JP2000248341A - 析出硬化型フェライト系耐熱鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ６５０℃を超える高温においても長時間クリ
ープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼を提供する。 【解決手段】 フェライトあるいは焼き戻しマルテンサ
イト組織を有するフェライト系耐熱鋼であって、組織粒
内に強磁性あるいは反強磁性を示す金属間化合物相が均
一析出されている高温長時間クリープ強度を有する析出
硬化型フェライト系耐熱鋼とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、析出硬化
型フェライト系耐熱鋼に関するものである。さらに詳し
くは、この出願の発明は、６５０℃を超える高温におけ
る長時間クリープ強度に優れ、しかも耐水蒸気酸化性の
低下も少ない、発電用ボイラ・タービン、原子力発電設
備、化学工業装置など高温、高圧下で操業される装置用
材料のための熱交換用のボイラ関連鋼管あるいは圧力容
器用の鋼板、タービン用材料等として有用な、新しいフ
ェライト系耐熱鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来のボイラ用高Ｃｒフェラ
イト鋼は、６００℃を超える高温での長時間クリープ強
度が低いという問題がある。これは最終安定組織が、フ
ェライト母相＋Ｍ ₂₃Ｃ₆ 、あるいはＭ₆ Ｃ＋ＭＸ＋Ｌａ
ｖｅｓ相などの金属間化合物で、これら析出物による強
化機構が高温では低下することが主因である。

【０００３】上記の組織を有するフェライト鋼のクリー
プ強度を高めるためには、マルテンサイトラス粒内を強
化する方法と、旧オーステナイト粒界、およびマルテン
サイトラス界面を強化する方法が考えられるが、これま
で粒内強化にはＭＸ、粒界・ラス界面強化にはＭ
₂₃Ｃ₆ 、Ｌａｖｅｓ相等の金属間化合物の安定化が有効
と考えられ、種々の合金設計が為されてきた。しかしな
がら、実際には、高温クリープ抵抗を飛躍的に向上させ
る方法は得られていなかった。

【０００４】そこでこの出願の発明は、以上のとおりの
従来技術の限界を克服し、６５０℃を超えるような高温
においても、長時間クリープ特性に優れた、新しい高Ｃ
ｒフェライト系耐熱鋼を提供することを課題としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、第１には、フェライトあ
るいは焼き戻しマルテンサイト組織を有するフェライト
系耐熱鋼であって、組織粒内に強磁性あるいは反強磁性
を示す金属間化合物相が均一析出されていることを特徴
とする高温長時間クリープ強度を有する析出硬化型フェ
ライト系耐熱鋼を提供する。

【０００６】また、この出願の発明は、第２には、Ｃｒ
含有量が重量％で、８．０〜１５．０％であって、Ｐｄ
およびＰｔの少なくとも１種が合計重量％で０．０１％
≦Ｐｄ＋１／２Ｐｔ≦５．０％含有され、さらにＭｎ，
Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓの少なくとも１種が合計重量％で０．
０１％≦Ｍｎ＋１／２Ｒｅ＋Ｒｕ＋１／２Ｏｓ≦５．０
％含有されている前記のフェライト系耐熱鋼を、第３に
は、重量％で、Ｃ：０．０６〜０．１８％。Ｓｉ：０〜
１．０％、Ｐ：０．０３０％以下，Ｓ：０．０１５％以
下 Ｃｒ：８．０〜１５．０％、Ｗ：０〜４．０％、Ｍｏ：
０〜２．０％、但しＷ＋２Ｍｏ≦４．０％ Ｖ：０〜０．５０％、Ｎｂ：０〜０．１５％、Ｔａ：０
〜０．３０％、Ｔｉ：０〜０．１５％、Ｚｒ：０〜０．
３０％、Ｈｆ：０〜０．６０％、Ｎ：０〜０．１０％、
Ｂ：０〜０．０３０％、Ａｇ：０〜１．０％、Ｏ：０．
０１０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下を含有
し、さらにＰｄ：０．０１〜５．０％、Ｐｔ：０．０１
〜１０．０％、の少なくとも１種を０．０１％≦Ｐｄ＋
１／２Ｐｔ≦５．０％の範囲で含有し、さらにＭｎ，Ｒ
ｅ，Ｒｕ，Ｏｓの少なくとも１種が合計重量％で０．０
１％≦Ｍｎ＋１／２Ｒｅ＋Ｒｕ＋１／２Ｏｓ≦５．０％
含有されている残部：Ｆｅおよび不可避の不純物からな
る化学組成を備えた前記のフェライト系耐熱鋼を提供す
る。

