JP2834196B2

JP2834196B2 - High strength, high toughness ferritic heat resistant steel

Info

Publication number: JP2834196B2
Application number: JP18363889A
Authority: JP
Inventors: 一成徳納; 鐵治郎武田; 豊土田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-07-18
Filing date: 1989-07-18
Publication date: 1998-12-09
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: JPH0353047A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は高い靭性を有する高強度耐熱鋼に関するもの
であり、特に高温におけるクリープ強度が極めて優秀な
フェライト系耐熱鋼に係わるものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high-strength heat-resistant steel having high toughness, and particularly to a ferritic heat-resistant steel having extremely excellent creep strength at high temperatures.

[Conventional technology]

高温高効率型のエネルギープラント用鋼材として、ク
リープ強度が極めて優秀で且つオーステナイト系ステン
レス鋼に見られるような応力腐食割れの心配が少ないフ
ェライト系耐熱鋼が強く要望されている。As a high-temperature and high-efficiency steel material for an energy plant, a ferritic heat-resistant steel having extremely excellent creep strength and having less fear of stress corrosion cracking as seen in austenitic stainless steel is strongly demanded.

この種の用途を目的として開発された鋼としては９〜
12％のCrを含有して耐蝕性を向上させ且つＷの固溶体強
化を利用してクリープ強度を向上させた鋼種（文献、伊
勢田ら:CAMP−ISIJ VOL.2（1989）−772）がある。Steel developed for this type of application is 9-
There is a steel type containing 12% Cr to improve the corrosion resistance and improve the creep strength by utilizing the solid solution strengthening of W (Literature, ISETA et al .: CAMP-ISIJ VOL.2 (1989) -772).

[Problems to be solved by the invention]

しかしながら従来鋼種では、Ｗの添加制御が適切でな
いため、マルテンサイト相中にδフェライトを析出し靭
性を著しく低下させるという重大な欠点を有する。δフ
ェライトは母相マルテンサイトより著しく柔らかい相で
ありこのような柔らかい第二相が硬い母相中に分散する
場合、鋼全体の衝撃特性は著しく低下する。However, conventional steels have a serious drawback in that δ ferrite precipitates in the martensite phase and the toughness is remarkably reduced because the addition control of W is not appropriate. δ ferrite is a significantly softer phase than the parent martensite, and if such a soft second phase is dispersed in a hard parent phase, the impact properties of the entire steel are significantly reduced.

[Means for solving the problem]

本発明はこのような事情に鑑み創案されたもので、Ｗ
を含む高Cr系鋼に、オーステナイト安定化元素であるCo
を適切なバランスで添加してδフェライトの析出を抑制
し且つ高いクリープ強度を持たせることに成功したもの
である。The present invention has been made in view of such circumstances, and W
Co, which is an austenite stabilizing element, is added to high Cr steels containing
Was added in an appropriate balance to suppress the precipitation of δ ferrite and achieve high creep strength.

本発明の特徴とするところは、重量比でC:0.03〜0.2
％、Si:0.05〜１％、Mn:0.1〜1.5％、Cr:8〜13％、Ni:
0.01〜１％、Mo:0.5〜1.5％、V:0.05〜0.5％、Nb:0.01
〜0.15％、N:0.002〜0.1％、W:1％以上、Co:1.5％以上
を含有して且つ１≧1.5W−Co≧０なる関係を満足し、残
部Fe及び不可避的不純物からなる成分系を有することに
ある。The feature of the present invention is that the weight ratio C: 0.03 to 0.2.
%, Si: 0.05-1%, Mn: 0.1-1.5%, Cr: 8-13%, Ni:
0.01-1%, Mo: 0.5-1.5%, V: 0.05-0.5%, Nb: 0.01
0.15%, N: 0.002 to 0.1%, W: 1% or more, Co: 1.5% or more, and satisfies the relationship of 1 ≧ 1.5W−Co ≧ 0, with the balance being Fe and unavoidable impurities. To have a system.

(Operation)

以下本発明の限定理由を説明する。 Hereinafter, the reasons for limitation of the present invention will be described.

まずＣは、焼入れ性と強度確保のため0.03％以上必要
であるが、0.2％を越えた場合の溶接性の低下が著し
い。このためＣ量は0.03〜0.2％とする。First, C is required to be 0.03% or more in order to secure hardenability and strength, but when it exceeds 0.2%, the weldability is significantly reduced. Therefore, the C content is set to 0.03 to 0.2%.

Siは脱酸材として重要であり最低0.05％を必要とす
る。しかし、靭性及び溶接性に対して悪影響を与えるも
のであり、１％以上添加した場合靭性及び溶接性を損な
う。したがってSi量は0.05〜１％とする。Si is important as a deoxidizer and requires at least 0.05%. However, it has an adverse effect on toughness and weldability, and if added 1% or more, toughness and weldability are impaired. Therefore, the amount of Si is set to 0.05 to 1%.

