JPH1161352A

JPH1161352A - 高温における強度と耐食性に優れたオーステナイト鋼

Info

Publication number: JPH1161352A
Application number: JP23085997A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hayakawa; 均早川; Hidetoshi Furukawa; 英俊古川; Yusuke Minami; 雄介南; Akira Toyama; 晃遠山
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】７００℃越えの高温における強度と耐食性に優
れたオーステナイト鋼を提供する。【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％と、Ｓ
ｉ：０．１〜０．５％と、Ｍｎ：０．５〜２％と、Ｐ：
０．０２１〜０．０５％と、Ｓ：０．０１％以下と、Ｎ
ｉ：１３〜１８％と、Ｃｒ：２０〜２５％と、Ｎｂ：
０．３〜１％と、Ｂ：０．００１〜０．００５％と、
Ｎ：０．１〜０．２％と、Ａｌ：０．００８％以下とを
含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる高温にお
ける強度と耐食性に優れたオーステナイト鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、７００℃越えの高
温における強度と耐食性に優れたオーステナイト鋼に関
する。

【０００２】

【従来の技術】１８％Ｃｒ−８％Ｎｉ系オーステナイト
系ステンレス鋼は、高温強度と耐食性に優れＮｉ基合金
等に比べ経済的であるため、ボイラや化学プラント機器
等の装置用材料等に広く使用されている。

【０００３】ところが、近年かかる用途では、使用条件
の苛酷化が著しく、この種の装置用材料に必要とされる
性能が高度化し、その結果現用の上記１８−８系ステン
レス鋼では高温強度、耐食性ともに不十分となってき
た。従って、特に７００℃を越える高温腐食環境下にお
ける強度と耐食性に優れたオーステナイト鋼の開発が望
まれている。

【０００４】一般に、耐食性の改善はＣｒの増量によっ
て達成される。ところでＣｒ量を増すと、オーステナイ
ト相を維持するのにＮｉ量の増加を余儀なくされること
となるが、このような高合金化では、耐食性の改善は達
せられるものの、高温強度としては、１８−８系ステン
レス鋼レベルを維持できればよい方で、多くの場合、高
Ｃｒ−Ｎｉ系のＳＵＳ３１０鋼の例にみるように低下を
きたす。その対策として、特公昭６２−１４６２９号公
報、特公昭６２−１４６３０号公報、特公平１−２０２
２２号公報では、高Ｃｒ−Ｎｉ系鋼に、オーステナイト
相維持のためＮを添加し、さらに必要に応じてＮｂ、Ｂ
を添加して高温強度を改善した合金が提案されている。
また、特開昭６２−２４３７４２号公報、特開昭６２−
２４３７４３号公報及び特開昭６２−２４３７４４号公
報では、高Ｃｒ−Ｎｉ系鋼に強化機構を適用するためＰ
を添加し、さらに必要に応じてＮｂ、Ｂを添加して高温
強度を改善した合金が提案されている。

【０００５】一方、高温における耐食性改善について
は、特公昭６０−３３１８２号公報では、オーステナイ
ト鋼の耐力または降伏応力を経験式に基づいて規定する
ことにより、特に固体粒子を含有する高温エロージョン
環境下で優れた耐エロージョン性を有する合金が提案さ
れている。また、特公平３−７９４２３号公報では、オ
ーステナイト鋼の酸素量を０．００６％以下に抑えると
ともにＮ含有量を調整し、両者の相乗作用により、耐水
蒸気酸化性及び耐高温腐食性を改善した合金が提案され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た特公昭６２−１４６２９号公報、特公昭６２−１４６
３０号公報、特公平１−２０２２２号公報、特開昭６２
−２４３７４２号公報、特開昭６２−２４３７４３号公
報及び特開昭６２−２４３７４４号公報の技術はいずれ
も、７００℃以下の高温におけるオーステナイト鋼の強
度（６５０〜７００℃×１０００時間以上のクリープ破
断応力）の改善に係るものであり、７００℃を越える高
温における強度と耐食性の改善についての解決手段は示
されていない。

