JPS62227068A - オ−ステナイト鋼及びその製法 - 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】 耐食性を有するオーステナイト鋼に係る。

イ？し Ｎｉ含量が極めて＃いこと（２重量％を越えない）（英
国特許第１，１０８４８４号）、又は旧を全く含有しな
いこと（英国特許第ａ３４，ｏｇ号）により特徴ずけら
れるオーステナイト鋼は公知である。しかしながら、こ
のような鋼は、高温ぜい性が特定の度合に限定されるた
め、特に高温酸化及び硫化に対する抵抗性が低いため、
高温特性に乏しい。

これに対し、・高Ｎｉ含量（２ないし１０重量％）を有
する鋼（たとえば市販のＥＭＳ　２３５（登録商標））
も公知であり、かかる鋼は上述の鋼に比べて良好な酸化
抵抗性及び硫化抵抗性を有するが、高温クリープ性には
乏しい。

これらの特性の改善は、かかる合金にさらにＭ。

又はＷ等の元素を添加して変性せしめることによって達
成される。この改善法の例としては、米国特許第３．９
６９，１０９号がある。この特許によれば、基本元素と
してＣ，　Ｍｎ，　Ｃｒ，　Ｎｉ及びＮを含有し、これ
に必要に応じてＭｏ　４重量％以下、ｗ３重量％以下及
びＮｂ及び／又は７２重１％以下の中から選ばれる少な
くともｌの元素が添加されてなる鋼組成が開示されてい
る。

しかし、上記特許において検討された合金のうち、良好
な特性を有するものは上述の任意元素を含有していない
ものである。さらに、これら元素の１以上を含有するも
のとして検討された合金は、高温酸化及び硫化に関して
、他のものよりも劣っている。

加えて、上記の変性鋼はいずれも、特に４５０℃を越え
る温度では、σ相形酸の可能性がある（鋼の硬さ及び耐
摩耗性を高めるが、延性、靭性及び耐食性を低下させる
）ため、強さ及び耐食性を長時間持続できるものではな
い。

かかる鋼が、溶解され（ｓｏｌｕｂｉｌｉｚｅｄ）かつ
時効された（ａｇｅｄ）状態において、二相オーステナ
イト−マルテンサイト又はオーステナイト−フェライト
構造を有することも可能である。この上うな二相構造は
、溶解された状態において存在する場合には、鋼の高温
加工性を低減させるため有害である。溶解されかつ時効
された状態において上記二相構造が存在する場合には、
鋼の機械特性を害することになる。

これらの結果から、良好な特性を有するもの、特に高い
温度での用途に適するオーステナイト鋼が求められてい
た。現在の工業における用途では、温度８００−　９０
０℃及び非常に高い温度勾配（たとえば１５０℃）が求
められることがあるため、特に高温度において良好な耐
食性に加えて良好な機械特性を有すると共に、適当な価
格で生産されうる鋼の開発が望まれている。さらに、か
がる鋼が、前記条件下において、改善された特性をその
使用寿命の間ほぼ一定して持続しうろことが重要である
。

発明者らは、Ｖ，Ｎｂ及びＭｏを特別な量で同時に存在
せしめることにより、上述の欠点を全く示さない合金鋼
を生産できることを見出し、本発明に至った。

本発明の目的は、Ｍｏ，　Ｖ及びＮｂが特定の含量範囲
で同時に存在すると共に、適切な量でＣ及びＮが存在す
ることにより、良好な機械特性を有し、８５０℃以上の
高温であっても格別の耐食性を発揮するオーステナイト
鋼を提供することにある。

本発明の他の目的は、組成における高価な元素の含量が
少ないことにより、適切な生産コストを有する鋼を提供
することにある。

本発明のさらに他の目的は、上記の改善された特性をか
なりの長期間に亘ってほぼ一定に持続しうる鋼（従って
、この鋼により作製された機械部材は長い寿命を有する
ことになる）を提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、本発明の鋼に関する溶解
（ｓｏｌｕｂｉｌｉｚａｔ　１ｏｎ）及び時効（ａｇｉ
ｎｇ）処理法（これにより、改善された特性が十分に発
現される）を提供することにある。

本発明による鋼は下記の元素でなる組成（重量％）によ
り特徴ずけられる。

０．４０−　０．６５　　　　炭素 ０゜３５−　０．６０　　　　窒素 ２．０　−　３．０　　　　マンガン ２２．０　−２４．０　　　　クロム ７．５　−　８．５　　　　ニッケル ０．７　−　１．３　　　　モリブデン０．６　−　１
．２　　　　バナジウム０．７　−　１．５　　　　ニ
オブ ０３　以下　　　　ケイ素 ０．０３　　以下　　　　　イオウ ０．０２５以下　　　　　リン 残余　　　　　　　　鉄及び不純物 本発明の鋼に関する好適な組成（重量％）は下記の元素
を含有する。

