JP2002194485A - Low alloy heat resistant steel - Google Patents

Low alloy heat resistant steel

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JP2002194485A
JP2002194485A JP2000400693A JP2000400693A JP2002194485A JP 2002194485 A JP2002194485 A JP 2002194485A JP 2000400693 A JP2000400693 A JP 2000400693A JP 2000400693 A JP2000400693 A JP 2000400693A JP 2002194485 A JP2002194485 A JP 2002194485A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide heat resistant steel as inexpensive low alloy steel having a Cr content of 1.5 to 3% which has high temperature strength and perticularly excellent long time creep characteristics or/and low temperature toughness. SOLUTION: The low alloy heat resistant steel is provided with one or more among the various characteristics described in the PURPOSE by controlling any of (1) the lath width of bainite and martensite and the average value of the grain size of ferritic subgrains, (2) the content of solid solution [W+Mo] and the average grain size thereof, and (3) the content of solid solution [W+Mo] on the grain boundaries and the average grain size thereof as well as the control of alloy components including 1.5 to 3% Cr, 0.01 to 0.5% Mo, 1 to 3% W, 0.05 to 0.35% V, 0.01 to 0.1% Nb, 0.002 to 0.03% N, 0.0001 to 0.02% B and 1 to 3% W.

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】本発明は、ボイラ、原子力、
化学工業などの分野で特に500℃以上の高温で使用する
のに適した耐熱鋼に関する。本発明の耐熱鋼は、上記の
用途に必要な全ての特性を備えるものであるが、特に高
温強度、長時間クリープ強度および低温靱性の少なくと
も一つが著しく優れていることを特徴とする。本発明の
耐熱鋼は、例えば、熱交換器用管、配管用管等に使用す
るの特に好適である。
The present invention relates to a boiler, a nuclear power plant,
The present invention relates to a heat-resistant steel that is particularly suitable for use at a high temperature of 500 ° C. or more in fields such as the chemical industry. The heat-resisting steel of the present invention has all the properties required for the above-mentioned applications, but is characterized in that at least one of high-temperature strength, long-time creep strength and low-temperature toughness is remarkably excellent. The heat-resistant steel of the present invention is particularly suitable for use in, for example, heat exchanger tubes, piping tubes, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】ボイラ、化学工業、原子力用等の高温耐
熱耐圧部材としては、オーステナイトステンレス鋼、Cr
含有量が9〜12%の高Crフェライト鋼、Cr含有量が3.5
%以下の低Cr−Mo系フェライト鋼および炭素鋼が用いら
れている。中でも、2.25%Cr−1%Mo鋼に代表される低
合金耐熱鋼は安価であるため使用環境に応じて多量に使
用されている(本明細書において成分含有量に関する%
はすべて質量%である)。
2. Description of the Related Art Austenitic stainless steel, Cr
High Cr ferritic steel with 9-12% content, 3.5% Cr content
% Or less of low Cr-Mo ferritic steel and carbon steel. Among them, low-alloy heat-resistant steels represented by 2.25% Cr-1% Mo steels are inexpensive and are used in large amounts according to the use environment (in this specification, the percentage of the component content
Are all% by mass).

【0003】数%のCrを含有する低合金耐熱鋼は、一般
に焼戻しベイナイト、焼戻しマルテンサイトなどのいわ
ゆるフェライト系の組織からなる。近年、この低合金鋼
をベースにMo,W,V,Nbなどを添加して高温強度を高
め、且つ靱性を改善した低合金耐熱鋼が、例えば特開平
4−268040号公報、特公平6−2926号公報、
同6−6771号公報、特開平8−325669号公
報、同10−46290号公報等によって数多く提案さ
れている。
A low-alloy heat-resistant steel containing several percent of Cr generally has a so-called ferritic structure such as tempered bainite and tempered martensite. In recent years, a low-alloy heat-resistant steel having improved high-temperature strength and improved toughness by adding Mo, W, V, Nb, etc. to this low-alloy steel as a base has been disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-268040 and Japanese Patent Publication No. No. 2926,
Many proposals have been made in JP-A-6-6771, JP-A-8-325669, and JP-A-10-46290.

【0004】ボイラの設計基準では、例えば、高温域で
もクリープ現象が殆ど問題にならない温度域においては
引張強度(使用温度における引張強度:高温強度と呼
ぶ)が重視され、クリープ現象が問題になる温度域、例
えば520℃以上では長時間のクリープ強度が重視され
る。
In boiler design standards, for example, in a temperature range where the creep phenomenon hardly causes a problem even in a high temperature range, tensile strength (tensile strength at use temperature: referred to as high temperature strength) is emphasized, and a temperature at which the creep phenomenon becomes a problem is considered. In a temperature range of, for example, 520 ° C. or higher, long-term creep strength is emphasized.

【0005】V,Nbなどの析出強化元素を添加すると高
温強度および長時間のクリープ強度が向上することは、
従来から知られている。しかしながら、高温強度とクリ
ープ強度とは、強化機構が異なるので、これらの二特性
が同時に改善されるとは限らない。また、これらの析出
強化元素は、低温靱性の低下を招くので、製品の形状や
肉厚によっては使用が制限される。
[0005] The addition of a precipitation strengthening element such as V, Nb, etc., leads to an improvement in high-temperature strength and long-term creep strength.
Conventionally known. However, since the high-temperature strength and the creep strength have different strengthening mechanisms, these two properties are not always improved at the same time. Further, since these precipitation strengthening elements cause lowering of the low-temperature toughness, the use is restricted depending on the shape and thickness of the product.

【0006】フェライト系耐熱鋼においては、高温強度
や短時間クリープ強度が高くても、低い負荷応力で長時
間(例えば10,000時間を超える期間)高温に曝されると
クリープ強度が大きく低下することがある。このような
長時間でのクリープ強度の低下は、短時間のクリープ試
験(例えば破断時間が3,000時間程度になるような条件
での試験)の結果からは予想できない。つまり、未使用
状態または短時間使用された状態で、材料が十分な強度
を持っていても、長時間の使用では強度が低下する可能
性があるということである。従って、10,000時間を超え
るような長時間クリープ強度が高くなければ、耐熱構造
材料としての用途は限られたものとなる。
In a ferritic heat-resistant steel, even if the high-temperature strength and the short-time creep strength are high, the creep strength is greatly reduced when exposed to a high temperature under a low load stress for a long time (for example, a period exceeding 10,000 hours). is there. Such a long-term decrease in creep strength cannot be predicted from the results of a short-term creep test (for example, a test under conditions where the rupture time is about 3,000 hours). That is, even if the material has sufficient strength in an unused state or a state used for a short time, the strength may be reduced in a long-time use. Therefore, unless the long-term creep strength exceeding 10,000 hours is high, the application as a heat-resistant structural material is limited.

【0007】前記の公報で提案されているような従来の
低合金耐熱鋼は、上記長時間クリープ強度の安定性の面
で不十分であり、また、高温強度および低温靱性の面で
も改良の余地がある。特に、高温強度、長時間クリープ
強度および低温靱性の全てを兼ね備えさせた低合金耐熱
鋼は未だ開発されていない。
The conventional low-alloy heat-resistant steels proposed in the above-mentioned publications are insufficient in the stability of the long-term creep strength, and there is still room for improvement in the high-temperature strength and low-temperature toughness. There is. In particular, a low-alloy heat-resistant steel having all of high-temperature strength, long-time creep strength and low-temperature toughness has not yet been developed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来、低合
金耐熱鋼の使用が制限されていた分野でオーステナイト
ステンレス鋼および高Crフェライト鋼に代えて使用でき
る安価な耐熱鋼を提供することを課題としてなされたも
ので、その目的は、Cr含有量が3%以下の低合金鋼の利
点を生かし、500℃〜600℃といった温度域で使用する耐
熱材料としての基本的な特性を備えた上で、さらに高温
強度、長時間クリープ強度および低温靱性の中の一つま
たはそれ以上が特に優れた耐熱鋼、およびその製造方法
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an inexpensive heat-resistant steel which can be used in place of austenitic stainless steel and high Cr ferritic steel in the field where the use of low-alloy heat-resistant steel has been restricted. The objective was to take advantage of low-alloy steel with a Cr content of 3% or less and to provide basic characteristics as a heat-resistant material used in the temperature range of 500 ° C to 600 ° C. Another object of the present invention is to provide a heat-resistant steel having one or more of high-temperature strength, long-term creep strength and low-temperature toughness, and a method for producing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者は、低合金鋼の
高温強度をはじめとする様々な性質を支配する要因を明
らかにする目的で種々の実験を重ねた結果、以下の知見
を得た。 (1)高温強度について (1)-1.ベイナイトやマルテンサイトからなるフェライト
系耐熱鋼の引張強度は、高温では大きく低下する。しか
しながら焼戻し軟化抵抗を高めることにより高温強度の
向上が可能である。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted various experiments for the purpose of clarifying factors governing various properties of low alloy steel including high temperature strength, and as a result, have obtained the following findings. Was. (1) High-temperature strength (1) -1. The tensile strength of ferritic heat-resistant steel composed of bainite and martensite decreases significantly at high temperatures. However, the high-temperature strength can be improved by increasing the tempering softening resistance.

【0010】(1)-2.焼戻し軟化抵抗の向上にはV、Nb、
Mo、W、B、等の析出強化元素や固溶強化元素の添加が
有効である。
[0010] (1) -2. V, Nb,
It is effective to add a precipitation strengthening element such as Mo, W, or B or a solid solution strengthening element.

【0011】(1)-3.これらの元素のうち、MoとWは、従
来、ほぼ同等の効果を有すると考えられてきた。しかし
ながら、焼戻し軟化抵抗の向上には、Wの効果がより大
きく、Wの添加量が多いほど、高温強度が向上する。
(1) -3. Of these elements, Mo and W have conventionally been considered to have substantially the same effect. However, the effect of W is greater in improving the temper softening resistance, and the higher the amount of W added, the higher the high-temperature strength.

