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JP6547599B2 - Austenitic heat resistant steel - Google Patents
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Description

本発明は、オーステナイト系耐熱鋼に関する。   The present invention relates to an austenitic heat resistant steel.

従来、高温環境下で使用されるボイラや化学プラント等の装置用材料として、SUS304H、SUS316H、SUS321H、SUS347H等の18−8系オーステナイト系耐熱鋼が使用されてきた。しかし近年、このような高温環境下における装置の使用条件が著しく過酷化し、それに伴って使用材料に対する要求性能が厳しくなっている。そのため、18−8系オーステナイト系耐熱鋼では、高温強度、特にクリープ破断強度、耐水蒸気酸化性、及び耐高温腐食性が著しく不足する状況になっている。   Hitherto, 18-8 austenitic heat resistant steels such as SUS304H, SUS316H, SUS321H, and SUS347H have been used as materials for equipment of boilers and chemical plants used under high temperature environment. However, in recent years, the operating conditions of the device under such high temperature environment are extremely severe, and the performance requirements for the used materials are becoming strict accordingly. Therefore, in the case of the 18-8 austenitic heat resistant steel, the high temperature strength, in particular, the creep rupture strength, the steam oxidation resistance, and the high temperature corrosion resistance are extremely insufficient.

そこで、Crを20%程度以上含有するオーステナイト系耐熱鋼の各種元素の含有量を最適化して、クリープ破断強度を改善したオーステナイト系耐熱鋼が開発されている。   Therefore, an austenitic heat-resistant steel has been developed in which the creep rupture strength is improved by optimizing the content of various elements of the austenitic heat-resistant steel containing about 20% or more of Cr.

特許第3838216号公報には、20%を超え28%未満のCrを含有するオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。同文献には、Cu、Nb及びNを複合添加するとともに、Cu含有量に応じてP及びOを制御することで、クリープ破断強度、クリープ破断延性、及び熱間加工性を改善したことが記載されている。   Japanese Patent No. 3838216 discloses an austenitic stainless steel containing more than 20% and less than 28% Cr. The document describes that creep rupture strength, creep rupture ductility, and hot workability are improved by adding Cu, Nb and N in combination and controlling P and O according to the Cu content. It is done.

特許第4258678号公報には、15〜30%のCrを含有するオーステナイト系ステンレス鋼において、P、S、Sn、Sb、Pb、Zn及びAsの含有量を制限することで、溶接熱影響部の耐脆化割れ性を改善したことが開示されている。   According to Japanese Patent No. 4258678, the content of P, S, Sn, Sb, Pb, Zn and As in an austenitic stainless steel containing 15 to 30% of Cr is limited in the welding heat affected zone. It is disclosed that the resistance to brittleness cracking has been improved.

特許第4946758号公報には、22%を超え30%未満のCrを含有するオーステナイト系ステンレス鋼において、P、S、Sn、Sb、Pb、Zn及びAsの含有量を制限することで、経年材の加工性を改善したことが開示されている。   Japanese Patent No. 4946758 discloses an austenitic stainless steel containing more than 22% and less than 30% of Cr by limiting the content of P, S, Sn, Sb, Pb, Zn and As. It is disclosed that the processability of is improved.

特許第5000805号公報には、20〜27%のCrを含有し、クリープ破断強度、耐水蒸気酸化性等に優れるオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。   Japanese Patent No. 5000805 discloses an austenitic stainless steel that contains 20 to 27% of Cr and is excellent in creep rupture strength, water vapor oxidation resistance, and the like.

特許第5670103号公報には、18.0〜26.0%のCrを含有するオーステナイト系ステンレス鋼において、Mo、W及びNを複合添加することで、高いクリープ破断強度を得られることが開示されている。   Patent No. 5670103 discloses that high creep rupture strength can be obtained by adding Mo, W and N in an austenitic stainless steel containing 18.0 to 26.0% of Cr. ing.

特許第5661001号公報には、18〜23%のCrを含有するオーステナイト系耐熱鋼において、オーステナイトバランスを規定することで、優れた高温強度と時効後靱性とを得られることが開示されている。   Japanese Patent No. 5661001 discloses that, in an austenitic heat-resistant steel containing 18 to 23% of Cr, excellent high temperature strength and toughness after aging can be obtained by defining the austenite balance.

特開2013−67843号公報には、18〜23%のCrを含有するオーステナイト系耐熱鋼において、Mo、W、及びNbの添加量を最適化することで、優れたクリープ破断強度を得られることが開示されている。   In JP-A 2013-67843, excellent creep rupture strength can be obtained by optimizing the addition amounts of Mo, W and Nb in an austenitic heat-resistant steel containing 18 to 23% Cr. Is disclosed.

特許第3838216号公報Patent No. 3838216 特許第4258678号公報Patent No. 4258678 gazette 特許第4946758号公報Patent No. 4946758 特許第5000805号公報Patent No. 5000805 特許第5670103号公報Patent No. 5670103 特許第5661001号公報Patent No. 5661001 特開2013−67843号公報JP, 2013-67843, A

最近、例えば火力発電用ボイラの分野では、蒸気温度を650〜700℃以上に高める計画が国内外で推進されている。蒸気温度を650〜700℃以上に高めれば、使用される部材の温度は、700℃を遙かに超える。このような環境では、上記文献に記載されたオーステナイト系耐熱鋼であっても、クリープ破断強度や耐食性が不十分になる場合がある。   Recently, in the field of boilers for thermal power generation, for example, plans for raising the steam temperature to 650 to 700 ° C. or more are being promoted at home and abroad. If the steam temperature is raised to 650-700 ° C. or higher, the temperature of the components used will far exceed 700 ° C. In such an environment, the creep rupture strength and the corrosion resistance may be insufficient even with the austenitic heat-resistant steel described in the above-mentioned document.

また、クリープ破断強度の向上を重視したオーステナイト系耐熱鋼では、高温で長時間保持したときのクリープ破断延性が低くなる傾向があることが、本発明者らの調査によって明らかになった。   In addition, in the austenitic heat-resistant steel in which emphasis is placed on the improvement of the creep rupture strength, it has been clarified by the investigation of the present inventors that the creep rupture ductility tends to be low when held for a long time at high temperature.

本発明の目的は、長時間の組織安定性に優れ、高いクリープ破断強度とクリープ破断延性とを有するオーステナイト系耐熱鋼を提供することである。   An object of the present invention is to provide an austenitic heat-resistant steel excellent in long-term structural stability and having high creep rupture strength and creep rupture ductility.

本発明の一実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼は、化学組成が、質量%で、C:0.02〜0.12%、Si:0.1〜2%、Mn:0.1〜3%、P:0.04%以下、S:0.02%以下、Cr:20〜26%、Ni:26%を超え35%以下、W:1〜5.5%、V:0.01〜1%、Nb:0.01〜1%、B:0.0005〜0.008%、Mo:0.3%以下、Al:0.001〜0.3%、Cu:0.3%以下、Ti:0.01%以下、N:0.13%を超え0.35%以下、REM:0.003〜0.10%、Mg:0〜0.05%、Ca:0〜0.05%、Zr:0〜0.1%、Hf:0〜0.5%、Ta:0〜1%、Re:0〜5%、Co:0〜10%、残部:Fe及び不純物であり、前記化学組成が、下記の式(1)及び(2)を満たす。
0.15[N残渣]≦[REM]≦0.7[N残渣]…(1)
6.2[N]≦[W]≦17.1[N]…(2)
ここで、[REM]、[N]、及び[W]には、REM、N、及びWの含有量が質量%で代入され、[N残渣]には、750℃で3000時間加熱時に窒化物として析出する窒素量が質量%で代入される。
In the austenitic heat resistant steel according to one embodiment of the present invention, the chemical composition is, by mass%, C: 0.02 to 0.12%, Si: 0.1 to 2%, Mn: 0.1 to 3%, P: 0.04% or less, S: 0.02% or less, Cr: 20 to 26%, Ni: 26% or more and 35% or less, W: 1 to 5.5%, V: 0.01 to 1% Nb: 0.01 to 1%, B: 0.0005 to 0.008%, Mo: 0.3% or less, Al: 0.001 to 0.3%, Cu: 0.3% or less, Ti: 0.01% or less, N: more than 0.13% and 0.35% or less, REM: 0.003 to 0.10%, Mg: 0 to 0.05%, Ca: 0 to 0.05%, Zr : 0 to 0.1%, Hf: 0 to 0.5%, Ta: 0 to 1%, Re: 0 to 5%, Co: 0 to 10%, balance: Fe and impurities, the chemical composition is , The following formula ( ) And satisfying the (2).
0.15 [N residue] ≦ [REM] ≦ 0.7 [N residue] (1)
6.2 [N] [[W] 1 17.1 [N] (2)
Here, the content of REM, N, and W is substituted by mass% into [REM], [N], and [W], and [N residue] is a nitride when heated at 750 ° C. for 3000 hours. The amount of nitrogen deposited is substituted by mass%.

