JP3475927B2 - Low Cr ferritic heat-resistant steel and its manufacturing method - Google Patents

Low Cr ferritic heat-resistant steel and its manufacturing method

Info

Publication number
JP3475927B2
JP3475927B2 JP2000387494A JP2000387494A JP3475927B2 JP 3475927 B2 JP3475927 B2 JP 3475927B2 JP 2000387494 A JP2000387494 A JP 2000387494A JP 2000387494 A JP2000387494 A JP 2000387494A JP 3475927 B2 JP3475927 B2 JP 3475927B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ferrite
transformation point
phase
low
resistant steel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000387494A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002180178A (en
Inventor
佳織 河野
浩一 岡田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP2000387494A priority Critical patent/JP3475927B2/en
Publication of JP2002180178A publication Critical patent/JP2002180178A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3475927B2 publication Critical patent/JP3475927B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、ボイラ、化学工
業、原子力等の分野で使用される熱交換器や配管用鋼
管、耐熱バルブ、接続継手等として使用するのに好適な
高温強度に優れた低Crフェライト系耐熱鋼に関し、特
に400℃以上の高温におけるクリープ強度とクリープ
延性、耐クリープ脆化に優れた低Crフェライト系耐熱
鋼とその製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention has excellent high temperature strength suitable for use as heat exchangers, steel pipes for piping, heat resistant valves, connecting joints, etc. used in the fields of boilers, chemical industry, nuclear power, etc. The present invention relates to a low Cr ferritic heat resistant steel, and more particularly to a low Cr ferritic heat resistant steel excellent in creep strength, creep ductility and creep embrittlement resistance at high temperatures of 400 ° C. or higher, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】400℃以上の高温で使用される耐熱鋼
には、オーステナイト系ステンレス鋼、Cr含有量が9
〜12質量%の高Crフェライト鋼、Cr含有量が数質
量%の低Crフェライト鋼および炭素鋼に大別される。
そして、上記の各鋼種は、使用環境(温度、圧力等)お
よび経済性を考慮して適宜選択して使用される。
2. Description of the Related Art A heat-resistant steel used at a high temperature of 400 ° C. or higher has an austenitic stainless steel and a Cr content of 9
-12 mass% of high Cr ferritic steel, Cr content is several mass% of low Cr ferritic steel, and carbon steel.
Then, each of the above steel types is appropriately selected and used in consideration of the use environment (temperature, pressure, etc.) and economical efficiency.

【0003】上記鋼種のうち、低Crフェライト鋼は、
Crを含有しているため、炭素鋼に比べて耐酸化性、高
温耐食性および高温強度が優れる。また、オーステナイ
ト系ステンレス鋼に比べて高温強度は劣るものの、格段
に安価で、しかも熱膨張係数が小さい。さらに、高Cr
フェライト鋼に比べても安価であり、靱性、溶接性およ
び熱伝導性に優れている。
Of the above steel types, low Cr ferritic steel is
Since it contains Cr, it has excellent oxidation resistance, high temperature corrosion resistance and high temperature strength as compared with carbon steel. Moreover, although it is inferior in high temperature strength to austenitic stainless steel, it is significantly cheaper and has a small thermal expansion coefficient. Furthermore, high Cr
It is cheaper than ferritic steel and has excellent toughness, weldability and thermal conductivity.

【0004】高温強度は、耐圧部材の設計上極めて重要
であり、使用温度によらず高強度であることが望まし
い。特に、ボイラ、化学工業、原子力用等に用いられる
耐熱耐圧鋼管では、素材の高温強度に応じて管の肉厚が
決定される。
High temperature strength is extremely important in designing a pressure resistant member, and it is desirable that the strength be high regardless of the operating temperature. In particular, in heat resistant and pressure resistant steel pipes used for boilers, chemical industry, nuclear power, etc., the wall thickness of the pipe is determined according to the high temperature strength of the material.

【0005】低、中Crフェライト鋼の高温強度の改善
は、一般に、適正量のC、Cr、MoおよびWを含有さ
せることにより行われているが、高温で長時間使用する
と炭化物の粗大化や金属間化合物の析出が生じて高温長
時間側のクリープ強度が低下する。強度を上昇させるた
めに固溶元素の添加量を増量し、固溶強化の効果を高め
る方法が考えられるが、固溶限度以上の添加はこれらの
元素の析出を助長し、かえって靱性、加工性、溶接性を
劣化させる。
Improvement of the high temperature strength of low and medium Cr ferritic steels is generally carried out by adding proper amounts of C, Cr, Mo and W, but when used at high temperature for a long time, coarsening of carbides and Precipitation of intermetallic compounds occurs and the creep strength at high temperature for a long time decreases. A possible method is to increase the amount of solid solution element added to increase the strength and enhance the effect of solid solution strengthening.However, addition above the solid solution limit promotes precipitation of these elements, rather toughness and workability. , Deteriorates weldability.

【0006】析出強化による高温強度の改善は、析出強
化元素であるV、Nb、Ti等を添加することにより行
われている。Moも析出強化に寄与する元素である。こ
のような低Crフェライト鋼としては、JIS規格に規
定されるSTBA20(0.5Cr−0.5Mo)、S
TBA22(1Cr−0.5Mo)、STBA23
(1.25Cr−0.5Mo)、STBA24(2.2
5Cr−1Mo)および特開平6−100929号、同
8−134584号、同8−158022号の各公報等
に示される鋼がある。
Improvement of high temperature strength by precipitation strengthening is performed by adding precipitation strengthening elements such as V, Nb and Ti. Mo is also an element that contributes to precipitation strengthening. As such a low Cr ferritic steel, STBA20 (0.5Cr-0.5Mo), S specified in JIS standard is used.
TBA22 (1Cr-0.5Mo), STBA23
(1.25Cr-0.5Mo), STBA24 (2.2
5Cr-1Mo) and the steels disclosed in JP-A-6-100929, JP-A-8-134584 and JP-A-8-158022.

【0007】さらに、析出強化型の低Crフェライト鋼
としては、タービン用材料である1Cr−1Mo−0.
25V鋼や高速増殖炉用構造材料である2.25Cr−
1Mo−Nb鋼等がよく知られている。
Further, as precipitation strengthening type low Cr ferritic steel, 1Cr-1Mo-0.
2.25Cr-, which is a structural material for 25V steel and fast breeder reactors
1Mo-Nb steel and the like are well known.

【0008】以上の析出強化鋼は、いずれも、AC3変態
点以上で焼きならしを行った後、Ms点(マルテンサイ
ト変態開始温度)またはBs点(ベイナイト変態開始温
度)以下に冷却してマルテンサイトまたはベイナイト組
織を得、その後、AC1変態点以下での焼戻しの過程で炭
窒化物を析出させるものである。しかし、このような焼
戻しマルテンサイト組織または焼戻しベイナイト組織の
場合、以下のような問題を生ずる場合がある。
All of the above precipitation-strengthened steels are normalized at the A C3 transformation point or higher and then cooled to the Ms point (martensite transformation start temperature) or the Bs point (bainite transformation start temperature) or lower. A martensite or bainite structure is obtained, and then carbonitrides are precipitated in the process of tempering below the A C1 transformation point. However, in the case of such a tempered martensite structure or a tempered bainite structure, the following problems may occur.

【0009】未使用材や短時間使用材では、高強度を有
するものの、1万時間以上もの長時間高温に曝されると
転位の回復に伴い、マルテンサイトやベイナイトのラス
構造が崩れ、クリープ強度が大幅に低下する場合があ
る。また、焼戻し過程で析出した炭窒化物は、高温で長
時間使用中、凝集粗大化しやすく、析出強化能が失われ
る場合がある。さらに、マルテンサイト組織やベイナイ
ト組織を有する鋼においては、旧オーステナイト粒界に
偏析が生じやすい上に、粗大な炭化物を形成して使用中
に脆化が生じる場合がある。
Unused materials and materials used for a short time have high strength, but when exposed to a high temperature for 10,000 hours or more, the lath structure of martensite and bainite collapses as the dislocations recover, and the creep strength increases. May be significantly reduced. Further, carbonitrides precipitated in the tempering process tend to aggregate and coarsen during long-term use at high temperature, and the precipitation strengthening ability may be lost. Further, in a steel having a martensite structure or a bainite structure, segregation easily occurs in the former austenite grain boundaries, and coarse carbides may be formed to cause embrittlement during use.

【0010】さらに、製造プロセスの観点では、一旦、
焼きならし、冷却後、焼戻しを行うことはリードタイム
を長時間化し、製造コストアップにもつながる。
Further, from the viewpoint of the manufacturing process,
Performing tempering after normalizing and cooling lengthens the lead time and increases the manufacturing cost.

