CN112391576B - 低合金耐热钢及钢管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供低合金耐热钢及由该低合金耐热钢成型的钢管，所述低合金耐热钢具有规定的化学成分，Ni、Co及Cu的合计量满足(1)式，并且作为电解提取残渣被分析的W量满足(2)式，剩余部分由Fe及杂质构成。0.03≤[％Ni]+[％Co]+[％Cu]≤0.80(1)；‑10×[％B]+0.07≤[％W]ER≤10×[％B]+0.18(2)；式中，[％Ni]、[％Co]、[％Cu]及[％B]分别是指钢中所含的Ni、Co、Cu及B的质量％，[％W]ER是指作为电解提取残渣被分析的W的质量％。

Description

低合金耐热钢及钢管
技术领域
本申请涉及低合金耐热钢及钢管。
背景技术
以2.25％Cr-1％Mo为代表的低合金耐热钢被广泛用于火力发电锅炉等在高温下使用的设备。
近年来，在煤炭火力发电中为了提高热效率而在进行蒸汽条件的高温高压化。
伴随着这样的蒸汽条件的苛刻化，对于所使用的低合金耐热钢，也要求更高的蠕变强度，因此提出了大量的积极利用W及B从而提高了蠕变强度的低合金耐热钢。
例如在专利文献1中公开了一种低合金钢，其以重量％计包含Cr：2.0％～8.0％、W：0.1％～2.5％、B：0.0003％～0.006％等，并且通过低S、低N化而提高了蠕变特性和耐氢浸蚀特性。
在专利文献2中公开了一种蠕变强度和韧性优异的低合金耐热钢，其以重量％计包含Cr：1.5％～3.5％、W：1％～3％、B：0.0001～0.02％等，并且将Ti和N的含量规定为规定的范围。
在专利文献3中公开了一种高温强度、长时间蠕变特性或/和低温韧性优异的低合金耐热钢，其以质量％计包含Cr：1.5％～3％、W：1％～3％、B：0.0001％～0.02％等，并且将贝氏体及马氏体的板条宽度以及铁素体亚晶粒的粒径的平均值、固溶[W+Mo]量和平均晶体粒径、晶界上的固溶[W+Mo]量和平均晶体粒径中的任一者或全部规定为规定的范围。
在专利文献4中公开了一种高温强度高的耐热用低合金钢管，其以质量％计包含Cr：0.5％～2.7％、Mo：0.01％～1％及W：0.01％～2％中的一种以上、B：0.0020～0.0100％等，具有包含其他合金元素的关系式满足规定的范围的贝氏体主体的金属组织。
在专利文献5中公开了一种高温强度和耐磨性优异的低合金耐热锅炉用钢管，其包含Cr：0.5％～3.5％、Mo：0.01％～2.0％及W：0.01％～3.0％中的一种以上、B：0.0001～0.02％等，金属组织中的铁素体分率为20％以下，铁素体组织以外的部位的维氏硬度为200Hv以上。
另外，在专利文献6中公开了一种长时间蠕变特性优异的低Cr铁素体系锅炉用钢管，其包含Cr：0.5％～3.5％、Mo：0.01％～2.0％及W：0.01％～3.0％中的一种以上、B：0.0003～0.01％等，组织中的铁素体分率为20％～80％，铁素体组织以外的组织为马氏体、贝氏体及珠光体。
在专利文献7中公开了一种高温蠕变特性及韧性优异的低合金钢，其包含Cr：超过1.5％且为2.5％以下、Mo：0.01～1.0％、V：0.04～0.30％、B：0.0001～0.020％、W：2.0％以下等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭63-18038号公报
专利文献2：日本特开平4-268040号公报
专利文献3：日本特开2002-194485号公报
专利文献4：日本特开2003-64449号公报
专利文献5：日本特开2002-294402号公报
专利文献6：日本特开2003-286543号公报
专利文献7：国际公开第2006/112428号
发明内容
发明所要解决的课题
可是，对于低合金耐热钢，不仅要求具有在高温下使用的过程中(例如发电用锅炉中使用的低合金耐热钢中的该锅炉的运转中等)的充分的蠕变强度，而且为了确保在高温下的使用开始前(例如至上述锅炉的运转开始为止的组装的过程等中)作为结构物的健全性，还要求具有机械性能即充分的拉伸特性以及韧性。
据认为：上述的专利文献1～7中公开的低合金耐热钢及钢管即使能够发挥优异的蠕变强度，也有可能无法稳定地获得这些机械性能(拉伸特性及韧性)。
本申请是鉴于上述现状而进行的，目的是提供含有W及B并且抑制材料成本、具有高的抗拉强度和韧性的低合金耐热钢及钢管。
用于解决课题的手段
用于达成上述目的的本申请的主旨如下所述。
<1>一种低合金耐热钢，其以质量％计包含：
C：0.03％～0.09％、
Si：0.10％～0.30％、
Mn：0.15％～0.60％、
P：0.020％以下、
S：0.0060％以下、
