JP7801736B2 - Austenitic stainless steel castings - Google Patents
Austenitic stainless steel castingsInfo
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Description
本発明はオーステナイト・ステンレス鋼鋳物に関し、特に耐σ脆化性に優れたオーステナイト・ステンレス鋼鋳物に関する。 The present invention relates to austenitic stainless steel castings, and in particular to austenitic stainless steel castings with excellent σ embrittlement resistance.
近年、化石燃料の使用削減の試みとして、バイオマス資源の活用が検討されている。 バイオマス資源は、無駄に廃棄されている資源の再活用の意味もあり、これを燃焼に活用することが化石燃料の使用削減に結びつき注目されている。 In recent years, the use of biomass resources has been considered as an attempt to reduce the use of fossil fuels. Biomass resources also represent the reuse of resources that would otherwise be discarded, and their use for combustion has attracted attention as it could lead to a reduction in the use of fossil fuels.
バイオマスボイラとしては、砂等の不活性無機物を熱媒体となるベッド材として火炉に充填し、炉床から空気吹き出しノズルを通して燃焼ガスを吹き込んでベッド材を攪拌し、このベッド材を所望温度に保持しつつ、処理対象物を燃焼できる形式であり、広く普及している。 Biomass boilers are a widely used type of boiler in which a furnace is filled with inert inorganic material such as sand as a bed material that acts as a heat transfer medium, and combustion gas is blown in from the hearth through an air outlet nozzle to agitate the bed material, maintaining the bed material at the desired temperature while combusting the material to be treated.
近年では、様々なバイオマス資源を燃料としていることから、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、及びＯ2による酸化の他，プラスチック類の燃料から発生する塩素による塩化及び廃タイヤから発生する二酸化硫黄による腐食が問題となっている。腐食は、侵食したＣｌ、Ｓ、Ｏが空気吹き出しノズルのマトリックスに腐食層を生成して蒸発あるいは剥離する現象である。 In recent years, as various biomass resources are used as fuel, problems have arisen such as oxidation by H2O , CO2 , and O2 , as well as chlorination by chlorine generated from plastic fuels and corrosion by sulfur dioxide generated from waste tires. Corrosion is a phenomenon in which corroded Cl, S, and O form a corrosion layer on the matrix of the air blowing nozzle, which then evaporates or peels off.
そのため、上述のようなバイオマスボイラや、あるいは、廃棄物焼却炉のような、高温域で腐食ガスと溶融塩が存在するような雰囲気で用いられるノズル、熱交換器、火格子のような部品には、高い耐腐食性が求められる。 For this reason, components such as nozzles, heat exchangers, and grates used in high-temperature environments where corrosive gases and molten salts are present, such as in biomass boilers like those mentioned above or waste incinerators, require high corrosion resistance.
特許文献１には、ごみ廃却廃熱ボイラ管用鋼高合金鋼が開示されており、耐応力腐食割れ性及び耐粒界腐食に優れた溶融塩を生成するごみ焼却炉の廃熱ボイラ管用高合金を提案している。 Patent Document 1 discloses a high-alloy steel for waste heat boiler tubes in refuse incinerators, which produces molten salt, and proposes a high-alloy steel for waste heat boiler tubes that has excellent resistance to stress corrosion cracking and intergranular corrosion.
特許文献２には、砂による摩耗に優れたノズル材質が開示されている。 Patent Document 2 discloses a nozzle material that is highly resistant to abrasion by sand.
特許文献３には、高温域の複合ガス雰囲気中で優れた耐摩耗性、耐腐食性を有する、バイオマス用空気吹き出しノズルに用いることができる鋳物が開示されている。 Patent Document 3 discloses a casting that has excellent abrasion resistance and corrosion resistance in high-temperature composite gas atmospheres and can be used for air blowing nozzles for biomass.
特許文献４には、小型水素発生器の構造材料に好適な、耐スケール剥離性，耐浸炭性，耐σ脆化性を高レベルで両立させたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。 Patent Document 4 discloses an austenitic stainless steel that combines high levels of scale spallation resistance, carburization resistance, and σ embrittlement resistance, making it suitable as a structural material for small hydrogen generators.
ゴミ焼却炉の火格子は高温環境下で使用されるため、鋳物で火格子を製造する場合は、塩化、硫化、酸化による腐食の対策が重要となる。 Since the grates used in waste incinerators are used in high-temperature environments, when manufacturing them using cast iron, it is important to take measures to prevent corrosion caused by chlorination, sulfidation, and oxidation.
特許文献１では、塑性加工品に関し、熱間鍛造などの塑性加工が施されている。これに対し、鋳物の合金組織は、塑性加工により生じた合金組織とは異なり、鋳造時の凝固組織がそのまま残ったものである。鋳物は、鋳型に溶湯を流し込むことにより任意の形状が得られるので、塑性加工品に比べて製造が容易であるという利点がある。 In Patent Document 1, the plastically processed product is subjected to plastic processing such as hot forging. In contrast, the alloy structure of a casting is different from the alloy structure created by plastic processing, and is the solidification structure at the time of casting that remains intact. Castings can be formed into any shape by pouring molten metal into a mold, so they have the advantage of being easier to manufacture than plastically processed products.
特許文献２には砂による摩耗に優れたノズルに用いることができる鋳鉄が開示されているが、複合ガス雰囲気中における耐腐食性について、改善の余地がある。 Patent Document 2 discloses a cast iron that can be used for nozzles and has excellent resistance to abrasion caused by sand, but there is room for improvement in terms of corrosion resistance in a composite gas atmosphere.
