JP4687467B2 - 加工性及び耐メタルダスティング性に優れた金属材料 - Google Patents
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第1グループ:質量%で、Co:10%以下、
第2グループ:質量%で、Mo:3%以下及びW:6%以下、
第3グループ:質量%で、Ti:1%以下及びNb:2%以下、
第4グループ:質量%で、B:0.1%以下、Zr:1.2%以下及びHf:0.5%以下、
第5グループ:質量%で、Mg:0.1%以下、Ca:0.1%以下及びAl:0.8%以下、
第6グループ:質量%で、Y:0.15%以下、La:0.15%以下及びCe:0.15%以下。
Cは、高温強度を確保するために、0.01%の含有が必要である。ただし、0.4%を超えると合金の靱性が極端に悪くなるため、上限を0.4%とする。好ましくは、0.03〜0.35%であり、さらに好ましい範囲は0.03〜0.3%である。
Siは、酸素との親和力が強いため、Cr2O3等の保護性酸化スケ−ル層を均一に形成することを促進する。また、Cr2O3の下層にSi系酸化スケールを形成し、浸炭性ガスを遮断する。この作用は、0.01%以上含有することで発揮される。ただし、2.5%を超えると靭性が低下するので、上限を2.5%とする。好ましい範囲は、0.1〜2.5%であり、さらに好ましい範囲は0.3〜2%である。
Mnは脱酸および加工性改善のために必要であり、このような効果を得るためには、0.01%以上含有させる必要がある。また、Mnはオーステナイト生成元素であることからNiの一部をMnで置換することも可能である。しかしながら、Mnの過剰の含有は保護性酸化スケール層の浸炭性ガス遮断性能を阻害することから、上限を2.5%とする。なお、Mnの含有量の好ましい範囲は、0.1〜2%である。
CrはCr2O3等の酸化スケ−ルを安定に形成し、浸炭性ガスを遮断する効果がある。このような効果を得るためには、15%以上の含有が必要である。しかしながら、過剰な含有は加工性を劣化させるとともに組織安定性を劣化させるので、含有量の上限を35%とする。好ましい範囲は18〜33%である。さらに好ましい範囲は23〜33%である。
Niは、Cr含有量に応じて安定したオーステナイト組織を得るために必要な元素である。また、Cが鋼中に浸入した場合、浸入速度を低減する機能を有する。さらに、金属組織の高温強度を確保する働きがある。しかしながら、必要以上の含有は、コスト高と製造難を招くため、20〜65%の含有量を適正とする。好ましくは25〜65%であり、さらに好ましくは28〜50%である。
Cuは本発明において重要な元素のひとつである。Cuは浸炭性ガスと金属の表面反応を抑制し、耐メタルダスティング性等を大きく向上させる。また、オーステナイト生成元素であるためNiの一部をCuで置換することも可能である。耐メタルダスティング性の向上効果を発揮するためには、0.05%以上含有させる必要がある。ただし、20%を超えて含有させると著しく溶接性を低下させるので、含有量の上限を20%とする。好ましい含有量は0.2〜15%である。さらに好ましい含有量は0.5〜10%である。
Ndは本発明においてもっとも重要な元素の一つである。本発明は、耐メタルダスティング性を大幅に向上させるために、P:0.05%を超え0.3%以下、Sb:0.001〜1%及びBi:0.001〜0.5%のうちの1種又は2種以上を含有させるものであるが、Ndはこれらの元素の含有、あるいはさらにSの含有によって生じる熱間加工性の低下を抑える作用を有する。熱間加工性の低下を抑える効果を発揮するには、Ndの0.001%以上の含有を必要とする。ただし、過剰に含有させると、O(酸素)と結合して介在物を多量に形成することになり、このため、加工性が低下するだけでなく、金属材料表面の疵の原因にもなるので、Ndの含有量は上限を0.15%とする必要がある。Ndの含有量は、好ましくは0.005〜0.12%であり、さらに好ましくは0.01〜0.10%である。
Sは、浸炭性ガスと金属の反応を抑制する効果がある。しかしながら、過剰に含有させると、熱間加工性や溶接性を著しく阻害するため、その含有量の上限を0.1%とする必要がある。また、Sは触媒被毒作用を有するため、プラントで触媒を使用する場合には極力少ない方が望ましく、その場合にはSの含有量の上限を0.015%とするのが好ましい。
Nは含有させなくてもよい。含有させれば、金属材料の高温強度を高める作用を有する。しかしながら、その含有量が0.25%を超えると加工性を大きく阻害する。したがって、Nの含有量は0.25%を上限とする。好ましい上限は、0.2%である。なお、金属材料の高温強度を高める効果を得るためには、0.001%以上含有させることが好ましい。
O(酸素)は、金属材料を溶製する際に原料などから混入してくる不純物元素であり、Nd等と反応し、鋼中に酸化物系介在物を多量に形成することになり、このため、加工性を低下させるだけでなく、金属材料表面の疵の原因になるので、可能な限り低減することが望ましい。本発明において許容できる含有量は0.02%までである。
Pは、Sb及びBiと並んで、本発明においてもっとも重要な元素である。これらの元素は、いずれも浸炭性ガスと金属の反応を抑制する働きを有する。これら元素は、1種のみの含有でも効果を発揮するし、2種以上の含有でも効果を発揮する。
Sbは、P及びBiと並んで、本発明においてもっとも重要な元素である。これらの元素は、いずれも浸炭性ガスと金属の反応を抑制する働きを有する。これら元素は、1種のみの含有でも効果を発揮するし、2種以上の含有でも効果を発揮する。
Biは、P及びSbと並んで、本発明においてもっとも重要な元素である。これらの元素は、いずれも浸炭性ガスと金属の反応を抑制する働きを有する。これら元素は、1種のみの含有でも効果を発揮するし、2種以上の含有でも効果を発揮する。
