JPH06271993A - 耐酸化性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
耐酸化性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼Info
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- JPH06271993A JPH06271993A JP6061293A JP6061293A JPH06271993A JP H06271993 A JPH06271993 A JP H06271993A JP 6061293 A JP6061293 A JP 6061293A JP 6061293 A JP6061293 A JP 6061293A JP H06271993 A JPH06271993 A JP H06271993A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Al系酸化皮膜を有するオーステナイト系ステ
ンレス鋼の耐酸化性を長時間にわたって安定なものとす
る。 【構成】 Ｃ:0.15 ％以下、Cr:15 〜35％、Mn:2.0％以
下、Ni:20 〜60％、Al:2.5〜6.0 ％、Si:0.15 ％以下、
Ｓ:0.0030 ％以下、かつＳ＋Ｏが0.0050％以下、として
鋼組成に対して、Ti: 0.2 ％以下および／またはＶ:0.0
1 ％以下を添加する。
ンレス鋼の耐酸化性を長時間にわたって安定なものとす
る。 【構成】 Ｃ:0.15 ％以下、Cr:15 〜35％、Mn:2.0％以
下、Ni:20 〜60％、Al:2.5〜6.0 ％、Si:0.15 ％以下、
Ｓ:0.0030 ％以下、かつＳ＋Ｏが0.0050％以下、として
鋼組成に対して、Ti: 0.2 ％以下および／またはＶ:0.0
1 ％以下を添加する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、800 ℃以上の高温酸化
雰囲気中で表面にAl系主体の酸化皮膜を生成することに
より優れた耐酸化性を有するオーステナイト系ステンレ
ス鋼に関する。
雰囲気中で表面にAl系主体の酸化皮膜を生成することに
より優れた耐酸化性を有するオーステナイト系ステンレ
ス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】高温で用いられる部品材料、例えば自動
車用排気マニホールド、自動車排気ガス改質触媒担体、
暖房用機器の燃焼部材等には、使用環境での耐酸化性が
要求されること、並びに工業製品としての量産性と、低
廉さが要求されることからFe−Cr鋼が用いられている。
車用排気マニホールド、自動車排気ガス改質触媒担体、
暖房用機器の燃焼部材等には、使用環境での耐酸化性が
要求されること、並びに工業製品としての量産性と、低
廉さが要求されることからFe−Cr鋼が用いられている。
【０００３】例えば、フェライト系ステンレス鋼では、
自動車排気マニホールド用としてSUH409等の12％Cr系ス
テンレス鋼、Nb、Cu含有の17％Cr系フェライトステンレ
ス鋼、あるいは同系統の19％Cr系フェライトステンレス
鋼などが用いられている。
自動車排気マニホールド用としてSUH409等の12％Cr系ス
テンレス鋼、Nb、Cu含有の17％Cr系フェライトステンレ
ス鋼、あるいは同系統の19％Cr系フェライトステンレス
鋼などが用いられている。
【０００４】また、Si添加によりCr系酸化皮膜の成長速
度を減じ耐酸化性を良好としたものに、2.5 ％Si含有の
18％Cr系フェライトステンレス鋼などがストーブの燃焼
部分に多用されていることも、周知の事実である。
度を減じ耐酸化性を良好としたものに、2.5 ％Si含有の
18％Cr系フェライトステンレス鋼などがストーブの燃焼
部分に多用されていることも、周知の事実である。
【０００５】一方、電熱線として知られるFe−Cr−Al合
金鋼、さらに近年、自動車排気ガス改質触媒担体用とし
て、CaあるいはREM を添加した20％Cr−５％Al系フェラ
イトステンレス鋼箔などは高温酸化性雰囲気中でAl2O3
酸化皮膜を生成した非常に優れた耐酸化性を有する。
金鋼、さらに近年、自動車排気ガス改質触媒担体用とし
て、CaあるいはREM を添加した20％Cr−５％Al系フェラ
イトステンレス鋼箔などは高温酸化性雰囲気中でAl2O3
酸化皮膜を生成した非常に優れた耐酸化性を有する。
【０００６】しかしながらフェライト系ステンレス鋼は
高温強度が低いという普遍的欠点のため、各種プラン
ト、ボイラー、熱交換器、加熱炉といった部位に用いら
れることはなかった。
高温強度が低いという普遍的欠点のため、各種プラン
ト、ボイラー、熱交換器、加熱炉といった部位に用いら
れることはなかった。
【０００７】一方、オーステナイト系ステンレス鋼は高
温強度や加工性を備えており、例えばSUS310S を代表と
する25Cr−20Ni系、インコロイ800 として知られる21Cr
−32、５Ni系、さらにSiを添加したSUSXM15J1 等があ
り、それぞれ、使用目的に応じて利用されている。
温強度や加工性を備えており、例えばSUS310S を代表と
