JP2716807B2 - 高強度低合金耐熱鋼 - Google Patents
高強度低合金耐熱鋼Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高強度低合金耐熱鋼に関し、例えば発電用ボ
イラーや化学プラントの熱交換器、配管等の鋼管材、高
温耐圧バルブ等の鋳鍛鋼品、高温で使用される吊金具、
支持材等の丸鋼、形鋼、鋼板等に適用される高強度低合
金耐熱鋼にに関する。
イラーや化学プラントの熱交換器、配管等の鋼管材、高
温耐圧バルブ等の鋳鍛鋼品、高温で使用される吊金具、
支持材等の丸鋼、形鋼、鋼板等に適用される高強度低合
金耐熱鋼にに関する。
従来、耐熱鋼としてはオーステナイト系ステンレス
鋼、9Cr鋼、12Cr鋼、１〜2 1/4Cr鋼及び1.0％未満のCr
を含有する低合金鋼等がある。
鋼、9Cr鋼、12Cr鋼、１〜2 1/4Cr鋼及び1.0％未満のCr
を含有する低合金鋼等がある。
上記の従来の耐熱鋼の場合、約600℃までの高温で使
用することを条件とすると次のような問題点がある。
用することを条件とすると次のような問題点がある。
１） オーステナイト系ステンレス鋼：高温強度、靭
性、加工性は良好であるが、使用環境によっては応力腐
食割れ、粒界腐食が生じる欠点がある。また、材料価格
が高い。
性、加工性は良好であるが、使用環境によっては応力腐
食割れ、粒界腐食が生じる欠点がある。また、材料価格
が高い。
２） 9Cr鋼及び12Cr鋼：種々の鋼種があるが、STBA26
（9Cr−1Mo鋼）やDIN規格X20CrMoV121（12Cr−1Mo−Ｖ
鋼）はＣ量が約0.13〜0.25wt％と高いために、溶接割れ
が発生しやすく、また加工性が劣る。最近開発された低
Ｃ系で、Ｖ及びNbを添加した9Cr鋼及び12Cr鋼は上記の
高Ｃ系の鋼種に比べ、溶接性及び高温強度とも改善され
ているが、2 1/4Cr−1Mo鋼などの低合金鋼に比べ、熱伝
導率が低く、全般に溶接作業性が劣る。
（9Cr−1Mo鋼）やDIN規格X20CrMoV121（12Cr−1Mo−Ｖ
鋼）はＣ量が約0.13〜0.25wt％と高いために、溶接割れ
が発生しやすく、また加工性が劣る。最近開発された低
Ｃ系で、Ｖ及びNbを添加した9Cr鋼及び12Cr鋼は上記の
高Ｃ系の鋼種に比べ、溶接性及び高温強度とも改善され
ているが、2 1/4Cr−1Mo鋼などの低合金鋼に比べ、熱伝
導率が低く、全般に溶接作業性が劣る。
３） １〜2 1/4Cr鋼：この鋼は約600℃まで使用できる
耐酸化性があり、STBA26を含めた低合金鋼の中では最も
高温強度が優れ、溶接性及び加工性が良好がある。しか
し、最近開発された高強度の9Cr鋼及び12Cr鋼やオース
テナイト系ステンレス鋼に比べ、高温強度が劣るため、
本鋼を使用する場合、600℃付近の設計温度では極厚と
なり、配管等の大径管では大きな熱応力が発生すること
になる。
