JP3411756B2 - 圧力容器用鋳鋼材及び圧力容器の製法 - Google Patents
圧力容器用鋳鋼材及び圧力容器の製法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は火力発電用蒸気ター
ビン車室材などのような圧力容器を、鍛造等の素材鍛練
工程を経ずに製造する方法に関する。
ビン車室材などのような圧力容器を、鍛造等の素材鍛練
工程を経ずに製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】火力発電用蒸気タービンプラントに用い
られる車室材や圧力容器用材料としては複雑な形状に対
応するため鋳物材料が多く使われているが、これらの材
料としては主にＣｒＭｏＶ鋳鋼、２．２５％ＣｒＭｏ鋳
鋼、ＣｒＭｏ鋳鋼などがあげられる。これらの材料は高
温強度を確保し、さらに鋳鋼品であるために優れた溶接
性が必要である。このうち、２．２５％ＣｒＭｏ鋳鋼や
ＣｒＭｏ鋳鋼は常温の衝撃特性が優れており、その結果
溶接性も良好である。しかし、Ｖを添加していないため
クリープ破断強度が必ずしも十分でなく、年々高温化す
る蒸気タービンの車室材に対するニーズに対応できない
ものとなっている。一方、ＣｒＭｏＶ鋳鋼はクリープ破
断強度に優れているが、衝撃特性が劣るために溶接性が
悪く、製造時の溶接補修が行いにくい問題点がある。
られる車室材や圧力容器用材料としては複雑な形状に対
応するため鋳物材料が多く使われているが、これらの材
料としては主にＣｒＭｏＶ鋳鋼、２．２５％ＣｒＭｏ鋳
鋼、ＣｒＭｏ鋳鋼などがあげられる。これらの材料は高
温強度を確保し、さらに鋳鋼品であるために優れた溶接
性が必要である。このうち、２．２５％ＣｒＭｏ鋳鋼や
ＣｒＭｏ鋳鋼は常温の衝撃特性が優れており、その結果
溶接性も良好である。しかし、Ｖを添加していないため
クリープ破断強度が必ずしも十分でなく、年々高温化す
る蒸気タービンの車室材に対するニーズに対応できない
ものとなっている。一方、ＣｒＭｏＶ鋳鋼はクリープ破
断強度に優れているが、衝撃特性が劣るために溶接性が
悪く、製造時の溶接補修が行いにくい問題点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記技術水準
に鑑み、ＣｒＭｏＶ鋳鋼の優れたクリープ破断強度を現
状もしくはそれ以上に高くし、さらに靱性を改善した圧
力容器用鋳鋼材を用いて圧力容器を鍛造等の素材鍛練工
程を経ずに製造する方法を提供しようとするものであ
る。
に鑑み、ＣｒＭｏＶ鋳鋼の優れたクリープ破断強度を現
状もしくはそれ以上に高くし、さらに靱性を改善した圧
力容器用鋳鋼材を用いて圧力容器を鍛造等の素材鍛練工
程を経ずに製造する方法を提供しようとするものであ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の圧力容器の製造
方法は以下の（１）〜（４）の圧力容器用鋳鋼材を使用
することを特徴とする。 （１）重量比で、炭素：０．０５〜０．１２％、シリコ
ン：０．１５〜０．３５％、マンガン：０．１〜０．８
％、ニッケル：０．１〜０．５％、クロム：２〜３．５
％、モリブデン：０．１〜１．５％、バナジウム：０．
２〜０．３％、タングステン：０．５〜３％、ニオブ及
び／又はタンタル：０．０１〜０．０６％及び不可避的
不純物及び鉄からなることを特徴とする圧力容器用鋳鋼
材。 （２）重量比で、さらに銅：０．１〜１．５％を含有さ
せてなることを特徴とする上記（１）記載の圧力容器用
鋳鋼材。 （３）重量比で、さらにボロン：０．００１〜０．００
５％を含有させてなることを特徴とする上記（１）また
は（２）記載の圧力容器用鋳鋼材。 （４）重量比で、リン：０．００８％以下、イオウ：
０．００６％以下の量に抑制してなることを特徴とする
上記（１）〜（３）いずれかに記載の圧力容器用鋳鋼
材。
方法は以下の（１）〜（４）の圧力容器用鋳鋼材を使用
することを特徴とする。 （１）重量比で、炭素：０．０５〜０．１２％、シリコ
ン：０．１５〜０．３５％、マンガン：０．１〜０．８
％、ニッケル：０．１〜０．５％、クロム：２〜３．５
％、モリブデン：０．１〜１．５％、バナジウム：０．
２〜０．３％、タングステン：０．５〜３％、ニオブ及
び／又はタンタル：０．０１〜０．０６％及び不可避的
不純物及び鉄からなることを特徴とする圧力容器用鋳鋼
材。 （２）重量比で、さらに銅：０．１〜１．５％を含有さ
せてなることを特徴とする上記（１）記載の圧力容器用
鋳鋼材。 （３）重量比で、さらにボロン：０．００１〜０．００
５％を含有させてなることを特徴とする上記（１）また
は（２）記載の圧力容器用鋳鋼材。 （４）重量比で、リン：０．００８％以下、イオウ：
０．００６％以下の量に抑制してなることを特徴とする
上記（１）〜（３）いずれかに記載の圧力容器用鋳鋼
材。
【０００５】また、本発明の圧力容器の製造方法は
