JPH0826439B2 - 高温腐食特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

高温腐食特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼

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JPH0826439B2
JPH0826439B2 JP3165946A JP16594691A JPH0826439B2 JP H0826439 B2 JPH0826439 B2 JP H0826439B2 JP 3165946 A JP3165946 A JP 3165946A JP 16594691 A JP16594691 A JP 16594691A JP H0826439 B2 JPH0826439 B2 JP H0826439B2
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creep rupture
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は廃棄物燃焼環境等の溶融
塩化物および塩化水素(HCl)ガス等に対して優れた
高温腐食特性を有するオーステナイト系ステンレス鋼に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、一般廃棄物および産業廃棄物の中
で、廃棄プラスチック類および自動車シュレッダーダス
ト等の燃焼により発生する高濃度の溶融塩化物およびH
Clガス等に対し、優れた高温腐食特性を有する焼却炉
および燃焼ボイラ用鉄鋼材料はない。そのために、現状
では、上記廃棄物は高い発熱量を持ちながら、不燃・燃
焼不適物として分別・収集され、主に埋め立てられてい
る。また、一部分別・収集されずに、一般廃棄物に混入
してボイラで燃焼される前記廃棄物は、腐食性環境条件
が厳しいためボイラの蒸気条件は圧力294.2N/c
2 、温度350℃程度以下に抑えられ、効率の良い低
公害の燃料源として活用されていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するという観点にたって、廃棄物燃焼環境中の溶融
塩化物およびHClガス等に対して優れた耐高温腐食性
を有し、かつクリープ破断強度および製造時の熱間加工
性の良好なオーステナイト系ステンレス鋼を提供するこ
とを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、重量%にて、C;0.02〜0.15%、Mn;
0.3〜2.0%、Cr;18〜25%、Ni;17〜
50%、Mo;0.5〜3.0%、Ti;0.03〜
0.3%、Nb;0.05〜0.6%、B;0.003
〜0.01%、P;0.04%以下、S;0.005%
以下、N;0.02〜0.3%、Ca;0.0005〜
0.05%を含有し、かつAl;0.5〜6.0%、S
i;0.7〜3.0%のうち1種以上を含み、残部がF
eおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステ
ンレス鋼にあり、廃棄物燃焼環境での高温腐食特性とク
リープ破断強度および製造時の熱間加工性が良好なステ
ンレス鋼である。
【0005】
【作用】以下に成分の限定理由について説明する。先
ず、塩化物およびHClガスに対して高温腐食特性を向
上させる合金元素として、Ni、AlおよびSiが有効
であることを見出した。Ni含有量増大により高温腐食
深さが減少する(図1)。これはスケール中に生成する
Ni富化層が塩化物およびHClガスに対する保護性を
有するためと考えられる。その効果は17%未満では十
分ではないため下限を17%とした。なお、Ni量が多
くなると熱間での加工硬化が起こりやすく熱間加工性が
劣化すること、またコストの面でもNi量が多くなると
高価になるのでNiの上限を50%とした。したがって
Niの量を17〜50%と限定した。
【0006】AlおよびSiはその添加により高温腐食
深さが減少する(図2)。これはスケール中にそれぞれ
Al2 3 およびSiO2 系の保護性スケールが生成す
るためと考えられる。その効果はAl;0.5%未満、
Si;0.7%未満では十分ではないため、Alの下限
を0.5%、Siの下限を0.7%とした。なお、Al
およびSi量が増加すると熱間加工性および高温クリー
プ破断強度が低下するので、両特性を確保するためにA
l量を6.0%以下、Si量を3.0%以下にすること
が必要である。これらの理由によってAlの量を0.5
〜6.0%、Siの量を0.7〜3.0%とした。
【0007】Al、Siは単独添加または複合添加して
も同様の効果が得られるが、熱間加工性確保の観点か