する25Cr−20Ni系、インコロイ800 として知られる21Cr
−32、５Ni系、さらにSiを添加したSUSXM15J1 等があ
り、それぞれ、使用目的に応じて利用されている。
【０００８】Fe−Cr−Ni合金鋼は一般に高温酸化雰囲気
中でFe、Cr系主体の酸化皮膜を形成するが、1000℃以上
では保護性に乏しい。さらに繰り返し加熱冷却を行う環
境下では剥離をおこし、酸素や窒素が母材に侵入するこ
とにより材料の劣化が加速度的に進行する。このような
合金に耐酸化性改善元素として有効なSiやAlを添加した
ものがある。Siを添加したものは無添加鋼より耐酸化性
が向上するが、主たる酸化皮膜はFe、Cr系酸化物であり
飛躍的な向上は望めない。また、Fe、Cr系酸化物／合金
界面にSiO2が生成することから、繰り返し加熱冷却に対
し酸化皮膜の剥離が増大する。
中でFe、Cr系主体の酸化皮膜を形成するが、1000℃以上
では保護性に乏しい。さらに繰り返し加熱冷却を行う環
境下では剥離をおこし、酸素や窒素が母材に侵入するこ
とにより材料の劣化が加速度的に進行する。このような
合金に耐酸化性改善元素として有効なSiやAlを添加した
ものがある。Siを添加したものは無添加鋼より耐酸化性
が向上するが、主たる酸化皮膜はFe、Cr系酸化物であり
飛躍的な向上は望めない。また、Fe、Cr系酸化物／合金
界面にSiO2が生成することから、繰り返し加熱冷却に対
し酸化皮膜の剥離が増大する。
【０００９】このようなオーステナイト系ステンレス鋼
の欠点に鑑み、耐酸化性を向上する目的でAlを添加した
ものは多いが、一般にオーステナイト系ステンレス鋼に
おいては、Alの拡散はフェライト中に比し遅く、さらに
鋼中AlはNiと金属間化合物を形成するため高温酸化雰囲
気中において表面へのAlの供給が不十分となることか
ら、800 ℃以上でFe−Cr−Al合金鋼のように耐酸化性に
優れたものが少なかった。
の欠点に鑑み、耐酸化性を向上する目的でAlを添加した
ものは多いが、一般にオーステナイト系ステンレス鋼に
おいては、Alの拡散はフェライト中に比し遅く、さらに
鋼中AlはNiと金属間化合物を形成するため高温酸化雰囲
気中において表面へのAlの供給が不十分となることか
ら、800 ℃以上でFe−Cr−Al合金鋼のように耐酸化性に
優れたものが少なかった。
【００１０】高温酸化雰囲気中で表面にAl2O3 酸化皮膜
を生じさせ耐酸化性を向上させた例として、特開昭52−
78612 号公報、特開昭53−31517 号公報に開示された技
術がある。これらは鋼中に4.0 ％を越えてAlを添加する
ことにより、従来オーステナイト系ステンレス鋼では生
成し得なかったAl2O3 酸化皮膜を表面に生成させること
により耐酸化性の向上を実現している。
を生じさせ耐酸化性を向上させた例として、特開昭52−
78612 号公報、特開昭53−31517 号公報に開示された技
術がある。これらは鋼中に4.0 ％を越えてAlを添加する
ことにより、従来オーステナイト系ステンレス鋼では生
成し得なかったAl2O3 酸化皮膜を表面に生成させること
により耐酸化性の向上を実現している。
【００１１】従来より耐酸化性が良好であるためには、
(1) 金属イオンや酸素イオンの拡散係数が小さい、例え
ばAl2O3 酸化皮膜が表面に緻密に形成されること、(2)
長時間にわたって割れ、剥離の少ない安定な酸化皮膜が
形成されること、(3) 割れ、剥離が発生した場合、直ち
に皮膜構成金属イオンが母材／酸化物界面に拡散し、酸
化皮膜が再生されること、が必要であるといわれてい
る。
(1) 金属イオンや酸素イオンの拡散係数が小さい、例え
ばAl2O3 酸化皮膜が表面に緻密に形成されること、(2)
長時間にわたって割れ、剥離の少ない安定な酸化皮膜が
形成されること、(3) 割れ、剥離が発生した場合、直ち
に皮膜構成金属イオンが母材／酸化物界面に拡散し、酸
化皮膜が再生されること、が必要であるといわれてい
る。
【００１２】このようにAlを適量添加することによりAl
系主体の酸化物の生成が可能となった。しかしながら、
例えば800 ℃以上という高温酸化雰囲気中に長時間置か
れる場合、異常酸化が発生しその後の材料の劣化が加速
度的に進行する。
系主体の酸化物の生成が可能となった。しかしながら、
例えば800 ℃以上という高温酸化雰囲気中に長時間置か
れる場合、異常酸化が発生しその後の材料の劣化が加速
度的に進行する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高温
酸化雰囲気中で表面にAl系酸化皮膜を生成し、長時間に
わたって安定な耐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にある。
酸化雰囲気中で表面にAl系酸化皮膜を生成し、長時間に
わたって安定な耐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にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
高温酸化雰囲気中で表面に緻密なAl系酸化皮膜を生成す
ることにより、安定な皮膜が長時間にわたって維持さ
れ、また割れ、剥離が発生した場合においても直ちに保
護性酸化皮膜が再生可能な優れた耐酸化性を有するオー