特許文献３は、特許文献１、特許文献２の問題点を改善するためになされた発明である。特許文献３によれば、高温域の複合ガス雰囲気中で優れた耐摩耗性、耐腐食性を有する、バイオマス用空気吹き出しノズルに好適な鋳物を得ることができる。 Patent Document 3 is an invention made to address the problems of Patent Documents 1 and 2. According to Patent Document 3, it is possible to obtain a casting that has excellent wear resistance and corrosion resistance in a high-temperature composite gas atmosphere and is suitable for use in an air blowing nozzle for biomass.
しかしながら、特許文献３の鋳物を、たとえば、バイオマスボイラのような焼却炉の火格子のように、使用時の高温、停止時の常温の間の温度変化が繰り返されるような環境で、焼却炉内に固定されて用いられるような場合には、σ脆化に対する耐性に改善の余地がある。 However, when the casting of Patent Document 3 is used, for example, as a fire grate in an incinerator such as a biomass boiler, where it is fixed inside the incinerator and subjected to repeated temperature changes between high temperatures during use and room temperature when not in operation, there is room for improvement in its resistance to sigma embrittlement.
σ脆化はＣｒやＭｏが多く含有される鋼で生じやすく、８００℃付近でσ相が析出することにより生じる現象である。σ相が生じると冷却後の靭性に悪影響を与え、何らかの振動や衝撃により破損に至る要因となり得る。 σ embrittlement is more likely to occur in steels with high Cr and Mo content, and is a phenomenon caused by the precipitation of σ phase at around 800°C. The formation of σ phase has a negative effect on toughness after cooling, and can be a factor in breakage due to vibration or impact.
特許文献４は小型水素発生器の構造材料に好適な、耐スケール剥離性、耐浸炭性、耐σ脆化性を両立させたオーステナイト系ステンレス鋼を開示しているが、焼却炉の火格子の材料として用いるのは改善の余地がある。 Patent Document 4 discloses an austenitic stainless steel that combines resistance to scale spalling, carburization, and σ embrittlement, making it suitable for use as a structural material for small hydrogen generators. However, there is room for improvement when it comes to using it as a material for incinerator grates.
本発明は、上記の事情に鑑み、高温域の複合ガス雰囲気中で使用し、室温に冷却されることが繰り返されるような温度変化がある場合であっても破損しない、優れた耐腐食性、耐σ脆化性を有する、たとえば焼却炉の火格子に用いることができる鋳物を提供することを課題とする。 In light of the above circumstances, the present invention aims to provide a casting that has excellent corrosion resistance and σ-embrittlement resistance and will not break even when subjected to temperature changes such as repeated use in a high-temperature complex gas atmosphere and cooling to room temperature, and that can be used, for example, for incinerator grates.
本発明者らは、高温域の複合ガス雰囲気中で使用し、室温に冷却されることが繰り返されるような温度変化がある場合であっても優れた耐σ脆化性を有する鋼鋳物の成分組成について鋭意検討した。 The inventors conducted extensive research into the chemical composition of a steel casting that would have excellent σ embrittlement resistance even when used in a high-temperature composite gas atmosphere and subjected to temperature changes such as repeated cooling to room temperature.
ＣｒはＨ2Ｏ、Ｏ2などの酸化雰囲気において、安定なＣｒ2Ｏ3又はＦｅＣｒ2Ｏ4を生成して耐高温腐食性に有効である。しかし、ＳＯ2あるいはＣｌ2を含有する燃焼ガス雰囲気では、ＣｒＳ又はＣｒＣｌ2を生成する。硫化反応が進行するとマトリックスのＣｒ量が減少して耐腐食性が低下し、同様に塩化反応が進行すると反応生成物が蒸発することでマトリックスのＣｒ量が減少し耐腐食性が低下する。このような、マトリックスのＣｒ量の減少による耐腐食性の低下を抑制するためには、Ｓｉの添加が有効であると知られている。 Cr forms stable Cr2O3 or FeCr2O4 in oxidizing atmospheres such as H2O and O2 , which is effective in improving high-temperature corrosion resistance. However, in combustion gas atmospheres containing SO2 or Cl2 , CrS or CrCl2 is formed. As the sulfurization reaction progresses, the amount of Cr in the matrix decreases, reducing corrosion resistance. Similarly, as the chlorination reaction progresses, the reaction products evaporate, reducing the amount of Cr in the matrix and reducing corrosion resistance. It is known that adding Si is effective in suppressing the deterioration of corrosion resistance due to the reduction in the Cr content in the matrix.
本発明者らは、さらに、Ｎｉを多量に添加するとオーステナイト相が安定化し、σ相の析出が抑制され、耐σ脆化性を向上させることを見出した。また、Ｎｉが腐食せずに残存するため、耐腐食性も向上することを見出した。 The inventors have further discovered that adding large amounts of Ni stabilizes the austenite phase, suppresses the precipitation of the σ phase, and improves σ embrittlement resistance. They have also discovered that because Ni remains uncorroded, corrosion resistance is also improved.
本発明は上記の知見に基づきなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。 The present invention was made based on the above findings, and its gist is as follows:
（１）質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：２．５０％以上、４．００％以下、Ｍｎ：０．３０％以上、２．００％以下、Ｃｒ：１７．００％以上、３０．００％以下、Ｎｉ：４５．００％超、５７．００％以下、Ｎｂ：０％以上、３．００％以下、Ｍｏ：０％以上、５．００％以下、Ｓｅ：０％以上、０．５０％以下、Ｔｅ：０％以上、０．１０％以下、Ｂｉ：０％以上、０．５０％以下、Ｗ：０％以上、２．００％以下、Ｔｉ：０％以上、２．００％以下、Ａｌ：０％以上、２．００％以下、Ｃｅ：０％以上、０．２０％以下、Ｌａ：０％以上、０．２０％以下、Ｍｇ：０％以上、０．２０％以下、及びＮ：０％以上、０．３０％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物であることを特徴とするオーステナイト・ステンレス鋼鋳物。 (1) In mass%, C: 0.08% or less, Si: 2.50% or more, 4.00% or less, Mn: 0.30% or more, 2.00% or less, Cr: 17.00% or more, 30.00% or less, Ni: over 45.00%, 57.00% or less, Nb: 0% or more, 3.00% or less, Mo: 0% or more, 5.00% or less, Se: 0% or more, 0.50% or less, Te: 0% or more, 0.10% or less, Bi: 0 % or more and 0.50% or less, W: 0% or more and 2.00% or less, Ti: 0% or more and 2.00% or less, Al: 0% or more and 2.00% or less, Ce: 0% or more and 0.20% or less, La: 0% or more and 0.20% or less, Mg: 0% or more and 0.20% or less, and N: 0% or more and 0.30% or less, with the balance being Fe and impurities.
