JPS6214630B2

JPS6214630B2 -

Info

Publication number: JPS6214630B2
Application number: JP57172850A
Authority: JP
Inventors: Yoshiatsu Sawaragi; Kunihiko Yoshikawa; Hiroshi Teranishi; Minoru Miura
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1982-09-30
Publication date: 1987-04-03
Also published as: JPS5964752A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、溶接性、高温強度そして耐食性が
ともにすぐれたオーステナイトステンレス鋼に関
する。高温環境下で使用されるボイラや化学プラント
機器等の装置用材料では、高温強度は勿論である
が、この外に耐食性、溶接性が重視される。従来よりこの種用途には、主として18−８系の
オーステナイトステンレス鋼が汎用されてきた
が、近年かかる用途では、使用条件の苛酷化が著
しく、要求される材料性能が高度化し、その結果
現用の上記18−８系では、高温強度と耐食性がと
もに不十分となつてきた。一般に、耐食性の改善はCrの増量によつて達
成される。ところでCr量を増すと、オーステナ
イト相を維持するのにNi量の増加を余儀なくさ
れることとなるが、このような高合金化では、耐
食性の改善は達せられるものの、高温強度として
は18−８系ステンレス鋼レベルを維持できればよ
い方で、多くの場合、SUS310鋼の例にみるよう
に低下を来たす。それ許りか、かかる高合金化
は、溶接性の劣化にもつながる傾向が否めない。本発明者らは、耐食性の改善に必要なCrの増
量という条件の下に、高温強度と溶接性を高める
方法を見い出すべく、鋭意実験、研究を行ない、
その結果以下のような知見を得た。 Cr増量下で、オーステナイト相維持にＮを
使用してその分Ni量の増量を抑え、Ｎの固溶
強化により高温強度向上が得られるとともに、
Ｂ、Nbを単独あるいは複合添加させることに
より炭窒化物の微細分散析出強化が得られ高温
強度改善が図られる。 Al、Mgの添加により、高温強度更に延性、
靭性を高めることができる。不純物としてのＰ、Ｓレベルを互いの量およ
びのＢ、Nb量を考慮して特定の条件下で低
く規制することにより、溶接性が向上する。すなわち本発明は以上の知見に基くものであつ
て、その要旨とするところは、C0.01〜0.20％、
Si3％以下、Mn10％以下、Cr20〜30％、Ni10〜
30％、N0.04〜0.30％で、Al 0.01〜0.5％、
Mg0.001〜0.05％の一方または双方を含み、必要
に応じB0.001〜0.020％、Nb0.01〜1.0％の一方ま
たは双方を含有し、不純物としてのＰ・Ｓが、
P0.020％以下、S0.010％以下で、かつ次式、 206P（％）＋400S（％）＋4Nb（％）＋150B（％）7.0 を満足し、残部Feと不可避的不純物からなるオ
ーステナイトステンレス鋼にある。この本発明鋼
は、現用の18−８系オーステナイト鋼や高Cr−
Ni系のSUS310鋼を浚ぐすぐれた高温強度を有
し、かつ溶接性も上記18−８系と同等以上を示
し、しかも耐食性はSUS310鋼と同等以上を示す
ものである。以下、本発明における成分限定の理由について
述べる。Ｃ：耐熱鋼として必要な引張強さおよびクリープ
破断強度を確保するのに有効な成分で、0.01％
以上必要であるが、0.20％を越えても固溶化処
理状態で未固溶の炭化物が残存することとなる
許りで高温強度に対する効果の向上はなく、む
しろ時効後の靭性に悪影響が出るので、0.01〜
0.20％とした。Ｎ：ＮはＣと同様オーステナイト生成元素である
とともに高温強度改善に有効な元素であり、そ
の効果を発揮させるには0.04％以上必要であ
る。しかし0.30％を上廻ると多量の窒化物が生
成し時効後の靭性の低下を来たすので、0.04〜
0.3％とした。 Si：脱酸剤として、また耐酸化性を高めるのに
も、有効な元素であるが、３％を越えると溶接
性が劣化し組織も不安定になるので、３％以下
とした。 Mn：脱酸および加工性改善に効果があり、同時
にオーステナイト生成にも有用であつてNiの
