JP2002235154A - 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼材 - Google Patents
高Ｃｒフェライト系耐熱鋼材Info
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- JP2002235154A JP2002235154A JP2001030701A JP2001030701A JP2002235154A JP 2002235154 A JP2002235154 A JP 2002235154A JP 2001030701 A JP2001030701 A JP 2001030701A JP 2001030701 A JP2001030701 A JP 2001030701A JP 2002235154 A JP2002235154 A JP 2002235154A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】６２５℃以上の高温蒸気下の使用に耐える高温
長時間クリープ強度と靭性に優れた高Ｃｒフェライト系
耐熱鋼の提供。 【解決手段】質量％で、Ｃｒ：８〜１３％、Ｖ：０．０
５〜０．５％、Ｎｂ：０．００２〜０．２％、Ｂ：０．
０００１〜０．０１％を含有し、金属組織がδフェライ
トとマルテンサイトとからなり、δフェライト量と鋼中
のＮ量とが、下記式を満足している高Ｃｒフェライト系
耐熱鋼材。 （δフェライト量）２ ＋（２３０×Ｎ量）２−１４
０＜０
長時間クリープ強度と靭性に優れた高Ｃｒフェライト系
耐熱鋼の提供。 【解決手段】質量％で、Ｃｒ：８〜１３％、Ｖ：０．０
５〜０．５％、Ｎｂ：０．００２〜０．２％、Ｂ：０．
０００１〜０．０１％を含有し、金属組織がδフェライ
トとマルテンサイトとからなり、δフェライト量と鋼中
のＮ量とが、下記式を満足している高Ｃｒフェライト系
耐熱鋼材。 （δフェライト量）２ ＋（２３０×Ｎ量）２−１４
０＜０
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高Ｃｒフェライト
系耐熱鋼材に係わり、さらに詳しくはボイラ、原子力発
電設備および化学工業設備などの高温、高圧環境下で使
用される熱交換用鋼管、圧力容器用鋼板、タービン材料
等に適した高温長時間クリープ強度に優れた高Ｃｒフェ
ライト系耐熱鋼材に関する。
系耐熱鋼材に係わり、さらに詳しくはボイラ、原子力発
電設備および化学工業設備などの高温、高圧環境下で使
用される熱交換用鋼管、圧力容器用鋼板、タービン材料
等に適した高温長時間クリープ強度に優れた高Ｃｒフェ
ライト系耐熱鋼材に関する。
【０００２】
【従来の技術】ボイラ、原子力発電設備および化学工業
設備等の高温、高圧環境で使用される耐熱鋼には、一般
に高温における強度、耐食性、耐酸化性および靭性等が
要求される。
設備等の高温、高圧環境で使用される耐熱鋼には、一般
に高温における強度、耐食性、耐酸化性および靭性等が
要求される。
【０００３】これらの用途には、従来ＪＩＳのＳＵＳ３
２１Ｈ、ＳＵＳ３４７Ｈ鋼などのオーステナイト系ステ
ンレス鋼、２・１／４Ｃｒ-１Ｍｏ鋼などの低合金鋼、
さらには９〜１２Ｃｒ系の高Ｃｒフェライト鋼が用いら
れてきた。なかでも、高Ｃｒフェライト鋼は５００℃〜
６５０℃の温度において、強度および耐食性の点で低合
金鋼よりも優れている。また、高Ｃｒフェライト鋼は、
オーステナイト系ステンレス鋼に比べて安価であるこ
と、熱伝導率が高く、かつ熱膨張率が小さいが故に耐熱
疲労特性やスケール剥離が起こりにくいこと、さらには
応力腐食割れを起こさないことなど数々の利点がある。
２１Ｈ、ＳＵＳ３４７Ｈ鋼などのオーステナイト系ステ
ンレス鋼、２・１／４Ｃｒ-１Ｍｏ鋼などの低合金鋼、
さらには９〜１２Ｃｒ系の高Ｃｒフェライト鋼が用いら
れてきた。なかでも、高Ｃｒフェライト鋼は５００℃〜
６５０℃の温度において、強度および耐食性の点で低合
金鋼よりも優れている。また、高Ｃｒフェライト鋼は、
オーステナイト系ステンレス鋼に比べて安価であるこ
と、熱伝導率が高く、かつ熱膨張率が小さいが故に耐熱
疲労特性やスケール剥離が起こりにくいこと、さらには
応力腐食割れを起こさないことなど数々の利点がある。
【０００４】近年、火力発電において熱効率の一層の向
上を図るため、ボイラーの蒸気条件の高温高圧化が進め
られている。すなわち、超臨界圧条件である５３８℃、
２４６気圧から、将来は６２５℃で３００気圧というよ
うな超々臨界圧条件での操業が計画されている。このよ
うな蒸気条件の変化に伴い、ボイラ用鋼管等に対する要
求性能は、ますます過酷化してきている。そのため、従
来の高Ｃｒフェライト鋼では上記のような高温における
長時間クリープ強度に対して充分に応えることができな
い状況に至っている。