【0011】そこで、低Crフェライト鋼について、高
温強度をさらに高め、且つクリープ脆化を防止できる低
コストの製造プロセスが提案できれば、次のような利点
が得られる。
Therefore, if a low-cost manufacturing process capable of further improving the high temperature strength and preventing creep embrittlement can be proposed for the low Cr ferritic steel, the following advantages can be obtained.

【0012】従来、耐高温腐食性がそれほど厳しく要求
されない使用環境でも、高温強度確保のために高Crフ
ェライト鋼が使用されていた。しかし、低Crフェライ
ト鋼を用いれば、経済性に対するメリットが大きい。ま
た、従来の用途においても、肉厚を薄くすることが可能
となり、それによって熱伝導性が向上し、プラントの熱
効率そのものを改善することができるとともに、プラン
トの起動、停止に伴う熱疲労負荷を軽減することができ
る。さらに、クリープ脆化を防止することにより、プラ
ントの安全性が高められる。
Conventionally, high Cr ferritic steel has been used to secure high temperature strength even in a use environment where high temperature corrosion resistance is not so strict. However, the use of low Cr ferritic steel has a great advantage for economic efficiency. Further, even in the conventional application, it is possible to reduce the wall thickness, thereby improving the thermal conductivity and improving the thermal efficiency of the plant itself, as well as the thermal fatigue load due to the start and stop of the plant. Can be reduced. In addition, preventing creep embrittlement enhances plant safety.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、40
0〜530℃程度の高温におけるクリープ強度が高く、
且つそのような温度域で長時間使用しても安定した強度
と延性を示す、低Crフェライト系耐熱鋼とその製造方
法を提供することにある。
The object of the present invention is 40
High creep strength at high temperatures of 0-530 ° C,
Another object of the present invention is to provide a low Cr ferritic heat-resisting steel that exhibits stable strength and ductility even when used for a long time in such a temperature range, and a method for producing the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
(1)のフェライト系耐熱鋼と、下記(2)、(3)の
フェライト系耐熱鋼の製造方法にある。 (1)質量%で、C:0.05〜0.15%、Cr:
0.1〜3%、V:0.02〜0.5%、Nb:0.0
05〜0.2%、N:0.001〜0.01%を含み、
結晶粒内のMX型析出物の下式(1) で定義される析出間
隔のばらつきσMXが20%以下であり、かつ母相である
フェライト相の(001)面と前記MX型析出物の(0
01)面との角度差が5度以下であるフェライト単相の
低Crフェライト系耐熱鋼。
The gist of the present invention resides in a ferritic heat-resistant steel of the following (1) and a ferritic heat-resistant steel of the following (2) and (3). (1) Mass%, C: 0.05 to 0.15%, Cr:
0.1-3%, V: 0.02-0.5%, Nb: 0.0
05-0.2%, including N: 0.001-0.01%,
The dispersion σ MX defined by the following equation (1) of MX-type precipitates in the crystal grains is 20% or less, and the (001) plane of the ferrite phase which is the matrix and the MX-type precipitates (0
01) Low-Cr ferritic heat-resistant steel with a single ferrite phase having an angle difference of 5 degrees or less.

【0015】 σMX={(LMAX−LMIN)/2LMEAN}×100(%)・・・(1) ここで、LMAX は、電解研磨処理を行った薄膜試料を
加速電圧200kVの透過電子顕微鏡により4万倍で観
察し、電子線回折図形の解析により同定されるMX型析
出物同士の最近接間隔L(μm)を100個測定した際
の最大値、LMIN は同最小値、LMEANは同平均値であ
る。 (2)質量%で、C:0.05〜0.15%、Cr:
0.1〜3%、V:0.02〜0.5%、Nb:0.0
05〜0.2%、N:0.001〜0.01%を含む素
材の低Crフェライト系耐熱鋼を、AC3変態点以上に加
熱後、その冷却過程のAC1変態点〜(AC1変態点−10
0)℃の温度域で等温保持してフェライト変態を完了さ
せ、焼戻しを行わないことを特徴とするフェライト単相
低Crフェライト系耐熱鋼の製造方法。 (3)質量%で、C:0.05〜0.15%、Cr:
0.1〜3%、V:0.02〜0.5%、Nb:0.0
05〜0.2%、N:0.001〜0.01%を含む素
材の低Crフェライト系耐熱鋼を、AC3変態点以上に加
熱後、その冷却過程のAC1変態点〜(AC1変態点−10
0)℃の温度域を冷却速度500℃/h以下で冷却して
フェライト変態を完了させ、焼戻しを行わないことを特
徴とするフェライト単相の低Crフェライト系耐熱鋼の
製造方法。
Σ MX = {(L MAX −L MIN ) / 2L MEAN } × 100 (%) (1) Here, L MAX is the thin film sample subjected to the electrolytic polishing treatment at an acceleration voltage of 200 kV. Observed at 40,000 times with a transmission electron microscope, the maximum value and L MIN are the maximum values when 100 closest distances L (μm) between MX type precipitates identified by analysis of electron beam diffraction patterns are measured. , L MEAN are the same average value. (2) Mass%, C: 0.05 to 0.15%, Cr:
0.1-3%, V: 0.02-0.5%, Nb: 0.0
From 05 to 0.2% N: a low Cr ferritic heat-resistant steel material containing 0.001% to 0.01%, after heating to A C3 transformation point or higher, A C1 transformation point of the cooling process ~ (A C1 Transformation point-10
Hold the isothermal condition in the temperature range of 0) ℃ to complete the ferrite transformation.
Ferrite single phase characterized by being hardened and not tempered
Manufacturing method of low Cr ferritic heat resistant steel of. (3) C: 0.05 to 0.15% by mass%, Cr:
0.1-3%, V: 0.02-0.5%, Nb: 0.0
From 05 to 0.2% N: a low Cr ferritic heat-resistant steel material containing 0.001% to 0.01%, after heating to A C3 transformation point or higher, A C1 transformation point of the cooling process ~ (A C1 Transformation point-10
Special feature is that the temperature range of 0) ° C is cooled at a cooling rate of 500 ° C / h or less to complete the ferrite transformation and no tempering is performed.
A method for producing a single-phase low-Cr ferritic heat-resisting steel of ferrite.

【0016】上記本発明のフェライト系耐熱鋼は、上記
の合金成分の他に、必要に応じて下記のイ〜チの8グル
ープのうちから選ばれた1または2グループ以上の元素
を含むものであってもよく、不純物として含まれるPと
Sの含有量は、それぞれ、質量%で、0.03%以下、
0.015%以下であることが好ましい。
The above ferritic heat-resistant steel of the present invention contains, in addition to the above alloy components, one or more groups selected from the following eight groups, if necessary. The content of P and S contained as impurities may be 0.03% or less by mass%.
It is preferably 0.015% or less.

【0017】イ;質量%で、Ti:0.001〜0.1
%、Ta:0.002〜0.2%の1種以上。 ロ;質量%で、Mo:0.01〜2.5%、W:0.0
2〜5%の1種以上。 ハ;質量%で、B:0.0001〜0.01%。 ニ;質量%で、Co:0.01〜0.5%、Ni:0.
01〜0.5%、Cu:01〜0.5%の1種以上。 ホ;質量%で、Ca:0.0001〜0.005%、M
g:0.0001〜0.005%の1種以上。 ヘ;質量%で、Al:0.001〜0.05%。 ト;質量%で、Si:0.01〜0.7。 チ;質量%で、Mn:0.01〜1%。
B: mass%, Ti: 0.001 to 0.1
%, Ta: 0.002 to 0.2%, one or more. B:% by mass, Mo: 0.01 to 2.5%, W: 0.0
2 to 5% of one or more. C:% by mass, B: 0.0001 to 0.01%. D; in mass%, Co: 0.01 to 0.5%, Ni: 0.
01-0.5%, Cu: 01-0.5%, 1 or more types. E; mass% Ca: 0.0001 to 0.005%, M
g: one or more of 0.0001 to 0.005%. F: Mass%, Al: 0.001 to 0.05%. G; in mass%, Si: 0.01 to 0.7. H; mass%, Mn: 0.01 to 1%.

【0018】本発明者等は、低Crフェライト系耐熱鋼
の高温強度、特に400℃以上でのクリープ強度を向上
させるため、高温でも安定な析出物を均一に分散させる
製造方法について種々試験を繰り返した。その結果、以
下の知見を得て本発明を完成させた。
The inventors of the present invention repeated various tests on a production method for uniformly dispersing stable precipitates even at high temperatures in order to improve the high-temperature strength of low Cr ferritic heat-resistant steel, especially the creep strength at 400 ° C. or higher. It was As a result, the following knowledge was obtained and the present invention was completed.

