JPH0553859B2

JPH0553859B2 -

Info

Publication number: JPH0553859B2
Application number: JP60073368A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Shimogoori; Kazuo Fujiwara; Kyoshi Sugie; Kikuo Morita
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1985-04-05
Filing date: 1985-04-05
Publication date: 1993-08-11
Also published as: JPS61235543A

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞本発明は、蒸気タービン等の材料として使用さ
れる低合金鋼、詳しくはニツケルクロムモリデブ
ン鋼に関する。＜従来の技術＞一般に、高温高圧（略300℃，70Kg／cm²）の水
蒸気で駆動される蒸気タービンの材料には、広い
温度範囲にわたる優れた強度と靱性が要求され、
この特性を満たす材料として強靱鋼であるバナジ
ウム添加のニツケルクロムモリデブン鋼が使用さ
れている。この鋼は、周知の如く焼戻し脆性に敏
感なニツケルクロム強靱鋼に微細炭化物析出元素
であるモリデブンやバナジウムを添加して、高焼
戻し温度における軟化の抑制即ち焼戻し抵抗の増
大を図つたもので上記用途に好適な鋼材である。＜発明が解決しようとする問題点＞ところが、近年、欧米の原子力発電所を中心に
このバナジウム添加のニツケルクロムモリデブン
鋼を用いた低圧蒸気タービンやその周辺機器類
に、応力腐食割れが多発していることが明らかに
なり、大きな問題となつている。この応力腐食割
れは、主にデイスクとシヤフトを固着するキーの
溝部やデイスクとシヤフトの接合部に生じ、その
原因は蒸気中の不純物であるNaがこれらの部分
の隙間にNaOHとして濃縮し、タービン稼働時
の高負荷応力と相俟つて結晶粒界に沿う割れを生
ぜしめるためと言われている。また、OH^-環境
下で応力を受ける炭素鋼に、粒界型の応力腐食割
れが生じることは以前から知られている。このよ
うな現状に鑑み、苛酷な使用環境下でも優れた耐
応力腐食割れ性を示すニツケルクロムモリデブン
鋼の開発が強く望まれているのである。そこで、本発明の目的は、応力腐食割れ感受性
を低下させる添加元素を有効に含み、苛酷な環境
下でも割れを生じることなく使用できるニツケル
クロムモリデブン鋼を提供することである。＜問題点を解決するための手段＞発明者らは、ニツケルクロムモリデブン鋼に応
力腐食割れ感受性を低下せしめる種々の元素を
種々の成分比率で添加し、これらの各供試鋼につ
いて応力腐食割れ試験を行ない、その試験結果に
基づき本発明を構成したものである。本発明の耐
応力腐食割れ性に優れた低合金鋼は、Ｃ：≦0.40
重量％（以下重量％）、Si：≦0.10％、Mn：0.20
〜0.60％、Ｐ：≦0.010％、Ｓ：≦0.018％、Ni：
3.00〜4.00％、Cr：0.50〜2.50％、Mo：0.25〜
0.45％、Ｖ：0.05〜0.30％を含有し、さらにAl：
≦0.50％、Ti：≦0.50％、Nb：≦0.50％、Ｗ：≦
0.50％、Ｂ：≦0.50％、Ce：≦0.50％の少なくと
も一種を合計で0.001％乃至0.50％含有し、残部
Feおよび不可避的不純物からなることを特徴と
する。以下、本発明の化学成分限定理由について述べ
る。Ｃは、強度確保のため必要な元素であるが、応
力腐食割れ感受性を増大させ、また含有量が0.4
％を超えると他の合金元素との関連で靱性を劣化
させるので、0.40％を上限とした。 Siは、製鋼時の脱酸のために必要な元素である
が、0.1％を超えて含有させると旧γ粒界の耐食
性が劣化し、粒界型の応力腐食割れ感受性が著し
く増大するので、0.10％を上限とした。Ｐは、旧γ粒界に偏析してその耐食性を劣化さ
せ、応力腐食割れ感受性を増大させるとともに焼
戻し脆性を助長する不純物元素である。JIS規格
のクロムモリブデン鋼およびニツケルクロムモリ
デブン鋼では、焼戻し脆性の観点から含有量が
0.030％以下に制限されているが、応力腐食割れ
防止のためには含有量をさらに制限する必要があ
る。よつて、Ｐの含有量、0.010％以下に限定し
た。 Mnは、製鋼時の脱酸、脱硫のため通常0.5〜
1.0％程度添加されるが、含有量が0.6％を超える
とＰの上記粒界偏析を助長して応力腐食割れ感受
性が著しく増大する。よつて、Mn含有量を0.20
〜0.60％の範囲に限定した。 NiおよびCrは強度上昇、焼入性改善、靱性向
