JPH0156137B2 - - Google Patents
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- JPH0156137B2 JPH0156137B2 JP18922581A JP18922581A JPH0156137B2 JP H0156137 B2 JPH0156137 B2 JP H0156137B2 JP 18922581 A JP18922581 A JP 18922581A JP 18922581 A JP18922581 A JP 18922581A JP H0156137 B2 JPH0156137 B2 JP H0156137B2
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Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
本発明は、高温高圧機器用鋼材料に関し、特に
本発明は、主として400〜530℃のクリープ温度域
でH2分圧50Kg／cm2以下の状態で稼動される中・
高温高圧力機器に用いられる低Mo鋼材料に関す
るものである。 火力発電などに用いられる高温高圧ボイラ、詳
しくは内部に水を入れておいて外部から燃焼熱を
伝えて加熱し、所定の圧力の蒸気を発生させるボ
イラ本体、並びにボイラ本体で発生した飽和蒸気
を飽和温度以上まで加熱して過熱蒸気とするため
の過熱器にあつては、操業効率の向上のため、例
えば温度は400〜530℃、圧力は120Kg／cm2（但し
H2分圧は50Kg／cm2以下）の如き高温高圧条件が
選ばれるが、このような条件下で使用される容器
を製作するのに用いられる鋼として、Ｃ−Mo
鋼、Mn−Mo鋼が従来使用されている。 また化学工業においては、クリープ温度域で稼
動され、かつH2分圧がクリープ温度域で50Kg／
cm2以下の機器、例えばテレフタール酸の製造設備
であつてHgを触媒とし400〜500℃で稼動される
反応容器（但し、この反応にはH2は使用されな
い）にもＣ−Mo鋼、Mn−Mo鋼が従来使用され
ている。 さらにまた石油精製においてクリープ温度域で
稼動され、あるいは稼動されることがあり、かつ
クリープ温度域でH2分圧が50Kg／cm2以下の容器
にもＣ−Mo鋼、Mn−Mo鋼が従来使用されてお
り、前記クリープ温度域で稼動される機器として
は、例えばナフサガスの脱水塔があり、クリープ
温度で稼動されることがある機器としては精製の
ための反応容器であつて通常クリープを起さない
320℃以下で稼動されるものがあるが、触媒再生
時（乾燥時）には500℃に昇温され、10〜20時間
保持される。かかる容器は10数年に亘り使用され
るため、この容器の材料の選定には再生温度、累
積再生時間を考慮しなければならず、クリープ温
度域で使用可能な高温材料を選択する必要があ
る。 以上の他一般的な塔、槽、熱交換器等の機器に
も上記Ｃ−Mo鋼、Mn−Mo鋼が用いられてお
り、水素侵食が懸念される場合はステンレス鋼に
よる機器内面被覆が施されて使用されている。 前記機器類に従来使用されているＣ−Mo鋼、
Mn−Mo鋼は、下記第１表に示す如き成分組成
よりなり、ASTM規格A204−ＢおよびA302−Ｂ
に相当する鋼である。
本発明は、主として400〜530℃のクリープ温度域
でH2分圧50Kg／cm2以下の状態で稼動される中・
高温高圧力機器に用いられる低Mo鋼材料に関す
るものである。 火力発電などに用いられる高温高圧ボイラ、詳
しくは内部に水を入れておいて外部から燃焼熱を
伝えて加熱し、所定の圧力の蒸気を発生させるボ
イラ本体、並びにボイラ本体で発生した飽和蒸気
を飽和温度以上まで加熱して過熱蒸気とするため
の過熱器にあつては、操業効率の向上のため、例
えば温度は400〜530℃、圧力は120Kg／cm2（但し
H2分圧は50Kg／cm2以下）の如き高温高圧条件が
選ばれるが、このような条件下で使用される容器
を製作するのに用いられる鋼として、Ｃ−Mo
鋼、Mn−Mo鋼が従来使用されている。 また化学工業においては、クリープ温度域で稼
動され、かつH2分圧がクリープ温度域で50Kg／
cm2以下の機器、例えばテレフタール酸の製造設備
であつてHgを触媒とし400〜500℃で稼動される
