JPH09324245A - 溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼Info
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- JPH09324245A JPH09324245A JP18929996A JP18929996A JPH09324245A JP H09324245 A JPH09324245 A JP H09324245A JP 18929996 A JP18929996 A JP 18929996A JP 18929996 A JP18929996 A JP 18929996A JP H09324245 A JPH09324245 A JP H09324245A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】８００℃〜１０００℃での耐酸化性と溶接性に
優れた溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼を
提供すること。 【解決手段】重量％で、Ｃ：０．１２％以下、Ｓｉ：
１．０％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０４％以
下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１４％〜２２％、Ｎ
ｉ：８％〜２５％、Ａｌ：１．０％〜６．０％、Ｎ：
０．０２％以下、Ｃａ：０．００１％〜０．０１０％、
Ｍｇ：０％〜０．０５％（無添加の場合も含む）、Ｙ、
Ｌａ、Ｃｅを合計含有量として０〜０．０７％（無添加
の場合も含む）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純
物からなり、かつ以下の（１）式を満たす溶接構造用耐
熱オーステナイト系ステンレス鋼。 α＝(1.5Si＋Cr＋3Al ）−（0.5Mn ＋Ni＋30C ＋30N ）＞5 …（１）
優れた溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼を
提供すること。 【解決手段】重量％で、Ｃ：０．１２％以下、Ｓｉ：
１．０％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０４％以
下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１４％〜２２％、Ｎ
ｉ：８％〜２５％、Ａｌ：１．０％〜６．０％、Ｎ：
０．０２％以下、Ｃａ：０．００１％〜０．０１０％、
Ｍｇ：０％〜０．０５％（無添加の場合も含む）、Ｙ、
Ｌａ、Ｃｅを合計含有量として０〜０．０７％（無添加
の場合も含む）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純
物からなり、かつ以下の（１）式を満たす溶接構造用耐
熱オーステナイト系ステンレス鋼。 α＝(1.5Si＋Cr＋3Al ）−（0.5Mn ＋Ni＋30C ＋30N ）＞5 …（１）
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電用ボイラ
における非耐圧・非冷却部材等に代表される耐高温酸化
性が要求される溶接構造用の耐熱オーステナイト系ステ
ンレス鋼に関する。
における非耐圧・非冷却部材等に代表される耐高温酸化
性が要求される溶接構造用の耐熱オーステナイト系ステ
ンレス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年高温プラント技術の進歩に伴い、新
形式の複合発電プラント、すなわち石炭ガス化複合プラ
ント、ＰＦＢＣ（Ｐｒｅｓｓｕｒｉｓｅｄ Ｆｌｕｉｄ
ｉｚｅｄ Ｂｅｄ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ、即ち、加圧
流動床燃焼）発電システム、トッピングサイクル等が提
案され、試験プラントの運転も行われている。これらの
新形式プラントにおいては、従来形式のボイラと異なり
蒸気管以外にも高温に曝される非冷却部材の範囲が大幅
に拡大され、最高１０００℃程度で使用可能な非冷却部
材用の耐熱鋼も新たに求められている。
形式の複合発電プラント、すなわち石炭ガス化複合プラ
ント、ＰＦＢＣ（Ｐｒｅｓｓｕｒｉｓｅｄ Ｆｌｕｉｄ
ｉｚｅｄ Ｂｅｄ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ、即ち、加圧
流動床燃焼）発電システム、トッピングサイクル等が提
案され、試験プラントの運転も行われている。これらの
新形式プラントにおいては、従来形式のボイラと異なり
蒸気管以外にも高温に曝される非冷却部材の範囲が大幅
に拡大され、最高１０００℃程度で使用可能な非冷却部
材用の耐熱鋼も新たに求められている。
【０００３】従来、高温部材用としては高温強度を主眼
とした鋼種開発がさかんに行われ、１８Ｃｒ−８Ｎｉ系
ステンレス鋼がチューブ材として多用されている。その
主流はＪＩＳ ＳＵＳ３０４Ｈ（１８Ｃｒ−１０Ｎｉ−
Ｃ）であり、更に、これにＴｉを加えたＪＩＳ ＳＵＳ
３２１Ｈなどがあり、基本的には長期の安定性があると
されている１８−８系で対応が可能であった。
とした鋼種開発がさかんに行われ、１８Ｃｒ−８Ｎｉ系
ステンレス鋼がチューブ材として多用されている。その
主流はＪＩＳ ＳＵＳ３０４Ｈ（１８Ｃｒ−１０Ｎｉ−
Ｃ）であり、更に、これにＴｉを加えたＪＩＳ ＳＵＳ
