WO2018043565A1 - オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

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WO2018043565A1
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岡田　浩一
伸之佑 栗原
越雄 旦
雅浩 瀬戸
孝裕 小薄
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新日鐵住金株式会社
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    • C21D2211/001—Austenite

Definitions

  • the present invention relates to stainless steel, and more particularly to austenitic stainless steel.
  • Some are used in high temperature corrosive environments.
  • air, moisture, and sulfide scale react to produce polythionic acid on the surface of the member.
  • This polythionic acid induces stress corrosion cracking (hereinafter referred to as polythionic acid SCC) at grain boundaries. Therefore, the member used in the above-mentioned high temperature corrosive environment is required to have excellent polythionic acid SCC resistance.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-166039
  • Patent Document 2 International Publication No. 2009/044802
  • the polythionic acid SCC is generated when Cr is precipitated as M 23 C 6 type carbide at the grain boundary and a Cr-deficient layer is formed in the vicinity of the grain boundary. Therefore, in Patent Document 1 and Patent Document 2, the amount of C is reduced to suppress the formation of M 23 C 6 type carbides, thereby improving the polythionic acid SCC resistance.
  • the austenitic heat-resisting steel disclosed in Patent Document 1 is mass%, C: 0.005 to less than 0.03%, Si: 0.05 to 0.4%, Mn: 0.5 ⁇ 2%, P: 0.01 ⁇ 0.04%, S: 0.0005 ⁇ 0.005%, Cr: 18 ⁇ 20%, Ni: 7 ⁇ 11%, Nb: 0.2 ⁇ 0.5% V: 0.2 to 0.5%, Cu: 2 to 4%, N: 0.10 to 0.30%, B: 0.0005 to 0.0080%, the balance being Fe and inevitable Consists of impurities.
  • the total content of Nb and V is 0.6% or more, and the amount of Nb solid solution in the steel is 0.15% or more.
  • N / 14 ⁇ Nb / 93 + V / 51 and Cr-16C-0.5Nb-V ⁇ 17.5 are satisfied.
  • the C content is reduced, and the relationship between Cr and C, Nb, and V is specified to improve the SCC resistance of polythionic acid.
  • the austenitic stainless steel disclosed in Patent Document 2 is, by mass%, C: less than 0.04%, Si: 1.5% or less, Mn: 2% or less, Cr: 15 to 25%, Ni: 6 to 30%, N: 0.02 to 0.35%, Sol. Al: 0.03% or less, Nb: 0.5% or less, Ti: 0.4% or less, V: 0.4% or less, Ta: 0.2% or less, Hf: 0.2% One or more of Zr: 0.2% or less is contained below, and the balance consists of Fe and impurities.
  • Patent Literature 1 and Patent Literature 2 although the purpose is to improve the SCC resistance of polythionic acid, it is not intended to improve the creep ductility.
  • the C content is lowered in order to increase the SCC resistance of polythionic acid. In this case, high creep ductility may not be obtained.
  • An object of the present invention is to provide an austenitic stainless steel having excellent polythionic acid SCC resistance and excellent creep ductility.
  • the austenitic stainless steel according to the present invention is, in mass%, C: 0.030% or less, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.20 to 2.00%, P: 0.040% or less. S: 0.010% or less, Cr: 16.0 to 25.0%, Ni: 10.0 to 30.0%, Mo: 0.1 to 5.0%, Nb: 0.20 to 1. 00%, N: 0.050 to 0.300%, sol.
  • the austenitic stainless steel according to the present invention has excellent polythionic acid SCC resistance and excellent creep ductility.
  • the present inventors investigated and examined a steel excellent not only in polythionic acid SCC resistance but also in creep ductility.
  • the present inventors further examined austenitic stainless steel that can achieve both excellent polythionic acid resistance SCC resistance and excellent creep ductility. It is considered that B (boron) segregates at the grain boundaries in the above-described high temperature corrosion environment of 600 to 700 ° C. and can increase the grain boundary strength.
  • C 0.030% or less
  • Si 0.10 to 1.00%
  • Mn 0.20 to 2.00%
  • P 0.040% or less
  • S 0.010% or less
  • Cr 16.0 to 25.0%
  • Ni 10.0 to 30.0%
  • Mo 0.1 to 5.0%
  • Nb 0.20 to 1.00 %
  • N 0.050 to 0.300%
  • Al 0.0005 to 0.100%
  • B 0.0010 to 0.0080%
  • Cu 0 to 5.0%
  • W 0 to 5.0%
  • Co 0 to 1.0%
  • V 0 to 1.00%
  • Ta 0 to 0.2%
  • Hf 0 to 0.20%
  • Ca 0 to 0.010%
  • Mg 0 to 0.010%
  • rare earth elements 0
  • An austenitic stainless steel containing ⁇ 0.10% and the balance being Fe and impurities was considered to be able to achieve both excellent polythionic acid SCC resistance and excellent creep ductility.
  • the C content is 0.030% or less, but also C containing 0.20 to 1.00% Nb. Fix to Nb to reduce solute C.
  • Nb is combined with C and precipitated as MX-type carbonitride by solution treatment or aging in a short time.
  • MX type carbonitride is a metastable phase in the environment of using the steel material of the present embodiment (high temperature corrosion environment of 600 to 700 ° C.).
  • the MX type carbonitride of Nb becomes a Z phase (CrNbN) and M 23 C 6 type carbide which are stable phases. Change.
  • the B that segregates at the grain boundaries is replaced with a portion of the C of M 23 C 6 type carbide is absorbed by the M 23 C 6 type carbide. Therefore, the amount of B segregated at the grain boundary is reduced, and the grain boundary strength is lowered. As a result, it is considered that sufficient creep ductility cannot be obtained.
  • Mo suppresses the formation itself of M 23 C 6 type carbide.
  • Mo is further replaced with a part of M of M 23 C 6 type carbide, which may be dissolved in M 23 C 6 type carbide.
  • the M 23 C 6 type carbide in which Mo is dissolved is defined as “Mo solid solution M 23 C 6 type carbide”.
  • Mo solid solution M 23 C 6 type carbide is difficult to dissolve B. Therefore, even when the MX type carbonitride containing Nb is changed to the Z phase and M 23 C 6 type carbide during use in a high temperature corrosive environment, the M 23 C 6 type carbide is dissolved in Mo.
  • the MX type carbonitride containing Nb changed to the Z phase and the M 23 C 6 type carbide during use in a high temperature corrosion environment of 600 to 700 ° C.
  • the chemical composition capable of suppressing the reduction of the amount of segregation B at the grain boundaries was further examined by the formation of Mo solid solution M 23 C 6 type carbide.
  • B, C, and Mo in the chemical composition are closely related to the suppression of the reduction in the amount of segregated B due to the generation of Mo solid solution M 23 C 6 type carbide.
  • the creep ductility is further increased.
  • the reason for this is not clear, but the following can be considered.
  • Mo is further segregated at the grain boundary during use in a high temperature corrosion environment of 600 to 700 ° C. Or produce intermetallic compounds. This grain boundary segregation or intermetallic compound further increases the grain boundary strength.
  • creep ductility is further increased. Therefore, the preferable lower limit of the Mo content is 0.5%.
  • the lower limit of the preferable Mo content for further increasing the creep ductility is 0.8%, more preferably 1.0%, and further preferably 2.0%.
  • the austenitic stainless steel according to the present invention completed based on the above knowledge is, in mass%, C: 0.030% or less, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.20 to 2.00%. P: 0.040% or less, S: 0.010% or less, Cr: 16.0-25.0%, Ni: 10.0-30.0%, Mo: 0.1-5.0% Nb: 0.20 to 1.00%, N: 0.050 to 0.300%, sol.
  • Al 0.0005 to 0.1000%
  • B 0.0010 to 0.0080%
  • Cu 0 to 5.0%
  • W 0 to 5.0%
  • Co 0 to 1.0%
  • V 0 to 1.00%
  • Ta 0 to 0.2%
  • Hf 0 to 0.20%
  • Ca 0 to 0.010%
  • Mg 0 to 0.010%
  • rare earth elements 0 It contains ⁇ 0.10%, the balance is Fe and impurities, and has a chemical composition satisfying the formula (1).
  • the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol of the formula (1).
  • the chemical composition is selected from the group consisting of Cu: 0.1 to 5.0%, W: 0.1 to 5.0%, and Co: 0.1 to 1.0% by mass%. You may contain a seed or two or more sorts.
  • the chemical composition is selected from the group consisting of V: 0.1 to 1.00%, Ta: 0.01 to 0.2%, and Hf: 0.01 to 0.20% by mass%. You may contain a seed or two or more sorts.
  • the chemical composition is selected from the group consisting of Ca: 0.0005 to 0.010%, Mg: 0.0005 to 0.010%, and rare earth elements: 0.001 to 0.10% by mass. 1 type (s) or 2 or more types may be contained.
  • the above chemical composition may contain Cu: 0 to 1.9% by mass.
  • the above chemical composition may contain Mo: 0.5 to 5.0% by mass.
  • the chemical composition of the austenitic stainless steel of this embodiment contains the following elements.
  • C 0.030% or less Carbon (C) is unavoidably contained.