反応容器（但し、この反応にはH2は使用されな
い）にもＣ−Mo鋼、Mn−Mo鋼が従来使用され
ている。 さらにまた石油精製においてクリープ温度域で
稼動され、あるいは稼動されることがあり、かつ
クリープ温度域でH2分圧が50Kg／cm2以下の容器
にもＣ−Mo鋼、Mn−Mo鋼が従来使用されてお
り、前記クリープ温度域で稼動される機器として
は、例えばナフサガスの脱水塔があり、クリープ
温度で稼動されることがある機器としては精製の
ための反応容器であつて通常クリープを起さない
320℃以下で稼動されるものがあるが、触媒再生
時（乾燥時）には500℃に昇温され、10〜20時間
保持される。かかる容器は10数年に亘り使用され
るため、この容器の材料の選定には再生温度、累
積再生時間を考慮しなければならず、クリープ温
度域で使用可能な高温材料を選択する必要があ
る。 以上の他一般的な塔、槽、熱交換器等の機器に
も上記Ｃ−Mo鋼、Mn−Mo鋼が用いられてお
り、水素侵食が懸念される場合はステンレス鋼に
よる機器内面被覆が施されて使用されている。 前記機器類に従来使用されているＣ−Mo鋼、
Mn−Mo鋼は、下記第１表に示す如き成分組成
よりなり、ASTM規格A204−ＢおよびA302−Ｂ
に相当する鋼である。
【表】
すなわち400〜530℃のクリープ温度域で運転さ
れるボイラ等の機器にはMoを凡そ0.5％含有する
Ｃ−Mo鋼やMn−Mo鋼を使用することが広く行
われ、今日まで数十年に亘つてクリープ特性と経
済性を兼備した鋼として用いられており、これら
Mo鋼に代替されるより経済性の高い新規な鋼は
従来開発されたことはないばかりか、かかる開発
は実現が極めて困難な命題であるとしてむしろ従
来諦められて今日に至つている。 ところで、従来使用されているASTM
A204B、同A302Bおよびその相当品にあつては
下記の如き技術的あるいは経済的諸難点あるいは
欠点があつた。 (イ) Moは極めて高価な元素であり、400〜530℃
におけるクリープ特性改善のため必要な0.5％
Moの添加は経済性を著しく阻害するという欠
点があり、従つてMo量を低減させて経済性を
向上させると共に、前記従来鋼と同等のクリー
プ特性を有する鋼の開発が切望されていた。 (ロ) Ｃ−Mo鋼およびMn−Mo鋼の溶接硬化性を
示す日本溶接協会の定義するＣ当量はCeg＝Ｃ
＋Mn／６＋Si／24＋Cr／５＋Mo／４＋Ni／
40＋Ｖ／14なる式で計算すると、通常0.5％以
上となり、しばしば0.6％を超えることがある。
これはMo量が多いこと以外に近年の溶接構造
用鋼ではおよそ考えられない高いＣ含有量、多
くの場合0.22〜0.25％を含有することに影響さ
れているからである。従つて当然のこと乍ら、
溶接硬化性、溶接われ感受性は極めて高く、溶
接時に200℃以上の予熱が余儀なく施されてい
る。この予熱にはガスバーナーが用いられるわ
けで相当量のエネルギーが消費される。省エネ
ルギー時代を迎え、鋼の溶接性を改善すること
により予熱温度の低減、ひいては省エネルギー
の達成が強く望まれている。また予熱温度の低
減は、最近とみに厳しく要望される作業環境の
改善の点からも、避けて通ることのできない課
題である。 (ハ) 従来、この種プラントは高温運転されるので
あるから、プラント用材は高温特性、とくにク
リープ特性を具備することのみが重要であると
され、低温靭性については軽視、いや多くの場
合は無視されて来たと言つても過言ではない。
しかし最近になつてプラントの定期検査時にお
いて気密テストなどを安全に行うには低温靭性
がきわめて重要であることが認識されるように
なつた。前述のＣ−Mo鋼およびMn−Mo鋼に
ついては、クリープ特性を重視する点から、従
来の金属学者および当業者の多くがクリープ特
性の確保には結晶粒は粗いほどよいと考え、細
粒化元素であるAlの添加も差し控えられたた
め、上記両鋼は一般に靭性の甚だ低い材料とな
つている。結晶粒度の点ではクリープ特性と靭
性は相反する特性と言えるものであり、両者を
兼備させることはきわめて難しいとされてき
た。しかし今日ではＣ−Mo鋼の靭性の改善は
避けて通ることのできない課題とされるように
なつている。 本発明は、高温高圧機器に用いられるASTM
規格A204−ＢあるいはA304−Ｂに相当するＣ−
Mo鋼又はMn−Mo鋼の有する上述の諸種の問題
