JPH11302798A - 高窒素オーステナイト系耐熱鋼 - Google Patents

高窒素オーステナイト系耐熱鋼

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JPH11302798A
JPH11302798A JP10961998A JP10961998A JPH11302798A JP H11302798 A JPH11302798 A JP H11302798A JP 10961998 A JP10961998 A JP 10961998A JP 10961998 A JP10961998 A JP 10961998A JP H11302798 A JPH11302798 A JP H11302798A
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JP
Japan
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less
temperature
resistant steel
austenitic heat
nitrogen austenitic
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JP10961998A
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Takeshi Koga
猛 古賀
Tetsuya Shimizu
哲也 清水
Michio Okabe
道生 岡部
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価に製造することができ、高温強度、耐酸
化性及び高温水中での耐食性が優れたオーステナイト系
耐熱鋼を提供すること。 【解決手段】 重量%で、C:0.10%以下、Si:
1.0超〜3.0%、Mn:1.0〜10.0%、S:
0.01%以下、Cu:3.0%以下、Ni:7.0〜
15.0%、Cr:15.0〜25.0%、Mo:0.
5〜5.0%、N:0.35〜0.80%及びAl:
0.03%以下を含み、残部実質的にFeからなる成分
組成のものとすること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、1000℃までの
高温に曝される各種耐熱部品に適した高窒素オーステナ
イト系耐熱鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ヒーター、プラント、内燃機関、
ボイラー、工業炉などの耐熱部品には、SUS304N
2(C:0.08%以下、Si:1.00以下、Mn:
2.50%以下、P:0.045以下、S:0.030
%以下、Ni:7.50〜10.50%、Cr:18.
00〜20.00%、N:0.15〜0.30%、N
b:0.15%以下を含み、残部実質的にFe)、SU
S310S、SUS347、SUSXM15J1、SU
S309などが主に使用されており、またそれ以上の高
温強度、耐酸化性及び耐高温腐食性が求められる部品に
は、SUH660(C:0.08%以下、Si:1.0
0%以下、Mn:2.00%以下、P:0.040%以
下、S:0.030%以下、Ni:24.00〜27.
0%、Cr:13.50〜16.0%、Mo:1.00
〜1.50%、V:0.10〜0.50%、Ti:1.
90〜2.35%、Al:0.35%以下、B:0.0
01〜0.010%を含み、残部実質的にFe)などの
鉄基超合金が用いられている。
【0003】しかし、近年ますます高温強度、耐酸化性
(耐高温酸化性)及び高温水中の耐食性の要求が厳しく
なっており、上記SUS304N2、SUS310Sな
どでは常温及び高温強度が十分でなく、またSUS30
4N2などは耐酸化性が十分でなかった。またSUH6
60は、高温強度、耐酸化性及び高温水中の耐食性は優
れているが、製造コストが高いという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、安価に製造
することができ、高温強度、耐酸化性及び高温水中の耐
食性が優れたオーステナイト系耐熱鋼を提供することを
課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発者達は、高温強度、耐酸化性及び耐高温腐食性
が優れたステンレス鋼について成分組成、熱処理、製造
プロセスなどについて種々検討していたところ、オース
テナイト系ステンレス鋼に窒素を多量に添加すると耐熱
性が優れたものとなるとの知見を得て本発明をなしたも
のである。すなわち、本発明の高窒素オーステナイト系
耐熱鋼においては、C:0.10%以下、Si:1.0
超〜3.0%、Mn:1.0〜10.0%、S:0.0
1%以下、Cu:3.0%以下、Ni:7.0〜15.