  • C produces M 23 C 6 type carbides at the grain boundaries while using the austenitic stainless steel of the present embodiment in a high temperature corrosive environment of 600 to 700 ° C., and lowers the polythionic acid SCC resistance. Therefore, the C content is 0.030% or less.
  • the upper limit with preferable C content is 0.020%, More preferably, it is 0.015%.
  • the C content is preferably as low as possible. However, as described above, since C is inevitably contained, at least 0.0001% of C can be contained in industrial production. Therefore, the preferable lower limit of the C content is 0.0001%.
  • Si 0.10 to 1.00% Silicon (Si) deoxidizes steel. Si further increases the oxidation resistance and steam oxidation resistance of the steel. If the Si content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Si content is too high, a sigma phase ( ⁇ phase) is precipitated in the steel, and the toughness of the steel is reduced. Therefore, the Si content is 0.10 to 1.00%.
  • the upper limit with preferable Si content is 0.75%, More preferably, it is 0.50%.
  • Mn 0.20 to 2.00%
  • Manganese (Mn) deoxidizes steel. Mn further stabilizes austenite and increases creep strength. If the Mn content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Mn content is too high, the creep strength of the steel decreases. Therefore, the Mn content is 0.20 to 2.00%.
  • the minimum with preferable Mn content is 0.40%, More preferably, it is 0.50%.
  • the upper limit with preferable Mn content is 1.70%, More preferably, it is 1.50%.
  • Phosphorus (P) is an impurity. P decreases the hot workability and toughness of the steel. Therefore, the P content is 0.040% or less.
  • the upper limit with preferable P content is 0.035%, More preferably, it is 0.032%.
  • the P content is preferably as low as possible. However, P is unavoidably contained, and P may be contained at least 0.0001% in industrial production. Therefore, the preferable lower limit of the P content is 0.0001%.
  • S 0.010% or less Sulfur (S) is an impurity. S decreases the hot workability and creep ductility of the steel. Therefore, the S content is 0.010% or less.
  • the upper limit with preferable S content is 0.005%.
  • the S content is preferably as low as possible. However, S is unavoidably contained, and at least 0.0001% of S can be contained in industrial production. Therefore, the preferable lower limit of the S content is 0.0001%.
  • Chromium (Cr) improves the SCC resistance of the steel. Cr further enhances oxidation resistance, steam oxidation resistance, high temperature corrosion resistance, and the like. If the Cr content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content is too high, the creep strength and toughness of the steel decrease. Therefore, the Cr content is 16.0 to 25.0%. The minimum with preferable Cr content is 16.5%, More preferably, it is 17.0%. The upper limit with preferable Cr content is 24.0%, More preferably, it is 23.0%.
  • Ni 10.0-30.0%
  • Nickel (Ni) stabilizes austenite and increases creep strength. If the Ni content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Ni content is too high, the above effects are saturated and the manufacturing cost is increased. Therefore, the Ni content is 10.0 to 30.0%.
  • the minimum with preferable Ni content is 11.0%, More preferably, it is 13.0%.
  • the upper limit with preferable Ni content is 25.0%, More preferably, it is 22.0%.
  • Mo 0.1-5.0% Molybdenum (Mo) suppresses the formation of M 23 C 6 type carbides at grain boundaries during use in a high temperature corrosion environment of 600 to 700 ° C. Mo is further during use under high temperature corrosive environment at 600 ⁇ 700 ° C., when the MX type carbonitrides of Nb is changed to M 23 C 6 type carbide, B is a solid solution in the M 23 C 6 type carbide To suppress the reduction of the amount of segregation B at the grain boundary in a high temperature corrosive environment. Thereby, sufficient creep ductility is obtained in a high temperature corrosive environment. If the Mo content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Mo content is too high, the stability of austenite decreases. Therefore, the Mo content is 0.1 to 5.0%. The minimum with preferable Mo content is 0.2%, More preferably, it is 0.3%.
  • Mo Mo further segregates at the grain boundary or generates an intermetallic compound to further increase the grain boundary strength. In this case, even better creep strength can be obtained in a high temperature corrosive environment. Therefore, a more preferable lower limit of the Mo content is 0.5%, more preferably 0.8%, further preferably 1.0%, further preferably 1.5%, and more preferably 2.0%. If the Mo content is 1.5% or more, the creep strength is also increased. The upper limit with preferable Mo content is 4.5%, More preferably, it is 4.0%. If the Mo content is 1.5% or more, the creep strength is also increased.
  • Niobium (Nb) combines with C to form MX-type carbonitride during use in a hot corrosive environment of 600 to 700 ° C., and reduces the amount of solute C in the steel. Thereby, the polythionic acid SCC resistance of steel increases.
  • the produced Nb MX carbonitride also increases the creep strength. If the Nb content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Nb content is too high, ⁇ ferrite is generated and the long-time creep strength, toughness, and weldability of the steel are reduced. Therefore, the Nb content is 0.20 to 1.00%.
  • the minimum with preferable Nb content is 0.25%.
  • the upper limit with preferable Nb content is 0.90%, More preferably, it is 0.80%.
  • N 0.050 to 0.300% Nitrogen (N) is dissolved in the matrix (matrix) to stabilize austenite and increase the creep strength. N further forms fine carbonitrides in the grains and increases the creep strength of the steel. That is, N contributes to the creep strength in both solid solution strengthening and precipitation strengthening. If the N content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the N content is too high, Cr nitride is formed at the grain boundaries, and the polythionic acid SCC resistance at the weld heat affected zone (HAZ) is lowered. If the N content is too high, the workability of the steel further decreases. Therefore, the N content is 0.050 to 0.300%. The minimum with preferable N content is 0.070%. The upper limit with preferable N content is 0.250%, More preferably, it is 0.200%.
  • Al 0.0005 to 0.100%
  • Aluminum (Al) deoxidizes steel. If the Al content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Al content is too high, the cleanliness of the steel is lowered, and the workability and ductility of the steel are lowered. Therefore, the Al content is 0.0005 to 0.100%.
  • the minimum with preferable Al content is 0.001%, More preferably, it is 0.002%.
  • the upper limit with preferable Al content is 0.050%, More preferably, it is 0.030%.
  • Al content means content of acid-soluble Al (sol.Al).
  • B 0.0010 to 0.0080% Boron (B) segregates at the grain boundary during use in a high temperature corrosive environment at 600 to 700 ° C., and increases the grain boundary strength. As a result, the creep ductility is increased. If the B content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the B content is too high, weldability and hot workability at high temperatures are reduced. Therefore, the B content is 0.0010 to 0.0080%.
  • the minimum with preferable B content is 0.0015%, More preferably, it is 0.0020%.
  • the upper limit with preferable B content is less than 0.0060%, More preferably, it is 0.0050%.
  • the balance of the chemical composition of the austenitic stainless steel according to the present embodiment is composed of Fe and impurities.
  • the impurities are mixed from ore, scrap, or production environment as raw materials when industrially producing austenitic stainless steel, and adversely affect the austenitic stainless steel of the present embodiment. It means that it is allowed in the range that does not give.
  • the austenitic stainless steel according to the present embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of Cu, W and Co instead of a part of Fe. All of these elements increase the creep strength of the steel.
  • Cu 0 to 5.0% Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. When contained, Cu precipitates as a Cu phase in the grains during use in a high temperature corrosive environment of 600 to 700 ° C., and increases the creep strength of the steel by precipitation strengthening. However, if the Cu content is too high, the hot workability and weldability of the steel deteriorate. Therefore, the Cu content is 0 to 5.0%.
  • a preferable lower limit of the Cu content for further effectively increasing the creep strength is 0.1%, more preferably 2.0%, and further preferably 2.5%.
  • the upper limit with preferable Cu content is 4.5%, More preferably, it is 4.0%.
  • the preferable Cu content for maintaining better creep ductility is 0 to 1.9%, and the more preferable upper limit of Cu content is 1.8%.
  • W 0-5.0% Tungsten (W) is an optional element and may not be contained. When contained, W dissolves in the matrix (matrix) and increases the creep strength of the steel. However, if the W content is too high, the stability of austenite decreases, and the creep strength and toughness of the steel decrease. Therefore, the W content is 0 to 5.0%.
  • the minimum with preferable W content is 0.1%, More preferably, it is 0.2%.
  • the upper limit with preferable W content is 4.5%, More preferably, it is 4.0%.
  • Co 0 to 1.0%
  • Cobalt (Co) is an optional element and may not be contained. When contained, Co stabilizes austenite and increases creep strength. However, if the Co content is too high, the raw material cost increases. Therefore, the Co content is 0 to 1.0%.
  • the minimum with preferable Co content is 0.1%, More preferably, it is 0.2%.
  • the austenitic stainless steel according to the present embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of V, Ta, and Hf instead of part of Fe. All of these elements increase the SCC resistance and creep strength of the steel.
  • V 0 to 1.00%
  • Vanadium (V) is an optional element and may not be contained. When contained, V combines with C to form carbonitride during use in a hot corrosive environment of 600 to 700 ° C., thereby reducing solid solution C, and resistance to polythionate SCC of steel. To increase. The produced V carbonitride also increases the creep strength. However, if the V content is too high, ⁇ ferrite is generated, and the creep strength, toughness, and weldability of the steel are reduced. Therefore, the V content is 0 to 1.00%.
