(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：０．１〜３％、Ｐ：０．０５〜０．３０％、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１５〜２８％、Ｎｉ：８〜５５％、Ｃｕ：０〜３．０％、Ｔｉ：０．０５〜０．６％、ＲＥＭ：０．００１〜０．５％、sol.Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｎ：０．０３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：０．１〜３％、Ｐ：０．０５〜０．３０％、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１５〜２８％、Ｎｉ：８〜５５％、Ｔｉ：０．０５〜０．６％、ＲＥＭ：０．００１〜０．５％、sol.Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｎ：０．０３％以下を含み、さらにＭｏ：０．０５〜５％、Ｗ：０．０５〜１０％、ただしＭｏ＋（Ｗ／２）は５％以下、Ｂ：０．０００５〜０．０５％、Ｎｂ：０．０５〜０．８％、Ｖ：０．０２〜１．５％、Ｃｏ：０．０５〜５％、Ｚｒ：０．０００５〜０．２％、Ｈｆ：０．０００５〜１％およびＴａ：０．０１〜８％のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらにＭｇ：０．０００５〜０．０５％およびＣａ：０．０００５〜０．０５％の一方または両方を含有する請求項１または請求項２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項４】
ＲＥＭがＮｄである請求項１から請求項３までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電用ボイラや化学工業用プラント等において、管として、また耐熱耐圧部材の鋼板、棒鋼、鍛鋼品等として用いられる高温強度に優れたオーステナイト系ステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高温環境下で使用されるボイラや化学プラント等においては、装置用材料としてＪＩＳのＳＵＳ３０４Ｈ、ＳＵＳ３１６Ｈ、ＳＵＳ３２１Ｈ、ＳＵＳ３４７Ｈ、ＳＵＳ３１０Ｓ等のオーステナイト系ステンレス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になり、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、従来用いられてきたオーステナイト系ステンレス鋼では高温強度が著しく不足する状況となっている。
【０００３】
オーステナイト系ステンレス鋼の高温強度、特にクリープ強度の改善には、炭化物の析出が有効であり、Ｍ２３Ｃ６、あるいはＴｉＣ、ＮｂＣ等の炭化物による強化作用が利用されている。また、Ｃｕ添加によるクリープ強度の向上も利用されている。それは、クリープ中に微細析出するＣｕ相がクリープ強度を高めるのに寄与するからである。
【０００４】
一方、本来不純物元素であるＰは、Ｍ２３Ｃ６炭化物の微細化に寄与しクリープ強度に寄与することが知られており、例えば、特許文献１に開示される発明では、Ｐを添加することによりクリープ強度の向上を図っている。しかしながら、Ｐ添加量の増加は溶接性およびクリープ延性を劣化させるため、その添加量は制限を受ける。そのため、Ｐ添加による強化は、十分活用されているとは言いがたい。
【特許文献１】
特開昭６２−２４３７４２号公報
【０００５】
特許文献２には、０．０６％を超えて０．２０％までのＰ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。しかし、その鋼は、耐高温塩害性の改善を目標として開発されたものである。そのために、２．０％を超えて４．０％までという多量のＳｉを含有している。このような多量のＳｉは、σ相の析出を促し、靱性および延性の悪化を招く。
【特許文献２】
特開平７−１１８８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の第１の目的は、クリープ強度が高く、しかもクリープ延性および溶接性にも優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供することにある。
