JPH0154425B2

JPH0154425B2 -

Info

Publication number: JPH0154425B2
Application number: JP59265968A
Authority: JP
Inventors: Takanori Nakazawa; Haruo Shimada; Hajime Komatsu
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-12-17
Filing date: 1984-12-17
Publication date: 1989-11-17
Also published as: JPS61143562A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明はクリープ破断延性のすぐれたNi―Cr
オーステナイト系ステンレス鋼に関するものであ
る。（従来の技術）近年、化学装置の高温化あるいは高速増殖炉の
開発に伴ない、クリープ領域で使用される高温構
造物においては材料のクリープ変形が無視できな
くなつている。このような高温構造用材料として
は、従来の高温引張強さ、クリープ破断強さの他
にクリープ破断延性にすぐれることが必要とな
る。従つてこのような高温構造物用材料として
は、たとえばステンレス鋼便覧（昭和48年８月30
日発行）の173頁「2.5.7オーステナイトステンレ
ス鋼」に示されているように、これまで主として
オーステナイト系ステンレス鋼が使用されてい
る。しかしながらたとえば代表的なオーステナイ
ト系ステンレス鋼であるSUS304鋼のクリープ破
断伸びは破断時間の増加とともに低下する傾向を
示し、例えば10000時間以上では20％を下廻るも
のが現われる。このようなクリープ破断延性時間
にともなう低下は高温構造物に寿命に制限を加え
る要因となる。またクリープ破断延性はクリープ
疲労特性と相関があり、この点からもクリープ破
断延性は重要な特性である。（発明が解決しようとする問題点）このように従来鋼はクリープ破断延性が長時間
側で低下する傾向があり、これは主として鋼中に
存在するＣが炭化物として結晶粒界に析出し粒界
が脆化することによると考えられている。一方Ｃ
はこれら鋼のクリープ強度を確保する上で極めて
有効な元素でもある。所で日本学術振興会耐熱金
属材料研究会第123委員会の1973年発行の研究報
告Vol.14、No.１の19頁によると、Ｃ量が0.04％以
上の場合にＰを添加することによつてクリープ破
断延性が向上する旨述べられている。しかしなが
ら同報文においてＣ量が低い場合にはこのような
Ｐの効果は認められないとされている。一方本発
明者らも1981年発行の鉄と鋼Vol.67、No.13の
S1147頁において、Ｐが最大0.036％までの添加に
おいて、クリープ破断延性の改善効果はあるが、
クリープ破断強度の改善効果は認められない事を
明らかにしている。しかしながらこれらの従来の
知見は、前者は長時間側でのクリープ破断延性の
低下が生じ、また後者では十分なクリープ破断強
度が得られないことから、いずれも高温構造材料
の上記した問題を解決するに充分な対策とはなり
得ない。（問題点を解決するための手段）そこで本発明者らはその後も検討を進めた結
果、SUS304あるいはSUS316程度の強度を有し、
長時間側でのクリープ破断延性の低下の少ない鋼
を開発することを目的に、炭化物析出による結晶
粒界脆化を防止するためＣを低減しそして粒界脆
化を引起さない元素によるクリープ強化を検討し
た。その結果従来の知見と異なり、大量にＰを添
加することが長時間クリープ破断延性及びクリー
プ破断強度いずれの点においても有効であるとい
う全く新たな知見を得るに至つた。（発明の構成・作用）本発明は以上のような知見に基いてなされたも
のであつてその要旨とする所は、重量％でＣ≦
0.015％、Si≦3.0％、Mn≦3.0％、P0.045超〜0.20
％、Ni7.0〜22.0％、Cr14.0〜25.0％を含有し、又
はこれにさらにMo≦3.0％を含有し残部がFe及び
不可避不純物からなるクリープ破断延性のすぐれ
たNi―Crオーステナイト系ステンレス鋼にある。以下に本発明を詳細に説明する。先ず本発明の成分系において、Ｃは先にも述べ
たように有効な強化元素ではあるが、結晶粒界に
炭化物として析出するため延性を損う元素でもあ
る。そこで本発明者らは、Ｃのクリープ破断特性
に対する影響をしらべるために次のような実験を
行なつた。即ち供試鋼としてSi0.5％、Mn1.0％、
