JP6575265B2 - Austenitic stainless steel - Google Patents

Austenitic stainless steel Download PDF

Info

Publication number
JP6575265B2
JP6575265B2 JP2015188442A JP2015188442A JP6575265B2 JP 6575265 B2 JP6575265 B2 JP 6575265B2 JP 2015188442 A JP2015188442 A JP 2015188442A JP 2015188442 A JP2015188442 A JP 2015188442A JP 6575265 B2 JP6575265 B2 JP 6575265B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stainless steel
austenitic stainless
oxide scale
less
content
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015188442A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017061729A (en
Inventor
礼文 河内
礼文 河内
茂浩 石川
茂浩 石川
西山 佳孝
佳孝 西山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2015188442A priority Critical patent/JP6575265B2/en
Publication of JP2017061729A publication Critical patent/JP2017061729A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6575265B2 publication Critical patent/JP6575265B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明はステンレス鋼に関し、さらに詳しくは、オーステナイト系ステンレス鋼に関する。   The present invention relates to stainless steel, and more particularly to austenitic stainless steel.

近年、地球温暖化等の環境問題への関心が高まっている。そのため、発電プラントは、操業時のCO2排出量の低減を求められている。CO2排出量を低減する方法として、たとえば、石炭火力発電プラントは、蒸気を高温化及び高圧化する方法を採用している。 In recent years, interest in environmental issues such as global warming has increased. Therefore, power plants are required to reduce CO 2 emissions during operation. As a method for reducing CO 2 emissions, for example, a coal-fired power plant employs a method of increasing the temperature and pressure of steam.

発電プラントのボイラの加熱器管及び再熱器管には、ボイラ用鋼管が使用される。蒸気の高温化及び高圧化に伴い、ボイラ用鋼管には、高温強度だけでなく、水蒸気による高温酸化への耐性(耐水蒸気酸化性)が求められる。   Steel pipes for boilers are used for heater tubes and reheater tubes of power plant boilers. With the increase in steam temperature and pressure, boiler steel pipes are required to have not only high-temperature strength but also resistance to high-temperature oxidation by steam (steam oxidation resistance).

鋼管の耐水蒸気酸化性を高める技術は、たとえば、特開昭58−133352号公報(特許文献1)、特開昭49−135822号公報(特許文献2)、特開昭52−8930号公報(特許文献3)、特開昭63−54598号公報(特許文献4)、特開2004−132437号公報(特許文献5)、特開2009−68079号公報(特許文献6)に開示されている。   Techniques for improving the steam oxidation resistance of steel pipes are disclosed in, for example, JP-A-58-133352 (Patent Document 1), JP-A-49-135822 (Patent Document 2), JP-A-52-8930 ( JP-A-63-54598 (Patent Document 4), JP-A-2004-132437 (Patent Document 5), and JP-A-2009-68079 (Patent Document 6).

[鋼組織を細粒化する技術]
特許文献1は、組織を細粒化することにより耐水蒸気酸化性を向上させた鋼管を開示する。特許文献1で開示されるオーステナイトステンレス鋼管は、鋼管の平均結晶粒度番号が6以下の粗粒組織と、内面側の結晶粒度番号が7以上の細粒層とを有する。特許文献1で開示されるオーステナイトステンレス鋼管の細粒層部の(C+N)量は0.15%以上である。
[Technology to refine steel structure]
Patent Document 1 discloses a steel pipe whose steam oxidation resistance is improved by refining the structure. The austenitic stainless steel pipe disclosed in Patent Document 1 has a coarse grain structure having an average grain size number of 6 or less and a fine grain layer having a grain size number of 7 or more on the inner surface side. The (C + N) content of the fine-grained layer portion of the austenitic stainless steel pipe disclosed in Patent Document 1 is 0.15% or more.

[表面に吹き付け加工を施す技術]
特許文献2〜特許文献4は、表面に吹き付け加工を施すことにより鋼管の耐水蒸気酸化性を向上する技術を開示する。具体的には、特許文献2及び特許文献3は、ピーニング加工を施す製造方法を開示する。特許文献2で開示されるオーステナイトステンレス鋼は、最終熱処理後又は熱間圧延後、オーステナイトステンレス鋼表面に、流体による粒子吹き付けピーニング加工が施される。
[Technology for spraying the surface]
Patent Documents 2 to 4 disclose a technique for improving the steam oxidation resistance of a steel pipe by spraying the surface. Specifically, Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose a manufacturing method for performing peening. The austenitic stainless steel disclosed in Patent Document 2 is subjected to particle spray peening by a fluid on the surface of the austenitic stainless steel after the final heat treatment or hot rolling.

特許文献3で開示されるオーステナイトステンレス鋼は、最終熱処理後又は熱間圧延後、オーステナイトステンレス鋼表面に、所定の吹き付け圧力及び吹き付け量で、流体による粒子吹き付けピーニング加工が施される。粒子には、炭素鋼、合金鋼又はステンレス鋼が用いられる。   The austenitic stainless steel disclosed in Patent Document 3 is subjected to particle spray peening by a fluid at a predetermined spray pressure and spray amount on the austenitic stainless steel surface after final heat treatment or hot rolling. For the particles, carbon steel, alloy steel or stainless steel is used.

特許文献4は、ショットブラスト加工を施す製造方法を開示する。特許文献4で開示されるステンレス管体は、まず既設ボイラから取り外され、溶体化熱処理が施される。その後、ステンレス管体は、内面の脱スケールを目的として、化学洗浄が施される。さらに、ステンレス管体内面に、冷間加工層形成を目的として、ショットブラスト加工が施される。   Patent Document 4 discloses a manufacturing method for performing shot blasting. The stainless steel tube disclosed in Patent Document 4 is first removed from the existing boiler and subjected to solution heat treatment. Thereafter, the stainless steel tube is subjected to chemical cleaning for the purpose of descaling the inner surface. Furthermore, shot blasting is performed on the inner surface of the stainless steel tube for the purpose of forming a cold-worked layer.

[高加工度の冷間加工を付与する技術]
特許文献5及び特許文献6は、鋼管に高加工度の冷間加工を付与して鋼管の耐水蒸気酸化性を高める技術を開示する。具体的には、特許文献5に開示された方法では、質量%で5〜30%のCrを含有するオーステナイト系耐熱鋼管に、内表面に超音波衝撃処理を施す。
[Technology that provides cold working with high degree of processing]
Patent Document 5 and Patent Document 6 disclose a technique for improving the steam oxidation resistance of a steel pipe by imparting a high workability cold work to the steel pipe. Specifically, in the method disclosed in Patent Document 5, ultrasonic shock treatment is performed on the inner surface of an austenitic heat-resistant steel pipe containing 5 to 30% Cr by mass.

特許文献6は、Crを8〜28質量%含有し、内表面に加工層を備える鋼管を開示する。加工層は、鋼管内表面からの深さが20μmの位置におけるビッカース硬度が、内表面からの深さがt/2(t:鋼管の肉厚)の位置におけるビッカース硬度の1.5倍以上となる硬さを有する。   Patent Document 6 discloses a steel pipe containing 8 to 28% by mass of Cr and having a processed layer on the inner surface. The processed layer has a Vickers hardness at a position where the depth from the inner surface of the steel pipe is 20 μm, and the depth from the inner surface is 1.5 times or more of the Vickers hardness at a position where t / 2 (t is the thickness of the steel pipe). It has the hardness which becomes.

特開昭58−133352号公報JP 58-133352 A 特開昭49−135822号公報JP-A-49-135822 特開昭52−8930号公報JP 52-8930 A 特開昭63−54598号公報JP-A-63-54598 特開2004−132437号公報JP 2004-132437 A 特開2009−68079号公報JP 2009-68079 A

しかしながら、特許文献1に開示された細粒層を有する鋼管は、700℃以上の高温環境において、耐水蒸気酸化性が低くなる場合がある。特許文献2〜6に開示された方法で製造された鋼も、同様に、700℃以上の高温環境において、耐水蒸気酸化性が低くなる場合がある。   However, the steel pipe having a fine particle layer disclosed in Patent Document 1 may have low steam oxidation resistance in a high temperature environment of 700 ° C. or higher. Similarly, steel manufactured by the methods disclosed in Patent Documents 2 to 6 may have low steam oxidation resistance in a high temperature environment of 700 ° C. or higher.

