JP2002180208A - フェライト系耐熱鋼 - Google Patents
フェライト系耐熱鋼Info
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
- F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
- F28F21/082—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ６５０℃程度の高い蒸気温度を実現するため
に、従来よりさらに長時間クリープ破断強度の優れた高
強度フェライト系耐熱鋼を提供すること。 【解決手段】 重量％でＣ 0.09〜0.13％、Ｓｉ 0.20〜
1.0％、Ｍｎ 0.05〜1.5％、Ｎｉ 0.02〜0.5％、Ｃｒ 9.
0〜13.0％、Ｍｏ 0.05〜0.5％、Ｗ 0.5％〜3.0％、Ｖ
0.10〜0.30％、Ｎｂ 0.04〜0.2％、Ｃｏ 0.5〜5.0％、
Ｎ 0.01〜0.1％、Ｂ 0.001〜0.030％、Ｃｕ 0.01％以下
及びＡｌ 0.002％以下であり、焼きならし焼戻し熱処理
等の調質熱処理によってマルテンサイト単相組織とした
フェライト系耐熱鋼あるいは前述の成分範囲内であって
調質熱処理後に、マルテンサイト組織に加えて体積率で
１〜15％のδフェライト組織を含む２相組織からなるフ
ェライト系耐熱鋼。
に、従来よりさらに長時間クリープ破断強度の優れた高
強度フェライト系耐熱鋼を提供すること。 【解決手段】 重量％でＣ 0.09〜0.13％、Ｓｉ 0.20〜
1.0％、Ｍｎ 0.05〜1.5％、Ｎｉ 0.02〜0.5％、Ｃｒ 9.
0〜13.0％、Ｍｏ 0.05〜0.5％、Ｗ 0.5％〜3.0％、Ｖ
0.10〜0.30％、Ｎｂ 0.04〜0.2％、Ｃｏ 0.5〜5.0％、
Ｎ 0.01〜0.1％、Ｂ 0.001〜0.030％、Ｃｕ 0.01％以下
及びＡｌ 0.002％以下であり、焼きならし焼戻し熱処理
等の調質熱処理によってマルテンサイト単相組織とした
フェライト系耐熱鋼あるいは前述の成分範囲内であって
調質熱処理後に、マルテンサイト組織に加えて体積率で
１〜15％のδフェライト組織を含む２相組織からなるフ
ェライト系耐熱鋼。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はフェライト系耐熱鋼
に係り、特に超々臨界圧火力プラントに好適なボイラ鋼
管用高強度鋼に関するものである。
に係り、特に超々臨界圧火力プラントに好適なボイラ鋼
管用高強度鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、火力発電プラントではＣＯ２排出
量削減等、地球規模の環境問題を背景としてプラント効
率向上のために蒸気条件の高温高圧化が進められてお
り、現在得られる最高の蒸気温度である６００℃程度の
蒸気温度から、さらに究極的には６５０℃程度の蒸気温
度を達成できるプラントの開発研究が種々進められてい
る。このような蒸気温度の上昇に伴い、ボイラ高温耐圧
部の伝熱管には従来使用されてきたフェライト系耐熱鋼
より耐食性と高温強度の優れたオーステナイト系耐熱鋼
が多く使われるようになってきた。しかし、これらオー
ステナイト系耐熱鋼はフェライト系耐熱鋼に比べて線膨
張係数が高く、熱伝達率が小さいことから、伝熱管の管
寄せや配管等大径厚肉管の場合は大きな熱応力が発生し
て熱疲労による損傷を受けやすいという問題があり、ま
た材料費や加工費の上昇による経済性の問題もあった。
このため高温強度が高く、耐食性も良好な新しいフェラ
