JP3525843B2 - 高強度低合金耐熱鋼 - Google Patents
高強度低合金耐熱鋼Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラ、化学工
業、原子力用などの分野における熱交換器、配管、耐熱
バルブおよび接続継手などで、特にその成形時に冷間加
工、温間加工および高周波曲げ加工を必要とする場合な
ど、使用中の延性低下が問題となりやすい部位などに用
いて好適な低合金耐熱鋼に関し、４００℃以上の高温で
のクリープ強度が高く、かつクリープ延性に優れた高強
度低合金耐熱鋼に関する。
業、原子力用などの分野における熱交換器、配管、耐熱
バルブおよび接続継手などで、特にその成形時に冷間加
工、温間加工および高周波曲げ加工を必要とする場合な
ど、使用中の延性低下が問題となりやすい部位などに用
いて好適な低合金耐熱鋼に関し、４００℃以上の高温で
のクリープ強度が高く、かつクリープ延性に優れた高強
度低合金耐熱鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】４００℃以上の高温で使用される耐熱鋼
には、Ｃｒ含有量が数質量％までの低Ｃｒフェライト
鋼、Ｃｒ含有量が９〜１２質量％の高Ｃｒフェライト
鋼、オーステナイト鋼などに大別され、使用環境（温
度、圧力など）および経済性を考慮して適宜選択され
る。
には、Ｃｒ含有量が数質量％までの低Ｃｒフェライト
鋼、Ｃｒ含有量が９〜１２質量％の高Ｃｒフェライト
鋼、オーステナイト鋼などに大別され、使用環境（温
度、圧力など）および経済性を考慮して適宜選択され
る。
【０００３】このうち、低Ｃｒフェライト鋼は、高Ｃｒ
フェライト鋼やオーステナイト鋼に比べて格段に安価
で、熱膨張率が小さく、かつ熱伝導性が優れていること
が特徴である。
フェライト鋼やオーステナイト鋼に比べて格段に安価
で、熱膨張率が小さく、かつ熱伝導性が優れていること
が特徴である。
【０００４】低Ｃｒフェライト鋼の代表例としては、Ｊ
ＩＳ規格に規定されるＳＴＢＡ１２（０．５Ｍｏ）、Ｓ
ＴＢＡ２２（１Ｃｒ−０．５Ｍｏ）、ＳＴＢＡ２３
（１．２５Ｃｒ−０．５Ｍｏ）、ＳＴＢＡ２４（２．２
５Ｃｒ−１Ｍｏ）などが知られている。
ＩＳ規格に規定されるＳＴＢＡ１２（０．５Ｍｏ）、Ｓ
ＴＢＡ２２（１Ｃｒ−０．５Ｍｏ）、ＳＴＢＡ２３
（１．２５Ｃｒ−０．５Ｍｏ）、ＳＴＢＡ２４（２．２
５Ｃｒ−１Ｍｏ）などが知られている。
【０００５】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、原子力用などに用いられ
てい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。
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、原子力用などに用いられ
てい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。
【０００６】このように所望の高強度を得るため、低Ｃ
ｒフェライト鋼においては、多くの場合、析出強化によ
る強度向上対策が採られている。具体的には、析出強化
元素であるＶ、Ｎｂ、Ｔｉなどを添加し、微細な炭化
物、窒化物または炭窒化物を析出させて高温強度の改善
が実現される。
ｒフェライト鋼においては、多くの場合、析出強化によ
る強度向上対策が採られている。具体的には、析出強化
元素であるＶ、Ｎｂ、Ｔｉなどを添加し、微細な炭化
物、窒化物または炭窒化物を析出させて高温強度の改善
が実現される。
【０００７】上記のような低Ｃｒフェライト鋼は、例え
ば、特開昭５７−１３１３４９号、同５７−１３１３５
０号、同５９−２２６１５２号、特開平８−１５８０２
２号などの各公報に示されるように数多く提案され、実
用化もされている。
ば、特開昭５７−１３１３４９号、同５７−１３１３５
０号、同５９−２２６１５２号、特開平８−１５８０２
２号などの各公報に示されるように数多く提案され、実
用化もされている。
【０００８】しかし、高強度鋼の場合、成形時に冷間加
工などが施されると、しばしば延性が低下し、構造物の
安全性が必ずしも保証されなくなる場合もある。
工などが施されると、しばしば延性が低下し、構造物の
安全性が必ずしも保証されなくなる場合もある。
【０００９】低合金鋼のクリープ延性を改善する方法と
しては、例えば、特開昭５５−６４５８号公報に示され
るように、鋼中のＳｂ、Ａｓ、Ｃｕ、Ｐなどの不純物元
素量を制限する方法などがある。しかしながら、高強度
材に関しては、不純物元素の低減だけでは十分な効果が
得られない。
しては、例えば、特開昭５５−６４５８号公報に示され
るように、鋼中のＳｂ、Ａｓ、Ｃｕ、Ｐなどの不純物元
素量を制限する方法などがある。しかしながら、高強度
材に関しては、不純物元素の低減だけでは十分な効果が
得られない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、４０
０℃以上の高温でのクリープ強度が高く、しかもクリー
プ延性に優れた高強度低合金耐熱鋼を提供することにあ
る。
０℃以上の高温でのクリープ強度が高く、しかもクリー
プ延性に優れた高強度低合金耐熱鋼を提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
