JPH07238349A - 耐熱鋼 - Google Patents
耐熱鋼Info
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- JPH07238349A JPH07238349A JP6064306A JP6430694A JPH07238349A JP H07238349 A JPH07238349 A JP H07238349A JP 6064306 A JP6064306 A JP 6064306A JP 6430694 A JP6430694 A JP 6430694A JP H07238349 A JPH07238349 A JP H07238349A
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- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
Abstract
短時間の時効処理で十分な強度を得ることができ、かつ
コスト上昇を極力押さえることを可能とする耐熱鋼を提
供することを目的とする。 【構成】重量%でC:0.005〜0.20%、Si:
0.01〜2.0%、Mn:0.1〜2.0%、Ni:
20〜30%、Cr:10〜20%、Ti:3.0〜
4.5%、A1:0.1〜0.7%、Ti/A1:5〜
20 残部実質的にFeから成る組成を有することを特徴とす
る耐熱鋼。本発明は高温強度をさらに向上させるため
に、B、Nb、Zr、V、Mo、W、Cu、Mg、C
a、REMの何れか1種または2種以上をB:0.00
1〜0.050%、Nb:0.1〜3.0%、Zr:
0.001〜0.50%、V:0.01〜1.0%、M
o:0.1〜3.0%、W:0.1〜3.0%、Cu:
0.1〜3.0%、Mg:0.001〜0.05%、C
a:0.001〜0.05%、REM:0.001〜
0.05%の量で、含有させてもよい。
Description
ービン部品、熱交換器用部品、加熱炉用部品、原子力用
部品等の耐熱性および耐食性などが要求される部品の素
材として使用される耐熱鋼に関する。
部品、加熱炉用部品、原子力用部品等の耐熱性および耐
食性などが要求される部品の素材として、オーステナイ
ト系耐熱鋼であるJIS SUH660が使用されてい
る。しかしSUH660の使用上限温度は700℃であ
り、700℃を越える使用条件の場合にはNi基耐熱合
金等の超合金が使用されている。
エンジンの高出力化および、蒸気タービンの熱効率向上
のために、排気ガス温度および蒸気温度が上昇する傾向
にある。このため従来SUH660が使用されていたエ
ンジン部品、タービン部品、熱交換器用部品、加熱炉用
部品、原子力用部品等で、SUH660では耐熱性、耐
食性が不十分な場合が生じている。そのため一部の部品
で、Ni基耐熱合金等の超合金が使用されている場合が
あるが、大幅なコスト上昇を招く。
を極力抑え、かつ、耐熱性に優れ、700℃以上の使用
雰囲気でも使用可能な材料が求められている。本発明は
このような問題点を解決するためになされたもので、S
UH660よりも耐熱性に優れ、700℃以上の雰囲気
で使用可能であり、かつ、コスト上昇を最小限にするこ
とを可能とする耐熱鋼の提供を目的とする。
の本発明による耐熱鋼は、重量%でC:0.005〜
0.20%、Si:0.01〜2.0%、Mn:0.1
〜2.0%、Ni:20〜30%、Cr:10〜20
%、Ti:3.0〜4.5%、Al:0.1〜0.7
%、Ti/Al:5〜20、残部実質的にFeから成る
組成を有することを特徴とする。
に、B、Nb、Zr、V、Mo、W、Cu、Mg、C
a、REMの何れか1種または2種以上をB:0.00
1〜0.050%、Nb:0.1〜3.0%、Zr:
0.001〜0.50%、V:0.01〜1.0%、M
o:0.1〜3.0%、W:0.1〜3.0%、Cu:
0.1〜3.0%、Mg:0.001〜0.05%、C
