JPH09184048A - フェライト系鉄基合金の製造方法および高クロムフェライト系耐熱鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】理論的な手法で高温強度の高いフェライト系鉄
基合金を設計する方法およびボイラ用として好適なフェ
ライト系耐熱鋼を提供する。 【解決手段】鉄基合金中の合金元素について、ｄ電子軌
道エネルギーレベル（Ｍｄ）および鉄（Fe）との結合次
数（Ｂｏ）をＤＶ−Ｘαクラスター法によって求め、平
均Ｂｏ値が 1.805〜1.817 の範囲、平均Ｍｄ値が0.8520
〜0.8628の範囲になるように合金設計を行う。ボイラ用
鋼として望ましいのは、Crが 9.0〜13.5％、Ｃが0.02〜
0.14％、Coが0.5〜4.3 質量％、Ｗが 0.5〜2.6 ％、Si
が 0.101〜0.500 質量％、Reが 0〜3.0 ％以下、Niが0.
40％以下で、平均Ｂｏ値と平均Ｍｄ値が図のＡＢＣＤの
領域内にあるフェライト系耐熱鋼である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、分子軌道理論を応
用してフェライト系鉄基合金を製造する方法、およびそ
の方法によって開発された高強度のフェライト系耐熱鋼
に関する。さらに、高い高温強度と優れた耐水蒸気酸化
特性を有し、高温、高圧蒸気条件で使用されるボイラ用
材料としてきわめて好適なフェライト系耐熱鋼に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】火力発電システムでは発電効率を高める
ため蒸気温度を上昇させる傾向にあり、その結果、主蒸
気配管、管寄等の大径厚肉鋼管、および過熱器管、再熱
器管等の熱交換器鋼管等に使用されるボイラ材料に要求
される特性は一段と高度なものとなりつつある。中で
も、高温クリープ強度の向上と、ボイラ鋼管内部に発生
する水蒸気酸化スケールの抑制は大きな課題である。

【０００３】ボイラ用材料としては、主に 9〜12％のCr
を含むフェライト系耐熱鋼が使用される。この種の耐熱
鋼は、Crの外に、Ｃ、Si、Mn、Ni、Mo、Ｗ、Ｖ、Nb、T
i、Ｂ(ボロン) 、Ｎ (窒素) 、Cu等をそれぞれ 0.004〜
2.0 ％の範囲で選択し、組み合わせて含有させたものが
殆どである。なお、この明細書では、特に断らない限り
合金元素の含有量に関する％は質量％ (mass％) を意味
する。

【０００４】表１は、既存の主なフェライト系耐熱鋼の
組成を示すものである（「耐熱鋼の組成、組織とクリー
プ特性」日本金属学会、日本鉄鋼協会九州支部、第78回
講演討論会資料、平成４年９月25日…文献１…参照）。
これらの鋼種は各合金元素の添加量を少しずつ変化させ
た膨大な実験によって開発されてきた。そのような実験
によって知られた各合金元素の作用効果は概ね下記のよ
うにまとめることができる。

【０００５】Cr：耐食、耐酸化性を向上させる元素であ
り、鋼材の使用温度の上昇とともにその添加量を増加さ
せる必要がある。

【０００６】Ｗ、Mo：固溶強化と析出強化により、高温
強度を増大させる。

【０００７】しかし、添加量が増大すると延性脆性遷移
温度(DBTT)が上昇する。脆化を抑制するためには、Mo当
量〔Mo＋(1/2) Ｗ〕を1.5 ％以下にすることが必要であ
る。この方針に従って、従来の多くの合金のMo当量は
1.5％近傍にある。

【０００８】Ｖ、Nb：炭、窒化物による析出強化が期待
できる。1050℃での焼なまし時の固溶限は、Ｖでは 0.2
％、Nbでは0.03％である。これ以上添加量が増えると固
溶できない元素が焼なまし時に、炭・窒化物として析出
する。これまでの実験結果によれば、クリープ破断強度
から判断してＶは 0.2％、Nbは0.05％が最適とされてい
る。このNbの値は固溶限を超えているが、固溶できなか
ったNbは NbCとなり、焼なまし時のオーステナイト粒の
粗大化を抑制するのに効果がある。