上を図るため、ボイラーの蒸気条件の高温高圧化が進め
られている。すなわち、超臨界圧条件である５３８℃、
２４６気圧から、将来は６２５℃で３００気圧というよ
うな超々臨界圧条件での操業が計画されている。このよ
うな蒸気条件の変化に伴い、ボイラ用鋼管等に対する要
求性能は、ますます過酷化してきている。そのため、従
来の高Ｃｒフェライト鋼では上記のような高温における
長時間クリープ強度に対して充分に応えることができな
い状況に至っている。
【０００５】オーステナイト系ステンレス鋼は上記のよ
うな過酷な条件に応えることができる性能を備えている
が高価である。そのためオーステナイト系ステンレス鋼
に比べて安価な高Ｃｒフェライト鋼を使用すべく、その
特性改善の試みがなされている。
うな過酷な条件に応えることができる性能を備えている
が高価である。そのためオーステナイト系ステンレス鋼
に比べて安価な高Ｃｒフェライト鋼を使用すべく、その
特性改善の試みがなされている。
【０００６】特開平８−１５８０２２号、特開平７-２
８６２４６号、特開平８-８５８５０号、特開平９−７
１８４５号、特開平９-７１８４６号の各公報には、超
々臨界圧条件用鋼としてＶやＮｂにより析出強化された
耐熱鋼が開示されているが、長時間クリープ強度が低下
するという問題が大きい。
８６２４６号、特開平８-８５８５０号、特開平９−７
１８４５号、特開平９-７１８４６号の各公報には、超
々臨界圧条件用鋼としてＶやＮｂにより析出強化された
耐熱鋼が開示されているが、長時間クリープ強度が低下
するという問題が大きい。
【０００７】火力発電ボイラ等の蒸気条件が前記した超
々臨界圧条件での高Ｃｒフェライト鋼の使用に対して
は、さらなるクリープ強度の向上が必要であり、そのた
めには焼戻し軟化抵抗を高めマルテンサイト組織の回復
軟化現象ができるだけ高温長時間経過後に生じるよう遅
らせることが重要である。
々臨界圧条件での高Ｃｒフェライト鋼の使用に対して
は、さらなるクリープ強度の向上が必要であり、そのた
めには焼戻し軟化抵抗を高めマルテンサイト組織の回復
軟化現象ができるだけ高温長時間経過後に生じるよう遅
らせることが重要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、６２
５℃以上の高温蒸気下の使用に耐える高温長時間クリー
プ強度に優れた高Ｃｒフェライト系耐熱鋼材を提供する
ことにある。
５℃以上の高温蒸気下の使用に耐える高温長時間クリー
プ強度に優れた高Ｃｒフェライト系耐熱鋼材を提供する
ことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、Ｖおよび
Ｎｂの炭窒化物で析出強化した高Ｃｒフェライト鋼に着
目し、析出物を有効に活用して高温で長時間使用しても
クリープ強度が低下しない耐熱鋼材を開発するため、鋭
意実験、検討した結果以下の知見を得るに至った。
Ｎｂの炭窒化物で析出強化した高Ｃｒフェライト鋼に着
目し、析出物を有効に活用して高温で長時間使用しても
クリープ強度が低下しない耐熱鋼材を開発するため、鋭
意実験、検討した結果以下の知見を得るに至った。
【００１０】ａ）高温長時間クリープ強度はδフェライ
ト量とＮ含有量により大きく影響される。 ｂ）δフェライトが増加すると、焼きならし後の冷却中
にＶ、Ｎｂの窒化物がδフェライト中に粗大に析出する
ため、強度に寄与するＶ、Ｎｂが減少する。特に焼きな
らし時の冷却速度が遅い大型部材の場合は顕著である。
ト量とＮ含有量により大きく影響される。 ｂ）δフェライトが増加すると、焼きならし後の冷却中
にＶ、Ｎｂの窒化物がδフェライト中に粗大に析出する
ため、強度に寄与するＶ、Ｎｂが減少する。特に焼きな
らし時の冷却速度が遅い大型部材の場合は顕著である。
【００１１】ｃ）δフェライト量が多い場合は、Ｎ含有
量を低減しδフェライト中に析出する粗大析出物を少な
くする必要があるが、δフェライト量が少ない場合はあ
る程度のＮの含有は許容される。すなわち、下記式を満
足するようにδフェライト量とＮ量とを調整すれば高温
長時間クリープ強度が改善される。
量を低減しδフェライト中に析出する粗大析出物を少な
くする必要があるが、δフェライト量が少ない場合はあ
る程度のＮの含有は許容される。すなわち、下記式を満
足するようにδフェライト量とＮ量とを調整すれば高温
長時間クリープ強度が改善される。
【００１２】（δフェライト量）２ ＋（２３０×Ｎ
量）２−１４０＜０ 本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その
要旨は以下の通りである。
量）２−１４０＜０ 本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その
要旨は以下の通りである。
【００１３】（１）質量％で、Ｃ：０．０1〜０．１５