【0012】(1)-4.ベイナイトやマルテンサイトからな
るフェライト系耐熱鋼の組織においては、旧オーステナ
イト粒内にさらにラスまたは亜結晶粒といった小単位が
存在する。焼戻し軟化抵抗は、ラス(lath)または亜結
晶粒の微細化により向上する。なお、ここでいうラスと
はマルテンサイトまたはベイナイトを構成する小単位で
あり、亜結晶粒とは焼戻し処理によって形成されるフェ
ライトの亜結晶粒である(後述の図10参照)。 (2)長時間クリープ強度について (2)-1.例えばボイラチューブとして高温で長時間使用さ
れる耐熱鋼では、長時間のクリープ強度を一層高める材
質設計が必要である。しかしながら、析出強化元素や固
溶強化元素を多く添加しても、長時間使用中にクリープ
強度が低下する場合がある。
(1) -4. In the structure of heat-resistant ferritic steel composed of bainite and martensite, small units such as laths or sub-crystal grains are further present in the prior austenite grains. Temper softening resistance is improved by lath or sub-crystal grain refinement. Here, the lath is a small unit constituting martensite or bainite, and the sub-crystal grains are sub-crystal grains of ferrite formed by tempering (see FIG. 10 described later). (2) Long-term creep strength (2) -1. For example, in heat-resistant steel used for a long time at high temperature as a boiler tube, it is necessary to design a material that further enhances the long-term creep strength. However, even if a large amount of a precipitation strengthening element or a solid solution strengthening element is added, the creep strength may decrease during long-term use.

【0013】(2)-2.長時間クリープ強度の低下は、Wお
よびMoの析出を抑制し、固溶したWおよび固溶Moの合計
量(以下、固溶[W+Mo]量と記す)を保持することに
より防止できる。但し、たとえ固溶[W+Mo]量が十分
であっても、結晶粒が細かくなると、クリープ強度が低
下する。すなわち、クリープ強度の向上には、高温で長
時間、WおよびMoの析出を抑え、結晶粒径を微細にする
成分設計が必要である。
(2) -2. The decrease in the long-term creep strength suppresses the precipitation of W and Mo, and the total amount of solid solution W and solid solution Mo (hereinafter, referred to as solid solution [W + Mo] amount). It can be prevented by holding. However, even if the amount of solid solution [W + Mo] is sufficient, if the crystal grains are fine, the creep strength is reduced. That is, in order to improve the creep strength, it is necessary to design a component that suppresses the precipitation of W and Mo at a high temperature for a long time and makes the crystal grain size fine.

【0014】(2)-3.WはMoに比べて析出速度が遅く、よ
り長時間、固溶状態で存在できるため、Moに比べW添加
の方が有効である。
(2) -3. Since W has a lower deposition rate than Mo and can exist in a solid solution state for a longer time, W addition is more effective than Mo.

【0015】(2)-4.WおよびMoの析出は、Mn含有量の低
減およびVの添加により抑えられる。 (3)低温靱性について (3)-1.例えば、厚肉部材や形状が複雑な部位に用いる鋼
材では、特に低温靱性を考慮した材質設計が必要であ
る。
(2) -4. Precipitation of W and Mo can be suppressed by reducing the Mn content and adding V. (3) Regarding low-temperature toughness (3) -1. For example, in the case of a steel material used for a thick-walled member or a part having a complicated shape, it is necessary to design a material in consideration of low-temperature toughness.

【0016】(3)-2.低温靱性が劣化した材料では、粒界
の固溶Wと固溶Moの合計濃度の減少、即ち、粒界上の固
溶Wと固溶Moの合計量(即ち、固溶[W+Mo]量)の欠
乏が認められる。粒界上での固溶[W+Mo]量の減少を
防ぐと、低温靱性が改善できる。低温靱性の改善に有効
な粒界上の固溶[W+Mo]量は0.4%を以上である。な
お、粒界上の固溶[W+Mo]量とは、析出物を含まない
濃度であって、粒界を挟んだ±0.5μmの範囲内の固溶
[W+Mo]量を意味する。
(3) -2. In the material having deteriorated low-temperature toughness, the total concentration of solid solution W and solid solution Mo at the grain boundary is reduced, that is, the total amount of solid solution W and solid solution Mo on the grain boundary ( That is, a deficiency in the amount of solid solution [W + Mo]) is observed. Preventing a decrease in the amount of solid solution [W + Mo] on the grain boundaries can improve low-temperature toughness. The amount of solid solution [W + Mo] on the grain boundaries effective for improving low-temperature toughness is 0.4% or more. In addition, the amount of solid solution [W + Mo] on the grain boundary is a concentration not containing a precipitate, and means the amount of solid solution [W + Mo] within a range of ± 0.5 μm across the grain boundary.

【0017】(3)-3.低温靱性は、窒素含有量を高めるこ
と(高N化)によりさらに改善できる。これはNbNの析
出量が増加し、結晶粒の粗大化が抑えられるからであ
る。
(3) -3. The low-temperature toughness can be further improved by increasing the nitrogen content (higher N content). This is because the precipitation amount of NbN increases and the coarsening of crystal grains is suppressed.

【0018】(3)-4.低温靱性の改善に有効な粒径は、平
均粒径で150μm以下である。
(3) -4. The effective particle size for improving the low-temperature toughness is 150 μm or less in average particle size.

【0019】本発明は、以上の知見に基づいてなされた
もので、本発明の耐熱鋼の特徴は次のとおりである。
The present invention has been made based on the above findings, and the features of the heat-resistant steel of the present invention are as follows.

【0020】(A)化学組成(成分含有量に関する%は、
質量%である。) C:0.03〜0.15%、Si:0.7%以下、Mn:0.7%以下、C
r:1.5〜3%、Mo:0.01〜0.5%、W:1〜3%、V:0.
05〜0.35%、Nb:0.01〜0.1%、N:0.002〜0.03%、
B:0.0001〜0.02%、Al:0.03%以下、Ti:0.05%以
下、Ni:0.8%以下、Cu:0.5%以下、Mg:0.05%以下、
Ca:0.05%以下、Zr:0.05%以下、Fe及び不純物:残
部。
(A) Chemical composition (% with respect to the component content is
% By mass. ) C: 0.03-0.15%, Si: 0.7% or less, Mn: 0.7% or less, C
r: 1.5-3%, Mo: 0.01-0.5%, W: 1-3%, V: 0.
05-0.35%, Nb: 0.01-0.1%, N: 0.002-0.03%,
B: 0.0001 to 0.02%, Al: 0.03% or less, Ti: 0.05% or less, Ni: 0.8% or less, Cu: 0.5% or less, Mg: 0.05% or less,
Ca: 0.05% or less, Zr: 0.05% or less, Fe and impurities: balance.

【0021】これらの成分のうち、Si、Mn、Al、Ti、N
i、Cu、Mg、CaおよびZrは、必ずしも積極的に添加しな
くてもよい。添加しない場合の含有量は通常の不純物レ
ベルである。ただし、それぞれ特有の作用効果を持つの
で、鋼の使用目的に応じて、上記の上限値以下の範囲で
含有させてもよい。その場合の作用効果および望ましい
含有量については後述する。 (B)金属組織その他 (B)-1.特に高い高温強度を特徴とする鋼では、ベイナイ
トおよびマルテンサイトのラス幅ならびに亜結晶粒の粒
径の平均が3μm以下。
Of these components, Si, Mn, Al, Ti, N
i, Cu, Mg, Ca and Zr do not always need to be positively added. The content when not added is the usual impurity level. However, since each has a specific function and effect, it may be contained in the range of the above upper limit or less depending on the purpose of use of the steel. The effect and desired content in that case will be described later. (B) Metal structure and others (B) -1. In steels characterized by particularly high high-temperature strength, the average lath width of bainite and martensite and the average grain size of subcrystal grains are 3 μm or less.

【0022】(B)-2.特に高い長時間クリープ強度を特徴
とする鋼では、固溶[W+Mo]が0.9%を超え、かつ平
均結晶粒径が5μm以上。 (B)-3.特に優れた低温靱性を特徴とする鋼では、粒界
上の固溶[W+Mo]が0.4%以上で、かつ平均結晶粒径
が150μm以下。
(B) -2. A steel characterized by particularly high long-term creep strength has a solid solution [W + Mo] of more than 0.9% and an average crystal grain size of 5 μm or more. (B) -3. In a steel characterized by particularly excellent low-temperature toughness, the solid solution [W + Mo] on the grain boundary is 0.4% or more and the average crystal grain size is 150 μm or less.

【0023】本発明の鋼は、上記の特徴(B)-1〜(B)-3
を、それぞれ単独で備えてもよく、また、これらの複数
を組み合わせて備えてもよい。
The steel of the present invention has the above characteristics (B) -1 to (B) -3
May be provided independently, or a plurality of these may be provided in combination.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明鋼の化学組成と金属
組織について詳しく説明する。 (A)化学組成 C:0.03〜0.15% CはCr,Fe,W,Mo,V,Nbおよび必要に応じて添加さ
れるTiと結合して高温強度に寄与するとともに、それ自
身がオーステナイト安定化元素であるから、マルテンサ
イトまたは/およびベイナイト組織を形成するのに重要
である。C量が0.03%未満ではこれらの効果が得られ
ず、また、結晶粒の粗大化を誘引し、靱性を損なう。一
方、C含有量が0.15%を超えると炭化物が過剰に析出
し、鋼が硬化して加工性、溶接性を損なう。さらに、固
溶強化元素として添加するWやMoの析出を助長し、これ
らの固溶量が減少する。したがって、Cの適正含有量は
0.03〜0.15%である。望ましいのは0.04〜0.12%、さら
に望ましいのは0.05〜0.08%である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the chemical composition and metal structure of the steel of the present invention will be described in detail. (A) Chemical composition C: 0.03 to 0.15% C combines with Cr, Fe, W, Mo, V, Nb and Ti added as necessary and contributes to high-temperature strength, and itself stabilizes austenite. Since it is an element, it is important for forming a martensite and / or bainite structure. If the C content is less than 0.03%, these effects cannot be obtained, and the crystal grains are coarsened to deteriorate the toughness. On the other hand, when the C content exceeds 0.15%, carbides are excessively precipitated, and the steel is hardened to impair workability and weldability. Further, precipitation of W and Mo added as a solid solution strengthening element is promoted, and the amount of these solid solutions is reduced. Therefore, the proper content of C is
0.03 to 0.15%. Desirable is 0.04 to 0.12%, and more preferable is 0.05 to 0.08%.