ステナイト系ステンレス鋼の材料開発をめざし鋭意検討
を重ねてきたが、次のような知見を得ることにより本発
明に至った。すなわち、(1) Siの適正化によりAlを2.5
％以上含有するオーステナイト系ステンレス鋼におい
て、800 ℃以上の高温酸化雰囲気中でAl系主体の酸化皮
膜が形成される、(2) しかしながら、長時間下で保護性
酸化皮膜に割れ、剥離が発生し、そこが異常酸化の起点
となり、Fe−Cr−Ni主体のスピネル型酸化物が生成、材
料の劣化が急速に進行する、(3) このような割れ、剥離
に関して種々の成分変化材の酸化試験を行った結果、鋼
中Ｓ量を300ppm以下、Ｓ＋Ｏを500ppm以下に制限するこ
とにより耐酸化性が向上する、(4) 鋼中Ｖはその含有量
を0.01％以下に制限することで、Al系主体の酸化皮膜が
長時間にわたって安定となる、(5) 鋼中Tiについても含
有量を0.2 ％以下に制限することで、Al系主体の酸化皮
膜が密着性に優れた安定な保護性皮膜となる、(6) 上記
元素を同時に制限することでさらに長時間まで安定な耐
酸化性に優れた材料となる、のである。
高温酸化雰囲気中で表面に緻密なAl系酸化皮膜を生成す
ることにより、安定な皮膜が長時間にわたって維持さ
れ、また割れ、剥離が発生した場合においても直ちに保
護性酸化皮膜が再生可能な優れた耐酸化性を有するオー
ステナイト系ステンレス鋼の材料開発をめざし鋭意検討
を重ねてきたが、次のような知見を得ることにより本発
明に至った。すなわち、(1) Siの適正化によりAlを2.5
％以上含有するオーステナイト系ステンレス鋼におい
て、800 ℃以上の高温酸化雰囲気中でAl系主体の酸化皮
膜が形成される、(2) しかしながら、長時間下で保護性
酸化皮膜に割れ、剥離が発生し、そこが異常酸化の起点
となり、Fe−Cr−Ni主体のスピネル型酸化物が生成、材
料の劣化が急速に進行する、(3) このような割れ、剥離
に関して種々の成分変化材の酸化試験を行った結果、鋼
中Ｓ量を300ppm以下、Ｓ＋Ｏを500ppm以下に制限するこ
とにより耐酸化性が向上する、(4) 鋼中Ｖはその含有量
を0.01％以下に制限することで、Al系主体の酸化皮膜が
長時間にわたって安定となる、(5) 鋼中Tiについても含
有量を0.2 ％以下に制限することで、Al系主体の酸化皮
膜が密着性に優れた安定な保護性皮膜となる、(6) 上記
元素を同時に制限することでさらに長時間まで安定な耐
酸化性に優れた材料となる、のである。
【００１５】かくして、本発明によれば、オーステナイ
ト系ステンレス鋼に対し、AlとSiの成分バランスを適正
化することにより高温酸化雰囲気中でAl系主体の酸化皮
膜を安定に生成させることが可能となり長時間にわたっ
て安定な材料となった。
ト系ステンレス鋼に対し、AlとSiの成分バランスを適正
化することにより高温酸化雰囲気中でAl系主体の酸化皮
膜を安定に生成させることが可能となり長時間にわたっ
て安定な材料となった。
【００１６】さらに適正化により従来Al系主体の酸化皮
膜が生成し得ないと考えられていた2.5〜4.0 ％Alの領
域においてもAl系主体の酸化皮膜の生成が可能となり、
加工性を確保した良耐酸化性材料を提供できる。
膜が生成し得ないと考えられていた2.5〜4.0 ％Alの領
域においてもAl系主体の酸化皮膜の生成が可能となり、
加工性を確保した良耐酸化性材料を提供できる。
【００１７】よって、本発明の要旨とするところは、
Ｃ:0.15 ％以下、Cr:15 〜35％、Mn:2.0％以下、Ni:20
〜60％、Al:2.5〜6.0 ％、Si:0.15 ％以下、Ｓ:0.0030
％以下、かつＳ＋Ｏが0.0050％以下、残部はFeおよび不
可避不純物より成る合金組成を有することを特徴とする
800 ℃以上の高温酸化雰囲気中で表面にAl系主体の酸化
皮膜を生成する耐酸化性に優れたオーステナイト系ステ
ンレス鋼である。
Ｃ:0.15 ％以下、Cr:15 〜35％、Mn:2.0％以下、Ni:20
〜60％、Al:2.5〜6.0 ％、Si:0.15 ％以下、Ｓ:0.0030
％以下、かつＳ＋Ｏが0.0050％以下、残部はFeおよび不
可避不純物より成る合金組成を有することを特徴とする
800 ℃以上の高温酸化雰囲気中で表面にAl系主体の酸化
皮膜を生成する耐酸化性に優れたオーステナイト系ステ
ンレス鋼である。
【００１８】本発明にあっては所望により次の群の１以
上から選んだ少なくとも１種をさらに含有するものであ
ってもよい。 希土類元素またはCaを１種または２種以上で0.30％以
下、 Ｖ: 0.01％以下、 Ti: 0.2 ％以下。
上から選んだ少なくとも１種をさらに含有するものであ
ってもよい。 希土類元素またはCaを１種または２種以上で0.30％以
下、 Ｖ: 0.01％以下、 Ti: 0.2 ％以下。
【００１９】
【作用】次に、本発明を上記範囲に限定した理由を説明
する。 Ｃ:Ｃは、高温での適用時に、あるいは溶接熱影響部に
おいてCr23C6型の炭化物を形成して、加工性およびCrに
よる耐酸化性の向上効果を著しく減ずる影響を有する。
また、スケール剥離をもたらすため低い方が好ましく、
本発明では上限を0.15％とした。ただし、高温での強度
を重視する場合は、上限近くまで含有させることもあ
る。
