JP6520546B2 - Austenitic heat-resistant alloy member and method of manufacturing the same - Google Patents

Austenitic heat-resistant alloy member and method of manufacturing the same Download PDF

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Description

本発明は、オーステナイト系耐熱合金部材およびその製造方法に係り、特に、クリープ破断強度に優れるオーステナイト系耐熱合金部材およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an austenitic heat-resistant alloy member and a method of manufacturing the same, and more particularly to an austenitic heat-resistant alloy member having excellent creep rupture strength and a method of manufacturing the same.

従来、高温環境下で使用されるボイラおよび化学プラント等においては、装置用材料としてSUS304H、SUS316H、SUS321H、SUS347H等の18−8系オーステナイトステンレス鋼が使用されてきた。   Conventionally, in boilers and chemical plants used under high temperature environments, 18-8 series austenitic stainless steels such as SUS304H, SUS316H, SUS321H, and SUS347H have been used as apparatus materials.

しかし、近年、高効率化のために蒸気の温度と圧力とを高めた超々臨界圧ボイラの新設が世界中で進められている。このような高温環境下における装置の使用条件が著しく過酷化し、それに伴って使用材料に対する要求性能が厳しくなってきた。そして、従来用いられてきた18−8系オーステナイトステンレス鋼では耐食性に加え、高温強度、特にクリープ破断強度が著しく不足する状況となっている。   However, in recent years, construction of ultra-supercritical pressure boilers, in which the temperature and pressure of steam are increased for high efficiency, has been promoted all over the world. The operating conditions of the apparatus under such high temperature environment are extremely severe, and the performance requirements for the used materials are becoming strict accordingly. And in addition to corrosion resistance, the high temperature strength, in particular, the creep rupture strength is extremely insufficient in the conventionally used 18-8 austenitic stainless steel.

上記の問題を解決するため、これまで様々な研究がなされてきた。例えば、特許文献1〜4には、高温強度の良好な高耐食オーステナイト鋼が開示されている。また、特許文献5には、高温強度と耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。特許文献1〜5によれば、Cr量を20%以上に高めるとともに、Wおよび/またはMoを含有させることで、高温強度の向上を図っている。   Various studies have been made to solve the above problems. For example, Patent Documents 1 to 4 disclose good high corrosion resistant austenitic steels of high temperature strength. Patent Document 5 discloses an austenitic stainless steel excellent in high temperature strength and corrosion resistance. According to Patent Documents 1 to 5, the Cr content is increased to 20% or more, and W and / or Mo is contained to improve the high temperature strength.

特開昭61−179833号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-179833 特開昭61−179834号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-179834 特開昭61−179835号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-179835 特開昭61−179836号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-179836 特開2004−3000号公報JP 2004-3000 A

ところで、ボイラおよび化学プラント等の装置用材料のような大型の構造部材は、熱間圧延または熱間鍛造後、冷間加工を施さずに最終熱処理を実施して使用されるため、結晶粒径が比較的大きい。そのため、通常、材料の仕様として規定される常温における0.2%耐力および引張強さが、冷間加工後に最終熱処理を施したものより低くなるという問題がある。   By the way, since large-scale structural members such as boiler and chemical plant materials are used by performing final heat treatment without cold working after hot rolling or hot forging, the crystal grain size Is relatively large. Therefore, there is a problem that 0.2% proof stress and tensile strength at normal temperature defined as specifications of materials are generally lower than those subjected to final heat treatment after cold working.

加えて、大型の構造部材では、熱処理時の冷却速度が部位により大きく異なるため、高温での使用時に析出物として強化に寄与する固溶元素の量が部位により異なる。そのことに起因して、クリープ破断強度のばらつきが生じるといった問題もある。そのため、特許文献1〜5に記載の鋼を、大型の構造部材に適用するのは困難である。   In addition, in a large-sized structural member, since the cooling rate at the time of heat treatment largely varies depending on the site, the amount of solid solution element contributing to strengthening as precipitates at the time of use at high temperature varies depending on the site. Due to this, there is also a problem that the creep rupture strength varies. Therefore, it is difficult to apply the steels described in Patent Documents 1 to 5 to large-sized structural members.

本発明は上記の問題を解決し、大型の構造部材として十分な常温での0.2%耐力および引張強さ、ならびに、高温でのクリープ破断強度を発現するオーステナイト系耐熱合金部材およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention solves the above problems, and an austenitic heat-resistant alloy member exhibiting 0.2% proof stress and tensile strength at normal temperature sufficient as a large structural member, and creep rupture strength at high temperature, and a method for producing the same Intended to provide.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のオーステナイト系耐熱合金部材およびその製造方法を要旨とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the gist of the austenitic heat-resistant alloy member and the method for producing the same are as described below.

(1)質量%で、
C:0.020〜0.120%、
Si:2.00%以下、
Mn:3.00%以下、
P:0.030%以下、
S:0.010%以下、
Cr:20.0%以上28.0%未満、
Ni:35.0%を超えて55.0%以下、
Co:0〜20.0%、
W:4.0〜10.0%、
Ti:0.01〜0.50%、
Nb:0.01〜1.00%、
Mo:0.50%未満、
Al:0.30%以下、
N:0.100%未満、
残部:Feおよび不純物
である化学組成を有する鋼塊または鋳片に、熱間加工が施された合金部材であって、
前記合金部材の長手方向と垂直な断面において、中心部から外面部までの長さが40mm以上であり、
前記外面部におけるオーステナイト結晶粒度番号が−2.0〜4.0であり、
抽出残渣分析によって得られるCr析出量が下記(i)式を満足し、
常温での機械的特性が下記(ii)式および(iii)式を満足し、
前記中心部における前記長手方向の700℃における10,000時間クリープ破断強度が100MPa以上である、オーステナイト系耐熱合金部材。
CrPB/CrPS≦10.0 ・・・(i)
YS/YS≦1.5 ・・・(ii)
TS/TS≦1.2 ・・・(iii)
但し、上記式中の各記号の意味は以下のとおりである。
CrPB:中心部において抽出残渣分析によって得られるCr析出量
CrPS:外面部において抽出残渣分析によって得られるCr析出量
YS:中心部における0.2%耐力
YS:外面部における0.2%耐力
TS:中心部における引張強さ
TS:外面部における引張強さ
(1) mass%,
C: 0.020 to 0.120%,
Si: 2.00% or less,
Mn: 3.00% or less,
P: 0.030% or less,
S: 0.010% or less,
Cr: 20.0% or more and less than 28.0%,
Ni: more than 35.0% and less than 55.0%,
Co: 0 to 20.0%,
W: 4.0 to 10.0%,
Ti: 0.01 to 0.50%,
Nb: 0.01 to 1.00%,
Mo: less than 0.50%,
Al: 0.30% or less,
N: less than 0.100%,
Remainder: An alloy member obtained by hot working a steel ingot or slab having a chemical composition which is Fe and impurities,
In a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the alloy member, the length from the central portion to the outer surface portion is 40 mm or more,
The austenite grain size number in the outer surface portion is -2.0 to 4.0,
The Cr deposition amount obtained by extraction residue analysis satisfies the following equation (i),
The mechanical properties at room temperature satisfy the following equations (ii) and (iii),
An austenitic heat resistant alloy member having a creep rupture strength of 100 MPa or more for 10,000 hours at 700 ° C. in the longitudinal direction in the central portion.
Cr PB / Cr PS ≦ 10.0 (i)
YS S / YS B ≦ 1.5 (ii)
TS S / TS B ≦ 1.2 (iii)
However, the meaning of each symbol in the above formula is as follows.
Cr PB : Cr deposition amount obtained by extraction residue analysis in the central portion Cr PS : Cr precipitation amount obtained by extraction residue analysis in the outer surface portion YS B : 0.2% proof stress in the central portion YS S : 0.2 in the outer surface portion % Proof stress TS B : tensile strength at the center TS S : tensile strength at the outer surface

