JPH01287252A

JPH01287252A - 焼結分散強化型フェライト系耐熱鋼

Info

Publication number: JPH01287252A
Application number: JP11406088A
Authority: JP
Inventors: Susumu Hirano; 平野　奨; Atsuro Iseda; 敦朗伊勢田; Hiroshi Teranishi; 寺西　洋志; Itaru Shibahara; 柴原　格; Shigeo Nomura; 茂雄野村; Motoharu Nakajima; 中嶋　元治; Yuji Enokido; 榎戸　裕二; Masayuki Fujiwara; 優行藤原; Toshio Nishida; 俊夫西田
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Nippon Steel Corp; Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
Priority date: 1988-05-11
Filing date: 1988-05-11
Publication date: 1989-11-17
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPH07823B2

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）本発明は、優れた高温強度を有し、かつ異方性も小さい
分散強化型フェライト系面４熱鋼に関する。

さらに詳細には、高速増殖炉（ＦＢＲ）用の炉心材料お
よび機器構造物またはボイラーチューブ等として有効な
焼結分散強化型フェライト系耐熱鋼に関する。

（従来の技術）フェライト系鋼はオーステナイト系鋼に比べて、熱伝導
率が高く、熱膨張係数が小さく、しかも安価であること
から高温装置材料として注目されている。またフェライ
ト系鋼は耐スエリング性（中性子１１射による体積膨張
に対する抵抗性）にも優れ、原子力用特に高速増殖炉の
炉心材料としても注目されている。

しかし、フェライト系鋼は高温強度の点で、オーステナ
イト系鋼に劣る。たとえば、ボイラ、原子力用材料とし
て米国で開発された、既存フェライ］・系鋼の中では強
度の高い鋼の一つであるＡＳ１’Ｍ八２１３−Ｔ９１（
Ｍｏｄ、９　Ｃｒ−ｌＭｏ鋼）でも、Ｃ１５０’ＣＸ　
］、Ｏ’ｌ＋クリープ破断強度は７．５　　ｋｇｆ／ｍ
ｍ２であり、１２Ｃｒ系鋼として広く使われているＤＥ
Ｎ　Ｘ２０ＣｒＭｏ會ｖ１２１の６５０°ＣＸ１０’ｈ
クリ一プ破断強度も高々６　ｋ８ｆ／ｍｍ２程度である
。そしてこれらの材料は、６００°Ｃ以下の比較的低温
での使用を目的としている。

一方、Ｙ２Ｏ，を分散さ−けたフェライト系鋼とし°ζ
は、ＩＮに０社のＭＡ９５６　、ＭＡ９５７が知られて
いるが、強度特性の異方性も大きい。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、６５０〜７５０　’Ｃでの使用を可能とする
、高温強度に優れかつ異方性も小さい、特に前述のよう
に原子力用としての使用にも通、する焼結用分散強化型
フェライｌ−系耐熱鋼を提供することである。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、フェライト系鋼の高温強度の向上のため
、従来行われてきた析出強化および固溶強化に加え、機
械的合金化法のような粉末冶金的方法を用いて微細なＹ
、０３粉末あるいはＺｒＣｈ、ＡＱ２０＊、ＭｇＯ粉末
を均−公称させたところ、マルテンサイト相を形成する
銅を基地材に選ぶことにより成形・焼結、熱処理による
異方性の減少が可能となることを知り、本発明を完成し
た。

ここで、本発明の要旨は、重量％で、Ｃ：　０．０４〜０．２％、Ｃｒ：　８％以上、１３％
未満、を含有するフェライト母相に’ｂ（ｈ、ＡＱ２０
３、Ｚｒ０ｚ、ＭｇＯの１種又は２種以上の酸化物粉末
を０．０５〜１゜５重量％の範囲で分散させて成る焼結
分散強化型フェライト系耐熱鋼である。