第1グループ:質量%で、Co:10%以下、
第2グループ:質量%で、Mo:3%以下及びW:6%以下、
第3グループ:質量%で、Ti:1%以下及びNb:2%以下、
第4グループ:質量%で、B:0.1%以下、Zr:1.2%以下及びHf:0.5%以下、
第5グループ:質量%で、Mg:0.1%以下、Ca:0.1%以下及びAl:0.8%以下、
第6グループ:質量%で、Y:0.15%以下、La:0.15%以下及びCe:0.15%以下。
Coは、オーステナイト相を安定にする作用を有するため、Ni成分の一部を置換することができるので、必要に応じて含有させてもよい。ただし、含有量が10%を超えると熱間加工性を低下させるので、Coを含有させる場合は、その含有量は10%以下とする。熱間加工性の観点から、好ましい範囲は0.01〜5%であり、より好ましい範囲は0.01〜3%である。
Mo及びWは、いずれも固溶強化元素であるため、いずれか一方又は両方を必要に応じて含有させてもよい。ただし、Moを含有させる場合には、その含有量が3%を超えると加工性を低下させるとともに組織安定性を阻害するので、Moを含有させる場合は、その含有量は3%以下とする。Mo含有量は、好ましくは0.01〜2.5%である。また、Wを含有させる場合には、その含有量が6%を超えると加工性を低下させるとともに組織安定性を阻害するので、Wを含有させる場合は、その含有量は6%以下とする。W含有量は、好ましくは0.01〜2.5%である。
Ti及びNbは、いずれも極微量の含有で高温強度及び延性と靱性を向上させる作用を有するとともに、P、S又はBiが共存する場合にはクリープ強度を向上させる作用を有するため、いずれか一方又は両方を必要に応じて含有させてもよい。ただし、Tiを含有させる場合には、その含有量が1%を超えると加工性と溶接性を低下させるので、Tiを含有させる場合は、その含有量は1%以下とする。Ti含有量は、好ましくは0.01〜1%である。また、Nbを含有させる場合には、その含有量が2%を超えると加工性と溶接性を低下させるので、Nbを含有させる場合は、その含有量は2%以下とする。Nb含有量は、好ましくは0.01〜2%である。
B、Zr及びHfは、いずれも粒界を強化し、熱間加工性および高温強度特性を向上させる作用を有するため、これらのうちの1種又は2種以上を必要に応じて含有させてもよい。ただし、Bを含有させる場合には、その含有量が0.1%を超えると溶接性を低下させるので、Bを含有させる場合は、その含有量は0.1%以下とする。B含有量は、好ましくは0.001〜0.1%である。また、Zrを含有させる場合には、その含有量が1.2%を超えると溶接性を低下させるので、Zrを含有させる場合は、その含有量は1.2%以下とする。Zr含有量は、好ましくは0.001〜1.0%である。また、Hfを含有させる場合には、その含有量が0.5%を超えると溶接性を低下させるので、Hfを含有させる場合は、その含有量は0.5%以下とする。Hf含有量は、好ましくは0.001〜0.5%である。
Mg、Ca及びAlは、いずれも熱間加工性を向上させる作用を有するため、これらのうちの1種又は2種以上を必要に応じて含有させてもよい。ただし、Mgを含有させる場合には、その含有量が0.1%を超えると溶接性を低下させるので、Mgを含有させる場合は、その含有量は0.1%以下とする。Mg含有量は、好ましくは0.0005〜0.1%である。また、Caを含有させる場合には、その含有量が0.1%を超えると溶接性を低下させるので、Caを含有させる場合は、その含有量は0.1%以下とする。Ca含有量は、好ましくは0.0005〜0.1%である。また、Alを含有させる場合には、その含有量が0.8%を超えると溶接性を低下させるので、Alを含有させる場合は、その含有量は0.8%以下とする。Al含有量は、好ましくは0.001〜0.8%である。
Y、La及びCeは、いずれも耐酸化性を向上させる作用を有するため、これらのうちの1種又は2種以上を必要に応じて含有させてもよい。ただし、これらの元素を含有させる場合には、それぞれ、その含有量が0.15%を超えると加工性を低下させるので、含有させる場合は、その含有量は0.15%以下とする。好ましくは0.0005〜0.15%である。
Claims (2)
- 質量%で、C:0.01〜0.4%、Si:0.01〜2.5%、Mn:0.01〜2.5%、Cr:15〜35%、Ni:20〜65%、Cu:0.05〜20%、Nd:0.001〜0.15%、S:0.1%以下、N:0.25%以下及びO(酸素):0.02%以下並びにP:0.05%を超え0.3%以下、Sb:0.001〜1%及びBi:0.001〜0.5%のうちの1種又は2種以上を含有し、残部はFe及び不純物からなることを特徴とする加工性及び耐メタルダスティング性に優れた金属材料。
- 次に示す第1グループから第6グループまでのうちの少なくとも1つのグループの中から選択される成分のうちの少なくとも1種をさらに含有することを特徴とする、請求項1に記載の加工性及び耐メタルダスティング性に優れた金属材料。
第1グループ:質量%で、Co:10%以下、
第2グループ:質量%で、Mo:3%以下及びW:6%以下、
第3グループ:質量%で、Ti:1%以下及びNb:2%以下、
第4グループ:質量%で、B:0.1%以下、Zr:1.2%以下及びHf:0.5%以下、
第5グループ:質量%で、Mg:0.1%以下、Ca:0.1%以下及びAl:0.8%以下、
第6グループ:質量%で、Y:0.15%以下、La:0.15%以下及びCe:0.15%以下。
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