JP2019524996A - 高クリープ破断強度と耐酸化性とを併せ持つ高クロムマルテンサイト系耐熱鋼 - Google Patents
高クリープ破断強度と耐酸化性とを併せ持つ高クロムマルテンサイト系耐熱鋼 Download PDFInfo
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Abstract
Description
C:0.10〜0.16%
Si:0.20〜0.60%
Mn:0.30〜0.80%
P≦0.020%
S≦0.010%
Al≦0.020%
Cr:10.50〜12.00%
Mo:0.10〜0.60%
V:0.15〜0.30%
Ni:0.10〜0.40%
B:0.008〜0.015%
N:0.002〜0.020%
Co:1.50〜3.00%
W:1.50〜2.50%
Nb:0.02〜0.07%
Ti:0.001〜0.020%、前記鋼の残部は鉄と不可避の(避けられない)不純物とである。
1.00%≦Mo+0.5W≦1.50%(wt%で)。
B−(11/14)(N−10−(1/2.45)・(logB+6.81)−(14/48)・Ti)≧0.007。
2.6≦4・(Ni+Co+0.5・Mn)−20・(C+N)≦11.2。
本発明による化学組成を有する鋼を鋳造するステップと、
前記鋼を加熱形成するステップと、
前記鋼を加熱し、前記鋼を10〜120分の間の時間で1050℃〜1170℃の間の温度範囲内に保持するステップと、
前記鋼を室温まで冷却するステップと、
前記鋼を再加熱し、750℃〜820℃の間である焼もどし温度TTまで少なくとも1時間前記鋼を保持するステップと、
前記鋼を室温まで冷却するステップ。
Cは、十分な炭化物析出(沈殿)を得るために少なくとも0.10%まで添加される必要がある。加えて、Cはオーステナイト安定化元素でもある。0.10%を下回るC含有量は、ミクロ組織内でより多くのδ−フェライトを含むだろう。過剰なC添加が強靭性および溶接特性を制限するから、炭素の上限は0.16%である。
Siは、製鋼プロセス中の脱酸(素)に使用される。加えて、この元素は、重要な元素のうちの1つであり、鋼中の酸化作用(挙動)を決定する。Si添加の十分な酸化改善効果を達成するために、少なくとも0.20%の量が必要である。上位のSiレベルは、好ましくは、0.60%まで制限される。その理由は、過剰なSi添加は、析出物(沈殿物)の粗大化を促進し、強靭性を低下させるからである。好ましくは、下限は0.25%である。
Mnは効果的な脱酸元素である。この元素は、硫黄を結びつけ、δ−フェライト生成を低減する。少なくとも0.30%のMnが添加されてもよい。過剰な添加は高温での鋼の強度を低下させるから、上限は0.8%となるであろう。
Pは、鋼の強靭特性を低下させる粒界活性元素(有効成分)である。その含有量は、強靭特性に関してPへの悪影響を避けるために0.020%まで制限されなければならない。Pは、不純物として避けられないかもしれないが、0.00%以上の量で存在してもよい。
Sは、硫化物を生成し、鋼の強靭特性および高温加工性特性を低下させる。上位のS含有量の0.010への制限は、加熱作業操作中の欠陥生成と強靭性への悪影響とを防ぐ。Sは、不純物として避けられないかもしれないが、0.00%以上の量で存在してもよい。
Alは、製鋼プロセス中に使用される強力な脱酸元素である。0.02%を上回る過剰なAl添加は、AlN生成を誘発する能力があり、それによって鋼中の強化MX(MはNbやVであり、XはCやNである)窒化物析出の量を減少させ、その結果、クリープ強度特性を低下させる。Alは、不純物として避けられないかもしれないが、0.00%以上の量で存在してもよい。
Crは、マルテンサイト系ミクロ組織の境界でできる炭化物を生成する。炭化クロムは、高温での露出中のマルテンサイト系ミクロ組織の安定化に不可欠である。Crは、鋼の高温酸化作用(挙動)を改善する。Cr添加の十分な酸化改善効果を明らかにするために、少なくとも10.5%の含有量が必要である。12%を上回るCr含有量は、増大したδ−フェライトの生成に終わる。