本発明によれば、長時間の組織安定性に優れ、高いクリープ破断強度とクリープ破断延性とを有するオーステナイト系耐熱鋼が得られる。   According to the present invention, an austenitic heat resistant steel excellent in long-term structural stability and having high creep rupture strength and creep rupture ductility can be obtained.

本発明者らは、高いクリープ破断強度及びクリープ破断延性を発現させるためには、下記a)〜e)を満たす必要があることを明らかにした。
a)Cr:20〜26%、Ni:26%を超え35%以下
b)W:1〜5.5%、Mo:0.3%以下
c)V:0.01〜1%、Nb:0.01〜1%、N:0.13%を超え0.35%以下
d)6.2[N]≦[W]≦17.1[N]
e)0.15[N残渣]≦[REM]≦0.7[N残渣]
ここで、[REM]、[N]、及び[W]には、REM、N、及びWの含有量が質量%で代入され、[N残渣]には、750℃で3000時間加熱時に窒化物として析出する窒素量が質量%で代入される。
The present inventors clarified that it is necessary to satisfy the following a) to e) in order to develop high creep rupture strength and creep rupture ductility.
a) Cr: 20 to 26%, Ni: more than 26% and 35% or less b) W: 1 to 5.5%, Mo: 0.3% or less c) V: 0.01 to 1%, Nb: 0 .01 to 1%, N: more than 0.13% and 0.35% or less d) 6.2 [N] [[W] 1 17.1 [N]
e) 0.15 [N residue] ≦ [REM] ≦ 0.7 [N residue]
Here, the content of REM, N, and W is substituted by mass% into [REM], [N], and [W], and [N residue] is a nitride when heated at 750 ° C. for 3000 hours. The amount of nitrogen deposited is substituted by mass%.

耐食性と高温長時間の組織安定性とを両立するためには、Cr及びNiの各含有量を上記(a)の範囲にする必要がある。   In order to achieve both corrosion resistance and high-temperature long-term structural stability, it is necessary to set each content of Cr and Ni in the range of the above (a).

このようなCr及びNiを含有するオーステナイト系耐熱鋼において、高いクリープ破断強度を実現するためには、W及びMoの各含有量を上記(b)の範囲にし、V、Nb、及びNの各含有量を上記(c)の範囲にすることが有効である。   In such an austenitic heat resistant steel containing Cr and Ni, in order to realize high creep rupture strength, the content of each of W and Mo is made the range of the above (b), and each of V, Nb, and N is It is effective to make the content in the range of the above (c).

Wを含有させることで、固溶強化に加えて、Laves相等による析出強化により、クリープ破断強度が向上する。一方、Wと同様の強化作用を有すると考えられているMoは、20%以上のCrを含有するオーステナイト系耐熱鋼においては、高温で長時間保持したときにσ相を析出させる。そのため、Mo含有量は、0.3%以下に厳密に低減する必要がある。   By containing W, in addition to the solid solution strengthening, the creep rupture strength is improved by the precipitation strengthening by the Laves phase or the like. On the other hand, Mo, which is considered to have the same strengthening action as W, precipitates the sigma phase in an austenitic heat resistant steel containing 20% or more of Cr when held at high temperature for a long time. Therefore, the Mo content needs to be strictly reduced to 0.3% or less.

さらに、V、Nb、及びNを適量含有させることで、(V,Nb)NやZ相等の窒化物が析出し、クリープ破断強度が大幅に向上する。   Furthermore, when V, Nb, and N are contained in appropriate amounts, nitrides such as (V, Nb) N and Z phases are precipitated, and creep rupture strength is significantly improved.

ただし、Wは比較的粗大な窒化物π相の析出も促進する。固溶WやLaves相の析出と微細な(V,Nb)NやZ相を確保し、高いクリープ破断強度を得るとともに、過剰なπ相の析出を抑制し、高いクリープ破断延性を得るためには、W含有量とN含有量とが、上記(d)で示される関係を満たす必要がある。すなわち、固溶WやLaves相の析出量を確保するためには、W含有量を6.2[N]以上にする必要がある。一方、微細な窒化物の確保によるクリープ破断強度向上、過剰なπ相の析出によるクリープ破断延性や高温長時間加熱後の靱性低下防止の観点からは、W含有量を17.1[N]以下にする必要がある。   However, W also promotes the precipitation of relatively coarse nitride π phase. In order to secure the precipitation of the solid solution W and Laves phase and the fine (V, Nb) N and Z phases, to obtain high creep rupture strength, to suppress the precipitation of excess π phase, and to obtain high creep rupture ductility The W content and the N content need to satisfy the relationship shown in the above (d). That is, in order to secure the precipitation amount of solid solution W and Laves phase, it is necessary to make W content more than 6.2 [N]. On the other hand, the W content is 17.1 [N] or less from the viewpoint of creep rupture strength improvement by securing fine nitrides, creep rupture ductility by precipitation of excessive π phase, and toughness reduction after high temperature long time heating. You need to

高温で長時間保持したときにも十分なクリープ破断延性を確保するためには、REM含有量と、750℃で3000時間加熱時に窒化物として析出する窒素量とが、上記(e)で示される関係を満たす必要がある。すなわち、REM含有量が窒化物の量に対して低すぎると、粒内強度に対して粒界強度が不足し、クリープ破断延性が低下する。そのため、REM含有量を0.15[N残渣]以上にする必要がある。一方、REM含有量が窒化物の量に対して高すぎると、介在物が過剰になったり粒界の局所的な融点が低下したりすることで、やはりクリープ破断延性が低下する。そのため、REM含有量を0.7[N残渣]以上にする必要がある。   In order to ensure a sufficient creep rupture ductility even when held at high temperature for a long time, the REM content and the amount of nitrogen deposited as a nitride when heated at 750 ° C. for 3000 hours are indicated by the above (e) It is necessary to satisfy the relationship. That is, when the REM content is too low relative to the amount of nitride, the intergranular strength is insufficient relative to the intragranular strength, and the creep rupture ductility is reduced. Therefore, the REM content needs to be 0.15 [N residue] or more. On the other hand, when the REM content is too high relative to the amount of nitride, creep rupture ductility also decreases due to excess inclusions and a decrease in the local melting point of grain boundaries. Therefore, REM content needs to be 0.7 [N residue] or more.

以上の知見に基づいて、本発明は完成された。以下、本発明の一実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼について詳述する。   The present invention has been completed based on the above findings. Hereinafter, the austenitic heat-resistant steel according to one embodiment of the present invention will be described in detail.

[化学組成]
本実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「%」は、質量%を意味する。
[Chemical composition]
The austenitic heat resistant steel according to the present embodiment has the chemical composition described below. In the following description, “%” of the content of the element means mass%.