高強度低合金耐熱鋼にある。
高強度低合金耐熱鋼にある。
【００１２】質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３％、Ｓ
ｉ：０．７％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｍｏ：０．７〜３
％、Ｎｂ：０．０２〜０．０８％、Ｎ：０．００１〜
０．０１％を含み、残部は実質的にＦｅで、かつ下式を
満たす高強度低合金耐熱鋼。
ｉ：０．７％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｍｏ：０．７〜３
％、Ｎｂ：０．０２〜０．０８％、Ｎ：０．００１〜
０．０１％を含み、残部は実質的にＦｅで、かつ下式を
満たす高強度低合金耐熱鋼。
【００１３】0.65−(15×N)−(0.7×C)−(0.10×Mo)＋
(0.32×Mo2)≧0.3 ここで、式中の元素記号は鋼中に含まれる各元素の含有
量（質量％）を意味する。
(0.32×Mo2)≧0.3 ここで、式中の元素記号は鋼中に含まれる各元素の含有
量（質量％）を意味する。
【００１４】上記本発明の高強度低合金耐熱鋼は、上記
の合金成分の他に、必要に応じて、下記のイ〜トのグル
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。
の合金成分の他に、必要に応じて、下記のイ〜トのグル
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。
【００１５】イ：質量％で、Ｃｒ：０．１〜３％。
ロ：質量％で、Ｖ：０．００５〜０．５％。
ハ：質量％で、Ｗ：０．０１〜３％
ニ：質量％で、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％および
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％のいずれか一方または
両方。 ホ：質量％で、Ｂ：０．０００１〜０．０１％。 ヘ：質量％で、Ｔｉ：０．００１〜０．１％、Ｔａ：
０．００２〜０．１％、Ｚｒ：０．００１〜０．１％お
よびＨｆ：０．００１〜０．１％のうちから選ばれた１
種または２種以上。
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％のいずれか一方または
両方。 ホ：質量％で、Ｂ：０．０００１〜０．０１％。 ヘ：質量％で、Ｔｉ：０．００１〜０．１％、Ｔａ：
０．００２〜０．１％、Ｚｒ：０．００１〜０．１％お
よびＨｆ：０．００１〜０．１％のうちから選ばれた１
種または２種以上。
【００１６】ただし、イのグループに記載の元素を含む
場合には、式「0.65−(15×N)−(0.7×C)−(0.10×Mo)
＋(0.32×Mo2)−(0.23×Cr)＋(0.04×Cr2)≧0.3」を満
たす必要がある。なお、式中の元素記号は鋼中に含まれ
る各元素の含有量（質量％）を意味する。
場合には、式「0.65−(15×N)−(0.7×C)−(0.10×Mo)
＋(0.32×Mo2)−(0.23×Cr)＋(0.04×Cr2)≧0.3」を満
たす必要がある。なお、式中の元素記号は鋼中に含まれ
る各元素の含有量（質量％）を意味する。
【００１７】本発明者らは、上記の課題を達成するため
に数多くの実験を行った結果、以下のことを知見して本
発明を完成させた。
に数多くの実験を行った結果、以下のことを知見して本
発明を完成させた。
【００１８】従来、低合金鋼の強化は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ
などを添加し、微細なＭＸ型の析出物による析出強化手
法が多く用いられてきた。ここで、ＭＸ型の析出物と
は、金属元素をＭ、ＣまたはＮをＸとした場合にＭＸで
表される結晶粒内に析出する析出物で、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ｉ、Ｔａ等を主成分とするＶＣ、ＶＮ、ＮｂＣ、Ｎｂ
Ｎ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴａＣ、ＴａＮ等の微細な炭化
物、窒化物または炭窒化物およびこれらの複合析出物の
総称のことである。
などを添加し、微細なＭＸ型の析出物による析出強化手
法が多く用いられてきた。ここで、ＭＸ型の析出物と
は、金属元素をＭ、ＣまたはＮをＸとした場合にＭＸで
表される結晶粒内に析出する析出物で、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ｉ、Ｔａ等を主成分とするＶＣ、ＶＮ、ＮｂＣ、Ｎｂ
Ｎ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴａＣ、ＴａＮ等の微細な炭化
物、窒化物または炭窒化物およびこれらの複合析出物の
総称のことである。
【００１９】微細なＭＸ型析出物は、母相と整合関係を
有するため、その強化能は極めて高い。しかし、ＭＸ型
析出物は、転位の回復を抑制するため、残留応力の緩和
が起こりにくくなる。そして、鋼中の残留応力は、クリ
ープ延性や靱性を低下させる原因になる。
有するため、その強化能は極めて高い。しかし、ＭＸ型
析出物は、転位の回復を抑制するため、残留応力の緩和
が起こりにくくなる。そして、鋼中の残留応力は、クリ