Ni：0.01％～0.50％、
Co：0.01％～0.50％、
Cu：0.01％～0.50％、
Cr：2.0％～3.0％、
Mo：0.05％～0.35％、
W：1.0％～2.2％、
V：0.15％～0.28％、
Nb：0.01％～0.11％、
Ti：0.002％～0.022％、
B：0.001％～0.006％、
N：0.001％～0.012％、
Al：0.020％以下、及
O：0.020％以下，
Ni、Co及Cu的合计量满足下述(1)式，并且作为电解提取残渣被分析的W量满足下述(2)式，剩余部分由Fe及杂质构成。
0.03≤[％Ni]+[％Co]+[％Cu]≤0.80 (1)
-10×[％B]+0.07≤[％W]ER≤10×[％B]+0.18 (2)
式中，[％Ni]、[％Co]、[％Cu]及[％B]分别是指钢中所含的Ni、Co、Cu及B的质量％，[％W]ER是指作为电解提取残渣被分析的W的质量％。
<2>根据<1>所述的低合金耐热钢，其中，代替上述Fe的一部分，含有满足下述(3)式的Sn。
[％Sn]≤2×[％B]+0.010(％) (3)
式中，[％Sn]及[％B]分别是指钢中所含的Sn及B的质量％。
<3>根据<1>或<2>所述的低合金耐热钢，其中，代替上述Fe的一部分，含有以质量％计选自下述元素中的至少1种元素：
Ta：0.20％以下、
Ca：0.0150％以下、
Mg：0.0150％以下、及
REM：0.050％以下。
<4>根据<1>～<3>中任一项所述的低合金耐热钢，其中，JIS Z2241：2011中规定的抗拉强度为510MPa以上，20℃下的JIS Z2242：2005中规定的全尺寸夏比吸收能量为27J以上。
<5>一种钢管，其是通过<1>～<4>中任一项所述的低合金耐热钢来成型的。
此外，本申请的低合金耐热钢及钢管通过设定为上述的构成，从而具有高的抗拉强度和韧性，进而还可获得对于低合金耐热钢及钢管所要求的重要的性能即长时间使用的情况下的蠕变强度。
发明效果
根据本申请，可提供含有W及B并且抑制材料成本、具有高的抗拉强度和韧性的低合金耐热钢及钢管。
具体实施方式
本发明的发明者们为了解决上述的课题，对包含1.0％～2.2％的W、0.001％～0.006％的B的低合金耐热钢进行了详细的调查。其结果是，弄清楚了以下叙述的认识。
对抗拉强度及韧性有差异的钢进行了比较调查，其结果是：就得到了充分的性能的钢而言，包含W的M23C6型碳化物及M7C3型碳化物在晶界及晶内微细、致密地分散；与此相对，就包含W的M23C6型碳化物及M7C3型碳化物的析出量少或反而大量地析出、或者析出物粗大且稀疏地析出的钢而言，性能不充分。由此推测：这些机械性质不稳定是如以下所述。
(1)W固溶于钢中或是在钢的制造时的回火热处理中以包含W的M23C6型碳化物或M7C3型碳化物的形式微细地分散析出，有助于抗拉强度。然而，在包含W的M23C6型碳化物及M7C3型碳化物的析出量少且稀疏地析出的情况下，由于其析出强化效果不充分，因此得不到所需的抗拉强度。相反，如果包含W的M23C6型碳化物及M7C3型碳化物粗大地析出，则变得无助于强化，并且由W带来的固溶强化效果也变小，因此得不到所需的抗拉强度。
(2)另外，通过W在回火热处理中以M23C6型碳化物或M7C3型碳化物的形式析出，从而组织的恢复、软化进展。然而，在包含W的M23C6型碳化物及M7C3型碳化物的析出量少的情况下，其效果小，因此得不到充分的韧性。相反，如果包含W的M23C6型碳化物及M7C3型碳化物粗大地析出，则断裂的起点增大，因此得不到所需的韧性。
于是，本发明的发明者们反复进行了各种研究，结果认识到：根据钢中所含的B量，将作为电解提取残渣被分析的W量管理为规定的范围，由此可获得稳定的所需的性能。据认为其理由如下。
(1)如上所述，W在回火热处理中以M23C6型碳化物或M7C3型碳化物的形式析出，有助于抗拉强度的提高。据认为B具有下述效果：置换成这些碳化物的C而固溶于碳化物中，在不影响析出量的情况下微细且致密地分散。因此，可获得析出强化效果，即使是少的析出量也可容易获得所需的抗拉强度。另外，即使是在大量地析出的情况下，由于大小较小、析出强化效果得以维持，因此也可容易获得充分的抗拉强度。
(2)此外，据认为具有在不影响析出量的情况下减小析出物的大小的效果，因此恢复、软化进展，并且变得不易成为断裂的起点，因此可容易获得所需的韧性。
根据上述内容弄清楚了：根据钢中所含的B量，将作为电解提取残渣被分析的W量管理为规定的范围，由此能够兼顾高的抗拉强度和良好的韧性。
另一方面，获知：在为了提高耐蚀性而进一步含有Sn的情况下，例如如果用于排热回收锅炉中使用的配管等反复进行向高温的加热和向常温的冷却的用途，则有可能无法稳定地获得充分的韧性。