C:0.02〜0.12%
炭素(C)は、オーステナイト系耐熱鋼として必要な高温引張強さ、クリープ破断強度を得るために必須の元素である。この効果を得るためには、C含有量を0.02%以上にする必要がある。一方、C含有量が0.12%を超えると、未固溶炭化物が生じたり、Crの炭化物が増えたりすることによって、延性、靱性等の機械的性質や溶接性が劣化する。したがって、C含有量は0.02〜0.12%である。C含有量の下限は、好ましくは0.05%である。C含有量の上限は、好ましくは0.10%である。
C: 0.02 to 0.12%
Carbon (C) is an essential element to obtain high temperature tensile strength and creep rupture strength necessary for austenitic heat resistant steel. In order to obtain this effect, the C content needs to be 0.02% or more. On the other hand, when the C content exceeds 0.12%, undissolved carbides are formed or Cr carbides are increased, thereby deteriorating the mechanical properties such as ductility and toughness and weldability. Therefore, the C content is 0.02 to 0.12%. The lower limit of the C content is preferably 0.05%. The upper limit of the C content is preferably 0.10%.

Si:0.1〜2%
シリコン(Si)は、脱酸元素として含有される。Siはまた、耐酸化性、耐水蒸気酸化性等を高めるのに有効な元素である。この効果を得るためには、Si含有量を0.1%以上にする必要がある。一方、Si含有量が2%を超えると、σ相等の金属間化合物相の析出が促進され、高温における組織安定性の劣化に起因して靱性や延性が低下する。また、溶接性も低下する。したがって、Si含有量は0.1〜2%である。Si含有量の下限は、好ましくは0.2%である。Si含有量の上限は、好ましくは1%である。
Si: 0.1 to 2%
Silicon (Si) is contained as a deoxidizing element. Si is also an element effective for enhancing oxidation resistance, water vapor oxidation resistance and the like. In order to acquire this effect, it is necessary to make Si content 0.1% or more. On the other hand, if the Si content exceeds 2%, precipitation of intermetallic compound phases such as the σ phase is promoted, and toughness and ductility are lowered due to deterioration of the structural stability at high temperatures. In addition, the weldability also decreases. Therefore, the Si content is 0.1 to 2%. The lower limit of the Si content is preferably 0.2%. The upper limit of the Si content is preferably 1%.

Mn:0.1〜3%
マンガン(Mn)は、Siと同様、溶鋼の脱酸作用を有する。Mnはまた、鋼中に不可避的に含有されるSを硫化物として固着し、高温での延性を改善する。これらの効果を得るためには、Mn含有量を0.1%以上にする必要がある。一方、Mn含有量が3%を超えると、σ相等の金属間化合物相の析出が促進され、組織安定性、高温強度、及び機械的性質が劣化する。したがって、Mn含有量は0.1〜3%である。Mn含有量の下限は、好ましくは0.2%である。Mn含有量の上限は、好ましくは2%であり、さらに好ましくは1.5%である。
Mn: 0.1 to 3%
Manganese (Mn), like Si, has a deoxidizing action on molten steel. Mn also fixes S, which is inevitably contained in steel, as sulfide and improves ductility at high temperatures. In order to acquire these effects, it is necessary to make Mn content 0.1% or more. On the other hand, when the Mn content exceeds 3%, precipitation of intermetallic compound phase such as σ phase is promoted, and the structure stability, the high temperature strength and the mechanical property are deteriorated. Therefore, the Mn content is 0.1 to 3%. The lower limit of the Mn content is preferably 0.2%. The upper limit of the Mn content is preferably 2%, more preferably 1.5%.

P:0.04%以下
リン(P)は、不純物として鋼中に含まれ、溶接性や高温での延性を著しく低下させる。したがって、P含有量は0.04%以下である。P含有量は、極力低くすることが好ましく、好ましくは0.03%以下、さらに好ましくは0.02%以下である。
P: 0.04% or less Phosphorus (P) is contained in steel as an impurity, and significantly reduces weldability and ductility at high temperatures. Therefore, the P content is 0.04% or less. The P content is preferably as low as possible, preferably 0.03% or less, and more preferably 0.02% or less.

S:0.02%以下
硫黄(S)は、Pと同様、不純物として鋼中に含まれ、溶接性や高温での延性を著しく低下させる。したがって、S含有量は0.02%以下である。S含有量は、熱間加工性を重視する場合、好ましくは0.01%以下、さらに好ましくは0.003%以下である。
S: 0.02% or less Sulfur (S) is contained as an impurity in steel, as with P, and significantly reduces weldability and ductility at high temperatures. Therefore, the S content is 0.02% or less. The S content is preferably 0.01% or less, more preferably 0.003% or less, in the case where hot workability is important.

Cr:20〜26%
クロム(Cr)は、耐酸化性、耐水蒸気酸化性、耐高温腐食性等の耐食性改善に優れた作用を発揮するとともに、Cr炭窒化物を形成してクリープ破断強度の向上にも寄与する重要な元素である。本実施形態では、厳しい高温環境下での耐水蒸気酸化性、耐高温腐食性を重視するため、Cr含有量を20%以上にする必要がある。一方、Cr含有量が26%を超えると、σ相の析出等による組織の不安定化を招き、溶接性も劣化する。したがって、Cr含有量は20〜26%である。Cr含有量の下限は、好ましくは21%である。Cr含有量の上限は、好ましくは25%である。
Cr: 20 to 26%
Chromium (Cr) plays an important role in improving corrosion resistance, such as oxidation resistance, water vapor oxidation resistance, high temperature corrosion resistance, etc., and it is also important to contribute to the improvement of creep rupture strength by forming Cr carbonitride. Element. In the present embodiment, the Cr content needs to be 20% or more in order to place importance on steam oxidation resistance and high temperature corrosion resistance under severe high temperature environments. On the other hand, when the Cr content exceeds 26%, the structure becomes unstable due to the precipitation of the σ phase and the like, and the weldability also deteriorates. Therefore, the Cr content is 20 to 26%. The lower limit of the Cr content is preferably 21%. The upper limit of the Cr content is preferably 25%.

Ni:26%を超え35%以下
ニッケル(Ni)は、オーステナイト組織を安定にする元素であり、耐食性の確保にも重要な元素である。特に本実施形態のように、Crを20%以上含有するオーステナイト系耐熱鋼においては、Ni含有量が不足すると、高温で長時間保持したときにσ相が析出し、クリープ破断強度やクリープ破断延性、靱性が著しく低下する。上記のCr含有量とのバランスから、Ni含有量は26%よりも高くする必要がある。一方、過剰なNiは溶接性や経済性を損なうため、Ni含有量の上限を35%とする。したがって、Ni含有量は26%を超え35%以下である。Ni含有量の下限は、好ましくは26.5%である。Ni含有量の上限は、好ましくは33%である。なお、Ni含有量は、W等のフェライト安定化元素の含有量も考慮して調整すべきである。
Ni: more than 26% and 35% or less Nickel (Ni) is an element that stabilizes the austenite structure, and is also an important element to ensure corrosion resistance. In particular, in the austenitic heat resistant steel containing 20% or more of Cr as in the present embodiment, when the Ni content is insufficient, the sigma phase precipitates when held at high temperature for a long time, and creep rupture strength and creep rupture ductility And the toughness is significantly reduced. From the above balance with the Cr content, the Ni content needs to be higher than 26%. On the other hand, excessive Ni impairs weldability and economy, so the upper limit of the Ni content is set to 35%. Therefore, the Ni content is more than 26% and 35% or less. The lower limit of the Ni content is preferably 26.5%. The upper limit of the Ni content is preferably 33%. The Ni content should be adjusted in consideration of the content of the ferrite stabilizing element such as W.

