KR20150004918A

KR20150004918A - 오스테나이트계 내열 합금

Info

Publication number: KR20150004918A
Application number: KR1020147033861A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 히라타; 히로카즈 오카다; 히로유키 셈바; 가즈히로 오가와; 아츠로 이세다; 미츠루 요시자와
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2015-01-13
Also published as: CA2780655A1; EP2511389B1; EP2511389A1; WO2011071054A1; US20120288400A1; KR101740164B1; JPWO2011071054A1; CA2780655C; CN102686757A; KR20150043567A; KR20120073356A; CN102686757B; EP2511389A4; DK2511389T3; JP4697357B1; ES2533429T3; US8808473B2

Abstract

C≤0.15%, Si≤2%, Mn≤3%, Ni:40~60%, Co:0.03~25% 및 Cr:15~28% 미만과, Mo≤12% 및 W＜4%의 한쪽 또는 양쪽을 합계로 0.1~12%와, Nd:0.001~0.1%, B:0.0005~0.006%, N≤0.03% 및 O≤0.03%와, Al≤3%, Ti≤3% 및 Nb≤3% 중 1종 이상을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 P≤0.03% 및 S≤0.01%이며, 또한 1≤4×Al＋2×Ti＋Nb≤12이며, 또한, P＋0.2×Cr×B＜0.035인 오스테나이트계 내열 합금은, HAZ의 내용접 균열성과 인성의 쌍방이 뛰어나고, 또한, 고온에서의 크리프 강도에도 뛰어나다. 이 때문에, 발전용 보일러, 화학 공업 플랜트 등의 고온 기기의 소재로서 적합하게 이용할 수 있다. 상기의 오스테나이트 내열 합금은, 특정량의 Ca, Mg, La, Ce, Ta, Hf, Zr 중 1종 이상의 원소를 함유해도 된다.

Description

오스테나이트계 내열 합금{AUSTENITIC HEAT-RESISTANT ALLOY}

본 발명은, 오스테나이트계 내열 합금에 관한 것이다. 상세하게는, 발전용 보일러, 화학공업 플랜트 등의 고온 기기에 이용되는 내용접 균열성 및 장시간 사용 후의 HAZ의 인성의 쌍방이 뛰어나고, 또한, 고온에서의 크리프 강도에도 뛰어난 오스테나이트계 내열 합금에 관한 것이다.

근래, 고효율화를 위해서 증기의 온도와 압력을 높인 초임계압 보일러의 신설이 전세계에서 진행되고 있다. 구체적으로는, 지금까지는 600℃ 전후였던 증기 온도를 650℃ 이상, 또한 700℃ 이상으로까지 높이는 것도 계획되어 있다. 이것은, 에너지 절약과 자원의 유효 활용, 및 환경 보전을 위한 CO₂ 가스 배출량 삭감이 에너지 문제의 해결 과제의 하나로 되어 있고, 중요한 산업 정책으로 되어 있는 것에 기초한다. 그리고, 화석 연료를 연소시키는 발전용 보일러, 화학 공업용의 반응로 등의 경우에는, 효율이 높은, 초임계압 보일러나 반응로가 유리하기 때문이다.

증기의 고온 고압화는, 보일러의 과열 기관 및 화학 공업용의 반응로관, 및 내열 내압 부재로서의 후판 및 단조품 등으로 이루어지는 고온 기기의 실가동시에 있어서의 온도를 700℃ 이상으로 상승시킨다. 따라서, 이러한 가혹한 환경에 있어 장기간 사용되는 재료에는, 고온 강도 및 고온 내식성뿐만 아니라, 장기에 걸친 금속 조직의 안정성, 크리프 특성이 양호한 것이 요구된다.

그래서, 특허 문헌 1~3에, Cr 및 Ni의 함유량을 높이고, 또한, Mo 및 W 중 1종 이상을 함유시켜, 고온 강도로서의 크리프 파단 강도의 향상을 도모한 내열 합금이 개시되어 있다.

또한, 점점 엄격해지는 고온 강도 특성에 대한 요구, 특히, 크리프강 파단도에 대한 요구에 대해서, 특허 문헌 4~7에는, 질량%로, Cr을 28~38%, Ni를 35~60% 함유하고, Cr을 주체로 한 체심 입방 구조의 α-Cr상의 석출을 활용하여, 한층 더 크리프 파단 강도의 개선을 도모한 내열 합금이 개시되어 있다.

한편, 특허 문헌 8~11에는, Mo 및/또는 W를 함유시켜 고용강화를 도모함과 더불어, Al 및 Ti를 함유시켜 금속간 화합물인 γ＇상, 구체적으로는, Ni₃(Al, Ti)의 석출 강화를 활용하여, 상술과 같은 가혹한 고온 환경하에서 사용하는 Ni기 합금이 개시되어 있다.

또, 특허 문헌 12에는, Al과 Ti의 첨가 범위를 조정하고, γ＇상을 석출시킴으로써 크리프 강도를 개선한 고Ni 오스테나이트계 내열 합금이 제안되어 있다.

또한, 특허 문헌 13~16에는, Cr과 Mo에 더하여, 한층 더한 고강도화를 목적으로 Co를 함유시킨 Ni기 합금도 개시되어 있다.

일본국 특허 공개 소 60-100640호 공보 일본국 특허 공개 소 64-55352호 공보 일본국 특허 공개 평 2-200756호 공보 일본국 특허 공개 평 7-216511호 공보 일본국 특허 공개 평 7-331390호 공보 일본국 특허 공개 평 8-127848호 공보 일본국 특허 공개 평 8-218140호 공보 일본국 특허 공개 소 51-84726호 공보 일본국 특허 공개 소 51-84727호 공보 일본국 특허 공개 평 7-150277호 공보 일본국 특허 공표 2002-518599호 공보 일본국 특허 공개 평 9-157779호 공보 일본국 특허 공개 소 60-110856호 공보 일본국 특허 공개 평 2-107736호 공보 일본국 특허 공개 소 63-76840호 공보 일본국 특허 공개 2001-107196호 공보

용접 학회편:용접·접합 편람 제2판(2003년, 마루젠) 제948~950페이지

상술의 특허 문헌 1~14에는, 크리프 파단 강도를 개선한 오스테나이트계 내열 합금이 개시되어 있지만, 구조 부재로서 조립할 때의 「용접성」이라고 하는 관점으로부터의 검토는 이루어져 있지 않다.