上および耐応力腐食割れ性向上に不可欠な成分元
素で、夫々3.00％および0.50％以上の添加を必要
とするが、含有量が夫々4.00％および2.50％を超
えると鋼の変態特性が大きく変化し、優れた靱性
を得るための熱処理に長時間を要するため実用的
でない。よつて、Ni含有量を3.00〜4.00％、Cr含
有量を0.50〜2.50％の範囲に夫々限定した。 Moは、旧γ粒界の耐食性を向上させ粒界型の
応力腐食割れ感受性を著しく減少させるととも
に、焼戻し時に微細炭化物として粒内に析出し、
焼戻し脆化防止と強度上昇に大きく寄与する。こ
のような効果を得るには、0.25％以上の添加が必
要であるが、含有量が0.45％を超えると上記効果
が飽和するとともに靱性が劣化し始める。また、
必要以上の添加は不経済でもある。よつて、Mo
含有量を0.25〜0.45％の範囲に限定した。Ｖは、結晶の細粒化および析出硬化作用によつ
て鋼の強度を上昇せしめる有効な元素である。そ
して、かかる効果を得るには、0.05％以上の添加
が必要であるが、0.30％を超えるとその効果が飽
和するため、Ｖ含有量を0.05％〜0.30％の範囲に
限定した。 Al，Ti，Nb，Ce，Ｗは、いずれも旧γ粒界の
耐食性を向上させ、粒界型の応力腐食割れ感受性
の低減に大きく寄与する不可欠な添加元素であ
る。そして、このような効果を得るには、これら
元素の一種以上を合計で0.001％以上添加する必
要があるが、添加量の合計が0.50％を超えると靱
性が著しく劣化する。よつて、これらの元素の合
計添加量を0.001〜0.50％の範囲に限定した。＜発明の効果＞本発明の低合金鋼は、優れた耐応力腐食割れ性
を具備すべく最適の合金元素を最適の成分比率で
含有しているので、NaOH，OH^-などの腐食環
境下で高負荷応力を受ける部材に使用されても応
力腐食割れを生ずることがない。＜実施例＞以下、本発明を実施例により詳細に説明する。末尾に揚げた第１表は、応力腐食割れ試験に供
した供試鋼の化学成分とその成分比率を示してい
る。これらの供試鋼は、成分を調整して高周波誘
導電気炉で溶解後、造塊し、25mm厚さに熱間鍛造
し、次いで、950℃まで加熱してから水焼入れし、
その後620℃まで加熱して１時間保持してから４
℃／分の速度で冷却する焼戻し処理を施して製造
された。こうして製造された供試鋼から機械加工
により厚さ1.5mm×幅15mm×長さ65mmの短冊状試
験片を製作した。第１表中、供試鋼No.１〜21は本
特許請求の範囲内の発明鋼、供試鋼No.22〜25は上
記発明鋼に対する比較鋼、SNCM7は参考のため
の代表的強靱鋼として多用されるJIS規格の
NiCrMo鋼７種である。表から明らかなように、
本発明鋼は、SNCM7に比べて、Ｃ，Si，Ｐ，Ｓ
の含有量が少ない一方、Ni，Cr，Moの含有量が
多く、さらにＶおよび微量のAl，Ti，Ｗ，Ｂ，
Ceの少なくとも一種を含有している。また、比
較鋼に比べて、Siの含有量が少ない一方、比較鋼
にない微量のAl，Ti，Ｗ，Ｂ，Ceの少なくとも
一種を含有している。応力腐食割れ試験は、上記供試鋼でなる試験片
を４点曲げ定荷重試験機に装着し、供試鋼の0.2
％の耐力の60％に相当する曲げ応力を負荷すると
ともに、150℃の30％NaOH水溶液に一週間浸漬
して行ない、その後の試験片断面の光学顕微鏡観
察により割れの発生の有無および割れ深さを測定
した。上記応力腐食割れ試験の結果を末尾の第２
表に示す。表から明らかなように、本発明鋼は殆
んどが応力腐食割れを全く発生せず、僅かに供試
鋼No.１，４，５のみが極めて軽微な割れを生じた
にすぎない。これに対して、本特許請求の範囲外
にある比較鋼（No.22〜25）は、いずれも甚大な粒
界型の応力腐食割れを発生している。このことか
ら、本発明の意図するSi含有量の低減およびAl，
Ti，Ｗ，Ｂ，Ceの微量添加が、NiCrMo鋼の応
力腐食割れ感受性の低減に極めて有効であること
が分かる。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】

１Ｃ：≦0.40重量％（以下重量％）、Si：≦0.10
％、Mn：0.20〜0.60％、Ｐ：≦0.010％、Ｓ：≦
0.018％、Ni：3.00〜4.00％、Cr：0.50〜2.50％、
Mo：0.25〜0.45％、Ｖ：0.05〜0.30％を含有し、
さらにAl：≦0.50％、Ti：≦0.50％、Nb：≦0.50
％、Ｗ：≦0.50％、Ｂ：≦0.50％、Ce：≦0.50％
の少なくとも一種を合計で0.001％乃至0.50％含
有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる耐
応力腐食割れ性に優れた低合金鋼。