ープ延性や靱性を低下させる原因になる。
【００２０】ところが、鋼の化学組成や熱処理方法を適
正に選択すると、ＭＸ型の析出物に代わってＭｏ2Ｃ、
Ｃｒ2Ｎ、Ｍ7Ｃ3 （Ｍ7 のＭは、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏおよ
びＷなどの金属元素を意味する）などのＨＣＰ型（稠密
六方晶型）の析出物が高密度に析出する。
正に選択すると、ＭＸ型の析出物に代わってＭｏ2Ｃ、
Ｃｒ2Ｎ、Ｍ7Ｃ3 （Ｍ7 のＭは、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏおよ
びＷなどの金属元素を意味する）などのＨＣＰ型（稠密
六方晶型）の析出物が高密度に析出する。
【００２１】ＨＣＰ型の析出物は、母相と部分的に整合
関係を有するだけで、転位回復の障害になりにくい。
関係を有するだけで、転位回復の障害になりにくい。
【００２２】したがって、ＨＣＰ型の析出物によって析
出強化された鋼では、残留応力の緩和が起こりやすく、
クリープ延性や靱性に悪影響を与えない。
出強化された鋼では、残留応力の緩和が起こりやすく、
クリープ延性や靱性に悪影響を与えない。
【００２３】ＨＣＰ型析出物の析出量は、下記の(1) 式
または(2) 式で求められるＨＣＰ型析出物の析出指数で
あるそれぞれ［ＨＣＰ］1 、［ＨＣＰ］2 によって表す
ことができ、この析出指数が０．３以上の場合にクリー
プ強度が向上する。
または(2) 式で求められるＨＣＰ型析出物の析出指数で
あるそれぞれ［ＨＣＰ］1 、［ＨＣＰ］2 によって表す
ことができ、この析出指数が０．３以上の場合にクリー
プ強度が向上する。
【００２４】
［ＨＣＰ］1＝0.65−(15×N)−(0.7×C)−(0.10×Mo)＋(0.32×Mo2)…(1)
［ＨＣＰ］2＝0.65−(15×N)−(0.7×C)−(0.10×Mo)＋(0.32×Mo2)
−(0.23×Cr)＋(0.04×Cr2)…(2)
そして、Ｃ、Ｍｏ、ＮｂおよびＮ、さらにはＣｒの含有
量を上記の範囲内としたうえで、その化学組成をＨＣＰ
型析出物の析出指数が０．３以上になるように調整すれ
ば、クリープ延性が格段に向上することを知見した。
量を上記の範囲内としたうえで、その化学組成をＨＣＰ
型析出物の析出指数が０．３以上になるように調整すれ
ば、クリープ延性が格段に向上することを知見した。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の高強度低合金耐熱
鋼を上記のように定めて理由について詳細に説明する。
なお、以下において、「％」は「質量％」を意味する。
鋼を上記のように定めて理由について詳細に説明する。
なお、以下において、「％」は「質量％」を意味する。
【００２６】Ｃ：０．０１〜０．３％
Ｃは、オーステナイト形成元素として組織を安定にす
る。また、本発明鋼は、ＨＣＰ型析出物により析出強化
を図るものであるが、Ｃ含有量が０．０１％未満では析
出強化の効果が得られないだけでなく、焼入性が低下し
て強度と靱性を損なう。一方、０．３％を超えて含有さ
せると、ＨＣＰ型析出物以外の炭化物の析出量が増え、
クリープ強度と靱性が劣化する。したがって、Ｃ含有量
は０．０１〜０．３％とした。好ましい範囲は０．０３
〜０．２５％、より好ましい範囲は０．０７〜０．１３
％である。
る。また、本発明鋼は、ＨＣＰ型析出物により析出強化
を図るものであるが、Ｃ含有量が０．０１％未満では析
出強化の効果が得られないだけでなく、焼入性が低下し
て強度と靱性を損なう。一方、０．３％を超えて含有さ
せると、ＨＣＰ型析出物以外の炭化物の析出量が増え、
クリープ強度と靱性が劣化する。したがって、Ｃ含有量
は０．０１〜０．３％とした。好ましい範囲は０．０３
〜０．２５％、より好ましい範囲は０．０７〜０．１３
％である。
【００２７】Ｓｉ：Ｓｉは脱酸剤として添加され、鋼の
耐水蒸気酸化特性を高める元素である。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、Ｓｉ含有量
は０．７％以下とした。なお、下限は特に定めないが、
０．０１％以上とするのが望ましい。好ましい範囲は
０．１〜０．６、より好まし範囲は０．１５〜０．４５
％である。
耐水蒸気酸化特性を高める元素である。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、Ｓｉ含有量
は０．７％以下とした。なお、下限は特に定めないが、
０．０１％以上とするのが望ましい。好ましい範囲は
０．１〜０．６、より好まし範囲は０．１５〜０．４５
％である。
【００２８】Ｍｎ：Ｍｎは脱硫および脱酸剤と添加さ
れ、鋼の熱間加工性や焼入れ性を向上させる元素であ
る。しかし、１％を超えて含有させると、クリープ強化
に有効な微細な炭窒化物の安定性を損ない、高温長時間
のクリープ強度が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は
１％とした。なお、下限は特に定めないが、０．０１％
以上とするのが望ましい。好ましい範囲は０．１〜０．
７％、より好ましい範囲は０．３〜０．６％である。
れ、鋼の熱間加工性や焼入れ性を向上させる元素であ
る。しかし、１％を超えて含有させると、クリープ強化
に有効な微細な炭窒化物の安定性を損ない、高温長時間
