KR20130137705A - Heat-resistant austenitic stainless steel having excellent cyclic oxidation resistance - Google Patents

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다케오 미야무라
시게노부 남바
가즈키 후루야
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명의 내열 오스테나이트계 스테인리스강은, C : 0.05 내지 0.2%, Si : 0.1 내지 1%, Mn : 0.1 내지 2.5%, Cu : 1 내지 4%, Ni : 7 내지 12%, Cr : 16 내지 20%, Nb : 0.1 내지 0.6%, Zr : 0.05 내지 0.4%, Ce : 0.005 내지 0.1%, Ti : 0.1 내지 0.6%, B : 0.0005 내지 0.005%, N : 0.001 내지 0.15%, S : 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음) 및 P : 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음)를 각각 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피 불순물로 이루어진다.Heat-resistant austenitic stainless steel of the present invention is C: 0.05 to 0.2%, Si: 0.1 to 1%, Mn: 0.1 to 2.5%, Cu: 1 to 4%, Ni: 7 to 12%, Cr: 16 to 20%, Nb: 0.1 to 0.6%, Zr: 0.05 to 0.4%, Ce: 0.005 to 0.1%, Ti: 0.1 to 0.6%, B: 0.0005 to 0.005%, N: 0.001 to 0.15%, S: 0.005% or less (Which does not contain 0%) and P: 0.05% or less (does not contain 0%), respectively, and the remainder is made of iron and unavoidable impurities.

Description

내반복 산화 특성이 우수한 내열 오스테나이트계 스테인리스강{HEAT-RESISTANT AUSTENITIC STAINLESS STEEL HAVING EXCELLENT CYCLIC OXIDATION RESISTANCE}Heat-Resistant Austenitic Stainless Steels with Excellent Repetitive Oxidation Properties {HEAT-RESISTANT AUSTENITIC STAINLESS STEEL HAVING EXCELLENT CYCLIC OXIDATION RESISTANCE}

본 발명은, 보일러 등의 전열관 재료로서 적절하게 사용되는 내열 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것이며, 특히 내반복 산화 특성이 우수한 내열 오스테나이트계 스테인리스강에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to heat resistant austenitic stainless steels suitably used as heat transfer tube materials such as boilers, and more particularly to heat resistant austenitic stainless steels having excellent repeated oxidation resistance.

최근, 온난화 가스인 이산화탄소의 배출을 억제하기 위해서, 석탄에 의한 화력 발전의 고효율화가 진행되고 있다. 이 발전 효율을 향상시키기 위해서는, 보일러의 증기 온도와 압력의 상승이 유효하고, 이러한 보일러의 전열관 재료로서는, 고온 강도, 내산화성이 우수한 것이 적용되고 있다. 또한, 이와 같은 특성이 우수한 재료로서, 일반적으로 오스테나이트계 스테인리스강이 사용된다.In recent years, in order to suppress the emission of carbon dioxide, which is a warming gas, high efficiency of thermal power generation by coal has been progressing. In order to improve this power generation efficiency, an increase in the steam temperature and the pressure of the boiler is effective, and as the heat transfer tube material of the boiler, one having excellent high temperature strength and oxidation resistance is applied. In addition, austenitic stainless steel is generally used as a material having such excellent characteristics.

전열관 재료에 요구되는 내산화성으로서는, 내반복 산화 특성이 있다. 보일러는 기동과 정지를 반복하기 때문에, 강관(전열관) 표면에 형성된 산화물은 고온 환경과 저온 환경을 교대로 받는 반복 산화 환경 하에 놓이게 된다. 이와 같은 환경 하에서는, 재료 기재와의 열 팽창차에 기인하여 산화물이 박리되어 버려, 스케일 박리에 의한 가일층의 산화의 진행과 강관의 두께 감소에 의한 강도 부족이 발생한다는 문제가 있다. 이와 같은 환경 하에서도, 상기와 같은 현상이 발생하기 어려운 특성(본 발명에서는, 이것을 「내반복 산화 특성」이라 부르고 있음)이 요구된다.The oxidation resistance required for the heat transfer tube material includes repeated oxidation resistance. Since the boiler starts and stops repeatedly, the oxide formed on the surface of the steel pipe (heat pipe) is placed in a cyclic oxidizing environment that receives alternating high and low temperature environments. Under such circumstances, there is a problem that the oxide is peeled off due to the difference in thermal expansion with the material base material, and further the oxidation progresses due to scale peeling and the lack of strength due to the reduction in the thickness of the steel pipe occurs. Even in such an environment, the above-described phenomenon is unlikely to occur (in the present invention, this is referred to as "repeated oxidation resistance").

내반복 산화 특성 이외의 특성을 포함하는 광의의 의미에서의 내산화성이 우수한 내열 재료로서는, 25Cr-20Ni 오스테나이트계 스테인리스강(SUS310S)이 알려져 있지만, 이 스테인리스강은 고가의 Ni를 다량으로 포함하기 때문에 비용이 높다는 문제가 있다. 이러한 것으로부터, 보일러의 전열관 재료로서는, Ni 함유량을 낮게 억제하고, 또한 고온 강도나 내식성이 양호한 18Cr-8Ni 오스테나이트계 스테인리스강(SUS304)을 기본적인 성분으로 하는 것이 중요한 요건으로 된다.As a heat resistant material having excellent oxidation resistance in a broad sense including properties other than repeated oxidation resistance, 25Cr-20Ni austenitic stainless steel (SUS310S) is known, but this stainless steel contains a large amount of expensive Ni. Therefore, there is a problem that the cost is high. For this reason, as a heat transfer tube material of a boiler, it is an important requirement to keep Ni content low and to make 18Cr-8Ni austenitic stainless steel (SUS304) which has high temperature strength and corrosion resistance as a basic component.

18Cr-8Ni 오스테나이트계 스테인리스강에 가까운 성분으로서는, Ti를 첨가하고 있는 SUS321의 성분계가 알려져 있고, 또한 SUS321의 성분계에 준하는 화력 발전용 규격을 갖는 보일러용 스테인리스강으로서는, 파이어 SUS321J2HTB가 알려져 있다. 광의의 의미에서의 내산화성의 향상 기술로서는, (1) 쇼트피닝 가공이나 기계 연마 등의 표면 처리, (2) 내식성을 향상시키는 성분인 Al, Si나, Ce, La를 포함하는 REM(희토류 원소)의 첨가, (3) 결정립 미세화 등이 있고, Ti 화합물을 석출 강화 기구로서 사용하고 있는 오스테나이트계 스테인리스강에 관련되는 것으로서, 예를 들면 특허 문헌 1, 2와 같은 기술이 제안되어 있다.As a component close to 18Cr-8Ni austenitic stainless steel, a component system of SUS321 to which Ti is added is known, and fire SUS321J2HTB is known as a boiler stainless steel having a thermal power generation standard that conforms to the component system of SUS321. As a technique for improving oxidation resistance in the broad sense, REM (rare earth elements) containing (1) surface treatment such as shot peening or mechanical polishing, and (2) Al, Si, Ce, and La, which are components that improve corrosion resistance ), (3) crystal grain refinement, and the like, and related technologies such as Patent Documents 1 and 2 have been proposed as related to austenitic stainless steels using Ti compounds as precipitation strengthening mechanisms.

이들 기술 중 특허 문헌 1은, 내식성 향상에 기여하는 Al을 첨가함과 함께, 표면 연마로 Cr2O3층의 형성을 촉진시킴으로써, 내산화성을 향상시키는 것을 개시하고 있다. 또한, 표면 연마 처리와 동일한 효과를 얻는 대체 수단으로서, Al과 Si의 합계량을 4% 이상으로 증가시키고, 게다가 Ce, Y, La 등의 REM 혹은 Ca를 첨가함으로써도 내산화성을 향상시킬 수 있는 것이 기재되어 있다.Patent Document 1 of these techniques discloses that oxidation resistance is improved by adding Al, which contributes to improvement of corrosion resistance, and promoting formation of a Cr 2 O 3 layer by surface polishing. In addition, as an alternative means of obtaining the same effect as the surface polishing treatment, it is possible to increase the total amount of Al and Si to 4% or more, and to further improve oxidation resistance by adding REM or Ca such as Ce, Y or La. It is described.

