JP2013533921A - 高温用途向けの焼きもどしマルテンサイト系耐熱鋼の製造方法 - Google Patents
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Abstract
高温用途向けの焼きもどしマルテンサイト系耐熱鋼の製造方法
本発明は、適用温度650℃までの高温用途向けの焼きもどしマルテンサイト系耐熱鋼の製造方法及び該方法により製造した鋼並びに該鋼の、高温用途向けの構成部品、例えばタービンブレード又はケーシング、ボルト及びボイラーチューブ、発電装置における熱交換器又は他の素子、の製造への使用を提供することである。
本発明は、適用温度650℃までの高温用途向けの焼きもどしマルテンサイト系耐熱鋼の製造方法及び該方法により製造した鋼並びに該鋼の、高温用途向けの構成部品、例えばタービンブレード又はケーシング、ボルト及びボイラーチューブ、発電装置における熱交換器又は他の素子、の製造への使用を提供することである。
Description
世界的なエネルギー需要は2030年までに2倍になると予想され、EUだけで40基の原子力発電所の建設が計画されている。これに加えて、予想される需要に応えるために、化石燃料を使用する発電所の大幅な増加が必要になろう。温室化ガスの放出を最少に抑えるために、蒸気温度及び圧力の増加による発電効率の改良及び炭素捕獲技術が必要になる。
現在、タービンブレード及びケーシング、ボルト及びボイラーチューブに使用されているマルテンサイト系鋼は、使用温度約620℃に限られており、最良の市販合金は鋼92−9%Cr、0.5%Mo、2%Wである。過去15年にわたって、ヨーロッパにおいて国際合弁企業、例えばCOST 522及び536、により、これらのマルテンサイト系合金の操作温度を引き上げるための多大な努力がなされている。合金改良の試みは、長期間クリープデータにより裏付けされた解決策からはほど遠く離れている。
本発明の目的は、適用温度650℃までの高温用途向けの焼きもどしマルテンサイト系耐熱鋼の製造方法を提供することである。
もう一つの目的は、適用温度650℃までの高温用途向けの焼きもどしマルテンサイト系耐熱鋼を提供することである。
この目的は、請求項1に記載の方法及び請求項9に記載の鋼により達成される。好ましい実施態様は、従属請求項に記載する。
本発明により、適用温度650℃までの高温用途向けの焼きもどしマルテンサイト系耐熱鋼の製造方法であって、該鋼が、重量%で、
−8.5〜12%のCr、
−0.13%までのC、
−0.5%までのSi、
−2.0%までのW、
−3.0%までのCo、
−2%までのCu、
−0.8%までのMn、
−1.0%までのMo、
−0.7%までのNi、
−0.04%までのAl、
−0.001〜0.015のB、
−0.005〜0.07のN、
−0.25%までのV、
−0.01%〜0.09%までのNb及び/又は0.01%〜0.14%までのTaの少なくとも一方、
−残部鉄及び不可避な不純物
を含んでなり、M(C、N)及びM2(C、N)−型のナノスケール浸炭窒化物(carbo−nirides)の形成を容易にし、M23(C、B)6析出物の画分を減少させるために、C:N比は1.3未満であり、該方法が、下記の工程、すなわち
−オーステナイト範囲にある鋼をデルタ−フェライトへの変態点未満の温度で溶体化処理し、窒化ホウ素及び浸炭窒化物を包含する実質的に全ての析出物を溶解させ、それによって析出元素を固溶体にすること、
−溶体化処理の後、鋼を急冷し、実質的に完全なマルテンサイト系マトリックスを形成し、冷却による析出を抑制すること、
−急冷後、意図する前記適用温度より10〜50℃高い焼きもどし温度で、一回以上の焼きもどし処理で鋼を焼きもどし、ナノ−スケール粒子M(C、N)又はM2(C、N)粒子、又はそれらの混合物を析出させること
を含んでなる、方法を提供する。
−8.5〜12%のCr、
−0.13%までのC、
−0.5%までのSi、
−2.0%までのW、
−3.0%までのCo、
−2%までのCu、
−0.8%までのMn、
−1.0%までのMo、
−0.7%までのNi、