오스테나이트계 내열 합금은, 일반적으로, 용접에 의해 각종 구조물에 조립되고, 고온에서 사용되지만, 합금 원소량이 증가하면, 용접 시공시에 용접열 영향부(이하, 「HAZ」라고 한다.), 그 중에서도 용융 경계에 인접한 HAZ에서 균열이 발생한다고 하는 문제가 생기는 것에 대하여, 예를 들면, 비특허 문헌 1(용접 학회편:용접·접합 편람 제2판(2003년, 마루젠) 제948~950페이지)에서 보고되어 있다.

또한, 상기의 용융 경계에 인접한 HAZ에서의 균열 발생의 원인에 대해서는, 입계 석출상 기인 혹은 입계편석 기인 등 모든 설이 제안되어 있지만, 그 기구는 완전하게는 특정되어 있지 않다.

이와 같이, 오스테나이트계 내열 합금에 있어서는, 용접시의 HAZ의 균열이 문제가 되는 것이 예로부터 문제로서 인식되고 있지만, 기구 해명이 불충분하기 때문에, 그 대책, 그 중에서도 재료면으로부터의 대책은 확립되어 있지 않다.

특히, 많이 제안되어 있는 오스테나이트계 내열 합금에 있어서는, 고강도화에 따라, 다종의 합금 원소가 함유되는 것에 더하여, 근래 계획되어 있는 고효율 보일러에서는, 이들 오스테나이트계 내열 합금을, 주증기관에 대표되는 후육 부재 및 수벽관에 대표되는 복잡한 형상의 부재 등 역학적으로 어려운 개소에 사용하는 것이 검토되고 있고, HAZ에 생기는 균열이 보다 현저해지는 경향이 있다.

또한, 이러한 후육 대경 부재에 대한 적용을 생각한 경우, 정기시에는 HAZ에서도 충분한 저온 인성을 갖는 것이 요구된다. HAZ의 인성에 대해서도 합금 원소량의 증가와 더불어 저하하고, 특히, Al, Ti 및 Nb를 첨가한 재료에서는 장시간 사용 후에 HAZ의 인성이 현저하게 저하한다.

한편, 상술의 특허 문헌 15에서는, HAZ의 균열에 대해서 언급되어 있지만, 먼저 설명한 바와 같이, 역학적으로 어려운 개소에 대한 적용에는 불안이 남는다. 또한, 용접 금속의 인성에 대해서는 진술되어 있지만, HAZ의 인성에 대해서는 고려되어 있지 않다. 이 때문에, 특히, 주증기관 등 후육 부재에 적용된 경우의 HAZ 성능에 문제가 남는다.

또, 특허 문헌 16에서는, 용접 금속에 발생하는 재열 균열 및 용접 금속의 인성에 대해서는 언급되어 있지만, HAZ의 성능에 대해서는 전혀 언급되어 있지 않다.

본 발명은, 상기 현상을 감안하여 이루어진 것이며, 고온에서 사용되는 기기에 이용되는 HAZ의 내용접 균열성과 인성의 쌍방이 뛰어나고, 또한 고온에서의 크리프 강도에도 뛰어난 오스테나이트계 내열 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 「내용접 균열성이 뛰어나다」란, 구체적으로는, HAZ의 액화 균열에 대한 저항성이 뛰어난 것을 가리킨다.

본 발명자들은, 상기한 과제를 해결하기 위해서, HAZ에 생기는 균열 및 인성 저하의 원인에 대해서 상세한 조사를 실시했다.

그 결과, 특히, 본 발명과 같이 크리프 강도를 확보하기 위해서 B를 필수 원소로서 함유시킨 합금에 있어서, 용접시의 HAZ 균열을 방지하고, 또한 장시간 사용 후의 HAZ의 인성 저하를 경감하기 위해서는,

〈1〉P와 B의 함유량을 Cr의 함유량에 따라 소정의 범위로 규제하는 것,

〈2〉P의 해를 없애는데 유효한 Nd를 함유시키는 것,

이 유효하다는 것을 알 수 있었다.

또한, 본 발명자들은, 용접 중의 HAZ에 발생한 균열부의 상세한 조사를 행했다. 그 결과, 하기 〔1〕~〔3〕의 사항을 확인했다.

〔1〕균열은 용융 경계에 가까운 HAZ의 결정립계에 발생했다.

〔2〕HAZ에 발생한 균열 파면에는, 용융 흔적이 인정되고, 파면 상에는 P와 B의 농화, 특히, B의 현저한 농화가 인정되었다. 또한, 상기로부터, 이하, 용접 중에 발생하는 HAZ의 균열을 「HAZ의 액화 균열」이라고 하는 경우가 있다.

〔3〕HAZ의 액화 균열에 미치는 B의 영향 정도는 합금에 포함되는 Cr량의 영향을 받고, Cr 함유량이 많아질수록 B의 악영향이 보다 현저해진다.

한편, 본 발명자들은, 장시간 시효 후의 HAZ부의 인성에 대해서도 상세한 조사를 행했다. 그 결과, 하기 〔4〕~〔7〕의 사항을 확인했다.

〔4〕인성 저하는 용융 경계에 가까운 HAZ에서 현저했다.

〔5〕충격시험 후의 파면에서는 입계에서 파괴되어 있는 부분이 많이 관찰되었다.

〔6〕입계 파면 상에서는 P 및 B의 농화가 인정되고, 인성 저하가 현저한 HAZ에서는 P의 농화가 현저한 것에 반해, 인성 저하가 완만한 HAZ에서는 B의 농화가 현저했다.

〔7〕P 및 B의 함유량이 거의 같은 경우에는, 장시간 가열 후의 인성 저하의 정도는 약간이기는 하지만, Cr 함유량이 적을수록 커지는 경향이 있었다.

상기 〔1〕~〔7〕의 사항으로부터, 용접 중에 HAZ에 발생하는 균열 및 장시간 사용 후의 인성 저하는, 입계에 존재하는 P 및 B와 밀접하게 관계되는 것이 판명되었다. 더욱이, 상기의 균열 및 인성 저하에 대해서, Cr이 간접적으로 영향을 주는 것도 시사되었다.