発電プラントでは、さらなる発電効率の向上を目的として、将来的には、800℃程度での操業も予想される。したがって、発電プラント用途に用いられる鋼には、700℃以上の高温環境下においても、優れた耐水蒸気酸化性が要求される。   In the power generation plant, operation at about 800 ° C. is expected in the future for the purpose of further improving the power generation efficiency. Accordingly, steel used for power plant applications is required to have excellent steam oxidation resistance even in a high temperature environment of 700 ° C. or higher.

本発明の目的は、700℃以上の高温環境においても、優れた耐水蒸気酸化性を有する、オーステナイト系ステンレス鋼を提供することである。   An object of the present invention is to provide an austenitic stainless steel having excellent steam oxidation resistance even in a high temperature environment of 700 ° C. or higher.

本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.02%以下、Si:1.5%以下、Mn:1.0%以下、P:0.020%以下、S:0.010%以下、Cr:15〜20%未満、Ni:25〜45%未満、Nb:2.3〜7.0%、及びN:0.030%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)を満たす。
Ni(sf)/Ni(cp)>1.00 (1)
ここで、式(1)中のNi(sf)には前記オーステナイト系ステンレス鋼の表面から5μm深さまでの範囲におけるNi含有量(質量%)が代入され、Ni(cp)には前記オーステナイト系ステンレス鋼全体の平均のNi含有量(質量%)が代入される。
The austenitic stainless steel according to the present embodiment is, in mass%, C: 0.02% or less, Si: 1.5% or less, Mn: 1.0% or less, P: 0.020% or less, S: 0.00. Contains 010% or less, Cr: 15 to less than 20%, Ni: less than 25 to 45%, Nb: 2.3 to 7.0%, and N: 0.030% or less, with the balance being Fe and impurities The expression (1) is satisfied.
Ni (sf) / Ni (cp)> 1.00 (1)
Here, Ni content (mass%) in the range from the surface of the austenitic stainless steel to a depth of 5 μm is substituted for Ni (sf) in the formula (1), and the austenitic stainless steel is substituted for Ni (cp). The average Ni content (mass%) of the entire steel is substituted.

本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、700℃以上の高温環境においても、優れた耐水蒸気酸化性を有する。   The austenitic stainless steel according to the present embodiment has excellent steam oxidation resistance even in a high temperature environment of 700 ° C. or higher.

図1は、高温水蒸気酸化雰囲気で使用された、従来のオーステナイト系ステンレス鋼の表面を含む断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view including the surface of a conventional austenitic stainless steel used in a high temperature steam oxidation atmosphere. 図2は、高温水蒸気酸化雰囲気で使用された、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼の表面を含む断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view including the surface of the austenitic stainless steel of this embodiment used in a high temperature steam oxidation atmosphere.

本発明者らは、700℃以上の水蒸気酸化雰囲気(以下、高温水蒸気酸化雰囲気という)におけるオーステナイト系ステンレス鋼の耐水蒸気酸化性について調査及び検討を行い、次の知見を得た。   The present inventors investigated and examined the steam oxidation resistance of austenitic stainless steel in a steam oxidation atmosphere at 700 ° C. or higher (hereinafter referred to as a high temperature steam oxidation atmosphere), and obtained the following knowledge.

高温水蒸気酸化雰囲気中でオーステナイト系ステンレス鋼を使用した場合、図1に示すとおり、オーステナイト系ステンレス鋼の表面に酸化スケール2が形成される。酸化スケール2は、内層酸化スケール3と外層酸化スケール4とを含む。   When austenitic stainless steel is used in a high temperature steam oxidation atmosphere, oxide scale 2 is formed on the surface of the austenitic stainless steel as shown in FIG. The oxide scale 2 includes an inner layer oxide scale 3 and an outer layer oxide scale 4.

内層酸化スケール3は、オーステナイト系ステンレス鋼1の表面に形成されている。内層酸化スケール3は、主としてFe及びCrの混合酸化物からなる。内層酸化スケール3はたとえば、80体積%以上の(Fe、Cr)34を含有する。外層酸化スケール4は、内層酸化スケール3上に形成されている。外層酸化スケール4は、主としてFe系酸化物からなる。外層酸化スケール4はたとえば、80体積%以上のFe34を含有する。 The inner layer oxide scale 3 is formed on the surface of the austenitic stainless steel 1. The inner oxide scale 3 is mainly composed of a mixed oxide of Fe and Cr. The inner layer oxide scale 3 contains, for example, 80% by volume or more of (Fe, Cr) 3 O 4 . The outer layer oxide scale 4 is formed on the inner layer oxide scale 3. The outer oxide scale 4 is mainly composed of an Fe-based oxide. The outer layer oxide scale 4 contains, for example, 80% by volume or more of Fe 3 O 4 .

従来のオーステナイト系ステンレス鋼の場合、高温水蒸気酸化雰囲気中での使用時間に伴い、外部からオーステナイト系ステンレス鋼の表層に酸素が侵入する。また、オーステナイト系ステンレス鋼内部からFeが酸化スケールに移動する。そのため、酸化スケールが成長する。   In the case of conventional austenitic stainless steel, oxygen penetrates into the surface layer of the austenitic stainless steel from the outside with the use time in the high temperature steam oxidation atmosphere. Further, Fe moves from the inside of the austenitic stainless steel to the oxide scale. Therefore, the oxide scale grows.

オーステナイト系ステンレス鋼において、表層のNi含有量を鋼全体の平均Ni含有量よりも高くすれば、つまり、オーステナイト系ステンレス鋼が式(1)を満たせば、高温水蒸気酸化雰囲気中での酸化スケールの成長を抑制できる。
Ni(sf)/Ni(cp)>1.00 (1)
ここで、式(1)中のNi(sf)にはオーステナイト系ステンレス鋼の表面から5μm深さまでの範囲におけるNi含有量(質量%)が代入され、Ni(cp)にはオーステナイト系ステンレス鋼全体の平均のNi含有量(質量%)が代入される。
In the austenitic stainless steel, if the Ni content of the surface layer is made higher than the average Ni content of the whole steel, that is, if the austenitic stainless steel satisfies the formula (1), the oxide scale in the high temperature steam oxidation atmosphere Growth can be suppressed.
Ni (sf) / Ni (cp)> 1.00 (1)
Here, the Ni content (mass%) in the range from the surface of the austenitic stainless steel to the depth of 5 μm is substituted for Ni (sf) in the formula (1), and the entire austenitic stainless steel is substituted for Ni (cp). The average Ni content (% by mass) is substituted.

表層のNi含有量が鋼全体の平均Ni含有量よりも高いオーステナイト形ステンレス鋼を高温水蒸気酸化雰囲気中で使用した場合、図2に示す酸化スケール20が形成される。   When an austenitic stainless steel in which the Ni content in the surface layer is higher than the average Ni content of the entire steel is used in a high-temperature steam oxidation atmosphere, the oxide scale 20 shown in FIG. 2 is formed.

図2の酸化スケール20では、内層酸化スケール30と外層酸化スケール40との界面に金属Ni層50が形成されている。ここで、金属Ni層とは、Ni含有量が80質量%以上で、残部がFe又はCrの酸化物からなる層を指す。内層酸化スケール30及び外層酸化スケール40の構成は、内層酸化スケール3と外層酸化スケール4と同じである。   In the oxide scale 20 of FIG. 2, a metal Ni layer 50 is formed at the interface between the inner layer oxide scale 30 and the outer layer oxide scale 40. Here, the metal Ni layer refers to a layer having an Ni content of 80% by mass or more and the balance being an oxide of Fe or Cr. The configurations of the inner layer oxide scale 30 and the outer layer oxide scale 40 are the same as the inner layer oxide scale 3 and the outer layer oxide scale 4.