그러나, Al, Si의 첨가나 Cr2O3층의 형성에 의해, 강관 표면에 형성되는 산화물의 성장 속도를 지연시키는 작용을 기대할 수 있지만, 산화물의 형성 자체를 완전히 방지할 수 있는 것은 아니고, 또한 양호한 내반복 산화 특성의 발휘는 기대할 수 없다. 또한, Al을 첨가하는 강재에서는, 제관(製管) 시에 표면 손상이 발생하기 쉽다는 문제도 있다.However, by adding Al and Si or forming a Cr 2 O 3 layer, the effect of retarding the growth rate of the oxide formed on the surface of the steel pipe can be expected. However, the formation of the oxide itself can not be completely prevented. Good exertion of repeated oxidation cannot be expected. In addition, in steel materials to which Al is added, there is also a problem that surface damage is likely to occur at the time of pipe making.

특허 문헌 2에서는, 내산화 특성을 향상시키기 위해서, Ce, La, Hf를 첨가하는 것이 개시되어 있지만, 상기 기술과 마찬가지로, 내반복 산화 특성이 낮을 것이 예상되고, 또한 내반복 산화 특성의 개선을 인식하여 이루어진 것도 아니다.Patent Document 2 discloses adding Ce, La, and Hf in order to improve the oxidation resistance, but similarly to the above technique, it is expected that the resistance to repeated oxidation is low, and the improvement of the resistance to repeated oxidation is recognized. It is not made by.

내반복 산화 특성을 향상시키기 위한 기술로서, 특허 문헌 3과 같은 기술도 제안되어 있다. 그러나, 이 기술에서는, Al 및 Si를 많이 포함하기 때문에, 강관의 표면 손상이나 장시간 열처리 후에 취화를 초래한다는 문제가 있다. 또한 이 기술에서는, Y를 포함하여 La나 Ce 등의 REM을 첨가하는 것이 스케일의 밀착성을 향상시키는 작용을 발휘하는 것이 기재되어 있지만, 충분한 특성을 갖는 것은 아니고, 또한 내반복 산화 특성의 개선을 인식하여 이루어진 것도 아니다.As a technique for improving the resistance to repeated oxidation, a technique similar to that of Patent Document 3 is also proposed. However, in this technique, since Al and Si are contained a lot, there is a problem of causing surface damage of the steel pipe or embrittlement after a long heat treatment. In addition, in this technique, it is described that adding REM such as La, Ce, etc. to Y, exhibits the effect of improving the adhesion of the scale, but does not have sufficient characteristics and recognizes the improvement of the repeated oxidation characteristics. It is not made by.

한편, 보일러용 오스테나이트계 스테인리스강의 내산화성을 향상시키는 기술로서, 특허 문헌 4와 같은 기술도 제안되어 있다. 이 기술은, Nb와 N을 석출 강화나 고용 강화를 위해서 사용하고 있는 「파이어 SUS304J1HTB」의 성분계이다. 이 기술에서도 산화물계 개재물의 형성을 목적으로 하여, 0.002 내지 0.05% 정도의 Ti를 첨가하고 있지만, 파이어 SUS321J2HTB와 같은 Ti 화합물의 석출을 강화 기구로서 사용하고 있는 강재에서는, Ti를 0.1 내지 0.25% 정도 첨가하지 않으면 고온 강도를 확보할 수 없을 것이 예상된다. 또한 이 기술은, 내반복 산화 특성의 개선을 인식하여 이루어진 것은 아니어서, 내반복 산화 특성이 낮을 것이 예상된다.On the other hand, as a technique of improving the oxidation resistance of the austenitic stainless steel for boilers, the technique similar to patent document 4 is also proposed. This technique is a component system of "fire SUS304J1HTB" which uses Nb and N for precipitation strengthening and solid solution strengthening. Also in this technique, about 0.002 to 0.05% of Ti is added for the purpose of forming oxide inclusions, but in steels using the precipitation of Ti compounds such as fire SUS321J2HTB as a reinforcing mechanism, Ti is about 0.1 to 0.25%. If it is not added, it is anticipated that high temperature strength cannot be ensured. In addition, since this technique was not made in recognition of the improvement of the resistance to repeated oxidation, it is expected that the resistance to repeated oxidation is low.

특허 문헌 5의 기술에서는, REM의 첨가와 입자 분사 피닝 가공에 의해, 내산화성을 향상시키는 것이다. 그러나, 피닝 가공은 제조 프로세스의 증가에 의한 고비용을 초래한다고 하는 다른 문제가 있고, 또한 내반복 산화 특성의 개선을 인식하여 이루어진 것은 아니어서, 내반복 산화 특성이 낮을 것이 예상된다.In the technique of patent document 5, oxidation resistance is improved by addition of REM and particle injection pinning. However, there is another problem that pinning causes a high cost due to an increase in the manufacturing process, and it is not made in recognition of the improvement of the resistance to repeated oxidation, so that the resistance to repeated oxidation is expected to be low.

일본 특허 출원 공개 제2004-43903호 공보Japanese Patent Application Publication No. 2004-43903 일본 특허 출원 공개 평9-165655호 공보Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 9-165655 일본 특허 출원 공개 평8-337850호 공보Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 8-337850 일본 특허 출원 공개 제2003-268503호 공보Japanese Patent Application Publication No. 2003-268503 일본 특허 출원 공개 평6-322489호 공보Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 6-322489

본 발명은 이러한 상황 하에서 이루어진 것이며, 그 목적은, Ni와 Cr의 함유량이 18Cr-8Ni 오스테나이트계 스테인리스강과 동등한 화학 성분 조성을 가짐과 함께, Al이나 Si의 첨가나 표면 처리에 의존하지 않고, 반복 산화 환경에 있어서의 산화물의 박리가 적어, 두께 감소가 발생하기 어려운 내반복 산화 특성이 우수한 내열 오스테나이트계 스테인리스강을 제공하는 것에 있다.The present invention has been made under such circumstances, and its object is that the content of Ni and Cr has a chemical composition equivalent to that of 18Cr-8Ni austenitic stainless steel, and does not depend on the addition of Al or Si or the surface treatment, and it is repeated oxidation. The present invention provides a heat-resistant austenitic stainless steel having low peeling of oxides in the environment and excellent in repeated oxidation characteristics in which thickness reduction is unlikely to occur.

상기 과제를 해결한 본 발명의 내열 오스테나이트계 스테인리스강은, C : 0.05 내지 0.2%(질량%의 의미. 이하, 화학 성분 조성에 대하여 동일함), Si : 0.1 내지 1%, Mn : 0.1 내지 2.5%, Cu : 1 내지 4%, Ni : 7 내지 12%, Cr : 16 내지 20%, Nb : 0.1 내지 0.6%, Zr : 0.05 내지 0.4%, Ce : 0.005 내지 0.1%, Ti : 0.1 내지 0.6%, B : 0.0005 내지 0.005%, N : 0.001 내지 0.15%, S : 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음) 및 P : 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음)를 각각 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The heat-resistant austenitic stainless steel of this invention which solved the said subject is C: 0.05-0.2% (mean of mass%. Hereinafter, it is the same with respect to a chemical component composition), Si: 0.1-1%, Mn: 0.1- 2.5%, Cu: 1-4%, Ni: 7-12%, Cr: 16-20%, Nb: 0.1-0.6%, Zr: 0.05-0.4%, Ce: 0.005-0.1%, Ti: 0.1-0.6 %, B: 0.0005 to 0.005%, N: 0.001 to 0.15%, S: 0.005% or less (not including 0%) and P: 0.05% or less (not including 0%), respectively, It is characterized by consisting of iron and unavoidable impurities.

본 발명의 내열 오스테나이트계 스테인리스강은, 필요에 따라서, Mo : 3% 이하(0%를 포함하지 않음) 및/또는 W : 5% 이하(0%를 포함하지 않음)를 더 함유하는 것도 유용하고, 이들 성분을 함유시킴으로써, 고온 강도가 더욱 개선된다.The heat resistant austenitic stainless steel of the present invention is also useful, if necessary, further containing Mo: 3% or less (not including 0%) and / or W: 5% or less (not including 0%). By containing these components, the high temperature strength is further improved.

