JPH02133546A - 高温強度および溶接性に優れた高クロム合金鋼 - 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】 「発明の目的」 （産業上の利用分野） この発明は高クロム合金鋼の組成に関するもので、特に
高温強度および溶接性に優れた高クロムフェライト合金
司に係るものである。

（従来の技術） 高温用として用いられる鋼材は、凡そ５５０°Ｃを境界
として低温イＵりでは５Ｔ１３Ａ　２４１’Ａ　（２’
ＡＣｒＩＭｏ）が、高温側では５ｌＪｓ３０４！が使用
されて来たが、両者間りこは１７Ｌ能去３よび価（′Ｓ
（生産コスト）に大きな差があるため、その間隙を埋め
るものとして登場して来たのが高クロｌ、フェライト鋼
である。

その代表鋼種として、ＡＳＴＭ　　Ａ２１３　　Ｔ９１
　Ｇ　（９Ｃｒ−ＩＭｏ−Ｖ−Ｎｂ）があげられる。

然１−鋼材の温度が６００℃を超えて使用する場合には
、Ｃｒ含有量が９％では耐食性もｎ・Ｉ酸化性も不足し
てくるので、１２％Ｃｒ１１４が研究され開発されてい
る。その代表例とじては特公昭５７−３６３４１、特開
昭６２　８９８４２があげられる。然し、これらの先行
技術は、何れも６００°Ｃ以上の高温環境下でも充分な
強度が得られるように、Ｍｏ、Ｗ等の強化元素を略２．
０％も含有せしめたので、前述した５ＵＳ３０４オース
テナイト柵に比較して安価であると云う高クロムフェラ
イト鋼の特徴が若干失われていることは否めない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明者等は、先に、前述したような高クロムフェライ
ト鋼の本来の特徴を生かすべく　、Ｍｏ、　Ｗ、並びに
Ｎｂを低減せしめ、その代り低ＭｎとＮの添加■に特徴
を有する高強度で耐食、耐酸化性に優れ且つ安価な１２
Ｃｒ鋼を開発し、特許出願を行ない刊行物でも発表した
く特開昭６３−１０３０５３号、「鉄と鋼Ｊｖｏｆｆ　
１．　（１９８８）　−９２４）。

然しなから、この技術には高温構造材料として不可欠な
溶接性の解決が未完成のため、更に研究を重ね、高温度
での使用時における強度の改善、耐食、耐酸化性の向上
、低コストの他に、溶接性の向上をも目的とした高クロ
ムフェライト鋼の組成を提供することを、本願発明の目
的とするものである。

「発明の構成」 （課題を解決するための手段） 前述の目的を達成するために本発明者等は、重量％で、 Ｃ：０．０６〜０．１３％、　　Ｓｉ：０．５０％以下
、Ｍｎ：　０．０３〜０．２０％未満、Ｐ：０．０３０
％以下、Ｓ：０．０２０％以下、　　　Ｃｒ　：　１０
．　Ｏ〜１４．０％、Ｎｏ：　０．３５〜０．８５％、
　　Ｗ：０．９０％以下、Ｖ　：　０．１０〜０．３０
％、　　Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、Ａｌ　：　０．
００５〜０．０５０％、　Ｎ：０．０２０〜０．０８０
％、を含み、且つＭｏ＋％Ｗ　：　０．８０〜１．３％
を満足し、残部は鉄および不可避的な不純物よりなるこ
とを特徴とする高温強度および溶接性に優れた高クロム
合金鋼を妹に提案する。

本発明による合金鋼を使用する場合には、高温環境域に
おいて高強度が維持でき耐食、耐酸化性に優れ、安価で
更に溶接性が一段と改善されたので、適用される鋼材の
大幅な用途開発が可能となる。

（作用） 前述した多くの優れた特質を備えた本願発明の高クロム
フェライト鋼を得るためには、所定の構成元素およびそ
れら構成元素の好適な添加範囲の規制が必要である。下
記にそれ等の元素名と、数値限定の理由を記載する。

Ｃ：０．０６〜０．１３％ 高温強度と靭性を付与するのに必要である。然し、０．
０６％未満では高温強度が出す、一方０．１３％を超え
て添加すると溶接性を著しく悪化せしめるので、０．０
６〜０．１３％の範囲とする。