(2)前記鋼塊または鋳片の化学組成が、質量%で、さらに下記の<1>〜<3>のグループから選択される1以上のグループに属する1種以上の元素を含有する、上記(1)に記載のオーステナイト系耐熱合金。
<1>Mg:0.0500%以下、Ca:0.0500%以下およびREM:0.50%以下
<2>V:1.5%以下、B:0.0100%以下、Zr:0.10%以下およびHf:1.0%以下
<3>Ta:8.0%以下、Re:8.0%以下
(2) The chemical composition of the steel ingot or slab contains, in mass%, one or more elements belonging to one or more groups further selected from the following <1> to <3> groups: The austenitic heat-resistant alloy as described in (1).
<1> Mg: 0.0500% or less, Ca: 0.0500% or less, and REM: 0.50% or less <2> V: 1.5% or less, B: 0.0100% or less, Zr: 0.10 % Or less and Hf: 1.0% or less <3> Ta: 8.0% or less, Re: 8.0% or less

(3)上記(1)または(2)に記載の化学組成を有する鋼塊または鋳片に、熱間加工を施す工程と、
その後、1100〜1250℃の範囲の熱処理温度T(℃)まで加熱し、1000D/T〜1400D/T(min)保持した後、水冷する熱処理を施す工程とを備える、オーステナイト系耐熱合金部材の製造方法。
但し、Dは、合金部材の長手方向と垂直な断面における、当該断面の外縁上の任意の点と該外縁上の他の任意の点との直線距離の最大値(mm)である。
(3) a step of subjecting a steel ingot or slab having the chemical composition described in (1) or (2) above to hot working;
Thereafter, the material is heated to a heat treatment temperature T (° C.) in the range of 1100 to 1250 ° C., held at 1000 D / T to 1400 D / T (min), and then subjected to a heat treatment for water cooling; Method.
However, D is the maximum value (mm) of the linear distance between any point on the outer edge of the cross section and any other point on the outer edge in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the alloy member.

(4)前記熱間鍛造を施す工程において、熱間鍛造の長手方向と略垂直な方向に鍛造を1回以上施す、上記(3)に記載のオーステナイト系耐熱合金部材の製造方法。   (4) The method for producing an austenitic heat-resistant alloy member according to (3), wherein forging is performed once or more in the direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of hot forging in the step of performing the hot forging.

本発明のオーステナイト系耐熱合金部材は、部位による機械的性質のばらつきが少なく、また、高温でのクリープ破断強度に優れる。そのため、本発明のオーステナイト系耐熱合金部材は、高温環境下で使用されるボイラおよび化学プラント等の大型構造部材として好適に用いることができる。   The austenitic heat-resistant alloy member of the present invention has less variation in mechanical properties depending on the part, and is excellent in creep rupture strength at high temperatures. Therefore, the austenitic heat-resistant alloy member of the present invention can be suitably used as a large-sized structural member such as a boiler and a chemical plant used under a high temperature environment.

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。   Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail.

1.化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
1. Chemical composition The reasons for limitation of each element are as follows. In the following description, “%” of the content means “mass%”.

C:0.020〜0.120%
Cは、炭化物を形成してオーステナイト系耐熱合金部材として必要な高温引張強さ、クリープ破断強度を保持する上で必須の元素である。そのため、C含有量は0.020%以上とする必要がある。しかしながら、その含有量が0.120%を超えると、未固溶炭化物が生じるだけでなく、Crの炭化物が増えて延性、靭性などの機械的性質および溶接性を劣化させる。したがって、C含有量は0.020〜0.120%とする。C含有量は0.050%以上であるのが好ましく、0.100%以下であるのが好ましい。
C: 0.020 to 0.120%
C is an element essential for forming carbides and maintaining high-temperature tensile strength and creep rupture strength necessary for an austenitic heat-resistant alloy member. Therefore, the C content needs to be 0.020% or more. However, when the content exceeds 0.120%, not only undissolved carbides are generated, but Cr carbides are also increased to deteriorate mechanical properties such as ductility and toughness and weldability. Therefore, the C content is set to 0.020 to 0.120%. The C content is preferably 0.050% or more, and preferably 0.100% or less.

Si:2.00%以下
Siは、脱酸元素として含有される。また、Siは、耐酸化性、耐水蒸気酸化性等を高めるためにも有効な元素である。さらに鋳造材で湯流れを良好にする元素でもある。しかしながら、Si含有量が2.00%を超えると、σ相等の金属間化合物の生成を促進するので、高温における組織の安定性が劣化して靱性および延性の低下を招く。さらに、溶接性も低下する。したがって、Si含有量は2.00%以下とする。組織安定性が重視される場合には、Si含有量は1.00%以下にすることが好ましい。なお、他の元素で脱酸作用が十分確保されている場合、特にSi含有量について下限を設ける必要はない。しかし、脱酸作用、耐酸化性、耐水蒸気酸化性などを重視する場合は、Si含有量は0.05%以上とするのが好ましく、0.10%以上とするのがより好ましい。
Si: 2.00% or less Si is contained as a deoxidizing element. Further, Si is an element effective also for enhancing the oxidation resistance, the steam oxidation resistance and the like. It is also an element that improves the flow of the molten metal by casting material. However, if the Si content exceeds 2.00%, the formation of intermetallic compounds such as the σ phase is promoted, so that the stability of the structure at high temperatures is deteriorated, leading to a decrease in toughness and ductility. Furthermore, the weldability also decreases. Therefore, the Si content is 2.00% or less. When importance is placed on tissue stability, the Si content is preferably 1.00% or less. When the deoxidizing effect is sufficiently ensured by other elements, it is not necessary to set a lower limit in particular for the Si content. However, when importance is attached to deoxidation, oxidation resistance, steam oxidation resistance and the like, the Si content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.10% or more.

Mn:3.00%以下
Mnは、Siと同様に脱酸作用を有するとともに、合金中に不可避的に含有されるSを硫化物として固定して高温での延性を改善する作用を有する。しかしながら、Mn含有量が3.00%を超えると、σ相等の金属間化合物の析出を助長するので、組織安定性および高温強度などの機械的性質が劣化する。したがって、Mn含有量は3.00%以下とする。Mn含有量は2.00%以下であるのが好ましく、1.50%以下であるのがより好ましい。なお、Mn含有量について下限を設ける必要はないが、高温での延性改善作用を重視する場合は、Mn含有量は0.10%以上とするのが好ましく、0.20%以上とするのがより好ましい。
Mn: 3.00% or less Mn, as well as Si, has a deoxidizing action, and also has an action of fixing S contained inevitably in the alloy as a sulfide and improving the ductility at high temperatures. However, when the Mn content exceeds 3.00%, the precipitation of intermetallic compounds such as the σ phase is promoted, and thus the mechanical stability such as the structure stability and the high temperature strength is deteriorated. Therefore, the Mn content is 3.00% or less. The Mn content is preferably 2.00% or less, more preferably 1.50% or less. Although it is not necessary to set a lower limit for the Mn content, if importance is given to the ductility improving action at high temperatures, the Mn content is preferably 0.10% or more, and 0.20% or more. More preferable.

P:0.030%以下
Pは、不純物として合金中に不可避的に混入し、溶接性や高温での延性を著しく低下させる。したがって、P含有量を0.030%以下とする。P含有量は極力低くすることがよく、0.020%以下とするのが好ましく、0.015%以下とするのがより好ましい。
P: 0.030% or less P is inevitably mixed in the alloy as an impurity, and significantly reduces weldability and ductility at high temperatures. Therefore, the P content is made 0.030% or less. The P content is preferably as low as possible, preferably 0.020% or less, and more preferably 0.015% or less.

S:0.010%以下
Sは、Pと同様に不純物として合金中に不可避的に混入し、溶接性や高温での延性を著しく低下させる。したがって、S含有量を0.010%以下とする。熱間加工性を重視する場合には、S含有量は0.005%以下とするのが好ましく、0.003%以下とするのがより好ましい。
S: 0.010% or less S, like P, is inevitably mixed in the alloy as an impurity as in the case of P, and significantly reduces the weldability and the ductility at high temperatures. Therefore, the S content is made 0.010% or less. When the hot workability is important, the S content is preferably 0.005% or less, more preferably 0.003% or less.

