JP2002047530A - 耐熱鋼、耐熱鋼の熱処理方法および耐熱鋼部品 - Google Patents
耐熱鋼、耐熱鋼の熱処理方法および耐熱鋼部品Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた高温強度及び衝撃性質を有する耐熱鋼
の提供。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：0.15〜0.30、Ｓｉ：0.05
〜0.3、Ｍｎ：0.01〜0.7、Ｃｒ：1.8〜2.5、Ｖ：0.15〜
0.23、Ｗ：1.5〜2.5、Ｔｉ：0.01〜0.02、Ｎｂ：0.01〜
0.08、Ｎ：0.005〜0.03、Ｂ：０.001〜0.015の範囲に調
整され、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる、耐熱
鋼。重量％で、Ｃ：0.15〜0.30、Ｓｉ：0.05〜0.3、Ｍ
ｎ：0.01〜0.7、Ｃｒ：1.8〜2.5、Ｖ：0.15〜0.23、
Ｗ：1.5〜2.5、Ｍｏ：0.3〜0.8、Ｔｉ：0.01~0.02、Ｎ
ｂ：0.01〜0.08、Ｎ：0.005〜0.03、Ｂ：0.001〜0.015
の範囲に調整され、残部はＦｅ及び不可避的不純物から
なる、耐熱鋼。上記の耐熱鋼を油冷で３００℃以下まで
冷却する熱処理によって得られた、耐熱鋼。
の提供。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：0.15〜0.30、Ｓｉ：0.05
〜0.3、Ｍｎ：0.01〜0.7、Ｃｒ：1.8〜2.5、Ｖ：0.15〜
0.23、Ｗ：1.5〜2.5、Ｔｉ：0.01〜0.02、Ｎｂ：0.01〜
0.08、Ｎ：0.005〜0.03、Ｂ：０.001〜0.015の範囲に調
整され、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる、耐熱
鋼。重量％で、Ｃ：0.15〜0.30、Ｓｉ：0.05〜0.3、Ｍ
ｎ：0.01〜0.7、Ｃｒ：1.8〜2.5、Ｖ：0.15〜0.23、
Ｗ：1.5〜2.5、Ｍｏ：0.3〜0.8、Ｔｉ：0.01~0.02、Ｎ
ｂ：0.01〜0.08、Ｎ：0.005〜0.03、Ｂ：0.001〜0.015
の範囲に調整され、残部はＦｅ及び不可避的不純物から
なる、耐熱鋼。上記の耐熱鋼を油冷で３００℃以下まで
冷却する熱処理によって得られた、耐熱鋼。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱鋼に関するも
のである。さらに詳しくは、本発明は、高度な耐熱性お
よび機械的強度が要求される用途、例えば蒸気タービン
ロータ、に好適な耐熱性材料に関するものである。
のである。さらに詳しくは、本発明は、高度な耐熱性お
よび機械的強度が要求される用途、例えば蒸気タービン
ロータ、に好適な耐熱性材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】火力発電設備の高温部品材料として、従
来より１Ｃｒ-１Ｍｏ-０．２５Ｖ鋼などの低合金耐熱鋼
や１２Ｃｒ-１Ｍｏ-ＶＮｂＮ鋼などの高Ｃｒ系耐熱鋼が
多用されている。しかし、近年の火力発電設備は蒸気温
度の高温化が急速に進められ、より高強度で耐環境特性
等に優れた高Ｃｒ系耐熱鋼の使用が増加してきた。この
ような高強度鋼を用いることでより高性能のプラントを
構成することが可能となっている。
来より１Ｃｒ-１Ｍｏ-０．２５Ｖ鋼などの低合金耐熱鋼
や１２Ｃｒ-１Ｍｏ-ＶＮｂＮ鋼などの高Ｃｒ系耐熱鋼が
多用されている。しかし、近年の火力発電設備は蒸気温
度の高温化が急速に進められ、より高強度で耐環境特性
等に優れた高Ｃｒ系耐熱鋼の使用が増加してきた。この
ような高強度鋼を用いることでより高性能のプラントを
構成することが可能となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
火力発電プラントは、高い熱効率とともに優れた経済性
が要求される傾向にあって、プラント構成材料に対して
も従来と同等あるいはそれ以上の機械的性質や製造性を
有し、さらに経済性に優れていることが不可欠となりつ
つある。
火力発電プラントは、高い熱効率とともに優れた経済性
が要求される傾向にあって、プラント構成材料に対して
も従来と同等あるいはそれ以上の機械的性質や製造性を
有し、さらに経済性に優れていることが不可欠となりつ
つある。
【０００４】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、高温の蒸気環境中で安定な運用がで
き、かつ経済性に優れた耐熱鋼を提供することを目的と
するものである。
になされたもので、高温の蒸気環境中で安定な運用がで
き、かつ経済性に優れた耐熱鋼を提供することを目的と
するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、低合金耐
熱鋼において、高Ｃｒ系耐熱鋼に匹敵する高温強度を有
する耐熱鋼を開発すべく研究を行った結果、本発明に至
ったものである。
熱鋼において、高Ｃｒ系耐熱鋼に匹敵する高温強度を有
する耐熱鋼を開発すべく研究を行った結果、本発明に至
ったものである。
【０００６】すなわち、本発明による第１の耐熱鋼は、
重量％で、Ｃ：０．１５〜０．３０、Ｓｉ：０．０５〜
０．３、Ｍｎ：０．０１〜０．７、Ｃｒ：１．８〜２．
５、Ｖ：０．１５〜０．２３、Ｗ：０．５〜２．５、Ｔ