Ｓｉ：０．５０％以下 Ｗｉｔ酸化性、脱酸効果を期待し得る元素である。

しかし、０．５０％を超える場合には、脆化相の析出を
促進することになり、且つ高温強度を低下せしめること
となるので、０．５０％を上限とする。

Ｍｎ：　０．０３〜０．２０％未満 高温強度と溶接性を付与するのに有効な元素である。し
かし、０．０３％未満では溶接性の改善効果がなく、む
しろ製造コストを上昇せしめることになり、一方０．２
０％以上では高温強度の低下を招くので、０．０３〜０
．２０％未満の範囲とした。

Ｐ：０．０３０％以下 不可避的な不純物の１種である。０．０３０％を超える
と溶接性が損われ、且つ高温強度も低下する。

Ｓ：０．０２０％以下 Ｐ同様不可避的な不純物である。０．０２０％を超える
と熱間加工性、靭性の低下を招くことになる。

Ｃｒ：　１０．０〜１４．０％ 耐食性、耐酸化性を付与するのに有効な元素である。し
かし乍ら、１０．０％未満では６００　’ｃ以上での高
温使用に際しての耐食性、耐酸化性が不足することにな
り、一方１４．０％を超えて添加すると高温強度と靭性
が低下してくるので、１０．０〜１４．０％の範囲とし
た。

Ｍｏ：　０．３５〜０．８５％ 固溶強化および析出強化に有効な元素であるが、０．３
５％未満では高温強度が期待できず、０．８５％を超え
ての添加は脆化相の析出を促進し、且つコストの上昇を
もたらすので、０．３５〜０．８５％の範囲とする。

Ｗ：０．９０％以下 Ｍｏ同様に固溶強化、析出強化に寄与する。しかし、０
．９０％を超えての添加は脆化相の析出を促進し、且つ
コストの」二昇にもつながるので、０、９０　％を上限
とする。

Ｍｏ＋　ＶｉＷ　：　０．８０〜１．３％ＭｏとＷの複
合添加は、特に高温強度に大きな影響を与える。しかし
Ｍｏと’Ａ　Ｗの含量が０．８０％未満では高温強度が
期待できず、一方１．３％を超えての複合添加は脆化用
の析出を促進することになり、且つコストも上昇せしめ
ることになるので、０．８０〜１．３％の範囲とする。

ｖ　：　ｏ、　ｉ　ｏ〜０．３０％ 鋼中のＮと結合し、炭窒化物を形成し、高温強度の発現
に寄与する。しかし、０．１０％未満では高温強度は期
待できず、一方０．３０％を超えて添加することは、溶
接性を阻害し、且つ高温強度も低下せしめることになる
ので、０．１０〜０．３０％の範囲とする。

Ｎｂ：０．０１〜０．１０％ 前述の■と同様の働らきをする元素である。

０．０１％未満でば高温強度は期待できず、一方０．１
０％を超えて添加することは、溶接性をｔ員うことにな
ると共に、高温域で長時間使用する際に強度が低下する
ので、０．０１〜０．１０％の範囲とする。

Ａｊ！：０．００５〜０．０５０％ 脱酸剤としての効果の大きな元素であり、溶接割れ、熱
間加工割れを低減させる効果もある。高温長時間の使用
に際し、高温強度を維持するのに有効である。しかし、
０．００５％未満では溶接性、高温強度を向上せしめる
効果は期待できず、一方０、０５０％を超えると高温強
度の急激な低下を来すので、Ｏ，ＯＯ５〜０．０５０外
この範囲とした。

Ｎ　：　０．０２０〜０．０８０％ 高温強度を向上せしめるのに有効な元素である。

しかし、０．２０％未満では高温強度の向」二効果はｊ
ｌｌ待できず、一方ｏ、ｏ８ｏ％を超えて添加する場合
には靭性と強度の低下が著しいので、０．０２０〜ｏ、
　ｏ　ｓ　ｏ％の範囲とした。

総体的に云えることは、低ＭｎとＡＩ　Ｑｉ加を必須と
したことに特１′ｊ１があると云うことができる。

（実施例） 第１表に本発明鋼１８チャージ、比較鋼２１チャージの
合計３９チヤージの供試材の化学組成と、夫々のクリー
プ破断応ムと所定の付加歪を与えた場合の全割れ長さを
示す。先ず、供試材は、各チャージ５０ｋｇを直空溶解
後、１２５０℃に加熱し、１３ｍｍ厚の鋼板に熱間仕上
（圧下率９３％）を行なった。次いで、１０５０℃で３
０分焼準した後、７８０　’ｃで２時間焼戻しだ。クリ
ープ試験は、各供試材から長さ方向に試験片を採取し、
６５０　’Ｃにおいて応力を４〜５水準振らし、１０’
時間破断応力を測定したものである。

