JPH0660365B2 - High strength / high corrosion resistance alloy - Google Patents

High strength / high corrosion resistance alloy

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JPH0660365B2
JPH0660365B2 JP60162589A JP16258985A JPH0660365B2 JP H0660365 B2 JPH0660365 B2 JP H0660365B2 JP 60162589 A JP60162589 A JP 60162589A JP 16258985 A JP16258985 A JP 16258985A JP H0660365 B2 JPH0660365 B2 JP H0660365B2
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strength
alloy
corrosion
corrosion resistance
creep rupture
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裕之 土井
義徳 古川
寛 福井
誠信 桐原
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高温クリープ破断強度を向上せしめた耐熱合
金に係り、特に石炭を燃料とする火力発電用蒸気ボイラ
等における蒸気温度600〜700℃程度の高温高圧化で
の使用に好適な高強度・高耐食性合金に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat-resistant alloy having improved high-temperature creep rupture strength, and particularly to a steam temperature of about 600 to 700 ° C. in a steam boiler for thermal power generation using coal as a fuel. It relates to a high-strength, high-corrosion-resistant alloy suitable for use in high temperature and high pressure.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

従来の石炭燃焼ボイラチューブ、特に過熱器管のように
燃焼及び付着灰(主にアルカリ塩)による苛酷な腐食環
境下で使用される材料は、腐食によるチューブ減肉とク
リープ及び疲労損傷の相乗作用によって破壊に到ること
が多い。この腐食減肉の主な原因は、燃焼ガス中に含ま
れるSO2と、燃焼灰に含まれる低融点のNa2SO4,K2SO4
チューブ外壁をアタックすることによると考えられてい
る。一方、最近の火力発電プラントは、省資源・省エネ
ルギー及び発電効率の向上という点から、従来の重油燃
焼から石炭燃焼への移行、蒸気条件の高温・高圧化が強
力に推進されているため、前述の腐食環境がより厳しく
なるばかりでなく、従来よりも高い高温強度を有する材
料が要求されている。
Conventional coal-fired boiler tubes, especially materials used in a severe corrosive environment due to combustion and adhered ash (mainly alkali salts) such as superheater tubes, have the synergistic effect of tube thinning due to corrosion and creep and fatigue damage. It often leads to destruction. It is thought that the main cause of this corrosion thinning is that SO 2 contained in the combustion gas and Na 2 SO 4 and K 2 SO 4 with low melting points contained in the combustion ash attack the outer wall of the tube. . On the other hand, in recent thermal power plants, the shift from conventional heavy oil combustion to coal combustion and high temperature / high pressure steam conditions are strongly promoted from the viewpoint of resource saving / energy saving and improvement of power generation efficiency. Not only the corrosive environment becomes more severe, but also a material having higher high temperature strength than ever is required.

ところで従来の石炭燃焼ボイラではチューブ外壁温度が
最高で600℃程度、蒸気圧力が246kg/cm2程度で
あったため、SUS 300系ステンレス鋼、特にSUS 31
6, SUS321, SUS347等が使用されていた。これ
らのプラントにおいては、主に長時間使用中の腐食によ
る滅肉及び水蒸気酸化が原因となって、これにクリープ
や疲労による損傷が重畳して破壊に到っていた。この燃
焼ガス及び付着灰による腐食に対する対策としては従
来、チューブ外壁にクロマイジング処理を施したり、希
土類元素添加により密着性のよい緻密な安定被膜を形成
させたり、また、低融点のアルカリ塩の融点を高めるこ
となどにより対処している。また、チューブ内壁の水蒸
気酸化に対する対策としては、ショットピーニング等を
施すことにより蒸気接触面の結晶粒を細かくすることに
より対処している。
By the way, in the conventional coal-fired boiler, the tube outer wall temperature was about 600 ° C. at maximum and the steam pressure was about 246 kg / cm 2 , so SUS 300 series stainless steel, especially SUS 31
6, SUS321, SUS347, etc. were used. In these plants, mainly due to corrosion and steam oxidation due to corrosion during long-time use, damages due to creep and fatigue were superimposed on the above, leading to destruction. Conventionally, as a measure against the corrosion caused by the combustion gas and the adhered ash, the outer wall of the tube is subjected to a chromizing treatment, a rare earth element is added to form a dense stable film with good adhesion, and the melting point of a low-melting alkali salt is used. We are dealing with it by increasing. As a countermeasure against steam oxidation of the inner wall of the tube, shot peening or the like is performed to make crystal grains on the steam contact surface finer.

しかしながら、例えばクロマイジング処理やショットピ
ーニングについてみると、実プラントに適用する際の施
工技術や溶接による効果低減の問題がある。さらに、蒸
気条件の高温・高圧化によって使用環境が厳しくなって
いるため、素材自身が優れた耐高温ガス腐食性及び耐水
蒸気酸化性を有することが必要となってくる。また、高
温・高圧化によってチューブ設計寸法に対する設計強度
も上昇するため、上記耐食性とともに高温強度も重要な
原因となってくる。そのため、高温強度及び耐食性を兼
ね備えたNi,Cr含有量の高い合金が必要である。
However, for example, regarding chromizing treatment and shot peening, there is a problem that the effect is reduced by the construction technique and welding when applied to an actual plant. Further, since the use environment becomes severe due to the high temperature and high pressure of steam conditions, it is necessary that the material itself has excellent high temperature gas corrosion resistance and steam oxidation resistance. Further, since the design strength with respect to the design dimension of the tube is increased by the high temperature and high pressure, the corrosion resistance and the high temperature strength are important factors. Therefore, an alloy having a high Ni and Cr content, which has both high temperature strength and corrosion resistance, is required.