する。 Ｃ:Ｃは、高温での適用時に、あるいは溶接熱影響部に
おいてCr23C6型の炭化物を形成して、加工性およびCrに
よる耐酸化性の向上効果を著しく減ずる影響を有する。
また、スケール剥離をもたらすため低い方が好ましく、
本発明では上限を0.15％とした。ただし、高温での強度
を重視する場合は、上限近くまで含有させることもあ
る。
【００２０】Cr:CrはAlとともに高温での耐酸化性を得
るのに必要な基本的な元素である。本発明においては、
下限を15％、上限を35％とする。800 ℃を越えて緻密な
Al系酸化皮膜を生成するのに15％以上のCrが必要であ
る。一方、35％を越えて添加しても耐酸化性の向上が見
られないばかりでなく、板の成形性、加工性に悪影響を
及ぼす。好ましくは、17〜25％である。
るのに必要な基本的な元素である。本発明においては、
下限を15％、上限を35％とする。800 ℃を越えて緻密な
Al系酸化皮膜を生成するのに15％以上のCrが必要であ
る。一方、35％を越えて添加しても耐酸化性の向上が見
られないばかりでなく、板の成形性、加工性に悪影響を
及ぼす。好ましくは、17〜25％である。
【００２１】Mn:Mnは、高温での強度確保のために添加
することがある。また、オーステナイト相安定化にも有
効である。しかしながら2.00％を越えて添加すると耐酸
化性に悪影響を及ぼすため2.0 ％を上限とする。
することがある。また、オーステナイト相安定化にも有
効である。しかしながら2.00％を越えて添加すると耐酸
化性に悪影響を及ぼすため2.0 ％を上限とする。
【００２２】Ni:Niはオーステナイト鋼の基本的性質を
与えるのに重要な元素である。また、1000℃近傍での高
温強度ならびに高温クリープ強度を高めるためにも必要
である。20％未満ではオーステナイト相が不安定となる
ほか、Al系の保護皮膜が単一で生成し得ない。一方、60
％を越えるものは、コスト的に実用化し難いものにな
る。上限を60％とする。
与えるのに重要な元素である。また、1000℃近傍での高
温強度ならびに高温クリープ強度を高めるためにも必要
である。20％未満ではオーステナイト相が不安定となる
ほか、Al系の保護皮膜が単一で生成し得ない。一方、60
％を越えるものは、コスト的に実用化し難いものにな
る。上限を60％とする。
【００２３】Al:Alは本発明鋼において重要な基本元素
である。Al系酸化皮膜を安定に生成する場合は2.5 ％以
上が必要である。2.5 ％以下ではSi量の如何にかかわら
ずFe−Cr−Ni系のスピネル型酸化物が生じ、連続したAl
系酸化皮膜とならない。しかしながら6.0 ％を超えて添
加すると、熱間での変形抵抗およびNiAl系金属間化合物
の粒内、粒界析出による粒界延性の低下が引き起こす熱
間加工性の劣化が大きくなるばかりか、常温での靱性低
下が極めて顕著となるため、上限を6.0 ％とする。好ま
しくは、3.0 〜5.5 ％である。
である。Al系酸化皮膜を安定に生成する場合は2.5 ％以
上が必要である。2.5 ％以下ではSi量の如何にかかわら
ずFe−Cr−Ni系のスピネル型酸化物が生じ、連続したAl
系酸化皮膜とならない。しかしながら6.0 ％を超えて添
加すると、熱間での変形抵抗およびNiAl系金属間化合物
の粒内、粒界析出による粒界延性の低下が引き起こす熱
間加工性の劣化が大きくなるばかりか、常温での靱性低
下が極めて顕著となるため、上限を6.0 ％とする。好ま
しくは、3.0 〜5.5 ％である。
【００２４】Si:Siは本発明鋼において重要な元素であ
る。Cr2O3 生成鋼にあっては耐酸化性改善に効果を発揮
するが、本発明にかかるAl主体の酸化物生成鋼において
はむしろSi添加は悪影響を及ぼすことから、本発明では
0.15％以下に制限する。
る。Cr2O3 生成鋼にあっては耐酸化性改善に効果を発揮
するが、本発明にかかるAl主体の酸化物生成鋼において
はむしろSi添加は悪影響を及ぼすことから、本発明では
0.15％以下に制限する。
【００２５】Ｓ、Ｏ:Ｓは鋼中Mnと化合物を形成し異常
酸化発生起点となる。さらに凝固時の粒界偏析により粒
界の延性が低下し熱間加工時の割れが発生する。このた
め上限を0.0030％とする。望ましくはＳ＋Ｏの合計量を
10ppm に規制するとともに、必要に応じMnより高温でよ
り安定な硫化物を形成するＹ、Ce、La等の希土類元素ま
たはCa等を添加することで固定化する。
酸化発生起点となる。さらに凝固時の粒界偏析により粒
界の延性が低下し熱間加工時の割れが発生する。このた
め上限を0.0030％とする。望ましくはＳ＋Ｏの合計量を
10ppm に規制するとともに、必要に応じMnより高温でよ
り安定な硫化物を形成するＹ、Ce、La等の希土類元素ま
たはCa等を添加することで固定化する。
【００２６】熱間加工性確保のためこれらの効果を高め
る目的より、鋼中のＯ濃度は低い方がよい。このこと
は、これらの添加元素が酸化物を作りやすく、鋼中のＳ
固定元素として機能する以前に酸化物として消費され、
有効量が減少するためである。鋼中のＳ＋Ｏ(%) 値は低
い方が好ましいが、Ｓ＋Ｏ(%) ≦0.005%、さらに望まし
くはＳ＋Ｏ(%) ≦0.003%が必要である。
る目的より、鋼中のＯ濃度は低い方がよい。このこと