Cr:20.0%以上28.0%未満
Crは、耐酸化性、耐水蒸気酸化性、耐高温腐食性などの耐食性改善に優れた作用を発揮する重要な元素である。しかしながら、その含有量が20.0%未満では、これらの効果が得られない。一方、Cr含有量が多くなって、特に、28.0%以上となると、σ相の析出などによる組織の不安定化を招き、溶接性も劣化する。したがって、Cr含有量は20.0%以上28.0%未満とする。Cr含有量は21.0%以上であるのが好ましく、22.0%以上であるのがより好ましい。また、Cr含有量は26.0%以下であるのが好ましく、25.0%以下であるのがより好ましい。
Cr: 20.0% or more and less than 28.0% Cr is an important element that exerts an excellent action in improving the corrosion resistance such as oxidation resistance, water vapor oxidation resistance, high temperature corrosion resistance and the like. However, if the content is less than 20.0%, these effects can not be obtained. On the other hand, when the Cr content is increased, in particular, to 28.0% or more, destabilization of the structure due to precipitation of the σ phase or the like is caused, and the weldability is also deteriorated. Therefore, the Cr content is 20.0% or more and less than 28.0%. The Cr content is preferably 21.0% or more, more preferably 22.0% or more. Further, the Cr content is preferably 26.0% or less, more preferably 25.0% or less.

Ni:35.0%を超えて55.0%以下
Niは、オーステナイト組織を安定にする元素であり、耐食性の確保にも重要な元素である。上記のCr含有量とのバランスから、Niは35.0%を超えて含有させる必要がある。一方、Ni含有量が過剰になるとコスト上昇を招くため、55.0%以下とする。Ni含有量は40.0%以上であるのが好ましく、42.0%以上であるのがより好ましい。また、Ni含有量は50.0%以下であるのが好ましく、48.0%以下であるのがより好ましい。
Ni: more than 35.0% and 55.0% or less Ni is an element that stabilizes the austenite structure, and is also an important element to ensure corrosion resistance. From the balance with the above-mentioned Cr content, Ni needs to be contained in excess of 35.0%. On the other hand, if the Ni content is excessive, the cost increases, so the content is made 55.0% or less. The Ni content is preferably 40.0% or more, more preferably 42.0% or more. Further, the Ni content is preferably 50.0% or less, more preferably 48.0% or less.

Co:0〜20.0%
Coは必ずしも含有させる必要はないが、Niと同様オーステナイト組織を安定にし、クリープ破断強度向上にも寄与するため、Niの一部に代えて含有させてもよい。しかしながら、その含有量が20.0%を超えると効果が飽和し経済性も低下する。そのため、Co含有量は0〜20.0%とする。Co含有量は15.0%以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、Co含有量は0.5%以上とするのが好ましい。
Co: 0 to 20.0%
Co does not necessarily have to be contained, but as it stabilizes the austenite structure like Ni and contributes to the improvement of creep rupture strength, it may be contained instead of a part of Ni. However, if the content exceeds 20.0%, the effect is saturated and the economic efficiency is also reduced. Therefore, the Co content is set to 0 to 20.0%. The Co content is preferably 15.0% or less. In addition, in order to acquire said effect, it is preferable to make Co content into 0.5% or more.

W:4.0〜10.0%
Wは、マトリックスに固溶して固溶強化元素としてクリープ破断強度の向上に寄与するばかりでなく、FeW型のLaves相またはFe型のμ相として析出し、クリープ破断強度を大幅に向上させる重要な元素である。しかしながら、W含有量が4.0%未満では、前記した効果が得られない。一方、10.0%を超える量のWを含有させても、強度向上効果は飽和するとともに組織安定性、高温での延性も劣化する。したがって、W含有量は4.0〜10.0%とする。W含有量は5.0%以上であるのが好ましく、5.5%以上であるのがより好ましい。また、W含有量は9.0%以下であるのが好ましく、8.5%以下であるのがより好ましい。
W: 4.0 to 10.0%
W not only contributes to the improvement of creep rupture strength as a solid solution strengthening element as a solid solution in the matrix but also precipitates as a Laves phase of Fe 2 W type or a μ phase of Fe 7 W 6 type, and creep rupture strength It is an important element that greatly improves. However, if the W content is less than 4.0%, the above-described effect can not be obtained. On the other hand, even when W is contained in an amount of more than 10.0%, the strength improvement effect is saturated, and at the same time, the structure stability and the ductility at high temperature are also deteriorated. Therefore, the W content is set to 4.0 to 10.0%. The W content is preferably 5.0% or more, more preferably 5.5% or more. Further, the W content is preferably 9.0% or less, more preferably 8.5% or less.

Ti:0.01〜0.50%
Tiは、炭窒化物を形成しクリープ破断強度を向上させる効果を有する元素である。しかしながら、Ti含有量が0.01%未満では十分な効果が得られず、一方、0.50%を超えると高温での延性が低下する。したがって、Ti含有量は0.01〜0.50%とする。Ti含有量は0.05以上とするのが好ましく、0.10%以上とするのがより好ましい。また、Ti含有量は0.40%以下とするのが好ましく、0.35%以下とするのがより好ましい。
Ti: 0.01 to 0.50%
Ti is an element having the effect of forming carbonitrides to improve creep rupture strength. However, if the Ti content is less than 0.01%, a sufficient effect can not be obtained, while if it exceeds 0.50%, the ductility at high temperatures is reduced. Therefore, the Ti content is 0.01 to 0.50%. The Ti content is preferably 0.05 or more, more preferably 0.10% or more. The Ti content is preferably 0.40% or less, more preferably 0.35% or less.

Nb:0.01〜1.00%
Nbは、炭窒化物を形成してクリープ破断強度を向上させる作用を有する。しかしながら、Nb含有量が0.01%未満では十分な効果が得られず、一方、1.00%を超えると、高温での延性が低下する。したがって、Nb含有量は0.01〜1.00%とする。Nb含有量は0.10%以上であるのが好ましい。また、Nb含有量は0.90%以下であるのが好ましく、0.70%以下であるのがより好ましい。
Nb: 0.01 to 1.00%
Nb has the effect of forming carbonitrides to improve creep rupture strength. However, if the Nb content is less than 0.01%, a sufficient effect can not be obtained, while if it exceeds 1.00%, the ductility at high temperatures is reduced. Therefore, the Nb content is 0.01 to 1.00%. The Nb content is preferably 0.10% or more. The Nb content is preferably 0.90% or less, more preferably 0.70% or less.

Mo:0.50%未満
従来、Moは、マトリックスに固溶して、固溶強化元素としてクリープ破断強度の向上に寄与する元素として、Wと同等の作用を有する元素と考えられてきた。しかしながら、本発明者らの検討によって、前述した量のWとCrとを含む合金にMoが複合して含まれている場合には、長時間使用した際にσ相が析出することがあり、このため、クリープ破断強度、延性および靱性の低下をきたすことがあることが判明した。このため、Mo含有量は極力低くすることが望ましく、0.50%未満とする。なお、Mo含有量は0.20%未満に制限することがより好ましい。
Mo: less than 0.50% Conventionally, Mo has been considered as an element having a function equivalent to that of W as a solid solution strengthening element and contributing to the improvement of creep rupture strength as a solid solution strengthening element. However, according to the study of the present inventors, in the case where Mo is contained in combination in the alloy containing W and Cr in the above-mentioned amounts, the sigma phase may precipitate when it is used for a long time, For this reason, it was found that creep rupture strength, ductility and toughness may be reduced. Therefore, the Mo content is desirably as low as possible, and is less than 0.50%. In addition, it is more preferable to limit Mo content to less than 0.20%.

Al:0.30%以下
Alは、溶鋼の脱酸剤として含有させる元素である。しかしながら、Al含有量が0.30%を超えると、高温での延性が劣化する。そのため、Al含有量は0.30%以下とする。Al含有量は0.25%以下であるのが好ましく、0.20%以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、Al含有量は0.01%以上とするのが好ましく、0.02%以上とするのがより好ましい。
Al: 0.30% or less Al is an element to be contained as a deoxidizer for molten steel. However, when the Al content exceeds 0.30%, the ductility at high temperatures is deteriorated. Therefore, the Al content is 0.30% or less. The Al content is preferably 0.25% or less, more preferably 0.20% or less. In addition, in order to acquire said effect, it is preferable to make Al content into 0.01% or more, and it is more preferable to set it as 0.02% or more.