−0.04%までのAl、
−0.001〜0.015のB、
−0.005〜0.07のN、
−0.25%までのV、
−0.01%〜0.09%までのNb及び/又は0.01%〜0.14%までのTaの少なくとも一方、
−残部鉄及び不可避な不純物
を含んでなり、M(C、N)及びM2(C、N)−型のナノスケール浸炭窒化物(carbo−nirides)の形成を容易にし、M23(C、B)6析出物の画分を減少させるために、C:N比は1.3未満であり、該方法が、下記の工程、すなわち
−オーステナイト範囲にある鋼をデルタ−フェライトへの変態点未満の温度で溶体化処理し、窒化ホウ素及び浸炭窒化物を包含する実質的に全ての析出物を溶解させ、それによって析出元素を固溶体にすること、
−溶体化処理の後、鋼を急冷し、実質的に完全なマルテンサイト系マトリックスを形成し、冷却による析出を抑制すること、
−急冷後、意図する前記適用温度より10〜50℃高い焼きもどし温度で、一回以上の焼きもどし処理で鋼を焼きもどし、ナノ−スケール粒子M(C、N)又はM2(C、N)粒子、又はそれらの混合物を析出させること
を含んでなる、方法を提供する。
焼きもどしマルテンサイト系耐熱鋼は、そのクリープ強度を4つの主要供給源から、すなわち
・固溶体強化
・転位副構造
・ラス界面におけるM23(C、B)6析出物
・粒間及び粒内位置の両方におけるM(C、N)及びM2(C、N)析出物
から引き出している。
高温に露出する際、転位密度が減少し、析出物の粗雑化が起こり、その両方が、クリープ変形に対する耐性を低下させる。M23(C、B)6の粗雑化はM(C、N)及び/又はM2(C、N)より急速であるが、その速度は、ホウ素の添加により減少させることができる。しかし、これらの合金の長期間クリープ強度は、M(C、N)析出物分散の体積画分及び安定性に強く依存している。析出物の安定性は、適用温度より高い温度における焼きもどしにより強化され、体積画分は、焼きもどし前の溶体化処理温度及び冷却速度により調整される。本発明の低い焼きもどし温度を、調整された化学組成と併用することにより、細かく、安定した析出物の高い密度が得られる。
・固溶体強化
・転位副構造
・ラス界面におけるM23(C、B)6析出物
・粒間及び粒内位置の両方におけるM(C、N)及びM2(C、N)析出物
から引き出している。
高温に露出する際、転位密度が減少し、析出物の粗雑化が起こり、その両方が、クリープ変形に対する耐性を低下させる。M23(C、B)6の粗雑化はM(C、N)及び/又はM2(C、N)より急速であるが、その速度は、ホウ素の添加により減少させることができる。しかし、これらの合金の長期間クリープ強度は、M(C、N)析出物分散の体積画分及び安定性に強く依存している。析出物の安定性は、適用温度より高い温度における焼きもどしにより強化され、体積画分は、焼きもどし前の溶体化処理温度及び冷却速度により調整される。本発明の低い焼きもどし温度を、調整された化学組成と併用することにより、細かく、安定した析出物の高い密度が得られる。
高い溶体化処理温度は、焼きもどし前の溶体中にある合金を増加させるが、実際には、溶体温度は抑えられ、十分なマルテンサイト系微細構造を確保し、クリープ延性を低くする恐れのある過剰の結晶成長を防止する。また、溶体化処理の際にδ−フェライトの形成を防止し、冷却により実質的にマルテンサイト系(α’)マトリックスを確保することが重要であるが、これは、二重相(α’+δ)構造の発生は、クリープ耐性にとって有害であるためである。オーステナイト安定化元素の存在が多いか、又は少ない場合は、δ−フェライトへの変態温度を上、又は下にシフトさせる。
溶体化処理温度は、BN、M(2) (C、N)及びM23(C、N)6粒子を完全に溶解させるように十分に高くすべきである。BNを完全に溶解させる温度は、通常、δ−フェライトへの変態点より高い。同じことが、組成及び量に応じて、M(2) (C、N)−析出物の一部に当てはまる。従って、使用するオーステナイト化温度では、全ての粒子が完全には溶解しない。M23(C、N)6粒子は、より低いオーステナイト化温度で溶解し、通常は完全に溶解する。