のクリープ強度が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は
１％とした。なお、下限は特に定めないが、０．０１％
以上とするのが望ましい。好ましい範囲は０．１〜０．
７％、より好ましい範囲は０．３〜０．６％である。
【００２９】Ｍｏ：０．７〜３％
ＭｏはＨＣＰ型析出物を構成する元素の一つであり、そ
の含有量の増加に伴ってＨＣＰ型析出物の析出量も増加
する。また、固溶Ｍｏは固溶強化作用も有する。しか
し、その含有量が０．７％未満では、ＨＣＰ型析出物の
代わりにＭＸ型析出物が析出し、クリープ延性の向上が
不十分である。一方、３％を超えて含有させると、ＨＣ
Ｐ型析出物以外の粗大な炭化物が増加し、靱性やクリー
プ強度に悪影響を与える。したがって、Ｍｏ含有量は
０．７〜３％とした。好ましい範囲は０．７〜２％、よ
り好ましい範囲０．７〜１．２％である。
の含有量の増加に伴ってＨＣＰ型析出物の析出量も増加
する。また、固溶Ｍｏは固溶強化作用も有する。しか
し、その含有量が０．７％未満では、ＨＣＰ型析出物の
代わりにＭＸ型析出物が析出し、クリープ延性の向上が
不十分である。一方、３％を超えて含有させると、ＨＣ
Ｐ型析出物以外の粗大な炭化物が増加し、靱性やクリー
プ強度に悪影響を与える。したがって、Ｍｏ含有量は
０．７〜３％とした。好ましい範囲は０．７〜２％、よ
り好ましい範囲０．７〜１．２％である。
【００３０】Ｎｂ：０．０２〜０．０８％
Ｎｂは、上記のＭｏと同様に、ＨＣＰ型析出物を構成す
る元素の一つであり、微量の含有量でＨＣＰ型析出物の
粗大化を抑制し、析出強化作用を長時間持続させる。し
かし、その含有量が少ないと上記の効果が得られない。
一方、過剰に含有させると、鋼が著しく硬化して靱性、
溶接性および加工性が損なわれる。よって、Ｎｂ含有量
の好ましい範囲は０．０２〜０．０８％である。
る元素の一つであり、微量の含有量でＨＣＰ型析出物の
粗大化を抑制し、析出強化作用を長時間持続させる。し
かし、その含有量が少ないと上記の効果が得られない。
一方、過剰に含有させると、鋼が著しく硬化して靱性、
溶接性および加工性が損なわれる。よって、Ｎｂ含有量
の好ましい範囲は０．０２〜０．０８％である。
【００３１】Ｎ：０．００１〜０．０１％
Ｎは、上記のＮｂや後述するＴｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨ
ｆと窒化物を形成して結晶粒を細粒にし、靱性の改善に
寄与する。しかし、その含有量が０．００１％未満では
上記の効果が得られない。一方、０．０１％を超えて含
有させると、粗大な窒化物を形成するのに加え、ＨＣＰ
型析出物の析出量を減少させる。したがって、Ｎ含有量
は０．００１〜０．０１％とした。好ましい範囲は０．
００２〜０．００８％である。
ｆと窒化物を形成して結晶粒を細粒にし、靱性の改善に
寄与する。しかし、その含有量が０．００１％未満では
上記の効果が得られない。一方、０．０１％を超えて含
有させると、粗大な窒化物を形成するのに加え、ＨＣＰ
型析出物の析出量を減少させる。したがって、Ｎ含有量
は０．００１〜０．０１％とした。好ましい範囲は０．
００２〜０．００８％である。
【００３２】本発明の鋼は、上記の化学組成を満たせば
十分であるが、以下に述べる元素を含むものであっても
よい。また、不純物としてのＰとＳの含有量は以下に述
べる量以下であることが好ましい。
十分であるが、以下に述べる元素を含むものであっても
よい。また、不純物としてのＰとＳの含有量は以下に述
べる量以下であることが好ましい。
【００３３】Ｃｒ：Ｃｒは添加しなくてもよいが、添加
すれば、耐酸化性と高温耐食性を向上させる元素であ
る。このため、必要に応じて添加してもよく、その効果
は０．１％以上で顕著になる。しかし、３％を超えて含
有させると、ＨＣＰ型析出物の析出量が減少するのに加
え、経済性が低下し、低合金鋼の利点が少なくなる。し
たがって、添加する場合のＣｒ含有量は０．１〜３％と
するのがよい。好ましい範囲は０．２〜２．５％、より
好ましい範囲は０．５〜１．５％である。
すれば、耐酸化性と高温耐食性を向上させる元素であ
る。このため、必要に応じて添加してもよく、その効果
は０．１％以上で顕著になる。しかし、３％を超えて含
有させると、ＨＣＰ型析出物の析出量が減少するのに加
え、経済性が低下し、低合金鋼の利点が少なくなる。し
たがって、添加する場合のＣｒ含有量は０．１〜３％と
するのがよい。好ましい範囲は０．２〜２．５％、より
好ましい範囲は０．５〜１．５％である。
【００３４】Ｖ：Ｖは添加しなくてもよいが、添加すれ
ば、微細なＭＸ型の析出物を形成して高強度化に寄与す
る元素である。このため、必要に応じて添加してもよ
く、その効果は０．００５％以上で顕著になる。しか
し、０．５％を超えて含有させると、ＭＸ型の析出物が
粗大化するのに加え、ＨＣＰ型析出物の析出量が減少し
て靱性と強度を損なう。したがって、添加する場合のＶ
含有量は０．００５〜０．５％とするのがよい。好まし
い範囲０．００５〜０．３％、より好ましい範囲は０．
０１〜０．２５％である。
ば、微細なＭＸ型の析出物を形成して高強度化に寄与す
る元素である。このため、必要に応じて添加してもよ
く、その効果は０．００５％以上で顕著になる。しか
し、０．５％を超えて含有させると、ＭＸ型の析出物が