【0025】Si:0.7%以下 Siは、鋼の脱酸剤として有効であり、また耐水蒸気酸化
性を高める作用を持つ。しかし、Siの含有量が0.7%を
超えると、靱性、加工性が低下し強度低下を招く。さら
に、焼戻脆化を助長し、また、溶接性を損なう。
Si: 0.7% or less Si is effective as a deoxidizing agent for steel and has an effect of increasing steam oxidation resistance. However, when the content of Si exceeds 0.7%, toughness and workability are reduced, and strength is reduced. Further, it promotes tempering embrittlement and impairs weldability.

【0026】Siは、必ずしも添加しなくてもよいので含
有量の下限は不純物レベルでもよい。しかし、耐水蒸気
酸化性の改善を意図する場合は、0.2%以上の含有量が
望ましい。その場合でも、前記の理由で含有量の上限は
0.7%とする。望ましいのは0.5%以下、最も望ましい含
有量の範囲は、0.2〜0.3%である。
Since Si need not always be added, the lower limit of the content may be the impurity level. However, when the steam oxidation resistance is intended to be improved, the content is preferably 0.2% or more. Even in that case, the upper limit of the content is
0.7%. The desirable content is 0.5% or less, and the most desirable content range is 0.2-0.3%.

【0027】Mn:0.7%以下 Mnは、焼入性の向上に有効な元素であるから必要に応じ
て添加する。しかし、Mn含有量が0.7%を超えるとWやM
oの析出を助長し、これらの固溶量が減少するため、焼
戻し軟化抵抗が低下し、高温強度が著しく低下する。ま
た、Siと同様に焼戻し脆化および溶接性の劣化を助長す
る。したがって、Mnの適正含有量は0.7%以下である。
Mn: 0.7% or less Mn is an element effective for improving hardenability, and is added as necessary. However, when the Mn content exceeds 0.7%, W and M
Since the precipitation of o is promoted and the amount of these solid solutions is reduced, the tempering softening resistance is reduced and the high-temperature strength is significantly reduced. Further, like Si, it promotes tempering embrittlement and deterioration of weldability. Therefore, the appropriate content of Mn is 0.7% or less.

【0028】長時間クリープ強度の向上のためには、Mn
含有量を0.5%以下に抑えるのが望ましい。それによっ
てWおよびMoの固溶量が増加するからである。この効果
を最大限に生かすにはMn含有量を0.35%未満とするのが
一層望ましい。
In order to improve the long-term creep strength, Mn
It is desirable to keep the content below 0.5%. This is because the amount of solid solution of W and Mo increases. In order to make the most of this effect, the Mn content is more desirably less than 0.35%.

【0029】図3および図4は、後述する実施例の試験
データの一部を図示したものである(鋼No.は、後記の
表1の鋼No.である)。図3から明らかなように、Mn含
有量が高い鋼ほどクリープ強度が低下している。一方、
図4をみれば、Mn含有量の高い鋼ほど、固溶[W+Mo]
量が少ない。これら図3および図4を総合すれば、Mn含
有量を減らすことによって固溶[W+Mo]量を増加させ
ることができ、ひいては長時間クリープ強度を高めるこ
とが可能であることがわかる。
FIGS. 3 and 4 show a part of the test data of the examples described later (the steel No. is the steel No. in Table 1 described later). As is clear from FIG. 3, the creep strength of steel with a higher Mn content decreases. on the other hand,
According to FIG. 4, the higher the Mn content of the steel, the more the solid solution [W + Mo]
The amount is small. 3 and 4, it can be seen that the amount of solid solution [W + Mo] can be increased by reducing the Mn content, and thus the long-term creep strength can be increased.

【0030】Cr:1.5〜3% Crは低合金鋼の耐酸化性および高温耐食性の改善のため
不可欠な元素である。500〜600℃のような高温での引張
強度またはクリープ強度を高めるには1.5%以上のCr含
有量が必要である。一方、Cr含有量が3%を超えると、
靱性、溶接性が劣化する上に、材料コストが嵩み、低合
金鋼の特徴が損なわれる。したがって、Crの適正含有量
は1.5〜3%である。なお、望ましいCr含有量は2〜3%、
最も望ましいのは2.2〜2.7%である。
Cr: 1.5-3% Cr is an essential element for improving the oxidation resistance and high temperature corrosion resistance of low alloy steel. To increase the tensile strength or creep strength at a high temperature such as 500 to 600 ° C, a Cr content of 1.5% or more is required. On the other hand, if the Cr content exceeds 3%,
In addition to deteriorating toughness and weldability, the material cost increases, and the characteristics of low alloy steel are impaired. Therefore, the proper content of Cr is 1.5 to 3%. The desirable Cr content is 2-3%,
The most desirable is 2.2-2.7%.

【0031】Mo:0.01〜0.5% MoはWと同様に固溶強化と析出強化の作用を持つ元素で
ある。Wに比べるとその効果は小さいが、微量でも粒界
脆化を防止し、高強度材であっても延性を損なうことは
ない。さらに低温靱性や溶接性の改善にも効果がある。
しかしながら、0.01%未満ではその効果は期待できな
い。また、0.5%を超えると、靱性や加工性を損なう。
したがって、Moの適正含有量は0.01〜0.5%である。よ
り望ましいのは0.03〜0.3%であり、最も望ましいのは
0.05〜0.15%である。
Mo: 0.01 to 0.5% Mo is an element having the functions of solid solution strengthening and precipitation strengthening like W. Although its effect is smaller than that of W, even a small amount prevents grain boundary embrittlement, and does not impair ductility even with a high-strength material. It is also effective in improving low-temperature toughness and weldability.
However, the effect cannot be expected if it is less than 0.01%. If it exceeds 0.5%, toughness and workability are impaired.
Therefore, the appropriate content of Mo is 0.01 to 0.5%. More desirable is 0.03-0.3%, most desirable
It is 0.05 to 0.15%.

【0032】W:1〜3% WはMoと同様に固溶強化と析出強化の作用を持つ元素で
あるが、Moに比べると拡散が遅いため、固溶状態が長く
続き、固溶強化作用が長時間維持される。このため、焼
戻し軟化抵抗の向上および長時間クリープ強度の向上に
有効である。さらにCr、Fe、MoおよびW等を含む炭化物
の粗大化を抑制する。これもWの拡散が遅いからであ
る。しかしながら、W含有量が1%未満では上記の効果
は得られない。一方、W含有量が3%を超えると、鋼を
著しく硬化させ、靱性、加工性、および溶接性を損な
う。従って、Wの適正な含有量は1〜3%で、望ましいの
は1.3〜2%、さらに望ましいのは1.4〜1.8%である。
W: 1 to 3% W is an element having the functions of solid solution strengthening and precipitation strengthening like Mo. However, since diffusion is slower than that of Mo, the solid solution state lasts longer and the solid solution strengthening action is obtained. Is maintained for a long time. For this reason, it is effective in improving temper softening resistance and improving long-time creep strength. Further, coarsening of carbides containing Cr, Fe, Mo, W and the like is suppressed. This is also because the diffusion of W is slow. However, if the W content is less than 1%, the above effects cannot be obtained. On the other hand, if the W content exceeds 3%, the steel is hardened significantly, and toughness, workability, and weldability are impaired. Therefore, the appropriate content of W is 1-3%, preferably 1.3-2%, and more preferably 1.4-1.8%.

【0033】上記のMoおよびWの含有量は、本発明鋼の
平均含有量である。その中で固溶[W+Mo]量が0.9%
を超えるとクリープ強度が大きく向上する。1%を超え
る固溶[W+Mo]の存在が一層望ましい。この点につい
ては後に詳述する。
The above contents of Mo and W are the average contents of the steel of the present invention. 0.9% of solid solution [W + Mo]
If it exceeds, the creep strength is greatly improved. The presence of more than 1% solid solution [W + Mo] is even more desirable. This will be described in detail later.

【0034】V:0.05〜0.35% Vは、主にCと結合してMX(MはW+Mo+Vを表し、
XはC、即ち、炭素を表す)型の微細炭化物を形成し、
クリープ強度の向上に寄与する。さらに、Vは、Wおよ
びMoに優先してCと結合するので、WやMo炭化物の形成
を抑制し、固溶[W+Mo]量の減少を抑制する。0.05%
未満ではこの効果が十分でなく、0.35%を超えるとかえ
って高温強度、クリープ強度を損なうとともに、靱性、
溶接性も低下する。よって、Vの適正含有量は0.05〜0.
35%である。望ましいのは0.1〜0.28%であり、さらに
望ましいのは0.18〜0.25%である。
V: 0.05 to 0.35% V is mainly bonded to C and MX (M represents W + Mo + V;
X forms a fine carbide of the type C, that is to say carbon),
Contributes to improvement in creep strength. Further, V bonds with C in preference to W and Mo, so that the formation of W and Mo carbides is suppressed, and the decrease in the amount of solid solution [W + Mo] is suppressed. 0.05%
If it is less than 0.35%, this effect is not sufficient, and if it exceeds 0.35%, high temperature strength and creep strength are impaired, and toughness,
The weldability also decreases. Therefore, the proper content of V is 0.05-0.
35%. Desirable is 0.1-0.28%, and more desirable is 0.18-0.25%.

【0035】Nb:0.01〜0.1% Nbは、NおよびCと結合してMX(MはNb、XはC+N
を表す)型の微細炭窒化物を形成し、粒成長を抑え、高
温強度の向上に寄与するとともに、低温靱性を向上させ
る。Nb含有量が0.01%未満ではこの効果が期待できな
い。一方、Nb含有量が0.1%を超えると、異常粒成長に
より強度が低下するとともに、粗大な窒化物が形成され
て、かえって靱性が劣化する。従って、Nbの適正含有量
は0.01〜0.1%である。望ましいのは0.02〜0.07%、さ
らに望ましいのは0.04〜0.06%である。
Nb: 0.01-0.1% Nb binds to N and C to form MX (M is Nb, X is C + N
) Type fine carbonitride is formed, grain growth is suppressed, high temperature strength is improved, and low temperature toughness is improved. If the Nb content is less than 0.01%, this effect cannot be expected. On the other hand, if the Nb content exceeds 0.1%, the strength is reduced due to abnormal grain growth, and coarse nitride is formed, and the toughness is rather deteriorated. Therefore, the proper content of Nb is 0.01 to 0.1%. Desirable is 0.02 to 0.07%, and more preferable is 0.04 to 0.06%.

