KR20180012813A - Austenitic heat-resistant alloys and welded structures - Google Patents

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가쓰키 다나카
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Abstract

우수한 내균열성 및 고온 강도가 안정적으로 얻어지는 오스테나이트계 내열합금을 제공한다. 오스테나이트계 내열합금은, 화학 조성이, 질량%로, C:0.04~0.14%, Si:0.05~1%, Mn:0.5~2.5%, P:0.03% 이하, S:0.001% 미만, Ni:23~32%, Cr:20~25%, W:1~5%, Nb:0.1~0.6%, V:0.1~0.6%, N:0.1~0.3%, B:0.0005~0.01%, Sn:0.001~0.02%, Al:0.03% 이하, O:0.02% 이하, Ti:0~0.5%, Co:0~2%, Cu:0~4%, Mo:0~4%, Ca:0~0.02%, Mg:0~0.02%, REM:0~0.2%, 잔부:Fe 및 불순물이며, 결정입경이 ASTM E112에 규정되는 결정입도 번호로 2.0번 이상 7.0번 미만인 조직을 가진다. An austenitic heat-resistant alloy capable of stably obtaining excellent crack resistance and high temperature strength. The austenitic heat-resistant alloy according to claim 1, wherein the chemical composition is 0.04 to 0.14% of C, 0.05 to 1% of Si, 0.5 to 2.5% of Mn, 0.03% or less of P, V: 0.1 to 0.6%, N: 0.1 to 0.3%, B: 0.0005 to 0.01%, Sn: 0.001 0 to 4%, 0 to 4% of Mo, 0 to 4% of Ca, 0 to 0.02% of Ca, 0 to 2% of Cr, 0 to 4% 0 to 0.02% of Mg, 0 to 0.2% of REM, and the remainder of Fe and impurities. The crystal grain size is not less than 2.0 and not more than 7.0 in terms of the grain size number specified in ASTM E112.

Description

오스테나이트계 내열합금 및 용접 구조물Austenitic heat-resistant alloys and welded structures

본 발명은, 오스테나이트계 내열합금, 및 그 합금을 구비하는 용접 구조물에 관한 것이다.The present invention relates to an austenitic heat-resistant alloy, and a welded structure comprising the alloy.

최근, 환경 부하 저감의 관점에서, 발전용 보일러 등의 운전 조건의 고온·고압화가 세계적 규모로 진행되고 있다. 과열 기관이나 재열 기관에 사용되는 재료에는, 보다 우수한 고온 강도나 내식성이 요구되고 있다.In recent years, from the viewpoint of reducing the environmental load, the high temperature and high-pressure operation of the operating conditions of the power generation boiler and the like are progressing on a global scale. Materials used for superheating or reheating engines are required to have better high temperature strength and corrosion resistance.

이러한 요구를 만족하는 재료로서, 다량의 질소를 함유시킨 다양한 오스테나이트계 내열합금이 개시되어 있다.As a material satisfying such a demand, various austenitic heat-resistant alloys containing a large amount of nitrogen have been disclosed.

예를 들면, 일본국 특허공개 2004-250783호 공보에는, N을 0.1~0.35%, Cr을 22% 초과 30% 미만으로 함과 함께 금속 조직을 규정한, 고온 강도와 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강이 제안되어 있다.For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-250783 discloses an austenitic stainless steel excellent in high-temperature strength and corrosion resistance, in which N is 0.1 to 0.35%, Cr is more than 22% and less than 30% Steel has been proposed.

일본국 특허공개 2009-084606호 공보에는, N을 0.1~0.35%, Cr을 22% 초과 30% 미만으로 함과 함께 불순물 원소를 규정한, 고온 강도 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강이 제안되어 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-084606 proposes an austenitic stainless steel excellent in high temperature strength and high corrosion resistance, in which N is 0.1 to 0.35%, Cr is more than 22% and less than 30%, and impurity elements are defined .

일본국 특허공개 2012-1749호 공보에는, N을 0.09~0.30% 포함하고, Mo와 W를 다량으로 복합 첨가한 고온 강도 및 열간 가공성이 우수한 오스테나이트계 내열강이 개시되어 있다.Japanese Unexamined Patent Publication (KOKAI) No. 12-1749 discloses an austenitic heat-resistant steel containing 0.09 to 0.30% of N and having a high temperature strength and excellent hot workability in which Mo and W are added in a large amount.

국제 공개 제2009/044796호에는, N을 0.03~0.35%, 및 Nb, V, 및 Ti 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는, 고강도의 오스테나이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.WO 2009/044796 discloses high strength austenitic stainless steels comprising 0.03-0.35% N and one or more of Nb, V and Ti.

이러한 오스테나이트계 내열합금은, 일반적으로는 용접에 의해 조립된 후, 고온에서의 사용에 제공된다. 그러나, 고N을 함유하는 오스테나이트계 내열합금을 이용한 용접 구조물을 고온에서 장시간 사용하면, SIPH(Strain Induced Precipitation Hardening:변형 야기 석출 경화) 균열로 불리는 균열이 용접열 영향부에서 발생하는 경우가 있다.These austenitic heat-resistant alloys are generally provided for use at high temperatures after being assembled by welding. However, when a welded structure using a high-N content austenitic heat-resistant alloy is used at a high temperature for a long time, cracks called SIPH (Strain Induced Precipitation Hardening) cracks sometimes occur in the weld heat affected zone .

상술한 국제 공개 제2009/044796호에는, 입계를 취화하는 원소와 입내를 강화하는 원소를 소정의 범위로 규정함으로써, 장시간 사용 시에 발생하는 균열을 방지할 수 있다고 기재되어 있다. 확실히 특정의 조건에서는, 이러한 재료에 의해 균열을 방지할 수 있다. 그러나, 최근, 다량의 W, Mo 등을 첨가하여, 한층 더 고온 강도 등의 성능의 향상을 도모한 오스테나이트계 내열합금이 이용되고 있다. 이러한 오스테나이트계 내열합금에서는, 용접의 조건, 구조물의 형상, 치수 등에 따라, 안정적으로 균열을 방지할 수 없는 경우가 있다. 구체적으로는, 용접입열을 크게 하거나, 판두께를 두껍게 하거나, 650℃를 넘는 고온에서 사용하면, 안정적으로 균열을 방지할 수 없는 경우가 있다.The above-mentioned International Publication No. 2009/044796 discloses that it is possible to prevent cracks occurring at the time of use for a long period of time by defining the element for brittle the grain boundary and the element for strengthening the grain within a predetermined range. Certainly under certain conditions, cracking can be prevented by such a material. However, recently, austenitic heat-resistant alloys have been used in which a large amount of W, Mo or the like is added to further improve the performance such as high temperature strength. Such an austenitic heat-resistant alloy may not be able to prevent cracks stably depending on the welding conditions, the shape and dimensions of the structure, and the like. Specifically, when the heat input to the welding is increased, the thickness of the plate is increased, or the temperature is higher than 650 DEG C, cracking can not be stably prevented in some cases.

본 발명의 목적은, 우수한 내균열성 및 고온 강도가 안정적으로 얻어지는 오스테나이트계 내열합금을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an austenitic heat-resistant alloy which can stably obtain excellent crack resistance and high temperature strength.

본 발명의 일실시 형태에 의한 오스테나이트계 내열합금은, 화학 조성이, 질량%로, C:0.04~0.14%, Si:0.05~1%, Mn:0.5~2.5%, P:0.03% 이하, S:0.001% 미만, Ni:23~32%, Cr:20~25%, W:1~5%, Nb:0.1~0.6%, V:0.1~0.6%, N:0.1~0.3%, B:0.0005~0.01%, Sn:0.001~0.02%, Al:0.03% 이하, O:0.02% 이하, Ti:0~0.5%, Co:0~2%, Cu:0~4%, Mo:0~4%, Ca:0~0.02%, Mg:0~0.02%, REM:0~0.2%, 잔부:Fe 및 불순물이며, 결정입경이 ASTM E112에 규정되는 결정입도 번호로 2.0번 이상 7.0번 미만인 조직을 가진다.The austenitic heat-resistant alloy according to one embodiment of the present invention has a chemical composition of 0.04 to 0.14% of C, 0.05 to 1% of Si, 0.5 to 2.5% of Mn, 0.03% or less of P, S: less than 0.001%, Ni: 23 to 32%, Cr: 20 to 25%, W: 1 to 5%, Nb: 0.1 to 0.6%, V: 0.1 to 0.6% 0 to 4% of Co, 0 to 4% of Mo, 0 to 4% of Cr, 0 to 4% of Cr, 0 to 4% of Cr, 0 to 4% of Cr, %, Ca: 0 to 0.02%, Mg: 0 to 0.02%, REM: 0 to 0.2%, balance: Fe and impurities and having a crystal grain size of not less than 2.0 times and not more than 7.0 times the crystal grain size specified in ASTM E112 I have.