Moは、固溶体強化の原因にもなるクリープ破断強度の改善にとって重要な元素である。この元素は、炭化物(カーバイド)と金属間相とにも取り込まれる。0.10%のMo含有量が添加されてもよい。0.60%を上回るMo添加は、強靭性を悪化させ、δ−フェライト含有量の増加を誘発する。なお、M含有量とW含有量とは、炭化物と金属間相との十分な析出を確保するために、(重量%で)1≦Mo+0.5×W≦1.5の関係を満たすことに留意する。
Vは、Nと結合して、可干渉性のMX窒化物(MはNbやVであり、XはCやNである)を生成し、これが長期のクリープ特性の増大に寄与する。0.15%を下回る含有量はこの長期のクリープ改善特性効果を達成するのに十分でない一方、0.30%を上回る含有量は強靭性を低下させ、平均体積で5%を上回るδ−フェライト含有量の結果として危険を増大させる。
Niは、重要な強靭性改善元素である。したがって、0.10%の最小含有量が必要である。しかしながら、この元素は、0.40%を上回る含有量で添加された場合、Ac1温度を低下させ、クリープ破断強度を減少させる傾向がある。
Bは、M23C6炭化物の安定化とマルテンサイト系ミクロ組織の回復の遅れとの原因になる決定的な元素である。この元素は、粒界を強化し、クリープ破断強度の長期の安定性を改善する。加えて、Bは、クリープ破断延性の顕著な改善の原因になる。最大の強化効果を達成するために、少なくとも0.008%の添加が必要である。しかしながら、0.015%を上回る含有量は、鋼の最大処理温度を大幅に低下させ、有害と見なされる。BとNの添加は、既知の高温加工プロセスを使って変換を可能にするために、B/N≦1.5の関係を満たすことになっている。実際に、このB/Nの関係は、本発明による製造プロセスを使って小径または大径の継ぎ目なく溶接した管、パイプ、およびプレートの製造を許容(可能に)する。好ましくは、B含有量は、0.0095〜0.0130(wt%)の間であるべきである。
窒素は、クリープ破断強度の達成の原因となるMX(MはNbやVであり、XはCやNである)窒化物および炭窒化物の生成に必要である。少なくとも0.002%を添加してもよい。しかしながら、過剰なN添加、すなわち0.020%を上回るN添加は、改善されたBN生成に終わり、それによって、B添加の強化効果を低減させる。
B−(11/14)(N−10−(1/2.45)・(logB+6.81)−(14/48)・Ti)≧0.007。
Coは、非常に効果的なオーステナイト生成元素であり、δ−フェライト生成を制限するのに有用である。さらに、この元素はAc1温度の状態で弱い効果のみを有する。加えて、この元素は、熱処理後の初期析出のサイズ(大きさ)を小さくすることによってクリープ強度特性を改善する元素である。したがって、1.50%の最小含有量を添加することになっている。好ましくは、最小含有量は1.75%である。しかしながら、過剰な添加のCoは、高温操作中での金属間相の増大析出により脆化を誘発するかもしれない。同時に、Coは非常に高価である。したがって、添加の3.00%への制限、好ましくは2.50%への制限が必要である。
2.6≦4・(Ni+Co+0.5・Mn)−20・(C+N)≦11.2。
Wは、効果的な溶体強化剤として既知である。同時に、この元素は、炭化物に取り込まれ、クリープ強度増大にも寄与し得るC14ラーベス相を生成する。したがって、1.50%の最小含有量が必要とされる。しかしながら、この元素は、高価であり、製鋼および鋳造プロセス中に強く分離しており、この元素は、著しい脆化を引き起こす金属間相を生成する。したがって、W添加の上限は2.50%に設定されるかもしれない。なお、MoとWの含有量(重量%で)は、炭化物と金属間相との十分な析出を確保するために、1.00≦Mo+0.5W≦1.50という関係を満たすことになっていることに留意されたい。
