JP2002004008A - 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼 - Google Patents
高Ｃｒフェライト系耐熱鋼Info
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- JP2002004008A JP2002004008A JP2000179029A JP2000179029A JP2002004008A JP 2002004008 A JP2002004008 A JP 2002004008A JP 2000179029 A JP2000179029 A JP 2000179029A JP 2000179029 A JP2000179029 A JP 2000179029A JP 2002004008 A JP2002004008 A JP 2002004008A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】６２５℃以上の高温蒸気下の使用に耐える高温
長時間クリープ強度と靭性に優れた高Ｃｒフェライト系
耐熱鋼の提供。 【解決手段】Ｃ：０.１２％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍ
ｎ：０．０５〜１．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：
０．０１５％以下、Ｃｒ：８〜１５％、Ｎｂ：０．２〜
３％、Ｔａ：４％以下、およびＷ：０．０２〜４％とＭ
ｏ：０．０１〜２．５％のうちの１種または２種、Ｎ：
０．００１〜０.１％、Ｂ：０．０００１〜０．０１
％、Ａｌ：０．００１〜０．０５％、必要によりＣｏ、
Ｎｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｎｄ、Ｔｉの１種以上を含有し、残部
がＦｅおよび不純物からなり、かつＮｂ、Ｔａ、Ｗおよ
びＭｏ含有量が下記式（１）を、またＮｂ、Ｔａの含有
量が下記式（２）を満足する耐熱鋼。 2.5×(Nb+1/2Ta)0.15-0.6×(Nb+1/2Ta)-(Mo+1/2W)>0 ・・・（１） Nb+1/2Ta<3.5 ・・・(2)
長時間クリープ強度と靭性に優れた高Ｃｒフェライト系
耐熱鋼の提供。 【解決手段】Ｃ：０.１２％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍ
ｎ：０．０５〜１．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：
０．０１５％以下、Ｃｒ：８〜１５％、Ｎｂ：０．２〜
３％、Ｔａ：４％以下、およびＷ：０．０２〜４％とＭ
ｏ：０．０１〜２．５％のうちの１種または２種、Ｎ：
０．００１〜０.１％、Ｂ：０．０００１〜０．０１
％、Ａｌ：０．００１〜０．０５％、必要によりＣｏ、
Ｎｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｎｄ、Ｔｉの１種以上を含有し、残部
がＦｅおよび不純物からなり、かつＮｂ、Ｔａ、Ｗおよ
びＭｏ含有量が下記式（１）を、またＮｂ、Ｔａの含有
量が下記式（２）を満足する耐熱鋼。 2.5×(Nb+1/2Ta)0.15-0.6×(Nb+1/2Ta)-(Mo+1/2W)>0 ・・・（１） Nb+1/2Ta<3.5 ・・・(2)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高Ｃｒフェライト
系耐熱鋼に係わり、さらに詳しくはボイラ、原子力発電
設備および化学工業設備などの高温、高圧環境下で使用
される熱交換用鋼管、圧力容器用鋼板およびタービン材
料等に適した高温長時間クリープ強度とに優れた高Ｃｒ
フェライト系耐熱鋼に関する。
系耐熱鋼に係わり、さらに詳しくはボイラ、原子力発電
設備および化学工業設備などの高温、高圧環境下で使用
される熱交換用鋼管、圧力容器用鋼板およびタービン材
料等に適した高温長時間クリープ強度とに優れた高Ｃｒ
フェライト系耐熱鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】ボイラ、原子力発電設備および化学工業
設備等の高温、高圧環境で使用される耐熱鋼には、一般
に高温における強度、耐食性および耐酸化性等が要求さ
れる。
設備等の高温、高圧環境で使用される耐熱鋼には、一般
に高温における強度、耐食性および耐酸化性等が要求さ
れる。
【０００３】これらの用途には、従来ＪＩＳのＳＵＳ３
２１Ｈ、ＳＵＳ３４７Ｈ鋼などのオーステナイト系ステ
ンレス鋼、２・１／４Ｃｒ-１Ｍｏ鋼などの低合金鋼、
さらには９〜１２Ｃｒ系の高Ｃｒフェライト鋼が用いら
れてきた。なかでも、高Ｃｒフェライト鋼は５００℃〜
６５０℃の温度において、強度および耐食性の点で低合
金鋼よりも優れている。また、高Ｃｒフェライト鋼は、
オーステナイト系ステンレス鋼に比べて安価であるこ
と、熱伝導率が高く、かつ熱膨張率が小さいことから耐