  • the preferable lower limit of the V content for further effectively increasing the polythionic acid SCC resistance and the creep strength is 0.10%.
  • the upper limit with preferable V content is 0.90%, More preferably, it is 0.80%.
  • Tantalum (Ta) is an optional element and may not be contained. When contained, Ta combines with C to form carbonitride during use in a hot corrosive environment of 600 to 700 ° C., thereby reducing solid solution C, and resistance to polythionate SCC of steel. To increase. The produced Ta carbonitride also increases the creep strength. However, if the Ta content is too high, ⁇ ferrite is generated, and the creep strength, toughness, and weldability of the steel are reduced. Therefore, the Ta content is 0 to 0.2%. A preferable lower limit of the Ta content for further effectively increasing the SCC resistance and creep strength of the polythionic acid is 0.01%, and more preferably 0.02%.
  • Hf 0 to 0.20%
  • Hafnium (Hf) is an optional element and may not be contained. When contained, Hf combines with C to form carbonitride during use in a hot corrosive environment of 600 to 700 ° C., thereby reducing solid solution C and reducing the resistance of the steel to polythionate SCC. To increase. The produced Hf carbonitride also increases creep strength. However, if the Hf content is too high, ⁇ ferrite is generated, and the creep strength, toughness, and weldability of the steel are reduced. Therefore, the Hf content is 0 to 0.20%. The minimum with preferable Hf content is 0.01%, More preferably, it is 0.02%.
  • the austenitic stainless steel according to the present embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of Ca, Mg and rare earth elements instead of a part of Fe. All of these elements enhance the hot workability and creep ductility of the steel.
  • Ca 0 to 0.010%
  • Calcium (Ca) is an optional element and may not be contained. When contained, Ca fixes O (oxygen) and S (sulfur) as inclusions, and improves the hot workability and creep ductility of the steel. However, if the Ca content is too high, the hot workability and creep ductility of the steel are reduced. Therefore, the Ca content is 0 to 0.010%.
  • the minimum with preferable Ca content is 0.0005%, More preferably, it is 0.001%.
  • the upper limit with preferable Ca content is 0.008%, More preferably, it is 0.006%.
  • Mg 0 to 0.010%
  • Magnesium (Mg) is an optional element and may not be contained. When contained, Mg fixes O (oxygen) and S (sulfur) as inclusions, and improves the hot workability and creep ductility of the steel. However, if the Mg content is too high, the hot workability and long-term creep ductility of the steel are reduced. Therefore, the Mg content is 0 to 0.010%.
  • the minimum with preferable Mg content is 0.0005%, More preferably, it is 0.001%.
  • the upper limit with preferable Mg content is 0.008%, More preferably, it is 0.006%.
  • the rare earth element is an optional element and may not be contained. When contained, REM fixes O (oxygen) and S (sulfur) as inclusions, and improves the hot workability and creep ductility of the steel. However, if the REM content is too high, the hot workability and long-term creep ductility of the steel are reduced. Therefore, the REM content is 0 to 0.01%.
  • the minimum with preferable REM content is 0.001%, More preferably, it is 0.002%.
  • the upper limit with preferable REM content is 0.08%, More preferably, it is 0.06%.
  • REM in the present specification contains at least one of Sc, Y, and lanthanoid (La of atomic number 57 to Lu of 71), and the REM content means the total content of these elements To do.
  • Nb MX-type carbonitride in order to increase the SCC resistance of polythionic acid, not only the C content is 0.030% or less, but also 0.20 to 1.00% Nb is contained, and 600 Nb MX-type carbonitride is produced during use in a high-temperature corrosive environment of ⁇ 700 ° C., and the amount of dissolved C is reduced.
  • Nb MX type carbonitride since Nb MX type carbonitride is a metastable phase, it changes to Z phase and M 23 C 6 type carbide during use in the high temperature use environment. At this time, B segregated at the grain boundaries is dissolved in the M 23 C 6 type carbide and the amount of B segregation at the grain boundaries is reduced. As a result, creep ductility is reduced.
  • Mo is generating a "Mo solid solution M 23 C 6 type carbides" a solid solution in the M 23 type C 6 type carbide, the Mo solid solution M 23 C 6 type carbides B is hardly dissolved. Therefore, the amount of B segregation at the grain boundary is maintained, and not only excellent polythionic acid SCC resistance is obtained, but also excellent creep ductility is obtained.
  • F1 B + 0.004-0.9C + 0.017Mo 2 .
  • F1 is an index indicating a ratio of Mo solid solution M 23 C 6 type carbide among a plurality of M 23 C 6 type carbide generated in steel in use in a high temperature corrosive environment. If F1 is 0 or more, even if a plurality of M 23 C 6 type carbides are produced in steel during use in a high temperature corrosive environment, the ratio of Mo solid solution M 23 C 6 type carbides is high. Therefore, B segregated at the grain boundary is hardly dissolved in the M 23 C 6 type carbide, and the amount of segregated B at the grain boundary is maintained.
  • F1 is 0 (0.00000) or more.
  • F1 is 0.00100 or more, more preferably 0.00200 or more, further preferably 0.00400 or more, more preferably 0.00500, and further preferably 0.00800 or more. And most preferably 0.01000.
  • the upper limit of the Cu content is 1.9% or less. That is, considering the fact that the creep strength is increased while obtaining excellent creep ductility, the preferable Cu content is 0% to 1.9%. When the Cu content is 1.9% or less, excellent creep ductility can be maintained while obtaining excellent creep strength by precipitation strengthening of the Cu phase.
  • the lower limit of the Mo content is preferably 0.5%.
  • Mo further segregates at the grain boundary or generates an intermetallic compound. This grain boundary segregation or intermetallic compound further increases the grain boundary strength. As a result, creep ductility is further increased. Therefore, the preferable lower limit of the Mo content is 1.0%.
  • preferable F1 value is 0.00500 or more, More preferably, it is 0.00800 or more, More preferably, it is 0.01000 or more.
  • This manufacturing method includes a preparation process for preparing a raw material, a hot working process for manufacturing a steel material by performing hot working on the raw material, and cold-working the steel material after the hot working process as necessary.
  • a cold working process and the solution treatment process which performs a solution treatment with respect to steel materials as needed are provided.
  • the manufacturing method will be described.
  • a molten steel having the above-described chemical composition and satisfying the formula (1) is manufactured.
  • the molten steel is produced by using an electric furnace, an AOD (Argon Oxygen Decarburization) furnace, or a VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) furnace.
  • a well-known degassing process is implemented with respect to the manufactured molten steel as needed.
  • the material is manufactured from the molten steel that has been degassed.
  • the material manufacturing method is, for example, a continuous casting method.
  • a continuous casting material (material) is manufactured by a continuous casting method.
  • the continuous cast material is, for example, a slab, bloom, billet and the like.
  • Molten steel may be made into an ingot by the ingot-making method.
  • the prepared material (continuous cast material or ingot) is hot-worked to produce an austenitic stainless steel material.
  • a raw material is hot-rolled to produce a steel plate, a steel bar, or a wire.
  • an austenitic stainless steel pipe is manufactured by hot extrusion, hot piercing and rolling.
  • a specific method of hot working is not particularly limited, and hot working corresponding to the shape of the final product may be performed.
  • the processing end temperature of the hot processing is, for example, 1050 ° C. or higher.
  • the processing end temperature here means the temperature of the steel material immediately after the final hot processing is completed.
  • cold working may be performed on the austenitic stainless steel material after hot working.
  • the austenitic stainless steel material is a steel bar, a wire, or a steel pipe
  • the cold working is, for example, cold drawing or cold rolling.
  • the austenitic stainless steel material is a steel plate, cold rolling or the like is performed.
  • solution treatment process After hot working or after cold working, solution treatment may be performed as necessary.
  • the structure is homogenized and the carbonitride is solid-dissolved.
  • the preferred solution treatment temperature is as follows.
  • Preferred solution treatment temperature 1000 to 1250 ° C. If the solution treatment temperature is 1000 ° C. or higher, the Nb carbonitride is sufficiently dissolved, and the creep strength is further increased. If heat processing temperature is 1250 degrees C or less, the excessive solid solution of C can be suppressed and polythionic acid SCC resistance will further improve.
  • the holding time at the solution treatment temperature at the time of the solution treatment is not particularly limited, but is, for example, 2 to 60 minutes.
  • the processing end temperature of the hot processing is 1000 ° C. or higher.
  • the hot working finish temperature is 1000 ° C. or higher, the Nb carbonitride is sufficiently dissolved, and has excellent polythionic acid SCC resistance and excellent creep when used in a high temperature corrosive environment of 600 to 700 ° C. It is possible to achieve both ductility, and sufficient creep strength can be obtained by the formation of Nb carbonitride during use in a high temperature environment.
  • the austenitic stainless steel of this embodiment is not specifically limited.
  • the austenitic stainless steel of the present embodiment may be a steel plate, a steel pipe, a bar or wire, or a shape steel.
  • the thickness of the manufactured austenitic stainless steel sheet is defined as t (mm), and a well-known component analysis method (combustion-infrared for C and S is used for samples at an arbitrary position at a depth of t / 4 from the surface.
  • the absorption method, the high temperature desorption gas analysis method for N, and the ICP analysis method for other alloy elements were performed.
  • the chemical composition of the austenitic stainless steel sheet of each test number was consistent with Table 1.
