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JP2011195880A - Austenitic stainless steel - Google Patents

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JP2011195880A
JP2011195880A JP2010063499A JP2010063499A JP2011195880A JP 2011195880 A JP2011195880 A JP 2011195880A JP 2010063499 A JP2010063499 A JP 2010063499A JP 2010063499 A JP2010063499 A JP 2010063499A JP 2011195880 A JP2011195880 A JP 2011195880A
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JP
Japan
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austenitic stainless
stainless steel
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steel
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Pending
Application number
JP2010063499A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Igarashi
正晃 五十嵐
Mitsuharu Yonemura
光治 米村
Masao Takeyama
雅夫 竹山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Tokyo Institute of Technology NUC
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Tokyo Institute of Technology NUC
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Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd, Tokyo Institute of Technology NUC filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP2010063499A priority Critical patent/JP2011195880A/en
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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

【課題】高温でのクリープ強度に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供する。
【解決手段】
本実施の形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、Cr:17〜19%、Ni:30〜32%、Nb:3.0〜3.6%を含有し、残部はFe及び不純物からなる。本実施の形態によるオーステナイト系ステンレス鋼では、700℃以上の高温域で時効処において、結晶粒30の粒内にNiNbないしはFeNb40が析出し、粒界10にFeNb20が析出する。これらの金属間化合物(NiNb及びFeNb)により、700℃以上の高温域におけるクリープ強度が向上する。
【選択図】図2
An austenitic stainless steel having excellent creep strength at a high temperature is provided.
[Solution]
The austenitic stainless steel according to the present embodiment is in mass% and contains Cr: 17-19%, Ni: 30-32%, Nb: 3.0-3.6%, with the balance being Fe and impurities. . In austenitic stainless steel according to this embodiment, the aging treatment at a high temperature range of not lower than 700 ° C., Ni 3 Nb or Fe 2 NB 40 are precipitated in the grain of the crystal grains 30, Fe 2 NB 20 is deposited on the grain boundaries 10 . These intermetallic compounds (Ni 3 Nb and Fe 2 Nb) improve the creep strength in a high temperature range of 700 ° C. or higher.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼に関し、さらに詳しくは、高温圧力容器や、ボイラ、発電用タービンのブレード、化学工業プラントの設備等に利用されるオーステナイト系ステンレス鋼に関する。   The present invention relates to an austenitic stainless steel, and more particularly to an austenitic stainless steel used for high-temperature pressure vessels, boilers, power generation turbine blades, chemical industrial plant equipment, and the like.

化学工業プラントの設備や高温圧力容器、ボイラ、発電用タービン等は、高温及び高圧の流体を扱う。これらの設備の構成部材は、耐熱鋼材が利用される。耐熱鋼材はたとえば、鋼管、鋼板、棒鋼、鍛鋼品、鋳鋼品等である。   Chemical industrial plant equipment, high-temperature pressure vessels, boilers, power generation turbines, etc. handle high-temperature and high-pressure fluids. The structural members of these facilities are made of heat-resistant steel. The heat-resistant steel material is, for example, a steel pipe, a steel plate, a steel bar, a forged steel product, a cast steel product, or the like.

耐熱鋼材として、従来、18−8系オーステナイトステンレス鋼が利用されている。18−8系オーステナイトステンレス鋼はたとえば、JIS規格におけるSUS304H、SUS316H、SUS321H及びSUS347Hである。   Conventionally, 18-8 austenitic stainless steel has been used as a heat resistant steel material. Examples of the 18-8 austenitic stainless steel include SUS304H, SUS316H, SUS321H, and SUS347H in JIS standards.

化学工業プラント設備や高温圧力容器、ボイラ、タービン用の耐熱鋼材は、高温強度の改善が求められ、特に、700℃以上の高温におけるクリープ強度の向上が求められる。   Heat-resistant steel materials for chemical industrial plant equipment, high-temperature pressure vessels, boilers, and turbines are required to improve high-temperature strength, and in particular, to improve creep strength at a high temperature of 700 ° C. or higher.

特開昭62−133048号公報(特許文献1)、特開平7−138708号公報(特許文献2)、特開平8−13102号公報(特許文献3)、特開2004−323937号公報(特許文献4)及び特開2004−323937号公報(特許文献5)は、高温強度の改善を目的としたオーステナイト系ステンレス鋼を開示する。これらの文献に開示されたオーステナイト系ステンレス鋼は、Nbと、Cと、Nとを含有する。これらの元素は、炭化物、窒化物及び炭窒化物を形成し、鋼の高温強度を向上する。これらの文献に開示されたオーステナイト系ステンレス鋼はさらに、Cuを含有する。高温において、Cuはオーステナイト母相に析出し、鋼の高温強度を向上する。   JP-A-62-133048 (Patent Document 1), JP-A-7-138708 (Patent Document 2), JP-A-8-13102 (Patent Document 3), JP-A 2004-323937 (Patent Document) 4) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-323937 (Patent Document 5) disclose austenitic stainless steel for the purpose of improving high-temperature strength. The austenitic stainless steel disclosed in these documents contains Nb, C, and N. These elements form carbides, nitrides and carbonitrides and improve the high temperature strength of the steel. The austenitic stainless steel disclosed in these documents further contains Cu. At high temperatures, Cu precipitates in the austenite matrix and improves the high temperature strength of the steel.

特開昭62−133048号公報JP-A-62-133048 特開平7−138708号公報JP 7-138708 A 特開平8−13102号公報JP-A-8-13102 特開2004−323937号公報JP 2004-323937 A 特開2004−3000号公報JP 2004-3000 A 特開2005−2929号公報JP 2005-2929 A

高田尚記、松尾孝、竹山雅夫、「Fe2Nb Laves相の構造とそのオーステナイト系耐熱鋼の強化相としての役割」、日本学術振興会耐熱金属材料第123委員会研究報告Vol.50 No.3(2009)、p.389〜400Naoki Takada, Takashi Matsuo, Masao Takeyama, “Structure of Fe2Nb Laves Phase and Its Role as Strengthening Phase of Austenitic Heat-Resistant Steel”, Japan Society for the Promotion of Science Refractory Metal Materials 123rd Committee Report Vol. 50 No. 3 (2009), p. 389-400

最近では、火力発電プラントの発電効率を向上するため、高温におけるクリープ強度がさらに改善された耐熱鋼材が求められる。   Recently, in order to improve the power generation efficiency of a thermal power plant, there is a demand for a heat resistant steel material with further improved creep strength at high temperatures.

本発明の目的は、高温におけるクリープ強度に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供することである。   An object of the present invention is to provide an austenitic stainless steel having excellent creep strength at high temperatures.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、Cr:17〜19%、Ni:30〜32%、Nb:3.0〜3.6%を含有し、残部はFe及び不純物からなる。   The austenitic stainless steel according to the present invention contains, in mass%, Cr: 17 to 19%, Ni: 30 to 32%, Nb: 3.0 to 3.6%, and the balance consists of Fe and impurities.

上述のオーステナイト系ステンレス鋼は、700℃以上の高温において、優れたクリープ強度を有する。   The austenitic stainless steel described above has excellent creep strength at a high temperature of 700 ° C. or higher.

また、上記オーステナイト系ステンレス鋼において、上記不純物としてのC、Si、Mn、P、S、Mo、W、Nのうちの1種又は2種以上を、質量%で、C:0.01%未満、Si:0.1%未満、Mn:0.1%未満、P:0.010%未満、S:0.003%未満、Mo:0.01%未満、W:0.01%未満、及びN:0.01%未満で含有してもよい。   Further, in the austenitic stainless steel, one or more of C, Si, Mn, P, S, Mo, W, and N as impurities are contained in mass%, and C: less than 0.01%. Si: less than 0.1%, Mn: less than 0.1%, P: less than 0.010%, S: less than 0.003%, Mo: less than 0.01%, W: less than 0.01%, and N: You may contain less than 0.01%.