본 발명자들은, 상기의 현상이 이하의 기구에 의해 생기는 것이라고 추정했다.

즉, P 및 B가, 용접 중에 열사이클에 의해, 용융 경계 근방의 HAZ의 입계에 편석한다. 입계에 편석한 P 및 B는 모두 입계의 융점을 저하시키는 원소이므로, 용접 중에 입계가 국부적으로 용융하고, 그 용융 개소가 용접 열응력에 의해 개구하여, 이른바 「액화 균열」이 생긴다.

한편, 입계에 편석한 P 및 B는 장시간 사용 중에도 입계에 편석하지만, P가 입계의 고착력을 저하시키는데 반해, B는 반대로 입계를 강화한다. 이 때문에, P가 인성에 악영향을 미치는데 반해, B는 반대로 인성 저하를 경감한다.

또한, HAZ의 액화 균열 및 인성에 미치는 P 및 B의 영향 정도가, 합금에 포함되는 Cr량의 영향을 받는 이유에 대해서, 본 발명자들은, 다음과 같이 추정했다.

즉, 상술한 대로, P 및 B는 모두 입계에 편석하기 쉬운 원소이지만, Cr의 함유량이 많은 경우에는, 입자 내에 P와의 친화력이 강한 Cr이 다량으로 존재하므로, 용접열 사이클이나 그 후의 고온에서의 사용 중에서의 P의 입계 편석이 억제된다. 그 결과, 틈이 생긴 편석 사이트에 B가 편석하게 되어, Cr 함유량이 많은 재료의 HAZ일 수록 액화 균열에 대한 B의 영향이 강하고, 또한 장시간 가열 후의 인성 저하가 작아진다.

그리고, 상기의 추정에 기초하여 본 발명자들은, 더 여러 가지의 검토를 실시했다.

그 결과, HAZ의 액화 균열을 방지하고, 또한 인성 저하를 경감하기 위해서는, Cr의 함유량에 따라 P 및 B의 함유량을 소정의 관계식을 만족하는 범위로 규정하는 것이 유효한 것을 알았다.

더욱이, HAZ의 액화 균열 및 인성의 어느 것에도 악영향을 미치는 P의 악영향을 없애는 것이 유효하고, 그를 위한 수단으로서, 구체적으로는 P와 친화력이 강하고, 융점이 높은 안정된 화합물을 형성하는 Nd를 필수 원소로서 함유시킬 필요가 있는 것을 알았다. 또한, 이 P의 악영향을 없애는 효과는, Nd만으로 인정되는 것이며, Nd와 마찬가지로, 일괄하여 「REM」라고 칭해지는, La, Ce 등의 원소를 첨가해도 그 효과는 인정되지 않는다.

또한, 본 발명자들은, Al, Ti 및 Nb 중 1종 이상의 원소를 적정량 함유시키고, Ni와 결합한 금속간 화합물을 미세하게 입자 내 석출시킴으로써, 양호한, 고온에서의 크리프 강도 및 장시간 가열 후의 인성을 확보할 수 있는 것을 알았다.

그리고, 특히, 질량%로, Cr:15~28% 미만, Ni:40~60 및 B:0.0005~0.006%를 포함한 오스테나이트계 내열 합금에 있어서는, Nd:0.001~0.1%를 함유시키고, 또한 식 중의 원소 기호를, 그 원소의 질량%로의 함유량으로서, 하기의 (1)식에서 나타내어지는 파라미터 F1을 1 이상 12 이하로 하고, 또한, 하기 (2)식에서 나타내어지는 파라미터 F2를 0.035 이하로 함으로써, 고온에서의 크리프 강도 및 크리프 연성을 확보할 수 있고, 또한, P 및 B의 입계 편석에 기인하는, 용접 중의 HAZ의 액화 균열의 발생 및 장시간 사용 후의 인성 저하의 쌍방을 경감할 수 있는 것을 알았다.

F1=4×Al＋2×Ti＋Nb···(1),

F2=P＋0.2×Cr×B···(2).

본 발명은, 상기의 지견에 근거하여 완성된 것이며, 그 요지는, 하기의 (1) 및 (2)에 나타내는 오스테나이트계 내열 합금에 있다.

(1)질량%로, C:0.15% 이하, Si:2% 이하, Mn:3% 이하, Ni:40~60%, Co:0.03~25% 및 Cr:15% 이상 28% 미만과,

Mo:12% 이하 및 W:4% 미만 중 한쪽 또는 양쪽을 합계로 0.1~12%로,

Nd:0.001~0.1%, B:0.0005~0.006%, N:0.03% 이하 및 O:0.03% 이하와,

Al:3% 이하, Ti:3% 이하 및 Nb:3% 이하 중 1종 이상을 함유하고,

잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 P 및 S가 P:0.03% 이하 및 S:0.01% 이하이며, 또한 하기의 (1)식에서 나타내어지는 파라미터 F1이 1이상 12 이하이며, 또한, 하기 (2)식에서 나타내지는 파라미터 F2가 0.035 이하인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 내열 합금.

F1=4×Al＋2×Ti＋Nb···(1)

F2=P＋0.2×Cr×B···(2)

여기서, 식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 나타낸다.

(2)Fe의 일부를 대신하여, 질량%로, 하기의 제1군 및/또는 제2군의 그룹에 속하는 1종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 오스테나이트계 내열 합금.

제1군:Ca:0.02% 이하, Mg:0.02% 이하, La:0.1% 이하 및 Ce:0.1% 이하,

제2군:Ta:0.1% 이하, Hf:0.1% 이하 및 Zr:0.1% 이하

또한, 잔부로서의 「Fe 및 불순물」에 있어서의 「불순물」이란, 내열 합금을 공업적으로 제조할 때에, 광석 혹은 스크랩 등과 같은 원료를 비롯하여, 제조 공정의 여러 가지의 요인에 의해 혼입하는 것을 가리킨다.

본 발명의 오스테나이트계 내열 합금은, HAZ의 내용접 균열성과 인성의 쌍방이 뛰어나고, 또한, 고온에서의 크리프 강도에도 뛰어나다. 이 때문에, 본 발명의 오스테나이트 내열 합금은, 발전용 보일러, 화학공업 플랜트 등의 고온 기기의 소재로서 적합하게 이용할 수 있다.