P0.08％、Ni14％、Cr18％の鋼をＣの範囲を種々
変えて溶解し、これを熱間圧延により厚さ12mmの
鋼板とした後、平行部径６mm、標点間距離30mmの
クリープ破断試験片を作成し、JIS Z2272に準拠
してクリープ破断試験を行つた。その結果を第１
図に示す。即ち第１図はクリープ破断強度及びク
リープ破断延性に対するＣ量の影響を示したもの
で、同図に見られるように、Ｃ量とともに強度は
上昇し破断延性が低下するが、このＣによる破断
延性の低下は0.015％を超えると顕著になること
が判る。このような理由からＣ量は0.015％以下
と定めた。次にSi及びMnはいずれも脱酸剤として必要で
あるが、３％を超えて過剰に存在すると熱間加工
性を損うことからいずれも３％以下とした。一方、Ｐはクリープ中にリン化物として結晶粒
内に析出し、クリープ強化作用を有しかつ結晶粒
界には析出しないことから粒界脆化が生じない。
そこで本発明者らはＰのクリープ破断特性に対す
る影響を見るために、次のような実験を行なつ
た。即ち、供試鋼としてC0.01％、Si0.5％、
Mn1.0％、Ni14％、Cr18％の鋼を、Ｐの範囲を
種々変えて溶製し、厚さ12mmの鋼板を作成した
後、平行部径６mm、標点間距離30mmのクリープ破
断試験片を作成し、JIS Z2272に準拠してクリー
プ破断試験を行つた。その結果を第２図に示す。
即ち第２図はクリープ破断強度及びクリープ破断
伸びに対するＰ量の影響を示したもので、同図に
見られるようにＰ量とともにクリープ破断強度は
増加するが、クリープ破断延性はＰ量が0.045％
を超えるとほとんど変化しないことが判る。した
がつてＰの添加量としては、従来鋼並のクリープ
破断強度を確保するためには0.045％超必要であ
る。しかしながら、Ｐを0.20％を超えて添加する
とむしろ熱間加工性及び溶接性を著しく損うこと
からその上限を0.20％とした。なお、十分なクリ
ープ破断強度を確保する点からはＰの範囲として
は0.06〜0.20％がさらに望ましい。さらにNiはオーステナイト生成元素として必
要であり、フエライト生成元素であるCr及びSi
量に対し成分平衡上オーステナイト組織にするた
めの必要量は7.0％から22.0％の範囲である。ま
たCrは耐酸化性を向上させる元素であり、その
ためには14.0％以上を必要とするが、25.0％を超
えると高温長時間加熱による脆化が生じることか
ら上限を25.0％とした。以上が本発明における基本成分系であるが、本
発明においてはさらに高強度化を計るためMoを
所定の範囲で含有せしめることが有効である。
Moは固溶強化作用のある元素でありクリープ強
度を高める元素であるが、3.0％を超えて添加す
ると熱間変形抵抗を高めるため圧延あるいは鍛造
が困難になる。したがつて含有量は3.0％以下と
した。以上の如き成分組成を有する本発明鋼は、各種
電気炉等による製鋼を行なつた後、通常の造塊・
分塊圧延あるいは連続鋳造により鋼片とし、次い
で圧延あるいは鍛造により各種形状の鋼材として
使用に供されるものである。以下に本発明の効果を実施例に基いてさらに具
体的に示す。（実施例）第１表は本発明鋼と比較鋼の化学成分を示す。
第２表は第１表の鋼について550℃におけるクリ
ープ破断特性を示したものである。これら特性調
査結果から明らかなように、本発明鋼は比較鋼に
比べクリープ破断伸とくに長時間側での破断伸が
すぐれたものである。

【表】

【表】（発明の効果）以上述べた如く本発明鋼は、長時間側まですぐ
れたクリープ破断延性を有する材料となつてお
り、クリープ領域で使用される高温構造用材料と
して工業的に極めて有効なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は10000時間クリープ破断特性に対する
Ｃ量の影響を示す図、第２図は10000時間クリー
プ破断特性に対するＰ量の影響を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％でＣ≦0.015％、Si≦3.0％、Mn≦3.0
％、P0.045超〜0.20％、Ni7.0〜22.0％、Cr14.0〜
25.0％を含有し、残部は実質的にFeからなるクリ
ープ破断延性のすぐれたNi―Crオーステナイト
系ステンレス鋼。２重量％でＣ≦0.015％、Si≦3.0％、Mn≦3.0
％、P0.045超〜0.20％、Ni7.0〜22.0％、Cr14.0〜
25.0％を含有し、さらにMo≦3.0％を含有し、残
部は実質的にFeからなるクリープ破断延性のす
ぐれたNi―Crオーステナイト系ステンレス鋼。