본 발명의 내열 오스테나이트계 스테인리스강은, 필요에 따라서, Ca : 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음) 및/또는 Mg : 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음)를 더 함유함으로써, Ce의 수율을 향상시킬 수 있음과 함께 인성을 향상시킬 수 있다.The heat-resistant austenitic stainless steel of this invention further contains Ca: 0.005% or less (0%) and / or Mg: 0.005% or less (0%) as needed, The yield can be improved while the toughness can be improved.

상기와 같이 화학 성분 조성을 조정함으로써, 내반복 산화 특성을 향상시킨 내열 오스테나이트계 스테인리스강이 얻어지는 것이지만, 또한 금속 조직의 결정 입도를 ASTM 입도 번호로 6 이상, 12 미만으로 함으로써, 보다 높은 내반복 산화 특성을 얻을 수 있음과 함께, 안정적으로 그 특성을 발휘할 수 있는 것으로 된다.By adjusting the chemical composition as described above, a heat-resistant austenitic stainless steel having improved repeat oxidation resistance is obtained, but also higher repeat oxidation by setting the crystal grain size of the metal structure to 6 or more and less than 12 in the ASTM grain size number. A characteristic can be obtained and it can be exhibited stably.

본 발명의 내열 오스테나이트계 스테인리스강은, 반복 산화 환경에 있어서도, 스케일의 박리에 의한 산화의 진행 및 그것에 부수하는 강재의 두께 감소가 발생하기 어렵기 때문에, 석탄 화력 발전의 전열관으로서 사용함으로써 증기 온도의 고온화에 의한 발전 효율의 향상이 가능해지고, 기존 재료에 비해 전열관을 장기 수명화시켜 유지 보수 비용을 저감할 수 있다. 또한, 스케일의 박리가 적기 때문에, 전열관으로서 사용하였을 때에 그 내부의 스케일 비산을 억제할 수 있어, 터빈의 손상을 저감하는 것도 가능해진다.In the heat-resistant austenitic stainless steel of the present invention, even in a repeated oxidation environment, since the progress of oxidation due to the peeling of the scale and the decrease in the thickness of the steel material accompanying it hardly occur, the steam temperature is used as a heat transfer tube for coal-fired power generation. It is possible to improve the power generation efficiency by increasing the temperature of heat, and to reduce the maintenance cost by extending the life of the heat pipe compared to the existing material. Moreover, since there is little peeling of a scale, when used as a heat exchanger, the scale scattering inside can be suppressed and damage to a turbine can also be reduced.

본 발명자들은, 필요한 고온 강도를 유지하면서, 내반복 산화 특성을 향상시킨 오스테나이트계 스테인리스강을 실현하기 위해서, 다양한 각도에서 검토하였다. 그 결과, Ni와 Cr의 함유량이 18Cr-8Ni 오스테나이트계 스테인리스강과 동등한 화학 성분 조성을 갖는 스테인리스강에 대하여, 소정량의 Zr과 Ce를 함유시키면, 매우 우수한 내반복 산화 특성을 발휘할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors examined from various angles, in order to implement | achieve an austenitic stainless steel which improved repetitive oxidation resistance, maintaining the required high temperature strength. As a result, it was found that when a predetermined amount of Zr and Ce is contained in a stainless steel having a chemical composition of Ni and Cr equivalent to that of 18Cr-8Ni austenitic stainless steel, very excellent repeated oxidation resistance can be exhibited. The present invention has been completed.

본 발명의 내열 오스테나이트계 스테인리스강은, Ni와 Cr의 함유량이 18Cr-8Ni 오스테나이트계 스테인리스강과 동등한 화학 성분 조성에 대하여, 소정량의 Zr과 Ce를 함유하는 것을 특징으로 하는 것이지만, 이들 Zr과 Ce의 함유량의 범위 설정 이유는 다음과 같다.The heat-resistant austenitic stainless steel of the present invention is characterized by containing Zr and Ce in a predetermined amount with respect to the chemical composition of Ni and Cr equivalent to that of 18Cr-8Ni austenitic stainless steel. The reason for setting the range of Ce content is as follows.

Zr 및 Ce는, 이들의 상승 효과에 의해, 산화물의 박리를 억제하는 효과를 발현한다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Zr에 대해서는 0.05% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Zr 함유량이 과잉으로 되면, 조대한 개재물을 형성하여 강재(혹은 강관)의 표면 성상이나 인성을 악화시키기 때문에, 그 상한은 0.4% 이하로 할 필요가 있다. 또한 Ce에 대해서는, 그 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.005% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Ce 함유량이 0.1%를 초과하여 과잉으로 되면, 경제적인 비용 증가를 초래하게 된다.Zr and Ce express an effect which suppresses peeling of an oxide by these synergistic effects. In order to exhibit such an effect, it is necessary to contain 0.05% or more about Zr. However, when the Zr content becomes excessive, coarse inclusions are formed to deteriorate the surface properties and toughness of the steel (or steel pipe), so the upper limit needs to be 0.4% or less. Moreover, about Ce, it is necessary to contain 0.005% or more in order to exhibit the effect. However, when the Ce content is excessively more than 0.1%, economic cost increases.

Zr 및 Ce의 첨가는, 강재의 고비용을 초래하기 때문에, 함유시키는 것에 의한 작용과 고비용의 균형에 의해, 적절한 함유량을 설정하면 된다. 이러한 관점에서, Zr 함유량의 바람직한 하한은 0.10% 이상(보다 바람직하게는 0.15% 이상)이고, 바람직한 상한은 0.3% 이하(보다 바람직하게는 0.25% 이하)이다. 또한 Ce 함유량의 바람직한 하한은 0.01% 이상(보다 바람직하게는 0.015% 이상)이고, 바람직한 상한은 0.05% 이하(보다 바람직하게는 0.03% 이하)이다.Since addition of Zr and Ce brings high cost of steel materials, what is necessary is just to set appropriate content by the balance of the effect by containing and high cost. From such a viewpoint, the minimum with preferable Zr content is 0.10% or more (more preferably 0.15% or more), and a preferable upper limit is 0.3% or less (more preferably 0.25% or less). Moreover, the minimum with preferable Ce content is 0.01% or more (more preferably 0.015% or more), and a preferable upper limit is 0.05% or less (more preferably 0.03% or less).

또한, Ce의 원료는 순Ce를 첨가해도 되지만, 별도로 제작한 Ce를 포함하는 모합금이나 Ce를 포함하는 미슈 메탈을 사용하여 필요한 Ce 순분을 첨가하는 것도 가능하고, 미슈 메탈에 포함되는 La, Nd, Pr 등이, 각각 Ce보다도 저농도로 불순물로서 강재에 포함되었다고 해도 문제는 없고, 산화되기 쉬운 순Ce에 비해, 모합금이나 미슈 메탈을 사용함으로써 용해 작업 시의 취급을 간략화하는 것이 가능하다.In addition, although the raw material of Ce may add pure Ce, it is also possible to add necessary Ce pure components using the master alloy containing Ce and the misch metal containing Ce, and La, Nd contained in Misch metal. Even if Pr and the like were contained in the steel as impurities at a lower concentration than Ce, respectively, there is no problem, and it is possible to simplify the handling during the dissolution operation by using a master alloy or misch metal, compared to pure Ce, which is easily oxidized.

또한, 종래 기술 중 특허 문헌 1, 3, 5에는, Y, La, Ce를 포함하는 REM을 첨가함으로써, 산화물의 밀착성이 향상되는 것이 개시되어 있지만, 이들 개시는, REM은 모두 단독 첨가를 상정한 것이며, Zr과 함께 Ce를 첨가하는 것에 의한 상승 효과에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않은 것이다.Moreover, although the patent document 1, 3, 5 is disclosed in patent document 1, 3, 5 by adding REM containing Y, La, and Ce, the adhesiveness of oxide improves, but these indications assume that REM is single addition alone. The synergistic effect of adding Ce together with Zr is not disclosed at all.

또한 상기 특허 문헌 2에는, Zr과 Ce를 병용하여 포함할 수 있는 것도 개시되어 있지만, 이 기술에서는 모두 필수 성분은 아니고, 비첨가도 포함하여 필요에 따라서 첨가되는 것이며, 특히 Zr은 입계 강화나 크리프 연성의 향상을 기대하여 본 발명에서 규정하는 범위보다도 적게 함유하는 것이다.Moreover, although the said patent document 2 also discloses that Zr and Ce can be used together, it also discloses that it is not an essential component in this technique, and all are added as needed including non-addition, especially Zr is grain boundary strengthening and creep. It is contained less than the range prescribed | regulated by this invention in anticipation of the ductility improvement.