【０００７】すなわち、この出願の発明者らは、粒内強
化の全く新しい方法として、Ｌ１₀型あるいはＬ１₂ 型
規則構造を有する金属間化合物の微細析出が極めて有効
であることをすでに明らかにしたが、この出願の発明で
は、これまでの研究の過程で、ＦｅＰｄ基Ｌ１₀ 型金属
間化合物は本来Ｆｅ−Ｐｄ２元系では規則−不規則変態
温度Ｔｃが６５０℃、強磁性変態温度Ｔｍが４９０℃で
あるものが、ＰｄをＭｎ置換していくと、Ｔｃ、Ｔｍ何
れも上昇し、それに伴い高温でのクリープ抵抗が向上で
きることが明らかとなったことに基づいている。

【０００８】ＦｅＭｎは反強磁性を示すことが知られて
いるが、通常高Ｃｒフェライト鋼ではＭｎ量を１０％程
度まで高めてもＦｅＭｎとしては析出しない。ところが
少量のＰｄ，Ｐｔ等と共存させることによって、Ｆｅ
（Ｘ，Ｍｎ）（ＸはＰｄ，Ｐｔ）なる金属間化合物相を
母相と整合性を有して微細分散析出することを見出し
た。この析出相は組成によって反強磁性、あるいは強磁
性を示し、ＦｅＰｄのＴｃ，Ｔｍを著しく高める。

【０００９】高Ｃｒフェライト鋼においては、これまで
析出相の磁性と高温クリープ抵抗との研究例はなく、こ
の出願の発明において、初めて強磁性、あるいは反強磁
性を示す析出物が、クリープ抵抗を飛躍的に向上させる
ことを明示することになる。さらにＭｎだけでなくＲ
ｅ，Ｒｕ，Ｏｓについても同様な効果が期待できること
をもこの出願の発明は明らかにしているのである。

【００１０】

【発明の実施の形態】この出願の発明は以上のとおりの
特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。まず、この出願の発明のフェライト系耐熱
鋼に含まれる各合金元素と鋼の特性との関係および各合
金元素の含有量の範囲とその限定理由について説明す
る。

【００１１】Ｃ：Ｃは重要なオーステナイト生成元素と
してδ−フェライト相の抑制効果を有すると共に、鋼の
焼き入れ性を著しく高めてマルテンサイト相母相を形成
するのに用いられる元素である。さらにＭＣ型炭化物
（ＭはＶ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等の合金元
素、ＭＸ型炭窒化物（ＭはＭＣの場合に同じ、Ｘ；Ｃ、
Ｎ）の形態をとることもある）、Ｍ₇ Ｃ₃ 型炭化物
（Ｍ；Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｗ等の合金元素）、Ｍ₂₃Ｃ₆
型炭化物（ＭはＭ₇ Ｃ₃ に同じ）、あるいはＭ₆ Ｃ型炭
化物を形成する。これらの炭化物は、この発明の耐熱鋼
の特性に著しい影響を及ぼす。従来の高Ｃｒフェライト
鋼は、通常、焼きならしおよび焼きもどし処理によって
焼きもどしマルテンサイト組織として使用される。６３
０℃を超えるような高温下で長時間使用される場合に
は、ＭＸ等の微細な炭化物の析出が進行する。これらの
炭化物は、長時間クリープ強度を維持する働きをする。
この炭化物の効果を得るためには、０．０６重量％（以
下、化学組成の％表示は重量％）以上のＣが必要であ
る。一方、Ｃ含有量が０．１８％を超えると、高温下で
使用される際、初期段階から炭化物の凝集と粗大化が起
こり、長時間のクリープ強度が低下する。したがって、
Ｃ含有量は０．０６〜０．１８％が適当である。