于是，本发明的发明者们对包含Sn的低合金耐热钢一并进行了调查。其结果是，弄清楚了以下叙述的认识。
(1)对反复经受向高温的加热及向常温的冷却的钢的韧性进行了调查，其结果是，伴随着Sn的含量的增加，韧性的降低变得显著。
(2)对冲击试验后的钢的断面进行了观察，其结果是，在断面上，在原奥氏体晶界发生断裂的区域混杂存在，如果Sn的含量变多，则其比例变大。另外，从在原奥氏体晶界发生断裂的断面中检测到Sn。
由以上的结果推测韧性降低的理由如下所述。
低合金耐热钢中所含的Sn在使用时反复向高温的加热和冷却的过程中在原奥氏体晶界处偏析。由于Sn会使晶界的结合力降低，因此其结果是，产生韧性的降低。
本发明的发明者们进一步反复进行了研究，结果同时认识到：根据钢中所含的Sn量，将B量管理为规定的范围，由此即使是在反复进行向高温的加热和向常温的冷却的情况下也可获得良好的韧性。据认为其理由如下。
由于B是扩散速度快、容易晶界偏析的元素，因此在使用时反复向高温的加热和冷却的过程中，B在原奥氏体晶界处优先偏析，降低晶界能量。由此，抑制Sn的晶界偏析，减轻结合力的降低，因此可获得优异的韧性。
本申请是基于上述的认识而完成的。
即，本申请的低合金耐热钢以质量％计包含：
C：0.03％～0.09％、
Si：0.10％～0.30％、
Mn：0.15％～0.60％、
P：0.020％以下、
S：0.0060％以下、
Ni：0.01％～0.50％、
Co：0.01％～0.50％、
Cu：0.01％～0.50％、
Cr：2.0％～3.0％、
Mo：0.05％～0.35％、
W：1.0％～2.2％、
V：0.15％～0.28％、
Nb：0.01％～0.11％、
Ti：0.002％～0.022％、
B：0.001％～0.006％、
N：0.001％～0.012％、
Al：0.020％以下、及
O：0.020％以下，
Ni、Co及Cu的合计量满足下述(1)式，并且作为电解提取残渣被分析的W量满足下述(2)式，剩余部分由Fe及杂质构成。
0.03≤[％Ni]+[％Co]+[％Cu]≤0.80 (1)
-10×[％B]+0.07≤[％W]ER≤10×[％B]+0.18 (2)
式中，[％Ni]、[％Co]、[％Cu]及[％B]分别是指钢中所含的Ni、Co、Cu及B的质量％，[％W]ER是指作为电解提取残渣被分析的W的质量％。
进而，代替上述Fe的一部分，含有满足下述(3)式的Sn，剩余部分由Fe及杂质构成。
[％Sn]≤2×[％B]+0.010(％) (3)
式中，[％Sn]及[％B]分别是指钢中所含的Sn及B的质量％。
对作为本申请的一个例子的实施方式进行说明。
需要说明的是，在本申请中，各元素的含量的“％”表述是指“质量％”。另外，在本申请中，使用“～”表示的数值范围只要没有特别说明，则是指包含“～”的前后记载的数值作为下限值及上限值的范围。其中，对“～”的前后记载的数值标注有“超过”或“低于”的情况的数值范围是指不包含这些数值作为下限值或上限值的范围。
在本申请中阶段性记载的数值范围内，某阶段性的数值范围的上限值也可以置换成其他的阶段性记载的数值范围的上限值，某阶段性的数值范围的下限值也可以置换成其他的阶段性记载的数值范围的下限值。另外，上限值或下限值也可以置换成实施例中所示的值。
另外，“工序”这一术语不仅包含独立的工序，在无法与其他的工序明确地相区别的情况下只要可达成该工序所期望的目的，则也包含在本术语中。
另外，本申请中的“低合金”并不限定合金元素的总含量，只要各元素的含量分别为上述范围内，且满足上述式(1)及(2)的关系式，则包含于本申请的低合金耐热钢中。
[组成]
在本申请中，限定低合金耐热钢的组成的理由如下所述。
C：0.03％～0.09％
C对于获得贝氏体组织而言是有效的，并且生成碳化物，有助于抗拉强度及蠕变强度。为了充分地获得该效果，需要含有0.03％以上。然而，如果过量地含有C，则反而会导致蠕变强度及韧性的降低，因此设定为0.09％以下。C含量的优选的下限为0.04％，优选的上限为0.08％。进一步优选的下限为0.05％，进一步优选的上限为0.07％。
Si：0.10％～0.30％
Si作为脱氧剂被含有，是对耐水蒸汽氧化特性有效的元素。为了充分地获得该效果，需要含有0.10％以上。然而，如果过量地含有Si，则会导致延展性的降低。因此，Si的含量设定为0.30％以下。Si含量的优选的下限为0.12％，优选的上限为0.28％。进一步优选的下限为0.15％，进一步优选的上限为0.25％。
Mn：0.15％～0.60％
