JP2631250B2 - ボイラ用鋼管用高強度フェライト系耐熱鋼 - Google Patents

ボイラ用鋼管用高強度フェライト系耐熱鋼

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JP2631250B2
JP2631250B2 JP3146345A JP14634591A JP2631250B2 JP 2631250 B2 JP2631250 B2 JP 2631250B2 JP 3146345 A JP3146345 A JP 3146345A JP 14634591 A JP14634591 A JP 14634591A JP 2631250 B2 JP2631250 B2 JP 2631250B2
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久 直井
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温クリープ特性と常
温靱性のすぐれた高強度フェライト系耐熱鋼に関し、さ
らに詳しくはボイラ用鋼管用鋼に係わるものである。
【0002】
【従来の技術】最近、熱効率を向上させる観点から、火
力発電においては蒸気条件の高温高圧化が進められ、現
行の538℃/246kgf/cm2から593℃/316kgf
/cm2 、さらには650℃/350kgf/cm2 、というい
わゆる超々臨界圧条件に引き上げようとしている。この
ような動向にともない、ボイラ管などの材料選択にあた
っては耐酸化性と高温強度の観点から現在使われている
2・1/4Cr-Mo鋼は適用できなくなる。一方、18−8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
ップなどの問題がある。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。
【0003】他方、このような用途にこれまで9Cr−1
Mo鋼及び9Cr−2Mo鋼などの高クロムフェライト系耐熱
鋼も用いられてきたが、これらは何れも上記の蒸気条件
ではクリープ破断強度が不足するので適用できない。な
お、其他の関連技術として、特開昭62−297435
号、特開昭62−297436号、特開昭63−896
44号の各公報などに記載のものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上のような事情を踏
まえて、本発明は超々臨界圧ボイラなどの素材として使
用できるような高強度、高靱性を有するフェライト系耐
熱鋼を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の目的を達
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、Co及びBの積極的な利
用などにより、δフェライトの発生を抑制して、高温強
度と常温靱性のすぐれたボイラ用鋼管用高強度フェライ
ト系耐熱鋼を提供するものである。すなわち、本発明の
要旨とするところは、下記のとおりである。
【0006】重量%で、 C:0.05〜0.15% 未満 Si:0.20%未満 Mn:0.05〜1.50% Cr:8.00〜13.00% Ni:0.01〜1.50% Mo:0.50%超〜1.50% W :1.00%超〜4.00% V :0.05〜0.40% Nb:0.02〜0.15% Co:1.00%超〜5.00% Al:0.002〜0.050% B :0.0010〜0.0300% N :0.01〜0.11% を含有し、残部がFe及び不可避の不純物よりなり、す
ぐれた高温強度と十分な常温靱性を有するボイラ用鋼管
高強度フェライト系耐熱鋼。
【0007】
【作用】以下、本発明の各成分の限定理由について説明
する。Cは主にMC(Mは合金元素を指す、以下も同
じ)及びM236 型の炭化物として析出し、強度及び靱
性に大きな影響を有する。0.05%未満では析出量が
少なく、強化に不十分であり、0.15%以上では靱性
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、
0.05〜0.15%未満に限定する。
【0008】Siは強度への影響がすくないが、靱性を
悪化させるので、0.20%未満に限定する。Mnはδ
フェライトの生成を抑制し、相バランス上最低0.05
%が必要であるが、1.50%を超えると高温強度を低
下させるので、上限は1.50%とした。
【0009】Crは高温耐酸化性を確保する上で必要不可
欠な元素であり、M236 型炭化物を析出させる効果も
有する。8.00%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、強度と靱性が損なわ
れるので、8.00〜13.00%に限定する。Niはオ
ーステナイト生成元素であり、δフェライトを抑制する
効果を有し、靱性にも有益な影響を及ぼす。最低0.0
1%が必要であるが、1.50%超では析出物の凝集粗
大化を招くため、0.01〜1.50%とした。
【0010】Moは固溶体強化をもたらすと同時にM23
6を安定化させ、高温強度を向上させる。0.50%以
下では効果が小さく、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
及び凝集粗大化を促進させるので、0.50%超〜1.
50%とした。Wは固溶体強化とM236 の微細析出の
効果を奏すると同時に、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1.00%超が必要であるが、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、1.00%超〜
4.00%とした。
【0011】Vは微細な炭窒化物として析出し、高温強
度を高める働きをする。0.05%未満では効果が不十
分であり、0.40%超ではV(C、N)の粗大化を招
くだけではなく、M236 として析出し得るC量を減少
させ、逆に高温強度を低下させるので、0.05〜0.
40%に限定する。Nbは炭窒化物として析出し、強度を
高めるのに有効である。最低0.02%が必要である
が、0.15%を超えて添加すると、焼ならし温度では
マトリックスに完全に溶けきれず、十分な強化効果が得
られないので、0.02〜0.15%に限定する。
【0012】Nは窒化物または炭窒化物を析出させ、高
温強度を高める重要な元素の一つである。最低0.01
%は必要であるが、0.11%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、製造上でも困
難であるため、0.01〜0.11%に限定する。Co
の積極的な利用は本発明の大きな特徴の一つである。C
o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。1.00%以下では効果が小さく、また5.
00%超ではコストが高く、脆化も起こりやすくなるの
で、1.00%超〜5.00%に限定する。
【0013】Alは脱酸材として使われるが、その残留量
は結晶粒径や機械的性質に大きな影響を及ぼす。0.0
02%未満では脱酸には不十分であり、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。Bは粒界強化作用およびM23
(C、B)6 などとして析出強化作用があるので、高温
強度を向上する効果がある。0.0010%未満では効
果が不十分であり、また0.0300%超では粗大なB
含有相を生じ、脆化を起こすため、0.0010〜0.
0300%と限定する。
【0014】
【実施例】表1に示す化学組成を有する本発明鋼(No.
1〜7)と比較鋼(No. 8〜11)を真空誘導溶解炉に
て各20kgのインゴットに溶製し、熱延によって厚さ1
5mmの板とした後、1100℃×60分の焼ならし、7
80℃×60分の焼もどしを施して、600℃、20kg
f/mm2 と650℃、15kgf/mm2 の2条件においてクリ
ープ破断試験を行うとともに、600℃、3000時間
時効後、0℃においてシャルピー衝撃試験を行った。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倍〜3倍以上であり、かつ600℃、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。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【発明の効果】以上の如く、本発明により、すぐれたク
リープ破断強度と良好な靱性を有するフェライト系耐熱
鋼の供給が可能となった。これらの鋼は超々臨界圧火力
発電、原子力発電など多くの分野への適用ができ、産業
界に対し貢献するところが極めて大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−20410(JP,A) 特開 昭62−297436(JP,A) 特開 昭59−232231(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C :0.05〜0.15% 未満 Si:0.20%未満 Mn:0.05〜1.50% Cr:8.00〜13.00% Ni:0.01〜1.50% Mo:0.50%超〜1.50% W :1.00%超〜4.00% V :0.05〜0.40% Nb:0.02〜0.15% Co:1.00%超〜5.00% Al:0.002〜0.050% B :0.0010〜0.0300% N :0.01〜0.11% を含有し、残部がFe及び不可避の不純物よりなり、す
    ぐれた高温強度と十分な常温靱性を有するボイラ用鋼管
    高強度フェライト系耐熱鋼。
JP3146345A 1991-06-18 1991-06-18 ボイラ用鋼管用高強度フェライト系耐熱鋼 Expired - Lifetime JP2631250B2 (ja)

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