焼きもどしにより、オーステナイト化の際に溶解した合金化元素が析出する。焼きもどし温度を、従来使用されているチューブ用の780℃又はブレード用の710℃(第二工程)から、例えば温度660℃に下げることにより、M(2) (C、N)及びM23(C、N)6の体積画分が増加する。炭素レベルを下げることにより、フェライト領域におけるM23(C、N)6の体積画分が大幅に減少する。M(2) (C、N)粒子の場合、C:N比を下げることにより、それらの体積画分がさらに増加した。
本発明者らは、固溶体におけるC:N比及び遊離ホウ素の調整が、様々な析出物の種類のサイズ及び安定性の調整に不可欠であることを見出した。高温クリープ特性に関して最も重要な種類は、M23(C、B)6、ここで、Mは、主としてFe、Cr、W又はMo(及びそれらの混合物)、及び種類M(C、N)及び/又はM2(C、N)の浸炭窒化物、ここでMは、主としてNb、V、Ta又はCr(及びそれらの混合物)である。C:N比(重量%で表す)は、1.3未満でなければならない。好ましくはC:N比は1.2未満である。
良好で、長期間のクリープ耐性には、高温における応力下に長期間露出する際に、粗粒化に耐性がある、高密度の小さな析出物が必要である。この目的は、転位副構造を安定化し、転位移動度を抑制することである。前者は、主としてラス界面におけるM23(C、B)6析出物により、後者は、粒界及びラス内部におけるナノ−スケール浸炭窒化物析出物により、調整される。使用中の鋼の適用温度よりすぐ上の温度における焼きもどしにより、優れたクリープ耐性が得られ、その後に続く溶接後熱処理の後でも、従来通りの熱処理した試料よりも170%の改良が得られることは驚くべきことである。
本発明の一実施態様では、少なくとも620℃、好ましくは620〜650℃の適用温度における高温用途向け焼きもどしマルテンサイト系耐熱鋼の製造方法を提供する。
本発明により、焼きもどし処理は、意図する適用温度より10〜50℃高い温度範囲内で行う。650℃の使用又は適用温度には、焼きもどし処理は、660〜700℃で行う。意図する適用温度とは、耐熱鋼を使用する操作温度を意味する。
本発明の一実施態様では、溶体化処理は、1150℃〜1250℃で行う。これらの温度は、M23(C、B)6を完全に溶解させ、M(2) (C、N)粒子の大多数を溶解させる。
溶体化処理後の急冷は、溶解した元素が固溶体中に確実に残るように、及び十分なマルテンサイト系微細構造が確実に形成されるように、できるだけ急速に行うべきである。急冷は、好ましくは油中で行う。一実施態様では、油は外界温度である。しかし、急冷は、マルテンサイト系微細構造が得られ、溶解した元素が固溶体中に残り、急冷の結果として生じた応力が危険なレベルを超えず、ゆがみや亀裂が生じない限り、他の手段、例えば強制空気、(高温)霧又は(高温)水、によっても行うことができる。
好ましい実施態様では、焼きもどし処理は、少なくとも2度の焼きもどし処理で行い、より好ましくは、少なくとも2度の別個の熱処理を、実質的に同じ焼きもどし温度で、実質的に同じ時間行う。好ましくは、その焼きもどし温度にある時間は1〜5時間、好ましくは2〜4時間である。焼きもどし処理への再加熱は、好ましくない反応が再加熱の際に起きないように、できるだけ急速に行うべきであることは明らかである。少なくとも2度の焼きもどし処理のための異なった焼きもどし温度を、適用温度又は使用温度より10〜50℃上の範囲で選択することにより、クリープ耐性を支配する析出物の組成及びサイズ分布を非常に効果的に、信頼性良く制御することができる。
本発明の一実施態様では、少なくとも2度の別個の熱処理の中の、1度目を500℃から適用温度より10℃高い温度範囲で行い、2度目又はその後の処理を適用温度よりも10〜50℃高い温度範囲で行う方法を提供する。これによって、析出物のさらに細かい分散が得られる。後者のより高い温度の焼きもどしは、特に、溶接後の応力除去処理が必要な場合に関連する。適用温度650℃に関する一例として、焼きもどしは、第一工程を500〜660℃で、第二工程を660〜700℃で行うことができる。
好ましい実施態様では、鋼は、