Mn与Si同样作为脱氧剂被含有，对于获得贝氏体组织也具有效果。为了充分地获得该效果，需要含有0.15％以上。然而，如果过量地含有Mn，则会导致蠕变脆化，因此设定为0.60％以下。Mn含量的优选的下限为0.17％，优选的上限为0.40％。进一步优选的下限为0.20％，进一步优选的上限为0.30％。
P：0.020％以下
P如果过量地含有则会使蠕变延展性降低。因此，P的含量需要设定为0.020％以下。P的含量优选设定为0.018％以下，进一步更优选设定为0.015％以下。此外，P的含量越少越好，即含量越接近0％越好，但极度的降低会使材料成本极端增大。因此，P含量的优选的下限为0.0005％，进一步优选的下限为0.001％。
S：0.0060％以下
S如果过量地含有则会使蠕变延展性及韧性降低。因此，S的含量需要设定为0.0060％以下。S的含量优选设定为0.0050％以下，进一步更优选设定为0.0040％以下。此外，S的含量越少越好，即含量越接近0％越好，但极度的降低会使制造成本极端增大。因此，S含量的优选的下限为0.0002％，进一步优选的下限为0.0004％。
Ni：0.01％～0.50％
Ni是对于获得贝氏体组织而言有效的元素，同时还有助于韧性的提高。此外，在低合金耐热钢中会使制造性提高。为了获得该效果，需要含有0.01％以上。然而，Ni是昂贵的元素，过量的含有会导致成本增大，因此将0.50％设定为上限。Ni含量的优选的下限为0.02％，优选的上限为0.45％。进一步优选的下限为0.03％，进一步优选的上限为0.40％。
此外，Ni含量需要满足后述的与Co、Cu的关系式。
Co：0.01％～0.50％
Co与Ni同样是对于获得贝氏体组织而言有效的元素，同时还有助于韧性的提高。进而，在低合金耐热钢中会使制造性提高。为了获得该效果，需要含有0.01％以上。然而，Co是非常昂贵的元素，过量的含有会导致成本增大，因此将0.50％设定为上限。Co含量的优选的下限为0.02％，优选的上限为0.45％。进一步优选的下限为0.03％，进一步优选的上限为0.40％。
此外，Co含量需要满足后述的与Ni、Cu的关系式。
Cu：0.01％～0.50％
Cu与Ni、Co同样是对于获得贝氏体组织而言有效的元素，同时还有助于韧性的提高。进而，在低合金耐热钢中会使制造性提高。为了获得该效果，需要含有0.01％以上。然而，Cu是昂贵的元素，过量的含有会导致成本增大，因此将0.50％设定为上限。Cu含量的优选的下限为0.02％，优选的上限为0.45％。进一步优选的下限为0.03％，进一步优选的上限为0.40％。
此外，Cu含量需要满足后述的与Ni、Co的关系式。
Cr：2.0％～3.0％
Cr是对于确保高温下的耐水蒸汽氧化性及耐蚀性而言有效的元素。另外，以碳化物的形式析出，还有助于蠕变强度的提高。为了充分地获得该效果，需要含有2.0％以上。然而，如果过量地含有Cr，则会使碳化物的稳定性降低，反而蠕变强度会降低，因此设定为3.0％以下。Cr含量的优选的下限为2.2％，优选的上限为2.8％。进一步优选的下限为2.4％，进一步优选的上限为2.6％。
Mo：0.05％～0.35％
Mo固溶于基体中，有助于确保抗拉强度及高温下的蠕变强度。为了充分地获得该效果，需要含有0.05％以上。然而，即使过量地含有，其效果也饱和，并且其是昂贵的元素，会增大材料成本，因此设定为0.35％以下。Mo含量的优选的下限为0.15％，优选的上限为0.33％。进一步优选的下限为0.25％，进一步优选的上限为0.30％。
W：1.0％～2.2％
W固溶于基体中或以M23C6型碳化物或M7C3型碳化物的形式析出，有助于确保抗拉强度及高温下的蠕变强度。为了获得该效果，需要含有1.0％以上。然而，即使过量地含有W，其效果也饱和，并且是昂贵的元素，会增大材料成本，因此设定为2.2％以下。W含量的优选的下限为1.2％，优选的上限为2.0％。进一步优选的下限为1.4％，进一步优选的上限为1.8％。
需要说明的是，这里的W含量是指低合金耐热钢中所含的W的总量。即，是指固溶于基体中的W的量和以析出物的形式存在的W的量的合计。此外，在本申请中，除了满足W含量以外，以析出物的形式存在的W的量即作为电解提取残渣被分析的W量如下文所述的那样需要满足与B量的关系。
V：0.15％～0.28％
V以微细的碳氮化物的形式在晶内析出，有助于蠕变强度的提高。为了获得该效果，需要含有0.15％以上。然而，如果V含量变得过量，则会大量并且粗大地析出，反而导致蠕变强度及蠕变延展性的降低，因此设定为0.28％以下。V含量的优选的下限为0.17％，优选的上限为0.26％。进一步优选的下限为0.18％，进一步优选的上限为0.24％。
Nb：0.01％～0.11％