耐酸化性があり、STBA26を含めた低合金鋼の中では最も
高温強度が優れ、溶接性及び加工性が良好がある。しか
し、最近開発された高強度の9Cr鋼及び12Cr鋼やオース
テナイト系ステンレス鋼に比べ、高温強度が劣るため、
本鋼を使用する場合、600℃付近の設計温度では極厚と
なり、配管等の大径管では大きな熱応力が発生すること
になる。
４） 1.0％未満のCrを含有する低合金鋼:1〜2 1/4Cr鋼
に比べて高温強度が低く、耐酸化性が劣るため、使用限
界温度が低い欠点がある。
に比べて高温強度が低く、耐酸化性が劣るため、使用限
界温度が低い欠点がある。
本発明は、上記のような従来鋼種の欠点をなくし、約
600℃までの温度域で使用される安価な高強度鋼で、基
本的には従来の１〜2 1/4Cr鋼の高温強度を大幅に改善
し、約600℃までオーステナイト系ステンレス鋼及び高
強度9Cr鋼や12Cr鋼に代えて使用できる高強度低合金耐
熱鋼を提供しようとするものである。また、１〜2 1/4C
r系鋼で本発明鋼と同様にMo,W,V,Nbを含む場合にも高温
強度の大幅な改善が可能であるが、Mo及びＷの添加量に
よっては長時間側のクリープ破断強度が十分ではないこ
とがある。従って、本発明では特に、長時間側（104h以
上）のクリープ破断強度が安定して高く、600℃で104h
クリープ破断強度が13kgf/mm2以上の鋼を提供すること
を目標とする。
600℃までの温度域で使用される安価な高強度鋼で、基
本的には従来の１〜2 1/4Cr鋼の高温強度を大幅に改善
し、約600℃までオーステナイト系ステンレス鋼及び高
強度9Cr鋼や12Cr鋼に代えて使用できる高強度低合金耐
熱鋼を提供しようとするものである。また、１〜2 1/4C
r系鋼で本発明鋼と同様にMo,W,V,Nbを含む場合にも高温
強度の大幅な改善が可能であるが、Mo及びＷの添加量に
よっては長時間側のクリープ破断強度が十分ではないこ
とがある。従って、本発明では特に、長時間側（104h以
上）のクリープ破断強度が安定して高く、600℃で104h
クリープ破断強度が13kgf/mm2以上の鋼を提供すること
を目標とする。
本発明は、重量％でC:0.03〜0.12％、Si≦１％、Mn:
0.2〜１％、Ｐ≦0.03％、Si≦0.03％、Ni≦0.8％、Cr:
0.7〜３％、Mo:0.3〜0.7％、W:0.6〜2.4％、V:0.03〜0.
35％、Nb:0.01〜0.12％、N:0.01〜0.05％を含み、残部F
e及び不可避の不純物からなり、かつMoとＷの含有量に
対して0.8％≦Mo＋W/2≦1.5％及びＷ＞Moを満足させ、6
00℃、104hのクリープ強度が13kgf/mm2以上であること
を特徴とする高強度低合金耐熱鋼である。
0.2〜１％、Ｐ≦0.03％、Si≦0.03％、Ni≦0.8％、Cr:
0.7〜３％、Mo:0.3〜0.7％、W:0.6〜2.4％、V:0.03〜0.