본 발명의 내열 오스테나이트계 스테인리스강은, Ni와 Cr의 함유량이 18Cr-8Ni 오스테나이트계 스테인리스강과 동등한 화학 성분 조성을 갖는 것이지만, 상기Zr과 Ce 이외의 각 원소의 화학 성분 조성(C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Nb, Ti, B, N, S, P)도 적절하게 조정할 필요가 있다. 이들 성분에 의한 작용 및 범위 설정 이유는 하기와 같다.The heat-resistant austenitic stainless steel of the present invention has a chemical composition of Ni and Cr equivalent to that of 18Cr-8Ni austenitic stainless steel, but the chemical composition of each element other than Zr and Ce (C, Si, Mn). , Cu, Ni, Cr, Nb, Ti, B, N, S, P) also needs to be adjusted appropriately. The action of these components and the reason for setting the range are as follows.

[C : 0.05 내지 0.2%] [C: 0.05-0.2%]

C는, 고온의 사용 환경에 있어서 탄화물을 형성하여, 전열관으로서 필요한 고온 강도, 크리프 강도를 향상시키는 작용을 갖는 원소이며, 강화 기구로 되는 탄화물의 석출량을 확보하기 위해서는 0.05% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, C 함유량이 과잉으로 되어 0.2%를 초과하면, 고용 한도를 초과하여 조대한 탄화물로 되어, 가일층의 강화가 얻어지지 않는다. C 함유량의 바람직한 하한은 0.07% 이상(보다 바람직하게는 0.09% 이상)이고, 바람직한 상한은 0.18% 이하(보다 바람직하게는 0.15% 이하)이다.C is an element having a function of forming carbide in a high temperature use environment and improving the high temperature strength and creep strength required as a heat transfer tube, and it is necessary to contain C at least 0.05% in order to secure the amount of precipitation of the carbide serving as a reinforcing mechanism. have. However, when C content becomes excess and exceeds 0.2%, it will become coarse carbide exceeding the solid solution limit, and further strengthening will not be obtained. The minimum with preferable C content is 0.07% or more (more preferably 0.09% or more), and a preferable upper limit is 0.18% or less (more preferably 0.15% or less).

[Si : 0.1 내지 1%] [Si: 0.1 to 1%]

Si는, 용강 중에서 탈산 작용을 갖는 원소이다. 또한 미량의 함유이어도, 내산화성의 향상에 유효하게 작용한다. 이들 효과를 발휘시키기 위해서는, Si 함유량은 0.1% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Si 함유량이 과잉으로 되어 1%를 초과하면, σ상의 형성을 초래하여, 강재의 취화(σ 취화)를 초래하게 된다. Si 함유량의 바람직한 하한은 0.2% 이상(보다 바람직하게는 0.3% 이상)이고, 바람직한 상한은 0.9% 이하(보다 바람직하게는 0.8% 이하)이다.Si is an element having a deoxidation action in molten steel. Moreover, even if it contains a trace amount, it acts effectively for the improvement of oxidation resistance. In order to exhibit these effects, Si content needs to be 0.1% or more. However, when Si content becomes excess and exceeds 1%, it will cause formation of an sigma phase, and will cause brittleness ((sigma) embrittlement) of steel materials. The minimum with preferable Si content is 0.2% or more (more preferably 0.3% or more), and a preferable upper limit is 0.9% or less (more preferably 0.8% or less).

[Mn : 0.1 내지 2.5%] [Mn: 0.1 to 2.5%]

Mn은 Si와 마찬가지로, 용강 중에서 탈산 작용을 갖는 원소이며, 또한 오스테나이트를 안정화시키는 작용이 있다. 이들 효과를 발휘시키기 위해서는, Mn 함유량은 0.1% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Mn 함유량이 과잉으로 되어 2.5%를 초과하면, 열간 가공성을 저해하게 된다. Mn 함유량의 바람직한 하한은 0.2% 이상(보다 바람직하게는 0.3% 이상)이고, 바람직한 상한은 2.0% 이하(보다 바람직하게는 1.8% 이하)이다.Mn, like Si, is an element having a deoxidation action in molten steel and has a function of stabilizing austenite. In order to exhibit these effects, Mn content needs to be 0.1% or more. However, when Mn content becomes excess and exceeds 2.5%, hot workability will be inhibited. The minimum with preferable Mn content is 0.2% or more (more preferably 0.3% or more), and a preferable upper limit is 2.0% or less (more preferably 1.8% or less).

[Cu : 1 내지 4%][Cu: 1 to 4%]

Cu는, 강 중에 정합 석출물(모재와 원자 배열이 연속적인 석출물)을 형성하여, 고온 크리프 강도를 현저하게 향상시키는 원소이며, 스테인리스강에 있어서의 주요한 강화 기구의 하나이다. 이 효과를 발휘시키기 위해서는, Cu 함유량은 1% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Cu 함유량이 과잉으로 되어 4%를 초과해도 그 효과는 포화된다. Cu 함유량의 바람직한 하한은 2.0% 이상(보다 바람직하게는 2.5% 이상)이고, 바람직한 상한은 3.7% 이하(보다 바람직하게는 3.5% 이하)이다.Cu is an element which forms a matching precipitate (precipitate with a base material and an atomic arrangement continuous) in steel, and remarkably improves high temperature creep strength, and is one of the major reinforcing mechanisms in stainless steel. In order to exhibit this effect, Cu content needs to be 1% or more. However, even if Cu content becomes excess and exceeds 4%, the effect will be saturated. The minimum with preferable Cu content is 2.0% or more (more preferably 2.5% or more), and a preferable upper limit is 3.7% or less (more preferably 3.5% or less).

[Ni : 7 내지 12%] [Ni: 7 to 12%]

Ni는, 오스테나이트를 안정화시키는 작용이 있고, 오스테나이트상을 유지하기 위해서는 7% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Ni 함유량이 과잉으로 되어 12%를 초과하면, 비용의 증가를 초래하게 된다. Ni 함유량의 바람직한 하한은 7.5% 이상(보다 바람직하게는 8.0% 이상)이고, 바람직한 상한은 11.5% 이하(보다 바람직하게는 11.0% 이하)이다.Ni has an effect of stabilizing austenite, and in order to maintain the austenite phase, it is necessary to contain Ni 7% or more. However, when Ni content becomes excess and exceeds 12%, cost will increase. The minimum with preferable Ni content is 7.5% or more (more preferably 8.0% or more), and a preferable upper limit is 11.5% or less (more preferably 11.0% or less).

[Cr : 16 내지 20%] [Cr: 16-20%]

Cr은, 스테인리스강으로서의 내식성을 발현하기 위해서 필수의 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Cr은 16% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Cr 함유량이 과잉으로 되어 20%를 초과하면, 고온 강도의 저하를 초래하는 페라이트상이 증가한다. Cr 함유량의 바람직한 하한은 16.5% 이상(보다 바람직하게는 17.0% 이상)이고, 바람직한 상한은 19.5% 이하(보다 바람직하게는 19.0% 이하)이다.Cr is an essential element in order to express corrosion resistance as stainless steel. In order to exhibit such an effect, it is necessary to contain Cr 16% or more. However, when Cr content becomes excess and exceeds 20%, the ferrite phase which causes the fall of high temperature strength will increase. The minimum with preferable Cr content is 16.5% or more (more preferably 17.0% or more), and a preferable upper limit is 19.5% or less (more preferably 19.0% or less).