Mnは脱酸及び焼入れ性確保のため重要であるため最低
0.1％を確保する必要があるが、1.5％を越えると溶接性
の点から好ましくない。このためMn量は0.1〜1.5％とす
る。Mn is important because it is important for deoxidation and hardenability.
It is necessary to secure 0.1%, but if it exceeds 1.5%, it is not preferable from the viewpoint of weldability. Therefore, the Mn content is set to 0.1 to 1.5%.

Crは耐蝕性と焼入れ性を確保する上で非常に重要であ
るため最低８％必要であるが、13％を越えると溶接性を
著しく損なうと同時にδフェライトを析出させるため靭
性確保上好ましくない。したがってCr量は８〜13％とす
る。Since Cr is very important for ensuring corrosion resistance and hardenability, at least 8% is necessary. However, if it exceeds 13%, weldability is remarkably impaired and δ ferrite is precipitated, which is not preferable for securing toughness. Therefore, the Cr content is set to 8 to 13%.

Niはδフェライトの生成を抑制することから0.01％以
上が添加される。しかし１％を越えるとクリープ強度を
著しく低下させるため上限は１％とし、下限を0.01％と
する。Ni is added in an amount of 0.01% or more because it suppresses the formation of δ ferrite. However, if it exceeds 1%, the creep strength is significantly reduced, so the upper limit is set to 1% and the lower limit is set to 0.01%.

Moは基地中に固溶した場合においてもまた炭化物とし
て析出した場合においても著しいクリープ抵抗となるた
め最低0.5％必要であるが、1.5％を越えると溶接性を損
ない且つδフェライトを析出させるため靭性の低下をも
招く。したがってMo量は0.5〜1.5％とする。Mo has a minimum creep resistance of 0.5% if it forms a solid solution in the matrix or precipitates as carbides. However, if it exceeds 1.5%, the weldability is impaired and δ ferrite is precipitated because δ ferrite is precipitated. Also leads to a decrease. Therefore, the amount of Mo is set to 0.5 to 1.5%.

Ｖは炭窒化物として析出させて強度を確保する上で重
要であるため最低0.05％が必要であるが、0.5％を越え
る添加は溶接性を著しく損なう。したがってＶ量は0.05
〜0.5％とする。V is important for securing strength by precipitating it as carbonitride, so at least 0.05% is required. However, addition exceeding 0.5% significantly impairs weldability. Therefore, the amount of V is 0.05
To 0.5%.

NbはＶ同様炭窒化物として析出して強度を確保するほ
か、結晶粒を微細化して靭性を与える元素としても重要
であるため最低0.01％が必要であるが、0.15％を越える
とその効果は飽和してしまうだけではなく溶接性の低下
も招く。したがってNb量は0.01〜0.15％とする。Nb precipitates as carbonitride like V to secure strength and is also important as an element that refines crystal grains and imparts toughness, so at least 0.01% is required. Not only saturation occurs, but also weldability decreases. Therefore, the Nb content is set to 0.01 to 0.15%.

Ｎは基地中に固溶しても、また、窒化物として析出し
ても著しいクリープ抵抗として寄与するため最低0.002
％を必要とする。しかし、0.1％以上を添加した場合溶
接性と靭性を同時に損なうようになる。したがってＮ量
は0.002〜0.1％とする。N contributes as a remarkable creep resistance even if it forms a solid solution in the matrix or precipitates as a nitride.
Need%. However, when 0.1% or more is added, weldability and toughness are impaired at the same time. Therefore, the N content is set to 0.002 to 0.1%.

Ｗはフェライト系鋼のクリープ強度に寄与する固溶体
強化元素として最も優れた元素である。またA_C1点を上
昇させるので、組織安定化を目的とした高温焼もどしを
可能にする。Ｗは最低１％の添加を必要とする。しかし
過剰の添加によりδフェライトを析出させ著しい靭性低
下を招くという重大な弊害を引き起こす。一方Coは、Ｗ
添加によって生じるδフェライトの析出という問題点を
相殺する重要な元素であり、最低1.5％以上を必要とす
る。しかし過剰添加するとA_C1点を下げるため、高温焼
もどしが不可能となり組織の安定化処理ができなくなる
という欠点を有する。このようにＷとCoは互いに相反す
る効果を与える元素であり、本合金系での適切な添加バ
ランスは１≧1.5W−Co≧０という範囲である。W is the most excellent element as a solid solution strengthening element that contributes to the creep strength of ferritic steel. In addition, since the _AC1 point is raised, high-temperature tempering for the purpose of stabilizing the structure is enabled. W requires a minimum of 1% addition. However, an excessive addition causes a serious adverse effect that δ ferrite is precipitated to cause a significant decrease in toughness. On the other hand, Co
It is an important element that offsets the problem of precipitation of δ ferrite caused by addition, and requires at least 1.5%. However, excessive addition lowers the _AC1 point, so that high-temperature tempering becomes impossible and the structure cannot be stabilized. As described above, W and Co are elements that give mutually contradictory effects, and an appropriate addition balance in the present alloy system is in a range of 1 ≧ 1.5W−Co ≧ 0.

