JPS626634B2

JPS626634B2 -

Info

Publication number: JPS626634B2
Application number: JP57130272A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kanero
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1982-07-28
Filing date: 1982-07-28
Publication date: 1987-02-12
Also published as: JPS5923855A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は炭化物形成元素を含有する高温高強
度鋼に関し、加工性を通常のオーステナイト系ス
テンレス鋼程度に維持したまま強度を現用の耐熱
鋼に比較して大巾に増加したものである。 800℃以上の高温で使用される耐熱鋼として、
炭化物強化耐熱鋼が知られるが、、これには0.4％
といつた多量のＣを含有する耐熱鋳造合金の系統
と、Ti、Nb等で強化した系統のものがある。Ｃを多量に含有する耐熱鋳造合金の代表的なも
のとしてSCH―22合金が知られているが、この
耐熱鋳造合金は鋳造合金という性格上形状に制限
を伴いかつ安全性に問題を含む欠点がある。一方、Ti、Nb等で強化したものは、これらの
炭化物形成元素により高温使用中に炭化物又は炭
窒化物を形成させて高強度を得ようとするもので
あり、本願出願人により提案された特公昭47―
30806号によるものなどが知られている。しか
し、この炭化物形成元素を含有する鋼においては
結晶粒度や溶体化処理とその添加量との関係等に
ついてはまだ十分に明らかとなつていない。また
上記提案済の鋼においては700℃以下の使用を前
提としており、より高温の要求に応え得ない欠点
があつた。本発明は上記した従来技術の欠点に鑑みてなさ
れたもので、結晶粒度、溶体化処理と炭化物形成
元素の添加量の関係を明らかにすることにより
900℃以下における張度の向上を図つたものであ
る。即ち、本発明においては、Ｃ：0.06〜0.30％、Ni：９〜45％、Cr：15〜30
％、Si：1.0％以下、Mn：2.0％以下、及びNb、
Ti、Zr、Taの１種又は２種以上を下記条件を満
足するように含有し、更にＰ：0.04％以下、Ｓ：
0.02％以下として、残部は鉄及び不可避不純物か
ら成るオーステナイト結晶粒度がJIS3〜５である
ことを基本的な特徴とするものである。 Cr（％）0.8×Ni（％）＋13 Ｔｉ％＋Ｎｂ（％）＋Ｚｒ（％）＋Ｔａ（％）／Ｃ
（％）：１〜13 Ｔｉ（％）／Ｃ（％）：１〜10 Ｎｂ（％）／Ｃ（％）：１〜10 Ｚｒ（％）／Ｃ（％）：１〜10 Ｔａ（％）／Ｃ（％）：１〜10 なお、上記において％はすべて重量％である
（以下同じ）。以下限定理由を述べる。Ｃ：Ｃは0.06％未満では第１図に示すように十分
な強度を得ることはできない。また0.30％を超
えて添加すると第２図に示すように加工性を悪
化させるだけで強度増加につながらない。 Ni，Cr：Niは組織をオーステナイト単相組織と
するために９％以上を必要とし、Ni含有量が
多いほど特に700℃以上の高温域におけるオー
ステナイト相を安定化しオーステナイトを強靭
化するが、Ni含有量を増加させると後述の如
くＳの含有量を厳しく制限する必要が生じてく
るのと、非常に高価になることからその上限を
45％とした。 Crは高温での耐酸性を確保するために15％
以上必要であるが、30％を超えて添加するとオ
ーステナイト単相組織が得られなくなるため、
これを上限とする。またCrはよく知られているようにフエライ
ト形成元素でありNiはオーステナイト形成元
素であり、両者の含有量の関係を次の如く制御
しないとオーステナイト単相組織は得られな
い。 Cr（％）0.8×Ni（％）＋13 …… なお上記式はAlを含むときは Cr（％）＋Al（％）0.8×Ni（％）＋13 …… が満足されなければならない。 Si，Mn：Si，Mnは通常のオーステナイト鋼程度
の含有量、即ちSiは1.0％以下、Mnは2.0％以下