本発明の第２の目的は、上記の特性に加えてさらに熱間加工性も改善されたオーステナイト系ステンレス鋼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、高温強度を高めるべくＰの含有量を高めたオーステナイト系ステンレス鋼において、微量元素の添加によりクリープ延性、溶接性および熱間加工性の改善を図った。
【０００８】
本発明者は、Ｐの含有量が高いオーステナイト系ステンレス鋼のクリープ延性を改善する元素に関して種々検討を重ねた。その結果、極微量のＲＥＭ、中でもＮｄの添加が飛躍的にクリープ延性を向上させ、そのうえ溶接性および熱間加工性の改善にも有効であることを見出した。
【０００９】
また、ＰとともにＴｉを複合添加すると、炭化物の微細化効果が得られるだけではなく、クリープ中にリン化物の析出が生じ、クリープ強度が向上することが確認された。
【００１０】
さらにクリープ強度の向上を目指してＣｕ添加の影響を検討した。その結果、Ｃｕ含有量が３．０％を超えると、ＲＥＭ、特にＮｄの添加による延性改善効果はほとんど失われてしまうことが明らかになった。
【００１１】
本発明は、上記の知見を基礎としてなされたもので、その要旨は、下記（１）から（４）までのオーステナイト系ステンレス鋼にある。
【００１２】
（１）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：０．１〜３％、Ｐ：０．０５〜０．３０％、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１５〜２８％、Ｎｉ：８〜５５％、Ｃｕ：０〜３．０％、Ｔｉ：０．０５〜０．６％、ＲＥＭ：０．００１〜０．５％、sol.Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｎ：０．０３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼。
【００１３】
（２）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：０．１〜３％、Ｐ：０．０５〜０．３０％、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１５〜２８％、Ｎｉ：８〜５５％、Ｔｉ：０．０５〜０．６％、ＲＥＭ：０．００１〜０．５％、sol.Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｎ：０．０３％以下を含み、さらにＭｏ：０．０５〜５％、Ｗ：０．０５〜１０％、ただしＭｏ＋（Ｗ／２）は５％以下、Ｂ：０．０００５〜０．０５％、Ｎｂ：０．０５〜０．８％、Ｖ：０．０２〜１．５％、Ｃｏ：０．０５〜５％、Ｚｒ：０．０００５〜０．２％、Ｈｆ：０．０００５〜１％およびＴａ：０．０１〜８％のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼。
【００１４】
（３）Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらにＭｇ：０．０００５〜０．０５％およびＣａ：０．０００５〜０．０５％の一方または両方を含有する上記（１）または（２）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【００１５】
（４）ＲＥＭがＮｄである上記（１）から（３）までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
なお、ＲＥＭは、 rare  earth  element の略で、１５種のランタノイド（lanthanoid）元素にＳｃおよびＹを加えた１７種の元素の総称である。
【００１６】
本発明のステンレス鋼は、鋼管、鋼板、棒鋼、鋳鋼品、鍛鋼品などとして、高温強度と耐食性が求められる用途に幅広く適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に成分範囲の限定理由を述べる。成分含有量に関する％は「質量％」である。
Ｃ：０．０５〜０．１５％
Ｃは、高温環境下で使用される際に必要となる引張強さおよびクリープ強度を確保するために有効かつ重要な元素である。本発明鋼においてはその含有量を０．０５％以上にしないと上記の効果が発揮されず、目標の高温強度が得られない。しかし、０．１５％を超える量を含有させても、溶体化状態における未固溶炭化物量が増加するだけで、高温強度の向上に寄与しなくなる。また、靭性などの機械的性質や溶接性を劣化させる。したがって、Ｃ含有量は０．０５〜０．１５％とした。より好ましい上限は０．１３％である。さらに好ましい上限は０．１２％である。