본 발명에 의하면, 우수한 내균열성 및 고온 강도가 안정적으로 얻어지는 오스테나이트계 내열합금이 얻어진다.According to the present invention, an austenitic heat-resistant alloy capable of stably obtaining excellent crack resistance and high temperature strength can be obtained.

도 1은, 실시예에서 제작한 판의 개선(開先)의 형상을 나타내는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a shape of an improvement (opening) of a plate manufactured in the embodiment.

본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해 상세한 조사를 행했다. 그 결과, 이하에 서술하는 지견을 발견했다.The present inventors conducted a detailed investigation to solve the above problems. As a result, we found the following knowledge.

고N을 함유하는 오스테나이트계 내열합금을 사용한 용접 이음매에 있어서, 사용 중에 발생한 SIPH 균열을 상세하게 조사했다. 그 결과, (1) 균열은 용융선 근방의 조립(粗粒)의 용접열 영향부의 결정입계에 발생하며, (2) 그 균열 파면 상으로부터는, S의 명료한 농화가 검출되었다. 또한, (3) 균열 근방의 입내에는, 질화물이나 탄질화물이 다량으로 석출되어 있었다. 특히, Nb를 다량으로 함유하는 경우에 현저했다. 이에 더하여, (4) 사용한 오스테나이트계 내열합금의 초기의 결정입경이 클 수록, 용접열 영향부의 결정입경도 커져, 균열이 발생하기 쉬워지는 것을 알 수 있었다.In the welded joint using a high-N content austenitic heat-resistant alloy, the SIPH crack generated during use was examined in detail. As a result, (1) the cracks occurred at the grain boundaries of the weld heat affected zone of the coarse grains in the vicinity of the melt wire, and (2) a clear thickening of S was detected from the crack wavefront. (3) In the mouth near the crack, a large amount of nitride or carbonitride was precipitated. Particularly, it was remarkable when Nb was contained in a large amount. In addition, it was found that the larger the initial crystal grain size of the austenite heat-resistant alloy used (4), the larger the grain size of the weld heat affected zone and the easier the cracks to occur.

이들로부터, SIPH 균열은, 고온에서의 사용 중에 입내에 다량의 질화물이나 탄질화물이 석출되는 것에 기인하며, 입내가 변형되기 어려워짐으로써, 크리프 변형이 입계에 집중되는 결과로서 개구에 이른 것이라고 생각할 수 있었다. S는, 용접 중 또는 사용 중에 입계에 편석되어, 입계의 결합력을 저하시킨다. 또, 결정입경이 클 수록, 단위체적당 결정입계의 면적이 감소한다. 결정입계는, 질화물이나 탄질화물의 핵생성 사이트로서 기능한다. 그 때문에, 결정입계가 감소하면, 질화물이나 탄질화물이 보다 다량으로 입내에 석출되기 쉬워진다. 이에 더하여, 사용 중에 받는 외력, 예를 들면 용접 잔류 응력 등에 기인하여 생기는 크리프 변형이, 특정의 입계면에 보다 집중되기 쉬워진다. 그 때문에, 모재의 초기의 결정입경이 클 수록, 균열이 생기기 쉬워진다고 생각할 수 있었다. 특히 650℃를 넘는 고온에서는, 석출물이 단시간에 석출되는 것에 더하여, 입계 편석도 조기에 생기기 때문에, 문제가 표면화되기 쉬워진다고 생각할 수 있었다.From these results, it can be considered that the SIPH crack is attributed to the fact that a large amount of nitride or carbonitride is precipitated in the mouth during use at a high temperature, and that the creep strain is concentrated on the grain boundaries there was. S is segregated at the grain boundaries during welding or during use, and the bonding force of the grain boundaries is lowered. In addition, the larger the crystal grain size, the smaller the grain boundary area per unit volume. The grain boundaries function as nucleation sites of nitrides and carbonitrides. Therefore, when the grain boundary is decreased, nitride and carbonitride are liable to precipitate in a larger amount in the mouth. In addition, creep deformation caused by an external force applied during use, for example, welding residual stress, etc., is more likely to be concentrated at a specific grain boundary surface. Therefore, it was thought that the larger the initial crystal grain size of the base material, the easier cracks to occur. Particularly, at a high temperature exceeding 650 占 폚, precipitates are precipitated in a short period of time, and since grain boundary segregation occurs early, it is considered that the problem becomes more susceptible to surface appearance.

이 균열을 방지하기 위해서는, 석출 강화나 고용 강화에 의해 입내의 변형 저항을 높이는 원소를 줄이는 것이 유효하다. 그러나, 이들 원소는, 고온에서의 크리프 강도 확보의 관점에서는 필수의 원소이다. 그 때문에, 균열의 방지와 고온에서의 크리프 강도 확보는 트레이드 오프의 관계에 있어, 이들을 양립시키는 것은 곤란하다.In order to prevent this cracking, it is effective to reduce the elements that increase the deformation resistance in the mouth by precipitation strengthening or solid solution strengthening. However, these elements are indispensable elements in terms of securing creep strength at high temperatures. Therefore, there is a trade-off relationship between the prevention of cracking and the securing of creep strength at a high temperature, and it is difficult to make them compatible.

검토를 거듭한 결과, C:0.04~0.14%, Si:0.05~1%, Mn:0.5~2.5%, P:0.03% 이하, Ni:23~32%, Cr:20~25%, W:1~5%, N:0.1~0.3%, B:0.0005~0.01%, Al:0.03% 이하, 및 O:0.02% 이하를 포함하는 오스테나이트계 내열합금에 있어서, SIPH 균열을 방지하기 위해서는, Nb 및 S함유량을 각각, 0.1~0.6% 및 0.001% 미만으로 엄밀하게 관리함과 함께, 모재의 초기 입경을 ASTM(American Society for Testing and Material:미국 재료 시험 협회)에 규정되는 결정입도 번호를 2.0번 이상으로 하는 것이 유효한 것을 분명히 했다. 그러나, 결정입경을 필요 이상으로 세밀하게 함과 함께, Nb함유량을 제한하면, 모재의 크리프 강도가 소정의 값을 만족하지 않게 된다. 그 때문에, 결정입경은 결정입도 번호로 7.0번 미만으로 할 필요가 있는 것을 알 수 있었다. 이에 더하여, Nb보다 석출 강화능이 낮은 V를 0.1~0.6% 함유시키는 것이, 내SIPH 균열성을 해치지 않고, 소정의 크리프 강도를 만족시키기 위해 필요하다는 것이 판명되었다.As a result of repeated investigations, it has been found that the alloy containing 0.04 to 0.14% of C, 0.05 to 1% of Si, 0.5 to 2.5% of Mn, 0.03% or less of P, 23 to 32% of Ni, 20 to 25% of Cr, In order to prevent SIPH cracks in the austenitic heat-resistant alloys containing at least one of Nb and at least one element selected from the group consisting of Nb and at least one element selected from the group consisting of Nb, S content is controlled to be 0.1 to 0.6% and less than 0.001%, respectively, and the initial particle size of the base material is controlled to 2.0 or more as determined by the American Society for Testing and Material (ASTM) It is clear that it is effective to do. However, if the crystal grain size is made finer than necessary and the Nb content is restricted, the creep strength of the base material does not satisfy the predetermined value. Therefore, it was found that the crystal grain size needs to be less than 7.0 as the crystal grain size number. In addition, it has been found that the inclusion of 0.1 to 0.6% of V having a lower precipitation strengthening ability than Nb is necessary to satisfy a predetermined creep strength without damaging the SIPH cracking property.

그런데, 이러한 대책으로 SIPH 균열은 확실히 방지할 수 있는 것을 확인할 수 있었지만, 검토를 계속하는 중 다른 문제가 생길 가능성이 있는 것이 판명되었다.It has been confirmed that SIPH crack can be surely prevented by such measures, but it has been found that there is a possibility that another problem may arise while continuing the examination.

상술과 같이, 오스테나이트계 내열합금은, 용접에 의해 조립되는 경우가 많다. 이들을 용접하는 경우, 통상은 용가 재료를 사용한다. 그러나, 소형의 박육(薄肉) 부품이나, 후육(厚肉) 부품이라 해도 초층 용접이나 가접 용접에 있어서는, 용가 재료를 사용하지 않고 가스 쉴드 아크 용접하는 경우가 있다. 이 때, 용입(溶入) 깊이가 불충분하면, 미용융의 맞댐면이 결함으로서 잔존하여, 용접 이음매에 있어서 필요한 강도가 얻어지지 않는다. S는, 내SIPH 균열성을 저하시키는 한편, 용입 깊이를 증대시키는 효과를 가진다. 그 때문에, 내SIPH 균열성의 관점에서 S량을 0.001% 미만으로 엄밀하게 관리하면, 용입 부족의 문제가 표면화되기 쉬운 것을 알 수 있었다.As described above, austenitic heat-resistant alloys are often assembled by welding. When these are welded, usually a consumable material is used. However, even in the case of small-sized thin-walled parts and thick-walled parts, gas-shielded arc welding may be carried out without using a consumable material in the case of super-layer welding or seamless welding. At this time, if the penetration depth is insufficient, the abutting surface of unmelted remains as a defect, and the required strength in the welded joint is not obtained. S has the effect of lowering the SIPH cracking resistance on the one hand and increasing the penetration depth. Therefore, from the viewpoint of the SIPH cracking resistance, if the S content is strictly controlled to be less than 0.001%, it is found that the problem of insufficient penetration tends to surface.

