JPS6187854A - 耐熱オ−ステナイト鋳鋼 - 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】 〔発明の技術分野〕 大発明は室温および高温特性に優れた耐熱オーステナイ
ト鋳鋼に関する。

〔祐明の技術的背景とその問題点〕

オーステナイト鋼は耐食性に優れることから、腐食環境
下で多く使用されている。まだ、フェン中１ イト鋼に比べると機械的幹質の温度依存性が小さいこと
から１強度的な使用限界温度はフェライト鋼より高くで
きるとされており、その応用範囲は拡がる傾向にある。

しかしながら、オーステナイト鋼は、強度の温度依存性
は小さいものの１強度レベルはフェライト鋼に比べ低い
ため、　ＳＯ８３０４やＳＵＳ　３１６１１どの従来型
のオーステナイト鋼を高温度域で使用するためには、強
度を補うために部品の肉厚を厚くシ、所定の強度を確保
しなければならない。その結果、部品の重量増加を招き
、大型部品の場合には、輸送や架設が複雑で困難になる
。さらに、加熱時には、厚肉部品の内外面で大きな不均
一熱分布を発生し、くり返しの加熱、冷却を受ける場合
には、熱疲労が加速されるという欠点を有している。従
って、オーステナイト鋼の使用限界温度を上げるだめに
は、室温・高温での機械的特性を向上させることが必須
である。

特に複雑形状をした大型構造物は、熱間鍛造や冷間加工
が困難なため、鋳物品が多く用いられるが、鋳物品は熱
間鍛造材や熱間圧延材、冷間加工材に比べ、強度はさら
に低く、大型部材に鋳物材を用いる場合は、肉厚を一層
厚くしなければならない。また、鋳物材は鍛造材に比べ
鍛造をしないため、偏析を生じやすく、添加元素量の制
約を受けること、結晶粒を小さくできないことなども、
強度を向上できない理由に挙げられる。さらに、Ｎ１基
合金にみられるようなｒ′の積極的な析出による強度の
向上は、材料の伸び、絞りの低下を招くばかりか、熱処
理が複雑になる欠点がある。特に鋳鋼品のように、鋳造
欠陥を避けることが困難な場合には欠陥部の補修溶接時
に析出形態が・セこ化し、材料特性の劣化をきたすため
、鋳物材での積極的な析出強化は難しい。

ところで、石炭や石油を燃料とした火力％　ｆＥプラン
トでは熱効率を向上させるため蒸気条件・Ｄ　一層の高
温・制圧化（例えば１１００’Ｆ　３５２気圧）が推進
されており、そこに用いられるタービン部材もその対応
が要請されている。しかし、タービン構成用部材として
従来用いられているＣｒ−Ｐ＋１ａ−Ｖなどのマルテン
サイト鋳鋼は高ｊＫ下での強度は不足であり、より品得
特性のよいオーステナイト鋳鋼に移行されようとしてい
る。また、タービン構成部のうちケーシングは蒸気圧力
による負荷を受けるため、高圧力蒸気条件下で使用する
には、さらに強度向上が要求される。

さらに、化学プラントやボイラーにおいても同様な理由
から使用条件は苛酷になってきており、同温高圧環境下
でも強度的に耐えられるオーステナイト鋳鋼が要望され
ている。

このように、鋼の使用環境が変化しているにも拘らず、
既存のオーステナイト鋳鋼は、特に耐力やクリープ破断
強さ、伸び、絞りなどが不足しているため、ざらに高い
耐力、クリープ破断強さ。

伸び、絞りなどを有するオーステナイト鋳鋼の開発が強
く要望されている。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので鋳造品と
して高強度化した耐熱オーステナイト鋳鋼を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

本発明は、重量パーセントで０．１５％以下の炭素、２
．０％以下のシリコン、３．５’％以下のマンガン、０
．０２〜０．５％の窒素、８〜１８％のニッケル、１５
〜２２チのクロム、残部が実質的に鉄および０．０１〜
１．０ｃＩＪのバナジウＡ、０．０１〜１．０％の＝、
１プ、０．００２〜０．５チのチタン、ｏ、ｏｏｏｓ〜
０．０１チのボロン、０．５〜５チのタングステンの少
なくと・も１種を含む耐熱オーステナイト鋳鋼である。

ここで本発明に係るオーステナイト鋳鋼の組成限定理由
（こついて説明する。

炭１（Ｃ）：Ｃはオーステナイト相を安定にし、鋳鋼を
強化するために多い程有効であるが、０．１５％を越え
て添加すると偏析を生じ、１０００℃以上の高温で均質
化処理を施しても偏析は消えず、機械的性質、耐食性を
劣化させることから上限を０．１５チとした。クリープ
破断強さの点からは０．０３〜０．１２％が望ましいが
、クリープ破断伸び、絞りの観点からは０．０４％を越
え０．０８％未満としたことが望ましい。