％、Ｓｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．００５〜１．５
％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃ
ｒ：８〜１３％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｎｂ：０．
００２〜０．２％、Ｂ：０．０００１〜０．０１％、so
l.Ａｌ：０．００１〜０．０５％、Ｎ：０．０５％以下
を含み、さらにＭｏ：０．０１〜２．５％、Ｗ：０．０
２〜５％のうちの１種または２種およびＣｏ：０．０１
〜６％、Ｎｉ：０．０１〜１％、Ｃｕ：０．０１〜２％
のうちに１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物か
らなり、鋼中のδフェライト量とＮ量とが下記式を満足
している高Ｃｒフェライト系耐熱鋼材。
％、Ｓｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．００５〜１．５
％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃ
ｒ：８〜１３％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｎｂ：０．
００２〜０．２％、Ｂ：０．０００１〜０．０１％、so
l.Ａｌ：０．００１〜０．０５％、Ｎ：０．０５％以下
を含み、さらにＭｏ：０．０１〜２．５％、Ｗ：０．０
２〜５％のうちの１種または２種およびＣｏ：０．０１
〜６％、Ｎｉ：０．０１〜１％、Ｃｕ：０．０１〜２％
のうちに１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物か
らなり、鋼中のδフェライト量とＮ量とが下記式を満足
している高Ｃｒフェライト系耐熱鋼材。
【００１４】（δフェライト量）２ ＋（２３０×Ｎ
量）２−１４０＜０ ここで、δフェライト量は体積％、Ｎ量は質量％を示す （２）Ｆｅの一部に代えて、Ｔａ：０．００２〜０．２
％、Ｔｉ：０．００１〜０．１％、Ｎｄ：０．００１〜
０．２％のうちの一種以上を含有する上記（１）に記載
の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼材。
量）２−１４０＜０ ここで、δフェライト量は体積％、Ｎ量は質量％を示す （２）Ｆｅの一部に代えて、Ｔａ：０．００２〜０．２
％、Ｔｉ：０．００１〜０．１％、Ｎｄ：０．００１〜
０．２％のうちの一種以上を含有する上記（１）に記載
の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼材。
【００１５】（３）Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ：０．０
２％以下、Ｌａ：０．２％以下、Ｃｅ：０．２％以下、
Ｙ：０．２％以下、Ｈｆ：０．２％以下のうちの一種以
上を含有する上記（１）または（２）に記載の高Ｃｒフ
ェライト系耐熱鋼材。
２％以下、Ｌａ：０．２％以下、Ｃｅ：０．２％以下、
Ｙ：０．２％以下、Ｈｆ：０．２％以下のうちの一種以
上を含有する上記（１）または（２）に記載の高Ｃｒフ
ェライト系耐熱鋼材。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳細に説明する。なお、化学組成の％表示は質量％を示
す。
詳細に説明する。なお、化学組成の％表示は質量％を示
す。
【００１７】ａ）化学組成 Ｃ：０．０１〜０．１５％ Ｃは、オーステナイト安定化元素として組織を安定化す
るとともにＭＣ（Ｍは合金元素）炭化物を形成、クリー
プ強度の向上に寄与する。しかし０．０１％以下では上
記の効果が得られない上、δフェライト量が多くなり充
分なクリープ強度を得ることができない。一方、０．１
５％を超えて多量に含有させると加工性や溶接性を劣化
させるとともに、使用時の初期から炭化物の凝集粗大化
が起こり、長時間クリープ強度の低下を招くため含有量
の上限を０．１５％とした。望ましくは０．０６％〜
０．１２％である。
るとともにＭＣ（Ｍは合金元素）炭化物を形成、クリー
プ強度の向上に寄与する。しかし０．０１％以下では上
記の効果が得られない上、δフェライト量が多くなり充
分なクリープ強度を得ることができない。一方、０．１
５％を超えて多量に含有させると加工性や溶接性を劣化
させるとともに、使用時の初期から炭化物の凝集粗大化
が起こり、長時間クリープ強度の低下を招くため含有量
の上限を０．１５％とした。望ましくは０．０６％〜
０．１２％である。
【００１８】Ｓｉ：０．０１〜１％ Ｓｉは、溶鋼の脱酸剤として有効である。さらに、Ｓｉ