ｉ：０．０１〜０．０２、Ｎｂ：０．０１〜０．０８、
Ｎ：０．００５〜０．０３、Ｂ：０．００１〜０．０１
５の範囲に調整され、残部はＦｅおよび不可避的不純物
からなること、を特徴とするものである。
重量％で、Ｃ：０．１５〜０．３０、Ｓｉ：０．０５〜
０．３、Ｍｎ：０．０１〜０．７、Ｃｒ：１．８〜２．
５、Ｖ：０．１５〜０．２３、Ｗ：０．５〜２．５、Ｔ
ｉ：０．０１〜０．０２、Ｎｂ：０．０１〜０．０８、
Ｎ：０．００５〜０．０３、Ｂ：０．００１〜０．０１
５の範囲に調整され、残部はＦｅおよび不可避的不純物
からなること、を特徴とするものである。
【０００７】また、本発明による第２の耐熱鋼は、重量
％で、Ｃ：０．１５〜０．３０、Ｓｉ：０．０５〜０．
３、Ｍｎ：０．０１〜０．７、Ｃｒ：１．８〜２．５、
Ｖ：０．１５〜０．２３、Ｗ：１．５〜２．５、Ｍｏ：
０．３〜０．８、Ｔｉ：０．０１〜０．０２、Ｎｂ：
０．０１〜０．０８、Ｎ：０．００５〜０．０３の範囲
に調整され、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる
こと、を特徴とするものである。
％で、Ｃ：０．１５〜０．３０、Ｓｉ：０．０５〜０．
３、Ｍｎ：０．０１〜０．７、Ｃｒ：１．８〜２．５、
Ｖ：０．１５〜０．２３、Ｗ：１．５〜２．５、Ｍｏ：
０．３〜０．８、Ｔｉ：０．０１〜０．０２、Ｎｂ：
０．０１〜０．０８、Ｎ：０．００５〜０．０３の範囲
に調整され、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる
こと、を特徴とするものである。
【０００８】また、本発明による第３の耐熱鋼は、Ｎｂ
の全部とＦｅの一部をＶおよび／またはＴｉで置換し、
重量％でＶ：０．２３（０．２３を含まず）〜０．３
５、Ｔｉ：０．０２（０．０２を含まず）〜０．０３の
範囲にあり、不純物として含有されるものを除いてはＮ
ｂを含有しないことを特徴とする、上記の第１または第
２の耐熱鋼である。
の全部とＦｅの一部をＶおよび／またはＴｉで置換し、
重量％でＶ：０．２３（０．２３を含まず）〜０．３
５、Ｔｉ：０．０２（０．０２を含まず）〜０．０３の
範囲にあり、不純物として含有されるものを除いてはＮ
ｂを含有しないことを特徴とする、上記の第１または第
２の耐熱鋼である。
【０００９】また、本発明による第４の耐熱鋼は、Ｎｂ
およびＴｉの全部とＦｅの一部をＶで置換し、重量％
で、Ｖ：０．２３（０．２３を含まず）〜０．３５の範
囲にあり不純物として含有されるものを除いてはＮｂお
よびＴｉを含有しないことを特徴とする、第１または第
２の耐熱鋼である。
およびＴｉの全部とＦｅの一部をＶで置換し、重量％
で、Ｖ：０．２３（０．２３を含まず）〜０．３５の範
囲にあり不純物として含有されるものを除いてはＮｂお
よびＴｉを含有しないことを特徴とする、第１または第
２の耐熱鋼である。
【００１０】また、本発明による第５の耐熱鋼は、Ｆｅ
の一部をＮｉで置換し、重量％でＮｉ：０．１〜３．０
を含有することを特徴とする、第３または第４の耐熱鋼
である。
の一部をＮｉで置換し、重量％でＮｉ：０．１〜３．０
を含有することを特徴とする、第３または第４の耐熱鋼
である。
【００１１】また、本発明による第６の耐熱鋼は、Ｆｅ
の一部をＣｕで置換し、重量％でＣｕ：０．１〜３．０
を含有することを特徴とする、第３または第４の耐熱鋼
である。
の一部をＣｕで置換し、重量％でＣｕ：０．１〜３．０
を含有することを特徴とする、第３または第４の耐熱鋼
である。
【００１２】また、本発明による第７の耐熱鋼は、上記
の第１〜第６のいずれかの耐熱鋼に焼ならし処理を施
し、次いで、油冷により３００℃以下まで冷却すること
からなる熱処理に付して得られたこと、を特徴とするも
のである。
の第１〜第６のいずれかの耐熱鋼に焼ならし処理を施
し、次いで、油冷により３００℃以下まで冷却すること
からなる熱処理に付して得られたこと、を特徴とするも
のである。
【００１３】また、本発明による第８の耐熱鋼は、蒸気
タービンロータとして用いられることを特徴とする、第
１〜７ののいずれかの耐熱鋼である。
タービンロータとして用いられることを特徴とする、第
１〜７ののいずれかの耐熱鋼である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に組成範囲の限定理由を説明
する。なお、以下の説明において組成を表す％は、特に
断らない限り重量％とする。
する。なお、以下の説明において組成を表す％は、特に
断らない限り重量％とする。
【００１５】（ａ） Ｃ Ｃは、焼入れ性の確保とともに、析出強化に寄与する炭
化物の構成元素としても有用な元素であるが、本発明に
係わる耐熱鋼では０．１５％未満では上述の効果が小さ
く、０．３０％を超えると炭化物の凝集が促進されると
ともに鋼塊凝固時の偏析が増加するため、その含有量を
０．１５〜０．３０％とした。
化物の構成元素としても有用な元素であるが、本発明に
係わる耐熱鋼では０．１５％未満では上述の効果が小さ
く、０．３０％を超えると炭化物の凝集が促進されると
ともに鋼塊凝固時の偏析が増加するため、その含有量を
０．１５〜０．３０％とした。
【００１６】（ｂ） Ｓｉ Ｓｉは、脱酸剤として有用であり、また、耐水蒸気酸化
性を向上させる。しかし、その含有量が高い場合は、靭
性の低下および脆化を促進するため、この観点からは含
有量は可能な限り抑制することが望ましい。本発明に係
