JPH07286247A - 高強度フェライト系耐熱鋼 - Google Patents
高強度フェライト系耐熱鋼Info
- Publication number
- JPH07286247A JPH07286247A JP7854494A JP7854494A JPH07286247A JP H07286247 A JPH07286247 A JP H07286247A JP 7854494 A JP7854494 A JP 7854494A JP 7854494 A JP7854494 A JP 7854494A JP H07286247 A JPH07286247 A JP H07286247A
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- JP
- Japan
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- strength
- ferritic heat
- resistant steel
- toughness
- heat resistant
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 超超臨界圧条件下で使用されるボイラ鋼管用
の高強度・高靱性のフェライト系耐熱鋼を提供する。 【構成】 MoとWの添加量の適正化をはかり、またC
oとBの積極的な利用などにより、高温強度の優れたフ
ェライト系耐熱鋼において、SiとAlの適正添加によ
り時効後靱性と水蒸気酸化特性に優れたボイラ材料を得
る。その化学成分はSi:0.21〜0.50%、A
l:0.002〜0.05%、C:0.02〜0.15
%未満、Mn:0.05〜1.50%、Cr:8.0〜
13.0%、Mo:0.5%超〜1.5%、W:1.0
0%超〜4.00%、V:0.05〜0.30%、N
b:0.02〜0.15%、Co:5.0%以下、B:
0.0010〜0.02%、N:0.01〜0.11
%、Si+10Al:0.80%以下である。
の高強度・高靱性のフェライト系耐熱鋼を提供する。 【構成】 MoとWの添加量の適正化をはかり、またC
oとBの積極的な利用などにより、高温強度の優れたフ
ェライト系耐熱鋼において、SiとAlの適正添加によ
り時効後靱性と水蒸気酸化特性に優れたボイラ材料を得
る。その化学成分はSi:0.21〜0.50%、A
l:0.002〜0.05%、C:0.02〜0.15
%未満、Mn:0.05〜1.50%、Cr:8.0〜
13.0%、Mo:0.5%超〜1.5%、W:1.0
0%超〜4.00%、V:0.05〜0.30%、N
b:0.02〜0.15%、Co:5.0%以下、B:
0.0010〜0.02%、N:0.01〜0.11
%、Si+10Al:0.80%以下である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温クリープ特性、靱
性と耐酸化特性に優れた高強度フェライト系耐熱鋼に関
し、さらに詳しくはボイラ用鋼管用鋼などに係わるもの
である。
性と耐酸化特性に優れた高強度フェライト系耐熱鋼に関
し、さらに詳しくはボイラ用鋼管用鋼などに係わるもの
である。
【0002】
【従来の技術】最近、熱効率を向上させる観点から、火
力発電においては蒸気条件の高温高圧化が進められ、現
行の538℃/246kgf/cm2 から593℃/3
16kgf/cm2 、さらには649℃/352kgf
/cm2 という、いわゆる超々臨界圧条件に引き上げよ
うとしている。このような動向に伴い、ボイラ管などの
材料選択にあたっては耐酸化性と高温強度の観点から、
現在使われている2・1/4Cr−Mo鋼は適用できな
くなる。一方、18−8オーステナイト系耐熱鋼の適用
が考えられるが、コストアップなどの問題がある。従っ
て、この二者の間に位置する耐酸化特性を有し、かつ高
強度、高靱性のフェライト系耐熱鋼の開発が望まれてい
る。
力発電においては蒸気条件の高温高圧化が進められ、現
行の538℃/246kgf/cm2 から593℃/3
