JPH01123023A - 高クロムフェライト鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 原子力発電、火力発電、化学プラントにおけるような、
一般に高温度環境にて使用される構造材料、例えば圧力
容器、配管、管板及びバルブ、などの部材としてとくに
好適な高クロムフェライト鋼の製造方法について、開発
研究を進めた結果に関連して以下に述べる。

（従来の技術） この種の系統の鋼種は熱間加工後、焼ならしまたは焼入
れ処理を行ない更に焼もどしを施して使用に供され、こ
の点例えば、ＡＳＴＭ−Ａ　３８７−９１に明示されて
いるとおりである。

（発明が解決しようとする問題点） この種の鋼は溶接施工を受けた場合には応力除去および
溶接部の軟化を目的として通常焼きもどし温度（約７６
０℃）よりも２０℃程低い温度で後熱処理を施される。

しかしながら、この種系統の鋼は、合金成分が多いため
溶接部が十分に軟化し得ないばかりか後熱温度をかりに
高くしたとすれば母材まで軟化するため、後熱温度を上
昇させることもできず、このようにして溶接性に非常な
難点があった。

一方、この種系統の鋼は延性特にクリープ延性が低いこ
とも欠点でそのため、高温構造物として使用する際に信
頼性が低く、その改善が望まれて久しいわけである。

なお、使用の部材如何によっては優れた引張強さまたは
クリープ強さを必要とするものもあるが、この種畜クロ
ムフェライト鋼の従来の製造方法ではこれまた限界があ
り改善の方法が望まれていた。

溶接部の軟化を図りかつ母材の軟化を阻止するために、
従来材よりも高温焼きもどし、高温ＳＲを可能とするこ
と、そしてクリープ延性の改善、並びに、クリープ強さ
の改善を図り得る高クロムフェライト鋼の製造方法を与
えることがこの発明の目的である。

（問題点を解決するための手段） 発明者等は玉揚目的の達成のためあまた実験を重ねた結
果、熱間圧延後、焼ならし工程を省略しとくに直接焼も
どし処理を施すことにより前述の問題点が解決されるこ
とを見出し、また進んで熱間圧延条件を適正な範囲に制
御することにより、より顕著にその効果が現れることが
知見された。

この知見に基くこの発明は、 Ｃ：０．０５〜０．１５　ｗｔ％、 Ｓｔ　：　０．５０ＩＡｔ％以下、 Ｈ口：１６５鍔ｔ％以下、 Ｃｒ　：　８．０〜１２．０ｗｔ％、 Ｎｉ　：　１．０ｗｔ％以下、 Ｍｏ　：　０．８〜！、３　ｗｔ％、 Ｖ　　：　０．０１〜０．３　ｗｔ％、Ｎｂ　：　０．
０１〜０　、３０ｗ　ｔ％、Ａｌ　：　０．２０ｗｔ％
以下、 Ｎ　　：ｏ、ｏｏｓ〜０．１０ｗｔ％ を含有する組成になる高クロムフェライト鋼を熱間加工
後読きもどしすることを特徴とする高クロムフェライト
鋼の製造方法である。

この発明で、シャルピー衝撃特性の改善のためには熱間
加工の加熱温度を１２００°Ｃ以下とするのが好ましい
。また、クリープ破断強度改善のためには圧延仕上温度
が１０５０″Ｃ以下が好ましく、クリープ破断延性改善
のためには圧延仕上温度９００℃以上とするのが好まし
い。

この発明に従う工程により、溶接性が向上し、ＳＲ処理
温度の上昇に伴う母材の軟化を伴わずに溶接部の十分な
軟化がもたらされ、しかもクリープ特性、並びにしん性
の改善を達成した実験の内容から説明する。

表１に示す鋼を溶製した後、１００ｍｍ厚のスラブとし
、種々の条件で熱間圧延により２５１厚鋼板とし、その
後読ならし焼もどし処理または焼もどし処理を行なった
。

一部の試料はさらに溶接を施し、後熱処理（ＳＲ）を行
なった。

その後引張特性、Ｖノツチシャルピー衝撃特性、クリー
プ破断特性を調査した。なお、熱間圧延においては、加
熱温度、圧延仕上温度を制御した。

第１図には、上記の焼ならし焼もどし処理材（以下ｒＮ
−Ｔ材」と記す）と、熱間圧延後読ならしを省略して直
接焼もどしを施した供試材（以下ｒＴＭＣＰ−Ｔ材」と
記す）との焼もどし軟化挙動をＴＭＣＰ−Ｔ材の熱間圧
延条件の影響とあわせ示す。

ＴＭＣＰ−Ｔ材の引張強さは圧延仕上げ温度の低下に伴
い上昇し、その傾向はとくに高温焼もどし域でその効果
が大きい。またＴＭＣＰ−Ｔ材の引張強さは同−焼もど
し温度では圧延加熱温度および圧延仕上温度には殆ど依
存することなくして、Ｎ−Ｔ材よりも高い。

