JP3254102B2 - 高強度低合金鋳鋼及びその熱処理法 - Google Patents
高強度低合金鋳鋼及びその熱処理法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は火力発電用蒸気タービン
車室並びに圧力容器用材料として使用される高強度低合
金鋳鋼及び該鋳鋼の熱処理法に関する。
車室並びに圧力容器用材料として使用される高強度低合
金鋳鋼及び該鋳鋼の熱処理法に関する。
【０００２】
【従来の技術】火力発電用蒸気タービンプラントに用い
られる車室材や圧力容器用材料としては複雑な形状に対
応するため鋳物材料が多く使われているが、これらの材
料としては主にＣｒＭｏＶ鋳鋼、２．２５％ＣｒＭｏ鋳
鋼、ＣｒＭｏ鋳鋼などがあげられる。これらの材料は高
温強度を確保し、さらに鋳鋼品であるために優れた溶接
性が必要である。このうち、２．２５％ＣｒＭｏ鋳鋼や
ＣｒＭｏ鋳鋼は常温の衝撃特性が優れており、その結果
溶接性も良好である。しかし、Ｖを添加していないため
クリープ破断強度が必ずしも十分でなく、年々高温化す
る蒸気タービンの車室材に対するニーズに対応できない
ものとなっている。一方、ＣｒＭｏＶ鋳鋼はクリープ破
断強度に優れているが、衝撃特性が劣るために溶接性が
悪く、製造時の溶接補修が行いにくい問題点がある。
られる車室材や圧力容器用材料としては複雑な形状に対
応するため鋳物材料が多く使われているが、これらの材
料としては主にＣｒＭｏＶ鋳鋼、２．２５％ＣｒＭｏ鋳
鋼、ＣｒＭｏ鋳鋼などがあげられる。これらの材料は高
温強度を確保し、さらに鋳鋼品であるために優れた溶接
性が必要である。このうち、２．２５％ＣｒＭｏ鋳鋼や
ＣｒＭｏ鋳鋼は常温の衝撃特性が優れており、その結果
溶接性も良好である。しかし、Ｖを添加していないため
クリープ破断強度が必ずしも十分でなく、年々高温化す
る蒸気タービンの車室材に対するニーズに対応できない
ものとなっている。一方、ＣｒＭｏＶ鋳鋼はクリープ破
断強度に優れているが、衝撃特性が劣るために溶接性が
悪く、製造時の溶接補修が行いにくい問題点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記技術水準
に鑑み、ＣｒＭｏＶ鋳鋼の優れたクリープ破断強度を現
状もしくはそれ以上に高くし、さらに靱性を改善するこ
とによって、溶接性の良好なＣｒＭｏＶ鋳鋼系高強度低
合金鋳鋼及び該鋳鋼の熱処理法を提供しようとするもの
である。
に鑑み、ＣｒＭｏＶ鋳鋼の優れたクリープ破断強度を現
状もしくはそれ以上に高くし、さらに靱性を改善するこ
とによって、溶接性の良好なＣｒＭｏＶ鋳鋼系高強度低
合金鋳鋼及び該鋳鋼の熱処理法を提供しようとするもの
である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は
（１）重量比で炭素：０．０５〜０．１１％、シリコ
ン：０．１５〜０．３５％、マンガン：０．５〜０．８
％、クロム：０．８〜２．８％、モリブデン：０．１〜
１．２％、バナジウム：０．１〜０．３％、タングステ
ン：０．５〜３％、コバルト：０．５〜３％、ニオブま
たはタンタルの合計：０．０１〜０．０６％及び不可避
的不純物及び鉄からなることを特徴とする高強度低合金
鋳鋼、（２）重量比で炭素：０．０５〜０．１１％、シ
リコン：０．１５〜０．３５％、マンガン：０．５〜
０．８％、クロム：０．８〜２．８％、モリブデン：
０．１〜１．２％、バナジウム：０．１〜０．３％、タ
ングステン：０．５〜３％、コバルト：０．５〜３％、
ニオブまたはタンタルの合計：０．０１〜０．０６％、
ボロン：０．００１〜０．００５％及び不可避的不純物
及び鉄からなることを特徴とする高強度低合金鋳鋼、
（３）重量比で炭素：０．０５〜０．１１％、シリコ
ン：０．１５〜０．３５％、マンガン：０．５〜０．８
％、クロム：０．８〜２．８％、モリブデン：０．１〜
１．２％、バナジウム：０．１〜０．３％、タングステ
ン：０．５〜３％、コバルト：０．５〜３％、ニオブま
たはタンタルの合計：０．０１〜０．０６％、ボロン：
０．００１〜０．００５％、不純物としてのリンを０．
００８％以下、不純物としてのイオウを０．００６％以
下及び不可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする
高強度低合金鋳鋼、（４）上記（１）〜（３）のいずれ
かの材料を１０５０〜１１５０℃で１０〜４０時間保持
した後２００℃以下まで冷却し、次いで焼入れ温度：９
２０〜９８０℃で５〜２０時間保持し、さらに焼もどし