−1.0〜2.0%のW、及び/又は
−Cr≧10%の場合、1〜2%のCo、及び/又は
−1.5%までのCu、及び/又は
−0.6%までのMn、及び/又は
−0.8%までのMo、及び/又は
−0.5%までのNi、及び/又は
−0.15〜0.25%のV、及び/又は
−0.03〜0.09%のNb、及び/又は
−0.05〜0.12%のTa、及び/又は
−C:N<1.2
を含んでなる。
−1.0〜2.0%のW、及び/又は
−Cr≧10%の場合、1〜2%のCo、及び/又は
−1.5%までのCu、及び/又は
−0.6%までのMn、及び/又は
−0.8%までのMo、及び/又は
−0.5%までのNi、及び/又は
−0.15〜0.25%のV、及び/又は
−0.03〜0.09%のNb、及び/又は
−0.05〜0.12%のTa、及び/又は
−C:N<1.2
を含んでなる。
注意すべきは、用語「及び/又は」は、本説明又は請求項で使用する場合、好ましい範囲又は処理条件の一つ以上又は全てを適用できるという意味で解釈する必要がある。
好ましい実施態様では、鋼は、
−8.5〜9.5%のCr、及び/又は
−0.07〜0.13%のC、及び/又は
−1.5〜2.0%のW、及び/又は
−0.30〜0.60%のMn、及び/又は
−0.3〜0.6のMo、及び/又は
−0.4%までのNi、及び/又は
−0.001〜0.006%のB、及び/又は
−0.03〜0.07%のN、及び/又は
−0.18〜0.25%のV、及び/又は
−0.04〜0.07%のNb
を含んでなる。
−8.5〜9.5%のCr、及び/又は
−0.07〜0.13%のC、及び/又は
−1.5〜2.0%のW、及び/又は
−0.30〜0.60%のMn、及び/又は
−0.3〜0.6のMo、及び/又は
−0.4%までのNi、及び/又は
−0.001〜0.006%のB、及び/又は
−0.03〜0.07%のN、及び/又は
−0.18〜0.25%のV、及び/又は
−0.04〜0.07%のNb
を含んでなる。
本発明の第二の態様で、上記の化学組成を有し、上記の方法によって製造した、高温用途向けの焼きもどしマルテンサイト系耐熱鋼を提供するが、焼きもどし後の鋼の微細構造が、最大70nmサイズのM(C、N)及び/又はM2(C、N)型を有する粒子内析出物を含んでなり、Mは、Nb、V、Ta又はCrの1種以上であり、焼きもどし後の鋼の微細構造が、M23(C、B)6析出物を含んでなり、Mは、ラス、ブロック、パケット及び/又は旧オーステナイト粒界上に主としてCr及びFeから構成される。
一実施態様では、M(C、N)及び/又はM2(C、N)析出物は、サイズが少なくとも1nmで、最大70nm、好ましくは最大50nm、より好ましくは最大30nmである。一実施態様では、M(C、N)及び/又はM2(C、N)析出物は、サイズが10〜70nm、より好ましくは10〜50nm、さらに好ましくは10〜30nmである。
好ましい実施態様では、Ta及びVの両方は、合金化元素として存在する。
好ましい実施態様では、本発明の鋼は、650℃までの適用温度で使用する、高温用途向けの構成部品、例えばタービンブレード又はケーシング、ボルト及びボイラーチューブ、発電装置における熱交換器又は他の素子、の製造に使用する。
本発明の好ましい実施態様では、鋼のC:N比は1.2未満である。
ここで、好ましい実施態様を化学的組成に関して説明する。
Crレベルは、蒸気酸化及び耐食性に対する適用温度により選択すべきである。推奨されるCrレベルは9.0〜11.0%である。
Coは、所望により、高い溶体化処理温度でδ−フェライトの形成を回避するためにのみ加え、析出物を溶解させる温度でこの相が形成される危険性が無い場合には、必要ない。9.0%のCrを含む鋼には、コバルトを添加する必要は無い。10.0〜11.0%のCrにはCoの添加が推奨され、Coの推奨される量は1.5%である。好適な最大含有量は2%である。
Cuは、所望により、ラーベス(Laves)相の形態に影響を及ぼし、Coと同様にデルタ−フェライトの形成を回避するために加える。10.0〜11.0%のCrには、Cuの推奨される量は1.5%であり、9.0%のCrには、この添加量は低くすることができる。
