JPS5923855A - 炭化物形成元素を含有する高温高強度鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は炭化物形成元素を含イ１する高温高強度鋼に
関し、加工性を通常のオーステナイト系ステンレス鋼程
度に維持したま寸強度を現用の耐熱鋼に比較して太「１
〕に増加したものである。

８００℃以上の高温で使用されるｉＪ熱鋼として、炭化
物強化馴熱鋼が知られるが、これには０．４％といった
多量のＣを含有する耐熱鋳造合金の系統と、Ｔｉ、Ｎｌ
）等で強化した系統のものがある。

Ｃを多量に含有する耐熱鋳造合金の代表的なものとして
５（Ｊｉ−２２合金が知られているが、この耐熱鋳造合
金は鋳造合金という性格上形状に制限を伴いかつ安全性
に問題を含む欠点がある。

一方、Ｔｌ、Ｎｂ＄で強化したものは、これらの炭化物
形成元累により高温使用中に炭化物又は炭窒化物を形成
させて高強度を得ようとするものであり、不願出願人に
より提案された特公昭４７−３０８０６号によるものな
どが知られている。しかし、この炭化物形成元素を含有
する鋼においては結晶粒度や溶体化処理とその添加量と
の関係等についてはまだ十分に明らかとなっていない。

また上記提案済の鋼においては７００℃以下の使用を前
提としておシ、より高温の致来に応え得ない欠点があつ
次。、 本発明は上記した従来技術の欠点に鑑みてなされたもの
で、結晶わ′１度、溶体化処理と炭化物形成元素の添加
液の関係を明らかＫすることに」：す９００℃以下にお
ける強度の向上を図ったものである。

即ち、不発明においては、 Ｃ：　０．０６〜０．３０％、Ｎｌ；９〜４５％、Ｃｒ
：１５〜３０％、Ｓ１１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以
下、及びＮｌ］　、’ｆ’ｉ　％　Ｚｒ　、　Ｔａの１
種又は２　’Ｊ’ｉ以上を下記条件を満足するように含
有し、残部は鉄及び不可避不純物から成るオーステナイ
ト結晶粒度がＪＩ８３〜５であることを基本的ガ’Ｐ！
ｊ徴とするものである。

Ｃｒ（’％）　＜　０．８　ＸＮ１（％）＋１３ｊバ屡
ム＝１〜工Ｏ Ｃ（％） なお、上記において俸はすべて重■擾である（以下同じ
）。

以下限定理由を述べる。

Ｃ：Ｃ１ｄＯ，０６％未満では第１図に示すように十分
な強度を得ることはできない。また０、３０％を超えて
添加すると第２図に示すように加工性を悪化させるだけ
で強度増加につながらない。

Ｎｉ　、　Ｃｒ　：　Ｎｌは組織をオーステナイト単相
組織とするために９条以下を必要とし、Ｎｌ含イイ量が
多いほど特に７００℃以上の高温域におけるオーステナ
イト相を安定化しオーステナイトを強靭化するが、Ｎｉ
含イ■量を増加させると後述の如くＳの含有症を厳しく
制限する必要が生じてくるのと、非常に高価になること
力・らその上限を４゛５％とした。

Ｃｒは高温での耐酸性を確保するために１５チ以上必要
であるが、３０％を超えて添加するとオーステナイト単
相組織が得ら形成元素でありＮ１はオーステナイト形成
元素であシ、両者の含有量の関係を次の如く制御し々い
とオーステナイト単相組織は得られない。

Ｃｒ□□□）＜　０．８　Ｘ　Ｎｉ（支））＋１３・・
・・・・・・・・・・・・・■なお上記へ）式はＷ　＋
　Ｍｏ等のフェライト形成元素を含まない場合のことで
あシ、下記するようにこれら及びＡｔを含むときはＣｒ
（％）＋Ａｚ＋％）＋Ｗ（％）＋ＭＯ（％）≦０．８　
Ｘ　Ｎｉ　（％）＋１３・・・・・・・・・・・・・・
・・・・■（但し、）ｒｔ、ｗ、Ｍ、は０％を含む）が
満足されなければならない。