  • a U-bend type test piece was immersed in a Wackerroder solution (a solution in which a large amount of H 2 S gas was blown into a saturated aqueous solution of H 2 SO 3 prepared by blowing SO 2 gas into distilled water) at room temperature for 100 hours. With respect to the test piece after immersion, the presence or absence of cracks was observed with a microscope at a magnification of 500 times to confirm the presence or absence of cracks.
  • Wackerroder solution a solution in which a large amount of H 2 S gas was blown into a saturated aqueous solution of H 2 SO 3 prepared by blowing SO 2 gas into distilled water
  • a creep rupture test piece in accordance with JIS Z2271 (2010) was produced from the steel plate of each test number.
  • the cross section perpendicular to the axial direction of the creep rupture test piece was circular, the outer diameter of the creep rupture test piece was 6 mm, and the parallel part was 30 mm.
  • the parallel part was parallel to the rolling direction of the steel sheet.
  • a creep rupture test based on JIS Z2271 (2010) was performed using the prepared creep rupture test piece. Specifically, the creep rupture test was performed after heating the creep rupture test piece at 750 ° C. The test stress was 45 MPa, and the creep rupture time (hours) and the creep rupture drawing (%) were determined.
  • test numbers 3 and 4 which contain Cu content 1.9% or less and contain Mo 0.5% or more, and the test number which contains Mo 1.0% or more even if it does not contain Cu In Nos. 5 to 7, 11, and 12, sufficient creep strength was obtained, and excellent creep ductility was also obtained.
  • test number 19 the C content was too high. As a result, the SCC resistance of polythionic acid was low.
  • Test No. 21 contained no Mo. Furthermore, F1 was less than the lower limit of formula (1). As a result, the fracture drawing was less than 20.0%, and the creep ductility of the steel was low. The creep strength was also low.
  • test number 22 the B content was low. As a result, the creep rupture drawing was less than 20.0%, and the creep ductility of the steel was low. The creep strength was also low.
  • Test No. 23 did not contain Nb. As a result, the SCC resistance of polythionic acid was low. Furthermore, the rupture time was less than 5000 hours, and the creep strength of the steel was low.

Abstract

耐ポリチオン酸ＳＣＣ性に優れ、かつ、クリープ延性にも優れるオーステナイト系ステンレス鋼を提供する。本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．１０～１．００％、Ｍｎ：０．２０～２．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：１６．０～２５．０％、Ｎｉ：１０．０～３０．０％、Ｍｏ：０．１～５．０％、Ｎｂ：０．２０～１．００％、Ｎ：０．０５０～０．３００％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００５～０．１００％、及びＢ：０．００１０～０．００８０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす化学組成を有する。　Ｂ＋０．００４－０．９Ｃ＋０．０１７Ｍｏ２≧０　（１）　ここで、式（１）の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。

Description

オーステナイト系ステンレス鋼
　本発明は、ステンレス鋼に関し、さらに詳しくは、オーステナイト系ステンレス鋼に関する。
　火力ボイラ、石油精製及び石油化学用プラントの加熱炉管等のプラント設備に用いられる部材の中には、６００～７００℃の高温で、かつ、硫化物及び／又は塩化物を含む腐食性流体を含む高温腐食環境で使用されるものがある。このようなプラント設備が定期点検等により停止したとき、空気、水分、硫化物スケールが反応して、部材表面にポリチオン酸が生成する。このポリチオン酸は、粒界における応力腐食割れ（以下、ポリチオン酸ＳＣＣという）を誘発する。したがって、上述の高温腐食環境で使用される部材には、優れた耐ポリチオン酸ＳＣＣ性が求められる。
　耐ポリチオン酸ＳＣＣ性を高めた鋼が、特開２００３－１６６０３９号公報（特許文献１）及び国際公開第２００９／０４４８０２号（特許文献２）に提案されている。ポリチオン酸ＳＣＣは、ＣｒがＭ２３Ｃ６型炭化物として粒界に析出し粒界近傍にＣｒ欠乏層が形成されることにより発生する。そこで、特許文献１及び特許文献２では、Ｃ量を低減してＭ２３Ｃ６型炭化物の生成を抑制して、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性を高めている。
　具体的には、特許文献１に開示されたオーステナイト系耐熱鋼は、質量％で、Ｃ：０．００５～０．０３％未満、Ｓｉ：０．０５～０．４％、Ｍｎ：０．５～２％、Ｐ：０．０１～０．０４％、Ｓ：０．０００５～０．００５％、Ｃｒ：１８～２０％、Ｎｉ：７～１１％、Ｎｂ：０．２～０．５％、Ｖ：０．２～０．５％、Ｃｕ：２～４％、Ｎ：０．１０～０．３０％、Ｂ：０．０００５～０．００８０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。Ｎｂ及びＶの含有量の合計が０．６％以上であり、鋼中のＮｂ固溶量が０．１５％以上である。さらに、Ｎ／１４≧Ｎｂ／９３＋Ｖ／５１、及びＣｒ－１６Ｃ－０．５Ｎｂ－Ｖ≧１７．５を満足する。特許文献１では、Ｃ含有量を低減し、ＣｒとＣ、Ｎｂ及びＶとの関係を規定することにより、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性を高めている。
　特許文献２に開示されたオーステナイト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０４％未満、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：１５～２５％、Ｎｉ：６～３０％、Ｎ：０．０２～０．３５％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０３％以下を含み、さらに、Ｎｂ：０．５％以下、Ｔｉ：０．４％以下、Ｖ：０．４％以下、Ｔａ：０．２％以下、Ｈｆ：０．２％以下、及びＺｒ：０．２％以下のうちの１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる。不純物中において、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｓｎ：０．１％以下、Ａｓ：０．０１％以下、Ｚｎ：０．０１％以下、Ｐｂ：０．０１％以下、及びＳｂ：０．０１％以下である。さらに、Ｆ１＝Ｓ＋｛（Ｐ＋Ｓｎ）／２｝＋｛（Ａｓ＋Ｚｎ＋Ｐｂ＋Ｓｂ）／５｝≦０．０７５、及び０．０５≦Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ＋Ｈｆ＋２Ｔｉ＋（Ｖ／１０）≦１．７－９×Ｆ１を満足する。特許文献２では、Ｃ含有量を０．０５％未満にすることで耐ポリチオン酸ＳＣＣ性を高める。さらに、ＮｂやＴｉといったＣ固定化元素を低減し、鋼中のＰ、Ｓ、Ｓｎ等の粒界脆化元素を低減することにより、溶接熱影響部（ＨＡＺ）における耐脆化割れ性を高める。
特開２００３－１６６０３９号公報 国際公開第２００９／０４４８０２号
　ところで、最近では、上述の高温腐食環境で使用される部材において、高いクリープ延性が求められている。プラント設備では、上述のとおり、設備を停止して定期点検を実施する場合がある。定期点検において、交換が必要な部材が調査される。このとき、クリープ延性が高ければ、定期点検時において、部材の変形の程度を確認して、部材の交換の判断基準とすることができる。
　特許文献１及び特許文献２では、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性の改善を目的としているものの、クリープ延性の向上については目的としていない。これらの特許文献で提案された鋼では、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性を高めるために、Ｃ含有量を低くしている。この場合、高いクリープ延性が得られない場合がある。
　本発明の目的は、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性に優れ、かつ、クリープ延性にも優れる、オーステナイト系ステンレス鋼を提供することである。
　本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．１０～１．００％、Ｍｎ：０．２０～２．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：１６．０～２５．０％、Ｎｉ：１０．０～３０．０％、Ｍｏ：０．１～５．０％、Ｎｂ：０．２０～１．００％、Ｎ：０．０５０～０．３００％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００５～０．１００％、Ｂ：０．００１０～０．００８０％、Ｃｕ：０～５．０％、Ｗ：０～５．０％、Ｃｏ：０～１．０％、Ｖ：０～１．００％、Ｔａ：０～０．２％、Ｈｆ：０～０．２０％、Ｃａ：０～０．０１０％、Ｍｇ：０～０．０１０％、及び、希土類元素：０～０．１０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす化学組成を有する。
