JPS6141746A

JPS6141746A - 熱間加工性に優れた高強度高耐食性耐熱鋼

Info

Publication number: JPS6141746A
Application number: JP16025284A
Authority: JP
Inventors: Mizuo Sakakibara; 榊原　瑞夫; Masao Kikuchi; 正夫菊池; Yasuo Otoguro; 乙黒　靖男; Katsukuni Hashimoto; 橋本　勝邦; Tsunetoshi Takahashi; 高橋　常利; Toshio Fujita; 利夫藤田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-08-01
Filing date: 1984-08-01
Publication date: 1986-02-28

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）本発明は熱間の加工性を損なうことなく、クリープ特性
、耐高温腐食特性を同時に改良した高強度高耐食性耐熱
鋼に係わるもので、特に石油及び石炭を燃料として使用
する雰囲気の化学工業用容器斜材、熱交換器材料や超高
温の超臨界圧？イラチ轟−グ等九使用される材料に関す
るものである。

（従来の技術及び発明が解決すべき問題点）近年エネル
ギー資源の供給不安定によシエネルギー源の多元化、省
資源、省エネルギーがさけばれ、それらの観点から設備
の高温高圧操業、燃料種の変換が計られたことによシ、
従来から用いられている５ＵＳ３０４　、３２１　、３
４７　、３１０等の圧及び耐食性、又特に鋳造材では耐
食性及び鋳造組織に起因する長時間使用時の信頼性に課
題が生じてきた。このためこれらの課題を解決すべく各
方面で研究が進められてきている。この種の材料は、た
とえば鉄と鋼、ｖｏｔ６９（１９８３）、８１４４０゜
鉄と鋼、ｖｏＬ６８（１９８２）、８１３４２などによ
つて数多く提案されている。ところでこれらの耐熱材料
は耐食性の観点からＣｒを含有しているが、一般に含有
量の増加とともくα相及びα相析出に起因する強度低下
が認められるよ５になる。このため高強度を必要とする
場合には通常Ｃｒ含有量は３０％以下である。

（問題点を解決するための手段）本発明者らはかかる実状にかんがみ３０％以上のＣｒを
含有する鋼について種々検討の結果、６００〜９００℃
においてｒ単相組織あるいは若干量のα相の析出の下で
高強度を示す成分系を見出して本発明をなしたものであ
る。

即ち本発明は重量−で００．０２〜０．２０％％Ｓｔ０
．０　１〜１．５　％、Ｍｎ　０．１〜ＺＯＳ、Ｃｒ　
３０．０〜又これにさらに、（ａ）Ｍｏ、　Ｗ、　Ｂ、
　Ｎｂ、　Ｔｌの１種又は２種以上をＭｏ３．０％以下
、Ｗ　６．　Ｏ−以下でＭｏ＋Ｗ６．０−以下、Ｂ　０
．０１％以下、Ｎｂ　１．０％以下、Ｔｌ　０．５％以
下でＮｂ＋　Ｔｉ　１．０　％以下、（ｂ）　Ｚｒ　、
　Ａｔ。

Ｃａ１Ｍｇ＋希土類元素の１種又は２種以上をＺｒ０．
２−以下、＊ｔ　０．１％以下、Ｃａ　０．０５　％以
下、Ｍｇ０、０５　％以下、希土類元素の総和ｏ、　ｏ
　５　％以下でＺｒ＋ＡＡ＋Ｃａ＋Ｍｇ＋希土類元素の
総和０．２％以下、の（＆）及び（ｂ）の一方又は両者
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなること
を特徴とする熱間加工性に優れた高強度高耐食性耐熱鋼
である。

（作　用）以下に本発明の詳細な説明する。

先ずＣは固溶強化及び炭化物強化によシ高温強度を保持
するために下限を０．０２　％として添加する。一方Ｃ
を０．２０　％を超えて含有させると初析の炭化物が粒
界に析出し、熱間での加工性を著しく害するためにその
上限を０．２０１とする。なお好ましくは０．０３〜０
．１５％とするのが良い。