W:1〜5.5%
タングステン(W)は、固溶強化元素としてクリープ破断強度の向上に寄与するとともに、FeW型のLaves相やFe型のμ相を析出させ、析出強化によりクリープ破断強度を大幅に向上させる重要な元素である。これらの効果は、W含有量が1%未満では得られない。一方、W含有量が5.5%を超えると、強度の向上効果が飽和するのに対して組織安定性が低下し、また過剰な析出物によってクリープ破断延性や靱性が劣化する。したがって、W含有量は1〜5.5%である。W含有量の下限は、好ましくは1.2%である。W含有量の上限は、好ましくは5%であり、さらに好ましくは4%である。さらにWは比較的粗大な窒化物π相の析出も促進するため、(d)式の通りN含有量に応じて適切に制御する必要がある。
W: 1 to 5.5%
Tungsten (W) contributes to the improvement of the creep rupture strength as a solid solution strengthening element, and precipitates the Fe 2 W type Laves phase and the Fe 7 W 6 type μ phase, and significantly strengthens the creep rupture strength by precipitation strengthening. It is an important element to improve. These effects can not be obtained when the W content is less than 1%. On the other hand, when the W content exceeds 5.5%, while the effect of improving the strength is saturated, the structure stability is lowered, and the creep rupture ductility and the toughness are deteriorated by the excessive precipitates. Therefore, the W content is 1 to 5.5%. The lower limit of the W content is preferably 1.2%. The upper limit of the W content is preferably 5%, more preferably 4%. Furthermore, W also promotes the precipitation of relatively coarse nitride π phase, and therefore, it is necessary to control appropriately according to the N content as shown in the equation (d).

V:0.01〜1%
バナジウム(V)は、Nbとともに微細な炭窒化物を形成し、クリープ破断強度の向上に大きく寄与する重要な元素である。V含有量が0.01%未満では、この効果が得られない。一方、V含有量が1%を超えると、クリープ破断強度や靱性が低下し、さらに耐高温腐食性も劣化する。したがって、V含有量は0.01〜1%である。V含有量の下限は、好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。V含有量の上限は、好ましくは0.8%であり、さらに好ましくは0.7%である。
V: 0.01 to 1%
Vanadium (V) is an important element which forms fine carbonitrides with Nb and greatly contributes to the improvement of creep rupture strength. If the V content is less than 0.01%, this effect can not be obtained. On the other hand, when the V content exceeds 1%, the creep rupture strength and the toughness decrease, and the high temperature corrosion resistance also deteriorates. Therefore, the V content is 0.01 to 1%. The lower limit of the V content is preferably 0.05%, and more preferably 0.08%. The upper limit of the V content is preferably 0.8%, more preferably 0.7%.

Nb:0.01〜1%
ニオブ(Nb)は、Vとともに微細な炭窒化物を形成し、クリープ破断強度の向上に大きく寄与する重要な元素である。Nbはさらに、結晶粒界におけるCr炭窒化物の析出を抑制し、耐応力腐食割れ性の向上にも寄与する。Nb含有量が0.01%未満では、この効果が得られない。一方、Nb含有量が1%を超えると、クリープ破断延性や靱性が低下し、熱間加工性も劣化する。したがって、Nb含有量は0.01〜1%である。Nb含有量の下限は、好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。Nb含有量の上限は、好ましくは0.8%であり、さらに好ましくは0.7%である。
Nb: 0.01 to 1%
Niobium (Nb) is an important element which forms fine carbonitrides together with V and greatly contributes to the improvement of creep rupture strength. Nb further suppresses precipitation of Cr carbonitrides at grain boundaries, and also contributes to the improvement of stress corrosion cracking resistance. If the Nb content is less than 0.01%, this effect can not be obtained. On the other hand, when the Nb content exceeds 1%, the creep rupture ductility and toughness decrease, and the hot workability also deteriorates. Therefore, the Nb content is 0.01 to 1%. The lower limit of the Nb content is preferably 0.05%, more preferably 0.08%. The upper limit of the Nb content is preferably 0.8%, more preferably 0.7%.

B:0.0005〜0.008%
ボロン(B)は、炭化物中又は母相に存在し、析出する炭化物やLaves相等を微細化させたり、粒界を強化することでクリープ破断強度を向上させたりする重要な元素である。この効果を発揮するためには、B含有量を0.0005%以上にする必要がある。一方、B含有量が0.008%を超えると、高温での延性が低下し融点も低下する。したがって、B含有量は0.0005〜0.008%である。B含有量の下限は、好ましくは0.001%である。B含有量の上限は、好ましくは0.007%であり、さらに好ましくは0.005%である。
B: 0.0005 to 0.008%
Boron (B) is an important element which exists in carbides or in a matrix, and refines precipitated carbides, Laves phase, etc., or strengthens grain boundaries to improve creep rupture strength. In order to exert this effect, the B content needs to be 0.0005% or more. On the other hand, when the B content exceeds 0.008%, the ductility at high temperatures is lowered and the melting point is also lowered. Therefore, the B content is 0.0005 to 0.008%. The lower limit of the B content is preferably 0.001%. The upper limit of the B content is preferably 0.007%, more preferably 0.005%.

Mo:0.3%以下
モリブデン(Mo)は、溶解原料等から混入する不純物である。Moは、従来、母相に固溶してクリープ破断強度の向上に寄与する元素として、Wと同等の作用を有すると考えられている。しかし、本実施形態の化学組成においてMoを含有すると、高温で長時間保持したときにσ相が析出し、クリープ破断強度、延性、及び靱性が低下する。特に、本実施形態ではCrを20%以上含有するため、Mo含有量は極力低くする必要がある。したがって、Mo含有量は0.3%以下である。Mo含有量は、好ましくは0.2%以下である。
Mo: 0.3% or less Molybdenum (Mo) is an impurity mixed from a melting material and the like. Conventionally, Mo is considered to have an action equivalent to W as an element which is solid-solved in the matrix and contributes to the improvement of the creep rupture strength. However, when Mo is contained in the chemical composition of the present embodiment, the sigma phase precipitates when held at high temperature for a long time, and the creep rupture strength, the ductility, and the toughness decrease. In particular, in the present embodiment, since the content of Cr is 20% or more, the Mo content needs to be as low as possible. Therefore, the Mo content is 0.3% or less. The Mo content is preferably 0.2% or less.

Al:0.001〜0.3%
アルミニウム(Al)は、溶鋼の脱酸剤として含有させる元素である。この効果を発揮するためには、Al含有量を0.001%以上にする必要がある。しかし、Al含有量が0.3%を超えると、非金属介在物が多量に析出し、延性、靱性、加工性等が劣化する。したがって、Al含有量は0.001〜0.3%である。Al含有量の下限は、好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%である。Al含有量の上限は、好ましくは0.25%であり、さらに好ましくは0.2%である。
Al: 0.001 to 0.3%
Aluminum (Al) is an element to be contained as a deoxidizer for molten steel. In order to exhibit this effect, it is necessary to make Al content 0.001% or more. However, if the Al content exceeds 0.3%, a large amount of nonmetallic inclusions precipitate, and the ductility, toughness, processability, etc. deteriorate. Therefore, the Al content is 0.001 to 0.3%. The lower limit of the Al content is preferably 0.005%, and more preferably 0.010%. The upper limit of the Al content is preferably 0.25%, and more preferably 0.2%.

Cu:0.3%以下
銅(Cu)は、溶解原料等から混入する不純物である。Cuは、通常のオーステナイト系耐熱鋼では、微細なCu相として析出しクリープ破断強度を向上させる。しかし、Cuは、REMによる延性向上効果を阻害する。V及びNbの窒化物並びにLaves相等で700℃以上の高温まで十分高いクリープ破断強度を確保した上で、クリープ破断延性や靱性を重視する本実施形態では、Cu含有量は極力低くする必要がある。したがって、Cu含有量は0.3%以下である。Cu含有量は、好ましくは0.2%以下である。
Cu: 0.3% or less Copper (Cu) is an impurity mixed from a melting material and the like. Cu precipitates as a fine Cu phase in a normal austenitic heat resistant steel to improve creep rupture strength. However, Cu inhibits the ductility improvement effect by REM. After securing a sufficiently high creep rupture strength up to a high temperature of 700 ° C. or more with nitrides of V and Nb, Laves phase, etc., the Cu content needs to be as low as possible in this embodiment, which places importance on creep rupture ductility and toughness. . Therefore, the Cu content is 0.3% or less. The Cu content is preferably 0.2% or less.