このような合金としては、鉄基合金としてSupertherm
(27Cr−36Ni−15Co)、インコロイ800(21
Cr−36Ni−0.4Al−0.4Ti)等があるが、前者につ
いてはチューブへの加工,溶接に問題があり、後者につ
いては若干強度が不足している。また、ガスタービン用
材料のNi基合金やCo基合金は多くのものが鋳鋼であり、
引抜き加工によるシームレス管を製造することが困難で
あるばかりでなく、時効硬化型のγ′析出強化型合金に
おいては溶接が不可能である。したがって、高強度・高
耐食性合金としてはCr量が高く、高温長時間加熱後も安
定なオーステナイト組織を有し、引抜き加工,曲げ加
工,溶接性を考慮して溶体化処理まで十分高温強度の得
られる材料が必要である。
Such an alloy includes Supertherm as an iron-based alloy.
(27Cr-36Ni-15Co), Incoloy 800 (21
Cr-36Ni-0.4Al-0.4Ti), etc., but the former has problems in tube processing and welding, and the latter has a slightly insufficient strength. In addition, many of the Ni-based alloys and Co-based alloys for gas turbine materials are cast steel,
Not only is it difficult to produce seamless tubes by drawing, but welding is not possible with age-hardened γ'precipitation strengthened alloys. Therefore, as a high-strength / high-corrosion resistant alloy, it has a high Cr content, has a stable austenite structure even after heating at high temperature for a long time, and has sufficient high-temperature strength up to solution treatment in consideration of drawing, bending, and weldability. Materials needed.

高Cr−Ni合金で強度・耐食性を有する合金として例え
ば、特開昭52−92818号公報に示されるように、
Crを重量比で10〜40%、Alを0.5〜5%、Tiを
0.5〜5%含むNi基合金でNi3(Al,Ti)すなわちγ′
相を時効析出することにより強度を得る合金があるが、
この種のγ′析出強化型合金では上記のように施工過程
に問題があるためボイラチューブとしては不適当であ
る。また、特開昭50−124822号公報に示される
「耐熱,耐食性のすぐれたNi−Cr合金」はTiとAlの含有
量が1.8〜2.8%と高く、さらにCoを16〜24%
含むNi基合金で前者同様時効析出強化型合金であり、や
はりボイラチューブとしては不適当である。特開昭47
−22823号公報に示される「クロム−ニッケル合
金」はCrを40〜55%含みNb,Ta,Ti を添加したNi基合
金であり、この合金は窒化物生成元素を添加して、高温
長時間加熱後の室温における延性低下を抑制するという
ものであり、ボイラチューブのような強度部材としては
適用困難である。さらに、特開昭52−68021号公
報に示される「耐熱性合金」はNiを24〜53%、Crを
20〜44%を含み、C及びSi高めの遠心鋳造管として
石油化学工場で使用されるパイプ等に使用されるもので
あり、ボイラチューブに適用することは難かしい。
As a high Cr-Ni alloy having strength and corrosion resistance, for example, as disclosed in JP-A-52-92818,
A Ni-based alloy containing 10 to 40% by weight of Cr, 0.5 to 5% of Al, and 0.5 to 5% of Ti is Ni 3 (Al, Ti), that is, γ ′.
There are alloys that gain strength by precipitating phases,
This type of γ'precipitation strengthened alloy is unsuitable as a boiler tube because of the problems in the construction process as described above. The "Ni-Cr alloy having excellent heat resistance and corrosion resistance" disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 50-124822 has a high content of Ti and Al of 1.8 to 2.8% and a Co content of 16 to 24. %
It is a Ni-based alloy containing nickel, which is an age precipitation strengthening alloy as in the former, and is also unsuitable as a boiler tube. JP-A-47
"Chromium-nickel alloy" disclosed in JP-A-22823 is a Ni-based alloy containing 40 to 55% of Cr and added with Nb, Ta, and Ti. This is to suppress the decrease in ductility at room temperature after heating, and it is difficult to apply it as a strength member such as a boiler tube. Further, the "heat resistant alloy" disclosed in JP-A-52-68021 contains Ni of 24 to 53% and Cr of 20 to 44% and is used in a petrochemical factory as a centrifugal casting pipe having a higher C and Si. It is used for pipes, etc., and is difficult to apply to boiler tubes.

以上のように、高Cr−Ni合金としては、その強化因子か
らみると、C量を高くした遠心鋳造合金あるいは高Al,
Ti添加のγ′析出強化型合金が主であるため、チューブ
の製造,加工性,溶接等の問題があり、ボイラチューブ
の素材としては適用が難かしい。そこで、高Crのボイラ
チューブ材としては、現状ではインコネル690が最適
であるが、高温強度特にクリープ破断強度が低いという
問題点を有していた。
As described above, as a high Cr-Ni alloy, from the viewpoint of its strengthening factor, a centrifugally cast alloy with a high C content or high Al,
Since γ'precipitation-strengthened alloys containing Ti are mainly used, there are problems with tube manufacturing, workability, welding, etc., making it difficult to apply as a material for boiler tubes. Therefore, Inconel 690 is currently the most suitable as a high Cr boiler tube material, but it has a problem that the high temperature strength, especially the creep rupture strength, is low.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、クリープ破断強度及び耐食性をも兼ね
備え、特に石炭を燃料とする火力発電用ボイラに用いて
好適な、高強度・高耐食性合金を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a high-strength / high-corrosion-resistant alloy that has both creep rupture strength and corrosion resistance and is particularly suitable for use in a coal-fired boiler for thermal power generation.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