16kgf/cm2 、さらには649℃/352kgf
/cm2 という、いわゆる超々臨界圧条件に引き上げよ
うとしている。このような動向に伴い、ボイラ管などの
材料選択にあたっては耐酸化性と高温強度の観点から、
現在使われている2・1/4Cr−Mo鋼は適用できな
くなる。一方、18−8オーステナイト系耐熱鋼の適用
が考えられるが、コストアップなどの問題がある。従っ
て、この二者の間に位置する耐酸化特性を有し、かつ高
強度、高靱性のフェライト系耐熱鋼の開発が望まれてい
る。
【0003】他方、このような用途には、これまで9C
r−1Mo鋼および9Cr−2Mo鋼などの高クロムフ
ェライト系耐熱鋼も用いられてきたが、これらは何れも
上記の蒸気条件では全ての特性を満足しないので適用で
きない。なお、その他の関連技術として、特開昭62−
297435号、特開昭62−297436号、特開昭
63−89644号の各公報等に記載のものがある。ま
た、特開平4−371551号公報には、Mo,W,N
b,VおよびBの複合添加によりクリープ強度の向上を
はかる技術が開示されている。
r−1Mo鋼および9Cr−2Mo鋼などの高クロムフ
ェライト系耐熱鋼も用いられてきたが、これらは何れも
上記の蒸気条件では全ての特性を満足しないので適用で
きない。なお、その他の関連技術として、特開昭62−
297435号、特開昭62−297436号、特開昭
63−89644号の各公報等に記載のものがある。ま
た、特開平4−371551号公報には、Mo,W,N
b,VおよびBの複合添加によりクリープ強度の向上を
はかる技術が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上のような事情を踏
まえて、本発明は、超々臨界圧ボイラなどの素材として
使用できるような高強度、高靱性を有し、かつ耐酸化特
性に優れたフェライト系耐熱鋼を提供することを目的と
するものである。
まえて、本発明は、超々臨界圧ボイラなどの素材として
使用できるような高強度、高靱性を有し、かつ耐酸化特
性に優れたフェライト系耐熱鋼を提供することを目的と
するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するためになされたものであり、合金成分の最適化
をはかり、MoとWの添加量を適正化すると同時に、C
oおよびBの積極的な利用などにより、高温強度を改善
した高強度フェライト系耐熱鋼において、SiとAlの
適正なる添加により、靱性および耐酸化特性に優れ、か
つ高クリープ強度を維持した鋼を得るようにしたもので
ある。
達成するためになされたものであり、合金成分の最適化
をはかり、MoとWの添加量を適正化すると同時に、C
oおよびBの積極的な利用などにより、高温強度を改善
した高強度フェライト系耐熱鋼において、SiとAlの
適正なる添加により、靱性および耐酸化特性に優れ、か
つ高クリープ強度を維持した鋼を得るようにしたもので
ある。
【0006】すなわち、本発明の要旨とするところは、
下記のとおりである。重量%でC:0.02〜0.15
%未満、Mn:0.05〜1.50%、Cr:8.00
〜13.00%、Ni:0.01〜1.50%、Mo:
0.50%超〜1.0%、W:1.00%超〜4.00
%、V:0.05〜0.30%、Nb:0.02〜0.
15%、Co:5.0%以下、B:0.0010〜0.
02%、N:0.01〜0.11%を含有し、さらにS
i:0.21〜0.50%、Al:0.002〜0.0
5%、かつSi+10Alを0.80%以下含有し、残
部がFeおよび不可避的不純物からなる優れた高温強度
と十分な靱性と耐酸化特性を有する高強度フェライト系
耐熱鋼。
下記のとおりである。重量%でC:0.02〜0.15
%未満、Mn:0.05〜1.50%、Cr:8.00
〜13.00%、Ni:0.01〜1.50%、Mo:
0.50%超〜1.0%、W:1.00%超〜4.00
%、V:0.05〜0.30%、Nb:0.02〜0.
15%、Co:5.0%以下、B:0.0010〜0.
