JP3397508B2 - 耐熱鋼 - Google Patents
耐熱鋼Info
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- JP3397508B2 JP3397508B2 JP11907395A JP11907395A JP3397508B2 JP 3397508 B2 JP3397508 B2 JP 3397508B2 JP 11907395 A JP11907395 A JP 11907395A JP 11907395 A JP11907395 A JP 11907395A JP 3397508 B2 JP3397508 B2 JP 3397508B2
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- Japan
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はタービンロータや、ター
ビンブレード、タービンディスク、ボルト、配管等のタ
ービン部材等に好適な耐熱鋼に関するものである。
ビンブレード、タービンディスク、ボルト、配管等のタ
ービン部材等に好適な耐熱鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】火力
発電システムでは発電効率を一層高効率化するために、
スチームタービンの蒸気温度を益々上昇させる傾向にあ
り、その結果タービン用材料に要求される高温特性も一
層厳しいものとなっている。従来からこの用途に使用で
きる材料として数多くの耐熱鋼が提案されているが、そ
の中でも特開平２−２９０９５０号、特開平４−１４７
９４８号（両者の成分は同じで、使用目的が異なる）で
提案されている耐熱鋼は、高温強度に優れていることが
知られている。
発電システムでは発電効率を一層高効率化するために、
スチームタービンの蒸気温度を益々上昇させる傾向にあ
り、その結果タービン用材料に要求される高温特性も一
層厳しいものとなっている。従来からこの用途に使用で
きる材料として数多くの耐熱鋼が提案されているが、そ
の中でも特開平２−２９０９５０号、特開平４−１４７
９４８号（両者の成分は同じで、使用目的が異なる）で
提案されている耐熱鋼は、高温強度に優れていることが
知られている。
【０００３】しかし、タービン用材料として、一層の発
電効率の向上を図るためには、上記の開発耐熱鋼でも高
温特性は十分ではなく、高温クリープ強度を含めた高温
特性をさらに向上させることが要望されている。本発明
は上記事情を背景としてなされたものであり、特に高温
クリープ強度を向上させることによって高温特性を一層
向上させた耐熱鋼を提供することを目的とする。
電効率の向上を図るためには、上記の開発耐熱鋼でも高
温特性は十分ではなく、高温クリープ強度を含めた高温
特性をさらに向上させることが要望されている。本発明
は上記事情を背景としてなされたものであり、特に高温
クリープ強度を向上させることによって高温特性を一層
向上させた耐熱鋼を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の耐熱
鋼のうち第１の発明は、重量％で、Ｃ：０．０５〜０．
２％、Ｓｉ：０．４％以下、Ｃｒ：８〜１３％、Ｖ：
０．０５〜０．３％、Ｗ：３％越〜６％、Ｃｏ：２．１
〜１０％、Ｎ：０．０１〜０．１％を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．０１〜０．１５％、Ｂ：０．００３〜０．０
３％の１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不可
避的不純物からなり、不可避的不純物のうち、Ｎｉ：
０．２５％以下を許容含有量とすることを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明の成分に加え、さらに重量％
で、希土類元素：０．００３％〜０．０３％、Ｃａ：
０．００３〜０．０３％の一種または２種を含有するこ
とを特徴とする。第３の発明は、第１または第２の発明
において、不可避的不純物のうち、重量％で、Ｍｎ：