３２１Ｈなどがあり、基本的には長期の安定性があると
されている１８−８系で対応が可能であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、一般に新形式
プラントにおける非冷却部等の部位は、使用温度が高
く、圧力容器中に格納される非耐圧部材として設計され
ている場合でも使用できる鋼種がほとんど見あたらな
い。
プラントにおける非冷却部等の部位は、使用温度が高
く、圧力容器中に格納される非耐圧部材として設計され
ている場合でも使用できる鋼種がほとんど見あたらな
い。
【０００５】このような用途に対して１８−８系を適用
しようとする場合には、特開昭５３−６３２１０号公報
などに開示されているように、耐高温酸化性を改善する
元素であるＡｌ、Ｓｉを含有させたＣｒ−Ｎｉ系ステン
レス鋼を適用することも考えられる。しかし、こうした
鋼種は、一定の構造強度が必要なプラント内構造部材と
しては、耐高温酸化性、溶接性という点において配慮が
十分とはいえない。
しようとする場合には、特開昭５３−６３２１０号公報
などに開示されているように、耐高温酸化性を改善する
元素であるＡｌ、Ｓｉを含有させたＣｒ−Ｎｉ系ステン
レス鋼を適用することも考えられる。しかし、こうした
鋼種は、一定の構造強度が必要なプラント内構造部材と
しては、耐高温酸化性、溶接性という点において配慮が
十分とはいえない。
【０００６】また、特開平６−２７１９９２号公報には
耐酸化性が考慮された高Ａｌ含有鋼が開示されている。
しかし、ここに開示されている鋼は耐酸化性は考慮され
ているものの、溶接性という点において配慮が十分とは
いえない。
耐酸化性が考慮された高Ａｌ含有鋼が開示されている。
しかし、ここに開示されている鋼は耐酸化性は考慮され
ているものの、溶接性という点において配慮が十分とは
いえない。
【０００７】一方、現在かかる目的のために用いられよ
うとしているＪＩＳ ＳＵＳ３１０Ｓに代表される高価
な２５Ｃｒ−２０Ｎｉ系のオーステナイト系ステンレス
耐熱鋼は、溶接時の高温割れ感受性が高いことが問題で
ある。
うとしているＪＩＳ ＳＵＳ３１０Ｓに代表される高価
な２５Ｃｒ−２０Ｎｉ系のオーステナイト系ステンレス
耐熱鋼は、溶接時の高温割れ感受性が高いことが問題で
ある。
【０００８】したがって、現在の高温用技術において
は、このような耐高温酸化性、溶接性という点を同時に
満足する合金設計指針の確立が強く望まれている。本発
明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、８００
℃〜１０００℃での耐酸化性と溶接性に優れた溶接構造
用耐熱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。
は、このような耐高温酸化性、溶接性という点を同時に
満足する合金設計指針の確立が強く望まれている。本発
明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、８００
℃〜１０００℃での耐酸化性と溶接性に優れた溶接構造
用耐熱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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、実際のプ
ラント運転における材料寿命が、特に高温酸化で決定さ
れる場合には耐繰り返し酸化性を考慮することが必須で
あるとの考え方に基づき、経済性に優れる１８Ｃｒ−８
Ｎｉ系ステンレス鋼を出発点として種々の合金を試作
し、性能評価を繰り返した結果、単純酸化時とは異な
り、表面スケール層の組成が耐繰り返し酸化性にとって
重要であるとの知見を得た。すなわち、安価な耐酸化性
向上元素としてしばしば用いられるＳｉはむしろ有害で
あり、一方Ａｌを一定量以上含有させることが有効であ
ることが判明した。
ラント運転における材料寿命が、特に高温酸化で決定さ
れる場合には耐繰り返し酸化性を考慮することが必須で
あるとの考え方に基づき、経済性に優れる１８Ｃｒ−８
Ｎｉ系ステンレス鋼を出発点として種々の合金を試作
し、性能評価を繰り返した結果、単純酸化時とは異な
り、表面スケール層の組成が耐繰り返し酸化性にとって
重要であるとの知見を得た。すなわち、安価な耐酸化性
向上元素としてしばしば用いられるＳｉはむしろ有害で
あり、一方Ａｌを一定量以上含有させることが有効であ
ることが判明した。
【００１０】具体的には、表面スケール層の状態を詳細
に調査した結果、このスケールはＣｒ、Ａｌ、Ｓｉ等の
酸化物であり、これらの元素が全て同時に含有されてい
る場合は、環境側がＣｒが富化した状態、材料側すなわ
ち母材側がＡｌもしくはＳｉが富化した状態の酸化物と
なっていることが判明した。したがって、耐繰り返し酸
化性に及ぼすこれらの元素の効果の相違はスケールの組
成がもとらすもので、特にスケールと母相との熱膨張の
差によるものと推定される。例えば、ＳｉＯ2の室温か
ら１０００℃までの平均膨張率は０．５×１０-6Ｋ-1と
低いが、Ａｌ2Ｏ3 の平均膨張率は８×１０-6Ｋ-1であ
り、通常のステンレス鋼の２０×１０-6Ｋ-1に比較的近
い。そのため、温度変化時における母相と界面とで熱応
力に差が生じても、Ａｌ2 Ｏ3 被膜が剥離、脱落しにく
いため内質保護性が維持されるというメカニズムが考え
られる。さらに、スケール自体の保護性は、Ｃｒ単独の
酸化物の場合に比べ、Ａｌが一定量以上加わったＣｒと
Ａｌの複合酸化物の場合のほうが効果が大きいことがわ