シリコン（Ｓｉ）：シリコンは製鋼時に脱酸剤として作
用するとともに、鋳鋼の湯流れ性をよくし、溶接性をよ
くするために必要な元素であるが、多量の添加は靭性を
害することから上限を２．０チとした。また少なすぎる
と湯流れ性を悪くシ、ピンホールを発生させる事から望
ましくは０．１〜０．９％であり、さらに望捷しくけ０
．３〜０．７チである。

マンガン（Ｍｎ）：マンガンはシリコン同様製Ｎ時に脱
酸剤として作用するとともにオーステナイト生成元素と
してオーステナイト相を安定化させるが、多量に添加す
ると耐酸化性などの耐食性を害すること、強度向上の効
果が少ないが、もしくは劣化させることがら上限を３．
５チとした。望ましくは０．２〜２．４％としたことが
良いが、さらに望ましくは、０．５〜１．９％としたこ
とがよい。

望素闘：窒素はオーステナイト相を安定にするとともに
オーステナイト中に固溶したり、あるいは熱処理により
窒化物を形成し耐力やクリープ破断強さを向上させるだ
め０．０２％以上の添加が必要であるが、過剰に添加す
ると製鋼やその後の溶接時にピンホールやブローホール
を形成するとともに粒界に窒化物を形成してクリープ破
断強さやクリープ破断伸びや絞り、ざらには靭性を害す
ることから、上限を０．５１４とした。特に鋳鋼では鍛
り１のように鍛造によりピンホールやブローホールをつ
ぶすことができないことから、ピンホール、ブローホー
ルは極力避けなければならない。従って望１しくは０．
０８〜０．３５％としたことが良いが、さらに望ましく
は０．１０〜０，２５チとしたことがよい。

また工業的な窒素添加法を考えれば０．１１〜０．２％
とした事がよい。

ニッケル（Ｎｉ）：ニッケルは鋳鋼の組織をオーステナ
イトにすると同時に耐食性、溶接性をよくするために必
須な元素で少なくとも８チは必要である。しかしＣｒ−
１との兼ねあいで、過剰に添加するとクリープ破断強さ
やクリープ破断伸び、絞りを急激に減少させるだめ、１
８％以下の添加とした必要がある。オーステナイトの安
定、クリープ破断強ざ、クリープ破断伸び、絞りの軸点
から、望ましくは、８．５〜１３．５％としたことがよ
いが、　Ｃｒ景を１６〜２０％とした場合には９〜１２
．５％としたことがよく、さらには９．５〜１１．５％
としたことがよい。

クロム（Ｃｒ）　ニクロムは室温、高温の強度を高める
とともに、耐食性、耐酸化性を向上させるために１５％
以上必要であるが多量に添加すると高温で長時間使用す
るとシグマ相を生成し靭性を害すること、およびフェラ
イト相を形成しオーステナイト単相を得難くすることか
ら、上限を２２％とｆ　ルａ　Ｎｉ　ｆｔとのバランス
およびＮ添加を容易にすることを１ｇ７ｇすると１６〜
１９．５％としたことが望ましく、さらには１６〜１８
．５チとしたことが望ましい。

バナジウムＭ：バナジウムは本発明において特に重４Ｊ
ｆ１元素でオーステナイト相中に固溶したり。

あるいは窒素や炭素と作用して微細な析出物を形成させ
クリープ破断強さ、クリープ破断伸びや絞りを向上させ
るために０．０１％以上の添加が必要であるが、過剰に
添加すると偏析を生じ、１０００°Ｃ以上の畠温で均質
化処理を施しても偏析が消えずクリープ破断強さやクリ
ープ破断伸び絞りを低下させることから上限を１．０％
とした。高温ｉわ尺的性質を考慮すると、０．０３〜０
．５％としたことが望ましいが、さらにクリープ破断絞
りの観点からは０．０５〜０．３５％としたことが望ま
しい。

ニオブ（Ｎｂ）　：ニオブはクリープ破断強さを向上さ
せ、二次クリープ速度を抑えるために、０．０１％以上
の添加が必要であるが、過剰の添加は１局部的にフェラ
イト相を生成したり、偏析を生じ、１０００’Ｏ以上の
熱処理を加えても均質化されず、クリープ破断強さや、
クリープ破断伸び、絞りを低下させることから上限を１
．０チとした。偏析、高温特性を考慮すると０．０２〜
０．３％としたことが望ましくさらには、０．０３〜０
．１５％としたことが望ましい。

チタン（Ｔｉ）：チタンはクリープ破断強さを向上させ
るために０．００２％以上の添加が必要であるが、過剰
の添加は偏析を生じ、クリープ破断伸びや絞りを低下さ
せることから上限を０．５％とした。高温特性の観点か
らは、０．０２〜０．３チとしたことが望ましいが、ざ
らには、０．０３〜０．１５％としたことが望せしい。