わる耐熱鋼においてはその含有量が０．３％を超えると
上記特性が著しく低下するため、その含有量を０．０５
〜０．３％とした。
性を向上させる。しかし、その含有量が高い場合は、靭
性の低下および脆化を促進するため、この観点からは含
有量は可能な限り抑制することが望ましい。本発明に係
わる耐熱鋼においてはその含有量が０．３％を超えると
上記特性が著しく低下するため、その含有量を０．０５
〜０．３％とした。
【００１７】（ｃ） Ｍｎ Ｍｎは、脱硫剤として有用な元素であるが、０．０１％
未満では脱硫効果が認められず、０．７％を超えて添加
するとクリ−プ強度を低下させるため、その含有量を
０．０１〜０．７％とした。
未満では脱硫効果が認められず、０．７％を超えて添加
するとクリ−プ強度を低下させるため、その含有量を
０．０１〜０．７％とした。
【００１８】（ｄ） Ｃｒ Ｃｒは、耐酸化性、耐食性に有効であるとともに析出強
化に寄与する析出物の構成元素としても有用な元素であ
るが、本発明に係わる耐熱鋼では１．８％未満では上述
の効果が小さく、２．５％を超えると靭性が悪化するた
め、その含有量を１．８〜２．５％とした。
化に寄与する析出物の構成元素としても有用な元素であ
るが、本発明に係わる耐熱鋼では１．８％未満では上述
の効果が小さく、２．５％を超えると靭性が悪化するた
め、その含有量を１．８〜２．５％とした。
【００１９】（ｅ） Ｖ Ｖは、固溶強化および微細な炭窒化物の形成に寄与す
る。本発明に係わる耐熱鋼では０．１５％以上の添加で
これらの微細析出物が十分に析出し回復を抑制する。Ｎ
ｂと複合添加した場合は、０．２３％を超えると靭性の
低下を招くとともに炭窒化物の粗大化を促進するため、
その含有量を０．１５〜０．２３％とした。Ｎｂの全部
をＦｅと置換した場合は、析出強化に寄与する微細炭窒
化物の析出密度を確保するため、下限を０．２３％
（０．２３を含まず）に増加させる必要があるが、本発
明に係わる耐熱鋼では．０．３５％を超えると靭性の低
下を招くとともに炭窒化物の粗大化を促進するため、そ
の含有量を０．２３〜０．３５％とした。
る。本発明に係わる耐熱鋼では０．１５％以上の添加で
これらの微細析出物が十分に析出し回復を抑制する。Ｎ
ｂと複合添加した場合は、０．２３％を超えると靭性の
低下を招くとともに炭窒化物の粗大化を促進するため、
その含有量を０．１５〜０．２３％とした。Ｎｂの全部
をＦｅと置換した場合は、析出強化に寄与する微細炭窒
化物の析出密度を確保するため、下限を０．２３％
（０．２３を含まず）に増加させる必要があるが、本発
明に係わる耐熱鋼では．０．３５％を超えると靭性の低
下を招くとともに炭窒化物の粗大化を促進するため、そ
の含有量を０．２３〜０．３５％とした。
【００２０】（ｆ） Ｗ Ｗは、固溶強化とともに炭化物中へ置換し析出強化にも
寄与する。Ｗの固溶量を長時間にわたり高く維持するた
めには１．５％以上の添加が必要であるが、２．５％を
超えると靭性の低下およびフェライトの生成を促進する
ため、その含有量を１．５〜２．５％とした。
寄与する。Ｗの固溶量を長時間にわたり高く維持するた
めには１．５％以上の添加が必要であるが、２．５％を
超えると靭性の低下およびフェライトの生成を促進する
ため、その含有量を１．５〜２．５％とした。
【００２１】（ｇ） Ｍｏ Ｍｏは、固溶強化元素および炭化物の構成元素として有
用であり、０．３％以上の添加によりその効果が大きく
なる。しかし、０．８％以上の添加は本発明の耐熱鋼に
おいては靭性の低下およびフェライトの生成を促進する
ため、その含有量を０．３〜０．８％とした。
用であり、０．３％以上の添加によりその効果が大きく
なる。しかし、０．８％以上の添加は本発明の耐熱鋼に
おいては靭性の低下およびフェライトの生成を促進する
ため、その含有量を０．３〜０．８％とした。
【００２２】（ｈ） Ｂ Ｂは、微量の添加で焼入れ性を高めるとともに、炭窒化
物の高温長時間安定化を可能にする。本発明に係わる耐
熱鋼ではその効果は０．００１％以上の添加で認めら
れ、結晶粒界およびその近傍に析出する炭化物の粗大化
抑制効果を発揮するが、０．０１５％を超えると粗大生
成物の形成を促進するため、その含有量を０．００１〜
０．０１５％とした。
物の高温長時間安定化を可能にする。本発明に係わる耐
熱鋼ではその効果は０．００１％以上の添加で認めら
れ、結晶粒界およびその近傍に析出する炭化物の粗大化
抑制効果を発揮するが、０．０１５％を超えると粗大生
成物の形成を促進するため、その含有量を０．００１〜
０．０１５％とした。
【００２３】（ｉ） Ｎ Ｎは、窒化物あるいは炭窒化物を形成することにより析
出強化に寄与する。さらに母相中に残存するＮは固溶強
化にも寄与するが、本発明に係わる耐熱鋼では０．００
５％未満ではこれらの効果が認められない。一方０．０
３％以上では窒化物あるいは炭窒化物の粗大化を促進し
クリ−プ抵抗が低下するとともに粗大生成物の生成を促
進するため、その含有量を０．００５〜０．０３％とし
た。
出強化に寄与する。さらに母相中に残存するＮは固溶強
化にも寄与するが、本発明に係わる耐熱鋼では０．００
５％未満ではこれらの効果が認められない。一方０．０
３％以上では窒化物あるいは炭窒化物の粗大化を促進し
クリ−プ抵抗が低下するとともに粗大生成物の生成を促
進するため、その含有量を０．００５〜０．０３％とし
た。
【００２４】（ｊ） Ｔｉ Ｔｉは、脱酸材として有用であり、また、微細な炭窒化
物の形成に寄与する。本発明に係わる耐熱鋼ではその効