また、上記オーステナイト系ステンレス鋼は、Feの一部に代えて、質量%で、B:0.0001〜0.0030%を含有してもよい。   Further, the austenitic stainless steel may contain B: 0.0001 to 0.0030% in mass% instead of part of Fe.

また、上記オーステナイト系ステンレス鋼は、Feの一部に代えて、質量%でAl:0.001〜0.10%、Mg:0.0001〜0.010%、及び、Ca:0.0001〜0.010%から選択された1種又は2種以上を含有してもよい。   Moreover, the austenitic stainless steel is replaced by a part of Fe, and in mass%, Al: 0.001 to 0.10%, Mg: 0.0001 to 0.010%, and Ca: 0.0001 to You may contain 1 type, or 2 or more types selected from 0.010%.

オーステナイトステンレス鋼の化学成分において、Nb含有量と、FeNb及びNiNbの析出量との関係を示す図である。In the chemical components of the austenitic stainless steel is a diagram showing a Nb content, the relationship between the deposition amount of Fe 2 Nb and Ni 3 Nb. (A)は本実施の形態によるオーステナイト系ステンレス鋼のSEM画像であり、(B)は、その模式図である。(A) is the SEM image of the austenitic stainless steel by this Embodiment, (B) is the schematic diagram. FeNbの粒界被覆率を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for explaining the grain boundary coverage of Fe 2 Nb. (A)は、ボロンが含有された本実施の形態によるオーステナイト系ステンレス鋼のSEM画像であり、(B)は、その模式図である。(A) is an SEM image of austenitic stainless steel according to the present embodiment containing boron, and (B) is a schematic diagram thereof. 実施例において製造された複数のオーステナイト系ステンレス鋼のSEM画像である。It is a SEM image of several austenitic stainless steel manufactured in the Example. 図5に示した複数のオーステナイト系ステンレス鋼の時効時間と、FeNbの粒界被覆率を示す図である。And aging time of the plurality of austenitic stainless steels shown in FIG. 5 is a diagram showing a grain boundary coverage of Fe 2 Nb. 実施例におけるオーステナイト系ステンレス鋼の、FeNbの粒界被覆率とクリープ速度との関係を示す図である。Of austenitic stainless steel in the embodiment, a diagram showing the relationship between the grain boundary coverage and creep rate of the Fe 2 Nb. 実施例におけるオーステナイト系ステンレス鋼の、700℃における応力−クリープ破断時間線図である。It is a stress-creep rupture time diagram in 700 degreeC of the austenitic stainless steel in an Example. クリープ試験により得られた、オーステナイト系ステンレス鋼の破断伸び及び破断絞りを示す図である。It is a figure which shows the breaking elongation and fracture | rupture drawing of austenitic stainless steel obtained by the creep test. 実施例におけるオーステナイトステンレス鋼の、熱間加工後の割れ長さを示す図である。It is a figure which shows the crack length after hot processing of the austenitic stainless steel in an Example.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下の説明において、元素に関する%は質量%を意味する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated. Moreover, in the following description,% regarding an element means the mass%.

本発明者らは、研究の結果、以下の知見を得た。   As a result of research, the present inventors have obtained the following knowledge.

(A)耐熱鋼材に用いられる従来のオーステナイト系ステンレス鋼は、炭化物や、NbCrN複合窒化物に代表される窒化物や、炭窒化物により、クリープ強度を向上する。しかしながら、炭化物、窒化物及び炭窒化物は、高温での長時間クリープ強度を改善しにくい。より具体的には、炭化物、窒化物及び炭窒化物は、700℃以上における10万時間クリープ破断強度の向上に寄与しにくい。   (A) Conventional austenitic stainless steel used for heat-resistant steel materials improves creep strength by carbides, nitrides typified by NbCrN composite nitrides, and carbonitrides. However, carbides, nitrides, and carbonitrides are difficult to improve long-term creep strength at high temperatures. More specifically, carbides, nitrides, and carbonitrides are unlikely to contribute to the improvement of the 100,000 hour creep rupture strength at 700 ° C. or higher.

(B)従来の耐熱鋼材用オーステナイト系ステンレス鋼はさらに、整合析出されたCu相により強度を向上する。Cu相は、短時間の高温強度を改善できる。しかしながら、高温での長時間クリープ強度の向上には寄与しにくい。   (B) The conventional austenitic stainless steel for heat-resistant steel further improves the strength due to the co-precipitation Cu phase. The Cu phase can improve high temperature strength in a short time. However, it is difficult to contribute to the improvement of the long-term creep strength at high temperatures.

(C)従来のオーステナイト系ステンレス鋼では、主として、FeW型Laves相が析出する。FeWは、高温での短時間クリープ強度を向上する。しかしながら、高温で長時間加熱されると、FeWは凝集粗大化する。そのため、FeWは、高温での長時間クリープ強度の向上に寄与しにくい。 (C) In conventional austenitic stainless steel, an Fe 2 W-type Laves phase is mainly precipitated. Fe 2 W improves the short-time creep strength at high temperatures. However, when heated at a high temperature for a long time, Fe 2 W aggregates and becomes coarse. Therefore, Fe 2 W is unlikely to contribute to improvement of long-term creep strength at high temperatures.

(D)炭化物、窒化物及び炭窒化物の代わりに、NiNbと、FeNb型Laves相とが鋼中に析出すれば、高温での長時間クリープ強度が改善される。より具体的には、NiNbは、結晶粒の粒内に析出して、粒内の強度を向上する。一方、FeNbは、粒界に析出して、粒界の強度を向上する。 (D) If Ni 3 Nb and Fe 2 Nb-type Laves phases precipitate in the steel instead of carbide, nitride and carbonitride, the long-term creep strength at high temperature is improved. More specifically, Ni 3 Nb precipitates in the crystal grains and improves the strength in the grains. On the other hand, Fe 2 Nb precipitates at the grain boundary and improves the strength of the grain boundary.

(E)Al、Mg、Caは、オーステナイト系ステンレス鋼の熱間加工性を改善する。   (E) Al, Mg, and Ca improve the hot workability of austenitic stainless steel.

本実施の形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、以上の知見に基づく。以下、本実施の形態によるオーステナイト系ステンレス鋼の詳細を説明する。   The austenitic stainless steel according to the present embodiment is based on the above knowledge. Hereinafter, details of the austenitic stainless steel according to the present embodiment will be described.

[化学組成]
本実施の形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、以下の化学組成を有する。
[Chemical composition]
The austenitic stainless steel according to the present embodiment has the following chemical composition.

Cr:17〜19%
クロム(Cr)は、鋼の耐酸化性と、耐水蒸気酸化性と、耐高温腐食性とを向上する。Cr含有量が少なすぎれば、700℃以上の高温域において、有効な耐酸化性及び耐高温腐食性が得られない。一方、Cr含有量が多すぎれば、延性が低下する。したがって、Cr含有量は17〜19%である。
Cr: 17-19%
Chromium (Cr) improves the oxidation resistance, steam oxidation resistance, and hot corrosion resistance of steel. If the Cr content is too small, effective oxidation resistance and high temperature corrosion resistance cannot be obtained in a high temperature range of 700 ° C. or higher. On the other hand, if there is too much Cr content, ductility will fall. Therefore, the Cr content is 17 to 19%.