【００１２】Ｓｉ：Ｓｉは、溶鋼の脱酸剤として用いら
れる。この外、高温における耐水蒸気酸化性を向上させ
るのに有効な元素である。しかし、過剰な場合は、鋼の
靱性が低下するので、１％以下がよい。溶鋼が十分なＡ
ｌ量で脱酸される場合には、特にＳｉを含む必要はな
い。 Ｍｎ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ：この発明の耐熱鋼において
は、これらの元素がＰｄ，Ｐｔの一部を置換することに
よって強磁性、あるいは反強磁性を示すＦｅ（Ｐｄ，
Ｘ）（Ｘ；Ｍｎ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ）で代表される金属
間化合物相の析出が促進され、さらに強磁性変態温度が
高温側へ移行する。その結果、耐熱鋼の高温クリープ抵
抗が飛躍的に向上する。その効果は微量でも明らかであ
るが、これらの含有量は０．０１％≦Ｍｎ＋１／２Ｒｅ
＋Ｒｕ＋１／２Ｏｓ≦５．０％とする。

【００１３】Ｃｒ：Ｃｒは、この発明のフェライト系耐
熱鋼の高温における耐食性、耐酸化性、特に耐水蒸気酸
化性を確保するために、必要不可欠な元素である。Ｃｒ
を含有する場合には、鋼の表面にＣｒ酸化物を主体とす
る緻密な酸化皮膜が形成される。この酸化皮膜が、この
発明のフェライト系耐熱鋼の高温における耐食性や耐酸
化性、特に耐水蒸気酸化性を向上させる。また、Ｃｒ
は、炭化物を形成してクリープ強度を向上させる働きを
持っている。これらの効果を得るためには、Ｃｒ含有量
８．０％以上が必要である。一方、１５．０％を超える
と、δ−フェライトが生成しやすくなるので、靱性の低
下が起こる。したがって、、Ｃｒ含有量は８．０〜１
５．０％とする。

【００１４】Ｗ：Ｗは、この発明のフェライト系耐熱鋼
において、クリープ強度を高める上で有効な元素の１つ
である。Ｗは、固溶状態にあってはマルテンサイト相母
相を強化し、さらに鋼が高温下で使用される場合には、
Ｆｅ₇ Ｗ₆ 型のμ相、あるいはＦｅ₂ Ｗ型のＬａｖｅｓ
相などを主体とする金属間化合物を形成し、微細析出相
を通して、長時間クリープ強度を向上させる。また、Ｗ
はＭ₂₃Ｃ₆ 等のＣｒ炭化物中にも一部固溶し、炭化物の
凝集、粗大化を抑制する働きがあるので、この発明のフ
ェライト系耐熱鋼の高温における強度の維持にも有効な
元素である。Ｗのこの効果を得るためには、微量添加で
は固溶強化、１％を超える添加では析出強化が顕著とな
る。一方、４．０％を超えるとδ−フェライトが生成し
やすくなり、靱性が低下する。また、Ｍｏ（後述）と同
時に添加する場合はその含有量をＷ＋２Ｍｏ≦４．０％
とするのが良い。さらに、他の強化元素で鋼が十分強化
されている場合はＷを含有させなくても良い。

【００１５】Ｍｏ：Ｍｏは、Ｗと同様に微量では固溶強
化、１％超では析出強化に寄与し、クリープ強度を高め
るが、析出強化の寄与する温度範囲はＷに比べて低温側
（６００℃以下）で顕著である。またＭｏを含むＭ₂₃Ｃ
₆ 、あるいはＭ₇ Ｃ₃ 型炭化物は、高温で安定であるた
めに、長時間クリープ強度の確保に対して有効な元素で
ある。一方、２．０％を超えるとδ−フェライトが生成
しやすくなり、靱性が低下する。また、Ｗ（前述）と同
時に添加する場合はその含有量をＷ＋２Ｍｏ≦４．０％
の範囲とする。さらに、他の強化元素で鋼が十分強化さ
れている場合はＭｏを含有させなくても良い。

【００１６】Ｖ：Ｖは、微細な炭窒化物を形成してクリ
ープ強度の向上に寄与する元素である。Ｖの効果は、含
有量０．１０％以上で現れる。一方、含有量が０．５０
％を超えると、その効果は飽和するので、Ｖ含有量は
０．１０〜０．５０％とする。 Ｎｂ：Ｎｂは、窒化物および炭窒化物の形成により、鋼
の強度および靱性を向上させる。その効果を得るには、
Ｎｂ含有量０．０３％以上を必要とする。ただし、０．
１４％を超えると、Ｎｂの効果は飽和するので、Ｎｂ含
有量は、０．０３〜０．１４％が適当である。