点あるいは欠点を除去、改善した高温高圧機器用
材料を提供することを目的とするものであり、特
許請求の範囲記載の鋼材料を提供することによつ
て前記目的を達成することができる。 次に本発明を詳細に説明する。 本発明者らは、前記従来のＣ−Mo鋼あるいは
Mn−Mo鋼と同等のクリープ特性を有し乍ら、
それらに比べてMo含有量が少ないことにより経
済性に優れ、さらに溶接性がより良好であり、施
工時に省エネルギー、作業環境の改善が可能であ
り、かつ靭性もより高く定期的に行われる気密テ
ストにおいても安全性の高い鋼材であつて、建設
コストが低廉で、より安全で、耐久性の長い高温
高圧機器、例えばボイラ、塔、槽、熱交換器、そ
の他の機器の製作に用いることのできる低Mo鋼
材を新規に知見した。すなわち本発明者らは高温
高圧機器用鋼材、ボイラ用鋼材にあつてはMoが
少なくとも0.5％必要であるという固定概念を打
破した低Mo鋼材を高温高圧機器用に使用するこ
とができることを新規に知見したのである。 従来クリープを起こさない400℃以下の中・常
温圧力機器用鋼材にあつては、高温特性、特に降
伏強さの向上に微量のNbやＶの析出硬化型元素、
が極めて有用であることは知られていたが、常識
的には、これらの元素はクリープ温度域での強化
には無効であると従来考えられている。しかしな
がら本発明者らはクリープ試験を行なつたところ
これらの元素がクリープ温度域での強化に効果を
発揮し、Moの代替となることを新規に知見し、
本発明に想到した。 次に本発明の鋼を以下の用途に用いた場合の挙
動について説明する。 (a) 化学工業あるいは石油精製上用いられる多く
の機器はH2を使用するか、あるいはH2が発生
することによりH2侵食を受けるが、本発明の
鋼材は耐H2侵食性は比較的低いので、400〜
530℃のクリープ温度域でH2分圧が50Kg／cm2以
下の機器に限定して用いることが必要である。
H2分圧50Kg／cm2以下でもなおH2侵食が懸念さ
れる場合にはステンレス鋼による内面被覆を行
うことは有利である。 (b) 400〜530℃のクリープ温度域で稼動される
か、あるいは稼動されることがある機器に前述
の従来のＣ−Mo鋼あるいはMn−Mo鋼に替え
て本発明の鋼を使用することが正統的な使い方
であり、かつ本発明の目的とする効果が最も良
く現われるわけであるから、クリープ温度域に
おいて稼動されるか又は稼動されることがある
機器に対して本発明鋼を使用することが有利で
ある。 (c) 高温高圧ボイラは、クリープ温度域で稼動さ
れ、またボイラ材料としてはクリープ特性に優
れた鋼材を使用する必要があり、さらに上記ボ
イラにおいてはH2侵食を全く心配しなくても
よいことから、上記(a)、(b)に記載された要件が
最も明白に満足されるばかりでなく、また建設
されるボイラ基数も比較的多い。従つて本発明
鋼をもつて高温高圧ボイラを製作することは極
めて有利である。 ところでH2侵食の心配はなくクリープ温度域
で稼動され、又は稼動されることがある機器は化
学工業あるいは石油精製工業において若干存在す
るが、かかる分野の機器にも本発明の鋼材を使用
することができる。これらの工業分野における反
応容器ではH2分圧が50Kg／cm2以下であつて従来
のＣ−Mo鋼、Mn−Mo鋼を用いる容器でも多く
の場合ステンレス鋼で内面被覆されているが、本
発明鋼を使用する容器にあつても、同様にステン
レス鋼で内面被覆することは好ましい。 次に本発明の鋼材料の成分組成を限定する理由
を説明する。 Ｃは鋼の強度を高め、高温強度、特にクリープ
強さの向上に寄与する元素であるが、Ｃは0.02％
より少ないと構造用鋼として要請される強度が得
られず、一方0.20％以上であるとクリープ強さは
向上するが溶接硬化性、溶接われ感受性が過大と
なるので、Ｃは0.02〜0.20％未満の範囲内にする
必要がある。 Siは製鋼上必要であり、また強度向上ならびに
耐酸化性に寄与する元素であるが、0.02％より少
ないと溶接熱影響部の靭性の点では好ましいが、
製鋼上不利であり、一方0.80％より多いと母材の
靭性を損うのでSiは0.02〜0.80％の範囲内にする
必要がある。 Mnは母材に延性と強度を与えるのに寄与する
元素であるが、0.6％より少ないと必要な延性と
強度が得られず、一方2.00％を超えると溶接硬化