Mn及びNiは、Coと同様にデルタ−フェライトの形成を回避するために添加する。推奨されるレベルは、0.5%未満のMn及び0.6%までのNiである。Ni及びMnの効果から有益性を得るには、一方又は両方の元素に最少量0.1%が好ましい。好適な最少Siレベルは0.1%、好ましくは少なくとも0.15%である。
W及びMoは、固溶体強化のために添加する。タングステンは、さらにM23(C、B)6を安定化させる。推奨される組合せは、1.5%のW及び0.5%のMoである。好適な最少W含有量は0.5%である。
C:N比は、窒素濃度が高いM(C、N)又はM2(C、N)粒子を形成し易くし、M23(C、B)6画分を少なくするために、低くすべきである。好ましいC及びN含有量の例は、0.073%C及び0.065%N、0.02%C及び0.06%Nである。
V及びNb又はV及びTa(又はV、Nb、Taの組合せ)は、ナノ−スケール粒子にとって重要である。好ましいV及びNb又はTa含有量の例は、0.18〜0.25%V及び0.04〜0.07%Nb又は0.07〜0.12%Taである。
Bの添加は、M23(C、B)6析出物の安定化にとって重要である。溶体化処理の際、固溶体中のホウ素を最大にするために、B:N比を最適化することが不可欠である。溶体化処理中にMX又はM2X粒子を溶解させることも重要である。これらの粒子で、M=V、Nb、Ta、Cr又はそれらの混合物及びX=N及び/又はCである。従って溶体化処理温度は、できるだけ高くすべきであるが、デルタ−フェライトの形成を起こしてはならない。溶体化処理温度の推奨される範囲は、1150〜1250℃である。
適用温度より50℃まで高い低温焼きもどしの使用により、ナノ−スケールM(C、N)又はM2(C、N)粒子の非常に細かい分散が得られる。焼きもどしは、1又は2以上の、好ましくは1または2工程で、適用温度より50℃まで高い、同じ又は異なった温度で行うべきである。推奨される温度は、特に適用温度より10〜50℃高い温度であるが、これらの温度が、ナノ−スケールMX(C、N)又はM2(C、N)粒子の細かい分散に特に好ましいと考えられるためである。低温焼きもどしは、M(C、N)よりM2(C、N)の形成に有利であるとも考えられている。
ここで、本発明を下記の、本発明を制限しない例を使用してさらに説明する。
鋼92材料の空気誘導メルト50kgを製造した(鋼A)。第二の、高窒素及び低炭素含有量のキャスト60kgを真空誘導融解により製造した(鋼B)。さらに2種類のキャスト(鋼C及びD)各50kgも、真空誘導融解により製造した。キャストC及びDは、M(C、N)及び/又はM2(C、N)粒子を形成するのに有利な最低C:N比を有する。化学分析を表1に示す。インゴットを50mm正方形の棒に鍛造し、次いで19mm直径の丸棒に圧延し、試験試料を製造した。
鋼Aから得た試料は、表2に示すように、標準熱処理、又は1150℃の高い溶体化処理温度及び660℃の低い焼きもどし温度が関与する処理にかけた。PWHTの効果を研究するために、標準及び本発明の処理による試料を、740℃で1時間の模擬PWHTとそれに続く空気冷却を行った。鋼Bに関しては、低温焼きもどし処理及び1150℃及び1200℃の2種類の溶体化処理で試料を調製した。鋼C及びDは、表3に示す処理を行った。
温度範囲600〜675℃における普通及び切欠き応力破断試験をBS EN 10291:2000により行った。鋼92(A)に対する応力破断結果は、表4及び5に示す(bは破断試料を、ubは破断しなかった試料を表す)。試験は、600〜675℃で、1,000〜30,000時間の目標寿命を与えるように設計した応力で行った。標準熱処理のほとんどの場合、合金は目標寿命の近くで破断した。しかし、より長い目標持続時間及びより高い温度で、実際の寿命は意図したよりも短かった。
本発明の熱処理は、標準処理を行った材料と比較して、クリープ寿命が劇的に改良された。目標寿命は、一般的に大きな余裕をもって超えているが、改良は、温度増加と共に減少した。