Ti:0.01%以下
チタン(Ti)は、溶解原料等から混入する不純物である。Tiは、クリープ破断強度の向上に寄与しない粗大なTi窒化物を形成しNを消費するため、N含有によるクリープ破断強度の向上効果を低減させる。したがって、Ti含有量は0.01%以下である。Ti含有量は、好ましくは0.008%以下である。
Ti: 0.01% or less Titanium (Ti) is an impurity mixed from a melting material or the like. Since Ti forms coarse Ti nitrides that do not contribute to the improvement of creep rupture strength and consumes N, the improvement effect of the creep rupture strength due to the N content is reduced. Therefore, the Ti content is 0.01% or less. The Ti content is preferably 0.008% or less.

N:0.13%を超え0.35%以下
窒素(N)は、VやNb等とともに窒化物を形成してクリープ破断強度を向上させる重要な元素である。Nはまた、固溶強化によって引張強度を向上させる。Nはさらに、オーステナイトを安定化する作用を有する。これらの効果を十分に得るためには、N含有量を0.13%よりも高くする必要がある。一方、N含有量が0.35%を超えると、過剰な窒化物の析出によって延性や靱性が低下するとともに、鋼中にブローホール欠陥が形成される。したがって、N含有量は0.13%を超え0.35%以下である。N含有量の好ましい下限は、0.15%である。N含有量の好ましい上限は、0.30%である。
N: more than 0.13% and 0.35% or less Nitrogen (N) is an important element which forms a nitride together with V, Nb and the like to improve creep rupture strength. N also improves tensile strength by solid solution strengthening. N further has the effect of stabilizing austenite. In order to obtain these effects sufficiently, the N content needs to be higher than 0.13%. On the other hand, if the N content exceeds 0.35%, precipitation of excess nitride reduces ductility and toughness, and blow hole defects are formed in the steel. Therefore, the N content is more than 0.13% and 0.35% or less. The preferable lower limit of the N content is 0.15%. The preferred upper limit of the N content is 0.30%.

REM:0.003〜0.10%
希土類元素(REM)は、粒界のSを硫化物として固定し、特に高温で長時間保持したときのクリープ破断延性を向上させる。REMはさらに、鋼表面のCr保護皮膜の密着性を改善し、特に、繰り返し酸化時の耐酸化性を改善する。これらの効果は、REM含有量が0.003%未満では得られない。一方、REM含有量が0.10%を超えると、酸化物等の介在物が多くなり加工性及び溶接性が損なわれる。したがって、REM含有量は0.003〜0.10%である。REM含有量の下限は、好ましくは0.005%である。REM含有量の上限は、好ましくは0.07%であり、さらに好ましくは0.05%である。
REM: 0.003 to 0.10%
The rare earth elements (REM) fix S in the grain boundaries as sulfides and improve creep rupture ductility particularly when held at high temperature for a long time. REM further improves the adhesion of the Cr 2 O 3 protective coating on the steel surface, in particular improving the oxidation resistance during repeated oxidation. These effects can not be obtained when the REM content is less than 0.003%. On the other hand, when the REM content exceeds 0.10%, inclusions such as oxides increase and the workability and weldability are impaired. Therefore, the REM content is 0.003 to 0.10%. The lower limit of the REM content is preferably 0.005%. The upper limit of the REM content is preferably 0.07%, and more preferably 0.05%.

なお、REMとはSc、Y及びランタノイドの合計17元素の総称であり、REMの含有量はREMのうちの1種又は2種以上の元素の合計含有量を指す。   In addition, REM is a general term for 17 elements in total of Sc, Y and lanthanoid, and the content of REM indicates the total content of one or more elements of REM.

本実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼の化学組成の残部は、Fe及び不純物である。ここでいう不純物とは、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップから混入する元素、あるいは製造過程の環境等から混入する元素をいう。   The balance of the chemical composition of the austenitic heat resistant steel according to the present embodiment is Fe and impurities. The term "impurity" as used herein means an element mixed in from ore and scrap used as a raw material of steel, or an element mixed in from the environment of the manufacturing process or the like.

本実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼の化学組成は、上記のFeの一部に代えて、下記の第1グループから第4グループまでのうちの1以上のグループから選択される1種以上の元素を含有してもよい。下記の元素は、すべて選択元素である。すなわち、下記の元素は、いずれも本実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼に含有されていなくてもよい。また、一部だけが含有されていてもよい。   The chemical composition of the austenitic heat resistant steel according to the present embodiment is, instead of part of the above Fe, at least one element selected from one or more of the following first to fourth groups. You may contain. The following elements are all selective elements. That is, any of the following elements may not be contained in the austenitic heat resistant steel according to the present embodiment. Moreover, only a part may be contained.

より具体的には、例えば、第1グループから第4グループまでの群の中から1つのグループだけを選択し、そのグループから1種以上の元素を選択してもよい。この場合、選択したグループに属するすべての元素を選択する必要はない。また、第1グループから第4グループの中から複数のグループを選択し、それぞれのグループから1種以上の元素を選択してもよい。この場合も、選択したグループに属するすべての元素を選択する必要はない。   More specifically, for example, only one group may be selected from the groups from the first group to the fourth group, and one or more elements may be selected from the group. In this case, it is not necessary to select all the elements belonging to the selected group. Alternatively, a plurality of groups may be selected from the first group to the fourth group, and one or more elements may be selected from each group. Also in this case, it is not necessary to select all the elements belonging to the selected group.

第1グループ Mg:0〜0.05%、Ca:0〜0.05%
第1グループに属する元素は、Mg及びCaである。これらの元素は、オーステナイト系耐熱鋼の高温延性を改善する。
First group Mg: 0 to 0.05%, Ca: 0 to 0.05%
The elements belonging to the first group are Mg and Ca. These elements improve the high temperature ductility of austenitic heat resistant steels.

Mg:0〜0.05%
Mgは、高温での延性を劣化させるSを硫化物として固着し、高温延性を改善する。Mgが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Mg含有量が0.05%を超えると、鋼質を害し、かえって高温延性を害する。したがって、Mg含有量は0〜0.05%である。Mg含有量の下限は、好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.001%である。Mg含有量の上限は、好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.01%である。
Mg: 0 to 0.05%
Mg fixes S as sulfide which degrades ductility at high temperature, and improves high temperature ductility. This effect can be obtained if any Mg is contained. On the other hand, when the Mg content exceeds 0.05%, the steel quality is impaired, and the high temperature ductility is impaired. Therefore, the Mg content is 0 to 0.05%. The lower limit of the Mg content is preferably 0.0005%, more preferably 0.001%. The upper limit of the Mg content is preferably 0.02%, and more preferably 0.01%.

Ca:0〜0.05%
Caは、高温での延性を劣化させるSを硫化物として固着し、高温延性を改善する。Caが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Ca含有量が0.05%を超えると、鋼質を害し、かえって高温延性を害する。したがって、Ca含有量は0〜0.05%である。Ca含有量の下限は、好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.001%である。Ca含有量の上限は、好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.01%である。
Ca: 0 to 0.05%
Ca fixes S as sulfide which degrades ductility at high temperatures, and improves high temperature ductility. This effect can be obtained if any amount of Ca is contained. On the other hand, when the Ca content exceeds 0.05%, the steel quality is impaired, and the high temperature ductility is impaired. Therefore, the Ca content is 0 to 0.05%. The lower limit of the Ca content is preferably 0.0005%, more preferably 0.001%. The upper limit of the Ca content is preferably 0.02%, and more preferably 0.01%.