０．１５％以下、Ｐ：０．０１％以下を許容含有量とす
ることを特徴とする。
鋼のうち第１の発明は、重量％で、Ｃ：０．０５〜０．
２％、Ｓｉ：０．４％以下、Ｃｒ：８〜１３％、Ｖ：
０．０５〜０．３％、Ｗ：３％越〜６％、Ｃｏ：２．１
〜１０％、Ｎ：０．０１〜０．１％を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．０１〜０．１５％、Ｂ：０．００３〜０．０
３％の１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不可
避的不純物からなり、不可避的不純物のうち、Ｎｉ：
０．２５％以下を許容含有量とすることを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明の成分に加え、さらに重量％
で、希土類元素：０．００３％〜０．０３％、Ｃａ：
０．００３〜０．０３％の一種または２種を含有するこ
とを特徴とする。第３の発明は、第１または第２の発明
において、不可避的不純物のうち、重量％で、Ｍｎ：
０．１５％以下、Ｐ：０．０１％以下を許容含有量とす
ることを特徴とする。
【０００５】
【作用】すなわち本発明によれば、Ｎｂ，Ｂの含有によ
る高温クリープ強度の向上、希土類元素、Ｃａの添加に
よる高靱性化、Ｍｎ，Ｐ，Ｎｉ含有量の低減による靱性
の経時劣化の防止、さらにその他成分の含有量の選定に
よる機械的性質の改善効果が得られ、特に高温強度に優
れた耐熱鋼が得られる。以下に、本発明の各成分の作用
ならびに限定理由を説明する。
る高温クリープ強度の向上、希土類元素、Ｃａの添加に
よる高靱性化、Ｍｎ，Ｐ，Ｎｉ含有量の低減による靱性
の経時劣化の防止、さらにその他成分の含有量の選定に
よる機械的性質の改善効果が得られ、特に高温強度に優
れた耐熱鋼が得られる。以下に、本発明の各成分の作用
ならびに限定理由を説明する。
【０００６】Ｃ：０．０５〜０．２％
Ｃは、マルテンサイト変態を促進させるとともに、合金
中のＦe 、Ｃr 、Ｍo、Ｖ、Ｎｂなどと結合して炭化物
を形成して高温強度を高めるために不可欠の元素であ
り、このような観点から最低０．０５％を必要とする。
また、０．２％を越えて含有させると、炭化物の粗大化
が起こりやすくなり高温クリープ強さが劣化するので、
その含有量を０．０５〜０．２％に限定した。なお、同
様の理由により好ましくは、下限を０．０９％、上限を
０．１３％に限定する。 Ｓｉ：０．４％以下 Ｓｉは積極的に添加する場合と、無添加の場合がある。
特に、耐水蒸気酸化特性等が要求される場合には、Ｓｉ
を積極的に添加、含有させる必要があるが、その含有量
が０．４％を越えると著しく靱性が低下するので、上限
を０．４％に限定した。好ましくは０．１〜０．２％に
限定する。なお、無添加の場合においても０．１％未満
で不可避的に含有する。 Ｃｒ：８〜１３％ Ｃｒは耐酸化性および高温耐食性を高め、さらに合金中
に固溶して高温クリープ強度を高めるために不可欠の元
素であり、このために最低８％必要である。一方、１３
％を越えると有害なデルタフェライトを生成し、高温強
度および靱性を低下させるので、含有量を８〜１３％に
限定した。なお、同様の理由で好ましくは下限を８．７
％、上限を１１．８％に限定する。
中のＦe 、Ｃr 、Ｍo、Ｖ、Ｎｂなどと結合して炭化物
を形成して高温強度を高めるために不可欠の元素であ
り、このような観点から最低０．０５％を必要とする。
また、０．２％を越えて含有させると、炭化物の粗大化
が起こりやすくなり高温クリープ強さが劣化するので、
その含有量を０．０５〜０．２％に限定した。なお、同
様の理由により好ましくは、下限を０．０９％、上限を
０．１３％に限定する。 Ｓｉ：０．４％以下 Ｓｉは積極的に添加する場合と、無添加の場合がある。
特に、耐水蒸気酸化特性等が要求される場合には、Ｓｉ
を積極的に添加、含有させる必要があるが、その含有量
が０．４％を越えると著しく靱性が低下するので、上限
を０．４％に限定した。好ましくは０．１〜０．２％に
限定する。なお、無添加の場合においても０．１％未満
で不可避的に含有する。 Ｃｒ：８〜１３％ Ｃｒは耐酸化性および高温耐食性を高め、さらに合金中