熱疲労特性やスケール剥離が起こりにくいこと、さらに
は応力腐食割れを起こさないことなど数々の利点があ
る。
２１Ｈ、ＳＵＳ３４７Ｈ鋼などのオーステナイト系ステ
ンレス鋼、２・１／４Ｃｒ-１Ｍｏ鋼などの低合金鋼、
さらには９〜１２Ｃｒ系の高Ｃｒフェライト鋼が用いら
れてきた。なかでも、高Ｃｒフェライト鋼は５００℃〜
６５０℃の温度において、強度および耐食性の点で低合
金鋼よりも優れている。また、高Ｃｒフェライト鋼は、
オーステナイト系ステンレス鋼に比べて安価であるこ
と、熱伝導率が高く、かつ熱膨張率が小さいことから耐
熱疲労特性やスケール剥離が起こりにくいこと、さらに
は応力腐食割れを起こさないことなど数々の利点があ
る。
【０００４】近年、火力発電において熱効率の一層の向
上を図るため、ボイラーの蒸気条件の高温高圧化が進め
られている。すなわち、超臨界圧条件である５３８℃、
２４６気圧から、将来は６２５℃で３００気圧というよ
うな超々臨界圧条件での操業が計画されている。このよ
うな蒸気条件の変化に伴い、ボイラ用鋼管等に対する要
求性能は、ますます過酷化してきている。そのため、従
来の高Ｃｒフェライト鋼では上記のような高温における
長時間クリープ強度に対して充分に応えることができな
い状況に至っている。
上を図るため、ボイラーの蒸気条件の高温高圧化が進め
られている。すなわち、超臨界圧条件である５３８℃、
２４６気圧から、将来は６２５℃で３００気圧というよ
うな超々臨界圧条件での操業が計画されている。このよ
うな蒸気条件の変化に伴い、ボイラ用鋼管等に対する要
求性能は、ますます過酷化してきている。そのため、従
来の高Ｃｒフェライト鋼では上記のような高温における
長時間クリープ強度に対して充分に応えることができな
い状況に至っている。
【０００５】オーステナイト系ステンレス鋼は上記のよ
うな過酷な条件に応えることができる性能を備えている
が高価である。そのためオーステナイト系ステンレス鋼
に比べて安価な高Ｃｒフェライト鋼を使用すべく、その
特性改善の試みがなされている。高Ｃｒフェライト鋼に
は従来Ｍｏが添加されてきたが、クリープ強度を向上さ
せるため、Ｍｏの一部もしくは全部をＷで置換した鋼が
開発されている。
うな過酷な条件に応えることができる性能を備えている
が高価である。そのためオーステナイト系ステンレス鋼
に比べて安価な高Ｃｒフェライト鋼を使用すべく、その
特性改善の試みがなされている。高Ｃｒフェライト鋼に
は従来Ｍｏが添加されてきたが、クリープ強度を向上さ
せるため、Ｍｏの一部もしくは全部をＷで置換した鋼が
開発されている。
【０００６】具体的にはＷ添加量を高めた高Ｃｒ耐熱鋼
（特開平５−３１１３４２号公報）、Ｗ添加量を高め、
さらに高温耐水蒸気酸化性改善の観点からＣｕを添加し
た耐熱鋼（特開平３−９７８３２号公報）などが開示さ
れているが、長時間クリープ強度が低下し不安定とな
り、またＷの過剰添加により靭性、溶接性が劣化すると
いう問題がある。
（特開平５−３１１３４２号公報）、Ｗ添加量を高め、
さらに高温耐水蒸気酸化性改善の観点からＣｕを添加し
た耐熱鋼（特開平３−９７８３２号公報）などが開示さ
れているが、長時間クリープ強度が低下し不安定とな
り、またＷの過剰添加により靭性、溶接性が劣化すると
いう問題がある。
【０００７】火力発電ボイラ等の蒸気条件が前記した超
々臨界圧条件での高Ｃｒフェライト鋼の使用に対して
は、さらなるクリープ強度の向上が必要であり、そのた
めには焼戻し軟化抵抗を高めマルテンサイト組織の回復
軟化現象をできるだけ高温長時間側まで遅らせることが
重要である。
々臨界圧条件での高Ｃｒフェライト鋼の使用に対して
は、さらなるクリープ強度の向上が必要であり、そのた
めには焼戻し軟化抵抗を高めマルテンサイト組織の回復
軟化現象をできるだけ高温長時間側まで遅らせることが
重要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、６２
５℃以上の高温蒸気下の使用に耐える高温長時間クリー
プ強度に優れた高Ｃｒフェライト系耐熱鋼を提供するこ
とにある。
５℃以上の高温蒸気下の使用に耐える高温長時間クリー
プ強度に優れた高Ｃｒフェライト系耐熱鋼を提供するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、超超臨界
圧条件下での使用に耐える高温長時間クリープ強度に優
れた高Ｃｒフェライト系耐熱鋼を開発するため、Ｍｏの
一部または全部をＷで置換したＮｂを含有する高Ｃｒフ
ェライト系耐熱鋼に注目し、析出物、高温長時間クリー
プ特性を詳細に調査、検討した。その結果下記の知見を
得るに至った。Ｍｏ、Ｗに置換してＮｂまたはＮｂ＋Ｔ
ａ含有量を高め、かつ下記式を満足させ、Ｃ含有量を適
正にすることにより、旧オーステナイト粒界、マルテン
サイトラス界面およびラス内部にＮｂまたはＮｂ、Ｔａ
の金属間化合物が高温長時間側まで微細に析出し、その
結果マルテンサイト組織回復軟化現象が高温長時間側ま
で抑制され、長時間クリープ強度が大幅に向上する。
圧条件下での使用に耐える高温長時間クリープ強度に優