温度：６８０〜７３０℃で５〜２０時間保持することを
特徴とする高強度低合金鋳鋼の熱処理法、及び（５）上
記（１）〜（３）のいずれかの材料を１０５０〜１１５
０℃で１０〜４０時間保持した後２００℃以下まで冷却
し、次いで焼入れ温度：９２０〜９８０℃で５〜２０時
間保持し、素材各部位の６００℃までの冷却速度を２０
０℃／ｈｒ以上の速さで冷却し、さらに焼もどし温度：
６８０〜７３０℃で５〜２０時間保持することを特徴と
する高強度低合金鋳鋼の熱処理法である。
（１）重量比で炭素：０．０５〜０．１１％、シリコ
ン：０．１５〜０．３５％、マンガン：０．５〜０．８
％、クロム：０．８〜２．８％、モリブデン：０．１〜
１．２％、バナジウム：０．１〜０．３％、タングステ
ン：０．５〜３％、コバルト：０．５〜３％、ニオブま
たはタンタルの合計：０．０１〜０．０６％及び不可避
的不純物及び鉄からなることを特徴とする高強度低合金
鋳鋼、（２）重量比で炭素：０．０５〜０．１１％、シ
リコン：０．１５〜０．３５％、マンガン：０．５〜
０．８％、クロム：０．８〜２．８％、モリブデン：
０．１〜１．２％、バナジウム：０．１〜０．３％、タ
ングステン：０．５〜３％、コバルト：０．５〜３％、
ニオブまたはタンタルの合計：０．０１〜０．０６％、
ボロン：０．００１〜０．００５％及び不可避的不純物
及び鉄からなることを特徴とする高強度低合金鋳鋼、
（３）重量比で炭素：０．０５〜０．１１％、シリコ
ン：０．１５〜０．３５％、マンガン：０．５〜０．８
％、クロム：０．８〜２．８％、モリブデン：０．１〜
１．２％、バナジウム：０．１〜０．３％、タングステ
ン：０．５〜３％、コバルト：０．５〜３％、ニオブま
たはタンタルの合計：０．０１〜０．０６％、ボロン：
０．００１〜０．００５％、不純物としてのリンを０．
００８％以下、不純物としてのイオウを０．００６％以
下及び不可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする
高強度低合金鋳鋼、（４）上記（１）〜（３）のいずれ
かの材料を１０５０〜１１５０℃で１０〜４０時間保持
した後２００℃以下まで冷却し、次いで焼入れ温度：９
２０〜９８０℃で５〜２０時間保持し、さらに焼もどし
温度：６８０〜７３０℃で５〜２０時間保持することを
特徴とする高強度低合金鋳鋼の熱処理法、及び（５）上
記（１）〜（３）のいずれかの材料を１０５０〜１１５
０℃で１０〜４０時間保持した後２００℃以下まで冷却
し、次いで焼入れ温度：９２０〜９８０℃で５〜２０時
間保持し、素材各部位の６００℃までの冷却速度を２０
０℃／ｈｒ以上の速さで冷却し、さらに焼もどし温度：
６８０〜７３０℃で５〜２０時間保持することを特徴と
する高強度低合金鋳鋼の熱処理法である。
【０００５】
【作用】本発明者らは低合金鋼系鋳鋼材の成分について
厳選することにより従来得ることができないほどの優れ
た靱性を有する鋳鋼材を発明した。以下に本発明鋳鋼材
における成分限定理由を述べる。
厳選することにより従来得ることができないほどの優れ
た靱性を有する鋳鋼材を発明した。以下に本発明鋳鋼材
における成分限定理由を述べる。
【０００６】Ｃ：Ｃは焼入れ性を向上させるとともにＣ
ｒやＭｏの炭化物を形成し高温強度の向上に寄与する。
しかし、０．０５％未満では十分な耐力、クリープ破断
強度が得られず、また０．１１％を越えると過剰な炭化
物を形成し靱性を低下させる。特に、溶接性を確保する
上では可能な限り低くすることが必要である。このため
０．０５〜０．１１％とする。
ｒやＭｏの炭化物を形成し高温強度の向上に寄与する。
しかし、０．０５％未満では十分な耐力、クリープ破断
強度が得られず、また０．１１％を越えると過剰な炭化
物を形成し靱性を低下させる。特に、溶接性を確保する
上では可能な限り低くすることが必要である。このため
０．０５〜０．１１％とする。
【０００７】Ｓｉ：Ｓｉは脱酸材として有用な元素であ
るとともに湯流れをよくして十分に鋳物の先端まで溶湯
を入れることに寄与する。しかし、Ｓｉは偏析を助長し
靱性を低下させる。０．１５％未満ではその機能が十分
に働かず、また０．３５％を越える量を添加すると靱性
が低下してしまう。このため０．１５〜０．３５％に限
定する。
るとともに湯流れをよくして十分に鋳物の先端まで溶湯
を入れることに寄与する。しかし、Ｓｉは偏析を助長し
靱性を低下させる。０．１５％未満ではその機能が十分
に働かず、また０．３５％を越える量を添加すると靱性
が低下してしまう。このため０．１５〜０．３５％に限
