JP2528767B2 - 高温強度ならびに靱性に優れたフェライト系耐熱鋼 - Google Patents
高温強度ならびに靱性に優れたフェライト系耐熱鋼Info
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関するものであり、さらに詳しくは高温におけるクリー
プ破断特性および靱性の優れたフェライト系Cr含有ボ
イラ鋼管用鋼に関するものである。
させる観点から蒸気条件の高温高圧化が進められ、現行
の超臨界圧条件から中間ステップを経て超々臨界圧条件
に引き上げる計画が推進されている。このような発電条
件の動向に伴い、ボイラ管等の材料選択において、耐酸
化性と高温強度の観点から現在使用されている2・1/4C
r−1Mo鋼では適用が難かしい。一方、オーステナイ
ト系耐熱鋼の適用が考えられるが、コストアップ等の問
題がある。したがって、この二者の間に位置する高強
度、高靱性のフェライト系耐熱鋼の開発が望まれてい
る。
が従来材を大幅に上回る新しい鋼種が開発され、提案が
行われている。これまで9Cr−1Mo鋼および9Cr
−2Mo鋼などの高Crフェライト系耐熱鋼が提案され
ているが、これらは何れも上記の超々臨界圧蒸気条件で
はクリープ破断強度の点から適用が難しい。これらの要
求特性を向上させた鋼が開発され、(Mo+W)とNb
量の関係を定めてクリープ特性と靱性の向上を図ること
が、特開昭61−69948号公報、特開昭61−23
1139号公報、特開昭62−297435号公報、特
開昭62−297436号公報において開示されてい
る。また、クリープ強度の向上に最適範囲のW、Nb添
加が有効なことが、特開昭63−89644号公報にお
いて開示されている。
固溶強化、析出強化によりクリープ強度を飛躍的に高め
た鋼であるが、靱性についての配慮に欠けていた。
まえて、本発明は超々臨界圧ボイラなどで使用できるよ
うな高温強度ならびに靱性の優れたフェライト系耐熱鋼
を提供することを目的とする。
成するために、合金成分の最適化をはかり、MoとWの
添加量を適正化すると同時に、Ni、CoおよびCuの
積極的な利用等により、δフェライトの生成を抑制し、
高温強度と靱性の優れたフェライト系耐熱鋼を提供する
ものである。
記のとおりである。 (1) 重量%で C :0.01〜0.15%、 Si:0.01〜0.80%、 Mn:0.05〜1.50%、 Cr:8.00〜13.00%、 Ni:0.01〜3.00%、 Mo:0.05〜1.50%、 W :0.05〜4.00%、 V :0.05〜0.50%、 Nb:0.02〜0.15%、 Co:1.01〜5.00%、 Cu:0.01〜5.00%、 Al:0.002〜0.050%、 N :0.010〜0.110% を含有し、 P :0.030%以下、 S :0.010%以下、 O :0.015%以下 に制限され、残部がFeおよび不可避の不純物よりなる
とともに、上記成分範囲のCr、Ni、Co、およびC
uが、 Cr−4Ni−2Co−Cu≦9 の関係式を満足することを特徴とする高温強度ならびに
靱性に優れたフェライト系耐熱鋼。
とともに、上記成分範囲のCr、Ni、Co、およびC
uが、 Cr−4Ni−2Co−Cu≦9 の関係式を満足することを特徴とする高温強度ならびに
靱性に優れたフェライト系耐熱鋼。
いて説明する。Cは主にMC(Mは合金元素を指す、以
下同じ)およびM23C6 型の炭化物として析出し、強度
および靱性に大きな影響を及ぼす。0.01%未満では
析出量が少なく、析出強化に不十分であり、0.15%
超では靱性が低下するとともに、炭化物の凝集粗大化が
促進され、高温長時間側のクリープ破断強度を低下させ
るので、0.01〜0.15%に限定する。
のために添加されるが、靱性に悪影響を及ぼす元素であ
る。したがって、脱酸、強度、耐酸化性の点から下限を
0.01%とし、靱性の点から上限を0.80%とし
た。Mnは脱酸のためのみでなく、強度の改善に必要な
元素であり、最低0.05%以上の添加が必要である。
しかし、過剰な添加は高温強度および靱性を低下させる
ため上限を1.50%とした。
不可欠な元素であり、マトリックス中へM23C6 型炭化
物を析出させる効果を有し、高温強度を高める。8.0
0%未満では高温での耐酸化性が不足となり、高温強度
も低下する。一方、13.00%超ではδフェライトの
抑制が難しくなり、強度と靱性の低下が生じるので、C
r量を8.00〜13.00%に限定する。
フェライトの生成を抑制する効果を有し、靱性の改善に
も有効であり、最低0.01%が必要である。しかし、
3.00%超では析出物の凝集粗大化をまねき、長時間
側のクリープ破断強度が低下するため上限を3.00%
とした。Moは固溶強化をもたらすと同時に、M23C6
を安定化させ、高温強度を向上させる。0.05%未満
では効果が小さく、1.50%超ではδフェライトの生
成を促進すると同時に、M6 CとLaves相の析出お
よび凝集粗大化を促進させるので、0.05〜1.50
%とした。
すると同時に、炭化物の凝集粗大化を抑制し、高温長時
間側のクリープ破断強度を著しく向上させる。最低0.
