JPS61179833A - 高温強度の良好な高耐食オ−ステナイト鋼 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、優れた耐食性を有することはもちろんのこ
と、極めて良好な高温強度をも兼ね備えておシ、高温環
境下で使用されるボイラや化学プラント機器類に適用し
て優れた性能を発揮するオーステナイト鋼に関するもの
である。

〈従来技術とその問題点〉 一般に、各種ボイラ設備や化学プラント機器類等、高温
環境下で使用される装置の素材は、高温強度、耐食性、
溶接性など様々な特性が重視されるものであるが、従来
、これらの要求特性を比較的満足する上１価格面でもそ
れほどの不利を招くことがない１８−８タイプのオース
テナイト系ステンレス鋼がこの種の用途に広く使用され
てきた。

ところが、近年、前記高温設備の効率向上が通道される
ようになったこともあって材料の使用条件は苛酷化の度
合を益々増してきており、従って要求される材料性能も
次第に高度化してきたことから、上記現用の１８−８オ
ーステナイト系ステンレス鋼では高温強度及び耐食性を
も含めてこれらの要求に十分な対処ができなくなってき
ているのが現状である。

もつとも、ステンレス鋼の耐食性改善にＣｒ含有量の増
加が有効であることは一般的事項として知られてはいる
が、高Ｃｒ含有鋼として知られる５ＵＳ３１０Ｓ鋼を指
摘するまでもな（、Ｃｒ含有量を増加したとしても高温
強度向上効果の方は望むべくもないばかりか、むしろ悪
影響の方が目に付く場合すらあると言う問題があった。

く問題点を解決するための手段〉 この発明は、高温用機器類の素材として一般的であった
１８−８オーステナイト系ステンレス鋼を凌駕する耐食
性と高温強度を備え、使用環境が更に苛酷化しつつある
高温設備類にも十分に対処し得る鋼材を提供すべく、特
にＣｒ含有量が２０％以上の高Ｃｒオーステナイト鋼の
優れた耐食性に着目し、そのクリープ破断強度の飛躍的
改善を１指して行われた本発明者等の研究によつでなさ
れたものであり、その特徴とするところは、オーステナ
イト鋼を、 Ｃ：０．１５％以下（以降、成分割合を示すチは重量％
とする）、 ｓｌ：１．０％以下、　　　Ｍｎ：１０％以下。

Ｃｒ二　　２０　〜３０　　％　、　　　　　　　　Ｎ
ｉ：３０　〜５５　　％を含有するとともＫ。

Ｍ威びＣａのうちのｌｆｉ以上： ０、　ＯＯＩ　０〜０．０５００％ 及び Ｍｏｎｏ、５〜６，０％、　　　Ｗ：１．０〜１２．０
％のうちの１種以上〔但し、複合添加ではＭｏ（４＋　
１／２Ｗ（％）＝０．５〜６（チ）とする〕を含み、更
に必要にょシ Ｂ：０．ＯＯ１〜０．Ｏｌ　Ｏチ。

Ｚｒ：　　０．００５〜０．２００　％、Ｔｉ　二〇、
　Ｏｌ　〜０．３００９６　ｅＮｂ：　　０．０　１−
％−１，００１Ｖ：０．Ｏｌ　〜１．００　　チ のうちの１種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避的不純物：残り から成る成分組成で構成することによって、高耐食性は
もちろんのこと、優れた高温強度をも兼備せしめた点に
ある。

以下、本発明のオーステナイト鋼において各化学成分の
含有割合を上記の如くに数値限定した理由を説明する。

（ａ）　　Ｃ Ｃは耐熱鋼として必要な引張強さ並びにクリープ強度を
確保するのに有効な成分であるが、その含有量が０．１
５％を越えると延性低下を招く上、溶体化状態での未固
溶炭化物量も増加して機械的性質に悪影響が及ぶように
なることがらｈＣ含有量は０．１５チ以下と定めた。

