JPH0443977B2

JPH0443977B2 -

Info

Publication number: JPH0443977B2
Application number: JP58078182A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Yoshioka; Seishin Kirihara; Masao Shiga; Mitsuo Kuryama; Takehiko Yoshida; Takanori Muroboshi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-05-06
Filing date: 1983-05-06
Publication date: 1992-07-20
Also published as: DE3416521A1; US4585478A; CA1224068A; AU2753784A; JPS59205449A; DE3416521C2; AU556634B2

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕本発明は新規な耐熱鋼に係り、特に大型火力発
電用蒸気タービンのケーシング、主蒸気主塞止弁
及び加減弁に好適な耐熱鋼に関する。〔発明の背景〕現在の火力発電用蒸気タービンは蒸気温度最大
538℃、蒸気圧力最大246気圧である。そのケーシ
ング等にはCr−Mo−Ｖ鋳鋼が使用されている。近年、石油、石炭などの化石燃料の枯渇及び省
資源の問題から発電プラントの発電効率の向上が
重要な課題となつている。発電効率を上げるには
蒸気温度又は蒸気圧力を上げること、大型化する
ことが有効である。これらの蒸気温度、圧力を高
めた場合、大型化した場合の蒸気タービン用ケー
シング等に使用される材料として前述の現用の
Cr−Mo−Ｖ鋳鋼では高温強度が不足なため、更
に高温強度の高い材料が必要である。発明者らは蒸気温度及び圧力を高めた場合、大
型化した場合に使用する材料としてCr−Mo−Ｖ
鋼を基本組成とし、微量のＢを添加した鋼を検討
した。微量のＢを含有せしめることによつて鋼の
焼入性を増し、高温強度を顕著に高めるが、溶接
性を低め、特に溶接後の応力焼鈍で溶接熱影響部
に割れが生じる割れ感受性（SR割れ感受性）を
高める欠点がある。火力発電用蒸気タービンのケ
ーシング、主蒸気主塞止弁及び加減弁は互いに溶
接によつて接合され、溶接後応力除去焼鈍される
ので、前述のようにSR割れが生じないものでな
ければならない。特開昭55−41962号公報にはCr−Mo−Ｂ鋼が
示されているが、この鋼にはＶが含有されておら
ず、高温強度、特にクリープ破断強度が低く、蒸
気温度593℃には適さない。また、この公報には
溶接性については全く示されていない。〔発明の目的〕本発明の目的は、溶接後のSR割れが生ぜず、
高温強度の高い耐熱鋼を提供するにある。本発明の他の目的はき裂進展速度の小さい耐熱
鋼を提供するにある。〔発明の概要〕（発明の要点）本発明は、重量で、C0.05〜0.25％、Si1％以
下、Mn2％以下、Cr0.5〜2.0％、Ni0.5％以下、
Mo0.8〜2.0％、V0.05〜0.5％、Al0.002〜0.1％、
Ti0.2％以下及びB0.0002〜0.0030％を含み、残部
が実質的にFeからなり、全焼戻しベーナイト組
織を有することを特徴とする耐熱鋼にある。特に、本発明は不可避の不純物のうちＰ，Sb，
Sn及びAsの含有量及び前記Alの含有量をppmで
表わし、以下に示すととを加えた値が2920
以下とするものである。＝10P＋5Sb＋4Sn＋As ＝xAl（ｘは第１図より求められる係数であ
る）特に、本発明鋼はNi及びTiを含有したもので、
600℃で10⁵時間クリープ破断強度が９Kg／mm²以
上、室温の引張伸び率が15％以上及び室温の引張
絞り率が50％以上を有するものを得ることができ
る。本発明鋼は、重量でC0.08〜0.15％、Cr0.9〜1.7
％、Mo0.8〜1.3％、V0.1〜0.35％、Si0.15〜0.75
％、Mn0.2〜0.6％、Ni0.1〜0.3％、Al0.005〜0.07
％、Ti0.045〜0.15％及びB0.0005〜0.0020％を含
み、残部が実質的にFeであり、全焼戻しベーナ
イト組織を有する鋼が好ましい。本発明鋼は鋳物又は鍛鋼のいずれでも用いられ
る。特に、鋳物において大きな効果が発揮され
る。本発明鋼はZr0.2％以下、Nb0.2％以下及び
W0.2％以下の少なくとも１種を更に含み、これ
らの合計量で0.2％以下含有される。又は本発明
鋼はMgが0.1％以下含有される。本発明は、重量でC0.05〜0.25％、Cr0.5〜2.0
％、Mo0.8〜2.0％、V0.05〜0.5％、Si1％以下、
Mn2％以下、Al0.002〜0.1％、Ti0.2％以下及び
B0.0002〜0.0030％を含み、残部が実質的にFeで
あり、不可避の不純物のうちＰ，Sb，Sn及びAs
の含有量、前記Al及びSiの含有量をppmで表わ
し、以下に示すととを加えた値が2920以下
及びととを加えた値が3200以下であり、全焼
戻しベーナイト組織を有することを特徴とする耐
熱鋼にある。及びAlは前述の通りである。＝Si／ｙ（ｙは第１７図より求められる係数
である）また、前述と同様にＣ，Cr，Mo，Ｖ，Mn，
Ni，Al，Tiの好ましい範囲を有し、Si量を0.15
％以下とするのが不純物量を多く含むことができ
る点で有利である。本発明鋼は火力発電用蒸気タービンのケーシン
グに好適である。ケーシングには本体、主蒸気主