果は０．０１％以上の添加で認められるが、Ｎｂと複合
添加した場合は０．０２％を超えると粗大な炭窒化物の
形成を促進するため、その含有量を０．０１〜０．０２
％とした。Ｎｂの全部をＦｅと置換した場合は、析出強
化に寄与する微細炭窒化物の析出密度を確保するため、
下限を０．０２％（０．０２を含まず）に増加させる必
要があるが、本発明に係わる耐熱鋼では．０．０３％を
超えると靭性の低下を招くとともに炭窒化物の粗大化を
促進するため、その含有量を０．０２〜０．０３％とし
た。
物の形成に寄与する。本発明に係わる耐熱鋼ではその効
果は０．０１％以上の添加で認められるが、Ｎｂと複合
添加した場合は０．０２％を超えると粗大な炭窒化物の
形成を促進するため、その含有量を０．０１〜０．０２
％とした。Ｎｂの全部をＦｅと置換した場合は、析出強
化に寄与する微細炭窒化物の析出密度を確保するため、
下限を０．０２％（０．０２を含まず）に増加させる必
要があるが、本発明に係わる耐熱鋼では．０．０３％を
超えると靭性の低下を招くとともに炭窒化物の粗大化を
促進するため、その含有量を０．０２〜０．０３％とし
た。
【００２５】（ｋ） Ｎｂ Ｎｂは、微細炭窒化物を形成することにより析出強化に
寄与するが、０．０１％未満ではこれらの効果が得られ
ない。一方０．０８％を超えると偏析や未固溶の粗大な
Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）の体積率が増加し靭性の低下や切欠弱化
が生じるため、その含有量を０．０１〜０．０８％とし
た。Ｆｅと置換することによりＮｂを添加したことによ
る効果は認められなくなるが、本発明に係わる耐熱鋼に
おいては、炭窒化物の形成についてはＶおよび／または
Ｔｉの添加量を増加させることで代替が可能となる。
寄与するが、０．０１％未満ではこれらの効果が得られ
ない。一方０．０８％を超えると偏析や未固溶の粗大な
Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）の体積率が増加し靭性の低下や切欠弱化
が生じるため、その含有量を０．０１〜０．０８％とし
た。Ｆｅと置換することによりＮｂを添加したことによ
る効果は認められなくなるが、本発明に係わる耐熱鋼に
おいては、炭窒化物の形成についてはＶおよび／または
Ｔｉの添加量を増加させることで代替が可能となる。
【００２６】（ｌ） Ｎｉ Ｎｉは、焼入れ性および靭性を向上させ、本発明に係わ
る耐熱鋼においては０．１％以上でその効果が認められ
る。しかし３．０％を超えるとクリ−プ強度を低下させ
るため、その含有量を０．１〜３．０％とした。
る耐熱鋼においては０．１％以上でその効果が認められ
る。しかし３．０％を超えるとクリ−プ強度を低下させ
るため、その含有量を０．１〜３．０％とした。
【００２７】（ｍ） Ｃｕ Ｃｕは、焼入れ性および靭性を向上させ、本発明に係わ
る耐熱鋼においては０．１％以上でその効果が認められ
る。しかし３．０％を超えると鍛造性を著しく低下させ
るため、その含有量を０．１〜３．０％とした。
る耐熱鋼においては０．１％以上でその効果が認められ
る。しかし３．０％を超えると鍛造性を著しく低下させ
るため、その含有量を０．１〜３．０％とした。
【００２８】上記成分ならびに主成分であるＦｅを添加
する際に付随的に混入する不純物は極力低減することが
望ましい。
する際に付随的に混入する不純物は極力低減することが
望ましい。
【００２９】次に、上記の耐熱鋼を焼ならしの後、油冷
により３００℃以下まで冷却することからなる処理に付
す理由を説明する。本発明による耐熱鋼は、フェライト
生成元素を比較的多量に含有するために、既存鋼種と比
べフェライト生成領域が短時間側に移動している。した
がって、既存鋼種の様に焼ならし後に空冷した場合、冷
却過程で組織安定性および特性に悪影響を及ぼすフェラ
イトが不可避的に生成する。この現象を回避するため
に、本発明では焼ならし後に油冷を採用した。また、本
発明に係わる耐熱鋼のベイナイト変態終了温度は約３０
０℃であり、この温度以下にまで冷却することにより、
より安定性の優れた金属組織を得ることが可能になる。
により３００℃以下まで冷却することからなる処理に付
す理由を説明する。本発明による耐熱鋼は、フェライト
生成元素を比較的多量に含有するために、既存鋼種と比
べフェライト生成領域が短時間側に移動している。した
がって、既存鋼種の様に焼ならし後に空冷した場合、冷
却過程で組織安定性および特性に悪影響を及ぼすフェラ
イトが不可避的に生成する。この現象を回避するため
に、本発明では焼ならし後に油冷を採用した。また、本
発明に係わる耐熱鋼のベイナイト変態終了温度は約３０
０℃であり、この温度以下にまで冷却することにより、
より安定性の優れた金属組織を得ることが可能になる。
【００３０】本発明で行われる焼ならし処理は、具体的
には、９５０℃を上回り１，０７０℃を超えない範囲に
て一定時間加熱保持する処理であり、より好ましくは９
７０〜１，０５０℃である。９５０℃未満では未固溶の
粗大な炭窒化物が残存し、１，０７０℃を超えると有害
なフェライト相が生成し易くなるため、この温度域が好
ましい。
には、９５０℃を上回り１，０７０℃を超えない範囲に
て一定時間加熱保持する処理であり、より好ましくは９
７０〜１，０５０℃である。９５０℃未満では未固溶の
粗大な炭窒化物が残存し、１，０７０℃を超えると有害
なフェライト相が生成し易くなるため、この温度域が好
ましい。