金属Ni層は酸化スケールの成長を抑制し、耐水蒸気酸化性を高める。この理由は定かではないが、次の理由が考えられる。金属Ni層での酸素及びFeの拡散能は、酸化スケールでの酸素及びFeの拡散能よりも小さい。そのため、金属Ni層は、酸素の侵入を抑制し、Feの酸化スケールへの移動を抑制する。その結果、酸化スケールの成長が抑制され、耐水蒸気酸化性が高まる。   The metal Ni layer suppresses the growth of oxide scale and improves the steam oxidation resistance. The reason for this is not clear, but the following reasons can be considered. The diffusion capacity of oxygen and Fe in the metal Ni layer is smaller than the diffusion capacity of oxygen and Fe in the oxide scale. Therefore, the metal Ni layer suppresses the entry of oxygen and suppresses the movement of Fe to the oxide scale. As a result, the growth of oxide scale is suppressed and the steam oxidation resistance is enhanced.

以上の知見に基づいて完成した本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.02%以下、Si:1.5%以下、Mn:1.0%以下、P:0.020%以下、S:0.010%以下、Cr:15〜20%未満、Ni:25〜45%未満、Nb:2.3〜7.0%、及びN:0.030%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)を満たす。
Ni(sf)/Ni(cp)>1.00 (1)
ここで、式(1)中のNi(sf)にはオーステナイト系ステンレス鋼の表面から5μm深さまでの範囲におけるNi含有量(質量%)が代入され、Ni(cp)にはオーステナイト系ステンレス鋼全体の平均のNi含有量(質量%)が代入される。
The austenitic stainless steel according to the present embodiment completed based on the above knowledge is in mass%, C: 0.02% or less, Si: 1.5% or less, Mn: 1.0% or less, P: 0.00. 020% or less, S: 0.010% or less, Cr: 15 to less than 20%, Ni: 25 to less than 45%, Nb: 2.3 to 7.0%, and N: 0.030% or less The balance is made of Fe and impurities and satisfies the formula (1).
Ni (sf) / Ni (cp)> 1.00 (1)
Here, the Ni content (mass%) in the range from the surface of the austenitic stainless steel to the depth of 5 μm is substituted for Ni (sf) in the formula (1), and the entire austenitic stainless steel is substituted for Ni (cp). The average Ni content (% by mass) is substituted.

上述のオーステナイト系ステンレス鋼はさらに、内層酸化スケールと、外層酸化スケールと、金属Ni層とを含有してもよい。内層酸化スケールは、オーステナイト系ステンレス鋼の表面に形成されている。外層酸化スケールは、内層酸化スケール上に形成されている。金属Ni層は、内層酸化スケールと外層酸化スケールとの界面に形成されており、界面の60%を占める。金属Ni層が、内層酸化スケールと外層酸化スケールとの界面を占める割合を、面積率で、Ni占有率と定義する。この場合、金属Ni層により、耐水蒸気酸化性がさらに高まる。   The austenitic stainless steel described above may further contain an inner layer oxide scale, an outer layer oxide scale, and a metal Ni layer. The inner layer oxide scale is formed on the surface of the austenitic stainless steel. The outer oxide scale is formed on the inner oxide scale. The metal Ni layer is formed at the interface between the inner layer oxide scale and the outer layer oxide scale, and occupies 60% of the interface. The ratio of the metal Ni layer occupying the interface between the inner layer oxide scale and the outer layer oxide scale is defined as the area ratio and the Ni occupation ratio. In this case, the steam oxidation resistance is further enhanced by the metal Ni layer.

上記オーステナイト系ステンレス鋼はたとえば、鋼管である。   The austenitic stainless steel is, for example, a steel pipe.

以下、本発明の実施の形態を詳しく説明する。以下、特に断りがない場合、元素の含有量の「%」は、質量%を意味する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Hereinafter, unless otherwise specified, “%” of the element content means mass%.

[化学組成]
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、次の元素を含有する。
[Chemical composition]
The austenitic stainless steel according to the present embodiment contains the following elements.

C:0.02%以下
炭素(C)は不純物である。耐熱鋼において、一般的に、Cは炭化物を形成し、高温クリープ強度を高める。しかしながら本実施形態では、Cは、Ni、Nb及びCrと結合して炭化物を形成し、Laves相に代表される、金属間化合物の析出量を低減する。さらに、炭化物は高温で長時間加熱されると凝集して粗大化する。粗大な炭化物は結晶粒内及び粒界の強度を低下させる。したがって、C含有量は0.02%以下である。好ましいC含有量は0.015%以下である。さらに好ましくは0.01%以下である。C含有量はなるべく低い方が好ましい。
C: 0.02% or less Carbon (C) is an impurity. In heat resistant steels, C generally forms carbides and increases high temperature creep strength. However, in this embodiment, C combines with Ni, Nb, and Cr to form a carbide, and reduces the amount of precipitation of intermetallic compounds represented by the Laves phase. Furthermore, carbides aggregate and coarsen when heated at a high temperature for a long time. Coarse carbides reduce the strength of the crystal grains and grain boundaries. Therefore, the C content is 0.02% or less. A preferable C content is 0.015% or less. More preferably, it is 0.01% or less. The C content is preferably as low as possible.

Si:1.5%以下
シリコン(Si)は不可避的に含有される。Siは鋼を脱酸する。しかしながら、Si含有量が高すぎれば、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Si含有量は1.5%以下である。好ましいSi含有量は0.70%以下であり、さらに好ましくは0.50%以下である。
Si: 1.5% or less Silicon (Si) is inevitably contained. Si deoxidizes steel. However, if the Si content is too high, the hot workability of the steel decreases. Therefore, the Si content is 1.5% or less. The Si content is preferably 0.70% or less, more preferably 0.50% or less.

Mn:1.0%以下
マンガン(Mn)は不可避的に含有される。Mnは、Siと同様に、鋼を脱酸する。Mnはさらに、Sと結合してMnSを形成し、鋼の熱間加工性を高める。しかしながら、Mn含有量が高すぎれば、Mnはシグマ(σ)相の生成を促進して鋼の熱間加工性を低下させる。したがって、Mn含有量は1.0%以下である。好ましいMn含有量は0.70%以下であり、さらに好ましくは0.50%以下である。
Mn: 1.0% or less Manganese (Mn) is inevitably contained. Mn deoxidizes steel in the same way as Si. Further, Mn combines with S to form MnS and enhances the hot workability of steel. However, if the Mn content is too high, Mn promotes the formation of the sigma (σ) phase and reduces the hot workability of the steel. Therefore, the Mn content is 1.0% or less. A preferable Mn content is 0.70% or less, and more preferably 0.50% or less.

P:0.020%以下
燐(P)は不純物である。Pは鋼の熱間加工性及び延性を低下させる。したがって、P含有量は0.020%以下である。好ましいP含有量は0.010%以下である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。
P: 0.020% or less Phosphorus (P) is an impurity. P decreases the hot workability and ductility of the steel. Therefore, the P content is 0.020% or less. A preferable P content is 0.010% or less. The P content is preferably as low as possible.

S:0.010%以下
硫黄(S)は不純物である。Sは鋼の熱間加工性を低下させる。したがって、S含有量は0.010%以下である。好ましいS含有量は0.008%以下である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。
S: 0.010% or less Sulfur (S) is an impurity. S decreases the hot workability of steel. Therefore, the S content is 0.010% or less. A preferable S content is 0.008% or less. The S content is preferably as low as possible.