かった。すなわち、母材にＡｌが１．０％以上含有され
た場合に形成されるスケールの保護性が、Ｃｒ単独の酸
化物よりなるスケールの保護性に比較して、著しく向上
することを新たに見出した。
に調査した結果、このスケールはＣｒ、Ａｌ、Ｓｉ等の
酸化物であり、これらの元素が全て同時に含有されてい
る場合は、環境側がＣｒが富化した状態、材料側すなわ
ち母材側がＡｌもしくはＳｉが富化した状態の酸化物と
なっていることが判明した。したがって、耐繰り返し酸
化性に及ぼすこれらの元素の効果の相違はスケールの組
成がもとらすもので、特にスケールと母相との熱膨張の
差によるものと推定される。例えば、ＳｉＯ2の室温か
ら１０００℃までの平均膨張率は０．５×１０-6Ｋ-1と
低いが、Ａｌ2Ｏ3 の平均膨張率は８×１０-6Ｋ-1であ
り、通常のステンレス鋼の２０×１０-6Ｋ-1に比較的近
い。そのため、温度変化時における母相と界面とで熱応
力に差が生じても、Ａｌ2 Ｏ3 被膜が剥離、脱落しにく
いため内質保護性が維持されるというメカニズムが考え
られる。さらに、スケール自体の保護性は、Ｃｒ単独の
酸化物の場合に比べ、Ａｌが一定量以上加わったＣｒと
Ａｌの複合酸化物の場合のほうが効果が大きいことがわ
かった。すなわち、母材にＡｌが１．０％以上含有され
た場合に形成されるスケールの保護性が、Ｃｒ単独の酸
化物よりなるスケールの保護性に比較して、著しく向上
することを新たに見出した。
【００１１】一方、溶接性については、高温割れ感受性
を抑制する手段を種々検討した。一般にオーステナイト
系ステンレス鋼の高温割れ感受性は、凝固時に数％のデ
ルタフェライトを存在させることにより低下させること
ができる。
を抑制する手段を種々検討した。一般にオーステナイト
系ステンレス鋼の高温割れ感受性は、凝固時に数％のデ
ルタフェライトを存在させることにより低下させること
ができる。
【００１２】そこで、Ａｌを１．０％以上含有する系に
おいて、圧延時のデルタフェライト量を表わす式を実験
的に求めた。すなわち、以下の（１）式の関係を満たす
時に溶接部の高温割れ感受性を極めて低く抑制すること
ができることを見出した。
おいて、圧延時のデルタフェライト量を表わす式を実験
的に求めた。すなわち、以下の（１）式の関係を満たす
時に溶接部の高温割れ感受性を極めて低く抑制すること
ができることを見出した。
【００１３】 α＝(1.5Si＋Cr＋3Al ）−（0.5Mn ＋Ni＋30C ＋30N ）＞5 …（１） 本発明はこのような知見に基づいてなされたものであっ
て、第１に、重量％で、Ｃ：０．１２％以下、Ｓｉ：
１．０％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０４％以
下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１４％〜２２％、Ｎ
ｉ：８％〜２５％、Ａｌ：１．０％〜６．０％、Ｎ：
０．０２％以下、Ｃａ：０．００１％〜０．０１０％、
Ｍｇ：０％〜０．０５％（無添加の場合も含む）、Ｙ、
Ｌａ、Ｃｅを合計含有量として０〜０．０７％（無添加
の場合も含む）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純
物からなり、かつ以下の（１）式を満たすことを特徴と
する溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼を提
供する。
て、第１に、重量％で、Ｃ：０．１２％以下、Ｓｉ：
１．０％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０４％以
下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１４％〜２２％、Ｎ
ｉ：８％〜２５％、Ａｌ：１．０％〜６．０％、Ｎ：
０．０２％以下、Ｃａ：０．００１％〜０．０１０％、
Ｍｇ：０％〜０．０５％（無添加の場合も含む）、Ｙ、
Ｌａ、Ｃｅを合計含有量として０〜０．０７％（無添加
の場合も含む）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純
物からなり、かつ以下の（１）式を満たすことを特徴と
する溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼を提
供する。
【００１４】第２に、重量％で、Ｃ：０．１２％以下、
Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０
４％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１４％〜２２
％、Ｎｉ：８％〜２５％、Ａｌ：１．０％〜６．０％、
Ｎ：０．０２％以下、Ｃａ：０．００１％〜０．０１０
％、Ｍｇ：０％〜０．０５％（無添加の場合も含む）、
Ｙ、Ｌａ、Ｃｅを合計含有量として０〜０．０７％（無
添加の場合も含む）を含有し、さらに、Ｔｉ：０．０１
％〜０．５％、Ｖ：０．０１％〜１．０％、Ｎｂ：０．
０１％〜１．０％の１種または２種以上、Ｂ：０％〜
０．０３％（無添加の場合も含む）、およびＺｒ：０％
〜０．３％（無添加の場合も含む）を含有し、残部がＦ
ｅおよび不可避不純物からなり、かつ以下の（１）式を
満たすことを特徴とする溶接構造用耐熱オーステナイト
系ステンレス鋼を提供する。 α＝(1.5Si＋Cr＋3Al ）−（0.5Mn ＋Ni＋30C ＋30N ）＞5 …（１）
Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０