【００３１】
【実施例】以下、本発明を表１に示した化学組成範囲の
耐熱鋼を用いた実施例により説明する。
耐熱鋼を用いた実施例により説明する。
【００３２】＜実施例１＞実施例１では、本発明の請求
項１および請求項２記載の化学組成範囲にある第１およ
び第２の耐熱鋼が優れた特性を有することを説明する。
３０ｋｇの供試鋼を真空誘導溶解後、鋳込んだ鋳塊を高
温鍛造した後、焼鈍し、続いて焼ならし後、油焼入れを
行い、焼戻しを施した。得られた各鋼の化学組成は、表
１に示される通りである。
項１および請求項２記載の化学組成範囲にある第１およ
び第２の耐熱鋼が優れた特性を有することを説明する。
３０ｋｇの供試鋼を真空誘導溶解後、鋳込んだ鋳塊を高
温鍛造した後、焼鈍し、続いて焼ならし後、油焼入れを
行い、焼戻しを施した。得られた各鋼の化学組成は、表
１に示される通りである。
【００３３】このうち、Ｐ１〜Ｐ８が本実施例に係わる
組成範囲にある耐熱鋼であり、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４および
Ｃ５はその組成が本発明の請求項１および請求項２記載
の化学組成範囲にない比較例である。これらの各鋼は７
５０ＭＰａ程度の引張強さに調整されている。
組成範囲にある耐熱鋼であり、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４および
Ｃ５はその組成が本発明の請求項１および請求項２記載
の化学組成範囲にない比較例である。これらの各鋼は７
５０ＭＰａ程度の引張強さに調整されている。
【００３４】各鋼について実施したクリープ破断試験に
おける破断時間は、表２に示され通りである。本発明の
請求項１および請求項２記載の組成範囲にある耐熱鋼
は、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４およびＣ５の耐熱鋼より長い破断
時間を示した。２０℃におけるシャルピー衝撃試験によ
り得られた衝撃吸収エネルギーは表２に示されている。
本発明の請求項１および請求項２記載の組成範囲にある
耐熱鋼は、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４およびＣ５の耐熱鋼より高
い衝撃吸収エネルギーを示した。
おける破断時間は、表２に示され通りである。本発明の
請求項１および請求項２記載の組成範囲にある耐熱鋼
は、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４およびＣ５の耐熱鋼より長い破断
時間を示した。２０℃におけるシャルピー衝撃試験によ
り得られた衝撃吸収エネルギーは表２に示されている。
本発明の請求項１および請求項２記載の組成範囲にある
耐熱鋼は、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４およびＣ５の耐熱鋼より高
い衝撃吸収エネルギーを示した。
【００３５】以上のことから、本発明の化学組成範囲に
ある耐熱鋼は、同等の引張強さに調整した場合、それ以
外の比較例に比べクリープ性質および衝撃性質に優れて
いることがわかる。
ある耐熱鋼は、同等の引張強さに調整した場合、それ以
外の比較例に比べクリープ性質および衝撃性質に優れて
いることがわかる。
【００３６】＜実施例２＞実施例２では、本発明の請求
項３および請求項４記載の化学組成範囲にある第３およ
び第４の耐熱鋼が優れた特性を有することを説明する。
供試鋼の製造方法は、実施例１と同様である。これらの
化学組成は表１に示される通りである。
項３および請求項４記載の化学組成範囲にある第３およ
び第４の耐熱鋼が優れた特性を有することを説明する。
供試鋼の製造方法は、実施例１と同様である。これらの
化学組成は表１に示される通りである。
【００３７】このうち、Ｐ９〜Ｐ１８が本発明の組成範
囲にある耐熱鋼であり、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４およびＣ５は
その組成が本発明の請求項１および請求項２記載の化学
組成範囲にない比較例である。Ｃ１〜Ｃ３、Ｃ６および
Ｃ７はその組成が本発明の請求項３および請求項４記載
の化学組成範囲にない比較例である。これらの各鋼は７
５０ＭＰａ程度の引張強さに調整されている。
囲にある耐熱鋼であり、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４およびＣ５は
その組成が本発明の請求項１および請求項２記載の化学
組成範囲にない比較例である。Ｃ１〜Ｃ３、Ｃ６および
Ｃ７はその組成が本発明の請求項３および請求項４記載
の化学組成範囲にない比較例である。これらの各鋼は７
５０ＭＰａ程度の引張強さに調整されている。
【００３８】各鋼について実施したクリープ破断試験に
おける破断時間は、表２に示される通りである。本発明
の請求項３および請求項４記載の組成範囲にある耐熱鋼
は、Ｃ１〜Ｃ３、Ｃ６およびＣ７の耐熱鋼より長い破断
時間を示した。２０℃におけるシャルピー衝撃試験によ
り得られた衝撃吸収エネルギーは、表２に示されてい
る。本発明の請求項３および請求項４記載の組成範囲に
ある耐熱鋼は、Ｃ１〜Ｃ３、Ｃ６およびＣ７の耐熱鋼よ
り高い衝撃吸収エネルギーを示した。
おける破断時間は、表２に示される通りである。本発明
の請求項３および請求項４記載の組成範囲にある耐熱鋼
は、Ｃ１〜Ｃ３、Ｃ６およびＣ７の耐熱鋼より長い破断
