JP2000204434A - Ferritic heat resistant steel excellent in high temperature strength and its production - Google Patents

Ferritic heat resistant steel excellent in high temperature strength and its production

Info

Publication number
JP2000204434A
JP2000204434A JP614799A JP614799A JP2000204434A JP 2000204434 A JP2000204434 A JP 2000204434A JP 614799 A JP614799 A JP 614799A JP 614799 A JP614799 A JP 614799A JP 2000204434 A JP2000204434 A JP 2000204434A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
steel
strength
temperature
precipitates
toughness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP614799A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiori Miyata
佳織 宮田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP614799A priority Critical patent/JP2000204434A/en
Publication of JP2000204434A publication Critical patent/JP2000204434A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To impart stably high creep rupture strength to the steel even in the case of use at high temp. for a long time by allowing spherical or disk- shaped coherent precipitates having specified diameter to exist in the crystal grains of steel having a specified componential compsn. at specified density, also allowing prescribed intergranular precipitates to exist and specifying the ratio between the minor axis and the major axis thereof. SOLUTION: Ferritic heat resistant steel having a compsn. contg., by weight, 0.01 to 0.25% C, <=0.03% P, <=0.015% S, 0.5 to <8% Cr, 0.05 to 0.5% V, 0 to 0.2% Nb, 0 to 0.1% Ti, 0 to 0.2% Ta and 0 to 0.1% N, in which, in the crystal grains, spherical or disk-shaped coherent precipitates of 2 to 30 nm diameter are present at the density of >=1 piece/μm3, also, one or more kinds of intergranular precipitates among cementite, M7C3 type carbides and M23C6 type carbides are present, all intergranular precipitates contain >=2 wt.% V, and the ratio between the minor axis and the major axis (minor axis/major axis) is >=0.5 is prepd. In this way, the steel usable at about 400 to 625 deg.C can be obtd.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、ボイラ、化学工
業、原子力等の分野で使用される熱交換器や配管用鋼
管、耐熱バルブ、接続継手等の鋳鍛鋼品に好適な、40
0℃以上の高温におけるクリープ強度に優れた低、中C
rフェライト系耐熱鋼に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a cast iron and forged steel product such as a heat exchanger, a steel pipe for piping, a heat-resistant valve, a connection joint, etc. which is used in the fields of boilers, chemical industry, nuclear power and the like.
Low and medium C with excellent creep strength at high temperature of 0 ° C or higher
Related to r-ferritic heat-resistant steel.

【0002】[0002]

【従来の技術】400℃以上の高温で使用される耐熱鋼
には、オーステナイト系ステンレス鋼、Cr含有量
が9〜12%の高Crフェライト鋼、Cr含有量が数
%の低、中Crフェライト鋼および炭素鋼に大別され
る。
2. Description of the Related Art Heat resistant steels used at a high temperature of 400 ° C. or higher include austenitic stainless steel, high Cr ferrite steel having a Cr content of 9 to 12%, and low and medium Cr ferrite having a Cr content of several percent. It is roughly divided into steel and carbon steel.

【0003】そして、鋼種は使用環境(温度、圧力等)
および経済性を考慮して適宜選択される。
[0003] The steel type depends on the use environment (temperature, pressure, etc.).
It is appropriately selected in consideration of economic efficiency.

【0004】ところで、これらの鋼種のうち、低、中C
rフェライト系耐熱鋼は一般に、数%のCrと、必要に
応じてW、Mo、Ni、Co等の合金元素を含む焼もど
しマルテンサイト、または焼もどしベイナイト組織を有
する耐熱鋼である。
[0004] Among these steel types, low and medium C
The r-ferritic heat-resistant steel is generally a heat-resistant steel having a tempered martensite or a tempered bainite structure containing several percent of Cr and, if necessary, alloying elements such as W, Mo, Ni, and Co.

【0005】低、中Crフェライト系耐熱鋼の特徴点
は、Crを含有しているため炭素鋼に比べて耐酸化性、
高温耐食性及び高温強度に優れていることである。ま
た、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて、高温強度
の点では劣るが格段に安価で、かつ熱膨張係数が小さい
く、さらには高Crフェライト鋼に比べても安価であっ
て靱性、溶接性、および熱伝導性に優れていることが特
徴である。
[0005] Low- and medium-Cr ferritic heat-resistant steels are characterized by the fact that they contain Cr and thus have higher oxidation resistance than carbon steel.
It is excellent in high temperature corrosion resistance and high temperature strength. Also, compared to austenitic stainless steel, it is inferior in high-temperature strength, but is significantly cheaper, has a smaller coefficient of thermal expansion, and is less expensive than high Cr ferritic steel, and has toughness, weldability, and It is characterized by having excellent thermal conductivity.

【0006】このような低、中Crフェライト鋼の代表
例としてJISで規格化されているSTBA20(0.5Cr
-0.5Mo)、STBA22(1.0Cr-0.5Mo)、STBA23
(1.25Cr-0.5Mo)、STBA24(2.25Cr-1.0Mo)、STB
A25(5.0Cr-0.5Mo)等が知られている。
As a typical example of such low and medium Cr ferritic steels, STBA20 (0.5 Cr
-0.5Mo), STBA22 (1.0Cr-0.5Mo), STBA23
(1.25Cr-0.5Mo), STBA24 (2.25Cr-1.0Mo), STB
A25 (5.0Cr-0.5Mo) and the like are known.

【0007】高温強度は耐圧部材の設計上極めて重要で
あり、使用温度によらず高強度であることが望ましい。
特に、ボイラ、化学工業、原子力用などに用いられる耐
熱耐圧鋼管では、素材の高温強度に応じて管の肉厚が決
定される。
[0007] High temperature strength is extremely important in designing a pressure-resistant member, and it is desirable that the strength be high regardless of the operating temperature.
In particular, in a heat-resistant and pressure-resistant steel pipe used for boilers, chemical industries, nuclear power, and the like, the wall thickness of the pipe is determined according to the high-temperature strength of the material.

【0008】低、中Crフェライト系鋼の高温強度の改
善は、固溶強化と析出強化によりなされている。
[0008] The high temperature strength of low and medium Cr ferritic steels is improved by solid solution strengthening and precipitation strengthening.

【0009】固溶強化による高温強度改善は、一般に適
正量のC、Cr、MoおよびWを含有させることにより
おこなわれているが、高温で長時間使用すると炭化物の
粗大化や金属間化合物の析出が生じて高温長時間側のク
リープ強度が低下する。強度を上昇させるために固溶元
素の添加量を増量し、固溶強化を高める方法が考えられ
るが、固溶限以上の添加はこれらの元素の析出を助長
し、かえって靱性、加工性、溶接性を劣化させる。
The improvement of high-temperature strength by solid solution strengthening is generally carried out by incorporating appropriate amounts of C, Cr, Mo and W. However, when used at high temperatures for a long time, coarsening of carbides and precipitation of intermetallic compounds occur. And the creep strength on the high temperature and long time side decreases. To increase the strength, it is conceivable to increase the amount of solid solution elements to increase solid solution strengthening.However, the addition beyond the solid solution limit promotes the precipitation of these elements, and on the contrary, toughness, workability, welding Deterioration of performance.

【0010】析出強化による高温強度改善は、析出強化
元素であるV、Nb、Ti、Ta等を添加することによ
りおこなわれている。このような低、中Crフェライト
鋼は、特開昭55-6458号、特開昭57-131349号、特公昭61
-34501号、特公平6-6771号、特開平6-100929号、特開平
8-134584号、特開平8-158022号の各公報等により多数の
提案され、実用化もされている。
Improvement in high-temperature strength by precipitation strengthening is performed by adding precipitation strengthening elements such as V, Nb, Ti, Ta and the like. Such low and medium Cr ferrite steels are disclosed in JP-A-55-6458, JP-A-57-131349, and JP-B-61-61349.
-34501, JP-B-6-6771, JP-A-6-100929, JP-A
Many proposals have been made in JP-A-8-134584, JP-A-8-158022, etc., and they have been put to practical use.

【0011】さらに、析出強化型の低、Crフェライト
鋼として、タービン用材料である1Cr-1Mo-0.25V鋼や高
速増殖炉用構造材料である2.25Cr-1Mo-Nb鋼等がよく知
られている。
Further, 1Cr-1Mo-0.25V steel which is a material for turbines and 2.25Cr-1Mo-Nb steel which is a structural material for fast breeder reactors are well known as precipitation strengthened low and Cr ferritic steels. I have.

【0012】しかし、析出強化する場合、適切な組織制
御を行わない場合には次のような問題が生ずる。
However, in the case of precipitation strengthening, the following problems occur unless proper structure control is performed.