（５）上記（１）〜（４）いずれかに記載の鋳鋼材を用
いて目的形状に鋳造し、該鋳造品を焼準温度：１０５０
〜１１５０℃で１０〜４０時間保持したのち２００℃以
下まで冷却し、次いで焼入温度：９２０〜９８０℃で５
〜２０時間保持したのち冷却し、さらに焼もどし温度：
６８０〜７３０℃で５〜２０時間保持することを特徴と
する圧力容器の製造方法及び（６）焼入温度：９２０〜
９８０℃で５〜２０時間保持したのち冷却するにあたっ
て、素材各部位の６００℃までの冷却速度を２００℃／
ｈｒ以上の速さで冷却することを特徴とする上記（５）
記載の圧力容器の製造方法である。
（５）上記（１）〜（４）いずれかに記載の鋳鋼材を用
いて目的形状に鋳造し、該鋳造品を焼準温度：１０５０
〜１１５０℃で１０〜４０時間保持したのち２００℃以
下まで冷却し、次いで焼入温度：９２０〜９８０℃で５
〜２０時間保持したのち冷却し、さらに焼もどし温度：
６８０〜７３０℃で５〜２０時間保持することを特徴と
する圧力容器の製造方法及び（６）焼入温度：９２０〜
９８０℃で５〜２０時間保持したのち冷却するにあたっ
て、素材各部位の６００℃までの冷却速度を２００℃／
ｈｒ以上の速さで冷却することを特徴とする上記（５）
記載の圧力容器の製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の圧力容器の製造方
法で使用する圧力容器用鋳鋼材（以下、単に鋳鋼材また
は本発明鋳鋼材という）における成分限定理由を述べ
る。なお、以下の説明において、％は重量％を意味す
る。
法で使用する圧力容器用鋳鋼材（以下、単に鋳鋼材また
は本発明鋳鋼材という）における成分限定理由を述べ
る。なお、以下の説明において、％は重量％を意味す
る。
【０００７】〇第１の鋳鋼材について：
【０００８】Ｃ： Ｃは焼入れ性を向上させるとともに
ＣｒやＭｏの炭化物を形成し高温強度の向上に寄与す
る。しかし、０．０５％未満では十分な耐力、クリープ
破断強度が得られない。一方、溶接性を確保する上では
可能な限り低くすることが必要であり、０．１２％以下
にすることにより良好な溶接性が確保される。このた
め、０．０５〜０．１２％とする。
ＣｒやＭｏの炭化物を形成し高温強度の向上に寄与す
る。しかし、０．０５％未満では十分な耐力、クリープ
破断強度が得られない。一方、溶接性を確保する上では
可能な限り低くすることが必要であり、０．１２％以下
にすることにより良好な溶接性が確保される。このた
め、０．０５〜０．１２％とする。
【０００９】Ｓｉ： Ｓｉは脱酸材として有用な元素で
あるとともに湯流れをよくして十分に鋳物の先端まで溶
湯を入れることに寄与する。しかし、Ｓｉは偏析を助長
し、靱性を低下させる。０．１５％未満ではその機能が
十分に働かず、また０．３５％を越える量を添加すると
靱性が低下してしまう。このため、０．１５〜０．３５
％に限定する。
あるとともに湯流れをよくして十分に鋳物の先端まで溶
湯を入れることに寄与する。しかし、Ｓｉは偏析を助長
し、靱性を低下させる。０．１５％未満ではその機能が
十分に働かず、また０．３５％を越える量を添加すると
靱性が低下してしまう。このため、０．１５〜０．３５
％に限定する。
【００１０】Ｍｎ： Ｍｎは焼入れ性を高める元素とし
て有用であり、靱性改善に効果がある。０．１％未満で
はその効果は十分ではなく、また０．８％を越えるとク
リープ破断強さが低下するため、０．１〜０．８％とす
る。
て有用であり、靱性改善に効果がある。０．１％未満で
はその効果は十分ではなく、また０．８％を越えるとク
リープ破断強さが低下するため、０．１〜０．８％とす
る。
【００１１】Ｎｉ： Ｎｉは焼入れ性を向上させ靱性改
善に効果がある。しかし、多量に添加すると高温強度、
とりわけクリープ破断強さを低下させる。このため、適
度な添加が必要である。０．１％未満であると十分な効
果が得られず、また０．５％を越える量を添加するとク
リープ破断特性を劣化させるので、０．１〜０．５％と
する。
善に効果がある。しかし、多量に添加すると高温強度、
とりわけクリープ破断強さを低下させる。このため、適
度な添加が必要である。０．１％未満であると十分な効
果が得られず、また０．５％を越える量を添加するとク
リープ破断特性を劣化させるので、０．１〜０．５％と
する。
【００１２】Ｃｒ： Ｃｒは耐酸化性を改善すると共に
炭化物を形成して高温強度を改善することに大きく寄与
する。特に高温強度の面では１％を越えるところに最も
高い強度を示す添加量があるが、焼入れ性の向上による
常温強度の確保や衝撃特性の改善では、多く添加するこ
とが望ましい。焼入れ性を向上させる上ではＣｏの添加
が有用であり、この元素を添加すればＣｒ量を低く抑え
ることが可能であるが、Ｃｏは高価な原材料であり、工
業的に生産することを考えた場合にはＣｏ無添加である
ことが望ましい。従って、Ｃｏを添加しない本発明鋳鋼
材においてはＣｒ量を十分に多くすることが必要であ