塞止弁及び加減弁がある。これらのケーシングの
少なくとも１つに本発明の鋼が適用される。本発
明鋼は特に蒸気温度538℃、593℃及び650℃で蒸
気圧力316気圧の蒸気条件を有するこれらのケー
シングに好適である。ケーシング本体は鋳物によ
つて構成され、主塞止弁及び加減弁は鋳物及び鍛
造のいずれでも構成される。これらのケーシング
は焼入れ又は焼ならし処理後焼戻し処理が施さ
れ、全焼戻ベーナイト組織を有する。本発明鋼を
使用したケーシングは550℃でのき裂進展速度が
20×10^-3（mm／ｈ）以下のものが得られる。（成分限定理由）Ｃは高温強度を高めるために必要な元素であ
り、0.05％以下の含有量が必要である。その含有
量が0.25％を越えると高温で長時間さらされた場
合には炭化物等の過剰析出による脆化が生じ、長
時間側のクリープ破断強度を低下させ、更に溶接
における溶接部の割れ感受性を高めるので、0.25
％以下に限定される。特に、高い強度、靱性を得
るには0.05〜0.20％が好ましく、更に0.08〜0.15
％が望ましい。 Si及びMnは一般に脱酸剤として添加される。
脱酸として他の手段、例えば減圧下でのカーボン
脱酸を行えば、これらの元素を特に添加する必要
がない。これらの元素は添加しない場合でも不純
物として含有され、避けることができないもので
あり、0.1％以下含有される。特殊な脱酸を行わ
ない場合はSi及びMnは脱酸剤として各々１％以
下及び２％以下含有される。Siは0.75％以下が好
しく、更に0.05〜0.75％が望ましく、Mnは0.2〜
0.6％が好ましい。これらの元素は焼入性を増す
元素であるが、逆に前述した含有量より多い過剰
な含有量では焼もどし脆化感受性を高める。更に、Siはき裂進展速度を高めるので、0.35％
以下が好ましい。 Niは靱性を高めるのに有効な元素であり、0.5
％以下含有させることができる。0.5％を越える
含有はクリープ破断強度を低下させる。特に、高
い強度、靱性を得るには0.1〜0.5％が好ましく、
更に0.1〜0.3％が望ましい。 Crは炭化物形成元素であり、高温強度を高め、
更に耐酸化性を高める元素であり、高温材料とし
て欠くことのできないものである。そのため0.5
％以上含有させる必要がある。逆に2.0％を越え
る含有は高温長時間加熱によつて析出物の粗大化
が生じ、クリープ破断強度を低める。特に、高い
クリープ破断強度を得るには0.9〜1.7％が好まし
い。 Moは固溶強化及び析出硬化作用によつてクリ
ープ破断強度を高め、更に焼戻し脆化を防止する
元素である。0.8％未満の含有量では十分な強度
が得られない。更に、２％を越える含有量ではそ
れ以上の大きな効果が得られない。特に、高いク
リープ破断強度を得るには0.8〜1.3％が好まし
い。ＶはＣと結合して炭化物を形成し、クリープ破
断強度を高める。0.05％未満では十分な強度を得
ることができず、逆に0.5％を越える溶接後の応
力除去焼鈍で割れ感受性を高めるので避けるべき
である。特に、高いクリープ破断強度、延性を得
るには0.10〜0.35％が好ましく、更に0.2〜0.35％
が望ましい。Ｂは焼入性を向上させ、顕著にクリープ破断強
度を向上させる。その含有量が0.0002％未満では
十分な高温強度が得られない。逆に0.0030％を越
える含有量では溶接後の応力除去焼鈍で割れ感受
性を著しく高めので避けるべきである。特に、高
いクリープ破断強度を有し、低い応力除去焼鈍で
の割れ感受性を得るには0.0005〜0.0020％が好ま
しい。 Alは鋼中のＮを固定し、ＢとＮとの結合を防
止してＢの強化作用を有効に働かせるものであ
り、0.002％未満の含有量では十分な高温強度が
得られない。逆に、0.1を越える含有量では高温
強度を急激に低めるので避けるべきである。特
に、応力除去焼鈍における割れ感受性を低め、高
い高温強度を得るには0.005〜け0.07％が好まし
く、更に鋼中の不純物量に関係なく顕著に応力除
去焼鈍における割れ感受性を低め高強度を得るに
は0.005〜0.020％が望ましい。 TiはAlと同様にＮを固定し、Ｂ含有による強
化作用を有効に働かせるものであり、0.2％以下
含有させる。逆に、0.2％を越える含有量では、
その効果が飽和する。特に、高い強度を得るには
0.045〜0.15％が好ましく、更に0.05〜0.12％が望
ましい。高い高温強度を得るには、AlとTiとの複合添
加が必要であり、その合計の含有量は0.06〜0.15
％が好ましく、更に0.07〜0.13％が望ましい。（ととの関係）Ｐ，Sb，Sn及びAsなどの鋼の製造上不可避の
不純物元素は高温での加熱によつて結晶粒界に偏
析し、結晶粒界を脆化させる。これらの多量の含
有は溶接後の応力除去焼鈍での割れ（SR割れ）
感受性を顕著に高める。更に多量の含有は焼戻し
脆化及び高温での使用中脆化を生じさせる。特
に、これらの不純物元素はＢを含む鋼において
SR割れ感受性に敏感に影響を及ぼすので、以下
の式で示されるの値をコントロールすることに
よりSR割れを防止できる。更に、Alの含有は同
様にSR割れ感受性を高める元素であるので、
ととの相関関係によつてそれらの含有量をコ
ントロールすることによりSR割れを防止できる。＝10P＋5Sb＋4Sn＋As （各元素の含有量をppmで表わし計算される）ととはいずれも含有量をppmで表わし、
それらを合計した値を2920以下にすることにより
SR割れを防止できる。はその含有量によつて
SR割れ率に及ぼす効果が異なるので、その含有
量によつて異なつた係数がとられる。はxAlで
表わされる。ｘは係数であり例えば、Al量が