35％、Nb:0.01〜0.12％、N:0.01〜0.05％を含み、残部F
e及び不可避の不純物からなり、かつMoとＷの含有量に
対して0.8％≦Mo＋W/2≦1.5％及びＷ＞Moを満足させ、6
00℃、104hのクリープ強度が13kgf/mm2以上であること
を特徴とする高強度低合金耐熱鋼である。
本発明鋼の金属組織はフェライト＋ベーナイトあるい
はフェライト＋パーライトであり、通常の１〜2 1/4Cr
鋼に比べフェライトの量が多い。このフェライト相内に
は微細なＶN析出物が生成する。
はフェライト＋パーライトであり、通常の１〜2 1/4Cr
鋼に比べフェライトの量が多い。このフェライト相内に
は微細なＶN析出物が生成する。
また、本発明鋼における成分範囲の限定理由は次の通
りである。
りである。
１） ＣはCr,Mo,W,V,Nbとともに炭化物を形成し、クリ
ープ強度を上昇させる。しかし、0.12wt％を越えると溶
接割れが生じやすく、また、却ってクリープ強度を低下
させることになる。一方、クリープ強度上昇のために
は、0.03wt％以上が必要であり、これを下廻るとクリー
プ強度が低下する。従って0.03〜0.12wt％とした。好ま
しくは0.05〜0.09wt％である。
ープ強度を上昇させる。しかし、0.12wt％を越えると溶
接割れが生じやすく、また、却ってクリープ強度を低下
させることになる。一方、クリープ強度上昇のために
は、0.03wt％以上が必要であり、これを下廻るとクリー
プ強度が低下する。従って0.03〜0.12wt％とした。好ま
しくは0.05〜0.09wt％である。
２） Si脱酸剤として用いられ、強度上昇、耐酸化性向
上に寄与するが、1wt％を越えて添加すると靭性が低下
し、クリープ延性を低下させるので、1wt％以下とし
た。好ましくは0.2wt％以下である。
上に寄与するが、1wt％を越えて添加すると靭性が低下
し、クリープ延性を低下させるので、1wt％以下とし
た。好ましくは0.2wt％以下である。
３） MnはSiと同様に脱酸剤としての効果を有し、焼入
れ性を向上させるが、0.2wt％未満ではその効果が少な
く、また、1wt％を越えて添加すると脆化しやすいの
で、0.2〜1wt％とした。好ましくは0.4〜0.6wt％であ
る。
れ性を向上させるが、0.2wt％未満ではその効果が少な
く、また、1wt％を越えて添加すると脆化しやすいの
で、0.2〜1wt％とした。好ましくは0.4〜0.6wt％であ
る。
４） Ｐ及びＳは不純物元素として靭性を低下させ、機
械的性質を劣化させるので、ともに0.03wt％以下とし
た。好ましくはＰは0.01wt％以下、Ｓは0.005wt％であ
る。
械的性質を劣化させるので、ともに0.03wt％以下とし
た。好ましくはＰは0.01wt％以下、Ｓは0.005wt％であ
る。
５） Niは焼入れ性を向上させ、靭性を改善する元素で
あるが、0.8wt％を越えて添加すると硬化性が大きくな
り、溶接性が低下すると同時にクリープ破断強度を低下
させるので、0.8wt％以下とした。好ましくは0.4wt％以
下である。
あるが、0.8wt％を越えて添加すると硬化性が大きくな
り、溶接性が低下すると同時にクリープ破断強度を低下
させるので、0.8wt％以下とした。好ましくは0.4wt％以
下である。
６） Crは耐酸化性を高め、適性な量であれば炭化物形
成元素としてクリープ破断強度を高めるが、添加量が多
くなると熱伝導率が小さくなるとともに却ってクリープ
破断強度を低下させる。また、0.7wt％を下廻る量では
耐酸化性の面から約600℃まで使用することは困難にな
り、クリープ破断強度も低下する。そこで、下限を0.7w
t％、上限を3wt％とした。但し、好ましくは0.9〜2.4wt
％である。
成元素としてクリープ破断強度を高めるが、添加量が多
くなると熱伝導率が小さくなるとともに却ってクリープ
破断強度を低下させる。また、0.7wt％を下廻る量では
耐酸化性の面から約600℃まで使用することは困難にな
り、クリープ破断強度も低下する。そこで、下限を0.7w
t％、上限を3wt％とした。但し、好ましくは0.9〜2.4wt
％である。
７） Moは母地に固溶するとともに炭化物等の析出物を
形成してクリープ破断強度を高めるが、0.3wt％未満で
は不十分であり、後述のＷと組み合せて添加する場合、
0.7wt％を越えて添加してもその効果は飽和し、逆に長
時間側のクリープ破断強度が低下する。従ってMoの添加