Ni:30〜32%
ニッケル(Ni)は、オーステナイト相を安定化する。つまり、Niはオーステナイト生成元素である。一方、Cr及びNbは、フェライト生成元素である。オーステナイト相が安定するように、Ni含有量は、Cr含有量及びNb含有量に対応して規定される。
さらに、NiNb及びFeNbの析出量は、Ni含有量と関係する。Ni含有量が少なすぎれば、NiNbの析出量は少ない。一方、Ni含有量が多すぎれば、NiNbの析出量が過剰に多くなるため、FeNbの析出量が減少する。FeNbの析出量が減少すれば、高温での長時間クリープ強度が低下する。したがって、Ni含有量は30〜32%である。
Ni: 30-32%
Nickel (Ni) stabilizes the austenite phase. That is, Ni is an austenite generating element. On the other hand, Cr and Nb are ferrite forming elements. The Ni content is defined corresponding to the Cr content and the Nb content so that the austenite phase is stabilized.
Furthermore, the precipitation amount of Ni 3 Nb and Fe 2 Nb is related to the Ni content. If the Ni content is too small, the amount of Ni 3 Nb deposited is small. On the other hand, if the Ni content is too large, the amount of Ni 3 Nb deposited becomes excessive, and the amount of Fe 2 Nb deposited decreases. If the precipitation amount of Fe 2 Nb decreases, the long-term creep strength at high temperatures decreases. Therefore, the Ni content is 30 to 32%.

Nb:3.0〜3.6%
ニオブ(Nb)は、Niと結合してNiNbを形成する。ニオブはさらに、Feと結合してFeNbを形成する。これらの金属間化合物(NiNb及びFeNb)は、Nb含有量に依存する。
上述のとおり、NiNbは結晶粒の粒内に析出して粒内を強化し、FeNbは粒界に優先的に析出して粒界を強化する。したがって、700℃以上の高温域において、結晶粒内及び結晶粒界を強化するには、高温域において、鋼中にNiNbが析出しているとともに、FeNbが析出しているのが好ましい。より好ましくは、700℃以上の高温域において、FeNbの析出量が、NiNbの析出量と略同等以上であるのが好ましい。
Nb: 3.0-3.6%
Niobium (Nb) combines with Ni to form Ni 3 Nb. Niobium further combines with Fe to form Fe 2 Nb. These intermetallic compounds (Ni 3 Nb and Fe 2 Nb) depend on the Nb content.
As described above, Ni 3 Nb precipitates in the crystal grains and strengthens the grains, and Fe 2 Nb preferentially precipitates at the grain boundaries and strengthens the grain boundaries. Therefore, in order to strengthen the crystal grains and the grain boundaries in the high temperature region of 700 ° C. or higher, Ni 3 Nb is precipitated in the steel and Fe 2 Nb is precipitated in the high temperature region. preferable. More preferably, in a high temperature range of 700 ° C. or higher, the amount of Fe 2 Nb deposited is preferably substantially equal to or greater than the amount of Ni 3 Nb deposited.

Nb含有量が3.0%以上であれば、700℃以上の温度域において、FeNbの析出量がNiNbの析出量と略同等以上になる。 If the Nb content is 3.0% or more, the precipitation amount of Fe 2 Nb becomes substantially equal to or more than the precipitation amount of Ni 3 Nb in the temperature range of 700 ° C. or more.

図1は、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うち、Nb含有量を変化した場合の700℃におけるNiNbとFeNbの析出量を示す図である。図1を参照して、横軸は、Nb含有量(質量%)である。縦軸は、NiNb及びFeNbの析出量(体積%)を示す。図中の実線L1はFeNbの析出量を示す。図中の実線L2は、NiNbの析出量を示す。 FIG. 1 is a diagram showing the amounts of Ni 3 Nb and Fe 2 Nb deposited at 700 ° C. when the Nb content is changed in the chemical composition of the austenitic stainless steel according to the present embodiment. Referring to FIG. 1, the horizontal axis represents the Nb content (% by mass). The vertical axis indicates the amount of precipitated Ni 3 Nb and Fe 2 Nb (volume%). The solid line L1 in the figure indicates the amount of Fe 2 Nb deposited. A solid line L2 in the figure indicates the amount of Ni 3 Nb deposited.

図1を参照して、NiNb(実線L2)は、Nb含有量が0%から増加するに従い、急速に増加する。しかしながら、Nb含有量が1.5%を超えると、Nb含有量が増加しても、NiNbはそれほど析出しない。一方、FeNb(実線L1)は、Nb含有量が1.5%を超えるまでは析出しない。そして、Nb含有量が1.5%を超えると、Nb含有量の増加に伴い、FeNbの析出量も増加する。 Referring to FIG. 1, Ni 3 Nb (solid line L2) increases rapidly as the Nb content increases from 0%. However, when the Nb content exceeds 1.5%, even if the Nb content increases, Ni 3 Nb does not precipitate so much. On the other hand, Fe 2 Nb (solid line L1) does not precipitate until the Nb content exceeds 1.5%. When the Nb content exceeds 1.5%, with the increase of the Nb content, also increases the amount of precipitated Fe 2 Nb.

Nb含有量が3.0%以上であれば、FeNb及びNiNbの析出量の総和に対するFeNbの析出量(以下、FeNbの相分率という)が、45%以上となる。つまり、FeNbの析出量がNiNbの析出量と略同等以上となる。 If the Nb content is 3.0% or more, the precipitation amount of Fe 2 Nb with respect to the total precipitation amount of Fe 2 Nb and Ni 3 Nb (hereinafter referred to as Fe 2 Nb phase fraction) is 45% or more. Become. That is, the precipitation amount of Fe 2 Nb becomes substantially equal to or more than the precipitation amount of Ni 3 Nb.

一方、Nbが過剰に含有されれば、溶体化処理後の未固溶析出物が増加し、鋼の靭性が低下する。したがって、Nb含有量は3.0〜3.6%である。なお、Nb含有量が3.0〜3.6%であれば、図1に示すとおり、FeNbの相分率は45〜60%となり、FeNbの析出量は、NiNbの析出量と略同等になる。 On the other hand, if Nb is contained excessively, undissolved precipitates after solution treatment increase, and the toughness of steel decreases. Therefore, the Nb content is 3.0 to 3.6%. If the Nb content is 3.0 to 3.6%, as shown in FIG. 1, the phase fraction of Fe 2 Nb is 45 to 60%, and the precipitation amount of Fe 2 Nb is Ni 3 Nb. It becomes substantially equivalent to the amount of precipitation.

残部はFe及び不純物である。不純物は、ステンレス鋼を工業的に製造する際に、鉱石あるいはスクラップ等のような原料を始めとして、製造工程の種々の要因によって鋼に混入される。   The balance is Fe and impurities. Impurities are mixed into steel due to various factors in the manufacturing process, including raw materials such as ore or scrap, when industrially producing stainless steel.

本実施の形態によるオーステナイトステンレス鋼は、不純物としての複数の元素(C、Si、Mn、P、S、Mo、W、N)のうちの1種又は2種以上を含有してもよい。しかしながら、不純物の含有量は少ない方が好ましい。したがって、上述の不純物の含有量は、以下のとおり制限されるのが好ましい。   The austenitic stainless steel according to the present embodiment may contain one or more of a plurality of elements (C, Si, Mn, P, S, Mo, W, N) as impurities. However, it is preferable that the content of impurities is small. Therefore, the content of the above-mentioned impurities is preferably limited as follows.