05%以上が必要であるが、4.00%を超えると、δ
フェライトと粗大なLaves相が生成しやすくなり、
高温強度と靱性を低下させるため、0.05〜4.00
%とした。
析出し、高温強度を高める。0.05%未満では効果が
不十分であり、0.50%超ではV(C、N)の粗大化
を招くだけではなく、M23C6 として析出し得るC量を
減少させ、高温強度を低下させるので、0.05〜0.
50%に限定する。Nbは炭窒化物として析出し、高温
強度を高めるとともに、組織微細化の作用により靱性を
改善するため、最低0.02%が必要である。しかし
0.15%を超えて過剰に添加すると、焼ならし温度で
はマトリックスに完全に固溶しきれず、十分な強化効果
が得られないので、0.02〜0.15%に限定する。
の一つである。Coはオーステナイト生成元素であり、
δフェライトの生成を抑制すると同時に、析出物を安定
化させ、高温強度を高める。0.01%未満では効果が
小さく、また5.00%超ではコストが高く、脆化も起
こりやすくなる一方、δフェライト生成抑制には含有量
の多い方が効果が大きい(1.00%超)ので、1.0
1〜5.00%に限定する。
フェライトの生成を抑制する。0.01%未満では効果
が小さく、また5.00%超では脆化が起こりやすくな
るので、0.01〜5.00%に限定する。Alは脱酸
材として使われるが、その含有量は結晶粒径や機械的性
質に大きな影響を及ぼす。0.002%未満では脱酸材
として不十分で、0.050%超ではクリープ破断強度
が低下するので、0.002〜0.050%に限定す
る。
温強度を高める重要な元素の一つである。0.010%
以上の添加により効果を発揮するが、0.110%を超
えると、窒化物の粗大化と靱性の低下をもたらすだけで
はなく、製造上も困難となるため、0.010〜0.1
10%に限定する。Bは粒界強化およびM23(C、B)
6 などとして析出強化をもたらすため、高温強度を向上
する。0.001%未満では効果が不十分であり、また
0.030%超では粗大なB含有相を生じさせ、脆化を
起こすため、0.001〜0.030%と限定する。
影響を及ぼすため、上限を0.03%とした。Sは靱性
劣化、異方性および再熱割れ感受性の増大の原因となる
ので、上限を0.010%とした。Oは靱性に悪影響を
及ぼす酸化物の生成の原因となるので、上限を0.01
5%とした。
ならびに靱性の改善のため、δフェライトが存在しない
マルテンサイト単相組織とするためにCr、Ni、Co
およびCu量の適正バランスが規定される。本発明者ら
は上記成分範囲内のCr、Ni、CoおよびCuが Cr−4Ni−2Co−Cu≦9 を満足すれば、δフェライトの生成を抑制してクリープ
強度ならびに靱性を改善できることを見出した。
耐熱鋼を提供するものであるので、本発明鋼を製造する
のに、使用目的に応じて種々の製造方法および熱処理方
法を採ることが可能であり、これらの方法の採用により
本発明の効果が何等妨げられるものではない。本発明鋼
は鋼管のみならず、厚板および薄板の形で提供すること
も可能であり、熱間圧延まま、もしくは必要とされる熱
処理を施した板を用いて種々の耐熱材料の形状で使用す
ることが可能であって、本発明の効果に何等影響を与え
ない。
それぞれ目的、用途に応じて各種熱処理を施すことが可
能であって、また本発明の効果を十分に発揮する上で重
要である。通常は焼ならし+焼戻し工程を経て製品とす
る場合が多いが、これに加えて焼入れ、焼戻し、焼なら
し工程を単独で、あるいは併用して施すことが可能であ
り、また有用である。材料特性の十分な発現に必要な範
囲で、以上の工程はおのおのの工程を複数回繰り返して
適用することもまた可能であって、本発明の効果に何等
影響を与えるものではない。
造プロセスに適用すればよい。
o.1〜6)と比較鋼(No.7〜9)を真空誘導溶解
炉にて溶製し、各20kgのインゴットに鋳造し、熱延
によって厚さ15mmの板とした後、1080℃×60
分の焼ならし、780℃×60分の焼戻しを施して、6
00℃で200MPaと650℃で150MPaの2条
件のクリープ破断試験、600℃で3000時間時効後
の0℃におけるシャルピー衝撃試験を実施した。その結