【0019】V、Nb、C、Nを含む低Cr鋼において
は、AC3変態点以上の温度、すなわちオーステナイト域
で炭窒化物の固溶化熱処理を行った後、直ちに、AC1
態点直下に冷却し、その温度で保持すると、オーステナ
イト/フェライト相界面で微細なMX型析出物の析出を
伴いながら、オーステナイト相からフェライト相への変
態が進行する。
In the low Cr steel containing V, Nb, C, N, immediately after the solution heat treatment of carbonitride is carried out at a temperature above the A C3 transformation point, that is, in the austenite region, immediately below the A C1 transformation point. When cooled and held at that temperature, the transformation from the austenite phase to the ferrite phase proceeds with the precipitation of fine MX type precipitates at the austenite / ferrite phase interface.

【0020】このオーステナイト/フェライト相界面析
出により得られたMX型析出物は、高温で極めて安定
で、凝集粗大化しにくい。さらに、相変態に伴う界面移
動速度に依存してMX型析出物同士の離間距離(以下に
おいて、析出物間距離または粒子間距離ということもあ
る。)が決まり、粒内で、ほぼ等間隔に析出する。すな
わち、変態速度の制御により、MX型析出物の析出密度
と分布が決まる。
The MX type precipitate obtained by this austenite / ferrite phase interfacial precipitation is extremely stable at high temperatures, and is unlikely to aggregate and coarsen. Furthermore, the separation distance between MX type precipitates (hereinafter sometimes referred to as the distance between precipitates or the distance between particles) is determined depending on the interfacial movement speed associated with the phase transformation, and the distance between the particles is almost equal. To deposit. That is, the control of the transformation rate determines the precipitation density and distribution of MX type precipitates.

【0021】このMX型析出物の結晶形は、面心立方格
子であり、構成元素として、MにはV、Nb、Ti、T
a、Mo、W等の金属元素、XにはC、N等の侵入型の
元素が入りうるが、少なくともMXがV、Nb、C、N
から構成される場合には、母相と特定の方位関係を有
し、母相のフェライト相との整合性が高くなる。
The crystal form of this MX-type precipitate is a face-centered cubic lattice, and the constituent elements of M are V, Nb, Ti, and T.
Metal elements such as a, Mo and W, and interstitial elements such as C and N can be contained in X, but at least MX is V, Nb, C and N.
In the case of being composed of, the matrix has a specific azimuth relationship, and the compatibility with the ferrite phase of the matrix becomes high.

【0022】MX型析出物とマトリックスとの整合性が
高いと、MX型析出物の周りに整合歪が発生して変形抵
抗が高くなり、常温強度およびクリープ強度が顕著に向
上する。また、上記のように、オーステナイト域で炭窒
化物の固溶化熱処理を行った後、Ms点またはBs点以
下まで冷却せず、連続してAC1変態点以下で保持する
と、マトリックスが完全にフェライト化する。
If the MX-type precipitate and the matrix have high compatibility, a matching strain is generated around the MX-type precipitate to increase the deformation resistance, and the room temperature strength and the creep strength are remarkably improved. In addition, as described above, after the solution heat treatment of carbonitrides is performed in the austenite region, if it is not cooled to the Ms point or the Bs point or lower and continuously maintained at the AC1 transformation point or lower, the matrix is completely ferritic. Turn into.

【0023】したがって、焼戻し処理を行わなくても転
位密度は低く、残留応力も低いため、焼戻しマルテンサ
イト組織や焼戻しベイナイト組織で問題となるような転
位の回復に伴うクリープ強度の低下は起こらない。さら
に、焼戻しマルテンサイト組織や焼戻しベイナイト組織
のような旧オーステナイト粒界が存在しないため、偏析
や粒界析出に起因する焼戻し脆化やクリープ脆化の問題
も生じない。
Therefore, since the dislocation density is low and the residual stress is low even without performing the tempering treatment, the decrease in creep strength due to the dislocation recovery, which is a problem in the tempered martensite structure and the tempered bainite structure, does not occur. Further, since there is no prior austenite grain boundary such as tempered martensite structure and tempered bainite structure, problems of temper embrittlement and creep embrittlement due to segregation and grain boundary precipitation do not occur.

【0024】このように、オーステナイト域での炭窒化
物の固溶化熱処理後、Ms点またはBs点以下まで冷却
せずに連続してAC1変態点以下に保持する製造方法を適
用すれば、焼戻し処理の省略によるコスト低減効果も大
きい。
As described above, the tempering can be performed by applying the manufacturing method in which after the solution heat treatment of the carbonitride in the austenite region is continuously cooled to the A C1 transformation point or less without being cooled to the Ms point or the Bs point or less. The cost reduction effect is large due to the omission of processing.

【0025】MX型析出物による析出強化の効果は、粒
子間距離が上記の式(1) を満足し、かつ母相のフェライ
ト相の(001)面とMX型析出物の(001)面との
角度差が5度以下である時に限って発揮され、係る組織
は、C、Cr、V、NbおよびNの各含有量が上記の範
囲内の素材鋼を、AC3変態点以上に加熱後、その冷却過
程のAC1変態点〜(AC1変態点−100)℃の温度域で
等温保持するか、もしくは当該温度域を冷却速度500
℃/h以下で冷却してフェライト変態を完了させれば確
保される。
The effect of precipitation strengthening by the MX type precipitate is that the inter-particle distance satisfies the above expression (1), and the (001) plane of the matrix ferrite phase and the (001) plane of the MX type precipitate are Is exhibited only when the angle difference of is less than 5 degrees, and such a structure is obtained by heating a material steel containing C, Cr, V, Nb and N in the above ranges to a temperature above the A C3 transformation point. , the a C1 transformation point of the cooling process ~ (a C1 transformation point -100) ° C. or isothermal holding in a temperature range of, or the cooling rate 500 the temperature range
This is ensured by cooling at or below ° C / h to complete the ferrite transformation.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明のフェライト系耐熱
鋼とその製造方法を上記のように限定した理由について
詳しく説明する。なお、以下において「%」は特に断ら
ない限り「質量%」を意味する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the reason why the ferritic heat-resistant steel of the present invention and the method for producing the same are limited as described above will be described in detail. In the following, "%" means "mass%" unless otherwise specified.

【0027】まず、鋼の化学組成について説明する。First, the chemical composition of steel will be described.

【0028】C:0.05〜0.15% Cは、MX型析出物を形成するのに不可欠な元素であ
る。さらに、オーステナイト相とフェライト相の相バラ
ンス制御のためにも重要である。C含有量が0.05%
未満ではMX型析出物の量が不十分であり、高強度化に
寄与しない。一方、0.15%を超えると、MX型析出
物以外の炭化物、例えばM236、M73、M6C等が粗
大化し、靱性、クリープ延性等を著しく損なう。したが
って、C含有量は0.05〜0.15%とした。好まし
い範囲は0.07〜0.13%、より好ましい範囲は
0.09〜0.12%である。
C: 0.05 to 0.15% C is an essential element for forming MX type precipitates. Further, it is important for controlling the phase balance between the austenite phase and the ferrite phase. C content is 0.05%
If the amount is less than the range, the amount of MX type precipitates is insufficient and does not contribute to the increase in strength. On the other hand, when it exceeds 0.15%, carbides other than MX-type precipitates, for example M 23 C 6, M 7 C 3, M 6 C , etc. are coarsened, significantly impair toughness, creep ductility, and the like. Therefore, the C content is set to 0.05 to 0.15%. A preferred range is 0.07 to 0.13%, and a more preferred range is 0.09 to 0.12%.

【0029】Cr:0.1〜3% Crは、耐酸化性と高温耐食性の改善のため不可欠な元
素である。さらに、相変態に伴うオーステナイト/フェ
ライト界面の移動速度を抑制してMX型析出物を微細に
析出させる効果も有する。Cr含有量が0.1%未満で
はこれらの効果が得られない。一方、その含有量が3%
を超えると、MX型析出物が十分析出しなくなるととも
に、経済性が低下し、低Crフェライト系耐熱鋼の利点
が少なくなる。よって、Cr含有量は0.1%〜3%と
した。好ましい範囲は0.5〜2.5%、より好ましい
範囲は1〜1.5%である。
Cr: 0.1 to 3% Cr is an essential element for improving the oxidation resistance and high temperature corrosion resistance. Furthermore, it also has an effect of finely precipitating MX type precipitates by suppressing the moving speed of the austenite / ferrite interface accompanying the phase transformation. If the Cr content is less than 0.1%, these effects cannot be obtained. On the other hand, its content is 3%
When it exceeds, the MX type precipitates are not sufficiently precipitated, the economical efficiency is lowered, and the advantages of the low Cr ferritic heat resistant steel are reduced. Therefore, the Cr content is set to 0.1% to 3%. A preferred range is 0.5 to 2.5%, and a more preferred range is 1 to 1.5%.