れた高Ｃｒフェライト系耐熱鋼を開発するため、Ｍｏの
一部または全部をＷで置換したＮｂを含有する高Ｃｒフ
ェライト系耐熱鋼に注目し、析出物、高温長時間クリー
プ特性を詳細に調査、検討した。その結果下記の知見を
得るに至った。Ｍｏ、Ｗに置換してＮｂまたはＮｂ＋Ｔ
ａ含有量を高め、かつ下記式を満足させ、Ｃ含有量を適
正にすることにより、旧オーステナイト粒界、マルテン
サイトラス界面およびラス内部にＮｂまたはＮｂ、Ｔａ
の金属間化合物が高温長時間側まで微細に析出し、その
結果マルテンサイト組織回復軟化現象が高温長時間側ま
で抑制され、長時間クリープ強度が大幅に向上する。
【００１０】 2.5×(Nb+1/2Ta)(0.15)-0.6×(Nb+1/2Ta)-(Mo+1/2W)>0 本発明は、上記知見に基づきなされたもので、その要旨
は、 （１）質量％で、Ｃ：０.１２％以下、Ｓｉ：１％以
下、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：８〜１５％、Ｎｂ：０．
２〜３％、Ｔａ：４％以下、およびＷ：０．０２〜４％
とＭｏ：０．０１〜２．５％のうちの１種または２種、
Ｎ：０．００１〜０.１％、Ｂ：０．０００１〜０．０
１％、sol.Ａｌ：０．０５％以下を含有し、残部がＦｅ
および不純物からなり、かつＮｂ、Ｔａ、ＷおよびＭｏ
の含有量が下記式（１）を、またＮｂ、Ｔａの含有量が
下記式（２）を満足する高温強度に優れた高Ｃｒフェラ
イト系耐熱鋼。 2.5×(Nb+1/2Ta)0.15-0.6×(Nb+1/2Ta)-(Mo+1/2W)>0 ・・・（１） Nb+1/2Ta<3.5 ・・・(2) ここで、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を
示すものとする （２）Ｆｅの一部に替えて、Ｖ：０．０１〜０．５％、
Ｔｉ：０．００１〜０.１％およびＮｄ：０．００１〜
０．２％のうちの１種または２種以上を含有する上記
（１）に記載の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼。
は、 （１）質量％で、Ｃ：０.１２％以下、Ｓｉ：１％以
下、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：８〜１５％、Ｎｂ：０．
２〜３％、Ｔａ：４％以下、およびＷ：０．０２〜４％
とＭｏ：０．０１〜２．５％のうちの１種または２種、
Ｎ：０．００１〜０.１％、Ｂ：０．０００１〜０．０
１％、sol.Ａｌ：０．０５％以下を含有し、残部がＦｅ
および不純物からなり、かつＮｂ、Ｔａ、ＷおよびＭｏ
の含有量が下記式（１）を、またＮｂ、Ｔａの含有量が
下記式（２）を満足する高温強度に優れた高Ｃｒフェラ
イト系耐熱鋼。 2.5×(Nb+1/2Ta)0.15-0.6×(Nb+1/2Ta)-(Mo+1/2W)>0 ・・・（１） Nb+1/2Ta<3.5 ・・・(2) ここで、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を
示すものとする （２）Ｆｅの一部に替えて、Ｖ：０．０１〜０．５％、
Ｔｉ：０．００１〜０.１％およびＮｄ：０．００１〜
０．２％のうちの１種または２種以上を含有する上記
（１）に記載の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼。
【００１１】（３）Ｆｅの一部に替えて、Ｃｏ：０．０
１〜６％、Ｎｉ：０．０１〜１％およびＣｕ：０．０１
〜２％のうちの１種または２種以上を含有する、上記
（１）および（２）のいずれかに記載の高Ｃｒフェライ
ト系耐熱鋼。
１〜６％、Ｎｉ：０．０１〜１％およびＣｕ：０．０１
〜２％のうちの１種または２種以上を含有する、上記
（１）および（２）のいずれかに記載の高Ｃｒフェライ
ト系耐熱鋼。
【００１２】（４）Ｆｅの一部に替えて、Ｃａ：０．０
２％以下、Ｌａ：０．２％以下、Ｃｅ：０．２％以下、
Ｙ：０．２％以下およびＨｆ：０．２％以下のうちの１
種または２種以上を含有する、上記（１）、（２）、
（３）および（４）のいずれかに記載の高Ｃｒフェライ
ト系耐熱鋼。
２％以下、Ｌａ：０．２％以下、Ｃｅ：０．２％以下、
Ｙ：０．２％以下およびＨｆ：０．２％以下のうちの１
種または２種以上を含有する、上記（１）、（２）、
（３）および（４）のいずれかに記載の高Ｃｒフェライ
ト系耐熱鋼。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の耐熱鋼の化学組成
を限定した理由について説明する（以下の％表示はすべ
て質量％を示す）。
を限定した理由について説明する（以下の％表示はすべ
て質量％を示す）。
【００１４】Ｃ：０．１２％以下 Ｃは、オーステナイト安定化元素であり、組織を安定化
するとともにＭＣ（Ｍは合金元素）炭化物を形成してク
リープ強度の向上にも寄与する。しかし０．１２％を超
えて多量に含有させると加工性や溶接性を劣化させると
ともに、炭化物の析出量が増加し、金属間化合物の析出