0.015％以下では零である。Al含有量が0.015％以
下ではSR割れ率に対しほとんど影響を及ぼさな
いことを意味する。この他、Al量が0.016％では
係数は4.4、0.02％では4.0、0.025％では3.5、0.03
％では3.1、0.04％では2.7、0.05％では2.4、0.06
％では2.1、0.07％では1.8、0.08％では1.55、0.09
％では1.3及び0.1％では1.0である。 Al含有量が0.015％以下のときはの値は2920
以下にすればSR割れ率を20％以下とすることが
でき、多層盛溶接においてSR割れを防止するこ
とができる。更にはAl含有量が0.016％のとき
2210以下、0.02％のとき2130以下、0.03％のとき
1990以下、0.04％のとき1840以下、0.05％のとき
1720以下、0.06％のとき1660以下、0.07％のとき
1640以下、0.08％のとき1680以下、0.09％のとき
1770以下、0.10％のとき1920以下にすることによ
つてSR割れ率を20％以下にできる。（AlとTiとの相関関係）前述のようにAlとTiとは強化に対して同様の
作用を及ぼすので、それらの添加量には相関関係
がある。 Al量とTi量の合計の含有量が高温強度に影響
を及ぼす。この含有量は0.06〜0.15％のとき高い
高温強度が得られ、更に0.07〜0.13％で大きな効
果を有する。 Ti／Alの比が高温強度に影響を及ぼす。この
比率は0.8〜14のとき高いクリープ破断強度が得
られ、更に0.9〜9.5で大きな効果が得られる。 Al／Tiの比も同様に高温強度に影響を及ぼす。
この比率は0.07〜1.25が好ましく、更に0.105〜
1.15が望ましい。（ととの関係） Si及びはともにき裂進展速度を高めるので、
Si量及びで計算されるＰ，Sb，Sn及びAs量を
低めるべきである。そのためSi含有量をppmで表
わし、以下の式で計算されるととを加えた値
を3200以下にすることによりき裂進展速度を20×
10^-3mm／ｈ以下にすることができる。＝Si／ｙ（ｙは第１７図に示される係数であ
る）更に2900以下で10×10^-3mm／ｈ、2700以下で５
×10^-3mm／ｈ以下及び2600以下で2.5×10^-3mm／
ｈ以下にすることができる。（その他の元素） Zr，Nb及びＷはいずれも炭化物形成元素で、
ともにクリープ破断強度を高めるのに各々0.2％
以下含有される。 ZrはＳを固定化する作用も有し、溶接熱影響
部の結晶粒界へのＳの偏析を抑制し、Ｓの結晶粒
界への偏析によるSR割れ防止にも効果がある。
しかし、Zrは0.2％を越えると靱性を低下させる
ので、0.2％以下とする。0.2％を越えるNbは巨大
な炭化物が形成され、強度が低下するので、0.2
％以下とする。Ｗは0.2％を越えると高温延性を
低めるので、0.2％以下とする。 Mgは強力な脱酸剤であり、0.1％以下含有され
る。0.1％を越えると高温強度を低める。（熱処理）本発明鋼は鍛鋼及び鋳鋼いずれでも適用でき
る。特に鋳鋼において鋼中に不純物元素が偏析し
たままで使用される場合に効果が発揮される。熱処理として少なくとも焼入れ又は焼ならし及
び焼戻し処理が施される。焼入れ又は焼ならしは
温度9000〜1100℃で２時間以上保持され、強制冷
却することが好ましい。焼戻しは温度680〜730℃
で２時間以上保持され、徐冷することが好まし
い。焼戻し処理を２回以上繰返すことによつて靱
性が向上する。更に前記の焼入れ焼もどしの工程
を２回繰返すことが好ましい。本発明鋼は全焼戻しベーナイト組織とするもの
で、それによつて高温強度の高いものが得られ
る。本発明鋼の硬さはブリネル硬さ（H_B）で170〜
260が好ましい。この硬さを有する本発明鋼は高
い高温強度を有し、SR割れを感受性の低いもの
が得られる。（溶接）本発明鋼の溶接継手及び補修の溶接施工条件は
予熱温度250℃以上で溶接し、溶接後冷却過程の
150℃以上でSRを開始することが望ましい。SR
処理は670〜730℃で２時間以上保持することが望
ましい。また、SR処理を繰返すと溶接熱影響部
の切欠靱性が向上し、更に溶接部の残留応力が低
下する。溶接棒はCr−Mo系の溶接棒が望ましい。ま
た、溶接後焼入れ、焼もどし処理が必要な場合に
は、クリープ破断強度の点から、Cr−Mo−Ｖ系
溶接棒が望ましい。溶接法は被覆アーク溶接、半自動MIG溶接、
半自動複合ワイヤ溶接及びサブマージアーク溶接
法などが適用される。〔発明の実施例〕（実施例１）高周波誘導解溶解炉によつて溶解し、砂型に鋳
込み、鋳塊を作製した。形状は厚さ130mm、長さ
400mm、幅400mmである。熱処理としていずれの試料も1050℃で15時間保
持後、400℃／ｈで冷却する焼ならし処理を施し、
その後730℃で15時間保持後炉冷の焼もどし処理
を施した。第１表に試験に用いた供試材の化学組成（重量
％）を示す。試験材の組織はいずれも均一な全焼
もどしベーナイト組織である。 No.１はＢ含有量が0.0003％の本発明鋼の下限値
を有するもので、他の成分は現用の蒸気タービン
ケーシング材のCr−Mo−Ｖ鋳鋼の化学組成範囲
のものである。 No.２〜９はAl及びTiの影響を検討するもので
ある。 No.10〜12はＰ，Sb，Sn，Asなどの不純物元素
の影響を検討するものである。 No.13〜15はSi量の影響、No.16〜No.19，No.35〜No.
42はZr，Nb，Ｗ及びMg添加の影響を検討する
ものである。 No.３及び10が比較材、No.１，２，４〜９及び11
〜19，35〜42が本発明材である。