量は0.3〜0.7wt％としたが、Ｗとともに次式を満足する
場合に最も安定した高いクリープ破断強度が得られる。
形成してクリープ破断強度を高めるが、0.3wt％未満で
は不十分であり、後述のＷと組み合せて添加する場合、
0.7wt％を越えて添加してもその効果は飽和し、逆に長
時間側のクリープ破断強度が低下する。従ってMoの添加
量は0.3〜0.7wt％としたが、Ｗとともに次式を満足する
場合に最も安定した高いクリープ破断強度が得られる。
0.8wt％＜Mo＋W/21.5wt％ ８） ＷはMoと同様に母地に固溶してクリープ破断強度
を高めるが、Moを0.3〜0.7wt％とした場合、0.6wt％未
満ではその効果は十分ではなく、また2.4wt％を越えて
添加した場合、熱間加工性を阻害し、靭性が低下する。
すなわち、ＷはMoとともに次式を満足する場合に最も安
定した高いクリープ破断強度が得られる。
を高めるが、Moを0.3〜0.7wt％とした場合、0.6wt％未
満ではその効果は十分ではなく、また2.4wt％を越えて
添加した場合、熱間加工性を阻害し、靭性が低下する。
すなわち、ＷはMoとともに次式を満足する場合に最も安
定した高いクリープ破断強度が得られる。
0.8wt％Mo＋W/21.5wt％ ９） Ｖは炭化物を生成するとともにＮと化合してVNが
フェライト地中に析出し、クリープ破断強度を著しく高
める効果がある。その効果は0.05wt％以上で現われ、0.
35wt％を越えると溶接割れ感受性を高め、溶接性が劣化
する。従って、0.05〜0.35wt％とした。好ましくは0.15
〜3wt％である。
フェライト地中に析出し、クリープ破断強度を著しく高
める効果がある。その効果は0.05wt％以上で現われ、0.
35wt％を越えると溶接割れ感受性を高め、溶接性が劣化
する。従って、0.05〜0.35wt％とした。好ましくは0.15
〜3wt％である。
10） Nbは炭窒化物を生成し、短時間側のクリープ破断
強度を高め、Ｖとの複合添加によって、炭窒化物を微細
に、また良好な分散状態で析出させる効果があり、その
効果は0.01wt％以上で現われる。また、0.12wt％を越え
て添加してもその効果は飽和し、却って長時間側のクリ
ープ破断強度を低下させる原因となる。また、多量添加
した場合には溶接性を低下させる。従って0.01〜0.12wt
％を成分範囲とした。好ましくは0.01〜0.05wt％であ
る。
強度を高め、Ｖとの複合添加によって、炭窒化物を微細
に、また良好な分散状態で析出させる効果があり、その
効果は0.01wt％以上で現われる。また、0.12wt％を越え
て添加してもその効果は飽和し、却って長時間側のクリ
ープ破断強度を低下させる原因となる。また、多量添加
した場合には溶接性を低下させる。従って0.01〜0.12wt
％を成分範囲とした。好ましくは0.01〜0.05wt％であ
る。
11） ＮはＣの代替元素としての役割りを果すととも
に、Ｖ及びNbなどと窒化物あるいは炭窒化物を形成し、
クリープ破断強度を著しく上昇させる。その効果は0.01
wt％未満では不十分であり、0.05wt％を越えて添加する
と焼入れ硬化性が高くなり、溶接性を阻害するので、範
囲を0.01〜0.05wt％とした。好ましくは0.01〜0.03wt％
である。
に、Ｖ及びNbなどと窒化物あるいは炭窒化物を形成し、
クリープ破断強度を著しく上昇させる。その効果は0.01
wt％未満では不十分であり、0.05wt％を越えて添加する
と焼入れ硬化性が高くなり、溶接性を阻害するので、範
囲を0.01〜0.05wt％とした。好ましくは0.01〜0.03wt％
である。
本発明において重要な点は長時間側のクリープ破断強
度を高めるためにMo及びＷ添加量について最適化を図っ
たことである。すなわち、Mo及びＷの添加量はそれぞれ
0.3〜0.7wt％及び0.6〜2.4wt％であり、かつ、0.8wt％
Mo＋W/21.5wt％を満足する必要がある。これを図示
すると、第１図のようになり、適性なMoとＷの領域があ
る。
度を高めるためにMo及びＷ添加量について最適化を図っ
たことである。すなわち、Mo及びＷの添加量はそれぞれ
0.3〜0.7wt％及び0.6〜2.4wt％であり、かつ、0.8wt％
Mo＋W/21.5wt％を満足する必要がある。これを図示
すると、第１図のようになり、適性なMoとＷの領域があ
る。
従来、MoとＷを複合して添加する場合、相対的にMo添
加量を多くし、Ｗ添加量はMoと同量以下と少なくしてい