次に８１は耐酸化性、耐高温腐食性を改善するために下
限を０．０１％として添加するがα相生成能の高い元素
で過剰の添加はクリープ強度を低下させる。α相を析出
させずに高強度を維持するためには１．５チ以下である
必要があり上限を１．５チとする。なお好ましくは０．
０３〜０．７％とするのが良い。

Ｍｎはγ相安定化のため及び鋼中のＳを固定させ熱間加
工性を向上させることから下限を０．１％として添加す
る。一方Ｍｎの過剰添加はクリーブ速度を増加させ高温
強度を低下させる。従ってγ相の安定化及び熱間加工性
の面から必要最小限量とし上限を２．０％に限定する。

なお、特１ｃ０．２〜０．９％の範囲が好ましい。

また、Ｃｒは耐高温腐食性を向上させるために３０％以
上添加する。しかしながらＣｒ量を増し、α相が生成す
ると高温強度が低下する。このため上限を４３％に限定
する。なおＣｒの望ましい範囲は３２〜３８チである。

一方、Ｎ１はσ相析出を防止しかつ高温強度を増加させ
るためＩｌ′ｃ３０チ以上添加する。しかしながらＮ１
の過剰の添加は相制御及び高温強度に及ぼす寄与の割合
が低く、熱間加工性の低下、さらには価格の増加の点で
の不利も大きいために上限を４９−に限定する。なおＮ
ｉは３１〜４５％の範囲が特に好ましい。

Ｎは固溶及び析出によシ高温強度を向上させる。

特に本発明鋼においては０．１０１以上のＮを添加する
ことＫよシ高温強度を著しく向上させる。しかし過剰Ｋ
Ｎを添加すると初析の炭窒化物が粒界上に連続析出し、
熱間加工性を著しく低下させる。

このため上限を０．４％に限定する。なおＮは０．１３
〜０．３０チの範囲が特く望ましい。

さらに本発明においてはＣｒを３０％以上添加した場合
に高温強度を低下させるα相及びσ相の生成を避けるた
めＫＮｉ　、　Ｃｒ　、　Ｃ及びＮを相互に制御する必
要がある。本発明鋼は６００℃〜９００℃で長時間使用
される場合、Ｃ及びＮは炭窒化物Ｃｒ２３（ＣｒＮ）６
としてＣｒを消費する。従って長時間使用後も安定した
γ相に制御するため炭窒化物ｃｒｚｓ（ｃ、Ｎ）６とし
て消費されるＣｒ量、即ち−７２Ｃ＋れぞれ原子当量比
である。

以上に示した基本組成を持つ本発明鋼に、さらに固溶、
析出強化及び熱間加工性改善のためＫ（＆）Ｍｏ　ｒ　
Ｗ　、　Ｂ　、　Ｎｂ　、　Ｔｌの１種又は２種以上を
Ｍ。

３．０係以下、Ｗ　６．　Ｏｆａ以下でＭｏ　＋　Ｗ　
６　％以下、８０００１％以下、Ｎｂ１．０％以下、Ｔ
Ｉｏ、５％以下でＮｂ＋Ｔｔｘ、０％以下、（ｂ）Ｚｒ
ｐＡｔ、Ｃａ＋Ｍｇ＋希土類元素の１種又は２種以上を
Ｚｒ０．２チ以下、Ａｔ０．１チ以下、Ｃａ　０．０５
％以下、Ｍｇ０．０５チ以下、希土類元素の総和０．０
５−以下でＺｒ　＋　ｋＬ　＋Ｃａ　＋　Ｍｇ十希土類
元素の総和０．２チ以下、の（＆）及び（ｂ）の一方又
は両者を含有することが出来る。。

先ず、（ａ）Ｍｏ　ｌ　Ｗ、　Ｂ　Ｉ　Ｎｂ　、　’Ｊ
’ｌの１株又は２種以上は鋼材の高温強度の向上のため
に含有せしめることが出来るものでちる。これらの内、
先′ずＭ。

及びＷについては、σ相を生成しない範囲、すなわちＭ
ｏ　３　％以下、Ｗ６％以下でＭｏ　＋Ｗ　６　％以下
、望ましくはＭｏ＋Ｗを０．５〜３．０チ添加すること
によシ本発明鋼はさらに強化される。