【００１８】
Ｓｉ：２％以下
Ｓｉは、脱酸元素として添加され、また、耐酸化性および耐水蒸気酸化性等を高めるのに有効な元素である。その効果を得るためには０．１％以上含有させるのが望ましい。しかし、その含有量が２％を超えると、σ相等の金属間化合物相の析出を促進し、高温における組織安定性の劣化に起因した靭性や延性の低下を生ずる。また、溶接性や熱間加工性も低下する。よってＳｉ含有量は２％以下とした。好ましいのは１％以下である。
【００１９】
Ｍｎ：０．１〜３％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に溶鋼の脱酸作用を有するとともに、鋼中に不可避的に含有されるＳを硫化物として固着し、熱間加工性を改善する。その効果を十分得るためには０．１％以上の含有が必要である。しかし、その含有量が３％を超えると、σ相等の金属間化合物相の析出を助長し、組織安定性、高温強度、機械的性質が劣化する。したがってＭｎ含有量は０．１〜３％とした。より好ましい下限と上限は、それぞれ０．２および２％である。さらに好ましい上限は１．５％である。
【００２０】
Ｐ：０．０５〜０．３０％
Ｐは、炭化物の微細析出やＴｉおよびＦｅとのリン化物を析出させ、本発明鋼のクリープ強度を向上させる。この効果を得るためには０．０５％以上の含有が必要である。通常、Ｐの添加はクリープ延性や溶接性並びに熱間加工性の劣化を伴うのであるが、本発明鋼ではＲＥＭの添加により上記の特性の劣化を抑制している。しかし、Ｐを過剰に添加した場合にはＲＥＭ添加の効果、特にＮｄ添加の効果が失われるため、その含有量は０．３％以下にする必要がある。したがって、Ｐ含有量は０．０５〜０．３％が適正である。より好ましい下限と上限はそれぞれ０．０６％および０．２５％、さらに好ましい下限は０．０８％を超える量であり、また、さらに好ましい上限は０．２０％である。
【００２１】
Ｓ：０．０３％以下
Ｓは、鋼中に不可避的不純物として含有され、熱間加工性を著しく低下させるため、０．０３％以下とする。その含有量は少ないほどよい。
【００２２】
Ｃｒ：１５〜２８％
Ｃｒは、耐酸化性、耐水蒸気酸化性、耐高温腐食性等を確保する重要な元素であり、さらにＣｒ系炭化物を形成し強度を上げるのにも寄与する。そのため１５％以上含有させる。Ｃｒ含有量が多いほど耐食性は向上するが、その含有量が２８％を超えるとオーステナイト組織が不安定となりσ相などの金属間化合物やα―Ｃｒ相を生成しやすく、靭性や高温強度も損なう。したがってＣｒ含有量は１５〜２８％とするべきである。なお、より好ましい下限と上限は、それぞれ１６％および２５％である。さらに好ましい下限は１７％であり、また、さらに好ましい上限は２３％である。
【００２３】
Ｎｉ：８〜５５％
Ｎｉは、安定なオーステナイト組織を確保するために必須の元素である。その必要最少含有量は、鋼中に含まれるＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂなどのフェライト生成元素やＣ、Ｎなどのオーステナイト生成元素の含有量によって定まる。本発明鋼には１５％以上のＣｒを含有させる必要があるが、このＣｒ量に対してＮｉが８％未満だとオーステナイト単相組織にするのが困難である。また、高温での長時間の使用にともないオーステナイト組織が不安定になり、σ相等の脆化相析出に起因して高温強度や靭性が著しく劣化し、耐熱耐圧部材としての使用に耐えることができない。また、５５％を超える含有量にしても、その効果は飽和し経済性が損なわれる。したがって、Ｎｉ含有量は８〜５５％とする。より好ましい上限は２５％、さらに好ましい上限は１５％である。
【００２４】
Ｃｕ：０〜３．０％
Ｃｕは、本発明鋼の高温での使用中に微細なＣｕ相としてオーステナイト母相に整合析出し、クリープ強度を大幅に向上させる元素の一つである。したがって、このような効果を得たい場合には、Ｃｕを含有させることができる。しかし、Ｃｕ含有量が過剰になると、熱間加工性およびクリープ延性を劣化させる。本発明鋼においては、Ｃｕ含有量が３．０％を超えた場合、後述のＲＥＭの添加によるクリープ延性改善効果が減少する。したがって、本発明鋼のＣｕ含有量は０〜３．０％とする。より好ましい上限は２．０％、さらに好ましい上限は０．９％である。なお、本発明ではＣｕは含有させなくてもよいが、クリープ強度向上効果を得るために含有させる場合は、含有量の下限を０．０１％とするのが望ましい。