性が著しく上昇するので、Mnは0.6〜2.00％の範
囲内にする必要がある。 Moは典型的な析出硬化型元素であり、焼なら
し材においては溶接後の応力除去焼鈍時に、ある
いは焼ならし焼もどし材においては焼もどし時
に、強度上昇に最も寄与する元素である。Moが
0.11％より少ないと400〜530℃のクリープ温度域
での高温強度、特にクリープ強さの確保ができ
ず、一方0.4％より多いとクリープ特性は向上す
るが、高価となるだけでなく溶接硬化性が上昇し
て不利となるのでMoは0.11〜0.4％の範囲内にす
る必要がある。しかして本発明鋼にあつては、後
述するNb、Ｖの何れか少なくとも１種とMoとが
それぞれ所定範囲内で共存含有される場合のみ
ASTM A204−Ｂ（Ｃ−Mo鋼）あるいはASTM
A302−Ｂ（Mn−Mo鋼）と同様のクリープ特性を
得ることができる。 Alは結晶粒を細粒化し、靭性を向上させるの
に寄与する元素であるが、0.01％より少ないと必
要な靭性が得られず、一方0.1％より多くても靭
性の格別の向上はなく飽和するのでAlは0.01〜
0.1％の範囲内にする必要がある。 Nb、Ｖは析出硬化型元素であり、強度の上昇、
特にMoとの共存によりクリープ強度の上昇にも
効果を発揮するが、Nb、Ｖの何れか少なくとも
１種が0.005％より少ないと必要なクリープ強度
が得られず、一方0.07％を超えるとクリープ強度
は必要値より大きく向上するが、溶接後の応力焼
鈍時の再熱われ感受性が高まるので、Nb、Ｖの
何れか少なくとも１種はそれぞれ0.005〜0.07％
の範囲内にする必要がある。なお、Nbおよびま
たはＶの何れか少なくとも１種それぞれが上記含
有量範囲内であり、かつMo0.11〜0.4％が共存す
るときにはクリープ特性の点でMoだけを0.5％含
有した鋼と同等であることが本発明の鋼の大きな
特徴であるわけである。 本発明の鋼において、通常の製鋼工程により含
有される程度の不可避的不純物含有量は差支えが
なく、その含有量の一般的限度として、Ｐ、Ｓ
は、溶接部の高温われ感受性を高くするという不
利があるため、それぞれ0.025％以下にすること
が好ましい。 次に本発明鋼材製造の際の熱処理について説明
すると、組織の均質化と細粒化による靭性の向上
を計るために焼ならし処理を施し、多くの場合さ
らにMo、Nb、Ｖ等の析出硬化、焼ならし時に形
成された硬化組織の軟化を計つて焼もどし処理を
施すことが必要である。上記焼ならし処理には焼
ならし加熱温度から空気中で放冷する操作のほ
か、水等を用いて強制冷却する操作も含まれるも
のとする。 次に本発明鋼材を用いた機器が安全に使用され
る限定条件について説明する。 本発明鋼を用いた機器は400〜530℃のクリープ
温度域内で稼動され、又は稼動されることがある
ものである必要があり、このような条件下で使用
される場合に、従来鋼をもつて製作された機器に
比べ経済性、溶接性、靭性等の面で有利であるこ
とが新規に判り、一方400℃より低い温度で使用
される機器を本発明鋼をもつて製作しても上記諸
特性上の効果は少なく、かつ従来鋼を使用した機
器に比し進歩しかつ有用な効果が奏せられるとも
言い得ず、一方530℃より高い温度で使用される
機器に本発明鋼を使用するとクリープ強さの点で
問題が生起する。 また本発明鋼をもつて製作された機器にあつ
て、H2分圧が50Kg／cm2を超えると水素侵食が著
しく、たとえステンレス鋼をもつて機器の内面を
被覆しても使用に耐えないので、H2分圧が50
Kg／cm2以下の機器に本発明鋼材を使用する必要が
ある。 次に本発明鋼材の性質を実験データについて説
明する。 第２表に示す発明鋼材Ａ、Ｂ、Ｆ、従来鋼材
Ｃ、Ｄおよび比較鋼材Ｅ（所謂合金元素を含有し
ない炭素鋼材）のそれぞれの試験材について常温
引張特性、衝撃靭性、溶接われ感受性を調べた結
果を第３表に、またクリープ強さを調べた結果を
図に示す。
れるボイラ等の機器にはMoを凡そ0.5％含有する
Ｃ−Mo鋼やMn−Mo鋼を使用することが広く行
われ、今日まで数十年に亘つてクリープ特性と経
済性を兼備した鋼として用いられており、これら
Mo鋼に代替されるより経済性の高い新規な鋼は
従来開発されたことはないばかりか、かかる開発
は実現が極めて困難な命題であるとしてむしろ従