は高温における耐水蒸気酸化特性の向上に対して有効で
あるが、１％を超えて多量に含有させると靭性の劣化、
クリープ強度の低下が著しいため含有させる場合の上限
を１％とした。上記効果を充分得るには０．０１％以上
とするのが好ましい。特に耐水蒸気酸化を重視する場合
にはＳｉ量の下限は０．１％とするのが望ましい。
は高温における耐水蒸気酸化特性の向上に対して有効で
あるが、１％を超えて多量に含有させると靭性の劣化、
クリープ強度の低下が著しいため含有させる場合の上限
を１％とした。上記効果を充分得るには０．０１％以上
とするのが好ましい。特に耐水蒸気酸化を重視する場合
にはＳｉ量の下限は０．１％とするのが望ましい。
【００１９】Ｍｎ：０．０５〜１．５％ Ｍｎは、脱酸およびＳを固定する元素として有効で、オ
ーステナイト安定化元素としても寄与する。それらの効
果を得るためには０．０５％以上含有させる必要である
が、１．５％を超えるとクリープ強度の低下を招く。し
たがって、Ｍｎ含有量は０．０５〜１．５％とした。
ーステナイト安定化元素としても寄与する。それらの効
果を得るためには０．０５％以上含有させる必要である
が、１．５％を超えるとクリープ強度の低下を招く。し
たがって、Ｍｎ含有量は０．０５〜１．５％とした。
【００２０】Ｐ：０．０３％以下およびＳ：０．０１５
％以下 不純物ＰおよびＳは、熱間加工性、溶接性および靭性の
観点からは低い方が望ましいが、それぞれ０．０３％、
０．０１５％までであれば本発明鋼の特性に直接影響し
ないため、上限をそれぞれ０．０３％および０．０１５
％とした。
％以下 不純物ＰおよびＳは、熱間加工性、溶接性および靭性の
観点からは低い方が望ましいが、それぞれ０．０３％、
０．０１５％までであれば本発明鋼の特性に直接影響し
ないため、上限をそれぞれ０．０３％および０．０１５
％とした。
【００２１】Ｃｒ：８〜１３％ Ｃｒは、本発明鋼の高温における耐食性や耐酸化性、特
に耐水蒸気酸化特性を確保するために不可欠な元素であ
る。さらには炭化物を形成してクリープ強度を向上させ
る。その他、Ｃｒ主体の緻密な酸化被膜を形成して耐食
性および耐酸化性を向上させる作用があり、それらの効
果を得るためには８％以上とする必要がある。しかし多
量に含有させると靭性の劣化をもたらすと共に、長時間
クリープ強度の低下を招くため上限を１５％とした。望
ましくは９〜１２％である。
に耐水蒸気酸化特性を確保するために不可欠な元素であ
る。さらには炭化物を形成してクリープ強度を向上させ
る。その他、Ｃｒ主体の緻密な酸化被膜を形成して耐食
性および耐酸化性を向上させる作用があり、それらの効
果を得るためには８％以上とする必要がある。しかし多
量に含有させると靭性の劣化をもたらすと共に、長時間
クリープ強度の低下を招くため上限を１５％とした。望
ましくは９〜１２％である。
【００２２】Ｖ：０．０５〜０．５％ Ｖは、固溶強化および微細な炭窒化物を形成してクリー
プ強度の向上に寄与する。その効果を発揮させるために
は０．０５％以上とする必要があり、０．５％を超えて
含有させるとクリープ強度が低下する。したがって、Ｖ
含有量は０．０１〜０．５％とした。
プ強度の向上に寄与する。その効果を発揮させるために
は０．０５％以上とする必要があり、０．５％を超えて
含有させるとクリープ強度が低下する。したがって、Ｖ
含有量は０．０１〜０．５％とした。
【００２３】Ｎｂ：０．００２〜０．２％ Ｎｂは微細な炭窒化物を形成して長時間クリープ強度の
向上に寄与する。その効果を発揮させるためには、０．
００２％以上必要であるが、多量に含有させるとδフェ
ライトの生成を促進、長時間クリープ強度の低下を招
く。したがって、Ｎｂ含有量は０．００２〜０．２％と
した。
向上に寄与する。その効果を発揮させるためには、０．
００２％以上必要であるが、多量に含有させるとδフェ
ライトの生成を促進、長時間クリープ強度の低下を招
く。したがって、Ｎｂ含有量は０．００２〜０．２％と
した。
【００２４】Ｂ：０．０００１〜０．０１％ Ｂは、Ｍ２３Ｃ６型炭化物を微細に分散析出させる効果
があり、高温長時間クリープ特性の向上に寄与する。ま
た、Ｂは厚肉材などで熱処理後の冷却速度が遅い場合に
は焼入れ性を高め、高温強度を高める効果を有する。そ
の効果は０．０００１％以上で顕著となるが、０．０１
％を超えて含有させると粗大な析出物を形成し靭性およ
びクリープ強度を劣化させる。したがって、Ｂ含有量は
０．０００１〜０．０１％とした。
があり、高温長時間クリープ特性の向上に寄与する。ま
た、Ｂは厚肉材などで熱処理後の冷却速度が遅い場合に
は焼入れ性を高め、高温強度を高める効果を有する。そ
の効果は０．０００１％以上で顕著となるが、０．０１
％を超えて含有させると粗大な析出物を形成し靭性およ
びクリープ強度を劣化させる。したがって、Ｂ含有量は
０．０００１〜０．０１％とした。