に固溶して高温クリープ強度を高めるために不可欠の元
素であり、このために最低８％必要である。一方、１３
％を越えると有害なデルタフェライトを生成し、高温強
度および靱性を低下させるので、含有量を８〜１３％に
限定した。なお、同様の理由で好ましくは下限を８．７
％、上限を１１．８％に限定する。
【０００７】Ｖ：０．０５〜０．３％
Ｖは、微細炭化物、炭窒化物を形成して、高温クリープ
強さを向上させるのに有効であり、このために最低０．
０５％を必要とする。一方、０．３％を越えると炭素を
過度に固定し、炭化物の析出量が増して高温強度を低下
させるので０．０５〜０．３％に限定する。なお、同様
の理由で好ましくは下限を０．１５％、上限を０．２５
％に限定する。 Ｗ：３％越〜６％ Ｗは、炭化物の凝集、粗大化を抑制し、また合金中に固
溶してマトリックスを固溶強化するので高温強度の向上
に有効であり、このために最低３％越が必要である。一
方、６％を越えるとデルタフェライトやラーベス相を生
成しやすくなり、高温強度を低下させるので、２．８〜
６％に限定する。なお、同様の理由で下限を好ましくは
３．１％に限定し、上限を好ましくは５％、さらに好ま
しくは４．５％に限定する。
強さを向上させるのに有効であり、このために最低０．
０５％を必要とする。一方、０．３％を越えると炭素を
過度に固定し、炭化物の析出量が増して高温強度を低下
させるので０．０５〜０．３％に限定する。なお、同様
の理由で好ましくは下限を０．１５％、上限を０．２５
％に限定する。 Ｗ：３％越〜６％ Ｗは、炭化物の凝集、粗大化を抑制し、また合金中に固
溶してマトリックスを固溶強化するので高温強度の向上
に有効であり、このために最低３％越が必要である。一
方、６％を越えるとデルタフェライトやラーベス相を生
成しやすくなり、高温強度を低下させるので、２．８〜
６％に限定する。なお、同様の理由で下限を好ましくは
３．１％に限定し、上限を好ましくは５％、さらに好ま
しくは４．５％に限定する。
【０００８】Ｃｏ：２．１〜１０％
Ｃｏは、デルタフェライトの生成を抑制し、高温強度を
向上させる。デルタフェライトの生成を防止するために
は２．１％以上の含有が必要であるが、一方、１０％を
越えて含有すると延性が低下し、またコストが上昇する
ので、１０％以下に限定する。なお、同様の理由で下限
を好ましくは、２．５％、上限を好ましくは６％、さら
に好ましくは５％に限定する。 Ｎ：０．０１〜０．１％ ＮはＮｂ、Ｖなどと結合して窒化物を形成し、高温クリ
ープ強さを向上させるが、その含有量が０．０１％未満
では充分な強度、および高温クリープ強さを得ることが
できず、０．１％を超えて含有させると、鋼塊の製造が
困難となり、かつ熱間加工性が悪くなるので、その含有
量を０．０１〜０．１％に限定した。なお、同様の理由
で好ましくは下限を０．０２％に限定し、上限を好まし
くは０．０５％、さらに好ましくは０．０４％に限定す
る。
向上させる。デルタフェライトの生成を防止するために
は２．１％以上の含有が必要であるが、一方、１０％を
越えて含有すると延性が低下し、またコストが上昇する
ので、１０％以下に限定する。なお、同様の理由で下限
を好ましくは、２．５％、上限を好ましくは６％、さら
に好ましくは５％に限定する。 Ｎ：０．０１〜０．１％ ＮはＮｂ、Ｖなどと結合して窒化物を形成し、高温クリ
ープ強さを向上させるが、その含有量が０．０１％未満
では充分な強度、および高温クリープ強さを得ることが
できず、０．１％を超えて含有させると、鋼塊の製造が
困難となり、かつ熱間加工性が悪くなるので、その含有
量を０．０１〜０．１％に限定した。なお、同様の理由
で好ましくは下限を０．０２％に限定し、上限を好まし
くは０．０５％、さらに好ましくは０．０４％に限定す
る。
【０００９】Ｎｂ：０．０１〜０．１５％
Ｎｂは、微細炭化物、炭窒化物を形成し、高温クリープ
強さを向上させるとともに、結晶粒の微細化を促進し、
低温靱性を向上させるので、Ｂと選択的に、またはＢと
ともに含有させる。その作用効果を得るためには、少な
くとも０．０１％含有させる必要がある。しかし、０．
１５％を超えて含有させると、粗大な炭化物および炭窒