【０００９】Cu ：オーステナイト安定化元素であるた
めδフェライト相および炭化物の析出を抑制する。また
Ac₁点を低下させる作用が小さく、焼入れ性改善の効果
を持つ。この外、溶接熱影響部 (heat affected zone、
通常、HAZと略記される) の軟化層の生成を抑制する。
しかし、１％以上入れるとクリープ破断絞りが減少す
る。

【００１０】Ｃ、Ｎ：鋼の組織および強度に影響する元
素である。クリープ特性に関しては、Ｖ、Nb等の添加量
により、クリープ破断強度に最適なＣ含有量、Ｎ含有量
は変化する。

【００１１】Ｂ ： 0.005％程度の添加により鋼の焼入
れ性が向上する。また組織が微細になり、強度と靱性の
向上に効果があるといわれている。

【００１２】Si ：Siには水蒸気酸化を抑制する効果が
あり、ボイラ材ではある程度の含有量を確保するのがよ
いと言われている。

【００１３】Ｐ、Ｓ、Mn：鋼の脆性抑制のためこれらの
元素はできるだけ少ない方が良いとされている。

【００１４】上記のように、従来の合金開発の方法によ
って、各合金元素の効果はある程度明らかにされてき
た。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１に開示されているような耐熱鋼は、化
学組成を変えた多数の試験片を作製し、長時間のクリー
プ試験をはじめとする種々の試験を繰り返すという試行
錯誤的手法で開発されてきた。新たな鋼種を開発するた
めには、さらに膨大な実験が必要となる。例えば５種の
合金元素からなる鋼の各元素の含有量を、それぞれ３種
類づつ変えて調べるとすれば、単純に計算して 3⁵ (=24
3)もの鋼を溶製し、それぞれから各種の試験片を作製し
て実験を繰り返すことが必要となる。最近の耐熱鋼は10
種類に余る合金元素から成る。従って、この種の新規な
鋼を従来の手法で開発するとすれば多大な労力、時間お
よび費用を必要とする。

【００１７】本発明者らの一人は、先に分子軌道理論に
基づく新しい金属材料の設計方法を開発した。その方法
の概要は、「日本金属学会会報」第31巻、第７号(1992)
599〜603 頁 (文献２) および「アルトピア」1991,9,
23〜31頁 (文献３) 等に開示している。また、本発明者
らの一人は、上記の方法を用いて、ニッケル基合金およ
びオーステナイト系鉄合金を製造する方法について特許
出願を行った〔特許第1831647 号 (特公平５−40806 号
公報) および米国特許第4,824,637 号明細書、参照〕。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】発電効率の一層の向上
を図るには、蒸気の圧力および温度を高める必要があり
近年、 246〜351 kgf/cm²gの圧力、538 〜649 ℃の温度
という過酷な蒸気条件の採用が進められている。このよ
うな蒸気条件で使用されるボイラ材料として、これまで
に開発されたボイラ材料ではその高温特性が十分でな
い。

【００１９】本発明の目的は、前記の分子軌道理論を用
いて、従来のような試行錯誤を繰り返す実験手法によら
ず、理論的な予測によって効率的に鉄基合金またはフェ
ライト系耐熱鋼を製造する方法を提供すること、および
既存の同種の耐熱鋼に優る特性を持ち、特にボイラ用と
して好適なフェライト系耐熱鋼を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記(1) およ
び(2) のフェライト系鉄基合金または耐熱鋼の製造方法
ならびに(3) から(12)までのフェライト系耐熱鋼を要旨
とする。

【００２１】(1) 体心立方晶の鉄基合金中における各種
合金元素について、ｄ電子軌道エネルギーレベル（Ｍ
ｄ）および鉄（Fe）との結合次数（Ｂｏ）をＤＶ−Ｘα
クラスター法によって求め、下記式および式でそれ
ぞれ表される平均Ｂｏ値と平均Ｍｄ値とが、合金に求め
られる特性に応じた所定の値になるように添加すべき合
金元素の種類および含有量を定めることを特徴とするフ
ェライト系鉄基合金の製造方法。