도 1은 개선 가공의 형상을 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명의 오스테나이트계 내열 합금에 있어서의 성분 원소의 한정 이유에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 각 원소의 함유량의 「%」표시는 「질량%」를 의미한다.

C:0.15% 이하

C는, 오스테나이트 조직을 안정되게 함과 더불어 입계에 미세한 탄화물을 형성하고, 고온에서의 크리프 강도를 향상시킨다. 그러나, 함유량이 과잉으로 된 경우에는, 탄화물이 조대가 되고, 또한 다량으로 석출되고, 입계의 연성을 저하시키고, 인성 및 크리프 강도의 저하를 초해한다. 그 때문에, C의 함유량을 0.15% 이하로 한다. 더 바람직한 C 함유량의 상한은 0.12%이다.

또한, 후술하는 바와 같이, N을 강화에 충분한 범위로 함유하고 있는 경우, C 함유량에는 특별히 하한을 설치할 필요는 없다. 그러나, 극단적인 C 함유량의 저감은 제조 코스트의 현저한 상승을 초래한다. 그 때문에, C 함유량의 바람직한 하한은 0.01%이다.

Si:2% 이하

Si는, 탈산제로서 첨가되고, 또, 고온에서의 내식성 및 내산화성의 향상에 유효한 원소이다. 그러나, 함유량이 과잉이 된 경우에는, 오스테나이트상의 안정성이 저하하여, 인성 및 크리프 강도의 저하를 초래한다. 그 때문에, Si의 함유량을 2% 이하로 한다. Si의 함유량은, 바람직하게는, 1.5% 이하, 더 바람직하게는, 1.0% 이하이다. 또한, Si의 함유량에 대해 특별히 하한을 설치할 필요는 없지만, 극단적인 저감은, 탈산 효과를 충분히 얻지 못하고 합금의 청정성을 열화시킴과 더불어, 제조 코스트의 상승을 초래한다. 그 때문에, Si 함유량의 바람직한 하한은 0.02%이다.

Mn:3% 이하

Mn은, Si와 마찬가지로 탈산제로서 첨가되고, 또, 오스테나이트의 안정화에도 기여하는 원소이다. 그러나, 함유량이 과잉이 되면, 취화를 초래하고, 인성 및 크리프 연성의 저하를 초래한다. 그 때문에, Mn의 함유량을 3% 이하로 한다. Mn의 함유량은, 바람직하게는, 2.5% 이하로, 더 바람직하게는 2.0% 이하이다. 또한, Mn의 함유량에 대해서도 특별히 하한을 설치할 필요는 없지만, 극단적인 저하는, 탈산 효과를 충분히 얻지 못하고 합금의 청정성을 열화시킴과 더불어, 제조 코스트의 상승을 초래한다. 그 때문에, Mn의 함유량의 바람직한 하한은 0.02%이다.

Ni:40~60%

Ni는, 오스테나이트 조직을 얻기 위해서 유효한 원소이며, 장시간 사용 후의 조직 안정성을 확보하기 위해서 필수의 원소이다. 또한, Ni는, Al, Ti 및 Nb와 결합하여, 미세한 금속간 화합물상을 형성하고, 크리프 강도를 높이는 작용도 갖는다. 본 발명의 15% 이상 28% 미만이라고 하는 Cr 함유량의 범위에서 상기의 Ni의 효과를 충분히 얻기 위해서는, 40% 이상의 Ni 함유량이 필요하다. 그러나, Ni는 고가의 원소이기 때문에, 60%를 넘는 다량의 함유는 코스트의 증대를 초래한다. 그 때문에, Ni의 함유량을 40~60%로 한다. 또한, Ni 함유량의 바람직한 하한은 42%이며, 바람직한 상한은 58%이다.

Co:0.03~25%

Co는, Ni와 같이 오스테나이트 생성 원소이며, 오스테나이트상의 안정성을 높여 크리프 강도의 향상에 기여한다. 이 효과를 얻기 위해서는, Co의 함유량은 0.03% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Co는 매우 고가의 원소이기 때문에, 25%를 넘는 다량의 함유는 대폭적인 비용 증가를 초래한다. 그 때문에, Co의 함유량을 0.03~25%로 한다. Co 함유량의 바람직한 하한은 0.1%이며, 더 바람직한 하한은 8%이다. 또, Co 함유량의 바람직한 상한은 23%이다.

Cr:15% 이상 28% 미만

Cr은, 고온에서의 내산화성 및 내식성의 확보를 위한 필수의 원소이다. 본 발명의 40~60%라고 하는 Ni 함유량의 범위에서 상기의 Cr의 효과를 얻기 위해서는, 15% 이상의 Cr 함유량이 필요하다. 그러나, Cr의 함유량이 많아져, 28% 이상이 되면, 고온에서의 오스테나이트상의 안정성이 열화되고, 크리프 강도의 저하를 초래한다. 그 때문에, Cr의 함유량을 15% 이상 28% 미만으로 한다. Cr 함유량의 바람직한 하한은 17%이며, 바람직한 상한은 26%이다.

또, Cr은 용접 중의 HAZ에 있어서의 P 및 B의 입계 편석 거동에 영향을 미치고, HAZ의 액화 균열 감수성 증대 및 장시간 사용 후의 HAZ의 인성 저하에 간접적으로 영향을 주는 원소이다. 그 때문에, 후술하는 바와 같이, P, B 및 Cr로 이루어지는 (2)식에서 나타내어지는 파라미터 F2가 0.035 이하일 필요가 있다.

Mo 및 W；Mo:12% 이하 및 W:4% 미만 중 한쪽 또는 양쪽을 합계로 0.1~12%

W 및 Mo는, 모두 매트릭스인 오스테나이트 조직에 고용하여 고온에서의 크리프 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는 한쪽 또는 양쪽을 합계로 0.1% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Mo와 W의 합계 함유량이 과잉이 되어, 특히 12%를 넘으면, 반대로 오스테나이트상의 안정성이 저하하여 크리프 강도의 저하를 초래한다. 또한, W는 Mo에 비해 원자량이 크기 때문에, Mo와 동등한 효과를 얻기 위해서는 보다 다량으로 함유시킬 필요가 있고, 코스트 및 상안정성 확보의 관점으로부터 불리하다. 이 때문에, 함유시키는 경우의 W량은 4% 미만으로 한다. 이상으로부터, Mo 및 W의 함유량을, Mo:12% 이하 및 W:4% 미만 중 한쪽 또는 양쪽을 합계로 0.1~12%로 한다. W 및 Mo의 합계 함유량의 바람직한 하한은 1%, 바람직한 상한은 10%이다.