４％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１４％〜２２
％、Ｎｉ：８％〜２５％、Ａｌ：１．０％〜６．０％、
Ｎ：０．０２％以下、Ｃａ：０．００１％〜０．０１０
％、Ｍｇ：０％〜０．０５％（無添加の場合も含む）、
Ｙ、Ｌａ、Ｃｅを合計含有量として０〜０．０７％（無
添加の場合も含む）を含有し、さらに、Ｔｉ：０．０１
％〜０．５％、Ｖ：０．０１％〜１．０％、Ｎｂ：０．
０１％〜１．０％の１種または２種以上、Ｂ：０％〜
０．０３％（無添加の場合も含む）、およびＺｒ：０％
〜０．３％（無添加の場合も含む）を含有し、残部がＦ
ｅおよび不可避不純物からなり、かつ以下の（１）式を
満たすことを特徴とする溶接構造用耐熱オーステナイト
系ステンレス鋼を提供する。 α＝(1.5Si＋Cr＋3Al ）−（0.5Mn ＋Ni＋30C ＋30N ）＞5 …（１）
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的に説
明する。本発明に係る溶接構造用耐熱オーステナイト系
ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．１２％以下、Ｓ
ｉ：１．０％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０４
％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１４％〜２２％、
Ｎｉ：８％〜２５％、Ａｌ：１．０％〜６．０％、Ｎ：
０．０２％以下、Ｃａ：０．００１％〜０．０１０％、
Ｍｇ：０％〜０．０５％（無添加の場合も含む）、Ｙ、
Ｌａ、Ｃｅを合計含有量として０〜０．０７％（無添加
の場合も含む）を含有する組成を有する。また、さら
に、Ｔｉ：０．０１％〜０．５％、Ｖ：０．０１％〜
１．０％、Ｎｂ：０．０１％〜１．０％の１種または２
種以上、Ｂ：０％〜０．０３％（無添加の場合も含
む）、およびＺｒ：０％〜０．３％（無添加の場合も含
む）を含有する組成を有する。
明する。本発明に係る溶接構造用耐熱オーステナイト系
ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．１２％以下、Ｓ
ｉ：１．０％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０４
％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１４％〜２２％、
Ｎｉ：８％〜２５％、Ａｌ：１．０％〜６．０％、Ｎ：
０．０２％以下、Ｃａ：０．００１％〜０．０１０％、
Ｍｇ：０％〜０．０５％（無添加の場合も含む）、Ｙ、
Ｌａ、Ｃｅを合計含有量として０〜０．０７％（無添加
の場合も含む）を含有する組成を有する。また、さら
に、Ｔｉ：０．０１％〜０．５％、Ｖ：０．０１％〜
１．０％、Ｎｂ：０．０１％〜１．０％の１種または２
種以上、Ｂ：０％〜０．０３％（無添加の場合も含
む）、およびＺｒ：０％〜０．３％（無添加の場合も含
む）を含有する組成を有する。
【００１６】以下に各成分を含有させた理由およびその
範囲を限定した理由を述べる。 Ｃ： Ｃは本発明鋼の母相の高温強さを与え、相安定性
に有効な元素であるが、０．１２％を超えて含有する
と、結晶粒内を縦断する形で粗大な炭化物が析出するの
で、その含有量を０．１２％以下とした。
範囲を限定した理由を述べる。 Ｃ： Ｃは本発明鋼の母相の高温強さを与え、相安定性
に有効な元素であるが、０．１２％を超えて含有する
と、結晶粒内を縦断する形で粗大な炭化物が析出するの
で、その含有量を０．１２％以下とした。
【００１７】Ｓｉ： Ｓｉは脱酸に有効な元素である
が、１．０％を超えて含有すると、表面の酸化被膜の母
材側がＳｉリッチとなって耐繰り返し酸化特性に有害と
なり、さらに溶接時の高温割れ感受性を高めるため、そ
の含有量を１．０％以下とした。
が、１．０％を超えて含有すると、表面の酸化被膜の母
材側がＳｉリッチとなって耐繰り返し酸化特性に有害と
なり、さらに溶接時の高温割れ感受性を高めるため、そ
の含有量を１．０％以下とした。
【００１８】Ｍｎ： Ｍｎは相安定性に有効な元素であ
るが、５．０％を超えて含有すると耐高温腐食性に有害
となるので、含有量を５．０％以下とした。 Ｐ： Ｐは粒界偏析して圧延時の延性を害する元素であ
って、その含有量は少ないほど良い。そこで、圧延時に
おける延性の低下による割れを防止するため、その含有
量を０．０４％以下とした。
るが、５．０％を超えて含有すると耐高温腐食性に有害
となるので、含有量を５．０％以下とした。 Ｐ： Ｐは粒界偏析して圧延時の延性を害する元素であ
って、その含有量は少ないほど良い。そこで、圧延時に
おける延性の低下による割れを防止するため、その含有
量を０．０４％以下とした。
【００１９】Ｓ： ＳもＰ同様に、粒界偏析して圧延時
の延性を害する元素である。その含有量は少ないほど良
い。そこで、圧延時における延性の低下による割れを防
止するため、その含有量を０．０３％以下とした。
の延性を害する元素である。その含有量は少ないほど良
い。そこで、圧延時における延性の低下による割れを防
止するため、その含有量を０．０３％以下とした。
【００２０】Ｃｒ： Ｃｒは高温での耐酸化性を与える
基本元素として重要である。その含有量が１４％未満の
場合は、耐高温酸化性に有効なＡｌを含有しても耐高温
酸化性の大幅な向上を得ることができない。一方、２２