（ｂ）　　５ｉ Ｓｉ成分は鋼の脱酸剤として有効な元素であるが。

その含有量がＬ　０％を越えると溶接性や組織安定性の
悪化が顕著になることから％Ｓ１含有量は１．０チ以下
と定めた。

なお、４！に組織安定性の面からすればＳｉ含有量を低
目に調整するのが望ましい。

（ｃ）　　Ｍｎ Ｍｎ成分は鋼の脱酸作用や加工性改善作用を有する元素
であるが、ｌｏ／ｓを越えて多量に含有させると耐熱特
性の劣化を招くようになることから、Ｍｎ含有量はｌｃ
１％以下と定めた。

（ｄ）　　Ｃｒ ｃｒ酸成分、鋼の耐酸化性、耐水蒸気酸化性或いは耐高
温腐食特性等の耐食性改善に優れた作用を発揮する元素
であるが、その含有量が２０％未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方。

３０％を越えてＣｒを含有させると加工性の劣化や組織
の不安定化を招くようになることから、Ｃｒ含有量は２
０〜３０％と定めた。

（ｅ）　　Ｎｉ Ｎｉは安定なオーステナイト組織を得るための必須成分
であり、その含有量はＣｒ、　Ｍｏ　、　Ｗ　、　Ｔｉ
　、　Ｎｂ等の添加量によって決められるものであるが
、本発明の成分組成鋼ではＮ１含有量が３０％を下廻る
とオーステナイト組織の確保が不安定となシ、一方５５
チを越えてＮ１を含有させることは経済的不利を招くこ
とから、Ｎｉ含有量は３０〜５５チと定めた。

（ｆ）　　Ｍｇ、及びＣａ これらの成分は、いずれも、鋼の脱酸作用や加工性改善
作用を有しているほか、クリープ破断強度改善にも有効
な元素であるのでｌｆｉ以上の添加を必要とするが、そ
の含有量が合計で０．ＯＯ１０チ未満では前記作用に所
望の効果を得ることができず、他方、これらの含有量が
０．０５００％を越えた場合には、逆に加工性を劣化さ
せる傾向がみられることがらｈ　Ｍｇ又はＣａの含有量
を合計で０．００１０〜０．０５０Ｃ１と定めた。

（ｇ）　　Ｍｏ、及びＷ これらの成分には鋼の高温強度を効果的に改善する作用
があるので１種又は２種の添加を必要とするが、単独添
加の場合にＭｏ含有量が０．５チを下廻るかＷ含有量が
１．０％を下廻ると、そして複合添加の場合に［Ｍｏ（
働＋１／２Ｗ（銹］量が０．５（チ）を下廻ると前記作
用に所望の効果が得られず、一方、単独添加の場合にＭ
ｏ含有量が６．０％を上廻るかＷ含有量が１２．０％を
上廻ると、そして複合添加の場合に（ＭＯ（＠＋　＋　
Ｗ　（％）　］量が６（％）を上廻ると加工性や組織安
定性の劣化を招くようになることから。

ＭＯ含有量は０．５〜６．０％、Ｗ含有量は１．０〜１
２．０チ〔但し、両成分の複合添加の場合にはＭｏ（１
９＋　１／２Ｗ（＠＝０．５〜６（％）とする〕とそれ
ぞれ定めた。

（ｈ）Ｂ、及びＺｒ これらの成分には結晶粒界を強化して鋼の高温強度を改
善する作用があるので、高温強度をよシ一層向上させる
必要がある場合に１種以上添加される元素であるが、Ｂ
含有量が０．ＯＯ１％未満、或いはＺｒ含有量が０．０
０５％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方
、０．０１０％を越えてＢを含有させたり、０．２００
％を越えてＺｒを含有させたりすると溶接性の劣化を招
くことから、Ｂ含有量は０．００１〜０．０１０％、　
Ｚｒ含有量は０、　ＯＯ’　５〜０．２００％とそれぞ
れ定めた。