C:0.01%未満
本実施の形態において、炭素(C)は不純物である。CはNiやNb、Crと結合して炭化物を形成する。鋼が高温で長時間加熱されると、炭化物は凝集粗大化する。粗大化した炭化物により、結晶粒内及び粒界の強度が低下する。
Cはさらに、NiやNbと結合することにより、NiNb及びFeNbの生成を阻害する。特に、C含有量が多ければ、FeNbの生成が阻害され、結晶粒界の高温強度が低下する。
C: Less than 0.01% In the present embodiment, carbon (C) is an impurity. C combines with Ni, Nb, and Cr to form a carbide. When steel is heated at a high temperature for a long time, the carbides become agglomerated and coarsened. The strength of the crystal grains and the grain boundaries is reduced by the coarsened carbides.
C further inhibits the production of Ni 3 Nb and Fe 2 Nb by binding to Ni and Nb. In particular, if the C content is large, the generation of Fe 2 Nb is inhibited, and the high-temperature strength of the crystal grain boundaries is lowered.

以上より、Cは、高温での長時間クリープ強度を低下する。そのため、本実施の形態におけるオーステナイト系ステンレス鋼において、C含有量は少ない方が好ましい。C含有量は0.01%未満である。好ましいC含有量は0.005%未満である。   From the above, C decreases the long-term creep strength at high temperatures. Therefore, in the austenitic stainless steel in the present embodiment, it is preferable that the C content is small. The C content is less than 0.01%. The preferred C content is less than 0.005%.

Si:0.1%未満
本実施の形態において、Siは不純物である。Siは、Niと結合してシリサイドを形成する。シリサイドは非常に脆い金属間化合物である。そのため、シリサイドは鋼を脆化する。したがって、本実施の形態におけるオーステナイト系ステンレス鋼では、Si含有量は少ない方が好ましい。Si含有量は0.1%未満である。好ましいSi含有量は0.05%未満である。
Si: less than 0.1% In the present embodiment, Si is an impurity. Si combines with Ni to form silicide. Silicide is a very brittle intermetallic compound. Therefore, silicide embrittles the steel. Therefore, the austenitic stainless steel in the present embodiment preferably has a lower Si content. Si content is less than 0.1%. The preferred Si content is less than 0.05%.

Mn:0.1%未満
本実施の形態において、マンガン(Mn)は不純物である。Mnはσ相の生成を促進する。σ相は脆い金属間化合物であるため、鋼を脆化する。したがって、本実施の形態におけるオーステナイト系ステンレス鋼では、Mn含有量は少ない方が好ましい。Mn含有量は、0.1%未満である。好ましいMn含有量は0.05%未満である。
Mn: less than 0.1% In the present embodiment, manganese (Mn) is an impurity. Mn promotes the generation of the σ phase. Since the σ phase is a brittle intermetallic compound, it embrittles steel. Therefore, the austenitic stainless steel in the present embodiment preferably has a smaller Mn content. The Mn content is less than 0.1%. The preferred Mn content is less than 0.05%.

P:0.01%未満
リン(P)は不純物である。Pは熱間加工性及び延性を低下する。したがって、P含有量は少ない方が好ましい。P含有量は0.01%未満である。
P: Less than 0.01% Phosphorus (P) is an impurity. P decreases hot workability and ductility. Therefore, it is preferable that the P content is small. The P content is less than 0.01%.

S:0.003%未満
硫黄(S)は不純物である。Sは熱間加工性を低下する。したがって、S含有量は少ない方が好ましい。S含有量は0.003%未満である。
S: Less than 0.003% Sulfur (S) is an impurity. S decreases hot workability. Therefore, it is preferable that the S content is small. The S content is less than 0.003%.

Mo:0.01%未満
本実施の形態において、モリブデン(Mo)は、不純物である。Moは、FeMo型Laves相を形成し、FeNbの生成を阻害する。したがって、本実施の形態におけるオーステナイト系ステンレス鋼において、Mo含有量は少ない方が好ましい。Mo含有量は0.01%未満である。
Mo: less than 0.01% In the present embodiment, molybdenum (Mo) is an impurity. Mo forms an Fe 2 Mo type Laves phase and inhibits the formation of Fe 2 Nb. Therefore, in the austenitic stainless steel in the present embodiment, it is preferable that the Mo content is smaller. Mo content is less than 0.01%.

W:0.01%未満
本実施の形態において、タングステン(W)は、不純物である。上述のとおり、WはFeW型Laves相を形成する。鋼を高温で長時間加熱した場合、FeWは粗大化し、クリープ強度を低下する。Wはさらに、FeNbの生成を阻害する。したがって、本実施の形態におけるオーステナイト系ステンレス鋼において、W含有量は少ない方が好ましい。W含有量は0.01%未満である。
W: Less than 0.01% In the present embodiment, tungsten (W) is an impurity. As described above, W forms an Fe 2 W type Laves phase. When steel is heated at a high temperature for a long time, Fe 2 W becomes coarse and the creep strength is lowered. W further inhibits the production of Fe 2 Nb. Therefore, in the austenitic stainless steel in the present embodiment, it is preferable that the W content is small. W content is less than 0.01%.

N:0.01%未満
窒素(N)は、Nbと結合してNb窒化物を形成する。鋼を高温で長時間加熱したとき、窒化物は、凝集粗大化する。粗大化した窒化物は鋼のクリープ強度を低下する。Nはさらに、Nbと結合するため、NiNb及びFeNbの生成を阻害する。したがって、本実施の形態におけるオーステナイト系ステンレス鋼において、N含有量は少ない方が好ましい。N含有量は、0.01%未満であり、さらに好ましくは、0.005%未満である。
他の不純物として酸素(O)がある。Oは、熱間加工性を低下する。したがって、O含有量はなるべく少ない方が好ましい。
N: Less than 0.01% Nitrogen (N) combines with Nb to form Nb nitride. When steel is heated at a high temperature for a long time, the nitrides become agglomerated and coarsened. Coarse nitrides reduce the creep strength of steel. N further binds to Nb and thus inhibits the generation of Ni 3 Nb and Fe 2 Nb. Therefore, in the austenitic stainless steel in the present embodiment, it is preferable that the N content is small. The N content is less than 0.01%, more preferably less than 0.005%.
Another impurity is oxygen (O). O reduces hot workability. Therefore, it is preferable that the O content is as small as possible.

本実施の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、Bを含有してもよい。   The austenitic stainless steel according to the present embodiment may further contain B instead of a part of Fe.

B:0.030%以下
ボロン(B)は、粒界へのFeNbの生成を促進し、FeNbの析出量を増加する。そのため、Bは、高温での長時間クリープ強度を向上する。一方、ボロン含有量が多すぎれば、鋼の靭性が低下する。ボロンが過剰に含有されると、製造工程中に生成されるボライドの溶体化温度が上がる。そのため、溶体化処理後に未固溶のボライドが残存する。未固溶ボライドは鋼の靭性を低下する。したがって、ボロン含有量は0.030%以下である。ボロン含有量が0.0001%以上であれば、上記効果が特に有効に得られる。
B: 0.030% or less Boron (B) promotes the formation of Fe 2 Nb at the grain boundaries and increases the amount of Fe 2 Nb deposited. Therefore, B improves long-term creep strength at high temperatures. On the other hand, if there is too much boron content, the toughness of steel will fall. When boron is contained excessively, the solution temperature of boride generated during the manufacturing process is increased. Therefore, undissolved boride remains after the solution treatment. Undissolved boride reduces the toughness of the steel. Therefore, the boron content is 0.030% or less. If the boron content is 0.0001% or more, the above effect can be obtained particularly effectively.