　Ｂ＋０．００４－０．９Ｃ＋０．０１７Ｍｏ２≧０　（１）
　ここで、式（１）の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
　本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性に優れ、かつ、クリープ延性にも優れる。
　本発明者らは、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性だけでなく、クリープ延性にも優れた鋼について調査及び検討を行った。
　Ｃ含有量を０．０３０％以下に低減すれば、高温腐食環境下での使用中において、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の生成が抑制され、粒界近傍でのＣｒ欠乏層の生成が抑制される。本発明ではさらに、０．２０～１．００％のＮｂを含有することにより、ＣをＮｂで固定して、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の生成要因となる固溶Ｃ量をさらに低減する。本発明ではさらに、Ｍｏを０．１～５．０％含有する。Ｍｏは、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の生成を抑制する。そのため、Ｃ欠乏層の生成が低減される。以上の対策により、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性を高めることができる。
　しかしながら、本発明者らが調査した結果、Ｃ含有量を０．０３０％以下に低減すれば、クリープ延性が低下することが判明した。その理由として、次の事項が考えられる。粒界に生成する析出物は、粒界強度を高める。粒界強度が高まれば、クリープ延性が高まる。しかしながら、Ｃ含有量を０．０３０％以下に低減すれば、粒界に生成する析出物（炭化物等）も低減する。その結果、粒界強度が得られにくく、クリープ延性が低下すると考えられる。
　そこで、本発明者らは、優れた耐ポリチオン酸ＳＣＣ性及び優れたクリープ延性を両立できるオーステナイト系ステンレス鋼について、さらに検討を行った。Ｂ（ボロン）は上述の６００～７００℃の高温腐食環境下において、結晶粒界に偏析して、粒界強度を高めることができると考えられる。
　そこで、本発明者らは、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．１０～１．００％、Ｍｎ：０．２０～２．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：１６．０～２５．０％、Ｎｉ：１０．０～３０．０％、Ｍｏ：０．１～５．０％、Ｎｂ：０．２０～１．００％、Ｎ：０．０５０～０．３００％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００５～０．１００％、Ｂ：０．００１０～０．００８０％、Ｃｕ：０～５．０％、Ｗ：０～５．０％、Ｃｏ：０～１．０％、Ｖ：０～１．００％、Ｔａ：０～０．２％、Ｈｆ：０～０．２０％、Ｃａ：０～０．０１０％、Ｍｇ：０～０．０１０％、及び、希土類元素：０～０．１０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼であれば、優れた耐ポリチオン酸ＳＣＣ性及び優れたクリープ延性を両立させることができると考えた。
　しかしながら、上記化学組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼の耐ポリチオン酸ＳＣＣ及びクリープ延性を調査した結果、優れた耐ポリチオン酸ＳＣＣ性は得られるものの、優れたクリープ延性が必ずしも得られない場合があることがわかった。そこで、本発明者らはさらなる検討を行った。その結果、クリープ延性について、次のメカニズムが考えられることが分かった。
　上述のとおり、本実施形態では、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性を高めるために、Ｃ含有量を０．０３０％以下にするだけでなく、０．２０～１．００％のＮｂを含有してＣをＮｂに固定して、固溶Ｃを低減する。具体的には、Ｎｂは、溶体化処理、又は、短時間での時効により、Ｃと結合してＭＸ型炭窒化物として析出する。しかしながら、本実施形態の鋼材の使用環境（６００～７００℃の高温腐食環境）において、ＭＸ型炭窒化物は準安定相である。そのため、上記化学組成を有する鋼材を６００～７００℃の高温腐食環境において長時間使用した場合、ＮｂのＭＸ型炭窒化物は、安定相であるＺ相（ＣｒＮｂＮ）とＭ２３Ｃ６型炭化物に変化する。このとき、粒界に偏析しているＢが、Ｍ２３Ｃ６型炭化物中の一部のＣと置換され、Ｍ２３Ｃ６型炭化物に吸収される。そのため、粒界に偏析しているＢ量が低減し、粒界強度が低下する。その結果、十分なクリープ延性が得られないと考えられる。
　そこで、６００～７００℃の高温腐食環境下での使用中において、粒界での偏析Ｂ量の低減を抑制する方法について、さらに検討を行った。その結果、次のメカニズムが考えられることが分かった。
　Ｍｏは上述のとおり、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の生成自体を抑制する。Ｍｏはさらに、Ｍ２３Ｃ６型炭化物中の一部のＭと置換され、Ｍ２３Ｃ６型炭化物に固溶する場合がある。本明細書において、Ｍｏが固溶したＭ２３Ｃ６型炭化物を、「Ｍｏ固溶Ｍ２３Ｃ６型炭化物」と定義する。Ｍｏ固溶Ｍ２３Ｃ６型炭化物はＢを固溶しにくい。したがって、高温腐食環境下での使用中において、Ｎｂを含有するＭＸ型炭窒化物がＺ相とＭ２３Ｃ６型炭化物に変化した場合であっても、Ｍ２３Ｃ６型炭化物がＭｏ固溶Ｍ２３Ｃ６型炭化物であれば、ＢのＭ２３Ｃ６型炭化物への固溶を抑制でき、粒界での偏析Ｂ量の低減が抑制される。その結果、優れた耐ポリチオン酸ＳＣＣ性及び優れたクリープ延性を両立させることができると考えられる。
　そこで、上記化学組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼において、６００～７００℃の高温腐食環境下での使用中において、Ｎｂを含有するＭＸ型炭窒化物がＺ相とＭ２３Ｃ６型炭化物に変化した場合であっても、Ｍｏ固溶Ｍ２３Ｃ６型炭化物が生成することにより、粒界での偏析Ｂ量の低減を抑制できる化学組成をさらに検討した。その結果、Ｍｏ固溶Ｍ２３Ｃ６型炭化物の生成による偏析Ｂ量の低減抑制には、上記化学組成中のＢと、Ｃと、Ｍｏとが密接に関係することが分かった。そして、上記化学組成において、Ｂ、Ｃ及びＭｏが式（１）を満たせば、６００～７００℃の高温腐食環境下での使用中においても、優れた耐ポリチオン酸ＳＣＣ性及び優れたクリープ延性を両立させることができることが分かった。
　Ｂ＋０．００４－０．９Ｃ＋０．０１７Ｍｏ２≧０　（１）
　ここで、式（１）の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
　本発明者らがさらに検討した結果、上記オーステナイト系ステンレス鋼に任意元素であるＣｕが含有される場合、Ｃｕを５．０％以下含有すれば、優れたクリープ強度が得られつつ、クリープ延性も維持できるが、Ｃｕ含有量の上限を１．９％以下とすればさらに、クリープ強度を高めつつ、さらに高いクリープ延性を維持できることが分かった。その理由として、次の事項が考えられる。Ｃｕは高温腐食環境下での使用中において、粒内に析出してＣｕ相を形成する。Ｃｕ相はクリープ強度を高めるものの、クリープ延性を低下する場合がある。したがって、上記化学組成であって、式（１）を満たすオーステナイト系ステンレス鋼において、より好ましくは、Ｃｕ含有量は１．９％以下である。Ｃｕ含有量が１．９％以下であれば、優れたクリープ延性をより有効に維持できる。
　本発明者がさらに検討した結果、Ｍｏ含有量を０．５％以上とすれば、クリープ延性がさらに高まることが分かった。この理由は定かではないが、次の事項が考えられる。上記化学組成（式（１）を満たす）においてさらに、Ｍｏ含有量を０．５％以上とした場合、６００～７００℃の高温腐食環境下での使用中において、Ｍｏはさらに、粒界に偏析したり金属間化合物を生成したりする。この粒界偏析や金属間化合物により、粒界強度がさらに高まる。その結果、クリープ延性がさらに高まる。したがって、好ましいＭｏ含有量の下限は０．５％である。クリープ延性をさらに高めるための好ましいＭｏ含有量の下限は０．８％であり、さらに好ましくは１．０％であり、さらに好ましくは２．０％である。
　以上の知見に基づいて完成した本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．１０～１．００％、Ｍｎ：０．２０～２．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：１６．０～２５．０％、Ｎｉ：１０．０～３０．０％、Ｍｏ：０．１～５．０％、Ｎｂ：０．２０～１．００％、Ｎ：０．０５０～０．３００％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００５～０．１０００％、Ｂ：０．００１０～０．００８０％、Ｃｕ：０～５．０％、Ｗ：０～５．０％、Ｃｏ：０～１．０％、Ｖ：０～１．００％、Ｔａ：０～０．２％、Ｈｆ：０～０．２０％、Ｃａ：０～０．０１０％、Ｍｇ：０～０．０１０％、及び、希土類元素：０～０．１０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす化学組成を有する。
　Ｂ＋０．００４－０．９Ｃ＋０．０１７Ｍｏ２≧０　（１）
　ここで、式（１）の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
　上記化学組成は、質量％で、Ｃｕ：０．１～５．０％、Ｗ：０．１～５．０％、及びＣｏ：０．１～１．０％からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。
　上記化学組成は、質量％で、Ｖ：０．１～１．００％、Ｔａ：０．０１～０．２％、及びＨｆ：０．０１～０．２０％からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。
　上記化学組成は、質量％で、Ｃａ：０．０００５～０．０１０％、Ｍｇ：０．０００５～０．０１０％、及び、希土類元素：０．００１～０．１０％からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。
　上記化学組成は、質量％で、Ｃｕ：０～１．９％を含有してもよい。
　上記化学組成は、質量％で、Ｍｏ：０．５～５．０％を含有してもよい。
　以下、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼について詳述する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
　［化学組成］
　本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
　Ｃ：０．０３０％以下
　炭素（Ｃ）は不可避に含有される。Ｃは、６００～７００℃の高温腐食環境下で本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼を使用中において、粒界にＭ２３Ｃ６型炭化物を生成し、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性を低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０３０％以下である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。Ｃ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、上述のとおり、Ｃは不可避に含有されるため、工業生産上、Ｃは少なくとも、０．０００１％は含有され得る。そのため、Ｃ含有量の好ましい下限値は０．０００１％である。
