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公開番号2025169557
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-14
出願番号2024074352
出願日2024-05-01
発明の名称高温クリープ強度に優れた高Ni合金およびその製造方法
出願人日本製鉄株式会社
代理人弁理士法人樹之下知的財産事務所
主分類C22C 38/00 20060101AFI20251107BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】クリープ強度に優れたNb、N含有高Ni合金を提供する。
【解決手段】質量%で、C:0.08%以下、Cr:20～30%、Ni:23～60%、Al:0.01～0.20%、Ti:0.05%以下、B:0.0002～0.0050%,N:0.10～0.30%、O:0.006%以下、Ca:0.0001～0.0050%、MoとWのうちいずれか1種類以上をMo+0.5×W:0.01～1.50%未満、Nb:0.10～0.65%、VとTaのうちいずれか1種類以上を合計で0.01～0.60%含み含有し、下記<限定式A>を満足するとともに、鋼材中に析出しているNbの総量(Nb)が0.11質量%以下であることを特徴とする、高温クリープ強度に優れた高Ni合金。
<限定式A>0.65≦Nb%+2×V%+Ta%≦1.60
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：０．０５～１．０％、Ｍｎ：０．０５～１．５％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．００１５％以下、Ｃｒ：２０～３０％、Ｎｉ：２３～６０％、Ａｌ：０．０１～０．２０％、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｂ：０．０００２～０．００５０％，Ｎ：０．１０～０．３０％、Ｏ：０．００６％以下、Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、ＭｏとＷのうちいずれか１種類以上をＭｏ＋０．５×Ｗ：０．０１％以上１．５０％未満、Ｎｂ：０．１０～０．６５％、ＶとＴａのうちいずれか１種類以上を合計で０．０１～０．６０％含み、残部がＦｅおよび不純物よりなり、下記＜限定式Ａ＞を満足するとともに、鋼材中に析出しているＮｂの総量（Ｎｂ）が０．１１質量％以下であることを特徴とする、高温クリープ強度に優れた高Ｎｉ合金。
＜限定式Ａ＞
０．６５ ≦ Ｎｂ％＋２×Ｖ％＋Ｔａ％ ≦ １．６０
限定式Ａにおいて、％を付した元素記号は各元素の含有量（質量％）を意味する。
続きを表示（約 720 文字）【請求項２】
前記Ｆｅの一部に替えて、さらに質量％で、Ｃｕ：０．０１～０．５０％、Ｃｏ：０．０１～１．０％、Ｓｎ：０．００１～０．０５％、Ｚｎ＋Ｐｂ＋Ｂｉ：０．００１０％以下、Ｍｇ：０．００５０％以下、Ｚｒ：０．００１～０．１０％、Ｈｆ：０．００１～０．１０％、Ｌａ＋Ｃｅ＋Ｎｄ＋Ｐｒ：０．００１～０．０５０％のうちの１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１記載の高温クリープ強度に優れた高Ｎｉ合金。
【請求項３】
ＪＩＳＺ２２７１に準拠したクリープ試験を、８００℃、１００ＭＰａの条件で行ったとき、クリープ破断時間が８００時間を超えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高温クリープ強度に優れた高Ｎｉ合金。
【請求項４】
最終熱処理時の最終熱処理温度Ｔ（Ｋ）が以下の限定式Ｘを満足することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の高温クリープ特性に優れた高Ｎｉ合金の製造方法。
＜限定式Ｘ＞
Ｎｂ％×Ｎ％－１０
α
≦ ０．０３０
α＝４．１８２６―７９４８．９÷Ｔ
限定式Ｘにおいて、％を付した元素記号は各元素の含有量（質量％）を意味する。
【請求項５】
最終熱処理時の最終熱処理温度Ｔ（Ｋ）が以下の限定式Ｘを満足することを特徴とする、請求項３に記載の高温クリープ特性に優れた高Ｎｉ合金の製造方法。
＜限定式Ｘ＞
Ｎｂ％×Ｎ％－１０
α
≦ ０．０３０
α＝４．１８２６―７９４８．９÷Ｔ
