DIN 17460 X8CrNiNb16-13 – タービン・高圧水素容器用高温固溶処理鋼
X8CrNiNb16-13 の概要
DIN 17460規格のX8CrNiNb16-13は、ニオブで安定化されたオーステナイト系耐熱鋼で、固溶処理状態で供給されます。800°Cまでの高温強度と酸化抵抗性を持ち、脆化感受性がありません。タービン・蒸気装置製造、高温作業工具、高圧水素化反応容器（高温高圧水素環境）に使用されます。Moを含まないため、X8CrNiMoNb16-16と比較して耐孔食性は劣りますが、高温クリープ強度と水素環境下での性能に優れます。
一般特性
| 特性 | 温度 | 値 |
|---|
| 密度 | 20 °C | 7.96–7.98 g/cm³ |
| 密度 | 50 °C | 7.96 g/cm³ |
| 密度 | 100 °C | 7.94 g/cm³ |
| 密度 | 150 °C | 7.92 g/cm³ |
| 密度 | 200 °C | 7.90 g/cm³ |
| 密度 | 250 °C | 7.88 g/cm³ |
| 密度 | 300 °C | 7.86 g/cm³ |
| 密度 | 350 °C | 7.83 g/cm³ |
| 密度 | 400 °C | 7.81 g/cm³ |
| 密度 | 450 °C | 7.79 g/cm³ |
| 密度 | 500 °C | 7.76 g/cm³ |
| 密度 | 550 °C | 7.74 g/cm³ |
| 密度 | 600 °C | 7.71 g/cm³ |
| 密度 | 650 °C | 7.68 g/cm³ |
| 密度 | 700 °C | 7.66 g/cm³ |
| 密度 | 750 °C | 7.63 g/cm³ |
| 密度 | 800 °C | 7.61 g/cm³ |
機械的特性
| 特性 | 温度 | 値 |
|---|
| 弾性率 | −100 °C | 206 GPa |
| 弾性率 | 20 °C | 196–199.4 GPa |
| 弾性率 | 50 °C | 197.6 GPa |
| 弾性率 | 100 °C | 190–193.7 GPa |
| 弾性率 | 150 °C | 189.4 GPa |
| 弾性率 | 200 °C | 182–184.8 GPa |
| 弾性率 | 250 °C | 180.1 GPa |
| 弾性率 | 300 °C | 174–175.5 GPa |
| 弾性率 | 350 °C | 170.9 GPa |
| 弾性率 | 400 °C | 166–167 GPa |
| 弾性率 | 450 °C | 162.3 GPa |
| 弾性率 | 500 °C | 158–159 GPa |
| 弾性率 | 550 °C | 154.0 GPa |
| 弾性率 | 600 °C | 150.0 GPa |
| 弾性率 | 650 °C | 146.1 GPa |
| 弾性率 | 700 °C | 142–142.1 GPa |
| 弾性率 | 750 °C | 138.3 GPa |
| 弾性率 | 800 °C | 134–134.7 GPa |
| 弾性率 | 900 °C | 127 GPa |
| 弾性率 | 1000 °C | 120 GPa |
| 伸び | 20 °C | 22–35 % |
| ポアソン比 | 20–150 °C | 0.28 |
| ポアソン比 | 200–250 °C | 0.29 |
| ポアソン比 | 300–350 °C | 0.30 |
| ポアソン比 | 400–450 °C | 0.31 |
| ポアソン比 | 500–550 °C | 0.31–0.32 |
| ポアソン比 | 600–700 °C | 0.32 |
| ポアソン比 | 750 °C | 0.32 |
| ポアソン比 | 800 °C | 0.33 |
| せん断弾性率 | 20 °C | 77.0–78.1 GPa |
| せん断弾性率 | 50 °C | 77.3 GPa |
| せん断弾性率 | 100 °C | 75.7 GPa |
| せん断弾性率 | 150 °C | 73.9 GPa |
| せん断弾性率 | 200 °C | 71.9 GPa |
| せん断弾性率 | 250 °C | 70.0 GPa |
| せん断弾性率 | 300 °C | 67.9 GPa |
| せん断弾性率 | 350 °C | 65.8 GPa |
| せん断弾性率 | 400 °C | 64.0 GPa |
| せん断弾性率 | 450 °C | 62.1 GPa |
| せん断弾性率 | 500 °C | 60.3 GPa |
| せん断弾性率 | 550 °C | 58.6 GPa |
| せん断弾性率 | 600 °C | 56.9 GPa |
| せん断弾性率 | 650 °C | 55.3 GPa |
| せん断弾性率 | 700 °C | 53.9 GPa |
| せん断弾性率 | 750 °C | 52.3 GPa |
| せん断弾性率 | 800 °C | 50.8 GPa |
| 引張強さ | 20 °C | 510–690 MPa |
