JP2008291363A - 溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材及び耐熱構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C:0.01〜0.20%、Si:0.02〜0.50%、Mn:0.05〜1.0%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Cr:0.4〜12.0%、N:0.002〜0.15%、Mo:0.05〜2.0%、W:0.05〜3.0%、Re:0.05〜2.0%の1種以上、Ti:0.01〜0.20%、Zr:0.003〜0.20%、Nb:0.01〜0.50%、V:0.01〜0.50%、Ta:0.01〜0.15%の1種以上を含有し、HAZ焼入性指数が0.5〜80のフェライト系耐熱鋼材において、Ac↓1〜Ac↓1+300℃に加熱される部位に、低温変態組織が生成し、300℃〜Ac↓1の後熱処理で上記部位の大傾角粒界におけるM↓23C↓6型炭化物等の粒界長さ占有率が30%以上となる。
【選択図】図3
Description
Ac1変態点〜Ac1変態点+300℃に加熱される鋼材の溶接熱影響部位に、(z1)転位密度が、1.0×1012個/m2以上(Cr:0.4〜3.0%の場合)、又は、1.0×1013個/m2以上(Cr:3.0超〜12.0%の場合)の低温変態組織が生成し、
かつ、(z2)300℃〜Ac1変態点に保持する溶接後の熱処理により、上記部位の大傾角粒界におけるM23C6型炭化物及び他の析出物の粒界長さ占有率が30%以上となる潜在特性を有することを特徴とする溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材。
なお、フェライト系耐熱鋼では焼き戻して使用する場合がほとんどであり、その結果、有効結晶粒径がおおよそ10〜15μmとほぼ一定となることもわかったので、結晶粒径の影響については、HDIの式には組み入れていない。
したがって、対象製品の溶接熱影響部焼入性を指数HDIで表すことができる。
このHDIと鋼材の特性との関係から、満足すべきHDIしきい値を決定して適用した。
一方、過剰に添加すると、鋼材の高温クリープ特性を損ねるので、Niは0.5%以下、Coは3.0%以下、Cuは1.5%以下の範囲で添加する。
さらに、このεから、参考文献1に記載の(10)式:ρ=14.4ε2/b2
を用いて、転位密度ρ(個/m2)を求めた。bはバーガースベクトルの大きさ(=0.248×10-9m)である。
参考文献2:Guinier,A.、高良和武ら訳「X線結晶学の理論と実際 改訂3版」理学電機(1967), p.406
参考文献3:G.K.Williamson and W.H.Hall, Acta Metall.,1(1953),p.22
表1に示す化学成分Aの本発明鋼材(発明例)に、Type IV型損傷回避熱処理を施した後、この鋼材を、表2に示す化学成分Cの溶接材料を用いてTIG溶接し、圧力機器を構成した。この圧力機器に、400℃以上Ac1変態点以下、1分以上の熱処理を施した場合(本発明例)と施さない場合(比較例)のそれぞれについて、機器構成部材及び該部材溶接部から、平行部直径4〜6mm、平行部長さ30mmの試験片を採取した。
表3に示す化学成分の本発明鋼材を、表5に示す条件で熱処理して溶接し、溶接部の組織を観察し、強度を測定した。その結果を、表5に、併せて示す。
Claims (13)
- 質量%で、C:0.01〜0.20%、Si:0.02〜0.50%、Mn:0.05〜1.0%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Cr:0.4〜12.0%、N:0.002〜0.15%、及び、Mo:0.05〜2.0%、W:0.05〜3.0%、Re:0.05〜2.0%のいずれか1種又は2種以上、さらに、適宜、Ti:0.01〜0.20%、Zr:0.003〜0.20%、Nb:0.01〜0.50%、V:0.01〜0.50%、Ta:0.01〜0.15%のいずれか1種又は2種以上を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、かつ、下記式(1)で定義する溶接熱影響部焼入性指数HDIが、0.5〜80であるフェライト系耐熱鋼材であって、
Ac1変態点〜Ac1変態点+300℃に加熱される鋼材の溶接熱影響部位に、(z1)転位密度が、1.0×1012個/m2以上(Cr:0.4〜3.0%の場合)、又は、1.0×1013個/m2以上(Cr:3.0超〜12.0%の場合)の低温変態組織が生成し、かつ、(z2)300℃〜Ac1変態点に保持する溶接後の熱処理により、上記部位の大傾角粒界におけるM23C6型炭化物及び他の析出物の粒界長さ占有率が30%以上となる潜在特性を有することを特徴とする溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材。
HDI=√[%C]√[%N](1+0.5[%Si])(1+3[%Mn])(1+2[%Cr])(1+3[%Mo])(1+0.8[%W])(1+0.3[%Cu])(1+0.5[%Ni])(1+2.5[%Nb])(1+1.5[%V])(1+0.5[%Al])(1+0.3[%Ti])(1+0.3[%Zr])(1+0.2[%Re])(1+25[%B])(1+0.5[%Co])(1+0.2[%Ta])・・・(1) - 前記溶接熱影響部焼入性指数HDIが3.0〜65であることを特徴とする請求項1に記載の溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材。
- 前記低温変態組織が、ベイナイト及び/又はマルテンサイトであることを特徴とする請求項1又は2に記載の溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材。
- 前記低温変態組織が、Ti、Zr、Nb、V、Taのいずれか1種又は2種以上のMX型窒化物であって、透過電子顕微鏡を用いた5万倍の観察にて確認できる、球相当直径:200nm以下のMX型窒化物を、2個/μm2以上含むベイナイト及び/又はマルテンサイトであることを特徴とする請求項3に記載の溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材。
- 前記MX型窒化物が、マルテンサイトのラス内、又は、ベイナイト及び/又はマルテンサイトのブロック粒内に、微細に残留していることを特徴とする請求項4に記載の溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材。
- 前記溶接後の熱処理が、残留オーステナイト消失熱処理及び/又は粒界炭化物析出促進熱処理であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材。
- 前記溶接後の熱処理を、1分以上施すことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材。
- 前記フェライト系耐熱鋼材が、さらに、質量%で、Al:0.001〜0.05%、O:0.01%以下を含有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材。
- 前記フェライト系耐熱鋼材が、さらに、質量%で、B:0.0003〜0.005%を含有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材。
- 前記フェライト系耐熱鋼材が、さらに、質量%で、Ni:0.01〜0.5%、Co:0.01〜3.0%、Cu:0.01〜1.5%のうちの1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材。
- 前記フェライト系耐熱鋼材が、さらに、質量%で、Ca:0.0003〜0.005%、Mg:0.0003〜0.01%、La:0.005〜0.05%、Ce:0.005〜0.10%、Y:0.005〜0.10%、Ba:0.0003〜0.005%のうちの1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材。
- 前記Ac1変態点〜Ac1変態点+300℃に加熱される鋼材の溶接熱影響部位に、予め、旧オーステナイトの粒径が球相当平均直径で100μm以上の低温変態組織が形成されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材。
- 請求項1〜2のいずれか1項に記載の溶接熱影響部のクリープ特性に優れたフェライト系耐熱鋼材を溶接して製造したことを特徴とする溶接熱影響部のクリープ特性に優れた耐熱構造体。
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