来諦められて今日に至つている。 ところで、従来使用されているASTM
A204B、同A302Bおよびその相当品にあつては
下記の如き技術的あるいは経済的諸難点あるいは
欠点があつた。 (イ) Moは極めて高価な元素であり、400〜530℃
におけるクリープ特性改善のため必要な0.5％
Moの添加は経済性を著しく阻害するという欠
点があり、従つてMo量を低減させて経済性を
向上させると共に、前記従来鋼と同等のクリー
プ特性を有する鋼の開発が切望されていた。 (ロ) Ｃ−Mo鋼およびMn−Mo鋼の溶接硬化性を
示す日本溶接協会の定義するＣ当量はCeg＝Ｃ
＋Mn／６＋Si／24＋Cr／５＋Mo／４＋Ni／
40＋Ｖ／14なる式で計算すると、通常0.5％以
上となり、しばしば0.6％を超えることがある。
これはMo量が多いこと以外に近年の溶接構造
用鋼ではおよそ考えられない高いＣ含有量、多
くの場合0.22〜0.25％を含有することに影響さ
れているからである。従つて当然のこと乍ら、
溶接硬化性、溶接われ感受性は極めて高く、溶
接時に200℃以上の予熱が余儀なく施されてい
る。この予熱にはガスバーナーが用いられるわ
けで相当量のエネルギーが消費される。省エネ
ルギー時代を迎え、鋼の溶接性を改善すること
により予熱温度の低減、ひいては省エネルギー
の達成が強く望まれている。また予熱温度の低
減は、最近とみに厳しく要望される作業環境の
改善の点からも、避けて通ることのできない課
題である。 (ハ) 従来、この種プラントは高温運転されるので
あるから、プラント用材は高温特性、とくにク
リープ特性を具備することのみが重要であると
され、低温靭性については軽視、いや多くの場
合は無視されて来たと言つても過言ではない。
しかし最近になつてプラントの定期検査時にお
いて気密テストなどを安全に行うには低温靭性
がきわめて重要であることが認識されるように
なつた。前述のＣ−Mo鋼およびMn−Mo鋼に
ついては、クリープ特性を重視する点から、従
来の金属学者および当業者の多くがクリープ特
性の確保には結晶粒は粗いほどよいと考え、細
粒化元素であるAlの添加も差し控えられたた
め、上記両鋼は一般に靭性の甚だ低い材料とな
つている。結晶粒度の点ではクリープ特性と靭
性は相反する特性と言えるものであり、両者を
兼備させることはきわめて難しいとされてき
た。しかし今日ではＣ−Mo鋼の靭性の改善は
避けて通ることのできない課題とされるように
なつている。 本発明は、高温高圧機器に用いられるASTM
規格A204−ＢあるいはA304−Ｂに相当するＣ−
Mo鋼又はMn−Mo鋼の有する上述の諸種の問題
点あるいは欠点を除去、改善した高温高圧機器用
材料を提供することを目的とするものであり、特
許請求の範囲記載の鋼材料を提供することによつ
て前記目的を達成することができる。 次に本発明を詳細に説明する。 本発明者らは、前記従来のＣ−Mo鋼あるいは
Mn−Mo鋼と同等のクリープ特性を有し乍ら、
それらに比べてMo含有量が少ないことにより経
済性に優れ、さらに溶接性がより良好であり、施
工時に省エネルギー、作業環境の改善が可能であ
り、かつ靭性もより高く定期的に行われる気密テ
ストにおいても安全性の高い鋼材であつて、建設
コストが低廉で、より安全で、耐久性の長い高温
高圧機器、例えばボイラ、塔、槽、熱交換器、そ
の他の機器の製作に用いることのできる低Mo鋼
材を新規に知見した。すなわち本発明者らは高温
高圧機器用鋼材、ボイラ用鋼材にあつてはMoが
少なくとも0.5％必要であるという固定概念を打
破した低Mo鋼材を高温高圧機器用に使用するこ
とができることを新規に知見したのである。 従来クリープを起こさない400℃以下の中・常
温圧力機器用鋼材にあつては、高温特性、特に降
伏強さの向上に微量のNbやＶの析出硬化型元素、
が極めて有用であることは知られていたが、常識
的には、これらの元素はクリープ温度域での強化
には無効であると従来考えられている。しかしな
がら本発明者らはクリープ試験を行なつたところ
これらの元素がクリープ温度域での強化に効果を
発揮し、Moの代替となることを新規に知見し、
本発明に想到した。 次に本発明の鋼を以下の用途に用いた場合の挙
動について説明する。 (a) 化学工業あるいは石油精製上用いられる多く
の機器はH2を使用するか、あるいはH2が発生
することによりH2侵食を受けるが、本発明の