02%、N:0.01〜0.11%を含有し、さらにS
i:0.21〜0.50%、Al:0.002〜0.0
5%、かつSi+10Alを0.80%以下含有し、残
部がFeおよび不可避的不純物からなる優れた高温強度
と十分な靱性と耐酸化特性を有する高強度フェライト系
耐熱鋼。
【0007】
【作用】以下、本発明の各成分の限定理由について説明
する。Cは主にMC(Mは合金元素を指す、以下も同
じ)およびM23C6 型の炭化物として析出し、強度およ
び靱性に大きな影響を及ぼす元素である。Cが0.02
%未満では析出量が少なく、強化に不十分であり、また
0.15%以上では靱性が低下するとともに、炭化物の
凝集粗大化が促進され、高温長時間側のクリープ破断強
度を低下させるので、0.02〜0.15%未満に限定
する。
する。Cは主にMC(Mは合金元素を指す、以下も同
じ)およびM23C6 型の炭化物として析出し、強度およ
び靱性に大きな影響を及ぼす元素である。Cが0.02
%未満では析出量が少なく、強化に不十分であり、また
0.15%以上では靱性が低下するとともに、炭化物の
凝集粗大化が促進され、高温長時間側のクリープ破断強
度を低下させるので、0.02〜0.15%未満に限定
する。
【0008】Mnはδフェライトの生成を抑制し、相バ
ランス上最低0.05%が必要であるが、1.50%を
超えると高温強度を低下させるので、上限は1.50%
とした。Crは高温耐酸化性を確保する上で必要不可欠
な元素であり、M23C6 型炭化物を析出させる効果も有
する。Crが8.00%未満では高温での耐酸化性が不
足となり、高温強度も低下する。一方、Crが13.0
0%超ではδフェライトの抑制が難しくなり、強度と靱
性が損なわれるので、Cr量は8.00〜13.00%
に限定する。
ランス上最低0.05%が必要であるが、1.50%を
超えると高温強度を低下させるので、上限は1.50%
とした。Crは高温耐酸化性を確保する上で必要不可欠
な元素であり、M23C6 型炭化物を析出させる効果も有
する。Crが8.00%未満では高温での耐酸化性が不
足となり、高温強度も低下する。一方、Crが13.0
0%超ではδフェライトの抑制が難しくなり、強度と靱
性が損なわれるので、Cr量は8.00〜13.00%
に限定する。
【0009】Niはオーステナイト生成元素であり、δ
フェライトを抑制する効果を有し、靱性にも有益な影響
を及ぼす。Niは最低0.01%が必要であるが、1.
50%超では析出物の凝集粗大化を招くため、0.01
〜1.50%の範囲とした。Moは固溶体強化をもたら
すと同時にM23C6 を安定化させ、高温強度を向上させ
る。Moが0.50%以下では効果が小さく、また1.
0%超ではδフェライトの生成を促進すると同時に、M
6 CとLaves相の析出および凝集粗大化を促進させ
るので、0.50%超〜1.0%の範囲とした。
フェライトを抑制する効果を有し、靱性にも有益な影響
を及ぼす。Niは最低0.01%が必要であるが、1.
50%超では析出物の凝集粗大化を招くため、0.01
〜1.50%の範囲とした。Moは固溶体強化をもたら
すと同時にM23C6 を安定化させ、高温強度を向上させ
る。Moが0.50%以下では効果が小さく、また1.
0%超ではδフェライトの生成を促進すると同時に、M
6 CとLaves相の析出および凝集粗大化を促進させ
るので、0.50%超〜1.0%の範囲とした。
【0010】Wは固溶体強化とM23C6 の微細析出の効
果を奏すると同時に、炭化物の凝集粗大化を抑制し、高
温長時間側のクリープ破断強度を著しく向上させる。W
は最低1.00%超が必要であるが、4.00%を超え
るとδフェライトと粗大なLaves相が生成しやすく
なり、高温強度と靱性を低下させるため、1.00%超
〜4.00%の範囲とした。
果を奏すると同時に、炭化物の凝集粗大化を抑制し、高
温長時間側のクリープ破断強度を著しく向上させる。W
は最低1.00%超が必要であるが、4.00%を超え
るとδフェライトと粗大なLaves相が生成しやすく
なり、高温強度と靱性を低下させるため、1.00%超
〜4.00%の範囲とした。
【0011】Vは微細な炭窒化物として析出し、高温強
度を高める働きを有する。Vが0.05%未満では効果
が不十分であり、また0.30%超ではV(C、N)の
粗大化を招くだけではなく、M23C6 として析出し得る
C量を減少させ、逆に高温強度を低下させるので、0.
05〜0.30%の範囲に限定する。Nbは炭窒化物と
して析出し、強度を高めるのに有効である。最低0.0
2%が必要であるが、0.15%を超えて添加すると、
焼ならし温度ではマトリックスに完全に溶けきれず、十
分な強化効果が得られないので、0.02〜0.15%
に限定する。
度を高める働きを有する。Vが0.05%未満では効果
が不十分であり、また0.30%超ではV(C、N)の
粗大化を招くだけではなく、M23C6 として析出し得る
C量を減少させ、逆に高温強度を低下させるので、0.
05〜0.30%の範囲に限定する。Nbは炭窒化物と
して析出し、強度を高めるのに有効である。最低0.0
2%が必要であるが、0.15%を超えて添加すると、
焼ならし温度ではマトリックスに完全に溶けきれず、十
分な強化効果が得られないので、0.02〜0.15%
に限定する。
【0012】Nは窒化物または炭窒化物を析出させ、高
温強度を高める重要な元素の一つである。Nは最低0.
