JPS6169950A - 耐高温割れ性に優れた析出硬化型合金鋼 - 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］ 本発明は耐高温割れ性に優れた析出硬化型合金鋼に関す
る。

［従来の技術］ Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系析出硬化型合金鋼は、その高温強度
の良好なことからタービン翼等高温で使用される機器に
多く用いられている。又、この合金鋼は極低温において
も靭性が優れかつ安定していることから、最近は使用温
度４°にのｆｆｉ電導ロータ部材にも適用されつつあり
、さらに今後適用分野が拡大する材料である。

Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系析出硬化型合金鋼はその製造プロセ
スから考えると、 ■ＥＳＲ溶解を行わなければならないことから、大形の
鋼塊を製造することが困難でかつ＋ａｌ造コストが高く
なること、 ■熱間加工性が悪いことより、大形＃４塊の鍛伸が難し
いこと 等の理由から、大形の構造物をｇ１造することは極めて
困難であるのが現状である。

そこで従来、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系析出硬化型合金鋼を用
いて大形の構造物を製造する方法として、小形の部材を
溶接組立する方法が考えられる。

［発明が解決しようとする間ｌｌＩｌｌ点１しかしなが
ら、この合ｉｔ鋼は完全オーステナイト系材料のため溶
接時に溶接ボンドに隣接する母材中に高温割れ（液化割
れ）が非常に発生しやすい。

そのため、従来は肉厚の薄い（例えば数−輪以下）素材
を電子ビーム溶接を用いて割れ発生の少ない溶接条件を
使用して溶接を実施しているにすぎず、肉＊１０＋ａｍ
を越えるような合金鋼の溶接は実施されていなかった。

従って、上述のようにＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系析出硬化型合
金鋼を用いて大形Ｊ’Ｒ造物を製造するには溶接組立を
行わざるを得ないが、厚肉の素材には高温割れが発生す
るため事実上溶接は不可能である。

そこで溶接金属の高温割れの発生を防止でき、溶接組立
が可能となる素材の開発が望まれている。

［問題点を解決するための手ＰｉＪ 本発明者らは上述の問題を解決するためにＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｒ系析出硬化型合金鋼の高温割れに及ぼす化学組成の
影響について広範囲に詳細な研究を行った結果、下記組
成からなる合金鋼を用いれば、溶接時に母材熱影響部に
発生する高温割れ（凝固割れ）を防止できることを見出
だした。

即ち本発明は、ｆｆｌ量％量率基準ｃ０．ｏｓ％以下、
Ｓｉ１．００％以下、Ｍｎ２．００以下、２０００４％
以下、３０．０３％以下、Ｎｉ　　２０〜３０％、Ｃｒ
１Ｏ−２０％、Ｍｏ１．０−２．０％、Ｖ０．１〜０．
５％、Ｔｉ　　１．５〜３．０％、Ａ１０．５％以下、
及び８０．０１％以下で、さらにＣａあるいは（Ｌａ＋
Ｃｅ）の１種もしくは２種を０．００５〜０．０５％含
有し、残部不可避不純物及びＦｅからなる耐高温割れ性
に優れた析出硬化型合金鋼である。

［作　用］ 以下本発明によるＦｅ−ＮｉＣｒ系析出硬化型合金鋼の
各元素含有量の限定理由について説明する。

Ｃ４００００５−０，０５％及び（Ｌａ＋Ｃｅ）０．ｏ
ｏｓ〜０．０５％： 本発明の特徴はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系析出硬化型合金鋼に
おいて、Ｃ＆及び／又は（Ｌａ＋Ｃｅ）を含有させ且つ
その含有量を０．ｏ　ｏ　ｓ〜０．０５重量％に限定す
ることにより高温割れを防止したことにある。

！ｆｆ１１図はロンツバレストレイン試験法を用いて、
本発明の基本成分を有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系析出硬化
型合金鋼の高温割れ感受性に及ぼすＣａ及び（Ｌａ＋Ｃ
ｅ）の影響を調べた結果を示すものである。