イト系耐熱鋼の開発が望まれていた。このようなフェラ
イト系耐熱鋼の例としては、従来の９％Ｃｒ１％ＭｏＮ
ｂＶ鋼をベースにＣｒを増加し、ＷとＣｏ等の合金元素
を添加して高温強度の改善を図った特許第２５２８７６
７号の発明がある。
量削減等、地球規模の環境問題を背景としてプラント効
率向上のために蒸気条件の高温高圧化が進められてお
り、現在得られる最高の蒸気温度である６００℃程度の
蒸気温度から、さらに究極的には６５０℃程度の蒸気温
度を達成できるプラントの開発研究が種々進められてい
る。このような蒸気温度の上昇に伴い、ボイラ高温耐圧
部の伝熱管には従来使用されてきたフェライト系耐熱鋼
より耐食性と高温強度の優れたオーステナイト系耐熱鋼
が多く使われるようになってきた。しかし、これらオー
ステナイト系耐熱鋼はフェライト系耐熱鋼に比べて線膨
張係数が高く、熱伝達率が小さいことから、伝熱管の管
寄せや配管等大径厚肉管の場合は大きな熱応力が発生し
て熱疲労による損傷を受けやすいという問題があり、ま
た材料費や加工費の上昇による経済性の問題もあった。
このため高温強度が高く、耐食性も良好な新しいフェラ
イト系耐熱鋼の開発が望まれていた。このようなフェラ
イト系耐熱鋼の例としては、従来の９％Ｃｒ１％ＭｏＮ
ｂＶ鋼をベースにＣｒを増加し、ＷとＣｏ等の合金元素
を添加して高温強度の改善を図った特許第２５２８７６
７号の発明がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、６５０
℃付近の蒸気温度となるボイラで使用することを考えた
場合、フェライト系耐熱鋼は多くのＷを含有するため、
長時間使用していると脆弱な金属間化合物を形成し、長
時間クリープ破断強度を低下させる。そのため、前記提
案された合金ではまだ不十分であり、さらに高温強度が
高く、しかも高温長時間にわたって強度の安定したフェ
ライト系耐熱鋼が必要である。本発明の課題は、従来よ
りさらに長時間クリープ破断強度の優れた高強度フェラ
イト系耐熱鋼を提供することにある。
℃付近の蒸気温度となるボイラで使用することを考えた
場合、フェライト系耐熱鋼は多くのＷを含有するため、
長時間使用していると脆弱な金属間化合物を形成し、長
時間クリープ破断強度を低下させる。そのため、前記提
案された合金ではまだ不十分であり、さらに高温強度が
高く、しかも高温長時間にわたって強度の安定したフェ
ライト系耐熱鋼が必要である。本発明の課題は、従来よ
りさらに長時間クリープ破断強度の優れた高強度フェラ
イト系耐熱鋼を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は次の
構成により解決される。すなわち、一つの発明は、重量
％でＣ 0.09〜0.13％、Ｓｉ 0.20〜1.0％、Ｍｎ 0.05〜
1.5％、Ｎｉ 0.02〜0.5％、Ｃｒ 9.0〜13.0％、Ｍｏ 0.
05〜0.5％、Ｗ0.5％〜3.0％、Ｖ 0.10〜0.30％、Ｎｂ
0.04〜0.2％、Ｃｏ 0.5〜5.0％、Ｎ 0.01〜0.1％、Ｂ
0.001〜0.030％、Ｃｕ 0.01％以下及びＡｌ 0.002％以
下、かつ重量％でＣｒ＋６Ｓｉ＋４Ｍｏ＋1.5Ｗ＋11Ｖ
＋５Ｎｂ＋12Ａｌ−40Ｃ−30Ｎ−４Ｎｉ−２Ｍｎ−Ｃｕ
−２Ｃｏで求められるＣｒ当量が10％以下に成分が制限
され、焼きならし焼戻し熱処理等の調質熱処理によって
マルテンサイト単相組織としたフェライト系耐熱鋼であ
る。
構成により解決される。すなわち、一つの発明は、重量
％でＣ 0.09〜0.13％、Ｓｉ 0.20〜1.0％、Ｍｎ 0.05〜
1.5％、Ｎｉ 0.02〜0.5％、Ｃｒ 9.0〜13.0％、Ｍｏ 0.