N:0.100%未満
Nは、オーステナイト組織を安定化する作用を有する元素であり、通常の溶解法では不可避的に含まれる元素である。しかしながら、Tiの含有を必須としている本発明においては、TiN形成によるTiの消耗を避けるため極力低減する方がよい。しかし、大気溶解の場合は極度に低減することは困難であるため、N含有量は0.100%未満とする。
N: less than 0.100% N is an element having the effect of stabilizing the austenite structure, and is an element which is inevitably contained in the ordinary melting method. However, in the present invention where the inclusion of Ti is essential, it is better to reduce as much as possible to avoid the consumption of Ti due to the formation of TiN. However, in the case of atmospheric dissolution, the N content is less than 0.100% because it is extremely difficult to reduce it.

本発明のオーステナイト系耐熱合金の化学組成において、残部はFeおよび不純物である。Feは0.1〜40.0%含まれることが好ましい。また、ここで「不純物」とは、合金を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。   In the chemical composition of the austenitic heat-resistant alloy of the present invention, the balance is Fe and impurities. Preferably, 0.1 to 40.0% of Fe is contained. Furthermore, the term "impurity" as used herein refers to a raw material such as ore, scrap, etc. when industrially producing an alloy, and a component to be mixed in by various factors of the manufacturing process, as long as the present invention is not adversely affected. Means something that is acceptable.

本発明のオーステナイト系耐熱合金には、さらに、下記の<1>〜<3>のグループから選択される1以上のグループに属する1種以上の元素を含有させてもよい。
<1>Mg:0.0500%以下、Ca:0.0500%以下およびREM:0.50%以下
<2>V:1.5%以下、B:0.0100%以下、Zr:0.10%以下およびHf:1.0%以下
<3>Ta:8.0%以下、Re:8.0%以下
The austenitic heat-resistant alloy of the present invention may further contain one or more elements belonging to one or more groups selected from the following <1> to <3> groups.
<1> Mg: 0.0500% or less, Ca: 0.0500% or less, and REM: 0.50% or less <2> V: 1.5% or less, B: 0.0100% or less, Zr: 0.10 % Or less and Hf: 1.0% or less <3> Ta: 8.0% or less, Re: 8.0% or less

<1>のグループの元素であるMg、CaおよびREMは、いずれもSを硫化物として固定して高温延性を向上させる作用を有する。このため、より良好な高温延性を得たい場合には、これらの元素の1種以上を以下の範囲で積極的に含有させてもよい。   All of Mg, Ca and REM which are elements of the group <1> have the function of fixing S as a sulfide to improve high temperature ductility. For this reason, in order to obtain better high temperature ductility, one or more of these elements may be positively contained in the following range.

Mg:0.0500%以下
Mgは、高温での延性を阻害するSを硫化物として固定して高温延性を改善する作用を有するので、この効果を得るためにMgを含有させてもよい。しかしながら、Mg含有量が0.0500%を超えると、清浄性が低下し、かえって高温延性が損なわれる。したがって、含有させる場合のMgの量は0.0500%以下とする。Mg含有量は0.0200%以下とするのがより好ましく、0.0100%以下とするのがさらに好ましい。一方、上記の効果を確実に得るためには、Mg含有量は0.0005%以上とするのが好ましく、0.0010%以上とするのがより好ましい。
Mg: 0.0500% or less Mg has the function of fixing S as sulfide which inhibits ductility at high temperature as sulfide to improve the high temperature ductility, so Mg may be contained to obtain this effect. However, if the Mg content exceeds 0.0050%, the cleanliness is lowered and the high temperature ductility is impaired. Therefore, the amount of Mg in the case of being contained is made into 0.0050% or less. The Mg content is more preferably 0.0200% or less, further preferably 0.0100% or less. On the other hand, in order to reliably obtain the above effects, the Mg content is preferably 0.0005% or more, more preferably 0.0010% or more.

Ca:0.0500%以下
Caは、高温での延性を阻害するSを硫化物として固定して高温延性を改善する作用を有するので、この効果を得るためにCaを含有させてもよい。しかしながら、Ca含有量が0.0500%を超えると、清浄性が低下し、かえって高温延性が損なわれる。したがって、含有させる場合のCaの量は0.0500%以下とする。Ca含有量は0.0200%以下とするのがより好ましく、0.0100%以下とするのがさらに好ましい。一方、上記の効果を確実に得るためには、Ca含有量は0.0005%以上とするのが好ましく、0.0010%以上とするのがより好ましい。
Ca: 0.0500% or less Since Ca has an action of fixing S as sulfide which inhibits ductility at high temperature to improve high temperature ductility, Ca may be contained to obtain this effect. However, when the Ca content exceeds 0.0050%, the cleanliness is lowered and the high temperature ductility is impaired. Therefore, the amount of Ca in the case of being contained is made into 0.0050% or less. The Ca content is more preferably 0.0200% or less, still more preferably 0.0100% or less. On the other hand, in order to reliably obtain the above effects, the Ca content is preferably 0.0005% or more, and more preferably 0.0010% or more.

REM:0.50%以下
REMは、Sを硫化物として固定して高温延性を改善する作用を有する。また、REMには、鋼表面のCr保護皮膜の密着性を改善し、特に、繰り返し酸化時の耐酸化性を改善する作用、さらには、粒界強化に寄与して、クリープ破断強度およびクリープ破断延性を向上させる作用もある。しかしながら、REM含有量が0.50%を超えると、酸化物などの介在物が多くなり加工性および溶接性が損なわれる。したがって、含有させる場合のREMの量は0.50%以下とする。REM含有量は0.30%以下とするのがより好ましく、0.15%以下とするのがさらに好ましい。一方、上記の効果を確実に得るためには、REM含有量は0.0005%以上とするのが好ましく、0.001%以上とするのがより好ましく、0.002%以上とするのがさらに好ましい。
REM: 0.50% or less REM fixes S as sulfide to improve high temperature ductility. In addition, REM improves the adhesion of the Cr 2 O 3 protective film on the steel surface, and in particular, improves the oxidation resistance at the time of repeated oxidation, and contributes to grain boundary strengthening, and also creep rupture strength. And creep rupture ductility. However, when the REM content exceeds 0.50%, inclusions such as oxides increase and the processability and weldability are impaired. Therefore, the amount of REM in the case of containing is made 0.50% or less. The REM content is more preferably 0.30% or less, still more preferably 0.15% or less. On the other hand, in order to reliably obtain the above effects, the REM content is preferably 0.0005% or more, more preferably 0.001% or more, and further preferably 0.002% or more. preferable.

なお、REMは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素を指し、前記REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。   In addition, REM refers to a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoid, and the content of the REM means the total content of these elements.

上記のMg、CaおよびREMの合計含有量は0.6%以下であってもよいが、0.4%以下であることがより好ましく、0.2%以下であることがさらに好ましい。   The total content of Mg, Ca and REM may be 0.6% or less, more preferably 0.4% or less, and still more preferably 0.2% or less.

<2>のグループの元素であるV、B、ZrおよびHfは、いずれも高温強度およびクリープ破断強度を向上させる作用を有する。このため、より大きな高温強度およびクリープ破断強度を得たい場合には、これらの元素の1種以上を以下の範囲で積極的に含有させてもよい。   The elements V, B, Zr and Hf which are elements of the <2> group all have the function of improving the high temperature strength and the creep rupture strength. For this reason, when it is desired to obtain higher high temperature strength and creep rupture strength, one or more of these elements may be positively contained in the following range.

V:1.5%以下
Vは、炭窒化物を形成して高温強度およびクリープ破断強度を向上させる作用を有する。このため、これらの効果を得るためにVを含有させてもよい。しかしながら、V含有量が1.5%を超えると、耐高温腐食性が低下し、さらに脆化相の析出に起因した延性および靱性の劣化をきたす。したがって、含有させる場合のVの量は1.5%以下とする。V含有量は1.0%以下とするのがより好ましい。一方、上記の効果を確実に得るためには、V含有量は0.02%以上とするのが好ましく、0.04%以上とするのがより好ましい。
V: 1.5% or less V has the function of forming carbonitrides to improve high-temperature strength and creep rupture strength. Therefore, V may be contained to obtain these effects. However, when the V content exceeds 1.5%, the high temperature corrosion resistance is lowered, and furthermore, the ductility and toughness are deteriorated due to the precipitation of the embrittled phase. Therefore, the amount of V in the case of making it contain is 1.5% or less. The V content is more preferably 1.0% or less. On the other hand, in order to reliably obtain the above effects, the V content is preferably 0.02% or more, and more preferably 0.04% or more.