本実施の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、Al、Mg及びCaから選択される1種又は2種以上を含有する。Al、Mg及びCaは、鋼の熱間加工性を向上する。   The austenitic stainless steel according to the present embodiment further contains one or more selected from Al, Mg, and Ca in place of part of Fe. Al, Mg and Ca improve the hot workability of steel.

sol.Al(酸可溶性Al):0.10%以下
アルミニウム(Al)、は、鋼を脱酸する。Alはさらに、OやSを固着して、鋼の熱間加工性を向上する。一方、Al含有量が多すぎれば、靭性が低下する。したがって、Sol.Alの含有量は0.10%以下である。Sol.Al含有量が0.0001%以上であれば、上記効果が特に有効に得られる。
sol. Al (acid-soluble Al): 0.10% or less Aluminum (Al) deoxidizes steel. Al further fixes O and S to improve the hot workability of steel. On the other hand, if there is too much Al content, toughness will fall. Therefore, Sol. The Al content is 0.10% or less. Sol. If the Al content is 0.0001% or more, the above effect can be obtained particularly effectively.

Mg:0.010%以下
マグネシウム(Mg)、は、Alと同様に、鋼を脱酸し、鋼の熱間加工性を向上する。Mg含有量が多すぎれば、鋼の靭性が低下する。したがって、Mgの含有量は0.010%以下である。Mg含有量が0.0001%以上であれば、上記効果が特に有効に得られる。
Mg: 0.010% or less Magnesium (Mg), like Al, deoxidizes steel and improves hot workability of steel. If there is too much Mg content, the toughness of steel will fall. Therefore, the Mg content is 0.010% or less. If the Mg content is 0.0001% or more, the above effect can be obtained particularly effectively.

Ca:0.010%以下
カルシウム(Ca)は、Al及びMgと同様に、鋼を脱酸し、鋼の熱間加工性を向上する。一方、これらの元素の含有量が多すぎれば、鋼の靭性が低下する。したがって、Ca含有量は0.010%以下である。Ca含有量が0.0001%以上含有されれば、上記効果が特に有効に得られる。
Ca: 0.010% or less Calcium (Ca), like Al and Mg, deoxidizes steel and improves hot workability of steel. On the other hand, if there is too much content of these elements, the toughness of steel will fall. Therefore, the Ca content is 0.010% or less. If the Ca content is 0.0001% or more, the above effect can be obtained particularly effectively.

[製造方法]
本実施の形態による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。
上述の化学組成を有する溶鋼を高炉又は電炉溶解により製造する。製造した溶鋼を必要に応じて周知の脱ガス処理を施す。
[Production method]
An example of the manufacturing method of the austenitic stainless steel by this Embodiment is demonstrated.
Molten steel having the above chemical composition is produced by melting in a blast furnace or electric furnace. The manufactured molten steel is subjected to a known degassing treatment as necessary.

次に、溶鋼を連続鋳造法により連続鋳造材にする。連続鋳造材とはたとえばスラブやブルームやビレットである。又は、溶鋼を造塊法によりインゴットにする。連続鋳造材又はインゴットを周知の方法により熱間加工して、オーステナイト系ステンレス鋼材にする。オーステナイト系ステンレス鋼材はたとえば、鋼管、鋼板、棒鋼、鍛鋼等である。   Next, the molten steel is made into a continuous cast material by a continuous casting method. The continuous cast material is, for example, a slab, bloom or billet. Alternatively, molten steel is made into an ingot by the ingot-making method. A continuously cast material or an ingot is hot-worked by a known method to obtain an austenitic stainless steel material. Examples of the austenitic stainless steel material include a steel pipe, a steel plate, a steel bar, and a forged steel.

製造されたオーステナイト系ステンレス鋼材に対して溶体化処理を施す。溶体化処理は、周知の方法により行われる。溶体化処理の温度(溶体化温度)はたとえば、1000〜1300℃である。溶体化処理の時間はたとえば、0.1時間〜2時間である。
溶体化処理されたオーステナイトステンレス鋼に対して、周知の時効処理を施してもよい。また、所望の鋳型を用いて、溶鋼を鋳込むことにより、鋳鋼品が製造される。
Solution treatment is performed on the manufactured austenitic stainless steel material. The solution treatment is performed by a known method. The solution treatment temperature (solution treatment temperature) is, for example, 1000 to 1300 ° C. The solution treatment time is, for example, 0.1 to 2 hours.
A well-known aging treatment may be applied to the solution-treated austenitic stainless steel. Moreover, a cast steel product is manufactured by casting molten steel using a desired mold.

以上の工程により、本実施の形態によるオーステナイト系ステンレス鋼が製造される。   Through the above steps, the austenitic stainless steel according to the present embodiment is manufactured.

[組織]
本実施の形態によるオーステナイト系ステンレス鋼を、700℃以上の高温で所定時間加熱した場合、鋼中の結晶粒界にはFeNbが析出し、結晶粒内にはNiNbが析出する。
[Organization]
When the austenitic stainless steel according to the present embodiment is heated at a high temperature of 700 ° C. or higher for a predetermined time, Fe 2 Nb precipitates at the grain boundaries in the steel, and Ni 3 Nb precipitates within the crystal grains.

図2(A)は、800℃で240時間時効処理した、本実施の形態によるオーステナイト系ステンレス鋼(Bを含有せず)のSEM画像(反射電子像)である。また、図2(B)は、図2(A)の模式図である。図2(A)及び図2(B)を参照して、粒界10上には、複数のFeNb20が生成される。FeNb20は粒界の一部を覆う。さらに、結晶粒30内には、複数のNiNbないしはFeNb40が生成される。
以上のとおり、本実施の形態によるオーステナイト系ステンレス鋼では、炭化物、炭窒化物及び窒化物の析出が抑えられ、FeNb及びNiNbが析出される。FeNbにより粒界が強化され、主にNiNbにより、結晶粒の粒内が強化される。そのため、本実施の形態によるオーステナイト系ステンレス鋼では、高温での長時間クリープ強度が向上する。
FIG. 2A is an SEM image (reflected electron image) of an austenitic stainless steel (not containing B) according to the present embodiment that was aged at 800 ° C. for 240 hours. FIG. 2B is a schematic diagram of FIG. Referring to FIGS. 2A and 2B, a plurality of Fe 2 Nb 20 is generated on the grain boundary 10. Fe 2 Nb20 covers a part of the grain boundary. Further, a plurality of Ni 3 Nb or Fe 2 Nb 40 is generated in the crystal grain 30.
As described above, in the austenitic stainless steel according to the present embodiment, precipitation of carbide, carbonitride and nitride is suppressed, and Fe 2 Nb and Ni 3 Nb are precipitated. The grain boundary is strengthened by Fe 2 Nb, and the interior of the crystal grains is strengthened mainly by Ni 3 Nb. Therefore, the austenitic stainless steel according to the present embodiment improves the long-term creep strength at a high temperature.

ここで、結晶粒界の長さに対する、FeNbに覆われた粒界の長さの比を、粒界被覆率(%)と定義する。粒界被覆率は、以下の方法で算出される。 Here, the ratio of the length of the grain boundary covered with Fe 2 Nb to the length of the crystal grain boundary is defined as the grain boundary coverage (%). The grain boundary coverage is calculated by the following method.