粗大化するのに加え、ＨＣＰ型析出物の析出量が減少し
て靱性と強度を損なう。したがって、添加する場合のＶ
含有量は０．００５〜０．５％とするのがよい。好まし
い範囲０．００５〜０．３％、より好ましい範囲は０．
０１〜０．２５％である。
【００３５】Ｗ：Ｗは添加しなくてもよいが、添加すれ
ば、固溶強化の作用を有し、より高温でのクリープ強度
を向上させるのに有効な元素である。このため、必要に
応じて添加してもよく、その効果は０．０１％以上で顕
著になる。しかし、３％を超えて含有させると、Ｍ23Ｃ
6型炭化物やＭ6Ｃ型炭化物などの粗大な析出物が析出し
やすくなるのに加え、ＨＣＰ型析出物が減少し、靱性と
強度を損なう。したがって、添加する場合のＷ含有量
０．０１〜３％とするのがよい。好ましい範囲は０．０
１〜２％、より好ましい範囲は０．０１〜１％である。
ば、固溶強化の作用を有し、より高温でのクリープ強度
を向上させるのに有効な元素である。このため、必要に
応じて添加してもよく、その効果は０．０１％以上で顕
著になる。しかし、３％を超えて含有させると、Ｍ23Ｃ
6型炭化物やＭ6Ｃ型炭化物などの粗大な析出物が析出し
やすくなるのに加え、ＨＣＰ型析出物が減少し、靱性と
強度を損なう。したがって、添加する場合のＷ含有量
０．０１〜３％とするのがよい。好ましい範囲は０．０
１〜２％、より好ましい範囲は０．０１〜１％である。
【００３６】Ｃａ、Ｍｇ：これらの元素は添加しなくて
もよいが、添加すれば、介在物を低減させ、鋳造性の向
上に寄与するほか、焼戻脆化や溶接割れを誘因するＳを
固定し、靭性の向上にも寄与する元素である。このた
め、必要に応じて添加してもよく、その効果はいずれの
元素も０．０００１％以上で顕著になる。しかし、いず
れの元素も０．０１％を超えて含有させると、炭化物や
硫化物が増加し、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ＣａとＭｇの含有量は、いず
れも０．０００１〜０．０１％とするのがよい。いずれ
の元素も、好ましい範囲は０．０００２〜０．００５
％、より好ましい範囲は０．０００５〜０．００３５％
である。
もよいが、添加すれば、介在物を低減させ、鋳造性の向
上に寄与するほか、焼戻脆化や溶接割れを誘因するＳを
固定し、靭性の向上にも寄与する元素である。このた
め、必要に応じて添加してもよく、その効果はいずれの
元素も０．０００１％以上で顕著になる。しかし、いず
れの元素も０．０１％を超えて含有させると、炭化物や
硫化物が増加し、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ＣａとＭｇの含有量は、いず
れも０．０００１〜０．０１％とするのがよい。いずれ
の元素も、好ましい範囲は０．０００２〜０．００５
％、より好ましい範囲は０．０００５〜０．００３５％
である。
【００３７】Ｂ：Ｂは添加しなくてもよいが、添加すれ
ば、焼入性を向上させ、組織を安定にする作用を有する
元素である。このため、必要に応じて添加してもよく、
その効果は０．０００１％以上で顕著になる。しかし、
０．０１％を超えて含有させると、粒界炭化物の析出を
促進し、かえって靱性を劣化させる。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０．０００５〜０．０１５
％、より好ましい範囲は０．００１〜０．００８％であ
る。
ば、焼入性を向上させ、組織を安定にする作用を有する
元素である。このため、必要に応じて添加してもよく、
その効果は０．０００１％以上で顕著になる。しかし、
０．０１％を超えて含有させると、粒界炭化物の析出を
促進し、かえって靱性を劣化させる。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０．０００５〜０．０１５
％、より好ましい範囲は０．００１〜０．００８％であ
る。
【００３８】Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ：これらの元素は
添加しなくてもよいが、添加すれば、いずれの元素も高
温で炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化抑制に寄与す
る。このため、高温での熱処理を必要とする場合など、
必要に応じていずれか１種のみまたは２種以上の複合で
添加してもよく、その効果は、Ｔａについては０．００
２％以上、その他の元素については０．００１％以上で
顕著になる。しかし、いずれの元素も０．１％を超えて
含有させると、粗大な析出物を形成し、かえって靱性を
劣化させる。したがって、添加する場合のこれらの元素
の含有量は、Ｔａについては０．００２〜０．１％、そ
の他の元素については０．００１〜０．１％とするのが
よい。Ｔａの好ましい範囲は０．００５〜０．１％、よ
り好ましい範囲は０．０１〜０．０７％、その他の元素
の好ましい範囲は０．００３〜０．０５％、より好まし
い範囲は０．００５〜０．０１５％である。
添加しなくてもよいが、添加すれば、いずれの元素も高
温で炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化抑制に寄与す
る。このため、高温での熱処理を必要とする場合など、
必要に応じていずれか１種のみまたは２種以上の複合で