鋼材は耐H2侵食性は比較的低いので、400〜
530℃のクリープ温度域でH2分圧が50Kg／cm2以
下の機器に限定して用いることが必要である。
H2分圧50Kg／cm2以下でもなおH2侵食が懸念さ
れる場合にはステンレス鋼による内面被覆を行
うことは有利である。 (b) 400〜530℃のクリープ温度域で稼動される
か、あるいは稼動されることがある機器に前述
の従来のＣ−Mo鋼あるいはMn−Mo鋼に替え
て本発明の鋼を使用することが正統的な使い方
であり、かつ本発明の目的とする効果が最も良
く現われるわけであるから、クリープ温度域に
おいて稼動されるか又は稼動されることがある
機器に対して本発明鋼を使用することが有利で
ある。 (c) 高温高圧ボイラは、クリープ温度域で稼動さ
れ、またボイラ材料としてはクリープ特性に優
れた鋼材を使用する必要があり、さらに上記ボ
イラにおいてはH2侵食を全く心配しなくても
よいことから、上記(a)、(b)に記載された要件が
最も明白に満足されるばかりでなく、また建設
されるボイラ基数も比較的多い。従つて本発明
鋼をもつて高温高圧ボイラを製作することは極
めて有利である。 ところでH2侵食の心配はなくクリープ温度域
で稼動され、又は稼動されることがある機器は化
学工業あるいは石油精製工業において若干存在す
るが、かかる分野の機器にも本発明の鋼材を使用
することができる。これらの工業分野における反
応容器ではH2分圧が50Kg／cm2以下であつて従来
のＣ−Mo鋼、Mn−Mo鋼を用いる容器でも多く
の場合ステンレス鋼で内面被覆されているが、本
発明鋼を使用する容器にあつても、同様にステン
レス鋼で内面被覆することは好ましい。 次に本発明の鋼材料の成分組成を限定する理由
を説明する。 Ｃは鋼の強度を高め、高温強度、特にクリープ
強さの向上に寄与する元素であるが、Ｃは0.02％
より少ないと構造用鋼として要請される強度が得
られず、一方0.20％以上であるとクリープ強さは
向上するが溶接硬化性、溶接われ感受性が過大と
なるので、Ｃは0.02〜0.20％未満の範囲内にする
必要がある。 Siは製鋼上必要であり、また強度向上ならびに
耐酸化性に寄与する元素であるが、0.02％より少
ないと溶接熱影響部の靭性の点では好ましいが、
製鋼上不利であり、一方0.80％より多いと母材の
靭性を損うのでSiは0.02〜0.80％の範囲内にする
必要がある。 Mnは母材に延性と強度を与えるのに寄与する
元素であるが、0.6％より少ないと必要な延性と
強度が得られず、一方2.00％を超えると溶接硬化
性が著しく上昇するので、Mnは0.6〜2.00％の範
囲内にする必要がある。 Moは典型的な析出硬化型元素であり、焼なら
し材においては溶接後の応力除去焼鈍時に、ある
いは焼ならし焼もどし材においては焼もどし時
に、強度上昇に最も寄与する元素である。Moが
0.11％より少ないと400〜530℃のクリープ温度域
での高温強度、特にクリープ強さの確保ができ
ず、一方0.4％より多いとクリープ特性は向上す
るが、高価となるだけでなく溶接硬化性が上昇し
て不利となるのでMoは0.11〜0.4％の範囲内にす
る必要がある。しかして本発明鋼にあつては、後
述するNb、Ｖの何れか少なくとも１種とMoとが
それぞれ所定範囲内で共存含有される場合のみ
ASTM A204−Ｂ（Ｃ−Mo鋼）あるいはASTM
A302−Ｂ（Mn−Mo鋼）と同様のクリープ特性を
得ることができる。 Alは結晶粒を細粒化し、靭性を向上させるの
に寄与する元素であるが、0.01％より少ないと必
要な靭性が得られず、一方0.1％より多くても靭
性の格別の向上はなく飽和するのでAlは0.01〜
0.1％の範囲内にする必要がある。 Nb、Ｖは析出硬化型元素であり、強度の上昇、
特にMoとの共存によりクリープ強度の上昇にも
効果を発揮するが、Nb、Ｖの何れか少なくとも
１種が0.005％より少ないと必要なクリープ強度
が得られず、一方0.07％を超えるとクリープ強度
は必要値より大きく向上するが、溶接後の応力焼
鈍時の再熱われ感受性が高まるので、Nb、Ｖの
何れか少なくとも１種はそれぞれ0.005〜0.07％
の範囲内にする必要がある。なお、Nbおよびま
たはＶの何れか少なくとも１種それぞれが上記含
有量範囲内であり、かつMo0.11〜0.4％が共存す