【００２５】sol.Ａｌ：０．００１〜０．０５％ Ａｌは、溶鋼の脱酸剤として有効である。しかし、含有
量が０．０５％を超えて多量になるとクリープ強度の低
下を招くので、上限を０．０５％とした。一方、上記効
果を得るには０．００１％以上とする必要がある。
量が０．０５％を超えて多量になるとクリープ強度の低
下を招くので、上限を０．０５％とした。一方、上記効
果を得るには０．００１％以上とする必要がある。
【００２６】Ｎ：０．０５％以下 Ｎは、従来の耐熱鋼では約０．０５〜０．１％と多量に
含有している。Ｖ、Ｎｂ等の元素と窒化物を形成させク
リープ強度を改善するためである。しかし、Ｎはδフェ
ライト量が多くなると焼きならし後の冷却中にＶ、Ｎｂ
の窒化物となり、δフェライト中に粗大に析出するた
め、強度に寄与するマルテンサイト中に微細に析出する
Ｖ、Ｎｂが減少し、高温長時間クリープ強度が低下す
る。そのため、Ｎ含有量は０．０５％以下にする必要が
あり、後述するδフェライト量との関係できめる必要が
ある。
含有している。Ｖ、Ｎｂ等の元素と窒化物を形成させク
リープ強度を改善するためである。しかし、Ｎはδフェ
ライト量が多くなると焼きならし後の冷却中にＶ、Ｎｂ
の窒化物となり、δフェライト中に粗大に析出するた
め、強度に寄与するマルテンサイト中に微細に析出する
Ｖ、Ｎｂが減少し、高温長時間クリープ強度が低下す
る。そのため、Ｎ含有量は０．０５％以下にする必要が
あり、後述するδフェライト量との関係できめる必要が
ある。
【００２７】Ｍｏ：０.０１〜２．５％、Ｗ：０.０２〜
５％の１種または２種 ＭｏおよびＷは、固溶強化元素としてクリープ強度の向
上に寄与し、１種または２種を含有させる。
５％の１種または２種 ＭｏおよびＷは、固溶強化元素としてクリープ強度の向
上に寄与し、１種または２種を含有させる。
【００２８】Ｍｏは、含有量が０．０１％未満ではその
効果は現れない。一方、２．５％を超えて含有させると
金属間化合物が粗大に析出し、靭性および高温長時間ク
リープ強度の低下を招く。したがって、Ｍｏを含有させ
る場合の含有量は０．０１〜２．５％とした。
効果は現れない。一方、２．５％を超えて含有させると
金属間化合物が粗大に析出し、靭性および高温長時間ク
リープ強度の低下を招く。したがって、Ｍｏを含有させ
る場合の含有量は０．０１〜２．５％とした。
【００２９】Ｗは、固溶強化作用の他に金属間化合物と
して析出してクリープ強度向上に寄与する。さらに、Ｃ
ｒ炭化物中に一部固溶して、炭化物の凝集、粗大化を抑
制して強度の維持に寄与する。しかしながら、０．０２
％未満ではその効果が現れない。一方、５％を超えて多
量に含有させるとδフェライトの生成を促進する。した
がって、Ｗを含有させる場合は０．０２〜５％とした。
して析出してクリープ強度向上に寄与する。さらに、Ｃ
ｒ炭化物中に一部固溶して、炭化物の凝集、粗大化を抑
制して強度の維持に寄与する。しかしながら、０．０２
％未満ではその効果が現れない。一方、５％を超えて多
量に含有させるとδフェライトの生成を促進する。した
がって、Ｗを含有させる場合は０．０２〜５％とした。
【００３０】Ｃｏ：０．０１〜６％、Ｎｉ：０．０１〜
１％およびＣｕ：０．０１〜２％のうちの１種以上 これらの元素は、オーステナイト安定化元素として有効
であり１種以上含有させる。特に、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｖなどのフェライトフォーマとしての元素を多量に
含有させる場合には積極的に含有させるのがよい。
１％およびＣｕ：０．０１〜２％のうちの１種以上 これらの元素は、オーステナイト安定化元素として有効
であり１種以上含有させる。特に、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｖなどのフェライトフォーマとしての元素を多量に
含有させる場合には積極的に含有させるのがよい。
【００３１】ただし、Ｃｏは、０．０１％未満の含有量
ではその効果は現れない。一方、６％を超えて過剰に含
有させると鋼のＡｃ１変態点の低下が著しくなり、逆に
クリープ強度が低下する。したがって、Ｃｏを含有させ
る場合は０．０１〜６％とした。
ではその効果は現れない。一方、６％を超えて過剰に含
有させると鋼のＡｃ１変態点の低下が著しくなり、逆に
クリープ強度が低下する。したがって、Ｃｏを含有させ
る場合は０．０１〜６％とした。
【００３２】Ｎｉは、０．０１％未満の含有量ではその
効果は現れない。一方、１％を超えて過剰に含有させる
と高温長時間クリープ強度の低下が著しくなる。したが
って、Ｎｉを含有させる場合は０．０１〜１％とした。
効果は現れない。一方、１％を超えて過剰に含有させる
と高温長時間クリープ強度の低下が著しくなる。したが
って、Ｎｉを含有させる場合は０．０１〜１％とした。