【0030】V:0.02〜0.5% Vは、MX型析出物を形成する重要な元素である。すな
わち、Vはオーステナイト/フェライト界面においてC
およびNと結合してMX型析出物を形成し、オーステナ
イト/フェライト界面の移動に伴って母相のフェライト
相中に均一に分布する。しかし、V含有量が0.02%
未満ではMX型析出物の析出量が少なく、常温強度とク
リープ強度の向上に寄与しない。一方、その含有量が
0.5%を超えると、MX型析出物が過剰に析出して、
靱性低下およびクリープ脆化が起こりやすくなる。した
がって、V含有量は0.02〜0.5%とした。好まし
い範囲は0.05〜0.25%、より好ましい範囲は
0.1〜0.15%である。
V: 0.02-0.5% V is an important element that forms MX type precipitates. That is, V is C at the austenite / ferrite interface.
And N to form MX type precipitates, which are uniformly distributed in the ferrite phase of the mother phase as the austenite / ferrite interface moves. However, V content is 0.02%
If it is less than the above, the amount of MX-type precipitates is small, and it does not contribute to the improvement of room temperature strength and creep strength. On the other hand, when the content exceeds 0.5%, MX type precipitates are excessively precipitated,
Toughness reduction and creep embrittlement are likely to occur. Therefore, the V content is set to 0.02 to 0.5%. A preferable range is 0.05 to 0.25%, and a more preferable range is 0.1 to 0.15%.

【0031】Nb:0.005〜0.2% Nbは、上記のVと同様に、MX型析出物を形成する重
要な元素である。すなわち、Nbはオーステナイト/フ
ェライト界面においてCおよびNと結合してMX型析出
物を形成し、オーステナイト/フェライト界面の移動に
伴って母相のフェライト相中に均一に分布する。また、
このMX型析出物はVを主成分とするV(C、N)より
も(V、Nb)(C、N)のように、VとNbが複合析
出する方がより微細に分散析出し、高強度化への寄与が
大きくなる。しかし、Nb含有量が0.005未満では
この効果は得られない。一方、0.2%を超えると、A
C3変態点以上での固溶化熱処理を施しても固溶せず、未
固溶の粗大析出物が残存し、靱靭性、強度に悪影響を及
ぼす。したがって、Nb含有量は0.005〜0.2%
とした。好ましい範囲は0.01〜0.1%、より好ま
しい範囲は0.03〜0.05%である。
Nb: 0.005 to 0.2% Nb is an important element that forms MX type precipitates, as in the case of V described above. That is, Nb combines with C and N at the austenite / ferrite interface to form MX type precipitates, and is uniformly distributed in the ferrite phase of the parent phase as the austenite / ferrite interface moves. Also,
This MX type precipitate is more finely dispersed and precipitated when V and Nb are compositely precipitated, such as (V, Nb) (C, N), than V (C, N) containing V as a main component, The contribution to strengthening becomes large. However, if the Nb content is less than 0.005, this effect cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.2%, A
It does not dissolve even if subjected to solution heat treatment above the C3 transformation point, leaving undissolved coarse precipitates, adversely affecting toughness and strength. Therefore, the Nb content is 0.005-0.2%
And A preferred range is 0.01 to 0.1%, and a more preferred range is 0.03 to 0.05%.

【0032】N:0.001〜0.01% Nは、上記のCと同様に、MX型析出物を形成するのに
不可欠な元素である。さらに、オーステナイト相とフェ
ライト相のバランス制御のためにも重要な元素である。
MX型析出物は、(V、Nb)Cなる炭化物よりも、
(V、Nb)(C、N)のような炭窒化物の方が、マト
リックスとMX型析出物の格子定数が近くなり、マトリ
ックスとの整合性が高くなるため、高強度化への寄与が
高くなる。しかし、Nの含有量が0.001%未満では
この効果は得られない。一方、0.01%を超えると、
C3変態点以上での固溶化熱処理を施してもMX型析出
物が固溶せず、未固溶の粗大なMX型析出物が残存し、
靱性、強度に悪影響を及ぼす。したがって、Nの含有量
は0.001〜0.01%とした。好ましい範囲は0.
002〜0.008%、より好ましい範囲は0.004
〜0.0075%である。
N: 0.001 to 0.01% N, like C, is an essential element for forming MX type precipitates. Furthermore, it is an important element for controlling the balance between the austenite phase and the ferrite phase.
MX-type precipitates are better than (V, Nb) C carbides.
Carbonitrides such as (V, Nb) (C, N) have a lattice constant closer to that of the matrix and MX type precipitates, and have higher compatibility with the matrix, which contributes to higher strength. Get higher However, if the N content is less than 0.001%, this effect cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.01%,
The MX-type precipitates do not form a solid solution even if a solution heat treatment is performed at a temperature above the A C3 transformation point, and undissolved coarse MX-type precipitates remain.
It adversely affects toughness and strength. Therefore, the content of N is set to 0.001 to 0.01%. The preferred range is 0.
002 to 0.008%, more preferably 0.004
Is about 0.0075%.

【0033】MX型析出物の析出間隔:本発明のフェラ
イト系耐熱鋼は、結晶粒内のMX型析出物の下式(1) で
定義される析出間隔のばらつきσMXが20%以下である
必要がある。
Precipitation interval of MX type precipitates: In the ferritic heat-resistant steel of the present invention, variation σ MX of precipitation intervals defined by the following formula (1) of MX type precipitates in the crystal grains is 20% or less. There is a need.

【0034】 σMX={(LMAX−LMIN)/2LMEAN}×100(%)・・・(1) ここで、LMAX は、電解研磨処理を行った薄膜試料を加
速電圧200kVの透過電子顕微鏡により4万倍で観察
し、電子線回折図形の解析により同定される相い隣り合
うMX型析出物同士の最近接間隔L(μm)を100個
測定した際の最大値、LMIN は同最小値、LMEANは同平
均値である。
Σ MX = {(L MAX −L MIN ) / 2L MEAN } × 100 (%) (1) where L MAX is the transmission of the thin film sample subjected to electrolytic polishing treatment at an acceleration voltage of 200 kV. Observed at 40,000 times with an electron microscope, the maximum value, L MIN , when 100 closest gaps L (μm) between adjacent MX type precipitates identified by analysis of electron diffraction patterns were measured The minimum value and L MEAN are the same average value.

【0035】なお、上記の最近接間隔Lとは、図1に示
すように、相い隣り合うMX型析出物M同士の最短離間
距離Lのことである。
The closest distance L is the shortest distance L between adjacent MX type precipitates M as shown in FIG.

【0036】すなわち、上記の式(1) で定義されるMX
型析出物の析出間隔のばらつきσMXが20%を超える場
合には、局部的な歪の集中に起因する強度低下が生じ、
所望のクリープ強度が確保できない。このことは、後述
する実施例の結果からも明らかである。なお、σMXの好
ましい上限は15%、より好ましい上限は10%であ
る。
That is, MX defined by the above equation (1)
When the variation σ MX of the precipitation intervals of the mold precipitates exceeds 20%, the strength is reduced due to the local concentration of strain,
The desired creep strength cannot be secured. This is also clear from the results of Examples described later. The preferable upper limit of σ MX is 15%, and the more preferable upper limit thereof is 10%.

【0037】母相のフェライト相とMX型析出物の結晶
方位の関係:本発明のフェライト系耐熱鋼は、母相であ
るフェライト相の(001)面とMX型析出物の(00
1)面との角度差が5度以下でなければならない。すな
わち、母相のフェライト相の(001)面とMX型析出
物の(001)面の角度差が5度を超える場合には、両
者の整合関係が崩れて強度向上に寄与せず、所望のクリ
ープ強度が確保できない。このことは、上記MX型析出
物の析出間隔と同様に、後述する実施例の結果からも明
らかである。なお、ずれ角度αの好ましい上限は2゜、
より好ましい上限は1゜である。
Relationship between the ferrite phase of the mother phase and the crystallographic orientation of the MX type precipitate: The ferritic heat-resistant steel of the present invention has a (001) plane of the ferrite phase as the mother phase and (00) of the MX type precipitate.
1) The angle difference with the plane must be 5 degrees or less. That is, when the angle difference between the (001) plane of the ferrite phase of the mother phase and the (001) plane of the MX-type precipitate exceeds 5 degrees, the matching relationship between the two collapses and the strength is not improved. Creep strength cannot be secured. This is clear from the results of Examples described later as well as the deposition interval of the MX type deposits. The preferable upper limit of the deviation angle α is 2 °,
A more preferable upper limit is 1 °.