が不十分となり長時間クリープ強度の低下を招くため上
限を０．１２％以下にした。望ましくは０．１％以下、
さらに望ましくは０．０７％以下である。
するとともにＭＣ（Ｍは合金元素）炭化物を形成してク
リープ強度の向上にも寄与する。しかし０．１２％を超
えて多量に含有させると加工性や溶接性を劣化させると
ともに、炭化物の析出量が増加し、金属間化合物の析出
が不十分となり長時間クリープ強度の低下を招くため上
限を０．１２％以下にした。望ましくは０．１％以下、
さらに望ましくは０．０７％以下である。
【００１５】Ｓｉ：１％以下 Ｓｉは、溶鋼の脱酸剤として用いる。さらに、Ｓｉは高
温における耐水蒸気酸化特性の向上に対して有効である
が、１％を超えて多量に含有させると靭性の劣化、クリ
ープ強度の低下が著しいため上限を１％とした。特に耐
水蒸気酸化を重視する場合にはＳｉ量の下限は０．１％
とするのが望ましい。
温における耐水蒸気酸化特性の向上に対して有効である
が、１％を超えて多量に含有させると靭性の劣化、クリ
ープ強度の低下が著しいため上限を１％とした。特に耐
水蒸気酸化を重視する場合にはＳｉ量の下限は０．１％
とするのが望ましい。
【００１６】Ｍｎ：０．０５〜１．５％ Ｍｎは、脱酸およびＳを固定する元素として有効で、オ
ーステナイト安定化元素としても寄与する。それらの効
果を得るためには０．０５％以上必要であるが、１．５
％を超えるとクリープ強度の低下を招くため０．０５〜
１．５％とした。
ーステナイト安定化元素としても寄与する。それらの効
果を得るためには０．０５％以上必要であるが、１．５
％を超えるとクリープ強度の低下を招くため０．０５〜
１．５％とした。
【００１７】Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１５％以
下 不純物のＰおよびＳは、熱間加工性、溶接性および靭性
の観点からは低い方が望ましいが、それぞれ０．０３
％、０．０１５％までであれば本発明鋼の特性に直接影
響しないため、上限をそれぞれ０．０３％および０．０
１５％とした。
下 不純物のＰおよびＳは、熱間加工性、溶接性および靭性
の観点からは低い方が望ましいが、それぞれ０．０３
％、０．０１５％までであれば本発明鋼の特性に直接影
響しないため、上限をそれぞれ０．０３％および０．０
１５％とした。
【００１８】Ｃｒ：８〜１５％ Ｃｒは、本発明鋼の高温における耐食性や耐酸化性、特
に耐水蒸気酸化特性を確保するために不可欠な元素であ
る。さらには、炭化物を形成してクリープ強度を向上さ
せる。その他、Ｃｒ主体の緻密な酸化被膜を形成して耐
食性および耐酸化性を向上させる作用があり、それらの
効果を得るためには８％以上とする必要がある。しか
し、多量に含有させると靭性の劣化をもたらすと共に、
長時間クリープ強度の低下を招くため上限を１５％とし
た。望ましくは９〜１２％である。
に耐水蒸気酸化特性を確保するために不可欠な元素であ
る。さらには、炭化物を形成してクリープ強度を向上さ
せる。その他、Ｃｒ主体の緻密な酸化被膜を形成して耐
食性および耐酸化性を向上させる作用があり、それらの
効果を得るためには８％以上とする必要がある。しか
し、多量に含有させると靭性の劣化をもたらすと共に、
長時間クリープ強度の低下を招くため上限を１５％とし
た。望ましくは９〜１２％である。
【００１９】Ｎｂ：０．２〜３％、Ｔａ：４％以下 Ｎｂは、本発明鋼の主要な強化元素の一つである。Ｎｂ
は、高温で使用中に金属間化合物として微細に分散析出
し、長時間クリープ強度の向上に寄与する。さらには、
Ｃ、Ｎと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。その効果を発揮させるためには、０．２
％以上必要であるが、多量に含有させるとδフェライト
の生成を促進し、長時間クリープ強度の低下を招くため
含有量を０．２〜３％とした。望ましくは０．５〜２％
である。 ＴａはＮｂと同様、高温で使用中に金属間化
合物として微細に分散析出し、長時間クリープ強度の向
上に寄与する。Ｔａは、Ｎｂと複合で含有させることに
より、金属間化合物の析出量の増加および金属間化合物
の均一分散に寄与するので必要により含有させる。Ｔａ
は、さらにＣ、Ｎと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。含有させる場合は、０．００
２％以上含有させるのが好ましく、多量に含有させると
δフェライトの生成を促進、クリープ強度が劣化するた
め含有量の上限を４％とした。
は、高温で使用中に金属間化合物として微細に分散析出
し、長時間クリープ強度の向上に寄与する。さらには、
Ｃ、Ｎと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。その効果を発揮させるためには、０．２
％以上必要であるが、多量に含有させるとδフェライト
の生成を促進し、長時間クリープ強度の低下を招くため
含有量を０．２〜３％とした。望ましくは０．５〜２％
である。 ＴａはＮｂと同様、高温で使用中に金属間化