【０００７】また、特公昭６０−３３１８２号公報に
は、高温における固体粒子吹付け時（５００〜７５０℃
×１時間）の耐力については示されているが、７００℃
越えの高温における強度の改善（７００℃×１０００時
間以上のクリープ破断応力改善）については示されてお
らず、特公平３−７９４２３号公報は、高温における耐
食性の向上が主体であり、高温強度の改善については示
されていない。本発明の目的は、７００℃越えの高温に
おける強度と耐食性に優れたオーステナイト鋼を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。

【０００９】（１）本発明の鋼は、重量％で、Ｃ：０．
０１〜０．１％と、Ｓｉ：０．１〜０．５％と、Ｍｎ：
０．５〜２％と、Ｐ：０．０２１〜０．０５％と、Ｓ：
０．０１％以下と、Ｎｉ：１３〜１８％と、Ｃｒ：２０
〜２５％と、Ｎｂ：０．３〜１％と、Ｂ：０．００１〜
０．００５％と、Ｎ：０．１〜０．２％と、Ａｌ：０．
００８％以下とを含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物
からなる高温における強度と耐食性に優れたオーステナ
イト鋼である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明者らは、上記の課題を解決
するために、鋼の化学成分と７００℃越えの高温におけ
る強度及び耐食性との関係について、鋭意研究を重ね
た。その結果、オーステナイト鋼の７００℃越えの高温
強度を向上させるためには、Ｃｒ：２０〜２５％及びＮ
ｉ：１３〜１８％の含有を基本組成とする２２％Ｃｒ−
１５％Ｎｉ系鋼でＰの添加による強化機構を適用し、さ
らにＮ，Ｎｂ，Ｂの添加とＡｌ添加量の抑制（≦０．０
０８％）が有効であるという知見が得られた。

【００１１】この知見に基づき、本発明者らは、２２％
Ｃｒ−１５％Ｎｉ系鋼にＰ，Ｎ，Ｎｂ及びＢを一定範囲
量添加し、さらにＡｌ添加量を一定値以下に抑制するよ
うにして、７００℃越えの高温における強度と耐食性に
優れたオーステナイト鋼を見出し、本発明を完成させ
た。

【００１２】すなわち、本発明は、鋼組成を下記範囲に
限定することにより、７００℃越えの高温における強度
と耐食性に優れたオーステナイト鋼を提供することがで
きる。

【００１３】以下に本発明の成分添加理由及び成分限定
理由について説明する。

【００１４】（１）成分組成範囲Ｃ：０．０１〜０．１％鋼の粒界強度向上に役立ち高温強度を向上させる作用が
ある。しかし、０．０１％未満では所望の高温強度が得
られず、０．１％を越えて添加すると溶接性が劣化する
ことから、添加量は０．０１〜０．１％である。Ｓｉ：０．１〜０．５％脱酸に効果があり、鋼中のＯ低減を通じて熱間加工性を
向上させる。しかし、０．１％未満では脱酸効果が不足
し、０．５％を越えて添加すると、熱間加工性の低下を
招くため、添加量は０．１〜０．５％である。

【００１５】Ｍｎ：０．５〜２％脱硫及び脱酸作用がある。しかし、０．５％未満では脱
酸不足となり、２％を越えて添加すると高温強度及び耐
食性が低下するため、添加量は０．５〜２％である。

【００１６】Ｐ：０．０２１〜０．０５％高温強度を向上させる作用がある。しかし、０．０２１
％未満では所望の高温強度が得られず、０．０５％を越
えて添加すると熱間加工性の低下を招くことから、添加
量は０．０２１〜０．０５％である。Ｓ：０．０１％以下０．０１％を越えて添加すると、熱間加工性の低下を招
くため、上限は０．０１％である。Ｎｉ：１３〜１８％高温強度の向上、オーステナイト相の安定化及び耐食性
向上の作用がある。しかし、１３％未満では所望の高温
強度及び耐食性が得られない。また、１８％を越えて添
加すると熱間加工性の低下と同時にコストの上昇を招く
ため、添加量は１３〜１８％である。