【0013】(a)未使用材や短時間使用材では高強度
を有するものの、10000時間以上もの長時間高温に
曝されると析出効果が低減し、安定した強度が得られな
くなる。これは、未使用材や短時間使用材では炭化物、
窒化物、及び金属間化合物が析出強化に寄与するが、高
温で長時間使用中に生じる時効により、これらの析出物
が凝集粗大化し、析出強化能が失われるからである。
(A) An unused material or a material used for a short time has a high strength, but when exposed to a high temperature for as long as 10,000 hours or more, the precipitation effect is reduced and a stable strength cannot be obtained. This is due to carbides in unused and short-time use materials,
This is because nitrides and intermetallic compounds contribute to precipitation strengthening, but due to aging that occurs during long-term use at high temperatures, these precipitates are agglomerated and coarse, and the precipitation strengthening ability is lost.

【0014】(b)析出強化鋼では粒内が強化されてい
るため、相対的に粒界が弱くなり、靱性や耐食性が劣化
する。
(B) In the precipitation-strengthened steel, since the inside of the grains is strengthened, the grain boundaries become relatively weak, and the toughness and corrosion resistance deteriorate.

【0015】低、中Crフェライト鋼の高温強度をさら
に高めることができれば、次のような利点が得られる。
If the high-temperature strength of the low and medium Cr ferritic steel can be further increased, the following advantages can be obtained.

【0016】1)従来、耐高温腐食性がそれほど厳しく
要求されない使用環境でも、高温強度確保のためにオー
ステナイト系ステンレス鋼あるいは高Crフェライト系
鋼が使用されていたが、オーステナイト系ステンレス鋼
に代えて低、中Crフェライト系鋼を用いれば、低、中
Crフェライト系鋼の特性、例えば優れた溶接性を生か
すことができる。
1) Conventionally, austenitic stainless steel or high Cr ferritic steel has been used to ensure high-temperature strength even in a use environment in which high-temperature corrosion resistance is not so severely required, but instead of austenitic stainless steel. If low and medium Cr ferritic steels are used, the characteristics of low and medium Cr ferritic steels, for example, excellent weldability, can be utilized.

【0017】2)従来の用途において、肉厚を薄くする
ことが可能となり、それによって熱伝導性が向上し、プ
ラントの熱効率そのものを改善することができるととも
に、プラントの起動、停止に伴う熱疲労負荷を軽減する
ことができる。
2) In conventional applications, it is possible to reduce the wall thickness, thereby improving the thermal conductivity, improving the thermal efficiency of the plant itself, and the thermal fatigue associated with starting and stopping the plant. The load can be reduced.

【0018】3)肉厚の薄肉化による軽量化によりプラ
ントのコンパクト化と製造コストの低減ができる。
3) The plant can be made compact and the manufacturing cost can be reduced by reducing the wall thickness to reduce the weight.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、40
0〜625℃程度の高温におけるクリープ強度が高く、
かつそのような温度域で長時間使用しても安定した強度
を示す低、中Crフェライト系鋼とその製造方法を提供
することにある。
The problem to be solved by the present invention is that
High creep strength at a high temperature of about 0 to 625 ° C,
Another object of the present invention is to provide a low and medium Cr ferritic steel exhibiting stable strength even when used for a long time in such a temperature range, and a method for producing the same.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、以下の
通りである。
The gist of the present invention is as follows.

【0021】1.重量%で、C:0.01〜0.25
%、P:0.03%以下、S:0.015%以下、C
r:0.5〜8%未満、V:0.05〜0.5%、N
b:0〜0.2%、Ti:0〜0.1%、Ta:0〜
0.2%およびN:0〜0.1%を含み、結晶粒内に
は、直径2〜30nmの球状または円盤状の整合析出物
が1個/μm3以上の密度で存在し、かつセメンタイト、
73型炭化物、およびM236型炭化物のうちの1種
以上の粒界析出物が存在し、それら粒界析出物はいずれ
も重量%で2%以上のVを含み、短径と長径の比(短径
/長径)が0.5以上である高温強度に優れたフェライ
ト系耐熱鋼。
1. By weight%, C: 0.01-0.25
%, P: 0.03% or less, S: 0.015% or less, C
r: less than 0.5 to 8%, V: 0.05 to 0.5%, N
b: 0 to 0.2%, Ti: 0 to 0.1%, Ta: 0 to 0%
0.2% and N: 0 to 0.1%, and spherical or disk-shaped matched precipitates having a diameter of 2 to 30 nm are present at a density of 1 / μm 3 or more in the crystal grains, and are cementite. ,
One or more types of grain boundary precipitates of M 7 C 3 type carbide and M 23 C 6 type carbide are present, each of which contains 2% or more of V by weight and Ferritic heat-resistant steel with excellent high-temperature strength having a ratio of major axis to minor axis (minor axis / major axis) of 0.5 or more.

【0022】2.上記(1)に記載の化学組成を有する
フェライト系耐熱鋼を、(T−200)〜(T+200)℃の
温度範囲で焼ならしした後、200℃/時間以上の速さ
で冷却し、次いで550〜850℃の温度範囲で焼戻し
処理を施す高温強度に優れたフェライト系耐熱鋼の製造
方法。
2. After normalizing the ferritic heat-resistant steel having the chemical composition described in the above (1) in a temperature range of (T-200) to (T + 200) ° C, the steel is cooled at a speed of 200 ° C / hour or more, and then A method for producing a ferritic heat-resistant steel excellent in high-temperature strength, which is subjected to a tempering treatment in a temperature range of 550 to 850 ° C.

【0023】ただし、Tは下記式(1)を満足する値と
する。
Here, T is a value satisfying the following equation (1).

【0024】 T=104/{1.52(A−B)}−273・・・・・(1) ここで、AおよびBは、下記式(2)および(3)によ
り得られる値とする。また、式中の元素記号は、鋼中の
各元素の含有量(重量%)を表す。
T = 10 4 /{1.52(A−B)}−273 (1) Here, A and B are values obtained by the following equations (2) and (3). I do. The symbol of the element in the formula represents the content (% by weight) of each element in the steel.

【0025】 A=7.0×{V/(V+Nb+Ti+Ta)}+5.2×{(Ti/(V+Nb+Ti+Ta)} +4.8×{(Ta+Nb)/(V+Nb+Ti+Ta)}・・・・・(2) B=log(V+Nb+Ti+Ta)2・・・・(3) なお、本発明の耐熱鋼は、主に鍛鋼であるが、鋳鋼も含
むものとする。
A = 7.0 × {V / (V + Nb + Ti + Ta)} + 5.2 × {(Ti / (V + Nb + Ti + Ta)} + 4.8 × {(Ta + Nb) / (V + Nb + Ti + Ta)} (2) B = log (V + Nb + Ti + Ta) 2 (3) The heat-resistant steel of the present invention is mainly a forged steel. And cast steel.

【0026】本発明者らは、低、中Crフェライト鋼の
高温強度、特に400℃以上でのクリープ強度を向上さ
せるため、高温でも安定な析出物による析出強化に着目
し、400℃以上の高温での炭化物の析出挙動と下部組
織の長時間安定性について種々の試験を繰り返した結
果、以下の知見を得て本発明を完成するに至った。
In order to improve the high-temperature strength of low and medium Cr ferritic steels, especially the creep strength at 400 ° C. or higher, the present inventors have focused on precipitation strengthening with precipitates that are stable even at high temperatures. As a result of repeating various tests on the precipitation behavior of carbides and the long-term stability of the underlying structure, the following findings were obtained and the present invention was completed.

【0027】(a)低、中Crフェライト系耐熱鋼にお
ける析出物は、結晶粒内に析出するV、Nb、Ti等
を主成分とする微細炭窒化物(以下、金属元素をMとし
て表してMXと記す)および、粒界やラス界面に析出
する粗大炭化物に大別される。
(A) Precipitates in low and medium Cr ferritic heat-resistant steels are fine carbonitrides mainly composed of V, Nb, Ti and the like precipitated in crystal grains (hereinafter, the metal element is expressed as M). MX) and coarse carbides precipitated at grain boundaries and lath interfaces.

【0028】(b)MXは、高温での析出初期は球状の
形状をしており、母相と同じ体心立法構造(bcc)を
有し、母相とは完全整合関係にある。また焼戻しや使用
中に生じる高温時効により、MXは面心立方構造(fc
c)に変化し、形状は薄い円盤状へと変化するが、形状
が円盤状の間は、母相と整合関係を保持している。
(B) MX has a spherical shape in the early stage of precipitation at a high temperature, has the same body-centered cubic structure (bcc) as the parent phase, and is in perfect matching with the parent phase. In addition, due to tempering and high-temperature aging that occurs during use, MX has a face-centered cubic structure (fc).
The shape changes to c), and the shape changes to a thin disk shape. However, while the shape is a disk shape, the matching relationship with the parent phase is maintained.