ら、複合添加の場合の上限はAl、Siの合計5.0%
が望ましい。次に、上記以外の成分について述べる。C
は、炭化物形成元素としてクリープ破断強度やクリープ
破断伸びに大きな影響を与えるので、C量はクリープ特
性に効果的なCr、Mo、Ti、Nb、Bの炭化物を形
成するに必要な量を最小限添加する必要がある。一方、
溶接時高温割れを防止するためにはC量をできる限り下
げる必要がある。以上の観点からCの下限を0.02
%、上限を0.15%と定めた。
【0008】Mnは、脱酸を十分行い健全な鋳片を得る
ために必要であり、鋼中に不純物として含有されるS成
分を固定し、熱間脆性を防止し、溶接性、熱間加工性を
向上させるので0.3%以上は必要である。しかし添加
量が多過ぎると耐酸化性を損なうので上限を2.0%と
した。Crは高温クリープ破断強度、硫酸塩等に対する
耐高温腐食性および耐高温酸化性等を向上させるので耐
熱合金にとっては必須の元素である。SUS347H
(18Cr−12Ni−0.7Nb)と同等以上の耐高
温酸化性が必要なので、Cr量の下限をSUS347H
のCr量と同量の18%とした。しかしCr量が多いと
長時間加熱によりσ脆化が起こりやすくなる。25Cr
−20Niのオーステナイト系ステンレス鋼SUS31
0S以上の耐σ脆化性を確保するためにCr量の上限を
25%とした。
【0009】Moは固溶体硬化作用や析出硬化作用によ
ってクリープ破断強度を高めるのに必要な元素であるの
で下限を0.5%とした。しかしMoはσ相の形成を促
進し、長時間使用脆化を起こしやすいので添加量の上限
を3.0%とした。Ti、Nbは炭・窒化物形成元素で
クリープ破断強度の向上に効果があり、複合添加でその
炭・窒化物が微細分散化する場合に最もクリープ破断強
度が高くなる。炭・窒化物の析出量はTi量が0.03
%未満、Nb量が0.05%未満では十分でなく、一
方、Ti量が0.3%、Nb量が0.6%を超えてのT
i、Nb複合添加では炭・窒化物が凝集粗大化し、クリ
ープ破断強度が低下する。以上の点を考慮してTiの量
を0.03〜0.3%、Nbの量を0.05〜0.6%
とした。
【0010】Bはクリープ破断強度を高めるのに0.0
03%以上は必要であるが添加量が多いと溶接性および
延性が劣化するので添加量の上限を0.010%とし
た。Pは添加量が多いと高温クリープ中に析出を促進
し、クリープ中脆化を促進させるので上限を0.04%
とした。Sも粒界に偏析し高温クリープ中に粒界の脆化
を促進させるので上限を0.005%とした。
【0011】Nは高Cr、高Ni系オーステナイト合金
の高温クリープ破断強度を高めることが知られている。
Nは窒化物の形成によりクリープ破断強度を高めるが、
そのためには0.02%以上にする必要がある。しかし
N量が増加するとクリープ破断伸びが減少し、またN量
が0.3%を超えても長時間のクリープ破断強度の増加
は少ない。したがってN量の上限を0.3%とした。
【0012】Caは脱酸・脱硫作用を有し、OおよびS
の粒界偏析を減少させることによって熱間加工性および
クリープ破断強度を向上させる。その効果は0.000
5%未満では十分でないので、Ca量の下限を0.00
05%とした。また、Ca量が0.05%を超えると鋼
の清浄性を劣化し、熱間加工性を低下する。したがって
Ca量の上限を0.05%とした。
【0013】
【実施例】次に本発明の実施例についてさらに具体的に
述べる。表1、表2(表1のつづき)に本発明例の化学
組成、高温腐食深さ、クリープ破断強度および熱間加工
性を、また、表3、表4(表3のつづき)に比較例の化
学組成、高温腐食深さ、クリープ破断強度および熱間加
工性を示す。
【0014】いずれも45kg真空溶製し、熱間押出、
固溶化熱処理の後、高温腐食試験およびクリープ破断試
験を行った。高温腐食試験は37%NaCl+63%F
eCl2 合成灰を板状試験片表面に塗布し、0.2%H
Cl+0.5%SO2 +5%O2 +15%CO2 +ba
l.N2 ガス中で550℃×30h加熱し、試験片縦断
面の腐食深さを測定した。クリープ破断試験はゲージ部
φ6×l 30mmの試験片で温度550℃、応用44
1.3N/mm2 の条件で行い、その破断時間でクリー
プ破断強度を評価した。また熱間加工性を熱間押出時の
割れ有無で評価した。
【0015】表1、表2に示す本発明例A〜Cは20C
r−25Ni−1.5Moを基本成分として、Alをそ
れぞれ1%、3%および5%含有したものであり、D〜
Fは同一基本成分にSiをそれぞれ1%、2%および3
%含有したものである。また、本発明例G〜Iは24C
r−35Ni−1.5Moを基本成分とし、Alをそれ
ぞれ1%、3%および5%含有したものであり、Jは同
一基本成分にSiを2%含有したものである。
【0016】次に、K、Lは20Cr−25Ni−1.