또한, W와 Mo는 복합하여 함유시킬 필요는 없다. Mo를 단독으로 함유시키는 경우에는, 그 함유량이 0.1~12%이면 되고, 또한, W를 단독으로 함유시키는 경우에는, 그 함유량이 0.1% 이상 4% 미만이면 된다. 또한, 단독으로 함유시키는 경우의 Mo의 바람직한 상한은 10%이다.

Nd:0.001~0.1%

Nd는, 본 발명을 특징지우는 중요한 원소이다. 즉, Nd는, P와 친화력이 강하고, 융점이 높고 고온까지 안정된 P와의 화합물을 형성함으로써, P를 고정하고, HAZ의 액화 균열 및 인성에 대한 P의 악영향을 없애기 위한 필수의 원소이다. 또, 탄화물로서 석출되고, 고온 강도의 향상에도 기여하는 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해서는, 0.001% 이상의 Nd 함유량이 필요하다. 그러나, Nd의 함유량이 과잉이 되고, 특히 0.1%를 넘으면, P의 악영향을 경감하는 효과가 포화하는 것에 더하여, 탄화물로서 다량으로 석출되고, 오히려 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, Nd의 함유량을 0.001~0.1%로 한다. Nd 함유량의 바람직한 하한은 0.005%이며, 바람직한 상한은 0.08%이다.

B:0.0005~0.006%

B는, 사용 중의 입계에 편석하여 입계를 강화함과 더불어 입계 탄화물을 미세 분산시킴으로써, 크리프 강도를 향상시키는데 필요한 원소이다. 더욱이, 입계에 편석하여 고착력을 향상시키고, 인성 개선에도 기여하는 효과를 갖는다. 이들 효과를 얻기 위해서는, 0.0005% 이상의 B함유량이 필요하다. 그러나, B의 함유량이 많아져 특히 0.006%를 초과하면, 용접 중의 용접열 사이클에 의해, 용융 경계 근방의 고온 HAZ에 있어서 다량으로 편석하고, P와 중첩하여 입계의 융점을 저하시키고, HAZ의 액화 균열 감수성을 높인다. 그 때문에, B의 함유량을 0.0005~0.006%로 한다.

또한, B의 편석 거동은 Cr 함유량의 영향을 받는다. 그 때문에, 후술하는 바와 같이, P, B 및 Cr로 이루어지는 (2)식에서 나타내어지는 파라미터 F2가 0.035 이하일 필요가 있다.

N:0.03% 이하

N은, 오스테나이트상을 안정되게 하는데 유효한 원소이지만, 본 발명의 15% 이상 28% 미만이라고 하는 Cr 함유량의 범위에서는, 과잉으로 포함되면 고온에서의 사용 중에 다량의 미세 질화물을 입자 내에 석출시키고, 크리프 연성이나 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, N의 함유량을 0.03% 이하로 한다. N의 함유량은, 바람직하게는, 0.02% 이하이다. 또한, N의 함유량에 대해서 특별히 하한을 설치할 필요는 없지만, 극단적인 저감은, 제조 코스트의 상승을 초래한다. 그 때문에, N 함유량의 바람직한 하한은 0.0005%이다.

O:0.03% 이하

O는, 불순물 원소의 하나로서 합금 중에 포함되지만, 과잉으로 포함되면 열간 가공성의 저하, 인성 및 연성의 열화를 초래하기 때문에, 그 함유량을 0.03% 이하로 할 필요가 있다. O의 함유량은, 바람직하게는 0.02% 이하이다. 또한, O의 함유량에 대해서 특별히 하한을 설치할 필요는 없지만, 극단적인 저하는, 제조 코스트의 상승을 초래한다. 그 때문에, O 함유량의 바람직한 하한은 0.001%이다.

Al, Ti, Nb；Al:3% 이하, Ti:3% 이하 및 Nb:3% 이하 중 1종 이상

Al, Ti 및 Nb는, 모두 Ni와 결합하여 금속간 화합물로서 미세하게 입자 내 석출되고, 고온에서의 크리프 강도를 확보하는데 필수인 원소이다. 그러나, 그 함유량이 너무 많아지고, 어느 원소에 대해서도 3%를 초과하면, 상기의 효과가 포화함과 더불어, 크리프 연성 및 장시간 가열 후의 인성을 저하시킨다. 그 때문에, Al, Ti, Nb의 각각의 함유량을 3% 이하로 하고, 이들 원소 중 1종 이상을 함유시킨다. 각각의 함유량은, 2.8% 이하가 바람직하고, 2.5% 이하가 더 바람직하다.

또한, 금속간 화합물을 적정량 석출시켜 양호한, 크리프 강도 및 크리프 연성을 양립시키기 위해서는, 후술하는 바와 같이, Al, Ti 및 Nb로 이루어지는 (1)식에서 나타내어지는 파라미터 F1이 1 이상 12 이하일 필요가 있다.

본 발명에 있어서는, 불순물 중의 P 및 S는, 그 함유량을 각각, 다음의 범위로 제한할 필요가 있다.

P:0.03% 이하

P는, 불순물로서 합금 중에 포함되지만, 용접 중에 HAZ의 결정립계에 편석하고, 액화 균열 감수성을 높임과 더불어 장시간 사용 후의 인성에도 악영향을 미치는 원소이다. 그 때문에, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 극도의 저감은 제강 코스트의 증대를 초래한다. 그 때문에, P의 함유량은 0.03% 이하로 한다. 바람직하게는 0.02% 이하이다.

S:0.01% 이하

S는, 불순물로서 합금 중에 포함되지만, 용접 중에 HAZ의 결정립계에 편석 하고, 액화 균열 감수성을 높임과 더불어 장시간 사용 후의 인성에도 악영향을 미치는 원소이다. 그 때문에, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 극도의 저감은 제강 코스트의 증대를 초래한다. 그 때문에, S의 함유량은 0.01% 이하로 한다. 바람직하게는 0.005% 이하이다.