05〜0.5％、Ｗ0.5％〜3.0％、Ｖ 0.10〜0.30％、Ｎｂ
0.04〜0.2％、Ｃｏ 0.5〜5.0％、Ｎ 0.01〜0.1％、Ｂ
0.001〜0.030％、Ｃｕ 0.01％以下及びＡｌ 0.002％以
下、かつ重量％でＣｒ＋６Ｓｉ＋４Ｍｏ＋1.5Ｗ＋11Ｖ
＋５Ｎｂ＋12Ａｌ−40Ｃ−30Ｎ−４Ｎｉ−２Ｍｎ−Ｃｕ
−２Ｃｏで求められるＣｒ当量が10％以下に成分が制限
され、焼きならし焼戻し熱処理等の調質熱処理によって
マルテンサイト単相組織としたフェライト系耐熱鋼であ
る。
【０００５】また、もう一つの発明は、重量％で、炭素
（Ｃ）0.09〜0.13％、ケイ素（Ｓｉ）0.20〜1.0％、マ
ンガン（Ｍｎ）0.05〜1.5％、ニッケル（Ｎｉ）0.02〜
0.5％、クロム（Ｃｒ）9.0〜13.0％、モリブデン（Ｍ
ｏ）0.05〜0.5％、タングステン（Ｗ）0.5％〜3.0％、
バナジウム（Ｖ）0.10〜0.30％、ニオブ（Ｎｂ）0.04〜
0.2％、コバルト（Ｃｏ）0.5〜5.0％、窒素（Ｎ）0.01
〜0.1％、ホウ素（Ｂ）0.001〜0.030％、銅（Ｃｕ）0.0
1％以下及びアルミニウム（Ａｌ）0.002％以下に成分が
制限され、Ｃｒ当量が10％超14％以下になるように成分
が調整された、焼戻しマルテンサイト組織及び体積率で
1〜15％のδフェライト組織を含む２相組織からなるフ
ェライト系耐熱鋼である。
（Ｃ）0.09〜0.13％、ケイ素（Ｓｉ）0.20〜1.0％、マ
ンガン（Ｍｎ）0.05〜1.5％、ニッケル（Ｎｉ）0.02〜
0.5％、クロム（Ｃｒ）9.0〜13.0％、モリブデン（Ｍ
ｏ）0.05〜0.5％、タングステン（Ｗ）0.5％〜3.0％、
バナジウム（Ｖ）0.10〜0.30％、ニオブ（Ｎｂ）0.04〜
0.2％、コバルト（Ｃｏ）0.5〜5.0％、窒素（Ｎ）0.01
〜0.1％、ホウ素（Ｂ）0.001〜0.030％、銅（Ｃｕ）0.0
1％以下及びアルミニウム（Ａｌ）0.002％以下に成分が
制限され、Ｃｒ当量が10％超14％以下になるように成分
が調整された、焼戻しマルテンサイト組織及び体積率で
1〜15％のδフェライト組織を含む２相組織からなるフ
ェライト系耐熱鋼である。
【０００６】
【作用】以下、本発明におけるフェライト系耐熱鋼の各
成分の含有率の限定理由について説明する。Ａｌは本発
明では最も重要なフェライト系耐熱鋼の構成元素であ
り、脱酸剤及び結晶粒微細化剤として添加される。しか
し、Ａｌは強窒化物形成元素であり、余剰のＡｌはクリ
ープ強度に有効に働く窒素を固着させることにより、フ
ェライト系耐熱鋼の長時間クリープ強度を低下させる作
用がある。特にＡｌの含有率が０．００２ｗｔ％を超え
ると６５０℃付近の高温域での１０４時間以上のフェラ
イト系耐熱鋼の長時間クリープ強度を低下させる作用が
ある。また、Ａｌの含有率が高くなると、Ｗを主体とす
る脆弱な金属間化合物であるラーベス相の析出を促進
し、結晶粒界への析出を招いてフェライト系耐熱鋼の長
時間側のクリープ破断強度を低下させる。特に極度に結
晶粒を微細化することにより粒界にラーベス相が連続的
に析出する。
成分の含有率の限定理由について説明する。Ａｌは本発
明では最も重要なフェライト系耐熱鋼の構成元素であ
り、脱酸剤及び結晶粒微細化剤として添加される。しか
し、Ａｌは強窒化物形成元素であり、余剰のＡｌはクリ
ープ強度に有効に働く窒素を固着させることにより、フ
ェライト系耐熱鋼の長時間クリープ強度を低下させる作
用がある。特にＡｌの含有率が０．００２ｗｔ％を超え
ると６５０℃付近の高温域での１０４時間以上のフェラ
イト系耐熱鋼の長時間クリープ強度を低下させる作用が
ある。また、Ａｌの含有率が高くなると、Ｗを主体とす
る脆弱な金属間化合物であるラーベス相の析出を促進
し、結晶粒界への析出を招いてフェライト系耐熱鋼の長
時間側のクリープ破断強度を低下させる。特に極度に結