次にＢは０．０１％以下の添加で熱間−加工性を改善す
ると同時に粒界析出物の微細化を促し高温強度を改善す
る。しかし０．０１％超では硼化物を生成し、熱間加工
性を著しく害する。なおりの望ましい範囲は０．００１
〜ｏ、ｏｏｓｓである。

又、Ｎｂ及びＴｌの１種又は２種は炭窒化物のマトリッ
クス内微細分散析出を促し、高温強度を上げる。しかし
過剰添加はその炭窒化物の固溶化温度を著しく上げ、生
産性を阻害する。このためＮｂ１．０％以下、ＴＩｏ、
５％以下でＮｂ＋Ｔ１１．０％に上限を限定した。なお
Ｎｂ＋Ｔ１の望ましい範囲は０．２〜０．７優である。

一方（ｂ）Ｚｒ　、　Ａｔ、　Ｃｍ　ｔ　Ｍｇ及びＹｒ
　Ｌａ　＋　Ｃｅの１種以上で構成される希土類元素、
の一種又は２種以上は本発明鋼を脱酸脱硫すると同時に
０及びＳの粒界偏析を減少させることＫよって熱間加工
性及び高温強度を向上させるために含有せしめることが
出来るものである。しかし過剰の添加はＮｌと金属間化
合物を形層し融点の低下と熱間加工性の劣化を起す。こ
のためＺｒ　ｌ　Ａｔ＊　Ｃａ　ｌ　Ｍｇ　Ｔ希土類元
素の１ｆＪｉ又は２種以上をＺｒは０．２％、Ａｔ、は
０．１俤、　Ｃａは０．０５％ｒ　Ｍｇは０．０５俤、
希土類元素は溝底されるＹ　、　Ｌａ　、　Ｃ・の単独
又は総合でｏ、ｏｓｓをそれぞれ上限とし、さらＩｃ　
Ｚｒ　＋　Ａｔ＋　Ｃｍ　＋　Ｍｇ＋希土類元素の総和
を０．２％以下としなければならない。

人お、不可避的不純物として本発明鋼に含有されるＰ及
びＳＫついては、Ｐは０．００２％以下及びＳは０．０
０２１以下になると熱間加工性及び強度を著しく改善す
るが経済性の面から本発明鋼ではＰｏ、０２５１以下、
８０．０１％以下にすることが好ましい。

又、本発明鋼は真空溶解、大気溶解、　ＶＡＲ再溶解、
　Ｋ８Ｒ再溶解等いずれの溶解法にても製造し得るもの
であ）、普通造塊又は連続鋳造にて鋼塊を製造し、通常
の熱間加工（鍛造１分塊、圧延、熱押等）Ｋよシ板、管
、棒に製造出来る。製品に加工後１３００℃以下の熱処
理によシ固溶化と結晶粒の調！ＩＣ３０〜３５０μｍ）
を行うことが望ましい。

このようＫして得られる本発明鋼は、１１８０℃の捩り
試駿において破断では４回以上の捩りにたえ、７５０℃
Ｘ９に９ｆ／ｍ”のクリープ破断時間が４０００時間以
上で、かつ７００℃の５０４　Ｎａ２ＳＯ４＋　５０　
％　Ｋ２Ｓｏ４Ｏ１融塩中腐食減１１２＞’　２　Ｑ　
Ｑ　１１９／ｃｒｙ？以下、という優れた性質を有する
ものである０以下実施例により本発明鋼の効果をさらに
具体的に説明する。

（実施例）第１表は本発明鋼及び比較鋼を電気炉にて溶製したもの
の化学取分及び性質を示したものである。

同表中熱間加工性は鋳造まま材の１１８０℃熱間捩シ試
駿によｐ求めたものである。７５０℃。

９ｋｊｉｆ／ｍ”クリープ破断時間及び耐食性は１５ｍ
圧延材を１２５０℃にて固溶化熱処理後求めたものであ
る。なお耐食性は７００℃の５０　Ｔｏ　Ｎａ２ＳＯ４
＋５０　％に２Ｓｏ４溶融塩中２００時間腐食後の腐食
減量を示したものでおる。同表中Ｃ１，Ｃ５，ＭＮ３゜
ＣＮＮ３．Ｎ１．Ｎ５．ＭＯＷ２．ＭＯＷ６．Ｎ量３゜
Ｎ量６　、Ｎ量７　、Ｂ　３　、ＳＣＩ　、ＳＣ５、Ｓ
Ｃ６。

