これに
対して比較鋼のうちAl量に対しSi添加量の高いNo.28 、
29はα−Al2O3 とCr2O3 酸化スケールを、比較鋼No.21
、23、24はそれぞれFeCr2O4スピネル型酸化物とCr2O
3 、Fe2O3 の多層スケールを形成している。
From the results of thin film X-ray analysis, it is found that the steel of the present invention mainly contains α-Al 2 O 3 . On the other hand, among the comparative steels, No. 28, which has a higher Si content than the Al content,
29 is α-Al 2 O 3 and Cr 2 O 3 oxide scale, compared with comparative steel No. 21.
, 23 and 24 are FeCr 2 O 4 spinel type oxide and Cr 2 O, respectively.
3 , forming a multilayer scale of Fe 2 O 3 .

【0041】さらに本発明鋼および比較鋼のスケール断
面観察、EPMA分析の結果から、本発明鋼では2〜3μm
の均一な酸化皮膜が生成しているのに対し、比較鋼No.2
8 は所々分厚い酸化皮膜を形成しその内部にAl2O3 内部
酸化層が生成している。さらに比較鋼No.25 では表面に
スピネル型酸化皮膜が生成し、その内部にAl2O3 の酸化
層が母材奥深く成長し、その先端部にAlN が生成してい
ることが確認された。
Further, from the results of the scale cross-section observation and EPMA analysis of the present invention steel and the comparative steel, the present invention steel is 2-3 μm.
The uniform oxide film of
In No. 8, a thick oxide film was formed in some places, and an Al 2 O 3 internal oxide layer was formed inside it. Further, it was confirmed that in Comparative Steel No. 25, a spinel type oxide film was formed on the surface, an Al 2 O 3 oxide layer was grown deep inside the base metal, and AlN was formed at the tip.

【0042】以上のことから本発明鋼では高温酸化雰囲
気中でAl系主体の酸化皮膜を表面に均一に形成し、その
後安定した優れた保護皮膜となっている。さらに、繰り
返し酸化試験結果より、スケール剥離をおこさない密着
性に優れた皮膜であることが分かる。
From the above, in the steel of the present invention, an Al-based main oxide film is uniformly formed on the surface in a high temperature oxidizing atmosphere, and then a stable and excellent protective film is obtained. Further, the repeated oxidation test results show that the film has excellent adhesion without causing scale peeling.

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【0044】[0044]

【表2】 [Table 2]

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、高温での機械的強度を有するオーステナイト系ステ
ンレス鋼の成分を適正化することにより、Al系主体の酸
化皮膜を安定に生成し、耐酸化性を確保することが可能
となる。
As described above, according to the present invention, by optimizing the components of austenitic stainless steel having mechanical strength at high temperature, an oxide film mainly composed of Al is stably formed. It becomes possible to secure the oxidation resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例において得られた材料の連続酸化試験に
おける酸化増量変化を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing a change in oxidation weight gain in a continuous oxidation test of materials obtained in Examples.

【図2】実施例において得られた材料の繰り返し酸化試
験における酸化重量変化を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing changes in weight of oxidized materials in a repeated oxidation test of materials obtained in Examples.

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 重量%で、 C:0.15 %以下、Cr:15 〜30%、Mn:2.0%以下、Ni:20
〜60%、 Al:2.5〜6.0 %、Si:0.15 %以下、 残部Feおよび不可避不純物より成る合金組成とすること
で、800 ℃以上の高温酸化雰囲気中で表面にAl系主体の
酸化皮膜を生成することを特徴とする、2.5 〜6.0 %Al
含有耐酸化性オーステナイト系ステンレス鋼。
1. By weight%, C: 0.15% or less, Cr: 15 to 30%, Mn: 2.0% or less, Ni: 20
~ 60%, Al: 2.5-6.0%, Si: 0.15% or less, balance Fe and unavoidable impurities form an alloy composition to form an Al-based oxide film on the surface in a high temperature oxidizing atmosphere of 800 ° C or more. characterized by, 2.5 ~6.0% Al
Containing oxidation resistance austenitic stainless steel.
【請求項2】 前記合金組成が、重量%で、Cr:17〜25
%、さらに希土類元素またはCaを1種または2種以上、
合計1.0 %以下含有する、請求項1記載のAl含有耐酸化
オーステナイト系ステンレス鋼。
2. The alloy composition, in wt%, Cr: 17-25
%, And one or more rare earth elements or Ca,
The Al-containing oxidation resistance according to claim 1, wherein the total content is 1.0% or less .
Sex austenitic stainless steel.
【請求項3】 前記合金組成が、重量%で、さらにTi、
Nb、Zrのいずれか1種または2種以上を、C+N(%) の
4倍以上2.0 %以下含有する請求項1または2記載のAl
含有耐酸化性オーステナイト系ステンレス鋼。
3. The alloy composition, in% by weight, further comprising Ti,
The Al according to claim 1 or 2, which contains one or more of Nb and Zr in an amount of 4 times or more and 2.0% or less of C + N (%).
Containing oxidation resistance austenitic stainless steel.
【請求項4】 前記合金組成が、重量%で、さらにS
(%) +O(%) ≦0.005(%) であることを特徴とする請求
項1ないし3のいずれかに記載のAl含有耐酸化性オース
テナイト系ステンレス鋼。
4. The alloy composition, in wt%, further comprises S
The Al-containing oxidation-resistant austenitic stainless steel according to any one of claims 1 to 3, wherein (%) + O (%) ≤ 0.005 (%) .
【請求項5】 重量%で、さらにMo:10%以下含有する
請求項1ないし4のいずれかに記載のAl含有耐酸化性
ーステナイト系ステンレス鋼。
5. The Al-containing oxidation-resistant austenitic stainless steel according to any one of claims 1 to 4, which further contains Mo: 10% or less by weight .
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