晶粒を微細化することにより粒界にラーベス相が連続的
に析出する。
【０００７】したがって、Ａｌの含有率の上限を０．０
０２ｗｔ％とする。Ａｌの含有率をこのように極低レベ
ルに抑えることは脱酸材としての効果が不足して介在物
生成の原因となりやすいため従来は避けられてきた。し
かし本発明ではフェライト系耐熱鋼の耐食性向上のため
Ｓｉを多めに添加することにより、Ｓｉの脱酸作用も利
用できることから、前記介在物生成の懸念は回避でき
る。
０２ｗｔ％とする。Ａｌの含有率をこのように極低レベ
ルに抑えることは脱酸材としての効果が不足して介在物
生成の原因となりやすいため従来は避けられてきた。し
かし本発明ではフェライト系耐熱鋼の耐食性向上のため
Ｓｉを多めに添加することにより、Ｓｉの脱酸作用も利
用できることから、前記介在物生成の懸念は回避でき
る。
【０００８】ＳｉはＡｌと同様に脱酸材としての効果を
有し、介在物の生成を回避し、耐水蒸気酸化性を確保す
るために最低０．２０ｗｔ％は必要であるが、Ｓｉを多
量に添加するとラーベス相の生成が促され、また粒界偏
析等によって延性を低下させるために、上限を１．０ｗ
ｔ％とするが、望ましい含有率は０．２５〜０．５５ｗ
ｔ％である。
有し、介在物の生成を回避し、耐水蒸気酸化性を確保す
るために最低０．２０ｗｔ％は必要であるが、Ｓｉを多
量に添加するとラーベス相の生成が促され、また粒界偏
析等によって延性を低下させるために、上限を１．０ｗ
ｔ％とするが、望ましい含有率は０．２５〜０．５５ｗ
ｔ％である。
【０００９】Ｃｏは本発明のフェライト系耐熱鋼を特徴
づける重要な構成元素である。Ｃｏはオーステナイト形
成元素であって、δフェライトの生成を抑制するととも
に、析出物を安定化させるので、本発明においては０．
５ｗｔ％以上のＣｏを添加することで合金の高温強度が
著しく改善される。これはＷとの相互作用によるものと
考えられ、Ｗを０．５ｗｔ％以上含む本発明の合金にお
いて特徴的な現象である。一方、５．０ｗｔ％を超える
過度のＣｏを添加すると、得られる合金の延性が低下す
る等の悪影響が生じるので０．５〜５．０ｗｔ％とする
が、望ましくは０．５〜３．０ｗｔ％の含有率とする。
づける重要な構成元素である。Ｃｏはオーステナイト形
成元素であって、δフェライトの生成を抑制するととも
に、析出物を安定化させるので、本発明においては０．
５ｗｔ％以上のＣｏを添加することで合金の高温強度が
著しく改善される。これはＷとの相互作用によるものと
考えられ、Ｗを０．５ｗｔ％以上含む本発明の合金にお
いて特徴的な現象である。一方、５．０ｗｔ％を超える
過度のＣｏを添加すると、得られる合金の延性が低下す
る等の悪影響が生じるので０．５〜５．０ｗｔ％とする
が、望ましくは０．５〜３．０ｗｔ％の含有率とする。
【００１０】Ｃは焼入れ性を確保し、また焼戻し過程で
Ｍ２３Ｃ６型炭化物を過度に析出させて高温強度を高め
るために不可欠の構成元素であり、最低０．０５ｗｔ％
の含有率にする必要があるが、０．２０ｗｔ％を超える
とＭ２３Ｃ６型炭化物を過度に析出させ、マトリックス
の強度を低下させて、かえってフェライト系耐熱鋼の長
時間側の高温強度を損なうので、実用上０．０９〜０．
１３ｗｔ％に含有率を限定する。
Ｍ２３Ｃ６型炭化物を過度に析出させて高温強度を高め
るために不可欠の構成元素であり、最低０．０５ｗｔ％
の含有率にする必要があるが、０．２０ｗｔ％を超える
とＭ２３Ｃ６型炭化物を過度に析出させ、マトリックス
の強度を低下させて、かえってフェライト系耐熱鋼の長
時間側の高温強度を損なうので、実用上０．０９〜０．
１３ｗｔ％に含有率を限定する。
【００１１】Ｍｎはδフェライトの生成を抑制し、Ｍ
２３Ｃ６型炭化物の析出を促進する構成元素であり、最
低０．０５ｗｔ％の含有率にする必要があるが、１．５
ｗｔ％を超えると耐酸化性を劣化させるので、０．０５