〔Example〕

第１表は、供試鋼の化学組成、600℃、20kgf/mm²の条
件のクラープ試験での破断寿命、０℃でのシャルビー衝
撃試験での吸収エネルギーを示す。Table 1 shows the chemical composition of the test steel, the fracture life in the clap test under the conditions of 600 ° C. and 20 kgf / mm ² , and the absorbed energy in the Charby impact test at 0 ° C.

第１表に示す鋼のうち、No.1〜No.4は本発明鋼であ
り、その他は比較鋼である。比較鋼No.5とNo.6は1.5W−
Co＜０、No.7とNo.8は1.5−Co＞１であり、いずれもＷ
とCoの添加バランスが適切ではない。また比較鋼No.9は
Moが0.5％以下、比較鋼No.10はＶが0.05％以下、比較鋼
No.11はNbが0.01％以下と、それぞれ重要な強化元素が
本発明範囲を下回って添加されている。さらに比較鋼N
o.12はMoが本発明範囲以上添加されている。In the steels shown in Table 1, No. 1 to No. 4 are steels of the present invention, and others are comparative steels. Comparative steel No.5 and No.6 are 1.5W−
Co <0, No.7 and No.8 have 1.5−Co> 1, and both are W
And Co addition balance is not appropriate. Comparative steel No. 9
Mo is 0.5% or less, V of comparative steel No.10 is 0.05% or less, comparative steel
In No. 11, Nb is 0.01% or less, and each important strengthening element is added below the scope of the present invention. Further comparison steel N
In the case of o.12, Mo is added in an amount exceeding the range of the present invention.

比較鋼No.5とNo.6はクリープ変形中における顕著な組
織変化のため破断寿命が短く、一方比較鋼No.7とNo.8は
フェライト析出のための靭性が著しく低い。また比較鋼
No.9〜No.11は強化元素不足のためクリープ破断寿命が
短い。比較鋼No.12はMoの過剰添加のため靭性が低い。
それに対し、本発明鋼No.1〜No.4はいずれも充分なクリ
ープ破断寿命と靭性を有し、申し分の無い特性が得られ
ている。Comparative steels No. 5 and No. 6 have a short fracture life due to remarkable structural change during creep deformation, while comparative steels No. 7 and No. 8 have significantly lower toughness due to ferrite precipitation. Also compare steel
No. 9 to No. 11 have short creep rupture lives due to lack of reinforcing elements. Comparative steel No. 12 has low toughness due to excessive addition of Mo.
On the other hand, all of the steels Nos. 1 to 4 of the present invention have sufficient creep rupture life and toughness, and satisfactory properties are obtained.

〔発明の効果〕以上述べたように、本発明は高Cr系のフェライト系耐
熱鋼に適切なバランスのＷとCoを添加することによっ
て、高い靭性を備えた高クリープ強度鋼を提供するもの
であり、その果たす役割は工業上極めて有意義なもので
ある。 [Effects of the Invention] As described above, the present invention provides a high creep strength steel with high toughness by adding W and Co in an appropriate balance to a high Cr ferritic heat resistant steel. Yes, its role is very significant in industry.

フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−165359（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−133365（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−13056（ＪＰ，Ａ) 特公昭47−29090（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60Continuation of front page (56) References JP-A-60-165359 (JP, A) JP-A-61-133365 (JP, A) JP-A-60-13056 (JP, A) JP-B-47-29090 (JP, A) , B1) (58) Field surveyed (Int. Cl. ⁶ , DB name) C22C 38/00-38/60

Claims

(57) [Claims]

C. 0.03 to 0.2%, Si: 0.05 to 1%, Mn: 0.1 to 1.5%, Cr: 8 to 13%, Ni: 0.01 to 1%, by weight ratio of each element. Mo: 0.5 to 1.5%, V: 0.05 to 0.5%, Nb: 0.01 to 0.15%, N: 0.002 to 0.1%, and containing 1% or more of W, 1.5% or more of Co, W and C
A high-strength, high-toughness ferritic heat-resistant steel characterized in that the relation of 1 ≧ 1.5W−Co ≧ 0 is established between the amounts of o added, and the balance consists of Fe and unavoidable impurities.