は、これらの添加元素が酸化物を作りやすく、鋼中のＳ
固定元素として機能する以前に酸化物として消費され、
有効量が減少するためである。鋼中のＳ＋Ｏ(%) 値は低
い方が好ましいが、Ｓ＋Ｏ(%) ≦0.005%、さらに望まし
くはＳ＋Ｏ(%) ≦0.003%が必要である。
【００２７】Ｖ:Ｖはオーステナイト地に固溶し高温で
の強度を改善する元素として有効であるが、本発明鋼に
おいては、鋼中でＶが低融点(943K)酸化物V2O5を生成す
ること、さらにほかの酸化物と低融点の複合酸化物また
は共晶を生成することで耐酸化性が劣化することから0.
01％以下に制限する。
の強度を改善する元素として有効であるが、本発明鋼に
おいては、鋼中でＶが低融点(943K)酸化物V2O5を生成す
ること、さらにほかの酸化物と低融点の複合酸化物また
は共晶を生成することで耐酸化性が劣化することから0.
01％以下に制限する。
【００２８】Ti:Tiは本発明において最も重要な元素の
ひとつである。従来TiはNb、Zr同様、Ｃ、Ｎを固定して
Cr炭化物、窒化物の析出を抑え粒界を強化すること、あ
るいは炭化物、窒化物を形成し微細分散強化となること
から、熱間加工性の劣化、靱性の低下を起こさない範囲
添加されている。
ひとつである。従来TiはNb、Zr同様、Ｃ、Ｎを固定して
Cr炭化物、窒化物の析出を抑え粒界を強化すること、あ
るいは炭化物、窒化物を形成し微細分散強化となること
から、熱間加工性の劣化、靱性の低下を起こさない範囲
添加されている。
【００２９】しかしながら、本発明により酸化物生成能
の大きいTiの添加により初期にAl系主体の酸化物のみな
らず、Ti酸化物が生成し保護性酸化皮膜の密着性を劣化
させることが判明した。そのためTi添加量を0.2 ％以下
に制限する。
の大きいTiの添加により初期にAl系主体の酸化物のみな
らず、Ti酸化物が生成し保護性酸化皮膜の密着性を劣化
させることが判明した。そのためTi添加量を0.2 ％以下
に制限する。
【００３０】本発明が適用されるオーステナイト系ステ
ンレス鋼の組成は上述のような組成を有する限り特に制
限はされないが、規格その他を考慮した場合の実用的観
点からは、以下のように成分調整を行うことが好まし
い。本発明にあっては、上述の合金元素の他に、必要に
応じて各種合金元素を配合してもよい。
ンレス鋼の組成は上述のような組成を有する限り特に制
限はされないが、規格その他を考慮した場合の実用的観
点からは、以下のように成分調整を行うことが好まし
い。本発明にあっては、上述の合金元素の他に、必要に
応じて各種合金元素を配合してもよい。
【００３１】希土類元素 (例: Ｙ、Ce、La) 、Ca:これ
らは、耐酸化性改善元素であり、さらに後述する鋼中の
硫化物をMnS より安定な硫化物として固定することで熱
間加工性を改善する。ただし、過剰添加は粗大酸化物の
生成により、逆に耐酸化性に悪影響を及ぼすこと、さら
に熱間加工性が急激に劣化することから、総量0.30％以
下の範囲で添加する。
らは、耐酸化性改善元素であり、さらに後述する鋼中の
硫化物をMnS より安定な硫化物として固定することで熱
間加工性を改善する。ただし、過剰添加は粗大酸化物の
生成により、逆に耐酸化性に悪影響を及ぼすこと、さら
に熱間加工性が急激に劣化することから、総量0.30％以
下の範囲で添加する。
【００３２】Nb、Zr:鋼中のＣ、Ｎの悪影響を減ずる目
的より、CrあるいはAlよりもＣ、Ｎとの親和力の強いN
b、Zr安定化元素を添加する。加工性の改善および耐酸
化性を改善するには、望ましい添加量がある。鋼中の
Ｃ、Ｎを固定するには、鋼中のＣ＋Ｎ(%)に対して４倍
以上のNb、ZrさらにTiの総量が必要である。一方、過剰
なNb添加は金属間化合物の析出により靱性の低下をもた
らすためTi＋Nb＋Zr(%) の上限を2.0 ％とする。
的より、CrあるいはAlよりもＣ、Ｎとの親和力の強いN
b、Zr安定化元素を添加する。加工性の改善および耐酸
化性を改善するには、望ましい添加量がある。鋼中の
Ｃ、Ｎを固定するには、鋼中のＣ＋Ｎ(%)に対して４倍
以上のNb、ZrさらにTiの総量が必要である。一方、過剰
なNb添加は金属間化合物の析出により靱性の低下をもた
らすためTi＋Nb＋Zr(%) の上限を2.0 ％とする。
【００３３】Ｎ:Ｎは、鋼中のCr、Alと結合し窒化物を
形成することでCr、Alによる高温での耐酸化性低下をも
たらす悪影響がある。上限を0.10％とする。
形成することでCr、Alによる高温での耐酸化性低下をも
たらす悪影響がある。上限を0.10％とする。
【００３４】Mo:Moは高温での強度確保あるいは耐食性
確保のために添加することがある。ただし、10.0％を超
えても一層の性能改善は見られないばかりか、高温での
変形抵抗を高める。
確保のために添加することがある。ただし、10.0％を超
えても一層の性能改善は見られないばかりか、高温での
変形抵抗を高める。
【００３５】Ｐ:Ｐは積極的に添加しない。原則的に不
純物である。0.03％以下含有する。 Cu:鋼中のCuは、Ni源からの不純物として1.5 ％まで許
容される。次に具体例をもって本発明をさらに説明す
る。
純物である。0.03％以下含有する。 Cu:鋼中のCuは、Ni源からの不純物として1.5 ％まで許
容される。次に具体例をもって本発明をさらに説明す