るときにはクリープ特性の点でMoだけを0.5％含
有した鋼と同等であることが本発明の鋼の大きな
特徴であるわけである。 本発明の鋼において、通常の製鋼工程により含
有される程度の不可避的不純物含有量は差支えが
なく、その含有量の一般的限度として、Ｐ、Ｓ
は、溶接部の高温われ感受性を高くするという不
利があるため、それぞれ0.025％以下にすること
が好ましい。 次に本発明鋼材製造の際の熱処理について説明
すると、組織の均質化と細粒化による靭性の向上
を計るために焼ならし処理を施し、多くの場合さ
らにMo、Nb、Ｖ等の析出硬化、焼ならし時に形
成された硬化組織の軟化を計つて焼もどし処理を
施すことが必要である。上記焼ならし処理には焼
ならし加熱温度から空気中で放冷する操作のほ
か、水等を用いて強制冷却する操作も含まれるも
のとする。 次に本発明鋼材を用いた機器が安全に使用され
る限定条件について説明する。 本発明鋼を用いた機器は400〜530℃のクリープ
温度域内で稼動され、又は稼動されることがある
ものである必要があり、このような条件下で使用
される場合に、従来鋼をもつて製作された機器に
比べ経済性、溶接性、靭性等の面で有利であるこ
とが新規に判り、一方400℃より低い温度で使用
される機器を本発明鋼をもつて製作しても上記諸
特性上の効果は少なく、かつ従来鋼を使用した機
器に比し進歩しかつ有用な効果が奏せられるとも
言い得ず、一方530℃より高い温度で使用される
機器に本発明鋼を使用するとクリープ強さの点で
問題が生起する。 また本発明鋼をもつて製作された機器にあつ
て、H2分圧が50Kg／cm2を超えると水素侵食が著
しく、たとえステンレス鋼をもつて機器の内面を
被覆しても使用に耐えないので、H2分圧が50
Kg／cm2以下の機器に本発明鋼材を使用する必要が
ある。 次に本発明鋼材の性質を実験データについて説
明する。 第２表に示す発明鋼材Ａ、Ｂ、Ｆ、従来鋼材
Ｃ、Ｄおよび比較鋼材Ｅ（所謂合金元素を含有し
ない炭素鋼材）のそれぞれの試験材について常温
引張特性、衝撃靭性、溶接われ感受性を調べた結
果を第３表に、またクリープ強さを調べた結果を
図に示す。
【表】
【表】
【表】
同表より発明鋼材の靭性、溶接性は従来鋼材よ
り優れ、定期検査時の気密テストにおける安全性
溶接時の予熱温度低減による省エネルギーの点で
有利であることが判る。 図における横軸はクリープ試験条件を試験温度
Tc（〓）と破断時間tc（ｈ）を用い、Tc（20＋
logtc）で表わしたもので、ラーソン・ミラーパ
ラメーターと呼称されている。同図には試験材の
成績と共に、ASTM A204−Ｂ、A302−Ｂにつ
いてASME Ｂ＆P.V.Code、sec.、Div.1に示
される種々の温度における最大許容応力の3/2倍
（安全率）の応力が、各温度における105h破断応
力と対比するためにTc（20＋log105）のところに
プロツトし連続線を構成している。最大許容応力
σmax.で設計する場合、数多くの試験の平均値が
σmax.の3/2倍の応力を、最低値が5/4倍の応力
（図においては省略）を超えていることが好まし
いとされている。 同図より、経済性、溶接性ならびに靭性を兼ね
具えている本発明鋼材Ａ、Ｂ、Ｆは、ASTM
A204−Ｂ、A302−Ｂ鋼材を使用する時のASME
のクリープ強さに関する設計基準を上廻わる良好
なクリープ特性を示しており、この点従来鋼材
Ｃ、Ｄの代替として本発明鋼材Ａ、Ｂ、Ｆを使用
することは可能であり、また本発明鋼材Ａ、Ｂ、
Ｆは比較鋼材Ｅに比べ格段に優れた特性を有する
ことが判る。 以上本発明鋼材を従来のASTM A204−Ｂ、
A302−Ｂ相当鋼材に替えて主として400〜530℃
のクリープ温度域で稼動される中・高温高圧力機
器に有利に使用することができることが判つた。
り優れ、定期検査時の気密テストにおける安全性
溶接時の予熱温度低減による省エネルギーの点で
有利であることが判る。 図における横軸はクリープ試験条件を試験温度
Tc（〓）と破断時間tc（ｈ）を用い、Tc（20＋
logtc）で表わしたもので、ラーソン・ミラーパ
ラメーターと呼称されている。同図には試験材の
成績と共に、ASTM A204−Ｂ、A302−Ｂにつ
いてASME Ｂ＆P.V.Code、sec.、Div.1に示
