ASTM A213 TP309Cb ニオブ安定化オーステナイト系耐熱ステンレス鋼
概要
ASTM A213 TP309Cb（UNS S30940）は、22–24%Cr、12–16%Niのオーステナイト系耐熱ステンレス鋼にニオブを添加し、高温酸化抵抗性と感度化抵抗性を両立させたグレードです。TP309Hの改良版として、溶接構造を伴う高温用途で広く採用されています。
一般特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 密度 | 23.0 ℃ | 7.9 – 8.2 g/cm³ | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
機械的特性（室温、熱処理後）
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 弾性係数 | 23.0 ℃ | 195 GPa | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
| 伸び（A50） | 23.0 ℃ | 35 % | |
| ブリネル硬度 | 23.0 ℃ | 192 HB | |
| ロックウェルB硬度 | 23.0 ℃ | 90 HRB | |
| ビッカース硬度 | 23.0 ℃ | 200 HV | |
| ポアソン比 | 23.0 ℃ | 0.30 | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
| せん断弾性係数 | 23.0 ℃ | 77 GPa | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
| 引張強さ | 23.0 ℃ | 515 MPa | |
| 降伏強さ | 23.0 ℃ | 205 MPa |
熱的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 線膨張係数 | 23.0 ℃ | 1.7 – 1.9 × 10⁻⁵ 1/K | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
| 融点 | – | 1230 – 1480 ℃ | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
| 比熱容量 | 23.0 ℃ | 440 J/(kg·K) | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
| 熱伝導率 | 23.0 ℃ | 11 – 21 W/(m·K) | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
電気的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 電気抵抗率 | 23.0 ℃ | 8.5 × 10⁻⁷ Ω·m | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
化学組成（質量%）
| 元素 | 含有量 |
|---|---|
| 炭素 (C) | 0.08 % |
| クロム (Cr) | 22.0 – 24.0 % |
| マンガン (Mn) | 2.00 % |
| ニッケル (Ni) | 12.0 – 16.0 % |
| ニオブ (Nb) | 1.10 % |
| リン (P) | 0.05 % |
| ケイ素 (Si) | 1.00 % |
| 硫黄 (S) | 0.03 % |
ニオブ安定化のメリット
- 炭化物固定: Nb(C,N)として炭素・窒素を固定し、Cr₂₃C₆析出を抑制
- 溶接性向上: 溶接熱影響部の粒界腐食感受性を大幅に低減
- 高温クリープ特性: 微細なNbC析出による析出強化効果で長期クリープ強度を維持
関連グレードとの比較
| グレード | Cr% | Ni% | 安定化元素 | 主用途温度 |
|---|---|---|---|---|
| TP309S | 22–24 | 12–15 | – | ~1000℃ |
| TP309H | 22–24 | 12–15 | – | ~1050℃（高温強度重視） |
| TP309Cb | 22–24 | 12–16 | Nb | ~1000℃（溶接構造） |
| TP309HCb | 22–24 | 12–16 | Nb | ~1050℃（高温強度＋溶接性） |
主な用途
- 石油精製・石油化学プラントの高温炉チューブ（溶接構造）
- 触媒改質装置・パイロリシス炉チューブ
- 排ガス処理・焼却炉の高温ダクト・チューブ
- 熱処理炉用コンベヤー・治具・バスケット
熱処理と供給状態
固溶熱処理（1040–1120℃、急冷）状態で供給。ニオブ添加により、溶接後の応力除去焼鈍（870℃程度）でも感度化しにくい特性を持ちます。ASME BPVC Section II Part D収載材料です。
金属
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