【００１７】Ｎ：ＮはＣ同様に重要なオーステナイト生
成元素としてδ−フェライト相の抑制効果を有すると共
に、鋼の焼き入れ性を高めてマルテンサイト相を形成す
る元素である。さらにＭＸ型炭窒化物を形成し、この発
明のフェライト系耐熱鋼の特性に著しい影響を及ぼす
が、所望の性能に応じてＣとＮの添加割合を制御するの
が重要である。すなわち、この発明のフェライト系耐熱
鋼においては、ＣおよびＰｄ，Ｐｔ等によりδ−フェラ
イト相を十分抑制可能であり、かつ６５０℃を超える高
温におけるクリープ強度を重視する場合にはＮの多量添
加は特に必要ない。一方、焼き入れ性を十分高めてδ−
フェライト相を抑制することを重視する場合にはＮを添
加するのが良い。その場合にも多量添加による窒化物の
粗大化が進行すると、靱性の低下が著しくなるので、Ｎ
含有量は０〜０．１０％とする。

【００１８】Ｂ：Ｂが微量、鋼中に含まれると、主にＭ
₂₃Ｃ₆ 型等の炭化物が微細に分散析出し凝集粗大化が抑
制されるため、高温長時間クリープ強度が向上する。ま
た、厚肉材などで熱処理後の冷却速度が遅い場合には、
焼き入れ性を高めて高温強度を向上させる働きがある。
この発明のフェライト系耐熱鋼では、Ｂを含有しなくて
もよいが、高温強度を高める目的で含有させてもよい。
Ｂの効果は、０．０００５％以上で顕著となるので、含
有させる場合は０．０００５％以上とするのが望まし
い。しかし、０．０３０％を超えると粗大な析出物を形
成し、靱性を低下させるので、その上限は０．０３０％
とする。

【００１９】ｓｏｌ．Ａｌ：Ａｌは、おもに溶鋼の脱酸
剤として添加される。鋼中には、酸化物としてのＡｌ
と、酸化物以外の形態で存在するＡｌがあり、通常後者
のＡｌは分析上、塩酸可溶Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌ）として
区別されている。脱酸効果を得るためには、ｓｏｌ．Ａ
ｌ含有量として０．００１％以上が必要である。一方、
０．０５０％を超えるとクリープ強度の低下を招く。ま
た、他の方法によって溶鋼を脱酸可能であれば、Ａｌを
添加しなくても良い。したがって、ｓｏｌ．Ａｌ含有量
は、０．０５０％以下とする。

【００２０】Ｐｄ：この発明のフェライト系耐熱鋼にあ
っては主にＬ１₀ 型あるいはＬ１₂型規則構造を有する
強磁性の金属間化合物の均一分散析出を促進する元素で
ある。その効果はＰｄの場合、重量％で０．０１％以上
で顕著となる。Ｐｄは従来から鋼に含有させるとＡ₁ 変
態点を著しく低下させると考えられていたが、Ｍｏ，Ｗ
を含有する高Ｃｒフェライト鋼ではＡ₁ 変態点の低下を
ほとんどなく、またＮｉのような炭窒化物の凝集粗大化
の助長作用もないことが明らかとなった。その結果６５
０℃を超える温度において長時間クリープ強度を低下さ
せないことが明らかとなった。さらにＭｎ，Ｒｅ，Ｒ
ｕ，Ｏｓ等と一部置換することによって、Ｆｅ（Ｐｄ，
Ｘ）なる強磁性−常磁性変態温度が上昇し、あるいは反
強磁性となって、高温クリープ抵抗を著しく高めること
が明らかとなった。しかし、フェライト系耐熱鋼にあっ
ては５％を超える多量添加ではその効果は飽和するので
その添加量を０．０１％〜５％とする。

【００２１】Ｐｔ：ＰｔはＰｄと同様に主にＬ１₀ 型あ
るいはＬ１₂ 型規則構造を有する金属間化合物の均一分
散析出を促進する元素である。母相と析出相の整合歪み
の違いから、クリープ抵抗性を高める効果はＰｄの場合
よりも大きくなる。その効果は重量％で０．０１％以上
で顕著となる。Ｐｔについても従来から鋼に含有させる
とＡ₁ 変態点を著しく低下させると考えられていたが、
Ｍｏ，Ｗを含有する高Ｃｒフェライト鋼ではＡ₁ 変態点
の低下は顕著でなく、またＮｉのような炭窒化物の凝集
粗大化の助長作用も全くないことが明らかとなった。そ
の結果６５０℃を超える温度においても長時間クリープ
強度を低下させないことが明らかとなった。さらにＭ
ｎ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ等と一部置換することによって、
Ｆｅ（Ｐｔ，Ｘ）なる強靱性−常磁性変態温度が上昇
し、あるいは反強磁性となって、高温クリープ抵抗を著
しく高めることが明らかとなった。しかし、フェライト
系耐熱鋼にあっては５％を超える多量添加ではその効果
は飽和するのでその添加量を０．０１％〜５％とする。