　Ｓｉ：０．１０～１．００％
　シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉはさらに、鋼の耐酸化性及び耐水蒸気酸化性を高める。Ｓｉ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｓｉ含有量が高すぎれば、鋼中にシグマ相（σ相）が析出し、鋼の靭性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．１０～１．００％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．７５％であり、さらに好ましくは０．５０％である。
　Ｍｎ：０．２０～２．００％
　マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、オーステナイトを安定化して、クリープ強度を高める。Ｍｎ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｍｎ含有量が高すぎれば、鋼のクリープ強度が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．２０～２．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．４０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．７０％であり、さらに好ましくは１．５０％である。
　Ｐ：０．０４０％以下
　燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは鋼の熱間加工性及び靭性を低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０４０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３５％であり、さらに好ましくは０．０３２％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｐは不可避に含有され、工業生産上、Ｐは少なくとも、０．０００１％は含有され得る。そのため、Ｐ含有量の好ましい下限値は０．０００１％である。
　Ｓ：０．０１０％以下
　硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは鋼の熱間加工性及びクリープ延性を低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０１０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００５％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｓは不可避に含有され、工業生産上、Ｓは少なくとも、０．０００１％は含有され得る。そのため、Ｓ含有量の好ましい下限値は０．０００１％である。
　Ｃｒ：１６．０～２５．０％
　クロム（Ｃｒ）は鋼の耐ポリチオン酸ＳＣＣ性を高める。Ｃｒはさらに、耐酸化性、耐水蒸気酸化性、耐高温腐食性等を高める。Ｃｒ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｃｒ含有量が高すぎれば、鋼のクリープ強度及び靭性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は１６．０～２５．０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は１６．５％であり、さらに好ましくは１７．０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２４．０％であり、さらに好ましくは２３．０％である。
　Ｎｉ：１０．０～３０．０％
　ニッケル（Ｎｉ）はオーステナイトを安定化して、クリープ強度を高める。Ｎｉ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、上記効果が飽和し、さらに、製造コストが高くなる。したがって、Ｎｉ含有量は１０．０～３０．０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は１１．０％であり、さらに好ましくは１３．０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は２５．０％であり、さらに好ましくは２２．０％である。
　Ｍｏ：０．１～５．０％
　モリブデン（Ｍｏ）は、６００～７００℃の高温腐食環境下での使用中において、粒界にＭ２３Ｃ６型炭化物が生成するのを抑制する。Ｍｏはさらに、６００～７００℃での高温腐食環境下での使用中において、ＮｂのＭＸ型炭窒化物がＭ２３Ｃ６型炭化物に変化するとき、Ｍ２３Ｃ６型炭化物にＢが固溶するのを抑制して、高温腐食環境下での粒界の偏析Ｂ量が低減するのを抑制する。これにより、高温腐食環境下において、十分なクリープ延性が得られる。Ｍｏ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、オーステナイトの安定性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０．１～５．０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．２％であり、さらに好ましくは０．３％である。
　Ｍｏ含有量が０．５％以上であればさらに、Ｍｏは粒界に偏析したり、金属間化合物を生成したりして、粒界強度をさらに高める。この場合、高温腐食環境下において、さらに優れたクリープ強度が得られる。したがって、Ｍｏ含有量のさらに好ましい下限は０．５％であり、さらに好ましくは０．８％であり、さらに好ましくは１．０％であり、さらに好ましくは１．５％であり、さらに好ましくは２．０％である。Ｍｏ含有量が１．５％以上であれば、クリープ強度も高める。Ｍｏ含有量の好ましい上限は４．５％であり、さらに好ましくは４．０％である。Ｍｏ含有量が１．５％以上であれば、クリープ強度も高める。
　Ｎｂ：０．２０～１．００％
　ニオブ（Ｎｂ）は、６００～７００℃の高温腐食環境下での使用中において、Ｃと結合してＭＸ型炭窒化物を生成し、鋼中の固溶Ｃ量を低減する。これにより、鋼の耐ポリチオン酸ＳＣＣ性が高まる。生成したＮｂのＭＸ型炭窒化物はまた、クリープ強度を高める。Ｎｂ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｎｂ含有量が高すぎれば、δフェライトが生成し、鋼の長時間クリープ強度、靭性、及び、溶接性を低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０．２０～１．００％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．２５％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．９０％であり、さらに好ましくは０．８０％である。
　Ｎ：０．０５０～０．３００％
　窒素（Ｎ）はマトリクス（母相）に固溶してオーステナイトを安定化して、クリープ強度を高める。Ｎはさらに、粒内に微細な炭窒化物を形成し、鋼のクリープ強度を高める。つまり、Ｎは、固溶強化及び析出強化の両方でクリープ強度に寄与する。Ｎ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｎ含有量が高すぎれば、粒界でＣｒ窒化物が形成され、溶接熱影響部（ＨＡＺ）での耐ポリチオン酸ＳＣＣ性が低下する。Ｎ含有量が高すぎればさらに、鋼の加工性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．０５０～０．３００％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．０７０％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．２５０％であり、さらに好ましくは０．２００％である。
　ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００５～０．１００％
　アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、鋼の清浄度が低下し、鋼の加工性及び延性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．０００５～０．１００％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０５０％であり、さらに好ましくは０．０３０％である。本実施形態においてＡｌ含有量は、酸可溶Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌ）の含有量を意味する。
　Ｂ：０．００１０～０．００８０％
　ボロン（Ｂ）は、６００～７００℃での高温腐食環境下での使用中において、粒界に偏析し、粒界強度を高める。その結果、クリープ延性を高める。Ｂ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｂ含有量が高すぎれば、溶接性及び高温での熱間加工性が低下する。したがって、Ｂ含有量は０．００１０～０．００８０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は、０．００１５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００６０％未満であり、さらに好ましくは０．００５０％である。
　本実施の形態によるオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、オーステナイト系ステンレス鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
　［任意元素について］
　本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｕ、Ｗ及びＣｏからなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、鋼のクリープ強度を高める。
　Ｃｕ：０～５．０％
　銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃｕは６００～７００℃の高温腐食環境での使用中において、粒内にＣｕ相として析出して、析出強化により鋼のクリープ強度を高める。しかしながら、Ｃｕ含有量が高すぎれば、鋼の熱間加工性及び溶接性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０～５．０％である。クリープ強度をさらに有効に高めるためのＣｕ含有量の好ましい下限は０．１％であり、さらに好ましくは２．０％であり、さらに好ましくは２．５％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は４．５％であり、さらに好ましくは４．０％である。一方、より優れたクリープ延性を維持するための好ましいＣｕ含有量は０～１．９％であり、さらに好ましくいＣｕ含有量の上限は、１．８％である。
　Ｗ：０～５．０％
　タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｗはマトリクス（母相）に固溶して、鋼のクリープ強度を高める。しかしながら、Ｗ含有量が高すぎれば、オーステナイトの安定性が低下し、鋼のクリープ強度や靭性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０～５．０％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０．１％であり、さらに好ましくは０．２％である。Ｗ含有量の好ましい上限は４．５％であり、さらに好ましくは４．０％である。