（２）Ｎｂを、質量％で、０．２０％以上、３．００％以下含有することを特徴とする前記（１）のオーステナイト・ステンレス鋼鋳物。 (2) The austenitic stainless steel casting of (1) above, characterized in that it contains, by mass%, 0.20% or more and 3.00% or less of Nb.
（３）Ｍｏを、質量％で、１．００％以上、５．００％以下含有することを特徴とする前記（１）又は（２）のオーステナイト・ステンレス鋼鋳物。 (3) An austenitic stainless steel casting according to (1) or (2) above, characterized in that it contains, by mass%, 1.00% or more and 5.00% or less of Mo.
（４）質量％で、Ｓｅ：０．００１％以上、０．５００％以下、Ｔｅ：０．００１％以上、０．１００％以下、Ｂｉ：０．００１％以上、０．１００％以下の１種以上を含有することを特徴とする前記（１）～（３）のいずれかのオーステナイト・ステンレス鋼鋳物。 (4) An austenitic stainless steel casting according to any one of (1) to (3) above, characterized by containing, by mass%, one or more of Se: 0.001% or more and 0.500% or less, Te: 0.001% or more and 0.100% or less, and Bi: 0.001% or more and 0.100% or less.
（５）質量％で、Ｗ：０．００１％以上、２．００％以下、Ｔｉ：０．００１％以上、２．００％以下、Ａｌ：０．００１％以上、２．００％以下の１種以上を含有することを特徴とする前記（１）～（４）のいずれかのオーステナイト・ステンレス鋼鋳物。 (5) An austenitic stainless steel casting according to any one of (1) to (4) above, characterized by containing, by mass%, one or more of the following: W: 0.001% or more and 2.00% or less; Ti: 0.001% or more and 2.00% or less; and Al: 0.001% or more and 2.00% or less.
（６）質量％で、Ｃｅ：０．００１％以上、０．２０％以下、Ｌａ：０．００１％以上、０．２０％以下、Ｍｇ：０．００１％以上、０．２０％以下の１種以上を含有することを特徴とする前記（１）～（５）のいずれかのオーステナイト・ステンレス鋼鋳物。 (6) An austenitic stainless steel casting according to any one of (1) to (5) above, characterized by containing, by mass%, one or more of Ce: 0.001% or more and 0.20% or less, La: 0.001% or more and 0.20% or less, and Mg: 0.001% or more and 0.20% or less.
（７）前記（１）～（６）のいずれかのオーステナイト・ステンレス鋼鋳物からなる焼却炉の火格子。 (7) An incinerator grate made of any of the austenitic stainless steel castings (1) to (6).
本発明によれば、高温域の複合ガス雰囲気中で高い耐腐食性、及び耐σ脆化性を有する、たとえば焼却炉の火格子に好適なオーステナイト・ステンレス鋼鋳物を提供することが可能となる。 The present invention makes it possible to provide austenitic stainless steel castings that have high corrosion resistance and σ-embrittlement resistance in complex gas atmospheres at high temperatures, making them suitable for applications such as incinerator grates.
以下、本発明を詳細に説明する。はじめに、本発明の耐熱耐摩耗鋳鉄の成分組成について説明する。以下、成分組成についての「％」は「質量％」を意味するものとする。 The present invention will be described in detail below. First, the chemical composition of the heat-resistant, wear-resistant cast iron of the present invention will be described. Hereinafter, "%" in the chemical composition will mean "mass %."
Ｃは、鋼中のＣｒと結合して結晶粒界にＣｒ炭化物として析出する。Ｃｒが炭化物として析出すると、基地のＣｒ濃度が低下して耐高温酸化性が劣るので、Ｃの含有量は少ないほうが好ましい。したがって、Ｃの含有量は０．０８％以下、好ましくは０．０５％以下とする。 C combines with Cr in the steel and precipitates as Cr carbides at grain boundaries. When Cr precipitates as carbides, the Cr concentration in the matrix decreases, resulting in poor high-temperature oxidation resistance, so a low C content is preferable. Therefore, the C content should be 0.08% or less, and preferably 0.05% or less.
Ｓｉは、脱酸剤として働く元素であり、また、特に高温における耐酸化性、耐食性を向上させるために必要な元素である。この効果を十分に得るためにＳｉの含有量は２．５０％以上、好ましくは２．７０％以上とする。σ脆化を考慮して、Ｓｉの含有量は４．００％以下、好ましくは３．５０％以下とする。 Si is an element that acts as a deoxidizer and is also necessary for improving oxidation resistance and corrosion resistance, especially at high temperatures. To fully obtain this effect, the Si content should be 2.50% or more, preferably 2.70% or more. Taking σ embrittlement into consideration, the Si content should be 4.00% or less, preferably 3.50% or less.