前記した目的を達成する本発明合金の特徴は、第1番目
の発明においては、重量比でC:0.03〜0.15%、Cr:28〜3
2%、Mn:0.2〜0.8%、Si:0.7〜1.2%、Mo:
0.8〜1.6%、Nb:0.6〜1.5%、Al:0.3〜
0.7%、Ti:0.6〜2.0%、残部が実質的にNi,
又はNiおよびFeであって、Niは少なくとも58%以上含有
され、全オーステナイト組織を有するとともに、Mn/Ti
の重量%比が0.3〜0.7であることを特徴とするも
のであり、また、第2番目の発明においては、重量比
で、C:0.03〜0.15%、Cr::28〜32%、Mn:0.2〜
0.8%、Si:0.7〜1.2%、Mo:0.8〜1.6
%、Nb:0.6〜1.5%、Al:0.3〜0.7%、Ti:
0.6〜2.0%、Zr,Hf,およびTaの1種又は2種以上
の合計で0.03〜0.5%、残部が実質的にNi、又はNiおよ
びFeであって、Niは少なくとも58%以上含有され、全オ
ーステナイト組織を有するとともに、Mn/Tiの重量%比
が0.3〜0.7であることを特徴とするものである。
また本発明の合金は、前記範囲内において更に、高温長
時間加熱後の炭化物の凝集粗大化を抑制する効果をもつ
元素として知られるZr,Hf,Ta の内少なくとも1種以上
を必要に応じて含有させることができる。Zr,Hf,Ta は
粒界を強化するとともに、微細な炭化物を析出し、粒界
におけるM23C6型炭化物の凝集粗大化による強度低化及
び結晶粒の粗大化を防止する。これを含有させる場合に
は前記抑制の効果を得るに必要十分な含有量として、通
常0.03〜0.5%、好ましくは0.05〜0.1%の範
囲とすることがよい。
The characteristics of the alloy of the present invention for achieving the above-mentioned object are that, in the first invention, the weight ratio is C: 0.03 to 0.15% and Cr: 28 to 3
2%, Mn: 0.2 to 0.8%, Si: 0.7 to 1.2%, Mo:
0.8-1.6%, Nb: 0.6-1.5%, Al: 0.3-
0.7%, Ti: 0.6 to 2.0%, the balance being substantially Ni,
Or Ni and Fe, Ni is contained at least 58% or more, has a total austenite structure, and Mn / Ti
In the second invention, the weight ratio of C: 0.03 to 0.15%, Cr :: 28 to 32 is characterized by being 0.3 to 0.7. %, Mn: 0.2-
0.8%, Si: 0.7 to 1.2%, Mo: 0.8 to 1.6
%, Nb: 0.6 to 1.5%, Al: 0.3 to 0.7%, Ti:
0.6 to 2.0%, the total of one or more of Zr, Hf, and Ta is 0.03 to 0.5%, and the balance is substantially Ni, or Ni and Fe, and Ni is at least 58%. It is characterized in that it is contained as described above, has a total austenite structure, and has a Mn / Ti weight% ratio of 0.3 to 0.7.
Further, the alloy of the present invention further contains at least one or more of Zr, Hf, and Ta, which are known as elements having an effect of suppressing agglomeration and coarsening of carbides after heating at a high temperature for a long time, within the above range, if necessary. Can be included. Zr, Hf, and Ta strengthen the grain boundaries, precipitate fine carbides, and prevent the reduction of strength and the coarsening of crystal grains due to the coarsening of M 23 C 6 type carbides in the grain boundaries. When this is contained, the content necessary and sufficient for obtaining the above-mentioned suppression effect is usually 0.03 to 0.5%, preferably 0.05 to 0.1%.

本発明において各合金元素の含有量を前記の如くする理
由は次の通りである。
The reason why the content of each alloying element is set as described above in the present invention is as follows.

Cはオーステナイト生成元素であるとともに、母相中に
固溶して高温強度を維持するのに有効である。また、M
o,Nb,Ti 等と炭化物を形成し粒内に析出して高温強度を
向上させるが、Cの含有量が0.03%未満ではその効
果が少なくなるとともにσ相を生成して脆化し、高温長
時間側のクリープ破断強度も著しく低下する。また、
0.15%をこえると、結晶粒界に炭化物が析出、凝集
粗大化して高温強度が低下するとともに、加工性,溶接
性を害し、さらに、耐食性向上に有効なCrをCr23C6型の
炭化物として固定してしまうために、固溶Cr量が減少し
て結晶粒界近傍のCr欠乏相から優先的に腐食が進行して
しまう。以上のことより、Cの含有量は0.03〜0.
15%、特に0.04〜0.08%の範囲が好ましい。
C is an austenite forming element, and is effective in maintaining a high temperature strength by forming a solid solution in the matrix. Also, M
It forms carbides with o, Nb, Ti, etc. and precipitates in the grains to improve the high temperature strength, but if the C content is less than 0.03%, its effect is reduced and the σ phase is generated to embrittle, The creep rupture strength at high temperature for a long time also significantly decreases. Also,
If it exceeds 0.15%, carbide precipitates at the grain boundaries and coarsens agglomerates to lower the high temperature strength, and at the same time impairs workability and weldability. Furthermore, Cr, which is effective for improving corrosion resistance, is added to Cr 23 C 6 type. Since they are fixed as carbides, the amount of solid solution Cr decreases, and corrosion progresses preferentially from the Cr-deficient phase near the grain boundaries. From the above, the content of C is 0.03 to 0.
15%, especially 0.04 to 0.08% is preferable.