定する。
【０００８】Ｍｎ：Ｍｎは焼入れ性を高める元素として
有用であり靱性改善に効果がある。０．５％未満ではそ
の効果は十分ではなく、また０．８％を越えるとクリー
プ破断強さが低下するため０．５〜０．８％とする。
有用であり靱性改善に効果がある。０．５％未満ではそ
の効果は十分ではなく、また０．８％を越えるとクリー
プ破断強さが低下するため０．５〜０．８％とする。
【０００９】Ｃｒ：Ｃｒは耐酸化性を改善すると共に炭
化物を形成して高温強度を改善することに大きく寄与す
る。特に高温強度の面では１％を超えるところに最も高
い強度を示す添加量があるが、後述で説明するＣｏの効
果により最適添加量の範囲を広げることができる。０．
８％未満であるとＣｒの添加による高温強度改善の効果
は十分ではなく、また２．８％を越えるとクリープ破断
強さが逆に低下してしまうので０．８〜２．８％とす
る。
化物を形成して高温強度を改善することに大きく寄与す
る。特に高温強度の面では１％を超えるところに最も高
い強度を示す添加量があるが、後述で説明するＣｏの効
果により最適添加量の範囲を広げることができる。０．
８％未満であるとＣｒの添加による高温強度改善の効果
は十分ではなく、また２．８％を越えるとクリープ破断
強さが逆に低下してしまうので０．８〜２．８％とす
る。
【００１０】Ｍｏ：Ｍｏは炭化物を形成し、高温のクリ
ープ破断強さを向上させることに効果がある。また、焼
入れ性を改善して靱性向上にも効果がある。特に本発明
鋳鋼材においてはＷとともに高温強度改善に寄与する。
そのＷ量とのバランスが重要であり、本発明鋳鋼材の場
合は後述するＷの添加量との関係から、０．１未満では
十分な効果は得られず、また１．２％を越えると使用中
の脆化をもたらすので０．１〜１．２％とする。
ープ破断強さを向上させることに効果がある。また、焼
入れ性を改善して靱性向上にも効果がある。特に本発明
鋳鋼材においてはＷとともに高温強度改善に寄与する。
そのＷ量とのバランスが重要であり、本発明鋳鋼材の場
合は後述するＷの添加量との関係から、０．１未満では
十分な効果は得られず、また１．２％を越えると使用中
の脆化をもたらすので０．１〜１．２％とする。
【００１１】Ｖ：Ｖは微細な炭化物を形成しクリープ破
断強度の向上に強く寄与するが、０．１％未満では十分
な効果は得られず、また０．３％を越えると靱性を低下
させるので０．１〜０．３％とする。
断強度の向上に強く寄与するが、０．１％未満では十分
な効果は得られず、また０．３％を越えると靱性を低下
させるので０．１〜０．３％とする。
【００１２】Ｗ：Ｗは本発明鋳鋼材の最も重要な元素の
一つであり、また特徴的元素でもある。Ｗは鉄を基調と
したマトリックス中に溶け込み固溶体強化に寄与すると
ともに、Ｃｒ等の他の合金元素が形成する炭化物の凝集
・粗大化を抑制する働きがあり、高温強度改善に大きく
寄与する。０．５％未満であると高温強度改善の効果が
少なく、また３％を越える量を添加すると常温の延性、
靱性が低下し、溶接性を損なうことになるため０．５〜
３．０％とする。
一つであり、また特徴的元素でもある。Ｗは鉄を基調と
したマトリックス中に溶け込み固溶体強化に寄与すると
ともに、Ｃｒ等の他の合金元素が形成する炭化物の凝集
・粗大化を抑制する働きがあり、高温強度改善に大きく
寄与する。０．５％未満であると高温強度改善の効果が
少なく、また３％を越える量を添加すると常温の延性、
靱性が低下し、溶接性を損なうことになるため０．５〜
３．０％とする。
【００１３】Ｃｏ：Ｃｏはマトリックス中に溶け込んで
靱性を改善する。この作用はＮｉと似ているが、Ｎｉの
場合高温強度を低下させるがＣｏの場合にはその作用は
なく、むしろクリープ破断強さを向上させる。すなわ
ち、長時間高温に保持された場合でも製造時に導入され
たマトリックス中の転位が整理されて強度が低下するこ
と、これを回復というが、Ｃｏはこの転位の整理である
回復を遅らせることにより長時間高い強さをマトリック
スにもち続けさせることができる。その結果、長時間ク
リープ破断強さの向上に大きく寄与する。０．５％未満
ではこのＣｏの効果は十分に得ることができない。ま
た、３％を越える量を添加すると靱性の低下につなが
る。このためＣｏは０．５〜３％とする。
靱性を改善する。この作用はＮｉと似ているが、Ｎｉの
場合高温強度を低下させるがＣｏの場合にはその作用は
なく、むしろクリープ破断強さを向上させる。すなわ
ち、長時間高温に保持された場合でも製造時に導入され
たマトリックス中の転位が整理されて強度が低下するこ