〜１．５ｗｔ％に含有率を限定する。
２３Ｃ６型炭化物の析出を促進する構成元素であり、最
低０．０５ｗｔ％の含有率にする必要があるが、１．５
ｗｔ％を超えると耐酸化性を劣化させるので、０．０５
〜１．５ｗｔ％に含有率を限定する。
【００１２】Ｎｉはδフェライトの生成を抑制して靭性
を付与する構成元素であり、最低０．０２ｗｔ％必要で
あるが、０．５ｗｔ％を超えて添加すると６００℃以上
のクリープ破断強度を低下させるので、０．０２〜０．
５ｗｔ％に含有率を限定する。
を付与する構成元素であり、最低０．０２ｗｔ％必要で
あるが、０．５ｗｔ％を超えて添加すると６００℃以上
のクリープ破断強度を低下させるので、０．０２〜０．
５ｗｔ％に含有率を限定する。
【００１３】Ｃｒは耐酸化性を付与し、Ｍ２３Ｃ６型炭
化物を析出させて高温強度を高めるために不可欠の構成
元素であり、最低９．０ｗｔ％を必要とするが、１３．
０ｗｔ％を超えるとδフェライトを生成し、高温強度お
よび靭性を低下させるので９．０〜１３．０％に含有率
を限定する。
化物を析出させて高温強度を高めるために不可欠の構成
元素であり、最低９．０ｗｔ％を必要とするが、１３．
０ｗｔ％を超えるとδフェライトを生成し、高温強度お
よび靭性を低下させるので９．０〜１３．０％に含有率
を限定する。
【００１４】ＭｏはＭ２３Ｃ６型炭化物の微細析出を促
進して凝集を妨げる作用があり、このため高温強度を長
時間保持するのに有効であり、最低０．０５ｗｔ％の添
加を必要とするが、２．０ｗｔ％以上になるとδフェラ
イトを生成しやすくするので０．０５〜２．０ｗｔ％に
含有率を限定する。望ましい含有率は０．０５〜０．５
ｗｔ％で、より好ましくは０．１〜０．３ｗｔ％であ
る。
進して凝集を妨げる作用があり、このため高温強度を長
時間保持するのに有効であり、最低０．０５ｗｔ％の添
加を必要とするが、２．０ｗｔ％以上になるとδフェラ
イトを生成しやすくするので０．０５〜２．０ｗｔ％に
含有率を限定する。望ましい含有率は０．０５〜０．５
ｗｔ％で、より好ましくは０．１〜０．３ｗｔ％であ
る。
【００１５】ＷはＭｏ以上にＭ２３Ｃ６型炭化物の凝集
粗大化を抑制する作用が強く、またマトリックスを固溶
強化するので高温強度の向上に有効であり、最低０．５
ｗｔ％の添加を必要とするが、３．０ｗｔ％を超えると
δフェライトやラーベス相を生成しやすくなり、逆に高
温強度を低下させるので、０．５〜３．０ｗｔ％の含有
率で使用する。
粗大化を抑制する作用が強く、またマトリックスを固溶
強化するので高温強度の向上に有効であり、最低０．５
ｗｔ％の添加を必要とするが、３．０ｗｔ％を超えると
δフェライトやラーベス相を生成しやすくなり、逆に高
温強度を低下させるので、０．５〜３．０ｗｔ％の含有
率で使用する。
【００１６】Ｖは、Ｖの炭窒化物を析出して高温強度を
高めるのに有効であり、最低０．０５ｗｔ％の添加を必
要とするが、０．３ｗｔ％を超えると炭素を過度に固定
し、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の析出量を減じて逆に高温強度
を低下させるので、実用上０．１〜０．３ｗｔ％に含有
率を限定する。
高めるのに有効であり、最低０．０５ｗｔ％の添加を必
要とするが、０．３ｗｔ％を超えると炭素を過度に固定
し、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の析出量を減じて逆に高温強度
を低下させるので、実用上０．１〜０．３ｗｔ％に含有
率を限定する。
【００１７】Ｎｂは、ＮｂＣを生成して結晶粒の微細化
に役立ち、また一部は焼入れの際に固溶して焼戻し過程
でＮｂＣを析出し、高温強度を高める作用があり、最低
０．０１ｗｔ％必要であるが、０．２０ｗｔ％を超える
とＶと同様に炭素を過度に固定してＭ２３Ｃ６型炭化物