る。
【００３６】
(実施例１)表１に示す合金組成No.2およびNo.7を基本組
成とし、Ｓ、Ｓ＋Ｏの含有量を種々の変化させた供試材
を用いて酸化試験を行い、耐酸化特性の調査を行った。
成とし、Ｓ、Ｓ＋Ｏの含有量を種々の変化させた供試材
を用いて酸化試験を行い、耐酸化特性の調査を行った。
【００３７】1150℃大気中で50時間連続酸化試験を行っ
たときの、酸化増量とＳ、Ｓ＋Ｏ量の関係をそれぞれ図
１(a) 、(b) に示す。また図２に酸化増量とTi量との関
係を、図３に酸化増量とＶ量の関係を示す。図中、○は
REM 、Ca添加材、×は同無添加材の場合を示す。
たときの、酸化増量とＳ、Ｓ＋Ｏ量の関係をそれぞれ図
１(a) 、(b) に示す。また図２に酸化増量とTi量との関
係を、図３に酸化増量とＶ量の関係を示す。図中、○は
REM 、Ca添加材、×は同無添加材の場合を示す。
【００３８】なお、酸化試験材は２ｔ×20×25mmの大き
さで600 番エメリー紙で端面、表面研磨、脱脂洗浄後供
試した。また酸化試験では、スケール剥離を含めた酸化
後の酸化増量の大小をもて耐酸化性を評価した。これら
の結果よりＳ、Ｓ＋Ｏを極低とし、0.2 ％以下のTi、0.
01％以下のＶに添加量を制限することにより耐酸化性に
優れた材料となることが分かる。
さで600 番エメリー紙で端面、表面研磨、脱脂洗浄後供
試した。また酸化試験では、スケール剥離を含めた酸化
後の酸化増量の大小をもて耐酸化性を評価した。これら
の結果よりＳ、Ｓ＋Ｏを極低とし、0.2 ％以下のTi、0.
01％以下のＶに添加量を制限することにより耐酸化性に
優れた材料となることが分かる。
【００３９】(実施例２)次に、本例では、表１に示す種
々の鋼No.1〜12、16〜26を真空溶解炉にて溶製し、鍛
造、熱間、冷間圧延を施して板厚２mmの板を作製し、各
試験片に切断加工した。さらに既存鋼No.13 、14、15に
ついても同厚のものを用い耐酸化特性を比較した。
々の鋼No.1〜12、16〜26を真空溶解炉にて溶製し、鍛
造、熱間、冷間圧延を施して板厚２mmの板を作製し、各
試験片に切断加工した。さらに既存鋼No.13 、14、15に
ついても同厚のものを用い耐酸化特性を比較した。
【００４０】表１の鋼種のうち本発明鋼および比較鋼N
o.13 、14、16、20の1000℃大気中保持での単位面積あ
たりの酸化増量の経時変化 (mg／cm2)を図４に示す。ま
た、本発明鋼の一部および比較鋼について大気雰囲気中
で1000℃×1000時間保持の後、単位面積あたりの酸化増
量変化の測定を行った。さらに本発明鋼および異常酸化
の見られた比較鋼について表面に生成した酸化物のＸ線
回折による同定を行った。さらにスケール表面、断面観
察とEPMA分析を行った結果を併せて表２に示す。
o.13 、14、16、20の1000℃大気中保持での単位面積あ
たりの酸化増量の経時変化 (mg／cm2)を図４に示す。ま
た、本発明鋼の一部および比較鋼について大気雰囲気中
で1000℃×1000時間保持の後、単位面積あたりの酸化増
量変化の測定を行った。さらに本発明鋼および異常酸化
の見られた比較鋼について表面に生成した酸化物のＸ線
回折による同定を行った。さらにスケール表面、断面観
察とEPMA分析を行った結果を併せて表２に示す。
【００４１】次に保護性酸化皮膜の密着性を調べる目的
で大気雰囲気中で1100℃、30分加熱−冷却繰り返し酸化
試験を行った。図５は各供試鋼の重量変化を示すグラフ
である。
で大気雰囲気中で1100℃、30分加熱−冷却繰り返し酸化
試験を行った。図５は各供試鋼の重量変化を示すグラフ
である。
【００４２】図４に示す酸化増量の経時変化から、本発
明に示す適正成分を有する各鋼種は比較鋼に比べ耐酸化
性に優れており、Al添加フェライトステンレス鋼である
比較鋼No.14(Fe−20Cr−5Al 相当) と同等の耐酸化性を
有する。また、希土類元素やCa等を適量添加したもの
は、より長時間にわたって安定な耐酸化性を有している
ことが分かる。
明に示す適正成分を有する各鋼種は比較鋼に比べ耐酸化
性に優れており、Al添加フェライトステンレス鋼である
比較鋼No.14(Fe−20Cr−5Al 相当) と同等の耐酸化性を
有する。また、希土類元素やCa等を適量添加したもの
は、より長時間にわたって安定な耐酸化性を有している
ことが分かる。
【００４３】またＸ線分析結果より、本発明鋼は主とし
てα−Al2O3 が生成していることが分かる。対して比較
鋼No.18 、19、20はαAl2O3 と(FeCrNi)3O4 スピネル型
酸化物を、No.16 はα−Al2O3 と (FeCrNi)3O4スピネル
型酸化物とわずかながらCr2O3 、Fe2O3 酸化物の生成が
認められる。さらに本発明鋼および比較鋼のスケール断
面観察、EPMA分析の結果から、本発明鋼では２〜３μｍ
の均一な酸化皮膜が生成しているのに対し、比較鋼No.1
6 は所々分厚いFe−Cr主体の酸化皮膜を形成しその内部
にAl系内部酸化層が生成している。さらに比較鋼の内い
くつかのものはAl系主体の内部酸化層の先端部にAlN 、
TiN が生成していることが確認された。
てα−Al2O3 が生成していることが分かる。対して比較