オーステナイト系ステンレス鋼の任意の場所からサンプルを採取する。採取されたサンプルから、30μmの領域を5視野観察する。観察には走査型電子顕微鏡(SEM)を用いる。図3は、観察された領域の模式図である。領域中の結晶粒界の全長Lを測定する。そして、FeNbに覆われた各粒界部分(総計n個)の長さA1〜Anを測定する。 Samples are taken from any location of austenitic stainless steel. From the collected sample, an area of 30 μm 2 is observed in five visual fields. A scanning electron microscope (SEM) is used for observation. FIG. 3 is a schematic diagram of the observed region. The total length L of the crystal grain boundary in the region is measured. Then, measuring the length A1~An of each grain boundary part covered by the Fe 2 Nb (total n pieces).

得られたL及びA1〜Anに基づいて、各領域(合計5つ)における粒界被覆率(%)を、以下の式(1)に基づいて求める。   Based on the obtained L and A1 to An, the grain boundary coverage (%) in each region (five in total) is obtained based on the following formula (1).

粒界被覆率=(A1+A2+A3+・・・+An)/L (1)
得られた5つの粒界被覆率の平均を、本実施の形態におけるFeNbの粒界被覆率ρ(%)と定義する。
Grain boundary coverage = (A1 + A2 + A3 +... + An) / L (1)
The average of the obtained five grain boundary coverages is defined as the grain boundary coverage ρ (%) of Fe 2 Nb in the present embodiment.

700℃以上で500時間以上加熱した場合、鋼中のFeNbの粒界被覆率は50%以上である。上述のとおり、炭化物、窒化物及び炭窒化物の生成を抑えることにより、多くのFeNbが結晶粒界に形成される。そのため、結晶粒界の強度が向上し、高温での長時間クリープ強度が向上する。より具体的には、700℃における10万時間クリープ破断強度が75MPa以上となる。 When heated at 700 ° C. or higher for 500 hours or longer, the grain boundary coverage of Fe 2 Nb in the steel is 50% or higher. As described above, a large amount of Fe 2 Nb is formed at the grain boundaries by suppressing the formation of carbides, nitrides, and carbonitrides. Therefore, the strength of the crystal grain boundary is improved, and the long-term creep strength at high temperature is improved. More specifically, the 100,000 hour creep rupture strength at 700 ° C. is 75 MPa or more.

Bが含有されれば、FeNbの粒界被覆率はさらに増大する。図4(A)は、Bを含有するオーステナイト系ステンレス鋼のSEM画像(反射電子像)であり、図4(B)は、図4(A)の模式図である。図4(A)及び図4(B)に示すとおり、Bが含有されることにより、図2(A)よりも多くのFeNb20が粒界10上に析出する。700℃以上で500時間以上加熱した場合、本実施の形態によるBを含有するオーステナイト系ステンレス鋼でのFeNbの粒界被覆率は、60%以上である。 If B is contained, the grain boundary coverage of Fe 2 Nb further increases. 4A is an SEM image (reflected electron image) of austenitic stainless steel containing B, and FIG. 4B is a schematic diagram of FIG. 4A. As shown in FIGS. 4A and 4B, the inclusion of B causes more Fe 2 Nb20 to precipitate on the grain boundaries 10 than in FIG. 2A. When heated at 700 ° C. or higher for 500 hours or longer, the grain boundary coverage of Fe 2 Nb in the austenitic stainless steel containing B according to the present embodiment is 60% or higher.

FeNbの粒界被覆率が高いほど、高温での長時間クリープ強度は向上する。そのため、好ましくは、本実施の形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、上述の範囲のBを含有する。 The higher the grain boundary coverage of Fe 2 Nb, the longer the creep strength at high temperatures. Therefore, preferably, the austenitic stainless steel according to the present embodiment contains B in the above range.

粒界に形成されたFeNbはさらに、鋼の延性を向上する。高温での長時間クリープ強度と同様に、FeNbの粒界被覆率が高いほど、延性が向上する。 Fe 2 Nb formed at the grain boundaries further improves the ductility of the steel. Similar to the long-term creep strength at high temperature, the higher the grain boundary coverage of Fe 2 Nb, the better the ductility.

表1に示す化学組成を有する複数のオーステナイト系ステンレス鋼を製造した。製造されたオーステナイト系ステンレス鋼のFeNbの粒界被覆率を調査した。
続いて、粒界被覆率と高温での長時間クリープ強度との関係を調査した。さらに、粒界被覆率と熱間加工性との関係を調べた。
A plurality of austenitic stainless steels having the chemical composition shown in Table 1 were produced. The grain boundary coverage of Fe 2 Nb in the manufactured austenitic stainless steel was investigated.
Subsequently, the relationship between grain boundary coverage and long-term creep strength at high temperatures was investigated. Furthermore, the relationship between grain boundary coverage and hot workability was investigated.

表1を参照して、マークA〜C、T1及びT2の鋼の化学組成は、本発明の範囲内であった。一方、マークD、E及びT3の化学組成は、本発明の範囲外であった。具体的には、マークD及びEのC含有量は、本発明の上限を超えた。マークT3は、JIS規格のSUS347Hに相当する鋼の化学組成を有した。マークT3のC含有量、Si含有量、Mn含有量及びP含有量は、本発明の上限を超えた。また、マークT3のNi含有量及びNb含有量は、本発明の下限値未満であった。   Referring to Table 1, the chemical composition of the marks A to C, T1 and T2 steel was within the scope of the present invention. On the other hand, the chemical compositions of marks D, E and T3 were outside the scope of the present invention. Specifically, the C content of marks D and E exceeded the upper limit of the present invention. The mark T3 had a chemical composition of steel corresponding to JIS standard SUS347H. The C content, Si content, Mn content and P content of the mark T3 exceeded the upper limit of the present invention. Further, the Ni content and the Nb content of the mark T3 were less than the lower limit of the present invention.

[調査方法]
各マークの鋼を以下の方法により製造した。具体的には、各マークの鋼を高周波真空溶解炉により溶製し、円柱状のインゴットを製造した。各マークのインゴットの外径は180mmであり、重量は50kgであった。
[Investigation method]
The steel of each mark was manufactured by the following method. Specifically, the steel of each mark was melted by a high-frequency vacuum melting furnace to produce a cylindrical ingot. The outer diameter of each mark ingot was 180 mm, and the weight was 50 kg.

各インゴットを1100℃で2時間均熱した。均熱されたインゴットを熱間加工し、50mmの厚さと100mmの幅とを有する板材を製造した。得られた板材を1100℃で加熱した。加熱された板材を熱間圧延し、15mmの厚さを有する鋼板を製造した。得られた鋼板を溶体化処理した。具体的には、得られた鋼板を1250℃で2時間均熱した後、水冷した。以上の工程により製造された鋼板は、実質的にオーステナイト単相組織を有した。   Each ingot was soaked at 1100 ° C. for 2 hours. The soaked ingot was hot-worked to produce a plate material having a thickness of 50 mm and a width of 100 mm. The obtained plate was heated at 1100 ° C. The heated plate was hot rolled to produce a steel plate having a thickness of 15 mm. The obtained steel plate was solution treated. Specifically, the obtained steel plate was soaked at 1250 ° C. for 2 hours and then cooled with water. The steel plate manufactured by the above process substantially had an austenite single phase structure.

溶体化処理された鋼板からサンプルを採取した。採取されたサンプルに対して、時効処理を実施した。時効温度は800℃であり、時効時間は1200時間であった。時効処理後のサンプルをSEM観察した。そして、上述の方法により、FeNbの粒界被覆率ρを求めた。また、製造された鋼板に対して、クリープ破断試験を実施した。クリープ破断試験はJIS Z2271に基づいて実施した。試験温度は700℃であり、荷重は120MPaであった。 A sample was taken from the solution treated steel sheet. An aging treatment was performed on the collected samples. The aging temperature was 800 ° C., and the aging time was 1200 hours. The sample after the aging treatment was observed with an SEM. Then, the grain boundary coverage ρ of Fe 2 Nb was obtained by the method described above. Moreover, the creep rupture test was implemented with respect to the manufactured steel plate. The creep rupture test was performed based on JIS Z2271. The test temperature was 700 ° C. and the load was 120 MPa.