【００２５】
Ｔｉ：０．０５〜０．６％
Ｔｉは、炭化物を形成し高温強度向上に寄与する。本発明鋼においてはPとの複合添加によりリン化物として析出し、さらにクリープ強度の向上にも寄与する。その含有量が０．０５％未満では十分な効果が得られず、０．６％を超えると溶接性や熱間加工性を低下させる。したがって、Ｔｉ含有量は０．０５〜０．６％が適正である。より好ましい下限と上限は、それぞれ０．０６％および０．５％である。
【００２６】
sol.Ａｌ：０．００１〜０．１％
本発明鋼において含有量を問題にするＡｌはsol.Ａｌ（酸可溶性Ａｌ）である。Ａｌは、溶鋼の脱酸剤として添加される元素であり、その効果を発揮させるためにはsol.Ａｌとして０．００１％以上含有させることが必要である。しかし、その含有量が０．１％を超えると高温での使用中にσ相等の金属間化合物析出を促進し、靭性や延性、高温強度を低下させる。したがって、sol.Ａｌ含有量の適正範囲は０．００１〜０．１％とする。より好ましい下限と上限は、それぞれ０．００５％および０．０５％である。さらに好ましい下限と上限は、それぞれ０．０１％および０．０３％である。
【００２７】
Ｎ：０．０３％以下
Ｔｉを含有している本発明鋼においては、Ｎの含有量が０．０３％を超えると高温でＴｉＮが析出し、これが粗大な未固溶窒化物として鋼中に残存して熱間加工性および冷間加工性を低下させる。したがって、Ｎ含有量は０．０３％以下とするべきである。Ｎの含有量は少ないほど望ましく、より好ましいのは０．０２％以下、さらに好ましいのは０．０１５％以下である。
【００２８】
ＲＥＭ：０．００１〜０．５％
本発明鋼において、ＲＥＭは重要な元素の一つである。ＲＥＭを添加することにより高濃度のＰ添加により劣化したクリープ延性、溶接性ならびに熱間加工性を回復させることができる。その効果を発揮させるためには０．００１％以上含有させることが必要である。しかし、その含有量が０．５％を超えると酸化物などの介在物を増加させる。したがって、ＲＥＭの含有量の適正範囲は０．００１〜０．５％である。なお、より好ましい下限と上限は、それぞれ０．００５％および０．２％であり、さらに好ましい上限は０．１％未満である。
ＲＥＭの中の元素は、単独で添加してもよく、ミッシュメタル（mish metal）のような混合物として添加してもよい。ＲＥＭの中で特に望ましいのはＮｄである。
【００２９】
本発明鋼の一つは、上記の成分のほか、残部がＦｅと不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼である。本発明鋼のもう一つは、高温強度をより一層向上させるために、Ｍｏ、Ｗ、Ｂ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｏ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａの中から選んだ１種以上を含むオーステナイト系ステンレス鋼である。以下、これらの成分について述べる。
【００３０】
Ｍｏ：０．０５〜５％、Ｗ：０．０５〜１０％、ただしＭｏ＋(Ｗ／２)で５％以下
ＭｏおよびＷは、本発明鋼の必須成分ではない。しかし、これらは、高温強度およびクリープ強度の向上に有効な元素であるから、必要に応じて添加することができる。単独添加の場合、含有量はそれぞれ０．０５％以上とする。複合添加する場合は、合計で０．０５％以上とするのがよい。しかしＭｏは５％、Ｗは１０％を超えると強度向上効果は飽和するとともにσ相などの金属間化合物の生成を招き、組織安定性および熱間加工性が劣化する。したがって添加する場合の上限は、Ｍｏ単独で５％、Ｗ単独で１０％、ＭｏとＷを複合添加する場合は、Ｍｏ＋(Ｗ／２)で５％以下とするのがよい。なお、Ｗはフェライト形成元素のため、オーステナイト組織の安定化のためには、Ｗの含有量は、４％未満とするのがより好ましい。
【００３１】
Ｂ：０．０００５〜０．０５％
Ｂは、炭窒化物中に、またはＢ単体で粒界に存在し、高温使用中における炭窒化物の微細分散析出を促進し、粒界強化による粒界すべりの抑制によって高温強度およびクリープ強度を改善する。その効果を発揮させるには０．０００５％以上の含有が必要であるが、０．０５％を超えると溶接性が劣化する。したがって添加する場合のＢ含有量の適正範囲は０．０００５〜０．０５％である。より好ましい下限と上限は、それぞれ０．００１％および０．０１％である。さらに好ましい上限は０．００５％である。