第2グループ Zr:0〜0.1%、Hf:0〜0.5%
第2グループに属する元素は、Zr及びHfである。これらの元素は、鋼のクリープ破断強度を向上させる。
Second group Zr: 0 to 0.1%, Hf: 0 to 0.5%
The elements belonging to the second group are Zr and Hf. These elements improve the creep rupture strength of the steel.

Zr:0〜0.1%
ジルコニウム(Zr)は、炭窒化物の微細化や粒界強化によってクリープ破断強度を向上させる。Zrが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Zr含有量が0.1%を超えると、高温での延性が低下する。したがって、Zr含有量は0〜0.1%である。Zr含有量の下限は、好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.01%である。Zr含有量の上限は、好ましくは0.06%であり、さらに好ましくは0.05%である。
Zr: 0 to 0.1%
Zirconium (Zr) improves creep rupture strength by refining the carbonitrides and strengthening the grain boundaries. This effect can be obtained if any of Zr is contained. On the other hand, when the Zr content exceeds 0.1%, the ductility at high temperatures is reduced. Therefore, the Zr content is 0 to 0.1%. The lower limit of the Zr content is preferably 0.005%, and more preferably 0.01%. The upper limit of the Zr content is preferably 0.06%, more preferably 0.05%.

Hf:0〜0.5%
ハフニウム(Hf)は、炭窒化物による析出強化によってクリープ破断強度を向上させる。Hfが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Hf含有量が0.5%を超えると、鋼の加工性及び溶接性が損なわれる。したがって、Hf含有量は0〜0.5%である。Hf含有量の下限は、好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.02%である。Hf含有量の上限は、好ましくは0.4%であり、さらに好ましくは0.3%である。
Hf: 0 to 0.5%
Hafnium (Hf) improves creep rupture strength by precipitation strengthening with carbonitrides. This effect can be obtained if Hf is contained at all. On the other hand, when the Hf content exceeds 0.5%, the workability and weldability of the steel are impaired. Therefore, the Hf content is 0 to 0.5%. The lower limit of the Hf content is preferably 0.005%, more preferably 0.01%, and still more preferably 0.02%. The upper limit of the Hf content is preferably 0.4%, more preferably 0.3%.

第3グループ Ta:0〜1%、Re:0〜5%
第3グループに属する元素は、Ta及びReである。これらの元素は、鋼の高温強度及びクリープ破断強度を向上させる。
Third group Ta: 0 to 1%, Re: 0 to 5%
The elements belonging to the third group are Ta and Re. These elements improve the high temperature strength and creep rupture strength of the steel.

Ta:0〜1%
タンタル(Ta)は、炭窒化物を形成するとともに固溶強化元素として高温強度及びクリープ破断強度を向上させる。Taが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Ta含有量が1%を超えると、鋼の加工性や機械的性質が損なわれる。したがって、Ta含有量は0〜1%である。Ta含有量の下限は、好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.1%である。Ta含有量の上限は、好ましくは0.7%であり、さらに好ましくは0.6%である。
Ta: 0 to 1%
Tantalum (Ta) forms carbonitrides and improves high temperature strength and creep rupture strength as a solid solution strengthening element. If any Ta is contained, this effect is obtained. On the other hand, if the Ta content exceeds 1%, the workability and mechanical properties of the steel are impaired. Therefore, the Ta content is 0 to 1%. The lower limit of the Ta content is preferably 0.01%, more preferably 0.05%, and still more preferably 0.1%. The upper limit of the Ta content is preferably 0.7%, more preferably 0.6%.

Re:0〜5%
レニウム(Re)は、主に固溶強化元素として高温強度、クリープ破断強度を向上させる。Reが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Re含有量が5%を超えると、鋼の加工性や機械的性質が損なわれる。したがって、Re含有量は0〜5%である。Re含有量の下限は、好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.1%であり、さらに好ましくは0.5%である。Re含有量の上限は、好ましくは4%であり、さらに好ましくは3%である。
Re: 0 to 5%
Rhenium (Re) mainly improves the high temperature strength and creep rupture strength as a solid solution strengthening element. This effect is obtained as long as Re is contained. On the other hand, when the Re content exceeds 5%, the workability and mechanical properties of the steel are impaired. Therefore, the Re content is 0 to 5%. The lower limit of the Re content is preferably 0.01%, more preferably 0.1%, and still more preferably 0.5%. The upper limit of the Re content is preferably 4%, more preferably 3%.

第4グループ Co:0〜10%
第4グループに属する元素は、Coである。Coは、鋼のオーステナイト組織を安定にする。
Fourth group Co: 0 to 10%
An element belonging to the fourth group is Co. Co stabilizes the austenitic structure of the steel.

Co:0〜10%
コバルト(Co)は、Niと同様、オーステナイト組織を安定にし、クリープ破断強度の向上にも寄与する。Coが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Co含有量が10%を超えると、効果が飽和し経済性が低下する。したがって、Co含有量は0〜10%である。Co含有量は、下限の観点では、好ましくは0.5%以上であり、さらに好ましくは1%よりも高い。Co含有量は、上限の観点では、好ましくは8%以下であり、さらに好ましくは7%以下である。
Co: 0 to 10%
Cobalt (Co), like Ni, stabilizes the austenitic structure and also contributes to the improvement of creep rupture strength. This effect can be obtained as long as Co is contained. On the other hand, when the Co content exceeds 10%, the effect is saturated and the economic efficiency is lowered. Therefore, the Co content is 0 to 10%. The Co content is preferably 0.5% or more, and more preferably higher than 1% in the viewpoint of the lower limit. The Co content is preferably 8% or less, more preferably 7% or less, in the viewpoint of the upper limit.

[式(1)について]
本実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼の化学組成は、各元素の含有量が上述した範囲であるとともに、下記の式(1)を満たす。
0.15[N残渣]≦[REM]≦0.7[N残渣]…(1)
ここで、[REM]には、REM含有量が質量%で代入され、[N残渣]には、750℃で3000時間加熱時に窒化物として析出する窒素量が質量%で代入される。
[About formula (1)]
The chemical composition of the austenitic heat resistant steel according to the present embodiment satisfies the following formula (1) while the content of each element is in the above-mentioned range.
0.15 [N residue] ≦ [REM] ≦ 0.7 [N residue] (1)
Here, REM content is substituted by mass% for [REM], and the amount of nitrogen that precipitates as a nitride when heated at 750 ° C. for 3000 hours is substituted for mass% for [N residue].

本実施形態では、高温で長時間保持したときのクリープ破断延性を向上させるため、析出する窒化物の量に応じて、REMの含有量を制御する。REM含有量が析出する窒化物の量に対して低すぎると、粒内強度に対して粒界強度が不足し、高温で長時間保持したときのクリープ破断延性が低下する。そのため、REM含有量を0.15[N残渣]以上にする必要がある。一方、REM含有量が析出する窒化物の量に対して高すぎると、介在物が過剰になったり粒界の局所的な融点が低下したりすることで、高温で長時間保持したときのクリープ破断延性が低下する。そのため、REM含有量を0.7[N残渣]以下にする必要がある。   In the present embodiment, in order to improve creep rupture ductility when held at high temperature for a long time, the content of REM is controlled according to the amount of nitride to be deposited. If the REM content is too low relative to the amount of the precipitated nitride, the intergranular strength is insufficient with respect to the intergranular strength, and the creep rupture ductility when held at high temperatures for a long time is reduced. Therefore, the REM content needs to be 0.15 [N residue] or more. On the other hand, when the REM content is too high relative to the amount of the precipitated nitride, the inclusions become excessive or the local melting point of the grain boundaries decreases, so that the creep when held for a long time at high temperature Fracture ductility is reduced. Therefore, REM content needs to be 0.7 [N residue] or less.