鋼No.18 、19、20はαAl2O3 と(FeCrNi)3O4 スピネル型
酸化物を、No.16 はα−Al2O3 と (FeCrNi)3O4スピネル
型酸化物とわずかながらCr2O3 、Fe2O3 酸化物の生成が
認められる。さらに本発明鋼および比較鋼のスケール断
面観察、EPMA分析の結果から、本発明鋼では２〜３μｍ
の均一な酸化皮膜が生成しているのに対し、比較鋼No.1
6 は所々分厚いFe−Cr主体の酸化皮膜を形成しその内部
にAl系内部酸化層が生成している。さらに比較鋼の内い
くつかのものはAl系主体の内部酸化層の先端部にAlN 、
TiN が生成していることが確認された。
【００４４】以上のことから本発明鋼では高温酸化雰囲
気中でAl系主体の酸化皮膜を表面に均一に形成し、その
後1000時間保持後でも安定した優れた保護皮膜となって
いる。さらに、繰り返し酸化試験結果より、このAl系主
体の酸化皮膜はスケール剥離をおこさない密着性に優れ
た皮膜であることが分かる。
気中でAl系主体の酸化皮膜を表面に均一に形成し、その
後1000時間保持後でも安定した優れた保護皮膜となって
いる。さらに、繰り返し酸化試験結果より、このAl系主
体の酸化皮膜はスケール剥離をおこさない密着性に優れ
た皮膜であることが分かる。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、高温での機械的強度を有するオーステナイト系ステ
ンレス鋼の成分を適正化することにより、Al系主体の酸
化皮膜を長時間にわたり安定に生成し、耐酸化性を確保
することが可能となる。
ば、高温での機械的強度を有するオーステナイト系ステ
ンレス鋼の成分を適正化することにより、Al系主体の酸
化皮膜を長時間にわたり安定に生成し、耐酸化性を確保
することが可能となる。
【図１】図１(a) は本発明鋼と同系で鋼中のＳ含有量と
1150℃大気中での耐酸化性の関係を示すグラフであり、
図１(b) は同じくＳ＋Ｏ含有量と1150℃大気中での耐酸
化性の関係を示すグラフである。
1150℃大気中での耐酸化性の関係を示すグラフであり、
図１(b) は同じくＳ＋Ｏ含有量と1150℃大気中での耐酸
化性の関係を示すグラフである。
【図２】本発明鋼と同系で鋼中のＳ＋Ｏ含有量を0.003
％以下に制限したものの、Ｖ含有量と1150℃大気中での
耐酸化性の関係を示すグラフである。
％以下に制限したものの、Ｖ含有量と1150℃大気中での
耐酸化性の関係を示すグラフである。
【図３】本発明鋼と同系で鋼中のＳ＋Ｏ含有量を0.003
％以下に制限したものの、Ti含有量と1000℃耐酸化性の
関係を示すグラフである。
％以下に制限したものの、Ti含有量と1000℃耐酸化性の
関係を示すグラフである。
【図４】実施例において得られた材料の連続酸化試験に
おける酸化増量変化を示すグラフである。
おける酸化増量変化を示すグラフである。
【図５】実施例において得られた材料の1100℃繰り返し
酸化試験における酸化重量変化を示すグラフである。
酸化試験における酸化重量変化を示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｃ:0.15 ％以下、Mn:2.0％以下、Cr：15〜35％、Ni:20
〜60％、 Al:2.5〜6.0 ％、Si: 0.15％以下、 Ｓ:0.0030 ％以下、かつＳ＋Ｏが0.0050％以下、さらに
Ｖ：0.01％以下、 残部はFeおよび不可避不純物より成る合金組成を有する
ことを特徴とする800 ℃以上の高温酸化雰囲気中で表面
にAl系主体の酸化皮膜を生成する耐酸化性に優れたオー
ステナイト系ステンレス鋼。 - 【請求項２】 重量％で、 Ｃ：0.15％以下、Mn:2.0％以下、Cr：15〜35％、Ni：20
〜60％、 Al：2.5 〜6.0 ％、Si：0.15％以下、 Ｓ：0.0030％以下、かつＳ＋Ｏが0.0050％以下、さらに
Ti：0.2 ％以下残部はFeおよび不可避不純物より成る合
金組成を有することを特徴とする800 ℃以上の高温酸化
雰囲気中で表面にAl系主体の酸化皮膜を生成する耐酸化
性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。 - 【請求項３】 重量％で、 Ｃ：0.15％以下、Mn:2.0％以下、Cr：15〜35％、Ni：20
〜60％、 Al：2.5 〜6.0 ％、Si：0.15％以下、 Ｓ：0.0030％以下、かつＳ＋Ｏが0.0050％以下、 Ｖ：0.01％以下、Ti：0.2 ％以下、 残部はFeおよび不可避不純物より成る合金組成を有する
ことを特徴とする800 ℃以上の高温酸化雰囲気中で表面
にAl系主体の酸化皮膜を生成する耐酸化性に優れたオー
ステナイト系ステンレス鋼。 - 【請求項４】 さらに、希土類またはCaを１種または２
種以上で0.3 ％以下含有する、請求項１ないし３のいず
れかに記載の耐酸化性に優れたオーステナイト系ステン