용입 부족을 방지하기 위해서는, 단순하게는 용접입열을 크게 하면 된다. 그러나, 용접입열을 크게 하면, 용접열 영향부의 조대화가 조장되어, 모재의 초기 입경을 결정입도 번호로 2.0번 이상으로 해도 SIPH 균열을 방지할 수 없게 되었다.In order to prevent insufficient penetration, it is sufficient to increase the heat input of the welding simply. However, if the heat input to the welding is increased, coarsening of the weld heat affected zone is promoted, and even if the initial particle size of the base material is 2.0 or more as the crystal grain size number, it is impossible to prevent SIPH cracking.

검토한 결과, 용입 불량을 안정적으로 방지하고 싶은 경우, Sn을 0.001~0.02%의 범위에서 함유시키는 것이 유효한 것을 발견했다. 이것은, Sn이 용접 중의 용융지 표면으로부터 증발하기 쉬워, 아크 중에서 이온화됨으로써, 통전 경로의 형성에 기여하여 아크의 전류 밀도를 높이는 것에 의한 것이라고 생각할 수 있었다.As a result of the investigation, it has been found that it is effective to contain Sn in a range of 0.001 to 0.02% in order to stably prevent penetration failure. This could be attributed to Sn being easily evaporated from the surface of the melting paper during welding and being ionized in the arc, thereby contributing to the formation of a current carrying path and increasing the current density of the arc.

이상의 지견에 의거하여, 본 발명은 완성되었다. 이하, 본 발명의 일실시 형태에 의한 오스테나이트계 내열합금을 상세히 서술한다.Based on the above findings, the present invention has been completed. Hereinafter, an austenitic heat-resistant alloy according to one embodiment of the present invention will be described in detail.

[화학 조성][Chemical Composition]

본 실시 형태에 의한 오스테나이트계 내열합금은, 이하에 설명하는 화학 조성을 가진다. 이하의 설명에 있어서, 원소의 함유량의 「%」는, 질량%를 의미한다.The austenitic heat-resistant alloy according to the present embodiment has the chemical composition described below. In the following description, "%" of the content of element means% by mass.

C:0.04~0.14%C: 0.04 to 0.14%

탄소(C)는, 오스테나이트 조직을 안정적으로 함과 함께, 미세한 탄화물을 형성하여 고온 사용 중의 크리프 강도를 향상시킨다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.04% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나, C를 과잉으로 함유하면, 탄화물이 다량으로 석출되어, 내SIPH 균열성이 저하된다. 그 때문에, 상한은 0.14%로 한다. C함유량의 하한은, 바람직하게는 0.05%이며, 더 바람직하게는 0.06%이다. C함유량의 상한은, 바람직하게는 0.13%이며, 더 바람직하게는 0.12%이다.Carbon (C) stabilizes the austenite structure and forms fine carbides to improve the creep strength during high temperature use. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 0.04% or more. However, when C is excessively contained, a large amount of carbide precipitates, and the SIPH cracking resistance is deteriorated. Therefore, the upper limit is set to 0.14%. The lower limit of the C content is preferably 0.05%, more preferably 0.06%. The upper limit of the C content is preferably 0.13%, more preferably 0.12%.

Si:0.05~1%Si: 0.05 to 1%

실리콘(Si)은, 탈산 작용을 가짐과 함께, 고온에서의 내식성 및 내산화성의 향상에 유효한 원소이다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.05% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나, Si를 과잉으로 함유하면, 조직의 안정성이 저하되어, 인성 및 크리프 강도의 저하를 초래한다. 그 때문에, 상한은 1%로 한다. Si함유량의 하한은, 바람직하게는 0.08%이며, 더 바람직하게는 0.1%이다. Si함유량의 상한은, 바람직하게는 0.6%이며, 더 바람직하게는 0.5%이다.Silicon (Si) is an element effective for deoxidizing and improving corrosion resistance and oxidation resistance at high temperatures. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 0.05% or more. However, if Si is contained excessively, the stability of the structure is deteriorated and the toughness and the creep strength are lowered. Therefore, the upper limit is set to 1%. The lower limit of the Si content is preferably 0.08%, more preferably 0.1%. The upper limit of the Si content is preferably 0.6%, more preferably 0.5%.

Mn:0.5~2.5%Mn: 0.5 to 2.5%

망간(Mn)은, Si와 마찬가지로, 탈산 작용을 가진다. Mn은 또, 오스테나이트 조직의 안정화에 기여한다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.5% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나, Mn을 과잉으로 함유하면, 합금의 취화를 초래하며, 또한, 크리프 연성이 저하된다. 그 때문에, 상한은 2.5%로 한다. Mn함유량의 하한은, 바람직하게는 0.6%이며, 더 바람직하게는 0.7%이다. Mn함유량의 상한은, 바람직하게는 2%이며, 더 바람직하게는 1.5%이다.Manganese (Mn), like Si, has a deoxidizing action. Mn also contributes to the stabilization of the austenite structure. In order to sufficiently obtain this effect, it is necessary to contain not less than 0.5%. However, if Mn is excessively contained, it causes brittleness of the alloy, and creep ductility also deteriorates. Therefore, the upper limit is 2.5%. The lower limit of the Mn content is preferably 0.6%, more preferably 0.7%. The upper limit of the Mn content is preferably 2%, more preferably 1.5%.

P:0.03% 이하P: not more than 0.03%

인(P)은, 불순물로서 합금 중에 포함되며, 용접 중에 용접열 영향부의 결정입계에 편석되어 액화 균열 감수성을 높인다. P는 또한, 장시간 사용 후의 크리프 연성을 저하시킨다. 그 때문에, P함유량에는 상한을 설정하여 0.03% 이하로 한다. P함유량의 상한은, 바람직하게는 0.028%, 더 바람직하게는 0.025%이다. P함유량은 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 극도의 저감은 제강 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, P함유량의 하한은, 바람직하게는 0.0005%이며, 더 바람직하게는 0.0008%이다.Phosphorus (P) is contained in the alloy as an impurity and is segregated at the crystal grain boundaries of the weld heat affected zone during welding to enhance liquefaction crack susceptibility. P also lowers the creep ductility after prolonged use. Therefore, the upper limit of the P content is set to 0.03% or less. The upper limit of the P content is preferably 0.028%, more preferably 0.025%. The P content is preferably reduced as much as possible, but extreme reduction results in an increase in steelmaking cost. Therefore, the lower limit of the P content is preferably 0.0005%, and more preferably 0.0008%.

S:0.001% 미만S: less than 0.001%

유황(S)은, P와 마찬가지로 불순물로서 합금 중에 포함되며, 용접 중에 용접열 영향부의 결정입계에 편석되어 액화 균열 감수성을 높인다. S는 또한, 장시간 사용 중에 결정입계에 편석되어 취화를 초래하며, 내SIPH 균열성을 크게 저하시키는 원소이다. 본 실시 형태의 화학 조성의 범위에 있어서 이들을 방지하기 위해서는, S함유량을 0.001% 미만으로 할 필요가 있다. S함유량의 상한은, 바람직하게는 0.0008%이며, 더 바람직하게는 0.0005%이다. S함유량은 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 극도의 저감은 제강 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, S함유량의 하한은, 바람직하게는 0.0001%이며, 더 바람직하게는 0.0002%이다.Sulfur (S) is contained in the alloy as an impurity in the same manner as P, and is segregated at the grain boundaries of the weld heat affected zone during welding, thereby enhancing the susceptibility to cracking in liquefaction. S is also an element that segregates at grain boundaries during prolonged use to cause embrittlement and greatly deteriorates SIPH cracking resistance. In order to prevent these in the range of the chemical composition of the present embodiment, the S content should be less than 0.001%. The upper limit of the S content is preferably 0.0008%, and more preferably 0.0005%. The S content is preferably reduced as much as possible, but extreme reduction results in an increase in steelmaking cost. Therefore, the lower limit of the S content is preferably 0.0001%, and more preferably 0.0002%.