Ｓｉ　＋Ｍｎ　：　Ｓｔ　＋Ｍｎは通常のオーステナイ
ト鋼程ＩＷの含有量、即ちＳｌは１．０チ以下、Ｍｎは
２．０％以下とする。この目的は主として脱酸である。

Ｎｂ　＋Ｔｉ　＋Ｚｒ　＋Ｔａ　：　　これらは炭化物
或いは炭窒化物形成元素であシ、高温使用中に炭化物、
炭窒化物を形成させて強度を向上させるものでアシ、こ
れらの中１種又は２種以上を添加する。従来こｉｔら元
素、たとえばＴｉ、Ｎｂの多量添加は、鋼中ＣがＴ１及
びＮｂで固定されるためＣによる強化作用が得られず好
ましくないとされる例が多い。しかし溶体化処理温度を
上げることにより　、Ｔｉｃ　＋ＮｂＣの溶体化処理時
における溶解が進行し、後の使用時においてＣｒ２３　
Ｃｍとして析出するＣ量が増加する。したがって高温で
溶体化処理を行なう場合（必然的に結晶粒度は粗くなる
）Ｔｉ、Ｎｂ等の添加且は低温で熱処理する場合に比較
して高温強度を犠牲にすることなく多量に添加すること
ができる。ま几多量に添加し７’ｈＴｉ、Ｎｂ等はそれ
自身でも析出物となシ強化に役立つ。

しかし、溶体化処理温度の上限は事実上１、３００℃に
制限されるため、 は１３に制限される。また１未満では高温高強度とする
効果は少ないから、これを丁限とする。また更に高強度
を得るためには２〜工１とする必要がある。

またこれら元素は単独でＴ１じ）／Ｃ（％）、Ｎｂ（％
）／Ｃ（イ）、Ｚ　ｒ　（％）／　Ｃ（％）、Ｔａ　（
％ｌ／Ｃ（％）比が１〜１０の範囲を満足するものとす
る。

上記限定理由をＮｂＸＴｉを例として第３図に示す。第
３図は０．１％Ｃ−２０％Ｏｒ　　３０％Ｎ１　　０．
５　Ｓ　Ａｔ鋼に対して種々のＮｂ及び又はＴ１を添加
含有させた鋼を１２５０℃で処理した材料の９００℃１
０００　ｈｒにおりるクリープ破断強度を示し比もので
ある（これらの材料の結晶粒度は結晶粒度Ｎａ　３〜５
の範囲内にあるがＮｂ及び又はＴｉの多いものほど細か
になっている傾向を有する）。

第３図においては縦軸及び横軸には夫々Ｔｉ量（（６）
Ｎｂ：ｌＨ＠が採られており各プロットのＱ卵内におい
て示した数字はその位＆、で示されるＴｉ量及びＮｂ量
を含有する上記鋼によって得られた９００℃Ｘ１０００
ｈｒのクリープラブチュア強度である。

Ｎｂ又はＴ１の単独添加即ちＸ軸上ではＮｂ又はＮｂ　
　　Ｔｉ Ｔｌが１．０％を即ち了又はてが１０を超えるところ（
点Ａ、Ｄ）ではそれ以下のところよシもクリープラプチ
ュア強度が低下してくるところよ９強度が低い傾向がみ
られるのでＮｂ又はＴｉは上記したようにそれぞれＣと
の比で１０以下の含有量に限定する。

又図面上には９００℃１０００　ｈｒにおけるクリープ
ラプチュア強度が３．０　Ｋ９７ｍ！以上となっている
ところとそれ未満とを区分する線ＢＣ及びＥＦ並びに同
条件下におけるクリープラプチュア強度として３゜５に
μｍ２以上が得られる区分を示す綜ｎｃ’及び靜をも記
載した。