【0038】なお、上記の角度差とは、図2に示すよう
に、電子線回折による母相のフェライト相の(001)
面とMX型析出物の(001)面上の反射パターンであ
る回折図形相互のずれ角度α(゜)のことである。
Note that the above-mentioned angle difference means, as shown in FIG. 2, (001) of the matrix ferrite phase by electron beam diffraction.
The deviation angle α (°) between the diffraction patterns which are the reflection patterns on the surface and the (001) surface of the MX type precipitate.

【0039】本発明のフェライト系耐熱鋼は、上記量の
C、Cr、V、NbおよびNを含むフェライト系耐熱鋼
で、MX型析出物の析出間隔が上記の式(1) を満足し、
かつ母相のフェライト相とMX型析出物の結晶方位の関
係が上記の関係を満足するものであれば十分であるが、
鋼の化学組成については、上記の成分の他に、必要に応
じて下記の元素を選択的に含有させることができる。
The ferritic heat-resistant steel of the present invention is a ferritic heat-resistant steel containing the above-mentioned amounts of C, Cr, V, Nb and N, and the precipitation interval of MX type precipitates satisfies the above formula (1),
It is sufficient if the relationship between the ferrite phase of the mother phase and the crystal orientation of the MX-type precipitate satisfies the above relationship,
Regarding the chemical composition of steel, the following elements can be selectively contained in addition to the above-mentioned components, if necessary.

【0040】Ti、Ta:これらの元素は添加しなくて
もよいが、添加すれば、C、Nと結合して(V、Nb、
Ti、Ta)(C、N)のMX型析出物を形成し、クリ
ープ強度の向上に寄与する。また、結晶粒を微細化し、
溶接性と靱性を改善し、さらに溶接熱影響部の軟化防止
に有効である。これらの効果は、Tiでは0.001%
以上、Taでは0.002%以上で得られる。しかし、
Tiは0.1%、Taは0.2%を超えて含有させる
と、いずれの場合も鋼を著しく硬化させ、靱性、加工
性、溶接性を損なう。したがって、添加する場合のこれ
らの元素の含有量は、Tiについては0.001〜0.
1%、Taについては0.002〜0.2%とするのが
よい。Tiの好ましい範囲は0.002〜0.05、T
aの好ましい範囲は0.005〜0.1%である。な
お、これらの元素はいずれか一方を単独または両方を複
合で添加することができる。
Ti, Ta: These elements may not be added, but if they are added, they are combined with C and N (V, Nb,
It forms MX type precipitates of Ti, Ta) (C, N) and contributes to improvement of creep strength. Also, the crystal grains are refined,
It improves weldability and toughness, and is also effective in preventing softening of the weld heat affected zone. These effects are 0.001% for Ti
As described above, Ta is obtained at 0.002% or more. But,
If Ti is contained in excess of 0.1% and Ta is contained in excess of 0.2%, the steel is significantly hardened in any case and the toughness, workability and weldability are impaired. Therefore, the content of these elements when added is 0.001 to 0.
1% and Ta is preferably 0.002 to 0.2%. The preferable range of Ti is 0.002-0.05, T
The preferable range of a is 0.005 to 0.1%. In addition, any one of these elements may be added alone or both of them may be added in combination.

【0041】Mo、W:これらの元素は添加しなくても
よいが、添加すれば、いずれの元素も固溶強化の作用を
有する。また、Cと結合して(V、Nb、Mo、W)
(C、N)のMX型析出物を形成し、クリープ強度の向
上に寄与する。これらの効果は、Moでは0.01%以
上、Wでは0.02%以上で得られる。しかし、Moは
2.5%、Wは5%を超えて含有すると、その効果が飽
和し、かえって溶接性と靱性を損なう。したがって、添
加する場合のこれらの元素の含有量は、Moについては
0.01〜2.5%、Wについては0.02〜5%とす
るのがよい。Moの好ましい範囲は0.05〜1%、よ
り好ましい範囲は0.1〜0.7%。Wの好ましい範囲
は0.1〜2%、より好ましい範囲は0.2〜1.4%
である。なお、これらの元素はいずれか一方を単独また
は両方を複合で添加することができる。
Mo, W: These elements do not have to be added, but if added, both elements have the effect of solid solution strengthening. Also, by combining with C (V, Nb, Mo, W)
It forms MX type precipitates of (C, N) and contributes to improvement of creep strength. These effects are obtained when Mo is 0.01% or more and W is 0.02% or more. However, when Mo is contained in excess of 2.5% and W in excess of 5%, the effect is saturated and rather the weldability and toughness are impaired. Therefore, the content of these elements when added is preferably 0.01 to 2.5% for Mo and 0.02 to 5% for W. The preferable range of Mo is 0.05 to 1%, and the more preferable range is 0.1 to 0.7%. The preferable range of W is 0.1 to 2%, and the more preferable range is 0.2 to 1.4%.
Is. In addition, any one of these elements may be added alone or both of them may be added in combination.

【0042】B:Bは添加しなくてもよいが、添加すれ
ば、粒界強度を高め、高温、長時間側で安定した強度を
得るのに有効な元素である。この効果は0.0001%
以上で得られる。しかし、0.01%を超えて含有させ
ると、炭化物を凝集粗大化させ、強度低下や靱性低下の
原因となる。したがって、添加する場合のB含有量は
0.0001〜0.01%とするのがよい。好ましい範
囲は0.0025〜0.005%、より好ましい範囲は
0.003〜0.004%である。
B: B does not have to be added, but if it is added, it is an element effective for increasing the grain boundary strength and obtaining stable strength at high temperature and for a long time. This effect is 0.0001%
The above is obtained. However, if the content exceeds 0.01%, the carbides are agglomerated and coarsened, which causes a reduction in strength and a reduction in toughness. Therefore, the B content when added is preferably 0.0001 to 0.01%. A preferred range is 0.0025 to 0.005%, and a more preferred range is 0.003 to 0.004%.

【0043】Co、Ni、Cu:これらの元素は添加し
なくてもよいが、添加すれば、いずれの元素も固溶強化
作用を有するので、クリープ強度の向上および長時間側
でのクリープ強度の低下防止に有効である。また、Ni
については靱性、Cuについては熱伝導性を向上させる
作用もある。これらの効果は、いずれの元素も0.01
%で得られる。しかし、いずれの元素も0.5%を超え
て含有させると高温クリープ強度が低下する。また、経
済性の点からも過剰添加は好ましくない。したがって、
添加する場合のこれらの元素の含有量は、いずれの元素
も0.01〜0.5%とするのがよい。なお、これらの
元素はいずれか一方を単独または両方を複合で添加する
ことができる。
Co, Ni, Cu: It is not necessary to add these elements, but if added, all elements have a solid solution strengthening action, so that the creep strength is improved and the creep strength on the long time side is improved. It is effective in preventing deterioration. In addition, Ni
Has the effect of improving the toughness, and Cu has the effect of improving the thermal conductivity. Each of these effects is 0.01
It is obtained in%. However, if any element is contained in an amount exceeding 0.5%, the high temperature creep strength is lowered. Also, from the viewpoint of economy, excessive addition is not preferable. Therefore,
When added, the content of each of these elements is preferably 0.01 to 0.5%. In addition, any one of these elements may be added alone or both of them may be added in combination.

【0044】Ca、Mg:これらの元素は添加しなくて
もよいが、添加すれば、介在物の低減に有効であり、鋳
造性を向上させる。また、Sを固定して靱性改善やクリ
ープ脆化の防止に寄与する。しかし、いずれの元素も、
0.0001%未満の含有量では上記の効果が得られな
い。一方、いずれの元素も、0.005%を超えて含有
させると、酸化物や硫化物を増加させ、かえって靱性お
よび強度を損なう。したがって、添加する場合のこれら
の元素の含有量は、いずれの元素も0.0001〜0.
005%とするのがよい。なお、これらの元素はいずれ
か一方を単独または両方を複合で添加することができ
る。
Ca, Mg: These elements may not be added, but if added, they are effective in reducing inclusions and improve castability. It also fixes S and contributes to improving toughness and preventing creep embrittlement. However, each element
If the content is less than 0.0001%, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if any element is contained in an amount of more than 0.005%, oxides and sulfides are increased, and the toughness and strength are rather deteriorated. Therefore, the content of these elements when added is 0.0001 to 0.
It is better to set it to 005%. In addition, any one of these elements may be added alone or both of them may be added in combination.

【0045】Al:Alは添加しなくてもよいが、添加
すれば、脱酸剤として有効な元素である。この効果は
0.001%以上で得られる。しかし、0.05%を超
えて含有させるとクリープ強度と加工性を損なう。した
がって、添加する場合のAl含有量は0.001〜0.
05%とするのがよい。好ましくは、上限は0.02%
である。なお、本発明にいうAlとは、酸可溶Al(s
ol.Al)のことである。
Al: Al does not have to be added, but if added, it is an effective element as a deoxidizer. This effect is obtained at 0.001% or more. However, if the content exceeds 0.05%, the creep strength and workability are impaired. Therefore, the Al content when added is 0.001 to 0.
It is good to set it to 05%. Preferably, the upper limit is 0.02%
Is. The Al referred to in the present invention means acid-soluble Al (s
ol. Al).