Niは、Crと共存して塑性加工性を高めるとともにオース
テナイト組織を安定化し、母相中に固溶して高温強度を
維持する元素であり、完全なオーステナイト組織を得る
には、Ni当量とCr当量との関係式から計算したシエフラ
線図よりすれば約28%以上必要とされるが、Cr−Ni系
あるいはFe−Cr−Ni系の合金ではCr量が増大すると 600
〜800℃の範囲でσ相を生成し、伸び、絞りおよびク
リープ強さが低下する(オーステナイトとフエライトの
2相合金(γ+α)あるいは完全なオーステナイト
(γ)であってもσ相が生成する)。このσ相生成の抑
制は、NiとCrの量比に関係し、例えばCr量を30%程度
含む合金では安定なオーステナイト組織を有するために
は約2倍程度のNi量が必要である。
Ni is an element that coexists with Cr to enhance plastic workability, stabilizes the austenite structure, maintains a high temperature strength by forming a solid solution in the matrix, and Ni equivalent and Cr are required to obtain a complete austenite structure. According to the Siefler diagram calculated from the relational expression with the equivalent, about 28% or more is required, but in the case of Cr-Ni-based or Fe-Cr-Ni-based alloys, when the Cr content increases,
Σ phase is generated in the range of up to 800 ° C, and elongation, drawing and creep strength decrease (σ phase is generated even if it is a two-phase alloy of austenite and ferrite (γ + α) or perfect austenite (γ)). . The suppression of the formation of the σ phase is related to the amount ratio of Ni and Cr. For example, an alloy containing about 30% Cr needs about twice the amount of Ni in order to have a stable austenite structure.

また本発明においては、Al,Tiを複合添加することによ
り、高温で使用中にNi3(Al,Ti)金属間化合物すなわち
γ′相を析出させ、これによって高温強度特にクリープ
破断強度の向上する特徴的構成を有するが、γ′の生成
にはAl,Ti の添加量が影響するとともにNi量も重要な役
割を果す。また、Cr量を30%と一定にした場合にNi量
を20〜70%まで変化した場合Ni量は多いほど耐食性
を改善する効果が大きい。
Further, in the present invention, by adding Al and Ti in combination, a Ni 3 (Al, Ti) intermetallic compound, that is, a γ ′ phase is precipitated during use at high temperature, thereby improving high temperature strength, particularly creep rupture strength. Although it has a characteristic structure, the addition amount of Al and Ti influences the formation of γ ′, and the Ni amount also plays an important role. Further, when the amount of Ni changes from 20 to 70% when the amount of Cr is kept constant at 30%, the greater the amount of Ni, the greater the effect of improving the corrosion resistance.

また更に本発明においては、σ相の生成を抑制する点で
オーステナイト安定化元素とされるMnを、合金の加工性
を考慮して後述の如く低めているという特徴的な構成も
有している。
Furthermore, in the present invention, Mn, which is an austenite stabilizing element in terms of suppressing the formation of the σ phase, has a characteristic configuration in which it is lowered as described later in consideration of the workability of the alloy. .

したがって、これら種々のNi量増加の必要性から、Niの
含有量は少なくとも58%以上、特に60〜67%の範
囲が好ましい。
Therefore, from the necessity of increasing the various amounts of Ni, the Ni content is preferably at least 58% or more, and particularly preferably in the range of 60 to 67%.

Feは、Niの一部に代替して含有させることができるが、
この場合にもNiは少なくとも58%以上必要であるの
で、特にFeを10重量%以下、特に5重量%以下が好ま
しい。
Fe can be contained by substituting a part of Ni,
In this case as well, Ni is required to be at least 58% or more, so that Fe is particularly preferably 10% by weight or less, particularly 5% by weight or less.

Crは優先酸化されて表面に密着性の良い保護被膜を生成
し耐酸化性を著しく改善するのに有効な元素である。十
分な耐酸化性を得るには少なくとも28%以上必要であ
り、σ相の生成を抑制する観点から32%を越える添加
量は好ましくない。したがって、Crの含有量は28〜3
2%とされる。
Cr is an element which is preferentially oxidized to form a protective film with good adhesion on the surface and is effective in remarkably improving the oxidation resistance. At least 28% or more is required to obtain sufficient oxidation resistance, and an addition amount exceeding 32% is not preferable from the viewpoint of suppressing the formation of the σ phase. Therefore, the content of Cr is 28 to 3
2%

Siは脱酸作用があり、脱酸剤として必要な元素であると
ともに耐食性を改善する元素であるが、あまり多く添加
するとσ相の生成を促進させて脆化するので、Siの含有
量は0.7〜1.2%、特に0.7〜1.0%の範囲が
好ましい。
Si has a deoxidizing action and is an element necessary as a deoxidizing agent and improving corrosion resistance. However, if too much is added, the formation of the σ phase is promoted and embrittlement occurs, so the Si content is 0. A range of 0.7 to 1.2%, particularly 0.7 to 1.0% is preferable.