Cr:15.0〜20.0%未満
クロム(Cr)は、鋼の耐水蒸気酸化性を高める。高温水蒸気酸化雰囲気において、Crは、鋼の表面近傍にクロミア(Cr23)皮膜を形成する。鋼の表面に均一なクロミア皮膜が形成されることにより、鋼の耐水蒸気酸化性が高まる。Cr含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Cr含有量が高すぎれば、組織の安定性が低下して高温クリープ強度が低下する。したがって、Cr含有量は15.0〜20.0%未満である。本実施形態では、上述のとおり本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼を高温水蒸気酸化雰囲気で使用すると、表面の酸化スケール内に金属Ni層が形成される。この金属Ni層により、20.0%未満のCr含有量であっても優れた耐水蒸気酸化性を維持することが出来る。Cr含有量の好ましい下限は15.0%よりも高く、より好ましくは16.0%であり、さらに好ましくは17.0%である。Cr含有量の好ましい上限は19.5%であり、さらに好ましくは19.0%である。
Cr: 15.0 to less than 20.0% Chromium (Cr) improves the steam oxidation resistance of steel. In a high temperature steam oxidation atmosphere, Cr forms a chromia (Cr 2 O 3 ) film in the vicinity of the steel surface. By forming a uniform chromia film on the surface of the steel, the steam oxidation resistance of the steel is enhanced. If the Cr content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content is too high, the stability of the structure is lowered and the high temperature creep strength is lowered. Therefore, the Cr content is less than 15.0 to 20.0%. In the present embodiment, as described above, when the austenitic stainless steel of the present embodiment is used in a high-temperature steam oxidation atmosphere, a metal Ni layer is formed in the oxide scale on the surface. This metal Ni layer can maintain excellent steam oxidation resistance even with a Cr content of less than 20.0%. The minimum with preferable Cr content is higher than 15.0%, More preferably, it is 16.0%, More preferably, it is 17.0%. The upper limit with preferable Cr content is 19.5%, More preferably, it is 19.0%.

Ni:25.0〜45.0%未満
ニッケル(Ni)は、オーステナイトを安定化させる。Niはさらに、鋼の耐水蒸気酸化性及び耐食性を高める。Ni含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ni含有量が高すぎれば、これらの効果が飽和するだけでなく、熱間加工性が低下する。Ni含有量が高すぎればさらに、原料コストが高くなる。したがって、Ni含有量は25.0〜45.0%未満である。Ni含有量の好ましい下限は25.0%よりも高く、より好ましくは26.0%であり、さらに好ましくは28.0%である。Ni含有量の好ましい上限は42.0%であり、さらに好ましくは40.0%である。
Ni: 25.0 to less than 45.0% Nickel (Ni) stabilizes austenite. Ni further enhances the steam oxidation resistance and corrosion resistance of the steel. If the Ni content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Ni content is too high, these effects are not only saturated, but hot workability is reduced. If the Ni content is too high, the raw material cost further increases. Therefore, the Ni content is less than 25.0-45.0%. The minimum with preferable Ni content is higher than 25.0%, More preferably, it is 26.0%, More preferably, it is 28.0%. The upper limit with preferable Ni content is 42.0%, More preferably, it is 40.0%.

Nb:2.3〜7.0%
ニオブ(Nb)は、Niと結合してγ“相(Ni3Nb)を形成する。Nbはさらに、Feと結合してLaves相(Fe2Nb)を形成する。これらの金属間化合物(γ“相及びLaves相)が、高温環境中において粒界及び粒内に析出することにより、材料の高温クリープ強度が高まる。Nb含有量が低すぎれば上記効果が得られない。一方、Nb含有量が高すぎれば、鋼の靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Nb含有量は2.3〜7.0%である。Nb含有量の好ましい下限は2.3%よりも高く、より好ましくは2.5%であり、さらに好ましくは2.8%である。Nb含有量の好ましい上限は7.0%未満であり、より好ましくは6.5%であり、さらに好ましくは6.0%である。
Nb: 2.3-7.0%
Niobium (Nb) combines with Ni to form a γ "phase (Ni 3 Nb). Nb further combines with Fe to form a Laves phase (Fe 2 Nb). These intermetallic compounds (γ The “phase and the Laves phase” are precipitated in the grain boundaries and grains in a high temperature environment, thereby increasing the high temperature creep strength of the material. If the Nb content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Nb content is too high, the toughness and hot workability of the steel decrease. Therefore, the Nb content is 2.3 to 7.0%. The minimum with preferable Nb content is higher than 2.3%, More preferably, it is 2.5%, More preferably, it is 2.8%. The upper limit with preferable Nb content is less than 7.0%, More preferably, it is 6.5%, More preferably, it is 6.0%.

N:0.030%以下
窒素(N)は不純物である。Nは、Nbと結合して窒化物を形成する。そのため、上述のNbを含有する金属間化合物(γ“相及びLaves相)の析出量が減少し、高温クリープ強度が低下する。さらに、窒化物は高温で長時間加熱されると凝集して粗大化する。粗大な窒化物は鋼の高温クリープ強度を低下させる。したがって、N含有量は0.030%以下である。好ましいN含有量は0.010%以下である。N含有量はなるべく低い方が好ましい。
N: 0.030% or less Nitrogen (N) is an impurity. N combines with Nb to form a nitride. Therefore, the amount of precipitation of the above-mentioned intermetallic compounds containing Nb (γ "phase and Laves phase) is reduced, and the high-temperature creep strength is reduced. Further, the nitride aggregates and becomes coarse when heated at a high temperature for a long time. Coarse nitrides reduce the high temperature creep strength of the steel, so the N content is 0.030% or less, the preferred N content is 0.010% or less, and the N content is as low as possible. Is preferred.

本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼の残部は、Fe及び不純物である。ここで、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるものであって、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。   The balance of the austenitic stainless steel of this embodiment is Fe and impurities. Here, the impurities are mixed from ore, scrap, or production environment as a raw material when industrially producing a steel material, and do not adversely affect the austenitic stainless steel of the present embodiment. It means what is allowed in the range.

本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼はさらに、次の式(1)を満たす。
Ni(sf)/Ni(cp)>1.00 (1)
ここで、式(1)中のNi(sf)にはオーステナイト系ステンレス鋼の表層におけるNi含有量(質量%)が代入される。また、Ni(cp)にはオーステナイト系ステンレス鋼全体の平均のNi含有量(質量%)が代入される。なお、本明細書において、オーステナイト系ステンレス鋼の表層とは、オーステナイト系ステンレス鋼における表面から5μm深さまでの範囲を意味する。
The austenitic stainless steel of this embodiment further satisfies the following formula (1).
Ni (sf) / Ni (cp)> 1.00 (1)
Here, Ni content (mass%) in the surface layer of austenitic stainless steel is substituted for Ni (sf) in the formula (1). Further, the average Ni content (% by mass) of the entire austenitic stainless steel is substituted for Ni (cp). In the present specification, the surface layer of austenitic stainless steel means a range from the surface of the austenitic stainless steel to a depth of 5 μm.

式(1)に示すとおり、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼では、表面のNi含有量が、鋼全体の平均Ni含有量より高い。この場合、高温水蒸気酸化雰囲気において、耐水蒸気酸化性が高まる。   As shown in Formula (1), in the austenitic stainless steel of this embodiment, the Ni content on the surface is higher than the average Ni content of the entire steel. In this case, the steam oxidation resistance is enhanced in a high temperature steam oxidation atmosphere.

式(1)の好ましい下限は1.01であり、さらに好ましくは1.02である。また、式(1)の上限は特に限定されないが、本実施形態の化学組成における式(1)の上限の一例は2.50である。   The minimum with preferable Formula (1) is 1.01, More preferably, it is 1.02. Moreover, although the upper limit of Formula (1) is not specifically limited, An example of the upper limit of Formula (1) in the chemical composition of this embodiment is 2.50.