【００２２】ＰｄとＰｔを同時に添加する場合には０．
０１％≦Ｐｄ＋１／２Ｐｔ≦５．０％の範囲で所望の効
果が得られる。 Ｔａ：Ｔａは、Ｎｂと同様に窒化物および炭窒化物の形
成により、微量添加でも鋼の強度および靱性を向上させ
る。ただし、０．３０％を超えると、Ｔａの効果は飽和
するので、Ｔａ含有量は０〜０．３０％が適当である。

【００２３】Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ：Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆは、
Ｎｂ、Ｔａよりさらに強力な窒化物および炭窒化物の形
成元素であり、微量添加でも鋼の強度および靱性を向上
させる。さらに、粒界強化にも寄与し、高温クリープ抵
抗を向上させる。ただし、それぞれ０．１５％、０．３
０％、０．６０％を超えると、その効果は飽和するの
で、それぞれの含有量は、Ｔｉ：０〜０．１５％、Ｚ
ｒ：０〜０．３０％、Ｈｆ：０〜０．６０％が適当であ
る。

【００２４】Ａｇ：この発明のフェライト系耐熱鋼にあ
っては主にＬ１₀ 型あるいはＬ１₂型規則構造を有する
強磁性、あるいは反強磁性の金属間化合物相を均一分散
析出させるのにＰｄ，Ｐｔが有効であるが、その一部を
Ａｇで置換可能である。その効果はＡｇ：０〜１．０％
で顕著であるが、多量添加は不要である。 Ｐ、Ｓ：ＰおよびＳは、不可避の不純物として鋼中に含
有され、熱間加工性、溶接部の靱性等に悪影響を及ぼす
元素である。いずれも、含有量はできるだけ低い方がよ
い。Ｐ、Ｓの含有量は、それぞれ０．０３０％以下、
０．０１５％以下が望ましい。

【００２５】Ｏ（酸素）；Ｏは、不可避の不純物として
鋼中に含有され、粗大な酸化物として偏在すると靱性等
に悪影響を及ぼす元素である。特に、靱性を確保するた
めには、極力低い方がよい。Ｏ含有量０．０２０％以下
の場合には、この発明のフェライト系耐熱鋼の靱性への
影響は小さいので、上限は、０．０２０％とする。そし
て、この発明のフェライト系耐熱鋼は、通常工業的に用
いられている製造設備および製造プロセスによって製造
することができる。所要の化学組成の鋼を得るには、電
気炉、転炉などの炉によって精錬し、脱酸剤および合金
元素の添加によって成分調整すればよい。特に、厳密な
成分調整を必要とする場合には、合金元素を添加する前
に、溶鋼に真空処理を施す方法を採ってもよい。

【００２６】所定の化学組成に調整された溶鋼は、連続
鋳造法または造塊法によって、スラブ、ビレットまたは
鋼塊に鋳造される。これらのスラブ、鋼塊などから、鋼
管、鋼板などを製造する。継ぎ目無し鋼管を製造する場
合には、例えば、ビレットを押し出し、あるいは鍛造に
よって製管すればよい。また、鋼板を製造する場合に
は、スラブを熱間圧延することによって熱延鋼板を得る
ことができる。冷延鋼板を製造する場合には、熱延鋼板
をさらに冷間圧延すればよい。なお、得られた鋼管、鋼
板については、必要に応じて焼鈍等の熱処理を施し、所
定の特性に調整する。また、熱間加工後、冷間圧延等の
冷間加工を行う場合には、通常冷間加工に先だって、焼
鈍および酸洗処理を施す。

【００２７】そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく
この出願の発明について説明する。もちろん、以下の実
施例によってこの出願の発明が限定されることはない。