【００２２】 平均Ｂｏ値＝ΣＸ i・（Ｂｏ)i ・・・・・ 平均Ｍｄ値＝ΣＸ i・ (Ｍｄ)i ・・・・・ ただし、Ｘi は合金元素ｉのモル分率、（Ｂｏ)iおよび
(Ｍｄ)iはそれぞれｉ元素のＢｏ値およびＭｄ値であ
る。

【００２３】(2) 上記(1) に記載の平均Ｂｏ値が 1.805
〜1.817 の範囲、同じく平均Ｍｄ値が0.8520〜0.8628の
範囲となるように化学組成を決定することを特徴とする
フェライト系耐熱鋼の製造方法。

【００２４】(3) クロム（Cr）の含有量が 9.0〜13.5質
量％、炭素 (Ｃ) の含有量が0.02〜0.14質量％、コバル
ト (Co) の含有量が 0.5〜4.3 質量％、タングステン
(Ｗ) の含有量が 0.5〜2.6 質量％であり、前記平均Ｂ
ｏ値および平均Ｍｄ値が図５の点ＡとＢ、ＢとＣ、Ｃと
Ｄ、ＤとＡをそれぞれ結ぶ直線で囲まれる領域（線上を
含む）にあるフェライト系耐熱鋼。

【００２５】(4) クロム（Cr）の含有量が 9.0〜13.5質
量％、炭素 (Ｃ) の含有量が0.02〜0.14質量％、コバル
ト (Co) の含有量が 0.5〜4.3 質量％、タングステン
(Ｗ) の含有量が 0.5〜2.6 質量％、珪素（Si）の含有
量が 0.101〜0.500 質量％、レニウム（Re）の含有量が
０〜3.0 ％、ニッケル(Ni)の含有量が0.40質量％以下で
あり、前記平均Ｂｏ値および平均Ｍｄ値が図５の点Ａと
Ｂ、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＡをそれぞれ結ぶ直線で囲ま
れる領域（線上を含む）にあるボイラ用フェライト系耐
熱鋼。

【００２６】(5) クロム（Cr）の含有量が 9.0〜13.5質
量％、炭素 (Ｃ) の含有量が0.02〜0.14質量％、コバル
ト (Co) の含有量が 0.5〜4.3 質量％、タングステン
(Ｗ) の含有量が 0.5〜2.6 質量％、珪素（Si）の含有
量が 0.101〜0.500 質量％、レニウム（Re）の含有量が
０〜3.0 ％、マンガン(Mn)の含有量が0.60質量％以下、
りん (Ｐ) の含有量が0.02質量％以下、ニッケル(Ni)の
含有量が0.40質量％以下であり、前記平均Ｂｏ値および
平均Ｍｄ値が図５の点ＡとＢ、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＡ
をそれぞれ結ぶ直線で囲まれる領域（線上を含む）にあ
るボイラ用フェライト系耐熱鋼。

【００２７】(6) 質量％で、 炭素 (Ｃ) : 0.02〜0.14％、 クロム (Cr) : 9.0〜13.5％、 モリブデン(Mo): 0.02〜0.80％、 バナジウム (Ｖ) : 0.10〜0.30％、 ニオブ (Nb) : 0.02〜0.25％、 タングステン (Ｗ): 0.5〜2.6 ％、 コバルト(Co): 0.5〜4.3 ％、 珪素 (Si) : 0.101 〜0.500 ％、 ニッケル(Ni): 0.40％以下、 硼素 (Ｂ) : 0.002 〜0.020 ％、 窒素 (Ｎ) : 0.005 〜0.100 ％、 レニウム(Re): 0〜3.0 ％、 ならびにジルコニウム (Zr): 0.001〜0.600 ％、チタン
(Ti):0.001〜0.200 ％およびハフニウム(Hf):0.001〜0.
600 ％の中の１種以上を含み、残部が鉄 (Fe) および不
可避的不純物からなることを特徴とするボイラ用フェラ
イト系耐熱鋼。

