JPH0380865B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕 本発明は、蒸気タービン用ケーシングなどの高
温高圧下で使用される鋳造部材に適した、クリー
プ破断強度にすぐれた高クロム耐熱鋳鋼に関す
る。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 従来より、ケーシング、各種バルブ類などの蒸
気タービン用部材の材料としては、1Cr−1Mo
鋼、2.25Cr−1Mo鋼あるいは1Cr−1Mo−0.25V
鋼などの低クロム耐熱鋳鋼が広く使用されてい
る。 ところで、近年、蒸気タービンの大容量化や使
用蒸気の高温・高圧下が進み、その使用条件は次
第に苛酷になつてきている。そして、このような
苛酷な使用条件下では、上気従来のCr−Mo鋼、
Cr−Mo−Ｖ鋼等の低クロム合金鋼は強度的に必
ずしも満足のいくものではないという問題があ
る。 上述した問題、すなわち、タービン使用温度の
上昇によるタービン部材の許容引張応力の低下な
らびに内圧上昇によるケーシングないしバルブ類
に対する作用応力の増加に対処するためには、こ
れらタービン部材の肉厚を増大することが考えら
れる。しかしながら、肉厚の増加はタービン起動
時あるいは停止時の熱応力の増加を招くため、起
動に要する時間の短縮化が制限され、そのためタ
ービンの効率的な運用を阻害する結果となる。そ
ればかりか、定常運転時の熱応力の増大やタービ
ン重量の増大をもたらすなどの欠点がある。 したがつて、使用条件の苛酷化に有効に対処す
るためには、蒸気タービン部材の肉厚を従来のま
まに維持したままで、高温強度を向上させること
が要求されている。 〔発明の目的〕 本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであ
り、高温強度、特にクリープ破断強度を一層向上
させた、蒸気タービンのケーシングや各種バルブ
類のような形状が複雑な鋳造部材に好適な耐熱鋳
鋼を提供することを目的とする。 〔発明の概要〕 上記目的を達成するために、本発明の高クロム
耐熱鋳鋼は、重量比で、C0.12％を超え0.20％以
下、Si0.20〜1.00％、Mn0.30〜1.00％、Ni0.30〜
1.50％、Cr9.5〜13.0％、Mo0.50〜1.50％、V0.15
〜0.30％、Nb0.05〜0.15％、N0.04〜0.08％を含
み、さらにW0.5〜2.0％およびTa0.01〜0.10％を
含み、残部がFeおよび付随的不純物から成るこ
と、を特徴とする。 〔発明の具体的説明〕 以下、本発明をさらに詳細に説明する。以下の
記載において、組成を表わす「％」は、特に断ら
ない限り重量基準とする。 本発明の耐熱鋳鋼は、特定の組成のFe基合金
からなる。合金中の各成分の添加目的ならびに組
成限定の理由は、次のとおりである。 まず、Ｃは引張強度を高めるのに必要不可欠の
元素であり、合金中に0.10〜0.20％、好ましくは
0.12％を超え0.20％以下の量含まれる。添加量が
0.10％未満では上述の効果が乏しく、また0.20％
を越えると炭化物が粗大化して材料のじん性、延
性を低下させる。 Siは脱酸剤として添加されるもので、0.20〜
1.00％添加される。0.20％未満では添加効果が認
められず、上限を越えて添加するとじん性が低下
する。 Mnは、脱酸、脱硫剤として添加されるもの
で、その効果を得るためには、0.30％以上を必要
とする。1.00％を越えて添加しても効果は飽和し
てしまう。 Niは、じん性を向上させるのに有効であり、
0.30〜1.50％添加される。0.30％未満では添加効
果が乏しく、1.50％を越えて添加すると、クリー
プ破断強度が低下する。 Ciは、高温における耐酸化性や引張強度を向上
させるのに必要な元素であり、9.5〜13.0％添加
される。9.5％未満では、添加効果が乏しく、13
％を越えて添加すると、フエライト相の生成原因
となり、引張強度やじん性が低下する。 Moは、焼入性、じん性を改善させるととも
に、Ｃと炭化物を形成しクリープ破断強度を向上
させるために必要な元素であり、0.50〜1.50％添
加する。0.50％未満では添加効果が乏しく、1.50
％を越えるとその効果は飽和し、また炭化物が多
量に析出してじん性が低下する。 Ｖは、Ｃと化合して微細炭化物として析出し、
クリープ破断強度を向上させるのに必要な元素で
あり、0.15〜0.30％添加する。0.15％未満では添
加効果が乏しく、0.30％を越えて添加すると延
性、じん性が低下する。 Nbは、結晶粒を微細化して、じん性を改善し
たり、ＣやＮと化合し、微細な炭室化物を形成し
て、クリープ破断強度を向上させるために極めて
有効な元素であり、0.05〜0.15％添加する。添加
量が0.05％未満であると必要とするクリープ破断
強度が得られず、0.15％を越えて添加すると凝固
時における粗大炭窒化物の生成を促進し、延性、
じん性低下の原因となる。また、生成する炭窒化
物は、熱処理によつて微細に析出させることがで
き、クリープ破断強度の向上に寄与することがで
きる。 Ｎは、熱処理時にＣとともにNbと化合して微
細なNb炭窒化物を析出させてクリープ破断強度
を向上させるために有効な元素であり、0.04〜
0.08％添加される。0.01％未満の添加では効果が
充分でなく、また、0.08％を越えて添加すると延
性、じん性が低下する。 Ｗは、クリープ破断強度を向上させるのに極め
て有効な元素であり、0.5〜2.0％添加する。0.5％
未満では添加効果が乏しく、2.0％を越えて添加
するとフエライト相の生成をまねき、そのためじ
ん性が低下する。 Taは、Ｃやｎと化合し、炭窒化物として非常
に微細に析出してクリープ破断強さを向上させる
のに極めて有効な元素であり、0.01〜0.10％添加
する。0.01％未満では添加効果が乏しく、0.10％
を越えて添加すると凝固時に粗大な炭窒化物の生
成を促進し、そのため延性、じん性が低下する。 またクリープ破断強度の向上を図るためには、
ＷとTaのいずれか一方を含有していれば足りる
が、ＷとTaの双方を含有させることが好ましい。 上記成分ならびに主成分としてのFeを加える
際に付随的に含まれる不純物はなるべく少ない方
が好ましい。 〔発明の実施例および比較例〕 下記第１表に示す組成（表中の数字は重量％を
意味する）を有する本発明の高Cr鋳鋼用合金
（参考例１〜４、実施例１および２）および従来
のCr−Mo−Ｖ鋼（比較例１は現在タービンケー
シングなどに使用されているものであり、比較例
２は本発明の高クロム鋳鋼に含有されているＷお
よびTaを無添加としたものである）を、それぞ
れ溶解、鋳造して、素材試験片を得た。