このことは、以下に示すように溶接性にとって極めて有
利となる。

第２図にＴＭＣＰ−Ｔ材、Ｎ−Ｔ材のＳＲ条件による引
張強さの変化およびＴＭＣＰ−Ｔ材、Ｎ−Ｔ材溶接ＨＡ
Ｚ部の最高硬さから逆算した引張強さとを示す。

ここにＴＭＣＰ−Ｔ材、Ｎ−Ｔ材は何れも１１５０°Ｃ
に加熱して圧延し、仕上げ温度は９５０°Ｃに揃え、Ｔ
ＭＣＰ−Ｔ材は７９０°Ｃで４時間保持したのち空冷の
直接焼もどし、一方Ｎ−Ｔ材は１０６０″Ｃで１時間の
焼ならし後空冷し、ついで７６０で４時間加熱後空冷の
焼もどしを行い、さらに、各試料にＳＲ処理を加えた。

溶接部の割れを抑制するためにはＳＲ処理により溶着金
属およびＨＡＺの硬さを母材差にまで低下させることが
必要である。溶着金属については溶接金属の選定により
改善が可能であるが、ＨＡＺについては母材特性で決め
られる。

第２図に示すようにＮ−Ｔ材ではＨＡＺの最高硬さを母
材差にまで低下させるには７７０〜７８０℃までＳＲ温
度を上げる必要があるが、逆にＳＲ処理で母材が軟化す
る。従ってＳＲ温度は通常実施されているように７４０
°Ｃが上限となるが、その場合のＨＡＺの硬度が高いた
め割れの恐れが大きい。

一方ＴＭＣＰ−Ｔ材では、７７０〜７８０°ＣのＳＲを
施しても母材強度には変化は認められず、母材、溶接部
ともに良好な特性が得られる。

次に１０’ｈクリ一プ破断強度（試験温度５５０°Ｃ及
び６５０’Ｃ）の向上に対するＴＭＣＰ−Ｔ工程の効果
を第３図に示す。

第３図によればＴＭＣＰ−Ｔ材は焼もどし温度によらず
Ｎ−Ｔ材よりもはるかに高いクリープ破断強度を有して
いる。また、クリープ破断強度におよぼす圧延仕上温度
の影響を第４図に示すが、ＴＭＣＰ−Ｔの効果は圧延仕
上温度１０５０°Ｃ以下でとくに好ましいことがわかる
。

次にシャルピー衝撃特性に対するＴＭＣＰ−Ｔ工程の効
果を第５図に示す。吸収エネルギーに対しては圧延加熱
温度の影響が大きい。圧延仕上温度の低下に伴い僅かに
吸収エネルギーは低下するが、加熱温度が１２００″Ｃ
以下であれば、Ｎ−Ｔ材とほぼ同等の特性が得られる。

したがって靭性の点では加熱温度は１２００’ｃ以下が
好ましい。なお、加熱温度が高い場合でも吸収エネルギ
ーは１０ｋｇｆ−ｍを大きく越えており、実使用上には
十分である。

次にクリープ破断延性の向上に対するＴＭＣＰ−Ｔ工程
の効果を第６図に示す。ＴＭＣＰ−Ｔ材は圧延加熱温度
、仕上圧延温度によらずＮ−Ｔ材よりも優れたクリープ
破断延性を示す。とくに、仕上圧延温度が９００’Ｃ以
上でその効果が著しいことがわかる。

（作　用） この発明の出発材につきその化学成分の限定理由を説明
する。

Ｃは、例えばＣｒ、　Ｍｏ、　Ｎｂなとの他の合金元素
と炭化物を形成して強度を高めるが、０．０５％未満で
はその効果が十分でなく、また０、　１５％を超えると
溶接割れを起こす恐れがあるため、０．０５〜０．１５
％とした。

Ｓｉは、脱酸剤として添加されるが、０．５％を越える
と靭性が低下するため上限は０．５％とした。

Ｍｎは、鋼の熱間加工性を改善するために有用な元素で
あるが、多量に添加するとじん性および溶接性に悪影響
を及ぼすため、１．５％以下とした。

Ｃｒは、耐酸化性、高温強度を向上させるために８％以
上必要であるが、溶接性の低下を回避するため、１２％
以下とした。

Ｎｉは、強度およびじん性の改善に有効であるが、多過
ぎるとコスト増となるため上限は１．０％とした。

Ｍｏは、固溶強化および析出強化により高温強度を向上
するが、０．８％未満では十分ではなく、１．３％を超
えると溶接性が低下しコストも高めるため、０．８〜１
．３％とした。

■は、次にのべるＮｂと同様に析出強化元素であって０
．０１％以上必要であるが、多量の添加は溶接性を低下
するため、０．０１〜０．３０％とした。

Ｎｂは、析出強化により高温強度を上昇するが、０．０
１％未満ではその効果が十分でなく、また０、３０％を
超えると共晶ＮｂＣの生成により溶接割れが生じるため
、０．０１〜０．３０％とした。