る。２％未満であるとＣｒの添加による焼入れ性改善の
効果は少なく、十分な機械的強度の確保や良好な靱性の
確保が行えない。また、３．５％を越えると焼入れ性は
増すがクリープ破断強さが低下してしまう。このため、
２〜３．５％とする。
炭化物を形成して高温強度を改善することに大きく寄与
する。特に高温強度の面では１％を越えるところに最も
高い強度を示す添加量があるが、焼入れ性の向上による
常温強度の確保や衝撃特性の改善では、多く添加するこ
とが望ましい。焼入れ性を向上させる上ではＣｏの添加
が有用であり、この元素を添加すればＣｒ量を低く抑え
ることが可能であるが、Ｃｏは高価な原材料であり、工
業的に生産することを考えた場合にはＣｏ無添加である
ことが望ましい。従って、Ｃｏを添加しない本発明鋳鋼
材においてはＣｒ量を十分に多くすることが必要であ
る。２％未満であるとＣｒの添加による焼入れ性改善の
効果は少なく、十分な機械的強度の確保や良好な靱性の
確保が行えない。また、３．５％を越えると焼入れ性は
増すがクリープ破断強さが低下してしまう。このため、
２〜３．５％とする。
【００１３】Ｍｏ： Ｍｏは炭化物を形成し、高温のク
リープ破断強さを向上させることに効果がある。また、
焼入れ性を改善して靱性向上にも効果がある。特に本発
明鋳鋼材においてはＷとともに高温強度改善に寄与す
る。そのＷ量とのバランスが重要であり、本発明鋳鋼材
の場合は、後述するＷの添加量との関係から、０．１％
未満では十分な効果は得られず、また１．５％を越える
と使用中の脆化をもたらすので、０．１〜１．５％とす
る。
リープ破断強さを向上させることに効果がある。また、
焼入れ性を改善して靱性向上にも効果がある。特に本発
明鋳鋼材においてはＷとともに高温強度改善に寄与す
る。そのＷ量とのバランスが重要であり、本発明鋳鋼材
の場合は、後述するＷの添加量との関係から、０．１％
未満では十分な効果は得られず、また１．５％を越える
と使用中の脆化をもたらすので、０．１〜１．５％とす
る。
【００１４】Ｖ： Ｖは微細な炭化物を形成しクリープ
破断強度の向上に強く寄与するが、本発明鋳鋼材成分の
場合では、０．２％未満では十分な効果は得られず、ま
た０．３％を越えると靱性を低下させるので、０．２〜
０．３％とする。
破断強度の向上に強く寄与するが、本発明鋳鋼材成分の
場合では、０．２％未満では十分な効果は得られず、ま
た０．３％を越えると靱性を低下させるので、０．２〜
０．３％とする。
【００１５】Ｗ： Ｗは本発明鋳鋼材の最も重要な元素
の一つであり、また特徴でもある。Ｗは鉄を基調とした
マトリックス中に溶け込み固溶体強化に寄与するととも
に、Ｃｒ等の他の合金元素が形成する炭化物の凝集・粗
大化を抑制する働きがあり、高温強度改善に大きく寄与
する。Ｍｏとの添加量との関係があり、Ｍｏの添加量が
前述の０．１〜１．５％となる場合、０．５％未満であ
ると高温強度改善の効果が少なく、また３％を越える量
を添加すると常温の延性、靱性が低下し、溶接性を損な
うことになるため、０．５〜３％とする。
の一つであり、また特徴でもある。Ｗは鉄を基調とした
マトリックス中に溶け込み固溶体強化に寄与するととも
に、Ｃｒ等の他の合金元素が形成する炭化物の凝集・粗
大化を抑制する働きがあり、高温強度改善に大きく寄与
する。Ｍｏとの添加量との関係があり、Ｍｏの添加量が
前述の０．１〜１．５％となる場合、０．５％未満であ
ると高温強度改善の効果が少なく、また３％を越える量
を添加すると常温の延性、靱性が低下し、溶接性を損な
うことになるため、０．５〜３％とする。
【００１６】Ｎｂ及び／又はＴａ： Ｎｂ及びＴａは炭
化物となって高温強度改善に寄与する。しかし、これら
の炭化物は微細に析出することが必要であり、多量に添
加すると初析の粗大な炭化物が生成して高温強度の改善
に寄与しないだけでなく、延性、靱性を大幅に低下させ
る。このため、その添加量は制限される。Ｎｂ及びＴａ
を加えた量が０．０１％未満である場合、その効果は十
分でなく、また０．０６％を越える量を添加すると初析
の炭化物が形成される。したがって、０．０１〜０．０
６％とする。
化物となって高温強度改善に寄与する。しかし、これら
の炭化物は微細に析出することが必要であり、多量に添
加すると初析の粗大な炭化物が生成して高温強度の改善
に寄与しないだけでなく、延性、靱性を大幅に低下させ
る。このため、その添加量は制限される。Ｎｂ及びＴａ
を加えた量が０．０１％未満である場合、その効果は十
分でなく、また０．０６％を越える量を添加すると初析
の炭化物が形成される。したがって、０．０１〜０．０
６％とする。
【００１７】その他の元素（Ｔｉ，Ａｌ，Ｎ）：その他
の元素としては、鋳鋼材としてブローホールの原因とな
るＮ、介在物を形成してクリープ破断強度や靱性に悪影
響を及ぼすＴｉ，Ａｌは不可避的に混入するものを除い
ては、これを排除することにする。
の元素としては、鋳鋼材としてブローホールの原因とな