F1:1 이상 12 이하

Al, Ti 및 Nb 중 1종 이상의 원소를 상기한 양 함유시키는 것에 더하여, 상기의 (1)식에서 나타내어지는 F1, 즉,〔4×Al＋2×Ti＋Nb〕가 1 이상 12 이하인 경우에, Ni와 결합한 금속간 화합물을 미세하게 입자 내 석출시킴으로써, 양호한, 고온에서의 크리프 강도 및 장시간 가열 후의 인성을 확보할 수 있다. F1의 바람직한 하한은 3이며, 바람직한 상한은 11이다.

F2:0.035 이하

이미 설명한 바와 같이, P 및 B는, 용접 중에 열사이클에 의해 용융 경계 근방의 HAZ의 입계에 편석하여, 융점을 저하시키고 HAZ의 액화 균열 감수성을 높이는 원소이다. 한편, 장시간 사용 중에 있어서는, 입계에 편석한 P는 입계의 고착력을 저하시키는데 반해, B는 반대로 입계를 강화하므로, P는 인성에 악영향을 미치고, B는 반대로 인성 저하를 경감한다. 또한, Cr은 P와 B의 입계 편석 거동에 영향을 미치고, 이들의 성능에 간접적으로 영향을 주는 원소이다.

즉, HAZ의 액화 균열에 미치는 B의 영향 정도는 Cr 함유량이 많을 수록 B의 악영향이 보다 현저해진다. 또, 장시간 사용 후의 HAZ의 인성에 대해서는, P의 악영향이 크지만, 거의 같은 양의 P, B를 함유하는 경우, Cr 함유량이 적을수록 인성의 저하가 큰 경향이 있다.

HAZ에서의 P 및 B의 입계 편석을 제어하고, 뛰어난 내액화 균열성과 장시간 가열 후의 인성 저하의 경감을 위해서는 상술한 양의 Nd를 필수 원소로서 함유시킴과 더불어, 상기의 (2)식에서 나타내어지는 F2, 즉,〔P＋0.2×Cr×B〕가 0.035 이하인 것이 필요하다. F2의 바람직한 상한은 0.030이다. 또한, F2의 하한은, 불순물로서의 P의 함유량이 매우 낮고, Cr:15%, B:0.0005%인 경우의 0.0015에 가까운 값이어도 된다.

본 발명의 오스테나이트계 내열 합금의 1개는, 상기한 범위의 C로부터 O까지의 원소를 포함함과 더불어, 상기한 범위의 Al, Ti 및 Nb 중 1종 이상을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 P 및 S가 상기한 범위에 있고, 또한 상기의 (1)식 및 (2)식에서 나타내어지는 파라미터 F1 및 F2가 각각, 1 이상 12 이하 및 0.035 이하의 합금이다.

상기 본 발명의 오스테나이트계 내열 합금은, 그 Fe의 일부를 대신하여, 필요에 따라서,

제1군:Ca:0.02% 이하, Mg:0.02% 이하, La:0.1% 이하 및 Ce:0.1% 이하

제2군:Ta:0.1% 이하, Hf:0.1% 이하 및 Zr:0.1% 이하

의 각 그룹에 속하는 1종 이상의 원소를 선택적으로 더 함유시킬 수 있다.

즉, 상기 제1군 및/또는 제2군의 그룹에 속하는 1종 이상의 원소를 임의 원소로서 첨가하고, 함유시켜도 된다.

이하, 이들의 임의 원소의 작용 효과와, 함유량의 한정 이유에 대해서 설명한다.

제1군:Ca:0.02% 이하, Mg:0.02% 이하, La:0.1% 이하 및 Ce:0.1% 이하

제1군의 원소인 Ca, Mg, La 및 Ce는, 열간 가공성을 높이는 작용을 갖는다. 또한, 이들 원소는, S에 기인한, HAZ의 액화 균열을 억제함과 더불어 인성의 저하를 경감하는 작용을 갖는다. 따라서, 이러한 효과를 얻기 위해서 상기의 원소를 첨가하고, 함유시켜도 된다. 이하, 제1군의 원소에 대해서 상세하게 설명한다.

Ca:0.02% 이하

Ca는, S와의 친화력이 강하고, 열간 가공성을 높이는 작용을 갖는다. 또, S에 기인한, HAZ의 액화 균열의 발생 및 인성 저하의 쌍방을 경감하는 효과가 있다. 그러나, Ca의 과잉의 첨가는 산소와의 결합에 의한 청정성의 저하를 초래하고, 특히, 함유량으로 0.02%를 초과하면 청정성의 저하가 현저해지고, 오히려 열간 가공성을 열화시켜 버린다. 따라서, 함유시키는 경우의 Ca의 양을, 0.02% 이하로 한다. 또한, 함유시키는 경우의 Ca의 양은 0.01% 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 Ca의 효과를 안정되게 얻기 위해서는, 함유시키는 경우의 Ca량의 하한은 0.0001%로 하는 것이 바람직하고, 0.0005%로 하면 한층 더 바람직하다.

Mg:0.02% 이하

Mg도, S와의 친화력이 강하고, 열간 가공성을 높이는 작용을 가지며, 또, S에 기인한, HAZ의 액화 균열의 발생 및 인성 저하의 쌍방을 경감하는 작용을 갖는다. 그러나, Mg의 과잉의 첨가는 산소와의 결합에 의한 청정성의 저하를 초래하고, 특히, 함유량으로 0.02%를 초과하면 청정성의 저하가 현저해지고, 오히려 열간 가공성을 열화시켜 버린다. 따라서, 함유시키는 경우의 Mg의 양을, 0.02% 이하로 한다. 또한, 함유시키는 경우의 Mg의 양은 0.01% 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 Mg의 효과를 안정되게 얻기 위해서는, 함유시키는 경우의 Mg량의 하한은 0.0001%로 하는 것이 바람직하고, 0.0005%로 하는 것이 한층 더 바람직하다.