０．５９−　０．６３　　　　炭素 ０．４５−　０．６０　　　　窒素 ２．０　−　３．０　　　　　マンガン２２．０　−２
４．０　　”　　　クロム７．５　−　８．５　　　　
ニッケル ｏ、ａ　　−１，１モリブデン ０．８　−　１．１　　　　バナジウム０．８　−　１
．２　　　　ニオブ ＜０．３　　　　ケイ素 ＜　０．０３　　　　イオウ ＜　０．０２５　　　リン 残余　　　　　　　　鉄及び不純物 本発明による鋼の組成は、構成元素の間における特別な
比率によって特徴ずけられる。特に、Ｍｏ、　Ｖ及びＮ
ｂが、特定の量であって、合金中に存在するＣ及びＮの
量に対して特定の比率で同時に存在することを特徴とす
る。かかる特定の比率は下記の式によって表される。

ｌｊ）　　Ｎ／Ｃ＝　０．６　−１．１Ｃ）　　Ｖ／Ｎ
ｂ　　＝　０．５　−２．０Ｄ）　　Ｍｏ／Ｃ＝　０．
１５−０．２５本発明によれば、特定の量でＭｏ、　Ｖ
及びＮｂが同時に存在することによって、鋼の機械特性
、たとえば硬さ及び低温及び高温におけるクリープ抵抗
が改善され、高温度（約８００−９００℃又はそれ以上
）における酸化及び硫化雰囲気下での耐食性も増大され
ることが観察された。

さらに、上記３種の元素（Ｍｏ、　Ｖ及びＮｂ）に対し
てＣ及びＮが特定の比率とされていることにより、改善
された特性が使用条件下で長期間はぼ一定に持続される
鋼が生成される。本発明による鋼の組成は、合金の各元
素の作用を増大させ、これらの間で生ずる相互作用によ
って鋼の特性全体を改善する　（かかる改善を予測する
ことは困難である）ように調節される。

合金の挙動の予測力で困難であることを説明するため、
米国特許第３，９６９ＪＯＱ号を参照する。この特許で
は１．クレーム１に記載された合金にＭｏ、Ｖ。

Ｎｂ及びＷから選ばれるいくつかの元素が添加されるこ
とが開示されているが、酸化及び硫化雰囲気における高
温挙動を悪化させている。これに対し、本発明では、上
記元素が適当に組合わされ、公知の組成と比較して、機
械特性が改善されるだけでなく、腐食雰囲気における高
温度での合金の挙動も改善される（長い使用期間におい
ても）ことが観察された。

Ｖ、Ｎｂ及びＭｏを組合わせ、上述の式によって限定さ
れる含量で使用する場合には、合金内では、溶解された
状態又は溶解されかつ時効された状態のいずれにおいて
も二相構造は生じない。本発明による鋼は影響されず、
熱変形における異方性挙動及びミクロ亀裂及び内部欠陥
の形成傾向を特徴をする有害な二相構造が回避される。

炭化ニオブ及び炭化バナジウムの特別な体積分率及び物
質の延性を低下させない程度で同容体内に存在するＭ。

フラクションによって硬化効果が達成される。

得られた組成ではσ相を生ぜず、従って、本発明による
鋼は、上述の如く、高温使用条件下で長期間安定である
。

本発明によれば、限定された組成に加えて、鋼の使用目
的に最適なミクロ構造が得られるように、適切かつ特異
な溶解及び時効処理を選択することが極めて重要である
。

溶解処理は、温度１１３０ないし１２３０℃において、
０．２ないし３時間で行なわれるが、最高処理温度が選
択される場合には、処理時間は前記範囲の下限時間が採
用され、一方、処理温度の下限温度において処理を行な
う場合には、処理時間として前記範囲の上限時間が採用
される。好適な溶解処理条件は温度１１７０−１１９０
℃及び処理時間１−０．５時間（温度に対応して）であ
り、その後、水冷される。

溶解された状態では、鋼は、■を含有するＮｂの炭化物
及びＣｒ、　Ｍｏ及びＶの炭化物が分散している完全オ
ーステナイトマトリックスで構成される。

時効処理は、鋼を０．５ないし４０時間、これに対応し
て温度８７０ないし６５０℃に維持し、その後、空冷す
ることによって行なわれる。好適条件は、７４０−８２
０℃１．これに対応して２０−４時間である。