[Nb : 0.1 내지 0.6%] [Nb: 0.1 to 0.6%]

Nb는, 탄질화물(탄화물, 질화물 또는 탄질화물)을 석출시킴으로써, 고온 강도의 개선에 유효한 원소이고, 또한 이 석출물이 결정립의 조대화를 억제하고, Cr의 확산을 촉진함으로써, 부차적으로 내식성 향상의 작용을 발휘한다. 필요한 석출량을 확보하기 위해서는, Nb는 0.1% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Nb 함유량이 0.6%를 초과하여 과잉으로 되면, 석출물이 조대화되어 인성의 저하를 초래하게 된다. Nb 함유량의 바람직한 하한은 0.12% 이상(보다 바람직하게는 0.15% 이상)이고, 바람직한 상한은 0.5% 이하(보다 바람직하게는 0.3% 이하)이다.Nb is an element effective for improving the high temperature strength by depositing carbonitride (carbide, nitride or carbonitride), and furthermore, the precipitate suppresses coarsening of crystal grains and promotes diffusion of Cr, thereby additionally improving corrosion resistance. It works. In order to secure the required amount of precipitation, it is necessary to contain Nb 0.1% or more. However, when Nb content exceeds 0.6% and becomes excessive, a precipitate will coarsen and will lead to fall of toughness. The minimum with preferable Nb content is 0.12% or more (more preferably 0.15% or more), and a preferable upper limit is 0.5% or less (more preferably 0.3% or less).

[Ti : 0.1 내지 0.6%] [Ti: 0.1 to 0.6%]

Ti도 Nb와 마찬가지의 작용을 발휘하지만, Nb 및 Zr과 복합 첨가함으로써, 석출물이 더욱 안정화되어 장기간의 고온 강도의 유지에도 유효하다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, Ti 함유량은 0.1% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Ti 함유량이 과잉으로 되면, Nb의 경우와 마찬가지로 석출물이 조대화되어 인성의 저하를 초래하게 되므로, 0.6% 이하로 할 필요가 있다. Ti 함유량의 바람직한 하한은 0.12% 이상(보다 바람직하게는 0.15% 이상)이고, 바람직한 상한은 0.5% 이하(보다 바람직하게는 0.3% 이하)이다.Ti also has the same effect as Nb, but by adding it in combination with Nb and Zr, the precipitate is further stabilized and is effective for maintaining long-term high temperature strength. In order to exhibit such an effect effectively, Ti content needs to be 0.1% or more. However, when Ti content becomes excess, since precipitate precipitates coarsening similarly to the case of Nb, and will fall toughness, it is necessary to be 0.6% or less. The minimum with preferable Ti content is 0.12% or more (more preferably 0.15% or more), and a preferable upper limit is 0.5% or less (more preferably 0.3% or less).

[B : 0.0005 내지 0.005%][B: 0.0005 to 0.005%]

B는, 강 중에 고용함으로써, 주요한 강화 기구의 하나인 M23C6형 탄화물(M은 탄화물 형성 원소)의 형성을 촉진시키는 작용이 있다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, B 함유량은 0.0005% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, B 함유량이 과잉으로 되면 열간 가공성이나 용접성의 저하를 초래하기 때문에, 0.005% 이하로 할 필요가 있다. B 함유량의 바람직한 하한은 0.001% 이상(보다 바람직하게는 0.0012% 이상)이고, 바람직한 상한은 0.004% 이하(보다 바람직하게는 0.003% 이하)이다.B has a function of promoting the formation of M 23 C 6 type carbide (M is a carbide forming element), which is one of the main reinforcing mechanisms, by solid solution in steel. In order to exhibit these effects effectively, the B content needs to be 0.0005% or more. However, when the B content is excessive, the hot workability and the weldability are deteriorated, so it is necessary to be 0.005% or less. The minimum with preferable B content is 0.001% or more (more preferably 0.0012% or more), and a preferable upper limit is 0.004% or less (more preferably 0.003% or less).

[N : 0.001 내지 0.15%] [N: 0.001 to 0.15%]

N은, 강 중에 고용함으로써 고용 강화에 의해 고온 강도를 향상시키는 작용이 있고, 또한 장기간의 고온 하중 하에 있어서, Cr이나 Nb와 질화물을 형성하여 고온 강도의 향상에 유효한 원소이다. 이들 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, N 함유량은 0.001% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, N 함유량이 과잉으로 되어 0.15%를 초과하면, 조대한 Ti 질화물이나 Nb 질화물의 형성을 초래하여 인성을 악화시킨다. N 함유량의 바람직한 하한은 0.002% 이상(보다 바람직하게는 0.003% 이상)이고, 바람직한 상한은 0.10% 이하(보다 바람직하게는 0.08% 이하, 더욱 바람직하게는 0.02% 이하)이다.N has an effect of improving the high temperature strength by solid solution strengthening by solid solution in steel, and is an element effective in improving the high temperature strength by forming nitride with Cr or Nb under a long time high temperature load. In order to exhibit these effects effectively, the N content needs to be 0.001% or more. However, when N content becomes excess and exceeds 0.15%, coarse Ti nitride and Nb nitride will be formed and toughness will deteriorate. The minimum with preferable N content is 0.002% or more (more preferably 0.003% or more), and a preferable upper limit is 0.10% or less (more preferably 0.08% or less, More preferably, 0.02% or less).

[S : 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음)][S: 0.005% or less (not including 0%)]

S는, 불가피 불순물이지만, 그 함유량이 증가하면 열간 가공성을 열화시키기 때문에, 0.005% 이하로 할 필요가 있다. 또한, S는 Ce를 황화물로서 고정함으로써 Ce를 첨가하는 것에 의한 작용을 손상시키므로, 바람직하게는 0.002% 이하(보다 바람직하게는 0.001% 이하)로 억제하는 것이 좋다.Although S is an unavoidable impurity, it is necessary to be 0.005% or less because its content deteriorates hot workability. In addition, since S impairs the effect of adding Ce by fixing Ce as a sulfide, it is preferable to suppress it to 0.002% or less (more preferably 0.001% or less).

[P : 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음)][P: 0.05% or less (not including 0%)]

P는, 불가피 불순물이지만, 그 함유량이 증가하면 용접성을 손상시키기 때문에, 0.05% 이하로 할 필요가 있다. 바람직하게는 0.04% 이하(보다 바람직하게는 0.03% 이하)로 억제하는 것이 좋다.Although P is an unavoidable impurity, it is necessary to make it 0.05% or less because its content deteriorates weldability. Preferably it is suppressed to 0.04% or less (more preferably 0.03% or less).

본 발명에서 규정하는 함유 원소는 상기와 같고, 잔량부는 철 및 불가피 불순물이며, Ce 원료를 미슈 메탈로 첨가할 때에 Ce보다도 저농도로 포함되는 La, Nd, Pr 등 외에, 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 따라서 반입되는 원소의 혼입이 허용될 수 있다. 단, 스크랩 원료에 유래하는 Sn, Pb, Sb, As, Zn 등의 저융점 불순물 금속은, 열간 가공 시나 고온 환경에서의 사용 시에 입계의 강도를 저하시키기 때문에, 열간 가공성이나 장기 사용 후의 내취화 균열을 개선하기 위해서는 저농도로 억제하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 강재는, 필요에 따라서 Mo나 W, Ca, Mg 등을 함유하고 있어도 되고, 함유되는 원소의 종류에 따라서 강재의 특성이 더욱 개선된다.The contained elements defined in the present invention are as described above, the remainder being iron and unavoidable impurities, and in addition to La, Nd, Pr, etc., which are contained at a lower concentration than Ce when the Ce raw material is added to the misch metal, raw materials, materials, manufacturing facilities, etc. Depending on the situation, the incorporation of the imported element may be allowed. However, low-melting-point impurity metals such as Sn, Pb, Sb, As, and Zn derived from the scrap raw material lower the strength of the grain boundary during hot working or when used in a high temperature environment. In order to improve a crack, it is desirable to suppress it at low concentration. Moreover, the steel material of this invention may contain Mo, W, Ca, Mg, etc. as needed, and the characteristic of a steel material improves further according to the kind of element to contain.