と、これを回復というが、Ｃｏはこの転位の整理である
回復を遅らせることにより長時間高い強さをマトリック
スにもち続けさせることができる。その結果、長時間ク
リープ破断強さの向上に大きく寄与する。０．５％未満
ではこのＣｏの効果は十分に得ることができない。ま
た、３％を越える量を添加すると靱性の低下につなが
る。このためＣｏは０．５〜３％とする。
【００１４】ＮｂまたはＴａ：Ｎｂ及びＴａは炭化物と
なって高温強度改善に寄与する。しかし、これらの炭化
物は微細に析出することが必要であり、多量に添加する
と初析の粗大な炭化物が生成して高温強度を改善しない
だけでなく延性、靱性を大幅に低下させる。このため、
その添加量は制限される。Ｎｂ及びＴａを加えた量が
０．０１％未満である場合、その効果は十分でなく、ま
た０．０６％を越える量を添加すると初析の炭化物が形
成されやすくなる。したがって０．０１〜０．０６％と
する。
なって高温強度改善に寄与する。しかし、これらの炭化
物は微細に析出することが必要であり、多量に添加する
と初析の粗大な炭化物が生成して高温強度を改善しない
だけでなく延性、靱性を大幅に低下させる。このため、
その添加量は制限される。Ｎｂ及びＴａを加えた量が
０．０１％未満である場合、その効果は十分でなく、ま
た０．０６％を越える量を添加すると初析の炭化物が形
成されやすくなる。したがって０．０１〜０．０６％と
する。
【００１５】Ｂ：Ｂは粒界に濃化して脆弱な粒界を強化
する働きがあり、高温強度や靱性を向上させる効果があ
る。しかし、多量に添加すると逆に材料を脆化させるの
で極微量の添加が必要である。０．００１％未満ではそ
の効果は十分でなく、また０．００５％を越える量を添
加すると材料を脆化させる。このため０．００１〜０．
００５％の添加となる。
する働きがあり、高温強度や靱性を向上させる効果があ
る。しかし、多量に添加すると逆に材料を脆化させるの
で極微量の添加が必要である。０．００１％未満ではそ
の効果は十分でなく、また０．００５％を越える量を添
加すると材料を脆化させる。このため０．００１〜０．
００５％の添加となる。
【００１６】Ｐ：Ｐは不純物であり、溶解段階で十分に
精錬して低く押さえることが必要である。特にＰは焼も
どし脆化を起こして使用中に材料の靱性を低下させる。
このため、０．００８％以下にすることが望ましい。
精錬して低く押さえることが必要である。特にＰは焼も
どし脆化を起こして使用中に材料の靱性を低下させる。
このため、０．００８％以下にすることが望ましい。
【００１７】Ｓ：ＳもＰと同様に不純物であり、凝固時
に偏析し、濃化した部分は材料の結合強度が弱いため欠
陥となる。このため、低く押さえることが必要であり、
０．００６％以下であることが望まれる。
に偏析し、濃化した部分は材料の結合強度が弱いため欠
陥となる。このため、低く押さえることが必要であり、
０．００６％以下であることが望まれる。
【００１８】また、以下には熱処理条件の限定理由につ
いて説明する。本発明材料は高温環境下で使用する高強
度低合金鋳鋼であり、高温強度とりわけクリープ破断強
さと鋳物材であることから溶接補修性を確保する上で良
好な靱性を有することが必要である。このため、熱処理
を行う上でもこの要求される特性を十分に出すための処
理を行うことが必要である。
いて説明する。本発明材料は高温環境下で使用する高強
度低合金鋳鋼であり、高温強度とりわけクリープ破断強
さと鋳物材であることから溶接補修性を確保する上で良
好な靱性を有することが必要である。このため、熱処理
を行う上でもこの要求される特性を十分に出すための処
理を行うことが必要である。
【００１９】焼準温度：焼入れを行う前に予備熱処理と
して焼準処理を行う。この焼準処理は鋳造された素材に
おいて成分が片寄る現象、いわゆる偏析を軽減し均一な
素材を得るために行うものであり、できるだけ高い温度
に保持することによって原子のマトリックス中の拡散を
促進し、凝固時に発生した偏析を少なくするという効果
がある。また、本発明鋳鋼材にはＮｂまたはＴａが含ま
れるが、成分限定理由でも説明したように、これらは炭
化物となって高温強度を改善する。この場合、微細な炭
化物であることが必要である。鋳造されたままの素材の
場合、前述の偏析にともなって粗大な初析炭化物が形成
されており、このままでは全く高温強度改善に寄与しな
いだけでなく、延性、靱性を低下させてしまう。このた
め、一度Ｎｂ及びＴａをマトリックス中に固溶させ再度
析出させることにより、微細な炭化物を得る工程が必要
となる。この工程を次工程の焼入れで行う場合、結晶粒
