JP7492259B2 - 鋼材 - Google Patents
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Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
SO3→SO2+1/2O2・・・(2)
2HI→H2+I2・・・(3)
SO2+I2+2H2O→2HI+H2SO4・・・(4)
H2O→H2+1/2O2・・・(5)
C:0.05~0.10%、
Si:0.10~0.50%、
Al:3.0~6.0%、
Mn:0.30~1.50%、
P:0.05%以下、
S:0.02%以下、
N:0.01%以下、
Ni:25.0~40.0%、
Cr:17.0~25.0%、
B:0.0015~0.0080%、
Ti:0.15~0.60%、
残部:Feおよび不純物である、鋼材。
Cu:0.75%以下、および
Mo:0.20%以下、
からなる群から選択される一種以上を含有する、上記(1)に記載の鋼材。
含有する、上記(1)または(2)に記載の鋼材。
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。
Cは、オーステナイト組織を安定にするとともに,鋼の強度を向上させる。このため、C含有量は、0.05%以上とする。強度を確保する観点からは、C含有量は、0.06%以上とするのが好ましい。しかしながら、Cを過剰に含有させると、高温での使用中に炭化物が析出して脆化する。このため、C含有量は、0.10%以下とする。C含有量は、0.08%以下とするのが好ましい。
Siは、脱酸効果を有する元素である。特に、本発明に係る鋼材では、使用環境において、α-Al2O3からなる酸化皮膜を形成させる必要がある。このため、脱酸時に酸素と結合し、酸化物となるAlの量を低減し、十分な固溶Al量を確保することが必要である。この固溶Alが、使用環境において、酸素と結合し、α-Al2O3となるからである。
Alは、使用環境中において、α-Al2O3からなる酸化皮膜を、均一かつ早期に、形成させるのに必要な元素である。また、強度の向上にも有効な元素である。このため、Al含有量は、3.0%以上とする。Al含有量は、3.5%以上とするのが好ましく、4.0%以上とするのがより好ましい。しかしながら、Alを過剰に含有させると、熱間加工中に、Ni3Alが析出し、加工性が低下する。このため、Al含有量は、6.0%以下とする。Al含有量は、5.5%以下とするのが好ましく、5.0%以下とするのがより好ましい。
Mnは、脱酸効果を有する元素である。また、MnSとして、Sを固定化して熱間加工性を改善する。このため、Mn含有量は、0.30%以上とする。Mn含有量は、0.40%以上とするのが好ましく、0.50%以上とするのがより好ましい。しかしながら、Mnを過剰に含有させると、酸化皮膜中にMn酸化物が取り込まれ、耐食性を劣化させる。この結果、α-Al2O3からなる酸化皮膜について、耐食性向上効果を得にくくなる。このため、Mn含有量は、1.50%以下とする。Mn含有量は、1.20%以下とするのが好ましく、1.00%以下とするのがより好ましい。
Pは、鋼中に不純物として含有される元素である。そして、鋼材の溶接性を低下させる。特に、P含有量が0.05%を超えると、溶接性が著しく低下する。このため、P含有量は、0.05%以下とする。P含有量は、0.04%以下とするのが好ましい。P含有量は、極力低減するのが好ましいが、過剰な低減は、製造コストを増加させる。このため、P含有量は、0.005%以上とするのが好ましい。
Sは、鋼中に不純物として含有される元素である。そして、鋼材の熱間加工性を低下させる。このため、S含有量は、0.02%以下とする。S含有量は、0.01%以下とするのが好ましく、0.005%以下とするのがより好ましい。しかしながら、S含有量の過剰な低減は、製造コストを増加させる。このため、S含有量は、0.0001%以上とするのが好ましい。
Nは、鋼中に不純物として含有される元素である。Nは、固溶強化により、鋼材の強度向上に有効な元素であるが、窒化物が生成されることで、熱間加工性を低下させる。このため、N含有量は、0.01%以下とする。N含有量は、0.008%以下とするのが好ましく、0.005%以下とするのがより好ましい。一方、強度向上効果を得たい場合には、N含有量は、0.0010%以上とするのが好ましい。
Niは、耐食性を確保するために、必要な元素である。また、高温での強度を確保する上でも、必要な元素である。このため、Ni含有量は、25.0%以上とする。Ni含有量は、28.0%以上とするのが好ましく、30.0%以上とするのがより好ましい。しかしながら、Niを、過剰に含有させると、良好な耐食皮膜が形成しにくくなり耐食性が低下する。このため、Ni含有量は、40.0%以下とする。Ni含有量は、38.0%以下とするのが好ましく、35.0%以下とするのがより好ましい。
Crは、耐食性および耐酸化性を確保するために、必要な元素である。また、α-Al2O3からなる酸化皮膜の形成に寄与する元素である。特に、熱交換など高温の酸化環境で耐酸化性を確保するために、Cr含有量は、17.0%以上とする。Cr含有量は、20.0%以上とするのが好ましく、20.5%以上とするのがより好ましい。しかしながら、Crを、過剰に含有させると、加工性が低下する。このため、Cr含有量は、25.0%以下とする。Cr含有量は、24.0%以下とするのが好ましく、23.0%以下とするのがより好ましい。