るＮ、介在物を形成してクリープ破断強度や靱性に悪影
響を及ぼすＴｉ，Ａｌは不可避的に混入するものを除い
ては、これを排除することにする。
【００１８】〇第２の鋳鋼材について
第２の鋳鋼は上記第１の鋳鋼材の成分に加えて、さらに
Ｃｕを０．１〜１．５％添加したものである。すなわ
ち、Ｃｕはフェライトの生成を抑制する作用がある。本
鋳鋼材の場合には焼入れの際にベイナイト組織として機
械的強度、靱性やクリープ破断強さの確保をすることが
必要であるが、肉厚の大きい部分では焼入れが十分では
なく、フェライトが形成されることが多い。このため、
特に肉厚の大きい部位を有する部材のフェライトの生成
を抑制する上ではＣｕの添加が有用である。０．１％未
満ではその効果が十分ではなく、また１．５％を越える
量を添加すると、長時間使用中に脆化をもたらす。この
ため、０．１〜１．５％に成分限定する。
Ｃｕを０．１〜１．５％添加したものである。すなわ
ち、Ｃｕはフェライトの生成を抑制する作用がある。本
鋳鋼材の場合には焼入れの際にベイナイト組織として機
械的強度、靱性やクリープ破断強さの確保をすることが
必要であるが、肉厚の大きい部分では焼入れが十分では
なく、フェライトが形成されることが多い。このため、
特に肉厚の大きい部位を有する部材のフェライトの生成
を抑制する上ではＣｕの添加が有用である。０．１％未
満ではその効果が十分ではなく、また１．５％を越える
量を添加すると、長時間使用中に脆化をもたらす。この
ため、０．１〜１．５％に成分限定する。
【００１９】〇第３の鋳鋼材について
第３の鋳鋼材は上記第１または第２の鋳鋼材の成分に加
えて、さらにＢを０．００１〜０．００５％添加したも
のである。すなわち、Ｂは粒界に濃化して脆弱な粒界を
強化する働きがあり、高温強度や靱性を向上させる効果
がある。しかし、多量に添加すると逆に材料を脆化させ
るので極微量の添加が必要である。０．００１％未満で
はその効果は十分ではなく、また０．００５％を越える
量を添加すると材料を脆化させる。このため、０．００
１〜０．００５％の添加となる。
えて、さらにＢを０．００１〜０．００５％添加したも
のである。すなわち、Ｂは粒界に濃化して脆弱な粒界を
強化する働きがあり、高温強度や靱性を向上させる効果
がある。しかし、多量に添加すると逆に材料を脆化させ
るので極微量の添加が必要である。０．００１％未満で
はその効果は十分ではなく、また０．００５％を越える
量を添加すると材料を脆化させる。このため、０．００
１〜０．００５％の添加となる。
【００２０】〇第４の鋳鋼材について
第４の鋳鋼材は上記第１〜第３の鋳鋼材の成分の外に、
不純物としてのＰを０．００８％以下、Ｓを０．００６
％以下にしたものである。すなわち、Ｐは不純物であ
り、溶解段階で十分に精錬して低く押さえることが必要
である。特にＰは焼きもどし脆化を起こして使用中に材
料の靱性を低下させる。このため、０．００８％以下に
することが望ましい。また、ＳもＰと同様に不純物であ
り、凝固時に偏析し、濃化した部分は材料の結合強度が
弱いため欠陥となる。このため、低く押さえることが必
要であり、０．００６％以下であることが望まれる。
不純物としてのＰを０．００８％以下、Ｓを０．００６
％以下にしたものである。すなわち、Ｐは不純物であ
り、溶解段階で十分に精錬して低く押さえることが必要
である。特にＰは焼きもどし脆化を起こして使用中に材
料の靱性を低下させる。このため、０．００８％以下に
することが望ましい。また、ＳもＰと同様に不純物であ
り、凝固時に偏析し、濃化した部分は材料の結合強度が
弱いため欠陥となる。このため、低く押さえることが必
要であり、０．００６％以下であることが望まれる。
【００２１】また、以下には熱処理条件の限定理由につ
いて説明する。本発明で使用する材料は高温環境下で使
用する圧力容器用の鋳鋼材であり、高温強度、とりわけ
クリープ破断強さと鋳物材であることから溶接補修性を
確保する上で良好な靱性を有することが必要である。こ
のため、熱処理を行う上でもこの要求される特性を十分
に出すための処理を行うことが必要である。
いて説明する。本発明で使用する材料は高温環境下で使
用する圧力容器用の鋳鋼材であり、高温強度、とりわけ
クリープ破断強さと鋳物材であることから溶接補修性を
確保する上で良好な靱性を有することが必要である。こ
のため、熱処理を行う上でもこの要求される特性を十分
に出すための処理を行うことが必要である。
【００２２】〇焼準温度： 焼入れを行う前に予備熱処
理として焼準処理を行う。この焼準処理は鋳造された素
材において成分が片寄る現象、いわゆる偏析を軽減し均
一な素材を得るために行うものであり、できるだけ高い
温度に保持することによって原子のマトリックス中の拡
散を促進し、凝固時に発生した偏析を少なくするという
効果がある。また、本発明鋳鋼材にはＮｂまたはＴａが
含まれるが、成分限定理由でも説明したように、これら