【００２８】

【実施例】＜Ａ＞表１に性能試験に用いた供試材として
の従来鋼と本発明鋼の化学組成を示した。なお、表中
で、Ｎｏ．１，２は従来の高Ｃｒフェライト鋼（従来
鋼）であり、Ｎｏ．１はＡＳＴＭ−Ａ２１３−Ｔ９１、
Ｎｏ．２はＤＩＮ−Ｘ２０ＣｒＭｏＷＶ１２１に規定さ
れている化学組成の供試材である。

【００２９】

【表１】

【００３０】各供試材の製造方法は次のとおりである。
すなわち、まず、容量１０Ｋｇの真空高周波誘導炉によ
って原料を溶解し、所定の化学組成に成分調整した後、
直径７０ｍｍの鋼塊に鋳造した。得られたインゴットを
温度１２５０℃〜１０００℃で熱間鍛造して、４５ｍｍ
角、長さ４００ｍｍの供試材を作製した。その後熱間圧
延にて１１００℃から９００℃にて、１５ｍｍ角の試験
材を得た。各試験材に対しては、次の熱処理を行った。
Ｎｏ．１およびＮｏ．２の供試材に対しては、通常、こ
れらの鋼に施される９５０℃で１時間保持後、空冷の焼
きならし処理と、さらに７５０℃で１時間保持後、空冷
の焼きもどし処理を施した。その他の供試材に対して
は、１１００℃で１時間保持後、空冷の焼きならし処理
と、さらに８００℃で１時間保持後、空冷の焼きもどし
処理を施した。これらから、鋼の水蒸気酸化性、および
高温クリープ強度の試験片を採取した。

【００３１】＜Ｂ＞上記の試験片を用いて、耐水蒸気酸
化性、高温クリープ強度の評価を行った。そのための方
法は下記の通りとした。 〔耐水蒸気酸化性〕耐水蒸気酸化性は、下記の試験条件
による水蒸気酸化試験によって評価した。 試験環境：水蒸気雰囲気、温度６５０℃ 保持時間：１０００時間 測定項目：スケール層の厚さ 〔高温クリープ強度〕高温クリープ強度は、下記の試験
条件によるクリープ破断試験によって評価した。

【００３２】 試験片：径８．０ｍｍ、標点距離４０ｍｍ 試験温度：（１）６５０℃、（２）７００℃ 応 力：（１）１２０ＭＰａ、（２）１２０ＭＰａ 測定項目：クリープ破断時間 以上の試験の結果を表２に示した。

【００３３】

【表２】

【００３４】表２の高温クリープ特性をみると、本発明
鋼の供試材は何れも、６５０℃、１２０ＭＰａにおける
クリープ破断時間が３０００時間以上、７００℃、１２
０ＭＰａにおいてもクリープ破断時間は何れも２００時
間以上で、従来鋼や比較鋼に比べて、クリープ強度の向
上が顕著である。特筆すべきは７００℃の高温試験にお
けるクリープ破断時間の飛躍的な向上であり、これは従
来鋼に比べて強磁性−常磁性の変態温度が高温化し、こ
れに伴いマルテンサイト組織の回復・軟化が著しく抑制
されていることを示すものである。

【００３５】また、耐水蒸気酸化性についも６５０℃×
１０００ｈの水蒸気酸化試験によるスケール層の厚さ測
定結果から、本発明鋼においては全て２０μｍ以下で、
６５０℃以上の高温においても極めて安定な耐水蒸気酸
化性が得られている。一方、従来鋼の供試材Ｎｏ．１に
ついては、クリープ破断時間、水蒸気酸化スケール厚さ
ともに本発明鋼よりも著しく劣り、特に７００℃でのク
リープ速度は極めて大きな値を示しており、クリープ強
度は著しく劣っている。

【００３６】この結果から、本発明鋼は、６５０℃以上
の高温においても耐水蒸気酸化性を低下することなく、
６５０℃を超える高温クリープ強度が従来鋼に比べ飛躍
的に向上していることが確認された。 ＜Ｃ＞図１は、本発明鋼（表１Ｎｏ．３）の７００℃で
１０００時間時効材から採取した薄膜試験片の電界放射
型電子顕微鏡写真である。写真の円盤状析出物は電子線
回折像の同定の結果、Ｆｅ（Ｐｄ，Ｘ）タイプのＬ１₀
型金属間化合物であると判明した。