さらに好適には、温度７４０−７６０℃、処理時間１８
−６時間（温度に対応して）である。時効の間に、非常
に微細な炭化物の析出が生じ、マトリックス中に及び粒
界上に分散する。

本発明による鋼は、腐食雰囲気中（たとえば酸化又は硫
化雰囲気中、又は溶融塩の存在下）、高い連続機械応力
、９００℃まで又はこれ以上の高温度条件下で作動され
る機械部材の製造に使用される。

本発明による鋼を、無過給及び過給ガソリンエンジン及
びディーゼルエンジン用の弁、ディーゼルエンジン用の
予燃焼室、タービンエンジン用の部材、及び高温応力及
び腐食作用を受ける化学プラントの部材を想定してテス
トした。

本発明の鋼組成について実施したテストを下記の表に示
す。各表において、結果を従来の鋼に関するものと比較
した。なお、これらの結果は、本発明の鋼の特性を示す
ためのものであって、本発明を限定するものではない。

〉　＝　シ　−の　− 第２表 室温における機械特性 ａ）二最大引張強さ　　　（ＵＴＳ） ｂ）：引張降伏強さ　　　（ＴＹＳ） ｃ）：破壊時の伸び率　　（Ａ） ｄ）：破壊時の面積減少率（Ｚ） 第４表 ８１５℃におけるクリープ強度 ｅ）　：　８１５℃、１００時間における１％クリープ
に要する負荷 上記第１表は、機械特性テスト及び耐食性テストに供し
た鋼の組成を示している。表中、ＶＡ７０は本発明によ
る鋼であり、’ＶＡ６２及びＶＡ６３は比較のための高
Ｍｎ含量鋼、０３３０４０．８９７６．８９７５．８９
７４及び８９６８は従来のｊ１４（米国特許第３，９６
９，１０９号）に関するものである。

テスト前に、６鋼を、１１９０℃で１時間溶解処理し、
つづし−て水焼入れし、７６０℃で１６時間時効処理し
た。

第２表は、ＶＡ７０（本発明の鋼）の室温における機械
強さ特性テストの結果を、他の異なる組成の鋼ものと比
較して示す。全体的には、ＶＡ７０の機械特性は他の鋼
のものよりも優れている。０３３０４０のみ同等のＴＹ
Ｓ　（０，２％）を有するが、８９７６．８９７５及び
８９７４はテストＡ及びＺにおける破壊時の延性に関し
てのみ良好である。

ＶＡ７０と０３３０４０との高温強さの比較（第３表及
び第４表）では、０３３０４０の性能が劣っていること
（硬さに関してのみ優れている）が明らかである。

これは、タイプ０３３０４０の鋼が前述の如くσ相を形
成する傾向を有し、これによ−リ、特性が急激に低下す
ることを意味しているものと考えられる。

第４表は、テストした他の鋼と比較して、ＶＡ７０のク
リープ強さが大きいことを示している。

このように、本発明による鋼（ＶＡ７０）の機械強さ特
性が他の従来の鋼のものよりも良好である。

次に、鋼から切取ったサンプルを、マツフル炉ニオイテ
、空気中に１００時間保持することにより酸化テストを
、実施した。得られた結果を第５表に示す。

第５表 ８７２℃、１００時間での酸化に対する抵抗性鋼の種類
　　　　Δｇ／ｄｍ’ｈ ＭＡ　７０　　　　　　０．１４７ ０３３０４０　　　　　０．４５６ ８９７６　　　　　　０．８９７ ８９７５　　　　　　０．７１８ ８９７４　　　　　　０．７４３ ８９６８　　　　　　０．７０２ ＶＡ　６３　　　　　　０．１７１ ＶＡ　６２　　　　　　０．６４６ さらに、鋼から切取ったサンプルをアルミナ製のルツボ
に入れて腐食テストを行なった。採用した雰囲気及びテ
スト条件は下記の通りである。

ｒ）酸化鉛：９１３℃、１時間 これは、ガソリンが供給される内燃エンジンにおいて生
成される灰を想定したものである。

ｇ）硫酸ナトリウム９０％十塩化ナトリウム１゜％：９
２７℃、１時間 これは、海上で使用されるディーゼルエンジン内で生成
される灰を想定したものである。

ｍ）硫酸カルシウム５５％、硫酸バリウム３０％、硫酸
ナトリウム１０％、炭素５％：９２７℃、１時間 これは、ディーゼルエンジン内で生成される灰を想定し
たものである。