a:0.001〜0.05%、REM:0.001〜
0.05%の量で、含有させてもよい。
を述べる。
より母材の高温強度を高めるのに有効な元素であって、
このためには0.005%以上含有させることが必要で
ある。しかし、多すぎると炭化物の生成量が多くなりす
ぎ、耐食性を劣化させるとともに靭延性をも劣化させる
ので0.20%以下とする必要がある。
であり、このためには0.01%以上含有させることが
必要である。しかし、多量に含有すると靭性が劣化する
とともにエンジン部品の場合のPbO耐食性も劣化する
ので2.0%以下とした。
作用する元素であり、このためには0.1%以上含有さ
せることが必要である。しかし、多量に含有させると高
温での耐酸化性が低下するので2.0%以下とした。
γ’相{Ni3(Al,Ti)}を形成させて高温強度
および耐食性を向上させるのに有効な元素であって、こ
のような効果を得るためには20%以上含有させること
が必要である。しかしながら、多すぎると価格の上昇を
もたらすので30%以下とした。
保するために必要な元素でありこのためには10%以上
必要である。しかし、Ni量が20〜30%の範囲で
は、多量に含有させるとσ相が生成し、靭延性が劣化す
るとともに高温強度が低下するため、20%以下とする
必要がある。
のに有効なγ’相を形成するのに有効な元素であり、S
UH660よりも優れ、かつ700℃以上での使用を可
能とする高温強度およびクリープ特性を得ることができ
る量のγ’相を形成するためには3.0%以上必要であ
る。しかし、多量に含有させるとη相(Ni3Ti)を
生成して高温強度を低下させるので4.5%以下とする
必要がある。
に有効な元素である。このためには0.1%以上含有さ
せることが必要である。しかし、多量に含有させると、
Alは酸素との親和力が強いため製造性の劣化が生じる
だけでなく、熱間加工性も劣化するため、0.7%以下
にする必要がある。
量を多くするために、Ti量の範囲を3.0〜4.5%
に規定しているため、η相が生成しやすくなっている。
η相が生成すると、γ’量の生成量が減少し、高温強度
が低下するとともに、靭延性が低下するため、時効処理
中あるいは使用中のη相の生成を抑制する必要がある。
くなるため、700℃以上での使用を可能とするために
は、この温度でもη相の生成を抑制しなければならな
い。さらに、析出強化のために実施される時効処理は、
使用温度以上で実施することが必要であり、700℃以
上、好ましくは750℃以上の時効処理を実施してもη
相が生成しないことも必要となる。このため、本発明で
はTi含有量が多いにもかかわらずη相の生成を抑制す
るため、Ti/Alについて詳細な検討を実施し、Ti
/Alを規定することにより、目的の特性を達成するこ
とができた。
が小さすぎると時効処理時でのγ’相の析出が遅く、十
分な強度を得るためには長時間の時効処理が必要とな
り、コストの上昇を招く。そのためTi/Alは5以上
が必要である。一方、Ti/Alが大きくなると、時効
処理時のγ’の析出は速くなるが、η相が短時間、低温
度側で生成する傾向になる。このため、700℃以上、
好ましくは750℃以上の時効処理でη相が生成せず、
また、700℃以上の温度に長時間曝されても、η相が
生成せず、クリープ破断寿命を長くするためには、Ti
/Alを20以下にする必要がある。
を抑制して高温強度および靭性の低下を防止し、さらに
は高温クリープ強度を高めるのに有効な元素であって、
このためには0.001%以上含有させることが必要で
ある。しかし、多量に含有すると母材の融点を低下させ
て熱間加工性を阻害するので0.050%以下とする必
要がある。
て強度を向上させるので必要に応じて0.1%以上含有
させるのが良いが、多すぎるとラーバス相(Fe2N
b)を生成して強度を低下させるので3.0%以下とす
る必要がある。なお、Nbはその一部をTaと置換して
も良い。
のに有効な元素であり、このためには必要に応じて0.