【００３３】Ｃｕは、０．０１％未満の含有量ではその
効果は現れない。一方、２％を超えて過剰に含有させる
と高温長時間クリープ強度の低下が著しくなる。したが
って、Ｃｕを含有させる場合は０．０１〜２％とした。
効果は現れない。一方、２％を超えて過剰に含有させる
と高温長時間クリープ強度の低下が著しくなる。したが
って、Ｃｕを含有させる場合は０．０１〜２％とした。
【００３４】Ｔａ：０．００２〜０．２％、Ｔｉ：０．
００１％〜０．１％およびＮｄ：０．００１％〜０．２
％のうちの１種以上 これらの元素は、微細な炭窒化物を形成して高温長時間
クリープ強度の向上に寄与する元素である。
００１％〜０．１％およびＮｄ：０．００１％〜０．２
％のうちの１種以上 これらの元素は、微細な炭窒化物を形成して高温長時間
クリープ強度の向上に寄与する元素である。
【００３５】上記効果を発揮させるためには、Ｔａは
０．００２％以上、Ｔｉは０．００１％以上、Ｎｄは
０．００１％以上それぞれ含有させる必要がある。一
方、これらの元素はそれぞれ０．２％、０．１％、０．
２％を超えて含有させてもその効果は飽和し、かえって
靭性およびクリープ強度を劣化させる。
０．００２％以上、Ｔｉは０．００１％以上、Ｎｄは
０．００１％以上それぞれ含有させる必要がある。一
方、これらの元素はそれぞれ０．２％、０．１％、０．
２％を超えて含有させてもその効果は飽和し、かえって
靭性およびクリープ強度を劣化させる。
【００３６】Ｃａ：０．０２％以下、Ｌａ：０．２％以
下、Ｃｅ：０．２％以下およびＹ：０．２％以下、Ｈ
ｆ：０．２％以下のうちの１種以上 Ｃａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｈｆは、極微量の含有量でも結
晶粒界を強化させてクリープ強度を向上させるととも
に、熱間加工性の向上にも寄与する。過剰に添加すると
熱間加工性が低下するため、これらの元素の上限はＣａ
は０．０２％、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｈｆは０．２％とし
た。下限は、限定するものではないが、前記効果を充分
得るにはそれぞれ０．０１％以上とするのが好ましい。
下、Ｃｅ：０．２％以下およびＹ：０．２％以下、Ｈ
ｆ：０．２％以下のうちの１種以上 Ｃａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｈｆは、極微量の含有量でも結
晶粒界を強化させてクリープ強度を向上させるととも
に、熱間加工性の向上にも寄与する。過剰に添加すると
熱間加工性が低下するため、これらの元素の上限はＣａ
は０．０２％、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｈｆは０．２％とし
た。下限は、限定するものではないが、前記効果を充分
得るにはそれぞれ０．０１％以上とするのが好ましい。
【００３７】ｂ）δフェライトとＮ 本発明の耐熱鋼材の金属組織は基地が焼戻しマルテンサ
イトからなり、高温長時間クリープ強度を高めるため
に、鋼中のδフェライト量とＮ量は下記の式を満足する
量とする必要がある。 （δフェライト量）２＋（２３０×Ｎ量）２−１４０＜
０： この式は、鋼中のδフェライト量とＮ含有量を種々変化
させ、クリープ強度を調査した結果求めたものである。
イトからなり、高温長時間クリープ強度を高めるため
に、鋼中のδフェライト量とＮ量は下記の式を満足する
量とする必要がある。 （δフェライト量）２＋（２３０×Ｎ量）２−１４０＜
０： この式は、鋼中のδフェライト量とＮ含有量を種々変化
させ、クリープ強度を調査した結果求めたものである。
【００３８】δフェライト量が比較的少なく、Ｎ含有量
が多い場合、ＶおよびＮｂは主として焼ならし後の焼戻
し時にＶＮ、ＮｂＮとしてマルテンサイト中に微細に析
出して強度に寄与する。δフェライト量およびＮ含有量
の両方が比較的多い場合は、ＮおよびＮｂは焼ならし時
の冷却中にδフェライト中に粗大な窒化物として析出す
るため焼戻し時にマルテンサイト中に微細に析出し強度
に寄与するＮｂ、Ｖが減少して長時間クリープ強度が不
安定となる。
が多い場合、ＶおよびＮｂは主として焼ならし後の焼戻
し時にＶＮ、ＮｂＮとしてマルテンサイト中に微細に析
出して強度に寄与する。δフェライト量およびＮ含有量
の両方が比較的多い場合は、ＮおよびＮｂは焼ならし時
の冷却中にδフェライト中に粗大な窒化物として析出す
るため焼戻し時にマルテンサイト中に微細に析出し強度
に寄与するＮｂ、Ｖが減少して長時間クリープ強度が不
安定となる。
【００３９】また、δフェライト量が比較的多く、Ｎ含
有量が少ない場合、焼ならし時の冷却中にδフェライト
中に粗大に析出するＶＮ、ＮｂＮは少なく、焼戻し時に
Ｖ、Ｎｂの大部分はマルテンサイト中およびδフェライ
