JPH0364428A

JPH0364428A - 高強度低合金耐熱鋼

Info

Publication number: JPH0364428A
Application number: JP19693689A
Authority: JP
Inventors: Fujimitsu Masuyama; 不二光増山; Fumio Mitsuura; 満浦　不三男
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-07-31
Filing date: 1989-07-31
Publication date: 1991-03-19
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JP2716807B2

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〕本発明は高強度低合金耐熱鋼に関し、例えば発電用ボイ
ラーや化学プラントの熱交換器、配管等の鋼管相、高温
耐圧バルブ等の鋳鍛鋼品、高温で使用される吊金具、支
持材等の丸鋼、形鋼、鋼板等に適用される高強度低合金
耐熱鋼にに関する。

〔従来の技術〕

従来、耐熱鋼としてはオーステナイト系ステンレス鋼、
９Ｃｒ鋼、１２Ｃ「鋼、１〜２＋Ａ（′、「鋼及び１．
０％未満のＣｒを含有する低合金鋼等がある３、〔発明
が解決しようとする課題〕上記の従来の耐熱鋼の場合、約６００ｔまでの高温で使
用することを条件とするど次のような問題点がある。

１）　オーステナイト系ステンレス鋼：高調強度、靭性
、加工性は良好であるが、使用Ｒ境によっては応力腐食
割れ、粒界腐食が生じる欠点がある。また、林料価格が
高い。

２）９Ｃｒ鋼及び１２Ｃｒ鋼二種々の鋼種があるが、５
ＴＢＡ２６　（９Ｃｒ−１，Ｍｏ鋼）やＤＩＮ規格Ｘ２
０ＣｒＭｏＶ　１２１　　（１２Ｃｒ−ＩＭｏ−Ｖ鋼）
はＣ量が約０．１３〜０．２５　ｗｔ％と高いために、
溶接割れが発生しやすく、また加ユ性が劣る。

最近開発された低Ｃ系で、■及びＮｂを添加した９Ｃｒ
鋼及び１２Ｃｒ鋼は上記の高Ｃ系の鋼種に比べ、溶接性
及び高温強度とも改善されているが、２′／４Ｃｒ−Ｉ
Ｍｏ鋼などの低合金鋼に比べ、゛熱伝導率が低く、今般
に溶接作業性が劣る。

：１）　　１〜２　′ＡＣｒ鋼：この鋼は約６００　ｔ
−；Ｊ二で使用できる耐酸化性があり、ＳＴＢ△２６を
含めた低合金鋼の中では最も高温強度が優れ、溶接性及
び加工性が長杆がある。しかし、最近開発された高強度
の９Ｃｒ鋼及び１２Ｃｒ鋼やオーステナイト系ステンレ
ス鋼に比べ、高温強度が劣るため、木調を使用する場合
、６００℃付近の設計温度では極厚となり、配管等の大
径管では大きな熱応力が発生ずることになる。

４）１．０％未満のＣｒを含有する低合金鋼：１〜２ｙ
４Ｃｒ鋼に比べて高温強度が低く、銅酸化性が劣るため
、使用限界温度が低い欠点がある。

本発明は、」１記のような従来鋼種の欠点をなくし、約
６００℃までの温度域で使用される安価な高強度鋼で、
基本的には従来の１〜２ＺＣｒ鋼の高温強度を大幅に改
美し、約６（）Ｏ″′Ｃまでオーステナイト系ステンレ
ス鋼及び高強度ＤＣｒ鋼や］２Ｃｒ鋼に代えて使用でき
る高強度似合で１）耐熱鋼を提供しようとするらのであ
る。また、１〜２＋Ａ、Ｃｒ系鋼で本発明鋼と同様にＭ
Ｏ，Ｗ、　　＼ｌＮｂを含む場合にも高温強度の大幅な
改善が可能であるが、ＭＯ及びＷの添加量によっては長
時間側のクリープ破断強度が十分ではないことがある。

従って、本発明では特に、長時間側（１０１ｈ以」二）
のクリープ破断強度が安定して高く、６００℃で１０’
ｈクリ一プ破断強度が１３ｋｇｆ／ｍｍ２以」二の鋼を
提供することを目標とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は重量％でＣ：０．０３〜０．１２％、Ｓｉく１
％、Ｍｎ：０．２〜１％、Ｐ−’０．０３％、８く０．
０３％、Ｎｉ＜０．８％、Ｃ「・０７〜３％、Ｍｏ・０
３〜０．７％、Ｗ　：　０．６〜２．４％、Ｖ：０．０
５〜０．３５％、Ｎｈ：０．０］〜０．１２％、Ｎ：［
］、（ｌ］〜０．０５％を含み、残部Ｆｅ及び不可避の
不純物からなり、かつＭｏどＷの含有量に対し−１１，
８％≦Ｍｏ十Ｗ／２　＜　１．５％を満足してなること
を特°徴とする高強度耐熱鋼である。