【００１７】Ｃｒ：２０〜２５％特に高温での耐食性を向上させる作用がある。しかし、
２０％未満では所望の耐食性が得られない。また、２５
％を越えて添加すると熱間加工性の低下と同時にコスト
の上昇を招くため、添加量は２０〜２５％である。Ｎｂ：０．３〜１％炭化物を形成し、高温強度を向上させる作用がある。し
かし、０．３％未満では所望の高温強度が得られない。
また、１％を越えて添加すると熱間加工性及び溶接性が
劣化するため、添加量は０．３〜１％である。Ｂ：０．００１〜０．００５％高温強度を向上させる作用がある。しかし、０．００１
％未満では所望の高温強度が得られない。また、０．０
０５％を越えて添加すると熱間加工性及び溶接性が劣化
するため、添加量は０．００１〜０．００５％である。Ｎ：０．１〜０．２％高温強度を向上させ、オーステナイト相を安定させる作
用がある。しかし、０．１％未満では所望の高温強度が
得られない。また、０．２％を越えて添加すると熱間加
工性が低下するため、添加量は０．１〜０．２％であ
る。

【００１８】Ａｌ：０．００８％以下脱酸作用がある。しかし、０．００８％を越えて添加す
ると高温強度が低下するため、上限は０．００８％であ
る。上記の成分組成範囲に調整することにより、７００
℃越えの高温における強度と耐食性に優れたオーステナ
イト鋼を得ることが可能となる。

【００１９】なお、製造条件については本発明では特に
限定されない。すなわち、鋼の溶製方法、鋼板製造時の
圧延方法及び熱処理方法は通常採用される条件であれば
よい。

【００２０】以下に本発明の実施例を挙げ、本発明の効
果を立証する。

【００２１】

【実施例】表１、２に示す化学成分を有する本発明鋼Ｎ
ｏ．１〜３０及び比較鋼Ａ〜Ｍ（本発明鋼を３０チャー
ジ及び比較鋼を１３チャージ、計４３チャージ）を各々
５０ｋｇ電気炉で溶解し、得られた鋼塊を１２ｍｍ板に
圧延後、溶体化熱処理を行い、クリープ破断試験片と腐
食試験片を長手方向に採取した。

【００２２】クリープ破断試験は７５０℃で実施し、１
０００時間の破断応力を求めた。

【００２３】高温腐食試験は試験片表面に合成石炭灰
（３４％Ｎａ₂ＳＯ₄−４１％Ｋ₂ＳＯ₄−２５％Ｆｅ
₂Ｏ₃）を塗布し、７２０℃で１％ＳＯ₂−５％Ｏ₂−
１０％ＣＯ₂−残部Ｎ₂の雰囲気で、１００時間曝し
た。試験後、表面スケールを過マンガン酸カリウムで溶
かし、試験前と試験後の試験片重量差を求め、腐食減量
を算出した。なお、高温腐食試験温度の７２０℃は、オ
ーステナイト系ステンレス鋼で高温腐食量が最もピーク
に達する温度であるため、あえてクリープ破断試験温度
（７５０℃）と変えて条件設定した。以上の試験結果を
表２に示す。同表より、本発明鋼Ｎｏ．１〜３０はいず
れも、本発明の目標とする７５０℃×１０００時間の破
断応力が１１ｋｇｆ／ｍｍ²以上、かつ７２０℃×１０
０時間の腐食減量が１７０ｍｇ／ｃｍ²以下の性能を示
しており、７００℃越えの高温における強度と耐食性に
優れていることがわかる。

【００２４】一方、比較鋼Ａ〜Ｍは、いずれも化学成分
が本発明で規定する範囲から外れているため、７００℃
越えの高温における強度または耐食性のいずれかが劣っ
ている。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】本発明は、鋼組成を特定することによ
り、７００℃越えの高温における強度と耐食性に優れた
オーステナイト鋼を提供することができる。本発明の鋼
は、特に７００℃越えの高温腐食環境下等使用条件の過
酷なボイラや化学プラント機器等の装置用材料に適用で
きるなど、産業上極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る各供試鋼の高温強度と高
温腐食減量を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者遠山晃東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％と、
Ｓｉ：０．１〜０．５％と、Ｍｎ：０．５〜２％と、
Ｐ：０．０２１〜０．０５％と、Ｓ：０．０１％以下
と、Ｎｉ：１３〜１８％と、Ｃｒ：２０〜２５％と、Ｎ
ｂ：０．３〜１％と、Ｂ：０．００１〜０．００５％
と、Ｎ：０．１〜０．２％と、Ａｌ：０．００８％以下
とを含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる高温
における強度と耐食性に優れたオーステナイト鋼。