ト中にＶ、Ｎｂの炭窒化物として微細に析出し、強度に
寄与するため長時間クリープ強度が安定する。このよう
なことから、上記式を満足する場合に鋼の高温長時間ク
リープ強度が飛躍的に向上する。
有量が少ない場合、焼ならし時の冷却中にδフェライト
中に粗大に析出するＶＮ、ＮｂＮは少なく、焼戻し時に
Ｖ、Ｎｂの大部分はマルテンサイト中およびδフェライ
ト中にＶ、Ｎｂの炭窒化物として微細に析出し、強度に
寄与するため長時間クリープ強度が安定する。このよう
なことから、上記式を満足する場合に鋼の高温長時間ク
リープ強度が飛躍的に向上する。
【００４０】鋼中のδフェライト量の制御は、下記式に
したがって化学組成を調整することによりおこなうこと
ができる。 δフェライト量（体積％）＝１．１×Ｃｒ当量−５ ここで、Ｃｒ当量は下記式により求まる。
したがって化学組成を調整することによりおこなうこと
ができる。 δフェライト量（体積％）＝１．１×Ｃｒ当量−５ ここで、Ｃｒ当量は下記式により求まる。
【００４１】Ｃｒ当量（質量％）＝Ｃｒ＋６Ｓｉ＋４Ｍ
ｏ＋１．５Ｗ＋１１Ｖ＋５Ｎｂ＋８Ｔｉ＋１２Ａｌ−４
０Ｃ−３０Ｎ−４Ｎｉ−２Ｍｎ−Ｃｕ−Ｃｏ なお、式中の元素記号はその元素の含有量（質量％）を
示す。
ｏ＋１．５Ｗ＋１１Ｖ＋５Ｎｂ＋８Ｔｉ＋１２Ａｌ−４
０Ｃ−３０Ｎ−４Ｎｉ−２Ｍｎ−Ｃｕ−Ｃｏ なお、式中の元素記号はその元素の含有量（質量％）を
示す。
【００４２】本発明の耐熱鋼材は、通常の方法により溶
製し、造塊、分塊、熱間加工、焼きならし熱処理等の工
程により鋼板や鋼管として製造することができる。上記
δフェライト量は、焼きならし後の鋼材中の量と定義す
る。
製し、造塊、分塊、熱間加工、焼きならし熱処理等の工
程により鋼板や鋼管として製造することができる。上記
δフェライト量は、焼きならし後の鋼材中の量と定義す
る。
【００４３】
【実施例】真空誘導溶解炉にて、表１および表２に示す
４９種の化学組成を有する鋼を溶製し、各直径１４４ｍ
ｍの５０ｋｇインゴットとした。鋼符号１〜１７が本発
明鋼、鋼符号Ａ−１〜Ｂ−１２が比較鋼である。
４９種の化学組成を有する鋼を溶製し、各直径１４４ｍ
ｍの５０ｋｇインゴットとした。鋼符号１〜１７が本発
明鋼、鋼符号Ａ−１〜Ｂ−１２が比較鋼である。
【００４４】
【表１】
【表２】 これらのインゴットを熱間鍛造後、熱間圧延して２０ｍ
ｍ厚の鋼板とした。次いで、１０５０℃以上の温度で１
時間保持した後空冷（ＡＣ）し、さらに７５０〜７８０
℃で焼戻し処理を施した。これらの鋼板から試験片の長
さ方向が圧延方向となるようにクリープ試験片を採取
し、下記の試験条件でクリープ破断試験をおこなって破
断までの時間を測定した。
ｍ厚の鋼板とした。次いで、１０５０℃以上の温度で１
時間保持した後空冷（ＡＣ）し、さらに７５０〜７８０
℃で焼戻し処理を施した。これらの鋼板から試験片の長
さ方向が圧延方向となるようにクリープ試験片を採取
し、下記の試験条件でクリープ破断試験をおこなって破
断までの時間を測定した。
【００４５】［クリープ破断試験］ 試験片 ： 直径 ６．０ｍｍ 標点間距離 ３０ｍｍ 試験温度： ６７５℃ 負荷応力： １００ＭＰａ クリープ破断時間およびδフェライト量の計算結果を表
１および表２に併せて示す。図１は、表１、２の測定結
果に基づくクリープ破断時間と式、（δフェライト量）
２ ＋（２３０×Ｎ量）２−１４０＜０との関係を示
す。
１および表２に併せて示す。図１は、表１、２の測定結
果に基づくクリープ破断時間と式、（δフェライト量）
２ ＋（２３０×Ｎ量）２−１４０＜０との関係を示
す。
【００４６】表１および表２の比較鋼である鋼符号Ａ−
１〜Ａ−２０は（δフェライト量） ２＋（２３０×Ｎ
量）２−１４０＞０である。また、比較鋼である符号Ｂ
−１〜Ｂ−１２は前記式を満足しているが、化学組成が
本発明で規定する範囲外にある鋼である。これらの表お
よび図１から明らかなように、（δフェライト量）２＋
（２３０×Ｎ量）２−１４０＜０を満足する本発明鋼の
１〜１７ではクリープ破断時間が３８００〜４９００時
間であるのに対し、前記式を満足していない比較鋼のＡ
−１〜Ａ−２０では１７７７〜３０２２時間であり、発
明鋼においては、高温長時間クリープ強度が極めて優れ
ている。
１〜Ａ−２０は（δフェライト量） ２＋（２３０×Ｎ
量）２−１４０＞０である。また、比較鋼である符号Ｂ
−１〜Ｂ−１２は前記式を満足しているが、化学組成が
本発明で規定する範囲外にある鋼である。これらの表お
よび図１から明らかなように、（δフェライト量）２＋
（２３０×Ｎ量）２−１４０＜０を満足する本発明鋼の
１〜１７ではクリープ破断時間が３８００〜４９００時
間であるのに対し、前記式を満足していない比較鋼のＡ
−１〜Ａ−２０では１７７７〜３０２２時間であり、発
明鋼においては、高温長時間クリープ強度が極めて優れ