果を表2に示す。表2から明らかなように、本発明鋼は
何れの条件においてもクリープ破断時間が比較鋼の2〜
3倍以上であり、かつ600℃で3000時間時効後の
シャルピー吸収エネルギーが比較鋼と同等以上であり、
従来鋼より高い温度で使用できるものと考えられる。
系耐熱鋼に比べ、装置の高温化、高圧化に対応できる高
温強度の増大を達成した鋼であり、靱性等実用上の特性
も優れており、超々臨界圧火力発電、原子力発電など多
くの分野への適用ができ、産業界に貢献するところが極
めて大きい。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で C :0.01〜0.15%、 Si:0.01〜0.80%、 Mn:0.05〜1.50%、 Cr:8.00〜13.00%、 Ni:0.01〜3・00%、 Mo:0.05〜1.50%、 W :0.05〜4.00%、 V :0.05〜0.50%、 Nb:0.02〜0.15%、 Co:1.01〜5.00%、 Cu:0.01〜5.00%、 Al:0.002〜0.050%、 N :0.010〜0.110% を含有し、 P :0.030%以下、 S :0.010%以下、 O :0.015%以下 に制限され、残部がFeおよび不可避の不純物よりなる
とともに、上記成分範囲のCr、Ni、Co、およびC
uが、 Cr−4Ni−2Co−Cu≦9 の関係式を満足することを特徴とする高温強度ならびに
靱性に優れたフェライト系耐熱鋼。 - 【請求項2】 重量%で C :0.01〜0.15%、 Si:0.01〜0.80%、 Mn:0.05〜1.50%、 Cr:8.00〜13.00%、 Ni:0.01〜3.00%、 Mo:0.05〜1.50%、 W :0.05〜4.00%、 V :0.05〜0.50%、 Nb:0.02〜0.15%、 Co:1.01〜5.00%、 Cu:0.01〜5.00%、 Al:0.002〜0.050%、 N :0.010〜0.110% を含有し、さらに B :0.001〜0.030% を含有して、 P :0.030%以下、 S :0.010%以下、 O :0.015%以下 に制限され、残部がFeおよび不可避の不純物よりなる
とともに、上記成分範囲のCr、Ni、Co、およびC
uが、 Cr−4Ni−2Co−Cu≦9 の関係式を満足することを特徴とする高温強度ならびに
靱性に優れたフェライト系耐熱鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4122304A JP2528767B2 (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 高温強度ならびに靱性に優れたフェライト系耐熱鋼 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4122304A JP2528767B2 (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 高温強度ならびに靱性に優れたフェライト系耐熱鋼 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05311345A JPH05311345A (ja) | 1993-11-22 |
JP2528767B2 true JP2528767B2 (ja) | 1996-08-28 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4122304A Expired - Lifetime JP2528767B2 (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 高温強度ならびに靱性に優れたフェライト系耐熱鋼 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1992
- 1992-05-14 JP JP4122304A patent/JP2528767B2/ja not_active Expired - Lifetime
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