Tiは、強い窒化物生成元素である。窒化物の生成により遊離Bを保護することが有用である。0.001%の最小含有量は、この目的のために必要とされる。しかしながら、0.020%を上回る過剰なTi含有量は、大きなブロック状のTiN析出の生成により強靭特性を低下させ得る。
2.6≦4・(Ni+Co+0.5・Mn)−20(C+N)≦11.2(wt.−%で)
を満たさない。
B−(11/14)(N−10−(1/2.45)・(logB+6.81)−(14/48)・Ti)≧0.007(wt.%で)
を満たさない。
(I.)5000h後に10mg/cm2を上回る質量増加に対する非保護的な挙動
(II.)5〜10mg/cm2の範囲内での質量増加に対する中間的な挙動
(III.)5mg/cm2を下回る質量増加に対する保護的な挙動。
Claims (15)
- 重量パーセントで以下の化学組成を有する鋼からなる高温用途向けシームレス管状製品:
C:0.10〜0.16%
Si:0.20〜0.60%
Mn:0.30〜0.80%
P≦0.020%
S≦0.010%
Al≦0.020%
Cr:10.50〜12.00%
Mo:0.10〜0.60%
V:0.15〜0.30%
Ni:0.10〜0.40%
B:0.008〜0.015%
N:0.002〜0.020%
Co:1.50〜3.00%
W:1.50〜2.50%
Nb:0.02〜0.07%
Ti:0.001〜0.020%
前記鋼の残部は、鉄および避けられない不純物である。 - B/N≦1.5である、請求項1に記載のシームレス管状製品。
- wt%で、
1.00%≦Mo+0.5W≦1.50%
である、請求項1または2に記載のシームレス管状製品。 - wt%で、
B−(11/14)(N−10−(1/2.45)・(logB+6.81)−(14/48)・Ti)≧0.007
である、請求項1から3のいずれか一項に記載のシームレス管状製品。 - wt.−%で、
2.6≦4・(Ni+Co+0.5・Mn)−20・(C+N)≦11.2
である、請求項1から4のいずれか一項に記載のシームレス管状製品。 - 炭素含有量が0.13〜0.16%の間である、請求項1から5のいずれか一項に記載のシームレス管状製品。
- Mo含有量が0.30〜0.60%の間である、請求項1から6のいずれか一項に記載のシームレス管状製品。
- B含有量が0.0095〜0.013%の間である、請求項1から7のいずれか一項に記載のシームレス管状製品。
- Ti含有量が0.001〜0.005%の間である、請求項1から8のいずれか一項に記載のシームレス管状製品。
- ミクロ組織が、少なくとも95%の焼もどしマルテンサイトを含み、前記残部がデルタフェライトである、請求項1から9のいずれか一項に記載のシームレス管状製品。
- 前記ミクロ組織が、少なくとも98%の焼もどしマルテンサイトを含み、前記残部がデルタフェライトである、請求項1から10のいずれか一項に記載のシームレス管状製品。
- 前記ミクロ組織が、マルテンサイト系でありかつデルタフェライトを含まない、請求項1から11のいずれか一項に記載のシームレス管状製品。
- 請求項1から12のいずれか一項に記載のシームレス管。
- 請求項1から12のいずれか一項に記載のシームレス管状製品の生産方法であって、
請求項1から12のいずれか一項に記載の化学組成を有する鋼を鋳造するステップと、
前記鋼を高温形成するステップと、
前記鋼を加熱し、前記鋼を10〜120分の時間で1050℃〜1170℃の温度範囲内に保持するステップと、
前記鋼を室温まで冷却するステップと、
前記鋼を再加熱し、前記鋼を、750℃〜820℃の間である焼もどし温度TTまで少なくとも1時間保持するステップと、
前記鋼を室温まで冷却するステップと、
を備える生産方法。 - 前記冷却ステップが、空冷または水冷を使って行われる、請求項14に記載の鋼シームレス管状製品の生産方法。
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