JP5794945B2 - 耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板 - Google Patents
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Description
・Al、Ti系の窒化物の析出は可能な限り低減した方が良い。
・Nbが過剰に添加されると、Laves相(Fe2Nb)が析出し、クリープ特性は向上しない。
・Vを微量添加すると、Nb系炭窒化物の粗大化が抑制され、クリープ特性向上に有効である。
・製品に未固溶炭窒化物等の析出物が残存していると、これらが析出の核生成サイトとなり、Nb系炭窒化物の微細析出を妨げる。
・製品中の残存析出物量がクリープ特性に影響を与えるので、これをできるだけ低減する方が良い。
・残存析出物量は製造プロセスに依存し、特に熱間圧延の加熱温度と最終焼鈍温度の影響が大きい。
即ち本発明の要旨は、以下のとおりである。
(1)質量%で、
C:0.03%以上0.06%以下
N:0.1%以上0.3%以下
Si:1%以下
Mn:3%以下
P:0.04%以下
S:0.03%以下
Ni:5〜12%
Cr:15〜20%
Al:0.01%以上0.1%以下
Nb:0.05%以上0.3%以下
V:0.05%以上0.30%以下
Ti:0.03%以下
かつ、(Nb+V)/(C+N)が2以下であり、
さらに、残部Fe及び不可避的不純物からなり、鋼中の炭窒化物を主体とする析出物の量が1%以下であることを特徴とする耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
Cu:1%以下、Mo:3%以下、W:3%以下、Co:1%以下、B:0.01%以下
の1種または2種以上を含有することを特徴とする(1)記載の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
C:0.03%以上0.06%以下
Cは高温強度やクリープ強度を確保するために有効な元素である。その添加量は、0.03%以上だとその効果は発揮できない。また、0.1%以上添加しても溶体化状態における未固溶炭窒化物が増えるだけである。
Nは本発明で重要な元素である。Nの添加による微細な炭窒化物が形成され、高温強度およびクリープ強度が向上する。0.1%未満だとその効果が小さい。また、0.3%を超えて添加するには、特別な設備が必要であるため、その上限を0.3%とする。
Siは脱酸元素として有用であるばかりでなく、耐酸化性にも有効な元素である。しかし、過剰に添加すると靭性や延性の低下が生じるため、その上限を1%とする。
Mnは、Siと同じく脱酸元素として有用である。また、鋼中に不可避的に含有されるSを硫化物として固着し熱間加工性を改善する。しかし、過剰に添加すると機械的特性が劣化するため、その上限を3%とする。
Pは、本発明鋼のクリープ強度を向上させるが、クリープ延性や溶接性を低下させる。そのため、上限を0.04%とする。
Sは鋼中に不可避的不純物として含有され、熱間加工性を著しく低下させる。そのため、0.03%を上限とする。
Niはオーステナイト系ステンレス鋼として、必須元素であり、また、耐食性を確保する重要な元素である。その適量は、5〜12%である。
Crはオーステナイト系ステンレス鋼として、必須元素であり、耐食性、耐酸化性を確保する重要な元素である。しかし、Cr含有量が高いと機械的特性が劣化する。そのため、15%以上20%以下とする。
Alは脱酸元素として有用であり、低コストで脱酸できるため、添加している。この効果は0.01%以上の添加で発現する。しかし、AlはAlNを形成してクリープ特性を低下させるため、本発明ではその添加を抑制し、0.06%以下が良い。より好ましい範囲は、0.03%以上0.06%以下が好ましい範囲である。
本発明において、Nbは必須元素である。Nと同時に添加することにより、Nb系の炭窒化物を微細に析出させるとともに、その成長速度を抑制する働きがあると考えており、この効果によりクリープ特性が向上する。この効果は0.05%以上添加することによって得られる。しかし、0.3%を超えての添加は、炭窒化物を粗大化させてしまうだけでなく、Laves相と呼ばれるFe2Nbが形成されるため、クリープ特性を低下させるので、好ましくない。
Vは本発明に必要な元素である。高温強度、クリープ強度を向上させる元素である。さらに、本発明においては、NbとともにNb−V系の炭窒化物を形成し、その結果、より微細に析出し、クリープ特性をより向上させる。この効果は、0.05%以上添加することによって得られる。しかし、0.30%を超え、過剰に添加すると、VNの形成によりクリープ特性は低下するため、好ましくない。
本発明においてTiは制限すべき元素である。TiはC、N特にNと結びつきやすく、粗大な炭窒化物を形成し、微細なNb系炭窒化物の形成を抑制し、その結果、クリープ特性を低下させるため好ましくない。Tiが0.03%以下であるとこの弊害がほぼ無視できるので、これを上限とする。
質量%で、(Nb+V)/(C+N)が2以下となることが望ましい。2を超えるとNb、Vが過剰となり、Laves相等が形成され、クリープ特性を低下させるためである。また、下限は特に定めないが、低すぎると、C、Nが過剰であり、Cr系炭化物析出等で耐食性等を低下させる可能性があるため、0.2以上が好ましい。
Cuは高温で使用中の微細に析出するためクリープ強度を大きく向上させる元素であり、本発明では1%を上限に添加する。1%を超えると、熱間加工性およびクリープ延性、さらには、常温延性も低下するため好ましくない。添加する場合は0.1%以上の添加でその効果が顕著に発現する。
Moは、高温強度、クリープ特性を向上させる元素であり、必要に応じて添加できる。しかし、過剰に添加すると組織安定性を損なうため好ましくなく、その添加量は3%以下が望ましい。
WもMoと同様に、高温強度、クリープ強度を向上させる元素であり、必要に応じて添加できる。しかし、過剰に添加すると組織安定性を損なうため好ましくなく、その添加は3%以下が望ましい。
CoもMo、Wと同様に、高温強度、クリープ強度を向上させる元素であり、必要に応じて添加できる。しかし、過剰に添加すると組織安定性を損なうため好ましくなく、高価でもあるため、その添加は1%以下が望ましい。
Bも高温強度、クリープ特性を高める元素である。しかし、過剰の添加は常温延性を低下させるため、その添加は0.01%以下とする。望ましくは、0.0003%以上0.0050%以下である。
更に、製品板厚についても、要求部材厚に応じて選択すれば良い。
表1から明らかなように、本発明鋼は優れた高温強度およびクリープ特性を示す。また、比較鋼は、高温強度、クリープ特性が劣位であるか、他に問題があり、好ましくないことが明らかである。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.03%以上0.06%以下
N:0.1%以上0.3%以下
Si:1%以下
Mn:3%以下
P:0.04%以下
S:0.03%以下
Ni:5〜12%
Cr:15〜20%
Al:0.01%以上0.1%以下
Nb:0.05%以上0.3%以下
V:0.05%以上0.30%以下
Ti:0.03%以下
かつ、(Nb+V)/(C+N)が2以下であり、
さらに、残部Fe及び不可避的不純物からなり、鋼中の炭窒化物を主体とする析出物の量が1%以下であることを特徴とする耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
- さらに、
Cu:1%以下、Mo:3%以下、W:3%以下、Co:1%以下、B:0.01%以下
の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1記載の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
- 製鋼−熱間圧延−酸洗−冷間圧延−焼鈍・酸洗の各工程からなる鋼板の製造工程において、熱間圧延の加熱温度が1200℃以上1300℃以下、最終焼鈍温度が1100℃以上1200℃以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法。
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