添加してもよく、その効果は、Ｔａについては０．００
２％以上、その他の元素については０．００１％以上で
顕著になる。しかし、いずれの元素も０．１％を超えて
含有させると、粗大な析出物を形成し、かえって靱性を
劣化させる。したがって、添加する場合のこれらの元素
の含有量は、Ｔａについては０．００２〜０．１％、そ
の他の元素については０．００１〜０．１％とするのが
よい。Ｔａの好ましい範囲は０．００５〜０．１％、よ
り好ましい範囲は０．０１〜０．０７％、その他の元素
の好ましい範囲は０．００３〜０．０５％、より好まし
い範囲は０．００５〜０．０１５％である。
【００３９】Ｐ、Ｓ：ＰとＳは不純物として鋼中に存在
し、いずれの元素も溶接割れや水素割れを助長する。こ
のため、特に、溶接を必要とする場合や、水素割れ、遅
れ破壊などが問題となる用途の場合には、これらの元素
の含有量は可能な限り低い方がよく、Ｐについては０．
０３％以下、Ｓについては０．０１５％以下であること
が望ましい。好ましいＰの上限は０．０１５％、Ｓの上
限は０．００３％である。
し、いずれの元素も溶接割れや水素割れを助長する。こ
のため、特に、溶接を必要とする場合や、水素割れ、遅
れ破壊などが問題となる用途の場合には、これらの元素
の含有量は可能な限り低い方がよく、Ｐについては０．
０３％以下、Ｓについては０．０１５％以下であること
が望ましい。好ましいＰの上限は０．０１５％、Ｓの上
限は０．００３％である。
【００４０】ＨＣＰ型析出物の析出指数［ＨＣＰ］：
０．３以上 ＨＣＰ型析出物とは、前述したように、Ｍｏ2Ｃ、Ｃｒ2
Ｎ、Ｍ7Ｃ3などで、いずれも粒内に微細に析出して析出
強化に寄与する。しかし、下記の(1) 式または(2) 式で
求められるＨＣＰ型析出物の析出指数が０．３未満では
その効果が現れない。このため、ＨＣＰ型析出物の析出
指数は０．３以上とした。
０．３以上 ＨＣＰ型析出物とは、前述したように、Ｍｏ2Ｃ、Ｃｒ2
Ｎ、Ｍ7Ｃ3などで、いずれも粒内に微細に析出して析出
強化に寄与する。しかし、下記の(1) 式または(2) 式で
求められるＨＣＰ型析出物の析出指数が０．３未満では
その効果が現れない。このため、ＨＣＰ型析出物の析出
指数は０．３以上とした。
【００４１】
［ＨＣＰ］1＝0.65−(15×N)−(0.7×C)−(0.10×Mo)＋(0.32×Mo2)…(1)
［ＨＣＰ］2＝0.65−(15×N)−(0.7×C)−(0.10×Mo)＋(0.32×Mo2)
−(0.23×Cr)＋(0.04×Cr2)…(2)
ただし、(1) 式と(2) 式中の元素記号は鋼中に含まれる
各元素の含有量（質量％）を意味する。
各元素の含有量（質量％）を意味する。
【００４２】なお、ＨＣＰ型析出物の析出指数は０．３
以上であればよく、特にその上限を定める必要はない。
しかし、過剰に大きくするとクリープ延性が低下するこ
とがあるので、その上限は１．５、より好ましくは１．
２とするのがよい。
以上であればよく、特にその上限を定める必要はない。
しかし、過剰に大きくするとクリープ延性が低下するこ
とがあるので、その上限は１．５、より好ましくは１．
２とするのがよい。
【００４３】以上に説明した本発明の高強度低合金耐熱
鋼は、上記の範囲内で、かつ(1) 式または(2) 式を満た
すように成分調整された化学組成を有する鋼を常法に従
って溶製し、次いで熱間加工などを施して所定の製品形
状に成形した後、以下に述べるいずれかの熱処理を施す
ことにより、製造することができる。
鋼は、上記の範囲内で、かつ(1) 式または(2) 式を満た
すように成分調整された化学組成を有する鋼を常法に従
って溶製し、次いで熱間加工などを施して所定の製品形
状に成形した後、以下に述べるいずれかの熱処理を施す
ことにより、製造することができる。
【００４４】第１の熱処理は、Ａｃ3変態点以上で焼き
ならした後、Ａｃ1変態点以下で焼戻す方法、第２の熱
処理は、Ａｃ3変態点以上から徐冷した後、Ａｃ1変態点
以下で保持する方法、第３の熱処理は、熱間加工をＡｃ
3変態点以上で終了した後、Ａｃ1 変態点以下で焼戻す
方法である。
ならした後、Ａｃ1変態点以下で焼戻す方法、第２の熱
処理は、Ａｃ3変態点以上から徐冷した後、Ａｃ1変態点
以下で保持する方法、第３の熱処理は、熱間加工をＡｃ
3変態点以上で終了した後、Ａｃ1 変態点以下で焼戻す
方法である。
【００４５】
【実施例】表１に示す化学組成を有する２６種の鋼を溶
製し、得られたインゴットを熱間鍛造後、熱間圧延にて
板厚３０ｍｍの鋼板とした。次いで、これらの鋼板に、
いずれもＡｃ3 変態点以上の温度である９５０〜１０５
０℃の範囲で焼きならした後、いずれもＡｃ1 変態点以
下の温度である６５０〜７４０℃の範囲で焼戻す熱処理
を施した。その際、焼戻し処理は、焼戻軟化曲線におい
て二次析出硬化ピークが生ずる範囲で行った。
製し、得られたインゴットを熱間鍛造後、熱間圧延にて
板厚３０ｍｍの鋼板とした。次いで、これらの鋼板に、
いずれもＡｃ3 変態点以上の温度である９５０〜１０５
０℃の範囲で焼きならした後、いずれもＡｃ1 変態点以
下の温度である６５０〜７４０℃の範囲で焼戻す熱処理
を施した。その際、焼戻し処理は、焼戻軟化曲線におい
て二次析出硬化ピークが生ずる範囲で行った。
【００４６】
【表１】
【００４７】また、参考のために、焼戻し後の各鋼板か
ら透過電子顕微鏡観察用の薄膜試料を作製し、４万倍の