合物として微細に分散析出し、長時間クリープ強度の向
上に寄与する。Ｔａは、Ｎｂと複合で含有させることに
より、金属間化合物の析出量の増加および金属間化合物
の均一分散に寄与するので必要により含有させる。Ｔａ
は、さらにＣ、Ｎと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。含有させる場合は、０．００
２％以上含有させるのが好ましく、多量に含有させると
δフェライトの生成を促進、クリープ強度が劣化するた
め含有量の上限を４％とした。
【００２０】ＮｂおよびＴａは、ともに多量に含有させ
るとδフェライトの生成促進、金属間化合物の凝集粗大
化を招くので、Nb+1/2Ta<3.5とする必要がある。
るとδフェライトの生成促進、金属間化合物の凝集粗大
化を招くので、Nb+1/2Ta<3.5とする必要がある。
【００２１】Ｗ：０.０２〜４％、Ｍｏ：０.０１〜２．
５％の１種以上または２種 ＷおよびＭｏは、固溶強化元素としてクリープ強度の向
上に寄与するとともに、金属間化合物の析出量、析出形
態の制御に有効である。Ｗは、０．０２％未満、Ｍｏは
０．０１％未満ではその効果は現れない。また、Ｗは４
％を超えて多量に含有させるとδフェライトの生成を促
進し、クリープ強度が劣化するため、Ｗの含有量は０．
０２〜４％とした。また、Ｍｏは２．５％を超えて含有
させると金属間化合物が粗大に析出し、長時間クリープ
強度の低下を招く。したがって、Ｍｏの含有量は０．０
１〜２．５％とした。Ｎｂ、Ｔａの含有量を高め、Ｗ、
Ｍｏを低めるのが好ましく、望ましい含有量は、Ｗは
０．５〜２．５％、Ｍｏは０．１〜０．５％である。
５％の１種以上または２種 ＷおよびＭｏは、固溶強化元素としてクリープ強度の向
上に寄与するとともに、金属間化合物の析出量、析出形
態の制御に有効である。Ｗは、０．０２％未満、Ｍｏは
０．０１％未満ではその効果は現れない。また、Ｗは４
％を超えて多量に含有させるとδフェライトの生成を促
進し、クリープ強度が劣化するため、Ｗの含有量は０．
０２〜４％とした。また、Ｍｏは２．５％を超えて含有
させると金属間化合物が粗大に析出し、長時間クリープ
強度の低下を招く。したがって、Ｍｏの含有量は０．０
１〜２．５％とした。Ｎｂ、Ｔａの含有量を高め、Ｗ、
Ｍｏを低めるのが好ましく、望ましい含有量は、Ｗは
０．５〜２．５％、Ｍｏは０．１〜０．５％である。
【００２２】 2.5×(Nb+1/2Ta)0.15-0.6×(Nb+1/2Ta)-(Mo+1/2W)>0：
Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷは、いずれも上記範囲内の量
で含有させることにより、Ｎｂ＋１／２Ｔａを１％以上
含む金属間化合物が微細に析出してクリープ強度を改善
する。金属間化合物中のＮｂ＋１／２Ｔａが１％未満の
場合もしくはこれらの元素が下記式を満たさない場合
は、金属間化合物の粗大化が顕著となり長時間クリープ
強度が低下する。この式は、種々の試験により得られた
実験式である。
Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷは、いずれも上記範囲内の量
で含有させることにより、Ｎｂ＋１／２Ｔａを１％以上
含む金属間化合物が微細に析出してクリープ強度を改善
する。金属間化合物中のＮｂ＋１／２Ｔａが１％未満の
場合もしくはこれらの元素が下記式を満たさない場合
は、金属間化合物の粗大化が顕著となり長時間クリープ
強度が低下する。この式は、種々の試験により得られた
実験式である。
【００２３】 2.5×(Nb+1/2Ta)0.15-0.6×(Nb+1/2Ta)-(Mo+1/2W)>0： Ｎ：０．００１〜０．１％ Ｎは、Ｃと同様オーステナイト安定化元素として有効で
ある。また、Ｎは窒化物または炭窒化物を析出させ、高
温強度を高める。その効果を発揮させるためには０．０
０１％以上必要であるが、０．１％を超えると窒化物、
炭窒化物の粗大化によるクリープ強度の低下をもたらす
ため０．００１〜０．１％とした。
ある。また、Ｎは窒化物または炭窒化物を析出させ、高
温強度を高める。その効果を発揮させるためには０．０
０１％以上必要であるが、０．１％を超えると窒化物、
炭窒化物の粗大化によるクリープ強度の低下をもたらす
ため０．００１〜０．１％とした。
【００２４】Ｂ：０．０００１〜０．０１％ Ｂは、焼入れ性を高め、高温強度の確保に重要な役割を
果たす。その効果は０．０００１％以上で顕著となる
が、０．０１％を超えて含有させると溶接性を悪化させ
るとともに長時間クリープ強度を低下させるため、Ｂ含
有量は０．０００１〜０．０１％とした。
果たす。その効果は０．０００１％以上で顕著となる
が、０．０１％を超えて含有させると溶接性を悪化させ
るとともに長時間クリープ強度を低下させるため、Ｂ含
有量は０．０００１〜０．０１％とした。
【００２５】sol.Ａｌ：０．０５％以下 Ａｌは、溶鋼の脱酸剤として必要に応じて添加する。し
かし、添加する場合０．０５％を超えて多量に含有させ