本発明鋼の金属組織はフェライト＋ベーナイトあるいは
フェライト」−パーライトであり、通′１：：τの１〜
２ＺＣｒ鋼に比ベフエライトの量が多い。

このフェライト相内には微細なＶＮｉ析出物が生成する
。

また、本発明鋼における成分範囲の限定理由は次の通り
である。

１）ＣはＣｒ、　Ｍｏ、　Ｗ、、Ｖ、　Ｎｂとともに炭
化物を形Ｊ戊し、クリープ強度を上昇させる。しかし、
０、１２　ｗｔ％を越えると溶接割れが生じやすく、ま
た、却ってクリープ強度を低下させることになる。一方
、クリープ強度上昇のためには、０、０３　ｗｔ％以上
が必要であり、これを下廻るとクリープ強度が低下する
。従って０．０３〜０．１２ｗｔ％とした。好ましくは
０．０５〜０．０９ｗｔ％である。

２）　　Ｓｉは脱酸剤として用いられ、強度上昇、銅酸
化性向」二に寄与するが、１ｗｔ％を越えて添加すると
靭性が低下し、クリープ延性を低下させるので、１ｗｔ
％以下とした。好ましくは０、２　ｗｔ％以下である。

３）　　ＭｎはＳｌと同様に脱酸剤としての効果を有し
、焼入れ性を向上させるが、（１，２ｗｊ％未７！ｉで
はその効果が少なく、また、ｌｒ１％を越えて添加する
と脆化しやすいので、０．２〜１ｗｔ％とした。好まし
くは０．４〜Ｑ、　５　ｗｔ％である。

４）　　Ｐ及びＳは不純物元素として靭性を低下させ、
機械的性質を劣化させるので、ともに０．０３ｗｔ％以
下とした。好ましくはＰは０．０１ｗｔ％以下、Ｓは０
．００５ｗｔ％である。

５）Ｎ１は焼入れ性を向」ニさせ、靭性を改善する元素
であるが、０．８　ｒｔ％を越えて添加すると硬化性が
大きくなり、溶接性が低下すると同時にクリープ破断強
度を低下させるので、０、８　ｗｔ％以下とした。好ま
しくは０．４ｗ１％以下である。

６）　　Ｃｒは耐酸化性を高め、通性な量であれば炭化
物形成元素としてクリープ破断強度をＮｏｌｌめるが、
添加量が多くなると熱伝導率が小さくなるとともに却っ
てクリープ破断強度を低下させる１、また、０．７　ｗ
ｔ％を下廻る；７ｊ−（＋は耐酸化性の面から約６００
℃まで使用することは困難になり、クリープ破断強度も
低下する。

そこで、下限を０７９＋１％、上限を３ｗｔ％とした０
、但し、奸ましくは０．９〜２．４　ｗ１％で゛ある。

？）　　Ｍｏは母地に固溶するととらに炭化物等の析出
物を形成してクリープ破断強度を高めるが、０、３　ｗ
ｔ％未満では不十分であり、後述のＷと組み合せて添加
する場合、０．７　ｗｔ％を越えて添加してもその効果
は飽和し、逆に長時間側のクリープ破断強度が低下する
。従ってＭｏの添加量は０．３〜０．７　ｗｔ％とした
が、Ｗとともに次式を満足する場合に最も安定した高い
クリープ破断強度が得られる。

０、８ｗｔ％＜　Ｍｏ＋　（Ｗ／２）≦１．５ｗｔ％１
１）　　ＷはＭｏと同様に母地に固溶してクリープ破断
強度を高めるが、Ｍｏを０．３〜０．７　ｗｔ％とした
場合、０．６ｗｔ％未満ではその効果は十分ではなく、
また２、　４　ｗｔ％を越えて添加した場合、熱間加工
性を阻害し、靭性が低下する１、ずなわち、ＷはＭｏと
ともに次式を満足する場合に最も安定した高いクリープ
破断強度が得られる。

０、８ｗｔ％＜　Ｍｏ＋　Ｉｌｌ／２＝　１．５ｗｔ％
９）■は炭化物を生成するとともにＮと化合してＶＮが
フェライト地中に析出し、クリープ破断強度を著しく高
める効果がある。その効果は０．０５　ｗｔ％以上で現
われ、０．３５　ｗ１％を越えると溶接割れ感受性を高
め、溶接性が劣化する。従って、０．０５〜０．３５ｗ
ｔ％とした。

好ましくは０．１５〜３ｗｔ％である。

１．０）　Ｎｂは炭窒化物を生威し、短時間側のクリー
プ破断強度を高め、■との複合添加によって、炭窒化物
を微細に、また長杆な分散状態で析出させる効果があり
、その効果は（］、０］ｗｔ％以」二で現われる。また
、０．１２ｗｔ％を越えて添加してもその効果は飽和し
、却って長時間側のクリープ破断強度を低下させる原因
となる。また、多量添加した場合には溶接性を低下させ
る。従って０．０１〜０．１２　ｗｔ％を成分純量とし
た３、好」二しくは０．０１〜０．０５ｗｔ％である。