| 0.2%耐力 (Rp0.2) | 20 °C | 205 MPa |
| 0.2%耐力 (Rp0.2) | 100 °C | 175 MPa |
| 0.2%耐力 (Rp0.2) | 200 °C | 157 MPa |
| 0.2%耐力 (Rp0.2) | 300 °C | 137 MPa |
| 0.2%耐力 (Rp0.2) | 400 °C | 128 MPa |
| 0.2%耐力 (Rp0.2) | 500 °C | 118 MPa |
| 0.2%耐力 (Rp0.2) | 550 °C | 118 MPa |
| 0.2%耐力 (Rp0.2) | 600 °C | 113 MPa |
| 1.0%耐力 (Rp1.0) | 20 °C | 245 MPa |
| 1.0%耐力 (Rp1.0) | 100 °C | 205 MPa |
| 1.0%耐力 (Rp1.0) | 200 °C | 186 MPa |
| 1.0%耐力 (Rp1.0) | 300 °C | 167 MPa |
| 1.0%耐力 (Rp1.0) | 400 °C | 157 MPa |
| 1.0%耐力 (Rp1.0) | 500 °C | 147 MPa |
| 1.0%耐力 (Rp1.0) | 550 °C | 147 MPa |
| 1.0%耐力 (Rp1.0) | 600 °C | 142 MPa |
熱的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|
| 熱膨張係数 | −100 °C | 1.49×10⁻⁵ 1/K | — |
| 熱膨張係数 | 20 °C | 1.61×10⁻⁵ 1/K | — |
| 熱膨張係数 | 100 °C | 1.63–1.67×10⁻⁵ 1/K | — |
| 熱膨張係数 | 200 °C | 1.69–1.72×10⁻⁵ 1/K | — |
| 熱膨張係数 | 300 °C | 1.73–1.77×10⁻⁵ 1/K | — |
| 熱膨張係数 | 400 °C | 1.78–1.81×10⁻⁵ 1/K | — |
| 熱膨張係数 | 500 °C | 1.82–1.84×10⁻⁵ 1/K | — |
| 熱膨張係数 | 600 °C | 1.85–1.88×10⁻⁵ 1/K | — |
| 熱膨張係数 | 700 °C | 1.87–1.91×10⁻⁵ 1/K | — |
| 熱膨張係数 | 800 °C | 1.94×10⁻⁵ 1/K | — |
| 熱膨張係数 | 900 °C | 1.97×10⁻⁵ 1/K | — |
| 熱膨張係数 | 1000 °C | 2.00×10⁻⁵ 1/K | — |
| 長期最高使用温度 | — | 0–800 °C | — |
| 融点 | — | 1230–1480 °C | オーステナイト系ステンレス鋼の代表値 |
| 比熱容量 | −100 °C | 440 J/(kg·K) | — |
| 比熱容量 | 20 °C | 450–472 J/(kg·K) | — |
| 比熱容量 | 100 °C | 487 J/(kg·K) | — |
| 比熱容量 | 200 °C | 503 J/(kg·K) | — |
| 比熱容量 | 300 °C | 512 J/(kg·K) | — |
| 比熱容量 | 400 °C | 520 J/(kg·K) | — |
| 比熱容量 | 500 °C | 530 J/(kg·K) | — |
| 比熱容量 | 600 °C | 541 J/(kg·K) | — |
| 比熱容量 | 700 °C | 551 J/(kg·K) | — |
| 比熱容量 | 800 °C | 559 J/(kg·K) | — |
| 比熱容量 | 900 °C | 565 J/(kg·K) | — |
| 比熱容量 | 1000 °C | 571 J/(kg·K) | — |
| 熱伝導率 | 20 °C | 13.3–16 W/(m·K) | — |
| 熱伝導率 | 100 °C | 14.9 W/(m·K) | — |
| 熱伝導率 | 200 °C | 16.5 W/(m·K) | — |
| 熱伝導率 | 300 °C | 18.1 W/(m·K) | — |
| 熱伝導率 | 400 °C | 19.5 W/(m·K) | — |
| 熱伝導率 | 500 °C | 21.0 W/(m·K) | — |
| 熱伝導率 | 600 °C | 22.4 W/(m·K) | — |
| 熱伝導率 | 700 °C | 23.8 W/(m·K) | — |
| 熱伝導率 | 800 °C | 25.2 W/(m·K) | — |
| 熱拡散率 | 20 °C | 3.5 mm²/s | — |
| 熱拡散率 | 100 °C | 3.8 mm²/s | — |
| 熱拡散率 | 200 °C | 4.0 mm²/s | — |
| 熱拡散率 | 300 °C | 4.3 mm²/s | — |
| 熱拡散率 | 400 °C | 4.5 mm²/s | — |
| 熱拡散率 | 500 °C | 4.7 mm²/s | — |
| 熱拡散率 | 600 °C | 4.8 mm²/s | — |