が粗大化して後述するように延性、靱性を低下させてし
まう。このため、焼入れ工程の前の焼準工程で行うこと
が必要となる。１０５０℃未満の焼準処理では、十分な
拡散が行えないこととＮｂ及びＴａをマトリックス中へ
の固溶量が少なくなることから十分な焼準処理は達成さ
れない。また、１１５０℃を越える温度に加熱しても、
１０５０〜１１５０℃の加熱条件を上回る効果が得られ
ない。したがって、焼準温度を１０５０〜１１５０℃に
限定する。なお、本処理を行った後、２００℃以下まで
冷却することにより、高温相のオーステナイトから低温
相（常温相）のベーナイト相の変態が完了するので、次
工程の焼入れ処理の際、焼準時にできてしまった粗い結
晶粒は消えてしまい、後述するように焼入れ時に適度な
結晶粒サイズにすることができるため、結晶粒が粗くな
るというような不具合は生じない。
して焼準処理を行う。この焼準処理は鋳造された素材に
おいて成分が片寄る現象、いわゆる偏析を軽減し均一な
素材を得るために行うものであり、できるだけ高い温度
に保持することによって原子のマトリックス中の拡散を
促進し、凝固時に発生した偏析を少なくするという効果
がある。また、本発明鋳鋼材にはＮｂまたはＴａが含ま
れるが、成分限定理由でも説明したように、これらは炭
化物となって高温強度を改善する。この場合、微細な炭
化物であることが必要である。鋳造されたままの素材の
場合、前述の偏析にともなって粗大な初析炭化物が形成
されており、このままでは全く高温強度改善に寄与しな
いだけでなく、延性、靱性を低下させてしまう。このた
め、一度Ｎｂ及びＴａをマトリックス中に固溶させ再度
析出させることにより、微細な炭化物を得る工程が必要
となる。この工程を次工程の焼入れで行う場合、結晶粒
が粗大化して後述するように延性、靱性を低下させてし
まう。このため、焼入れ工程の前の焼準工程で行うこと
が必要となる。１０５０℃未満の焼準処理では、十分な
拡散が行えないこととＮｂ及びＴａをマトリックス中へ
の固溶量が少なくなることから十分な焼準処理は達成さ
れない。また、１１５０℃を越える温度に加熱しても、
１０５０〜１１５０℃の加熱条件を上回る効果が得られ
ない。したがって、焼準温度を１０５０〜１１５０℃に
限定する。なお、本処理を行った後、２００℃以下まで
冷却することにより、高温相のオーステナイトから低温
相（常温相）のベーナイト相の変態が完了するので、次
工程の焼入れ処理の際、焼準時にできてしまった粗い結
晶粒は消えてしまい、後述するように焼入れ時に適度な
結晶粒サイズにすることができるため、結晶粒が粗くな
るというような不具合は生じない。
【００２０】焼入れ温度：焼入れ温度（溶体化温度）は
材料の結晶粒度に大きく影響を与えるものであり、焼入
れ温度が高いと結晶粒が粗くなり靱性や延性が低下す
る。一方、焼入れ温度が低すぎると結晶粒が細かくなり
過ぎるためクリープ破断強さが低下してしまう。このた
め、最適な温度管理が必要となる。本発明鋳鋼の場合、
焼入れ処理（溶体化処理）を９８０℃を越える温度で行
うと結晶粒が粗くなってしまい、十分な靱性、延性が得
られない。また、９２０℃未満の低い温度で熱処理を行
うと、十分なクリープ破断強さが得られない。このた
め、焼入れ温度としては９２０〜９８０℃に限定する。
材料の結晶粒度に大きく影響を与えるものであり、焼入
れ温度が高いと結晶粒が粗くなり靱性や延性が低下す
る。一方、焼入れ温度が低すぎると結晶粒が細かくなり
過ぎるためクリープ破断強さが低下してしまう。このた
め、最適な温度管理が必要となる。本発明鋳鋼の場合、
焼入れ処理（溶体化処理）を９８０℃を越える温度で行
うと結晶粒が粗くなってしまい、十分な靱性、延性が得
られない。また、９２０℃未満の低い温度で熱処理を行
うと、十分なクリープ破断強さが得られない。このた
め、焼入れ温度としては９２０〜９８０℃に限定する。
【００２１】焼準時間：焼準時間は上述する二つの効果
（合金元素を十分に拡散すること及びＮｂ及びＴａを十
分に固溶させること）を得る上で十分な時間が必要であ
る。１０時間未満である場合、十分な拡散及び固溶が行
えない。また、４０時間を越える時間熱処理を行っても
拡散現象及び固溶現象が飽和状態に達するため、それ以
上の効果は得られない。したがって１０〜４０時間に限
定する。
（合金元素を十分に拡散すること及びＮｂ及びＴａを十
分に固溶させること）を得る上で十分な時間が必要であ
る。１０時間未満である場合、十分な拡散及び固溶が行
えない。また、４０時間を越える時間熱処理を行っても