ｎ）硫酸ナトリウム８５％、五酸化バナジウム■５％＝
９２７℃、１時間 これは、バナジウムを含有する燃料が使用される際に生
成される灰を想定したものである。

テストした鋼は、前述の如く溶解処理及び時効処理した
ものである。なお、時効処理については７６０℃におい
て１６時間で実施した。

第　　６　　表 耐食性 本発明による鋼の酸化抵抗性及び耐食性は、公知の鋼の
ものよりも全体的に良好である。

第５表から理解されるように、各種エンジンでの使用を
想定した各種の環境下で行ったテストでは、ＶＡ　７０
が他の鋼よりも良好な特性を有することを示した。詳し
くは、次のとおりである。

−ｐｂｏ雰囲気下では、腐食速度は遅く、従って、本発
明の鋼をガソリンエンジン用部材の作製に使用できる。

一硫酸ナトリウム／塩化物混合雰囲気下では、腐食の速
度は遅く（他ではＭＡ　６３のみ良好である）、他の鋼
よりも耐食性は可成り強い。

このように新しい鋼は、マリン用ゼイーゼルエンジンで
の使用の可能性がある。

−他の腐食環境（硫酸塩及び炭素の混合物、及び硫酸ナ
トリウム及び五酸化バナジウムの混合物）では、各種の
鋼の挙動に格別の差異はないが、なおＶＡ７０が比較し
た他の鋼よりも優れている。

鋼が高温条件下で長時間使用されうろことを明らかにす
るため、温度７６０℃に１０００時間維持した。

これにより、各種の腐食環境下に置いた鋼の挙動に関す
る加熱処理の影響をテストした。結果を第７表に示す。

第　　７　　表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　改善された高温度での強さ及び腐食性物質に対する
   抵抗性を有するオーステナイト鋼において、炭素０．４
   ０−０．６５重量％、窒素０．３５−０．６０重量％、
   マンガン２．０−３．０重量％、クロム２２．０−２４
   ．０重量％、ニッケル７．５−８．５重量％、モリブデ
   ン０．７−１．３重量％、バナジウム０．６−１．２重
   量％、ニオブ０．７−１．５重量％、ケイ素０．３重量
   ％以下、イオウ０．０３重量％以下、リン０．０２５重
   量％以下、鉄及び微量不純物残余の各元素を含有してな
   る、オーステナイト鋼。 ２　特許請求の範囲第１項記載のものにおいて炭素（Ｃ
   ）、窒素（Ｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ
   ）及びニオブ（Ｎｂ）が下記の式で示されるＡ）（Ｎｂ
   ＋Ｖ）／（Ｃ＋Ｎ）＝０．２５−０．４５Ｂ）Ｎ／Ｃ＝
   ０．６０−１．１０ Ｃ）Ｖ／Ｎｂ＝０．５０−２．０ Ｄ）Ｍｏ／Ｃ＝０．１５−０．２５ ３　改善された高温度での強度及び腐食性物質に対する
   抵抗性を有するオーステナイト鋼の製法において、炭素
   ０．４０−０．６５重量％、窒素０．３５−０．６０重
   量％、マンガン２．０−３．０重量％、クロム２２．０
   −２４．０重量％、ニッケル７．５−８．５重量％、モ
   リブデン０．７−１．３重量％、バナジウム０．６−１
   ．２重量％、ニオブ０．７−１．５重量％、ケイ素０．
   ３重量％以下、イオウ０．０３重量％以下、リン０．０
   ２５重量％以下、鉄及び微量不純物残余の各元素を含有
   してなる鋼について、溶解、小片の調整、及び時効の各
   処理を行ない、該溶解処理を、温度１１３０ないし１２
   ３０℃に加熱し、この温度に４０ないし０．５時間維持
   し、ついで空冷することにより行なうことを特徴とする
   、オーステナイト鋼の製法。 ４　特許請求の範囲第３項記載の製法において、前記溶
   解処理にあたり、温度１１７０ないし１１９０℃に１な
   いし０．５時間維持する、オーステナイト鋼の製法。 ５　特許請求の範囲第３項記載の製法において、前記熱
   時効処理を、温度７４０ないし８２０℃において、温度
   に対応して２０ないし４時間の処理時間で行なう、オー
   ステナイト鋼の製法。 ６　特許請求の範囲第５項記載の製法において、前記熱
   時効処理にあたり、温度７４０ないし７６０℃に、これ
   に対応して１８ないし６時間維持する、オーステナイト
   鋼の製法。