Ｍｎは、オーステナイト形成元素であり、また、脱酸剤、脱硫剤として有用な成分である。その効果を十分に得るために、Ｍｎの含有量は０．３０％以上とする。鋳鉄の脆化の防止や、クリープ強度の低下の防止の観点から、Ｍｎの含有量の上限は２．００％以下とする。 Mn is an austenite-forming element and is also a useful component as a deoxidizer and desulfurizer. To fully obtain these effects, the Mn content must be 0.30% or more. From the perspective of preventing embrittlement of cast iron and a decrease in creep strength, the upper limit of the Mn content is set to 2.00% or less.
Ｃｒは高温強度、及び高温での耐酸化性を向上する元素である。その効果を十分に得るために、Ｃｒの含有量は１７．００％以上、好ましくは１９．０％以上とする。バイオマスボイラのような、溶融塩化物が付着するような環境下ではＣｒの含有量が多くなりすぎると、揮発性のＣｒ2Ｏ2Ｃｌ2が形成され、耐高温酸化性が低下するので、Ｃｒの含有量は３０．００％以下、好ましくは２８．００％以下とする。 Cr is an element that improves high-temperature strength and oxidation resistance at high temperatures. To fully obtain this effect, the Cr content is set to 17.00% or more, preferably 19.0% or more. In an environment where molten chlorides adhere, such as a biomass boiler, if the Cr content is too high, volatile Cr2O2Cl2 is formed and high-temperature oxidation resistance is reduced, so the Cr content is set to 30.00% or less, preferably 28.00% or less.
Ｎｉはオーステナイト形成元素であり、σ相の析出が抑制し、耐σ脆化を向上する元素である。さらに、高温強度や高温での耐食性を向上する元素でもある。また、Ｎｉが腐食せずに残存することにより、耐腐食性を向上させる。さらに、加工硬化量を増し、耐摩耗性を高める効果がある。この効果を得るために、Ｎｉの含有量は４５．００％超、好ましくは４６．００％以上、より好ましくは４８．００％以上とする。材料コストと効果のバランスを考慮し、Ｎｉの含有量は５７．００％以下、好ましくは５６．００％以下、より好ましくは５４．００％以下とする。 Ni is an austenite-forming element that suppresses the precipitation of the σ phase and improves σ embrittlement resistance. It also improves high-temperature strength and corrosion resistance at high temperatures. When Ni remains uncorroded, it improves corrosion resistance. It also increases the amount of work hardening, enhancing wear resistance. To achieve this effect, the Ni content is set to more than 45.00%, preferably 46.00% or more, and more preferably 48.00% or more. Considering the balance between material cost and effect, the Ni content is set to 57.00% or less, preferably 56.00% or less, and more preferably 54.00% or less.
Ｎｂは炭化物を形成しやすいので、鋼中のＣを固定してＣｒ炭化物の析出を抑制することができ、高温強度の低下を防ぐことができる。この効果は少量の添加でもＣｒ炭化物の析出を抑制する効果があるが、添加の効果を十分に得るには、０．２０％以上添加するのが好ましく、０．５０％以上添加するのがより好ましい。各元素とも、含有量が３．００％を超えると効果が飽和するので、上限は３．００％、好ましくは２．５０％とする。 Nb easily forms carbides, so it can fix the C in the steel and suppress the precipitation of Cr carbides, preventing a decrease in high-temperature strength. Even a small amount of Nb can suppress the precipitation of Cr carbides, but to fully obtain the effect of its addition, it is preferable to add 0.20% or more, and more preferably 0.50% or more. For each element, the effect saturates when the content exceeds 3.00%, so the upper limit is set at 3.00%, preferably 2.50%.
本発明のオーステナイト・ステンレス鋼鋳物には、さらに、Ｍｏを含有させることができる。Ｍｏはオーステナイト中に固溶して、耐摩耗性を高める効果がある。この効果は少量の添加でも得られるが、添加の効果を十分に得るには、Ｍｏの含有量を１．００％以上とするのが好ましい。Ｍｏの含有量が多くても、効果は飽和し、また、偏析による靭性低下を生じる可能性があるので、上限は３．００％とする。 The austenitic stainless steel castings of the present invention can further contain Mo. Mo dissolves in austenite and has the effect of increasing wear resistance. This effect can be obtained even with the addition of small amounts, but to fully obtain the effect of the addition, it is preferable to set the Mo content to 1.00% or more. Even if the Mo content is high, the effect will saturate and there is a possibility of a decrease in toughness due to segregation, so the upper limit is set to 3.00%.
本発明のオーステナイト・ステンレス鋼鋳物には、さらに、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉの１種以上を含有させることができる。 The austenitic stainless steel castings of the present invention may further contain one or more of Se, Te, and Bi.
Ｓｅは、一般に難削鋼であるオーステナイト・ステンレス鋼の被削性を向上させるための元素であり、必要に応じて含有させることができる。この効果は少量の添加でも得られるが、０．００１％以上添加させると効果的である。Ｓｅの含有量が多すぎても効果が飽和するだけなので、上限は０．５０％とする。 Se is an element that improves the machinability of austenitic stainless steel, which is generally difficult to cut, and can be added as needed. This effect can be achieved with a small amount, but it is most effective when added in amounts of 0.001% or more. If the Se content is too high, the effect will simply saturate, so the upper limit is set at 0.50%.
Ｔｅは、Ｓｅと同様に被削性を向上させるための元素であり、必要に応じて含有させることができる。この効果は少量の添加でも得られるが、０．００１％以上添加させると効果的である。Ｔｅの含有量が多すぎても効果が飽和するだけなので、上限は０．１０％とする。 Like Se, Te is an element that improves machinability and can be added as needed. This effect can be achieved with a small amount, but it is most effective when added in amounts of 0.001% or more. If the Te content is too high, the effect will simply saturate, so the upper limit is set at 0.10%.