[N残渣]は、次のように測定する。オーステナイト系耐熱鋼から、残渣定量用の試験片を採取する。この試験片を、750℃で3000時間加熱する時効熱処理を実施する。時効熱処理をした試験片から、切粉を採取する。採取した切粉をBrエステル(10%臭素−酢酸メチル)抽出し、ろ過後得られた残渣を酸分解した後、JIS G1228に規定されるアンモニア蒸溜分離アミド硫酸滴定法により、窒化物として析出している窒素の質量を求める。求めた窒素の質量を、切粉の質量で除して、[N残渣](単位は質量%)とする。なお、残渣の酸分解には硫酸、硫酸銅、硫酸カリウムの混合液を用いる。   [N residue] is measured as follows. Specimens for residual determination are collected from austenitic heat resistant steel. The specimen is subjected to an aging heat treatment of heating at 750 ° C. for 3000 hours. Chips are collected from the aging-treated test pieces. The collected chips are extracted with Br ester (10% bromine-methyl acetate), and the residue obtained after filtration is acid-decomposed, and then precipitated as a nitride by ammonia distillation separated amide sulfuric acid titration method defined in JIS G1228. Find the mass of nitrogen that is The mass of nitrogen determined is divided by the mass of chips to obtain [N residue] (unit: mass%). A mixed solution of sulfuric acid, copper sulfate and potassium sulfate is used for acid decomposition of the residue.

[N残渣]は、N含有量、並びに窒化物を形成するV、Nb、及びW等の各含有量によって調整することができる。具体的には、これらの元素の含有量を高くすれば、[N残渣]が高くなる。   [N residue] can be adjusted by the N content and the respective contents of V, Nb, W and the like which form a nitride. Specifically, if the content of these elements is increased, the [N residue] is increased.

[式(2)について]
本実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼の化学組成はさらに、下記の式(2)を満たす。
6.2[N]≦[W]≦17.1[N]…(2)
ここで、[N]及び[W]には、N及びWの含有量が質量%で代入される。
[About formula (2)]
The chemical composition of the austenitic heat resistant steel according to the present embodiment further satisfies the following formula (2).
6.2 [N] [[W] 1 17.1 [N] (2)
Here, the contents of N and W are substituted for [N] and [W] by mass%.

本実施形態では、N及びWの各々の含有量を所定の範囲にすることに加えて、N含有量に応じてW含有量を適切に制御する必要がある。具体的には、固溶WやLaves相の析出量を確保するためには、W含有量を6.2[N]以上にする必要がある。一方、微細な窒化物の確保によるクリープ破断強度向上、過剰なπ相の析出によるクリープ破断延性や高温長時間加熱後の靱性低下防止の観点からは、W含有量を17.1[N]以下にする必要がある。   In addition to making each content of N and W into a predetermined range, in this embodiment, it is necessary to control W content appropriately according to N content. Specifically, in order to secure the precipitation amount of the solid solution W and the Laves phase, the W content needs to be 6.2 [N] or more. On the other hand, the W content is 17.1 [N] or less from the viewpoint of creep rupture strength improvement by securing fine nitrides, creep rupture ductility by precipitation of excessive π phase, and toughness reduction after high temperature long time heating. You need to

[製造方法]
本発明の一実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼の製造方法の一例を説明する。本実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼の製造方法は、この例に限定されない。
[Production method]
An example of a method for producing an austenitic heat resistant steel according to an embodiment of the present invention will be described. The manufacturing method of the austenitic heat-resistant steel by this embodiment is not limited to this example.

上述した化学組成の素材を準備する。具体的には例えば、上述した化学組成の鋼を溶製し、精錬する。   Prepare materials of the above-mentioned chemical composition. Specifically, for example, the steel of the above-described chemical composition is melted and refined.

素材を熱間加工する。熱間加工は例えば、熱間圧延や熱間鍛造である。熱間加工の後、必要に応じて冷間加工を実施してもよい。   Hot work the material. Hot working is, for example, hot rolling or hot forging. After hot working, cold working may be performed if necessary.

熱間加工された素材、又は熱間加工後に冷間加工された素材を固溶化熱処理する。具体的には、素材を所定の温度で保持した後、水令する。固溶化熱処理の保持温度は、特に限定されないが、例えば900〜1300℃である。   The hot-worked material or the cold-worked material after hot working is subjected to solution heat treatment. Specifically, after holding the material at a predetermined temperature, watering is performed. The holding temperature of the solution treatment is not particularly limited, but is, for example, 900 to 1300 ° C.

以上、本発明の実施形態を説明した。本実施形態によれば、長時間の組織安定性に優れ、高いクリープ破断強度とクリープ破断延性とを有するオーステナイト系耐熱鋼が得られる。本実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼は、好ましくは、700℃、10000時間のクリープ破断強度が125MPa以上であり、700℃、130MPaにおけるクリープ破断伸びが15%以上である。   The embodiments of the present invention have been described above. According to this embodiment, an austenitic heat-resistant steel excellent in long-term structural stability and having high creep rupture strength and creep rupture ductility can be obtained. The austenitic heat resistant steel according to the present embodiment preferably has a creep rupture strength of at least 125 MPa at 700 ° C. for 10000 hours, and a creep rupture elongation at 700 ° C. of 130 MPa of at least 15%.

上述した実施形態は、本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。   The embodiments described above are merely illustrative for practicing the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiment described above, and the embodiment described above can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the invention.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be more specifically described by way of examples. The present invention is not limited to these examples.

表1に示す化学組成を有する鋼1〜6及び鋼A〜Hを、高周波真空溶解炉を用いて溶製し、各30kgのインゴットを得た。なお、表1において「−」は、該当する元素の含有量が不純物レベルであることを示す。   Steels 1 to 6 and steels A to H having chemical compositions shown in Table 1 were melted using a high frequency vacuum melting furnace to obtain ingots of 30 kg each. In Table 1, "-" indicates that the content of the corresponding element is at the impurity level.

Figure 0006547599
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各インゴットを、1200℃に加熱した後、仕上げ温度が1000℃となるように熱間鍛造して、厚さ15mmの板材とした。板材を1100℃で軟化熱処理した後、10mmまで冷間圧延し、さらに1180℃で30分間保持してから水冷した。   Each ingot was heated to 1200 ° C., and then hot forged so that the finishing temperature was 1000 ° C., to obtain a plate having a thickness of 15 mm. The plate was softened and heat treated at 1100 ° C., then cold rolled to 10 mm, further held at 1180 ° C. for 30 minutes, and then water cooled.

水冷した各板材について、上述の実施形態で説明した方法によって、750℃で3000時間加熱したときに窒化物として析出する窒素量[N残渣]を求めた。結果を表1に併せて示す。   The amount [N residue] of nitrogen deposited as a nitride when heated at 750 ° C. for 3000 hours was determined for each of the water-cooled plates by the method described in the above embodiment. The results are shown in Table 1 together.

各板材の厚さ方向中心部から、長手方向に平行に、直径が6mmで標点距離が30mmの丸棒試験片を機械加工により作製し、JIS Z2271に準拠してクリープ破断試験を実施した。クリープ破断試験は700℃、750℃、及び800℃の大気中において実施し、Larson−Millerパラメータ法を用いて、700℃、10000時間のクリープ破断強度を推定した。また、700℃、130MPaのクリープ破断試験を実施し、破断伸びを測定した。結果を表2に示す。   A round bar test piece having a diameter of 6 mm and a marking distance of 30 mm was produced by machining from the thickness direction center of each plate parallel to the longitudinal direction, and a creep rupture test was carried out in accordance with JIS Z2271. The creep rupture test was conducted in the atmosphere at 700 ° C., 750 ° C. and 800 ° C., and the creep rupture strength at 700 ° C. for 10000 hours was estimated using the Larson-Miller parameter method. Moreover, the creep rupture test of 700 degreeC and 130 Mpa was implemented, and breaking elongation was measured. The results are shown in Table 2.