01%は必要であるが、0.11%を超えると窒化物の
粗大化と靱性の低下をもたらすだけではなく、製造上で
も困難となるため、0.01〜0.11%の範囲に限定
する。Coの積極的な利用は本発明の大きな特徴の一つ
である。Coはオーステナイト生成元素であり、δフェ
ライトの生成を抑制すると同時に、析出物を安定化さ
せ、高温強度を高める。しかし、Coが5.0%超では
コストが高く、脆化も起こりやすくなるので、5.0%
以下に限定する。
温強度を高める重要な元素の一つである。Nは最低0.
01%は必要であるが、0.11%を超えると窒化物の
粗大化と靱性の低下をもたらすだけではなく、製造上で
も困難となるため、0.01〜0.11%の範囲に限定
する。Coの積極的な利用は本発明の大きな特徴の一つ
である。Coはオーステナイト生成元素であり、δフェ
ライトの生成を抑制すると同時に、析出物を安定化さ
せ、高温強度を高める。しかし、Coが5.0%超では
コストが高く、脆化も起こりやすくなるので、5.0%
以下に限定する。
【0013】Alは脱酸材として使われるが、その残留
量は結晶粒径や機械的性質に大きな影響を及ぼす。Al
が0.002%未満では脱酸には不十分であり、また
0.050%超ではクリープ破断強度が低下するので、
0.002〜0.050%の範囲に限定する。Bは粒界
強化作用およびM23(C、B)6 などとして析出強化作
用があるので、高温強度を向上させる効果がある。Bが
0.0010%未満では効果が不十分であり、また0.
02%超では粗大なB含有相を生じ、脆化を起こすた
め、0.0010〜0.02%の範囲に限定する。
量は結晶粒径や機械的性質に大きな影響を及ぼす。Al
が0.002%未満では脱酸には不十分であり、また
0.050%超ではクリープ破断強度が低下するので、
0.002〜0.050%の範囲に限定する。Bは粒界
強化作用およびM23(C、B)6 などとして析出強化作
用があるので、高温強度を向上させる効果がある。Bが
0.0010%未満では効果が不十分であり、また0.
02%超では粗大なB含有相を生じ、脆化を起こすた
め、0.0010〜0.02%の範囲に限定する。
【0014】Siはフェライト系耐熱鋼の脱酸に必要な
元素であり、0.2%以下にSiを低く抑えることはフ
ェライト系耐熱鋼の精錬コストが上昇し、0.2%を超
えてSiを高くすればその精錬コストが低減することが
明らかになったので、フェライト系耐熱鋼の使用性能の
観点から必要なSiの最小および最大量について検討し
た。ボイラの使用性能としてクリープ強度、靱性、溶接
性および耐水蒸気酸化特性に及ぼすSiの影響を詳細に
調べたところ、Siが0.21%以上で、かつ0.50
%以下の範囲の成分を有するフェライト系耐熱鋼の使用
性能はSiが0.2%以下の範囲の成分を有するフェラ
イト系耐熱鋼の使用性能とほぼ同等であり、ボイラ鋼管
として必要な性能を確保できることが判った。
元素であり、0.2%以下にSiを低く抑えることはフ
ェライト系耐熱鋼の精錬コストが上昇し、0.2%を超
えてSiを高くすればその精錬コストが低減することが
明らかになったので、フェライト系耐熱鋼の使用性能の
観点から必要なSiの最小および最大量について検討し
た。ボイラの使用性能としてクリープ強度、靱性、溶接
性および耐水蒸気酸化特性に及ぼすSiの影響を詳細に
調べたところ、Siが0.21%以上で、かつ0.50
%以下の範囲の成分を有するフェライト系耐熱鋼の使用
性能はSiが0.2%以下の範囲の成分を有するフェラ
イト系耐熱鋼の使用性能とほぼ同等であり、ボイラ鋼管
として必要な性能を確保できることが判った。
【0015】Alが0.05%以下、Siが0.50%
以下であっても、両者が複合して多量に添加されると、
時効後靱性が悪化するためSi+10Alを0.80%
以下に制限した。
以下であっても、両者が複合して多量に添加されると、
時効後靱性が悪化するためSi+10Alを0.80%
以下に制限した。
【0016】
【実施例】表1に示す化学組成を有する本発明鋼(N
o.8〜11)と比較鋼(No.1〜7)を真空誘導溶
解炉にて各20kgのインゴットに溶製し、熱延によっ
て厚さ15mmの板とした後、1100℃×60分の焼
ならし、780℃×60分の焼もどしを施して、600
℃、20kgf/mm2 の条件においてクリープ破断試
験を行い、600℃、3000時間時効後0℃において
シャルピー衝撃試験を行い、650℃で500時間の水
蒸気酸化試験を行った。その結果を表2に示す。
o.8〜11)と比較鋼(No.1〜7)を真空誘導溶
解炉にて各20kgのインゴットに溶製し、熱延によっ
て厚さ15mmの板とした後、1100℃×60分の焼
ならし、780℃×60分の焼もどしを施して、600
℃、20kgf/mm2 の条件においてクリープ破断試
験を行い、600℃、3000時間時効後0℃において
シャルピー衝撃試験を行い、650℃で500時間の水
蒸気酸化試験を行った。その結果を表2に示す。
【0017】表2から明らかなように、本発明鋼は何れ
の条件においてもクリープ破断時間および600℃、3
000時間時効後のシャルピー吸収エネルギーが比較鋼
と同等であり、かつ水蒸気酸化量は比較鋼と比べ同等以
上の値を示している。なお、Siを0.81%添加した
鋼(No.6)およびSi+10Alを0.88%添加
した鋼(No.7)は時効後の靱性が劣る。
の条件においてもクリープ破断時間および600℃、3