Ｂｉは、ＳｅやＴｅと同様に被削性を向上させるための元素であり、必要に応じて含有させることができる。この効果は少量の添加でも得られるが、０．００１％以上添加させると効果的である。Ｂｉの含有量が多すぎても効果が飽和するだけなので、上限は０．５０％とする。 Bi, like Se and Te, is an element that improves machinability and can be added as needed. This effect can be achieved with a small amount, but it is most effective when added in amounts of 0.001% or more. If the Bi content is too high, the effect will simply saturate, so the upper limit is set at 0.50%.
Ｓｅ、Ｔｅ又はＢｉを添加することで、切削抵抗の減少、工具寿命の延長、構成刃先の抑制、仕上げ面性状の改善、切りくず破砕性の改善という効果が得られる。 Adding Se, Te, or Bi reduces cutting resistance, extends tool life, prevents built-up edge formation, improves finished surface quality, and improves chip breakability.
なお、これらの元素を添加すると熱間加工性が低下するため、鍛造や圧延を施すには好ましくない。本発明のオーステナイト・ステンレス鋼鋳物は鋳造ままの鋳物であるから、熱間加工性の低下は大きな問題とはならず、Ｓｅ、Ｔｅ及びＢｉの添加が被削性向上に有効である。 However, the addition of these elements reduces hot workability, making them undesirable for forging or rolling. Because the austenitic stainless steel castings of the present invention are as-cast, the reduction in hot workability is not a major problem, and the addition of Se, Te, and Bi is effective in improving machinability.
本発明のオーステナイト・ステンレス鋼鋳物には、さらに、Ｗ、Ｔｉ、Ａｌの１種以上を含有させることができる。 The austenitic stainless steel castings of the present invention may further contain one or more of W, Ti, and Al.
Ｗは炭化物を形成しやすく、鋼中のＣを固定してＣｒ炭化物の析出を抑制することができ、高温強度の低下を防ぐことができる。この効果は少量の添加でも得られる、０．００１％以上添加させると効果的である。Ｗの含有量が多すぎても効果が飽和するだけなので、上限は２．００％とする。 W easily forms carbides, and by fixing the C in the steel, it can inhibit the precipitation of Cr carbides, preventing a decrease in high-temperature strength. This effect can be achieved with even a small amount, and is most effective when added in amounts of 0.001% or more. If the W content is too high, the effect will simply saturate, so the upper limit is set at 2.00%.
ＴｉはＷと同様に、Ｃｒ炭化物の析出を抑制することができ、高温強度の低下を防ぐことができる元素である。この効果は少量の添加でも得られる、０．００１％以上添加させると効果的である。Ｔｉの含有量が多すぎても効果が飽和するだけなので、上限は２．００％とする。 Like W, Ti is an element that can suppress the precipitation of Cr carbides and prevent a decrease in high-temperature strength. This effect can be achieved even with the addition of a small amount, and is effective when added in amounts of 0.001% or more. If the Ti content is too high, the effect will simply saturate, so the upper limit is set at 2.00%.
ＡｌはＷやＴｉと同様に、Ｃｒ炭化物の析出を抑制することができ、高温強度の低下を防ぐことができる元素である。この効果は少量の添加でも得られる、０．００１％以上添加させると効果的である。Ａｌの含有量が多すぎても効果が飽和するだけなので、上限は２．００％とする。 Like W and Ti, Al is an element that can suppress the precipitation of Cr carbides and prevent a decrease in high-temperature strength. This effect can be achieved even with the addition of a small amount, and is effective when added in amounts of 0.001% or more. If the Al content is too high, the effect will simply saturate, so the upper limit is set at 2.00%.
本発明のオーステナイト・ステンレス鋼鋳物には、さらに、Ｃｅ、Ｌａ、Ｍｇの１種以上を含有させることができる。 The austenitic stainless steel castings of the present invention may further contain one or more of Ce, La, and Mg.
ＣｅはＳと結びついてＳの粒界偏析を抑え、靭性の低下を抑制することができる。この効果は少量の添加でも得られる、０．００１％以上添加させると効果的である。Ｃｅの含有量が多すぎても効果が飽和するだけなので、上限は０．２０％とする。
Ce combines with S to suppress the grain boundary segregation of S, thereby preventing a decrease in toughness. This effect can be obtained even with a small amount of addition, and it is effective when added in an amount of 0.001% or more. If the Ce content is too high, the effect will saturate, so the upper limit is set to 0.20%.
ＬａはＣｅと同様に、靭性の低下を抑制することができる元素である。この効果は少量の添加でも得られる、０．００１％以上添加させると効果的である。Ｌａの含有量が多すぎても効果が飽和するだけなので、上限は０．２０％とする。 Like Ce, La is an element that can suppress a decrease in toughness. This effect can be achieved even with the addition of small amounts, and is effective when added in amounts of 0.001% or more. If the La content is too high, the effect will simply saturate, so the upper limit is set at 0.20%.
ＭｇはＣｅやＬａと同様に、靭性の低下を抑制することができる元素である。この効果は少量の添加でも得られる、０．００１％以上添加させると効果的である。Ｍｇの含有量が多すぎても効果が飽和するだけなので、上限は０．２０％とする。 Like Ce and La, Mg is an element that can suppress a decrease in toughness. This effect can be achieved even with the addition of small amounts, and is effective when added in amounts of 0.001% or more. If the Mg content is too high, the effect will simply saturate, so the upper limit is set at 0.20%.