La:0.1% 이하

La는, S와의 친화력이 강하고, 열간 가공성을 높이는 작용을 가지며, 또, S에 기인한, HAZ의 액화 균열의 발생 및 인성 저하의 쌍방을 경감하는 작용을 갖는다. 그러나, La의 과잉의 첨가는 산소와의 결합에 의한 청정성의 저하를 초래하고, 특히, 함유량으로 0.1%를 초과하면 청정성의 저하가 현저해지고, 오히려 열간 가공성을 열화시켜 버린다. 따라서, 함유시키는 경우의 La의 양을, 0.1% 이하로 한다. 또한, 함유시키는 경우의 La의 양은 0.08% 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 La의 효과를 안정되게 얻기 위해서는, 함유시키는 경우의 La량의 하한은 0.001%로 하는 것이 바람직하고, 0.005%로 하면 한층 더 바람직하다.

Ce:0.1% 이하

Ce도, S와의 친화력이 강하고, 열간 가공성을 높이는 작용을 갖는다. 또, S에 기인한, HAZ의 액화 균열의 발생 및 인성 저하의 쌍방을 경감하는 효과가 있다. 그러나, Ce의 과잉의 첨가는 산소와의 결합에 의한 청정성의 저하를 초래하고, 특히, 함유량으로 0.1%를 초과하면 청정성의 저하가 현저해지고, 오히려 열간 가공성을 열화시켜 버린다. 따라서, 함유시키는 경우의 Ce의 양을, 0.1% 이하로 한다. 또한, 함유시키는 경우의 Ce의 양은 0.08% 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 Ce의 효과를 안정되게 얻기 위해서는, 함유시키는 경우의 Ce량의 하한은 0.001%로 하는 것이 바람직하고, 0.005%로 하면 한층 더 바람직하다.

또한, 상기의 Ca, Mg, La 및 Ce는, 그 중의 어느 1종만, 또는 2종 이상의 복합으로 함유할 수 있다. 함유시키는 경우의 이들 원소의 합계량은 0.24%여도 상관없지만, 0.15% 이하인 것이 바람직하다.

제2군:Ta:0.1% 이하, Hf:0.1% 이하 및 Zr:0.1% 이하

제2군의 원소인 Ta, Hf 및 Zr은, 고온 강도를 높이는 작용을 가지므로, 이 효과를 얻기 위해서 상기의 원소를 첨가하고, 함유시켜도 된다. 이하, 제2군의 원소에 대해 상세하게 설명한다.

Ta:0.1% 이하

Ta는, 매트릭스에 고용, 또는 탄화물로서 석출되고, 고온에서의 강도를 향상시키는 작용을 갖는다. 그러나, Ta의 함유량이 많아져 0.1%를 초과하면, 탄화물이 다량으로 석출되어, 인성의 저하를 초래한다. 따라서, 함유시키는 경우의 Ta의 양을, 0.1% 이하로 한다. 또한, 함유시키는 경우의 Ta의 양은 0.08% 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 Ta의 효과를 안정되게 얻기 위해서는, 함유시키는 경우의 Ta량의 하한은 0.002%로 하는 것이 바람직하고, 0.005%로 하면 한층 더 바람직하다.

Hf:0.1% 이하

Hf도, 매트릭스에 고용, 또는 탄화물로서 석출되고, 고온에서의 강도를 향상시키는 작용을 갖는다. 그러나, Hf의 함유량이 많아져 0.1%를 초과하면, 탄화물이 다량으로 석출되어, 인성의 저하를 초래한다. 따라서, 함유시키는 경우의 Hf의 양을, 0.1% 이하로 한다. 또한, 함유시키는 경우의 Hf의 양은 0.08% 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 Hf의 효과를 안정되게 얻기 위해서는, 함유시키는 경우의 Hf량의 하한은 0.002%로 하는 것이 바람직하고, 0.005%로 하면 한층 더 바람직하다.

Zr:0.1% 이하

Zr은, 탄화물로서 석출되고, 고온에서의 강도를 향상시키는 작용을 갖는다. 그러나, Zr의 함유량이 많아져 0.1%를 넘으면, 탄화물이 다량으로 석출되고, 인성의 저하를 초래함과 더불어 용접 중의 액화 균열 감수성의 증대를 초래한다. 따라서, 함유시키는 경우의 Zr의 양을, 0.1% 이하로 한다. 또한, 함유시키는 경우의 Zr의 양은 0.08% 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 Zr의 효과를 안정되게 얻기 위해서는, 함유시키는 경우의 Zr량의 하한은 0.002%로 하는 것이 바람직하고, 0.005%로 하면 한층 더 바람직하다.

또한, 상기의 Ta, Hf 및 Zr은, 그 중의 어느 1종만, 또는 2종 이상의 복합으로 함유할 수 있다. 함유시키는 경우의 이들 원소의 합계량은 0.3%이어도 상관없지만, 0.15% 이하인 것이 바람직하다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예

표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 오스테나이트계의 합금 A1~A11 및 B1~B8를 용해하고, 열간 단조, 열간 압연, 열처리 및 기계 가공에 의해, 판두께 20㎜, 폭 50㎜, 길이 100㎜의 판재를 제작했다.

표 1 중의 합금 A1~A11은, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 합금이다. 한편, 합금 B1~B8은, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어난 합금이다.

상기의 판두께 20㎜, 폭 50㎜, 길이 100㎜의 각 판재의 길이 방향으로, 도 1에 나타내는 형상의 개선을 가공하고, 용접 와이어(AWS 규격 A5. 14　ERNiCrCoMo-1)을 이용하여, 입열 9kJ/cm로 TIG 용접에 의해 첫 층 용접을 행한 후, 두께 25㎜, 폭 200㎜, 길이 200㎜의 SM400C 강판(JIS 규격　G　3106(2008)) 상에, 피복 아크 용접봉(JIS 규격　Z　3224(2007)　DNiCrFe-3)을 이용하여 둘레를 구속 용접했다.

그 후, 같은 용접 와이어를 이용하여, 입열 9~15kJ/cm로 TIG 용접에 의해 개선 내에 적층 용접을 행하고, 각 시험 기호에 대해서 2체씩 조인트를 제작했다. 그리고, 각 시험 기호에 대해서 1체는 용접채, 나머지 1체는 700℃×100 시간의 시효 열처리를 행하고 시험에 제공했다.

구체적으로는, 상기의 용접채의 각 용접 조인트로부터 횡단면 시료를 채취하고, 단면을 경면 연마, 부식한 후, 광학 현미경에 의해 검사하여, HAZ의 액화 균열의 유무를 조사했다.