【表】

【表】 SR割れ試験を、JIS Z3158に準じ、第１図に示
す斜めＹ形溶接割れ試験片（板厚30mm）を用いて
行った。以下に示す溶接条件によつて厚さ約５mm
の１パス溶接を行った。溶接には市販のCr−Mo
鋼用被覆アーク溶接棒（棒直径４mm）を用い、第
３表の条件で溶接した。第２図は溶接開先形状を示す第１図のＡ−
A′断面図、第３図は溶接金属とSR割れとの関係
を示す第１図Ａ−A′断面図である。 SR割れ率（％）は以下の式で求められる。割れ長さＡ（mm）／のど厚（mm）×100 SR割れ率は溶接開先部を５分割し、５個の平
均値を求めた。３は割れである。第２表は溶接金属の化学組成（重量％）であ
る。残部はFeである。

【表】

【表】クリープ破断試験を、平行部の直径が10mm、平
行部の長さ50mmの形状のクリープ試験片を用い、
試験温度を±１℃以内に保って行った。衝撃試験を、JIS Z2202 ５号試験片に加工し
た試験片を用いて行った。第４表は、第１表に示す合金の、600℃、10⁵
時間クリープ破断強度、SR割れ率及び（＋
Al）を示すものである。は前述の計算式によ
つて求めたものである。は、前述のようにAl
含有量をppmで表わし、その含有量に第４図に示
す縦軸の値（ｘ）を積算して求めた。例えば、
Al0.02％（200ppm）のとき縦軸のSR割れ増倍係
数（ｘ）は4.0であり、は800である。No.３の合
金は、が1880であり、Al0.083％（830ppm）に
おける増倍係数が1.5であり、そのは1245であ
る。従って、（＋）は、3125である。以上の
ようにして（＋）の値が求められる。第５図は、鋼中のAl含有量が0.014％以下の鋼
についてとSR割れ率との関係を示す線