| 熱拡散率 | 700 °C | 5.1 mm²/s | — |
| 熱拡散率 | 800 °C | 5.4 mm²/s | — |
電気的特性
| 特性 | 温度 | 値 |
|---|
| 電気抵抗率 | 20 °C | 7.38–7.91×10⁻⁷ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 50 °C | 7.61×10⁻⁷ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 100 °C | 7.99–8.45×10⁻⁷ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 150 °C | 8.38×10⁻⁷ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 200 °C | 8.72–9.19×10⁻⁷ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 250 °C | 9.04×10⁻⁷ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 300 °C | 9.34–9.77×10⁻⁷ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 350 °C | 9.63×10⁻⁷ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 400 °C | 9.91–10.3×10⁻⁷ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 450 °C | 1.02×10⁻⁶ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 500 °C | 1.04–1.08×10⁻⁶ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 550 °C | 1.06×10⁻⁶ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 600 °C | 1.08–1.12×10⁻⁶ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 650 °C | 1.10×10⁻⁶ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 700 °C | 1.12–1.15×10⁻⁶ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 750 °C | 1.14×10⁻⁶ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 800 °C | 1.15–1.18×10⁻⁶ Ω·m |
化学成分 (質量%)
| 元素 | 含有量 |
|---|
| 炭素 (C) | 0.04–0.10 |
| クロム (Cr) | 15–17 |
| マンガン (Mn) | 1.50 最大 |
| ニッケル (Ni) | 12–14 |
| リン (P) | 0.040 最大 |
| シリコン (Si) | 0.3–0.6 |
| 硫黄 (S) | 0.015 最大 |
| ニオブ (Nb) | 8×C% 以上（典型 0.6–1.0） |
注：X8CrNiMoNb16-16（Mo含有、Ni 15.5–17.5%）との主な違いは、Moなし、Ni低め、使用温度上限800°C（対700°C）です。
主な用途と特長
- タービン・蒸気装置：ブレード、バルブ、ボルト、ケーシング部品（〜800°C）
- 高温作業工具：鍛造ダイス、押出ダイ、熱間成形金型
- 高圧水素化容器：石油精製・石油化学プラントの水素化脱硫・脱窒反応器、高圧水素配管（水素脆化抵抗性、脆化感受性なし）
- 排ガス処理装置：高温耐食性を活かした触媒担体、ダクト
熱処理と加工
- 固溶処理：1050–1100°C、水冷または急冷（炭化物溶解とNb固溶）
- 安定化処理：必要に応じて850–900°CでNb炭化物析出制御
- 溶接性：良好（TIG、MIG、SAW）。Nb安定化により溶接熱影響部の晶界腐食感受性を防止。溶接後熱処理は原則不要
- 高温水素環境：脱炭・メタン反応抵抗性、水素脆化抵抗性に優れる。ASME Section VIII Div. 1/2、RCC-M等の高圧容器規格に対応可能
- 成形性：優れた冷間・熱間成形性。加工硬化を考慮した中間焼鈍が必要な場合あり
X8CrNiMoNb16-16 との比較
| 特性 | X8CrNiNb16-13 | X8CrNiMoNb16-16 |
|---|
| モリブデン | なし | 1.6–2.0% |
| ニッケル | 12–14% | 15.5–17.5% |
| 長期使用温度上限 | 800°C | 700°C |
| 耐孔食・隙間腐食 | 標準的 | 優秀（Mo効果） |
| 高温クリープ強度 | 優秀 | 良好 |
| 高圧水素環境 | 最適 | 適用可能 |