一部をMnで置換えることができる。さらに高
温強度改善にも有効であるが、過剰添加では耐
熱特性の劣化を来たすので、10％以下とする必
要がある。 Cr：高温強度、耐酸化性、耐食性の改善に優れ
た効果を示すが、20％未満では十分な耐食性が
得られず、また30％を越えると加工性が不足す
るとともに安定した完全オーステナイト相を得
難くなるので、本発明では20〜30％に限定し
た。 Ni：安定なオーステナイト組織を得るために必
須の元素であり、Ｎ量およびCr量との関係か
ら決められるが、本発明では10〜30％が適当で
ある。 Al：脱酸成分であるが、高温強度、延性、靭性
に対しても有効で、その効果を得るために0.01
％以上必要であるが、0.5％を上廻ると効果が
飽和する。したがつて0.01〜0.5％とした。 Mg：脱酸、および加工性改善に必要な元素であ
るとともに延性、靭性改善にも寄与するが、過
剰な添加はかえつて加工性を損じる結果となる
から、0.001〜0.05％とした。前記AlとこのMg
は、複合添加によりその効果が最も顕著に発揮
される。Ｂ：炭化物の微細分散析出強化および粒界強化を
通して高温強度特性を改善するのに有効な元素
であるが、0.001％未満では効果が得られず、
また過剰の添加は溶接性の劣化を来たすので、
上限は0.020％とした。 Nb：炭窒化物を微細に分散析出することにより
高温強度の改善に大きく寄与するが、Ｎ含有量
が多い場合には溶体化処理状態で未固溶のNb
炭窒化物の量が増加し、高温強度改善の効果が
減殺されるので、Ｎ量に応じて添加量を調整す
る必要がある。また過剰に添加するのは、溶接
性、更に高温強度の点からも好ましくない。し
たがつて、Nbは0.01〜1.0％に限定した。Ｐ、Ｓ：一般鋼のＰ、Ｓレベルはそれぞれ0.020
〜0.030％、0.005〜0.015％程度であるが、本発
明鋼のような高Cr高合金の成分系の場合、上
記通常レベルのＰ、Ｓ含有では、溶接時大きな
高温割れ感受性を示す。18−８系オーステナイ
ト鋼と同等レベルの溶接性を確保するには、少
なくともP0.020％以下、S0.010％以下とするこ
とが必須であり、更にＰについては0.010％以
下、Ｓについては0.005％以下に抑えるのが望
ましい。これは、ＰおよびＳの低減は溶接性の
他、加工性向上にも寄与するからである。更に
18−８系と同等レベルの溶接性が得られる限界
のＰ、Ｓレベルは、溶接性を劣化させるＢ、
Nb量との関連において変化することから次式
を満足する範囲内にＰおよびＳレベルを抑える
必要がある 206P（％）＋400S（％）＋4Nb（％）＋150B（％）7.0 次に、本発明を実施例を掲げて具体的に説明す
る。第１表に供試材化学成分を示す。(A)〜（Ｕ）は
比較鋼であり、(1)〜（29）が本発明鋼である。こ
れらの供試材は、次のような手順で得た。すなわ
ち、大気中で25Kg溶製を行い、鍛造→冷間圧延を
経たのち、比較鋼、本発明鋼ともNb無添加鋼は
1150℃、Nb添加鋼は1200℃で溶体化処理を実施
した。なお、鋼中のＰ、Ｓレベルの調整は、溶解
原料の配合比を変化させることで行なつた。この各供試材について、700℃でのクリープ破
断試験を行い、700℃、3000hでの破断強度を求
めた。また溶接性評価のために、バレストレイン
試験およびTIG溶接による溶接割れ試験を行なつ
た。バレストレイン試験とは、平板試験片の上に
溶加棒の使用なしで溶接を施し、この溶接中に一
定半径の治具に沿わせて歪を加え人為的に溶接部
に割れを発生させ、その割れの長さでもつて高温
割れ感受性を評価するものである。試験片板厚は
８mm、溶接条件としては200A×15V、溶接速度15
cm／min、付加歪２％で実施した。 TIG溶接による溶接割れ試験は、第１図に示す
ように60゜の開先をとつた平板試験片を用い、
180A×15V、10cm／min（溶接速度）にて、溶加
棒を使用しない溶接を行ない、ビード割れ発生の
有無を調べ、評価する方法によつた。結果は第２表にまとめて示す。また第２図に
は、上記バレストレイン試験による溶接金属割れ
長さの多重回帰分析結果およびTIG溶接による溶
接割れ試験（以下、TIG溶接試験と云う）結果を
示す。図中、○、●印は高Cr系（20〜30％）、△
印は18−８系であり、○：TIG溶接試験でビード
割れなし、●：同じくビード割れあり、をそれぞ
れ表わし、同記号への添字は第１表の鋼記号と対
応している。