上記母相としては、重量％でＮｉ：０．１〜Ｉ％、Ｎ：
０．０１〜０．０８％、Ｂ　：０．００１〜０．０１％
、Ｔｉ：０．３〜２％の１種以上、さらには、Ｚｒ、　
Ｌａ、ＣｅおよびＣａがら成る群から選んだ１種以上の
元素を合計で０．０５〜０．３％、またさらに、Ｍｏ：
０．１〜２．５％および／またはＷ；０．１〜４％、そ
しテＶ　：０．１〜０．４％および／またはＮｂ：０．
０１〜０．２％を必要に応じさらに加えてもよい。

なお、本発明鋼は成形・焼結することにより製造する。

（作用）本発明においてはマルテンサイト和を形成することが重
要であるため、特にＣ，Ｃｒ量の制御が重要である。次
に合金成分の含有量を上述のように特定した理由を説明
する。なお、本明細書において特にことわりがない限り
、「％」は「重■％」である。

Ｃニオ−ステナイト安定化元素であり、マルテンサイト
組織を安定化する。さらに合金元素Ｎｂ、■、Ｃｒ等と
結合し、微細炭化物を形成してクリープ破断強度を改善
するが、０．０４％未満ではその効果が不十分で、δ−
フェライト量の増加により著しく強度と靭性を損なう。

一方、０．２％を超えると、炭化物が増加し鋼が硬化し
て、その加工性、溶接性を損なう。したがって、Ｃの適
正含有量を０．０４〜０．２％とする。

Ｓｉ：基地材粉末製造時の脱酸剤として添加するが、そ
の含有量が０．３％を超える場合は高温加熱中に脆化が
著しい。したがって、０．３％以下の含有量とするが、
好ましくはＳｉ　０．１％以下にすることにより靭性改
善効果が大きい。

Ｍｎ：基地材粉末製造時の脱酸剤として添加するほか熱
間加工性を改善し、組織を安定化するために添加するが
、１．５％を超えて添加すると硬化相を形成し、靭性、
加工性を損なう。したがって、Ｍｎの適正含有量を１．
５％以下とする。

Ｃｒ：耐食性、脱炭抵抗性を向上させるために不可欠な
元素で、８％未満では効果がない。また１３払五句％釦鰻弄ｉ場合、δ−フェライト量が増加し、強度と靭
性を損なうばかりでなく、成形後の熱処理による異方性
改善効果が減少する。したがって、Ｃｒの適正含有量を
８％以上、１３％未満とする。

ＡＱ：基地材粉末製造時の脱酸剤として添加するが、含
有量が０．０３％を越える場合、クリープ強度を損なう
。したがって、Ｍの適正含有量を０．０３％以下とする
。

Ｎｉ、　Ｎ等下記の各成分は本発明にあって母相への所
望添加成分であり、添加する場合、少なくとも１種を添
加する。

Ｎｉニオ−ステナイト安定化元素としてマルテンサイト
組織を安定にする成分である。本発明ではδ−フェライ
ト量を調整し、強度、靭性、加工性を付与するために必
要により０．１％以上含有させるが、含有量が１％を越
える場合、クリープ強度を損ない、さらに変態点が低く
なりすぎて熱処理性および加工性を損なう。したがって
、Ｎｉの適正含有量を０．１〜１％とする。

Ｎ：■、Ｎｂと結合し、窒化物を形成してクリープ強度
向上に寄与するが、その含有量が０．０１％未満では効
果がなく、０．０８％を超える場合は加工性、靭性、お
よび溶接性を低下させる。したがって、Ｎの適正含有量
を０．０１〜０．０８％とする。

Ｂ：微量添加により、炭化物を分散、安定化させ、クリ
ープ強度向上に寄与するが、その含有量が０．００１％
未満では効果がなく、一方、０．０１％を超える場合５
は加工性および溶接性を低下させる。