【表】

【表】図である。図に示す如く、Ｘが2500を越えると
SR割れ率が急激に増加することが分る。第６図は1560〜2140及びSi量0.26〜0.52％を
有する鋼についてAl量とSR割れ率との関係を示
す線図である。図に示す如くAl0.015％以上で急
激にSR割れ率が増加する。割れ率が20％では
Al0.04％以下、10％では0.028％以下、５％では
0.019％以下が好ましい。第７図は、（＋）とSR割れ率との関係を
示す線図である。図に示す如く、（＋）の値
が2500を越えると急激にSR割れ率が増加し、
3250ではほぼ100％のSR割れ率を有する。SR割
れ率を20％以下にするには（＋）の値を
2920以下にすべきである。第８図はSR割れ率に及ぼすとAl含有量との
相互作用の効果を示す線図である。図中の斜線部
がSR割れ率20％以下の領域を示すものである。
この領域は第７図より（＋）の値を2920以
下とするものである。図に示すように、を下げ
ればSR割れを生じることなく含有できるAl量を
高めることができる。2920以下でAl含有量
0.015％以下、同様に2210以下で0.016％以下、
2130以下で0.02％以下、1990以下で0.03％以下、
1840以下で0.04％以下、1720以下で0.06％以下、
1640以下で0.07％以下、1680以下で0.08％、1770
以下で0.09％以下、1920以下で0.10％以下とそれ
ぞれを調整すればAl量が多くてもSR割れ率を
20％以下にすることができる。更に図に示す如くSR割れ率を０％、５％、10
％の場合についても同様である。（＋）は０
％の場合2500、５％の場合2700及び10％の場合
2800である。第９図はTi量0.09〜0.115％、Al量0.014％以下
を有する鋼の600℃、10⁵時間クリープ破断強度と
Ｘとの関係を示す線図である。クリープ破断強度
は不純物量によつて影響を受ける。不純物量が多
くなると強度が低下するが、2700以下ので９
Kg／mm²以上の高強度が得られる。第１０図はTi量0.059〜0.071％、1640〜1880
を有する鋼の600℃、10⁵時間クリープ破断強度と
Alとの関係を示す線図である。Al量の過剰なる
含有は強度を急激に低下させる。Al量が0.002〜
0.07％で８Kg／mm²以上の強度が得られ、更に
0.005〜0.065％では９Kg／mm²以上の強度が得られ
る。Al量0.1％以下では約4.5Kg／mm²以上の強度が
得られるが、更にTi量及びＢ含有量を高くすれ
ば高強度化できる。第１１図はAl量0.012〜0.018％、1560〜2290
を有する鋼の600℃、10⁵時間クリープ破断強度と
Ti量との関係を示す線図である。Tiの添加は顕
著にクリープ破断強度を高める。特に、Ti量0.04
〜0.16％で７Kg／mm²以上の強度が得られ、更に
0.045〜0.14％では８Kg／mm²以上、0.05〜0.12％で
９Kg／mm²以上の強度が得られる。これらのTi量
に対し、Al量を0.01〜0.065％にしたときにより
強度の高いものが得られる。しかし、Al量を高
くしたときは前述のようにを所望の値にすべき
である。第１２図はAl量0.025％以下、1560〜2290を
有する鋼の600℃、10⁵時間クリープ破断強度と
（Al＋Ti）量との関係を示す線図である。Alと
Tiとの複合添加によつて強度が顕著に向上する。
（Al＋Ti）量が0.06〜0.15％で８Kg／mm²以上、
0.09〜0.13％で９Kg／mm²以上の強度が得られる。
0.056％以上で７Kg／mm²以上の強度を有する。第１３図は（Al＋Ti）量0.073〜0.143％、
1560〜2290を有する鋼の600℃、10⁵時間クリープ
破断強度と（Ti／Al）比との関係を示す線図で
ある。クリープ破断強度は（Ti／Al）比によつ
て顕著な影響を受ける。（Ti／Al）比を0.8〜14