の析出量を減少させ、高温強度の低下を招くので、０．
０４〜０．２０ｗｔ％の含有率で使用する。またＮｂ
は、実用上、望ましくは０．０４〜０．１３ｗｔ％の含
有率で使用される。
に役立ち、また一部は焼入れの際に固溶して焼戻し過程
でＮｂＣを析出し、高温強度を高める作用があり、最低
０．０１ｗｔ％必要であるが、０．２０ｗｔ％を超える
とＶと同様に炭素を過度に固定してＭ２３Ｃ６型炭化物
の析出量を減少させ、高温強度の低下を招くので、０．
０４〜０．２０ｗｔ％の含有率で使用する。またＮｂ
は、実用上、望ましくは０．０４〜０．１３ｗｔ％の含
有率で使用される。
【００１８】ＮはＶの窒化物を析出したり、また固溶し
た状態でＭｏやＷと共同で侵入型固溶元素と置換型固溶
元素の相互作用によって高温強度を高める作用があり、
最低０．０１ｗｔ％は必要であるが、０．１ｗｔ％を超
えると延性を低下させるので、０．０１〜０．１ｗｔ％
に含有率を限定する。
た状態でＭｏやＷと共同で侵入型固溶元素と置換型固溶
元素の相互作用によって高温強度を高める作用があり、
最低０．０１ｗｔ％は必要であるが、０．１ｗｔ％を超
えると延性を低下させるので、０．０１〜０．１ｗｔ％
に含有率を限定する。
【００１９】ＣｕはＣｏと同様にδフェライトの生成を
抑制する作用を有するが、６００℃以上で長時間クリー
プ破断強度を低下させる場合があるので、含有率を０．
０１ｗｔ％以下に制限する。
抑制する作用を有するが、６００℃以上で長時間クリー
プ破断強度を低下させる場合があるので、含有率を０．
０１ｗｔ％以下に制限する。
【００２０】Ｂは粒界強化作用とＭ２３Ｃ６中に固溶
し、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の凝集粗大化を妨ぐ作用により
高温強度を高める効果があり、最低０．００１ｗｔ％添
加すると有効であるが、０．０３０ｗｔ％を超えると溶
接性や鍛造性を阻害するので、０．００１〜０．０３０
ｗｔ％に含有率を限定する。
し、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の凝集粗大化を妨ぐ作用により
高温強度を高める効果があり、最低０．００１ｗｔ％添
加すると有効であるが、０．０３０ｗｔ％を超えると溶
接性や鍛造性を阻害するので、０．００１〜０．０３０
ｗｔ％に含有率を限定する。
【００２１】本発明のフェライト系耐熱鋼は溶解、鍛造
後に１０３０〜１０５０℃の温度での焼きならし及び７
８０〜８００℃での焼戻しを行い、焼戻しマルテンサイ
ト組織として使用する。靱性確保の観点からは焼戻しマ
ルテンサイト組織単相とすることが望ましいが、高温用
ボイラ部材として用いる際にある程度の靱性低下が許容
される場合は、ＣｒやＳｉ等のフェライト形成元素を上
記制限範囲内で多めに設定してδフェライトを析出させ
てもよい。この場合、靱性とクリープ破断強度の点から
もδフェライトは体積率で１５％以下になるようにその
使用量を限定する。
後に１０３０〜１０５０℃の温度での焼きならし及び７
８０〜８００℃での焼戻しを行い、焼戻しマルテンサイ
ト組織として使用する。靱性確保の観点からは焼戻しマ
ルテンサイト組織単相とすることが望ましいが、高温用
ボイラ部材として用いる際にある程度の靱性低下が許容
される場合は、ＣｒやＳｉ等のフェライト形成元素を上
記制限範囲内で多めに設定してδフェライトを析出させ
てもよい。この場合、靱性とクリープ破断強度の点から
もδフェライトは体積率で１５％以下になるようにその
使用量を限定する。
【００２２】本発明はクリープ破断強度の高いフェライ
ト系耐熱鋼を提供するものであって、本発明の鋼の使用
目的に応じて種々の製造方法を採ることが可能であり、
鋼管のみならず鋼板としても使用できる。
ト系耐熱鋼を提供するものであって、本発明の鋼の使用
目的に応じて種々の製造方法を採ることが可能であり、