ＭＩＤ　３　、　ＭＩＳ　６　、　ＭＩＳ　９　、　Ｍ
ＩＳ１２　、　ＭＩＳ１５及びＭＩＳ　１Ｂは比較鋼で
、他は本発明鋼である。比較鋼は次に説明するようにい
ずれも熱間加工性、高温強度及び耐食性にお−で本発明
鋼よシ劣りている。

すなわち、０１〜Ｃ５はＣ量の効果を示すもので０１は
Ｃ量が少いことＫよりクリープ破断時間が１又Ｃ５は多
過ぎることＫより熱間加工性及びクリープ破断時間が本
発明鋼に比し劣る。ＭＮＩ〜ＭＮ３はＭｎ　ｉｌの効果
を示すものでＭＮ３はＭｎが多過ぎることによシ熱間加
工性及びクリープ破断時間が劣る。ＣＮＮ１〜ＣＮＮ６
はＮ１　、　ｃｒの効果を示すもので、ＣＮＮ３はＮｌ
量及びＮ１−Ｃｒが本発明鋼範囲外にあるためσ相の析
出が認められ熱間加工性及びクリープ破断時間が本発明
鋼に比し劣る。

Ｎ１〜Ｎ５はＮ量の効果を示すもので、ＮＩ＃ｉＮが少
いために、又Ｎ５はＮが多いために：Ｎ１ではクリープ
破断時間が、又Ｎ５では熱間加工性及びクリープ破断時
間が本発明鋼に比し劣る。ＭＯＷ　１〜ＭＯＷ　６はＭ
ｏ及びＷの効果を示すもので、ＭＯＷ２はＷｉｌが又Ｍ
ＯＷ　６はＭｏ＋Ｗ量が多いためにσ相が析出し、本発
明鋼に比し熱間加工性及びクリープ破断時間が劣る。Ｎ
ＴＩ〜ＮＴ７はＮｂ及びＴｌの効果を示すもので、Ｎ量
３はＮｂが、Ｎ量６はＴＩが、又ＮＴ７はＮｂ＋ＴＩが
多いために本発明鋼に比し熱間加工性及びり、リーゾ破
断時間に劣るＯＢ１〜Ｂ３はＢの効果を示すもので８３
はＢが多いために本発明鋼に比し熱間加工性及びクリー
プ破断時間が劣る。ＳＣＩ〜ＳＣ７は別及びＣｒの効果
を示すもので、Ｓ　Ｃ１＃−１Ｃｒが少く本発明鋼に比
し耐食性が劣る。ＳＣ５はｓｉが又ＳＣ６はＣｒが多く
本発明鋼に比し熱間加工性及びクリープ破断時間が劣る
。　ＭＩＳ　１〜ＭＩＳ　１８はＺｒ　ｙ　ＡｔＩ　Ｍ
ｇ　ｐ　Ｃａ及び希土類元素の効果を示すものでＭＩＳ
３はＺｒ　、　ＭＩＳ６はＡｔ、ＭＩＳ９はＣ＆、ＭＩ
Ｓ１２は希土類元素、ＭＩＳ１５はＭｌ及びＭＩＳ１８
はＺｒ　＋　Ａｔ＋　Ｃｍ十希土類元素の総和が本発明
の範囲外に有シ熱間加工性が劣る。

又ＭＩＳ６を除いてクリープ破断時間も本発明鋼に比し
劣る。

（発明の効果）以上本発明鋼は比較鋼に比し熱間加工性、高温強度及び
耐食性に優れておシ、材料の供給性、その特性において
当該分野の産業に貢献する効果は顕著でおる。

手続補正書　（方式）昭和５９年１２月２６日特許庁長官　志　賀　　　学　殿 ■、　事件の表示昭和５９年特許願第１６０２５２号２、　発Ｊｙｌの名称熱間加工性に優れた高強度高耐食性耐熱渭３、補正をす
る者事件との関係　特許出願人東京都千代田区大手町二丁目６番３号（６６５）新日本製鐵株式會社代表者　武　　１）　　　登６、　補正の対象明細書の発明の詳細な説明の桶７、ｈｌｉ正の内容明細！４５１５頁、１６頁の第１表を別紙の通り補正す
る。