１１）ＮはＣの代替元素としての役割りを果すとともに
、■及びＮｂなどと窒化物あるいは炭窒化物を形成し、
クリープ破断強度を著しく」−昇させる。その効果は０
．０１ｗｔ％未満では不十分であり、０．０５　ｗｔ％
を越えて添加すると焼入れ硬化性が高くなり、溶接性を
阻害するので、範囲を０．０１〜０．０５ｗｔ％どした
。好ましくは０．０１〜０．０３ｗｔ％である。

〔作　用〕

本発明において重要な点は長時間側のクリープ破断強度
を高めるためにＭｏ及びＷ添加量について最適化を図っ
たことである。すなわち、Ｍ。

及びＷの添加量はそれぞれ０．３〜０．７　ｗｔ％及び
０、６〜２．４　ｗｔ％であり、かつ、０．８　ｗｔ％
≦Ｍｏ＋Ｗ／２　＜１．５　ｗｔ％を満足する必要があ
る。これを図示すると、第１図のようになり、適性なＭ
ｏとＷの領域がある。

従来、ＭｏとＷを複合して添加する場合、和剤的にＭ［
］添加量を多くし、Ｗ添加量はＭｏと両爪以下と少なく
していたが、この場合固溶強度が十分でなく、特に長時
間側のクリープ破断強度が分ではなかった。これに幻し
−Ｃ１Ｃ３Ｉす１のようにＷ添加量をＭｏに刻して相対
的に多くした場合、固溶強化が一層強まるとともに炭窒
化物の析出形態に影響を与え、長時間のクリープ破断強
度の安定化に寄与する。

〔実施例〕

下記表に示す供与材を住処した。その化学＋＋、ｌＵ分
は次の通りである。

０また、供試第１は人気中高周波溶解炉により各々５０ｋ
ｇ溶製した後、９５０〜１　］　Ｏｆｌ　ｔの範囲で熱
間鍛造し、断面が４０Ｘ２０ｍｍの棒に仕１−げた。

熱処理は１０５０℃ＡＣ＋７５０℃ＡＣとし、試験片は
」二記棒状素材より鍛造方向に平行に採取し、６００℃
でクリープ破断強度を実施した。

６００℃クリープ破断強度は最長約８０００１］までの
試験結果をもとに１０′ｈ破断強度を求めた。第２図に
Ｍｅ及びＷの添加量ど６００℃、１０′ｈクリ一プ破断
強度（ｋｇｆ／ｍｍ２）を数字で示したが、第１図に示
した本発明のＭＯ及びＷの領域では］　３　ｋｇｆ／ｍ
ｍ２以」二のクリープ破断強度が司られたのに対し、そ
れ以外の領域のクリプ破断強度はそれを下褪るものであ
った。

第３図は本発明鋼と従来鋼の代表的クリープ彼断■与間
一応用線図を示したものである。これから明らかなよう
にＭｏが比較的多量に添加された従来鋼は数百時間以下
の短時間側では本発明鋼より高いクリープ破断強度を示
したが、長６９間側では曲線の傾きが大きいために、糺
Ｊｉ、′Ｊ、１０′ｈの強度は本発１！ＪＪ鋼のそれを
下鍔るｂのであった。このように本発明鋼は長時間側で
も安定して高いクリープ破１ｉｉｌｉ　’ｌ’、’＋性
を存することが陥かめられた。

〔発明の効果〕以」二の実施例からも明らかなように、本発明の効果に
より従来の高強度低合金耐熱鋼よりも長時間側で安定し
て高いクリープ砿断強良を有する高強度低合金耐熱鋼が
提供された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高強度低合金１１ｎ４熱鋼におけるＭ
ｏ及びＷの添加量の最適量的関係を示す図表、第２図は
本発明の範囲の成分を有するｌ′１４強疫低合金耐熱鋼
は比較鋼のＭＯ，Ｗ量の添加量の相違に２λづ＜６００
℃　１０４ｈクリープ破断強度を示す図表、第３図は本
発明高強度代合金１附処鋼と従来鋼のクリープ破断時間
一応用線図である。２３

Claims

【特許請求の範囲】

重量％でＣ：０．０３〜０．１２％、Ｓｉ≦１％、Ｍｎ
：０．２〜１％、Ｐ≦０．０３％、Ｓ≦０．０３％、Ｎ
ｉ≦０．８％、Ｃｒ：０．７〜３％、Ｍｏ：０．３〜０
．７％、Ｗ：０．６〜２．４％、Ｖ：０．０５〜０．３
５％、Ｎｂ：０．０１〜０．１２％、Ｎ：０．０１〜０
．０５％を含み、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなり
、かつＭｏとＷの含有量に対して０．８％≦Ｍｏ＋（Ｗ
／２）≦１．５％を満足してなることを特徴とする高強
度低合金耐熱鋼。