Ni:23~32%Ni: 23 to 32%

니켈(Ni)은, 장시간 사용 시의 오스테나이트상의 안정성을 확보하기 위해 필수의 원소이다. 본 실시 형태의 Cr, W함유량의 범위에서 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, Ni를 23% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나, Ni는 고가의 원소이며, 다량의 함유는 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, 상한은 32%로 한다. Ni함유량의 하한은, 바람직하게는 25%이며, 더 바람직하게는 25.5%이다. Ni함유량의 상한은, 바람직하게는 31.5%이며, 더 바람직하게는 31%이다.Nickel (Ni) is an essential element for ensuring the stability of the austenite phase when used for a long time. In order to sufficiently obtain this effect in the range of Cr and W contents in the present embodiment, it is necessary to contain Ni at 23% or more. However, Ni is an expensive element, and a large amount of Ni causes an increase in cost. Therefore, the upper limit is set to 32%. The lower limit of the Ni content is preferably 25%, more preferably 25.5%. The upper limit of the Ni content is preferably 31.5%, more preferably 31%.

Cr:20~25%Cr: 20 to 25%

크롬(Cr)은, 고온에서의 내산화성 및 내식성의 확보를 위해 필수의 원소이다. Cr은 또, 미세한 탄화물을 형성하여 크리프 강도의 확보에도 기여한다. 본 실시 형태의 Ni함유량의 범위에서 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, Cr을 20% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나, Cr을 과잉으로 함유하면, 고온에서의 오스테나이트상의 조직 안정성이 열화되어 크리프 강도가 저하된다. 그 때문에, 상한은 25%로 한다. Cr함유량의 하한은, 바람직하게는 20.5%이며, 더 바람직하게는 21%이다. Cr함유량의 상한은, 바람직하게는 24.5%이며, 더 바람직하게는 24%이다.Chromium (Cr) is an essential element for ensuring oxidation resistance and corrosion resistance at high temperatures. Cr also forms fine carbides and contributes to ensuring creep strength. In order to sufficiently obtain this effect in the Ni content range of the present embodiment, it is necessary to contain Cr of 20% or more. However, when Cr is excessively contained, the stability of the austenite phase at high temperature is deteriorated and the creep strength is lowered. Therefore, the upper limit is set to 25%. The lower limit of the Cr content is preferably 20.5%, more preferably 21%. The upper limit of the Cr content is preferably 24.5%, more preferably 24%.

W:1~5%W: 1-5%

텅스텐(W)은, 매트릭스에 고용되거나, 또는 미세한 금속간 화합물을 형성하여, 고온에서의 크리프 강도나 인장 강도의 향상에 크게 기여한다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 1% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나, W를 과잉으로 함유하면, 입내의 변형 저항이 높아져 내SIPH 균열성이 저하됨과 함께, 크리프 강도가 저하되는 경우가 있다. 또한, W는 고가의 원소이며, 다량의 함유는 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, 상한은 5%로 한다. W함유량의 하한은, 바람직하게는 1.2%이며, 더 바람직하게는 1.5%이다. W함유량의 상한은, 바람직하게는 4.5%이며, 더 바람직하게는 4%이다.Tungsten (W) is dissolved in a matrix or forms a fine intermetallic compound, which contributes greatly to improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 1% or more. However, if W is contained excessively, deformation resistance in the mouth is increased, and the SIPH cracking resistance is lowered, and the creep strength is sometimes lowered. Further, W is an expensive element, and a large amount of W causes an increase in cost. Therefore, the upper limit is set to 5%. The lower limit of the W content is preferably 1.2%, more preferably 1.5%. The upper limit of the W content is preferably 4.5%, more preferably 4%.

Nb:0.1~0.6%Nb: 0.1 to 0.6%

니오브(Nb)는, 미세한 MX형 탄질화물로서 석출되는 것에 더하여 Z상(CrNbN)으로서 입내에 석출되어, 고온에서의 크리프 강도나 인장 강도의 향상에 크게 기여한다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.1% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나, Nb를 과잉으로 함유하면, 이들 석출물에 의한 강화능이 너무 커서, 내SIPH 균열성이 저하됨과 함께, 크리프 연성 및 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 상한은 0.6%로 한다. Nb함유량의 하한은, 바람직하게는 0.12%이며, 더 바람직하게는 0.15%이다. Nb함유량의 상한은, 바람직하게는 0.55%이며, 더 바람직하게는 0.5%이다.Niobium (Nb) precipitates in the form of Z phase (CrNbN) in addition to being precipitated as fine MX type carbonitrides, and contributes greatly to improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 0.1% or more. However, if Nb is excessively contained, the ability of the precipitates to strengthen it is so large that the SIPH cracking resistance is lowered, and creep ductility and toughness are lowered. Therefore, the upper limit is 0.6%. The lower limit of the Nb content is preferably 0.12%, more preferably 0.15%. The upper limit of the Nb content is preferably 0.55%, more preferably 0.5%.

V:0.1~0.6%V: 0.1 to 0.6%

바나듐(V)은, 미세한 MX형 탄질화물로서 입내에 석출되어, 고온에서의 크리프 강도나 인장 강도의 향상에 기여한다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.1% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나, V를 과잉으로 함유하면, 탄질화물이 다량으로 석출되어 내SIPH 균열성이 저하됨과 함께, 크리프 연성 및 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 상한은 0.6%로 한다. V함유량의 하한은, 바람직하게는 0.12%이며, 더 바람직하게는 0.15%이다. V함유량의 상한은, 바람직하게는 0.55%이며, 더 바람직하게는 0.5%이다.Vanadium (V) precipitates in the mouth as fine MX-type carbonitrides, and contributes to improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 0.1% or more. However, when V is excessively contained, carbonitrides are precipitated in a large amount, and the SIPH cracking property is lowered, and creep ductility and toughness are lowered. Therefore, the upper limit is 0.6%. The lower limit of the V content is preferably 0.12%, more preferably 0.15%. The upper limit of the V content is preferably 0.55%, more preferably 0.5%.

N:0.1~0.3%N: 0.1 to 0.3%

질소(N)는, 오스테나이트 조직을 안정적으로 함과 함께, 매트릭스에 고용되거나, 또는 질화물로서 석출되어, 고온 강도의 향상에 기여한다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.1% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나, N을 과잉으로 함유하면, 단시간 사용 시에는 고용에 의해, 장시간 사용 중에는 다량의 미세 질화물이 입내에 석출됨으로써, 입내 변형 저항이 높아져, 내SIPH 균열성이 저하된다. 또한, 크리프 연성 및 인성이 저하된다. 그 때문에, 상한은 0.3%로 한다. N함유량의 하한은, 바람직하게는 0.12%이며, 더 바람직하게는 0.14%이다. N함유량의 상한은, 바람직하게는 0.28%이며, 더 바람직하게는 0.26%이다.Nitrogen (N) stabilizes the austenite structure and is dissolved in the matrix or precipitated as a nitride, thereby contributing to improvement of the high temperature strength. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 0.1% or more. However, if N is excessively contained, a large amount of fine nitrides are precipitated in the mouth during long-time use due to solidification during short-time use, thereby increasing intragranular deformation resistance and degrading SIPH cracking resistance. Also, creep ductility and toughness are lowered. Therefore, the upper limit is set to 0.3%. The lower limit of the N content is preferably 0.12%, more preferably 0.14%. The upper limit of the N content is preferably 0.28%, more preferably 0.26%.

B:0.0005~0.01%B: 0.0005 to 0.01%

붕소(B)는, 입계 탄화물을 미세하게 분산시킴으로써 크리프 강도를 향상시킴과 함께, 입계에 편석되어 입계를 강화한다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.0005% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나, B를 과잉으로 함유하면, 용접 중의 용접열 사이클에 의해 용융 경계 근방의 용접열 영향부에 B가 다량으로 편석되어 입계의 융점이 저하되고, 액화 균열 감수성이 높아진다. 그 때문에, 상한은 0.01%로 한다. B함유량의 하한은, 바람직하게는 0.0008이며, 더 바람직하게는 0.001%이다. B함유량의 상한은, 바람직하게는 0.008%이며, 더 바람직하게는 0.006%이다.Boron (B) improves the creep strength by finely dispersing the intergranular carbides, and segregates at the grain boundaries to strengthen the grain boundaries. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 0.0005% or more. However, when B is excessively contained, B is segregated to a large extent in the weld heat affected zone in the vicinity of the melting boundary due to the welding heat cycle during welding, so that the melting point of the grain boundary is lowered and the liquefaction crack susceptibility is enhanced. Therefore, the upper limit is set to 0.01%. The lower limit of the B content is preferably 0.0008, more preferably 0.001%. The upper limit of the B content is preferably 0.008%, more preferably 0.006%.