0%、Cr:15.0〜25.0%、Mo:0.5〜
5.0%、N:0.35〜0.80%及びAl:0.0
3%以下を含み、残部実質的にFeからなる成分組成の
ものとすることである。
【0006】また、上記課題を解決するため、本発明の
高窒素オーステナイト系耐熱鋼においては、上記成分組
成に、Nb+Ta:0.03〜0.5%、Ti:0.0
3〜0.5%、V:0.03〜0.5%及びW:0.0
3〜0.5%の1種又は2種以上の群と、B:0.00
1〜0.01%、Ca:0.001〜0.01%及びM
g:0.001〜0.01%の1種又は2種以上の群
と、REM:0.020%以下とからなる群うちの1種
又は2種以上を含有する成分組成を有するものとするこ
とである。
【0007】次に、上記本発明の高窒素オーステナイト
系耐熱鋼を構成する成分組成を上記のように限定してい
る理由は次のとおりである。 C:0.10%以下 Cは、侵入型で、強度を向上させるために含有させる元
素であるが、多量に含有させると、Nの固溶量を低下さ
せるとともに、Crと結合して炭化物を形成し、母相の
固溶Cr量を低下させ耐食性を劣化ささせるので、その
含有量を0.10%以下とする。 Si:1.0超〜3.0% Siは、耐酸化性を向上させるために含有させる元素で
あるが、1.0%以下ではその効果が少なく、3.0%
を超えると熱間加工性を著しく悪化するので、その含有
範囲を1.0超〜3.0%とする。 Mn:1.0〜10.0% Mnは、オーステナイトを生成させ、且つ窒素の固溶量
を著しく増加させるために含有させる元素である。オー
ステナイト単相にするためには1.0%以上含有させる
必要があるが、10.0%を超えると熱間加工性を劣化
させるので、その含有範囲を1.0〜10.0%とす
る。
【0008】S:0.01%以下 Sは、MnSとなり、冷間加工時の割れの起点となるた
めに冷間加工性を著しく劣化させるとともに、高温水中
の耐食性を低下するので、その含有量を0.01%以下
とする。 Cu:3.0%以下 Cuは、オーステナイトを生成し、且つオーステナイト
相の安定化に寄与すると共に冷間加工性を向上させ、更
に高温におけるクリープラプチャ特性及び酸化皮膜の付
着性を高めるために含有させる元素であるが、3.0%
を超えて含有させると熱間加工性が低下するので、その
含有量を3.0%以下とする。
【0009】Ni:7.0〜15.0% Niは、オーステナイトを生成し、且つオーステナイト
相の安定化に寄与させるために含有させる元素である。
その効果を得るためには7.0%以上含有させる必要が
あるが、15.0%を超えて含有させると強度が低下す
ると共に、コストも上昇するので、その含有範囲を7.
0〜15.0%とする。 Cr:15.0〜25.0% Crは、窒素の固溶量増加、耐酸化性及び耐食性を向上
させるために含有させる元素である。その効果を得るた
めには15.0%以上含有させる必要があるが、25.
0%を超えるとフエライト・オーステナイト2相組織や
σ相を生成するので、その含有範囲を15.0〜25.
0%とする。
【0010】Mo:0.5〜5.0% Moは、窒素の固溶量の増加及び耐酸化性を向上させ、
更に高温腐食環境での耐食性を向上させるために含有さ
せる元素である。その効果を得るためには0.5%以上
含有させる必要があるが、5.0%を超えるとσ相の析
出等により熱間加工性を害するするので、その含有範囲
を0.5〜5.0%とする。 N:0.35〜0.80% Nは、侵入型元素であって、高温強度の向上に寄与する
とともに、非常に強いオーステナイト生成元素であるた
め、耐酸化性の向上に寄与するCrの増量添加が可能と
なるので、そのために含有させるものである。0.35
%未満では高温強度を向上する効果が低く、0.80%
を超えると窒化物が完全に固溶しないために固溶温度が
高くなると共に加工性を低下するので、その含有範囲を
0.35〜0.80%とする。
【0011】Al:0.03%以下 Alは、脱酸剤として使用する元素であるが、多量に添
加するとAlNを形成し、有効なN量を減ずるとともに
強度を低下するので、その含有量を0.03%以下とす
る。 Nb+Ta:0.03〜0.5%、Ti:0.03〜
0.5%、V:0.03〜0.5%及びW:0.03〜
0.5% Nb+Ta、Ti、V及びWは、結晶粒を微細化し、強
度を向上させるために含有させる元素である。その効果
を得るためには0.03%以上含有させる必要がある
が、0.5%より多く含有させるとNと結合して固溶N
量を低下するので、その含有範囲を0.03〜0.5%
とする。
【0012】B:0.001〜0.01%、Ca:0.