B:0.0100%以下
Bは、炭化物中またはマトリックスに存在し、析出する炭化物の微細化を促進するだけでなく、粒界を強化することでクリープ破断強度を向上させる作用を有する。しかしながら、B含有量が0.0100%を超えると、高温での延性が低下し融点も低下する。したがって、含有させる場合のBの量は0.0100%以下とする。B含有量は0.0080%以下であるのがより好ましく、0.0050%以下であるのがさらに好ましい。一方、上記の効果を確実に得るためには、B含有量は0.0005%以上とするのが好ましく、0.001%以上とするのがより好ましく、0.0015%以上とするのがさらに好ましい。
B: 0.0100% or less B is present in the carbide or in the matrix and not only promotes the refinement of the precipitated carbide, but also has the effect of enhancing the creep rupture strength by strengthening the grain boundaries. However, when the B content exceeds 0.0100%, the ductility at high temperatures is lowered and the melting point is also lowered. Therefore, the amount of B in the case of containing is made 0.0100% or less. The B content is more preferably 0.0080% or less, still more preferably 0.0050% or less. On the other hand, in order to reliably obtain the above effects, the B content is preferably 0.0005% or more, more preferably 0.001% or more, and still more preferably 0.0015% or more. preferable.

Zr:0.10%以下
Zrは、炭窒化物の微細化を促進するとともに、粒界強化元素としてクリープ破断強度を向上させる元素である。しかしながら、Zr含有量が0.10%を超えると、高温での延性が低下する。したがって、含有させる場合のZrの量は0.10%以下とする。Zr含有量は0.06%以下であるのがより好ましく、0.05%以下であるのがさらに好ましい。一方、上記の効果を確実に得るためには、Zr含有量は0.005%以上とするのが好ましく、0.01%以上とするのがより好ましい。
Zr: 0.10% or less Zr is an element that promotes the refinement of carbonitrides and improves creep rupture strength as a grain boundary strengthening element. However, when the Zr content exceeds 0.10%, the ductility at high temperatures is reduced. Therefore, the amount of Zr in the case of being contained is made 0.10% or less. The Zr content is more preferably 0.06% or less, still more preferably 0.05% or less. On the other hand, in order to reliably obtain the above effects, the Zr content is preferably 0.005% or more, and more preferably 0.01% or more.

Hf:1.0%以下
Hfは、炭窒化物として析出強化に寄与しクリープ破断強度を向上させる作用を有するので、これらの効果を得るためにHfを含有させてもよい。しかしながら、Hf含有量が1.0%を超えると、加工性および溶接性が損なわれる。したがって、含有させる場合のHfの量は1.0%以下とする。Hf含有量は0.8%以下とするのがより好ましく、0.5%以下とするのがさらに好ましい。一方、上記の効果を確実に得るためには、Hf含有量は0.005%以上とするのが好ましく、0.01%以上とするのがより好ましく、0.02%以上とするのがさらに好ましい。
Hf: 1.0% or less Hf has the function of contributing to precipitation strengthening as carbonitrides and improving the creep rupture strength, so Hf may be contained to obtain these effects. However, when the Hf content exceeds 1.0%, processability and weldability are impaired. Therefore, the amount of Hf to be contained is made 1.0% or less. The Hf content is more preferably 0.8% or less, still more preferably 0.5% or less. On the other hand, in order to reliably obtain the above effects, the Hf content is preferably 0.005% or more, more preferably 0.01% or more, and still more preferably 0.02% or more. preferable.

上記のV、B、ZrおよびHfの合計含有量は2.6%以下であることが好ましく、1.8%以下であることがより好ましい。   The total content of V, B, Zr and Hf described above is preferably 2.6% or less, and more preferably 1.8% or less.

<3>のグループの元素であるTaおよびReは、いずれもマトリックスであるオーステナイトに固溶して固溶強化作用を有する。このため、固溶強化作用よって、一層高い高温強度およびクリープ破断強度を得たい場合には、これらの元素の一方または両方を以下の範囲で積極的に含有させてもよい。   Both elements Ta and Re, which are elements of the <3> group, have a solid solution strengthening action by solid solution in the matrix austenite. Therefore, when it is desired to obtain higher high temperature strength and creep rupture strength by the solid solution strengthening action, one or both of these elements may be positively contained in the following range.

Ta:8.0%以下
Taは、炭窒化物を形成するとともに固溶強化元素として高温強度およびクリープ破断強度を向上させる作用を有する。このため、これらの効果を得るためにTaを含有させてもよい。しかしながら、Ta含有量が8.0%を超えると、加工性や機械的性質が損なわれる。したがって、含有させる場合のTaの量は8.0%以下とする。Ta含有量は7.0%以下とするのがより好ましく、6.0%以下とするのがさらに好ましい。一方、上記の効果を確実に得るためには、Ta含有量は0.01%以上とするのが好ましく、0.1%以上とするのがより好ましく、0.5%以上とするのがさらに好ましい。
Ta: 8.0% or less Ta forms carbonitrides and has the effect of improving high temperature strength and creep rupture strength as a solid solution strengthening element. Therefore, Ta may be contained to obtain these effects. However, when the Ta content exceeds 8.0%, the processability and the mechanical properties are impaired. Therefore, the amount of Ta when it is contained is made 8.0% or less. The Ta content is more preferably 7.0% or less, and still more preferably 6.0% or less. On the other hand, in order to reliably obtain the above effects, the Ta content is preferably 0.01% or more, more preferably 0.1% or more, and still more preferably 0.5% or more. preferable.

Re:8.0%以下
Reは、主として固溶強化元素として高温強度およびクリープ破断強度を向上させる作用を有するので、これらの効果を得るためにReを含有させてもよい。しかしながら、Re含有量が8.0%を超えると、加工性および機械的性質が損なわれる。したがって、含有させる場合のReの量は8.0%以下とする。Re含有量は7.0%以下とするのがより好ましく、6.0%とするのがさらに好ましい。一方、上記の効果を確実に得るためには、Re含有量は0.01%以上とするのが好ましく、0.1%以上とするのがより好ましく、0.5%以上とするのがさらに好ましい。
Re: 8.0% or less Re has the effect of improving high temperature strength and creep rupture strength mainly as a solid solution strengthening element, and therefore Re may be contained to obtain these effects. However, when the Re content exceeds 8.0%, processability and mechanical properties are impaired. Therefore, the amount of Re in the case of being contained is made 8.0% or less. The Re content is more preferably 7.0% or less, still more preferably 6.0%. On the other hand, in order to reliably obtain the above effects, the Re content is preferably 0.01% or more, more preferably 0.1% or more, and still more preferably 0.5% or more. preferable.

上記のTaおよびReの合計含有量は14.0%以下であるのが好ましく、12.0%以下であるのがより好ましい。   The total content of Ta and Re is preferably 14.0% or less, more preferably 12.0% or less.

2.結晶粒度
外面部におけるオーステナイト結晶粒度番号:−2.0〜4.0
外面部におけるオーステナイト結晶粒度が粗すぎると、常温での0.2%耐力および引張強さが低くなり、一方、細かすぎると、高温における高いクリープ破断強度を保持することができなくなる。したがって、外面部におけるオーステナイト結晶粒度番号は−2.0〜4.0とする。なお、Ni基合金の製造工程において、熱間加工後の熱処理温度および保持時間ならびに冷却方法を適切に調整することで、最終熱処理後の外面部の結晶粒度番号を上記の範囲とすることができる。
2. Austenite grain size number in the outer surface part: -2.0 to 4.0
If the austenite grain size in the outer surface portion is too coarse, 0.2% proof stress and tensile strength at normal temperature will be low, while if too fine, high creep rupture strength at high temperature can not be maintained. Therefore, the austenite grain size number in the outer surface portion is -2.0 to 4.0. In the manufacturing process of the Ni-based alloy, by appropriately adjusting the heat treatment temperature and holding time after hot working and the cooling method, the grain size number of the outer surface part after the final heat treatment can be made into the above range. .