Sn:0.001~0.02%Sn: 0.001 to 0.02%

주석(Sn)은, 용융지로부터 증발하여 아크의 전류 밀도를 증대시킴으로써, 용접 시의 용입 깊이를 증대시키는 효과를 가진다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.001% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나, Sn을 과잉으로 함유하면, 용접 중의 용접열 영향부의 액화 균열 감수성 및 사용 중의 SIPH 균열 감수성이 높아진다. 그 때문에, 상한은 0.02%로 한다. Sn함유량의 하한은, 바람직하게는 0.0015%이며, 더 바람직하게는 0.002%이다. Sn함유량의 상한은, 바람직하게는 0.018%이며, 더 바람직하게는 0.015%이다.Tin (Sn) has the effect of increasing the depth of penetration during welding by evaporating from the melting paper to increase the current density of the arc. In order to obtain this effect sufficiently, it is necessary to contain 0.001% or more. However, when Sn is excessively contained, the susceptibility to liquefied cracks in the weld heat affected zone during welding and the susceptibility to cracking during SIPH during use increase. Therefore, the upper limit is set to 0.02%. The lower limit of the Sn content is preferably 0.0015%, more preferably 0.002%. The upper limit of the Sn content is preferably 0.018%, more preferably 0.015%.

Al:0.03% 이하Al: 0.03% or less

알루미늄(Al)은, 탈산 작용을 가진다. 그러나, Al를 과잉으로 함유하면, 합금의 청정성이 열화되어 열간 가공성이 저하된다. 그 때문에, 상한은 0.03%로 한다. Al함유량의 상한은, 바람직하게는 0.025%이며, 더 바람직하게는 0.02%이다. 하한은 특별히 설정할 필요는 없지만, 극도의 저감은 제강 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, Al함유량의 하한은, 바람직하게는 0.0005%이며, 더 바람직하게는 0.001%이다. 또한, 본 발명에 있어서는, Al은 산가용 Al(sol. Al)을 의미한다.Aluminum (Al) has a deoxidizing action. However, if Al is contained excessively, the cleanliness of the alloy deteriorates and the hot workability deteriorates. Therefore, the upper limit is set to 0.03%. The upper limit of the Al content is preferably 0.025%, more preferably 0.02%. The lower limit does not need to be specially set, but an extreme reduction results in an increase in steelmaking costs. Therefore, the lower limit of the Al content is preferably 0.0005%, and more preferably 0.001%. In the present invention, Al means an acid soluble Al (sol. Al).

O:0.02% 이하O: 0.02% or less

산소(O)는, 불순물로서 합금 중에 포함되며, 용접 중의 용입 깊이를 증대시키는 효과를 가진다. 그러나, O를 과잉으로 함유하면, 열간 가공성이 저하됨과 함께, 인성이나 연성이 열화된다. 그 때문에, 상한은 0.02%로 한다. O함유량의 상한은, 바람직하게는 0.018%이며, 더 바람직하게는 0.015%이다. 하한은 특별히 설정할 필요는 없지만, 극도의 저감은 제강 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, O함유량의 하한은, 바람직하게는 0.0005%, 더 바람직하게는 0.0008%이다.Oxygen (O) is contained in the alloy as an impurity and has an effect of increasing the depth of penetration during welding. However, when O is excessively contained, the hot workability is deteriorated and the toughness and ductility are deteriorated. Therefore, the upper limit is set to 0.02%. The upper limit of the O content is preferably 0.018%, more preferably 0.015%. The lower limit does not need to be specially set, but an extreme reduction results in an increase in steelmaking costs. Therefore, the lower limit of the O content is preferably 0.0005%, more preferably 0.0008%.

본 실시 형태에 의한 오스테나이트계 내열합금의 화학 조성의 잔부는, Fe 및 불순물이다. 여기서 말하는 불순물이란, 내열합금을 공업적으로 제조할 때에, 원료로서 이용되는 광석이나 스크랩으로부터 혼입되는 원소, 또는 제조 과정의 환경 등으로부터 혼입되는 원소를 의미한다.The balance of the chemical composition of the austenitic heat-resistant alloy according to the present embodiment is Fe and impurities. The impurities referred to herein means an element incorporated from an ore used as a raw material, an element incorporated from scrap, or an environment of a manufacturing process when industrially producing a heat resistant alloy.

본 실시 형태에 의한 오스테나이트계 내열합금의 화학 조성은, 상기의 Fe의 일부 대신에, 하기의 제1군에서 제3군 중 어느 하나의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유해도 된다. 하기의 원소는, 모두 선택 원소이다. 즉, 하기의 원소는, 모두 본 실시 형태에 의한 오스테나이트계 내열합금에 함유되어 있지 않아도 된다. 또, 일부 만이 함유되어 있어도 된다.The chemical composition of the austenitic heat-resistant alloy according to the present embodiment may contain at least one element selected from the group consisting of the first to third groups described below instead of the above-mentioned part of Fe. The following elements are all optional elements. That is, the following elements are not necessarily contained in the austenitic heat-resistant alloy according to the present embodiment. In addition, only a part of them may be contained.

보다 구체적으로는, 예를 들면, 제1군에서 제3군까지의 군 중에서 1개의 군 만을 선택하고, 그 군으로부터 1종 이상의 원소를 선택해도 된다. 이 경우, 선택한 군에 속하는 모든 원소를 선택할 필요는 없다. 또, 제1군에서 제3군 중에서 복수의 군을 선택하고, 각각의 군으로부터 1종 이상의 원소를 선택해도 된다. 이 경우도, 선택한 군에 속하는 모든 원소를 선택할 필요는 없다.More specifically, for example, only one group among the groups from the first group to the third group may be selected, and at least one element may be selected from the group. In this case, it is not necessary to select all the elements belonging to the selected group. In the first group, a plurality of groups may be selected from the third group, and at least one element may be selected from each group. In this case, it is not necessary to select all the elements belonging to the selected group.

제1군 Ti:0~0.5%Group 1 Ti: 0 to 0.5%

제1군에 속하는 원소는, Ti이다. Ti는, 석출 강화에 의해 합금의 크리프 강도를 향상시킨다.The element belonging to the first group is Ti. Ti improves the creep strength of the alloy by precipitation strengthening.

Ti:0~0.5%Ti: 0 to 0.5%

티탄(Ti)은, Nb나 V와 마찬가지로, 탄소 또는 질소와 결합하여 미세한 탄화물 또는 탄질화물을 형성하여, 크리프 강도의 향상에 기여한다. Ti를 조금이라도 함유하면 이 효과가 얻어진다. 그러나, Ti를 과잉으로 함유하면, 석출물이 다량이 되어 내SIPH성 및 크리프 연성이 저하된다. 그 때문에, 상한은 0.5%로 한다. Ti함유량의 하한은, 바람직하게는 0.01%이며, 더 바람직하게는 0.03%이다. Ti함유량의 상한은, 바람직하게는 0.45%이며, 더 바람직하게는 0.4%이다.Titanium (Ti), like Nb and V, bonds with carbon or nitrogen to form a fine carbide or carbonitride, thereby contributing to improvement of creep strength. This effect is obtained when Ti is contained in a small amount. However, if Ti is contained excessively, the amount of the precipitate becomes large, and the SIPH property and the creep ductility are deteriorated. Therefore, the upper limit is 0.5%. The lower limit of the Ti content is preferably 0.01%, more preferably 0.03%. The upper limit of the Ti content is preferably 0.45%, more preferably 0.4%.

제2군 Co:0~2%, Cu:0~4%, Mo:0~4%Group 2 Co: 0 to 2%, Cu: 0 to 4%, Mo: 0 to 4%

제2군에 속하는 원소는, Co, Cu, 및 Mo이다. 이들 원소는, 합금의 크리프 강도를 향상시킨다.The elements belonging to the second group are Co, Cu, and Mo. These elements improve the creep strength of the alloy.

Co:0~2%Co: 0 to 2%

코발트(Co)는, Ni와 마찬가지로 오스테나이트 생성 원소이며, 오스테나이트 조직의 안정성을 높여 크리프 강도의 향상에 기여한다. Co를 조금이라도 함유하면, 이 효과가 얻어진다. 그러나, Co는 극히 고가의 원소이며, 다량의 함유는 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, 상한은 2%로 한다. Co함유량의 하한은, 바람직하게는 0.01%이며, 더 바람직하게는 0.03%이다. Co함유량의 상한은, 바람직하게는 1.8%이며, 더 바람직하게는 1.5%이다.Cobalt (Co), like Ni, is an austenite generating element, which enhances the stability of the austenite structure and contributes to improvement of the creep strength. When Co is contained in a small amount, this effect is obtained. However, Co is an extremely expensive element, and a large amount of Co causes an increase in cost. Therefore, the upper limit is 2%. The lower limit of the Co content is preferably 0.01%, more preferably 0.03%. The upper limit of the Co content is preferably 1.8%, more preferably 1.5%.