本発明のオーステナイト・ステンレス鋼鋳物には、さらに、Ｎを含有させることができる。Ｎは応力腐食割れを防止する効果があり、固溶強化により鋼の強度を向上させる元素でもある。また、Ｎはオーステナイト安定化元素でもある。これらの効果は少量の添加でも得られるが、添加の効果を十分に得るには、Ｎの含有量を０．０１％以上とするのが好ましい。Ｎの含有量が多くなると、鋼塊中にブローホールによる欠陥が発生するおそれがあるので、上限は０．３０％とする。なお、Ｎは意図的に添加しなくても、鋼中に不純物として０．０２％以下程度含有される可能性がある。０．０２％以下のＮが意図せずに含有されたとしても、本発明のオーステナイト・ステンレス鋼鋳物に悪影響はない。 The austenitic stainless steel castings of the present invention can further contain N. N has the effect of preventing stress corrosion cracking and is also an element that improves the strength of steel through solid solution strengthening. N is also an austenite stabilizing element. These effects can be obtained with the addition of small amounts, but to fully obtain the effects of the addition, it is preferable to set the N content to 0.01% or more. A high N content may cause defects due to blowholes in the steel ingot, so the upper limit is set to 0.30%. Even if N is not intentionally added, it may be contained in the steel as an impurity in an amount of up to 0.02%. Even if 0.02% or less of N is unintentionally contained, it will not have a negative effect on the austenitic stainless steel castings of the present invention.
成分組成の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。不可避的不純物とは、本発明で規定する成分組成を有する鋳物を工業的に製造する際に、原料や製造環境等から不可避的に混入するものをいい、たとえば、Ｐ、Ｓがあげられる。Ｐ、Ｓは、通常０．０３０％以下程度、鋳物に不可避的に混入する。 The remainder of the composition is Fe and unavoidable impurities. "Avoidable impurities" refer to elements that are inevitably mixed in from raw materials or the manufacturing environment during the industrial production of castings having the composition specified in this invention, such as P and S. P and S are usually unavoidably mixed into castings at levels of approximately 0.030% or less.
本発明の製造方法は、特に限定されるものではなく、常法によればよい。はじめに、上述した成分組成を有する溶湯を調整し、溶湯を鋳型に注湯し、注湯された溶湯を冷却して凝固させる。本発明鋳鉄は原則として鋳放しのまま使用されるが、必要に応じて溶体化処理をすることができる。 The manufacturing method of the present invention is not particularly limited and may be any conventional method. First, a molten metal having the above-mentioned composition is prepared, poured into a mold, and then cooled and solidified. In principle, the cast iron of the present invention is used as-cast, but can be solution-treated as needed.
本発明の成分組成を有する溶湯を鋳造することにより、特別な製法を用いることなく、鋳造ままで優れた耐σ脆化性を有するオーステナイト・ステンレス鋼鋳物を得ることが可能である。 By casting a molten metal having the chemical composition of the present invention, it is possible to obtain an as-cast austenitic stainless steel casting that has excellent σ embrittlement resistance without using any special manufacturing processes.
なお、本発明のオーステナイト・ステンレス鋼鋳物は、所定の形状の鋳型に鋳込んだ後に塑性加工を施さない鋼であり、熱間圧延や鍛造のような塑性加工が施された合金とは区別される。すなわち、鋳物は合金組織として鋳造したままの凝固組織が残ったものであるのに対し、塑性加工が施された合金は加工により生じた合金組織を有するものであり、その組織は大きく異なるものである。本発明の鋳物では、結晶粒の大きさは０．２～１０．０ｍｍ程度となる。 The austenitic stainless steel castings of the present invention are steels that are not subjected to plastic processing after being poured into a mold of a predetermined shape, and are distinguished from alloys that have undergone plastic processing such as hot rolling or forging. In other words, castings retain the solidification structure as they were when cast, while alloys that have undergone plastic processing have an alloy structure that is created by processing, and the structures are significantly different. In the castings of the present invention, the crystal grain size is approximately 0.2 to 10.0 mm.
以下、実施例を用いて、本発明をより具体的に説明する。以下にあげる例は本発明の実施態様の一例であり、本発明が以下の実施例により制限されるものでないことはいうまでもない。 The present invention will be explained in more detail below using examples. The examples given below are merely examples of embodiments of the present invention, and it goes without saying that the present invention is not limited to the following examples.
表１に示す成分組成を有する鋳物を製造し、耐腐食性、及び耐σ脆化性を評価した。なお、表１中の空欄は、当該元素を意図的に添加していないことを示す。 Castings were manufactured with the chemical composition shown in Table 1, and their corrosion resistance and σ-embrittlement resistance were evaluated. Note that blank spaces in Table 1 indicate that the element in question was not intentionally added.
耐腐食性は、製造した鋳物からφ１５ｍｍ×２０Ｌの丸棒試験片を採取し、溶融塩（ＮａＣｌ－ＫＣｌ（１：１））１０ｇに、７００℃で１００Ｈｒ浸漬させる腐食試験を実施し、試験後に試験片を切断して、断面の腐食深さを測定することにより評価した。その結果、腐食深さが０．６０ｍｍ以下のものを耐腐食性に優れると判断した。 Corrosion resistance was evaluated by taking a φ15mm x 20L round bar test piece from the manufactured casting and immersing it in 10g of molten salt (NaCl-KCl (1:1)) at 700°C for 100 hours in a corrosion test. After the test, the test piece was cut and the corrosion depth on the cross section was measured. As a result, specimens with a corrosion depth of 0.60mm or less were deemed to have excellent corrosion resistance.
耐σ脆化性は、製造した鋳物に８００℃×１４４Ｈｒの時効処理を実施し、常温引張試験により評価した。時効処理後の常温引張試験の伸びが６％未満であると、σ脆化により割れが生じる危険性があるので、伸びが６％以上のものを耐σ脆化性に優れると判断した。 σ-embrittlement resistance was evaluated by subjecting the manufactured castings to aging treatment at 800°C for 144 hours and conducting a room-temperature tensile test. If the elongation in the room-temperature tensile test after aging treatment is less than 6%, there is a risk of cracking due to σ-embrittlement, so samples with an elongation of 6% or more were deemed to have excellent σ-embrittlement resistance.