倍率で観察されたＨＣＰ型析出物の析出数も測定した。
ら透過電子顕微鏡観察用の薄膜試料を作製し、４万倍の
倍率で観察されたＨＣＰ型析出物の析出数も測定した。
【００４８】これらの結果を表２に示すとともに、ＨＣ
Ｐ型析出物の析出数と５２５℃×１０万時間のクリープ
破断強度（ＭＰａ）との関係を図１に示した。
Ｐ型析出物の析出数と５２５℃×１０万時間のクリープ
破断強度（ＭＰａ）との関係を図１に示した。
【００４９】
【表２】
表２に示す結果から明らかなように、本発明例の鋼（代
符１〜６及び９〜１７）は、いずれも４万倍での１視野
当たりのＨＣＰ型析出物の析出数が１２個以上と高密度
に析出しており、５２５℃×１０万時間のクリープ破断
強度が１６８ＭＰａ以上、クリープ破断時の絞り率が８
９％以上で、良好なクリープ強度とクリープ延性を示し
た。
符１〜６及び９〜１７）は、いずれも４万倍での１視野
当たりのＨＣＰ型析出物の析出数が１２個以上と高密度
に析出しており、５２５℃×１０万時間のクリープ破断
強度が１６８ＭＰａ以上、クリープ破断時の絞り率が８
９％以上で、良好なクリープ強度とクリープ延性を示し
た。
【００５０】これに対し、比較例の鋼（代符１８〜２
６）は、いずれも４万倍での１視野当たりのＨＣＰ型析
出物の析出数が少なく、クリープ強度または／およびク
リープ延性が不芳であった。
６）は、いずれも４万倍での１視野当たりのＨＣＰ型析
出物の析出数が少なく、クリープ強度または／およびク
リープ延性が不芳であった。
【００５１】具体的に説明すると、代符１８の鋼は、Ｃ
含有量とＨＣＰ型析出物の析出指数が本発明で規定する
範囲を外れているためにクリープ強度、クリープ延性と
も不芳であった。代符１９の鋼は、Ｃｒ含有量とＨＣＰ
型析出物の析出指数が本発明で規定する範囲を外れるた
めにクリープ強度が不芳であった。代符２０の鋼は、Ｍ
ｏ含有量とＨＣＰ型析出物の析出指数が本発明で規定す
る範囲を外れているためにクリープ強度が不芳であっ
た。代符２１の鋼は、ＨＣＰ型析出物の析出指数は本発
明で規定する範囲内であるものの、Ｎｂを含有していな
いためにクリープ強度、クリープ延性とも不芳であっ
た。
含有量とＨＣＰ型析出物の析出指数が本発明で規定する
範囲を外れているためにクリープ強度、クリープ延性と
も不芳であった。代符１９の鋼は、Ｃｒ含有量とＨＣＰ
型析出物の析出指数が本発明で規定する範囲を外れるた
めにクリープ強度が不芳であった。代符２０の鋼は、Ｍ
ｏ含有量とＨＣＰ型析出物の析出指数が本発明で規定す
る範囲を外れているためにクリープ強度が不芳であっ
た。代符２１の鋼は、ＨＣＰ型析出物の析出指数は本発
明で規定する範囲内であるものの、Ｎｂを含有していな
いためにクリープ強度、クリープ延性とも不芳であっ
た。
【００５２】また、代符２２の鋼は、ＨＣＰ型析出物の
析出指数は本発明で規定する範囲内で、４万倍での１視
野当たりのＨＣＰ型析出物の析出数も１２個と高密度に
析出していてクリープ強度は良好であるものの、Ｎｂ含
有量が多すぎるためにクリープ延性が極度に不芳であっ
た。代符２３の鋼は、ＨＣＰ型析出物の析出指数は本発
明で規定する範囲内であるが、Ｖ含有量が多すぎるため
にクリープ延性が不芳であった。代符２４の鋼は、ＨＣ
Ｐ型析出物の析出指数は本発明で規定する範囲内である
が、Ｗ含有量が多すぎるためにクリープ延性が不芳であ
った。
析出指数は本発明で規定する範囲内で、４万倍での１視
野当たりのＨＣＰ型析出物の析出数も１２個と高密度に
析出していてクリープ強度は良好であるものの、Ｎｂ含
有量が多すぎるためにクリープ延性が極度に不芳であっ
た。代符２３の鋼は、ＨＣＰ型析出物の析出指数は本発
明で規定する範囲内であるが、Ｖ含有量が多すぎるため
にクリープ延性が不芳であった。代符２４の鋼は、ＨＣ
Ｐ型析出物の析出指数は本発明で規定する範囲内である
が、Ｗ含有量が多すぎるためにクリープ延性が不芳であ
った。
【００５３】さらに、代符２５の鋼は、その化学組成は
本発明で規定する範囲内であるものの、ＨＣＰ型析出物
の析出指数が本発明で規定する範囲を外れているために
クリープ延性が不芳であった。代符２６の鋼は、Ｎ含有
量とＨＣＰ型析出物の析出指数が本発明で規定する範囲
を外れているためにクリープ強度、クリープ延性とも不
芳であった。
本発明で規定する範囲内であるものの、ＨＣＰ型析出物
の析出指数が本発明で規定する範囲を外れているために
クリープ延性が不芳であった。代符２６の鋼は、Ｎ含有
量とＨＣＰ型析出物の析出指数が本発明で規定する範囲
を外れているためにクリープ強度、クリープ延性とも不
芳であった。
【００５４】
【発明の効果】本発明の鋼は、４００℃以上の高温での
クリープ強度とクリープ延性が良好である。このため、
高温に長時間曝される構造材、特に使用中における延性
低下、熱応力や振動の影響による疲労強度が問題となる
構造材に用いて好適である。
クリープ強度とクリープ延性が良好である。このため、
高温に長時間曝される構造材、特に使用中における延性
低下、熱応力や振動の影響による疲労強度が問題となる
構造材に用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の結果を示す図で、ＨＣＰ型析出物の析
出数と５２５℃×１０万時間のクリープ破断強度との関
係を示す図である。
出数と５２５℃×１０万時間のクリープ破断強度との関
係を示す図である。