001〜0.01%及びMg:0.001〜0.01% B、Ca及びMgは、熱間加工性を改善するために含有
させる元素である。その効果を得るためには0.001
%以上含有させる必要があるが、0.01%より多く含
有させると逆に熱間加工性が低下するので、その含有範
囲を0.001〜0.01%とする。 REM:0.020%以下 REMは、耐酸化性を向上させるために含有させる元素
であるが、0.020%より多く含有させてもその効果
が飽和するとともにコストが高くなるので、その含有量
を0.020%以下とする。
【0013】本発明の高窒素オーステナイト系耐熱鋼
は、Ni及びCrの含有量が同様な公知のオーステナイ
ト系ステンレス鋼と同様な製造方法によって製造するこ
とができる。
【0014】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を説明す
る。
【実施例】下記表1の成分組成のもの50kgを高周波
誘導炉で溶製した後、鋳造して50kgの鋳塊にした。
この鋳塊を鍛伸によって20mmの丸棒にし、1100
℃×1hr加熱後水冷する固溶化熱処理を実施した。そ
の後各丸棒より試験片を切り出して常温引張試験を実施
し、その結果を表2に示す。また上記丸棒から機械加工
により切り出した幅10mm、長さ25mm、厚さ3m
mの寸法で、320のエメリー紙で全面を研磨した試験
片を作成し、繰り返し酸化試験を実施し、その結果を表
2に示す。なお、酸化試験は、600℃、800℃の温
度に8分で加熱し、その温度で30分間保持後、30℃
の温度中に22分間放冷した。これを1サイクルとし
て、合計96サイクル(96時間)行った後の試験片の
重量を測定し、予め測定しておいた試験前の重量との差
を求め、それを試験片表面積で除した値を酸化量とし
た。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】また、本発明例 No.1 、比較例 No.14 (SU
S304N2) 及び比較例 No.15 (SUS310S)の上記固溶化熱処
理を実施した丸棒より試験片を切り出して高温引張試験
を行い、その結果を図1に示した。また、酸化試験とし
て本発明例 No 1、比較例 No.14及び比較例 No.15の上
記酸化試験の試験片と同様な試験片を用いて、800℃
と1000℃の温度で30分間保持後、30℃の温度中
に30分間放冷した。これを1サイクルとして、最高2
00サイクル行った後の試験片の重量を測定し、予め測
定しておいた試験前の重量との差を求め、それを試験片
表面積で除した値を酸化量とした。その結果を図2と図
3に示した。
【0018】また、上記固溶化熱処理を実施した丸棒か
ら本発明例 No.1 及び比較例 No.15のクリープ破壊試験
片を切り出し、また比較例 No.16(SUH660)の丸棒を98
0℃×1hr加熱し油冷後、720℃×16hr加熱後
空冷したものからクリープ破壊試験片(No.16) を切り出
して、JIS Z 2272 金属材料の引張クリープ破断試験方
法に基づいて600℃と800℃で引張クリープ破断試
験を行った。その結果を図4に示した。
【0019】これらの結果より、本発明の高窒素オース
テナイト系耐熱鋼は、Ni量及びCr量がほぼ同量の比
較例 No.14(SUS304N2)及びNi量が多い比較例 No.15(S
US310S) より、常温の引張特性及び高温強度が高くな
り、更にNi量及びCr量がほぼ同量の比較例 No.14よ
り耐酸化性が著しく優れ、すなわち酸化増量が著しく低
くなり、またNi量が多い比較例 No.15よりクリープ破
壊試験値が高くなっている。
【0020】
【発明の効果】本発明は、上記構成、すなわちN含有量
を多くしたことにより、Ni及びCr含有量が同等のオ
ーステナイト系ステンレス鋼と比較して高温強度、耐酸
化性及びクリープ破壊試験値が高くなるという優れた効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明例 No.1 鋼及び比較例鋼の試験温度と引
張強度の関係を示すグラフである。
【図2】本発明例 No.1 鋼及び比較例鋼の800℃まで
の加熱と冷却の繰り返し数と酸化増量の関係を示すグラ
フである。
【図3】本発明例 No.1 鋼及び比較例鋼の1000℃ま
での加熱と冷却の繰り返し数と酸化増量の関係を示すグ
ラフである。
【図4】本発明例 No.1鋼及び比較例鋼の応力と破断寿
命との関係を示すグラフである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で(以下同じ)、C:0.10%
    以下、Si:1.0超〜3.0%、Mn:1.0〜1
    0.0%、S:0.01%以下、Cu:3.0%以下、
    Ni:7.0〜15.0%、Cr:15.0〜25.0
    %、Mo:0.5〜5.0%、N:0.35〜0.80
    %及びAl:0.03%以下を含み、残部実質的にFe
    からなる成分組成を有することを特徴とする高窒素オー
    ステナイト系耐熱鋼。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の成分組成にNb+Ta:
    0.03〜0.5%、Ti:0.03〜0.5%、V:
    0.03〜0.5%及びW:0.03〜0.5%の1種
    又は2種以上を含有することを特徴とする高窒素オース
    テナイト系耐熱鋼。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の成分組成に
    B:0.001〜0.01%、Ca:0.001〜0.
    01%及びMg:0.001〜0.01%の1種又は2
    種以上を含有することを特徴とする高窒素オーステナイ
    ト系耐熱鋼。
  4. 【請求項4】 請求項1、請求項2又は請求項3記載の
    成分組成にREM:0.020%以下を含有することを
    特徴とする高窒素オーステナイト系耐熱鋼。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1577414A2 (en) * 2004-03-04 2005-09-21 Daido Steel Co., Ltd. Heat-resistant austenitic stainless steel and a production process thereof
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