Cu:0~4%Cu: 0 to 4%

구리(Cu)는, Ni나 Co와 마찬가지로, 오스테나이트 조직을 안정적으로 함과 함께, 사용 중에 미세하게 석출되어 크리프 강도의 향상에 기여한다. Cu를 조금이라도 함유하면, 이 효과가 얻어진다. 그러나, Cu를 과잉으로 함유하면, 열간 가공성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 상한은 4%로 한다. Cu함유량의 하한은, 바람직하게는 0.01%이며, 더 바람직하게는 0.03%이다. Cu함유량의 상한은, 바람직하게는 3.8%이며, 더 바람직하게는 3.5%이다.Copper (Cu), like Ni and Co, stabilizes the austenite structure and precipitates finely during use, contributing to improvement of creep strength. If Cu is contained in a small amount, this effect is obtained. However, if Cu is contained excessively, the hot workability is lowered. Therefore, the upper limit is 4%. The lower limit of the Cu content is preferably 0.01%, more preferably 0.03%. The upper limit of the Cu content is preferably 3.8%, more preferably 3.5%.

Mo:0~4%Mo: 0 to 4%

몰리브덴(Mo)은, W와 마찬가지로, 매트릭스에 고용되어 고온에서의 크리프 강도나 인장 강도의 향상에 기여한다. Mo를 조금이라도 함유하면, 이 효과가 얻어진다. 그러나, Mo를 과잉으로 함유하면, 입내의 변형 저항이 높아져 내SIPH 균열성이 저하됨과 함께, 크리프 강도가 저하되는 경우가 있다. 또한, Mo는 고가의 원소이며, 다량의 함유는 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, 상한은 4%로 한다. Mo함유량의 하한은, 바람직하게는 0.01%이며, 더 바람직하게는 0.03%이다. Mo함유량의 상한은, 바람직하게는 3.8%이며, 더 바람직하게는 3.5%이다.Molybdenum (Mo), like W, is dissolved in the matrix and contributes to improvement of creep strength and tensile strength at high temperature. If Mo is contained in a small amount, this effect is obtained. However, if Mo is contained excessively, deformation resistance in the mouth is increased, so that the SIPH cracking property is lowered, and the creep strength is lowered in some cases. Further, Mo is an expensive element, and a large amount of Mo causes an increase in cost. Therefore, the upper limit is 4%. The lower limit of the Mo content is preferably 0.01%, more preferably 0.03%. The upper limit of the Mo content is preferably 3.8%, more preferably 3.5%.

제3군 Ca:0~0.02%, Mg:0~0.02%, REM:0~0.2%Group 3 Ca: 0 to 0.02%, Mg: 0 to 0.02%, REM: 0 to 0.2%

제3군에 속하는 원소는 Ca, Mg, 및 REM이다. 이들 원소는, 합금의 열간 가공성을 개선한다.The elements belonging to the third group are Ca, Mg, and REM. These elements improve the hot workability of the alloy.

Ca:0~0.02%Ca: 0 to 0.02%

칼슘(Ca)은, 제조 시의 열간 가공성을 개선한다. Ca를 조금이라도 함유하면, 이 효과가 얻어진다. 그러나, Ca를 과잉으로 함유하면, 산소와 결합하여 합금의 청정성을 현저하게 저하시켜, 오히려 열간 가공성이 저하된다. 그 때문에, 상한은 0.02%로 한다. Ca함유량의 하한은, 바람직하게는 0.0005%이며, 더 바람직하게는 0.001%이다. Ca함유량의 상한은, 바람직하게는 0.01%이며, 더 바람직하게는 0.005%이다.Calcium (Ca) improves hot workability during production. If Ca is contained in a small amount, this effect is obtained. However, when Ca is excessively contained, the cleanliness of the alloy is remarkably lowered by bonding with oxygen, and the hot workability is lowered. Therefore, the upper limit is set to 0.02%. The lower limit of the Ca content is preferably 0.0005%, more preferably 0.001%. The upper limit of the Ca content is preferably 0.01%, more preferably 0.005%.

Mg:0~0.02%Mg: 0 to 0.02%

마그네슘(Mg)은, Ca와 마찬가지로, 제조 시의 열간 가공성을 개선한다. Mg를 조금이라도 함유하면, 이 효과가 얻어진다. 그러나, Mg을 과잉으로 함유하면, 산소와 결합하여 합금의 청정성을 현저하게 저하시켜, 오히려 열간 가공성이 저하된다. 그 때문에, 상한은 0.02%로 한다. Mg함유량의 하한은, 바람직하게는 0.0005%이며, 더 바람직하게는 0.001%이다. Mg함유량의 상한은, 바람직하게는 0.01%이며, 더 바람직하게는 0.005%이다.Magnesium (Mg), like Ca, improves hot workability during production. If Mg is contained in a small amount, this effect is obtained. However, when Mg is excessively contained, the cleanliness of the alloy is remarkably lowered by bonding with oxygen, and the hot workability is rather lowered. Therefore, the upper limit is set to 0.02%. The lower limit of the Mg content is preferably 0.0005%, more preferably 0.001%. The upper limit of the Mg content is preferably 0.01%, more preferably 0.005%.

REM:0~0.2%REM: 0 to 0.2%

희토류 원소(REM)는, Ca나 Mg와 마찬가지로, 제조 시의 열간 가공성을 개선한다. REM을 조금이라도 함유하면, 이 효과가 얻어진다. 그러나, REM을 과잉으로 함유하면, 산소와 결합하여 합금의 청정성을 현저하게 저하시켜, 오히려 열간 가공성이 저하된다. 그 때문에, 상한은 0.2%로 한다. REM 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.0005%이며, 더 바람직하게는 0.001%이다. REM 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.15%이며, 더 바람직하게는 0.1%이다.Rare earth elements (REM), like Ca and Mg, improve the hot workability at the time of production. If the REM is contained in a small amount, this effect is obtained. However, if REM is contained excessively, the cleanliness of the alloy is remarkably lowered by bonding with oxygen, and the hot workability is lowered. Therefore, the upper limit is set to 0.2%. The lower limit of the REM content is preferably 0.0005%, more preferably 0.001%. The upper limit of the REM content is preferably 0.15%, more preferably 0.1%.

「REM」이란 Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소의 총칭이며, REM의 함유량은 REM 중 1종 또는 2종 이상의 원소의 합계 함유량을 가리킨다. 또, REM은 일반적으로 미쉬메탈에 함유된다. 이 때문에 예를 들면, 합금에 미쉬메탈을 첨가하여, REM의 함유량이 상기의 범위가 되도록 해도 된다."REM" is a generic term for the total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoids, and the content of REM refers to the total content of one or more elements of REM. In addition, REM is generally contained in misch metal. For this reason, for example, Mishimetal may be added to the alloy so that the REM content falls within the above range.

또한, 「REM」 중에서도, Nd는 S나 P와의 친화력이 강하고, 황화물이나 인화물을 형성하여, 용접 액화 균열 감수성을 저하시키는 효과를 특별히 가지기 때문에, 이것을 활용하는 것이 보다 바람직하다.Among the " REM ", it is more preferable to use Nd because Nd has a strong affinity with S and P, forms a sulfide or phosphite, and has an effect of lowering weld liquefied crack susceptibility.

[조직][group]

결정입도 번호:2.0번 이상 7.0번 미만Crystal size number: 2.0 or more and less than 7.0

본 실시 형태에 의한 오스테나이트계 내열합금은, 결정입경이 ASTM E112에 규정되는 결정입도 번호로 2.0번 이상 7.0번 미만인 조직을 가진다.The austenitic heat-resistant alloy according to the present embodiment has a crystal grain size of not less than 2.0 times and not more than 7.0 times as a grain size number specified in ASTM E112.

본 실시 형태에 의한 오스테나이트계 내열합금을 이용한 용접 구조물에 있어서, 그 용접열 영향부에 충분한 내SIPH 균열성을 부여하기 위해서는, 용접에 의한 열사이클을 받아도 용접열 영향부의 결정입경이 과도하게 조대해지지 않도록, 용접 전의 조직의 결정입경을, ASTM E112에 규정되는 결정입도 번호로 2.0번 이상의 세립으로 할 필요가 있다. 그러나, 결정입경이 7.0번 이상의 세립이 되면, 필요한 크리프 강도가 얻어지지 않는다. 그 때문에, 결정입경을 2.0번 이상 7.0번 미만으로 한다.In order to impart sufficient SIPH cracking resistance to the weld heat affected zone of the welded structure using the austenitic heat-resistant alloy according to the present embodiment, even if a heat cycle by welding is applied, the crystal grain size of the weld heat affected zone is excessively large It is necessary to make the grain size of the structure before welding not less than 2.0 times as large as the grain size number specified in ASTM E112. However, when the crystal grain size becomes 7.0 or more, the required creep strength can not be obtained. Therefore, the crystal grain size should be 2.0 or more and less than 7.0.