005%以上含有させるのがよいが、多すぎると靭性を
劣化させるので0.50%以下とする必要がある。
めるのに有効な元素であり、このためには必要に応じて
0.01%以上含有させるのが良いが、多すぎると靭性
を劣化させるので1.0%以下とする必要がある。
3.0%、Cu:0.1〜3.0%Mo、W、Cuはオ
ーステナイト中に固溶して強度を高めるのに有効な元素
であるので必要に応じてそれぞれ0.1%以上含有させ
るのも良い。しかし、含有量が多すぎると熱間加工性を
阻害するとともに脆化相を析出し易くなるので、それぞ
れ3.0%以下とする必要がある。
0.001〜0.05%、REM:0.001〜0.0
5% Mg、Ca、REMはいずれも脱酸、脱硫作用を有する
元素であって鋼の清浄度を高めるともに、Mg、Caは
粒界に偏析して粒界を強化するのに有効な元素であり、
このような効果を得るために、各々0.001%以上必
要に応じて含有させるのも良い。しかしながら、多量に
添加させると熱間加工性を阻害し、靭性および延性を低
下させるので、各々0.05%%以下とする必要があ
る。
にその実施例を詳述する。表1に示す化学成分のものを
50kg高周波誘導炉で溶製したのち、50kg鋼塊に
鋳造し、続いて鍛伸によって20mmの丸棒にし、10
00℃×1hr加熱後水冷の熱処理および750℃×4
hr加熱後空冷の時効処理を施した。その後各丸棒より
試験片を切り出して引張試験およびクリープ破断試験を
行った。なお、比較鋼1は、JIS SUH660であ
る。
用いることにより行い、室温および700℃での0.2
%耐力、引張強さおよび破断延びを測定した。また、ク
リープ破断試験は平行部6mm丸の試験片を用いること
により行い、700℃の温度で392MPaおよび49
0MPaの応力を負荷して、破断するまでの時間を測定
した。それらの結果を表2に示す。
SUH660と比較して室温および700℃での0.2
%耐力および引張強さが優れ、延びはSUH660と同
等である。また、クリープ破断時間は、SUH660の
100倍以上である。
た、比較鋼4は、Tiが多いため応力392MPaでの
クリープ破断時間が本発明鋼と比較して短く、長時間で
のクリープ寿命が短い。比較鋼2はTi/Alが小さい
ため、発明鋼と比較して室温、700℃での0.2%耐
力および引張強さが小さい。
Ti量を多くすることにより、引張強度を大きくするこ
とが可能であり、かつ、Ti/Alを規定することによ
り、短時間の時効処理後の強度が優れているとともに、
700℃以上でのクリープ破断寿命も優れており、従来
よりもより高温で使用される耐熱ボルトやバルブおよび
ブレード等の、エンジン部品、タービン部品、熱交換器
用部品、加熱炉用部品、原子力用部品等の高強度・耐熱
部品の素材として適したものであり、Ni、Cr等の含
有量が従来の耐熱鋼よりも増えていないため、コスト上
昇を小さくすることができるという工業的価値大なる非
常に優れた効果をもたらしうる。
Claims (4)
- 【請求項1】重量%で C:0.005〜0.20% Si:0.01〜2.0% Mn:0.1〜2.0% Ni:20〜30% Cr:10〜20% Ti:3.0〜4.5% Al:0.1〜0.7% Ti/Al:5〜20 残部実質的にFeから成る組成を有することを特徴とす
る耐熱鋼。 - 【請求項2】請求項1の成分に加え更にB、Nb、Z
r、Vの何れか1種または2種以上を B:0.001〜0.050% Nb:0.1〜3.0% Zr:0.001〜0.50% V:0.01〜1.0% の量で含有させたことを特徴とする耐熱鋼。 - 【請求項3】請求項1または2の成分に加え更にMo、
W、Cuの何れか1種または2種以上を Mo:0.1〜3.0% W:0.1〜3.0% Cu:0.1〜3.0%の量で含有させたことを特徴と
する耐熱鋼。 - 【請求項4】1、2または3の成分に加え更にMg、C
a、REMの何れか1種または2種以上を Mg:0.001〜0.05% Ca:0.001〜0.05% REM:0.001〜0.05%の量で含有させたこと
を特徴とする耐熱鋼。
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