【0046】Si:Siは添加しなくてもよいが、添加
すれば脱酸剤として有効である他、鋼の耐水蒸気酸化特
性を高める元素である。これらの効果は0.01%以上
で得られる。しかし、0.7%を超えて含有させると、
靱性が著しく低下し、クリープ強度に対しても有害であ
る。したがって、添加する場合のSi含有量は0.01
〜0.7%とするのがよい。好ましい範囲は0.05〜
0.5%である。
Si: Si may not be added, but if added, it is effective as a deoxidizing agent and is an element that enhances the steam oxidation resistance of steel. These effects are obtained at 0.01% or more. However, if the content exceeds 0.7%,
Toughness is significantly reduced, and it is also harmful to creep strength. Therefore, the Si content when added is 0.01
It is good to be set to 0.7%. The preferred range is 0.05-
It is 0.5%.

【0047】Mn:Mnは添加しなくてもよいが、添加
すれば、脱硫および脱酸効果によって熱間加工性を向上
させる。これらの効果は0.01%以上で得られる。し
かし、1%を超えて含有させると、MX型析出物以外の
炭化物が粗大化しやすくなり、クリープ強度に悪影響を
及ぼす。したがって、添加する場合のMn含有量は0.
01〜1%とするのがよい。好ましい範囲は0.05〜
0.5%である。
Mn: Mn may not be added, but if it is added, hot workability is improved by the desulfurization and deoxidation effects. These effects are obtained at 0.01% or more. However, if the content exceeds 1%, carbides other than MX-type precipitates are likely to coarsen, which adversely affects the creep strength. Therefore, the Mn content when added is 0.
It is preferable to set it to 01 to 1%. The preferred range is 0.05-
It is 0.5%.

【0048】P、S:これらの元素は鋼中に不純物とし
て含まれ、靱性、加工性、溶接性に有害である。したが
って、その含有量は少なければ少ない方が望ましく、P
は0.03%以下、Sは0.015%以下であることが
好ましい。
P, S: These elements are contained as impurities in steel and are harmful to toughness, workability and weldability. Therefore, the smaller the content, the better.
Is preferably 0.03% or less and S is 0.015% or less.

【0049】次に、本発明の製造方法について説明す
る。
Next, the manufacturing method of the present invention will be described.

【0050】本発明の製造方法においては、上記の化学
組成を満足する素材の低Crフェライト鋼を、常法に順
って溶解、鋳造し、鋳造のまま、もしくは適宜な加工度
の熱間加工や冷間加工等を行って所定形状の製品に成形
し、AC3変態点以上の温度に加熱(焼きなまし)後、そ
の冷却過程のAC1変態点〜(AC1変態点−100)℃の
温度域で等温保持してフェライト変態を完了させるか、
もしくはAC1変態点〜(AC1変態点−100)℃の温度
域を冷却速度500℃/h以下で冷却してフェライト変
態を完了させる方法で、従来方法のような焼戻し処理を
行う必要がない方法である。
In the production method of the present invention, a low Cr ferritic steel, which is a material satisfying the above chemical composition, is melted and cast in accordance with a conventional method, as-cast, or hot-worked with an appropriate working degree. molded product having a predetermined shape by performing a and cold working, etc., after heating to a temperature above a C3 transformation point (annealing), a temperature of the a C1 transformation point of the cooling process ~ (a C1 transformation point -100) ° C. Or keep the temperature isothermal to complete the ferrite transformation,
Alternatively, it is a method of cooling the temperature range from A C1 transformation point to (A C1 transformation point −100) ° C. at a cooling rate of 500 ° C./h or less to complete the ferrite transformation, and it is not necessary to perform tempering treatment unlike the conventional method. Is the way.

【0051】すなわち、AC3変態点以上の温度に加熱
後、その冷却過程のAC1変態点〜(A C1変態点−100
℃)の温度域でオーステナイト→フェライト変態を完了
させる場合には、オーステナイト/フェライト相界面に
MX型析出物が析出し、オーステナイト/フェライト相
界面の移動に伴ってMX型析出物が結晶粒内に均一に分
布するとともに、その析出方位が母相のフェライト相の
結晶方位に近くなる。その結果、MX型析出物による析
出強化効果が顕著となり、高温におけるクリープ強度が
向上するのみならず、長時間使用しても安定した強度と
延性を示す低Crフェライト耐熱鋼が得られる。
That is, AC3Heating to a temperature above the transformation point
Later, the cooling process AC1Transformation point ~ (A C1Transformation point-100
Austenite → ferrite transformation is completed in the temperature range of ℃)
If it is used, the austenite / ferrite phase interface
MX type precipitates are deposited, austenite / ferrite phase
MX type precipitates are uniformly distributed within the crystal grains as the interface moves.
As it is spread, its precipitation orientation is
It is close to the crystal orientation. As a result, MX-type precipitation
The strengthening effect is remarkable, and the creep strength at high temperature is
Not only improved, but stable strength even after long-term use
A low Cr ferritic heat resistant steel exhibiting ductility is obtained.

【0052】ここで、加熱温度をAC3変態点以上とした
のは、その組織を一旦オーステナイト単相組織する必要
があるためであり、加熱温度の上限は特に定める必要は
ないが、炭窒化物を完全に固溶させる観点からはできる
だけ高くするのがよい。
Here, the reason why the heating temperature is set to the A C3 transformation point or higher is that the structure needs to be once made into an austenite single-phase structure, and the upper limit of the heating temperature does not have to be specified, but carbonitride From the viewpoint of completely forming a solid solution, it is preferable to make it as high as possible.

【0053】また、上記の加熱後、その冷却過程のAC1
変態点〜(AC1変態点−100)℃の温度域において、
等温保持してフェライト変態を完了させるか、もしくは
当該温度域を冷却速度500℃/h以下で冷却してフェ
ライト変態を完了させることとしたのは、次の理由によ
る。
After the above heating, A C1 in the cooling process
In the temperature range from transformation point to (A C1 transformation point −100) ° C.,
The reason why the ferrite transformation is completed by maintaining the same temperature or the temperature range is cooled at a cooling rate of 500 ° C./h or less to complete the ferrite transformation is as follows.

【0054】本発明の製造方法においては、その組織を
オーステナイト相からフェライト単相に変態させるが、
その等温保持温度の上限温度がAC1変態点を超えると、
フェライト相とフレッシュマルテンサイト相、またはフ
ェライト相とフレッシュベイナイト相との2相混合組織
となり、フェライト単相組織が得られない。一方、等温
保持温度の下限温度が(AC1変態点−100)℃未満で
あると、固溶原子の拡散が遅くなるためにMX型析出物
の析出が起こりにくくなり、MX型析出物が析出して
も、その分布が不均一になり、高温強度が向上しない。
したがって、等温保持する場合の温度域はAC1変態点〜
(AC1変態点−100)℃とした。
In the manufacturing method of the present invention, the structure is transformed from the austenite phase to the ferrite single phase.
When the upper limit temperature of the isothermal holding temperature exceeds the A C1 transformation point,
A two-phase mixed structure of a ferrite phase and a fresh martensite phase or a ferrite phase and a fresh bainite phase is obtained, and a ferrite single phase structure cannot be obtained. On the other hand, when the lower limit temperature of the isothermal holding temperature is less than (A C1 transformation point −100) ° C., the diffusion of solid solution atoms is slowed down, so that precipitation of MX-type precipitates is less likely to occur and MX-type precipitates are precipitated. However, the distribution becomes non-uniform and the high temperature strength is not improved.
Therefore, the temperature range for isothermal holding is A C1 transformation point ~
(A C1 transformation point −100) ° C.

【0055】なお、等温保持時間については、特に規定
する必要はないが、短すぎると、オーステナイト相から
フェライト相への変態が完了しないので、5分以上保持
するのが望ましい。また、フェライト単相組織を得るた
めには、保持時間は長ければ長いほどよいが、あまり長
くすると生産性が低下し、製造コストの上昇を招くの
で、長くても3時間までとするのがよい。
The isothermal holding time need not be specified in particular, but if it is too short, the transformation from the austenite phase to the ferrite phase will not be completed, so it is desirable to hold it for 5 minutes or longer. In order to obtain a ferrite single-phase structure, the longer the holding time is, the better, but if it is too long, the productivity is lowered and the manufacturing cost is increased. Therefore, the holding time is preferably at most 3 hours. .