鋼管のみならず鋼板としても使用できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明する。
表１に示す化学組成を有する本発明の実施の形態の鋼を
真空誘導溶解炉にて溶製し、各々２０ｋｇのインゴット
に鋳造した。熱間鋳造によって厚さ２０ｍｍの板とした
後、１０５０℃×６０分の焼きならし及び８００℃×６
０分の焼戻しを施し、クリープ破断試験を実施した。
表１に示す化学組成を有する本発明の実施の形態の鋼を
真空誘導溶解炉にて溶製し、各々２０ｋｇのインゴット
に鋳造した。熱間鋳造によって厚さ２０ｍｍの板とした
後、１０５０℃×６０分の焼きならし及び８００℃×６
０分の焼戻しを施し、クリープ破断試験を実施した。
【００２４】
【表１】
【００２５】クリープ破断試験の結果から推定した６５
０℃における１０万時間クリープ破断強度を表２に示
す。本発明の実施の形態のフェライト系耐熱鋼はＷ、Ｃ
ｏ、Ｎｉほか合金元素の含有率の最適化に加え、Ａｌの
含有率を極低レベルに制限している結果、既存のＷ及び
Ｃｏ添加鋼（Ａｌ量４０ｐｐｍ以上）に比して著しくク
リープ破断強度が改善されている。
０℃における１０万時間クリープ破断強度を表２に示
す。本発明の実施の形態のフェライト系耐熱鋼はＷ、Ｃ
ｏ、Ｎｉほか合金元素の含有率の最適化に加え、Ａｌの
含有率を極低レベルに制限している結果、既存のＷ及び
Ｃｏ添加鋼（Ａｌ量４０ｐｐｍ以上）に比して著しくク
リープ破断強度が改善されている。
【００２６】
【表２】
【００２７】本実施の形態におけるフェライト系耐熱鋼
は、小径の伝熱管材のみならず厚肉大径管材としても用
いることができ、特に蒸気温度が６５０℃前後の超々臨
界圧ボイラの過熱器管寄せや主蒸気管材に好適である。
は、小径の伝熱管材のみならず厚肉大径管材としても用
いることができ、特に蒸気温度が６５０℃前後の超々臨
界圧ボイラの過熱器管寄せや主蒸気管材に好適である。
【００２８】
【発明の効果】本発明によるフェライト系耐熱鋼は従来
のフェライト系耐熱鋼に比べて著しく高温強度を高め、
かつ長時間の使用においても安定した強度を有すること
から、超々臨界圧ボイラの高温耐圧部に適用すれば蒸気
温度を６５０℃前後に高めることが可能となって火力発
電のプラント効率を向上でき、石炭焚火力発電プラント
の石炭消費量低減及びＣＯ２排出量削減に顕著な効果が
得られる。
のフェライト系耐熱鋼に比べて著しく高温強度を高め、
かつ長時間の使用においても安定した強度を有すること
から、超々臨界圧ボイラの高温耐圧部に適用すれば蒸気
温度を６５０℃前後に高めることが可能となって火力発
電のプラント効率を向上でき、石炭焚火力発電プラント
の石炭消費量低減及びＣＯ２排出量削減に顕著な効果が
得られる。
フロントページの続き (72)発明者 田村 広治 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、炭素（Ｃ）0.09〜0.13％、ケ
イ素（Ｓｉ）0.20〜1.0％、マンガン（Ｍｎ）0.05〜1.5
％、ニッケル（Ｎｉ）0.02〜0.5％、クロム（Ｃｒ）9.0
〜13.0％、モリブデン（Ｍｏ）0.05〜0.5％、タングス
テン（Ｗ）0.5％〜3.0％、バナジウム（Ｖ）0.10〜0.30
％、ニオブ（Ｎｂ）0.04〜0.2％、コバルト（Ｃｏ）0.5
〜5.0％、窒素（Ｎ）0.01〜0.1％、ホウ素（Ｂ）0.001
〜0.030％、銅（Ｃｕ）0.01％以下及びアルミニウム
（Ａｌ）0.002％以下に成分が制限され、調質熱処理に
より得られる焼戻しマルテンサイト単相組織からなるこ
とを特徴とするフェライト系耐熱鋼。 - 【請求項２】 重量％で、炭素（Ｃ）0.09〜0.13％、ケ
イ素（Ｓｉ）0.20〜1.0％、マンガン（Ｍｎ）0.05〜1.5
％、ニッケル（Ｎｉ）0.02〜0.5％、クロム（Ｃｒ）9.0