したがって、Ｂの適正含有量を０．００１〜０．０１％
とする。

Ｔｉ：　Ｙｚ０３粉末等酸化物分散粒子と反応してより
安定な分散粒子を形成しクリープ強度向上に寄与する。

０．３％未満では十分な効果が得られず、２％を超える
場合は、かえって強度を損なう。

したがって、Ｔｉの適正含有量を０．３〜２％とする。

Ｚｒ、Ｌａ、　Ｃｅ、　Ｃａ：　これらの元素の単独ま
たは複合微量添加は、介在物の形態制御と靭性に有害な
不純物中の１）、Ｓの清浄化作用がある。これらの元素
の総計含有量が０．０５％未満では上記効果が得られず
、また０、３％を超えると靭性および加工性に有害とな
る。したがって、０．０５〜０．３％を適正含有量とす
る。

Ｍｏ、Ｗ：　ともに固溶強化元素であり、所望により添
加し、炭化物、金属間化合物の構成元素としてクリープ
強度の向上に寄与する。どぢらも０゜１％未満では」−
記効果が得られず、一方、Ｍｏが２．５％を超える場合
、またＷが４％を超える場合は、δ−フェライト量が増
加して靭性を損なうばかりか、さらに高温中で多量の金
属間化合物が析出して脆化する。したがって、ＭＯの適
正含有量を０．１〜２．５％、Ｗの適正含有量は０．１
〜４％とする。

■：これも所望添加成分であって、Ｃ，Ｎと結合してＶ
　（Ｃ，Ｎ）の微細析出物を形成し、クリープ強度に寄
与する。０．１％未満では十分な効果が得られず、０．
４％を超える場合は、かえって強度を損なう。したがっ
て、■の適正含有量を０．１〜０．４％とする。

Ｎｂ；　これも所望添加成分であって、■同様にＣ１Ｎ
と結合してＮｂ　（Ｃ，Ｎ）の微細析出物を形成し、ク
リープ強度に寄与し、酸化物の分散性も抑制する。また
、組織を微細化し靭性を改善するのにも有効である。０
．０１％未満では効果が得られず、一方０．２％を超え
る場合には、熱処理中、未固溶析出物が多量に残存し、
クリープ強度を損なう。したがって、Ｎｂの適正含有量
を０゜０１〜０．２％とする。

Ｙ２Ｏ３粉末あるいはＺｒＯ２、八ＱｔＯｚ　、ＭｇＯ
粉末：基地材に均一分散させるごとによりクリープ強度
を強化する。平均粉末粒径が３０００人より大きいと強
度向上の効果が小さい。下限は特に制限されない力く好
ましくは、５０人である。また、これらの酸化物粉末の
総計含有量が０．０５％未満では上記効果が得られず、
また１、５％を超えると延性、靭性および加工性に有害
となる。したがって、０．０５〜１．５％を適正含有量
とする。

かかる組成の合金はいわゆる粉末冶金法によって作られ
る。

つまり、母相を構成する各粉末としては予め例えば溶解
法で得た合金を粉末化して用いこれに分散用酸化物微粉
末を配合し、均一に混合して機械的合金化を行い、次い
で適宜手段（例：熱間押出し、ＩＩＩＰ　、　ＣＩＰ等
）により成形・焼結を行う。

（実施例）本発明の効果を具体的に確認するため、第１表に示す各
種の成分をもつ鋼を供試材として８ｓ（験を行った。

第１表中、鋼Ａ−Ｆは既存のボイラ、化学工業、原子力
用フェライト鋼で、鋼Ａは５ＴＢＡ２６鋼、鋼Ｂは火力
発電用ＳＴＢ八２へ鋼、鋼Ｃは＾Ｓ１’Ｍ　−Ａ２］３
−Ｔ９２鋼、鋼りはボイラ用９Ｃｒ−２Ｍｏ−Ｖ−Ｎｂ
鋼、鋼Ｅ　Ｌ；ｉＤＩＮ−Ｘ２０ＣｒＭｏＶ１２１１１
、鋼Ｆばｌ）ＩＮ−Ｘ２０ＣｒＭｏ１すｖ１２１鋼（ｉ
ｆｆｌ称１１１゛９）である。また鋼ＧはｌＮＣ０社製
Ｍ八９５（ｉであり、Ａ〜Ｆは溶解法、Ｇは下記に示す
粉末冶金法にで製作したものである。