【0036】N:0.002〜0.03% Nは、NbおよびCと結合してMX(MはNb、XはC+N
を表す)型の微細炭窒化物を形成し、粒成長を抑え、固
溶Nによる固溶強化と相俟って高温強度および低温靱性
の向上に寄与する。しかし、0.002%未満のN含有量で
はMXの析出量が少なく、粒成長の抑制、靱性向上およ
び高温強度向上の効果が十分に得られない。一方、0.03
%を超えるNは、粗大な窒化物を形成し、かえって靱性
を劣化させる。したがって、Nの適正な含有量は0.002
〜0.03%である。
N: 0.002-0.03% N is bonded to Nb and C to form MX (M is Nb, X is C + N
) -Type fine carbonitride is formed, grain growth is suppressed, and together with solid solution strengthening by solid solution N, contributes to improvement of high temperature strength and low temperature toughness. However, when the N content is less than 0.002%, the precipitation amount of MX is small, and the effects of suppressing grain growth, improving toughness, and improving high-temperature strength cannot be sufficiently obtained. On the other hand, 0.03
% Of N forms coarse nitrides and rather deteriorates toughness. Therefore, the proper content of N is 0.002
~ 0.03%.

【0037】なお、低温靱性を高めるためには、NbNに
より結晶粒の粗大化を抑える必要がある。NbNを有効に
析出させるためには、0.004%以上、0.01%までのNを
含むのが望ましい。さらに望ましいのは0.005を超えて
0.01%までの範囲である。
In order to increase the low temperature toughness, it is necessary to suppress the coarsening of the crystal grains by NbN. In order to effectively precipitate NbN, it is desirable to contain 0.004% or more and up to 0.01% of N. Even more desirable is more than 0.005
The range is up to 0.01%.

【0038】図7は、後述の実施例の鋼(図中に表1の
鋼No.を示した)のN含有量と平均結晶粒径との関係を
プロットしたものである。N含有量が0.004%以上であ
れば150μm以下の望ましい平均結晶粒径が得られるこ
とがわかる。
FIG. 7 is a plot of the relationship between the N content and the average crystal grain size of the steels of the examples described later (steel No. in Table 1 is shown in the figure). It can be seen that if the N content is 0.004% or more, a desirable average crystal grain size of 150 μm or less can be obtained.

【0039】B:0.0001〜0.02% Bは鋼の焼入性を改善し、高温強度および低温靱性を向
上させる。さらに、炭化物を長時間安定化し、長時間ク
リープ強度の改善に寄与する。しかしながら、B含有量
が0.0001%未満では上記の効果は得られない。一方、B
含有量が0.02%を超えると、粒界上に粗大な炭化物が生
成するとともに、粒界におけるWおよびMoの欠乏を助長
し、かえって靱性および溶接性を劣化させる。よって、
Bの適正含有量は0.0001〜0.02%である。より望ましい
含有量は0.001〜0.01%である。さらに望ましいのは0.0
03〜0.004%である。
B: 0.0001 to 0.02% B improves the hardenability of steel and improves high-temperature strength and low-temperature toughness. Further, it stabilizes carbides for a long time and contributes to improvement of long-term creep strength. However, if the B content is less than 0.0001%, the above effects cannot be obtained. On the other hand, B
If the content exceeds 0.02%, coarse carbides are formed on the grain boundaries, and the lack of W and Mo at the grain boundaries is promoted, and the toughness and weldability are rather deteriorated. Therefore,
The appropriate content of B is 0.0001 to 0.02%. A more desirable content is 0.001 to 0.01%. 0.0 is more desirable
03-0.004%.

【0040】Al:0.03%以下 Alは脱酸剤として添加される。また、AlはNと結合して
窒化物を形成するため、鋼の粗粒化防止に有効である。
しかしながら、Al含有量が0.03%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の適性含有量は0.
03%以下、望ましくは0.02%以下である。さらに望まし
いのは0.01%未満である。なお、Alの含有量は通常の不
純物レベルであってもよい。
Al: 0.03% or less Al is added as a deoxidizing agent. In addition, since Al combines with N to form a nitride, it is effective in preventing coarsening of steel.
However, when the Al content exceeds 0.03%, creep strength and workability are impaired. Therefore, the appropriate content of Al is 0.
03% or less, desirably 0.02% or less. More desirable is less than 0.01%. Note that the Al content may be at a normal impurity level.

【0041】本発明鋼は、上記の各成分の外に、次に述
べる成分を必要に応じて選択的に含有することができ
る。これらの成分を積極的に添加しない場合は、含有量
の下限はいずれも通常の不純物レベルである。
The steel of the present invention can optionally contain the following components in addition to the above-described components, if necessary. When these components are not positively added, the lower limits of the contents are all the usual impurity levels.

【0042】Ti:0.05%以下(添加する場合の望ましい
含有量は0.002〜0.05%) TiはNbとともにNと結合してMX(MはTi+Nb、Xは
N、即ち、窒素である)型の窒化物を形成し、鋼の高温
強度が上げる。このような効果を確実に得るには0.002
%以上の含有が望ましい。しかし、Ti含有量が0.05%を
超えると、窒化物が粗大化する上に、TiCの偏析により
異常粒成長や混粒組織の生成を誘引する。したがって、
Tiを添加する場合、その含有量の適正範囲は0.002〜0.0
5%である。より望ましいのは0.003〜0.02%、さらに望
ましいのは0.005〜0.01%である。
Ti: 0.05% or less (a desirable content when added is 0.002 to 0.05%) Ti combines with Nb and N to form MX (M is Ti + Nb, X is N, ie, nitrogen) type To increase the high-temperature strength of the steel. 0.002 to ensure this effect
% Is desirable. However, when the Ti content exceeds 0.05%, the nitride coarsens and the segregation of TiC induces abnormal grain growth and formation of a mixed grain structure. Therefore,
When adding Ti, the appropriate range of the content is 0.002-0.0
5%. More preferably, it is 0.003 to 0.02%, and still more preferably 0.005 to 0.01%.

【0043】Ni:0.8%以下(添加する場合の望ましい
含有量は0.1〜0.5%) Niはオーステナイト安定化元素であり靱性改善に寄与す
るので、必要に応じて添加すればよい。ただし、Ni含有
量が0.8%を超えると長時間クリープ強度が低下するの
で、添加する場合もその含有量は0.8%以下にとどめる
べきである。望ましいのは0.5%以下、さらに望ましい
のは0.3%以下である。なお、上記の効果を得るべくNi
を添加する場合には、含有量の下限は0.1%とするのが
よい。
Ni: 0.8% or less (desirable content when added is 0.1 to 0.5%) Ni is an austenite stabilizing element and contributes to improvement in toughness, and may be added as necessary. However, if the Ni content exceeds 0.8%, the long-term creep strength decreases. Therefore, even when Ni is added, the content should be kept at 0.8% or less. Desirable is 0.5% or less, and more desirable is 0.3% or less. In order to obtain the above effects, Ni
Is added, the lower limit of the content is preferably 0.1%.

【0044】Cu:0.5%以下(添加する場合の望ましい
含有量は0.1〜0.3%) CuもNiと同じくオーステナイト安定化元素であり、靱性
改善に寄与するので、Niに代えて、またはNiとともにま
たはそれぞれ単独で必要に応じて添加することができ
る。しかし、Cu含有量が0.5%を超えると、焼戻し脆化
が起こりやすくなる。従って、積極的に添加する場合で
もその含有量は0.5%以下とすべきである。望ましいの
は0.3%以下である。上記の効果を得るべくCuを添加す
る場合には、含有量の下限は0.1%とするのがよい。な
お、CuはNiと併用するのが望ましい。
Cu: 0.5% or less (a desirable content when added is 0.1 to 0.3%) Cu is also an austenite stabilizing element like Ni and contributes to improvement in toughness. Each can be added alone as needed. However, when the Cu content exceeds 0.5%, tempering embrittlement is likely to occur. Therefore, even if it is added positively, its content should be 0.5% or less. Desirable is 0.3% or less. When Cu is added to obtain the above effects, the lower limit of the content is preferably 0.1%. It is desirable that Cu be used in combination with Ni.

【0045】Mg、Ca、Zr:それぞれ0.05%以下(添加す
る場合の望ましい含有量はそれぞれ0.0005〜0.05%) これらの元素は不純物であるP、SおよびO(酸素)と
結合してその好ましくない作用を抑えて、鋼の靱性を改
善する。いずれも0.0005%未満では効果が顕著でないの
で添加する場合はそれぞれ0.0005%以上の含有量とする
のが望ましい。しかし、それぞれの含有量が0.05%を超
えると介在物が増加し、かえって靱性が損なわれる。し
たがって、添加する場合でもそれぞれの含有量は0.05%
以下とすべきであり、また、これらの元素を2種以上用
いる場合は、合計含有量を0.05%以下とするのがよい。
望ましいのは0.01%以下である。なお、添加しない場合
は、下限値は不純物レベルとなる。
Mg, Ca, Zr: 0.05% or less, respectively (desirable contents when added are 0.0005-0.05%, respectively) These elements combine with impurities P, S, and O (oxygen), and are not preferable. Reduces the effect and improves the toughness of the steel. In any case, the effect is not remarkable when the content is less than 0.0005%. Therefore, when each of them is added, the content is desirably 0.0005% or more. However, if the content of each exceeds 0.05%, the number of inclusions increases, and on the contrary, the toughness is impaired. Therefore, even when added, each content is 0.05%
When two or more of these elements are used, the total content is preferably 0.05% or less.
Desirable is 0.01% or less. If no addition is made, the lower limit is the impurity level.

【0046】本発明鋼の必須成分および任意添加成分は
以上のものである。その残部はFeと不純物であるが、不
純物のなかでPとSは、特に鋼の靱性やクリープ延性を
損なうから可能な限り低くすることが望ましい。Pの許
容上限は0.03%、Sのそれは0.015%である。
The essential components and optional components of the steel of the present invention are as described above. The balance is Fe and impurities, and among the impurities, P and S are particularly desirable to be as low as possible because they impair the toughness and creep ductility of steel. The allowable upper limit of P is 0.03%, and that of S is 0.015%.