は炭化物となって高温強度を改善する。この場合、微細
な炭化物であることが必要である。鋳造されたままの素
材の場合、前述の偏析にともなって粗大な初析炭化物が
形成されており、このままでは全く高温強度改善に寄与
しないだけでなく、延性、靱性を低下させてしまう。こ
のため、一度Ｎｂ及びＴａをマトリックス中に固溶させ
再度析出させることにより、微細な炭化物を得る工程が
必要となる。この工程を次工程の焼入れで行う場合、結
晶粒が粗大化して後述するように延性、靱性を低下させ
てしまう。このため、焼入れ工程の前の焼準工程で行う
ことが必要となる。１０５０℃未満の焼準処理では十分
な拡散が行えないことと、Ｎｂ及びＴａのマトリックス
中への固溶量が少なくなることから十分な焼準処理は達
成されない。また、１１５０℃を越える温度に加熱して
も、１０５０〜１１５０℃の加熱条件を上回る効果が得
られない。したがって、焼準温度を１０５０〜１１５０
℃に限定する。なお、本処理を行った後、２００℃以下
まで冷却することにより、高温相のオーステナイトから
低温相（常温相）のベーナイト相の変態が完了するの
で、次工程の焼入れ処理の際、焼準時にできてしまった
粗い結晶粒は消えてしまい、後述するような焼入れ時に
適度な結晶粒サイズにすることができるため、結晶粒が
粗くなるというような不具合は生じない。
理として焼準処理を行う。この焼準処理は鋳造された素
材において成分が片寄る現象、いわゆる偏析を軽減し均
一な素材を得るために行うものであり、できるだけ高い
温度に保持することによって原子のマトリックス中の拡
散を促進し、凝固時に発生した偏析を少なくするという
効果がある。また、本発明鋳鋼材にはＮｂまたはＴａが
含まれるが、成分限定理由でも説明したように、これら
は炭化物となって高温強度を改善する。この場合、微細
な炭化物であることが必要である。鋳造されたままの素
材の場合、前述の偏析にともなって粗大な初析炭化物が
形成されており、このままでは全く高温強度改善に寄与
しないだけでなく、延性、靱性を低下させてしまう。こ
のため、一度Ｎｂ及びＴａをマトリックス中に固溶させ
再度析出させることにより、微細な炭化物を得る工程が
必要となる。この工程を次工程の焼入れで行う場合、結
晶粒が粗大化して後述するように延性、靱性を低下させ
てしまう。このため、焼入れ工程の前の焼準工程で行う
ことが必要となる。１０５０℃未満の焼準処理では十分
な拡散が行えないことと、Ｎｂ及びＴａのマトリックス
中への固溶量が少なくなることから十分な焼準処理は達
成されない。また、１１５０℃を越える温度に加熱して
も、１０５０〜１１５０℃の加熱条件を上回る効果が得
られない。したがって、焼準温度を１０５０〜１１５０
℃に限定する。なお、本処理を行った後、２００℃以下
まで冷却することにより、高温相のオーステナイトから
低温相（常温相）のベーナイト相の変態が完了するの
で、次工程の焼入れ処理の際、焼準時にできてしまった
粗い結晶粒は消えてしまい、後述するような焼入れ時に
適度な結晶粒サイズにすることができるため、結晶粒が
粗くなるというような不具合は生じない。
【００２３】〇焼準時間： 焼準時間は上述する二つの
効果（合金元素を十分に拡散すること及びＮｂ及びＴａ
を十分に固溶させること）を得る上で十分な時間が必要
である。１０時間未満である場合、十分な拡散及び固溶
が行えない。また、４０時間を越える時間熱処理を行っ
ても拡散現象及び固溶現象が飽和状態に達するため、そ
れ以上の効果は得られない。したがって、１０〜４０時
間に限定する。
効果（合金元素を十分に拡散すること及びＮｂ及びＴａ
を十分に固溶させること）を得る上で十分な時間が必要
である。１０時間未満である場合、十分な拡散及び固溶
が行えない。また、４０時間を越える時間熱処理を行っ
ても拡散現象及び固溶現象が飽和状態に達するため、そ
れ以上の効果は得られない。したがって、１０〜４０時
間に限定する。
【００２４】〇焼入れ保持温度： 焼入れ温度（溶体化
温度）は材料の結晶粒度に大きく影響を与えるものであ
り、焼入れ温度が高いと結晶粒が粗くなり、靱性や延性
が低下する。一方、焼入れ温度が低すぎると、結晶粒が
細かくなり過ぎるためクリープ破断強さが低下してしま
う。このため、最適な温度管理が必要となる。本発明鋳
鋼材の場合、焼入れ処理（溶体化処理）を９８０℃を越
える温度で行うと結晶粒が粗くなってしまい、十分な靱
性、延性が得られない。また、９２０℃未満の低い温度
で熱処理を行うと、十分なクリープ破断強さが得られな
い。このため、焼入れ温度としては、９２０〜９８０℃
に限定する。そして、この温度で保温した後、後述する
焼入れ保持時間を経過させた後、ベイナイト変態が完了
する２００℃以下まで冷却して焼入れを完了する。
温度）は材料の結晶粒度に大きく影響を与えるものであ
り、焼入れ温度が高いと結晶粒が粗くなり、靱性や延性
が低下する。一方、焼入れ温度が低すぎると、結晶粒が