【0029】(c)MXが母相と整合性を保持している
間は、MXのまわりに発生した整合歪に転位が固着して
転位が動きにくくなるため、マルテンサイトやベイナイ
トの回復軟化が抑制され、かつ変形抵抗が高くなる。さ
らには、塑性変形の際に動く転位も固着されるため変形
抵抗が高くなる。そのため、常温強度およびクリープ強
度が上昇する。
(C) While MX maintains the consistency with the parent phase, dislocations are fixed to the matching strain generated around MX and the dislocations are difficult to move, so that the recovery softening of martensite and bainite is suppressed. It is suppressed and the deformation resistance is increased. Further, dislocations that move during plastic deformation are also fixed, so that deformation resistance increases. Therefore, room temperature strength and creep strength increase.

【0030】(d)また、MXが母相と整合性を保持し
ている間は、MXは母相からの拘束を受け、MX自身の
成長及び凝集粗大化が抑制される。したがって、高温長
時間使用後まで微細なMXが、安定かつ高密度に保たれ
析出強化能が持続するため、安定したクリープ強度が得
られる。すなわち、析出強化能が最大限に利用できる。
(D) While the MX maintains consistency with the mother phase, the MX is restrained by the mother phase, so that the growth and aggregation coarsening of the MX itself are suppressed. Therefore, the fine MX is kept stable and at a high density until after the use for a long time at a high temperature, and the precipitation strengthening ability is maintained, so that a stable creep strength can be obtained. That is, the precipitation strengthening ability can be used to the maximum.

【0031】(e)さらに高温時効が進むと、MXの形
状は立方体に変化する。MXの形状が立方体になると母
相との整合関係は完全に崩れ、整合歪は消滅する。
(E) As the high-temperature aging proceeds, the shape of MX changes to a cube. When the shape of MX becomes a cube, the matching relationship with the parent phase is completely broken, and the matching strain disappears.

【0032】(f)MXと母相との整合性が失われる
と、常温強度と高温クリープ強度が低下する。
(F) When the consistency between MX and the parent phase is lost, the room temperature strength and the high temperature creep strength decrease.

【0033】(g)また、MXと母相との整合性が失わ
れるとMXの凝集粗大化が進行し、マルテンサイト又は
ベイナイト組織は時間経過とともに大きく変化する。こ
のため、安定したクリープ強度が得られない。
(G) If the consistency between MX and the matrix is lost, the coarsening of MX proceeds, and the martensite or bainite structure changes significantly with the passage of time. For this reason, stable creep strength cannot be obtained.

【0034】(h)しかし、MXの形状、サイズ、粒子
密度を下記のように規制すると、高温時効の進展を抑制
することができ、粒内強化によるクリープ強度が長時間
維持できる。
(H) However, when the shape, size, and particle density of MX are regulated as follows, the development of high-temperature aging can be suppressed, and the creep strength due to intragranular strengthening can be maintained for a long time.

【0035】形状 :球状または円盤状 サイズ :30nm以下 粒子密度:1個/μm3以上 (i)しかしながら、たとえ微細なMXによって粒内強
化が図られても、粒界強度が弱ければ、クリープ強度、
クリープ延性のみならず靱性が劣化してしまう。さらに
は、焼戻し脆化が起こりやすくなる。
Shape: spherical or disk-shaped Size: 30 nm or less Particle density: 1 particle / μm 3 or more (i) However, even if the intragranular strengthening is achieved by fine MX, if the grain boundary strength is weak, the creep strength ,
Not only creep ductility but also toughness is deteriorated. Furthermore, tempering embrittlement is likely to occur.

【0036】(j)粒界やラス界面に析出する粗大炭化
物は、M236、M73、セメンタイトなどで、これら
の比較的粗大な炭化物が粒界に沿って析出し、析出初期
には粒界に沿ってフィルム状に析出する。
(J) Coarse carbides precipitated at grain boundaries and lath interfaces are M 23 C 6 , M 7 C 3 , cementite, etc., and these relatively coarse carbides precipitate along the grain boundaries, and Precipitates in the form of a film along the grain boundaries.

【0037】(k)フィルム状の粒界析出物の周りで
は、MX等の他の炭化物の無析出帯が生じ、粒界強度が
弱くなり、クリープ延性の低下や靱性劣化として現れ
る。
(K) Around the film-shaped grain boundary precipitate, a non-precipitated zone of other carbides such as MX is formed, the grain boundary strength is weakened, and this appears as a decrease in creep ductility and a deterioration in toughness.

【0038】(l)550℃以上の温度で焼戻しする
と、粒界析出物は球状に変化し、球状の粒界析出物の周
りでは、炭化物の無析出帯が回復し、それに伴いクリー
プ延性や靱性が回復する。
(L) When tempered at a temperature of 550 ° C. or higher, the grain boundary precipitate changes to a spherical shape, and around the spherical grain boundary precipitate, a carbide-free precipitation zone recovers, and accordingly, creep ductility and toughness are increased. Recovers.

【0039】(m)M236、M73、又はセメンタイ
トにVが固溶すると、これらの炭化物の粗大化を抑制
し、長時間側でのクリープ強度の低下を抑制する。
(M) When V forms a solid solution in M 23 C 6 , M 7 C 3 , or cementite, coarsening of these carbides is suppressed, and a decrease in creep strength on a long time side is suppressed.

【0040】(n)M236、M73、またはセメンタ
イトの短径と長径の比が0.5以上の場合にクリープ延
性及び衝撃特性が良好である。
(N) When the ratio of the minor axis to the major axis of M 23 C 6 , M 7 C 3 , or cementite is 0.5 or more, the creep ductility and impact properties are good.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】次に、本発明の耐熱鋼の化学組成
および析出物を限定した理由について以下に詳しく説明
する。なお、以下の説明において、化学成分の含有量の
%表示はすべて重量%を意味する。
Next, the reasons for limiting the chemical composition and precipitates of the heat-resistant steel of the present invention will be described in detail below. In the following description, all percentages of the content of chemical components mean weight%.

【0042】C:0.01〜0.25% Cは、Cr、Fe、V等と炭化物(MX及び粒界炭化
物)を形成し、高温強度に寄与するとともに、それ自体
がオーステナイト安定化元素として組織を安定化する。
また、本発明鋼はフェライト、マルテンサイト、ベイナ
イト、パーライト、またはこれらの混合した組織となる
が、C含有量はこれらの組織のバランス制御のためにも
重要である。C含有量が0.01%未満では炭化物の析
出量が不十分である上に、焼入れ性が低下して強度と靱
性を損なう。一方、0.25%を超えると炭化物が過剰
に析出し、鋼が著しく硬化して加工性と溶接性を損な
う。したがって、C含有量の範囲は0.01〜0.25
%とした。
C: 0.01 to 0.25% C forms carbides (MX and grain boundary carbides) with Cr, Fe, V, etc., and contributes to high-temperature strength, and itself as an austenite stabilizing element. Stabilize the organization.
The steel of the present invention has a ferrite, martensite, bainite, pearlite, or a mixed structure thereof, and the C content is also important for controlling the balance of these structures. If the C content is less than 0.01%, the amount of carbide precipitation is insufficient, and the hardenability is reduced, resulting in impaired strength and toughness. On the other hand, if it exceeds 0.25%, carbides are excessively precipitated, and the steel is hardened remarkably, impairing workability and weldability. Therefore, the range of the C content is 0.01 to 0.25.
%.

【0043】Cr:0.5〜8%未満 Crは、耐酸化性と高温耐食性の改善のために不可欠の
元素である。Cr含有量が0.5%未満ではこれらの効
果が得られない。一方、8%以上では、溶接性、熱伝導
性が低くなるとともに、経済性が低下し、低、中Crフ
ェライト鋼の利点が少なくなる。よって、Cr含有量の
範囲は0.5%以上、8%未満とした。
Cr: 0.5 to less than 8% Cr is an essential element for improving oxidation resistance and high-temperature corrosion resistance. If the Cr content is less than 0.5%, these effects cannot be obtained. On the other hand, if it is 8% or more, the weldability and the thermal conductivity are reduced, and the economic efficiency is reduced, and the advantages of the low and medium Cr ferrite steel are reduced. Therefore, the range of the Cr content is set to 0.5% or more and less than 8%.

【0044】V:0.05〜0.5% Vは、MX型析出物を形成する重要な元素である。すな
わち、VはCと結合して微細なVCを形成し、VCは母
相と整合析出する。しかし、0.05%未満ではVCの
析出量が少なく、常温強度とクリープ強度の向上に寄与
しない。一方、0.5%を超えて過剰に含有する場合に
は、VCは整合析出せず、粗大化しやすくなるため、か
えって強度と靱性を損なう。したがって、V含有量は
0.05〜0.5%とした。
V: 0.05-0.5% V is an important element forming an MX-type precipitate. That is, V combines with C to form fine VC, and VC is coherently precipitated with the parent phase. However, if it is less than 0.05%, the precipitation amount of VC is small, and does not contribute to the improvement of the room temperature strength and the creep strength. On the other hand, if it is contained in excess of 0.5%, VC does not precipitate in a coherent manner and tends to become coarse, so that the strength and toughness are impaired. Therefore, the V content is set to 0.05 to 0.5%.