Bは、高温において金属組織の安定を維持するのに有効な元素である。このため、B含有量は、0.0015%以上とする。B含有量は、0.0020%以上とするのが好ましく、0.0025%以上とするのがより好ましい。しかしながら、Bを過剰に含有させると、高温での使用中に、クロム硼化物が析出し脆化しやすくなる。このため、B含有量は、0.0080%以下とする。B含有量は、0.0060%以下とするのが好ましく、0.0050%以下とするのがより好ましい。
Tiは、TiCとしてCを固定化して鋭敏化を抑制するとともに、細粒化により、鋼の強度を向上させる効果を有する。このため、Ti含有量は、0.15%以上とする。Ti含有量は、0.25%以上とするのが好ましく、0.35%以上とするのがより好ましい。しかしながら、Tiは、酸化しやすい元素であるため、過剰に含有させると、使用環境において、α-Al2O3からなる酸化皮膜の形成を阻害する。このため、Ti含有量は、0.60%以下とする。Ti含有量は、0.55%以下とするのが好ましく、0.50%以下とするのがより好ましい。
Cuは、硫黄酸化物を含む高温蒸気中で、耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Cuを過剰に含有させると、熱間加工性が低下する。このため、Cu含有量は、0.75%以下とする。Cu含有量は、0.65%以下とするのが好ましく、0.55%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Cu含有量は、0.03%以上とするのが好ましい。
Moは、材料の保管時等、常温での耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Moを過剰に含有させると、σ相が析出して強度が低下する。このため、Mo含有量は、0.20%以下とする。Mo含有量は、0.18%以下とするのが好ましく、0.15%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Mo含有量は、0.03%以上とするのが好ましい。
本発明に係る鋼材は、ISプロセスの装置等の素材となる板材および管材に好適である。また、本発明に係る鋼材は、ISプロセスへの適応以外にも、例えば、硫酸などの硫黄酸化物またはハロゲン化水素等を含む高温過酷環境への用途にも使用することができる。
本発明に係る鋼材の好ましい製造方法について説明する。本発明に係る鋼材は、製造方法によらず、上述の構成を有していれば、その効果を得られるが、例えば、以下のような製造方法により、安定して製造することができる。
固溶Al量は抽出残渣により評価した。板材から切粉を採取し、電解液(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)で切粉を電解し、ろ紙が回収した残渣を誘導結合プラズマ質量法で分析した。検出したAl量を析出Al量とした。含有Al量から析出Al量を引いた値を固溶Al量と定義した。
上記板材の板厚中央から、厚さ1mm×幅10mm×長さ55mmの腐食試験片を機械加工で作製した。この試験片の全面を、エメリー研磨紙の600番で湿式研磨し、仕上げ、アセトンで洗浄、脱脂した。その後、試験片の重量を測定した。この腐食試験片を、腐食試験用の石英管中に治具でセットし、アルゴンガスを流しながら850℃に加熱した。続いて、98%硫酸を、マイクロポンプを用いて上流側から供給し、気化および分解させることで、SO3ガスを発生させた。そして、SO2を含有したアルゴンガスを流しながら、40%SO3ガスとして通気させ、100時間の腐食試験を実施した。これにより、板材の表面に腐食生成物が形成した。
上記板材の板厚中央部から、厚さ2mm、平行部30mm、長さ100mmの板状引張試験片を採取し、引張試験を行い、常温引張強さを評価した。引張強さが650MPa以上である場合を、良好な強度であると評価した。一方、引張強さが650MPa未満である場合を、強度が劣ると評価した。また、加工性は、板材の表面に10mm以上の割れなど欠陥が目視できる場合を加工性が劣ると評価した。
また、本発明例の中では、No.2について、比較例の中では、No.7~12の例について、腐食試験を行った後、脱スケールせずに、Al、Cr、Siの元素分布をEPMA(Electron Probe Micro Analyzer)で分析した。また、No.2、No.7およびNo.9について、XRDを行い、腐食生成物を同定した。以下、結果を表1に示す。
Claims (4)
- 化学組成が、質量%で、
C:0.05~0.10%、
Si:0.10~0.50%、
Al:3.0~6.0%、
Mn:0.30~1.50%、
P:0.05%以下、
S:0.02%以下、
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Ni:25.0~40.0%、
Cr:17.0~25.0%、
B:0.0015~0.0080%、
Ti:0.15~0.60%、
残部:Feおよび不純物である、鋼材。 - 前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、質量%で、
Cu:0.75%以下、および
Mo:0.20%以下、
からなる群から選択される一種以上を含有する、請求項1に記載の鋼材。 - sol.Alを2.8~6.0%、
含有する、請求項1または2に記載の鋼材。 - ISプロセスの装置および配管に用いられる、請求項1~3のいずれか1項に記載の鋼材。
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