【００３７】電子顕微鏡内でエネルギー分散型Ｘ線分析
により析出相の化学組成を定量したところ、図２のＸ線
スペクトルが得られ、析出相はＦｅ_0.52（Ｐｄ_0.21Ｍｎ
_0.21Ｃｒ_0.06）であった。同じ試料から非水溶媒（１％
テトラメチルアンモニウムクロライド−１０％アセチル
アセトン−メタノール）を用いた電解抽出により、析出
相を分離抽出し、振動試料型磁気特性測定装置で析出相
の磁気変態温度を測定した結果を図３に示した。Ｍｎが
Ｐｄを置換した析出相では室温〜６６０℃までは反強磁
性、６６０℃〜７８０℃では強磁性を示すことが明らか
となり、ＦｅＰｄ２元系の場合に比べて反強磁性の出現
と、強磁性−常磁性変態温度Ｔｍの高温化が顕著である
ことがわかった。

【００３８】

【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この出願の
発明の耐熱鋼は、６５０℃を超える高温における長時間
クリープ強度に優れ、しかも耐水蒸気酸化性の低下もな
い。したがって、この発明の耐熱鋼は、発電用ボイラー
・タービン、原子力発電設備、化学工業装置など従来の
フェライト鋼の使用限界温度と考えられていた６５０℃
を超える高温、高圧下で操業される装置用材料、具体的
には、熱鋼管用のボイラ関連鋼管あるいは圧力容器用の
鋼板、タービン用材料等に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＬＩ₀ 型Ｆｅ（Ｐｄ，Ｍｎ）の電界放射型電子
顕微鏡写真である。

【図２】電界放射型電子顕微鏡内にてエネルギー分散型
Ｘ線分析により得られた析出相のＸ線スペクトルと析出
物組成の定量結果を示した図である。

【図３】非水溶媒電解により抽出分離された析出物の温
度−磁化曲線を示した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宗木 政一 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 阿部 冨士雄 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フェライトあるいは焼き戻しマルテンサ
   イト組織を有するフェライト系耐熱鋼であって、組織粒
   内に強磁性あるいは反強磁性を示す金属間化合物相が均
   一析出されていることを特徴とする高温長時間クリープ
   強度を有する析出硬化型フェライト系耐熱鋼。
2. 【請求項２】 Ｃｒ含有量が重量％で、８．０〜１５．
   ０％であって、ＰｄおよびＰｔの少なくとも１種が合計
   重量％で０．０１％≦Ｐｄ＋１／２Ｐｔ≦５．０％含有
   され、 さらにＭｎ，Ｒｅ，Ｒｕ、Ｏｓの少なくとも１種が合計
   重量％で０．０１％≦Ｍｎ＋１／２Ｒｅ＋Ｒｕ＋１／２
   Ｏｓ≦５．０％含有されている請求項１のフェライト系
   耐熱鋼。
3. 【請求項３】 重量％で、Ｃ：０．０６〜０．１８％。
   Ｓｉ：０〜１．０％、Ｐ：０．０３０％以下，Ｓ：０．
   ０１５％以下 Ｃｒ：８．０〜１５．０％、Ｗ：０〜４．０％、Ｍｏ：
   ０〜２．０％、但しＷ＋２Ｍｏ≦４．０％ Ｖ：０〜０．５０％、Ｎｂ：０〜０．１５％、Ｔａ：０
   〜０．３０％、Ｔｉ：０〜０．１５％、Ｚｒ：０〜０．
   ３０％、Ｈｆ：０〜０．６０％、Ｎ：０〜０．１０％、
   Ｂ：０〜０．０３０％、Ａｇ：０〜１．０％、Ｏ：０．
   ０１０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下を含有
   し、さらにＰｄ：０．０１〜５．０％、Ｐｔ：０．０１
   〜１０．０％、の少なくとも１種を０．０１％≦Ｐｄ＋
   １／２Ｐｔ≦５．０％の範囲で含有し、さらにＭｎ，Ｒ
   ｅ，Ｒｕ，Ｏｓの少なくとも１種が合計重量％で０．０
   １％≦Ｍｎ＋１／２Ｒｅ＋Ｒｕ＋１／２Ｏｓ≦５．０％
   含有されている残部：Ｆｅおよび不可避の不純物からな
   る化学組成を備えた請求項１のフェライト系耐熱鋼。