【表】 上記試験片について、それぞれ以下に述べるよ
うな熱処理を行なつた。 まず、1070℃の温度にて高温焼鈍を行ない、そ
の後徐冷し、フエライトノーズ（約700℃）で50
時間以上保持したのち空冷し、さらに1050℃に加
熱したのち、Ms点以下（約350℃）まで強制空冷
し焼入れを行ない、その後まず570℃で第１段の
焼もどしを行ない、空冷したのちにさらに第２段
の焼もどしを行なつた。この第２段の焼もどし
は、比較例１については720℃で行ない、実施例
および比較例２については、それぞれ680℃で行
なつた。 下記第２表に、上記の熱処理済試験片の各々に
ついて、引張試験、衝撃試験、クリープ破断試験
（600℃）を行なつた結果を示す。

【表】 上記第２表の結果から明らかなように、本発明
の素材（実施例１および２）は従来の素材（比較
例１）と比較して、引張強さ、耐力、伸び、絞り
および衝撃値に関してほぼ同等であるか、やや優
り、さらにクリープ破断強度が著しく向上してい
る。また、ＷおよびTaを含有しない素材（比較
例２）を従来素材（比較例１）と比較すると、ク
リープ破断強度の向上が見られるものの本発明の
素材には及ばない。 〔発明の効果〕 上述した実施例、比較例のデータからわかるよ
うに、本発明高クロム耐熱鋳鋼は、延性、じん性
が従来材と同等ないしそれ以上であり、かつ、高
温におけるクリープ破断強度が著しく向上してい
る。 したがつて、本発明の高クロム耐熱鋳鋼は、使
用温度や使用圧力が上昇し、より苛酷な条件下で
運転される蒸気タービンのケーシングや各種バル
ブ類の材料として適している。

【特許請求の範囲】

１ 重量％で Ｃ 0.05〜0.15％、 Si 0.1〜0.35％、 Mn 0.5〜5.0％、 Cr 18〜25％、 Ni ６〜10％、 Mo ２〜４％、 Ｖ 0.05〜0.25％、 Ｎ 0.15〜0.35％、 残部鉄及び不可避的不純物よりなり、且つ、式 37≦100C％＋20Si％＋Ni％＋60N≦49 を満たすことを特徴とする酸性環境下で耐食性に
すぐれた耐酸性腐食用高強度オーステナイト系ス
テンレス鋼。 ２ 重量％で Ｃ 0.05〜0.15％、 Si 0.1〜0.35％、 Mn 0.5〜5.0％、 Cr 18〜25％、 Ni ６〜10％、 Mo ２〜４％、