（ｉ）　　Ｔｉ、　Ｎｂ、及びＶ これらの成分には炭化物の微細分散析出強化を通じて鋼
の高温強度を改善する作用があるので、高温強度を更に
向上させる必要がある場合に１種以上添加される元素で
あるが、各々の含有量がそれぞれ０．０１　％未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方、Ｔｉが０．３
００％を、Ｎｂが１．００チを、そしてＶが同じ（１，
００％を越えて含有されても前記作用による効果が期待
できないことから、　Ｔｉ含有量は０．０１〜０．３０
０％、　Ｎｂ含有量は０．０１〜１．００　ｓ、　Ｖ含
有量は０．Ｏｌ　〜１．　ＯＯ＊とそれぞれ定めた。

次いで、この発明を実施例によって具体的に説明する。

〈実施例〉 まず、常法通シの真空溶製、鍛造及び冷間圧延によって
第１表に示される如き化学成分組成の本発明鋼材１〜３
４並びに比較鋼材Ａ−Ｊ（但し、比較鋼材Ａは従来の５
ＵＳ３１６Ｈである）を得た後、これらに固溶化処理（
処理温度：１２００℃）を施し、７５０℃でのクリープ
破断試験によって３０００ｈｒにおけるクリープ破断強
度を求めた。

得られた試験結果を第１表に併せて示した。

第１表に示される結果からも明らかなように。

本発明鋼１〜３４は、いずれも、１８−８系ステンレス
鋼（ＳＵＳ　３０４　Ｈ，ＳＵＳ　３１６　Ｈ。

ＳＵＳ　３２１　Ｈ，ＳＵＳ　３４７Ｈ等）や２５Ｃｒ
　−２ＯＮｉステン１／ス鋼（ＳＵＳ　３１ＯＳ等）の
中で最もクリープ破断強度が高いとされるＳＵＳ　３１
６Ｈの破断強度レベルより高いことがわかる。

また、第１図は１本発明鋼１〜１ｏ並びに比較鋼Ｂ−Ｄ
Ｉ７）７５０℃Ｘ３０００ｈｒクリ一プ破断強度を対比
したグラフであるが、該第１図からも、ＭＯ又はＷ、或
いはＢ又はＺｒの添加によって鋼のクリープ破断強度が
改善されることを確認できる。

なお、第１図中の数字及びアルファベットは第１表の鋼
種を示している。

一方、第２図は、本発明鋼２，７，９．１１〜１３．１
７，２０．２３〜２７．３３及び３４の７５０℃Ｘ３０
００ｈｒクリ一プ破断強度を対比したグラフであるが、
該第２図からは％Ｔｉ、Ｎｂ或いはＶの添加によって鋼
のクリープ破断強度が改善されることを確認できる。

更に、第３図は、本発明鋼３，７，９，１７゜１９及び
２０と、比較鋼Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｉ及びＪとの７５０℃
Ｘ３０００ｈｒクリ一プ破断強度をそれぞれ比較したも
のであり１本発明の特徴の１つであるＭｇ或いはＣａの
添加効果を示すものであるが、第３図からも、成分系に
よらずＭｇ又はＣａを添加することでクリープ破断強度
の改善されることがわかる。

なお、これとは別に１本発明鋼１〜３４について耐食性
試験を実施したところ、　Ｃｒ含有量が高いことから、
１８−８オーステナイト系ステンレス鋼に比して極めて
優れた耐食性を示すことも確認された。