時間を示した。２０℃におけるシャルピー衝撃試験によ
り得られた衝撃吸収エネルギーは、表２に示されてい
る。本発明の請求項３および請求項４記載の組成範囲に
ある耐熱鋼は、Ｃ１〜Ｃ３、Ｃ６およびＣ７の耐熱鋼よ
り高い衝撃吸収エネルギーを示した。
【００３９】以上のことから、本発明の化学組成範囲に
ある耐熱鋼は、同等の引張強さに調整した場合、それ以
外の比較例に比べクリープ性質および衝撃性質に優れて
いることがわかる。
ある耐熱鋼は、同等の引張強さに調整した場合、それ以
外の比較例に比べクリープ性質および衝撃性質に優れて
いることがわかる。
【００４０】＜実施例３＞実施例３では、本発明の請求
項５および請求項６記載の化学組成範囲にある第５およ
び第６の耐熱鋼が優れた特性を有することを説明する。
供試鋼の製造方法は、実施例１と同様である。これらの
化学組成は表１に示されるとおりである。
項５および請求項６記載の化学組成範囲にある第５およ
び第６の耐熱鋼が優れた特性を有することを説明する。
供試鋼の製造方法は、実施例１と同様である。これらの
化学組成は表１に示されるとおりである。
【００４１】このうち、Ｐ１９〜Ｐ２４が本発明の請求
項５および請求項６記載の組成範囲にある耐熱鋼であ
り、Ｃ１〜Ｃ９はその組成が本発明の請求項５および請
求項６記載の化学組成範囲にない比較例である。これら
の各鋼は７５０ＭＰａ程度の引張強さに調整されてい
る。
項５および請求項６記載の組成範囲にある耐熱鋼であ
り、Ｃ１〜Ｃ９はその組成が本発明の請求項５および請
求項６記載の化学組成範囲にない比較例である。これら
の各鋼は７５０ＭＰａ程度の引張強さに調整されてい
る。
【００４２】各鋼について実施したクリープ破断試験に
おける破断時間および２０℃におけるシャルピー衝撃試
験により得られた衝撃吸収エネルギーは、表２に示され
るとりである。本発明の請求項５および請求項６記載の
化学組成範囲にある耐熱鋼は、比較例と比べ破断時間お
よび衝撃吸収エネルギーの双方が優れているか、破断時
間が短い場合であっても衝撃吸収エネルギーが高かっ
た。
おける破断時間および２０℃におけるシャルピー衝撃試
験により得られた衝撃吸収エネルギーは、表２に示され
るとりである。本発明の請求項５および請求項６記載の
化学組成範囲にある耐熱鋼は、比較例と比べ破断時間お
よび衝撃吸収エネルギーの双方が優れているか、破断時
間が短い場合であっても衝撃吸収エネルギーが高かっ
た。
【００４３】以上のことから、本発明の請求項５および
請求項６記載の化学組成範囲にある耐熱鋼は、同等の引
張強さに調整した場合、それ以外の比較例に比べクリー
プ性質および衝撃性質に優れているか、もしくは衝撃吸
収エネルギーを著しく向上させることができることがわ
かる。
請求項６記載の化学組成範囲にある耐熱鋼は、同等の引
張強さに調整した場合、それ以外の比較例に比べクリー
プ性質および衝撃性質に優れているか、もしくは衝撃吸
収エネルギーを著しく向上させることができることがわ
かる。
【００４４】＜実施例４＞実施例４では、焼ならし後の
冷却に油冷を採用し、３００℃以下まで冷却する理由を
説明する。本発明の耐熱鋼のうち、Ｐ１、Ｐ７、Ｐ９、
Ｐ１６、Ｐ１９、Ｐ２２およびＣ１の鋼を１，０５０℃
に加熱し、これらを油冷または空冷して３００℃以下ま
で冷却することからなる焼入れ処理に付した。得られた
各鋼の組織状態は表３に示される通りである。
冷却に油冷を採用し、３００℃以下まで冷却する理由を
説明する。本発明の耐熱鋼のうち、Ｐ１、Ｐ７、Ｐ９、
Ｐ１６、Ｐ１９、Ｐ２２およびＣ１の鋼を１，０５０℃
に加熱し、これらを油冷または空冷して３００℃以下ま
で冷却することからなる焼入れ処理に付した。得られた
各鋼の組織状態は表３に示される通りである。
【００４５】Ｐ１および本発明の化学組成範囲にない化
学組成を有する比較例のＣ１は、フェライト形成元素の
含有量が少なく、空冷によってもαフェライトの生成は
認められなかった。フェライト形成元素を比較的多量に
含有するＰ７、Ｐ９、Ｐ１６、Ｐ１９およびＰ２２は、
いずれも空冷した場合にはベイナイトとフェライトの混
在する組織を呈した。このように、油冷による焼ならし
処理を行うことにより、ベイナイト単相組織を得ること
ができた。
学組成を有する比較例のＣ１は、フェライト形成元素の
含有量が少なく、空冷によってもαフェライトの生成は
認められなかった。フェライト形成元素を比較的多量に
含有するＰ７、Ｐ９、Ｐ１６、Ｐ１９およびＰ２２は、
いずれも空冷した場合にはベイナイトとフェライトの混
在する組織を呈した。このように、油冷による焼ならし
処理を行うことにより、ベイナイト単相組織を得ること
ができた。
【００４６】以上のことから、本発明に係わる耐熱鋼に
おいては、本発明の熱処理方法を採用することにより、
均一なベイナイト単相組織を得られることがわかる。
おいては、本発明の熱処理方法を採用することにより、
均一なベイナイト単相組織を得られることがわかる。
【００４７】上記の通りの本発明による耐熱鋼は、その
優れた耐熱性および機械的強度を利用して、各種の用途
に利用することができる。
優れた耐熱性および機械的強度を利用して、各種の用途
に利用することができる。
【００４８】本発明による耐熱鋼の特に好ましい用途
は、蒸気タービンロータの形成材料としての用途であ
る。その場合の耐熱鋼の具体的組成ならびに焼ならし条
件等は、蒸気タービン形成材料として要求される各種性
能、加工性、耐久性、経済性、その他に応じ、上記した