上述の表層のNi含有量Ni(sf)は次の方法で求められる。オーステナイト系ステンレス鋼の表面のうち、任意の5点(測定点)において、Ni(sf)を測定する。オーステナイト系ステンレス鋼を表面に対して垂直に切断して、上記測定点を含むサンプルを採取する。測定点において、表面から5μm深さまでの範囲(つまり表層)における平均Ni含有量をEDX(エネルギ分散型X線分光)により求める。求めた値をNi(sf)(%)と定義する。   The Ni content Ni (sf) of the surface layer described above is obtained by the following method. Of the surface of the austenitic stainless steel, Ni (sf) is measured at any five points (measurement points). An austenitic stainless steel is cut perpendicular to the surface, and a sample including the measurement points is taken. At the measurement point, the average Ni content in the range from the surface to a depth of 5 μm (that is, the surface layer) is determined by EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy). The obtained value is defined as Ni (sf) (%).

上述の鋼全体の平均Ni含有量Ni(cp)は、次の方法で求められる。本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼材の表面から垂直な断面における中央部で試験片を採取する。たとえば、オーステナイト系ステンレス鋼材が鋼板の場合、圧延方向に垂直な断面の中央部(中心軸部分)から試験片を採取する。同様に、オーステナイト系ステンレス鋼材が棒鋼又は線材である場合、中心軸部分から試験片を採取する。オーステナイト系ステンレス鋼材が鋼管である場合、肉厚中央部から試験片を採取する。採取された試験片に対して、誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により、Ni含有量を求める。求めた値を鋼全体の平均Ni含有量Ni(cp)(%)と定義する。   The average Ni content Ni (cp) of the entire steel is obtained by the following method. A test piece is collected at the center of the cross section perpendicular to the surface of the austenitic stainless steel material of the present embodiment. For example, when the austenitic stainless steel material is a steel plate, a test piece is collected from the central portion (central axis portion) of the cross section perpendicular to the rolling direction. Similarly, when the austenitic stainless steel material is a steel bar or a wire, a test piece is collected from the central shaft portion. When the austenitic stainless steel material is a steel pipe, a test piece is taken from the center of the wall thickness. Ni content is calculated | required with respect to the extract | collected test piece by the inductively coupled plasma (ICP) emission-spectral-analysis method. The obtained value is defined as the average Ni content Ni (cp) (%) of the entire steel.

本実施形態による、オーステナイト系ステンレス鋼の形状は、特に限定されない。オーステナイト系ステンレス鋼はたとえば、鋼板、鋼管、棒鋼、線材等である。オーステナイト系ステンレス鋼が鋼管である場合、オーステナイト系ステンレス鋼管はボイラ用配管等として使用される。   The shape of the austenitic stainless steel according to the present embodiment is not particularly limited. Examples of the austenitic stainless steel include a steel plate, a steel pipe, a steel bar, and a wire rod. When the austenitic stainless steel is a steel pipe, the austenitic stainless steel pipe is used as a piping for a boiler.

[製造方法]
本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法の一例について説明する。ただし、オーステナイト系ステンレス鋼が上記構成を有すれば、製造方法は特に限定されない。
[Production method]
An example of the manufacturing method of the austenitic stainless steel of this embodiment is demonstrated. However, the manufacturing method is not particularly limited as long as the austenitic stainless steel has the above configuration.

[中間材製造工程]
上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。溶鋼に対して、必要に応じて周知の脱ガス処理を実施する。
[Intermediate material manufacturing process]
A molten steel having the above chemical composition is produced. A well-known degassing process is implemented with respect to molten steel as needed.

製造された溶鋼から造塊法によりインゴットを製造する。インゴットを熱間加工(熱間鍛造等)してスラブやブルーム、ビレット等の鋼素材を製造する。製造された溶鋼から連続鋳造法によりスラブやブルーム、ビレット等の鋼素材を製造してもよい。   An ingot is manufactured from the manufactured molten steel by an ingot-making method. The ingot is hot-worked (hot forging, etc.) to produce steel materials such as slabs, blooms and billets. Steel materials such as slabs, blooms and billets may be manufactured from the manufactured molten steel by a continuous casting method.

製造された鋼素材を熱間加工して、中間材を製造する。たとえば、鋼素材を熱間圧延して鋼板や棒鋼、線材を製造する。また、熱間押出や穿孔圧延等により鋼管を製造する。上記のとおり、熱間加工の具体的な方法は特に限定されず、最終製品の形状に応じた熱間加工を実施すればよい。   An intermediate material is manufactured by hot-working the manufactured steel material. For example, a steel material is hot-rolled to produce a steel plate, a steel bar, or a wire rod. Moreover, a steel pipe is manufactured by hot extrusion, piercing and rolling. As described above, the specific method of hot working is not particularly limited, and hot working corresponding to the shape of the final product may be performed.

熱間加工後の中間材に対して冷間加工を実施してもよい。中間材が鋼管である場合、冷間加工はたとえば、冷間引抜や冷間圧延である。中間材が鋼板である場合、冷間圧延等である。   Cold working may be performed on the intermediate material after hot working. When the intermediate material is a steel pipe, the cold working is, for example, cold drawing or cold rolling. When the intermediate material is a steel plate, it is cold rolling or the like.

[熱処理工程]
製造された中間材に対して熱処理を実施する。熱処理を実施することにより、中間材の表面に金属酸化物層が形成される。
[Heat treatment process]
A heat treatment is performed on the manufactured intermediate material. By performing the heat treatment, a metal oxide layer is formed on the surface of the intermediate material.

熱処理温度は1000〜1200℃である。熱処理温度が低すぎれば、結晶粒の均一化が不十分となる。また、後述のNi表面濃化処理工程後にオーステナイト系ステンレス鋼の表面近傍でのNi濃化が不十分となる。その結果、式(1)が満たされない。一方、熱処理温度が高すぎれば、結晶粒径が著しく粗大化するため、施工性が低下する。従って、熱処理温度は1000〜1200℃である。   The heat treatment temperature is 1000 to 1200 ° C. If the heat treatment temperature is too low, the crystal grains are not sufficiently homogenized. Moreover, Ni concentration in the surface vicinity of austenitic stainless steel becomes inadequate after the below-mentioned Ni surface concentration treatment process. As a result, Expression (1) is not satisfied. On the other hand, if the heat treatment temperature is too high, the crystal grain size is remarkably coarsened, so that the workability is lowered. Accordingly, the heat treatment temperature is 1000 to 1200 ° C.

熱処理時間は5〜60分である。熱処理時間が短かすぎれば、結晶粒の均一化が不十分となる。また、Ni表面濃化処理工程後にオーステナイト系ステンレス鋼の表面近傍でのNiの濃化が不十分となる。その結果、式(1)が満たされない。一方、熱処理時間が長すぎれば、結晶粒径が著しく粗大化するために施工性が低下する。したがって、熱処理時間は5〜60分である。   The heat treatment time is 5 to 60 minutes. If the heat treatment time is too short, the homogenization of crystal grains becomes insufficient. Further, the concentration of Ni near the surface of the austenitic stainless steel becomes insufficient after the Ni surface concentration treatment step. As a result, Expression (1) is not satisfied. On the other hand, if the heat treatment time is too long, the crystal grain size is remarkably coarsened, so that the workability is lowered. Therefore, the heat treatment time is 5 to 60 minutes.

熱処理雰囲気は、大気雰囲気もしくは酸化性のガス雰囲気が望ましい。酸化性雰囲気でない場合、上記効果が得られない恐れがある。   The heat treatment atmosphere is preferably an air atmosphere or an oxidizing gas atmosphere. If the atmosphere is not an oxidizing atmosphere, the above effects may not be obtained.