レス鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6061293A JPH06271993A (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 耐酸化性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6061293A JPH06271993A (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 耐酸化性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06271993A true JPH06271993A (ja) | 1994-09-27 |
Family
ID=13147273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6061293A Pending JPH06271993A (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 耐酸化性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06271993A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007518879A (ja) * | 2003-12-30 | 2007-07-12 | サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ | オーステナイト合金製品の製造方法およびその使用 |
| EP2072627A1 (en) | 2007-12-12 | 2009-06-24 | Haynes International, Inc. | Weldable oxidation resistant nickel-iron-chromium-aluminum alloy |
| CN105714152A (zh) * | 2016-02-29 | 2016-06-29 | 钢铁研究总院 | 一种镍基耐蚀合金及制备方法 |
| US9551051B2 (en) | 2007-12-12 | 2017-01-24 | Haynes International, Inc. | Weldable oxidation resistant nickel-iron-chromium aluminum alloy |
| KR20220066848A (ko) * | 2020-11-16 | 2022-05-24 | 울산과학기술원 | 납 또는 납-비스무스 공융물 내의 내부식성 알루미나 산화막 형성 오스테나이트계 스테인리스 강 및 이의 제조 방법 |
-
1993
- 1993-03-19 JP JP6061293A patent/JPH06271993A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007518879A (ja) * | 2003-12-30 | 2007-07-12 | サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ | オーステナイト合金製品の製造方法およびその使用 |
| EP2072627A1 (en) | 2007-12-12 | 2009-06-24 | Haynes International, Inc. | Weldable oxidation resistant nickel-iron-chromium-aluminum alloy |
| AU2008255259B2 (en) * | 2007-12-12 | 2012-11-01 | Haynes International, Inc | Weldable oxidation resistant nickel-iron-chromium-aluminum alloy |
| TWI391496B (zh) * | 2007-12-12 | 2013-04-01 | Haynes Int Inc | 可焊接之抗氧化鎳－鐵－鉻－鋁合金 |
| US8506883B2 (en) | 2007-12-12 | 2013-08-13 | Haynes International, Inc. | Weldable oxidation resistant nickel-iron-chromium-aluminum alloy |
| US9551051B2 (en) | 2007-12-12 | 2017-01-24 | Haynes International, Inc. | Weldable oxidation resistant nickel-iron-chromium aluminum alloy |
| CN105714152A (zh) * | 2016-02-29 | 2016-06-29 | 钢铁研究总院 | 一种镍基耐蚀合金及制备方法 |
| KR20220066848A (ko) * | 2020-11-16 | 2022-05-24 | 울산과학기술원 | 납 또는 납-비스무스 공융물 내의 내부식성 알루미나 산화막 형성 오스테나이트계 스테인리스 강 및 이의 제조 방법 |
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|---|---|---|---|
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