方式谷

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ０．０２〜０．２０％、Ｓｉ０．０１
〜１．５％、Ｍｎ０．１〜２．０％、Ｃｒ３０．０〜４
３．０％、Ｎｉ３０．０〜４９．０％、Ｎ０．１０〜０
．４０％を含有し、且つＮｉ≧Ｃｒ−（１１９６／７２
Ｃ＋１１９６／８４Ｎ）を満足し、残部がＦｅ及び不可
避的不純物よりなることを特徴とする熱間加工性に優れ
た高強度高耐食性耐熱鋼。
（２）重量％でＣ０．０２〜０．２０％、Ｓｉ０．０１
〜１．５％、Ｍｎ０．１〜２．０％、Ｃｒ３０．０〜４
３．０％、Ｎｉ３０．０〜４９．０％、Ｎ０．１０〜０
．４０％を含有し、且つＮｉ≧Ｃｒ−（１１９６／７２
Ｃ＋１１９６／８４Ｎ）を満足し、さらにＭｏ、Ｗ、Ｂ
、Ｎｂ、Ｔｉの１種又は２種以上をＭｏ３、Ｏ％以下、
Ｗ６．０％以下でＭｏ＋Ｗ６．０％以下、Ｂ０．０１％
以下、Ｎｂ１．０％以下、Ｔｉ０．５％以下でＮｂ＋Ｔ
ｉ１．０％以下を夫々含有し、残部がＦｅ及び不可避的
不純物よりなることを特徴とする熱間加工性に優れた高
強度高耐食性耐熱鋼。
（３）重量％でＣ０．０２〜０．２０％、Ｓｉ０．０１
〜１．５％、Ｍｎ０．１〜２．０％、Ｃｒ３０．０〜４
３．０％、Ｎｉ３０．０〜４９．０％、Ｎ０．１０〜０
．４０％を含有し、且つＮｉ≧Ｃｒ−（１１９６／７２
Ｃ＋１１９６／８４Ｎ）を満足し、さらにＺｒ、Ａｌ、
Ｃａ、Ｍｇ、希土類元素の１種又は２種以上をＺｒ０．
２％以下、Ａｌ０．１％以下、Ｃａ０．０５％以下、Ｍ
ｇ０．０５％以下、希土類元素の総和０．０５％以下で
Ｚｒ＋Ａｌ＋Ｃａ＋Ｍｇ＋希土類元素の総和０．２％以
下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなるこ
とを特徴とする熱間加工性に優れた高強度高耐食性耐熱
鋼。
（４）重量％でＣ０．０２〜０．２０％、Ｓｉ０．０１
〜１．５％、Ｍｎ０．１〜２．０％、Ｃｒ３０．０〜４
３．０％、Ｎｌ３０．０〜４９．０％、Ｎ０．１０〜０
．４０％を含有し、且つＮ１≧Ｃｒ−（１１９６／７２
Ｃ＋１１９６／８４Ｎ）を満足し、さらにＭｏ、Ｗ、Ｂ
、Ｎｂ、Ｔｉの１種又は２種以上をＭｏ３．０％以下、
Ｗ６．０％以下でＭｏ＋Ｗ６．０％以下、Ｂ０．０１％
以下、Ｎｂ１．０％以下、Ｔｉ０．５％以下でＮｂ＋Ｔ
ｉ１．０％以下を夫々含有すると共に、さらにＺｒ、Ａ
ｌ、Ｃａ、Ｍｇ、希土類元素の１種又は２種以上をＺｒ
０．２％以下、Ａｌ０．１％以下、Ｃａ０．０５％以下
、Ｍｇ０．０５％以下、希土類元素の総和０．０５％以
下でＺｒ＋Ａｌ＋Ｃａ＋希土類元素の総和０．２％以下
をそれぞれ含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物より
なることを特徴とする熱間加工性に優れた高強度高耐食
性耐熱鋼。