化物が析出し靱性を低下させるため、その上限を０．１
５％とした。 Ｂ：０．００３〜０．０３％ Ｂは微量の含有で、焼入れ性が増大し、靱性を向上させ
るとともに粒界及び粒内の炭化物の析出凝集を抑え、高
温クリープ強さの向上に寄与するのでＮｂと選択的に、
またはＮｂとともに含有させる。しかし、その含有量は
０．００３％未満では上記効果が不十分であり、一方、
０．０３％を超えると高温クリープ延性が著しく低下す
るため、その含有量を０．００３〜０．０３％に限定し
た。なお、同様の理由で好ましくは下限を０．００５
％、上限を０．０２％に限定する。
強さを向上させるとともに、結晶粒の微細化を促進し、
低温靱性を向上させるので、Ｂと選択的に、またはＢと
ともに含有させる。その作用効果を得るためには、少な
くとも０．０１％含有させる必要がある。しかし、０．
１５％を超えて含有させると、粗大な炭化物および炭窒
化物が析出し靱性を低下させるため、その上限を０．１
５％とした。 Ｂ：０．００３〜０．０３％ Ｂは微量の含有で、焼入れ性が増大し、靱性を向上させ
るとともに粒界及び粒内の炭化物の析出凝集を抑え、高
温クリープ強さの向上に寄与するのでＮｂと選択的に、
またはＮｂとともに含有させる。しかし、その含有量は
０．００３％未満では上記効果が不十分であり、一方、
０．０３％を超えると高温クリープ延性が著しく低下す
るため、その含有量を０．００３〜０．０３％に限定し
た。なお、同様の理由で好ましくは下限を０．００５
％、上限を０．０２％に限定する。
【００１０】希土類類元素：０．００３〜０．０３％、
Ｃａ：０．００３〜０．０３％ 希土類元素及びＣａは、脱酸ならびに脱硫作用を有し、
金属溶湯に希土類元素、Ｃａを単味又は複合添加するこ
とにより、内在する非金属介在物の形状、分布のコント
ロールを図ることができ、この結果、衝撃吸収エネルギ
ーが向上し、靱性が改善されるので所望により１種また
は２種を含有させる。 しかし、０．００３％未満の含
有では上記作用効果が認められない。また、０．０３％
を越えて含有させると酸化物が過剰に生成されて、かえ
って清浄度が低下し、その結果衝撃靱性が低下する。こ
のため、希土類元素及びＣａの含有量を上記範囲に限定
した。なお、希土類元素には、Ｃｅ，Ｌａ等の単独物、
混合物の他、複数元素を含むミッシュメタルを用いるこ
とができる。
Ｃａ：０．００３〜０．０３％ 希土類元素及びＣａは、脱酸ならびに脱硫作用を有し、
金属溶湯に希土類元素、Ｃａを単味又は複合添加するこ
とにより、内在する非金属介在物の形状、分布のコント
ロールを図ることができ、この結果、衝撃吸収エネルギ
ーが向上し、靱性が改善されるので所望により１種また
は２種を含有させる。 しかし、０．００３％未満の含
有では上記作用効果が認められない。また、０．０３％
を越えて含有させると酸化物が過剰に生成されて、かえ
って清浄度が低下し、その結果衝撃靱性が低下する。こ
のため、希土類元素及びＣａの含有量を上記範囲に限定
した。なお、希土類元素には、Ｃｅ，Ｌａ等の単独物、
混合物の他、複数元素を含むミッシュメタルを用いるこ
とができる。
【００１１】（不可避不純物）
Ｍｎ：０．１５％以下
Ｍn は、溶解時の脱酸、脱硫剤として一般的に使用され
ている。しかし、ＭnはＳと結合して、非金属介在物を
形成して、靱性を低下させるとともに、靱性の経時劣化
を助長させ、また、高温クリープ強度を低下させるの
で、含有量を低減させるのが望ましい。現在、炉外精錬
などの精錬技術によりＳ量の低減が容易となり、Ｍn を
脱硫剤として添加する必要がなくなってきている。本発
明では、Ｍn を不可避的不純物とし、その許容含有量を
精錬技術の限界を考慮して０．１５％以下に制限した。
なお、好ましくは０．１％以下、さらに好ましくは０．
０５％未満に限定する。
ている。しかし、ＭnはＳと結合して、非金属介在物を
形成して、靱性を低下させるとともに、靱性の経時劣化
を助長させ、また、高温クリープ強度を低下させるの
で、含有量を低減させるのが望ましい。現在、炉外精錬
などの精錬技術によりＳ量の低減が容易となり、Ｍn を
脱硫剤として添加する必要がなくなってきている。本発
明では、Ｍn を不可避的不純物とし、その許容含有量を