ボロン（Ｂ）：ポロンは、クリープ破断強さを向上させ
、３次クリープでの伸びを向上させるために０．０００
５％以上の添加が必要であるが、過剰に添加すると粒界
を脆弱にすることから上限を０．０１％とした。さらに
望ましくは０．００３〜０．００７％である。

タングステンＷ：タングステンはオーステナイト相中に
固溶して、クリープ破断強度を向上させるために０．５
チ以上の添加が必要であるが、過剰に添加しても大巾な
効果向上は得難いばかυでなく、比重が大きいため、大
型部材として用いた場合には偏析を生ずるため、上限を
５％とした。望１しくは１〜３％としたことがよい。残
部は不可避的に入る不純物としてはＰ　、　Ｓ　、　Ａ
ｌなどであるが、とれらの元素は粒界を脆弱にすること
から、極力避ける必要があり、望ましくは不純物の総量
として０．０５％以下としたことがよい。

また、本うら明の鋳鋼はニッケル量および窒素量トハチ
ジウム量あるいはチタン量のバランスにおいて、従来鋼
では得難かった細かい結晶粒が得られ耐力、伸び、絞り
や高温特性の一層の向上ができるばかりでなく、熱疲労
に対しても有効である。

〔発明の効果〕

本発明の耐熱オーステナイト鋳鋼によれば鋳造品として
室温、高温において優れた機械的強度を有するものが得
られる。

〔発明の実施例〕

高周波誘導溶解炉により第１表に示す化学組成を有する
鋳鋼を溶製後、１１００°Ｃ１２４時間の均質処理後炉
冷しだ。次いでＳＯＯ°Ｃ１８時間の安定化処理を行な
った。なお、鋳鋼の溶製に際しては金型モールドを用い
、直径５０闘のインゴットを得た。

比較例１は市販のオーステナイト系ＳＵＳ　３０４相当
の鋳鋼で同様な熱処理を施しである。

これらの鋳鋼について室温引張試験、クリープ破断試験
を行ない各特性を評価した。これらの結果を第２表に示
す。なお、クリープ破断試験は７００’Ｃ、１８に９／
−で行ない破断時間で評価した。

以下余白 第２表に示すように本発明鋼は従来鋼であるＳＵＳ　３
０４　（比較例１）に比べ０．２チ耐力が向上している
。また、７００　”０　、１８ｋｑ／ｍｒｌのクリープ
試験後の破断伸びおよび絞りは従来鋼と同等の値を示す
が、破断時間は従来鋼より長く優れた高温特性を有して
いる。

このように本発明に係るオーステナイト鋳ダ１は優れた
機械的特性および商温特性を示すことから、化学プラン
トやボイラーなど同温強度を要求される部材やタービン
用部材、特にケーシングにｘａ　Ｌ／たものと言える。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）重量パーセントで０．１５％以下の炭素、２．０％
   以下のシリコン、３．５％以下のマンガン、０．０２〜
   ０．５％の窒素、８〜１８％のニッケル、１５〜２２％
   のクロム、残部が実質的に鉄および０．０１〜１．０％
   のバナジウム、０．０１〜１．０％のニオブ、０．００
   ２〜０．５％のチタン、０．０００５〜０．０１％のボ
   ロン、０．５〜５％のタングステンの少なくとも１種を
   含む事を特徴とした耐熱オーステナイト鋳鋼。 ２）重量パーセントで０．１５％以下の炭素、２．０％
   以下のシリコン、３．５％以下のマンガン、０．０２〜
   ０．５％の窒素、８〜１８％のニッケル、１５〜２２％
   のクロム、０．０１〜１．０％のバナジウム、残部が実
   質的に鉄よりなる事を特徴とした特許請求の範囲第１項
   記載の耐熱オーステナイト鋳鋼。 ３）重量パーセントで０．１５％以下の炭素、２．０％
   以下のシリコン、３．５％以下のマンガン、０．０２〜
   ０．５％の窒素、８〜１８％のニッケル、１５〜２２％
   のクロム、０．０１〜１．０％のバナジウム、残部が実
   質的に鉄および０．０１〜１．０％のニオブ、０．００
   ２〜０．５％のチタン、０．０００５〜０．０１％のボ
   ロン、０．５〜５％のタングステンの少なくとも１種を
   含む事を特徴とした特許請求の範囲第１項記載の耐熱オ
   ーステナイト鋳鋼。 ４）重量パーセントで０．１５％以下の炭素、２．０％
   以下のシリコン、３．５％以下のマンガン、０．０２〜
   ０．５％の窒素、８〜１８％のニッケル、１５〜２２％
   のクロム、および０．０１〜１．０％のニオブ、０．０
   ０２〜０．５％のチタンのいずれか１種を含み残部が実
   質的に鉄よりなる事を特徴とした特許請求の範囲第１項
   記載の耐熱オーステナイト鋳鋼。