るとクリープ強度の低下を招くので、上限を０．０５％
とした。
かし、添加する場合０．０５％を超えて多量に含有させ
るとクリープ強度の低下を招くので、上限を０．０５％
とした。
【００２６】Ｖ：０．０１〜０．５％、Ｔｉ：０．００
１〜０．１％、Ｎｄ：０．００ １〜０．２％のうちの
１種または２種以上 Ｖ、ＴｉおよびＮｄは、固溶強化および微細な炭窒化物
を形成してクリープ強度の向上に寄与するので、必要に
より含有させる。その効果を発揮させるためには、Ｖは
０．０１％以上、ＴｉおよびＮｄは０．００１％以上含
有させるのが望ましい。
１〜０．１％、Ｎｄ：０．００ １〜０．２％のうちの
１種または２種以上 Ｖ、ＴｉおよびＮｄは、固溶強化および微細な炭窒化物
を形成してクリープ強度の向上に寄与するので、必要に
より含有させる。その効果を発揮させるためには、Ｖは
０．０１％以上、ＴｉおよびＮｄは０．００１％以上含
有させるのが望ましい。
【００２７】また、Ｖは０．５％を超えて含有させると
クリープ強度が低下するためＶの上限は、０．５％とし
た。Ｔｉは、０．１％を超えて、Ｎｄは０．２％を超え
て含有させてもその効果は飽和するため上限をそれぞれ
０．１％および０．２％とした。
クリープ強度が低下するためＶの上限は、０．５％とし
た。Ｔｉは、０．１％を超えて、Ｎｄは０．２％を超え
て含有させてもその効果は飽和するため上限をそれぞれ
０．１％および０．２％とした。
【００２８】Ｃｏ：０．０１〜６％、Ｎｉ：０．０１〜
１％、Ｃｕ：０．０１〜２％のうちの１種または２種以
上 Ｃｏ、ＮｉおよびＣｕは、オーステナイト安定化元素と
して有効であり、必要により含有させる。Ｃｒ、Ｎｂ、
Ｗ、ＭｏおよびＶなどを多量に含有させる場合には積極
的に添加するのが好ましい。ただし、各元素とも０．０
１％未満の含有量ではその効果は現れない。また、Ｃｏ
は６％を超えて過剰に含有させると鋼のＡｃ１変態点の
低下が著しくなり、逆にクリープ強度が低下する。した
がって、Ｃｏの上限は６％とした。Ｎｉは１％を、Ｃｕ
は２％を超えて過剰に含有させると長時間クリープ強度
の低下が著しくなる。したがって、ＮｉおよびＣｕの上
限はそれぞれ１％と２％とした。
１％、Ｃｕ：０．０１〜２％のうちの１種または２種以
上 Ｃｏ、ＮｉおよびＣｕは、オーステナイト安定化元素と
して有効であり、必要により含有させる。Ｃｒ、Ｎｂ、
Ｗ、ＭｏおよびＶなどを多量に含有させる場合には積極
的に添加するのが好ましい。ただし、各元素とも０．０
１％未満の含有量ではその効果は現れない。また、Ｃｏ
は６％を超えて過剰に含有させると鋼のＡｃ１変態点の
低下が著しくなり、逆にクリープ強度が低下する。した
がって、Ｃｏの上限は６％とした。Ｎｉは１％を、Ｃｕ
は２％を超えて過剰に含有させると長時間クリープ強度
の低下が著しくなる。したがって、ＮｉおよびＣｕの上
限はそれぞれ１％と２％とした。
【００２９】Ｃａ：０．０２％以下、Ｌａ：０．２％以
下、Ｃｅ：０．２％以下、Ｙ：０．２％以下、Ｈｆ：
０．２％以下のうちの１種または２種以上 Ｃａ、Ｌａ、Ｃｅ、ＹおよびＨｆは、極微量の含有量で
も結晶粒界を強化させてクリープ強度を向上させるとと
もに、熱間加工性の向上にも寄与する効果があり、必要
により含有させる。しかし、過剰に添加すると熱間加工
性が低下するため、これらの元素の上限はＣａは０．０
２％、Ｌａ、Ｃｅ、ＹおよびＨｆはそれぞれ０．２％と
した。
下、Ｃｅ：０．２％以下、Ｙ：０．２％以下、Ｈｆ：
０．２％以下のうちの１種または２種以上 Ｃａ、Ｌａ、Ｃｅ、ＹおよびＨｆは、極微量の含有量で
も結晶粒界を強化させてクリープ強度を向上させるとと
もに、熱間加工性の向上にも寄与する効果があり、必要
により含有させる。しかし、過剰に添加すると熱間加工
性が低下するため、これらの元素の上限はＣａは０．０
２％、Ｌａ、Ｃｅ、ＹおよびＨｆはそれぞれ０．２％と
した。
【００３０】
【実施例】真空誘導溶解炉にて、表１に示す化学組成の
鋼を溶製し、直径１４４ｍｍの５０ｋｇインゴットとし
た。鋼記号Ａ〜Ｏが本発明鋼、記号１〜１６が比較鋼で
ある。
鋼を溶製し、直径１４４ｍｍの５０ｋｇインゴットとし
た。鋼記号Ａ〜Ｏが本発明鋼、記号１〜１６が比較鋼で
ある。
【００３１】
【表１】 これらのインゴットを熱間鍛造後、熱間圧延によって２
０ｍｍ厚の鋼板とした。次いで、１０５０℃で１時間保
持した後空冷（ＡＣ）し、さらに７８０℃以下でで１時
間保持して空冷（ＡＣ）する焼戻し処理をおこなった。
熱処理後の鋼板からクリープ破断試験片、抽出レプリカ
を作成し、下記する条件でクリープ破断試験、析出物の
ＥＤＸ分析を行った。
０ｍｍ厚の鋼板とした。次いで、１０５０℃で１時間保
持した後空冷（ＡＣ）し、さらに７８０℃以下でで１時
間保持して空冷（ＡＣ）する焼戻し処理をおこなった。
熱処理後の鋼板からクリープ破断試験片、抽出レプリカ
を作成し、下記する条件でクリープ破断試験、析出物の
ＥＤＸ分析を行った。