ている。
【００４７】
【発明の効果】本発明の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼は、
６２５℃以上の高温下での長時間クリープ強度に優れて
おり、原子力発電や化学工業等の分野で用いられる熱交
換用鋼管、圧力容器用鋼板、タービン用材料として使用
して優れた効果を発揮し、産業の発展に寄与する。
６２５℃以上の高温下での長時間クリープ強度に優れて
おり、原子力発電や化学工業等の分野で用いられる熱交
換用鋼管、圧力容器用鋼板、タービン用材料として使用
して優れた効果を発揮し、産業の発展に寄与する。
【図１】クリープ強度破断時間と式、（δフェライト
量）２ ＋（２３０×Ｎ量）２−１４０＜０との関係を
示す図である。
量）２ ＋（２３０×Ｎ量）２−１４０＜０との関係を
示す図である。
Claims (3)
- 【請求項１】質量％で、Ｃ：０．０1〜０．１５％、Ｓ
ｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｐ：
０．０３％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：８〜１
３％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｎｂ：０．００２〜
０．２％、Ｂ：０．０００１〜０．０１％、sol.Ａｌ：
０．００１〜０．０５％以下、Ｎ：０．０５％以下を含
み、さらにＭｏ：０．０１〜２．５％、Ｗ：０．０２〜
５％のうちの１種または２種およびＣｏ：０．０１〜６
％、Ｎｉ：０．０１〜１％、Ｃｕ：０．０１〜２％のう
ちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からな
り、鋼中のδフェライト量とＮ量とが下記式を満足して
いることを特徴とする高Ｃｒフェライト系耐熱鋼材。 （δフェライト量）２ ＋（２３０×Ｎ量）２−１４
０＜０ ここで、δフェライト量は体積％、Ｎ量は質量％を示す - 【請求項２】Ｆｅの一部に代えて、Ｔａ：０．００２〜
０．２％、Ｔｉ：０．００１〜０．１％、Ｎｄ：０．０
０１〜０．２％のうちの一種以上を含有することを特徴
とする請求項１に記載の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼材。 - 【請求項３】Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ：０．０２％以
下、Ｌａ：０．２％以下、Ｃｅ：０．２％以下、Ｙ：
０．２％以下、Ｈｆ：０．２％以下のうちの一種以上を
含有することを特徴とする請求項１または２に記載の高
Ｃｒフェライト系耐熱鋼材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001030701A JP2002235154A (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001030701A JP2002235154A (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002235154A true JP2002235154A (ja) | 2002-08-23 |
Family
ID=18894883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001030701A Pending JP2002235154A (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002235154A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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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 |
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| CN104060191A (zh) * | 2014-06-27 | 2014-09-24 | 南京赛达机械制造有限公司 | 一种可提高冲击韧度的汽轮机叶片及其生产工艺 |
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-
2001
- 2001-02-07 JP JP2001030701A patent/JP2002235154A/ja active Pending
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