表１に結果を示す。 The results are shown in Table 1.
表１に示すＮｏ．１～２５は本発明の鋼を用いた発明例、Ｎｏ．３１～３３は一般的な鋼を用いた比較例である。表１に示すように、本発明の鋳物は、高温域における耐腐食性、耐σ脆化性に優れていることが確認できた。 Nos. 1 to 25 in Table 1 are inventive examples that use the steel of the present invention, while Nos. 31 to 33 are comparative examples that use ordinary steel. As shown in Table 1, it was confirmed that the castings of the present invention have excellent corrosion resistance and sigma embrittlement resistance in the high temperature range.
Claims (6)
Ｃ ：０．０８％以下、
Ｓｉ：２．５０％以上、４．００％以下、
Ｍｎ：０．３０％以上、２．００％以下、
Ｃｒ：１７．００％以上、３０．００％以下、
Ｎｉ：４５．００％超、５７．００％以下、
Ｎｂ：０．２０％以上、３．００％以下、
Ｍｏ：０％以上、５．００％以下、
Ｓｅ：０％以上、０．５０％以下、
Ｔｅ：０％以上、０．１０％以下、
Ｂｉ：０％以上、０．５０％以下、
Ｗ ：０％以上、２．００％以下、
Ｔｉ：０％以上、２．００％以下、
Ａｌ：０％以上、２．００％以下、
Ｃｅ：０％以上、０．２０％以下、
Ｌａ：０％以上、０．２０％以下、
Ｍｇ：０％以上、０．２０％以下、及び
Ｎ ：０％以上、０．３０％以下
を含有し、残部がＦｅ及び不純物である
ことを特徴とするオーステナイト・ステンレス鋼鋳物。 In mass%,
C: 0.08% or less,
Si: 2.50% or more, 4.00% or less,
Mn: 0.30% or more, 2.00% or less,
Cr: 17.00% or more, 30.00% or less,
Ni: more than 45.00%, less than 57.00%,
Nb: 0.20 % or more, 3.00% or less,
Mo: 0% or more, 5.00% or less,
Se: 0% or more, 0.50% or less,
Te: 0% or more, 0.10% or less,
Bi: 0% or more, 0.50% or less,
W: 0% or more, 2.00% or less,
Ti: 0% or more, 2.00% or less,
Al: 0% or more, 2.00% or less,
Ce: 0% or more, 0.20% or less,
La: 0% or more, 0.20% or less,
An austenitic stainless steel casting comprising: Mg: 0% or more and 0.20% or less; and N: 0% or more and 0.30% or less, with the balance being Fe and impurities.
Ｃ ：０．０８％以下、
Ｓｉ：２．５０％以上、４．００％以下、
Ｍｎ：０．３０％以上、２．００％以下、
Ｃｒ：１７．００％以上、３０．００％以下、
Ｎｉ：４５．００％超、５７．００％以下、
Ｎｂ：０％以上、３．００％以下、
Ｍｏ：１．００％以上、５．００％以下、
Ｓｅ：０％以上、０．５０％以下、
Ｔｅ：０％以上、０．１０％以下、
Ｂｉ：０％以上、０．５０％以下、
Ｗ ：０％以上、２．００％以下、
Ｔｉ：０％以上、２．００％以下、
Ａｌ：０％以上、２．００％以下、
Ｃｅ：０％以上、０．２０％以下、
Ｌａ：０％以上、０．２０％以下、
Ｍｇ：０％以上、０．２０％以下、及び
Ｎ ：０％以上、０．３０％以下
を含有し、残部がＦｅ及び不純物である
ことを特徴とするオーステナイト・ステンレス鋼鋳物。 In mass%,
C: 0.08% or less,
Si: 2.50% or more, 4.00% or less,
Mn: 0.30% or more, 2.00% or less,
Cr: 17.00% or more, 30.00% or less,
Ni: more than 45.00%, less than 57.00%,
Nb: 0% or more, 3.00% or less,
Mo: 1.00% or more, 5.00% or less ,
Se: 0% or more, 0.50% or less,
Te: 0% or more, 0.10% or less,
Bi: 0% or more, 0.50% or less,
W: 0% or more, 2.00% or less,
Ti: 0% or more, 2.00% or less,
Al: 0% or more, 2.00% or less,
Ce: 0% or more, 0.20% or less,
La: 0% or more, 0.20% or less,
Mg: 0% or more and 0.20% or less, and
N: 0% or more, 0.30% or less
and the balance being Fe and impurities.
1. An austenitic stainless steel casting characterized by:
Ｃ ：０．０８％以下、
Ｓｉ：２．５０％以上、４．００％以下、
Ｍｎ：０．３０％以上、２．００％以下、
Ｃｒ：１７．００％以上、３０．００％以下、
Ｎｉ：４５．００％超、５７．００％以下、
Ｎｂ：０％以上、３．００％以下、
Ｍｏ：０％以上、５．００％以下、
Ｓｅ：０％以上、０．５０％以下、
Ｔｅ：０％以上、０．１０％以下、
Ｂｉ：０％以上、０．５０％以下、
Ｗ ：０％以上、２．００％以下、
Ｔｉ：０％以上、２．００％以下、
Ａｌ：０％以上、２．００％以下、
Ｃｅ：０％以上、０．２０％以下、
Ｌａ：０％以上、０．２０％以下、
Ｍｇ：０％以上、０．２０％以下、及び
Ｎ ：０％以上、０．３０％以下
を含有し、さらに、Ｓｅ：０．１９％以上、０．５０％以下、Ｔｅ：０．００８％以上、０．１０％以下、Ｂｉ：０．３１％以上、０．５０％以下の１種以上を含有し、残部がＦｅ及び不純物である
ことを特徴とするオーステナイト・ステンレス鋼鋳物。 In mass%,
C: 0.08% or less,
Si: 2.50% or more, 4.00% or less,
Mn: 0.30% or more, 2.00% or less,
Cr: 17.00% or more, 30.00% or less,
Ni: more than 45.00%, less than 57.00%,
Nb: 0% or more, 3.00% or less,
Mo: 0% or more, 5.00% or less,
Se: 0% or more, 0.50% or less,
Te: 0% or more, 0.10% or less,
Bi: 0% or more, 0.50% or less,
W: 0% or more, 2.00% or less,
Ti: 0% or more, 2.00% or less,
Al: 0% or more, 2.00% or less,
Ce: 0% or more, 0.20% or less,
La: 0% or more, 0.20% or less,
Mg: 0% or more and 0.20% or less, and
N: 0% or more, 0.30% or less
and further containing one or more of Se: 0.19% or more and 0.50% or less, Te: 0.008% or more and 0.10% or less, and Bi: 0.31% or more and 0.50% or less , with the balance being Fe and impurities.