　Ｃｏ：０～１．０％
　コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃｏはオーステナイトを安定化して、クリープ強度を高める。しかしながら、Ｃｏ含有量が高すぎれば、原料コストが高まる。したがって、Ｃｏ含有量は０～１．０％である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．１％であり、さらに好ましくは０．２％である。
　本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｖ、Ｔａ及びＨｆからなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、鋼の耐ポリチオン酸ＳＣＣ性及びクリープ強度を高める。
　Ｖ：０～１．００％
　バナジウム（Ｖ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｖは、６００～７００℃の高温腐食環境下での使用中において、Ｃと結合して炭窒化物を生成して、固溶Ｃを低減し、鋼の耐ポリチオン酸ＳＣＣ性を高める。生成したＶ炭窒化物はまた、クリープ強度を高める。しかしながら、Ｖ含有量が高すぎれば、δフェライトが生成し、鋼のクリープ強度、靭性、及び溶接性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０～１．００％である。耐ポリチオン酸ＳＣＣ性及びクリープ強度をさらに有効に高めるためのＶ含有量の好ましい下限は０．１０％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．９０％であり、さらに好ましくは０．８０％である。
　Ｔａ：０～０．２％
　タンタル（Ｔａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｔａは、６００～７００℃の高温腐食環境下での使用中において、Ｃと結合して炭窒化物を生成して、固溶Ｃを低減し、鋼の耐ポリチオン酸ＳＣＣ性を高める。生成したＴａ炭窒化物はまた、クリープ強度を高める。しかしながら、Ｔａ含有量が高すぎれば、δフェライトが生成し、鋼のクリープ強度、靭性、及び溶接性が低下する。したがって、Ｔａ含有量は０～０．２％である。耐ポリチオン酸ＳＣＣ性及びクリープ強度をさらに有効に高めるためのＴａ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。
　Ｈｆ：０～０．２０％
　ハフニウム（Ｈｆ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｈｆは、６００～７００℃の高温腐食環境下での使用中において、Ｃと結合して炭窒化物を生成して、固溶Ｃを低減し、鋼の耐ポリチオン酸ＳＣＣ性を高める。生成したＨｆ炭窒化物はまた、クリープ強度を高める。しかしながら、Ｈｆ含有量が高すぎれば、δフェライトが生成し、鋼のクリープ強度、靭性、及び溶接性が低下する。したがって、Ｈｆ含有量は０～０．２０％である。Ｈｆ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。
　本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、Ｍｇ及び希土類元素からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、鋼の熱間加工性及びクリープ延性を高める。
　Ｃａ：０～０．０１０％
　カルシウム（Ｃａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃａは、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）を介在物として固定し、鋼の熱間加工性及びクリープ延性を高める。しかしながら、Ｃａ含有量が高すぎれば、鋼の熱間加工性及びクリープ延性を低下する。したがって、Ｃａ含有量は０～０．０１０％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００８％であり、さらに好ましくは０．００６％である。
　Ｍｇ：０～０．０１０％
　マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｍｇは、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）を介在物として固定し、鋼の熱間加工性及びクリープ延性を高める。しかしながら、Ｍｇ含有量が高すぎれば、鋼の熱間加工性及び長時間クリープ延性を低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０１０％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００８％であり、さらに好ましくは０．００６％である。
　希土類元素：０～０．１０％
　希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、ＲＥＭは、Ｏ（酸素）及びＳ（硫黄）を介在物として固定し、鋼の熱間加工性及びクリープ延性を高める。しかしながら、ＲＥＭ含有量が高すぎれば、鋼の熱間加工性及び長時間クリープ延性を低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．０１％である。ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．０８％であり、さらに好ましくは０．０６％である。
　本明細書におけるＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙ、及び、ランタノイド（原子番号５７番のＬａ～７１番のＬｕ）の少なくとも１種以上を含有し、ＲＥＭ含有量は、これらの元素の合計含有量を意味する。
　［式（１）について］
　上記化学組成はさらに、式（１）を満たす。
　Ｂ＋０．００４－０．９Ｃ＋０．０１７Ｍｏ２≧０　（１）
　式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
　上述のとおり、本実施形態では、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性を高めるために、Ｃ含有量を０．０３０％以下にするだけでなく、０．２０～１．００％のＮｂを含有して、６００～７００℃の高温腐食環境下での使用中にＮｂのＭＸ型炭窒化物を生成し、固溶Ｃ量を低減する。しかしながら、ＮｂのＭＸ型炭窒化物は準安定相であるため、上記高温使用環境下での使用中において、Ｚ相及びＭ２３Ｃ６型炭化物に変化する。このとき、粒界に偏析しているＢがＭ２３Ｃ６型炭化物に固溶し、粒界でのＢ偏析量が低減する。その結果、クリープ延性が低下してしまう。
　しかしながら、ＭｏがＭ２３型Ｃ６型炭化物に固溶して「Ｍｏ固溶Ｍ２３Ｃ６型炭化物」を生成すれば、Ｍｏ固溶Ｍ２３Ｃ６型炭化物にＢは固溶しにくい。そのため、粒界でのＢ偏析量は維持され、優れた耐ポリチオン酸ＳＣＣ性が得られるだけでなく、優れたクリープ延性が得られる。
　Ｆ１＝Ｂ＋０．００４－０．９Ｃ＋０．０１７Ｍｏ２と定義する。Ｆ１は、高温腐食環境下で使用中の鋼中に生成する複数のＭ２３Ｃ６型炭化物のうち、Ｍｏ固溶Ｍ２３Ｃ６型炭化物の割合を示す指標である。Ｆ１が０以上であれば、高温腐食環境下での使用中において、鋼中に複数のＭ２３Ｃ６型炭化物が生成しても、Ｍｏ固溶Ｍ２３Ｃ６型炭化物の割合が高い。そのため、粒界に偏析しているＢがＭ２３Ｃ６型炭化物に固溶されにくく、粒界での偏析Ｂ量が維持される。そのため、優れた耐ポリチオン酸ＳＣＣ性と優れたクリープ延性とを両立させることができる。したがって、Ｆ１は０（０．０００００）以上である。好ましくは、Ｆ１は０．００１００以上であり、さらに好ましくは０．００２００以上であり、さらに好ましくは、０．００４００以上であり、さらに好ましくは、０．００５００であり、さらに好ましくは０．００８００以上であり、最も好ましくは０．０１０００である。
　好ましくは、上記オーステナイト系ステンレス鋼の化学組成がＣｕを含有する場合、上述のとおり、Ｃｕ含有量の上限は１．９％以下である。つまり、クリープ強度を高めつつ、さらに、優れたクリープ延性を得ることを考慮すれば、好ましいＣｕ含有量は０％～１．９％である。Ｃｕ含有量が１．９％以下であれば、Ｃｕ相の析出強化により優れたクリープ強度を得つつ、優れたクリープ延性を維持できる。
　上記オーステナイト系ステンレス鋼の化学組成において、Ｍｏ含有量の下限は好ましくは０．５％である。この場合、６００～７００℃の高温腐食環境下での使用中において、Ｍｏはさらに、粒界に偏析したり金属間化合物を生成したりする。この粒界偏析や金属間化合物により、粒界強度がさらに高まる。その結果、クリープ延性がさらに高まる。したがって、好ましいＭｏ含有量の下限は１．０％である。なお、Ｍｏ含有量の下限が１．０％以上である場合、好ましいＦ１値は０．００５００以上であり、さらに好ましくは、０．００８００以上であり、さらに好ましくは、０．０１０００以上である。
　［製造方法］
　本発明のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法の一例を説明する。本製造方法は、素材を準備する準備工程と、素材に対して熱間加工を実施して鋼材を製造する熱間加工工程と、必要に応じて熱間加工工程後の鋼材を冷間加工する冷間加工工程と、必要に応じて鋼材に対して溶体化処理を実施する溶体化処理工程とを備える。以下、製造方法について説明する。
　［準備工程］
　上述の化学組成であって、式（１）を満たす溶鋼を製造する。たとえば、電気炉やＡＯＤ（Ａｒｇｏｎ　Ｏｘｙｇｅｎ　Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）炉、ＶＯＤ（Ｖａｃｕｕｍ　Ｏｘｙｇｅｎ　Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）炉を用いて、上記溶鋼を製造する。製造された溶鋼に対して、必要に応じて周知の脱ガス処理を実施する。脱ガス処理を実施した溶鋼から、素材を製造する。素材の製造方法はたとえば、連続鋳造法である。連続鋳造法により、連続鋳造材（素材）を製造する。連続鋳造材はたとえば、スラブ、ブルーム及びビレット等である。溶鋼を造塊法によりインゴットにしてもよい。
　［熱間加工工程］
　準備された素材（連続鋳造材又はインゴット）を熱間加工して、オーステナイト系ステンレス鋼材を製造する。たとえば、素材を熱間圧延して鋼板や棒鋼、線材を製造する。また、熱間押出や熱間穿孔圧延等によりオーステナイト系ステンレス鋼管を製造する。熱間加工の具体的な方法は特に限定されず、最終製品の形状に応じた熱間加工を実施すればよい。熱間加工の加工終了温度はたとえば、１０５０℃以上である。ここでいう加工終了温度とは、最終の熱間加工が完了した直後の鋼材の温度を意味する。
　［冷間加工工程］
　熱間加工後のオーステナイト系ステンレス鋼材に対して、必要に応じて、冷間加工を実施してもよい。オーステナイト系ステンレス鋼材が棒鋼、線材、鋼管である場合、冷間加工はたとえば、冷間引抜や冷間圧延である。オーステナイト系ステンレス鋼材が鋼板である場合、冷間圧延等である。
　［溶体化処理工程］
　熱間加工後、又は冷間加工後、必要に応じて、溶体化処理を実施してもよい。溶体化処理工程では、組織の均一化、及び炭窒化物の固溶を行う。好ましい溶体化処理温度は次のとおりである。
　好ましい溶体化処理温度：１０００～１２５０℃
　溶体化処理温度が１０００℃以上であれば、Ｎｂの炭窒化物が十分に固溶し、クリープ強度がさらに高まる。熱処理温度が１２５０℃以下であれば、Ｃの過剰な固溶を抑制でき、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性がさらに高まる。
　溶体化処理時における上記溶体化処理温度での保持時間は特に限定されないが、たとえば２分～６０分である。