[Ni表面濃化処理工程]
熱処理後の中間材に対して、Ni表面濃化処理を実施する。Ni表面濃化処理では、浴を準備する。熱処理後の中間材を浴に浸漬して、熱処理により形成された金属酸化物層を除去する。このとき、中間材の表層のFe及びCrの酸化物を含む金属酸化物層が除去される。その結果、表層のNi濃度が増加する。
[Ni surface enrichment process]
Ni surface concentration treatment is performed on the intermediate material after the heat treatment. In the Ni surface concentration treatment, a bath is prepared. The intermediate material after the heat treatment is immersed in a bath to remove the metal oxide layer formed by the heat treatment. At this time, the metal oxide layer containing Fe and Cr oxides on the surface layer of the intermediate material is removed. As a result, the Ni concentration in the surface layer increases.

Ni表面濃化処理温度は5〜50℃である。Ni表面濃化処理温度が低すぎれば、鋼全体の平均Ni濃度に対して表面のNi濃度が増加しにくく、式(1)が満たされない。一方、Ni表面濃化処理温度が高すぎれば、表面のNi濃度が均一に増加せず、式(1)が満たされない。Ni表面濃化処理温度が5〜50℃であれば、表面のNi濃度が均一に増加して、Ni表面濃化処理後のオーステナイト系ステンレス鋼が式(1)を満たす。   The Ni surface concentration treatment temperature is 5 to 50 ° C. If the Ni surface concentration treatment temperature is too low, the surface Ni concentration is unlikely to increase with respect to the average Ni concentration of the entire steel, and the formula (1) is not satisfied. On the other hand, if the Ni surface concentration treatment temperature is too high, the Ni concentration on the surface does not increase uniformly and equation (1) is not satisfied. If the Ni surface concentration treatment temperature is 5 to 50 ° C., the Ni concentration on the surface increases uniformly, and the austenitic stainless steel after the Ni surface concentration treatment satisfies the formula (1).

Ni表面濃化処理時間は0.5〜10時間である。Ni表面濃化処理時間が短かすぎれば、表面のNi濃度が増加しにくく、式(1)が満たされない。一方、Ni表面濃化処理時間が長すぎれば、表面に濃化したNi層も溶解されるため、表面のNi濃度が均一に増加しにくく、式(1)が満たされない。Ni表面濃化処理時間が0.5〜10時間であれば、表面のNi濃度が均一に増加して、Ni表面濃化処理後のオーステナイト系ステンレス鋼が式(1)を満たす。   The Ni surface concentration treatment time is 0.5 to 10 hours. If the Ni surface concentration treatment time is too short, the Ni concentration on the surface is difficult to increase, and the formula (1) is not satisfied. On the other hand, if the Ni surface concentration treatment time is too long, the Ni layer concentrated on the surface is also dissolved. Therefore, the Ni concentration on the surface is difficult to increase uniformly, and equation (1) is not satisfied. When the Ni surface concentration treatment time is 0.5 to 10 hours, the Ni concentration on the surface increases uniformly, and the austenitic stainless steel after the Ni surface concentration treatment satisfies the formula (1).

Ni表面濃化処理に用いる浴の種類は特に限定されない。好ましい浴は、塩酸、硫酸、及び硝酸からなる群から選択される1種と、フッ酸との混合溶液である。   The type of bath used for the Ni surface concentration treatment is not particularly limited. A preferred bath is a mixed solution of hydrofluoric acid and one selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid.

以上の製造方法により、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼が製造される。上述の熱処理及びNi表面濃化処理により、中間材の表層では、Fe及びCrの酸化物を含む金属酸化物層が除去される。一方、表層のNiは残留する。その結果、オーステナイト系ステンレス鋼の表層において、Fe濃度及びCr濃度が減少し、Ni濃度が相対的に増加して、式(1)を満たす。   The austenitic stainless steel of this embodiment is manufactured by the above manufacturing method. By the above heat treatment and Ni surface concentration treatment, the metal oxide layer containing the oxides of Fe and Cr is removed from the surface layer of the intermediate material. On the other hand, the surface Ni remains. As a result, in the surface layer of the austenitic stainless steel, the Fe concentration and the Cr concentration are decreased, and the Ni concentration is relatively increased to satisfy the formula (1).

Ni表面濃化処理工程後に、オーステナイト系ステンレス鋼の表面に対して、投射材を用いたブラスト処理を実施してもよい。オーステナイト系ステンレス鋼管の場合、例えば、鋼管内面に対してブラスト処理を実施する。また、オーステナイト系ステンレス鋼板の場合、一表面に対してブラスト処理を実施する。この場合、オーステナイト系ステンレス鋼のブラスト処理が実施された表面に加工層が形成される。そのため、耐水蒸気酸化性がさらに高まる。   After the Ni surface concentration treatment step, a blast treatment using a projection material may be performed on the surface of the austenitic stainless steel. In the case of an austenitic stainless steel pipe, for example, blasting is performed on the inner surface of the steel pipe. In the case of an austenitic stainless steel sheet, blasting is performed on one surface. In this case, a processed layer is formed on the surface of the austenitic stainless steel that has been subjected to blasting. Therefore, the steam oxidation resistance is further increased.

[高温水蒸気酸化雰囲気で使用中の本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼]
上述のオーステナイト系ステンレス鋼はたとえば、高温水蒸気酸化雰囲気中で使用される。たとえば、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼が、ボイラ用鋼管として、発電プラントのボイラの加熱器管及び再熱器管に使用される場合がこれに相当する。
[Austenitic stainless steel of this embodiment in use in a high temperature steam oxidation atmosphere]
The austenitic stainless steel described above is used, for example, in a high temperature steam oxidation atmosphere. For example, this corresponds to the case where the austenitic stainless steel according to the present embodiment is used as a boiler steel pipe for a heater pipe and a reheater pipe of a power plant.

高温水蒸気酸化雰囲気で使用された本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼の表面には、図2に示すとおり、酸化スケール20が形成されている。酸化スケール20は、内層酸化スケール30と外層酸化スケール40とを含む。   As shown in FIG. 2, an oxide scale 20 is formed on the surface of the austenitic stainless steel of this embodiment used in a high-temperature steam oxidation atmosphere. The oxide scale 20 includes an inner layer oxide scale 30 and an outer layer oxide scale 40.

内層酸化スケール30は、オーステナイト系ステンレス鋼10の表面に形成されている。内層酸化スケール30は、主としてFe及びCrの混合酸化物からなる。内層酸化スケール30はたとえば、80体積%以上の(Fe、Cr)34を含有する。外層酸化スケール40は、内層酸化スケール30上に形成されている。外層酸化スケール40は、主としてFe系酸化物からなる。外層酸化スケール40はたとえば、80体積%以上のFe34を含有する。 The inner oxide scale 30 is formed on the surface of the austenitic stainless steel 10. The inner oxide scale 30 is mainly composed of a mixed oxide of Fe and Cr. The inner layer oxide scale 30 contains, for example, 80% by volume or more of (Fe, Cr) 3 O 4 . The outer oxide scale 40 is formed on the inner oxide scale 30. The outer layer oxide scale 40 is mainly composed of an Fe-based oxide. The outer layer oxide scale 40 contains, for example, 80% by volume or more of Fe 3 O 4 .

オーステナイト系ステンレス鋼10はさらに、内層酸化スケール30と外層酸化スケール40との界面に、金属Ni層50を含む。金属Ni層50は、80質量%以上のNiを含有する。上記Ni濃度は、EDXにより測定可能である。   The austenitic stainless steel 10 further includes a metal Ni layer 50 at the interface between the inner oxide scale 30 and the outer oxide scale 40. The metal Ni layer 50 contains 80% by mass or more of Ni. The Ni concentration can be measured by EDX.

金属Ni層50が形成されると、高温水蒸気酸化雰囲気中における酸化スケールの成長が抑制される。そのため、オーステナイト系ステンレス鋼の耐水蒸気酸化性が高まる。この理由は定かではないが、金属Ni層50により、外界からの酸化スケール20(内層酸化スケール30)へのOの侵入、及び、母材からのFeの酸化スケール20(外層酸化スケール40)への供給が抑制されるためと考えられる。   When the metal Ni layer 50 is formed, the growth of oxide scale in the high-temperature steam oxidation atmosphere is suppressed. Therefore, the steam oxidation resistance of the austenitic stainless steel is increased. The reason for this is not clear, but the metal Ni layer 50 causes O to enter the oxide scale 20 (inner layer oxide scale 30) from the outside and to the iron oxide scale 20 (outer layer oxide scale 40) from the base material. This is thought to be due to the suppression of supply.