【００３２】
Ｎｂ：０．０５〜０．８％
ＮｂもＴｉと同様に炭窒化物を形成し、クリープ破断強度を向上させる。その含有量が０．０５％未満では十分な効果が得られず、０．８％を超えると溶接性や未固溶窒化物の増加による機械的性質の劣化に加えて熱間加工性、特に１２００℃以上での高温延性が著しく低下する。従って、Ｎｂ含有量は０．０５〜０．８％が適正である。より好ましい上限は０．６％である。
【００３３】
Ｖ：０．０２〜１．５％
Ｖは、炭化物を形成し、高温強度およびクリープ強度の向上に有効な元素である。添加する場合、その含有量が０．０２％未満では効果がなく、１．５％を超えると耐高温腐食性が劣化し、また脆化相析出に起因して延性および靭性が劣化する。したがって、Ｖ含有量は０．０２〜１．５％が適正である。より好ましい下限と上限は、それぞれ０．０４％および１％である。
【００３４】
Ｃｏ：０．０５〜５％
Ｃｏは、Ｎｉと同様にオーステナイト組織を安定にし、クリープ強度向上にも寄与する。その含有量が０．０５％未満では効果がなく、５％を超えると効果が飽和し、経済性も低下する。従って、添加する場合のＣｏ含有量は０．０５〜５％とするべきである。
【００３５】
Ｚｒ：０．０００５〜０．２％
Ｚｒは、粒界強化に寄与し高温強度およびクリープ強度を向上させる。さらに、Ｓを固着して熱間加工性を改善する効果も有する。その効果を発揮させるには０．０００５％以上の含有が必要であるが、０．２％を超えると延性、靭性等の機械的性質が劣化する。したがって、添加する場合のＺｒ含有量は０．０００５〜０．２％が適正である。なお、より好ましい下限と上限は、それぞれ０．０１％および０．１％、さらに好ましい上限は０．０５％である。
【００３６】
Ｈｆ：０．０００５〜１％
Ｈｆは、主として粒界強化に寄与し、クリープ強度を向上させる。その含有量が０．０００５％未満では効果がない。一方、その含有量が１％を超えると加工性および溶接性を損なう。したがって、Ｈｆを添加する場合は、その含有量は０．０００５〜１％が適正である。より好ましい下限と上限は、それぞれ０．０１％および０．８％、さらに好ましい下限と上限は、それぞれ０．０２％および０．５％である。
【００３７】
Ｔａ：０．０１〜８％
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、クリープ強度を向上させる。その含有量が０．０１％未満の場合は効果がない。一方、Ｔａの含有量が８％を超えると加工性および機械的性質を損なう。したがって、Ｔａを添加する場合は、その含有量を０．０１〜８％とするべきである。より好ましい下限と上限は、それぞれ０．１％および７％、さらに好ましい下限と上限は、それぞれ０．５％および６％である。
【００３８】
本発明鋼のさらにもう一つは、上記の成分に加えてさらにＣａおよびＭｇの一方または両方を含むオーステナイト系ステンレス鋼である。ＣａおよびＭｇは、以下に述べるとおり、本発明鋼の熱間加工性向上を改善する。
【００３９】
ＭｇおよびＣａ：それぞれ０．０００５〜０．０５％
ＭｇおよびＣａは、熱間加工性を阻害するＳを硫化物として固着し熱間加工性を改善する。それぞれの含有量が０．０００５％未満では効果がない。一方、それぞれ０．０５％を超える含有量のＭｇおよびＣａは、鋼質を害し、かえって熱間加工性や延性を低下させる。したがって、添加する場合のＭｇおよびＣａの含有量は、それぞれ０．０００５〜０．０５％とするのがよい。より好ましい下限と上限は、それぞれ０．００１％および０．０２％である。さらに好ましい上限は０．０１％である。
【００４０】
本発明鋼を製造する場合は、以下の方法によることが推奨される。
まず、上記の化学組成の鋼塊を通常のステンレス鋼の溶製および鋳造方法で製造する。得られた鋼塊を鋳造のまま、または鍛造や分塊圧延でビレットとした後、熱間押出しや熱間圧延等の熱間加工を行う。熱間加工前の加熱温度は１１６０℃以上、１２５０℃以下が望ましい。熱間加工終了温度は１１５０℃以上が望ましい。また、加工終了後は、粗大な炭窒化物の析出を抑えるため、少なくとも５００℃までは０．２５℃／秒以上の極力早い冷却速度で冷却させるのがよい。
【００４１】
熱間加工後、最終熱処理を行ってもよく、また、必要に応じて冷間加工を加えてもよい。冷間加工前には途中熱処理により炭窒化物を固溶させておく必要があり、熱間加工前の加熱温度または熱間加工終了温度の低い方以上の温度でこの途中熱処理を行うのがよい。