拡散現象及び固溶現象が飽和状態に達するため、それ以
上の効果は得られない。したがって１０〜４０時間に限
定する。
【００２２】焼入れ時間：焼入れ時間は上述に示す焼入
れの効果を十分に発揮できるだけの時間によって決めら
れる。５時間未満である場合、材料の中に含まれる合金
元素が十分に鉄の母相に溶けることはできないことや合
金元素の濃度偏析が十分に解消されないことの問題が生
じる。一方、２０時間を越える時間保持した場合、２０
時間以内の処理と比較して、焼入れの効果に差はなく、
逆に必要以上に結晶粒が粗大化してしまうため、延性、
靱性の低下につながる。このため、焼入れ時間としては
５〜２０時間に限定する。
れの効果を十分に発揮できるだけの時間によって決めら
れる。５時間未満である場合、材料の中に含まれる合金
元素が十分に鉄の母相に溶けることはできないことや合
金元素の濃度偏析が十分に解消されないことの問題が生
じる。一方、２０時間を越える時間保持した場合、２０
時間以内の処理と比較して、焼入れの効果に差はなく、
逆に必要以上に結晶粒が粗大化してしまうため、延性、
靱性の低下につながる。このため、焼入れ時間としては
５〜２０時間に限定する。
【００２３】焼もどし温度、焼もどし時間：焼もどしに
おいては焼入れの際に導入された欠陥をなくし、靱性の
ある材料にするために行うものであり、この熱処理温度
及び保持時間によって材料の機械的強度や延性、靱性が
変化する。焼もどし処理において、温度が高く保持時間
が長いほど焼もどし処理は進んで材料強度が低くなり、
その代わりに延性や靱性が向上する。一方、焼もどし温
度が低く、しかもその保持時間が短い場合、材料強度は
高くなるが延性や靱性が低いものとなってしまう。この
ため、焼もどし温度と時間を厳密に管理する必要があ
る。７３０℃を越える温度で焼もどしを行うと、延性や
靱性は十分に高いものになるが機械的強度が十分でな
い。また、６８０℃未満の低い温度で焼もどすと十分に
高い機械的強度は得られるが、延性や靱性が十分ではな
い。このため、焼もどし温度は６８０〜７３０℃とす
る。また、焼もどし時間が５時間未満の場合、十分な合
金元素の固溶や拡散が起こらず、クリープ破断強度や延
性、靱性が得られない。また、２０時間を越える時間焼
もどし処理を行ったとしても、２０時間程度の焼もどし
時間と大差ない固溶及び拡散しか起こらない。加えて必
要以上に長い時間時効処理を行うと機械的強度が低下し
てしまう。このため、焼もどし時間は５〜２０時間とす
る。
おいては焼入れの際に導入された欠陥をなくし、靱性の
ある材料にするために行うものであり、この熱処理温度
及び保持時間によって材料の機械的強度や延性、靱性が
変化する。焼もどし処理において、温度が高く保持時間
が長いほど焼もどし処理は進んで材料強度が低くなり、
その代わりに延性や靱性が向上する。一方、焼もどし温
度が低く、しかもその保持時間が短い場合、材料強度は
高くなるが延性や靱性が低いものとなってしまう。この
ため、焼もどし温度と時間を厳密に管理する必要があ
る。７３０℃を越える温度で焼もどしを行うと、延性や
靱性は十分に高いものになるが機械的強度が十分でな
い。また、６８０℃未満の低い温度で焼もどすと十分に
高い機械的強度は得られるが、延性や靱性が十分ではな
い。このため、焼もどし温度は６８０〜７３０℃とす
る。また、焼もどし時間が５時間未満の場合、十分な合
金元素の固溶や拡散が起こらず、クリープ破断強度や延
性、靱性が得られない。また、２０時間を越える時間焼
もどし処理を行ったとしても、２０時間程度の焼もどし
時間と大差ない固溶及び拡散しか起こらない。加えて必
要以上に長い時間時効処理を行うと機械的強度が低下し
てしまう。このため、焼もどし時間は５〜２０時間とす
る。
【００２４】焼入れ速度：焼入れ速度が遅い場合、焼入
れ時にフェライト＋パーライト組織ができてしまうため
に十分な機械的強度が得られない。このため、焼入れ速
度を速くすることが必要である。実際に大型の素材を焼
入れする場合は焼入れ速度に限界があり、極端に速くす
ることはできないが、２００℃／時間以上の冷却速度で
焼入れ温度から６００℃までの間を冷却することによ
り、安定した機械的強度を得ることができる。このた
め、焼入れの際の６００℃までの冷却速度は、２００℃
／時間以上であることが望ましい。
れ時にフェライト＋パーライト組織ができてしまうため
に十分な機械的強度が得られない。このため、焼入れ速
度を速くすることが必要である。実際に大型の素材を焼
入れする場合は焼入れ速度に限界があり、極端に速くす
ることはできないが、２００℃／時間以上の冷却速度で