鋼１１〜Ｕは本発明の対象鋼であり、第４表に示す平均
粉末粒径が２００μｍ以下の元素わ〕あるいはガスアト
マイズ合金粉と酸化物粉末を目的組成に調合し、高エネ
ルギーボールミル（アトライター）中に装入し、Ａｒ雰
囲気中で攪拌して機械的合金化（ＭＡ）を行った。アト
ライターの回転数は２００〜２５０ｒｐｍ　、攪拌時間
は２４〜４８ｈで行った。得られたＭＡ粉末をステンレ
ス鋼製の筒状容器に真空封入し、１０００〜１１００°
Ｃにて８〜１５：１の押出比で熱間押出し、２０〜３０
φＸ　１０００ｍｍ長さの寸法を有する押出し棒を製作
した。

比較用の鋼■〜Ｚは、上記と同様の方法で同様の寸法に
機械的合金化を行った鋼である。

上記ｔｌｉｉＩＡ−Ｆ、■］〜ｘの全ての鋼は４ｍｍ厚
の板に鍛造・圧延した後、９５０〜・１０５０℃焼きな
らし＋７５０〜８３０′Ｃ焼きもどし熱処理を施し供試
材とした。綱ＧおよびＹ、Ｚは４ｍｍ厚の板に鍛造・圧
延した後、１０００℃の熱処理を施し供試材とした。

これらの供試材から２ｍｍ圧Ｘ６ｍｍ幅×３０ｍｍ（標
点距離）の板状引張試験片を圧延方向（Ｌ方向）および
それに垂直な方向（Ｔ方向）で採取し、常温引張試験、
６５０℃引張試験および６５０　’ｃクリープ破断試験
を行った。

その結果を第２表および第３表に示す。第２表から明ら
かなように、６５０°ＣＸ１０’ｈクリ一プ破断強度に
おいて、本発明鋼は全て８．０　　ｋｇｆ／ｍｍ２を超
え、既存の網入〜Ｆをはるかに凌ぎ、６５０’ＣＸ　１
０’ｈクリ一プ破断強度の異方性が、既存鋼Ｇに対し非
常に小さいことが明らかである。

第１図および第２図に、それぞれ代表的な鋼のクリープ
破断試験における圧延方向（Ｌ方向）およびそれに垂直
な方向（Ｔ方向）の結果を示す。

図に明瞭に示されるように、本発明鋼は、眉方性が少な
く、優れた強度を有し、かつ長時間側まで極めて安定で
ある。また本発明鋼の異方性は、Ｇ鋼に比し非常に小さ
い。

第２表（次頁につづく）（第２表つづき）第３表（第３表つづき）第４表　使用原料粉末以上に説明した如く、本発明によれば、優れた高温強度
および異方性の小さいフェライト系鋼を実現することが
できることから、高速増殖炉の炉心用構造部材等高温で
長時間使用される高強度部材として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明鋼と既存鋼の６５０℃でのクリープ破
断試験結果（Ｌ方法）をまとめて示すグラフ；および第２図は、本発明鋼と既存鋼の６５０℃でのクリープ破
断試験結果（′ｒ方向）をまとめて示すグラフである。出願人　住友金属工業株式会社　（外２名）代理人　弁
理士　広　瀬　章　−

Claims

【特許請求の範囲】重量％で、Ｃ：０．０４〜０．２％、Ｃｒ：８％以上、１３％未満
、を含有するフェライト母相にＹ＿２Ｏ＿３、Ａｌ＿２
Ｏ＿３、ＺｒＯ＿２、ＭｇＯの１種または２種以上の酸
化物粉末を０．０５〜１．５重量％の範囲で分散させて
成る焼結分散強化型フェライト系耐熱鋼。