【0045】P:0.03%以下、S:0.015%以
下 PおよびSは、不可避不純物元素であり、いずれも靱
性、加工性、溶接性に有害であり、特に焼戻し脆化を促
進させる。このため、可能な限り低くすることが望まし
く、Pの許容上限は0.03%、Sの許容上限は0.0
15%である。
P: 0.03% or less, S: 0.015% or less P and S are unavoidable impurity elements, all of which are harmful to toughness, workability and weldability, and particularly promote tempering embrittlement. . For this reason, it is desirable to make it as low as possible, the allowable upper limit of P is 0.03%, and the allowable upper limit of S is 0.0%.
15%.

【0046】本発明の耐熱鋼は、上記の合金成分の他
に、下記の合金元素を必要により選択的に含有させるこ
とができる。
The heat-resistant steel of the present invention may optionally contain the following alloy elements in addition to the above-mentioned alloy components.

【0047】Nb:0〜0.2% Nbは、Vと同様にCと結合してMX[(V,Nb)C]を形
成し、クリープ強度の向上に寄与する。Nbは、MXの
粗大化を抑制し、MXの熱的安定性を高める作用がある
ため、長時間側のクリープ強度の低下を防止する。さら
に、結晶粒を微細化し、溶接性及び靱性の改善にも有効
である。Nbを含有させる場合、上記効果を得るには
0.002%以上含有させるのが好ましい。一方、0.
2%を超えると鋼を著しく硬化させ、靱性、加工性、溶
接性を損なう。したがって、Nbを含有させる場合には
0.002〜0.2%とするのがよい。
Nb: 0 to 0.2% Nb combines with C similarly to V to form MX [(V, Nb) C] and contributes to improvement in creep strength. Nb has an effect of suppressing the coarsening of MX and increasing the thermal stability of MX, and thus prevents a decrease in creep strength on the long-time side. Further, it is effective for making the crystal grains fine and improving the weldability and toughness. When Nb is contained, the content is preferably 0.002% or more in order to obtain the above effect. On the other hand, 0.
If it exceeds 2%, the steel is hardened remarkably, impairing toughness, workability and weldability. Therefore, when Nb is contained, the content is preferably set to 0.002 to 0.2%.

【0048】Ti:0〜0.1% Tiは、Vと同様にCと結合してMXを形成し、クリー
プ強度の向上に寄与する。さらに、結晶粒を微細化し、
溶接熱影響部(HAZ)の軟化防止にも有効である。こ
れらの効果を得るには0.001%以上含有させるのが
よい。一方、0.1%を超えると鋼を著しく硬化させ、
靱性、加工性、溶接性を損なう。 したがって、Tiを
含有させる場合は、0.001〜0.1%とするのがよ
い。
Ti: 0 to 0.1% Ti, like V, combines with C to form MX and contributes to improvement in creep strength. Furthermore, the crystal grains are refined,
It is also effective in preventing the welding heat affected zone (HAZ) from softening. In order to obtain these effects, the content is preferably 0.001% or more. On the other hand, if it exceeds 0.1%, the steel is hardened remarkably,
Impairs toughness, workability and weldability. Therefore, when Ti is contained, the content is preferably 0.001 to 0.1%.

【0049】Ta:0〜0.2% Taは、Vと同様にCと結合してMXを形成し、クリー
プ強度の向上に寄与する。さらに、結晶粒を微細化し、
HAZの軟化防止にも有効である。これらの効果を得る
には0.002%以上含有させるのが好ましい、一方、
0.2%を超えると鋼を著しく硬化させ、靱性、加工
性、溶接性を損なう。したがって、Taを含有させる場
合は、0.002〜0.2%とするのがよい。
Ta: 0 to 0.2% Ta, like V, combines with C to form MX and contributes to improvement in creep strength. Furthermore, the crystal grains are refined,
It is also effective in preventing HAZ softening. In order to obtain these effects, the content is preferably 0.002% or more.
If it exceeds 0.2%, the steel is hardened remarkably, impairing toughness, workability and weldability. Therefore, when Ta is contained, the content is preferably 0.002 to 0.2%.

【0050】N:0〜0.1% Nは、V、Nb、Ti、Taと結合した場合、微細な窒
化物、または炭化物と複合した炭窒化物を形成し、クリ
ープ強度の向上、結晶粒の微細化による靱性改善、およ
びHAZの軟化の防止に寄与する。これらの効果を得る
には0.001%以上含有させるのが好ましい。一方、
0.1%を超えると窒化物が粗大化し、強度、靱性、溶
接性、加工性を損なう。さらに、過剰のNはベイナイ
ト、マルテンサイト、およびパーライト組織を高温で不
安定にする。したがって、Nを含有させる場合は、0.
001〜0.1%とするのがよい。
N: 0 to 0.1% N, when combined with V, Nb, Ti, and Ta, forms a fine nitride or a carbonitride compounded with a carbide to improve the creep strength and increase the crystal grain size. Contributes to improvement in toughness due to miniaturization of, and prevention of softening of HAZ. In order to obtain these effects, the content is preferably 0.001% or more. on the other hand,
If the content exceeds 0.1%, the nitride coarsens, impairing strength, toughness, weldability, and workability. In addition, excess N destabilizes the bainite, martensite, and pearlite structures at elevated temperatures. Therefore, in the case where N is contained, 0.
It is good to be 001-0.1%.

【0051】Mo:Moは、固溶強化の作用を有する。
またVCなどと複合析出するため、析出強化の作用も有
し、クリープ強度の向上に有効な元素である。これらの
効果を得るには0.01%以上含有させるのが好まし
い。一方、2.5%を超えるとその効果が飽和するとと
もに、かえって溶接性と靱性を損なう。したがって、M
oを含有量させる場合は、その範囲を0.01〜2.5
%とするのがよい。
Mo: Mo has the effect of solid solution strengthening.
In addition, since it precipitates in combination with VC or the like, it also has the effect of strengthening precipitation and is an element effective for improving creep strength. In order to obtain these effects, the content is preferably 0.01% or more. On the other hand, if the content exceeds 2.5%, the effect is saturated and the weldability and the toughness are impaired. Therefore, M
When making o content, the range is 0.01-2.5.
%.

【0052】W:Wは、Moと同様に固溶強化の作用を
有する。またVCなどと複合析出するため析出強化の作
用も有し、クリープ強度の向上に有効な元素である。こ
れらの効果を得るには0.02%以上含有させるのが好
ましい。。一方、5%を超えるとその効果が飽和すると
ともに、かえって溶接性と靱性を損なう。したがって、
Wを含有させる場合は、その範囲を0.02〜5%とす
るのがよい。
W: W has a solid solution strengthening effect similarly to Mo. In addition, it is an element effective for improving creep strength because it also has a precipitation strengthening effect due to complex precipitation with VC and the like. In order to obtain these effects, the content is preferably 0.02% or more. . On the other hand, if the content exceeds 5%, the effect is saturated and the weldability and toughness are impaired. Therefore,
When W is contained, the range is preferably set to 0.02 to 5%.

【0053】B:Bは、焼入れ性向上による安定した強
度の確保に有効な元素である。この効果を得るには0.
0001%以上含有させるのが好ましい。一方、0.1
%を超えるとBは粒界に著しく偏析し、炭化物を粗大化
させ強度低下や靱性低下の原因となる。したがって、B
を含有させる場合は、その範囲を0.0001〜0.1
%とするのがよい。
B: B is an element effective for securing stable strength by improving hardenability. To achieve this effect, use 0.
It is preferable to contain 0001% or more. On the other hand, 0.1
%, B segregates remarkably at the grain boundaries, coarsens carbides and causes a decrease in strength and toughness. Therefore, B
When containing, the range is 0.0001 to 0.1
%.

【0054】Co:Coは、オーステナイト安定化元素
であり、かつ固溶強化作用を有する。これらの効果を得
るには0.01%以上含有させるのが好ましい。一方、
0.5%を超えると高温クリープ強度を低下させる。ま
た、経済性の点からも過剰添加は好ましくない。したが
って、Coを含有させる場合は、上限を0.5%とする
のがよい。
Co: Co is an austenite stabilizing element and has a solid solution strengthening action. In order to obtain these effects, the content is preferably 0.01% or more. on the other hand,
If it exceeds 0.5%, the high-temperature creep strength decreases. In addition, excessive addition is not preferable from the viewpoint of economy. Therefore, when Co is contained, the upper limit is preferably set to 0.5%.