即ち不発明においてはＮｂ、、Ｔｉｉを同図面上ＡＢＣ
ＤＥＦでかこ′まれた範囲内に入るように選定するもの
であυ、好ましくけＡ　ｒｒ　Ｃ’　Ｄ　ｉ〆でかこま
れるＲｒ（ｑ　ＨＢに選定するものである。塘た更に好
ましくは同図からＴｉ、／Ｃ：　４．５以下かつＮｂ／
Ｃ：　２〜７０枚合添加とするものである。

Ｔｉ＋Ｎｂ　。

即ち、−賀汀一、１〜１３ （好ましくは２〜１１） 〔但Ｌ　　’Ｉ’１／Ｃ＜１０　　Ｎｂ／Ｃ＜１０テ＄
る〕なお％　Ｚｒ　＋　ＴａもＴｉ＋Ｎｂと同様炭化物
形成元素であり同じ作用効果があることが例えば第４図
に示すととく確認されている。従って、不発明では上述
したように′円＋Ｎｂ　ｒ　Ｚｒ　ｒ　Ｔａの１ｒｆｉ
又は２種以上を１０３ｂ＋２＋Ｔａ；１〜１３（好まし
くは２〜工１）但しＴｌ／Ｃく１０、Ｎｂ／Ｃ＜１Ｏ１
ｚｒ／ＣＩ≦１０１’１’８７／Ｃ＜　１０ の範囲で添加するものである。

ｐｏｐは特に限定する必要はなく、通常のオーステナイ
ト鋼に許容される０、　０４　％以下であれば問題はな
い。

Ｓ：Ｓは高温強度、加工性のいずれをも悪化させるので
その含有１ｔを０．０２％以下に制限するのが望ましい
。特にＮ１量が多い場合その制限は厳しくなる。

第５図は１８％Ｃｒ−１０％Ｎ１−０．１％Ｃ−０，５
％Ｎｂ鋼、２３％Ｃｒ−１８％Ｎｉ−０，１％Ｃ−０５
％Ｎｌ）鋼及び２０％Ｃｒ−２８％Ｎｉ　−０，１％　
Ｃ−（１，５％Ｎｂ鋼（いずれも１２５０℃で溶体化処
理した粒度番号３の材料）のクリープ破断強度に及ぼす
Ｓ量の影響を示したものであるが、Ｎｌ量が犬なる程Ｓ
量の影響が大きくＳ含有量を厳しく　ｆ＆１１限しなけ
ればならぬことがわかる。同図からＮｉ含有量が１８％
以上のときはＳの上限な０１０１５％、Ｎｌ含有盟が２
８％以上のときはＳの上限を０．０１．０％とすること
が好ましい。

同図上には２０％Ｃｒ−２８％Ｎｉ−０，１％Ｃ−０，
５チＮｂ　（Ｓ　り０．０１％）にＣ＆を０．０５％含
有させた場合の破断強度も併載した。このようにＣａ　
ＩＭｇ　ｌ　Ｓｅ　ｌｙはＳの悪影響を取除く上に有効
である。ただし、０．１％を超えるような多量の添加は
加工性を害する。

従ツ’７．’　Ｃａ　＋　Ｍｇ　ｌ　Ｓｅ　＋　Ｙの１
種又は２種以上の添加含有は０．１　％以下としなけれ
ばならない。

粒度ニオ−ステナイト結晶粒度は適当な溶体化処理によ
りＪＩＳ香号３〜５に調整するものとする。

第６図に示すように、粒度が小さくなると（粗粒に在る
と）破断強度は大きくなるが反面破断伸びは少なくなる
。し危がって用途によシ粒度を選択する必要があるが、
粒度番号３未満としても強度上昇はあ甘りなく、捷た粒
度番号５を超えると高温強度は通常の耐熱＃（ｓｔｒｓ
ａｌｏ、インコロイ８００等）と大差のないものとなる
。したがって結晶粒度をＪＩＳ　３〜５に限定する。