とすれば８Kg／mm²以上の強度が得られ、更に0.9
〜9.5で９Kg／mm²以上の強度が得られる。第１４図は（Al＋Ti）量0.073〜0.143％、
1560〜2290を有する鋼の600℃、10⁵時間クリープ
破断強度と（Al／Ti）比との関係を示す線図で
ある。（Al／Ti）比は、顕著にクリープ破断強度
に影響を及ぼす。（Al／Ti）比を0.07〜1.25％に
すれば８Kg／mm²以上、0.10〜1.15で９Kg／mm²以上
の強度が得られる。第１５図は600℃、10⁵時間クリープ破断強度に
及ぼすAl及びTi量との関係を示す線図である。
第１０図〜第１４図の関係からAl量とTi量とを
点線で囲まれた範囲にすれば、８Kg／mm²以上の強
度を得ることができ、更に一点鎖線で囲まれた範
囲にすれば９Kg／mm²以上の強度を得ることができ
る。前者は、（Ti0.056％、Al0.004％）、（Ti0.026
％、Al0.034％）、（Ti0.058％、Al0.072％）、
（Ti0.074、Al0.072％）及び（Ti0.14％、Al0.01
％）の各点で囲まれた範囲である。後者は、
（Ti0.063％、Al0.007％）、（Ti0.032％、Al0.038
％）、（Ti0.056％、Al0.065％）、（Ti0.065％、
Al0.065％）及び（Ti0.117％、Al0.012％）の各
点で囲まれた範囲である。これらの範囲で
（Ti／Al）比を0.8〜14又は0.9〜9.5にすればより
強度の高い鋼が得られる。現在の火力発電用蒸気タービンケーシングは
538℃で10⁵時間クリープ破断強度が９Kg／mm²以上
であるものが要求される。従って、より高温化さ
れた場合でもその蒸気温度に応じて９Kg／mm²以上
の強度にすればよい。第１３図はSi含有量とΔFATTとの関係を示す
線図である。ΔFATTは衝撃試験より測定した値
から以下の式によつて求められる。各試料につい
て500℃で3000時間加熱した後、−20〜−150℃で
衝撃試験を行い、試料の破面よりΔFATTを求め
た。 ΔFATT＝T₀−T_t T₀＝加熱前の50％脆性破面遷移温度（℃） T_t＝加熱脆化材の50％脆性破面遷移温度（℃）図に示す如く、ΔFATTはSi含有量の減少に伴
って低下する。例えばSi含有量が0.06％では
ΔFATT量は15℃程度であり、顕著に脆化量が少
なくなることが明らかである。したがつて、本発
明材のSi含有量は製造上可能であればできる限り
低くすべきであることが明らかである。 Zr，Nb，Ｗ及びMgを含むNo.16〜No.19，No.35
〜No.42はいずれも高い強度を有し、特にMgを含
むものは強力な脱酸作用により、鋼塊内部にブロ
ホールなどの欠陥が認められず、健全な鋼塊が得
られるとともに、SR割れも全く認めらず、更に、
Zr，Nb及びＷの添加したものと同様にいずれも
９Kg／mm²以上の高いクリープ破断強度を有する。表に示す鋼のいくつかのものについて室温の引
張試験を行った結果、いずれも56Kg／mm²以上の引
張強さ、15％以上の伸び及び50％以上の絞り率を
有していた。（実施例２）実施例１と同様に同じ大きさの鋳物を製造し
た。第５表は試料の化学組成（重量％）である。これらの鋼塊の製造法に以下のとおりである。原料をアーク電気炉によつて大気中で精錬した
のち、取鍋に出した。鋼塊No.21，22はそのまま真
空鋳造を行い、No.23〜28は取鍋底よりArガスを
吹込みながら1torr以下に減圧して脱ガス及び鋼
中の酸化物を浮上させる処理を行い、次いで取鍋
底より再びArガスを吹込みながらアークによつ
て溶湯を加熱し、No.21，22と同様に真空鋳造を行
った。鋼塊の熱処理として1050℃で９時間保持後約
400℃／ｈの冷却速度で焼入れを行った。焼入れ
後710℃で15時間保持後空冷の焼もどし処理を行
った。クリープき裂進展試験を側面に切欠を付した試
験片を用いて行った。試験片形状は厚さ14mm、