또, 용접채의 각 용접 조인트로부터 용융 경계가 평행부 중앙이 되도록 환봉 크리프 파단 시험편을 채취하고, 모재의 목표 파단 시간이 1000시간 이상인 700℃, 176MPa의 조건으로 크리프 파단 시험을 행했다. 그리고, 크리프 파단 시간이 모재의 목표 파단 시간인 1000시간을 웃도는 것을 「합격」이라고 했다.

더욱이, 상기의 용접채의 용접 조인트 및 용접 시공 후에 700℃×100시간의 시효 열처리를 실시한 용접 조인트의 각각으로부터, 용융 경계에 노치를 가공한 JIS Z2242(2005)에 기재된 폭 5㎜의 서브 사이즈 샤르피 V 노치 시험편을 채취하고, 0℃에서의 충격 시험에 제공하여 인성을 조사했다. 그리고, 시효 열처리를 실시한 경우에, 흡수 에너지의 감소가 50J를 넘지 않는 것을 「합격」이라고 했다.

표 2에, 상기의 시험 결과를 정리하여 나타낸다. 또한, 표 2의 「HAZ의 액화 균열」란에 있어서의 「○」는, 균열이 인정되지 않은 것을, 한편, 「×」는, 균열이 인정되는 것을 나타낸다. 또, 「크리프 파단 시험」란에 있어서의 「○」는, 상기 조건 하에서의 크리프 파단 시간이 모재의 목표 파단 시간인 1000 시간을 웃도는 「합격」인 것을 나타내고, 「×」는, 크리프 파단 시간이 1000시간에 이르지 않은 것을 나타낸다. 또한, 「인성」란에 있어서의 「○」는, 시효 열처리를 실시한 경우에, 흡수 에너지의 감소가 50J를 초과하지 않는 「합격」인 것을 나타내고, 「×」는 흡수 에너지의 감소가 50J를 초과한 것을 나타낸다.

표 2로부터, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 합금 A1~A11을 이용한 시험 기호 1~11의 경우, HAZ의 액화 균열은 인정되지 않고, 또한, 크리프 파단 특성 및 장시간 가열 후의 인성에도 뛰어난 것이 분명하다.

이에 대해서, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어난 합금 B1~B8을 이용한 시험 기호 12~19의 경우, HAZ의 액화 균열, 크리프 파단 특성 및 장시간 가열 후의 인성의 적어도 어느 하나의 특성이 떨어져 있다.

Nd를 함유하지 않는 합금 B1을 이용한 시험 기호 12는, P가 HAZ의 액화 균열 및 인성에 미치는 악영향을 없애는 효과를 얻을 수 없었기 때문에, HAZ의 액화 균열이 발생함과 더불어, 장시간 가열 후에 인성이 저하했다.

시험 기호 13은, 이용한 합금 B2가 Nd는 포함하지만, P, B 및 Cr로 규정되는 F2가 0.035를 초과하기 때문에, HAZ의 액화 균열이 발생함과 더불어, 장시간 가열 후에 인성 저하가 생겼다.

시험 기호 14는, 이용한 합금 B3이 Nd를 함유하지 않는 것에 더하여 P, B 및 Cr로 규정되는 F2가 0.035를 넘기 때문에, HAZ의 액화 균열이 발생함과 더불어, 장시간 가열 후의 인성 저하가 현저했다.

시험 기호 15는, 이용한 합금 B4가 Nd를 함유하고, 또한 P, B 및 Cr로 규정되는 F2가 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하기 때문에, HAZ의 액화 균열은 발생하지 않았다. 그러나, 합금 B4가 B를 함유하고 있지 않기 때문에, 충분한 크리프 강도를 얻을 수 없었다.

시험 기호 16은, 이용한 합금 B5가 Nd, P, B, Cr의 각 함유량 및 F2가 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하기 때문에, HAZ의 액화 균열은 발생하지 않았다. 그러나, 합금 B5는 Al, Ti 및 Nb로 규정되는 F1가 12를 초과하기 때문에, 장시간 가열 후의 인성 저하가 현저했다.

시험 기호 17 및 18은, 각각 이용한 합금 B6 및 B7이 REM으로 총칭되는 La 혹은/및 Ce를 함유하지만, Nd를 함유하고 있지 않기 때문에, P가 HAZ의 액화 균열 및 인성에 미치는 악영향을 없애는 효과를 얻지 못하고, HAZ의 액화 균열이 발생 함과 더불어, 장시간 가열 후에 인성이 저하했다.

시험 기호 19는, 이용한 합금 B8이 Nd, P, B, Cr의 각 함유량 및 F2가 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하기 때문에, HAZ의 액화 균열은 발생하지 않았다. 그러나, 합금 B8은 Al, Ti 및 Nb로 규정되는 F1이 1을 밑돌기 때문에, 충분한 크리프 강도를 얻을 수 없었다.

(산업상의 이용 가능성)

Claims

질량%로, C:0.15% 이하, Si:2% 이하, Mn:3% 이하, Ni:40~60%, Co:10.05~25% 및 Cr:15% 이상 28% 미만과,
Mo:12% 이하 및 W:4% 미만 중 한쪽 또는 양쪽을 합계로 0.1~12%와,
Nd:0.001~0.1%, B:0.0005~0.006%, N:0.03% 이하 및 O:0.03% 이하와,
Al:3% 이하, Ti:3% 이하 및 Nb:3% 이하 중 1종 이상을 함유하고,
잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 P 및 S가 P:0.03% 이하 및 S:0.01% 이하이며, 또한 하기의 (1)식에서 나타내어지는 파라미터 F1이 1 이상 11 이하이고, 또한, 하기의 (2)식에서 나타내어지는 파라미터 F2가 0.035 이하인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 내열 합금.
F1=4×Al＋2×Ti＋Nb···(1)
F2=P＋0.2×Cr×B···(2)
여기서, 식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 함유량을 나타낸다.
청구항 1에 있어서,
Fe의 일부를 대신하여, 질량%로, 하기의 제1군 및 제2군에 게재된 원소로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 내열 합금.
제1군:Ca:0.02% 이하, Mg:0.02% 이하, La:0.1% 이하 및 Ce:0.1% 이하
제2군:Ta:0.1% 이하, Hf:0.1% 이하 및 Zr:0.1% 이하