範囲内において適宜変更することができる。
は、蒸気タービンロータの形成材料としての用途であ
る。その場合の耐熱鋼の具体的組成ならびに焼ならし条
件等は、蒸気タービン形成材料として要求される各種性
能、加工性、耐久性、経済性、その他に応じ、上記した
範囲内において適宜変更することができる。
【００４９】
【表１】
【表２】
【表３】
【００５０】
【発明の効果】以上の結果、本発明の化学組成範囲にあ
る耐熱鋼、本発明の熱処理方法およびこの耐熱鋼からな
る蒸気タービンロータは、優れた高温強度および衝撃性
質を有しており、蒸気タービンの性能、運用性、経済性
の向上に貢献できる等、産業上有益な効果がもたらされ
る。
る耐熱鋼、本発明の熱処理方法およびこの耐熱鋼からな
る蒸気タービンロータは、優れた高温強度および衝撃性
質を有しており、蒸気タービンの性能、運用性、経済性
の向上に貢献できる等、産業上有益な効果がもたらされ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｄ 5/02 Ｆ０１Ｄ 5/02 5/28 5/28 (72)発明者 山 田 政 之 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 3G002 AA07 AA11 AA13 EA06 4K042 AA14 BA14 CA02 CA05 CA06 CA08 CA09 CA10 CA12 CA13 DA04 DD02
Claims (8)
- 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．１５〜０．３０、Ｓ
ｉ：０．０５〜０．３、Ｍｎ：０．０１〜０．７、Ｃ
ｒ：１．８〜２．５、Ｖ：０．１５〜０．２３、Ｗ：
１．５〜２．５、Ｔｉ：０．０１〜０．０２、Ｎｂ：
０．０１〜０．０８、Ｎ：０．００５〜０．０３、Ｂ：
０．００１〜０．０１５の範囲に調整され、残部はＦｅ
および不可避的不純物からなることを特徴とする、耐熱
鋼。 - 【請求項２】重量％で、Ｃ：０．１５〜０．３０、Ｓ
ｉ：０．０５〜０．３、Ｍｎ：０．０１〜０．７、Ｃ
ｒ：１．８〜２．５、Ｖ：０．１５〜０．２３、Ｗ：
１．５〜２．５、Ｍｏ：０．３〜０．８、Ｔｉ：０．０
１〜０．０２、Ｎｂ：０．０１〜０．０８、Ｎ：０．０
０５〜０．０３、Ｂ：０．００１〜０．０１５の範囲に
調整され、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする、耐熱鋼。 - 【請求項３】Ｎｂの全部とＦｅの一部をＶおよび／また
はＴｉで置換し、重量％で、Ｖ：０．２３（０．２３を
含まず）〜０．３５、Ｔｉ：０．０２（０．０２を含ま
ず）〜０．０３の範囲にあり、不純物として含有される
ものを除いてはＮｂを含有しないことを特徴とする、請
求項１または請求項２に記載の耐熱鋼。 - 【請求項４】ＮｂおよびＴｉの全部とＦｅの一部をＶで
置換し、重量％で、Ｖ：０．２３（０．２３を含まず）
〜０．３５の範囲にあり不純物として含有されるものを
除いてはＮｂおよびＴｉを含有しないことを特徴とす
る、請求項１または請求項２に記載の耐熱鋼。 - 【請求項５】Ｆｅの一部をＮｉで置換し、重量％でＮ
ｉ：０．１〜３．０を含有することを特徴とする、請求
項３または請求項４に記載の耐熱鋼。 - 【請求項６】Ｆｅの一部をＣｕで置換し、重量％でＣ
ｕ：０．１〜３．０を含有することを特徴とする、請求
項３または請求項４に記載の耐熱鋼。 - 【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載の耐熱
鋼に焼ならし処理を施し、次いで、油冷により３００℃
以下まで冷却することからなる熱処理に付して得られた
ものであることを特徴とする、耐熱鋼。 - 【請求項８】蒸気タービンロータとして用いられること
を特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の耐
熱鋼。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP2000227213A JP3955719B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 耐熱鋼、耐熱鋼の熱処理方法および耐熱鋼部品 |
| US09/725,234 US6821360B2 (en) | 2000-07-27 | 2000-11-29 | Heat-resisting steel, method for thermally treating heat-resisting steel, and components made of heat-resisting steel |
| GB0029247A GB2365022B (en) | 2000-07-27 | 2000-11-30 | Heat-resisting steel, method for thermally treating heat-resisting steel, and components made of heat-resisting steel |