상기의 결정입경을 가지는 조직은, 상기의 화학 조성의 합금을 적절한 조건으로 열처리함으로써 얻어진다. 이 조직은 예를 들면, 상기의 화학 조성의 합금을 열간 가공이나 냉간 가공으로 소정의 형상으로 성형한 후, 900~1250℃의 온도로 3~60분간 유지한 후 수냉하는 고용화 열처리를 실시함으로써 달성된다. 고용화 열처리의 유지 온도가 높을 수록, 또, 유지 시간이 길 수록, 결정입경이 커진다(결정입도 번호가 작아진다). 고용화 열처리는, 1120~1220℃의 온도로 3~45분간 유지한 후 수냉하는 것이 보다 바람직하고, 1140~1210℃의 온도로 3~30분간 유지한 후 수냉하는 것이 더 바람직하다.The above-mentioned structure having a crystal grain size is obtained by heat-treating an alloy having the chemical composition described above under appropriate conditions. For example, the structure may be formed by forming an alloy of the above chemical composition into a predetermined shape by hot working or cold working, holding it at a temperature of 900 to 1250 캜 for 3 to 60 minutes, . The higher the holding temperature of the solid solution heat treatment and the longer the holding time, the larger the grain size (the grain size number becomes smaller). It is more preferable that the solid solution heat treatment is carried out at a temperature of 1120 to 1220 캜 for 3 to 45 minutes and then water-cooled, more preferably for 3 to 30 minutes at a temperature of 1140 to 1210 캜 and then water-cooled.

이상, 본 발명의 일실시 형태에 의한 오스테나이트계 내열합금을 설명했다. 본 실시 형태에 의하면, 우수한 내균열성 및 고온 강도가 안정적으로 얻어지는 오스테나이트계 내열합금이 얻어진다.The austenitic heat-resistant alloys according to one embodiment of the present invention have been described above. According to this embodiment, it is possible to obtain an austenitic heat-resistant alloy which can stably obtain excellent crack resistance and high temperature strength.

<실시예><Examples>

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명은, 이러한 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples. The present invention is not limited to these embodiments.

표 1에 나타내는 화학 조성을 가지는 A~J의 재료를 실험실 용해하여 주입(鑄入)한 잉곳을, 1000~1150℃의 온도 범위에서 열간 단조 및 열간 압연하여, 두께 20mm의 판으로 했다. 이 판을 다시 냉간 압연하여 두께 16mm로 했다. 이 판을 1200℃로 소정 시간 유지한 후 수냉하는 고용화 열처리를 실시했다. 고용화 열처리 후, 기계 가공에 의해 두께 14mm, 폭 50mm, 길이 100mm의 판으로 성형했다. 또, 이 판과는 별도로, 고용화 열처리한 판으로부터 조직 관찰용의 시료를 채취하여, ASTM E112에 준거하여 조직의 결정입경을 측정했다. 또한, 재료 A에 대해서는, 고용화 열처리의 유지 시간을 3~30분의 범위에서 변화시켜, 결정입경이 상이한 재료를 제작했다.Ingredients A to J having the chemical compositions shown in Table 1 were dissolved in a laboratory and injected into the ingot was hot-forged and hot-rolled in a temperature range of 1000 to 1150 캜 to obtain a plate having a thickness of 20 mm. The plate was cold rolled again to a thickness of 16 mm. This plate was held at a temperature of 1200 캜 for a predetermined time and then subjected to a water-cooling treatment. After the heat treatment for solidification, it was molded into a plate having a thickness of 14 mm, a width of 50 mm and a length of 100 mm by machining. Separately from this plate, a sample for observation of the structure was taken from the plate subjected to the heat treatment for solubilization, and the crystal grain size of the structure was measured according to ASTM E112. With respect to the material A, the holding time of the solid solution heat treatment was varied in a range of 3 to 30 minutes to produce a material having a different crystal grain size.

Figure pct00001
Figure pct00001

[용접 시공성][Welding workability]

상기에서 제작한 판의 길이 방향을 따라, 도 1에 나타내는 개선 가공을 실시했다. 개선 가공을 실시한 판들을 맞대어, 가스 텅스텐 아크 용접법에 의해, 각 마크당 2이음매씩, 맞댐 용접을 행하여 용접 이음매를 제작했다. 용접은, 용가 재료를 이용하지 않고, 입열량은 5kJ/cm로 했다.The improvement process shown in Fig. 1 was performed along the longitudinal direction of the plate produced above. Welded joints were produced by butt welding two joints per each mark by the gas tungsten arc welding method while facing the plates subjected to the improvement processing. Welding did not use a consumable material and the heat input was 5 kJ / cm.

얻어진 용접 이음매 중, 2이음매 모두 용접선의 전체 길이에 걸쳐, 폭이 2mm 이상인 이면 비드가 형성된 것을, 용접 시공성이 양호한 것으로 하여 「합격」이라고 했다. 2이음매 중 일부라도 이면 비드가 형성되지 않은 부분이 있었던 것을 용접 시공성이 불량한 것으로 하여 「불가」라고 판정했다.Among the obtained weld seams, all of the two seams were called &quot; passed &quot; in which the weld bead was formed to have a backside bead having a width of 2 mm or more over the entire length of the weld line. It was judged as "not possible" that there was a portion where no bead was formed even if some of the two joints had poor weldability.

[내용접균열성][Cracking of the contents]

초층만 용접한 상기의 용접 이음매를, JIS G 3106(2008)에 규정된 SM400B 상당의 시판의 강판(두께 30mm, 폭 200mm, 길이 200mm) 상에, JIS Z 3224(2010)에 규정된 피복 아크 용접봉 ENi6625를 이용하여 사방 둘레를 구속 용접했다. 그 후, JIS Z 3334(2011)에 규정된 SNi6625 해당의 티그 와이어를 이용하여, 입열 10~15kJ/cm로 TIG 용접에 의해 개선 내에 적층 용접을 행하여, 각 마크당 2이음매씩 용접 이음매를 제작했다.The above weld joints welded only in the superstructure layer are welded on a commercially available steel plate (thickness 30 mm, width 200 mm, length 200 mm) corresponding to SM400B specified in JIS G 3106 (2008) The ENi6625 was used for constrained welding. Thereafter, laminate welding was carried out in an improvement by TIG welding at a heat input of 10 to 15 kJ / cm using a teig wire corresponding to SNi6625 specified in JIS Z 3334 (2011), and weld joints were produced by two seams per each mark .

각 마크의 용접 이음매의 한쪽에, 700℃×500시간의 시효 열처리를 행했다. 용접한 그대로의 용접 이음매 및 시효 열처리를 실시한 용접 이음매의 각 5개소로부터, 관찰면이 이음매의 횡단면(용접 비드와 수직인 단면)이 되도록 시료를 채취했다. 채취한 시료를 경면 연마, 부식시킨 후, 광학 현미경에 의해 검경하여, 용접열 영향부에 있어서의 균열의 유무를 조사했다. 5개의 시료 모두에서 균열이 관찰되지 않았던 용접 이음매를 「양」, 1개의 시료에서 균열이 관찰된 용접 이음매를 「가」로 하여, 합격이라고 판단했다. 2개 이상의 시료에서 균열이 관찰된 용접 이음매를 「불가」라고 판단했다.One side of the weld seam of each mark was subjected to aging heat treatment at 700 DEG C x 500 hours. Samples were taken from each of the weld seams as welded and welded joints subjected to aging heat treatment such that the observation plane was the cross section of the joint (perpendicular to the weld bead). The specimens thus obtained were mirror-polished and corroded and then examined by an optical microscope to determine whether or not there was cracks in the weld heat affected zone. The welding seam, in which cracks were not observed in all of the five samples, was judged as "positive" and the welding seam in which cracks were observed in one sample as "a". It was judged that the welding seams in which cracks were observed in two or more samples were "impossible".

[크리프 파단 강도][Creep rupture strength]

내용접균열성 시험에서 합격한 용접한 그대로의 용접 이음매로부터, 용접 금속이 평행부의 중앙이 되도록 환봉 크리프 파단 시험편을 채취했다. 모재의 목표 파단 시간이 약 1000시간이 되는 700℃, 167MPa의 조건으로 크리프 파단 시험을 행했다. 모재 파단하고, 또한, 그 파단 시간이 모재의 파단 시간의 90% 이상(즉, 900시간 이상)이 되는 것을 「합격」이라고 했다.From the welded seam welded as passed in the welded joint crack test, the welded creep rupture test specimen was taken so that the weld metal was located at the center of the parallel portion. The creep rupture test was performed under the conditions of 700 ° C and 167 MPa at which the target breaking time of the base material was about 1000 hours. And that the breaking time of the base material is 90% or more (that is, 900 hours or more) of the breaking time of the base material.