〈総括的な効果〉 以上に説明したように、この発明によれば、高温設備類
の素材として広く使用されていた１８−８オーステナイ
ト系ステンレス鋼よりも優れた耐食性を示し、しかも該
１８−８オーステナイト系ステンレス鋼やＳＵＳ　３１
０　Ｓ鋼をはるかに凌ぐクリープ破断強度をも兼備した
高強度高耐食オ−ステナイト鋼が実現され、ボイラや化
学プラント機器類等の高温設備の性能向上並びに耐久性
向上に大きく寄与できるなど、産業上有用な効果がもた
らされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋼のクリープ破断強度に及ぼすＭｏ。 Ｗ、Ｂ、Ｚｒ添加の影響を示すグラフ、第２図は、鋼の
クリープ破断強度に及はすＴｉ。 Ｎｂ、Ｖ添加の影響を示すグラフ、 第３図は、鋼のクリープ破断強度に及ぼすＭｇ。 Ｃａ添加の影響を示すグラフである。 出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　富　　１）　和　　夫　ほか２名第１図 （Ｍｏ＋工Ｗ３ｔ　　（ｆｆ量−） 年３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）重量割合にて、 Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１０
   ％以下、Ｃｒ：２０〜３０％、 Ｎｉ：３０〜５５％ を含有するとともに、 Ｍｇ及びＣａのうちの１種以上： ０．００１０〜０．０５００％ 及び Ｍｏ：０．５〜６．０％、Ｗ：１．０〜１２．０％、の
   うちの１種以上〔但し、複合添加ではＭｏ（％）＋１／
   ２Ｗ（％）＝０．５〜６（％）とする〕をも含み、Ｆｅ
   及び不可避的不純物：残り から成ることを特徴とする、高温強度の良好な高耐食オ
   ーステナイト鋼。 （２）重量割合にて、 Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１０
   ％以下、Ｃｒ：２０〜３０％、 Ｎｉ：３０〜５５％ を含有するとともに、 Ｍｇ及びＣａのうちの１種以上： ０．００１０〜０．０５００％ 及び Ｍｏ：０．５〜６．０％、Ｗ：１．０〜１２．０％のう
   ちの１種以上〔但し、複合添加ではＭｏ（％）＋１／２
   Ｗ（％）＝０．５〜６（％）とする〕を含み、かつ、Ｂ
   ：０．００１〜０．０１０％、 Ｚｒ：０．００５〜０．２００％、 のうちの１種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避的不純物：残り から成ることを特徴とする、高温強度の良好な高耐食オ
   ーステナイト鋼。 （３）重量割合にて、 Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１０
   ％以下、Ｃｒ：２０〜３０％、 Ｎｉ：３０〜５５％ を含有するとともに、 Ｍｇ及びＣａのうちの１種以上： ０．００１０〜０．０５００％ 及び Ｍｏ：０．５〜６．０％、Ｗ：１．０〜１２．０％のう
   ちの１種以上〔但し、複合添加ではＭｏ（％）＋１／２
   Ｗ（％）＝０．５〜６（％）とする〕を含み、かつ、Ｔ
   ｉ：０．０１〜０．３００％、 Ｎｂ：０．０１〜１．００％、 Ｖ：０．０１〜１．００％ のうちの１種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避的不純物：残り から成ることを特徴とする、高温強度の良好な高耐食オ
   ーステナイト鋼。 （４）重量割合にて、 Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１０
   ％以下、Ｃｒ：２０〜３０％、 Ｎｉ：３０〜５５％ を含有するとともに、 Ｍｇ及びＣａのうちの１種以上： ０．００１０〜０．０５００％ 及び Ｍｏ：０．５〜６．０％、Ｗ：１．０〜１２．０％のう
   ちの１種以上〔但し、複合添加ではＭｏ（％）＋１／２
   Ｗ（％）＝０．５〜６（％）とする〕を含み、かつ、Ｂ
   ：０．００１〜０．０１０％、 Ｚｒ：０．００５〜０．２００％、 のうちの１種以上、並びに Ｔｉ：０．０１〜０．３００％、 Ｎｂ：０．０１〜１．００％、 Ｖ：０．０１〜１．００％ のうちの１種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避的不純物：残り から成ることを特徴とする、高温強度の良好な高耐食オ
   ーステナイト鋼。