限定式Ｘにおいて、％を付した元素記号は各元素の含有量（質量％）を意味する。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温クリープ強度が要求される高温用途で使用される、高温クリープ強度に優れた高Ｎｉ合金およびその製造方法に係わる。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
耐熱用途で用いられる高Ｎｉ合金としては、アロイ８００Ｈ（ＡＳＴＭＮ０８８１０、Ｎ０８８１１）が代表的な商用合金である。近年、発展途上国での需要の拡大が進み、安価で表面品質および使用特性が良好な商品を供給できるようにするための技術開発が求められている。このために、従来の鋼塊法から連続鋳造法への製造方法の転換が進められている。高Ｎｉ合金は鋳造時のスラブ内部割れ，熱間加工時の耳割れ，および製品の表面疵に対する感受性が高いことから、従来より連続鋳造法における製造性改善の観点から合金の化学組成の設計、精錬、鋳造、熱間加工技術の改善、開発が進められてきた。
【０００３】
一方で、主な適用用途である化学プラントの高温反応容器では６００℃もしくはそれ以上の高温で、さらには化学反応の効率化のため高圧下で用いられることが多い。これらの用途ではクリープ強度が高ければ高いほどより薄肉での使用が可能となる。
【０００４】
近年ＡＳＴＭＮ０８１２０のようなＮｂ、Ｎを含有しＮｂの炭窒化物系析出物による析出強化を用いた材料を適用するケースが増加している。非特許文献１は、Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｒ合金に関するＡＳＴＭの標準規格であり、ＡＳＴＭＮ０８１２０も対象として含まれる。同規格中で、最終熱処理温度を１１７７℃以上と記述している。
【０００５】
Ｎｂ、Ｎ含有による析出強化を活用した高Ｎｉ合金（以下「Ｎｂ、Ｎ含有高Ｎｉ合金」ともいう。）としては、例えば特許文献１、２のような先行技術文献がある。これらはいずれも上述のとおりＮｂ等の炭窒化物系析出物による析出強化とＭｏ添加による固溶強化、Ｂ添加による粒界強化を複合的に活用した合金設計がなされている。Ｎｂの析出強化によるクリープ強度を高めるために最大で１３００℃と通常のＦｅ基高合金よりも高温で熱処理している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第６６７５８４６号公報
特許第７１７４１９２号公報
【非特許文献】
【０００７】
ＡＳＴＭＢ４０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、２はいずれも、Ｎｂの炭窒化物の析出量を制御することでクリープ強度を高めている。ただし、特許文献１，２のいずれもＮｂとＮの含有量の積で添加量の上限を設定していることからわかるとおり、ＮｂはＣおよびＮとの固溶度積が小さく、１３００℃近傍まで熱処理温度を上げても未固溶の粗大な炭窒化物が残存し、特に特許文献１に記されているとおり、この未固溶炭窒化物が多すぎるとクリープ強度を逆に低下させてしまうという制約があった。そのため特許文献１、２の成分系では更なるクリープ強度の向上は困難と考えられていた。ＡＳＴＭＮ０８１２０は、特許文献１、２の一部がこの規格に該当するが、ＡＳＴＭＮ０８１２０で範囲を規定された成分のみで特許文献１、２の課題を解決しクリープ強度をさらに高めることは困難であった。
【０００９】
また、特許文献１で示唆されているように、これらの成分系で十分なクリープ強度を付与するには、最終熱処理において１２５０℃～１３００℃といった超高温域で加熱することが望ましいが、１２５０℃を超える熱処理は炉体に与えるダメージが大きいため炉のメンテナンスコストの増大につながる。またこのような能力を有する設備を標準装備した鋼板製造メーカーは限られており、製造設備の能力に応じた成分設計を行う必要がある。そのため、熱処理炉の能力に応じた成分設計が可能な鋼も求められていた。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決し、高Ｎｉ合金の製造において、最終熱処理温度を過度に高めることなく、高温クリープ強度に優れた高Ｎｉ合金およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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