[Mo : 3% 이하(0%를 포함하지 않음) 및/또는 W : 5% 이하(0%를 포함하지 않음)][Mo: 3% or less (not including 0%) and / or W: 5% or less (without 0%)]

Mo 및 W는, 고용 강화에 의해 고온 강도를 향상시키는 효과가 있고, 필요에 따라서 함유시킴으로써 고온 강도를 더욱 상승시킬 수 있다. 그러나, Mo 함유량이 과잉으로 되면 열간 가공성을 저해하므로, 3% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 2.5% 이하(더욱 바람직하게는 2.0% 이하)이다. 또한, W 함유량이 과잉으로 되면 조대한 금속간 화합물을 형성하여 고온 연성의 저하를 초래하기 때문에, 5% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 4.5% 이하(더욱 바람직하게는 4.0% 이하)이다. 또한, 상기와 같은 효과를 유효하게 발휘시키기 위한 바람직한 하한은, Mo에서 0.1% 이상(보다 바람직하게는 0.5% 이상)이고, W에서 0.1% 이상(보다 바람직하게는 1.0% 이상)이다. 단, 이들 원소는 함유시킴으로써, 상기와 같은 작용을 발휘하지만, 그와 동시에 비용 증가를 초래하기 때문에, 필요한 강화량과 허용되는 비용에 따라서 함유량을 설정하면 된다.Mo and W have the effect of improving the high temperature strength by solid solution strengthening, and the content of Mo and W can be further increased by containing as necessary. However, when the Mo content becomes excessive, hot workability is inhibited, so it is preferable to set it as 3% or less. More preferably, it is 2.5% or less (more preferably 2.0% or less). In addition, when the W content is excessive, coarse intermetallic compounds are formed to cause high temperature ductility to be lowered. Therefore, the W content is preferably 5% or less. More preferably, it is 4.5% or less (more preferably 4.0% or less). Moreover, the minimum with preferable for exerting such an effect effectively is 0.1% or more (more preferably 0.5% or more) in Mo, and is 0.1% or more (more preferably 1.0% or more) in W. However, by containing these elements, the above-described effect is exerted, but at the same time, the cost is increased, so the content may be set in accordance with the required reinforcement amount and the allowable cost.

[Ca : 0.005% 이하(0을 포함하지 않음) 및/또는 Mg : 0.005% 이하(0을 포함하지 않음)] [Ca: 0.005% or less (not including 0) and / or Mg: 0.005% or less (not including 0)]

Ca 및 Mg는, 탈황ㆍ탈산 원소로서 작용하기 때문에, Ce 황화물이나 Ce 산화물의 형성을 억제하여 Ce의 수율 향상이나, 개재물 형성에 의한 인성 저하의 억제가 가능해진다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위한 바람직한 하한은 모두 0.0002% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.0005% 이상이다. 그러나, 이들 함유량이 과잉으로 되면, 용해 작업 중에 용강의 범핑이 발생하는 등의 작업상의 제약을 받기 때문에, 상한값을 모두 0.005% 이하로 하였다. 보다 바람직하게는 모두0.002% 이하이다.Since Ca and Mg act as desulfurization and deoxidation elements, the formation of Ce sulfide and Ce oxide can be suppressed to improve the yield of Ce and to suppress the decrease in toughness due to inclusion formation. The minimum with preferable minimum for exerting such an effect effectively is 0.0002% or more, More preferably, it is 0.0005% or more. However, when these contents become excess, since the operational restrictions, such as bumping of molten steel generate | occur | produce during a melt | dissolution operation, were made, all the upper limits were made 0.005% or less. More preferably, they are all 0.002% or less.

본 발명의 내열 오스테나이트계 스테인리스강은, 소정량의 Zr과 Ce를 함유함으로써, 내반복 산화 특성을 개선할 수 있는 것이지만, 특성을 더욱 향상시키기 위해서는, 금속 조직의 결정 입도를 제어하는 것이 유효하다. 이러한 관점에서, 내열 오스테나이트계 스테인리스강의 금속 조직의 결정 입도를, ASTM(American Society for Testing and Materials) 입도 번호로 6 이상, 12 미만의 미세 조직으로 하는 것이 바람직하다. 상기 입도 번호(결정 입도 번호)는, ASTM에 의해 정해진 것이며, 계수 방법(Planimetric method)에 의해 산출된 입도 번호를 의미한다.The heat-resistant austenitic stainless steel of the present invention can improve the repeated oxidation resistance by containing a predetermined amount of Zr and Ce, but in order to further improve the characteristics, it is effective to control the grain size of the metal structure. . From this point of view, it is preferable that the crystal grain size of the metal structure of the heat-resistant austenitic stainless steel be a microstructure of 6 or more and less than 12 in ASTM (American Society for Testing and Materials) particle size number. The particle size number (crystal particle size number) is determined by ASTM and means a particle size number calculated by a planimetric method.

금속 조직의 결정 입도가 ASTM 입도 번호로 6 미만이면, Zr과 Ce를 함유하는 것에 의한 내반복 산화 특성의 향상 효과 자체는 얻어지지만, 그 개선 효과를 충분히 높일 수 없게 된다. 이 입도 번호는 보다 바람직하게는 7 이상이며, 더욱 바람직하게는 9 이상이다. 한편, 열간ㆍ냉간 가공과 열처리에 의한 제관 프로세스에서는, 극단적으로 미세한 결정립 조직은 실질적으로 제작 불가능하기 때문에, 결정 입도의 상한은 12 미만으로 하는 것이 바람직하다. 제조 비용이나 생산성을 고려하면, 10 이하인 것이 보다 바람직하다.If the crystal grain size of the metal structure is less than 6 as the ASTM particle size number, the effect of improving the repeated oxidation resistance by containing Zr and Ce is obtained, but the improvement effect cannot be sufficiently increased. This particle size number is more preferably 7 or more, and still more preferably 9 or more. On the other hand, in the steel-making process by hot / cold processing and heat processing, since an extremely fine grain structure cannot be produced substantially, it is preferable to set the upper limit of crystal grain size to less than 12. When manufacturing cost and productivity are considered, it is more preferable that it is 10 or less.

상기와 같은 결정 입도 범위는, 결정립계의 피닝에 기여하는 성분의 첨가량과, 제관 프로세스 중의 인발이나 압출 등의 열간ㆍ냉간 가공과 열처리의 조건을 조정함으로써 얻어진다. 이들 3개의 요인에 의해 각각의 최적 조건은 변화하지만, 결정 입도를 미세하게 하기 위해서는 석출되는 원소의 첨가량이 많고, 가공도를 높게, 열처리 온도를 낮게 할 필요가 있다. 냉간ㆍ열간 가공은 두께 조정과, 변형을 도입하여 가공 후의 열처리에서 결정립 조직을 정렬시키는 것이 목적이며, 통상은 30% 이상의 단면 감소율로 실시된다. 또한, 열처리는 왜곡을 제거하는 것이 목적이며, 대략 1000℃ 이상, 1300℃ 미만의 온도 범위에 있어서 실시된다. 예를 들면, 단면 감소율이 35% 정도인 경우, 열처리 온도를 1250℃ 이하, 바람직하게는 1225℃ 이하, 특히 바람직하게는 1150℃ 이하로 함으로써, 규정의 입도 범위를 얻을 수 있지만, 석출 성분ㆍ가공ㆍ열처리의 밸런스에 따라서는 이 조건에 한정되는 것은 아니다.The crystal grain size range as described above is obtained by adjusting the addition amount of the component contributing to the pinning of the grain boundary, and the conditions of hot and cold working and heat treatment such as drawing and extrusion in the tube making process. The optimum conditions vary depending on these three factors. However, in order to refine the crystal grain size, it is necessary to increase the addition amount of the precipitated element, increase the workability, and lower the heat treatment temperature. Cold and hot working are aimed at aligning the grain structure in the heat treatment after processing by introducing thickness adjustment and deformation, and are usually performed at a cross-sectional reduction rate of 30% or more. In addition, the heat processing aims at removing distortion, and is implemented in the temperature range of about 1000 degreeC or more and less than 1300 degreeC. For example, when the reduction ratio of the cross section is about 35%, the prescribed particle size range can be obtained by setting the heat treatment temperature to 1250 ° C or lower, preferably 1225 ° C or lower, particularly preferably 1150 ° C or lower. ㆍ It is not limited to this condition depending on the balance of heat processing.

상기와 같은 내열 오스테나이트계 스테인리스강을 사용하여 보일러용 전열관을 구성함으로써, 반복 산화 환경 하에서 우수한 특성을 발휘하는 것으로 된다.By using heat-resistant austenitic stainless steel as described above, a heat exchanger tube for a boiler is formed, thereby exhibiting excellent characteristics under a repeated oxidation environment.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니고, 상기, 후술하는 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. This invention is not restrict | limited by the following example, Of course, it is also possible to carry out by changing suitably in the range which may be suitable for the meaning mentioned later, and they are all included in the technical scope of this invention.