MnはSiと同様に脱酸剤として必要な元素であり、製造上
不可避的に混入する元素の一つであるSと結合してMnS
を生成して高温割れを防止する元素であるが、鍛造,圧
延,引抜加工の工程によるシームレス管等の製造を考慮
した場合、Mnを必要以上に多くすると割れが発生しやす
くなる。また、Siとは逆にMnはオーステナイト安定化元
素であり高温強度の担い手となるため、その含有量は
0.2〜0.8%、特に、0.3〜0.7%の範囲が好
ましい。また、本発明材はその重要な強化因子である
γ′相すなわちNia(Al,Ti)金属間化合物を析出するた
めTiを添加しており、Mn/Ti比は特に限定はされるもの
ではないが強度向上の観点からはMn/Tiの重量%比で
0.3〜0.7が好ましい。
Mn is an element necessary as a deoxidizing agent like Si, and is combined with S, which is one of the elements inevitably mixed in during manufacturing, to form MnS.
Is an element to prevent hot cracking, but when considering the production of seamless pipes by the steps of forging, rolling, and drawing, cracking tends to occur when Mn is increased more than necessary. In contrast to Si, Mn is an austenite stabilizing element and plays a role in high temperature strength, so its content is preferably 0.2 to 0.8%, and particularly preferably 0.3 to 0.7%. . Further, in the material of the present invention, Ti is added in order to precipitate the γ ′ phase which is an important strengthening factor thereof, that is, Nia (Al, Ti) intermetallic compound, and the Mn / Ti ratio is not particularly limited. However, from the viewpoint of improving strength, the Mn / Ti weight% ratio is preferably 0.3 to 0.7.

Moは本発明における重要な元素であり、石炭燃焼ガスに
対する耐高温腐食性を劣化することなく、γ固溶体の基
地を強化するとともに、その一部は炭化物として析出し
高温強度を向上させ且つ結晶粒界を強化する。さらに強
化因子となる炭化物及びγ′相の粒界への凝集粗大化を
抑制する効果がある。しかしながら、Mo量が0.8%未
満ではその効果が小さく、また1.6%を越えると、か
えってσ相の析出を助長し加工性が著しく低下する。し
たがってMoの含有量は0.8〜1.6%、特に1.0〜
1.3%の範囲が好ましい。
Mo is an important element in the present invention, and strengthens the base of γ solid solution without deteriorating the high temperature corrosion resistance to coal combustion gas, and part of it precipitates as carbide to improve high temperature strength and crystal grain Strengthen the world. Furthermore, it has the effect of suppressing the coarsening of the coagulation of the carbide and γ'phase, which are the strengthening factors, at the grain boundaries. However, if the amount of Mo is less than 0.8%, its effect is small, and if it exceeds 1.6%, the precipitation of the σ phase is rather promoted and the workability is remarkably lowered. Therefore, the Mo content is 0.8 to 1.6%, especially 1.0 to
A range of 1.3% is preferred.

Nbは、Si,Mn,Mo、あるいはTiと同様にσ相の生成を助長
する元素であるが、炭化物を析出して高温強度を向上さ
せるのに有効である。また、微細で安定な炭化物を形成
し、高温で使用中の結晶粒の粗大化を防止するととも
に、γ固溶体の基地に固溶しているCの移動を抑制する
ことにより粒界への炭化物の凝集粗大化を抑制する。し
かしながら、Nb量が0.6%未満ではその効果が小さ
く、また1.5%を越えると、σ相を生成してクリープ
破断強度を低下させる。したがって、Nbの含有量は0.
6〜1.5%、特に0.9〜1.3%の範囲が好まし
い。
Nb is an element that promotes the formation of the σ phase like Si, Mn, Mo, or Ti, but it is effective in precipitating carbides and improving the high temperature strength. Further, by forming fine and stable carbides to prevent the coarsening of the crystal grains during use at high temperature, and to suppress the migration of C dissolved in the base of the γ solid solution, the carbides to the grain boundaries can be reduced. Suppresses coagulation and coarsening. However, if the amount of Nb is less than 0.6%, its effect is small, and if it exceeds 1.5%, a σ phase is formed to lower the creep rupture strength. Therefore, the Nb content is 0.
A range of 6 to 1.5%, particularly 0.9 to 1.3% is preferable.

Alは、耐酸化性の向上に有効であるとともに、本発明の
特徴であるγ′相の析出に寄与する元素である。通常、
Tiとの複合添加により、Ni3(Al,Ti)金属間化合物を生
成することによって高温強度向上に寄与する。しかしな
がら、Al量が0.3%未満になるとγ′相に含まれるTi
量が増加し、Ni3Tiすなわちη相を析出して著しく強度
を低下させる。また0.7%を越えると過剰のAlがAlN
を析出し、延性を著しく低下させる。したがってAlの含
有量は0.3〜0.7%特に0.3〜0.5%の範囲が
好ましい。
Al is an element that is effective in improving the oxidation resistance and contributes to the precipitation of the γ'phase, which is a feature of the present invention. Normal,
When added together with Ti, Ni 3 (Al, Ti) intermetallic compound is generated, which contributes to improvement of high temperature strength. However, when the Al content is less than 0.3%, Ti contained in the γ ′ phase
The amount increases and Ni 3 Ti, that is, the η phase is precipitated and the strength is remarkably reduced. On the other hand, if it exceeds 0.7%, excess Al becomes AlN.
To significantly reduce ductility. Therefore, the Al content is preferably 0.3 to 0.7%, particularly preferably 0.3 to 0.5%.