1. An austenitic stainless steel casting characterized by:
Ｃ ：０．０８％以下、
Ｓｉ：２．５０％以上、４．００％以下、
Ｍｎ：０．３０％以上、２．００％以下、
Ｃｒ：１７．００％以上、３０．００％以下、
Ｎｉ：４５．００％超、５７．００％以下、
Ｎｂ：０％以上、３．００％以下、
Ｍｏ：０％以上、５．００％以下、
Ｓｅ：０％以上、０．５０％以下、
Ｔｅ：０％以上、０．１０％以下、
Ｂｉ：０％以上、０．５０％以下、
Ｗ ：０％以上、２．００％以下、
Ｔｉ：０％以上、２．００％以下、
Ａｌ：０％以上、２．００％以下、
Ｃｅ：０％以上、０．２０％以下、
Ｌａ：０％以上、０．２０％以下、
Ｍｇ：０％以上、０．２０％以下、及び
Ｎ ：０％以上、０．３０％以下
を含有し、さらに、Ｗ：０．９８％以上、２．００％以下、Ｔｉ：０．２１％以上、２．００％以下、Ａｌ：０．５１％以上、２．００％以下の１種以上を含有し、残部がＦｅ及び不純物である
ことを特徴とするオーステナイト・ステンレス鋼鋳物。 In mass%,
C: 0.08% or less,
Si: 2.50% or more, 4.00% or less,
Mn: 0.30% or more, 2.00% or less,
Cr: 17.00% or more, 30.00% or less,
Ni: more than 45.00%, less than 57.00%,
Nb: 0% or more, 3.00% or less,
Mo: 0% or more, 5.00% or less,
Se: 0% or more, 0.50% or less,
Te: 0% or more, 0.10% or less,
Bi: 0% or more, 0.50% or less,
W: 0% or more, 2.00% or less,
Ti: 0% or more, 2.00% or less,
Al: 0% or more, 2.00% or less,
Ce: 0% or more, 0.20% or less,
La: 0% or more, 0.20% or less,
Mg: 0% or more and 0.20% or less, and
N: 0% or more, 0.30% or less
and further containing one or more of W: 0.98% or more and 2.00% or less, Ti: 0.21% or more and 2.00% or less, and Al: 0.51% or more and 2.00% or less , with the balance being Fe and impurities.
1. An austenitic stainless steel casting characterized by:
Ｃ ：０．０８％以下、
Ｓｉ：２．５０％以上、４．００％以下、
Ｍｎ：０．３０％以上、２．００％以下、
Ｃｒ：１７．００％以上、３０．００％以下、
Ｎｉ：４５．００％超、５７．００％以下、
Ｎｂ：０％以上、３．００％以下、
Ｍｏ：０％以上、５．００％以下、
Ｓｅ：０％以上、０．５０％以下、
Ｔｅ：０％以上、０．１０％以下、
Ｂｉ：０％以上、０．５０％以下、
Ｗ ：０％以上、２．００％以下、
Ｔｉ：０％以上、２．００％以下、
Ａｌ：０％以上、２．００％以下、
Ｃｅ：０％以上、０．２０％以下、
Ｌａ：０％以上、０．２０％以下、
Ｍｇ：０％以上、０．２０％以下、及び
Ｎ ：０％以上、０．３０％以下
を含有し、さらに、Ｃｅ：０．０４％以上、０．２０％以下、Ｌａ：０．０６％以上、０．２０％以下、Ｍｇ：０．０１％以上、０．２０％以下の１種以上を含有し、残部がＦｅ及び不純物である
ことを特徴とするオーステナイト・ステンレス鋼鋳物。 In mass%,
C: 0.08% or less,
Si: 2.50% or more, 4.00% or less,
Mn: 0.30% or more, 2.00% or less,
Cr: 17.00% or more, 30.00% or less,
Ni: more than 45.00%, less than 57.00%,
Nb: 0% or more, 3.00% or less,
Mo: 0% or more, 5.00% or less,
Se: 0% or more, 0.50% or less,
Te: 0% or more, 0.10% or less,
Bi: 0% or more, 0.50% or less,
W: 0% or more, 2.00% or less,
Ti: 0% or more, 2.00% or less,
Al: 0% or more, 2.00% or less,
Ce: 0% or more, 0.20% or less,
La: 0% or more, 0.20% or less,
Mg: 0% or more and 0.20% or less, and
N: 0% or more, 0.30% or less
and further containing one or more of Ce: 0.04% or more and 0.20% or less, La: 0.06% or more and 0.20% or less, and Mg: 0.01% or more and 0.20% or less , with the balance being Fe and impurities.
1. An austenitic stainless steel casting characterized by:
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