とする。この目的は主として脱酸である。 Nb，Ti，Zr，Ta：これらは炭化物或いは炭室化
物形成元素であり、高温使用中に炭化物、炭窒
化物を形成させて強度を向上させるものであ
り、これらの中１種又は２種以上を添加する。
従来これら元素、たとえばTi、Nbの多量添加
は、鋼中ＣがTi及びNbで固定されるためＣに
よる強化作用が得られず好ましくないとされる
例が多い。しかし溶体化処理温度を上げること
により、TiCやNbCの溶体化処理時における溶
解が進行し、後の使用時においてCr₂₃C₆として
析出するＣ量が増加する。したがつて高温で溶
体化処理を行なう場合（必然的に結晶粒度は粗
くなる）、Ti、Nb等の添加量は低温で熱処理す
る場合に比較して高温高強度を犠牲にすること
なく多量に添加することができる。また多量に
添加したTi、Nb等はそれ自身でも析出物とな
り強化に役立つ。しかし、溶体化処理温度の上限は事実上1300℃
に制限されるため、Ｔｉ％＋Ｎｂ（％）＋Ｚｒ（％）＋Ｔａ（％）／Ｃ
（％）（上述したようにすべて重量％）は13に制限される。また１未満では高温高強度と
する効果は少ないから、これを下限とする。また
更に高強度を得るためには２〜11とする必要があ
る。またこれら元素は単独でTi（％）／Ｃ（％）、
Nb（％）／Ｃ（％）、Zr（％）／Ｃ（％）、Ta
（％）／Ｃ（％）比が１〜10の範囲を満足するも
のとする。上記限定理由をNb、Tiを例として第３図に示
す。第３図は0.1％Ｃ―20％Cr―30％Ni―0.5％Al
鋼に対して種々のNb及び又はTiを添加含有させ
た鋼を1250℃で処理した材料の900℃1000hrにお
けるクリープ破断強度を示したものである（これ
らの材料の結晶粒度は結晶粒度No.３〜５の範囲内
にあるがNb及び又はTiの多いものほど細かにな
つている傾向を有する）。第３図においては縦軸及び横軸には夫々Ti量
（％）Nb量（％）が採られており各ブロツトの〇
印内において示した数字はその位置で示される
Ti量及びNb量を含有する上記鋼によつて得られ
た900℃×1000hrのクリープラプチユア強度であ
る。 Nb又はTiの単独添加即ちＸ軸上ではNb又はＹ
軸上でTiが1.0％を即ちＮｂ／Ｃ又はＴｉ／Ｃが10を超
えるところ（点Ａ、Ｄ）ではそれ以下のところよりもク
リープラプチユア強度が低下してくる傾向がみら
れ又複合添加の場合においてもＮｂ／Ｃ又はＴｉ／Ｃが
10を超えるところではそれ以下のところより強度が低
い傾向がみられるのでNb又はTiは上記したよう
にそれぞれＣとの比で10以下の含有量に限定す
る。又図面上には900℃1000hrにおけるクリープラ
プチユア強度が3.0Kg／mm²以上となつているとこ
ろとそれ未満とを区分する線及び並びに同
条件下におけるクリープラプチユア強度として
3.5Kg／mm²以上が得られる区分を示す線′′及び
′′をも記載した。即ち本発明においてはNb、Ti量を同図面上
ABCDEFでかこまれた範囲内に入るように選定
するものであり、好ましくはAB′C′DE′F′でかこ
まれる範囲に選定するものである。また更に好ま
しくは同図からTi／Ｃ：4.5以下かつNb／Ｃ：２
〜７の複合添加とするものである。即ち、Ｔｉ＋Ｎｂ／Ｃ：１〜13 （好ましくは２〜11）〔但し Ti／Ｃ10 Nb／Ｃ10である〕なお、Zr，TaもTi，Nbと同様炭化物形成元素
であり同じ作用効果があることが例えば第４図に
示すごとく確認されている。従つて、本発明では
上述したようにTi，Nb，Zr，Taの１種又は２種
以上をＴｉ＋Ｎｂ＋Ｚｒ＋Ｔａ／Ｃ：１〜13 （好ましくは２〜11）但しTi／Ｃ10、Nb／Ｃ10、Zr／Ｃ10、 Ta／Ｃ10 の範囲で添加するものである。Ｐ：Ｐは特に限定する必要はなく、通常のオース
テナイト鋼に許容される0.04％以下であれば問
題はない。Ｓ：Ｓは高温強度、加工性のいずれをも悪化させ
るのでその含有量を0.02％以下に制限する。特
にNi量が多い場合その制限は厳しくなる。第５図は18％Cr―10％Ni―0.1％Ｃ―0.5％
Nb鋼、23％Cr―18％Ni―0.1％Ｃ―0.5％Nb鋼
及び20％Cr―28％Ni―0.1％Ｃ―0.5％Nb鋼
（いずれも1250℃で溶体化処理した粒度番号３
の材料）のクリープ破断強度に及ぼすＳ量の影
響を示したものであるが、Ni量が大なる程Ｓ