焼入れ温度から６００℃までの間を冷却することによ
り、安定した機械的強度を得ることができる。このた
め、焼入れの際の６００℃までの冷却速度は、２００℃
／時間以上であることが望ましい。
【００２５】
【実施例】以下に実施例に基づいて本発明を説明する。
試験は５０ｋｇ真空溶解炉を用いて表１に示す試験材を
溶解し、砂型の鋳型を用いて造塊した。このようにして
製造した試験材に対して種々の熱処理を行い試験材とし
た。このように得られた試験材に対して常温引張試験、
衝撃試験並びにクリープ破断試験を行い、材料特性の評
価を実施した。
試験は５０ｋｇ真空溶解炉を用いて表１に示す試験材を
溶解し、砂型の鋳型を用いて造塊した。このようにして
製造した試験材に対して種々の熱処理を行い試験材とし
た。このように得られた試験材に対して常温引張試験、
衝撃試験並びにクリープ破断試験を行い、材料特性の評
価を実施した。
【００２６】表２は各試験材の機械的性質を示すもので
あるが、本発明材料は良好な機械的強度及び引張延性、
衝撃特性（５０％ＦＡＴＴは衝撃遷移温度を示すもので
あり、この温度が低いものほど衝撃特性が良好であると
言える）並びにクリープ破断強さ（クリープ破断試験で
は試験条件として温度と応力が一定であるので、破断時
間が長いものがクリープ破断強さが強いものであると言
える）を示すことがわかる。
あるが、本発明材料は良好な機械的強度及び引張延性、
衝撃特性（５０％ＦＡＴＴは衝撃遷移温度を示すもので
あり、この温度が低いものほど衝撃特性が良好であると
言える）並びにクリープ破断強さ（クリープ破断試験で
は試験条件として温度と応力が一定であるので、破断時
間が長いものがクリープ破断強さが強いものであると言
える）を示すことがわかる。
【００２７】また、表３及び表４は熱処理の機械的特性
に及ぼす影響についてまとめたものであるが、本発明の
熱処理は高い延性、靱性並びに高いクリープ破断強さを
バランスよく有していることがわかる。
に及ぼす影響についてまとめたものであるが、本発明の
熱処理は高い延性、靱性並びに高いクリープ破断強さを
バランスよく有していることがわかる。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【表３】
【００３１】
【表４】
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、従来からの優れた高温
強度、特にクリープ破断強度をさらに高めると同時に、
良好な延性、靱性をも具備し、かつ特に溶接補修性が改
善された高強度ＣｒＭｏＶ鋳鋼が提供される。
強度、特にクリープ破断強度をさらに高めると同時に、
良好な延性、靱性をも具備し、かつ特に溶接補修性が改
善された高強度ＣｒＭｏＶ鋳鋼が提供される。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−319629（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−107416（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−6117（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−152446（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−240616（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−4227（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−87333（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−260091（ＪＰ，Ａ) 特表 平11−502259（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 6/00,8/00
Claims (5)
- 【請求項１】 重量比で炭素：０．０５〜０．１１％、
シリコン：０．１５〜０．３５％、マンガン：０．５〜
０．８％、クロム：０．８〜２．８％、モリブデン：
０．１〜１．２％、バナジウム：０．１〜０．３％、タ
ングステン：０．５〜３％、コバルト：０．５〜３％、
ニオブまたはタンタルの合計：０．０１〜０．０６％及
び不可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする高強