【００３２】 （１）クリープ破断試験 試験片 ： 直径 ６．０ｍｍ 標点間距離 ３０ｍｍ 試験温度： ６５０℃ 負荷応力： １１０ＭＰａおよび９０ＭＰａ クリープ破断特性：下記式により求めた、試験温度６５０℃での クリー プ破断時間比 （応力負荷90MPaでの破断時間）／（応力負荷110MPaでの破断時間） については６５０℃×１１０ＭＰａおよび６５０℃×９
０ＭＰａのクリープ破断寿命比で評価した。
０ＭＰａのクリープ破断寿命比で評価した。
【００３３】（２）ＥＤＸ分析（Energy Dispersive X-
Ray Analysis） 抽出レプリカ作成後、透過型電子顕微鏡による金属間化
合物の観察およびＥＤＸ分析による金属間化合物中のＮ
ｂ量同定を実施。これらの試験で測定したクリープ破断
時間を表２に示す。また、金属間化合物の観察、ＥＤＸ
分析結果も表２に示した。
Ray Analysis） 抽出レプリカ作成後、透過型電子顕微鏡による金属間化
合物の観察およびＥＤＸ分析による金属間化合物中のＮ
ｂ量同定を実施。これらの試験で測定したクリープ破断
時間を表２に示す。また、金属間化合物の観察、ＥＤＸ
分析結果も表２に示した。
【００３４】
【表２】 表中の金属間化合物の評価は、金属間化合物が確認され
なかった場合、金属間化合物中のＮｂ＋１／２Ｔａ含有
量が１％未満であった場合、または抽出レプリカを１０
０００倍で５視野観察し、粒径３．５μｍ以上の粗大な
金属間化合物が１つ以上認められた場合を×、金属間化
合物中のＮｂ含有量が１％以上で顕著な粗大化が見られ
なかった場合（粒径３．５μｍ以上の金属間化合物が認
められなかった場合）を○とした。
なかった場合、金属間化合物中のＮｂ＋１／２Ｔａ含有
量が１％未満であった場合、または抽出レプリカを１０
０００倍で５視野観察し、粒径３．５μｍ以上の粗大な
金属間化合物が１つ以上認められた場合を×、金属間化
合物中のＮｂ含有量が１％以上で顕著な粗大化が見られ
なかった場合（粒径３．５μｍ以上の金属間化合物が認
められなかった場合）を○とした。
【００３５】表２から明らかなように、比較鋼１〜１６
の６５０℃×１１０ＭＰａと６５０℃×９０ＭＰａの破
断時間比が２．５以下であるのに対し、本発明鋼Ａ〜Ｏ
の６５０℃×１１０ＭＰａと６５０℃×９０ＭＰａの破
断時間比が３．５以上に維持されており、長時間低応力
側でのクリープ強度が安定に維持されている。
の６５０℃×１１０ＭＰａと６５０℃×９０ＭＰａの破
断時間比が２．５以下であるのに対し、本発明鋼Ａ〜Ｏ
の６５０℃×１１０ＭＰａと６５０℃×９０ＭＰａの破
断時間比が３．５以上に維持されており、長時間低応力
側でのクリープ強度が安定に維持されている。
【００３６】
【発明の効果】本発明の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼は、
６２５℃以上の高温下で高温長時間クリープ強度に優
れ、原子力発電や化学工業等の分野で用いられる熱交換
用鋼管、圧力容器用鋼板、タービン用材料として好適で
あり、産業の発展に寄与するところ大である。
６２５℃以上の高温下で高温長時間クリープ強度に優
れ、原子力発電や化学工業等の分野で用いられる熱交換
用鋼管、圧力容器用鋼板、タービン用材料として好適で
あり、産業の発展に寄与するところ大である。
Claims (4)
- 【請求項１】質量％で、Ｃ：０.１２％以下、Ｓｉ：１
％以下、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｐ：０．０３％以
下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：８〜１５％、Ｎｂ：
０．２〜３％、Ｔａ：４％以下、およびＷ：０．０２〜
４％とＭｏ：０．０１〜２．５％のうちの１種または２
種、Ｎ：０．００１〜０.１％、Ｂ：０．０００１〜
０．０１％、sol.Ａｌ：０．０５％以下を含有し、残部
がＦｅおよび不純物からなり、かつＮｂ、Ｔａ、Ｗおよ
びＭｏの含有量が下記式（１）を、またＮｂ、Ｔａの含
有量が下記式（２）を満足することを特徴とする高温強
度に優れた高Ｃｒフェライト系耐熱鋼。 2.5×(Nb+1/2Ta)0.15-0.6×(Nb+1/2Ta)-(Mo+1/2W)>0 ・・・（１） Nb+1/2Ta<3.5% ・・・(2) ここで、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を
示すものとする - 【請求項２】Ｆｅの一部に替えて、Ｖ：０．０１〜０．
５％、Ｔｉ：０．００１〜０.１％およびＮｄ：０．０
０１〜０．２％のうちの１種または２種以上を含有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の高温強度に優れた
高Ｃｒフェライト系耐熱鋼。 - 【請求項３】Ｆｅの一部に替えて、Ｃｏ：０．０１〜６
％、Ｎｉ：０．０１〜１％およびＣｕ：０．０１〜２％
のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とす
る、請求項１および２のいずれかに記載の高温強度に優
れた高Ｃｒフェライト系耐熱鋼。 - 【請求項４】Ｆｅの一部に替えて、Ｃａ：０．０２％以