精錬技術の限界を考慮して０．１５％以下に制限した。
なお、好ましくは０．１％以下、さらに好ましくは０．
０５％未満に限定する。
【００１２】Ｐ：０．０１％以下
Ｐは、焼戻し脆化感受性を増大させる元素であり、靱性
の経時劣化を助長させるので、経年劣化を減少させ、信
頼性を向上させるためには、極力低減することが望まし
く、その許容含有量を精錬技術の限界を考慮して０．０
１％以下とした。なお、好ましくは０．００８％以下、
さらに好ましくは０．００５％以下に限定する。 Ｎｉ：０．２５％以下 Ｎｉは、クリープ強度を低下させる元素であり、また靱
性の経時劣化を助長するため、極力低減することが望ま
しく、その許容含有量を０．２５％以下とした。 な
お、好ましくは０．１０％以下、さらに好ましくは０．
０５％以下、一層好ましくは０．０５％未満に限定す
る。
の経時劣化を助長させるので、経年劣化を減少させ、信
頼性を向上させるためには、極力低減することが望まし
く、その許容含有量を精錬技術の限界を考慮して０．０
１％以下とした。なお、好ましくは０．００８％以下、
さらに好ましくは０．００５％以下に限定する。 Ｎｉ：０．２５％以下 Ｎｉは、クリープ強度を低下させる元素であり、また靱
性の経時劣化を助長するため、極力低減することが望ま
しく、その許容含有量を０．２５％以下とした。 な
お、好ましくは０．１０％以下、さらに好ましくは０．
０５％以下、一層好ましくは０．０５％未満に限定す
る。
【００１３】
【実施例】表１、２に示す鋼種を真空誘導加熱炉を用い
て５０ｋｇ鋼塊としてそれぞれ溶製し、１１５０℃で鍛
造後、ロータ軸形状に鍛造した。これらの鍛造材から、
試験片素材を切り出し、実際のロータ軸材の軸芯相当の
熱履歴をシミュレーションして、１０５０℃からの油焼
入れ、５７０℃での１回目の焼戻し、７００℃での２回
目の焼戻しを施し供試材とした。
て５０ｋｇ鋼塊としてそれぞれ溶製し、１１５０℃で鍛
造後、ロータ軸形状に鍛造した。これらの鍛造材から、
試験片素材を切り出し、実際のロータ軸材の軸芯相当の
熱履歴をシミュレーションして、１０５０℃からの油焼
入れ、５７０℃での１回目の焼戻し、７００℃での２回
目の焼戻しを施し供試材とした。
【００１４】上記焼戻し後の供試材を高温クリープ試験
に供し、その試験結果を表１、２に示した。なお、クリ
ープ試験結果は、６８０℃、１７．５ｋｇｆ／ｍｍ2の
負荷における破断時間で示した。表１、２から明らかな
ように、本発明の供試材（発明鋼Ｎｏ．１〜１０）は、
いずれも比較材（比較鋼Ｎｏ．１１〜１５）よりも優れ
た高温クリープ特性が得られていた。
に供し、その試験結果を表１、２に示した。なお、クリ
ープ試験結果は、６８０℃、１７．５ｋｇｆ／ｍｍ2の
負荷における破断時間で示した。表１、２から明らかな
ように、本発明の供試材（発明鋼Ｎｏ．１〜１０）は、
いずれも比較材（比較鋼Ｎｏ．１１〜１５）よりも優れ
た高温クリープ特性が得られていた。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】
【発明の効果】すなわち、本発明の耐熱鋼によれば、高
温特性が大幅に向上するのでタービンロータやタービン
部材に適用することにより、蒸気温度の高温化が可能と
なり、発電効率向上に寄与する。また、タービンロータ
やタービン部材以外の用途に対しても、高温特性に優
れ、かつ耐久性に優れた材料として提供することができ
る。
温特性が大幅に向上するのでタービンロータやタービン
部材に適用することにより、蒸気温度の高温化が可能と
なり、発電効率向上に寄与する。また、タービンロータ
やタービン部材以外の用途に対しても、高温特性に優
れ、かつ耐久性に優れた材料として提供することができ
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 田中 泰彦
北海道室蘭市茶津町４番地 株式会社日
本製鋼所内
(72)発明者 石黒 徹
北海道室蘭市茶津町４番地 株式会社日
本製鋼所内
(72)発明者 山田 政之
横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式
会社東芝 重電技術研究所内