5Moを基本成分として、Al、SiをKはそれぞれ3
%、1%、Lはそれぞれ1%、2%複合で含有したもの
であり、M、Nは24Cr−35Ni−1.5Moを基
本成分とし、Al、SiをMはそれぞれ3%、1%、N
はそれぞれ1%、2%複合で含有したものである。本発
明例OはBの20Cr−25Ni−1.5Mo−3Al
に対し、Niが18%と低く、PはGの24Cr−35
Ni−1.5Mo−1Alに対し、Niが46%と高
い。Q〜SはBの20Cr−25Ni−1.5Mo−3
Alに対し、それぞれMoが2.7%、Tiが0.25
%およびNbが0.51%と高い。
【0017】本発明例A〜Sはいずれも高温腐食深さ5
0μm以下の良好な高温腐食特性、200h以上の良好
なクリープ破断強度および熱間押出時に割れの見られな
い良好な熱間加工性を有している。一方、表3、表4に
示す比較例HA〜HGはNiをそれぞれ8.9%、1
3.0%、17.5%、25.1%、34.8%、4
6.3%および54.0%を含有するオーステナイト系
ステンレス鋼であり、いずれの鋼もAlおよびSiが本
発明の成分範囲下限である0.5%および0.7%より
低い。なお、HAはSUS304相当であり、Niが本
発明の成分範囲(17〜50%)より低い。
【0018】HHはAlを3%含有するが、Niが13
%で本発明の成分範囲より低い。次に、HI、HJは2
4Cr−35Ni−1.5Moを基本成分として、HI
はAlが6.7%、HJはSiが3.6%で、いずれも
本発明の成分範囲を超えて含有した鋼である。さらに、
HKは24Cr−35Ni−1.5Moを基本成分とし
て、AlおよびSiをそれぞれ6.8%および3.5%
含有し、両成分共に本発明の成分範囲を超えた鋼であ
る。
【0019】また、HL〜HOは20Cr−25Ni−
1.5Moを基本成分として、Alを3%含有するが、
HLはMoが0.10%で本発明の成分範囲より低く、
HMはTiとNbが共に無添加、HNはTiが無添加、
HOはNbが無添加でいずれも本発明の成分範囲外の鋼
である。これらの比較例は、本発明例と対比して、高温
腐食特性、クリープ破断強度あるいは熱間加工性の少な
くともいずれか一特性に問題点を有している。
【0020】すなわち、AlおよびSiが共に本発明の
成分範囲下限より低いHA〜HGと、Alを3%含有す
るがNiが本発明の成分範囲下限より低いHHは高温腐
食深さが50μmを超えて、高温腐食特性が本発明鋼よ
り劣る。Alが6.7%のHIおよびSiが3.6%の
HJはAl、Siがそれぞれ本発明の成分範囲上限より
高く、クリープ破断強度が本発明例より低い。また、A
lおよびSiを共に本発明の成分範囲を超えて含有する
HKは熱間押出時に大きな割れが発生し、高温腐食特性
およびクリープ破断強度評価用試験片が採取できなかっ
た。
【0021】次に、Alを3%含有するが、Mo、Ti
およびNbのうち1種以上が本発明の成分範囲下限より
低いHL〜HOはクリープ破断強度が本発明例より低
い。なお、熱間加工性評価では、熱間押出時に大きな割
れが発生した上述のHKの他に、Niを本発明の成分範
囲を超えて54%含有するHG、AlあるいはSiが本
発明の成分範囲上限より高いHI、HJで熱間押出時に
ヘゲ状疵が発生した。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【表3】
【0025】
【表4】
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、廃棄プラスチック類お
よび自動車シュレッダーダスト等の廃棄物燃焼ボイラの
過熱器管等に用いられる、燃焼環境中の溶融塩化物およ
び塩化水素(HCl)ガス等に対して優れた高温腐食特
性を有し、かつクリープ破断強度の良好なオーステナイ
ト系ステンレス鋼を供給することが可能になり、エネル
ギーおよび環境分野に極めて有用な効果がもたらされ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】高温腐食深さに及ぼすNi含有量の影響を示す
図である。
【図2】高温腐食深さに及ぼすAlおよびSi含有量の
影響を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−24214(JP,A) 特開 昭60−230966(JP,A) 特開 昭52−143913(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%にて、 C ;0.02〜0.15%、 Mn;0.3〜2.0%、 Cr;18〜25%、 Ni;17〜50%、 Mo;0.5〜3.0%、 Ti;0.03〜0.3%、 Nb;0.05〜0.6%、 B ;0.003〜0.01%、 P ;0.04%以下、 S ;0.005%以下、 N ;0.02〜0.3%、 Ca;0.0005〜0.05%を含有し、かつ Al;0.5〜6.0%、 Si;0.7〜3.0%のうち1種以上を含み、 残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴と
    する高温腐食特性に優れたオーステナイト系ステンレス
    鋼。
JP3165946A 1991-07-05 1991-07-05 高温腐食特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 Expired - Lifetime JPH0826439B2 (ja)

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JPH059659A (ja) 1993-01-19

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