3.寸法
中心部から外面部までの長さ:40mm以上
上述のように、大型の構造部材では、常温における0.2%耐力および引張強さが低くなることに加えて、部位によってクリープ破断強度のばらつきが生じるという問題もある。しかしながら、本発明に係るオーステナイト系耐熱合金部材は、大型の構造部材として十分な常温での0.2%耐力および引張強さ、ならびに、高温でのクリープ破断強度を発現する。すなわち、本発明の効果は、厚肉の合金部材に対して顕著に発揮される。したがって、本発明のオーステナイト系耐熱合金部材においては、長手方向と垂直な断面において、中心部から外面部までの長さを40mm以上とする。
3. Dimension Length from the center to the outer surface: 40 mm or more As mentioned above, in a large-sized structural member, in addition to the 0.2% proof stress and tensile strength becoming low at room temperature, the creep rupture strength varies depending on the part There is also a problem that However, the austenitic heat-resistant alloy member according to the present invention exhibits sufficient 0.2% proof stress and tensile strength at normal temperature as a large-sized structural member, and creep rupture strength at high temperature. That is, the effects of the present invention are remarkably exhibited for thick alloy members. Therefore, in the austenitic heat-resistant alloy member of the present invention, in the cross section perpendicular to the longitudinal direction, the length from the central portion to the outer surface portion is set to 40 mm or more.

なお、本発明に係る合金部材は、鋼塊または連続鋳造等によって得られた鋳片に、熱間鍛造または熱間圧延等の熱間加工が施されたものである。そして、合金部材の長手方向とは、鋼塊を用いる場合は、鋼塊のトップ部とボトム部とを結ぶ方向を指し、鋳片を用いる場合は、長さ方向を指す。   The alloy member according to the present invention is obtained by subjecting a slab obtained by steel ingot or continuous casting or the like to hot working such as hot forging or hot rolling. And when using a steel ingot, the longitudinal direction of an alloy member points out the direction which ties the top part and bottom part of a steel ingot, and when using a slab, it points out the length direction.

4.抽出残渣分析によって得られるCr析出量
CrPB/CrPS≦10.0 ・・・(i)
但し、(i)式中の各記号の意味は以下のとおりである。
CrPB:中心部において抽出残渣分析によって得られるCr析出量
CrPS:外面部において抽出残渣分析によって得られるCr析出量
合金部材の製造工程において、熱間加工後の熱処理を施した後の結晶粒界または粒内には未固溶のCrの析出物(主として、炭化物)が生じる。特に、合金部材の中心部では外面部と比べて冷却速度が遅くなるため、析出物の量が増す傾向にある。そのため、合金部材の外面部に対して中心部でのCr析出量が多くなり、CrPB/CrPSの値が10.0を超えると高温における高いクリープ破断強度を保持することができなくなる。一方、CrPB/CrPSの下限値は定める必要はないが、中心部が外面部よりも析出物の量が増す傾向にあることから1.0以上とすることが好ましい。
4. Cr precipitation amount obtained by extraction residue analysis Cr PB / Cr PS ≦ 10.0 (i)
However, the meaning of each symbol in the formula (i) is as follows.
Cr PB : Cr precipitation amount obtained by extraction residue analysis in the center part Cr PS : Cr precipitation amount obtained by extraction residue analysis in the outer surface part In the manufacturing process of alloy members, crystal grains after heat treatment after hot working Precipitates (mostly carbides) of undissolved Cr form in the boundaries or in the grains. In particular, since the cooling rate is slower at the center of the alloy member than at the outer surface, the amount of precipitates tends to increase. Therefore, the amount of Cr deposition in the central portion with respect to the outer surface portion of the alloy member increases, and when the value of Cr PB / Cr PS exceeds 10.0, it is impossible to maintain high creep rupture strength at high temperature. On the other hand, it is not necessary to set the lower limit value of Cr PB / Cr PS , but it is preferable to set it to 1.0 or more because the amount of precipitates tends to increase in the central portion than in the outer surface portion.

なお、抽出残渣分析によって得られるCr析出量は、合金部材中に未固溶のCr析出物として含まれるCrの含有量(質量%)をいい、上記合金部材を電解して抽出残渣を得て、この抽出残渣を定量分析することにより求めることができる。また、合金部材の中心部と外面部とのそれぞれにおいて、Cr析出量を測定することによって、CrPB/CrPSの値を求める。 The Cr deposition amount obtained by the extraction residue analysis means the content (mass%) of Cr contained as an undissolved Cr precipitate in the alloy member, and the above-mentioned alloy member is electrolyzed to obtain an extraction residue. This extraction residue can be determined by quantitative analysis. Further, the value of Cr PB / Cr PS is determined by measuring the amount of Cr deposition in each of the central portion and the outer surface portion of the alloy member.

5.機械的性質
YS/YS≦1.5 ・・・(ii)
TS/TS≦1.2 ・・・(iii)
但し、上記式中の各記号の意味は以下のとおりである。
YS:中心部における0.2%耐力
YS:外面部における0.2%耐力
TS:中心部における引張強さ
TS:外面部における引張強さ
大型の構造部材では、熱処理時の冷却速度が部位により異なることに起因して、部位ごとの機械的性質に大きなばらつきが生じる傾向にある。大型構造部材において、その中心部と外面部とで、常温での0.2%耐力および引張強さが大きく異なると、部位によって仕様を満たさないという問題が生じる。したがって、本発明に係るオーステナイト系耐熱合金部材は、常温での機械的特性が上記の(ii)式および(iii)式を満足するものとする。なお、それぞれ下限値は定める必要はないが、中心部の機械特性の方が外面部の機械特性よりも劣る傾向にあることから、(ii)式および(iii)式ともに1.0以上とすることが好ましい。
5. Mechanical Properties YS S / YS B ≦ 1.5 (ii)
TS S / TS B ≦ 1.2 (iii)
However, the meaning of each symbol in the above formula is as follows.
YS B : 0.2% proof stress at the center YS S : 0.2% proof stress at the outer surface TS B : Tensile strength at the center TS S : Tensile strength at the outer surface For large structural members, cooling during heat treatment Due to the differences in speed between sites, there is a tendency for large variations in the mechanical properties from site to site. In a large-sized structural member, if the 0.2% proof stress and tensile strength at normal temperature largely differ between the central portion and the outer surface portion, there arises a problem that the specification is not satisfied depending on the part. Therefore, in the austenitic heat-resistant alloy member according to the present invention, the mechanical properties at normal temperature satisfy the above-mentioned equations (ii) and (iii). Although it is not necessary to set the lower limit value for each, the mechanical properties of the central portion tend to be inferior to the mechanical properties of the outer surface portion, so both of the formulas (ii) and (iii) Is preferred.

6.クリープ破断強度
本発明のオーステナイト系耐熱合金部材は、高温環境下で使用するため、高い高温強度、特に、高いクリープ破断強度が求められる。そのため、本発明の合金部材は、その中心部において、長手方向の700℃における10,000時間クリープ破断強度が100MPa以上である必要がある。
6. Creep rupture strength Since the austenitic heat-resistant alloy member of the present invention is used under a high temperature environment, high high temperature strength, particularly high creep rupture strength is required. Therefore, the alloy member of the present invention needs to have a creep rupture strength of 100 MPa or more for 10,000 hours at 700 ° C. in the longitudinal direction at the central portion thereof.

7.製造方法
本発明のオーステナイト系耐熱合金部材は、上述の化学組成を有する鋼塊または鋳片に、熱間加工を施すことによって製造される。なお、上記の熱間加工工程においては、合金部材の最終形状における長手方向が、素材となる鋼塊または鋳片の長手方向と一致するように処理が施される。熱間加工は、長手方向のみに行ってもよいが、より高い加工度を与えて、より均質な組織とするため、上記長手方向と略垂直な方向に対して、熱間加工を1回以上施してもよい。また、当該熱間加工の後に、必要に応じて熱間押出等の異なる方法の熱間加工をさらに施してもよい。
7. Manufacturing Method The austenitic heat-resistant alloy member of the present invention is manufactured by subjecting a steel ingot or slab having the above-mentioned chemical composition to hot working. In the above-mentioned hot working process, processing is performed so that the longitudinal direction in the final shape of the alloy member coincides with the longitudinal direction of the steel ingot or slab serving as the material. The hot working may be performed only in the longitudinal direction, but in order to give a higher degree of working and to make a more homogeneous structure, the hot working is performed once or more in the direction substantially perpendicular to the longitudinal direction. It may be applied. Moreover, after the said hot processing, you may further perform the hot processing of different methods, such as hot extrusion, as needed.