【0056】前述したように、本発明の製造方法におい
ては、AC1変態点〜(AC1変態点−100)℃の温度域
を冷却速度500℃/h以下で冷却する場合でも、上記
のA C1変態点〜(AC1変態点−100)℃の温度域で等
温保持してフェライト変態を完了させる場合と同じ組織
を有する低Crフェライト系耐熱鋼が得られるが、冷却
速度が500℃/hを超えると、オーステナイト→フェ
ライト変態が起こりにくくなり、フェライト相とフレッ
シュマルテンサイト相、またはフェライト相とフレッシ
ュベイナイト相との2相混合組織となってフェライト単
相組織が得られない。したがって、冷却速度は500℃
/h以下とした。
As described above, in the manufacturing method of the present invention,
For AC1Transformation point ~ (AC1Transformation point -100) ° C temperature range
Even when cooling at a cooling rate of 500 ° C / h or less,
Of A C1Transformation point ~ (AC1Transformation temperature -100), etc. in the temperature range
The same structure as when maintaining the temperature to complete the ferrite transformation
A low Cr ferritic heat resistant steel with
If the speed exceeds 500 ℃ / h, austenite → Fe
Light transformation is less likely to occur and the ferrite phase and
Schumatensite phase, or ferrite phase and flexi
It has a two-phase mixed structure with the au bainite phase and has a single ferrite structure.
A phase organization cannot be obtained. Therefore, the cooling rate is 500 ℃
/ H or less.

【0057】[0057]

【実施例】表1と表2に示す化学組成を有する21種の
鋼を、容量150kgの高周波真空溶解炉を用いて溶製
し、得られた各鋼のインゴットを1000〜1200℃
に加熱後、熱間鍛造、熱間圧延して板厚30mmの板材
とした。
EXAMPLES 21 kinds of steels having the chemical compositions shown in Tables 1 and 2 were melted using a high frequency vacuum melting furnace having a capacity of 150 kg, and the obtained ingots of the respective steels were 1000 to 1200 ° C.
After being heated to 0, it was hot forged and hot rolled into a plate having a thickness of 30 mm.

【0058】[0058]

【表1】 [Table 1]

【表2】 得られた各板材について、熱膨張計を用いて体積変化率
からAC1変態点とAC3変態点を測定後、種々の加熱温度
に1時間保持する焼きならし処理を行い、この焼きなら
し処理後の冷却過程において種々の温度に所定の時間保
持する等温処理するか、またはAC1変態点〜(AC1変態
点−100)℃の温度域を種々の冷却速度で冷却処理し
た後、室温まで冷却した。
[Table 2] After measuring the A C1 transformation point and the A C3 transformation point from the volume change rate using a thermal expansion meter for each of the obtained plate materials, a normalizing treatment of holding for 1 hour at various heating temperatures was performed, and this normalizing was performed. or isothermal process for a predetermined period of time at various temperatures in the course of cooling after treatment, or a C1 transformation point ~ (a C1 transformation point -100) after cooling process temperature range of ℃ at various cooling rates, room temperature Cooled down.

【0059】熱処理後の各板材から薄片を採取し、この
試料に電解研磨処理を施して薄膜試料となし、この薄膜
試料を透過電子顕微鏡を用いて加速電圧200kV、倍
率4万倍の条件のもとに観察した。次いで、電子線回折
図形の解析により析出物を同定してMX型析出物を特定
した後、前述した図1に示す方法により、相い隣り合う
MX型析出物M同士の最短離間距離Lを100個測定
し、前述した下式(1) に基づいて、その析出間隔のばら
つきσMX(%)調べた。
A thin piece was taken from each plate after the heat treatment, and this sample was subjected to electrolytic polishing treatment to form a thin film sample. The thin film sample was subjected to an accelerating voltage of 200 kV and a magnification of 40,000 times using a transmission electron microscope. And observed. Then, after identifying the precipitates by specifying the MX-type precipitates by analyzing the electron diffraction pattern, the shortest distance L between the adjacent MX-type precipitates M is set to 100 by the method shown in FIG. The individual pieces were measured, and the dispersion σ MX (%) of the precipitation intervals was investigated based on the following formula (1).

【0060】 σMX={(LMAX−LMIN)/2LMEAN}×100(%)・・・(1) ここで、LMAX は測定したL中の最大値、LMIN は同最
小値、LMEANは同平均値である。
Σ MX = {(L MAX −L MIN ) / 2L MEAN } × 100 (%) (1) where L MAX is the maximum value in the measured L, and L MIN is the same minimum value. L MEAN is the same average value.

【0061】さらに、電子線回折により、母相とMX型
析出物の方位関係を測定し、両者の(001)面のずれ
角度α(゜)を調べた。
Further, the azimuth relationship between the parent phase and the MX type precipitate was measured by electron diffraction, and the deviation angle α (°) between the (001) planes of the two was examined.

【0062】クリープ試験では、直径6mm、平行部の
長さ30mmの試験片を作製し、温度500℃、荷重3
00MPaの条件(条件1)と温度550℃、荷重20
0MPaの条件(条件2)の2条件による試験を行い、
クリープ破断時間(h)と破断時の絞り率(%)を調べ
た。
In the creep test, a test piece having a diameter of 6 mm and a parallel portion length of 30 mm was prepared, and the temperature was 500 ° C. and the load was 3
Condition of 00 MPa (condition 1), temperature of 550 ° C., load of 20
Tested under two conditions of 0 MPa (condition 2),
The creep rupture time (h) and the drawing ratio at rupture (%) were examined.

【0063】以上の結果を、焼きならし加熱温度、等温
処理温度と保持時間、AC1変態点〜(AC1変態点−10
0)℃の温度域における冷却速度と併せて、表3に示し
た。
[0063] The above results, normalizing the heating temperature, an isothermal treatment temperature and the retention time, A C1 transformation point ~ (A C1 transformation point -10
It is shown in Table 3 together with the cooling rate in the temperature range of 0) ° C.

【0064】[0064]

【表3】 表3に示す結果からわかるように、本発明で規定する条
件を満足する鋼No. a〜lを、本発明で規定する製造方
法にしたがって熱処理して得られた試番1〜12の低C
rフェライト耐熱鋼は、いずれも、MX型析出物の析出
間隔ばらつきが20%以下で、かつ母相との方位差が5
゜以下である。その結果、条件1のクリープ試験での破
断時間が3800時間以上、絞り率が60%以上であ
り、条件2のクリープ試験での破断時間が5300時間
以上、絞り率が60%以上で、いずれの条件においても
高いクリープ寿命と良好なクリープ延性値を示した。
[Table 3] As can be seen from the results shown in Table 3, steel Nos. A to 1 satisfying the conditions specified in the present invention were heat-treated according to the manufacturing method specified in the present invention to obtain low C of trial Nos. 1 to 12.
In all of the r-ferrite heat-resistant steels, the variation in the precipitation interval of MX-type precipitates is 20% or less, and the orientation difference from the parent phase is 5%.
It is less than °. As a result, the breaking time in the creep test under the condition 1 was 3800 hours or more and the drawing ratio was 60% or more, and the breaking time in the creep test under the condition 2 was 5300 hours or more and the drawing ratio was 60% or more. Even under the conditions, it showed a high creep life and a good creep ductility value.

【0065】これに対し、製造方法は本発明で規定する
条件を満足するものの、化学成分が本発明で規定する範
囲を外れる鋼No. m〜uを用いた試番13〜21の低C
rフェライト耐熱鋼は、いずれも、MX型析出物の析出
間隔ばらつきが20%超で、かつ母相との方位差が5゜
超である。その結果、条件1のクリープ試験での破断時
間が最大で2764時間、絞り率が最大で53%であ
り、条件2のクリープ試験での破断時間も最大で288
1時間、絞り率が最大で55%で、いずれの条件におい
てもクリープ寿命およびクリープ延性とも悪かった。
On the other hand, although the manufacturing method satisfies the conditions specified in the present invention, the low C of trial Nos. 13 to 21 using steel Nos. M to u whose chemical composition is out of the range specified in the present invention.
In each of the r-ferrite heat-resistant steels, the variation in the precipitation interval of MX type precipitates exceeds 20%, and the orientation difference from the parent phase exceeds 5 °. As a result, the breaking time in the creep test under the condition 1 was 2764 hours at the maximum, the drawing ratio was 53% at the maximum, and the breaking time in the creep test under the condition 2 was 288 at the maximum.
The draw ratio was 55% at maximum for 1 hour, and the creep life and creep ductility were poor under any conditions.