【0047】(B)金属組織その他 (B)-1.(ラス幅または/および亜結晶粒の粒径:3μm
以下) 本発明の低合金耐熱鋼の組織は、基本的にはベイナイト
もしくはマルテンサイトまたはこれらの混合組織からな
る。また、焼戻し時に生成する少量のフェライトを含む
こともある。
(B) Metal structure and others (B) -1. (Lath width and / or particle size of sub-crystal grains: 3 μm
Hereinafter, the structure of the low-alloy heat-resistant steel of the present invention basically consists of bainite or martensite or a mixed structure thereof. It may also contain a small amount of ferrite generated during tempering.

【0048】図10は、本発明鋼(後記の表1に示すN
o.1の鋼)の金属組織の一例を示す図である。同図に示
すように、ラスまたはフェライト亜結晶は、ベイナイ
ト、マルテンサイトおよびこれらの焼戻し組織を構成す
る最小単位である。これらの平均が3μmを超える程に
粗大化すると、焼戻し軟化抵抗が低下し、高温強度が大
きく低下する。したがって、高温強度を特に重視する場
合は、ベイナイトまたは/およびマルテンサイトの焼戻
し組織におけるラス幅の平均は3μm以下、さらに、フ
ェライトを含む場合はその亜結晶の粒径の平均は3μm
以下で、できるだけ小さくする必要がある。望ましいの
はいずれも2μm以下、さらに望ましいのは1μm以下
である。
FIG. 10 shows the steel of the present invention (N shown in Table 1 below).
FIG. 3 is a diagram showing an example of the metallographic structure of o.1 steel). As shown in the figure, lath or ferrite subcrystal is the minimum unit constituting bainite, martensite and their tempered structures. If the average of these is greater than 3 μm, the tempering softening resistance is reduced and the high temperature strength is significantly reduced. Therefore, when high-temperature strength is particularly important, the average lath width in the tempered structure of bainite and / or martensite is 3 μm or less, and when ferrite is included, the average of the subcrystal grain size is 3 μm.
Below, it is necessary to make it as small as possible. Desirably, each is 2 μm or less, and more preferably, 1 μm or less.

【0049】図1は、後記の実施例の鋼(表1に示す
鋼)のラス幅(および亜結晶粒径)の平均値と高温強度
との関係を示す図である。この図から明らかなように、
ラス幅(および亜結晶粒径)が小さいほど高温強度が高
くなっている。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the average value of the lath width (and subcrystal grain size) and the high-temperature strength of the steels of the examples described below (the steels shown in Table 1). As is clear from this figure,
The smaller the lath width (and subcrystal grain size), the higher the high-temperature strength.

【0050】マルテンサイトおよびベイナイトのラス
幅、およびフェライトの亜結晶粒の粒径を小さくする方
法としては、次の方法がある。
The following methods can be used to reduce the lath width of martensite and bainite and the grain size of sub-crystal grains of ferrite.

【0051】 WおよびMoの含有量を増やして転位を
動きにくくしてラス界面や粒界の移動を抑制する方法。
A method in which the content of W and Mo is increased to make dislocations less likely to move, thereby suppressing the movement of lath interfaces and grain boundaries.

【0052】 MX炭窒化物(MはTi,Nb、XはC,
N)のピンニング効果を利用して粒成長を抑える方法。
MX carbonitride (M is Ti, Nb, X is C,
A method of suppressing grain growth using the pinning effect of N).

【0053】具体的には、本発明鋼は、次のような製造
方法で製造できる。即ち、素材(ビレット、スラブ等)
を、例えば1,100℃以上に加熱した後、オーステナイト
温度で20%以上の加工を加え、300℃以下に冷却し、そ
の後、1,000℃/h以下の昇温速度で所定のオーステナイ
ト化温度(Ac1点以上、1,150℃以下の温度が望ましい)
まで加熱して焼ならしする。次いで、1,000℃/h以下の
昇温速度で「Ac1点−50℃」からAc1点までの焼戻し温度
に加熱して所定の焼戻しを行う。
Specifically, the steel of the present invention can be manufactured by the following manufacturing method. That is, materials (billets, slabs, etc.)
Is heated to, for example, 1,100 ° C. or more, then processed at an austenite temperature of 20% or more, cooled to 300 ° C. or less, and then heated at a rate of 1,000 ° C./h or less to a predetermined austenitizing temperature (Ac 1 point). Above, 1,150 ° C or less is desirable)
Heat until normalizing. Next, the steel sheet is heated to a tempering temperature from “Ac 1 point-50 ° C.” to Ac 1 point at a heating rate of 1,000 ° C./h or less to perform a predetermined tempering.

【0054】本発明で規定する組織を得るためには、焼
ならしおよび焼戻しを行う際の昇温速度の調整が特に重
要である。これは、一つには焼ならし時の昇温過程でT
i、Nbを主成分とする微細なMX炭窒化物(MはTi,N
b、XはC,N)を析出させ、オーステナイトの粗大化
を抑えるため、二つには焼戻し時に昇温過程でVを主成
分とする炭窒化物MX(MはV、XはC,N)を析出さ
せ、マルテンサイトまたは/およびベイナイトのラスお
よびフェライト亜結晶粒の粗大化を抑えるため、であ
る。焼ならし時でも焼戻し時でも、1,000℃/hを超え
るような早い昇温速度では上記の効果が得られない。望
ましい昇温速度は500〜700℃/hである。
In order to obtain the structure specified in the present invention, it is particularly important to adjust the temperature raising rate during normalizing and tempering. This is due in part to the temperature rise during normalizing.
Fine MX carbonitride mainly composed of i and Nb (M is Ti, N
b, X precipitates C, N) and suppresses austenite coarsening. Two of them are carbonitrides MX mainly composed of V (M is V, X is C, N) during tempering during tempering. ) To prevent coarsening of martensite and / or bainite lath and ferrite sub-crystal grains. The above effects cannot be obtained at a high temperature rising rate exceeding 1,000 ° C./h in both normalizing and tempering. A desirable heating rate is 500 to 700 ° C / h.

【0055】ラスや亜結晶粒の粗大化は特に焼戻しの際
に生じる。したがって、上記の作用を得るためには、焼
戻しの際にWおよびMoの析出をできるだけ抑えて、固溶
[W+Mo]量を多くすること、MX炭窒化物の微細化を
図ることが重要である。そのためには成分の調整ととも
に上記のように熱処理時の昇温速度を調整するのが望ま
しい。
The coarsening of laths and sub-crystal grains occurs particularly during tempering. Therefore, in order to obtain the above effects, it is important to minimize the precipitation of W and Mo during tempering, increase the amount of solid solution [W + Mo], and reduce the size of MX carbonitride. . For this purpose, it is desirable to adjust the temperature increase rate during the heat treatment as described above together with the adjustment of the components.

【0056】(3)固溶[W+Mo]量:0.9%を超える量 これは、特に長時間クリープ強度を必要とする場合に備
えるべき条件である。Cr量が3%以下の低合金鋼におい
ては、長時間使用中にWおよびMoが炭化物として析出す
るが、できるだけ長時間、多くのWおよびMoを固溶状態
に保つことにより、長時間クリープ強度とクリープ延性
が改善される。具体的には、通常のボイラの寿命の範囲
内(例えば20年)では、使用中にも固溶[W+Mo]量を
0.5%程度以上に確保する必要がある。使用中の鋼の固
溶[W+Mo]量を0.5%以上に確保するためには、使用
前の製品(例えばボイラ管)の状態で、固溶[W+Mo]
量が0.9%(望ましくは1%)を超えている必要があ
る。0.9%以下では、使用中に固溶[W+Mo]量が0.5%
よりも低下し、クリープ強度が大きく低下する。
(3) Amount of solid solution [W + Mo]: an amount exceeding 0.9% This is a condition to be provided especially when a long-term creep strength is required. In low alloy steels with a Cr content of 3% or less, W and Mo precipitate as carbides during long-term use. However, long-term creep strength is maintained by keeping as much W and Mo in a solid solution state as possible for as long as possible. And the creep ductility is improved. Specifically, within the normal life of a boiler (for example, 20 years), the amount of solid solution [W + Mo] can be reduced during use.
It is necessary to secure about 0.5% or more. In order to secure the amount of solid solution [W + Mo] of steel in use to 0.5% or more, the solid solution [W + Mo] must be obtained in the state of the product (for example, a boiler tube) before use.
The amount must exceed 0.9% (preferably 1%). At 0.9% or less, the amount of solid solution [W + Mo] during use is 0.5%
And the creep strength is greatly reduced.

【0057】図2は、後述の実施例の鋼(表1に示す
鋼)の使用前の固溶[W+Mo]と575℃×100,000時間の
クリープ強度との関係を示すものである。
FIG. 2 shows the relationship between the solid solution [W + Mo] before use and the creep strength at 575 ° C. × 100,000 hours before use of the steels of the examples described later (the steels shown in Table 1).

【0058】固溶[W+Mo]量は、例えば、抽出残渣法
により析出物のみを採取して定量化学分析を行い、鋼中
に含まれるWおよびMoの総量から抽出残渣量を差し引く
ことにより定量できる。
The amount of solid solution [W + Mo] can be determined, for example, by extracting only precipitates by the extraction residue method, performing quantitative chemical analysis, and subtracting the extraction residue amount from the total amount of W and Mo contained in the steel. .

【0059】0.9%を超える固溶[W+Mo」量は、前記
の製造条件によって確保できる。特に重要なのは焼戻し
温度を「Ac1点−50℃」からAc1点までの範囲にすること
である。この温度域よりも低温でも高温でも、固溶[W
+Mo」量は減少する。
An amount of solid solution [W + Mo] of more than 0.9% can be ensured by the above manufacturing conditions. It is particularly important that the tempering temperature be in the range from “Ac 1 point-50 ° C.” to Ac 1 point. The solid solution [W
+ Mo "amount decreases.

【0060】(4)平均結晶粒径:5μm以上、または150
μm以下 特に長時間クリープ強度を必要とする場合には、前記の
固溶[W+Mo]量を確保することともに、平均結晶粒径を
5μm以上とすることも必要である。低合金耐熱鋼にお
いては、平均結晶粒径が5μm未満になると、クリープ
強度が低下する。したがって、平均結晶粒径は5μm以
上にする必要がある。望ましくは20μm以上、さらに望
ましいのは40μm以上である。
(4) Average crystal grain size: 5 μm or more, or 150
μm or less Particularly when long-term creep strength is required, it is necessary to secure the above-mentioned solid solution [W + Mo] amount and to make the average crystal grain size 5 μm or more. In the low alloy heat resistant steel, when the average crystal grain size is less than 5 μm, the creep strength decreases. Therefore, the average crystal grain size needs to be 5 μm or more. It is preferably at least 20 μm, more preferably at least 40 μm.