[調査結果]
図5は、時効処理後のマークA〜Eの鋼のSEM画像である。図5中の「a」は、マークAの鋼のSEM画像である。同様に、図中「b」はマークB、「c」はマークC、「d」はマークD、「e」はマークEのSEM画像である。図6は、800℃での時効時間とFeNbの粒界被覆率との関係を示す図である。図6中の曲線MarkAは、マークAの試験結果を示す。同様に、曲線MarkB〜MarkEは、マークB〜マークEの試験結果をそれぞれ示す。
[Investigation result]
FIG. 5 is an SEM image of steel of marks A to E after aging treatment. “A” in FIG. 5 is an SEM image of the steel of the mark A. Similarly, in the figure, “b” is the mark B, “c” is the mark C, “d” is the mark D, and “e” is the SEM image of the mark E. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the aging time at 800 ° C. and the grain boundary coverage of Fe 2 Nb. A curve MarkA in FIG. 6 indicates the test result of the mark A. Similarly, the curves MarkB to MarkE indicate the test results of the marks B to E, respectively.

図5及び図6を参照して、マークA〜Cの鋼の化学組成は本願発明の範囲内であった。そのため、時効時間が500時間以上の場合の粒界被覆率が50%以上であった。一方、マークD及びEの鋼は、本発明よりも過剰なCを含有した。そのため、時効時間が500時間以上の場合の粒界被覆率が50%未満であった。表1に示すとおり、マークDのC含有量は0.042%であり、マークEのC含有量は0.11%であった。したがって、C含有量が多いほど、粒界被覆率が低下した。
なお、図示していないが、本発明よりも過剰なCを含有したマークT3の時効時間500時間以上での粒界被覆率は、25.7%であった。
5 and 6, the chemical compositions of the steels of marks A to C were within the scope of the present invention. Therefore, the grain boundary coverage when the aging time is 500 hours or more was 50% or more. On the other hand, the steels of marks D and E contained C in excess of the present invention. Therefore, the grain boundary coverage when the aging time is 500 hours or more was less than 50%. As shown in Table 1, the C content of the mark D was 0.042%, and the C content of the mark E was 0.11%. Therefore, the grain boundary coverage decreased as the C content increased.
Although not shown in the figure, the grain boundary coverage of mark T3 containing C in excess of the present invention at an aging time of 500 hours or more was 25.7%.

マークA〜Cを参照して、マークB及びCの粒界被覆率は、マークAよりも高かった。さらに、マークCの粒界被覆率は、マークBよりも高かった。以上より、本発明の化学組成を有する鋼の粒界被覆率は、B含有量が多いほど高かった。   With reference to marks A to C, the grain boundary coverage of marks B and C was higher than that of mark A. Further, the grain boundary coverage of the mark C was higher than that of the mark B. From the above, the grain boundary coverage of the steel having the chemical composition of the present invention was higher as the B content was higher.

図7は、マークT1及びT2の鋼の粒界被覆率と、クリープ速度との関係を示す図である。クリープ速度は、クリープ破断試験により得られた。図7の横軸に示す粒界被覆率は、700℃において500時間時効処理したとき(クリープ破断試験とは別個に試験を実施)のマークT1及びT2の粒界被覆率である。
点P2T1は、クリープ破断試験での試験時間2000時間における、マークT1のクリープ速度である。点P3T1は、試験時間3000時間における、マークT1のクリープ速度である。点P4T1は、試験時間4000時間における、マークT1のクリープ速度である。
同様に、点P2T2は、試験時間2000時間における、マークT2のクリープ速度である。点P3T2は、試験時間3000時間における、マークT2のクリープ速度である。点P4T2は、試験時間4000時間における、マークT2のクリープ速度である。
マークT1の粒界被覆率は55%であった。そのため、図7では、粒界被覆率=55%上に、点P2T1、点P3T1及び点P4T1をプロットした。また、マークT2の粒界被覆率は75%であった。そのため、図7では、粒界被覆率=75%上に、点P2T2、点P3T2及び点P4T2をプロットした。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the grain boundary coverage of steel of marks T1 and T2 and the creep speed. The creep rate was obtained by a creep rupture test. The grain boundary coverage shown on the horizontal axis of FIG. 7 is the grain boundary coverage of the marks T1 and T2 when subjected to aging treatment at 700 ° C. for 500 hours (a test is performed separately from the creep rupture test).
Point P2 T1 is the creep speed of the mark T1 at a test time of 2000 hours in the creep rupture test. Point P3 T1 is the creep speed of the mark T1 at the test time of 3000 hours. Point P4 T1 is the creep speed of the mark T1 at the test time of 4000 hours.
Similarly, the point P2 T2 is the creep speed of the mark T2 at the test time of 2000 hours. Point P3 T2 is the creep speed of the mark T2 at the test time of 3000 hours. Point P4 T2 is the creep speed of the mark T2 at the test time of 4000 hours.
The grain boundary coverage of the mark T1 was 55%. Therefore, in FIG. 7, the point P2 T1 , the point P3 T1, and the point P4 T1 are plotted on the grain boundary coverage = 55%. The grain boundary coverage of the mark T2 was 75%. Therefore, in FIG. 7, the point P2 T2 , the point P3 T2, and the point P4 T2 are plotted on the grain boundary coverage = 75%.

上述のとおり、マークT1及びT2の鋼の粒界被覆率は、いずれも50%以上であった。さらに、マークT2の粒界被覆率は、マークT1よりも高かった。マークT2はマークT1よりもB含有量が高かったためと考えられる。
また、図7を参照して、試験時間が2000時間、3000時間、4000時間いずれの場合も、マークT2のクリープ速度は、マークT1よりも低かった。つまり、マークT2は、マークT1よりも高いクリープ抵抗を有した。
As described above, the grain boundary coverages of the steels of the marks T1 and T2 were both 50% or more. Furthermore, the grain boundary coverage of the mark T2 was higher than that of the mark T1. It is considered that the mark T2 had a higher B content than the mark T1.
Further, referring to FIG. 7, the creep rate of mark T2 was lower than that of mark T1 when the test time was 2000 hours, 3000 hours, or 4000 hours. That is, the mark T2 has a higher creep resistance than the mark T1.

図8は、マークT1〜T3の応力−クリープ破断時間線図である。図中の線分CT1は、マークT1の試験結果である。線分CT2は、マークT2の試験結果であり、線分CT3は、マークT3の試験結果である。図8を参照して、線分CT1及びCT2は、線分CT3よりも高かった。したがって、試験時間が10万時間におけるマークT1及びT2のクリープ破断強度は、マークT3よりも高かった。さらに、線分CT2は線分CT1よりも高かった。したがって、図7及び図8から、マークT2のクリープ破断強度は、マークT1よりも高いことが分かった。   FIG. 8 is a stress-creep rupture time diagram of marks T1 to T3. A line segment CT1 in the figure is a test result of the mark T1. The line segment CT2 is the test result of the mark T2, and the line segment CT3 is the test result of the mark T3. Referring to FIG. 8, line segments CT1 and CT2 were higher than line segment CT3. Therefore, the creep rupture strength of the marks T1 and T2 at the test time of 100,000 hours was higher than that of the mark T3. Furthermore, the line segment CT2 was higher than the line segment CT1. Therefore, from FIGS. 7 and 8, it was found that the creep rupture strength of the mark T2 is higher than that of the mark T1.