Figure 0006547599
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鋼1〜8の各元素の含有量は、本発明の規定する範囲内であった。鋼1〜8の化学組成はさらに、式(1)及び式(2)を満たした。鋼1〜8は、700℃、10000時間のクリープ破断強度(以下、単に「クリープ破断強度」という。)が125MPa以上であり、700℃、130MPaにおけるクリープ破断伸び(以下、単に「クリープ破断伸び」という。)が15%以上であった。   The content of each element of steels 1 to 8 was within the range defined by the present invention. The chemical compositions of the steels 1 to 8 further satisfied the equations (1) and (2). Steels 1 to 8 have creep rupture strengths of 700 ° C. and 10000 hours (hereinafter referred to simply as “creep rupture strength”) of 125 MPa or more, and creep rupture elongations at 700 ° C. and 130 MPa (hereinafter referred to simply as “creep elongation and elongation”) Is more than 15%.

鋼A及び鋼Bは、クリープ破断強度が低かった。これは、鋼AはNbを含有しなかったため、鋼BはVを含有しなかったためと考えられる。   Steels A and B had low creep rupture strength. This is considered to be because Steel B did not contain V because Steel A did not contain Nb.

鋼Cは、クリープ破断強度は高かったものの、クリープ破断伸びが低かった。これは、鋼CのNb含有量及びV含有量が高すぎたためと考えられる。   Steel C had high creep rupture strength but low creep rupture elongation. This is considered to be because the Nb content and V content of steel C were too high.

鋼Dは、クリープ破断強度及びクリープ破断伸びのいずれも低かった。これは、鋼DのNi含有量が低すぎたためと考えられる。   Steel D had low creep rupture strength and creep rupture elongation. This is considered to be because the Ni content of steel D was too low.

鋼E及びFは、クリープ破断強度は高かったものの、クリープ破断伸びが低かった。これは、N残渣の量に対してREM含有量が低すぎたためと考えられる。   Steels E and F had high creep rupture strength but low creep rupture elongation. This is considered to be because the REM content was too low relative to the amount of N residue.

鋼G及びHは、クリープ破断強度は高かったものの、クリープ破断伸びが低かった。これは、N残渣の量に対してREM含有量が高すぎたためと考えられる。   Steels G and H had high creep rupture strength but low creep rupture elongation. This is considered to be because the REM content was too high relative to the amount of N residue.

鋼I及び鋼Jは、クリープ破断強度が低かった。これは、鋼I及び鋼JのW含有量が、窒素の量に対して低すぎたためと考えられる。   Steels I and J had low creep rupture strength. This is considered to be because the W content of steel I and steel J was too low relative to the amount of nitrogen.

鋼Kは、クリープ破断強度は高かったものの、クリープ破断伸びが低かった。これは、鋼KのW含有量が、窒素の量に対して高すぎたためと考えられる。   Steel K had high creep rupture strength but low creep rupture elongation. This is considered to be because the W content of steel K was too high relative to the amount of nitrogen.

鋼Lは、クリープ破断強度及びクリープ破断伸びのいずれも低かった。これは、鋼LのMo含有量が高すぎたためと考えられる。   Steel L had low creep rupture strength and creep rupture elongation. This is considered to be because the Mo content of the steel L was too high.

鋼Mは、クリープ破断強度が低かった。これは、鋼MのTi含有量が高すぎたためと考えられる。   Steel M had low creep rupture strength. This is considered to be because the Ti content of the steel M was too high.

鋼Nは、クリープ破断強度は高かったものの、クリープ破断伸びが低かった。これは、鋼NのCu含有量が高すぎたためと考えられる。   Steel N had a high creep rupture strength but a low creep rupture elongation. This is considered to be because the Cu content of steel N was too high.

本発明によれば、発電用ボイラや化学工業用プラント等において、鋼管、耐熱耐圧部材の鋼板、バルブ等として好適に用いられるオーステナイト系耐熱鋼が得られる。   According to the present invention, an austenitic heat-resistant steel suitably used as a steel pipe, a steel plate of a heat-resistant pressure-resistant member, a valve or the like in a power generation boiler, a plant for chemical industry or the like can be obtained.

Claims (3)

化学組成が、質量%で、
C :0.02〜0.12%、
Si:0.1〜2%、
Mn:0.1〜3%、
P :0.04%以下、
S :0.02%以下、
Cr:20〜26%、
Ni:26%を超え35%以下、
W :1〜5.5%、
V :0.01〜1%、
Nb:0.01〜1%、
B :0.0005〜0.008%、
Mo:0.3%以下、
Al:0.001〜0.3%、
Cu:0.3%以下、
Ti:0.01%以下、
N :0.13%を超え0.35%以下、
REM:0.003〜0.10%、
Mg:0〜0.05%、
Ca:0〜0.05%、
Zr:0〜0.1%、
Hf:0〜0.5%、
Ta:0〜1%、
Re:0〜5%、
Co:0〜10%、
残部:Fe及び不純物であり、
前記化学組成が、下記の式(1)及び(2)を満たす、オーステナイト系耐熱鋼。
0.15[N残渣]≦[REM]≦0.7[N残渣]…(1)
6.2[N]≦[W]≦17.1[N]…(2)
ここで、[REM]、[N]、及び[W]には、REM、N、及びWの含有量が質量%で代入され、[N残渣]には、750℃で3000時間加熱時に窒化物として析出する窒素量が質量%で代入される。
The chemical composition is in mass%,
C: 0.02 to 0.12%,
Si: 0.1 to 2%,
Mn: 0.1 to 3%,
P: 0.04% or less,
S: 0.02% or less,
Cr: 20 to 26%,
Ni: more than 26% and 35% or less,
W: 1 to 5.5%,
V: 0.01 to 1%,
Nb: 0.01 to 1%
B: 0.0005 to 0.008%,
Mo: 0.3% or less,
Al: 0.001 to 0.3%,
Cu: 0.3% or less,
Ti: 0.01% or less,
N: more than 0.13% and 0.35% or less,
REM: 0.003 to 0.10%,
Mg: 0 to 0.05%,
Ca: 0 to 0.05%,
Zr: 0 to 0.1%,
Hf: 0 to 0.5%,
Ta: 0 to 1%,
Re: 0-5%,
Co: 0 to 10%
Remainder: Fe and impurities,
An austenitic heat resistant steel, wherein the chemical composition satisfies the following formulas (1) and (2).
0.15 [N residue] ≦ [REM] ≦ 0.7 [N residue] (1)
6.2 [N] [[W] 1 17.1 [N] (2)
Here, the content of REM, N, and W is substituted by mass% into [REM], [N], and [W], and [N residue] is a nitride when heated at 750 ° C. for 3000 hours. The amount of nitrogen deposited is substituted by mass%.
請求項1に記載のオーステナイト系耐熱鋼であって、
前記化学組成が、質量%で、下記の第1グループから第4グループまでのうちの少なくとも1つのグループから選択される少なくとも1種を含有する、オーステナイト系耐熱鋼。
第1グループ Mg:0.0005〜0.05%、Ca:0.0005〜0.05%
第2グループ Zr:0.005〜0.1%、Hf:0.005〜1%
第3グループ Ta:0.01〜1%、Re:0.01〜5%
第4グループ Co:0.05〜10%
The austenitic heat resistant steel according to claim 1, wherein
An austenitic heat resistant steel, wherein the chemical composition contains, by mass%, at least one selected from at least one of the following first to fourth groups.
First group Mg: 0.0005 to 0.05%, Ca: 0.0005 to 0.05%
Second group Zr: 0.005 to 0.1%, Hf: 0.005 to 1%
Third group Ta: 0.01 to 1%, Re: 0.01 to 5%
Fourth Group Co: 0.05 to 10%
請求項1又は2に記載のオーステナイト系耐熱鋼であって、
700℃、10000時間のクリープ破断強度が125MPa以上であり、700℃、130MPaにおけるクリープ破断伸びが15%以上である、オーステナイト系耐熱鋼。
The austenitic heat resistant steel according to claim 1 or 2, wherein
An austenitic heat resistant steel having a creep rupture strength of at least 125 MPa at 700 ° C. for 10000 hours and a creep rupture elongation at 700 ° C. of 130 MPa of at least 15%.
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