【0055】Ni:Niは、オーステナイト安定化元素
であり、かつ靱性改善に寄与する。これらの効果を得る
には0.01%以上含有させるのが好ましい。一方、
0.5%を超えると高温クリープ強度を低下させる。ま
た、経済性の点からも多量添加は好ましくない。したが
って、Niを含有させる場合は、上限を0.5%とする
のがよい。
Ni: Ni is an austenite stabilizing element and contributes to improvement in toughness. In order to obtain these effects, the content is preferably 0.01% or more. on the other hand,
If it exceeds 0.5%, the high-temperature creep strength decreases. Also, from the viewpoint of economy, addition of a large amount is not preferable. Therefore, when Ni is contained, the upper limit is preferably set to 0.5%.

【0056】Cu:Cuは、オーステナイト安定化元素
であり、かつ熱伝導性の向上に寄与する。これらの効果
を得るには0.01%以上含有させるのがよい。一方、
0.5%を超えると高温クリープ強度や靱性を劣化させ
る。したがって、Cuを含有させる場合は、上限を0.
5%とするのがよい。
Cu: Cu is an austenite stabilizing element and contributes to improvement in thermal conductivity. In order to obtain these effects, the content is preferably 0.01% or more. on the other hand,
If it exceeds 0.5%, the high temperature creep strength and the toughness are deteriorated. Therefore, when Cu is contained, the upper limit is set to 0.1.
It is good to make it 5%.

【0057】Al:Alは、脱酸剤として有効な元素で
ある。この効果を得るには0.001%以上含有させる
のがよい。一方、0.05%を超えるとクリープ強度と
加工性を損なう。したがって、Alを含有させる場合
は、その範囲を0.001〜0.05%とするのがよ
い。望ましい上限は、0.02%である。
Al: Al is an element effective as a deoxidizing agent. In order to obtain this effect, the content is preferably 0.001% or more. On the other hand, when it exceeds 0.05%, creep strength and workability are impaired. Therefore, when Al is contained, the range is preferably made 0.001 to 0.05%. A desirable upper limit is 0.02%.

【0058】Si:Siは、脱酸剤として作用し、また
鋼の耐水蒸気酸化特性を高める元素である。これらの効
果を得るには0.01%以上含有させるのがよい。一
方、0.7%を超える靱性が著しく低下し、クリープ強
度に対しても有害である。したがって、Siを含有させ
る場合は、その範囲を0.01〜0.7%とするのがよ
い。望ましい上限は0.5%である。
Si: Si is an element that acts as a deoxidizing agent and enhances the steam oxidation resistance of steel. In order to obtain these effects, the content is preferably 0.01% or more. On the other hand, the toughness exceeding 0.7% is significantly reduced, and is harmful to the creep strength. Therefore, when Si is contained, the range is preferably set to 0.01 to 0.7%. A desirable upper limit is 0.5%.

【0059】Mn:Mnは、溶製時の脱硫および脱酸効
果によって熱間加工性を向上させる。さらには、焼入れ
性を向上させる。これらの効果を得るには0.01%以
上含有させるのがよい。一方、1%を超えるとクリープ
強化に有効な微細炭窒化物の安定性を損ない、高温長時
間のクリープ強度が低下する。したがって、Mnを含有
させる場合は、0.01〜1%とするのがよい。望まし
い上限は0.5%である。
Mn: Mn improves hot workability by the desulfurization and deoxidation effects during melting. Furthermore, hardenability is improved. In order to obtain these effects, the content is preferably 0.01% or more. On the other hand, if it exceeds 1%, the stability of the fine carbonitride effective for creep strengthening is impaired, and the creep strength at high temperature and long time decreases. Therefore, when Mn is contained, the content is preferably 0.01 to 1%. A desirable upper limit is 0.5%.

【0060】次に、析出物について説明する。Next, the precipitate will be described.

【0061】整合析出物:整合析出物は、母相に整合し
て析出する炭窒化物であり、この析出物の周りに整合歪
みが生じる。したがって、析出物が整合析出物であるか
は、透過電子顕微鏡観察により整合歪の有無を調べるこ
とにより判定できる。具体的には、透過電子顕微鏡を用
い2万倍以上の高倍率で二波近似法をおこなうことによ
り整合歪コントラスト現れ整合歪の有無が判定できる。
整合析出物は、MX型の析出物で、MXとはVC、V
N、NbC、NbN、TiC、TiN、TaC、TaN
等およびこれらの複合析出物の総称である。
Coordinated precipitates: Coordinated precipitates are carbonitrides that are deposited in conformity with the parent phase, and a coherent strain occurs around the precipitates. Therefore, whether the precipitate is a consistent precipitate can be determined by examining the presence or absence of a conformational strain by observation with a transmission electron microscope. Specifically, by performing a two-wave approximation method at a high magnification of 20,000 or more using a transmission electron microscope, it is possible to determine the presence or absence of a matching distortion that appears as a matching distortion contrast.
The matched precipitate is an MX-type precipitate, where MX is VC, V
N, NbC, NbN, TiC, TiN, TaC, TaN
Etc. and these composite precipitates.

【0062】[Mは、金属原子(主としてV、Nb、T
i、Ta)、XはCまたはN]これらは、母相に整合析
出し、周りに生じる整合歪のため、常温強度及びクリー
プ強度を高める。これらは球状または円盤状の場合に
は、母相と整合析出しているため、強度を高める効果が
あるが、立方体になると母相との整合関係が崩れ、強度
効果は消滅する。
[M is a metal atom (mainly V, Nb, T
i, Ta), X is C or N] These are coherently precipitated in the parent phase and increase the room-temperature strength and creep strength due to coherent strain occurring around them. When they are spherical or disk-shaped, they are coherently precipitated with the parent phase, and thus have the effect of increasing the strength. However, when they are cubic, the coherence relationship with the parent phase is broken, and the strength effect disappears.

【0063】また、整合析出物のサイズは、その直径で
30nmを超えると転位の固着力が低下し、強化作用が
低下するのでで、上限を30nmとした。通常の透過電
子顕微鏡(例えば加速電圧200kv)の分解能は2n
m未満であり、それ以下のサイズは確認が困難であるこ
とから、カウントするMXのサイズは2nm以上とす
る。また、たとえ直径30nm以下の整合析出物が析出
していてもその粒子密度が1個/μm 3 未満の場合はその
強化能は十分ではないため、粒子密度は1個/μm3以上
とする。
If the diameter of the coherent precipitate exceeds 30 nm in diameter, the dislocation fixing force is reduced and the strengthening effect is reduced. Therefore, the upper limit is set to 30 nm. The resolution of a normal transmission electron microscope (eg, acceleration voltage 200 kv) is 2n
The size of MX to be counted is set to 2 nm or more, since the size is smaller than m and it is difficult to confirm the size smaller than m. Further, even if a consistent precipitate having a diameter of 30 nm or less is precipitated, if the particle density is less than 1 / μm 3, the strengthening ability is not sufficient, so that the particle density is 1 / μm 3 or more.

【0064】なお、粒子密度は、例えば透過電子顕微鏡
を用いて二波近似回析条件にした後、40000倍以上
で5視野以上観察し、整合コントラストが生じている粒
子の数を測定する。
The particle density is determined, for example, by using a transmission electron microscope under two-wave approximation diffraction conditions, then observing at 50000 fields or more at a magnification of 40,000 or more, and measuring the number of particles having matching contrast.

【0065】粒界析出物:粒界析出物は、M236、M7
3、またはセメンタイト(Fe3C)であり、本発明の
耐熱鋼はこれらの一種以上を含む。これら粒界析出物を
短径と長径の比(短径/長径)で0.5以上にすること
により粒界強度が改善される。この比が0.5未満で
は、粒界強度が低下し、靱性およびクリープ延性が著し
く低下することになる。したがって、粒界析出物の短径
と長径の比を0.5以上とする。
Grain boundary precipitate: M 23 C 6 , M 7
C 3 or cementite (Fe 3 C), and the heat-resistant steel of the present invention contains one or more of these. The grain boundary strength is improved by setting the ratio of the minor axis to the major axis (minor axis / major axis) of these grain boundary precipitates to 0.5 or more. If this ratio is less than 0.5, the grain boundary strength will be reduced, and the toughness and creep ductility will be significantly reduced. Therefore, the ratio of the minor axis to the major axis of the grain boundary precipitate is set to 0.5 or more.

【0066】また、M236、M73 またはセメンタイ
トを構成する金属原子のうち、V量が重量%で2%未満
の場合は、これらの炭化物の粗大化を促進し、クリープ
強度が低下する。したがって、M236、M73 または
セメンタイト中のV量は、重量%で2%以上とする。上
限は特に限定しないが、VがM236、M73 またはセ
メンタイトとして析出するとMXの析出量が減少するの
で10%以下にするのが好ましい。なお、M236、M7
3 またはセメンタイト中のV量は、透過電子顕微鏡の
EDX分(エネルギー分散X線分光分析)によりおこな
う。
When the V content of the metal atoms constituting M 23 C 6 , M 7 C 3 or cementite is less than 2% by weight, the coarsening of these carbides is promoted and the creep strength is reduced. descend. Therefore, the V content in M 23 C 6 , M 7 C 3 or cementite is 2% or more by weight%. The upper limit is not particularly limited. However, if V is precipitated as M 23 C 6 , M 7 C 3 or cementite, the amount of MX deposited decreases, so that it is preferably 10% or less. In addition, M 23 C 6, M 7
The amount of V in C 3 or cementite is determined by EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy) of a transmission electron microscope.