〜13.0％、モリブデン（Ｍｏ）0.05〜0.5％、タングス
テン（Ｗ）0.5％〜3.0％、バナジウム（Ｖ）0.10〜0.30
％、ニオブ（Ｎｂ）0.04〜0.2％、コバルト（Ｃｏ）0.5
〜5.0％、窒素（Ｎ）0.01〜0.1％、ホウ素（Ｂ）0.001
〜0.030％、銅（Ｃｕ）0.01％以下及びアルミニウム
（Ａｌ）0.002％以下に成分が制限され、Ｃｒ当量が10
％超14％以下になるように成分が調整された、焼戻しマ
ルテンサイト組織及び体積率で1〜15％のδフェライト
組織を含む２相組織からなることを特徴とするフェライ
ト系耐熱鋼。
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| WO2007091535A1 (ja) * | 2006-02-06 | 2007-08-16 | Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha | フェライト系耐熱鋼 |
| JP2009074179A (ja) * | 2008-11-14 | 2009-04-09 | Babcock Hitachi Kk | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼 |
| JP5206676B2 (ja) * | 2007-06-04 | 2013-06-12 | 新日鐵住金株式会社 | フェライト系耐熱鋼 |
| CN108823488A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-11-16 | 哈尔滨工程大学 | 一种抗高温氧化和耐盐热腐蚀的铁素体类耐热钢及其热处理工艺 |
| EP4112762A1 (en) * | 2021-06-28 | 2023-01-04 | Technische Universität Graz | Ferritic steel for service temperatures from 650 to 700 °c |
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| JPH1088291A (ja) * | 1996-09-10 | 1998-04-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高強度・高靱性耐熱鋳鋼 |
| JPH1192881A (ja) * | 1997-09-22 | 1999-04-06 | Natl Res Inst For Metals | ラスマルテンサイト組織のフェライト系耐熱鋼と その製造方法 |
| JP2000080448A (ja) * | 1998-08-31 | 2000-03-21 | Natl Res Inst For Metals | フェライト系耐熱鋼 |
-
2000
- 2000-12-15 JP JP2000382261A patent/JP4502239B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP5283908B2 (ja) * | 2006-02-06 | 2013-09-04 | バブコック日立株式会社 | 耐熱鋼 |
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| EP4112762A1 (en) * | 2021-06-28 | 2023-01-04 | Technische Universität Graz | Ferritic steel for service temperatures from 650 to 700 °c |
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