細かくなり過ぎるためクリープ破断強さが低下してしま
う。このため、最適な温度管理が必要となる。本発明鋳
鋼材の場合、焼入れ処理（溶体化処理）を９８０℃を越
える温度で行うと結晶粒が粗くなってしまい、十分な靱
性、延性が得られない。また、９２０℃未満の低い温度
で熱処理を行うと、十分なクリープ破断強さが得られな
い。このため、焼入れ温度としては、９２０〜９８０℃
に限定する。そして、この温度で保温した後、後述する
焼入れ保持時間を経過させた後、ベイナイト変態が完了
する２００℃以下まで冷却して焼入れを完了する。
【００２５】〇焼入れ保持時間： 焼入れ保持時間は上
述に示す焼入れの効果を十分に発揮できるだけの時間に
よって決められる。５時間未満である場合、材料の中に
含まれる合金元素が十分に鉄の母相に溶けることはでき
ないことや合金元素の濃度偏析が十分に解消されないこ
との問題が生じる。一方、２０時間を越える時間保持し
た場合、２０時間以内の処理と比較して、焼入れの効果
に差はなく、逆に必要以上に結晶粒が粗大化してしまう
ため、延性、靱性の低下につながる。このため、焼入れ
時間としては５〜２０時間に限定する。
述に示す焼入れの効果を十分に発揮できるだけの時間に
よって決められる。５時間未満である場合、材料の中に
含まれる合金元素が十分に鉄の母相に溶けることはでき
ないことや合金元素の濃度偏析が十分に解消されないこ
との問題が生じる。一方、２０時間を越える時間保持し
た場合、２０時間以内の処理と比較して、焼入れの効果
に差はなく、逆に必要以上に結晶粒が粗大化してしまう
ため、延性、靱性の低下につながる。このため、焼入れ
時間としては５〜２０時間に限定する。
【００２６】〇焼もどし温度、焼もどし時間： 焼もど
しにおいては焼入れの際に導入された欠陥をなくし、靱
性のある材料にするために行うものであり、この熱処理
温度及び保持時間によって材料の機械的強度や延性、靱
性が変化する。焼もどし処理において、温度が高く、保
持時間が長いほど焼もどし処理は進み材料強度が低くな
り、その代わりに延性や、靱性が向上する。一方、焼も
どし温度が低くしかもその保持時間が短い場合、材料強
度は高くなるが、延性や靱性が低いものとなってしま
う。このため、焼もどしの温度と時間を厳密に管理する
必要がある。７３０℃を越える温度で焼もどしを行う
と、延性や靱性は十分に高いものになるが機械的強度が
十分でない。また、６８０℃未満の低い温度で焼きもど
すと十分に高い機械的強度は得られるが、延性や靱性が
十分ではない。このため、焼もどし温度は６８０〜７３
０℃とする。
しにおいては焼入れの際に導入された欠陥をなくし、靱
性のある材料にするために行うものであり、この熱処理
温度及び保持時間によって材料の機械的強度や延性、靱
性が変化する。焼もどし処理において、温度が高く、保
持時間が長いほど焼もどし処理は進み材料強度が低くな
り、その代わりに延性や、靱性が向上する。一方、焼も
どし温度が低くしかもその保持時間が短い場合、材料強
度は高くなるが、延性や靱性が低いものとなってしま
う。このため、焼もどしの温度と時間を厳密に管理する
必要がある。７３０℃を越える温度で焼もどしを行う
と、延性や靱性は十分に高いものになるが機械的強度が
十分でない。また、６８０℃未満の低い温度で焼きもど
すと十分に高い機械的強度は得られるが、延性や靱性が
十分ではない。このため、焼もどし温度は６８０〜７３
０℃とする。
【００２７】また、焼もどし時間が５時間未満の場合、
十分な合金元素の固溶や拡散が起こらず、クリープ破断
強度や延性、靱性が得られない。また、２０時間を越え
る時間焼もどし処理を行ったとしても、２０時間程度の
焼もどし時間と大差ない固溶及び拡散しか起こらない。
加えて必要以上に長い時間時効処理を行うと機械的強度
が低下してしまう。このため、焼もどし時間は５〜２０
時間とする。
十分な合金元素の固溶や拡散が起こらず、クリープ破断
強度や延性、靱性が得られない。また、２０時間を越え
る時間焼もどし処理を行ったとしても、２０時間程度の
焼もどし時間と大差ない固溶及び拡散しか起こらない。
加えて必要以上に長い時間時効処理を行うと機械的強度
が低下してしまう。このため、焼もどし時間は５〜２０
時間とする。
【００２８】〇焼入れ速度： 焼入れ速度が遅い場合、
焼入れ時にフェライト＋パーライト組織ができてしまう
ために十分な機械的強度が得られない。このため、焼入
れ速度を速くすることが必要である。実際に大型の素材
を焼入れする場合は焼入れ速度に限界があり、極端に速
くすることはできないが、２００℃／時間以上の冷却速
度で焼入れ温度から６００℃までの間を冷却することに
より、安定した機械的強度を得ることができる。このた
め、焼入れの際の６００℃までの冷却速度は２００℃／
時間以上であることが望ましい。
焼入れ時にフェライト＋パーライト組織ができてしまう
ために十分な機械的強度が得られない。このため、焼入
