JP4629059B2 - 高靭性を有する高クロム鋼 - Google Patents
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Cは、固溶強化および析出強化により強度を上昇させる。含有量が0.035%未満では、強度上昇効果が小さく、0.05%を超えると、靭性ならびに耐食性が劣化する。従って、経済性にも優れた高クロム鋼の観点から、C量を0.035〜0.05%とする。
Siは、脱酸の効果がある。含有量が0.5%を超えると靭性が劣化する。従って、Si量は0.5%以下に制限する。
Mnは、Siと同様に脱酸の効果がある。含有量が2.0%を超えると靭性が劣化する。従って、Mn量は2.0%以下に制限する。
Pは、不純物元素で、靭性の劣化を招くため、なるべく低い方が好ましい。含有量が0.05%を超えると靱性の劣化が著しいので、P量は0.05%以下に制限する。
Sは、Pと同様に不純物元素で、靭性の劣化を招き、熱間加工性も低下させるため、なるべく低い方が好ましい。従って、S量は0.005%以下に制限する。
Crは、耐食性を向上させる効果がある。添加量が10%未満では十分な耐食性が得られない。また12.5%を超えて添加しても効果は飽和する。従って、Cr量は10〜12.5%の範囲に制限する。
Niは、耐食性ならびに靭性を向上させる効果がある。1.5%未満ではδフェライトが生成しやすくなり、熱間加工性が低下する。また3.0%を超えて添加しても効果は飽和する。従って、Ni量は1.5〜3.0%の範囲に制限する。
Nは、固溶強化および析出強化により強度を上昇させるが、V、Nb、Tiなどと結合して粗大な析出物を形成し、靭性を劣化させ、熱間加工性を低下させる。従って、N量は0.02%以下に制限する。
Alは、脱酸の効果がある。添加量が0.01%未満では十分な効果が得られない。0.1%を超えて添加すると、窒化によりAlNを形成するなどして、粒界強度を低下させ靭性を劣化させる。従って、Alの添加量は0.0l〜0.1%に制限する。
なお、残部は鉄および不可避的不純物である。
Cuは、耐食性を向上させる効果がある。0.5%を超えて添加すると熱間加工性が劣化する。従って、Cu量は0.5%以下に制限する。
Vは、Nと窒化物を形成し強度を上昇させる効果がある。0.1%を超えて添加しても効果は飽和し、析出物の粗大化により靭性が劣化する。従って、V量は0.1%以下に制限する。
Caは、硫化物の形態を制御し、靭性ならびに耐食性を向上させる効果がある。0.005%を超えて添加すると、Ca系介在物の増加により靭性、耐食性の劣化を招く。従って、Ca量は0.005%以下に制限する。
Moは、耐SSC性向上の効果がある。0.5%を超えて添加すると、熱間加工性が低下する。従って、Moの添加量は0.5%以下に制限する。
Nbは、焼戻し時に析出する微細なNb炭化物により強度を上昇させるとともに、焼入れ時に析出するNb炭化物によりオーステナイト粒を微細化し靭性を向上させる。0.02%を超えて添加すると、高強度となり、適切な強度範囲に制御できない。従って、Nbの添加量は0.02%以下に制限する。
Tiは、炭化物、窒化物として析出することで鋼中のC、Nの固溶量を低減させ、強度を低下させる。0.03%を超えて添加しても効果が飽和し、かつ粗大な析出物、介在物を形成して耐SSC性を低下させる。従って、Ti添加量は0.03%以下とする。
ただし、0.1〜0.5%のMoと同時に添加すると、成長速度の遅いTiMoCを形成し、粒の粗大化を抑制する。Mo添加量との関係から、0.08%までの添加は効果があるが、0.08%を超えて添加しても効果が飽和し、耐SSC性を低下させる。従って、Tiの添加量は0.08%以下とする。
Bは、粒界強化の効果がある。0.005%を超えて含有すると、粒界に低融点の化合物を生じやすくなり、熱間加工性が劣化する。従って、Bの添加量は0.005%以下とする。
焼入れ時の加熱温度が780℃未満では、加熱時に完全なオーステナイト単相組織とならないため、その後冷却してもマルテンサイト一相組織が得られず不安定な組織となる。一方、960℃を超えて加熱すると、オーステナイト粒が粗大化し靭性が劣化する。従って、焼入れ加熱温度は780〜960℃の範囲とする。
本発明が対象とする鋼は、焼入れままでは強度が高く、靭性も十分でないため、適正な焼戻しをする必要がある。焼戻し温度が600℃未満では所望の強度が得られない。また750℃を超えると靭性が低下する。従って、焼戻し温度は600〜750℃の範囲とする。
目標値として、強度は降伏強度が80ksi(552〜655MPa)、靭性は−40℃での吸収エネルギー(vE−40)が100J以上、耐食性は腐食速度が0.2mm/year以下、耐SSC性は30日間の試験期間中に破断なし、熱間加工性は熱間捩り試験での破断までの回転数が10回転以上を良好とした。
また、図1は、所定の焼入れ温度から焼戻したときの本発明鋼No.1とNo.6の降伏強度とvE−40の関係を示したものである。この図から、本発明鋼は降伏強度が80ksi(552〜655MPa)グレードで極めて高い靱性を有していることが分かる。
一方、製造条件は発明範囲内であるが、化学成分が発明範囲を外れている比較鋼No.30〜51は、強度、靭性、耐食性、耐SSC性、熱間加工性のいずれかが目標値に到達していない。また、化学成分は発明範囲内であるが、製造条件が発明範囲を外れている比較鋼No.52〜55は、強度もしくは靭性のいずれかが目標値に到達していない。
Claims (4)
- 重量%で、C:0.035〜0.05%、Si:0.5%以下、Mn:2.0%以下、P:0.05%以下、S:0.005%以下、Cr:10〜12.5%、Ni:1.5〜3.0%、N:0.02%以下、Al:0.051〜0.1%、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、552〜655MPaグレードの降伏強度を有することを特徴とする高靱性を有する高クロム鋼。
- 重量%で、Mo:0.5%以下、Nb:0.02%以下、Ti:0.03%以下、B:0.005%以下、Cu:0.5%以下、V:0.1%以下からなる元素の1種以上を更に含有する、請求項1記載の高靱性を有する高クロム鋼。
- 重量%で、Mo:0.1〜0.5%およびTi:0.08%以下を更に含有する、請求項1記載の高靱性を有する高クロム鋼。
- 重量%で、Nb:0.02%以下、B:0.005%以下、Cu:0.5%以下、V:0.1%以下からなる元素の1種以上を更に含有する、請求項3記載の高靱性を有する高クロム鋼。
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