本発明のオーステナイト系耐熱合金部材を製造するに際しては、上記の工程の後、部位ごとの金属組織および機械的性質のばらつきを抑制し、高いクリープ破断強度を保持するために、以下に説明する最終熱処理を施す。   When manufacturing the austenitic heat-resistant alloy member of the present invention, after the above steps, in order to suppress variations in the metallographic structure and mechanical properties of each part and maintain high creep rupture strength, the final described below. Apply heat treatment.

まず、熱間加工後の合金部材を、1100〜1250℃の範囲の熱処理温度T(℃)まで加熱し、その範囲内において、1000D/T〜1400D/T(min)保持する。ここで、Dは、例えば、合金部材が円柱状である場合、合金部材の直径(mm)となり、四角柱状である場合、対角の距離(mm)となる。すなわちDは、合金部材の長手方向と垂直な断面における、当該断面の外縁上の任意の点と該外縁上の他の任意の点との直線距離の最大値(mm)である。   First, the hot-worked alloy member is heated to a heat treatment temperature T (° C.) in the range of 1100 ° C. to 1250 ° C., and held in the range of 1000 D / T to 1400 D / T (min). Here, D is, for example, the diameter (mm) of the alloy member when the alloy member is cylindrical, and the diagonal distance (mm) when the alloy member is quadrangular prism. That is, D is the maximum value (mm) of the linear distance between any point on the outer edge of the cross section and any other point on the outer edge in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the alloy member.

上記の熱処理温度が1100℃未満であると、未固溶のクロム炭化物等が増大しクリープ破断強度が低下する。一方、1250℃を超えると、粒界が溶融したり著しく結晶粒が粗大化したりすることによって延性が低下する。熱処理温度は1150℃以上とするのがより望ましく、1230℃以下とするのがより望ましい。また、上記保持時間が1000D/T(min)未満では、中心部の未固溶クロム炭化物が増大しCrPB/CrPSが本発明で規定する範囲外となる。一方、1400D/T(min)を超えると外面部の結晶粒が粗大化し、オーステナイト結晶粒度番号が本発明で規定する範囲外となる。 If the heat treatment temperature is less than 1100 ° C., the undissolved chromium carbide and the like increase and the creep rupture strength decreases. On the other hand, when the temperature exceeds 1250 ° C., the ductility is lowered due to melting of grain boundaries and coarsening of crystal grains. The heat treatment temperature is more preferably 1150 ° C. or more, and more preferably 1230 ° C. or less. Further, if the holding time is less than 1000 D / T (min), the non-dissolved chromium carbide in the central portion increases, and the Cr PB / Cr PS is out of the range specified in the present invention. On the other hand, when it exceeds 1400 D / T (min), the crystal grains of the outer surface part become coarse, and the austenite grain size number is out of the range defined in the present invention.

加熱保持後は、合金部材を直ちに水冷する。冷却速度が遅くなると、特に合金部材の中心部において結晶粒界または粒内に未固溶Cr析出物が多量に生じ、上記の(i)式を満足しなくなるおそれがあるためである。   After heating and holding, the alloy member is immediately water-cooled. If the cooling rate becomes slow, a large amount of undissolved Cr precipitates may be generated in grain boundaries or grains particularly in the center of the alloy member, and the above equation (i) may not be satisfied.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be more specifically described by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.

表1に示す化学組成を有する合金を高周波真空溶解炉で溶製し、外径が550mm、重量が3tの鋼塊とした。   An alloy having the chemical composition shown in Table 1 was melted in a high frequency vacuum melting furnace to form a steel ingot having an outer diameter of 550 mm and a weight of 3 t.

Figure 0006520546
Figure 0006520546

得られた鋼塊を、熱間鍛造によって外径200〜480mmの円柱状に加工し、表2に示す条件で最終熱処理を施し、合金部材試料を得た。なお、合金1、2および4については長手方向の熱間鍛造の後、最終熱処理の前に、長手方向と略垂直な方向に鍛造を行い、その後さらに長手方向に最終の熱間鍛造を行った。   The obtained steel ingot was processed into a cylindrical shape having an outer diameter of 200 to 480 mm by hot forging, and a final heat treatment was performed under the conditions shown in Table 2 to obtain an alloy member sample. For Alloys 1, 2 and 4, after hot forging in the longitudinal direction, before final heat treatment, forging was performed in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction, and then final hot forging was performed in the longitudinal direction. .

Figure 0006520546
Figure 0006520546

各試料について、外面部から組織観察用の試験片を採取し、長手方向の断面をエメリーペーパーとバフで研磨後、混酸で腐食して光学顕微鏡観察を行った。観察面の結晶粒度番号はJIS G 0551(2013)に規定される交差線分(粒径)による判定方法に従って求めた。   For each sample, a test piece for observation of tissue was collected from the outer surface, and a cross section in the longitudinal direction was polished with an emery paper and a buff, corroded with mixed acid, and observed with an optical microscope. The grain size number of the observation surface was determined according to the determination method based on the intersecting line segment (grain size) defined in JIS G 0551 (2013).

次に、各試料の長手方向と垂直な断面における中心部および外面部から、Cr析出物を測定するための試験片を採取した。上記の試験片の表面積を求めた上でそれぞれ10%アセチルアセトン−1%テトラメチルアンモニウムクロライド−メタノール溶液中で20mA/cmの電解条件で合金部材の母材のみを完全に電解して析出物を残渣として抽出し、この抽出残渣を定量分析することによって未固溶のCr析出物として含まれるCrの含有量(質量%)を測定し、その測定値に基づきCrPB/CrPSの値を求めた。 Next, test pieces for measuring Cr deposits were taken from the center and the outer surface in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of each sample. After the surface area of the above test piece was determined, only the base material of the alloy member was completely electrolyzed under an electrolysis condition of 20 mA / cm 2 in 10% acetylacetone-1% tetramethyl ammonium chloride-methanol solution respectively to obtain a precipitate Extract the residue as a residue, and analyze the extracted residue quantitatively to measure the content (mass%) of Cr contained as an undissolved Cr precipitate, and determine the value of Cr PB / Cr PS based on the measured value. The

また、各試料の中心部および外面部から、長手方向に平行に、平行部の長さが40mmの引張試験片を機械加工により切り出し、室温において引張試験を実施し、0.2%耐力および引張強さを求めた。さらに、各試料の中心部から、長手方向に平行に、平行部の長さが30mmのクリープ破断試験片を機械加工により切り出した。そして、700℃、750℃、800℃の大気中においてクリープ破断試験を実施し、Larson-Millerパラメータ法を用いて700℃、10,000時間のクリープ破断強度を求めた。   In addition, a tensile test specimen with a parallel length of 40 mm is cut out from the center and outer surface of each sample in parallel to the longitudinal direction, and a tensile test is performed at room temperature, 0.2% proof stress and tension I asked for strength. Furthermore, a creep rupture test piece with a parallel portion of 30 mm in length was cut out by machining from the center of each sample in parallel to the longitudinal direction. Then, a creep rupture test was conducted in the atmosphere at 700 ° C., 750 ° C. and 800 ° C., and the creep rupture strength at 700 ° C. for 10,000 hours was determined using the Larson-Miller parameter method.

それらの結果を表3にまとめて示す。   The results are summarized in Table 3.

Figure 0006520546
Figure 0006520546

合金AおよびBは、合金1と化学組成がほぼ同等であり、熱間鍛造によって同一の最終形状としたものである。しかしながら、熱処理時の保持時間が本発明で規定する製造条件の範囲外である。そのことに起因にして、合金Aについては外面部の結晶粒度番号が本発明の規定範囲外となり、YS/YSおよびTS/TSの値が本発明の規定範囲外となっており部位により機械特性のばらつきが大きくなる結果となった。また、合金Bについてはクリープ破断強度が本発明の規定範囲外となっており、合金1と比較して著しく低い結果となった。 Alloys A and B have almost the same chemical composition as alloy 1 and have the same final shape by hot forging. However, the holding time at the time of heat treatment is outside the range of the manufacturing conditions defined in the present invention. Due to that, the grain size number of the outer surface of alloy A is out of the specified range of the present invention, and the values of YS S / YS B and TS S / TS B are out of the specified range of the present invention. The result was that the variation in mechanical characteristics increased depending on the part. Further, the creep rupture strength of the alloy B was out of the specified range of the present invention, and the result was extremely low as compared with the alloy 1.