【００４２】
冷間加工では１０％以上の歪みを加えるのが好ましく、２回以上の冷間加工を施してもよい。最終製品の熱処理は、１１７０〜１３００℃の範囲で、熱間加工終了温度または上述の途中熱処理温度より１０℃以上高い温度で実施するのが好ましい。粗大な炭窒化物の析出を抑制するために最終熱処理後にも０．２５℃／秒以上の極力早い冷却速度で冷却するのがよい。
【実施例】
【００４３】
表１に示す化学組成の鋼を高周波真空溶解炉で溶製し、外径１２０ｍｍの３０ｋｇインゴットとした。表中のNo.１〜１９の鋼は本発明鋼、A〜Fは比較鋼である。
得られたインゴットを熱間鍛造して厚さ４０ｍｍの板材とし、高温延性を評価するための丸棒引張試験片（直径１０ｍｍ、長さ１３０mm）を機械加工により作製した。さらに熱間鍛造により厚さ１５mmの板材とし、軟化熱処理の後、厚さ１０ｍｍまで冷間圧延し、１１５０℃で１５分保持した後、水冷した。
【００４４】
上記の板材から機械加工によりクリープ試験片およびバレストレイン試験片を作製した。クリープ試験片の形状は直径６ｍｍ、標点間距離３０ｍｍの丸棒試験片、バレストレイン試験片は厚さ４mm、幅１００mm、長さ１００mmの板状試験片である。
【００４５】
高温での延性の評価のために、上記の高温延性評価用試験片を用い、１２２０℃に加熱して３分間保持し、歪速度５／ｓの高速引張試験を行い、試験後の破断面から絞り率を求めた。当該温度で絞り率６０％以上であれば熱間押出し等の熱間加工に特に大きな問題が生じないことが判明している。したがって、絞り率６０％以上の鋼を良好な熱間加工性を有する鋼とした。
【００４６】
上記のクリープ破断試験片を用い、７００℃の大気中で応力１４７MPaの条件でクリープ破断試験を実施し、破断寿命と破断絞りを求め、破断寿命からクリープ強度を、破断絞りからクリープ延性を、それぞれ評価した。
【００４７】
溶接性を評価するバレストレイン試験は、TIG法で入熱１９ｋＪ／ｃｍ、付加ひずみ量１．５％で行い、全割れ長さから溶接性を評価した。
上記の各試験の結果を表２に示す。
【００４８】
【表１】
0004803174.tif 000002
【００４９】
【表２】
0004803174.tif 000003
【００５０】
比較鋼A、BおよびCではＰの含有量を変化させている。ボイラの熱交換に用いられるステンレス鋼管では、例えばJIS G3463で規定されているように、Ｐは０．０４０％以下に制限されている。したがって、比較鋼Aが一般的なステンレス鋼のＰ含有量に相当する。表２に示すとおり、Ｐ添加量の増加によりクリープ破断寿命は向上するものの、破断絞り、溶接性および高温延性が著しく低下する。
【００５１】
本発明鋼であるNo.１〜４およびNo.１９の鋼は、比較鋼BおよびCと同様にPを添加してクリープ破断寿命が向上させた鋼である。これらの鋼ではＮｄ、またはＬａおよびＣｅの添加により、比較鋼にみられるようなクリープ延性、溶接性および高温延性の低下は全く見られず、クリープ延性においては逆にP含有量が一般的なレベルである比較鋼Aよりも向上している。
【００５２】
比較鋼Dは、Ｔｉ無添加で本発明鋼の鋼記号２と同等のＰおよびＮｄを含有させているが、Ｔｉの添加がないためクリープ特性に劣る。鋼記号５および６は、さらにＣｕを添加してクリープ強度を高めたものである。比較鋼Ｅは、３．０％を超えるＣｕを含有するものであるが、ここに見られるように過剰のＣｕを添加するとＮｄ添加によるクリープ延性、溶接性および高温延性の改善効果が失われる。このことからもＣｕ含有量は３．０％以下にする必要があることがわかる。
【００５３】
本発明鋼は、前述のように、Ｗ、Ｍｏ、Ｂ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＭｇおよびＣａの内の１種以上をさらに含有することができる。鋼記号７〜１８に示すとおり、これらの元素の添加で高温延性やクリープ破断強度が一層改善される。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、ＰとＲＥＭ、特にＮｄを複合添加されていることによって、大きな高温強度を有するだけでなく、熱間加工性が著しく改善された鋼である。さらには高温長時間側の靭性向上も達成されている。
本発明の鋼は、６５０℃〜７００℃以上の高温下で使用される耐熱耐圧部材として好適である。この鋼を用いたプラントでは、操業の高効率化が可能であるから、そのプラントで製造される製品の製造コストの削減も可能となる。