【0061】図5は、後述の実施例の試験データを平均
粒径とクリープ強度との関係で整理した図である。図示
のとおり、結晶粒径が5μm以上、特に40μm以上の鋼
は高いクリープ強度を示している(詳細は実施例の表2
参照)。
FIG. 5 is a diagram in which test data of Examples described later are arranged in relation to the average particle size and the creep strength. As shown in the drawing, steel having a crystal grain size of 5 μm or more, particularly 40 μm or more shows high creep strength (for details, see Table 2 in Examples).
reference).

【0062】一方、低温靱性の向上のためには、細粒組
織の方がよい。平均結晶粒径が150μmを超えると靱性
が著しく悪化する。
On the other hand, to improve the low temperature toughness, a fine grain structure is better. If the average crystal grain size exceeds 150 μm, the toughness is remarkably deteriorated.

【0063】図6は、後述の実施例のデータを平均結晶
粒径と衝撃値との関係で整理した図である。粒径150μ
m以下、特に80μm以下で衝撃値が著しく高まることが
明らかである。従って、特に低温靱性を重視する場合に
は、平均結晶粒径は150μm以下、望ましくは100μm以
下とすべきである。なお、さらに望ましいのは80μm以
下である。
FIG. 6 is a diagram in which the data of the examples described later are arranged in relation to the average crystal grain size and the impact value. Particle size 150μ
It is clear that the impact value is significantly increased below m, especially below 80 μm. Therefore, especially when low temperature toughness is emphasized, the average crystal grain size should be 150 μm or less, preferably 100 μm or less. It is more preferable that the thickness be 80 μm or less.

【0064】前記のとおり、長時間クリープ強度を高め
るには平均結晶粒径は5μm以上であることが望まし
い。従って、長時間クリープ強度と低温靱性を兼備させ
るには平均結晶粒径を5〜150μm、望ましくは20〜100
μm、さらに望ましくは40〜80μmとすべきである。
As described above, the average crystal grain size is desirably 5 μm or more in order to increase the long-term creep strength. Therefore, in order to combine long-time creep strength and low-temperature toughness, the average crystal grain size is 5 to 150 μm, preferably 20 to 100 μm.
μm, and more preferably 40-80 μm.

【0065】(5)粒界上の固溶[W+Mo]量:0.4%以上 これは、特に低温靱性を重視する場合に備えるべき条件
である。
(5) The amount of solid solution [W + Mo] on the grain boundary: 0.4% or more This is a condition to be prepared especially when low-temperature toughness is emphasized.

【0066】図9に模式的に示すように、Cr含有低合金
の場合、粒界でCr、W、Mo、V等の濃度が局部的に減少
する欠乏層が形成される場合があり、このような欠乏層
は低温靱性の劣化をもたらす。
As schematically shown in FIG. 9, in the case of a Cr-containing low alloy, a deficient layer in which the concentration of Cr, W, Mo, V, etc. is locally reduced may be formed at the grain boundary. Such a depletion layer causes deterioration of low-temperature toughness.

【0067】図8は後述の実施例のデータを粒界上の固
溶[W+Mo]量と衝撃値の関係で整理したものである。
粒界上の固溶[W+Mo]が0.4%未満では衝撃値が著し
く低いことが分かる。従って、低温靱性を重視する場合
には粒界上の固溶[W+Mo]量を0.4%以上とするのが
望ましい。
FIG. 8 shows the data of the examples described below arranged according to the relationship between the amount of solid solution [W + Mo] on the grain boundaries and the impact value.
When the solid solution [W + Mo] on the grain boundaries is less than 0.4%, the impact value is remarkably low. Therefore, when low-temperature toughness is emphasized, the amount of solid solution [W + Mo] on the grain boundary is preferably set to 0.4% or more.

【0068】なお、粒界上の固溶[W+Mo]量とは、粒
界を挟んだ±0.5μmの範囲内での固溶[W+Mo]量の
平均値を意味し、例えば、透過電子顕微鏡のEDXを用
いて測定することができる。
The amount of solid solution [W + Mo] on the grain boundary means an average value of the amount of solid solution [W + Mo] within a range of ± 0.5 μm across the grain boundary. It can be measured using EDX.

【0069】上記のような粒界上の固溶[W+Mo]量の
制御は、焼戻しの時間および温度を鋼の組成に応じて調
整することにより実現できる。望ましい焼戻し条件は、
先に述べた「Ac1点−50℃」からAc1点までの範囲で、0.
5〜1時間保持することである。
The control of the amount of solid solution [W + Mo] on the grain boundaries as described above can be realized by adjusting the tempering time and temperature in accordance with the steel composition. Desirable tempering conditions are
In the range from `` Ac 1 point -50 ° C '' mentioned above to Ac 1 point, 0.
Hold for 5 to 1 hour.

【0070】[0070]

【実施例】1.試験方法 表1に示す化学組成の各鋼をそれぞれ50kg真空溶解炉で
溶解、鋳造して得たインゴットを1150〜950℃で鍛造
し、75〜85%の加工を加えて厚さ20mmの板とした。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Test method Ingots obtained by melting and casting each steel having the chemical composition shown in Table 1 in a 50 kg vacuum melting furnace were forged at 1150 to 950 ° C, and processed by 75 to 85% to form a 20 mm thick plate. did.

【0071】各鋼の熱処理条件は次のとおりである。The heat treatment conditions for each steel are as follows.

【0072】鋼No.1〜18: 焼ならし…昇温速度500℃/hで1,000〜1,100℃まで加
熱して30分保持した後、室温まで空冷。
Steel Nos. 1 to 18: Normalized: heated to 1,000 to 1,100 ° C. at a heating rate of 500 ° C./h, held for 30 minutes, and air-cooled to room temperature.

【0073】焼戻し…昇温速度500℃/hで750〜790℃
まで加熱して下記の焼戻しパラメータで求めた所定時間
保持した後、室温まで空冷。
Tempering: 750 to 790 ° C. at a heating rate of 500 ° C./h
After heating for a predetermined time determined by the following tempering parameters, air-cool to room temperature.

【0074】鋼7-1: 焼ならし…昇温速度1,000℃/hで1,050℃まで加熱して
30分保持した後、室温まで空冷。 焼戻し…昇温速度500℃/hで800℃(Ac1点+5℃)ま
で加熱して下記の焼戻しパラメータで求めた所定時間保
持した後、室温まで空冷。
Steel 7-1: Normalizing: heating to 1,050 ° C at a heating rate of 1,000 ° C / h
After holding for 30 minutes, air-cool to room temperature. Tempering: heating to 800 ° C. ( 1 point of Ac + 5 ° C.) at a heating rate of 500 ° C./h, holding for a predetermined time determined by the following tempering parameters, and then air cooling to room temperature.

【0075】鋼2-2および16-1: 焼ならし…昇温速度10,000℃/hで1,050℃まで加熱し
て30分保持した後、室温まで空冷。
Steels 2-2 and 16-1: Normalization: Heated at a heating rate of 10,000 ° C./h to 1,050 ° C., held for 30 minutes, and air-cooled to room temperature.

【0076】焼戻し…昇温速度500℃/hで650℃(Ac1
点−145℃)まで加熱して下記の焼戻しパラメータで求
めた所定時間保持した後、室温まで空冷。
Tempering: 650 ° C. (Ac 1
(−145 ° C.) and maintained for a predetermined time determined by the following tempering parameters, and then air-cooled to room temperature.

【0077】なお、焼戻し処理の保持時間は、焼戻しパ
ラメータ、TP[TP=(T+273)logt+20)。但し、T
は温度(℃)、tは時間(h)である]が21,000〜21,3
00の範囲になるように調整した。このようにして得られ
た各鋼板から抽出残渣採取用試験片、クリープ破断試験
片、シャルピー衝撃試験片、定荷重引張試験片を採取
し、以下の試験に供した。
The holding time of the tempering process is a tempering parameter, TP [TP = (T + 273) logt + 20). Where T
Is temperature (° C.) and t is time (h)] is 21,000 to 21,3
It was adjusted to be in the range of 00. From each of the steel sheets thus obtained, a test piece for extracting extraction residue, a creep rupture test piece, a Charpy impact test piece, and a constant load tensile test piece were sampled and subjected to the following tests.

【0078】(1)固溶[W+Mo]量の測定: 電解液:10%アセチルアセトン−メタノール溶液 電流密度:20 mA/cm2 溶解量:0.4g 上記の条件で採取した抽出残渣中のW含有量およびMo含
有量を析出量とし、鋼中のWおよびMoの合計量との差を
固溶Wおよび固溶Mo量とした。
(1) Measurement of solid solution [W + Mo] amount: Electrolyte solution: 10% acetylacetone-methanol solution Current density: 20 mA / cm 2 Dissolution amount: 0.4 g W content in extraction residue collected under the above conditions And the Mo content as the amount of precipitation, and the difference from the total amount of W and Mo in the steel was defined as the amount of solid solution W and the amount of solid solution Mo.

【0079】(2)高温引張試験…JIS G0567 試験片:φ6mm × GL 30mm 試験温度:575 ℃ (3)クリープ破断試験…JIS Z2272 試験片:φ6mm× GL 30 mm 試験温度:500〜650℃ 負荷応力:50〜350 MPa 以上の条件で、最長15,000時間までのデータを採取し、
575℃×100,000時間のクリープ破断強度の平均値を外挿
して求めた。さらに575℃で10,000時間の平均強度と100
時間の平均強度の差を求めて、長時間クリープ強度の安
定性を評価した。
(2) High temperature tensile test: JIS G0567 test piece: φ6 mm × GL 30 mm Test temperature: 575 ° C. (3) Creep rupture test: JIS Z2272 test piece: φ6 mm × GL 30 mm Test temperature: 500 to 650 ° C. Load stress : Under the condition of 50-350 MPa or more, data is collected up to 15,000 hours,
The average value of the creep rupture strength at 575 ° C. × 100,000 hours was extrapolated. In addition, the average strength of 10,000 hours at 575 ° C and 100
The difference in average strength over time was determined, and the stability of long-term creep strength was evaluated.