실시예 Example

[실시예 1] Example 1

하기 표 1에 나타내는 화학 성분 조성으로 이루어지는 각종 강재를 용해하고, 진공 용해로(VIF)에서 용제한 20㎏ 잉곳을 폭 : 120㎜×두께 : 20㎜의 치수로 열간 단조 가공하고, 1250℃에서 열처리를 실시한 후, 냉간 압연에 의해 두께 : 13㎜까지 가공하였다. 그 후, 1150℃에서 5분의 열처리를 다시 실시하여, 이것을 모재로 하였다. 이 모재로부터 20㎜×30㎜×2㎜의 강재를 기계 가공에 의해 잘라내고, 에머리 페이퍼를 사용한 연마와 다이아몬드 지립을 사용한 버프 연마에 의해, 강재의 표면을 평활ㆍ경면화하여 시험편을 제작하였다.The various steel materials which consist of the chemical composition shown in following Table 1 are melt | dissolved, 20 kg ingot melt | dissolved in the vacuum melting furnace (VIF) is hot-forged-processed by the dimension of width: 120 mm x thickness: 20 mm, and heat-processed at 1250 degreeC. After implementation, it was processed to thickness: 13 mm by cold rolling. Thereafter, heat treatment was performed at 1150 ° C. for 5 minutes again to form a base material. The steel material of 20 mm x 30 mm x 2 mm was cut out from this base material by machining, the surface of the steel material was smoothed and mirror-hardened by the grinding | polishing using the emery paper, and the buffing | polishing using the diamond abrasive grain, and the test piece was produced.

또한, 하기 표 1에 나타낸 강재 중, 시험 No.1 내지 10은 본 발명에서 규정하는 요건을 만족시키는 강재(본 발명 강), 시험 No.11 내지 16은 본 발명에서 규정하는 요건을 벗어나는 강재(비교 강)이고, 이 중 시험 No.14, 15, 16은, 각각 기존 강인 「파이어 SUS304J1HTB 상당 강」, 「SUS304L 상당 강」, 「SUS310S 상당 강」이다. 또한, 시험 No.7, 8은 Ce를 미슈 메탈로 첨가한 강재이고, 불순물로서 La, Pr, Nd 등이 포함되어 있다. 시험 No.9, 10은 각각 Mg와 Ca를 첨가한 강재이다.In addition, among the steels shown in Table 1, Test Nos. 1 to 10 are steels (steel of the present invention) that satisfy the requirements specified in the present invention, and Test Nos. 11 to 16 are steels that deviate from the requirements specified in the present invention. Comparative steel), and tests No. 14, 15, and 16 are the existing steels "Fire SUS304J1HTB equivalent steel", "SUS304L equivalent steel", and "SUS310S equivalent steel", respectively. In addition, Test Nos. 7 and 8 are steel materials in which Ce is added as a misch metal, and La, Pr, Nd, etc. are contained as impurities. Test No. 9 and 10 are steel materials which added Mg and Ca, respectively.

상기 「파이어 SUS304J1HTB 상당 강」(시험 No.14)은, 18Cr-8Ni 오스테나이트계 스테인리스강에 속하고, 보일러 전열관으로서 사용 실적이 있는 강종이다(예를 들면, 「마테리아(MATERIA Japan)」 제46권, 제2호, 2007, P99-101). 또한, SUS310S상당 강(시험 No.16)은, 25Cr-20Ni 오스테나이트계 스테인리스강에 속하고, 18Cr-8Ni 오스테나이트계 스테인리스강보다도 Ni를 많이 포함하기 때문에 고가이지만, 화학 성분의 점에서 본질적으로 18Cr-8Ni 오스테나이트계 스테인리스강보다도 내식성이 우수한 강종이다.Said "fire SUS304J1HTB equivalency steel" (test No. 14) belongs to 18Cr-8Ni austenitic stainless steel, and is a steel grade which has been used as a boiler heat exchanger tube (for example, "MATERIA Japan" 46 Vol. 2, 2007, P99-101). In addition, SUS310S equivalent steel (test No. 16) belongs to 25Cr-20Ni austenitic stainless steel and is expensive because it contains more Ni than 18Cr-8Ni austenitic stainless steel. Corrosion resistance is better than 18Cr-8Ni austenitic stainless steel.

Figure pct00001
Figure pct00001

상기에서 얻어진 각종 시험편을 사용하여, 두께 감소량을 평가하기 위해서 반복 산화 시험을 실시하였다. 이 반복 산화 시험에서는, 노 내 가열 25분, 대기 방냉 5분의 사이클로 샘플을 1100℃의 대기로로부터 출납하고, 20사이클까지 가열과 냉각을 반복하였다. 반복 산화 시험 후에, 시험편의 중량 변화를 전자 천칭으로 측정하여, 강재의 두께 감소량(mgㆍ㎝-2)을 산출하였다. 또한 반복 산화 시험 후의 시험편의 표면 거칠기를, 육안에 의해 관찰하였다.In order to evaluate the thickness reduction amount, the repeated oxidation test was done using the various test pieces obtained above. In this repeated oxidation test, the sample was taken out from the atmosphere furnace of 1100 degreeC by the cycle of 25 minutes of furnace heating and 5 minutes of air cooling, and heating and cooling were repeated to 20 cycles. After the repeated oxidation test, the weight change of the test piece was measured by electronic balance, and the thickness reduction amount (mg · cm −2 ) of the steel was calculated. In addition, the surface roughness of the test piece after the repeated oxidation test was observed by visual observation.

상기의 측정 결과(두께 감소량, 표면 거칠기)를, 하기 표 2에 나타낸다.The measurement results (thickness reduction amount, surface roughness) are shown in Table 2 below.

Figure pct00002
Figure pct00002

이 결과로부터, 다음과 같이 고찰할 수 있다. 본 발명에서 규정하는 화학 성분 조성을 만족시키는 강(본 발명 강 : 시험 No.1 내지 10)은, 기존 강(시험 No.14, 15)이나, 본 발명에서 규정하는 화학 성분 조성으로부터 벗어난 비교 강(시험 No.11 내지 13)에 비해 두께 감소량이 작아져 있어, Zr과 Ce의 복합 첨가에 의해 스케일 박리가 발생하기 어려워, 두께 감소량을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.From this result, it can be considered as follows. Steels satisfying the chemical component composition specified in the present invention (steel of the present invention: Test Nos. 1 to 10) are conventional steels (test Nos. 14 and 15) or comparative steels deviating from the chemical component composition specified in the present invention ( It turns out that the amount of thickness reduction is small compared with Test No.11-13), scale peeling hardly arises by the composite addition of Zr and Ce, and thickness reduction amount can be suppressed.

또한, 본 발명 강쪽이 스케일 표면의 거칠기가 평활한 것으로부터도, 스케일의 생성ㆍ박리가 발생하지 않은 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명 강은 Ni 함유량이 많아 내식성이 우수한 것으로 여겨지고 있는 25Cr-20Ni의 기존 강 SUS310S 상당 강(시험 No.16)과 동등한 특성을 발휘하고 있어, 18Cr-8Ni 오스테나이트계 스테인리스강으로 염가임에도 불구하고, 내반복 산화 특성을 25Cr-20Ni 오스테나이트계 스테인리스강과 동등하게까지 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.Further, it can be seen that generation and peeling of scale did not occur even when the roughness of the scale surface was smooth in the steel of the present invention. The steel of the present invention exhibits properties equivalent to that of 25Cr-20Ni conventional steel SUS310S equivalent steel (test No. 16), which is considered to be excellent in corrosion resistance due to its high Ni content. Nevertheless, it can be seen that the repeated oxidation resistance can be improved to be equivalent to that of 25Cr-20Ni austenitic stainless steel.

[실시예 2][Example 2]

표 1, 2에 나타낸 시험 No.1 내지 6의 발명 강과, 시험 No.14의 비교 강에 대하여, 단면 감소율 35%의 냉간 가공 후에 열처리 온도를 1125 내지 1275℃의 온도 범위로 변화시켜, 각각의 강재로 결정 입도 번호가 4.5 내지 10.0인 시료를 제작하였다. 반복 산화 시험은 노 내 가열 25분, 대기 방냉 5분의 온도 사이클로, 샘플을 1100℃의 대기로로부터 출납하고, 40사이클 후의 시험편 질량을 초기 상태의 시험편 질량과 비교함으로써 질량 감소량(두께 감소량 : ㎎ㆍ㎝-2)을 구하였다.For the inventive steels of Test Nos. 1 to 6 shown in Tables 1 and 2 and the comparative steel of Test No. 14, the heat treatment temperature was changed to a temperature range of 1125 to 1275 ° C after cold working at a section reduction rate of 35%, respectively. A sample having a crystal grain size number of 4.5 to 10.0 was made of steel. The repeated oxidation test is carried out with a temperature cycle of 25 minutes of heating in the furnace and 5 minutes of atmospheric cooling, and the sample is taken out from the atmosphere furnace at 1100 ° C., and the mass reduction amount (thickness reduction amount: mg Cm- 2 ) was obtained.