図中、ＱはＣ１添加材、Δは（Ｌａ＋Ｃｅ）添加材、・
はＣａ＋　（Ｌ　ａ＋　Ｃｅ）添加材、×は添加材なし
、■は比較材５ＵＳ３０４Ｌであり、この５ＵＳ３０４
Ｌはオーステナイト系のステンレス鋼で、比較的高温割
れ感受性の低いものである０本試験法ハ、８ｍｍ厚’３
で１２０ａ＋ｍ角の板の上にＴＩＧ：ａ接を用いて溶接
材料を添加することなく再溶融だけを行い、その溶接途
中で板に強制的に曲げを与えて（付加歪は０．５％）、
割れを発生させる方法である０本試験法は溶接線に平行
に曲げを与えるので、母材の高温１ａ感受性を特に求め
易い方法である。

ｔｊＳ１図からＣａ及び（Ｌａ＋Ｃｅ）とも０．００５
％未満の含有量では高温割れ防止の効果が少なく、０．
０５％を越えて含有させても高温割れに対するより大き
い効果の改善は期待できないことがわかる。また、Ｏ，
ＯＳ％を越えて含有させると介在物として析出し靭性を
低下させるとともに、熱間加工性を低下させるので上限
を０．０５％とした。なお、Ｌａ％Ｃｅ個々の元素の分
析は不可能であり（Ｌａ＋Ｃｅ）としで分析されるので
、本発明では（Ｌａ＋Ｃｅ）として表されている。

ｃ０．ｏｓ％以下； Ｃはオーステナイト相安定化元素であるが、その含有量
が０．０８％を越えるとＴｉＣとして析出する量が多く
なり、本来のＮ　ｉ、ＪＴ　ｉの析出を妨げるので０．
０８％を上限とした。

Ｓｉ　　１．０％以下； Ｓｉらオーステナイト安定化の効果があるが、１．０％
を越えで含有すると介在物として析出し、靭性を低下さ
せるので１．０％を上限とした。

Ｍｎ２．００％以下； Ｍｎもオーステナイト安定化の効果があるが、２．００
％を越えて含有すると引張強さが低下するので２．００
％を上限とした。

Ｐ０．０４％以下、３０．０３％以下；Ｐ及びＳはとも
に不可避不純物元素であるが、ｐｔ含有量０．０４％を
越えあるいはＳ含有量が０．０３％を越えると高温割れ
感受性を者しく増加させるのでＰ及びＳの含有量の上限
をそれぞれ０．０４％及び０，０３％とした。

Ｎｉ２Ｏ〜３０％： Ｎｉはオーステナイト相の安定化及びＮ　ｉ３Ｔ　ｉな
どを析出して引張強さを上げるので不可欠であるが、そ
の含有量が２０％未満では析出硬化が少なく強度不足に
なる。一方、３０％を越えると熱間加工性を低下させる
のでＮｉ含有量は２０〜３０％とした。

Ｃｒ、１０−２０％； Ｃｒもオーステナイト相の安定化に不可欠であるが、Ｃ
ｒ含有量が１０％未満又は２０％を越えるとその効果が
少ないのでＣｒ含有量は１０〜２０％とした。

Ｍｏ　１．０〜２．０％、Ｖ、０．１−０．５％；Ｍｏ
及び■は高温強度を増加させ、かつ炭化物としてＣを固
定させる効果があるが、Ｍｏ含有量が１．０％未満ある
いは■含有量が０．１％未満ではＣ固定の効果が少なく
、又、Ｍｏ７有且が２％を越えあるいは■含有量が０．
５％を越えると熱間加工性を低下させるのでＭｏ含有量
は１，０〜２．０％とし、■含有量は０．に１０．５％
とした。