れ速度を速くすることが必要である。実際に大型の素材
を焼入れする場合は焼入れ速度に限界があり、極端に速
くすることはできないが、２００℃／時間以上の冷却速
度で焼入れ温度から６００℃までの間を冷却することに
より、安定した機械的強度を得ることができる。このた
め、焼入れの際の６００℃までの冷却速度は２００℃／
時間以上であることが望ましい。
【００２９】
【実施例】以下に実施例に基づいて本発明を説明する。
試験は５０ｋｇ真空溶解炉を用いて表１に示す試験材を
溶解し、砂型の鋳型を用いて造塊した。このようにして
製造した試験材に対して種々の熱処理を行い試験材とし
た。このように得られた試験材に対して常温引張試験、
衝撃試験並びにクリープ破断試験を行い、材料特性の評
価を実施した。
試験は５０ｋｇ真空溶解炉を用いて表１に示す試験材を
溶解し、砂型の鋳型を用いて造塊した。このようにして
製造した試験材に対して種々の熱処理を行い試験材とし
た。このように得られた試験材に対して常温引張試験、
衝撃試験並びにクリープ破断試験を行い、材料特性の評
価を実施した。
【００３０】
【表１】
【００３１】表２は各試験材の機械的性質を示すもので
あるが、本発明の方法で熱処理した本発明鋳鋼材は良好
な機械的強度及び引張延性、衝撃特性（５０％ＦＡＴＴ
は衝撃遷移温度を示すものであり、この温度が低いもの
ほど衝撃特性が良好であると言える。また、この衝撃特
性の良好な材料は一般に溶接性が良好な材料である。）
並びにクリープ破断強さ（クリープ破断試験では試験条
件として温度と応力が一定であるので、破断時間が長い
ものがクリープ破断強さが強いものであると言える。）
を示すことがわかる。
あるが、本発明の方法で熱処理した本発明鋳鋼材は良好
な機械的強度及び引張延性、衝撃特性（５０％ＦＡＴＴ
は衝撃遷移温度を示すものであり、この温度が低いもの
ほど衝撃特性が良好であると言える。また、この衝撃特
性の良好な材料は一般に溶接性が良好な材料である。）
並びにクリープ破断強さ（クリープ破断試験では試験条
件として温度と応力が一定であるので、破断時間が長い
ものがクリープ破断強さが強いものであると言える。）
を示すことがわかる。
【００３２】
【表２】
【００３３】また、表３、表４及び表５は熱処理の機械
的特性に及ぼす影響についてまとめたものであるが、本
発明の熱処理は高い延性、靱性並びに高いクリープ破断
強さをバランスよく与えていることがわかる。
的特性に及ぼす影響についてまとめたものであるが、本
発明の熱処理は高い延性、靱性並びに高いクリープ破断
強さをバランスよく与えていることがわかる。
【００３４】
【表３】
【００３５】
【表４】
【００３６】
【表５】
【００３７】
【発明の効果】本発明の圧力容器の製造方法で使用する
圧力容器用鋳鋼材（本発明鋳鋼材）は、従来からの優れ
た高温強度、特にクリープ破断強度をさらに高めると同
時に、良好な延性、靱性をも具備したものであることか
ら、特に溶接補修性が一段と改善されており、従来の材
料よりも製造しやすいことが特徴となっており、肉厚を
低減することや溶接の工数の低減などにより従来材より
も安価に製造することができるようになった。特に本発
明鋳鋼材は高価な添加元素を極力添加しない点でも安価
で優れた特性を有する鋳鋼材であり、この鋳鋼材を使用
する本発明の圧力容器製造方法は、工業的に優れた発明
であると判断される。また、本発明の圧力容器の製造方
法は、本発明鋳鋼材を用いて目的形状に鋳造した鋳造品
に所定の熱処理を施すことにより、高い延性、靱性並び
に高いクリープ破断強さをバランスよく与えられた圧力
容器を提供できる効果を奏する。
圧力容器用鋳鋼材（本発明鋳鋼材）は、従来からの優れ
た高温強度、特にクリープ破断強度をさらに高めると同
時に、良好な延性、靱性をも具備したものであることか
ら、特に溶接補修性が一段と改善されており、従来の材
料よりも製造しやすいことが特徴となっており、肉厚を
低減することや溶接の工数の低減などにより従来材より
も安価に製造することができるようになった。特に本発
明鋳鋼材は高価な添加元素を極力添加しない点でも安価
で優れた特性を有する鋳鋼材であり、この鋳鋼材を使用
する本発明の圧力容器製造方法は、工業的に優れた発明
であると判断される。また、本発明の圧力容器の製造方
法は、本発明鋳鋼材を用いて目的形状に鋳造した鋳造品
に所定の熱処理を施すことにより、高い延性、靱性並び
に高いクリープ破断強さをバランスよく与えられた圧力
容器を提供できる効果を奏する。
フロントページの続き
(72)発明者 北川 幾次郎
福岡県北九州市戸畑区大字中原先ノ浜46
番59 日本鋳鍛鋼株式会社内
(72)発明者 守中 康治
福岡県北九州市戸畑区大字中原先ノ浜46
番59 日本鋳鍛鋼株式会社内
(72)発明者 田代 康則
福岡県北九州市戸畑区大字中原先ノ浜46
番59 日本鋳鍛鋼株式会社内
(72)発明者 田嶋 勉
福岡県北九州市戸畑区大字中原先ノ浜46