高窒素鋼Bに関する600及び650℃における応力破断データを、低温焼きもどし及び1150及び1200℃における2度の溶体化処理を受けた材料に対して、表6に示す。性能を、低温焼きもどし及び標準処理を行った従来組成物と比較する。
高窒素−低炭素鋼Bは、従来組成の鋼92(鋼A)よりも性能が優れている。最良の特性は、高い溶体化処理温度1200℃を使用して得られた。650℃及び92MPaで、本発明の熱処理を行った鋼Aは、10,000時間の目標に対して12,089時間で破断した。1200℃の溶体化処理を受けた高窒素鋼Bは、27,908時間後に破断し、鋼Bは、鋼Aよりもファクター2だけ優れている。
従来の熱処理を行った鋼92(鋼A)に関して、675℃における試験は、目標とする寿命未満で破断した。より優れた性能は、同じ鋼だが、より高い溶体化処理及びより低い焼きもどし温度で処理したもので達成されている。しかし、この温度及び応力レベルにおける最良のクリープ寿命は、従来熱処理よりも、やはり高い溶体化処理及び低い焼きもどし温度を受けた鋼C及びD(鋼Bは試験しなかった)で達成された。目標寿命は、7のファクターまで超えている。650℃/122MPaにおける目標寿命は、鋼Bの場合に、7〜8のファクターだけ超えている。
本発明の熱処理による新規な鋼に対する650℃における応力破断試験は、特に鋼B及びCに関して、優れた結果を立証している。
鋼Aに対する切欠き特性を査定する試験結果は、切欠き特性が、普通特性と同等もしくはそれを超えていることを示している。PWHTの影響は、PWHT(表7)が従来通りに熱処理した材料に対して、焼きもどし及びPWHT温度が類似していることから、ほとんど影響しないことを示している。両方の鋼に対して、本発明の熱処理を行った材料は、通常通りに熱処理した材料に対する基底値を超えている。これらの結果は、740℃PWHTが、クリープ寿命を、非PWHT値の63%〜76%に下げたが、それでも鋼Aの場合の標準熱処理と比較して、170%の改良を示している。
焼きもどしした状態における試料の微細構造を分析し、その結果を図1〜4に示す。
図1及び2は、鋼CA4−T2試料(1200℃で溶体化し、油中で急冷し、660℃/3h AC+660℃/3h ACで焼きもどし)に形成された非常に細かいM2(C、N)及びM(C、N)析出物を含んでなる微細構造の例を示す。
Claims (13)
- 適用温度650℃までの高温用途向けの焼きもどしマルテンサイト系耐熱鋼の製造方法であって、前記鋼が、重量%で、
−8.5〜12%のCr、
−0.13%までのC、
−0.5%までのSi、
−2.0%までのW、
−3.0%までのCo、
−2%までのCu、
−0.8%までのMn、
−1.0%までのMo、
−0.7%までのNi、
−0.04%までのAl、
−0.001〜0.015のB、
−0.005〜0.07のN、
−0.25%までのV、
−0.01%〜0.09%までのNb及び/又は0.01%〜0.14%までのTaの少なくとも一方、
−残部鉄及び不可避な不純物
を含んでなり、M(C、N)及び/又はM2(C、N)−型のナノスケール浸炭窒化物の形成を容易にし、M23(C、B)6析出物の画分を減少させるために、C:N比は1.3未満であり、前記方法が、下記の工程、すなわち
−オーステナイト範囲にある前記鋼をデルタ−フェライトへの変態点未満の温度で溶体化処理し、窒化ホウ素及び浸炭窒化物を包含する実質的に全ての析出物を溶解させ、それによって析出元素を固溶体にすること、
−溶体化処理の後、前記鋼を急冷し、実質的に完全なマルテンサイト系マトリックスを形成し、冷却による析出を抑制すること、
−急冷後、前記適用温度より10〜50℃高い温度で、一回以上の焼きもどし処理で前記鋼を焼きもどし、ナノ−スケール粒子M(C、N)又はM2(C、N)粒子、又はそれらの混合物を析出させること
を含んでなる、方法。 - −前記溶体化処理を1150℃〜1250℃で行う、及び/又は
−前記急冷を油中で行う、請求項1に記載の方法。 - 前記鋼が、
−8.5〜11%のCr、及び/又は
−1.0〜2.0%のW、及び/又は
−Cr≧10%の場合、1〜2%のCo、及び/又は
−1.5%までのCu、及び/又は