度低合金鋳鋼。 - 【請求項２】 重量比で炭素：０．０５〜０．１１％、
シリコン：０．１５〜０．３５％、マンガン：０．５〜
０．８％、クロム：０．８〜２．８％、モリブデン：
０．１〜１．２％、バナジウム：０．１〜０．３％、タ
ングステン：０．５〜３％、コバルト：０．５〜３％、
ニオブまたはタンタルの合計：０．０１〜０．０６％、
ボロン：０．００１〜０．００５％及び不可避的不純物
及び鉄からなることを特徴とする高強度低合金鋳鋼。 - 【請求項３】 重量比で炭素：０．０５〜０．１１％、
シリコン：０．１５〜０．３５％、マンガン：０．５〜
０．８％、クロム：０．８〜２．８％、モリブデン：
０．１〜１．２％、バナジウム：０．１〜０．３％、タ
ングステン：０．５〜３％、コバルト：０．５〜３％、
ニオブまたはタンタルの合計：０．０１〜０．０６％、
ボロン：０．００１〜０．００５％、不純物としてのリ
ンを０．００８％以下、不純物としてのイオウを０．０
０６％以下及び不可避的不純物及び鉄からなることを特
徴とする高強度低合金鋳鋼。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかの材料を１０５
０〜１１５０℃で１０〜４０時間保持した後２００℃以
下まで冷却し、次いで焼入れ温度：９２０〜９８０℃で
５〜２０時間保持し、さらに焼もどし温度：６８０〜７
３０℃で５〜２０時間保持することを特徴とする高強度
低合金鋳鋼の熱処理法。 - 【請求項５】 請求項１〜３のいずれかの材料を１０５
０〜１１５０℃で１０〜４０時間保持した後２００℃以
下まで冷却し、次いで焼入れ温度：９２０〜９８０℃で
５〜２０時間保持し、素材各部位の６００℃までの冷却
速度を２００℃／ｈｒ以上の速さで冷却し、さらに焼も
どし温度：６８０〜７３０℃で５〜２０時間保持するこ
とを特徴とする高強度低合金鋳鋼の熱処理法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06952695A JP3254102B2 (ja) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | 高強度低合金鋳鋼及びその熱処理法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06952695A JP3254102B2 (ja) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | 高強度低合金鋳鋼及びその熱処理法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08269616A JPH08269616A (ja) | 1996-10-15 |
| JP3254102B2 true JP3254102B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=13405266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06952695A Expired - Fee Related JP3254102B2 (ja) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | 高強度低合金鋳鋼及びその熱処理法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3254102B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4526161B2 (ja) * | 2000-05-30 | 2010-08-18 | 旭化成建材株式会社 | 建築構造用鋳鋼 |
| GB2364715B (en) * | 2000-07-13 | 2004-06-30 | Toshiba Kk | Heat resistant steel casting and method of manufacturing the same |
-
1995
- 1995-03-28 JP JP06952695A patent/JP3254102B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08269616A (ja) | 1996-10-15 |
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