なお溶体化処理によｐ十分な粗粒を得るためには１１８
０℃以上５〜３０分の加熱後水冷、油冷または空冷の熱
処理が必要であるが、この温度はＴｉＸＮｂ等の添加量
によ）異なｐ１添加量が多いほど同一粒度を得るｆｃめ
に高温が必要となる。

本発明鋼の基本的な限定は以上の通りであるが、更に次
のような元素を添加すると効果が太きい。

Ｃａ　ＩＭｇ　ｌｙ　ｌ　Ｓｅ　： これら元素の１種又は２種以上を添加すると上述したよ
うにＳの悪影響を取除く上に有効である。但しく）、１
％を超えるような多量の添加は加工性を害するため、０
、１チ以下とする。

Ａｔ：　Ａｔを添加すると耐酸化性が向上する。

しかし４％を超える多量の添加は第７図に示すようにク
リープ強度を低下させる上、更に４％を超えるＡｊ金含
有製造上（溶解、加工）好捷しくない。したがって４チ
を上限とする。

なおｋｔは強力なフェライト形成元素であるため、前述
したように Ｃｒ　（％）＋Ａｔ（％）＜　ｏ、８　ｘＮｉ（％）＋
　１３を満足する必要がある。

Ｍｏ　＋Ｗ　：　Ｍｏ　＋Ｗは１種以上を３係１で添加
することが可能である。

但しこれらもフェライト形成元素であるため、前述した
ように Ｃｒ（支）＞＋Ｍｏ　（％）＋Ｗ（支））＜０，８ＸＮ
ｉ鍾）−１−１３を満足する必要がある。

Ｎ、ｎ：Ｎ、Ｂ　　はともに高温強度に有効である。

Ｎはまた加工性を低下させない元素であり、従って不純
物として入る０、０５以上を添加、特に０．１％以上含
翁させることが好せしいが、０．３％を超えて含有させ
ることは出来ない。従ってＮは０．３チ以下とする。