量の影響が大きくＳ含有量を厳しく制限しなけ
ればならぬことがわかる。同図からNi含有量
が18％以上のときはＳの上限を0.015％、Ni含
有量が28％以上のときはＳの上限を0.010％と
することが好ましい。粒度：オーステナイト結晶粒度は適当な溶体化処
理によりJIS番号３〜５に調整するものとす
る。第６図に示すように、粒度番号が小さくなる
と（粗粒になると）破断強度は大きくなるが反
面破断伸びは少なくなる。したがつて用途によ
り粒度を選択する必要があるが、粒度番号３未
満としても強度上昇はあまりなく、また粒度番
号５を超えると高温強度は通常の耐熱鋼
（SUS310、インコロイ800等）と大差のないも
のとなる。したがつて結晶粒度をJIS3〜５に限
定する。なお溶体化処理により十分な粗粒を得るため
には1180℃以上５〜30分の加熱後水冷、油冷ま
たは空冷の熱処理が必要であるが、この温度は
Ti、Nb等の添加量により異なり、添加量が多
いほど同一粒度を得るために高温が必要とな
る。本発明鋼の基本的な限定は以上の通りである
が、更に次のような元素を添加すると効果が大き
い。 Al：Alを添加すると耐酸化性が向上する。しか
し４％を超える多量の添加は第７図に示すよう
にクリープ強度を低下させる上、更に４％を超
えるAl含有は製造上（溶解、加工）好ましく
ない。したがつて４％を上限とする。なおAlは強力なフエライト形成元素である
ため、前述したように Cr（％）＋Al（％）0.8×Ni（％）＋13 を満足する必要がある。Ｎ，Ｂ：Ｎ，Ｂはともに高温強度に有効である。
Ｎはまた加工性を低下させない元素であり、従
つて不純物として入る0.05以上を添加、特に
0.1％以上含有させることが好ましいが、0.3％
を超えて含有させることは出来ない。従つてＮ
は0.3％以下とする。Ｂは第８図に示すように0.01％を超える添加
は加工性に有害である。したがつて0.01％以下
とする。下掲表に本発明の実施例を示す。この表から本
発明鋼は加工性が阻害されずに強度が向上してい
ることがわかる。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図はクリープ破断強度とＣ％との関係を示
すグラフ、第２図は熱間加工性とＣ％の関係を示
すグラフ、第３図はクリープ破断強度とTi及び
Nb％との関係を示すグラフ、第４図はNb添加材
に対するZr，Taの影響を示すグラフ、第５図は
クリープ破断強度とＳ％との関係を示すグラフ、
第６図はクリープ破断強度及び伸びと結晶粒度と
の関係を示すグラフ、第７図はクリープ破断強度
及び耐酸化性とAl％との関係を示すグラフ、第
８図はクリープ破断強度とＢ％の関係を示すグラ
フである。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.06〜0.30％、Ni：９〜45％、Cr：15〜
30％、Si：1.0％以下、Mn：2.0％以下、及び
Nb、Ti、Zr、Taの１種又は２種以上を下記条件
を満足するように含有し、更にＰ：0.04％以下、
Ｓ：0.02％以下として、残部は鉄及び不可避不純
物から成るオーステナイト結晶粒度がJIS3〜５で
ある炭化物形成元素を含有する高温高強度鋼。 Cr（％）0.8×Ni（％）＋13 Ｔｉ％＋Ｎｂ（％）＋Ｚｒ（％）＋Ｔａ（％）／Ｃ
（％）：１〜13 Ｔｉ（％）／Ｃ（％）：１〜10 Ｎｂ（％）／Ｃ（％）：１〜10 Ｚｒ（％）／Ｃ（％）：１〜10 Ｔａ（％）／Ｃ（％）：１〜10 ２Ｃ：0.06〜0.30％、Ni：９〜45％、Cr：15〜
30％、Si：1.0％以下、Mn：2.0％以下、及び
Nb、Ti、Zr、Taの１種又は２種以上、且つＰ：
0.04％以下、Ｓ：0.02％以下とし、更にAl：４％
以下、Ｎ：0.3％以下、Ｂ：0.01％以下の１種又
は２種以上を下記条件を満足するように含有し、
残部は鉄及び不可避不純物からなるオーステナイ
ト結晶粒度がJIS3〜５である炭化物形成元素を含
有する高温高強度鋼。 Cr（％）＋Al（％）0.8×Ni（％）＋13 Ｔｉ（％）＋Ｎｂ（％）＋Ｚｒ（％）＋Ｔａ（％）／Ｃ
（％）：１〜13 Ｔｉ（％）／Ｃ（％）：１〜10 Ｎｂ（％）／Ｃ（％）：１〜10 Ｚｒ（％）／Ｃ（％）：１〜10 Ｔａ（％）／Ｃ（％）：１〜10