000時間時効後のシャルピー吸収エネルギーが比較鋼
と同等であり、かつ水蒸気酸化量は比較鋼と比べ同等以
上の値を示している。なお、Siを0.81%添加した
鋼(No.6)およびSi+10Alを0.88%添加
した鋼(No.7)は時効後の靱性が劣る。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【発明の効果】以上の如く、本発明により、優れたクリ
ープ破断強度と良好な靱性を有する耐酸化性に優れたフ
ェライト系耐熱鋼の供給が可能となった。これらの鋼は
超々臨界圧火力発電、原子力発電など多くの分野への適
用ができ、産業界に対し貢献するところが極めて大き
い。
ープ破断強度と良好な靱性を有する耐酸化性に優れたフ
ェライト系耐熱鋼の供給が可能となった。これらの鋼は
超々臨界圧火力発電、原子力発電など多くの分野への適
用ができ、産業界に対し貢献するところが極めて大き
い。
フロントページの続き (72)発明者 石塚 哲夫 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 藤田 利夫 東京都文京区向丘1丁目14の4
Claims (1)
- 【請求項1】 重量%で C:0.02〜0.15%未満 Mn:0.05〜1.50% Cr:8.00〜13.00% Ni:0.01〜1.50% Mo:0.50%超〜1.0% W:1.00%超〜4.00% V:0.05〜0.30% Nb:0.02〜0.15% Co:5.0%以下 B:0.0010〜0.02% N:0.01〜0.11% を含有し、さらに Si:0.21〜0.50% Al:0.002〜0.05%、かつ Si+10Alを0.80%以下含有し、残部がFeお
よび不可避的不純物からなる優れた高温強度と十分な靱
性と耐酸化特性を有する高強度フェライト系耐熱鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7854494A JPH07286247A (ja) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | 高強度フェライト系耐熱鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7854494A JPH07286247A (ja) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | 高強度フェライト系耐熱鋼 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07286247A true JPH07286247A (ja) | 1995-10-31 |
Family
ID=13664867
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7854494A Pending JPH07286247A (ja) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | 高強度フェライト系耐熱鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07286247A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0828010A2 (en) * | 1996-09-10 | 1998-03-11 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | High strength and high-toughness heat-resistant cast steel |
EP1770182A1 (en) * | 2005-09-29 | 2007-04-04 | Hitachi, Ltd. | High-strenght heat resisting cast steel, method of producing the steel, and applications of the steel |
EP1988182A1 (en) * | 2006-02-06 | 2008-11-05 | Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha | Ferritic heat-resistant steel |
WO2017178555A1 (de) * | 2016-04-15 | 2017-10-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Martensitischer stahl mit verzögerter z-phase-bildung und bauteil |
CN111996445A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-11-27 | 河北津西钢铁集团股份有限公司 | 一种低碳热轧h型钢及其制备方法 |
-
1994
- 1994-04-18 JP JP7854494A patent/JPH07286247A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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