【表】

【表】第２表および第２図に明かなように、本発明成
分系の如き高Crオーステナイト鋼において、溶
接時の高温割れ感受性は、Ｐ、Ｓ、NbおよびＢ
量の影響を受け、バレストレイン試験における溶
接金属割れ長さは、ｘ値のパラメータで十分整理
でき、このｘ値が大きくなるにつれ割れ感受性が
略１次的に増す傾向がある。そうしてこの場合、
ｘ値が7.0越えになると、TIG溶接試験でビード
割れがみられる。ｘ値が7.0以下（本発明範囲）
では、TIG溶接試験でビード割れなしの結果が得
られ、バレストレイン試験における溶接金属割れ
長さも、ｘ値7.0越えの高Cr系（20〜30％Cr）(A)
〜（Ｍ）および（Ｑ）鋼より小さな値を示し、18
−８系オーステナイト鋼のSUS304やSUS316鋼に
相当する比較鋼（Ｎ）、（Ｏ）、（Ｐ）と同程度の割
れ感受性が維持できる。第３図は、第２表の試験結果に基くプロツト図
で、Ｐ、Ｓ量と700℃×3000hクリープ破断強度
（0.05／0.07％Ｃ−25％Cr−18／21％Ni−0.18／
0.21％Ｎ−0.4／0.5％Nb−0.003／0.005％Ｂ系）
を表わす。クリープ破断強度（Kg／mm²）は、図に
プロツトした○印の座標での値をその○印の添字
の形で示してある。○印内の記号は、第１表の鋼
記号に対応する。これより明らかなようにＰ、Ｓ
量によるクリープ破断強度変化は特に認められ
ず、第２表に示したように本発明鋼(1)〜（29）は
いずれもSUS316鋼相当の（Ｎ）（Ｏ）鋼、
SUS304鋼相当の（Ｐ）鋼およびSUS310鋼相当の
（Ｑ）鋼に比較して著しくすぐれたクリープ破断
強さを示した。更に、本発明の特徴の一つであるAl、Mg添加
による高温強度、そして延性および靭性改善の効
果を明らかにする試験結果を、第４図および第５
図に示す。第４図は、700℃、14Kg／mm²応力下で
のクリープ破断試験結果、第５図は700℃での
1000h時効後のシヤルピー衝撃試験結果、をそれ
ぞれ表わし、図中の符号は供試鋼が第１図の同符
号の鋼であることを示している。両図から、何れの成分系においても、Al、Mg
の単独或いは複合添加により破断寿命、破断延性
および時効後の靭性が改善されることが明らかで
あり、とくにその延性、靭性の改善効果が著しい
ことが分る。また、Al、Mgによるかかる効果
は、Al、Mgの複合添加の場合にとりわけ顕著な
ものとなる。以上に説明した如く本発明鋼は、18−８系オー
ステナイト鋼や高Cr−Ni系のSUS310鋼を遥かに
浚ぐすぐれた高温強度に、上記18−８系と同等以
上の溶接性を併せ持ち、耐食性はSUS310鋼と同
等以上を示し、更に延性、靭性も良好なものであ
り、とくにボイラや化学プラント機器等、高温機
器に適用して耐久性向上にきわめて有効なもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、TIG溶接試験片を示す斜視図、第２
図は供試鋼のｘ値とバレストレイン試験および
TIG溶接試験結果の関係を示す図、第３図は供試
鋼のＰ、Ｓ量とクリープ破断強度（700℃、
3000h）を表わす図、第４図は供試鋼のクリープ
破断試験（700℃、σ＝14.0Kg／mm²）の結果を示
す図、第５図は供試鋼の700℃、1000h時効後に
おけるシヤルピー衝撃試験の結果を示す図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１ C0.01〜0.20％、Si3％以下、Mn10％以下、
Cr20〜30％、Ni10〜30％、N0.04〜0.30％で、Al
0.01〜0.5％、Mg0.001〜0.05％の一方または双方
を含有し、不純物としてのＰ、Ｓが、P0.020％以
下、S0.010％以下で、かつ下式、 206P（％）＋400S（％）7.0 を満足し、残部はFeおよび不可避的不純物から
なることを特徴とする溶接性と高温強度の良好な
オーステナイト鋼。２ C0.01〜0.20％、Si3％以下、Mn10％以下、
Cr20〜30％、Ni10〜30％、N0.04〜0.30％で、Al
0.01〜0.5％、Mg0.001〜0.05％の一方または双方
を含み、さらにB0.001〜0.020％、Nb0.01〜1.0％
の一方または双方を含有し、不純物としてのＰ、
Ｓが、P0.020％以下、S0.010％以下で、かつ下
式、 206P（％）＋400S（％）＋4Nb（％）＋150B（％）7.0 を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からな
ることを特徴とする溶接性と高温強度の良好なオ
ーステナイト鋼。