たが、この場合固溶強度が十分でなく、特に長時間側の
クリープ破断強度が十分ではなかった。これに対して、
本発明のようにＷ添加量をMoに対して相対的に多くした
場合、固溶強化が一層強まるとともに炭窒化物の析出形
態に影響を与え、長時間のクリープ破断強度の安定化に
寄与する。
加量を多くし、Ｗ添加量はMoと同量以下と少なくしてい
たが、この場合固溶強度が十分でなく、特に長時間側の
クリープ破断強度が十分ではなかった。これに対して、
本発明のようにＷ添加量をMoに対して相対的に多くした
場合、固溶強化が一層強まるとともに炭窒化物の析出形
態に影響を与え、長時間のクリープ破断強度の安定化に
寄与する。
下記表に示す供試材を作製した。その化学成分は次の
通りである。
通りである。
また、供試材は大気中高周波溶解炉により各々50kg溶
製した後、950〜1100℃の範囲で熱間鍛造し、断面が40
×20mmの棒に仕上げた。
製した後、950〜1100℃の範囲で熱間鍛造し、断面が40
×20mmの棒に仕上げた。
熱処理は1050℃AC＋750℃ACとし、試験片は上記棒状
素材より鍛造方向に平行に採取し、600℃でクリープ破
断強度を実施した。
素材より鍛造方向に平行に採取し、600℃でクリープ破
断強度を実施した。
600℃クリープ破断強度は最長約8000hまでの試験結果
をもとに104h破断強度を求めた。第２図にMo及びＷの添
加量と600℃、104hクリープ破断強度（kgf/mm2）を数字
で示したが、第１図に示した本発明のMo及びＷの領域で
は13kgf/mm2以上のクリープ破断強度が得られたのに対
し、それ以外の領域のクリープ破断強度はそれを下廻る
ものであった。
をもとに104h破断強度を求めた。第２図にMo及びＷの添
加量と600℃、104hクリープ破断強度（kgf/mm2）を数字
で示したが、第１図に示した本発明のMo及びＷの領域で
は13kgf/mm2以上のクリープ破断強度が得られたのに対
し、それ以外の領域のクリープ破断強度はそれを下廻る
ものであった。
第３図は本発明鋼と従来鋼の代表的クリープ破断時間
−応用線図を示したものである。これから明らかなよう
にMoが比較的多量に添加された従来鋼は数百時間以下の
短時間側では本発明鋼より高いクリープ破断強度を示し
たが、長時間側では曲線の傾きが大きいために、結局、
104hの強度は本発明鋼のそれを下廻るものであった。こ
のように本発明鋼は長時間側でも安定して高いクリープ
破断特性を有することが確かめられた。
−応用線図を示したものである。これから明らかなよう
にMoが比較的多量に添加された従来鋼は数百時間以下の
短時間側では本発明鋼より高いクリープ破断強度を示し
たが、長時間側では曲線の傾きが大きいために、結局、
104hの強度は本発明鋼のそれを下廻るものであった。こ
のように本発明鋼は長時間側でも安定して高いクリープ
破断特性を有することが確かめられた。
〔発明の効果〕 以上の実施例からも明らかなように、本発明の効果に
より従来の高強度低合金耐熱鋼よりも長時間側で安定し
て高いクリープ破断強度を有する高強度低合金耐熱鋼が
提供された。
より従来の高強度低合金耐熱鋼よりも長時間側で安定し
て高いクリープ破断強度を有する高強度低合金耐熱鋼が
提供された。
第１図は本発明の高強度低合金耐熱鋼におけるMo及びＷ
の添加量の最適量的関係を示す図表、第２図は本発明の
範囲の成分を有する高強度低合金耐熱鋼は比較鋼のMO,W
量の添加量の相違に基づく600℃,104hクリープ破断強度
を示す図表、第３図は本発明高強度低合金耐熱鋼と従来
鋼のクリープ破断時間−応用線図である。
の添加量の最適量的関係を示す図表、第２図は本発明の
範囲の成分を有する高強度低合金耐熱鋼は比較鋼のMO,W
量の添加量の相違に基づく600℃,104hクリープ破断強度
を示す図表、第３図は本発明高強度低合金耐熱鋼と従来
鋼のクリープ破断時間−応用線図である。
Claims (1)
- 【請求項１】重量％でC:0.03〜0.12％、Si≦１％、Mn:
0.2〜１％、Ｐ≦0.03％、Si≦0.03％、Ni≦0.8％、Cr:
0.7〜３％、Mo:0.3〜0.7％、W:0.6〜2.4％、V:0.05〜0.
35％、Nb:0.01〜0.12％、N:0.01〜0.05％を含み、残部F
e及び不可避の不純物からなり、かつMoとＷの含有量に
対して0.8％≦Mo＋W/2≦1.5％及びＷ＞Moを満足させ、6
00℃、104hのクリープ強度が13kgf/mm2以上であること