　なお、熱間加工工程により製造した鋼材に対して、上述の溶体化処理に代えて、熱間加工直後に急冷を行ってもよい。この場合、熱間加工の加工終了温度は、１０００℃以上とするのが好ましい。熱間加工終了温度が１０００℃以上であれば、Ｎｂの炭窒化物が十分に固溶し、６００～７００℃の高温腐食環境での使用中において、優れた耐ポリチオン酸ＳＣＣ性及び優れたクリープ延性の両立が可能であり、かつ、高温環境下での使用中におけるＮｂ炭窒化物の生成により、十分なクリープ強度も得られる。
　なお、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼の形状は特に限定されない。本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼は、鋼板であってもよいし、鋼管であってもよいし、棒鋼又は線材であってもよいし、形鋼であってもよい。
　表１の化学組成を有する溶鋼を製造した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１中の「Ｆ１」欄には、各試験番号の鋼のＦ１値が記入される。また、「化学組成」欄中の「その他」欄の元素記号及び元素記号の手前に付された数値は、含有されている任意元素と、その含有量（質量％）を意味する。各試験番号の化学組成のうち、表１に記載の元素以外の残部は、Ｆｅ及び不純物であった。
　溶鋼を用いて、外径１２０ｍｍ、３０ｋｇのインゴットを製造した。インゴットに対して熱間鍛造を実施して、厚さ４０ｍｍの鋼板とした。さらに、熱間圧延を実施して、厚さ１５ｍｍの鋼板とした。熱間圧延時の最終加工温度はいずれも１０５０℃以上であった。熱間圧延後の鋼板に対して、さらに、冷間圧延を実施して、厚さ１０．５ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋼板を製造した。冷間圧延後の各鋼板に対して、溶体化処理を実施した。各試験番号の鋼板の溶体化処理温度はいずれも１１５０℃であり、溶体化処理時間はいずれも１０分であった。溶体化処理後の鋼板を水冷した。以上の工程により、オーステナイト系ステンレス鋼材を製造した。
　製造されたオーステナイト系ステンレス鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）と定義し、表面からｔ／４深さの任意の位置のサンプルを用いて、周知の成分分析法（Ｃ及びＳについては燃焼－赤外線吸収法、Ｎについては高温離脱ガス分析法、その他の合金元素についてはＩＣＰ分析法）を実施した。その結果、各試験番号のオーステナイト系ステンレス鋼板の化学組成は、表１と一致した。
　［耐ポリチオン酸ＳＣＣ性評価試験］
　各試験番号の鋼板に対して、高温環境下での使用を想定して、６００℃で５０００時間の時効処理を実施した。この時効処理材から、厚み２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ７５ｍｍの板状試験片を採取した。ＪＩＳ　Ｇ　０５７６（２００１）「ステンレス鋼の応力腐食割れ試験方法」に準じて、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性評価試験を実施した。具体的には、試験片を、内側半径５ｍｍのポンチ周りに曲げてＵベンド形とした。Ｕベンド形の試験片を、Ｗａｃｋｅｎｒｏｄｅｒ溶液（蒸留水中にＳＯ２ガスを吹き込んで作成したＨ２ＳＯ３飽和水溶液に多量のＨ２Ｓガスを吹き込んだ溶液）中に常温で１００時間浸漬した。浸漬後の試験片に対して、割れ発生の有無を倍率５００倍で顕微鏡観察して、割れの有無を確認した。
　割れが確認されなかった場合、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性に優れると判断した（表２中の「耐ポリチオン酸ＳＣＣ性」欄において「Ｅ」（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ））。割れが１つでも確認された場合、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性が低いと判断した（表２中の「耐ポリチオン酸ＳＣＣ性」欄において「ＮＡ」（Ｎｏｔ　Ａｃｃｅｐｔｅｄ））。
　［クリープ延性及びクリープ強度評価試験］
　各試験番号の鋼板から、ＪＩＳ　Ｚ２２７１（２０１０）に準拠したクリープ破断試験片を作製した。クリープ破断試験片の軸方向に垂直な断面は円形であり、クリープ破断試験片の外径は６ｍｍであり、平行部は３０ｍｍであった。平行部は鋼板の圧延方向と平行であった。作製されたクリープ破断試験片を用いて、ＪＩＳ　Ｚ２２７１（２０１０）に準拠したクリープ破断試験を実施した。具体的には、クリープ破断試験片を７５０℃で加熱した後、クリープ破断試験を実施した。試験応力は４５ＭＰａとし、クリープ破断時間（時間）及びクリープ破断絞り（％）を求めた。
　クリープ強度に関して、クリープ破断時間が５０００～１００００ｈ以下の場合、クリープ強度に優れると判断した（表２中の「クリープ強度」欄において「Ｇ」（Ｇｏｏｄ）で表記）。クリープ破断時間が１００００時間を超える場合、クリープ強度が顕著に優れると判断した（表２中の「クリープ強度」欄において「Ｅ」（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ）で表記）。クリープ破断時間が５０００時間未満の場合、クリープ強度が低いと判断した（表２中の「クリープ強度」欄において「ＮＡ」（Ｎｏｔ　Ａｃｃｅｐｔｅｄ）で表記）。クリープ破断時間がＧ又はＥの場合、十分なクリープ強度が得られたと判断した。
　クリープ延性に関して、クリープ破断絞りが２０．０％～３０．０％以下の場合、クリープ延性が良好と判断した（表２中の「クリープ延性」欄において「Ｐ」（Ｐａｓｓｉｎｇ）で表記）。クリープ破断絞りが３０．０％を超え５０．０％以下の場合、クリープ延性が優れると判断した（表２中の「クリープ延性」欄において「Ｇ」（Ｇｏｏｄ）で表記）。さらに、クリープ破断絞りが５０．０％を超える場合、クリープ延性が顕著に優れると判断した（表２中の「クリープ延性」欄において「Ｅ」（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ）で表記）。クリープ破断絞りが２０．０％未満の場合、クリープ延性が低いと判断した（表２中の「クリープ延性」欄において「ＮＡ」（Ｎｏｔ　Ａｃｃｅｐｔｅｄ）。クリープ破断絞りが、Ｐ、Ｇ、又はＥの場合、十分なクリープ延性が得られたと判断した。
　［試験結果］
　表２に試験結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１及び表２を参照して、試験番号１～１６の鋼の化学組成中の各元素の含有量は適切であり、Ｆ１も式（１）を満たした。そのため、これらの試験番号の鋼板では、優れた耐ポリチオン酸ＳＣＣ性が得られた。さらに、破断時間が５０００時間以上であり、優れたクリープ強度が得られた。さらに、クリープ破断絞りが２０．０％以上であり、優れたクリープ延性が得られた。さらに、試験番号２～４、６～１２及び１５では、Ｃｕを含有したりＭｏを多く含有したりするため、クリープ破断試験における破断時間が試験番号１、５、１３、１４及び１６よりも長く１００００時間以上であり、卓越したクリープ強度が得られた。
　さらに、Ｃｕ含有量が１．９％以下を含有しかつＭｏを０．５％以上含有する試験番号３、４、及び、Ｃｕを含有しなくてもＭｏを１．０％以上含有する試験番号５～７、１１、１２では、十分なクリープ強度が得られつつ、かつ、卓越したクリープ延性も得られた。
　一方、試験番号１７及び１８では、Ｆ１が式（１）を満たさなかった。その結果、クリープ破断絞りが２０％未満となり、鋼のクリープ延性が低かった。Ｂの粒界偏析による粒界強化効果が十分に得られなかったためと考えられる。また、クリープ強度も低かった。
　試験番号１９では、Ｃ含有量が高すぎた。その結果、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性が低かった。
　試験番号２０では、Ｃｕを含有したため、クリープ強度が高かったものの、Ｆ１が式（１）を満たさなかった。その結果、クリープ破断絞りが２０．０％未満となり、鋼のクリープ延性が低かった。
　試験番号２１では、Ｍｏを含有しなかった。さらに、Ｆ１が式（１）の下限未満であった。その結果、破断絞りが２０．０％未満となり、鋼のクリープ延性が低かった。また、クリープ強度も低かった。
　試験番号２２では、Ｂ含有量が低かった。その結果、クリープ破断絞りが２０．０％未満となり、鋼のクリープ延性が低かった。また、クリープ強度も低かった。
　試験番号２３では、Ｎｂを含有しなかった。その結果、耐ポリチオン酸ＳＣＣ性が低かった。さらに、破断時間が５０００時間未満となり、鋼のクリープ強度が低かった。
　以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

Claims (5)

  1. 　質量％で、
    　Ｃ：０．０３０％以下、
    　Ｓｉ：０．１０～１．００％、
    　Ｍｎ：０．２０～２．００％、
    　Ｐ：０．０４０％以下、
    　Ｓ：０．０１０％以下、
    　Ｃｒ：１６．０～２５．０％、
    　Ｎｉ：１０．０～３０．０％、
    　Ｍｏ：０．１～５．０％、
    　Ｎｂ：０．２０～１．００％、
    　Ｎ：０．０５０～０．３００％、
    　ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００５～０．１００％、
    　Ｂ：０．００１０～０．００８０％、
    　Ｃｕ：０～５．０％、
    　Ｗ：０～５．０％、
    　Ｃｏ：０～１．０％、
    　Ｖ：０～１．００％、
    　Ｔａ：０～０．２％、
    　Ｈｆ：０～０．２０％、
    　Ｃａ：０～０．０１０％、
    　Ｍｇ：０～０．０１０％、及び、
    　希土類元素：０～０．１０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、
    　式（１）を満たす化学組成を有する、オーステナイト系ステンレス鋼。
    　Ｂ＋０．００４－０．９Ｃ＋０．０１７Ｍｏ２≧０　（１）
    　ここで、式（１）の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
  2. 　請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
    　前記化学組成は、
    　Ｃｕ：０．１～５．０％、
    　Ｗ：０．１～５．０％、及び
    　Ｃｏ：０．１～１．０％からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する、オーステナイト系ステンレス鋼。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
    　前記化学組成は、
    　Ｖ：０．１～１．００％、
    　Ｔａ：０．０１～０．２％、及び
    　Ｈｆ：０．０１～０．２０％からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する、オーステナイト系ステンレス鋼。
  4. 　請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
    　前記化学組成は、
    　Ｃａ：０．０００５～０．０１０％、
    　Ｍｇ：０．０００５～０．０１０％、及び、
    　希土類元素：０．００１～０．１０％からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する、オーステナイト系ステンレス鋼。
  5. 　請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
    　前記化学組成は、
    　Ｃｕ：０～１．９％を含有する、オーステナイト系ステンレス鋼。
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