TiはNb,Mo と同様に炭化物を生成し析出強化して高温強
度,延性を向上するとともに、Alとの複合添加により
γ′相を析出して高温強度を向上させる。この効果が有
効に働くのはAl/Ti の比で0.2〜0.5の範囲であ
り、0.2未満であるとη相を析出することにより高温
強度を著しく低下させる。また、0.5を越えると効果
が小さくなってしまう。また、2.0%を越えるとγ′
の析出量が多くなり、延性を著しく低下させる。したが
ってTiの含有量は0.6〜2.0%特に0.9〜1.6
%の範囲が好ましい。
Similar to Nb and Mo, Ti forms carbides and strengthens the precipitation to improve high-temperature strength and ductility, and when combined with Al, precipitates the γ'phase to improve high-temperature strength. This effect works effectively when the Al / Ti ratio is in the range of 0.2 to 0.5, and when it is less than 0.2, the η phase is precipitated and the high temperature strength is significantly reduced. Further, if it exceeds 0.5, the effect becomes small. If it exceeds 2.0%, γ '
The amount of precipitates in the steel increases, and the ductility is significantly reduced. Therefore, the Ti content is 0.6 to 2.0%, especially 0.9 to 1.6.
% Range is preferred.

本発明合金は溶体化処理されたままの全オーステナイト
組織を有する。溶体化処理温度は1100〜1200℃が好まし
く、特に1170〜1190℃がよい。この範囲で溶体化処理を
行なうと結晶粒は約100〜350μmの範囲となる。
結晶粒の大きさはクリープ破断強度に大きく影響する。
一般に同一鋼種であれば結晶粒が大きい程強度は高くな
るが、大きくなりすぎると短時間強度は高くなるが長時
間で強度が低下する。そこで、熱処理温度によって結晶
粒を限定することにより強度を得ることが好ましく、前
記溶体化処理によれば、700℃,105時間クリープ破断強
度は11kgf/mm2以上、あるいは750℃,105時間ク
リープ破断強度は7kgf/mm2以上の特性を示すものが得
られる。また、溶体化処理時に本発明材の強化因子であ
るγ′相が体積比で0.5%程度析出しても影響はない
が、通常、溶体化処理は加熱後水冷によって急冷するた
め、溶体化処理後γ′相は認められない。
The alloy of the present invention has an austenitic structure as-solution treated. The solution treatment temperature is preferably 1100 to 1200 ° C, and particularly preferably 1170 to 1190 ° C. When the solution treatment is performed in this range, the crystal grains are in the range of about 100 to 350 μm.
The grain size has a great influence on the creep rupture strength.
Generally, in the case of the same steel type, the larger the crystal grains, the higher the strength. However, if the grain size is too large, the strength increases for a short time but decreases for a long time. Therefore, it is preferable to obtain the strength by limiting the crystal grains depending on the heat treatment temperature. According to the solution heat treatment, the creep rupture strength at 700 ° C for 10 5 hours is 11 kgf / mm 2 or more, or 750 ° C for 10 5 hours. A creep rupture strength of 7 kgf / mm 2 or more is obtained. Further, even if 0.5% by volume of the γ ′ phase, which is a strengthening factor of the material of the present invention, is not affected during the solution treatment, the solution treatment usually involves rapid cooling by heating and then water cooling. No γ'phase is observed after the chemical treatment.

〔発明の実施例〕Example of Invention

第1表に示す化学組成の本発明合金(NO. 1〜NO.
5)、および比較合金(NO. 6〜NO. 12)を、溶製−造
塊−圧延して鋼板にし、溶体化処理を施した後、供試材
とした。
The alloy of the present invention having the chemical composition shown in Table 1 (NO. 1 to NO.
5) and the comparative alloys (NO. 6 to NO. 12) were ingot-ingot-rolled into steel plates, which were subjected to solution treatment and then used as test materials.

液体化処理は、本発明合金NO.1〜5及び比較合金N
O.6〜9について1185℃×10 min−水冷,比較
合金NO.10について1050℃×30 min−水冷,
比較合金NO.11について1150℃×30min−水
冷,比較合金NO.12について1050℃×30 min
−水冷を夫々施したものである 次に溶体化処理を施した各供試材について、腐食試験と
クリープ破断試験を行て耐食性とクリープ破断強度を比
較した。さらに、直径120mm,長さ200mmの溶解イ
ンゴットを30mm角材に鍛造したときの割れ発生を調
べ、鍛造性を比較した。
The liquefaction process is performed according to the alloy NO. 1-5 and comparative alloy N
O. Nos. 6 to 9 were 1185 ° C. × 10 min-water cooling, comparative alloy NO. About 10 1050 ℃ × 30 min-water cooling,
Comparative alloy NO. No. 11 1150 ° C. × 30 min-water cooling, comparative alloy NO. About 12 1050 ℃ × 30 min
-Water cooling respectively Next, the corrosion test and the creep rupture test were performed for each of the solution treated sample materials to compare the corrosion resistance and the creep rupture strength. Further, the occurrence of cracks when a molten ingot having a diameter of 120 mm and a length of 200 mm was forged into a 30 mm square bar was examined to compare forgeability.