図9は、マークT1及びT2のクリープ破断試験における破断伸び及び破断絞りを示す図である。図9を参照して、マークT2の破断伸び及び破断絞りはいずれも、マークT1よりも高かった。つまり、マークT2は、マークT1よりも優れた延性を有した。   FIG. 9 is a diagram illustrating elongation at break and drawing at break in a creep rupture test of marks T1 and T2. Referring to FIG. 9, both the breaking elongation and the breaking drawing of mark T2 were higher than those of mark T1. That is, the mark T2 had a ductility superior to that of the mark T1.

図5〜図9に基づいて、以下の結果が導き出された。オーステナイト系ステンレス鋼では、C含有量が少なければ、FeNbの粒界被覆率が高くなった(図5及び図6参照)。そして、本発明の範囲内であれば、700℃以上で500時間加熱したときの粒界被覆率は50%以上であった(図6参照)。さらに、B含有量が多いほど、粒界被覆率が高くなった(図6及び図7参照)。さらに、粒界被覆率が高いほど、高温における長時間クリープ強度が高くなった(図6〜図8参照)。そして、粒界被覆率が50%以上であれば、700℃での10万時間クリープ強度は、従来のオーステナイト系ステンレス鋼よりも高くなった(図8参照)。具体的には、本発明のオーステナイトステンレス鋼(マークT1及びT2)の10万時間クリープ破断強度は75MPa以上となった。 The following results were derived based on FIGS. In the austenitic stainless steel, when the C content is small, the grain boundary coverage of Fe 2 Nb is high (see FIGS. 5 and 6). And if it was in the range of this invention, the grain-boundary coverage was 50% or more when it heated at 700 degreeC or more for 500 hours (refer FIG. 6). Furthermore, the larger the B content, the higher the grain boundary coverage (see FIGS. 6 and 7). Furthermore, the higher the grain boundary coverage, the higher the long-term creep strength at high temperatures (see FIGS. 6 to 8). When the grain boundary coverage was 50% or more, the 100,000 hour creep strength at 700 ° C. was higher than that of the conventional austenitic stainless steel (see FIG. 8). Specifically, the 100,000 hour creep rupture strength of the austenitic stainless steel of the present invention (marks T1 and T2) was 75 MPa or more.

さらに、本発明の範囲内の化学組成を有する鋼において、B含有量が多いほど、優れた延性が得られた(図9参照)。   Furthermore, in the steel having a chemical composition within the scope of the present invention, the higher the B content, the better the ductility was obtained (see FIG. 9).

本発明の化学組成を有する鋼を用いて、熱間加工性に対するAl及びCaの影響を調査した。   Using steel having the chemical composition of the present invention, the influence of Al and Ca on hot workability was investigated.

表2に示すマークT10〜T12の鋼を準備した。
Steels with marks T10 to T12 shown in Table 2 were prepared.

表2を参照して、マークT10〜T12の化学組成はいずれも、本発明の範囲内であった。マークT10はAl及びCaを含有しなかった。マークT11は、Alを0.04%含有した。また、マークT12は、Caを0.0009%含有した。   Referring to Table 2, all the chemical compositions of the marks T10 to T12 were within the scope of the present invention. The mark T10 did not contain Al and Ca. The mark T11 contained 0.04% Al. Moreover, the mark T12 contained 0.0009% of Ca.

[調査方法]
マークT10〜T12の鋼を高周波真空溶解炉により溶製し、インゴットを製造した。各マークのインゴットの形状は以下のとおりであった。インゴットのボトムの外径は140mmであり、インゴットのトップの外径は180mmであった。高さは440mmであった。
各インゴットを1100℃で2時間均熱した。均熱されたインゴットを熱間鍛造し、
外径100mmの丸棒を製造した。
製造された丸棒の表面を目視により観察した。そして、目視により確認できた割れの周方向の長さを測定した。各マークにおいて、観察された割れの総長さを求めた。
[Investigation method]
Steels with marks T10 to T12 were melted in a high frequency vacuum melting furnace to produce an ingot. The shape of each mark ingot was as follows. The outer diameter of the bottom of the ingot was 140 mm, and the outer diameter of the top of the ingot was 180 mm. The height was 440 mm.
Each ingot was soaked at 1100 ° C. for 2 hours. Hot forging the soaked ingot,
A round bar with an outer diameter of 100 mm was produced.
The surface of the manufactured round bar was visually observed. And the length of the circumferential direction of the crack which was able to be confirmed visually was measured. For each mark, the total length of the observed cracks was determined.

[調査結果]
図10は、マークT10〜T12の割れ総長さ(mm)を示す図である。図10を参照して、マークT11及びT12の割れ総長さは、マークT10よりも顕著に少なかった。マークT11及びT12は、Al又はCaを含有するため、マークT10よりも熱間加工性が優れていた。
[Investigation result]
FIG. 10 is a diagram showing the total crack length (mm) of the marks T10 to T12. Referring to FIG. 10, the total crack length of marks T11 and T12 was significantly smaller than that of mark T10. Since the marks T11 and T12 contain Al or Ca, the hot workability was superior to the mark T10.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、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。よって、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形して実施することが可能である。   While the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

10 粒界
20 FeNb型Laves相
30 結晶粒
40 NiNbないしはFeNb
10 Grain boundary 20 Fe 2 Nb type Laves phase 30 Crystal grain 40 Ni 3 Nb or Fe 2 Nb

Claims (4)

質量%で、
Cr:17〜19%、
Ni:30〜32%、
Nb:3.0〜3.6%を含有し、
残部はFe及び不純物からなり、
優れたクリープ強度を有する、オーステナイト系ステンレス鋼。
% By mass
Cr: 17 to 19%,
Ni: 30 to 32%,
Nb: 3.0 to 3.6%,
The balance consists of Fe and impurities,
Austenitic stainless steel with excellent creep strength.
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、
前記不純物としてのC、Si、Mn、P、S、Mo、W、Nのうちの1種又は2種以上を、質量%で、C:0.01%未満、Si:0.1%未満、Mn:0.1%未満、P:0.010%未満、S:0.003%未満、Mo:0.01%未満、W:0.01%未満、及びN:0.01%未満で含有する、オーステナイト系ステンレス鋼。
The austenitic stainless steel according to claim 1,
One or more of C, Si, Mn, P, S, Mo, W, and N as impurities are expressed by mass%, C: less than 0.01%, Si: less than 0.1%, Mn: less than 0.1%, P: less than 0.010%, S: less than 0.003%, Mo: less than 0.01%, W: less than 0.01%, and N: less than 0.01% Austenitic stainless steel.
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Feの一部に代えて、質量%で、
B:0.0001〜0.0030%を含有する、オーステナイト系ステンレス鋼。
The austenitic stainless steel according to claim 1 or 2,
Instead of a part of the Fe, in mass%,
B: Austenitic stainless steel containing 0.0001 to 0.0030%.
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Feの一部に代えて、質量%で、
Al:0.001〜0.10%、
Mg:0.0001〜0.010%、及び
Ca:0.0001〜0.010%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。
The austenitic stainless steel according to any one of claims 1 to 3,
Instead of a part of the Fe, in mass%,
Al: 0.001 to 0.10%,
An austenitic stainless steel containing one or more selected from Mg: 0.0001 to 0.010% and Ca: 0.0001 to 0.010%.
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