Ａ！は脱酸剤として添加するが多過ぎると脆化を招くた
め上限は０．２０％とした。

Ｎは強度を向上させるが、０．００５％未満ではその効
果が十分でなく、０．１０％を超えると溶接性を損なう
ため０．００５〜０．１０％とした。

なお、上記成分以外に、強度増加のために、Ｃｕ≦１．
５％、　Ｔｉ≦１．５％、　Ｚｒ≦０．５％、Ｔａ≦０
．５％、Ｗ≦０．５％のうちの１種以上、また焼入性向
上のためにＢ≦０．０１％さらに熱間加工性向上のため
にＲＥＭ≦０．５％、Ｃａ≦０．５％の１種以上を添加
してもこの発明で所期した効果には影響を与えない。

次にこの発明に従い熱間加工復燐もどしすることによる
高クロムフェライト鋼の材質改善の作用は、第１図〜第
６図につき図解説明をした通りである。

（実施例） 表２に示す化学成分にて溶製した鋼片を表２に掲げた種
々の条件で熱間加工を施しさらに熱処理したのち溶接を
行ない強度、シャルピー吸収エネルギー、クリープ破断
強度および延性を調べた。

なお、特性については焼もどし後および焼もどし一溶接
−３Ｒ後の母材特性について調べた。

比較のために併記した試験ＮαＩ８．　３８．５８．　
７Ｂ。

８Ｂ及び９Ｂはそれぞれ上記のＮａｌ、　３．５．７．
８．９と同一成分、同一圧延材について、焼ならし焼も
どし処理を施した従来例または比較例を示している。

なかでもＮａＩ８．　３８．　７８．　８Ｂの従来例は
それぞれ試験Ｎαｌ〜１４の適合例に比べて溶接ＨＡＺ
部の最高強度が高く溶接性が悪いことが明らかである。

また試験ｋｌ〜１４ではクリープ破断強度、延びが優れ
ている上に、ＳＲ後の特性も殆ど変化しない。−方、Ｎ
α５８．　９Ｂの比較法は高温焼もどしあるいは高温Ｓ
Ｒを施したＮ−Ｔ材であり、ＳＲ後の溶接ＨＡＺの最高
強度は十分に低下しているもののそれに伴う母材の引張
り強さの低下が著しい。

適合例の中で、ＮｃＬ１〜７．９〜１４では圧延仕上温
度が１０５０°Ｃ以下であり、とくにクリープ破断強度
が優れてい。また、１１１１１Ｌ２〜１４は加熱温度が
１２００°Ｃ以下であり、とくにシャルピー衝撃特性の
好ましいものである。さらにＮα１〜６．８〜１４法は
仕上圧延温度が９００°Ｃ以上であり、とくにクリープ
破断延性が優れている。なお、Ｎａ１２〜１４はこの発
明の出発材として必須の成分以外の付加成分を添加した
事例の典型として掲げたが、この発明で所期した効果に
は影響しないことが明らかである。

（発明の効果） この発明によれば、高クロムフェライト鋼における溶接
部の健全性、クリープ破断強度および延性の向上により
構造物の信幀性向上が実現される。

また、高強度あるいは高延性設計により材料コスト低減
、プラントの効率向上（例えば高温高圧化）が実現され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼ならしを省略したＴＭＣＰ−Ｎ材の引張強さ
に及ぼす熱間圧延条件の影響を示すグラフ、 第２図は、ＳＲ条件による母材と溶接部における強度変
化の比較グラフ、 第３図はクリープ破断強度に及ぼすＴＭＣＰ−Ｔ工程の
効果グラフ、 第４図はクリープ破断強度に及ぼす圧延仕上温度の影響
を示す比較グラフ、 第５図はシャルピー吸収エネルギーに及ぼす圧延加熱温
度の影響を示すグラフ、 第６図はクリープ破断伸びと圧力仕上温度の関係グラフ
である。 特許出願人　　川崎製鉄株式会社 代理人弁理士　　杉　村　暁　秀 同　　弁　　理　　士　　　　杉　　　村　　　興　　
　作第２図 ＳＲ１ｇ４！＋（’ＣＸ８．４Ａ） 第３図 （ａ） 競ｇと”ｔｔ件（’Ｃｘ４ｆｒ、ＡＣ）第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．０５〜０．１５ｗｔ％、 Ｓｉ：０．５０ｗｔ％以下、 Ｍｎ：１．５ｗｔ％以下、 Ｃｒ：８．０〜１２．０ｗｔ％、 Ｎｉ：１．０ｗｔ％以下、 Ｍｏ：０．８〜１．３ｗｔ％、 Ｖ：０．０１〜０．３ｗｔ％、 Ｎｂ：０．０１〜０．３０ｗｔ％、 Ａｌ：０．２０ｗｔ％以下、 Ｎ：０．００５〜０．１０ｗｔ％ を含有する組成になる高クロムフェライト鋼を、 熱間加工後焼きもどしすることを特徴とする高クロムフ
   ェライト鋼の製造方法。