【0080】(4)シャルピー衝撃試験: 試験片:10mm×10mm×55mm、2mmVノッチ 試験温度:0℃ (5)粒界における固溶[W+Mo]濃度の測定:透過電子
顕微鏡によるEDX分析(エネルギー分散X線分析)で
測定した。粒界を挟んだ±0.5μmの範囲を0.1μmピッ
チで10点の点分析を行い、その中の[W+Mo]量の最小
値をもって固溶[W+Mo]濃度とした。
(4) Charpy impact test: Specimen: 10 mm × 10 mm × 55 mm, 2 mm V notch Test temperature: 0 ° C. (5) Measurement of solid solution [W + Mo] concentration at grain boundaries: EDX analysis by transmission electron microscope (energy dispersion) X-ray analysis). Ten points were analyzed at a pitch of 0.1 μm in a range of ± 0.5 μm across the grain boundary, and the minimum value of the amount of [W + Mo] therein was defined as the solid solution [W + Mo] concentration.

【0081】(6)粒径の測定:各鋼について100の旧オー
ステナイト粒の粒径を測定し、平均値で評価した。 2.試験結果 試験結果を表2に示す。試験結果を要約すれば次のとお
りである。
(6) Measurement of grain size: The grain size of 100 prior austenite grains was measured for each steel and evaluated by the average value. 2. Test results Table 2 shows the test results. The test results are summarized below.

【0082】(1)表1に示す全ての鋼の化学組成は、本
発明で定める範囲内にある。そして、その中の幾つか
は、下記の条件〜の一つまたは二つ以上を満たす。
(1) The chemical compositions of all the steels shown in Table 1 are within the range defined by the present invention. Some of them satisfy one or more of the following conditions.

【0083】条件…ベイナイトのラス幅、マルテンサ
イトのラス幅、およびフェライト亜結晶の粒径の平均が
3μm以下であること。
Conditions: Average of lath width of bainite, lath width of martensite, and grain size of ferrite subcrystal are 3 μm or less.

【0084】条件…固溶[W+Mo]が0.9%を超え、
かつ平均粒径が5μm以上であること。
Conditions: Solid solution [W + Mo] exceeds 0.9%,
And the average particle size is 5 μm or more.

【0085】条件…粒界上の固溶[W+Mo]が0.4%
以上、かつ平均粒径が150μm以下であること。
Conditions: 0.4% of solid solution [W + Mo] on grain boundaries
And the average particle size is 150 μm or less.

【0086】(2)鋼No.2-2と16-1以外の鋼は全て条件
を満たすので、575℃で400MPaを超える特に高い高温強
度を有している。
(2) Since steels other than steel Nos. 2-2 and 16-1 all satisfy the conditions, they have particularly high high-temperature strength exceeding 400 MPa at 575 ° C.

【0087】(3)条件を満たす鋼(鋼No.1,2,3〜
7,8〜11,14,16および17)は575℃×100,000時間の
平均強度が100MPaを超える。即ち、特に高いクリープ強
度を有している。また、575℃×100時間のクリープ破断
強度と、575℃×10,000時間のクリープ破断強度との差
が90MPa以下で、長時間クリープ強度がきわめて安定で
ある。
(3) Steel satisfying the conditions (Steel Nos. 1, 2, 3 to
7,8-11,14,16 and 17) have an average strength at 575 ° C x 100,000 hours exceeding 100 MPa. That is, it has a particularly high creep strength. Further, the difference between the creep rupture strength at 575 ° C. × 100 hours and the creep rupture strength at 575 ° C. × 10,000 hours is 90 MPa or less, and the long-term creep strength is extremely stable.

【0088】(4)条件を満たす鋼(No.14,16および1
7以外の鋼)は、条件を満たさないNo.14,16および1
7の鋼よりも優れた衝撃特性(250J/cm2以上の衝撃値)
を有する。
(4) Steel satisfying the conditions (Nos. 14, 16, and 1)
Steels other than 7) are No. 14, 16 and 1
Impact properties superior to steel No. 7 (impact value of 250 J / cm 2 or more)
Having.

【0089】(5)条件〜の全てを満たす鋼No.1,
2,3〜7,8〜12および15は高温強度、長時間クリー
プ強度および低温靱性の全てにおいて著しく優れてい
る。
(5) Steel No. 1, which satisfies all of conditions 1 to
2,3-7,8-12 and 15 are remarkably excellent in all of high-temperature strength, long-term creep strength and low-temperature toughness.

【0090】[0090]

【表1】 [Table 1]

【表2】 [Table 2]

【発明の効果】実施例の試験結果から明らかなように、
本発明の鋼は、合金成分の適切な含有によって、耐熱材
料として優れた総合特性を持っている。その上で、高温
強度、長時間クリープ強度または/および低温靱性が特
に大きく改善されている。
As is clear from the test results of the examples,
The steel of the present invention has excellent overall properties as a heat-resistant material due to the proper content of alloy components. In addition, high-temperature strength, long-term creep strength and / or low-temperature toughness are particularly greatly improved.

【0091】本発明鋼はCr含有量が1.5〜3%の安価な低
合金鋼でありながら、上記の優れた特性を有するので、
オーステナイト系耐熱鋼や高Cr耐熱鋼に代えて使用する
ことができる。
Since the steel of the present invention is an inexpensive low alloy steel having a Cr content of 1.5 to 3%, it has the above-mentioned excellent properties.
It can be used in place of austenitic heat resistant steel or high Cr heat resistant steel.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ラス幅(および亜結晶粒径)の平均値と、高温
強度との関係を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the average value of lath width (and subcrystal grain size) and high-temperature strength.

【図2】固溶[W+Mo]量と、クリープ強度との関係を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the amount of solid solution [W + Mo] and creep strength.

【図3】Mn含有量とクリープ強度との関係を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between Mn content and creep strength.

【図4】Mn含有量と固溶[W+Mo]量との関係を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the Mn content and the amount of solid solution [W + Mo].

【図5】平均結晶粒径とクリープ強度との関係を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an average crystal grain size and creep strength.

【図6】平均結晶粒径とシャルピー衝撃特性との関係を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the average crystal grain size and the Charpy impact characteristics.

【図7】N含有量と平均結晶粒径との関係を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between N content and average crystal grain size.

【図8】粒界の固溶[W+Mo]濃度と衝撃値の関係を示
す図である。
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a solid solution [W + Mo] concentration at a grain boundary and an impact value.

【図9】結晶粒界のW、Moの濃度分布を模式的に示す図
である。
FIG. 9 is a diagram schematically showing the distribution of W and Mo concentrations at the crystal grain boundaries.