される種々の温度における最大許容応力の3/2倍
（安全率）の応力が、各温度における105h破断応
力と対比するためにTc（20＋log105）のところに
プロツトし連続線を構成している。最大許容応力
σmax.で設計する場合、数多くの試験の平均値が
σmax.の3/2倍の応力を、最低値が5/4倍の応力
（図においては省略）を超えていることが好まし
いとされている。 同図より、経済性、溶接性ならびに靭性を兼ね
具えている本発明鋼材Ａ、Ｂ、Ｆは、ASTM
A204−Ｂ、A302−Ｂ鋼材を使用する時のASME
のクリープ強さに関する設計基準を上廻わる良好
なクリープ特性を示しており、この点従来鋼材
Ｃ、Ｄの代替として本発明鋼材Ａ、Ｂ、Ｆを使用
することは可能であり、また本発明鋼材Ａ、Ｂ、
Ｆは比較鋼材Ｅに比べ格段に優れた特性を有する
ことが判る。 以上本発明鋼材を従来のASTM A204−Ｂ、
A302−Ｂ相当鋼材に替えて主として400〜530℃
のクリープ温度域で稼動される中・高温高圧力機
器に有利に使用することができることが判つた。
図は、本発明鋼材、従来鋼材、A204−Ｂ鋼材、
A302−Ｂ鋼材、比較鋼材のラーソン・ミラーパ
ラメーターとクリープ破断応力との関係を示す図
である。
A302−Ｂ鋼材、比較鋼材のラーソン・ミラーパ
ラメーターとクリープ破断応力との関係を示す図
である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ C0.02〜0.20％未満、Si0.02〜0.80％、Mn0.6
〜2.00％、Mo0.11〜0.4％、Al0.01〜0.1％を含み、
かつNb0.005〜0.07％、V0.005〜0.07％の何れか
少なくとも１種を含み、残部実質的にFeよりな
り、焼ならし、焼ならし焼もどしの何れかの熱処
理が施されてなり、400〜530℃のクリープ温度域
でH2分圧は50Kg／cm2以下の状態で稼動され、又
は稼動されることのある機器に用いる高温高圧機
器用鋼材料。 ２ 前記機器はボイラ、塔、槽、熱交換器等であ
る特許請求の範囲第１項に記載の鋼材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18922581A JPS5891151A (ja) | 1981-11-27 | 1981-11-27 | 高温高圧機器用鋼材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18922581A JPS5891151A (ja) | 1981-11-27 | 1981-11-27 | 高温高圧機器用鋼材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5891151A JPS5891151A (ja) | 1983-05-31 |
| JPH0156137B2 true JPH0156137B2 (ja) | 1989-11-29 |
Family
ID=16237668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18922581A Granted JPS5891151A (ja) | 1981-11-27 | 1981-11-27 | 高温高圧機器用鋼材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5891151A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2538905B2 (ja) * | 1987-03-06 | 1996-10-02 | 川崎製鉄株式会社 | 高温強度・靭性に優れた遠心鋳造金型用鋼材 |
| JP2948231B2 (ja) * | 1989-03-29 | 1999-09-13 | 川崎製鉄株式会社 | 建築構造物用耐火鋼材 |
-
1981
- 1981-11-27 JP JP18922581A patent/JPS5891151A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5891151A (ja) | 1983-05-31 |
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