下、Ｌａ：０．２％以下、Ｃｅ：０．２％以下、Ｙ：
０．２％以下およびＨｆ：０．２％以下のうちの１種ま
たは２種以上を含有することを特徴とする、請求項１、
２、３および４のいずれかに記載の高温強度に優れた高
Ｃｒフェライト系耐熱鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000179029A JP2002004008A (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000179029A JP2002004008A (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002004008A true JP2002004008A (ja) | 2002-01-09 |
Family
ID=18680362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000179029A Pending JP2002004008A (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002004008A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002086176A1 (en) * | 2001-04-19 | 2002-10-31 | National Institute For Materials Science | Ferritic heat-resistant steel and method for production thereof |
| WO2003106722A1 (ja) * | 2002-06-14 | 2003-12-24 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 耐熱性フェライト系ステンレス鋼およびその製造方法 |
| EP1698711A1 (en) * | 2003-12-26 | 2006-09-06 | JFE Steel Corporation | Ferritic cr-containing steel |
| WO2008149703A1 (ja) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | フェライト系耐熱鋼 |
-
2000
- 2000-06-14 JP JP2000179029A patent/JP2002004008A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002086176A1 (en) * | 2001-04-19 | 2002-10-31 | National Institute For Materials Science | Ferritic heat-resistant steel and method for production thereof |
| US7211159B2 (en) | 2001-04-19 | 2007-05-01 | National Institute For Materials Science | Ferritic heat-resistant steel and method for production thereof |
| WO2003106722A1 (ja) * | 2002-06-14 | 2003-12-24 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 耐熱性フェライト系ステンレス鋼およびその製造方法 |
| US7806993B2 (en) | 2002-06-14 | 2010-10-05 | Jfe Steel Corporation | Heat-resistant ferritic stainless steel and method for production thereof |
| EP1698711A1 (en) * | 2003-12-26 | 2006-09-06 | JFE Steel Corporation | Ferritic cr-containing steel |
| EP1698711A4 (en) * | 2003-12-26 | 2007-06-20 | Jfe Steel Corp | STEEL CONTAINING FERRITIC CR |
| US8790573B2 (en) | 2003-12-26 | 2014-07-29 | Jfe Steel Corporation | Ferritic Cr-contained steel |
| WO2008149703A1 (ja) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | フェライト系耐熱鋼 |
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