【図10】本発明鋼の金属組織の一例を説明するミクロ
組織図である。
FIG. 10 is a microstructure diagram illustrating an example of a metal structure of the steel of the present invention.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】質量%で、C:0.03〜0.15%、Si:0.7%
以下、Mn:0.7%以下、Cr:1.5〜3%、Mo:0.01〜0.5
%、W:1〜3%、V:0.05〜0.35%、Nb:0.01〜0.1
%、N:0.002〜0.03%、B:0.0001〜0.02%、Al:0.0
3%以下、Ti:0.05%以下、Ni:0.8%以下、Cu:0.5%
以下、Mg:0.05%以下、Ca:0.05%以下、Zr:0.05%以
下を含み、残部はFe及び不純物からなり、ベイナイトの
ラス幅、マルテンサイトのラス幅およびフェライト亜結
晶粒の粒径の平均が3μm以下であることを特徴とする
高温強度に優れた低合金耐熱鋼。
C .: 0.03 to 0.15%, Si: 0.7% by mass%
Mn: 0.7% or less, Cr: 1.5 to 3%, Mo: 0.01 to 0.5
%, W: 1 to 3%, V: 0.05 to 0.35%, Nb: 0.01 to 0.1
%, N: 0.002 to 0.03%, B: 0.0001 to 0.02%, Al: 0.0
3% or less, Ti: 0.05% or less, Ni: 0.8% or less, Cu: 0.5%
Hereinafter, Mg: 0.05% or less, Ca: 0.05% or less, Zr: 0.05% or less, the balance being Fe and impurities, the average of lath width of bainite, lath width of martensite, and grain size of ferrite subcrystal grains. Is a low alloy heat-resistant steel excellent in high-temperature strength, having a diameter of 3 μm or less.
【請求項2】質量%で、C:0.03〜0.15%、Si:0.7%
以下、Mn:0.7%以下、Cr:1.5〜3%、Mo:0.01〜0.5
%、W:1〜3%、V:0.05〜0.35%、Nb:0.01〜0.1
%、N:0.002〜0.03%、B:0.0001〜0.02%、Al:0.0
3%以下、Ti:0.05%以下、Ni:0.8%以下、Cu:0.5%
以下、Mg:0.05%以下、Ca:0.05%以下、Zr:0.05%以
下を含み、残部はFe及び不純物からなり、固溶[W+M
o]が0.9%を超え、かつ平均結晶粒径が5μm以上であ
る長時間クリープ強度に優れた低合金耐熱鋼。
2. C: 0.03 to 0.15%, Si: 0.7% by mass%
Mn: 0.7% or less, Cr: 1.5 to 3%, Mo: 0.01 to 0.5
%, W: 1 to 3%, V: 0.05 to 0.35%, Nb: 0.01 to 0.1
%, N: 0.002 to 0.03%, B: 0.0001 to 0.02%, Al: 0.0
3% or less, Ti: 0.05% or less, Ni: 0.8% or less, Cu: 0.5%
Hereinafter, Mg: 0.05% or less, Ca: 0.05% or less, Zr: 0.05% or less, the balance is composed of Fe and impurities, and solid solution [W + M
o] is more than 0.9% and the average crystal grain size is 5 μm or more.
【請求項3】質量%で、C:0.03〜0.15%、Si:0.7%
以下、Mn:0.7%以下、Cr:1.5〜3%、Mo:0.01〜0.5
%、W:1〜3%、V:0.05〜0.35%、Nb:0.01〜0.1
%、N:0.002〜0.03%、B:0.0001〜0.02%、Al:0.0
3%以下、Ti:0.05%以下、Ni:0.8%以下、Cu:0.5%
以下、Mg:0.05%以下、Ca:0.05%以下、Zr:0.05%以
下を含み、残部はFe及び不純物からなり、粒界上の固溶
[W+Mo]が0.4質量%以上で、かつ平均結晶粒径が150
μm以下である低温靱性に優れた低合金耐熱鋼。
3. C .: 0.03 to 0.15%, Si: 0.7% by mass%
Mn: 0.7% or less, Cr: 1.5 to 3%, Mo: 0.01 to 0.5
%, W: 1 to 3%, V: 0.05 to 0.35%, Nb: 0.01 to 0.1
%, N: 0.002 to 0.03%, B: 0.0001 to 0.02%, Al: 0.0
3% or less, Ti: 0.05% or less, Ni: 0.8% or less, Cu: 0.5%
Hereinafter, Mg: 0.05% or less, Ca: 0.05% or less, Zr: 0.05% or less, the balance is composed of Fe and impurities, the solid solution [W + Mo] on the grain boundary is 0.4% by mass or more, and the average crystal grain Diameter 150
Low alloy heat resistant steel with excellent low temperature toughness of less than μm.
【請求項4】質量%で、C:0.03〜0.15%、Si:0.7%
以下、Mn:0.7%以下、Cr:1.5〜3%、Mo:0.01〜0.5
%、W:1〜3%、V:0.05〜0.35%、Nb:0.01〜0.1
%、N:0.002〜0.03%、B:0.0001〜0.02%、Al:0.0
3%以下、Ti:0.05%以下、Ni:0.8%以下、Cu:0.5%
以下、Mg:0.05%以下、Ca:0.05%以下、Zr:0.05%以
下を含み、残部はFe及び不純物からなり、ベイナイトの
ラス幅、マルテンサイトのラス幅およびフェライト亜結
晶粒の粒径の平均が3μm以下であること、ならびに固
溶[W+Mo]が0.9%を超え、かつ平均結晶粒径が5μ
m以上であることを特徴とする高温強度および長時間ク
リープ強度に優れた低合金耐熱鋼。
4. In mass%, C: 0.03 to 0.15%, Si: 0.7%
Mn: 0.7% or less, Cr: 1.5 to 3%, Mo: 0.01 to 0.5
%, W: 1 to 3%, V: 0.05 to 0.35%, Nb: 0.01 to 0.1
%, N: 0.002 to 0.03%, B: 0.0001 to 0.02%, Al: 0.0
3% or less, Ti: 0.05% or less, Ni: 0.8% or less, Cu: 0.5%
Hereinafter, Mg: 0.05% or less, Ca: 0.05% or less, Zr: 0.05% or less, the balance is composed of Fe and impurities, and the average of the lath width of bainite, the lath width of martensite, and the grain size of ferrite subcrystal grains. Is not more than 3 μm, the solid solution [W + Mo] exceeds 0.9%, and the average crystal grain size is 5 μm.
m, which is excellent in high-temperature strength and long-term creep strength.
【請求項5】質量%で、C:0.03〜0.15%、Si:0.7%
以下、Mn:0.7%以下、Cr:1.5〜3%、Mo:0.01〜0.5
%、W:1〜3%、V:0.05〜0.35%、Nb:0.01〜0.1
%、N:0.002〜0.03%、B:0.0001〜0.02%、Al:0.0
3%以下、Ti:0.05%以下、Ni:0.8%以下、Cu:0.5%
以下、Mg:0.05%以下、Ca:0.05%以下、Zr:0.05%以
下を含み、残部はFe及び不純物からなり、ベイナイトの
ラス幅、マルテンサイトのラス幅およびフェライト亜結
晶粒の粒径の平均が3μm以下であること、ならびに粒
界上の固溶[W+Mo]が0.4質量%以上で、かつ平均結
晶粒径が150μm以下である高温強度および低温靱性に
優れた低合金耐熱鋼。
5. C: 0.03 to 0.15%, Si: 0.7% by mass%
Mn: 0.7% or less, Cr: 1.5 to 3%, Mo: 0.01 to 0.5
%, W: 1 to 3%, V: 0.05 to 0.35%, Nb: 0.01 to 0.1
%, N: 0.002 to 0.03%, B: 0.0001 to 0.02%, Al: 0.0
3% or less, Ti: 0.05% or less, Ni: 0.8% or less, Cu: 0.5%
Hereinafter, Mg: 0.05% or less, Ca: 0.05% or less, Zr: 0.05% or less, the balance is composed of Fe and impurities, and the average of the lath width of bainite, the lath width of martensite, and the grain size of ferrite subcrystal grains. Low-alloy heat-resistant steel excellent in high-temperature strength and low-temperature toughness, having a solid solution [W + Mo] of 0.4% by mass or more and an average crystal grain size of 150 μm or less.
【請求項6】質量%で、C:0.03〜0.15%、Si:0.7%
以下、Mn:0.7%以下、Cr:1.5〜3%、Mo:0.01〜0.5
%、W:1〜3%、V:0.05〜0.35%、Nb:0.01〜0.1
%、N:0.002〜0.03%、B:0.0001〜0.02%、Al:0.0
3%以下、Ti:0.05%以下、Ni:0.8%以下、Cu:0.5%
以下、Mg:0.05%以下、Ca:0.05%以下、Zr:0.05%以
下を含み、残部はFe及び不純物からなり、固溶[W+M
o]が0.9%を超え、かつ平均結晶粒径が5μm以上、15
0μm以下であること、および粒界上の固溶[W+Mo]
が0.4質量%以上であることを特徴とする長時間クリー
プ強度および低温靱性に優れた低合金耐熱鋼。
6. In mass%, C: 0.03 to 0.15%, Si: 0.7%
Mn: 0.7% or less, Cr: 1.5 to 3%, Mo: 0.01 to 0.5
%, W: 1 to 3%, V: 0.05 to 0.35%, Nb: 0.01 to 0.1
%, N: 0.002 to 0.03%, B: 0.0001 to 0.02%, Al: 0.0
3% or less, Ti: 0.05% or less, Ni: 0.8% or less, Cu: 0.5%
Hereinafter, Mg: 0.05% or less, Ca: 0.05% or less, Zr: 0.05% or less, the balance is composed of Fe and impurities, and solid solution [W + M
o] is more than 0.9% and the average crystal grain size is
0 μm or less, and solid solution on grain boundaries [W + Mo]
Is a low alloy heat-resistant steel excellent in long-term creep strength and low-temperature toughness characterized by having a content of 0.4 mass% or more.
【請求項7】質量%で、C:0.03〜0.15%、Si:0.7%
以下、Mn:0.7%以下、Cr:1.5〜3%、Mo:0.01〜0.5
%、W:1〜3%、V:0.05〜0.35%、Nb:0.01〜0.1
%、N:0.002〜0.03%、B:0.0001〜0.02%、Al:0.0
3%以下、Ti:0.05%以下、Ni:0.8%以下およびCu:0.
5%以下の1種または2種、Mg:0.05%以下、Ca:0.05
%以下、Zr:0.05%以下を含み、残部はFe及び不純物か
らなり、ベイナイトのラス幅、マルテンサイトのラス幅
およびフェライト亜結晶粒の粒径の平均が3μm以下で
あること、固溶[W+Mo]が0.9%を超え、かつ平均結
晶粒径が5μm以上、150μm以下であること、および
粒界上の固溶[W+Mo]が0.4質量%以上で、かつ平均
結晶粒径がであることを特徴とする高温強度、長時間ク
リープ強度および低温靱性に優れた低合金耐熱鋼。
7. In mass%, C: 0.03 to 0.15%, Si: 0.7%
Mn: 0.7% or less, Cr: 1.5 to 3%, Mo: 0.01 to 0.5
%, W: 1 to 3%, V: 0.05 to 0.35%, Nb: 0.01 to 0.1
%, N: 0.002 to 0.03%, B: 0.0001 to 0.02%, Al: 0.0
3% or less, Ti: 0.05% or less, Ni: 0.8% or less, and Cu: 0.
One or two kinds of 5% or less, Mg: 0.05% or less, Ca: 0.05
%, Zr: 0.05% or less, the balance being Fe and impurities, the average of the lath width of bainite, the lath width of martensite, and the grain size of ferrite sub-crystal grains being 3 μm or less, solid solution [W + Mo ] Is more than 0.9%, the average crystal grain size is 5 μm or more and 150 μm or less, the solid solution [W + Mo] on the grain boundary is 0.4 mass% or more, and the average crystal grain size is Low-alloy heat-resistant steel with excellent high-temperature strength, long-term creep strength and low-temperature toughness.
【請求項8】質量%で、C:0.03〜0.15%、Si:0.7%
以下、Mn:0.7%以下、Cr:1.5〜3%、Mo:0.01〜0.5
%、W:1〜3%、V:0.05〜0.35%、Nb:0.01〜0.1
%、N:0.002〜0.03%、B:0.0001〜0.02%、Al:0.0
3%以下、Ti:0.05%以下、Ni:0.8%以下、Cu:0.5%
以下、Mg:0.05%以下、Ca:0.05%以下、Zr:0.05%以
下を含み、残部はFe及び不純物からなる鋼をオーステナ
イト温度域で加工した後、300℃以下に冷却し、その後
1,000℃/h以下の昇温速度でオーステナイト温度域ま
で加熱して焼ならしを行い、次いで1,000℃/h以下の
昇温速度で「Ac1点−50℃」からAc1点までの温度域に加
熱して焼戻しすることを特徴とする請求項1から7まで
のいずれかに記載の耐熱鋼の製造方法。
8. In mass%, C: 0.03 to 0.15%, Si: 0.7%
Mn: 0.7% or less, Cr: 1.5 to 3%, Mo: 0.01 to 0.5
%, W: 1 to 3%, V: 0.05 to 0.35%, Nb: 0.01 to 0.1
%, N: 0.002 to 0.03%, B: 0.0001 to 0.02%, Al: 0.0
3% or less, Ti: 0.05% or less, Ni: 0.8% or less, Cu: 0.5%
Hereinafter, Mg: 0.05% or less, Ca: 0.05% or less, Zr: 0.05% or less, the remainder is made of steel composed of Fe and impurities in an austenite temperature range, and then cooled to 300 ° C or less, and then
Heating is performed at a heating rate of 1,000 ° C / h or less to the austenite temperature range, and then, at a heating rate of 1,000 ° C / h or less, a temperature range from “Ac 1 point-50 ° C” to Ac 1 point. The method for producing a heat-resistant steel according to any one of claims 1 to 7, wherein the tempering is performed by heating the steel.
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