％を超えて含有するとオーステナイト相の安定性を維持
するために、高価なＮｉを多量に必要とし経済性を損な
うようになり、しかも耐高温酸化性向上に対する寄与が
小さくなる。したがって、Ｃｒ含有量を１４〜２２％と
した。
基本元素として重要である。その含有量が１４％未満の
場合は、耐高温酸化性に有効なＡｌを含有しても耐高温
酸化性の大幅な向上を得ることができない。一方、２２
％を超えて含有するとオーステナイト相の安定性を維持
するために、高価なＮｉを多量に必要とし経済性を損な
うようになり、しかも耐高温酸化性向上に対する寄与が
小さくなる。したがって、Ｃｒ含有量を１４〜２２％と
した。
【００２１】Ｎｉ： Ｎｉは、安定なオーステナイト組
織を得るために必須な元素である。その含有量は、他の
含有元素、特にＣｒとＡｌとの関係から８％以上を必要
とする。一方、Ｎｉの含有量が２５％を超えると、オー
ステナイト安定化の効果が小さくなり、Ｎｉ量を増加し
てもＣｒ等の耐高温酸化性を向上する元素を十分に添加
することができなくなる。また、Ｎｉ量を過剰に多くす
ると、フェライト相に対するオーステナト相の安定性が
過剰に高くなり、溶接時の高温割れ感受性を高めてしま
う。これらのため、Ｎｉ含有量を１０〜２５％とした。
織を得るために必須な元素である。その含有量は、他の
含有元素、特にＣｒとＡｌとの関係から８％以上を必要
とする。一方、Ｎｉの含有量が２５％を超えると、オー
ステナイト安定化の効果が小さくなり、Ｎｉ量を増加し
てもＣｒ等の耐高温酸化性を向上する元素を十分に添加
することができなくなる。また、Ｎｉ量を過剰に多くす
ると、フェライト相に対するオーステナト相の安定性が
過剰に高くなり、溶接時の高温割れ感受性を高めてしま
う。これらのため、Ｎｉ含有量を１０〜２５％とした。
【００２２】Ａｌ： Ａｌは単独では、酸化環境中でＡ
ｌ2 Ｏ3 という非常に緻密な酸化物被膜を形成し、Ｃｒ
酸化物存在下ではその中に複合酸化物として含まれて、
酸化物の緻密性を高める。かかる場合の表面保護性は非
常に高く、優れた耐高温酸化性を与える元素である。し
かし、この耐高温酸化性の向上はＡｌ量が１．０％未満
の場合は、ある程度の効果があるものの、大幅な効果は
みとめられない。ところが、Ａｌ量が１．０％以上にな
ると、耐高温酸化性は大幅に向上する。しかし、Ａｌを
６．０％を超えて含有すると相安定性を維持するのが困
難となる。このためＡｌの含有量を１．０〜６．０％と
した。
ｌ2 Ｏ3 という非常に緻密な酸化物被膜を形成し、Ｃｒ
酸化物存在下ではその中に複合酸化物として含まれて、
酸化物の緻密性を高める。かかる場合の表面保護性は非
常に高く、優れた耐高温酸化性を与える元素である。し
かし、この耐高温酸化性の向上はＡｌ量が１．０％未満
の場合は、ある程度の効果があるものの、大幅な効果は
みとめられない。ところが、Ａｌ量が１．０％以上にな
ると、耐高温酸化性は大幅に向上する。しかし、Ａｌを
６．０％を超えて含有すると相安定性を維持するのが困
難となる。このためＡｌの含有量を１．０〜６．０％と
した。
【００２３】Ｎ： ＮはＣと同様に、本発明鋼の母相の
高温強さを与え、相安定性に有効な元素であるが、０．
０２％を超えて含有すると窒化物を形成し、靭性に有害
であることから、Ｎの含有量を０．０２％以下とした。
高温強さを与え、相安定性に有効な元素であるが、０．
０２％を超えて含有すると窒化物を形成し、靭性に有害
であることから、Ｎの含有量を０．０２％以下とした。
【００２４】Ｃａ： Ｃａは微量添加することにより熱
間加工性を改善する元素として有効であるが、０．００
１％未満ではその効果が十分でなく、０．０１０％を超
えると清浄性を損ない熱間加工性が低下するため、Ｃａ
含有量を０．００１〜０．０１０％とした。
間加工性を改善する元素として有効であるが、０．００
１％未満ではその効果が十分でなく、０．０１０％を超
えると清浄性を損ない熱間加工性が低下するため、Ｃａ
含有量を０．００１〜０．０１０％とした。
【００２５】Ｍｇ： Ｍｇは微量添加することにより熱
間加工性を改善する元素として有効であるが、０．０５
％を超えると熱間加工性を低下させるため、その含有量
を０．０５％以下とした。また、Ｃａと同様の効果を有
するため、無添加の場合も含むことにした。
間加工性を改善する元素として有効であるが、０．０５
％を超えると熱間加工性を低下させるため、その含有量
を０．０５％以下とした。また、Ｃａと同様の効果を有
するため、無添加の場合も含むことにした。
【００２６】Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ： 希土類元素であるＹ、
Ｌａ、ＣｅはＡｌ2 Ｏ3 酸化被膜中に溶け込んで、その
高温酸化に対する一般的耐性を高めるので、これらのう
ち一種以上を含有してもよい。これらが合計で０．０７
％を超えて含有すると熱間加工性を害するので、これら
含有量を合計量で０．０７％以下とした。また、これら
は必要に応じて添加されるものであるから、無添加の場
合も含むことにした。
Ｌａ、ＣｅはＡｌ2 Ｏ3 酸化被膜中に溶け込んで、その
高温酸化に対する一般的耐性を高めるので、これらのう
ち一種以上を含有してもよい。これらが合計で０．０７
％を超えて含有すると熱間加工性を害するので、これら
含有量を合計量で０．０７％以下とした。また、これら
は必要に応じて添加されるものであるから、無添加の場
合も含むことにした。
【００２７】Ｔ、Ｖ、Ｎｂ： Ｔ、Ｖ、Ｎｂは、炭窒化
物として微細に分散析出し、もって高温強度の改善に寄