を特徴とする高強度低合金耐熱鋼。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1196936A JP2716807B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | 高強度低合金耐熱鋼 |
| DE90114534T DE69003202T2 (de) | 1989-07-31 | 1990-07-28 | Hochfeste, hitzebeständige, niedrig legierte Stähle. |
| EP90114534A EP0411515B1 (en) | 1989-07-31 | 1990-07-28 | High strength heat-resistant low alloy steels |
| US07/559,945 US5084238A (en) | 1989-07-31 | 1990-07-31 | High strength heat-resistant low alloy steels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1196936A JP2716807B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | 高強度低合金耐熱鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0364428A JPH0364428A (ja) | 1991-03-19 |
| JP2716807B2 true JP2716807B2 (ja) | 1998-02-18 |
Family
ID=16366119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1196936A Expired - Lifetime JP2716807B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | 高強度低合金耐熱鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2716807B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2659813B2 (ja) * | 1989-08-30 | 1997-09-30 | 三菱重工業株式会社 | 高強度低合金耐熱鋼の製造方法 |
| JP3334217B2 (ja) * | 1992-03-12 | 2002-10-15 | 住友金属工業株式会社 | 靱性とクリープ強度に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱鋼 |
| JP3096959B2 (ja) * | 1996-02-10 | 2000-10-10 | 住友金属工業株式会社 | 高温強度に優れた低Ｍｎ低Ｃｒフェライト耐熱鋼 |
| JP3745567B2 (ja) | 1998-12-14 | 2006-02-15 | 新日本製鐵株式会社 | 電縫溶接性に優れたボイラ用鋼およびそれを用いた電縫ボイラ鋼管 |
| CN103320696B (zh) * | 2013-06-06 | 2015-07-29 | 济钢集团有限公司 | 一种低合金耐热钢板及其制造方法 |
| CN111187986A (zh) * | 2020-02-18 | 2020-05-22 | 山东钢铁股份有限公司 | 一种高强钢筋连接用低合金高强度套筒及制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2680567B2 (ja) * | 1986-09-04 | 1997-11-19 | 三菱重工業株式会社 | 高強度低合金耐熱鋼 |
| JPS63199850A (ja) * | 1987-02-16 | 1988-08-18 | Toshiba Corp | 低合金耐熱鋳鋼 |
-
1989
- 1989-07-31 JP JP1196936A patent/JP2716807B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0364428A (ja) | 1991-03-19 |
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