【0067】以下、製造方法について説明する。Hereinafter, the manufacturing method will be described.

【0068】本発明の製造方法の対象となる耐熱鋼は、
溶解、鋳造して熱間加工した鍛鋼および鋳造したまま使
用する鋳鋼である。本発明で規定する化学組成の鋼に下
記の熱処理を施すことによ整合析出物および粒界析出物
を所定のサイズ、形状、組成、密度にすることができ
る。
The heat-resistant steel to be subjected to the production method of the present invention is:
Forged steel that has been melted, cast and hot worked, and cast steel used as cast. By subjecting the steel having the chemical composition specified in the present invention to the following heat treatment, the matched precipitates and the grain boundary precipitates can be set to predetermined sizes, shapes, compositions, and densities.

【0069】(1)焼ならし 焼ならしは、オーステナイト変態開始温度以上で、かつ
MXが固溶する温度でおこなうのが好ましい。未固溶の
MXは粗大であり、かつ非整合析出物であるため、クリ
ープ強化作用がなく、未固溶のMXが増加するとかえっ
てクリープ強度と靱性を低下させる。また、未固溶のM
Xが多いほど、その後の焼戻しや長時間時効時に析出す
る微細な整合MXの析出密度が低下し、十分な強化作用
が得られない。具体的には、(T−200)℃以下の温
度での焼ならしでは、未固溶のMXが多くなって靱性が
劣化する。
(1) Normalization Normalization is preferably performed at a temperature equal to or higher than the austenite transformation start temperature and at a temperature at which MX forms a solid solution. The undissolved MX is coarse and is a non-coherent precipitate, and therefore has no creep strengthening effect. When the undissolved MX increases, the creep strength and toughness are reduced. In addition, undissolved M
As the amount of X increases, the precipitation density of finely matched MX precipitated during subsequent tempering or long-term aging decreases, and a sufficient strengthening action cannot be obtained. Specifically, in normalizing at a temperature of (T-200) ° C. or lower, the amount of undissolved MX increases and the toughness deteriorates.

【0070】ここで、Tは下記式(1)で求められる温
度である。なお、式(1)は種々の実験により求めた実
験式である。
Here, T is a temperature obtained by the following equation (1). Equation (1) is an empirical equation obtained by various experiments.

【0071】 T=104/{1.52(A−B)}−273・・・・・(1) ここで、AおよびBは、下記式(2)および(3)によ
り得られる値とする。 A=7.0×{V/(V+Nb+Ti+Ta)}+5.2×{(Ti/(V+Nb+Ti+Ta)} +4.8×{(Ta+Nb)/(V+Nb+Ti+Ta)}・・・・・(2) B=log{(V+Nb+Ti+Ta)2}・・・・(3) また(T+200)℃を超える温度で焼ならし処理をお
こなうと、炭化物の析出形態、組成は本発明で規定する
条件を満たすが、結晶粒の粗大化が生じ、靱性が劣化す
る。したがって、焼ならし温度範囲は(T-200)〜(T+2
00)℃とした。
T = 10 4 /{1.52(A−B)}−273 (1) Here, A and B are values obtained by the following equations (2) and (3). I do. A = 7.0 × {V / (V + Nb + Ti + Ta)} + 5.2 × {(Ti / (V + Nb + Ti + Ta)} + 4.8 × {(Ta + Nb) / (V + Nb + Ti + Ta)} ・ ・ ・ ・ ・ ・ (2) B = loglo (V + Nb + Ti + Ta) 2 } ・ ・ ・ (3) Also, if normalizing treatment is performed at a temperature exceeding (T + 200) ° C. However, the precipitation form and composition of carbide satisfy the conditions specified in the present invention, but the crystal grains become coarse and the toughness is deteriorated, so that the normalizing temperature range is (T-200) to (T + 2).
00) ° C.

【0072】(2)焼ならし後の冷却 冷却を200℃/時間以下の低速度でおこなうと、冷却
中に粗大なMXやその他の炭化物が析出し、十分な焼入
れ性が得られない上に、冷却中にPやSが粒界に偏析し
て焼戻し脆化やクリープ脆化が起こりやすくなる。した
がって、焼ならし後の冷却速度は200℃/hr以上と
した。なお、冷却速度は速ければ速いほどよいが、実用
的には水冷に相当する冷却速度である5℃/秒以下とす
るのが好ましい。
(2) Cooling after normalizing If cooling is performed at a low speed of 200 ° C./hour or less, coarse MX and other carbides precipitate during cooling, and sufficient hardenability cannot be obtained. During cooling, P and S segregate at the grain boundaries, and tempering embrittlement and creep embrittlement are likely to occur. Therefore, the cooling rate after normalizing was set to 200 ° C./hr or more. The higher the cooling rate, the better. However, practically, the cooling rate is preferably 5 ° C./sec or less, which is a cooling rate corresponding to water cooling.

【0073】(3)焼戻し 焼戻しは、MX炭化物を析出させるために必須である。
ただし、加熱温度が550℃以下ではMXが十分析出せ
ず、強化能が小さい。さらに、M236、M73、セメ
ンタイトが粒界にフィルム状に析出して、靱性を劣化さ
せる。一方、850℃以上での焼戻しは、MXの粗大化
を招き、強度、靱性を悪化させる。したがって、焼戻し
温度は550℃〜850℃とした。
(3) Tempering Tempering is essential for precipitating MX carbide.
However, when the heating temperature is 550 ° C. or lower, MX does not sufficiently precipitate, and the strengthening ability is small. Further, M 23 C 6 , M 7 C 3 , and cementite precipitate in the form of a film at the grain boundaries, thereby deteriorating the toughness. On the other hand, tempering at 850 ° C. or more causes the MX to become coarse and deteriorates the strength and toughness. Therefore, the tempering temperature was 550 ° C to 850 ° C.

【0074】なお、前記したように本発明の製造方法は
鍛鋼と鋳鋼とを対象にすることができるが、高温のオー
ステナイト域で熱間圧延をした鍛鋼は、転位が多く導入
されているので、整合MXの粒子密度が増加し、高強度
化しやすくなる。これは、転位が析出の核生成サイトと
なるため、転位が多く導入されていると析出密度が高く
なるからである。
As described above, the manufacturing method of the present invention can be applied to forged steel and cast steel. However, in a forged steel hot-rolled in a high-temperature austenite region, many dislocations are introduced. The particle density of the matched MX increases, and it is easy to increase the strength. This is because dislocations serve as nucleation sites for precipitation, and the precipitation density increases when many dislocations are introduced.

【0075】ただし、熱間加工の効果を生かすには、A
c3点〜1300℃に加熱し、圧下率50%以上で熱間
加工するのが好ましい。加熱温度及び圧下率のいずれか
が前記の範囲になければ、転位は蓄積されず、熱間加工
の効果が現れない。また、熱間加工した後で焼ならし温
度未満に降温させることなく、連続して焼ならしをおこ
なうと、省エネルギーによる製造コストの低減が図れ
る。
However, in order to take advantage of the effect of hot working, A
It is preferable to heat to a temperature between c3 point and 1300 ° C. and perform hot working at a reduction of 50% or more. If any one of the heating temperature and the rolling reduction is not in the above range, no dislocation is accumulated, and the effect of hot working does not appear. Further, if the normalizing is performed continuously without lowering the temperature below the normalizing temperature after the hot working, the manufacturing cost can be reduced by energy saving.

【0076】[0076]

【実施例】150kg真空溶解炉で、表1に示す化学組
成の19種の鋼を溶解し、鋳造して得たインゴットを1
200〜1000℃の温度範囲で鍛造して厚さ50mm
の板とした。
EXAMPLE In a 150 kg vacuum melting furnace, 19 types of steels having the chemical compositions shown in Table 1 were melted and cast to obtain an ingot.
Forged in the temperature range of 200 to 1000 ° C and thickness 50mm
Plate.

【0077】[0077]

【表1】 [Table 1]

【0078】鋼記号1については、他に鍛造しないでイ
ンゴットから直接機械加工することにより鋼板を製作し
た。
Regarding steel symbol 1, a steel plate was manufactured by directly machining from an ingot without forging.

【0079】[0079]

【表2】 [Table 2]

【0080】[0080]

【表3】 [Table 3]

【0081】焼戻し後の鋼板から、電解研磨して薄膜試
料を調整し、それを透過電子顕微鏡(加速電圧200k
V)により観察して、析出物のサイズ、粒子密度、形状
を測定した。
From the tempered steel sheet, a thin film sample was prepared by electropolishing, and the thin film sample was prepared using a transmission electron microscope (acceleration voltage 200 k
Observed by V), the size, particle density and shape of the precipitate were measured.