与するが、それぞれ０．０１％以下ではその効果が十分
ではない。また、過剰に添加すると、溶体化熱処理後に
未固溶のＴｉ、Ｖ、Ｎｂの炭窒化物の量が増加し高温強
度を害するようになり、さらに溶接性も低下させること
になるので、これらの含有量をＴｉ：０．０１〜０．５
％、Ｖ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０
％とし、必要に応じてこれらの１種または２種以上含有
させることとした。
物として微細に分散析出し、もって高温強度の改善に寄
与するが、それぞれ０．０１％以下ではその効果が十分
ではない。また、過剰に添加すると、溶体化熱処理後に
未固溶のＴｉ、Ｖ、Ｎｂの炭窒化物の量が増加し高温強
度を害するようになり、さらに溶接性も低下させること
になるので、これらの含有量をＴｉ：０．０１〜０．５
％、Ｖ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０
％とし、必要に応じてこれらの１種または２種以上含有
させることとした。
【００２８】Ｂ、Ｚｒ： Ｂ、Ｚｒは、粒界を強化し高
温強度特性を改善するのに有効な元素であるが、過剰に
添加すると溶製性を劣化させるので、Ｂ：０．０３％以
下、Ｚｒ：０．３０％以下とした。また、これらは必要
に応じて添加されるものであるから、無添加の場合も含
むことにした。
温強度特性を改善するのに有効な元素であるが、過剰に
添加すると溶製性を劣化させるので、Ｂ：０．０３％以
下、Ｚｒ：０．３０％以下とした。また、これらは必要
に応じて添加されるものであるから、無添加の場合も含
むことにした。
【００２９】次に、αの限定理由について説明する。溶
接性に影響を及ぼすオーステナイト相とフェライト相と
の相対的な安定性を決定する主な因子は、Ｃｒ当量とＮ
ｉ当量の関係である。これらはそれぞれ以下のような式
で示される。
接性に影響を及ぼすオーステナイト相とフェライト相と
の相対的な安定性を決定する主な因子は、Ｃｒ当量とＮ
ｉ当量の関係である。これらはそれぞれ以下のような式
で示される。
【００３０】Ｃｒ当量＝１．５Ｓｉ＋Ｃｒ＋３Ａｌ Ｎｉ当量＝０．５Ｍｎ＋Ｎｉ＋３０Ｃ＋３０Ｎ 本発明者らはこれらＣｒ当量およびＮｉ当量を用いた下
記の（１）式が成り立つときに、溶接部の高温割れ感受
性を極めて低く抑制できることを見出した。したがっ
て、以下の（１）式を満足することを要件とした。
記の（１）式が成り立つときに、溶接部の高温割れ感受
性を極めて低く抑制できることを見出した。したがっ
て、以下の（１）式を満足することを要件とした。
【００３１】 α＝(1.5Si＋Cr＋3Al ）−（0.5Mn ＋Ni＋30C ＋30N ）＞5 …（１） なお、熱間加工性の観点からは、フェライト相に対する
オーステナイト相の安定性を過剰に低めると、圧延時の
鋼板端部の割れ感受性を高めてしまうことになるため、
（１）式の左辺の値ができるだけ小さくなるような成分
系とすることが好ましい。
オーステナイト相の安定性を過剰に低めると、圧延時の
鋼板端部の割れ感受性を高めてしまうことになるため、
（１）式の左辺の値ができるだけ小さくなるような成分
系とすることが好ましい。
【００３２】なお、上記のように規定される本発明のオ
ーステナイト系ステンレス鋼は、所定の成分を所定量、
単体または母合金の形で含有した状態で溶解され、その
後、鋳造、熱間圧延等の通常の工程により所望の形状に
形成される。
ーステナイト系ステンレス鋼は、所定の成分を所定量、
単体または母合金の形で含有した状態で溶解され、その
後、鋳造、熱間圧延等の通常の工程により所望の形状に
形成される。
【００３３】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。表１
と表２に本実施例で用いた鋼の化学組成を示す。表１の
Ｎｏ．１からＮｏ．９は上記第１発明の組成範囲を満足
する発明鋼であり、またＮｏ．１０からＮｏ．１４は上
記第２発明の成分範囲を満足する発明鋼である。一方、
表２のＮｏ．１５からＮｏ．３０は比較鋼である。両表
中には、（１）式で定義されるαの値も併せて示した。
と表２に本実施例で用いた鋼の化学組成を示す。表１の
Ｎｏ．１からＮｏ．９は上記第１発明の組成範囲を満足
する発明鋼であり、またＮｏ．１０からＮｏ．１４は上
記第２発明の成分範囲を満足する発明鋼である。一方、
表２のＮｏ．１５からＮｏ．３０は比較鋼である。両表
中には、（１）式で定義されるαの値も併せて示した。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】これらの鋼に対して、９００℃での酸化試
験を行った結果を表３と表４に示す。酸化試験は、２０
ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍの腐食試験片を用い、ムライト
管を内管とする環状炉で加熱した。湿度調整システムに
より露点を３０℃に加湿・調整した空気中で２４０時間
均熱後、側壁を水冷した冷却室に移動させて室温まで冷
却した。昇温速度、降温速度の実測値は、それぞれ約１
３０℃／ｍｉｎ、１５０℃／ｍｉｎであった。耐酸化性
は、試験終了後の試験片を５％ＫＭｎＯ4 ＋１８％Ｎａ
ＯＨ水溶液と１０％クエン酸２アンモニウム水溶液で脱
スケールした後、重量測定し、試験前の重量に対する酸
化減量で評価した。繰返し数（ｎ数）は各鋼種で３と
し、それらの平均値で評価した。個々の試験片間のばら
つきはおおむね１０〜５０％以内であった。
験を行った結果を表３と表４に示す。酸化試験は、２０
ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍの腐食試験片を用い、ムライト
管を内管とする環状炉で加熱した。湿度調整システムに
より露点を３０℃に加湿・調整した空気中で２４０時間
均熱後、側壁を水冷した冷却室に移動させて室温まで冷
却した。昇温速度、降温速度の実測値は、それぞれ約１
３０℃／ｍｉｎ、１５０℃／ｍｉｎであった。耐酸化性
は、試験終了後の試験片を５％ＫＭｎＯ4 ＋１８％Ｎａ
ＯＨ水溶液と１０％クエン酸２アンモニウム水溶液で脱
スケールした後、重量測定し、試験前の重量に対する酸
化減量で評価した。繰返し数（ｎ数）は各鋼種で３と
し、それらの平均値で評価した。個々の試験片間のばら
つきはおおむね１０〜５０％以内であった。
【００３７】これらの表からわかるように、Ｎｏ．１か
らＮｏ．１４の発明鋼は、比較鋼Ｎｏ．１５として実験
した汎用の１８Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼（ＳＵＳ３
０４Ｈ）に比べ１／５以下の腐食減量であり、良好な耐
酸化性を示すことが確認された。これは、一定量以上の
ＡｌとＣｒ量を含有することにより、酸化被膜の緻密性
が増し、かつ酸化被膜が安定になり、内部保護性が向上
するためと考えられる。
らＮｏ．１４の発明鋼は、比較鋼Ｎｏ．１５として実験
した汎用の１８Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼（ＳＵＳ３
０４Ｈ）に比べ１／５以下の腐食減量であり、良好な耐
酸化性を示すことが確認された。これは、一定量以上の
ＡｌとＣｒ量を含有することにより、酸化被膜の緻密性
が増し、かつ酸化被膜が安定になり、内部保護性が向上
するためと考えられる。
【００３８】これに対し、比較鋼Ｎｏ．１５、Ｎｏ．１
９、Ｎｏ．２０はＡｌ量の不足により、また比較鋼Ｎ
ｏ．２１はＣｒ量の不足により、十分な耐高温酸化性が
得られていない。比較鋼Ｎｏ．２２はＭｎを多量に含む
ことにより、耐高温酸化性が低下しており、結果として
大きな腐食減量を示している。
９、Ｎｏ．２０はＡｌ量の不足により、また比較鋼Ｎ
ｏ．２１はＣｒ量の不足により、十分な耐高温酸化性が
得られていない。比較鋼Ｎｏ．２２はＭｎを多量に含む
ことにより、耐高温酸化性が低下しており、結果として
大きな腐食減量を示している。
【００３９】次に、構造部材として使用する場合に問題
となる重要な特性である溶接時の高温割れ感受性を評価
した。この溶接時の高温割れ感受性はバレストレイン試
験により評価した。試験は、ノンフィラーＴＩＧで入熱
１８ｋＪ／ｃｍの溶接を模擬しながら、試験片に１．０
％の曲げ歪を与え、冷却後に合計割れ長さを測定するこ
とにより行った。
となる重要な特性である溶接時の高温割れ感受性を評価
した。この溶接時の高温割れ感受性はバレストレイン試
験により評価した。試験は、ノンフィラーＴＩＧで入熱
１８ｋＪ／ｃｍの溶接を模擬しながら、試験片に１．０
％の曲げ歪を与え、冷却後に合計割れ長さを測定するこ
とにより行った。
【００４０】その結果、本発明鋼では試験後に割れの発
生は認められなかった。これに対して、比較鋼Ｎｏ．１
６およびＮｏ．１７はＳｉ量が過剰のため、比較鋼Ｎ
ｏ．１８はＮｉ量が過剰のため、いずれもフェライト相
が不安定でオーステナイト相が過剰に安定になってお
り、溶接後に割れの発生が認められた。また、比較鋼Ｎ
ｏ．２３はＴｉ量が過剰なため、比較鋼Ｎｏ．２４はＶ
量が過剰なため、比較鋼Ｎｏ．２５はＮｂ量が過剰なた
め、比較鋼Ｎｏ．２６はＢ量が過剰のため、比較鋼Ｎ
ｏ．２７はＺｒ量が過剰のため、溶接後に割れが認めら
れた。比較鋼Ｎｏ．２８、Ｎｏ．２９およびＮｏ．３０
はαの値が５以下となっているため、溶接後に割れが認
められた。
生は認められなかった。これに対して、比較鋼Ｎｏ．１
６およびＮｏ．１７はＳｉ量が過剰のため、比較鋼Ｎ
ｏ．１８はＮｉ量が過剰のため、いずれもフェライト相
が不安定でオーステナイト相が過剰に安定になってお
り、溶接後に割れの発生が認められた。また、比較鋼Ｎ
ｏ．２３はＴｉ量が過剰なため、比較鋼Ｎｏ．２４はＶ
量が過剰なため、比較鋼Ｎｏ．２５はＮｂ量が過剰なた
め、比較鋼Ｎｏ．２６はＢ量が過剰のため、比較鋼Ｎ
ｏ．２７はＺｒ量が過剰のため、溶接後に割れが認めら
れた。比較鋼Ｎｏ．２８、Ｎｏ．２９およびＮｏ．３０
はαの値が５以下となっているため、溶接後に割れが認
められた。
【００４１】以上の実施例および比較例から明らかなよ
うに、本発明の成分設定によれば、高温での耐酸化性能
の向上を図ることができ、また溶接時の高温割れ感受性
が高くないため溶接性に優れた耐熱性ステンレス鋼を得
ることができることが確認された。
うに、本発明の成分設定によれば、高温での耐酸化性能
の向上を図ることができ、また溶接時の高温割れ感受性
が高くないため溶接性に優れた耐熱性ステンレス鋼を得
ることができることが確認された。
【００４２】
【表３】
【００４３】
【表４】
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、８００℃〜１０００℃
という非耐圧・非冷却部などの新形式発電プラントに特
徴的な使用条件である繰り返し酸化に耐え得る耐熱性オ
ーステナイト系ステンレス鋼が提供される。しかも従来
の汎用性ステンレス鋼である１８Ｃｒ−８Ｎｉ系ステン
レス鋼より大幅に優れた耐酸化性を有し、溶接構造用と
しては高温割れ感受性が低く作業性の良好な部材の製造
に役立つものである。
という非耐圧・非冷却部などの新形式発電プラントに特