Ｔｉ　１．５〜３．０％： Ｔｉよ析出硬化元素として不可欠であるが、Ｔｉ含有量
が１．５％未満ではその効果が少なく、強度が低下する
。一方、Ｔｉ含有量が３．０％を越えると熱間加工性を
低下させるのでＴｉ含有量は１．５〜３．０％とした。

Ａｌ　０．５％以下； Ａｌは溶接材料の清浄度向上に必要であるが、Ａ１含有
量が０．５％を越えると逆に介在物として残存し、靭性
を低下させるのでＡ１含有量の上限を０．５％と限定し
た。

８０．０１％以下； Ｂは高温強度を増加させる効果があるが、Ｓ含有量が０
．０１％を越えると高温割れ感受性を着しく増加させる
のでその上限を０．０１％とした。

なお、本発明の合金鋼は通常の手段によりて製造するこ
とができる。

［実施例］ 以下実施例に基づき本発明を説明する。

第１２！に示した化学組成からなる母材を用いて第２図
に示す開先形状［１（板厚）＝２５ｍ曽、ｂ（長さ）＝
２００ｍ＋ａ、ｃ＝１２０ｍｍ］に加工した後、第２表
に示す溶接条件で電子ビーム溶接な什った。溶接後、溶
接部を溶接線方向（矢印）に５等分し、各断面において
溶融境界線から母材における割れ発生の有無を調べた。

第３表に割れの調査結果を示す。

第３ａ図に本発明材（Ｎ０．Ｂ）を電子ビーム溶接した
後の熱影響部境界線のミク０ｆｆｉａを示し、第３ｂ図
に比較材（Ｎ０．Ｇ）を電子ビーム溶接した後熱影響部
に発生した高温割れのミクロ組織を示す。

比較材においては熱影響部に割＾の発生が認められたが
、本発明材においては高温割れは全く発生しておらず、
優れた耐高湯側れ性を有していることがわかる。

ｆ：ｔＳ２２２　　電子ビーム溶接条件第３表　電子ビ
ーム溶接部母材の高温割れ試験結果【発明の効果１ 以上のように、本発明による合金鋼を使用することによ
り、溶接時に母材熱１５響部に発生する高温割れを防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の合金鋼のロンノーパレストレイン試験
よる高温割れ感受性に及ぼすＣａ、（Ｌａｎｃｅ）、Ｃ
ａ＋　（Ｌ　ａ＋　Ｃｅ）の影響を示す図、第２図は電
子ビーム溶接に使用した母材の開先形状を示す斜視図、
ｔｌＳｓ＆図は本発明材（Ｎ０．Ｂ）を電子ビーム溶接
した後のミクロ組織のｍｉ鏡写真を示す図、第３ｂ図は
比較材（Ｎ０．Ｇ）の電子ビーム溶接後に発生した高温
割れのミクロ組織のｌ１１′ｌ徽鏡写真を示す図である
。 特許出願人　株式会社日本！！！鋼所 ０　　　　０．０＋　　　　０．０２　　　０．０３　
　　０．０４　　　０．０５Ｃ０．Ｌａｎｃｅ、Ｃａｂ
（Ｌａｎｃｅ）　　添、カロＪｌ　　　　　（１’１０
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Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％基準で、Ｃ０．０８％以下、Ｓｉ１．００％以下
   、Ｍｎ２．００以下、Ｐ０．０４％以下、Ｓ０．０３％
   以下、Ｎｉ２０〜３０％、Ｃｒ１０〜２０％、Ｍｏ１．
   ０〜２．０％、Ｖ０．１〜０．５％、Ｔｉ１．５〜３．
   ０％、Ａｌ０．５％以下、及びＢ０．０１％以下で、さ
   らにＣａあるいは（Ｌａ＋Ｃｅ）の１種もしくは２種を
   ０．００５〜０．０５％含有し、残部不可避不純物及び
   Ｆｅからなる耐高温割れ性に優れた析出硬化型合金鋼。