Nb与V同样以微细的碳氮化物的形式在晶内析出，有助于蠕变强度的提高。为了获得该效果，需要含有0.01％以上。然而，如果过量地含有Nb，则会大量并且粗大地析出，反而导致蠕变强度及蠕变延展性的降低，因此设定为0.11％以下。Nb含量的优选的下限为0.02％，优选的上限为0.10％。进一步优选的下限为0.03％，进一步优选的上限为0.08％。
Ti：0.002％～0.022％
Ti与V、Nb同样以微细的碳氮化物的形式在晶内析出，有助于蠕变强度的提高。为了获得该效果，需要含有0.002％以上。然而，如果过量地含有Ti，则会大量并且粗大地析出，反而导致蠕变强度及蠕变延展性的降低，因此设定为0.022％以下。Ti含量的优选的下限为0.004％，优选的上限为0.020％。进一步优选的下限为0.005％，进一步优选的上限为0.018％。
B：0.001％～0.006％
B具有固溶于M23C6型碳化物或M7C3型碳化物中并微细分散的效果，有助于确保抗拉强度以及韧性。进而，还有助于蠕变强度的提高。为了获得该效果，需要含有0.001％以上。然而，如果过量地含有B，则在焊接中流入至焊接金属中，提高凝固裂纹敏感性，因此将上限设定为0.006％。B含量的优选的下限为0.002％，优选的上限为0.005％。进一步优选的下限为0.003％，进一步优选的上限为0.004％。需要说明的是，在本申请中，如下文所述的那样，根据B含量，以析出物的形式存在的W的量即作为电解提取残渣被分析的W量需要满足规定的关系。
N：0.001％～0.012％
N在高温下的使用中与V、Nb或Ti结合而以微细的碳氮化物的形式在晶内析出，有助于蠕变强度的提高。为了获得该效果，需要含有0.001％以上。然而，如果过量地含有N，则会导致碳氮化物的粗大化，反而导致蠕变延展性的降低，因此设定为0.012％以下。N含量的优选的下限为0.002％，优选的上限为0.010％。进一步优选的下限为0.003％，进一步优选的上限为0.008％。
Al：0.020％以下
Al作为脱氧剂被含有，但如果大量地含有则显著阻碍清洁性，使加工性劣化。另外，从蠕变强度的观点出发也是不优选的。因此，Al的含量设定为0.020％以下。优选为0.018％以下，进一步优选为0.015％以下。此外，没有必要特别设定下限，但极度的降低会使制造成本增大。因此，优选设定为0.001％以上。
O：0.020％以下
O作为杂质存在，在大量包含的情况下，会降低加工性。因此，O的含量设定为0.020％以下。优选为0.015％以下，进一步优选为0.010％以下。此外，没有必要特别设定下限，即O的含量也可以为0％，但极度的降低会增大制造成本。因此，优选设定为0.001％以上。
Ni、Co、Cu的合计量：0.03％～0.80％
如上所述，Ni、Co及Cu是对于获得贝氏体组织而言有效的元素，并且也有助于韧性的提高。进而，在低合金耐热钢中，会使制造性提高。然而，即使过量地含有，效果也饱和，并且它们都是昂贵的元素，会导致成本增大。因此，这些元素的合计量设定为0.03％～0.80％。优选的范围为0.04％～0.70％，进一步优选的范围为0.05％～0.60％。
作为电解提取残渣被分析的W量([％W]ER)：
-10×[％B]+0.07≤[％W]ER≤10×[％B]+0.18
低合金耐热钢中含有的W在制造时的回火热处理中以包含于M23C6型碳化物或M7C3型碳化物中的形式析出。这些碳化物如果微细地析出，则有助于确保抗拉强度，另一方面，如果过量地析出，则韧性降低。这些碳化物的量可以以作为电解提取残渣被分析的W量来进行估算。
在包含W的M23C6型碳化物及M7C3型碳化物少的情况下，除了析出强化效果小、得不到所需的抗拉强度以外，组织的恢复、软化也不会进展，韧性也降低。另一方面，如果这些碳化物过量地变得粗大，则变得无助于强化，并且固溶于基体中的W量变少，固溶强化效果也变小，得不到所需的抗拉强度，并且成为断裂的起点，韧性也降低。
钢中含有的B由于具有在不影响析出量的情况下使M23C6型碳化物或M7C3型碳化物微细地析出的效果，因此即使是少的析出量，也变得容易得到析出强化效果，并且使析出物变小，能够抑制析出强化效果的消失、因成为断裂起点而引起的韧性降低。因此，为了获得所需的抗拉强度和韧性，需要将析出量即作为电解提取残渣被分析的W量即[％W]ER的下限以及上限根据B量而设定为10×[％B]+0.07≤[％W]ER≤10×[％B]+0.18。
作为电解提取残渣被分析的W量可以通过钢中含有的W量及C量以及回火热处理的条件来调整。具体而言，钢中含有的W量及C量越高，则作为电解提取残渣被分析的W量变得越多。另外，在应用于本申请的钢的回火热处理中，温度越高和/或时间越长，则作为电解提取残渣被分析的W量变得越多。另外，在回火处理后的冷却中，越减小冷却速度，则作为电解提取残渣被分析的W量变得越高。
需要说明的是，作为电解提取残渣被分析的W量如以下那样进行测定。