徴的な使用条件である繰り返し酸化に耐え得る耐熱性オ
ーステナイト系ステンレス鋼が提供される。しかも従来
の汎用性ステンレス鋼である１８Ｃｒ−８Ｎｉ系ステン
レス鋼より大幅に優れた耐酸化性を有し、溶接構造用と
しては高温割れ感受性が低く作業性の良好な部材の製造
に役立つものである。
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．１２％以下、Ｓｉ：
１．０％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０４％以
下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１４％〜２２％、Ｎ
ｉ：８％〜２５％、Ａｌ：１．０％〜６．０％、Ｎ：
０．０２％以下、Ｃａ：０．００１％〜０．０１０％、
Ｍｇ：０％〜０．０５％（無添加の場合も含む）、Ｙ、
Ｌａ、Ｃｅを合計含有量として０〜０．０７％（無添加
の場合も含む）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純
物からなり、かつ以下の（１）式を満たすことを特徴と
する溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼。 α＝(1.5Si＋Cr＋3Al ）−（0.5Mn ＋Ni＋30C ＋30N ）＞5 …（１） - 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．１２％以下、Ｓｉ：
１．０％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０４％以
下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１４％〜２２％、Ｎ
ｉ：８％〜２５％、Ａｌ：１．０％〜６．０％、Ｎ：
０．０２％以下、Ｃａ：０．００１％〜０．０１０％、
Ｍｇ：０％〜０．０５％（無添加の場合も含む）、Ｙ、
Ｌａ、Ｃｅを合計含有量として０〜０．０７％（無添加
の場合も含む）を含有し、さらに、Ｔｉ：０．０１％〜
０．５％、Ｖ：０．０１％〜１．０％、Ｎｂ：０．０１
％〜１．０％の１種または２種以上、Ｂ：０％〜０．０
３％（無添加の場合も含む）、およびＺｒ：０％〜０．
３％（無添加の場合も含む）を含有し、残部がＦｅおよ
び不可避不純物からなり、かつ以下の（１）式を満たす
ことを特徴とする溶接構造用耐熱オーステナイト系ステ
ンレス鋼。 α＝(1.5Si＋Cr＋3Al ）−（0.5Mn ＋Ni＋30C ＋30N ）＞5 …（１）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18929996A JPH09324245A (ja) | 1996-04-04 | 1996-07-18 | 溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8271496 | 1996-04-04 | ||
| JP8-82714 | 1996-04-04 | ||
| JP18929996A JPH09324245A (ja) | 1996-04-04 | 1996-07-18 | 溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09324245A true JPH09324245A (ja) | 1997-12-16 |
Family
ID=26423730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18929996A Pending JPH09324245A (ja) | 1996-04-04 | 1996-07-18 | 溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09324245A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004043902A (ja) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Nisshin Steel Co Ltd | 耐水蒸気酸化性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼材 |
| JP2020168639A (ja) * | 2019-04-02 | 2020-10-15 | 日本製鉄株式会社 | 溶接継手、及び、その溶接継手の製造に用いられる溶接材料 |
-
1996
- 1996-07-18 JP JP18929996A patent/JPH09324245A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004043902A (ja) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Nisshin Steel Co Ltd | 耐水蒸気酸化性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼材 |
| JP2020168639A (ja) * | 2019-04-02 | 2020-10-15 | 日本製鉄株式会社 | 溶接継手、及び、その溶接継手の製造に用いられる溶接材料 |
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