番59 日本鋳鍛鋼株式会社内
(56)参考文献 特開 昭63−199850（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−62848（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−18038（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C21D 9/00
C22C 38/00 - 38/60
Claims (5)
- 【請求項１】 重量比で、炭素：０．０５〜０．１２
％、シリコン：０．１５〜０．３５％、マンガン：０．
１〜０．８％、ニッケル：０．１〜０．５％、クロム：
２〜３．５％、モリブデン：０．１〜１．５％、バナジ
ウム：０．２〜０．３％、タングステン：０．５〜３
％、ニオブ及び／又はタンタル：０．０１〜０．０６％
及び不可避的不純物及び鉄からなる鋳鋼材を用いて目的
形状に鋳造し、該鋳造品を焼準温度：１０５０〜１１５
０℃で１０〜４０時間保持したのち２００℃以下まで冷
却し、次いで焼入温度：９２０〜９８０℃で５〜２０時
間保持したのち冷却し、さらに焼もどし温度：６８０〜
７３０℃で５〜２０時間保持することを特徴とする圧力
容器の製造方法。 - 【請求項２】 焼入温度：９２０〜９８０℃で５〜２０
時間保持したのち冷却するにあたって、素材各部位の６
００℃までの冷却速度を２００℃／ｈｒ以上の速さで冷
却することを特徴とする請求項１記載の圧力容器の製造
方法。 - 【請求項３】 前記鋳鋼材が、重量比で、さらに銅：
０．１〜１．５％を含有した鋳鋼材であることを特徴と
する請求項１または２記載の圧力容器の製造方法。 - 【請求項４】 前記鋳鋼材が、重量比で、さらにボロ
ン：０．００１〜０．００５％を含有した鋳鋼材である
ことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の圧力容
器の製造方法。 - 【請求項５】 前記鋳鋼材が、重量比で、リン：０．０
０８％以下、イオウ：０．００６％以下の量に抑制した
鋳鋼材であることを特徴とする請求項１〜４いずれかに
記載の圧力容器の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20170196A JP3411756B2 (ja) | 1995-09-14 | 1996-07-31 | 圧力容器用鋳鋼材及び圧力容器の製法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-236821 | 1995-09-14 | ||
| JP23682195 | 1995-09-14 | ||
| JP20170196A JP3411756B2 (ja) | 1995-09-14 | 1996-07-31 | 圧力容器用鋳鋼材及び圧力容器の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09137251A JPH09137251A (ja) | 1997-05-27 |
| JP3411756B2 true JP3411756B2 (ja) | 2003-06-03 |
Family
ID=26512935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20170196A Expired - Fee Related JP3411756B2 (ja) | 1995-09-14 | 1996-07-31 | 圧力容器用鋳鋼材及び圧力容器の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3411756B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3483493B2 (ja) * | 1999-03-19 | 2004-01-06 | 日本鋳鍛鋼株式会社 | 圧力容器用鋳鋼材及びそれを用いる圧力容器の製造方法 |
| JP6244179B2 (ja) * | 2013-11-13 | 2017-12-06 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | タービンロータの熱処理方法 |
-
1996
- 1996-07-31 JP JP20170196A patent/JP3411756B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09137251A (ja) | 1997-05-27 |
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|---|---|---|---|
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