[성능 평가 결과][Performance evaluation result]

성능 평가 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에는, 각 마크의 오스테나이트계 내열합금의 결정입도 번호를 아울러 나타낸다.Table 2 shows the performance evaluation results. Table 2 also shows the grain size numbers of the austenitic heat-resistant alloys of the respective marks.

Figure pct00002
Figure pct00002

마크 A-1~A-4, B~D, 및 I의 오스테나이트계 내열합금을 모재로 하는 용접 이음매는, 화학 조성이 적절하며, 모재의 초기 입경이 결정입도 번호로 2.0번 이상 7.0번 미만이었다. 이러한 용접 이음매는, 초층 용접에 있어서 이면 비드가 전체 길이에 걸쳐 형성되어, 양호한 용접 시공성을 가지고 있었다. 또, 모재의 두께가 14mm로 비교적 두꺼웠음에도 불구하고, 시효 열처리를 실시한 경우에도 용접열 영향부에 균열이 생기지 않고, 우수한 내균열성을 가지고 있었다. 또한, 고온의 크리프 파단 강도도 충분했다.Weld joints based on the austenitic heat-resistant alloys of Marks A-1 to A-4, B to D, and I are appropriate in chemical composition and the initial grain size of the base material is 2.0 to 7.0 . Such welded joints have a good weldability because the backside bead is formed over the entire length in the super-layer welding. In addition, even though the thickness of the base material was relatively small, 14 mm, even when the aging heat treatment was performed, cracks did not occur in the weld heat affected zone, and excellent crack resistance was exhibited. Also, the creep rupture strength at high temperature was sufficient.

마크 A-5의 오스테나이트계 내열합금을 모재로 하는 용접 이음매는, 시효 열처리 후에 SIPH 균열이라고 생각되는 균열이 발생했다. 이것은, 마크 A-5의 오스테나이트계 내열합금의 결정입경이, 너무 조립이였기 때문이라고 생각할 수 있다.A weld joint using the austenitic heat-resistant alloy of Mark A-5 as a base material had cracks which were considered to be SIPH cracks after the aging heat treatment. It can be considered that this is because the crystal grain size of the austenitic heat-resistant alloy of the mark A-5 was too much to assemble.

마크 A-6의 오스테나이트계 내열합금을 모재로 하는 용접 이음매는, 우수한 내균열성을 가지고 있었지만, 크리프 파단 시간이 목표를 밑돌았다. 이것은, 마크 A-6의 오스테나이트계 내열합금의 결정입경이, 너무 세립이였기 때문이라고 생각할 수 있다.Weld joints based on the austenitic heat-resistant alloy of Mark A-6 had excellent crack resistance, but the creep rupture time was lower than the target. It can be considered that this is because the crystal grain size of the austenitic heat-resistant alloy of the mark A-6 was too fine.

마크 E의 오스테나이트계 내열합금을 모재로 하는 용접 이음매는, 초층 용접에 있어서, 일부 이면 비드가 형성되지 않았다. 이것은, 마크 E의 오스테나이트계 내열합금의 Sn함유량이 너무 적었기 때문이라고 생각할 수 있다.In the weld joint using the austenitic heat-resistant alloy of Mark E as a base material, beads were not formed in a part of the super-layer welding. It can be considered that this is because the Sn content of the austenitic heat-resistant alloy of Mark E was too small.

마크 F의 오스테나이트계 내열합금을 모재로 하는 용접 이음매는, Sn을 함유하지 않지만 S를 다량으로 함유했기 때문에, 이면 비드는 충분히 형성되어 있었다. 그러나, 시효 열처리 후에 SIPH 균열이라고 생각되는 균열이 발생했다.The weld joint using the austenitic heat-resistant alloy of Mark F as a base material did not contain Sn, but contained a large amount of S, so that the backside bead was sufficiently formed. However, after the aging heat treatment, a crack was considered to be a SIPH crack.

마크 G의 오스테나이트계 내열합금을 모재로 하는 용접 이음매는, 용접한 그대로 및 시효 열처리 후에, 각각 액화 균열 및 SIPH 균열이라고 생각되는 균열이 발생했다. 이것은, 마크 G의 오스테나이트계 내열합금의 Sn함유량이 너무 많았기 때문이라고 생각할 수 있다.Weld joints based on the austenitic heat-resistant alloys of Mark G had cracks which were considered to be liquefied cracks and SIPH cracks, respectively, as they were welded and after the aging heat treatment. This can be attributed to the fact that the Sn content of the austenitic heat-resistant alloy of Mark G was too large.

마크 H의 오스테나이트계 내열합금을 모재로 하는 용접 이음매는, 용접 시공성 및 내용접균열성은 양호했지만, 필요로 되는 크리프 강도를 만족하지 않았다. 이것은, 마크 H의 오스테나이트계 내열합금의 Ni함유량이 너무 적었기 때문에, 상안정성이 불안정해졌기 때문이라고 생각할 수 있다.The weld seam having the base material of the austenitic heat-resistant alloy of Mark H was satisfactory in the weldability and the welded fracture toughness but did not satisfy the required creep strength. This is presumably because the Ni content of the austenitic heat-resistant alloy of Mark H was too small and the phase stability became unstable.

마크 J의 오스테나이트계 내열합금을 모재로 하는 용접 이음매도 필요로 되는 크리프 강도를 만족하지 않았다. 이것은, 마크 J의 오스테나이트계 내열합금에 함유되는 V량이 하한을 밑돌았기 때문이라고 생각할 수 있다.Weld joints based on the austenitic heat-resistant alloy of Mark J did not satisfy the required creep strength. It can be considered that this is because the amount of V contained in the austenitic heat-resistant alloy of Mark J is lower than the lower limit.

<산업상의 이용 가능성>&Lt; Industrial Availability >

본 발명은, 발전용 보일러의 주증기관이나 고온 재열 증기관 등의 고온 부재로서 이용되는 오스테나이트계 내열합금으로서, 적합하게 이용할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can suitably be used as an austenitic heat-resistant alloy used as a high temperature member such as a main combustion engine of a power generation boiler or a high temperature reheated steam pipe.

Claims (3)

화학 조성이, 질량%로,
C:0.04~0.14%,
Si:0.05~1%,
Mn:0.5~2.5%,
P:0.03% 이하,
S:0.001% 미만,
Ni:23~32%,
Cr:20~25%,
W:1~5%,
Nb:0.1~0.6%,
V:0.1~0.6%,
N:0.1~0.3%,
B:0.0005~0.01%,
Sn:0.001~0.02%,
Al:0.03% 이하,
O:0.02% 이하,
Ti:0~0.5%,
Co:0~2%,
Cu:0~4%,
Mo:0~4%,
Ca:0~0.02%,
Mg:0~0.02%,
REM:0~0.2%,
잔부:Fe 및 불순물이며,
결정입경이 ASTM E112에 규정되는 결정입도 번호로 2.0번 이상 7.0번 미만인 조직을 가지는, 오스테나이트계 내열합금.
Chemical composition, in% by mass,
C: 0.04 to 0.14%,
Si: 0.05 to 1%
Mn: 0.5 to 2.5%
P: 0.03% or less,
S: less than 0.001%
Ni: 23 to 32%
Cr: 20 to 25%
W: 1 to 5%,
0.1 to 0.6% of Nb,
V: 0.1 to 0.6%,
N: 0.1 to 0.3%,
B: 0.0005 to 0.01%
Sn: 0.001 to 0.02%,
Al: 0.03% or less,
O: 0.02% or less,
Ti: 0 to 0.5%,
Co: 0 to 2%,
Cu: 0 to 4%,
Mo: 0 to 4%,
Ca: 0 to 0.02%,
Mg: 0 to 0.02%,
REM: 0 to 0.2%,
Balance: Fe and impurities,
An austenitic heat-resistant alloy having a crystal grain size of not less than 2.0 and not more than 7.0 in terms of the grain size number specified in ASTM E112.
청구항 1에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량%로, 하기의 제1군에서 제3군까지 중 어느 하나의 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는, 오스테나이트계 내열합금.
제1군 Ti:0.01~0.5%
제2군 Co:0.01~2%, Cu:0.01~4%, Mo:0.01~4%
제3군 Ca:0.0005~0.02%, Mg:0.0005~0.02%, REM:0.0005~0.2%
The method according to claim 1,
The austenitic heat-resistant alloy according to any one of claims 1 to 3, wherein the chemical composition comprises, by mass%, at least one element selected from the group consisting of the following first to third groups.
Group 1: Ti: 0.01-0.5%
Group 2: Co: 0.01 to 2%, Cu: 0.01 to 4%, Mo: 0.01 to 4%
Group 3: Ca: 0.0005 to 0.02%, Mg: 0.0005 to 0.02%, REM: 0.0005 to 0.2%
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 오스테나이트계 내열합금을 구비하는, 용접 구조물.A welded structure comprising the austenitic heat-resistant alloy according to claim 1 or 2.
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