以上のとおり、金属Ni層50の形成により、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼の耐水蒸気酸化性は高まる。   As described above, the formation of the metal Ni layer 50 increases the steam oxidation resistance of the austenitic stainless steel of the present embodiment.

上記効果をより有効に得るために、金属Ni層50のNi占有率は面積率で60%以上が好ましく、さらに好ましくは65%以上である。この場合、高温水蒸気酸化雰囲気中における耐水蒸気酸化性がさらに高まる。   In order to obtain the above effect more effectively, the Ni occupation ratio of the metal Ni layer 50 is preferably 60% or more, more preferably 65% or more in terms of area ratio. In this case, the steam oxidation resistance in the high temperature steam oxidation atmosphere is further enhanced.

[試験方法]
表1に示す化学組成を有する溶鋼を、真空溶解炉を用いて製造した。
[Test method]
Molten steel having the chemical composition shown in Table 1 was produced using a vacuum melting furnace.

Figure 0006575265
Figure 0006575265

表1中に示す各番号の溶鋼を用いて、インゴットを製造した。インゴットを熱間加工して、中間材(鋼板)を製造した。   Ingots were manufactured using the molten steels having the numbers shown in Table 1. The ingot was hot worked to produce an intermediate material (steel plate).

製造された中間材に対して、表2に示す熱処理及びNi表面濃化処理を実施してオーステナイト系ステンレス鋼板を製造した。   The manufactured intermediate material was subjected to heat treatment and Ni surface concentration treatment shown in Table 2 to produce an austenitic stainless steel sheet.

[Ni(sf)/Ni(cp)測定]
各試験番号のオーステナイト系ステンレス鋼板を垂直に切断し、表面を含むサンプルを採取した。サンプルを樹脂に埋め込み、表面近傍の断面を含む観察面を研磨した。研磨後の観察面に対して、上述の方法を用いて表層(表面から深さ5μmまでの範囲)のNi含有量を求めた。
[Ni (sf) / Ni (cp) measurement]
The austenitic stainless steel plate of each test number was cut vertically and a sample including the surface was taken. The sample was embedded in resin, and the observation surface including the cross section near the surface was polished. The Ni content of the surface layer (range from the surface to a depth of 5 μm) was determined on the observation surface after polishing using the method described above.

さらに、各試験番号のオーステナイト系ステンレス鋼板の横断面の中央部から分析用試験片を採取し、ICP発光分光分析法により、Ni含有量を求め、これをNi(cp)と定義した。   Furthermore, a test piece for analysis was taken from the center of the cross section of the austenitic stainless steel plate of each test number, and the Ni content was determined by ICP emission spectroscopy, which was defined as Ni (cp).

[水蒸気酸化試験]
各試験番号のオーステナイト系ステンレス鋼板から、2mm×10mm×25mmの試験片を採取し、水蒸気酸化試験を実施した。
[Steam oxidation test]
A test piece of 2 mm × 10 mm × 25 mm was taken from the austenitic stainless steel plate of each test number, and a steam oxidation test was performed.

具体的には、試験片を治具に吊り下げた。続いて、試験片を吊り下げたまま、横型管状加熱炉に装入した。装入後、700℃の水蒸気雰囲気(溶存酸素量は100ppb)で2000時間保持された。   Specifically, the test piece was suspended from a jig. Subsequently, the test piece was suspended and charged into a horizontal tubular heating furnace. After charging, it was kept in a steam atmosphere at 700 ° C. (the amount of dissolved oxygen was 100 ppb) for 2000 hours.

試験後、各試験片を切断した。切断面が観察面となるよう、切断された試験片を樹脂に埋め込んだ。その後、観察面を鏡面研磨した。鏡面研磨された観察面を、光学顕微鏡観察又は走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて1000〜3000倍で観察し、試験片に形成された内層酸化スケールの平均厚さを求めた。具体的には、光学顕微鏡観察又はSEMを用いて、試験片の表面近傍を観察し、任意の10視野において、内層酸化スケールの厚さを測定した。上述のとおり、内層酸化スケールの組成は、外層酸化スケールの組成と異なる。そのため、内層酸化スケールは外層酸化スケールと区別可能である。各視野で測定された内層酸化スケールの厚さの平均を、内層酸化スケールの厚さと定義した。   After the test, each test piece was cut. The cut specimen was embedded in the resin so that the cut surface became the observation surface. Thereafter, the observation surface was mirror-polished. The mirror-polished observation surface was observed at 1000 to 3000 times using an optical microscope observation or a scanning electron microscope (SEM), and the average thickness of the inner layer oxide scale formed on the test piece was determined. Specifically, the surface vicinity of the test piece was observed using an optical microscope observation or SEM, and the thickness of the inner layer oxide scale was measured in any 10 visual fields. As described above, the composition of the inner layer oxide scale is different from the composition of the outer layer oxide scale. Therefore, the inner oxide scale can be distinguished from the outer oxide scale. The average thickness of the inner oxide scale measured in each field was defined as the thickness of the inner oxide scale.

さらに、水蒸気酸化試験後における、金属Ni層のNi占有率を測定した。具体的には、光学顕微鏡又はSEMを用いて、鏡面研磨された観察面を観察した。観察面の、内層酸化スケールと外層酸化スケールの界面上に存在する金属Ni層の長さを測定することで、界面全体の長さに対する金属Ni層の長さの比を金属Ni層のNi占有率と定義した。   Furthermore, the Ni occupation ratio of the metal Ni layer after the steam oxidation test was measured. Specifically, the mirror-polished observation surface was observed using an optical microscope or SEM. By measuring the length of the metal Ni layer existing on the interface between the inner layer oxide scale and the outer layer oxide scale on the observation surface, the ratio of the length of the metal Ni layer to the total length of the interface is defined as the Ni occupation of the metal Ni layer. Defined as rate.

[試験結果]
表2に、試験結果を示す。
[Test results]
Table 2 shows the test results.

Figure 0006575265
Figure 0006575265

表2を参照して、試験番号1、7及び8のオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成は適切であり、Ni(sf)/Ni(cp)の値が式(1)を満たした。その結果、水蒸気酸化試験後において、内層酸化スケールの厚さが10μm未満であった。また、水蒸気酸化試験後において、金属Ni層のNi占有率が60%以上であった。   Referring to Table 2, the chemical compositions of the austenitic stainless steels of test numbers 1, 7, and 8 were appropriate, and the value of Ni (sf) / Ni (cp) satisfied the formula (1). As a result, after the steam oxidation test, the thickness of the inner layer oxide scale was less than 10 μm. Further, after the steam oxidation test, the Ni occupancy ratio of the metal Ni layer was 60% or more.