从低合金耐热钢中采集规定大小的试验材。此外，作为电解提取残渣被分析的W量不会因试验材的大小或形状不同而发生变动，试验材的大小及形状没有限定，但例如可以适宜地使用8mm见方、长度为40mm的试验片。通过使用10体积％乙酰丙酮-1质量％四甲基氯化铵甲醇溶液作为电解液的恒电流电解法，以20mA/cm2的电流密度将试验材进行阳极溶解，提取碳化物作为残渣。对所提取的残渣进行酸分解后，进行ICP(高频电感耦合等离子体)发光分析，测定残渣中的W的质量。将残渣中的W的质量除以试验材的溶解量而求出以碳化物形式存在的W量。即，该W量是作为电解提取残渣被分析的W的量(质量％)。
此外，本申请的低合金耐热钢也可以在与B含量满足规定的关系的范围内含有Sn来代替Fe的一部分。以下对其限定理由进行叙述。
Sn：2×[％B]+0.010(％)以下
Sn由于在钢的表面的氧化皮下浓集，对于耐蚀性提高是有效的，因此也可以被含有。然而，在过量地含有Sn的情况下，例如如果反复加热及冷却，则在该过程中Sn在晶界偏析，导致韧性的降低。因此，在本申请中，Sn的含量优选根据比Sn容易在晶界偏析、减轻Sn的偏析以抑制韧性的降低的B量来设定为2×[％B]+0.010(％)以下。含有Sn的情况下的优选的下限为0.001％，进一步优选的下限为0.002％。
此外，本申请的低合金耐热钢也可以含有选自Ta：0.20％以下、Ca：0.0150％以下、Mg：0.0150％以下及REM：0.050％以下中的至少1种元素来代替Fe的一部分。以下对其限定理由进行叙述。
Ta：0.20％以下
Ta由于与Nb、V、Ti同样以微细的碳氮化物的形式在晶内析出，有助于蠕变强度的提高，因此也可以根据需要来含有。然而，在过量地含有Ta的情况下，会大量并且粗大地析出，反而导致蠕变强度及蠕变延展性的降低。因此，设定为0.20％以下。优选的上限为0.18％，进一步优选为0.15％以下。含有Ta的情况的优选的下限为0.01％，进一步优选的下限为0.02％。
Ca：0.0150％以下
Ca由于具有改善制造时的热加工性的效果，因此也可以根据需要来含有。然而，在过量地含有Ca的情况下，会与氧结合，清洁性显著降低，反而损害热加工性。因此，Ca设定为0.0150％以下。优选为0.0120％以下，进一步优选为0.0100％以下。含有Ca的情况下的优选的下限为0.0005％，进一步优选的下限为0.0010％。
Mg：0.0150％以下
Mg由于与Ca同样地具有改善制造时的热加工性的效果，因此也可以根据需要来含有。然而，在过量地含有Mg的情况下，会与氧结合，清洁性显著降低，反而损害热加工性。因此，Mg设定为0.0150％以下。优选为0.0120％以下，进一步优选为0.0100％以下。含有Mg的情况下的优选的下限为0.0005％，进一步优选的下限为0.0010％。
REM：0.050％以下
REM(稀土类元素)由于与Ca及Mg同样会改善制造时的热加工性，因此也可以根据需要来含有。然而，在过量地含有REM的情况下，会与氧结合而显著降低合金的清洁性，反而热加工性降低。因此，REM上限设定为0.050％。优选为0.040％以下，进一步优选为0.030％以下。此外，含有REM的情况下的优选的下限为0.001％，进一步优选的下限为0.005％。
需要说明的是，所谓“REM”是指Sc、Y及镧系元素的合计17元素的总称，REM的含量是指REM中的1种或2种以上的元素的合计含量。另外，REM一般被含有在混合稀土合金中。因此，例如也可以在合金中添加混合稀土合金以使REM的含量成为上述的范围。
[性能]
此外，本申请的低合金耐热钢优选具有下述的性能。
(1)抗拉强度
本申请的低合金系耐热钢优选抗拉强度为510MPa以上，更优选为530MPa以上。
需要说明的是，抗拉强度是使用平行部直径为8mm、平行部长度为55mm的14A号圆棒试验片，依据JIS Z2201：2013在室温(10℃～35℃)下来测定。
(2)全尺寸夏比吸收能量
本申请的低合金耐热钢优选在20℃下的全尺寸夏比吸收能量为27J以上。
需要说明的是，全尺寸夏比吸收能量是使用2mmV型缺口全尺寸夏比冲击试验片，依据JIS Z2242：2005在20℃下来测定。
[制造方法]
制造本申请的低合金耐热钢的方法没有限定，但列举出一个例子来进行说明。
(1)成型工序
在本申请的低合金耐热钢的制造中，将具有上述的组成(化学成分)的原材料(钢材)成型为低合金耐热钢的最终形状。在成型工序中，包含用于制成最终形状的伴随变形的全部工序，例如包含铸造、锻造、轧制加工等工序。
作为成型工序，例如作为一个例子，可列举出下述工序：对于将原材料溶解浇铸而得到的锭，通过热锻造及热轧来进行成型、或者通过热锻造、热轧及冷加工来进行成型，制成低合金耐热钢的最终形状。