| DE10124393A DE10124393B8 (de) | 2000-07-27 | 2001-05-18 | Hitzebeständiger Stahl, Verfahren zur thermischen Behandlung von hitzebeständigem Stahl, und Komponenten aus hitzebeständigem Stahl |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000227213A JP3955719B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 耐熱鋼、耐熱鋼の熱処理方法および耐熱鋼部品 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002047530A true JP2002047530A (ja) | 2002-02-15 |
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ID=18720699
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000227213A Expired - Lifetime JP3955719B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 耐熱鋼、耐熱鋼の熱処理方法および耐熱鋼部品 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3955719B2 (ja) |
| DE (1) | DE10124393B8 (ja) |
| GB (1) | GB2365022B (ja) |
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| US7074286B2 (en) * | 2002-12-18 | 2006-07-11 | Ut-Battelle, Llc | Wrought Cr—W—V bainitic/ferritic steel compositions |
| JP4783053B2 (ja) * | 2005-04-28 | 2011-09-28 | 株式会社東芝 | 蒸気タービン発電設備 |
| JP2008087003A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Toyota Motor Corp | 摩擦圧接部材 |
| CN102277540B (zh) * | 2010-06-10 | 2013-11-20 | 宝山钢铁股份有限公司 | 抗高温pwht软化的正火型钢板及其制造方法 |
| DE102012213869A1 (de) * | 2012-08-06 | 2014-02-06 | Wacker Chemie Ag | Polykristalline Siliciumbruchstücke und Verfahren zu deren Herstellung |
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| JPS62192536A (ja) * | 1986-02-18 | 1987-08-24 | Nippon Chiyuutankou Kk | タ−ビンロ−タの製造法 |
| JP2680350B2 (ja) * | 1988-06-20 | 1997-11-19 | 新日本製鐵株式会社 | 靭性の優れたＣｒ−Ｍｏ鋼板の製造方法 |
| JPH062927B2 (ja) | 1989-02-20 | 1994-01-12 | 住友金属工業株式会社 | 耐食、耐酸化性に優れた高強度低合金鋼 |
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| FR2727431B1 (fr) * | 1994-11-30 | 1996-12-27 | Creusot Loire | Procede d'elaboration d'un acier au titane et acier obtenu |
| JP3254098B2 (ja) | 1995-03-08 | 2002-02-04 | 三菱重工業株式会社 | 回転体用低合金鋼 |
| JP3177633B2 (ja) | 1995-06-01 | 2001-06-18 | 住友金属工業株式会社 | 高温強度に優れた極低Ｍｎ低Ｃｒフェライト耐熱鋼 |
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| JP3096959B2 (ja) | 1996-02-10 | 2000-10-10 | 住友金属工業株式会社 | 高温強度に優れた低Ｍｎ低Ｃｒフェライト耐熱鋼 |
| JP3576328B2 (ja) | 1996-09-03 | 2004-10-13 | 日本鋳鍛鋼株式会社 | 低合金耐熱鋼及び蒸気タービンロータ |
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- 2000-07-27 JP JP2000227213A patent/JP3955719B2/ja not_active Expired - Lifetime
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- 2001-05-18 DE DE10124393A patent/DE10124393B8/de not_active Expired - Lifetime
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