一方、試験番号2〜6、12及び13は、化学成分は適切であったものの、熱処理もしくはNi表面濃化処理条件が不適切であったため、Ni(sf)/Ni(cp)の値が1.00以下となり、式(1)を満たさなかった。具体的には、試験番号2では、熱処理時間が短すぎた。試験番号3では、熱処理温度が低すぎた。試験番号4では、熱処理雰囲気がArであり、酸化雰囲気ではなかった。試験番号5では、Ni表面濃化処理温度が低すぎた。試験番号6では、Ni表面濃化処理時間が短すぎた。試験番号12では、Ni表面濃化処理温度が高すぎた。試験番号13では、Ni表面濃化処理時間が長すぎた。そのため、試験番号2〜6、12及び13では、Ni(sf)/Ni(cp)の値が1.00以下となった。その結果、これらの試験番号の内層酸化スケール厚さは、試験番号1、7及び8よりも厚く、10μm以上であった。さらに、界面に対する金属Ni層の割合が60%未満であった。   On the other hand, in Test Nos. 2-6, 12 and 13, although the chemical components were appropriate, the heat treatment or Ni surface concentration treatment conditions were inappropriate, so the value of Ni (sf) / Ni (cp) was 1. It was 0.000 or less, and the formula (1) was not satisfied. Specifically, in test number 2, the heat treatment time was too short. In test number 3, the heat treatment temperature was too low. In test number 4, the heat treatment atmosphere was Ar and not an oxidizing atmosphere. In test number 5, the Ni surface concentration treatment temperature was too low. In test number 6, the Ni surface concentration treatment time was too short. In test number 12, the Ni surface concentration treatment temperature was too high. In test number 13, the Ni surface concentration treatment time was too long. Therefore, in the test numbers 2 to 6, 12, and 13, the value of Ni (sf) / Ni (cp) was 1.00 or less. As a result, the inner layer oxide scale thickness of these test numbers was thicker than test numbers 1, 7 and 8, and was 10 μm or more. Furthermore, the ratio of the metal Ni layer to the interface was less than 60%.

試験番号9及び試験番号10のオーステナイト系ステンレス鋼のNi含有量は低すぎ、試験番号11のオーステナイト系ステンレス鋼Cr含有量は低すぎた。そのため、これらの試験番号の内層酸化スケール厚さは、試験番号1、7及び8よりも厚く、10μm以上であった。さらに、界面に対する金属Ni層の割合が60%未満であった。   The Ni content of the austenitic stainless steels of test number 9 and test number 10 was too low, and the austenitic stainless steel Cr content of test number 11 was too low. Therefore, the inner layer oxide scale thicknesses of these test numbers were thicker than the test numbers 1, 7, and 8, and were 10 μm or more. Furthermore, the ratio of the metal Ni layer to the interface was less than 60%.

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the above-described embodiment is merely an example for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately changing the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

1、10 オーステナイト系ステンレス鋼
2、20 酸化スケール
3、30 内層酸化スケール
4、40 外層酸化スケール
50 金属Ni層
1, 10 Austenitic stainless steel 2, 20 Oxide scale 3, 30 Inner layer oxide scale 4, 40 Outer layer oxide scale 50 Metal Ni layer

Claims (3)

オーステナイト系ステンレス鋼であって、
質量%で、
C:0.02%以下、
Si:1.5%以下、
Mn:1.0%以下、
P:0.020%以下、
S:0.010%以下、
Cr:15〜20%未満、
Ni:25〜45%未満、
Nb:2.3〜7.0%、及び
N:0.030%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
式(1)を満たす、オーステナイト系ステンレス鋼。
Ni(sf)/Ni(cp)>1.00 (1)
ここで、式(1)中のNi(sf)には前記オーステナイト系ステンレス鋼の表面から5μm深さまでの範囲におけるNi含有量(質量%)が代入され、Ni(cp)には前記オーステナイト系ステンレス鋼全体の平均のNi含有量(質量%)が代入される。
Austenitic stainless steel,
% By mass
C: 0.02% or less,
Si: 1.5% or less,
Mn: 1.0% or less,
P: 0.020% or less,
S: 0.010% or less,
Cr: 15 to less than 20%,
Ni: 25 to less than 45%,
Nb: 2.3 to 7.0%, and N: 0.030% or less, with the balance being Fe and impurities,
An austenitic stainless steel that satisfies formula (1).
Ni (sf) / Ni (cp)> 1.00 (1)
Here, Ni content (mass%) in the range from the surface of the austenitic stainless steel to a depth of 5 μm is substituted for Ni (sf) in the formula (1), and the austenitic stainless steel is substituted for Ni (cp). The average Ni content (mass%) of the entire steel is substituted.
請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であってさらに、
前記オーステナイト系ステンレス鋼の表面に形成された内層酸化スケールと、
前記内層酸化スケール上に形成された外層酸化スケールと、
前記内層酸化スケールと前記外層酸化スケールとの界面に形成されており、前記界面の60%以上を占める金属Ni層とを備える、オーステナイト系ステンレス鋼。
The austenitic stainless steel according to claim 1, further comprising:
An inner layer oxide scale formed on the surface of the austenitic stainless steel;
An outer layer oxide scale formed on the inner layer oxide scale;
An austenitic stainless steel comprising a metallic Ni layer formed at an interface between the inner layer oxide scale and the outer layer oxide scale and occupying 60% or more of the interface.
請求項1又は請求項2に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
前記オーステナイト系ステンレス鋼は鋼管である、オーステナイト系ステンレス鋼。
The austenitic stainless steel according to claim 1 or 2,
The austenitic stainless steel is an austenitic stainless steel which is a steel pipe.
JP2015188442A 2015-09-25 2015-09-25 Austenitic stainless steel Active JP6575265B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015188442A JP6575265B2 (en) 2015-09-25 2015-09-25 Austenitic stainless steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015188442A JP6575265B2 (en) 2015-09-25 2015-09-25 Austenitic stainless steel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017061729A JP2017061729A (en) 2017-03-30
JP6575265B2 true JP6575265B2 (en) 2019-09-18

Family

ID=58429323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015188442A Active JP6575265B2 (en) 2015-09-25 2015-09-25 Austenitic stainless steel

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6575265B2 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11269615A (en) * 1998-03-23 1999-10-05 Nisshin Steel Co Ltd Ni-containing stainless steel excellent in antibacterial property and its production
JP4483378B2 (en) * 2004-03-31 2010-06-16 Jfeスチール株式会社 High corrosion resistant steel
WO2009060900A1 (en) * 2007-11-07 2009-05-14 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Stainless steel product for polymer electrolyte fuel cell separators and polymer electrolyte fuel cells
JP5392016B2 (en) * 2009-11-10 2014-01-22 新日鐵住金株式会社 Conductive stainless steel material and manufacturing method thereof
JP2011195880A (en) * 2010-03-19 2011-10-06 Sumitomo Metal Ind Ltd Austenitic stainless steel

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017061729A (en) 2017-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6244939B2 (en) Austenitic stainless steel pipe
JP5896089B1 (en) Austenitic stainless steel and manufacturing method thereof
JP6819700B2 (en) Ni-based heat-resistant alloy member and its manufacturing method
JP4952862B2 (en) Austenitic stainless steel pipe excellent in steam oxidation resistance and manufacturing method thereof
JP6244938B2 (en) Austenitic stainless steel welded joint
CN109072377B (en) Austenitic stainless steel material
JPWO2017119415A1 (en) Austenitic heat-resistant alloy and manufacturing method thereof
JP6614347B2 (en) Austenitic stainless steel
JP5589965B2 (en) Austenitic stainless steel pipe manufacturing method and austenitic stainless steel pipe
KR20190065352A (en) NiCrFe alloy
JP2013049902A (en) Ni-BASED ALLOY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
JP2021167445A (en) Duplex stainless steel
JP7114998B2 (en) austenitic stainless steel
JP6340870B2 (en) Austenitic stainless steel
JP2021127517A (en) Austenitic stainless steel material
JP5782753B2 (en) Manufacturing method of high Cr high Ni alloy tube and high Cr high Ni alloy
JP6327077B2 (en) Austenitic stainless steel
JP2021167446A (en) Duplex stainless steel
JPWO2019098233A1 (en) Duplex Stainless Steel and Duplex Stainless Steel Manufacturing Methods
JP6575265B2 (en) Austenitic stainless steel
JP6575266B2 (en) Austenitic stainless steel
JP6627662B2 (en) Austenitic stainless steel
JP2017014543A (en) Stainless steel for oil well and stainless steel pipe for oil well
WO2024063108A1 (en) Martensitic stainless steel material
JP5780212B2 (en) Ni-based alloy

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180509

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190319

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190320

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190723

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190805

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6575265

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151