(2)正火热处理工序
在成型工序后，例如也可以实施正火热处理。例如优选以在1000℃～1100℃下0.1小时～1.5小时的条件来实施正火热处理。
需要说明的是，上述的作为电解提取残渣被分析的W量也有可能受到正火热处理的影响。即，如果正火温度低和/或时间过短，则在此之前的制造工序中生成的包含W的碳化物不会充分地固溶于基体中，因此作为电解提取残渣被分析的W量有可能变多。另外，如果正火温度高和/或时间过长，则也有可能原奥氏体粒径变大、使韧性降低。
(3)回火热处理工序
进而，在正火热处理工序后，例如也可以实施回火热处理。例如优选以在750℃～790℃下1小时～5小时的条件来进行回火热处理。
此外，上述方法是一个例子，例如关于正火热处理及回火热处理，有可能根据钢成分及其他的工序中的条件的不同，即使不满足上述优选的条件，也能够制造本申请的低合金耐热钢。
[用途]
本申请的低合金耐热钢的用途没有限定，例如可适宜地用于发电用锅炉等在高温下使用的设备。
此外，作为在高温下使用的设备的例子，例如可列举出煤炭火力发电厂、石油火力发电厂、垃圾焚烧发电厂及生物质发电厂等的锅炉用配管；石油化工厂中的分解管等。
其中，本申请中的“在高温下使用”可列举出例如在350℃～700℃(进而400℃～650℃)的环境中使用的形态。
例如，在制造由本申请的低合金耐热钢成型的钢管的情况下，除了在钢管本体中使用本申请的低合金耐热钢以外，可以应用公知的造管技术。具体而言，可以制成由本申请的低合金耐热钢成型的无缝钢管，也可以制成将本申请的低合金耐热钢成型为管状并进行焊接而成的焊接管。
实施例
以下，通过实施例对本申请的低合金耐热钢更具体地进行说明。需要说明的是，本申请的低合金耐热钢并不限于这些实施例。
<实施例1>
对于将具有表1中所示的化学成分的A～J的原材料在实验室中溶解浇铸而得到的锭，依次进行热锻造及热轧，成型为15mm的厚度。由该原材料加工成长度为150mm、宽度为150mm的板材。
对该板材进行表2中所示那样的正火、回火的热处理而制成了试验材。
需要说明的是，在表1及后述的表2中带下划线的值是指为本申请的范围外。
[表1]
Figure BDA0002626504280000171
[表2]
评价结果
Figure BDA0002626504280000181
[作为电解提取残渣被分析的W的量的测定]
从所得到的试验材中采集8mm见方、长度为40mm的试验片，通过上述的实施方式中说明的方法即恒电流电解法，测定了作为电解提取残渣被分析的W量。具体而言，通过使用10体积％乙酰丙酮-1质量％四甲基氯化铵甲醇溶液作为电解液的恒电流电解法，以20mA/cm2的电流密度将试验材进行阳极溶解，提取碳化物作为残渣。将所提取的残渣进行酸分解后，进行ICP(高频电感耦合等离子体)发光分析，测定了残渣中的W的质量。将残渣中的W的质量除以试验材的溶解量，求出了作为碳化物存在的W量(质量％)。
[拉伸试验/抗拉强度]
进而，从试验材中采集平行部直径为8mm、平行部长度为55mm的JIS Z2241：2011中所示的14A号圆棒试验片，依据JIS Z2241：2011，供于常温室温(10℃～35℃)下的拉伸试验。然后，将该抗拉强度成为对母材所要求的必要抗拉强度即510MPa以上的情况设定为“合格”，将其中成为530MPa以上的情况设定为“合格(优)”，将除此以外的情况设定为“合格(可)”，另一方面，将低于510MPa的情况设定为“不合格”。
[夏比冲击试验/韧性]
从试验材的板厚方向中央部采集3根加工了缺口的2mmV型缺口全尺寸夏比冲击试验片，供于夏比冲击试验。需要说明的是，夏比冲击试验是依据JIS Z2242：2005来进行的。试验是在20℃下实施，将3根试验片的吸收能量的平均值成为27J以上的情况设定为“合格”，将其中3根试验片的吸收能量的各值全部成为27J以上的情况设定为“合格(优)”，将除此以外的情况设定为“合格(可)”，另一方面，将3根试验片的吸收能量的平均值低于27J的情况设定为“不合格”。
[蠕变断裂试验]
此外，从拉伸试验及夏比冲击试验合格的试验材中采集圆棒蠕变试验片，进行了蠕变断裂试验。而且，作为长时间使用下的评价，在母材的目标断裂时间成为1000小时的550℃×196MPa的条件下进行了蠕变断裂试验。需要说明的是，蠕变断裂试验是依据JISZ2271：2010来进行的。然后，将断裂时间超过目标断裂时间的情况设定为“合格”，将低于此的情况设定为“不合格”。
由表2可知：满足本申请中规定的条件的钢可稳定地获得优异的抗拉强度和所需的韧性。此外，可知：还具备长时间使用时的高蠕变强度。