Claims (8)
- 【請求項１】質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３％、Ｓ
ｉ：０．７％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｍｏ：０．７〜３
％、Ｎｂ：０．０２〜０．０８％、Ｎ：０．００１〜
０．０１％を含み、残部は実質的にＦｅで、かつ下式を
満たす高強度低合金耐熱鋼。 0.65−(15×N)−(0.7×C)−(0.10×Mo)＋(0.32×Mo２)
≧0.3 ここで、式中の元素記号は鋼中に含まれる各元素の含有
量（質量％）を意味する。 - 【請求項２】質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３％、Ｓ
ｉ：０．７％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｃｒ：０．１〜３
％、Ｍｏ：０．７〜３％、Ｎｂ：０．０２〜０．０８
％、Ｎ：０．００１〜０．０１％を含み、残部は実質的
にＦｅで、かつ下式を満たす高強度低合金耐熱鋼。 0.65−(15×N)−(0.7×C)−(0.10×Mo)＋(0.32×Mo２)
−(0.23×Cr)＋(0.04×Cr２)≧0.3 ここで、式中の元素記号は鋼中に含まれる各元素の含有
量（質量％）を意味する。 - 【請求項３】Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｖ：０．
００５〜０．５％を含む請求項１または２に記載の高強
度低合金耐熱鋼。 - 【請求項４】Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｗ：０．
０１〜３％を含む請求項１〜３のいずれかに記載の高強
度低合金耐熱鋼。 - 【請求項５】Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃａ：
０．０００１〜０．０１％およびＭｇ：０．０００１〜
０．０１％のいずれか一方または両方を含む請求項１〜
４のいずれかに記載の高強度低合金耐熱鋼。 - 【請求項６】Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｂ：０．
０００１〜０．０１％を含む請求項１〜５のいずれかに
記載の高強度低合金耐熱鋼。 - 【請求項７】Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｔｉ：
０．００１〜０．１％、Ｔａ：０．００２〜０．１％、
Ｚｒ：０．００１〜０．１％およびＨｆ：０．００１〜
０．１％のうちから選ばれた１種または２種以上を含む
請求項１〜６のいずれかに記載の高強度低合金耐熱鋼。 - 【請求項８】不純物としてのＰとＳの含有量が、それぞ
れ、質量％で、０．０３％以下、０．０１５％以下であ
る請求項１〜７のいずれかに記載の高強度低合金耐熱
鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000031847A JP3525843B2 (ja) | 2000-02-09 | 2000-02-09 | 高強度低合金耐熱鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000031847A JP3525843B2 (ja) | 2000-02-09 | 2000-02-09 | 高強度低合金耐熱鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001226736A JP2001226736A (ja) | 2001-08-21 |
| JP3525843B2 true JP3525843B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=18556540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000031847A Expired - Fee Related JP3525843B2 (ja) | 2000-02-09 | 2000-02-09 | 高強度低合金耐熱鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3525843B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012188747A (ja) * | 2011-02-24 | 2012-10-04 | Kobe Steel Ltd | 原子力発電機器用鍛鋼材および原子力発電機器用溶接構造物 |
| KR102142782B1 (ko) * | 2018-11-29 | 2020-08-10 | 주식회사 포스코 | 크리프 강도가 우수한 크롬-몰리브덴 강판 및 그 제조방법 |
-
2000
- 2000-02-09 JP JP2000031847A patent/JP3525843B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2001226736A (ja) | 2001-08-21 |
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