【0066】また、鋼の化学組成は本発明で規定する範
囲内であるが、製造方法が本発明で規定する範囲を外れ
る試番22〜27の低Crフェライト耐熱鋼は、いずれ
も、MX型析出物の析出間隔ばらつきが20%超で、か
つ母相との方位差が5゜超である。その結果、条件1の
クリープ試験での破断時間が最大で2730時間、絞り
率が最大で51%であり、条件2のクリープ試験での破
断時間も最大で3191時間、絞り率が最大で55%
で、いずれの条件においてもクリープ寿命およびクリー
プ延性とも悪かった。
Although the chemical composition of the steel is within the range defined by the present invention, the low Cr ferritic heat-resistant steels of trial Nos. 22 to 27 whose manufacturing method is outside the range defined by the present invention are all MX type. The variation in precipitation interval is more than 20%, and the orientation difference from the parent phase is more than 5 °. As a result, the breaking time in the creep test under the condition 1 was 2730 hours at the maximum and the drawing ratio was 51% at the maximum, and the breaking time in the creep test under the condition 2 was 3191 hours at the maximum and the drawing ratio was 55% at the maximum.
The creep life and creep ductility were poor under any of the conditions.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明のフェライト系耐熱鋼は、400
℃以上の高温で長時間使用してもクリープ破断強度が安
定して高く、かつクリープ延性に優れている。このた
め、従来は高価な高Crフェライト鋼でなければ使用で
きないとされていた用途に用いることができ、その経済
性効果は大きい。さらに、本発明の製造方法は、焼戻し
処理を必要としないために製造コストの低減が図れ、安
価な製品の提供が可能である。
The ferritic heat resistant steel of the present invention is 400
The creep rupture strength is stable and high even when it is used at a high temperature of ℃ or higher for a long time, and the creep ductility is excellent. For this reason, it can be used in applications where only expensive high-Cr ferritic steels could be used conventionally, and its economical effect is great. Furthermore, since the manufacturing method of the present invention does not require tempering, the manufacturing cost can be reduced and an inexpensive product can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】MX型析出物間の距離測定方法を説明するため
の図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a method for measuring a distance between MX type precipitates.

【図2】母相とMX型析出物の整合性の測定方法を説明
するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a method of measuring the consistency of a matrix and MX-type precipitates.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 6/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C22C 38/00-38/60 C21D 6/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】質量%で、C:0.05〜0.15%、C
r:0.1〜3%、V:0.02〜0.5%、Nb:
0.005〜0.2%、N:0.001〜0.01%を
含み、結晶粒内のMX型析出物の下式(1) で定義される
析出間隔のばらつきσMXが20%以下であり、かつ母相
であるフェライト相の(001)面と前記MX型析出物
の(001)面との角度差が5度以下であるフェライト
単相の低Crフェライト系耐熱鋼。 σMX={(LMAX−LMIN)/2LMEAN}×100(%)・・・(1) ここで、LMAX は、電解研磨処理を行った薄膜試料を
加速電圧200kVの透過電子顕微鏡により4万倍で観
察し、電子線回折図形の解析により同定されるMX型析
出物同士の最近接間隔L(μm)を100個測定した際
の最大値、LMIN は同最小値、LMEANは同平均値であ
る。
1. C: 0.05 to 0.15% by mass%, C
r: 0.1-3%, V: 0.02-0.5%, Nb:
0.005 to 0.2%, N: 0.001 to 0.01%, and variation of precipitation interval σ MX defined by the following formula (1) of MX type precipitates in crystal grains is 20% or less. , and the and ferrite angular difference between the (001) plane of the ferrite phase as a matrix phase and (001) plane the MX type precipitates is not more than 5 degrees
Single phase low Cr ferritic heat resistant steel. σ MX = {(L MAX −L MIN ) / 2L MEAN } × 100 (%) (1) where L MAX is a transmission electron microscope with an accelerating voltage of 200 kV for a thin film sample subjected to electrolytic polishing treatment. The maximum value, L MIN, is the minimum value, and L MEAN is the maximum value when 100 closest distances L (μm) between MX type precipitates identified by electron diffraction pattern analysis are observed. Is the same average value.
【請求項2】質量%で、C:0.05〜0.15%、C
r:0.1〜3%、V:0.02〜0.5%、Nb:
0.005〜0.2%、N:0.001〜0.01%を
含む素材の低Crフェライト系耐熱鋼を、AC3変態点以
上に加熱後、その冷却過程のAC1変態点〜(AC1変態点
−100)℃の温度域で等温保持してフェライト変態を
完了させ、焼戻しを行わないことを特徴とするフェライ
ト単相の低Crフェライト系耐熱鋼の製造方法。
2. C: 0.05 to 0.15% by mass%, C
r: 0.1-3%, V: 0.02-0.5%, Nb:
0.005 to 0.2% N: a low Cr ferritic heat-resistant steel material containing 0.001% to 0.01%, after heating to A C3 transformation point or higher, A C1 transformation point of the cooling process - ( A C1 transformation point Ferrite characterized by holding ferrite in the temperature range of -100) ° C to complete ferrite transformation and not tempering
A method for producing a single-phase low Cr ferritic heat resistant steel.
【請求項3】質量%で、C:0.05〜0.15%、C
r:0.1〜3%、V:0.02〜0.5%、Nb:
0.005〜0.2%、N:0.001〜0.01%を
含む素材の低Crフェライト系耐熱鋼を、AC3変態点以
上に加熱後、その冷却過程のAC1変態点〜(AC1変態点
−100)℃の温度域を冷却速度500℃/h以下で冷
却してフェライト変態を完了させ、焼戻しを行わないこ
とを特徴とするフェライト単相の低Crフェライト系耐
熱鋼の製造方法。
3. In mass%, C: 0.05 to 0.15%, C
r: 0.1-3%, V: 0.02-0.5%, Nb:
0.005 to 0.2% N: a low Cr ferritic heat-resistant steel material containing 0.001% to 0.01%, after heating to A C3 transformation point or higher, A C1 transformation point of the cooling process - ( A C1 transformation point -100) ° C temperature range should be cooled at a cooling rate of 500 ° C / h or less to complete the ferrite transformation and not perform tempering.
A method for producing a single-phase ferrite low-Cr ferritic heat-resistant steel , characterized by :
JP2000387494A 2000-12-20 2000-12-20 Low Cr ferritic heat-resistant steel and its manufacturing method Expired - Fee Related JP3475927B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000387494A JP3475927B2 (en) 2000-12-20 2000-12-20 Low Cr ferritic heat-resistant steel and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000387494A JP3475927B2 (en) 2000-12-20 2000-12-20 Low Cr ferritic heat-resistant steel and its manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002180178A JP2002180178A (en) 2002-06-26
JP3475927B2 true JP3475927B2 (en) 2003-12-10

Family

ID=18854417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000387494A Expired - Fee Related JP3475927B2 (en) 2000-12-20 2000-12-20 Low Cr ferritic heat-resistant steel and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3475927B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4979563B2 (en) * 2007-12-13 2012-07-18 中国電力株式会社 Creep life evaluation method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002180178A (en) 2002-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3518515B2 (en) Low / medium Cr heat resistant steel
JP5988008B2 (en) Austenitic stainless steel sheet
JP3514182B2 (en) Low Cr ferritic heat resistant steel excellent in high temperature strength and toughness and method for producing the same
EP1304394B1 (en) Ferritic heat-resistant steel
JP4221518B2 (en) Ferritic heat resistant steel
EP0828010B1 (en) High strength and high-toughness heat-resistant cast steel
KR20190046729A (en) Low alloy steel for geothermal power generation turbine rotor, and low alloy material for geothermal power generation turbine rotor and method for manufacturing the same
JP2019052349A (en) Nickel-based alloy
WO2007029687A1 (en) Low alloy steel
EP0770696B1 (en) High strength and high toughness heat resisting steel and its manufacturing method
JP7485929B2 (en) Low alloy heat-resistant steel and manufacturing method thereof
US11987856B2 (en) Ultra-high strength maraging stainless steel with salt-water corrosion resistance
EP0109221B1 (en) High-strength austenitic steel
JP2000204434A (en) Ferritic heat resistant steel excellent in high temperature strength and its production
JP2016216815A (en) High Cr ferritic heat resistant steel
JP3475927B2 (en) Low Cr ferritic heat-resistant steel and its manufacturing method
JP3698058B2 (en) High Cr ferritic heat resistant steel
JP3434180B2 (en) Ferritic heat-resistant steel with excellent creep characteristics in the weld heat affected zone
JP4321434B2 (en) Low alloy steel and manufacturing method thereof
JP3196587B2 (en) High Cr ferritic heat resistant steel
JP3201081B2 (en) Stainless steel for oil well and production method thereof
JP6690499B2 (en) Austenitic stainless steel sheet and method for producing the same
JPS59211553A (en) High cr steel with superior toughness and superior strength at high temperature
JP3250263B2 (en) Manufacturing method of martensitic stainless steel seamless steel pipe excellent in toughness and stress corrosion cracking resistance
JP6911174B2 (en) Nickel-based alloy

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080926

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080926

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090926

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees