JPH06322488A - 溶接性に優れ、耐高温腐食特性が良好な高強度オーステナイト系耐熱鋼 - Google Patents

溶接性に優れ、耐高温腐食特性が良好な高強度オーステナイト系耐熱鋼

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JPH06322488A
JPH06322488A JP5111957A JP11195793A JPH06322488A JP H06322488 A JPH06322488 A JP H06322488A JP 5111957 A JP5111957 A JP 5111957A JP 11195793 A JP11195793 A JP 11195793A JP H06322488 A JPH06322488 A JP H06322488A
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裕幸 三村
Masao Kikuchi
正夫 菊池
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敏 荒木
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久 直井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は使用環境が苛酷化しつつあるボイラ
に適用して優れた性能を発揮するオーステナイト系耐熱
鋼を提供する。 【構成】 質量%で、C:0.02%未満、Si:1.
5%以下、Mn:0.3〜1.5%、P:0.02%以
下、S:0.005%以下、Cr:18〜26%、N
i:20〜40%、W:0.5〜10.0%、Nb:
0.05〜0.4%、Ti:0.01〜0.2%、B:
0.003〜0.008%、N:0.05〜0.3%を
含有し、さらに必要に応じて、Mo:0.5〜2.0%
および/またはMg:0.001〜0.05%、Ca:
0.001〜0.05%、希土類元素:0.001〜
0.15%のうち1種または2種以上を含有し、残部F
eおよび不可避的不純物よりなる溶接性に優れ、耐高温
腐食特性が良好な高強度オーステナイト系耐熱鋼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、極めて良好な高温強度
を有するとともに、優れた溶接性および良好な耐高温腐
食特性を兼ね備えて、使用環境が過酷化しつつあるボイ
ラに適用して優れた性能を発揮するオーステナイト系耐
熱鋼に係わるものである。
【0002】
【従来の技術】火力発電プラントにおいては、経済性の
向上、近年の炭酸ガス排出抑制の点から、蒸気条件を高
温高圧化した超々臨界圧ボイラが計画されている。この
ような過酷な環境下での使用に耐えうる高強度の材料と
しては、「鉄と鋼」第70年S1409頁あるいは「火
力原子力発電」第38巻第75頁に示されているよう
に、Nb,Ti等の炭窒化物による析出強化、Moによ
る固溶強化などを利用したオーステナイト系耐熱鋼が開
発されている。
【0003】しかし、これらの耐熱鋼は多量の合金元素
を含むために、従来のオーステナイト系耐熱鋼、例えば
SUS347Hに比べると溶接が容易とはいえず、溶接
作業性が課題となっていた。鋼の高純化、すなわちP,
S量の低減とともにC量の低減が溶接性を向上させるた
めの有力な手段であることは周知の事実である。しか
し、上述のように耐熱鋼は多く炭窒化物により強化され
ており、C量の低下は高温強度の低下を招く。一方、鋼
を固溶強化する目的でよく添加されるMo量の増大は耐
高温腐食特性を劣化させることが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、溶接性が良
好で、優れた高温強度、耐高温腐食特性を有するオース
テナイト系耐熱鋼を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、C量の低
減による高温強度の低下を固溶強化で補うべく、Moお
よびWを添加した鋼について、種々の実験を行った結
果、低Cの成分で高温強度を維持し、かつ耐高温腐食特
性を確保した耐熱鋼を開発することに成功した。すなわ
ち、本発明の要旨とするところは下記のとおりである。
【0006】(1) 質量%で、C :0.02%未
満、Si:1.5%以下、Mn:0.3〜1.5%、P
:0.02%以下、S :0.005%以下、Cr:
18〜26%、Ni:20〜40%、W :0.5〜1
0.0%、Nb:0.05〜0.4%、Ti:0.01
〜0.2%、B :0.003〜0.008%、N :
0.05〜0.3%、を含有し、残部Feおよび不可避
的不純物よりなることを特徴とする溶接性に優れ、耐高
温腐食特性が良好な高強度オーステナイト系耐熱鋼。
【0007】(2) さらにMo:0.5〜2.0%を
含有することを特徴とする前項1記載の溶接性に優れ、
耐高温腐食特性が良好な高強度オーステナイト系耐熱
鋼。 (3) さらにMg:0.001〜0.05%、Ca:
0.001〜0.05%、希土類元素(REM):0.
001〜0.15%のうち1種または2種以上を含有
し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる前項1また
は2記載の溶接性に優れ、耐高温腐食特性が良好な高強
度オーステナイト系耐熱鋼。
【0008】以下に本発明において合金元素の範囲を上
記のように定めた理由について説明する。 C:溶接時の高温割れや延性低下を防止するためにはC
量をできるかぎり下げる必要があるので、良好な溶接性
を得るために0.02%未満とした。
【0009】Si:Siは脱酸剤として有効であるばか
りではなく、耐酸化性や耐高温腐食特性をも向上させる
元素であるが、Si量が多過ぎるとクリープ破断強度、
靱性や溶接性を低下させる。従って、上限を1.5%と
した。 Mn:Mnは脱酸作用を有し、溶接性や熱間加工性を向
上させる元素である。十分に脱酸して健全な鋳塊を得る
ために下限を0.3%とした。しかし、Mn量が多すぎ
ると耐酸化性の劣化を招くので、上限を1.5%とし
た。
【0010】Cr:Crは耐酸化性、耐水蒸気酸化性、
耐高温腐食特性に不可欠の元素である。従来のオーステ
ナイト系ステンレス鋼と同等以上の特性を確保するため
に、Cr量の下限をオーステナイト系ステンレス鋼のC
r量と同量の18%とした。しかし、Cr量の増加は、
オーステナイトの安定性を低下させ高温強度を弱める上
に、金属間化合物σ相の生成を促し、靱性を低下させる
ので上限を26%とした。
【0011】Ni:Niはオーステナイトの安定性を高
め、σ相の生成を抑制するために必須な元素である。C
rをはじめとするフェライト生成元素の含有量に対して
オーステナイトの安定性を図るためには、Ni量を20
%以上とする必要がある。一方、Ni量が40%を超え
ると価格の面で不利となることから、Ni量は20〜4
0%とした。
【0012】Mo,W:MoおよびWはともに固溶強化
などにより高温強度を顕著に高める元素であるが、それ
ぞれ0.5%未満の添加ではその効果が小さく、Wを1
0%を超えて添加するとLaves相などの金属間化合
物の析出を生じ、クリープ破断延性を低下させる。ま
た、Moを単独で添加すると、Mo量が増すにつれて耐
高温腐食特性が劣化する。一方、Wは単独添加の場合に
は耐高温腐食特性を劣化させない上に、Moと複合添加
すると、Mo単独添加鋼に比べ耐高温腐食特性が改善で
きることが実験により明らかとなった。従って、Wは必
ず添加することとし、その範囲を0.5〜10%とし
た。Moについては、2%を超えて添加すると、Wを複
合添加した場合でも耐高温腐食特性を特に低下させるこ
とから、0.5〜2.0%を、必要に応じて添加する。
【0013】Nb,Ti:Nb,Tiは微細な炭・窒化
物を形成し、長時間クリープ破断強度を著しく向上させ
る。しかしながら、Nb量が0.05%未満、Ti量が
0.01%未満では前記効果が得られないので、Nb,
Ti量の下限をそれぞれ0.05%、0.01%とし
た。前記効果は、固溶化熱処理温度で固溶し得るNb,
Ti量が多いほど顕著であるが、Nb,Tiの固溶限を
超えて添加すると、未固溶の炭・窒化物が残存し、クリ
ープ破断強度を低下させる。従って、Nb,Ti量の上
限をそれぞれ0.4%、0.2%とし、その範囲内で固
溶(Nb+Ti)量を多くするために、Nb,Tiを複
合添加した。
【0014】B:Bは粒界強度を高める結果、クリープ
破断強度を向上させる元素であるが、0.003%未満
ではその効果が小さく、また0.008%を超えると溶
接性や熱間加工性が低下するので、B量の範囲を0.0
03〜0.008%とした。 P:Pは添加量が多いと溶接性を著しく劣化させるので
上限を0.02%とした。
【0015】S:Sは粒界に偏析し、熱間加工性を劣化
させ、またクリープ中粒界脆化を促進させるので上限を
0.005%とした。 N:Nは固溶強化および窒化物の形成によってクリープ
破断強度を著しく向上させる元素である。0.05%未
満では溶接性向上のために低C量としたための強度低下
分を補償できず、また0.3%を超えて添加しても長時
間のクリープ破断強度の増加は少なく、さらに靱性を低
下させる。従って、N量の範囲を0.05〜0.3%と
した。
【0016】Mg,Ca,希土類元素(REM):これ
らの元素は脱酸、脱硫により鋼を清浄化し、熱間加工性
を高めるが、その効果を得るためには、これらの少なく
とも1種を0.001%以上添加する必要がある。しか
し、Mg:0.05%、Ca:0.05%、REM:
0.15%を超えて添加すると、かえって熱間加工性を
害するので、それぞれの添加範囲をMg:0.001〜
0.05%、Ca:0.001〜0.05%、REM:
0.001〜0.15%とした。
【0017】次に、本発明を実施例によって具体的に説
明する。
【0018】
【実施例】表1、表2(表1のつづき)に供試鋼の化学
成分および材料特性を示す。これらの鋼について、12
50℃溶体化処理後、700,750℃でクリープ破断
試験、700℃で高温腐食試験を実施した。クリープ破
断強度については、データをLarson−Mille
r法で整理し、700℃×10万時間破断強度を推定し
た。高温腐食試験については、K2 SO4 :Na2 SO
4 :Fe2 (SO43 =0.28:0.2:0.5
(質量比)の石炭焚き模擬燃焼灰中に供試鋼を200h
浸漬後、腐食減量を測定した。試験結果を表2に示す。
【0019】表1、表2に示された鋼のうち、A〜Jは
本発明鋼であり、K〜Uは比較鋼である。比較鋼のう
ち、Kは従来よく使用されているSUS347H相当鋼
である。本発明鋼はSUS347H鋼に比し、非常に優
れた高温強度と耐高温腐食特性を有する。比較鋼のう
ち、L〜OはMoおよびW無添加でNbあるいはB量が
本発明の範囲を外れているために高温強度が低い例であ
る。また、P〜Uは高温強度は比較的高いが、Mo単独
添加あるいは、Wとの複合添加であってもMo量が多
く、耐高温腐食特性が劣る例を示している。
【0020】図1は、20Cr−25Ni鋼において耐
高温腐食特性に及ぼすMoとWの効果を示すもので、M
o単独添加(図中、●印)では腐食減量が大きいが、W
を1.5%複合添加(図中、▲印)することで耐高温腐
食特性が改善されることがわかる。また、W単独添加
(図中、□印)では、腐食減量は変化しないことがわか
る。
【0021】図2は、本発明鋼と比較鋼のクリープ破断
強度と高温腐食減量を比較するもので、比較鋼が高温強
度と耐高温腐食特性のどちらか片方もしくは両方が低い
のに対し、本発明鋼は高温強度と耐高温腐食特性の双方
に優れていることがわかる。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【発明の効果】本発明により、溶接性に優れるととも
に、高温強度と耐高温腐食特性が確保されたオーステナ
イト系耐熱鋼が実現でき、高温高圧ボイラへの高強度鋼
の適用を容易にするとともに、施工コストを低下させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】20Cr−25Ni鋼において耐高温腐食特性
に及ぼすMoとWの効果を示すグラフである。
【図2】本発明鋼と比較鋼のクリープ破断強度と高温腐
食減量を比較するグラフである。
フロントページの続き (72)発明者 直井 久 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%(以下、%と略す)で、 C :0.02%未満、 Si:1.5%以下、 Mn:0.3〜1.5%、 P :0.02%以下、 S :0.005%以下、 Cr:18〜26%、 Ni:20〜40%、 W :0.5〜10.0%、 Nb:0.05〜0.4%、 Ti:0.01〜0.2%、 B :0.003〜0.008%、 N :0.05〜0.3%、 を含有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなること
    を特徴とする溶接性に優れ、耐高温腐食特性が良好な高
    強度オーステナイト系耐熱鋼。
  2. 【請求項2】 さらに Mo:0.5〜2.0% を含有することを特徴とする請求項1記載の溶接性に優
    れ、耐高温腐食特性が良好な高強度オーステナイト系耐
    熱鋼。
  3. 【請求項3】 さらに Mg:0.001〜0.05%、 Ca:0.001〜0.05%、 希土類元素(REM):0.001〜0.15% のうち1種または2種以上を含有し、残部Feおよび不
    可避的不純物よりなる請求項1または2記載の溶接性に
    優れ、耐高温腐食特性が良好な高強度オーステナイト系
    耐熱鋼。
JP5111957A 1993-05-13 1993-05-13 溶接性に優れ、耐高温腐食特性が良好な高強度オーステナイト系耐熱鋼 Withdrawn JPH06322488A (ja)

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