−0.6%までのMn、及び/又は
−0.8%までのMo、及び/又は
−0.5%までのNi、及び/又は
−0.15〜0.25%のV、及び/又は
−0.03〜0.09%のNb、及び/又は
−0.05〜0.12%のTa、及び/又は
−C:N<1.3
を含んでなる、請求項1または2に記載の方法。 - 前記鋼が、
−8.5〜9.5%のCr、及び/又は
−0.07〜0.13%のC、及び/又は
−1.5〜2.0%のW、及び/又は
−0.30〜0.60%のMn、及び/又は
−0.3〜0.6のMo、及び/又は
−0.4%までのNi、及び/又は
−0.001〜0.006%のB、及び/又は
−0.03〜0.07%のN、及び/又は
−0.18〜0.25%のV、及び/又は
−0.04〜0.07%のNb
を含んでなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記焼きもどし処理が、少なくとも2度の別個の熱処理を含んでなる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも2度の別個の熱処理を、実質的に同じ焼きもどし温度で、実質的に同じ時間行う、請求項5に記載の方法。
- 前記焼きもどし温度にある時間が1〜5時間、好ましくは2〜4時間である、請求項5または6に記載の方法。
- 前記少なくとも2度の別個の熱処理の中の、1度目を500℃から適用温度より10℃高い温度範囲で行い、2度目又はその後の処理を適用温度よりも10〜50℃高い温度範囲で行う、請求項5に記載の方法。
- 高温用途向けの焼きもどしマルテンサイト系耐熱鋼であって、前記鋼が、重量%で、
−8.5〜11.0%のCr、
−0.13%までのC、
−0.5%までのSi、
−2.0%までのW、
−3.0%までのCo、
−2%までのCu、
−0.8%までのMn、
−1.0%までのMo、
−0.5%までのNi、
−0.04%までのAl、
−0.001〜0.015のB、
−0.005〜0.07のN、
−0.25%までのV、
−0.09%までのNb及び/又は0.14%までのTaの少なくとも一方、
−残部鉄及び不可避な不純物
を含んでなり、M(C、N)及び/又はM2(C、N)−型のナノスケール浸炭窒化物の形成を容易にし、M23(C、B)6析出物の画分を減少させるために、C:N比は1.3未満であり、前記方法が、下記の工程、すなわち
−オーステナイト範囲にある前記鋼をデルタ−フェライトへの変態点未満の温度で溶体化処理し、窒化ホウ素及び浸炭窒化物を包含する実質的に全ての析出物を溶解させ、それによって析出元素を固溶体にすること、
−溶体化処理の後、前記鋼を急冷し、実質的に完全なマルテンサイト系マトリックスを形成し、冷却による析出を抑制すること、
−急冷後、前記適用温度より10〜50℃高い温度で、一回以上の焼きもどし処理で鋼を焼きもどし、ナノ−スケール粒子M(C、N)又はM2(C、N)粒子、又はそれらの混合物を析出させること
を含んでなり、焼きもどし後の前記鋼の微細構造が、最大70nmサイズのM(C、N)及び/又はM2(C、N)型を有する粒子内析出物を含んでなり、Mが、Nb、V、Ta又はCrの1種以上であり、焼きもどし後の前記鋼の微細構造が、M23(C、B)6析出物を含んでなり、Mが、ラス、ブロック、パケット及び/又は旧オーステナイト粒界上に主としてCr及びFeから構成される、焼きもどしマルテンサイト耐熱鋼。 - 前記M(C、N)及び/又はM2(C、N)析出物のサイズが10〜70nm、好ましくは10〜50nm、より好ましくは10〜30nmである、請求項8に記載の鋼。
- Ta及びVの両方が、合金化元素として存在する、請求項8または9に記載の鋼。
- 高温用途向けの構成部品、例えばタービンブレード又はケーシング、ボルト及びボイラーチューブ、発電装置における熱交換器又は他の素子、の製造に使用する、請求項8〜11のいずれか一項に記載の鋼。
- 650℃までの適用温度で使用する、請求項8〜12のいずれか一項に記載の鋼。
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