【表】

【表】幅30mm、長さ140mmである。切欠は深さ６mm、幅
１mm、切欠先端の角度45°の機械切削によつて形
成させ、更に曲げ振動疲労試験によつて約１mmの
深さのき裂を形成させた。両溝のものは共に深さ
２mm角度60°の形状である。クリープき裂進展試験は温度550℃一定で行っ
た。き裂長さはき裂進展に伴う試験片の電気抵抗
増加現象を利用した電位法により測定した。き裂進展速度は以上の式によつて求められる
KI（応力拡大係数）＝90Kgmm^-3/2における値のとき
の値を試験時間とき裂の長さとの関係を示す線図
によつて求めたものである。 KI＝Ｙ・Ｐ√／BW（Kg・mm^-3/2）Ｙ＝1.99−0.41（ａ／Ｗ）＋18.7（ａ／Ｗ）² Ｐ：荷重（Kg）、Ｂ：試験片の幅（mm）Ｗ：試験片の厚さ（mm）、ａ：き裂の深さ（mm）上述の式より示されるようにKIはき裂の深さ
によつて変化する。荷重は2900〜3250Kgの範囲で
試験片の組成によつて変えた。

【表】

【表】 No.21，25及び26が比較材であり、No.22〜24及び
No.27〜28が本発明材である。第６表に、＋、き裂進展速度及びクリー
プ破断強度を示す。は前述と同様に計算され
る。はSi量をppmで表わされ、次式によつて求
められる。 Si＝Si／ｙ（ｙは第１７図より求められる係数
である。係数はSi含有量によつて変り、それぞれSi量が
0.01％で6.5、0.1％で5.65、0.2％で4.75、0.3％で
3.8、0.4％で2.9、0.5％で2.0及び0.6％以上では１
である。本実施例における鋼の（＋）はと同じ
である。第１７図はSi含有量とき裂進展速度に及ぼすSi
量の増倍係数ｙを示すものであり、ｙはこれより
求めることができる。第１８図はSi0.07〜0.08％を有する鋼のき裂進
展速度ととの関係を示す線図である。Si量0.07
〜0.08％の限られた範囲でき裂進展速度を20×
10^-3（mm／ｈ）以下にするにはは3100以下にし
なければならない。更に10mm／ｈ以下にするには
2850以下、５mm／ｈ以下にするには2500以下にす
るのが好ましい。第１９図はが1740〜2040のもののき裂進展速
度とSi量との関係を示す線図である。き裂進展速
度を20×10^-3（mm／ｈ）以下にするにはSi量を
0.37％以下、10×10^-3（mm／ｈ）以下にするには
0.30％以下、５×10^-3（mm／ｈ）以下にするには
0.27％以下及び2.5×10^-3（mm／ｈ）以下にするに
は0.25％以下にするのがよい。第２０図はき裂進展速度と（＋）との関係
を示す線図である。（＋）の値が2600を越え
ると急激にき裂進展速度が増加する。き裂進展速
度を20×10^-3（mm／ｈ）以下にするには（＋）
を3200以下、以下同様に10×10^-3（mm／ｈ）以下
にするには2900以下、５×10^-3（mm／ｈ）以下に
するには2700以下及び2.5×10^-3（mm／ｈ）以下に
するには2600以下にすべきである。第２１図はき裂進展速度に及ぼすとSi量との
関係を示す線図である。き裂進展速度は及びSiとも増加することによ
つて増加するので、それらは反比例関係にある。
図中の数字はき裂進展速度（×10^-3mm／ｈ）であ
る。図中の点線は各々2.5×10^-3（mm／ｈ）、10×
10^-3（mm／ｈ）及び20×10^-3（mm／ｈ）以下のき裂
展度を得る上限の及びSi量を示す線図である。（実施例３）第２２図は火力発電用蒸気タービンケーシング
本体５の断面図である。第２３図は同じく蒸気タ
ービンの加減弁ケーシング４及び主塞止弁ケーシ
ング７の構成図である。ケーシング本体５は鋳物
で構成され、加減弁４及び主塞止弁ケーシング７
は鋳物又は鍛造のいずれでも構成することができ
る。このようなケーシング材として、本発明鋼が適
用されるが、一例として第７表に示す組成（重量
％）の鋼について検討された。主塞止弁、加減弁
及び内部ケーシング本体にＢ入り鋼及び外部ケー
シング本体にＢ入り又はＢなし鋼がそれぞれ検討
された。主塞止弁及び加減弁として鍛造品が検討
された。第８表に第７表の鋼の，（＋），（＋
Si），（Al＋Ti）及び（Ti／Al）の各値をそれぞ
れ示す。本鋼種によれば、Ｂ入り鋼ではSR割れ
率が約５％であり、更にＢなし鋼ではき裂進展速
度が約2.5×10^-3（mm／ｈ）のものが得られる。

【表】

【表】溶接は第２３図に示す個所６について行われ
る。第２４図は第２３図の溶接を行う場合の予熱温
度、溶接後のSR処理（690〜710℃×8hr）の工程
を示す線図である。この溶接には第２表と同様の
溶接金属が検討された。予熱温度は350℃であり、
SR処理における加熱開始温度は350℃である。
SR処理後は炉冷される。第２５図は補修溶接の工程を示す線図である。
350℃で予熱し、溶接後、110℃／ｈの速度で加熱
し、1025〜1075℃×8h保持後、400℃／ｈで冷却
し、200℃で焼戻し（680〜730℃×8hr）の処理を
施される。補修の場合には、一例として第９表の
組成（重量％）の溶接金属が検討された。残部は
Feである。

【表】以上の溶接においていずれの場合もSR割れは
全く生じないことが明らかである。（実施例４）実施例１と同様に第10表に示す組成（重量％）
の鋳物を製造した。鋼塊の熱処理は前述と同様に
行つた。No.31及び32は比較のものであり、No.33及
び34は本発明鋼である。残部はFeである。本発
明鋼は全焼戻しベーナイト組織であるが、比較の
ものはフエライトとパーライトが主で、若干のベ
ーナイトを有するものであつた。第11表に各種機械的性質を示す。表に示すよう
に高温強度はMo量が本発明鋼では10Kg／mm²以上
を有しているが、Mo量が0.8％未満のものは５
Kg／mm²程度の低いものである。また、第２６図に
示すように50％破面遷移温度（FATT）が本発
明鋼のNo.２，33，34では60℃程度で低いものであ
るが、Mo量の低いNo.31，32は90℃以上の高いも
ので、靱性が低いものである。尚、SR割れ率は
いずれも３％以下の低いものであつた。

