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ASTM A213 TP310Cb ニオブ安定化25Cr-20Niオーステナイト系耐熱ステンレス鋼

概要

ASTM A213 TP310Cb（UNS S31040）は、TP310にニオブを添加し、高温酸化抵抗性を維持しながら感度化抵抗性を向上させたオーステナイト系耐熱ステンレス鋼です。25%Cr-20%Niの高合金組成にNb安定化を施し、溶接構造を伴う超高温用途に対応しています。

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)	24.0 – 26.0 %
マンガン (Mn)	2.00 %
ニッケル (Ni)	19.0 – 22.0 %
ニオブ (Nb)	1.10 %
リン (P)	0.05 %
ケイ素 (Si)	1.00 %
硫黄 (S)	0.03 %

TP310系グレードの比較と使い分け

グレード	C%	Nb%	高温強度	感度化抵抗性	推奨用途
TP310S	≤0.08	–	標準	良好	一般耐熱・溶接構造
TP310H	0.04–0.10	–	高	要注意	高温構造（非溶接主体）
TP310Cb	0.08	1.10	標準～高	優秀	溶接構造・高温配管
TP310HCb	0.04–0.10	1.10	最高	優秀	最高温度溶接構造

ニオブ安定化の技術的意義

炭化物固定: NbはC、Nと強い親和性を持ち、Nb(C,N)として析出。Cr₂₃C₆の粒界析出を抑制し、クロム欠乏層形成を防ぐ
析出強化: 微細なNbCがマトリックス内に分散し、高温クリープ強度に寄与
溶接熱影響部保護: 溶接時の感度化温度域（550–850℃）通過時にNbCが優先析出し、粒界腐食感受性を大幅低減

高温酸化抵抗性

連続使用限界: 酸化雰囲気で約1150℃（TP310S/TP310Hと同等）
スケール特性: 緻密で保護性の高いCr₂O₃主体の酸化皮膜を形成
熱サイクル耐性: 熱膨張係数が酸化皮膜と近く、スケール剥離しにくい

主な用途

石油精製・石油化学：改質炉・パイロリシス炉チューブ（溶接構造）
高温熱交換器・リカバラーボイラーチューブ
焼却炉・排ガス処理設備の高温ダクト・チューブ
熱処理炉内部品（コンベヤー、治具、マフル）
ガスタービン排気系部品

熱処理と供給状態

固溶熱処理（1040–1120℃、急冷）状態で供給。ニオブ添加量は通常「8×C%以上」とされ、炭素0.08%に対し0.64%以上が必要ですが、規格では1.10%程度が規定されており、十分な安定化余裕を持っています。ASME BPVC Section II Part D収載材料です。

ASTM A213 TP316 モリブデン含有オーステナイト系ステンレス鋼 – 耐食性強化グレード ASTM A213 TP321H チタン安定化オーステナイト系耐熱ステンレス鋼 – 高温強度重視グレード

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