与此相对，代号A8、B8、B9及F1由于作为电解提取残渣被分析的W的量低于(2)式中规定的范围，即碳化物的析出量不充分，因此不满足作为目标的所需的抗拉强度和韧性。
代号A10、A11、A12、A13、B11、G1及H1由于作为电解提取残渣被分析的W的量超过(2)式中规定的范围，即碳化物过量并且粗大地析出，因此不满足作为目标的所需的抗拉强度和韧性。
<实施例2>
对于将具有表3中所示的化学组成的K～P的原材料在实验室中溶解浇铸而得到的锭，依次进行热锻造及热轧，成型为15mm的厚度。由该原材料加工成长度为150mm、宽度为150mm的板材。
对该板材进行1050℃×0.5小时的正火、770℃×1小时的回火的热处理而制成了试验材。
需要说明的是，表3中带下划线的值是指Sn超过优选的范围。
[表3]
Figure BDA0002626504280000211
[评价试验]
对这些试验材进行了上述作为电解提取残渣被分析的W量的测定、拉伸试验及夏比冲击试验(原材料状态)。
进而，准备对试验材反复进行了5次“室温→550℃×108小时→室温”的加热及冷却的循环的试验材，从板厚方向中央部采集3根加工了缺口的2mmV型缺口全尺寸夏比冲击试验片，供于夏比冲击试验。需要说明的是，夏比冲击试验是依据JIS Z2242：2005来进行的。试验是在20℃下实施，将3根试验片的吸收能量的平均值成为27J以上的情况设定为“合格”，将其中3块试验片的吸收能量的各值全部成为27J以上的情况设定为“合格(优)”，将除此以外的情况设定为“合格(可)”，另一方面，将3根试验片的吸收能量的平均值低于27J的情况设定为“不合格”。
进而，从拉伸试验及夏比冲击试验(原材料状态及反复加热冷却后)中合格的试验材中采集圆棒蠕变试验片，进行了上述蠕变断裂试验。
[表4]
Figure BDA0002626504280000231
由表4可知：满足本申请中规定的条件的钢不仅可获得优异的抗拉强度以外，而且即使是在反复进行向高温的加热和冷却的情况下也可获得良好的韧性。进而可知：还具备作为目标的蠕变强度。
与此相对，代号O1及P1由于Sn量超过了由与B量的关系决定的优选的值，因此虽然原材料的韧性满足所需的性能，但反复加热冷却后不满足作为目标的韧性。
由此获知：只有在满足本申请中规定的必要条件的情况下，可获得稳定地具有优异的抗拉强度和韧性、并且还一并具备长时间使用时的高蠕变强度的低合金耐热钢。
产业上的可利用性
根据本申请，变得能够提供含有W及B、稳定地具有优异的抗拉强度和韧性的低合金耐热钢及钢管。

Claims (5)

1.一种低合金耐热钢，其以质量％计包含：
C：0.03％～0.09％、
Si：0.10％～0.30％、
Mn：0.15％～0.60％、
P：0.020％以下、
S：0.0060％以下、
Ni：0.01％～0.50％、
Co：0.01％～0.50％、
Cu：0.01％～0.50％、
Cr：2.0％～3.0％、
Mo：0.05％～0.35％、
W：1.0％～2.2％、
V：0.15％～0.28％、
Nb：0.01％～0.11％、
Ti：0.002％～0.022％、
B：0.001％～0.006％、
N：0.001％～0.012％、
Al：0.020％以下、及
O：0.020％以下，
Ni、Co及Cu的合计量满足下述(1)式，并且作为电解提取残渣被分析的W量满足下述(2)式，进一步含有满足下述(3)式的Sn，剩余部分由Fe及杂质构成，
0.03≤[％Ni]+[％Co]+[％Cu]≤0.80 (1)
-10×[％B]+0.07≤[％W]ER≤10×[％B]+0.18 (2)
[％Sn]≤2×[％B]+0.010(％) (3)
式中，[％Ni]、[％Co]、[％Cu]、[％B]及[％Sn]分别是指钢中所含的Ni、Co、Cu、B及Sn的质量％，[％W]ER是指作为电解提取残渣被分析的W的质量％。
2.根据权利要求1所述的低合金耐热钢，其中，代替所述Fe的一部分，含有以质量％计选自下述元素中的至少1种元素：
Ta：0.20％以下、
Ca：0.0150％以下、
Mg：0.0150％以下、及
REM：0.050％以下。
3.根据权利要求1所述的低合金耐热钢，其中，JIS Z2241：2011中规定的抗拉强度为510MPa以上，20℃下的JIS Z2242：2005中规定的全尺寸夏比吸收能量为27J以上。
4.根据权利要求2所述的低合金耐热钢，其中，JIS Z2241：2011中规定的抗拉强度为510MPa以上，20℃下的JIS Z2242：2005中规定的全尺寸夏比吸收能量为27J以上。
5.一种钢管，其是通过权利要求1～权利要求4中任一项所述的低合金耐热钢来成型的。
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