Ｂは第８図に示すように０．１％を超える添加は加工性
に有害である。したがって０．０１係以下とする。

下掲表に不発明の実施例を示す。この表から本発明鋼は
加工性が阻害されずに強度が向上していることがわかる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はクリープ破断強度と６％との関係を示すグラフ
、第２図は熱間加工性とＣチの関係を示すグラフ、第３
図はクリープ破断強度とＴｉ及びＮｌ）％との関係を示
すグラフ、第４図はＮｂ添加材に対するＺｒ＋Ｔａの影
響を示すグラフ、第５図はクリープ破断強度と８％との
関係を示すグラフ、第６図はクリープ破断強度及び伸び
と結晶粒度との関係を示すグラフ、第７図はクリープ破
断強度及び耐酸化性とＡｔ％との関係を示すグラフ、８
ｇ８図はクリープ破断強度とＢ俤の関係を示すグラフで
ある。 特許出願人　　日本鋼管株式会社 発　　明　　者　　　加　根　魯　　　和　　　宏−冒
・パ・： 代理人弁理士　　　吉　　　原　　　省　　　二１．：
ｊ、同　　　同　　　　　　高　　　橋　　　　　　　
　消１　　　・Ｃ（′１１０） 結市粒汝ＮＯ１ →　Ａ地　（％）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　　Ｃ：　０．０６〜０．３０％、Ｎｌ：９〜４５％
   、Ｃ’ｒ：１５〜３０％、８１　：　１．０％以下、Ｍ
   ｌｌ　：　　２．０％以下、及びＮｂ、　Ｔｉｓ　Ｚｒ
   、　Ｔａｏｘ［又は２種以上を下記条件を満足するよう
   に含有し、残部は鉄及び不可避不純物から成るオーステ
   ナイト結晶粒度ｄｔ、ｙＩｓ３〜５である炭化物形成元
   素を含有する高温高強度鋼。 Ｃｒ　（％ｌｓ’　ｏ、　８　Ｘ　Ｎ　ｉ　（％）＋１
   ３ＴＩ（チ）　。 τ］Ｔ　°１〜１０ 一斗氏わ− Ｃ（％）　：１〜１０ ％：１〜１゜ 讐（：１〜１０ ２、　　　Ｃ：０．０６〜０．３０％、Ｎｌ：９〜４５
   ％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｓｉ　：　１．０　％以下、
   Ｍｎ：２．０％以下、及びＮｂ、　ＴＩ、　Ｚｒ、、　
   Ｔａの１種又は２種以上、Ｃａ、　Ｍｇ、　ＹＸＳｅの
   １種又は２種以上を０．１チ以下を下記条件を満足する
   ように含有し、残部は鉄及び不可避不純物力・らなるオ
   ーステナイト結晶粒度がＪＩＳ　３〜５である炭化物形
   成元素を含有する高温高強度鋼。 Ｃｒ（％）≦０．８　Ｘ　Ｎｉ　（％）＋　１３」」Ｌ
   　：１〜１０ Ｃ（チ） 」］と　エ□〜□。 Ｃ（チ） １［幻−：１〜□。 Ｃ（％） ユ■鼻と　０、〜□０ Ｃ（％） ３、　　ｃ：ｏ、ｏｏ〜０．３０係、Ｎｉ：９〜４５％
   、Ｃｒ　：　１５〜３０％、Ｓｌ　：　１．０％以下、
   Ｍｎ　：２．０％以下、及びＮｂ、Ｔｉ、ｚｒＸＴａの
   １種又は２種以上、Ａｔ：４％以下を下記条件を満足す
   るように含有し、残部は鉄及び不可避不純物から成るオ
   ーステナイト結晶粒度がＪＩＳ　３〜５である炭化物形
   成元累を含有する高温高強度鋼。 Ｃｒ　（％）＋Ａｔ（％）≦０．８ＸＮｉ（％）＋１３
   丑；工〜１０ ４、　　Ｃ：０．０６〜０．３０係、Ｎｉ　：　９〜４
   ５％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ
   ：２．０％以下、及びＮｂｚ　ＴＩ　ＸＺｒ）　Ｔａの
   １種又は２種以上、ＭＯｌＷの１種以上を３％以下を下
   記条件を満足するよりに含有し、残部は鉄及び不可避不
   純物から成るオーステナイト結晶粒度がＪＩＳ　、３〜
   ５である炭化物形成元素を含有する高温高強度鋼。 Ｃｒ　（％）＋Ｍｏ　（％）＋Ｗ（％）　＜、　ｏ、　
   ８　＋Ｎｉ　（％）＋　１　ａＴｉ（％）　；工〜１０ 一σで０− Ｎｂ（係）　：１〜１゜ 一σで０− Ｚｒ（％）　０１〜□。 Ｃ（％） ５、Ｃ：０．０６〜０．３０係、Ｎｉ：９〜４５％、Ｃ
   ｒ：１５〜３０％、Ｓｉ　：　１．０％以下、Ｍｎ：２
   ．０％以下、及びＮｂ、　Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｔａの１種
   又は２種以上、Ｎ；０．３チ以下、Ｂ：０．０１％以下
   の１種以上を下記条件を満足するように含有し、残部は
   鉄及び不可避不純物から成るオーステナイト結晶粒度が
   ＪＩＳ　３〜５である炭化物形成元素を含有する高温高
   強度鋼。 Ｃｒ（＠　＜　０．８　Ｘ　Ｎｌ　（％ｌ　＋１３ユ山
   り、□〜□。 Ｃ（％） １ルＬ、１〜１゜ Ｃ（％） ヌパ叉と Ｃ（％）　：１〜１０ Ｔａ（％）。 Ｃ（％゛「°１〜１０