【0082】ここで、整合析出物は、透過電子顕微鏡の
二波近似観察法で、整合歪コントラストの有無により判
定した。また整合析出物の平均直径および粒子密度は母
相の{001}に垂直に電子ビームを入射して測定し
た。粒界析出物の扁平率は、長径に対する短径の比で整
理した。また、粒界析出物中にのV量は、透過電子顕微
鏡で観察した析出物のEDX分析により測定した。
Here, the matched precipitates were determined by the two-wave approximation observation method using a transmission electron microscope based on the presence or absence of matched strain contrast. The average diameter and particle density of the matched precipitates were measured by injecting an electron beam perpendicular to the parent phase {001}. The flattening rate of the grain boundary precipitate was arranged by the ratio of the minor axis to the major axis. The amount of V in the grain boundary precipitate was measured by EDX analysis of the precipitate observed with a transmission electron microscope.

【0083】クリープ試験では、直径6mm、平行部の
長さ30mmの試験片を製作し、500℃及び550℃
で最長10000時間の試験をおこない、内挿して50
0℃×8000時間のクリープ平均破断強度を求めた。
In the creep test, a test piece having a diameter of 6 mm and a length of a parallel portion of 30 mm was manufactured, and the test pieces were formed at 500 ° C. and 550 ° C.
Test up to 10,000 hours at
The average creep rupture strength at 0 ° C. × 8000 hours was determined.

【0084】また、各々の温における10時間破断強度
に対する10000時間破断強度の比で整理することに
より、長時間クリープによる強度低下率を定量化した。
The rate of decrease in strength due to long-term creep was quantified by organizing the ratio of the breaking strength at 10000 hours to the breaking strength at 10 hours at each temperature.

【0085】シャルピー衝撃試験では10×10×55
(mm)、2mmVノッチ試験片(JIS4号試験片)
を用い、延性−脆性破面遷移温度を求めた。
In the Charpy impact test, 10 × 10 × 55
(Mm) 2 mm V notch test piece (JIS No. 4 test piece)
Was used to determine the ductile-brittle fracture transition temperature.

【0086】表4および表5に評価結果を示す。Tables 4 and 5 show the evaluation results.

【0087】[0087]

【表4】 [Table 4]

【0088】[0088]

【表5】 [Table 5]

【0089】表4および表5から以下のことが明らかで
ある。
The following is clear from Tables 4 and 5.

【0090】比較例の鋼記号1〜5のように、化学組成
が本発明で規定する範囲内にあっても、熱処理方法が規
定する条件から外れた場合には、整合析出物のサイズ、
粒子密度、及び粒界析出物の形状が規定範囲内に入ら
ず、クリープ強度またはシャルピー衝撃特性が著しく悪
化した。
Even if the chemical composition falls within the range specified by the present invention as in the steel symbols 1 to 5 of the comparative examples, if the conditions deviate from the conditions specified by the heat treatment method, the size of the coherent precipitate,
The particle density and the shape of the grain boundary precipitate did not fall within the specified ranges, and the creep strength or the Charpy impact characteristics were significantly deteriorated.

【0091】また、C含有量が過剰な鋼記号Aは粒界析
出物の形状がフィルム状となり、靱性が劣化した。長時
間の時効により炭化物が粗大化したため、長時間側での
クリープ強度の低下も著しかった。
Further, in the case of steel symbol A having an excessive C content, the shape of the grain boundary precipitate became a film, and the toughness was deteriorated. Since the carbides were coarsened by the long-term aging, the creep strength on the long-term side was significantly reduced.

【0092】Cr無添加の鋼記号Bにおいては、高温で
組織が不安定となり強度低下が著しかった。
[0092] In the steel symbol B containing no Cr, the structure was unstable at high temperatures and the strength was significantly reduced.

【0093】V量の低い鋼記号Cにおいては、整合析出
物が析出せず、クリープ強度が低かった。
In steel symbol C having a low V content, no coherent precipitate was precipitated and the creep strength was low.

【0094】Vを過剰に含有するD鋼においては、整合
析出物が粗大化して粒子密度が低下した。そのため、十
分なクリープ強度が得られず、著しい靱性低下となっ
た。
In the steel D containing excessive V, the coherent precipitates became coarse and the particle density was lowered. Therefore, sufficient creep strength could not be obtained, resulting in a significant decrease in toughness.

【0095】Nb、N、及びNi過剰添加の鋼記号Eに
おいては、粗大な窒化物が析出し、靱性が劣化した。
In the steel symbol E containing excessive amounts of Nb, N and Ni, coarse nitrides were precipitated and the toughness was deteriorated.

【0096】Ti、Moが過剰添加された鋼記号Fは、
粗大な炭窒化物が析出した上に、高温で炭化物が粗大化
しやすくなり、クリープ強度の低下および靱性劣化が著
しかった。
A steel symbol F in which Ti and Mo are excessively added is
In addition to the precipitation of coarse carbonitrides, the carbides tended to become coarse at high temperatures, and the creep strength and toughness were significantly reduced.

【0097】Mnが過剰な鋼記号Gにおいては、高温で
炭化物が粗大化しやすくなり、550℃の長時間側で強
度低下が著しかった。
In steel symbol G containing excessive Mn, carbides tend to coarsen at a high temperature, and the strength was significantly reduced at a long time of 550 ° C.

【0098】Ta、W、Coを過剰に含有するH鋼にお
いては、高温で強度が不安定である上に、粗大な炭窒化
物が析出するため、クリープ強度、靱性ともに劣化が著
しかった。
In the H steel containing excessive amounts of Ta, W and Co, the strength is unstable at a high temperature and the coarse carbonitride precipitates, so that the creep strength and the toughness are remarkably deteriorated.

【0099】Bが過剰な鋼記号Iにおいては、粒界に粗
大な炭化物がフィルム状に析出するため、クリープ強度
の低下及び靱性劣化が著しかった。
[0099] In the case of steel symbol I in which B is excessive, coarse carbides are precipitated in the form of a film at the grain boundaries, so that the creep strength and the toughness are significantly reduced.

【0100】これに対して、本発明の製造方法で得られ
た鋼においては、微細な整合析出物が高密度に析出し、
且つ粒界析出物の扁平率は0.65以上(扁平率1.0
が球状)を維持していた。また、500℃×8000時
間クリープ強度はいずれも236MPa以上と高く、5
00℃及び550℃での10000時間/10時間のク
リープ強度の比は各々0.57以上、0.47以上と高
い値を示した。このことは、長時間クリープによる強度
低下が少ないことを示している。また、延性−脆性波面
遷移温度は−27℃以下となり、いずれも良好な靱性を
示した。
On the other hand, in the steel obtained by the production method of the present invention, fine consistent precipitates are deposited at a high density,
The grain boundary precipitate has a flattening rate of 0.65 or more (flattening rate of 1.0
Was spherical). The creep strength at 500 ° C. for 8000 hours was as high as 236 MPa or more.
The ratio of the creep strength at 10000 hours / 10 hours at 00 ° C. and 550 ° C. was as high as 0.57 or more and 0.47 or more, respectively. This indicates that the strength is not significantly reduced by long-time creep. Further, the ductile-brittle wavefront transition temperature was -27 ° C or less, and all showed good toughness.

【0101】[0101]