合金C、DおよびEは、合金2と化学組成がほぼ同等であり、熱間鍛造によって同一の最終形状としたものである。合金Cは熱処理温度が本発明の規定範囲より低いために、外面部の結晶粒度番号とCrPB/CrPSの値とが本発明で規定する範囲外となっており、合金2と比較してクリープ破断強度が著しく低い結果となった。合金Dは熱処理温度が本発明の規定範囲より高いために、外面部の結晶粒度番号と、YS/YSおよびTS/TSの値とが本発明の規定範囲外となっており、合金2と比較してクリープ破断強度が著しく低い結果となった。また、合金Eは最終熱処理時の冷却方法が水冷ではなく空冷であり、冷却速度が著しく遅かったことに起因して、CrPB/CrPSの値が本発明の規定範囲外となり、その結果、合金2と比較してクリープ破断強度が著しく低くなった。一方、本発明の規定を全て満足する合金1〜4は、機械特性のばらつきも小さく、クリープ破断強度も良好であった。 Alloys C, D and E have almost the same chemical composition as alloy 2 and have the same final shape by hot forging. Since alloy C has a heat treatment temperature lower than the specified range of the present invention, the grain size number of the outer surface portion and the value of Cr PB / Cr PS are out of the range specified in the present invention. The creep rupture strength was extremely low. Since alloy D has a heat treatment temperature higher than the specified range of the present invention, the grain size number of the outer surface and the values of YS S / YS B and TS S / TS B are out of the specified range of the present invention, The creep rupture strength was significantly lower than that of alloy 2. In addition, since the cooling method at the time of final heat treatment in the alloy E is not water cooling but air cooling, and the cooling rate is extremely low, the value of Cr PB / Cr PS falls outside the specified range of the present invention. The creep rupture strength was significantly lower than that of alloy 2. On the other hand, in the alloys 1 to 4 satisfying all the requirements of the present invention, the variation in mechanical properties was small and the creep rupture strength was also good.

本発明のオーステナイト系耐熱合金部材は、部位による機械的性質のばらつきが少なく、また、高温でのクリープ破断強度に優れる。そのため、本発明のオーステナイト系耐熱合金部材は、高温環境下で使用されるボイラおよび化学プラント等の大型構造部材として好適に用いることができる。

The austenitic heat-resistant alloy member of the present invention has less variation in mechanical properties depending on the part, and is excellent in creep rupture strength at high temperatures. Therefore, the austenitic heat-resistant alloy member of the present invention can be suitably used as a large-sized structural member such as a boiler and a chemical plant used under a high temperature environment.

Claims (4)

質量%で、
C:0.020〜0.120%、
Si:2.00%以下、
Mn:3.00%以下、
P:0.030%以下、
S:0.010%以下、
Cr:20.0%以上28.0%未満、
Ni:35.0%を超えて55.0%以下、
Co:0〜20.0%、
W:4.0〜10.0%、
Ti:0.01〜0.50%、
Nb:0.01〜1.00%、
Mo:0.50%未満、
Al:0.30%以下、
N:0.100%未満、
残部:Feおよび不純物
である化学組成を有する鋼塊または鋳片に、熱間加工が施された合金部材であって、
前記合金部材の長手方向と垂直な断面において、中心部から外面部までの長さの最小値が40mm以上であり、
前記外面部におけるオーステナイト結晶粒度番号が−2.0〜4.0であり、
抽出残渣分析によって得られるCr析出量が下記(i)式を満足し、
常温での機械的特性が下記(ii)式および(iii)式を満足し、
前記中心部における前記長手方向の700℃における10,000時間クリープ破断強度が100MPa以上である、オーステナイト系耐熱合金部材。
CrPB/CrPS≦10.0 ・・・(i)
YS/YS≦1.5 ・・・(ii)
TS/TS≦1.2 ・・・(iii)
但し、上記式中の各記号の意味は以下のとおりである。
CrPB:中心部において抽出残渣分析によって得られるCr析出量
CrPS:外面部において抽出残渣分析によって得られるCr析出量
YS:中心部における0.2%耐力
YS:外面部における0.2%耐力
TS:中心部における引張強さ
TS:外面部における引張強さ
In mass%,
C: 0.020 to 0.120%,
Si: 2.00% or less,
Mn: 3.00% or less,
P: 0.030% or less,
S: 0.010% or less,
Cr: 20.0% or more and less than 28.0%,
Ni: more than 35.0% and less than 55.0%,
Co: 0 to 20.0%,
W: 4.0 to 10.0%,
Ti: 0.01 to 0.50%,
Nb: 0.01 to 1.00%,
Mo: less than 0.50%,
Al: 0.30% or less,
N: less than 0.100%,
Remainder: An alloy member obtained by hot working a steel ingot or slab having a chemical composition which is Fe and impurities,
In a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the alloy member, the minimum value of the length from the central portion to the outer surface portion is 40 mm or more,
The austenite grain size number in the outer surface portion is -2.0 to 4.0,
The Cr deposition amount obtained by extraction residue analysis satisfies the following equation (i),
The mechanical properties at room temperature satisfy the following equations (ii) and (iii),
An austenitic heat resistant alloy member having a creep rupture strength of 100 MPa or more for 10,000 hours at 700 ° C. in the longitudinal direction in the central portion.
Cr PB / Cr PS ≦ 10.0 (i)
YS S / YS B ≦ 1.5 (ii)
TS S / TS B ≦ 1.2 (iii)
However, the meaning of each symbol in the above formula is as follows.
Cr PB : Cr deposition amount obtained by extraction residue analysis in the central portion Cr PS : Cr precipitation amount obtained by extraction residue analysis in the outer surface portion YS B : 0.2% proof stress in the central portion YS S : 0.2 in the outer surface portion % Proof stress TS B : tensile strength at the center TS S : tensile strength at the outer surface
前記鋼塊または鋳片の化学組成が、質量%で、さらに下記の<1>〜<3>のグループから選択される1以上のグループに属する1種以上の元素を含有する、請求項1に記載のオーステナイト系耐熱合金部材
<1>Mg:0.0500%以下、Ca:0.0500%以下およびREM:0.50%以下
<2>V:1.5%以下、B:0.0100%以下、Zr:0.10%以下およびHf:1.0%以下
<3>Ta:8.0%以下、Re:8.0%以下
The chemical composition of the steel ingot or slab contains, in mass%, one or more elements belonging to one or more groups further selected from the following <1> to <3> groups: The austenitic heat-resistant alloy member as described.
<1> Mg: 0.0500% or less, Ca: 0.0500% or less, and REM: 0.50% or less <2> V: 1.5% or less, B: 0.0100% or less, Zr: 0.10 % Or less and Hf: 1.0% or less <3> Ta: 8.0% or less, Re: 8.0% or less
請求項1または請求項2に記載のオーステナイト系耐熱合金の製造方法であって、
請求項1または請求項2に記載の化学組成を有する鋼塊または鋳片に、熱間加工を施す工程と、
その後、1100〜1250℃の範囲の熱処理温度T(℃)まで加熱し、1000D/T〜1400D/T(min)保持した後、水冷する熱処理を施す工程とを備える、オーステナイト系耐熱合金部材の製造方法。
但し、Dは、合金部材の長手方向と垂直な断面における、当該断面の外縁上の任意の点と該外縁上の他の任意の点との直線距離の最大値(mm)である。
A method for producing an austenitic heat-resistant alloy according to claim 1 or 2, wherein
A step of subjecting a steel ingot or slab having the chemical composition according to claim 1 or 2 to hot working;
Thereafter, the material is heated to a heat treatment temperature T (° C.) in the range of 1100 to 1250 ° C., held at 1000 D / T to 1400 D / T (min), and then subjected to a heat treatment for water cooling; Method.
However, D is the maximum value (mm) of the linear distance between any point on the outer edge of the cross section and any other point on the outer edge in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the alloy member.
前記熱間加工を施す工程において、熱間加工の長手方向と略垂直な方向に熱間加工を1回以上施す、請求項3に記載のオーステナイト系耐熱合金部材の製造方法。
In the step of performing processing between the hot, subjected to hot working at least once in the longitudinal direction substantially perpendicular to the direction of hot working, manufacturing method of austenitic heat resistant alloy member of claim 3.
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