なお、腐食試験はモル比でNa2SO4:K2SO4:Fe2O3の比が
1.5:1.5:1からなる混合物を供試材の表面に塗
布し、730℃で1%SO2,10%CO2,5%Oおよび
の混合ガス中で100時間保持し、試験後の腐食減
量をって耐食性を評価した。また、700℃,750
℃,105時間クリープ破断強度は、700℃,750
℃,800℃のクリープ破断強度からラルソン・ミラー
のパラメータを用いて整理したもので評価した。また、
鍛造性は前記の如く実際の鍛造を行うことによって割れ
発生を調査することによって評価した。
The corrosion test was conducted by applying a mixture having a molar ratio of Na 2 SO 4 : K 2 SO 4 : Fe 2 O 3 of 1.5: 1.5: 1 to the surface of the test material at 730 ° C. It was kept for 100 hours in a mixed gas of 1% SO 2 , 10% CO 2 , 5% O 2 and N 2 , and the corrosion weight was evaluated after the test to evaluate the corrosion resistance. Also, 700 ° C, 750
° C., 10 5 h creep rupture strength, 700 ° C., 750
Evaluation was performed by using the parameters of Larson-Miller arranged from the creep rupture strength at ℃ and 800 ℃. Also,
The forgeability was evaluated by investigating the occurrence of cracks by actually performing forging as described above.

それらの結果を第2表,第3表及び第4表に示す。The results are shown in Tables 2, 3, and 4.

第2表に示す如く30%Cr−60%Ni系合金(供試材N
O.1〜NO.9のものをいう:以下同じ)は、比較合
金のNO.10( SUS310)及びNO.11(インコ
ロイ800H)に比べて、それぞれ6倍,3倍程度の耐
食性を示し、比較合金NO.12(インコネル690)と
同等の耐食性を示している。
As shown in Table 2, 30% Cr-60% Ni alloy (test material N
O. 1-NO. No. 9 of the comparative alloy). 10 (SUS310) and NO. No. 11 (Incoloy 800H) shows corrosion resistance about 6 times and about 3 times respectively, and the comparative alloy NO. It shows the same corrosion resistance as 12 (Inconel 690).

また、第3表に示す如く、本発明合金のクリープ破断強
度は比較合金よりも高い値を示し、30%Cr−60%Ni
系合金でも比較合金NO.6及びNO.8は長時間側で
強度が低下する傾向を示している。
Further, as shown in Table 3, the creep rupture strength of the alloy of the present invention shows a higher value than that of the comparative alloy, that is, 30% Cr-60% Ni.
Comparison alloy NO. 6 and NO. No. 8 shows a tendency that the strength decreases on the long time side.

第4表は30%Cr−60%Ni系合金の鍛造性評価を鍛造
時の割れ発生によって評価した結果を示しており、本発
明合金は鍛造による割れ発生は見られず、又、比較合金
の内強度の引いNO.6及びNO.8も割れは発生しな
かった。しかしながら、比較合金の内強度の高いNO.
7及びNO9は割れが発生した。
Table 4 shows the results of evaluation of the forgeability of the 30% Cr-60% Ni-based alloy by the occurrence of cracking during forging. The alloy of the present invention showed no cracking due to forging, and the alloy of the comparative alloy was NO. 6 and NO. No cracking occurred in No. 8 either. However, the NO.
No. 7 and NO 9 were cracked.

第1図は、前記した第3表の結果で示される700℃及
び750℃の105時間クリープ破断強度とMn量の関係
を示したものであり、この図より、Mn量は0.2〜0.
8%の範囲で高い強度を示し、特に、0.3〜0.7%
が好ましいことが理解される。また第2図は700℃及
び750℃の105時間クリープ破断強度とMn/Tiの関
係を第1表および第3表に基づいて示したものであり、
この図よりMn/Tiは0.3〜0.7の範囲で高い強度を
示すことが理解される。なお第3図は、本発明合金N
O.5と比較合金NO.8を例にして、クリープ破断強
度とラルソン・ミラーのパラメータの関係を示したもの
であり、この図から本発明合金は比較合金より高い強度
を示し、直線の傾きも緩やかであるという好ましい特性
をもつことが理解される。
FIG. 1 shows the relationship between the 10 5 hour creep rupture strength at 700 ° C. and 750 ° C. and the Mn amount shown in the results of Table 3 described above. 0.
High strength in 8% range, especially 0.3-0.7%
Is understood to be preferred. FIG. 2 shows the relationship between the 10 5 hour creep rupture strength at 700 ° C. and 750 ° C. and Mn / Ti based on Tables 1 and 3.
From this figure, it is understood that Mn / Ti exhibits high strength in the range of 0.3 to 0.7. Incidentally, FIG. 3 shows the alloy N of the present invention.
O. 5 and comparative alloy NO. 8 shows the relationship between the creep rupture strength and the parameters of Larson-Miller. From this figure, the alloy of the present invention exhibits higher strength than the comparative alloy, and the preferable characteristic that the slope of the straight line is gentle. It is understood that it has.