(72)発明者 津田 陽一
横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式
会社東芝 重電技術研究所内
(72)発明者 石井 龍一
横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式
会社東芝 重電技術研究所内
(56)参考文献 特開 昭62−222027（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−311343（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 38/00 - 38/60
Claims (3)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２％、Ｓ
ｉ：０．４％以下、Ｃｒ：８〜１３％、Ｖ：０．０５〜
０．３％、Ｗ：３％越〜６％、Ｃｏ：２．１〜１０％、
Ｎ：０．０１〜０．１％を含有し、さらに、Ｎｂ：０．
０１〜０．１５％、Ｂ：０．００３〜０．０３％の１種
または２種を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物
からなり、不可避的不純物のうち、Ｎｉ：０．２５％以
下を許容含有量とすることを特徴とする耐熱鋼。 - 【請求項２】 請求項１記載の成分に加え、さらに重量
％で、希土類元素：０．００３％〜０．０３％、Ｃａ：
０．００３〜０．０３％の一種または２種を含有する耐
熱鋼 - 【請求項３】 不可避的不純物のうち、重量％で、Ｍ
ｎ：０．１５％以下、Ｐ：０．０１％以下を許容含有量
とすることを特徴とする請求項１または２に記載の耐熱
鋼
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11907395A JP3397508B2 (ja) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | 耐熱鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11907395A JP3397508B2 (ja) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | 耐熱鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08296003A JPH08296003A (ja) | 1996-11-12 |
| JP3397508B2 true JP3397508B2 (ja) | 2003-04-14 |
Family
ID=14752218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11907395A Ceased JP3397508B2 (ja) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | 耐熱鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3397508B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4262414B2 (ja) | 2000-12-26 | 2009-05-13 | 株式会社日本製鋼所 | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼 |
| CN109112424B (zh) * | 2018-10-26 | 2023-12-19 | 上海电气电站设备有限公司 | 一种汽轮机用耐热钢 |
-
1995
- 1995-04-21 JP JP11907395A patent/JP3397508B2/ja not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08296003A (ja) | 1996-11-12 |
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