사이클수에 대해서는, Zr과 Ce를 첨가한 강의 일부에서 두께 감소량이 대폭 개선되어, 20사이클 후의 두께 감소량이, 입도에 따라서는 오차 정도이었기 때문에, 40사이클까지 가열과 냉각을 반복하였다. 결정 입도의 산출에는 1강종당 3시야의 관찰을 행하였다.Regarding the number of cycles, the reduction in thickness was greatly improved in a part of the steel to which Zr and Ce were added, and the heating and cooling were repeated up to 40 cycles because the thickness reduction after 20 cycles was an error depending on the particle size. Calculation of the crystal grain size was carried out at 3 o'clock per steel class.

상기의 측정 결과(두께 감소량)를, 결정 입도와 함께 하기 표 3에 나타낸다.The said measurement result (thickness reduction amount) is shown in following Table 3 with crystal grain size.

Figure pct00003
Figure pct00003

이 결과로부터, 다음과 같이 고찰할 수 있다. 결정 입도 번호가 6 이상인 샘플이, 화학 성분 조성 외에 결정 입경까지 본원 발명의 규정을 만족시키는 발명예, 6 미만의 샘플이 화학 성분 조성은 만족시키지만 결정 입경은 만족시키지 않는 발명예이다(입도 번호에 밑줄을 표시하고 있음). 시험 No.14의 비교 강의 결과에 나타내어져 있는 바와 같이, 본원 발명의 화학 성분 조성을 벗어나는 강재에서는, 결정 입도가 변화해도 두께 감소량이 거의 변화하지 않지만, 시험 No.1 내지 6의 발명 강에서는 결정 입도 번호가 큰 것일수록 두께 감소량이 저감되는 경향이 있는 것을 알 수 있다. 또한, 결정 입도가 상이한 발명 강 모두가 시험 No.14의 기존 강보다 두께 감소량을 경감할 수 있기 때문에, Zr과 Ce의 첨가 자체에 의해, 내반복 산화 특성이 향상되는 것 및 화학 성분 조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내이어도, 결정 입도가 미세할수록 특성이 더욱 좋아지는 것을 알 수 있다.From this result, it can be considered as follows. A sample having a crystal grain size number of 6 or more is an invention example satisfying the provisions of the present invention up to the crystal grain size in addition to the chemical composition, and a sample of less than 6 satisfies the chemical composition but does not satisfy the crystal grain size. Underlining). As shown in the results of the comparative steel of Test No. 14, in the steel that deviates from the chemical composition of the present invention, the amount of decrease in thickness hardly changes even when the crystal grain size changes, but in the inventive steels of Test Nos. 1 to 6, the crystal grain size It is understood that the larger the number is, the smaller the thickness reduction tends to be. In addition, since all invention steels having different crystal grain sizes can reduce the amount of thickness reduction than the existing steel of Test No. 14, the addition of Zr and Ce itself improves the resistance to repeated oxidation and the chemical composition Even within the range defined by the invention, it can be seen that the finer the grain size, the better the characteristics.

본 발명 강인 No.1 내지 6의 각각의 입도 의존성을 보면, 각 강종에서 Zr과 Ce의 함유량에 기인한 절대값으로서의 특성차는 있지만, 어느 강종에 있어서도 결정 입도 번호가 6 미만에 비해 6 이상인 경우에 높은 내반복 산화 특성으로 되고, 특히 7 이상, 또한 9 이상의 입도에 있어서 현저한 개선 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 조성 범위를 만족시키는 강재로 함으로써, 내반복 산화 특성을 개선할 수 있지만, 결정 입도를 조정함으로써 그 효과를 더욱 높여, 우수한 내반복 산화 특성을 안정적으로 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.In view of the particle size dependence of the steels of the present invention Nos. 1 to 6, although there is a characteristic difference as an absolute value due to the content of Zr and Ce in each steel grade, when the grain size number is 6 or more compared to less than 6 in any steel grade, It turns out that it becomes a high repetitive oxidation characteristic and especially the remarkable improvement effect is acquired in 7 or more and 9 or more particle sizes. In other words, by using a steel material satisfying the composition range of the present invention, it is possible to improve the repeated oxidation resistance, but it can be seen that by adjusting the crystal grain size, the effect can be further enhanced, and excellent repeated oxidation characteristics can be stably obtained. .

본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변형이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.Although this invention was detailed also demonstrated with reference to the specific embodiment, it is clear for those skilled in the art that various changes and correction can be added without deviating from the mind and range of this invention.

본 출원은, 2011년 5월 11일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2011-106588호), 2011년 9월 16일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2011-203604호), 2012년 3월 5일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2012-048357호)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 인용된다.This application is a Japanese patent application (Japanese Patent Application No. 2011-106588) filed on May 11, 2011, a Japanese Patent Application (Japanese Patent Application No. 2011-203604) filed on September 16, 2011, It is based on the Japanese patent application (Japanese Patent Application No. 2012-048357) for which it applied on March 5, 2012, The content is taken in here as a reference.

본 발명의 내열 오스테나이트계 스테인리스강은, 보일러 등의 전열관 재료로서 적절하게 사용된다.The heat-resistant austenitic stainless steel of this invention is used suitably as heat exchanger tube materials, such as a boiler.

Claims (3)

C : 0.05 내지 0.2%(질량%의 의미. 이하, 화학 성분 조성에 대하여 동일함), Si : 0.1 내지 1%, Mn : 0.1 내지 2.5%, Cu : 1 내지 4%, Ni : 7 내지 12%, Cr : 16 내지 20%, Nb : 0.1 내지 0.6%, Zr : 0.05 내지 0.4%, Ce : 0.005 내지 0.1%, Ti : 0.1 내지 0.6%, B : 0.0005 내지 0.005%, N : 0.001 내지 0.15%, S : 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음) 및 P : 0.05% 이하(0%를 포함하지 않음)를 각각 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 내반복 산화 특성이 우수한 내열 오스테나이트계 스테인리스강.C: 0.05 to 0.2% (meaning of mass%, which is the same with respect to chemical component composition), Si: 0.1 to 1%, Mn: 0.1 to 2.5%, Cu: 1 to 4%, and Ni: 7 to 12% , Cr: 16-20%, Nb: 0.1-0.6%, Zr: 0.05-0.4%, Ce: 0.005-0.1%, Ti: 0.1-0.6%, B: 0.0005-0.005%, N: 0.001-0.15%, S: 0.005% or less (does not contain 0%) and P: 0.05% or less (does not contain 0%), respectively, and the residual amount consists of iron and inevitable impurities, Excellent heat-resistant austenitic stainless steel. 제1항에 있어서,
하기 원소 중 적어도 하나를 더 함유하는, 내반복 산화 특성이 우수한 내열 오스테나이트계 스테인리스강.
Mo : 3% 이하(0%를 포함하지 않음)
W : 5% 이하(0%를 포함하지 않음)
Ca : 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음)
Mg : 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음)
The method of claim 1,
A heat-resistant austenitic stainless steel excellent in repeated oxidation resistance, further containing at least one of the following elements.
Mo: 3% or less (does not contain 0%)
W: 5% or less (does not include 0%)
Ca: 0.005% or less (does not contain 0%)
Mg: 0.005% or less (does not contain 0%)
제1항 또는 제2항에 있어서,
금속 조직의 결정 입도가 ASTM 입도 번호로 6 이상, 12 미만인, 내반복 산화 특성이 우수한 내열 오스테나이트계 스테인리스강.
3. The method according to claim 1 or 2,
Heat-resistant austenitic stainless steel having excellent repeated oxidation resistance, wherein the grain size of the metal structure is 6 or more and less than 12 in ASTM particle size number.
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