【表】

〔発明の効果〕

本発明によれば、溶接後の応力除去焼鈍におい
て割れが生ぜず、更にき裂進展速度の小さい耐熱
鋼が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接後の応力除去焼鈍割れ試験に用い
た試験片の平面図、第２図は第１図Ａ−A′断面
図、第３図は第１図Ａ−A′断面の溶接後の断面
図、第４図はSR割れ率に及ぼすAlの増倍係数と
Al量との関係を示す線図、第５図〜第７図は
各々SR割れ率と（第５図）、Al量（第６図）
及び（＋）（第７図）との関係を示す線図、
第８図はSR割れ率に及ぼすＸとAlとの関係を示
す線図、第９図〜第１４図は各々クリープ破断強
度と（第９図）、Al量（第１０図）、Ti量（第
１１図）、（Al＋Ti）量（第１２図）、（Ti／Al）
比（第１３図）及び（Al／Ti）比（第１４図）
との関係を示す線図、第１５図はクリープ破断強
度に及ぼすTi量とAl量との関係を示す線図、第
１６図はΔFATTとSi量との関係を示す線図、第
１７図はき裂進展に及ぼすSiの増倍係数（ｙ）と
Si量との関係を示す線図、第１８図〜第２０図は
き裂進展速度と（第１８図）、Si量（第１９図）
及び（＋）（第２０図）との関係を示す線図、
第２１図はき裂進展速度に及ぼすとSi量との関
係を示す線図、第２２図は火力発電蒸気タービン
用ケーシング本体の断面図、第２３図は同じく加
減弁ケーシング及び主塞止弁ケーシングの平面
図、第２４図は溶接及び溶接後の処理を示す工程
図、第２５図は補修溶接施工図及び第２６図は
FATTとMo量との関係を示す線図である。４……加減弁ケーシング、５……ケーシング本
体、６……溶接部、７……主塞止弁ケーシング。

Claims

【特許請求の範囲】１重量で、C0.05〜0.25％、Cr0.5〜2.0％、
Mo0.8〜2.0％、V0.05〜0.5％、Si1％以下、Mn2
％以下、Ni0.5％以下、Al0.002〜0.1％、Ti0.2％
以下及びB0.0002〜0.0030％を含み、残部が実質
的にFeからなり、全焼戻しベーナイト組織を有
することを特徴とする耐熱鋼。２重量で、C0.08〜0.15％、Cr0.9〜1.7％、
Mo0.8〜1.3％、V0.1〜0.35％、Si0.15〜0.75％、
Mn0.2〜0.6％、Ni0.1〜0.3％、Al0.005〜0.07％、
Ti0.045〜0.15％及びB0.0005〜0.0020％を含み、
残部が実質的にFeからなり、全焼戻しベーナイ
ト組織を有する特許請求の範囲第１項に記載の耐
熱鋼。３重量で、C0.05〜0.25％、Si1％以下、Mn2％
以下、Cr0.5〜2.0％、Ni0.5％以下、Mo0.8〜2.0
％、V0.05〜0.5％、Al0.002〜0.1％、Ti0.2％以下
及びB0.0002〜0.0030％と、Zr0.2％以下、Nb0.2
％以下及びW0.2％以下の少なくとも１種でこれ
らの合計量がけ0.2％以下とを含み、残部が実質
的にFeからなり、全焼戻しベーナイト組織を有
することを特徴とする耐熱鋼。４重量で、C0.05〜0.25％、Si1％以下、Mn2％
以下、Cr0.5〜２％、Mo0.8〜2.0％、V0.05〜0.5
％、Ni0.5％以下、Al0.002〜0.1％、Ti0.2％以
下、B0.0002〜0.0030％及びMg0.1％以下を含み、
残部が実質的にFeからなり、全焼戻しベーナイ
ト組織を有することを特徴とする耐熱鋼。５重量で、C0.05〜0.25％、Cr0.5〜2.0％、
Mo0.8〜2.0％、V0.05〜0.5％、Si1％以下、Mn2
％以下、Ni0.5％以下、Al0.002〜0.1％、Ti0.2％
以下及びB0.0002〜0.0030％を含み、残部が実質
的にFeであり、不可避の不純物のうち、Ｐ，Sb，
Sn及びAsの含有量、前記Alの含有量及び前記Si
の含有量をppmで表わし、以下に示すとと
を加えた値が2920以下及びととを加えた値が
3200以下であり、全焼戻しベーナイト組織を有す
ることを特徴とする耐熱鋼。＝10P＋5Sb＋4Sn＋As ＝xAl（ｘは鋼中のAl含有量と第４図の縦軸
との関係から求められる係数である）＝Si／ｙ（ｙは鋼中のSi含有量と第１７図の
縦軸との関係から求められる係数である）６重量で、C0.05〜0.25％、Cr0.5〜2.0％、
Mo0.8〜2.0％、V0.05〜0.5％、Si1％以下、Mn2
％以下、Ni0.5％以下、Al0.002〜0.1％及び
B0.0002〜0.0030％と、Zr0.2％以下、Nb0.2％以
下及びW0.2％以下の少なくとも１種でこれらの
合計量が0.2％以下とを含み、残部が実質的にFe
であり、不可避の不純物のうち、Ｐ，Sb，Sn及
びAsの含有量、前記Alの含有量及び前記Siの含
有量をppmで表わし、以下に示すととを加
えた値が2920以下及び以下に示すととを加え
た値が3200以下であり、全焼戻しベーナイト組織
を有することを特徴とする耐熱鋼。＝10P＋5Sb＋4Sn＋As ＝xAl（ｘは鋼中のAl含有量と第４図の縦軸
との関係から求められる係数である）＝Si／ｙ（ｙは鋼中のSi含有量と第１７図の
縦軸との関係から求められる係数である）