溶接性の評価は、幅１２０　ｍｍ、長さ１４０■園、厚
さ３　ａｍの板材を、各供試材から３枚切り出し、予熱
温度約１００℃にし、１５０Ａ−１５Ｖ−７ｃｍ／ｍｉ
ｎ　　（人熱約１９．３ＫＪ）の溶接条件で仮の表面を
溶融し、ビードと直角に１％の曲げを加え、この時凝固
部に発生ずるマイクロクラックを実体顕微鏡で測定し、
そのトータル長さを測定した。

この測定法は、１ランスハレスｌ−Ｌ／イン試験法と称
するもので、第４図に原理を示す。（、ｌ）は側面図を
、（ｂ）は斜視図を示すものである。第１表に記載した
クリープ試験値、溶接性の評価値からも明らかなように
、本発明の化学的〜、Ｉｌ成の高クロムロの場合には、
何れも■、６５０℃で１０４時間のクリープ破断応力が
Ｓ［ＪＳ３０４鋼の下限値に匹敵する８、　５　ｋｇｆ
／ａｍ”以上を有しており、且つ■、実用的に問題のな
いとされるトランスバレストし・１′ン試験における１
、０％付付加上下の全ＪＱれ長さが（３点平均値で）２
．０ｍｍ以下を示していることが判る。一方、供試材と
しての比較襖は、クリープ強度、もしくは溶接性の何れ
か、又はぞの双方が前述の基本的な強度および溶接性の
条件を充していないことが判る。

第１図は、第１表における全供試材の測定結果につき、
クリープＦｌｕ　ＬｔＪｉ応力とトランスパレストレイ
ン試験における１％付加歪における全割れ長さ（溶接性
）との関係を示したものであって、本発明鋼が、比較鋼
とは別異な特殊な分布（１％付加歪における全割れ長さ
２．０　ａｓ以下、クリープ破断応力８．５　ｋｇｆ／
＋ｕ”以上に集中）を示していることを表示している。

第２図はクリープ破断強度、溶接性とＭｎの添加量との
関係を示すものであり、本願発明の規定の範囲外の場合
には、少量の場合でも大量添加の場合でも機械的特性が
本発明鋼より劣ることが明示されている。

第３図はクリープ破断強度、溶接性と八ｌの添加量との
関係を示したものである。これも前回同様、本願発明で
特定する範囲の、総合評価が比較鋼より優れていること
を示している。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、本願発明の高クロム鋼は、
従来の公知の高クロムフェライト鋼に比較して、高価な
強化元素の添加量はより少ないかもしくは同量程度であ
るにも拘らず、各主要元素の適確な含有量の組合せおよ
び選択により、耐食性、耐酸化性は従来のものと同一性
能を維持、且つ高温強度ど溶接性に優れているので、ボ
イラ、化学プラント、原子力設備等の鋼材として最適で
ある。特に、Ｍｎ量とＡｌ量を適宜組合せることにより
、高温強度を向上せしめ溶接割れ感受性を低下せしめる
ことが可能であるから、用途に応じた鋼材を自在に製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼および比較鋼における破断応力とトラ
ンスパレストレイン試験、１．０％付加歪を与えた場合
における全割れ長さとの関係を示す図表、第２図はクリ
ープ破断強度、溶接性とＭｎ添加量の関係を示す図表、
第３図はクリープ破断強度、溶接性とＡ１添加量の関係
を示す図表、第・１図はトランスパレストレイン試験の
原理を示すもので（ａｌは概略側面図、ｆｂｌは斜視図
を示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で、 Ｃ：０．０６〜０．１３％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍ
   ｎ：０．０３〜０．２０％未満、Ｐ：０．０３０％以下
   、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｒ：１０．０〜１４．０％
   、Ｍｏ：０．３５〜０．８５％、Ｗ：０．９０％以下、
   Ｖ：０．１０〜０．３０％、Ｎｂ；０．０１〜０．１０
   ％Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、Ｎ：０．０２０〜
   ０．０８０％、を含み、且つＭｏ＋１／２Ｗ：０．８０
   〜１．３％を満足し、残部は鉄および不可避的な不純物
   よりなることを特徴とする高温強度および溶接性に優れ
   た高クロム合金鋼。