【発明の効果】本発明によれば、400℃以上の高温で
長時間使用してもクリープ破断強度が安定して高く、か
つ靱性に優れた低、中Crフェライト系耐熱鋼が得られ
る。従来、高Crフェライト鋼が使用されていた用途に
も用いることができ、経済的な効果が大きい。
According to the present invention, a low and medium Cr ferritic heat-resistant steel having a stable and high creep rupture strength and excellent toughness even when used at a high temperature of 400 ° C. or more for a long time can be obtained. It can also be used in applications where high Cr ferritic steels have been used in the past, with great economical effects.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】重量%で、C:0.01〜0.25%、
P:0.03%以下、S:0.015%以下、Cr:
0.5〜8%未満、V:0.05〜0.5%、Nb:0
〜0.2%、Ti:0〜0.1%、Ta:0〜0.2%
およびN:0〜0.1%を含み、結晶粒内には、直径2
〜30nmの球状または円盤状の整合析出物が1個/μ
m3以上の密度で存在し、かつセメンタイト、M73型炭
化物、およびM236型炭化物のうちの1種以上の粒界
析出物が存在し、それら粒界析出物はいずれも重量%で
2%以上のVを含み、短径と長径の比(短径/長径)が
0.5以上であることを特徴とする高温強度に優れたフ
ェライト系耐熱鋼。
(1) C: 0.01 to 0.25% by weight%
P: 0.03% or less, S: 0.015% or less, Cr:
0.5 to less than 8%, V: 0.05 to 0.5%, Nb: 0
-0.2%, Ti: 0-0.1%, Ta: 0-0.2%
And N: 0 to 0.1%, and the crystal grains have a diameter of 2%.
1 spherical / disk-shaped matched precipitate of ~ 30 nm / μ
present in m 3 or more density and there cementite, one or more grain boundary precipitates of M 7 C 3 -type carbide and M 23 C 6 type carbide, weight both their grain boundary precipitates A ferritic heat-resistant steel excellent in high-temperature strength, characterized by containing V of 2% or more in% and having a ratio of minor axis to major axis (minor axis / major axis) of 0.5 or more.
【請求項2】請求項1に記載の化学組成を有するフェラ
イト系耐熱鋼を、(T−200)〜(T+200)℃の温度範
囲で焼ならしした後、200℃/時間以上の速さで冷却
し、次いで550〜850℃の温度範囲で焼戻し処理を
施すことを特徴とする高温強度に優れたフェライト系耐
熱鋼の製造方法。ただし、Tは下記式(1)を満足する
値とする。 T=104/{1.52(A−B)}−273・・・・・(1) ここで、AおよびBは、下記式(2)および(3)によ
り得られる値とする。また、式中の元素記号は、鋼中の
各元素の含有量(重量%)を表す。 A=7.0×{V/(V+Nb+Ti+Ta)}+5.2×{(Ti/(V+Nb+Ti+Ta)} +4.8×{(Ta+Nb)/(V+Nb+Ti+Ta)}・・・・・(2) B=log(V+Nb+Ti+Ta)2・・・・(3)
2. After the ferritic heat-resistant steel having the chemical composition according to claim 1 is tempered in a temperature range of (T-200) to (T + 200) ° C., the rate is increased at a rate of 200 ° C./hour or more. A method for producing a ferritic heat-resistant steel having excellent high-temperature strength, comprising cooling and then performing a tempering treatment in a temperature range of 550 to 850 ° C. Here, T is a value satisfying the following equation (1). T = 10 4 /{1.52(A−B)}−273 (1) Here, A and B are values obtained by the following equations (2) and (3). The symbol of the element in the formula represents the content (% by weight) of each element in the steel. A = 7.0 × {V / (V + Nb + Ti + Ta)} + 5.2 × {(Ti / (V + Nb + Ti + Ta)} + 4.8 × {(Ta + Nb) / (V + Nb + Ti + Ta)} ・ ・ ・ ・ ・ ・ (2) B = log (V + Nb + Ti + Ta) 2・ ・ ・ ・ (3)
JP614799A 1999-01-13 1999-01-13 Ferritic heat resistant steel excellent in high temperature strength and its production Pending JP2000204434A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP614799A JP2000204434A (en) 1999-01-13 1999-01-13 Ferritic heat resistant steel excellent in high temperature strength and its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP614799A JP2000204434A (en) 1999-01-13 1999-01-13 Ferritic heat resistant steel excellent in high temperature strength and its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000204434A true JP2000204434A (en) 2000-07-25

Family

ID=11630419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP614799A Pending JP2000204434A (en) 1999-01-13 1999-01-13 Ferritic heat resistant steel excellent in high temperature strength and its production

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000204434A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1143026A1 (en) * 2000-03-30 2001-10-10 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Heat resistant steel
WO2002061162A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-08 National Institute For Materials Science Heat-resistant martensite alloy excellent in high-temperature creep rapture strength and ductility and process for producing the same
WO2002090610A1 (en) * 2001-05-09 2002-11-14 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Ferritic heat-resistant steel
US7220325B2 (en) * 2002-04-03 2007-05-22 Ipsco Enterprises, Inc. High-strength micro-alloy steel
US7361236B2 (en) * 2001-06-01 2008-04-22 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Martensitic stainless steel
JP2010095798A (en) * 2009-12-04 2010-04-30 Jfe Steel Corp Method for manufacturing precipitation-strengthened high-strength steel sheet, and precipitation-strengthened high-strength steel sheet
CN103233181A (en) * 2013-04-10 2013-08-07 宝山钢铁股份有限公司 A high-sulfur flue gas corrosion resistant steel plate with high welding technological properties, and a manufacturing method thereof
EP3293280A1 (en) * 2016-09-09 2018-03-14 Hyundai Motor Company High strength special steel
US10487380B2 (en) 2016-08-17 2019-11-26 Hyundai Motor Company High-strength special steel

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1143026A1 (en) * 2000-03-30 2001-10-10 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Heat resistant steel
US6514359B2 (en) 2000-03-30 2003-02-04 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Heat resistant steel
WO2002061162A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-08 National Institute For Materials Science Heat-resistant martensite alloy excellent in high-temperature creep rapture strength and ductility and process for producing the same
JP2002226946A (en) * 2001-01-31 2002-08-14 National Institute For Materials Science Martensitic heat-resistant alloy having excellent high temperature creep rupture strength and ductility and production method therefor
US7128791B2 (en) 2001-01-31 2006-10-31 National Institute For Materials Science Heat-resistant martensite alloy excellent in high-temperature creep rupture strength and ductility and process for producing the same
JP4614547B2 (en) * 2001-01-31 2011-01-19 独立行政法人物質・材料研究機構 Martensitic heat resistant alloy with excellent high temperature creep rupture strength and ductility and method for producing the same
WO2002090610A1 (en) * 2001-05-09 2002-11-14 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Ferritic heat-resistant steel
US6712913B2 (en) 2001-05-09 2004-03-30 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Ferritic heat-resisting steel
US7361236B2 (en) * 2001-06-01 2008-04-22 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Martensitic stainless steel
US7220325B2 (en) * 2002-04-03 2007-05-22 Ipsco Enterprises, Inc. High-strength micro-alloy steel
JP2010095798A (en) * 2009-12-04 2010-04-30 Jfe Steel Corp Method for manufacturing precipitation-strengthened high-strength steel sheet, and precipitation-strengthened high-strength steel sheet
CN103233181A (en) * 2013-04-10 2013-08-07 宝山钢铁股份有限公司 A high-sulfur flue gas corrosion resistant steel plate with high welding technological properties, and a manufacturing method thereof
CN103233181B (en) * 2013-04-10 2015-03-04 宝山钢铁股份有限公司 A high-sulfur flue gas corrosion resistant steel plate with high welding technological properties, and a manufacturing method thereof
US10487380B2 (en) 2016-08-17 2019-11-26 Hyundai Motor Company High-strength special steel
EP3293280A1 (en) * 2016-09-09 2018-03-14 Hyundai Motor Company High strength special steel
US10487382B2 (en) 2016-09-09 2019-11-26 Hyundai Motor Company High strength special steel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100422409B1 (en) Heat Resistant Steel
JP3514182B2 (en) Low Cr ferritic heat resistant steel excellent in high temperature strength and toughness and method for producing the same
EP1445342B1 (en) Austenitic stainless steel and manufacturing method thereof
US4799972A (en) Process for producing a high strength high-Cr ferritic heat-resistant steel
US5069870A (en) High-strength high-cr steel with excellent toughness and oxidation resistance
JP2004323937A (en) Austenitic stainless steel
EP0787813A1 (en) A low mn-low Cr ferritic heat resistant steel excellent in strength at elevated temperatures
US5591391A (en) High chromium ferritic heat-resistant steel
EP2157202B1 (en) Ferrite heat resistant steel
JP4369612B2 (en) Steel plate for low quenching or normalizing type low alloy boiler steel pipe excellent in toughness, and method of manufacturing steel pipe using the same
EP0770696B1 (en) High strength and high toughness heat resisting steel and its manufacturing method
JP7485929B2 (en) Low alloy heat-resistant steel and manufacturing method thereof
JP2000204434A (en) Ferritic heat resistant steel excellent in high temperature strength and its production
JP3570379B2 (en) Low alloy heat resistant steel
JP3848463B2 (en) High strength austenitic heat resistant steel with excellent weldability and method for producing the same
JP2003286543A (en) HIGH-STRENGTH, LOW-Cr FERRITIC STEEL PIPE FOR BOILER SHOWING EXCELLENT LONG-TERM CREEP PROPERTIES AND ITS MANUFACTURING PROCESS
JP3698058B2 (en) High Cr ferritic heat resistant steel
JP3301284B2 (en) High Cr ferritic heat resistant steel
JP3666388B2 (en) Martensitic stainless steel seamless pipe
JP2948324B2 (en) High-strength, high-toughness heat-resistant steel
JP3662151B2 (en) Heat-resistant cast steel and heat treatment method thereof
JP2002146481A (en) Oxide dispersion strengthened ferritic steel for electric resistance welded boiler having excellent electric resistance weldability and steel tube thereof
JP3475927B2 (en) Low Cr ferritic heat-resistant steel and its manufacturing method
JP3525843B2 (en) High strength low alloy heat resistant steel
JP2021195602A (en) Low-alloy heat-resistant steel

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Effective date: 20040210

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02