〔発明の効果〕 本発明によれば、例えば高温高圧の石炭燃焼ガス及び高
温蒸気の雰囲気下の使用において、耐高温腐食性に優れ
且つ高いクリープ破断強度を兼ね備え、また鍛造,圧
延,引抜加工によるチューブ等の製造に適した高強度・
高耐食性合金が得られ、特にこの合金を火力発電プラン
ト用石炭焚ボイラチューブに適用することによって、発
電効率の向上、石炭の有効利用に極めて効果がある。
[Effects of the Invention] According to the present invention, for example, when used in an atmosphere of high-temperature and high-pressure coal combustion gas and high-temperature steam, it is excellent in high-temperature corrosion resistance and has high creep rupture strength, and by forging, rolling and drawing. High strength suitable for manufacturing tubes etc.
A highly corrosion-resistant alloy can be obtained, and particularly by applying this alloy to a coal-fired boiler tube for a thermal power plant, it is extremely effective in improving power generation efficiency and effectively utilizing coal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明合金例および比較合金例の700℃及
び750℃の105時間クリープ破断強度とMn量の関係を
示す図、第2図は、同700℃及び750℃の105時間
クリープ破断強度とMn/Tiの関係を示す図、第3図は、
同クリープ破断強度とラルソン・ミラーのパラメータの
関係を示す図である。
Figure 1 is a diagram showing the relationship of the present invention the alloy examples and 10 5 hours creep rupture strength of 700 ° C. and 750 ° C. in Comparative Alloy Example and the amount of Mn, the second figure is the same 700 ° C. and 750 ° C. for 105 hours Figure 3 shows the relationship between creep rupture strength and Mn / Ti.
It is a figure which shows the relationship between the same creep rupture strength and the parameter of Larsson-Miller.

フロントページの続き (72)発明者 桐原 誠信 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−100640(JP,A)Front page continuation (72) Inventor Masanobu Kirihara 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, Hitachi Research Laboratory, Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. (56) Reference JP-A-60-100640 (JP, A)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】重量比で、C:0.03〜0.15%、Cr:28〜32
%、Mn:0.2〜0.8%、Si:0.7〜1.2%、Mo:0.8〜1.6%、N
b:0.6〜1.5%、Al:0.3〜0.7%、Ti:0.6〜2.0%、残部が
実質的にNi,又はNiおよびFeであって、Niは少なくとも
58%以上含有され、全オーステナイト組織を有するとと
もに、Mn/Ti の重量%比が0.3〜0.7であることを
特徴とした鍛造、圧延可能な高強度・高耐食性合金。
1. A weight ratio of C: 0.03 to 0.15% and Cr: 28 to 32.
%, Mn: 0.2 to 0.8%, Si: 0.7 to 1.2%, Mo: 0.8 to 1.6%, N
b: 0.6 to 1.5%, Al: 0.3 to 0.7%, Ti: 0.6 to 2.0%, the balance being substantially Ni, or Ni and Fe, with Ni being at least
A high-strength, high-corrosion-resistant alloy capable of forging and rolling, containing 58% or more, having a total austenite structure, and having a weight% ratio of Mn / Ti of 0.3 to 0.7.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、Mn含有量
が0.3〜0.7%である高強度・高耐食性合金。
2. A high-strength / high-corrosion-resistant alloy as defined in claim 1 having a Mn content of 0.3 to 0.7%.
【請求項3】特許請求の範囲第1項において、結晶粒の
大きさが100 〜350 μmである高強度・高耐食性合金。
3. A high-strength, high-corrosion-resistant alloy according to claim 1, wherein the size of crystal grains is 100 to 350 μm.
【請求項4】特許請求の範囲第1項において、700 ℃、
105時間クリープ破断強度が11kgf/mm2以上である高強度
・高耐食性合金。
4. The method according to claim 1, wherein the temperature is 700 ° C.,
10 5 h creep rupture strength of high strength and high corrosion resistance alloy which is 11 kgf / mm 2 or more.
【請求項5】特許請求の範囲第1項において、750℃、1
05時間のクリープ破断強度が7kgf/mm2以上である高強度
・高耐食性合金。
5. The method according to claim 1, wherein 750 ° C. and 1
High strength and high corrosion resistance alloy creep rupture strength of 0 5 hours is at 7 kgf / mm 2 or more.
【請求項6】重量比で、C:0.03〜0.15%、Cr:28〜32
%、Mn:0.2〜0.8%、Si:0.7〜1.2%、Mo:0.8〜1.6%、N
b:0.6〜1.5%、Al:0.3〜0.7%、Ti:0.6〜2.0%、Zr,Hf,
およびTaの1種又は2種以上の合計で0.03〜0.5%、
残部が実質的にNi、又はNiおよびFeであって、Niは少な
くとも58%以上含有され、全オーステナイト組織を有す
るとともに、Mn/Ti の重量%比が0.3〜0.7である
ことを特徴とした鍛造、圧延可能な高強度・高耐食性合
金。
6. A weight ratio of C: 0.03 to 0.15% and Cr: 28 to 32.
%, Mn: 0.2 to 0.8%, Si: 0.7 to 1.2%, Mo: 0.8 to 1.6%, N
b: 0.6 to 1.5%, Al: 0.3 to 0.7%, Ti: 0.6 to 2.0%, Zr, Hf,
And one or more of Ta in total of 0.03 to 0.5%,
The balance is substantially Ni or Ni and Fe, Ni is contained at least 58% or more, has a total austenite structure, and the weight% ratio of Mn / Ti is 0.3 to 0.7. Characteristically forged and rollable high strength and high corrosion resistant alloy.
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