【００２８】(7) 質量％で、 炭素 (Ｃ) : 0.02〜0.14％、 クロム (Cr) : 9.0〜13.5％、 モリブデン(Mo): 0.02〜0.80％、 バナジウム (Ｖ) : 0.10〜0.30％、 ニオブ (Nb) : 0.02〜0.25％、 タングステン (Ｗ): 0.5〜2.6 ％、 コバルト(Co): 0.5〜4.3 ％、 珪素 (Si) : 0.101 〜0.500 ％、 窒素 (Ｎ) : 0.005 〜0.100 ％、 硼素 (Ｂ) : 0.002 〜0.020 ％、 ニッケル(Ni): 0.40％以下、 りん（Ｐ）: 0.02％以下、 マンガン (Mn) : 0.60％以下、 レニウム(Re): 0〜3.0 ％、 ならびにジルコニウム (Zr): 0.001〜0.600 ％、チタン
(Ti):0.001〜0.200 ％およびハフニウム(Hf):0.001〜0.
600 ％の中の１種以上を含み、残部が鉄 (Fe) および不
可避的不純物からなることを特徴とするボイラ用フェラ
イト系耐熱鋼。

【００２９】(8) 前記(4) または(5) に記載の合金成分
に加えて、さらに モリブデン(Mo): 0.02〜0.80％、 バナジウム (Ｖ) : 0.10〜0.30％、 ニオブ (Nb) : 0.02〜0.25％、 窒素 (Ｎ) : 0.005 〜0.100 ％、 硼素 (Ｂ) : 0.002 〜0.020 ％、 ならびにジルコニウム (Zr): 0.001〜0.600 ％、チタン
(Ti):0.001〜0.200 ％およびハフニウム(Hf):0.001〜0.
600 ％の中の１種以上を含み、前記の平均Ｂｏ値と平均
Ｍｄ値とが、図５の点ＡとＢ、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＡ
をそれぞれ結ぶ直線で囲まれる領域（線上を含む）にあ
る前記(5) または(5) のボイラ用フェライト系耐熱鋼。

【００３０】(9) 前記(6) から(8) までに記載の合金成
分に加えて、さらにタンタル（Ta）を0.001〜0.800 質
量％含有する前記(6) から(8) までのいずれかのボイラ
用フェライト系耐熱鋼。

【００３１】上記の(4) から(9) までの鋼において、コ
バルト（Co）の含有量を 1.0質量％を超え4.3 質量％ま
で、または／およびレニウム（Re）の含有量を 0.01 〜
3.0質量％とすることが望ましい。

【００３２】

【発明の実施の形態】

I. 本発明の鉄基合金または耐熱鋼の製造方法について この方法の最大の特徴は、分子軌道計算法の一つである
ＤＶ−Ｘαクラスター法(Discrete-Variation-Ｘαクラ
スター法) を用いて体心立方晶 (以下、BCC と記す) の
鉄基合金中の各種元素の合金パラメータを導出し、その
合金パラメータにより、合金元素の特徴を解明して、所
望の特性を持つボイラ用フェライト系耐熱鋼にふさわし
い合金元素およびその含有量の選定を行うことにある。
上記の合金パラメータを用いれば、フェライト系耐熱鋼
の相安定性と高温クリープ特性が評価できる。従って、
フェライト系耐熱鋼の理論的な評価が可能であり、その
評価結果を新しい耐熱鋼の開発に役立てることができ
る。

【００３３】ＤＶ−Ｘαクラスター法の詳細は、例え
ば、三共出版「量子材料化学入門」(文献４) および前
掲の特公平５−40806 号公報に開示されている。表２に
この方法で計算して得られた二つの合金パラメータの値
を示す。その一つは、Fe−Ｍ原子間の電子雲の重なり度
合を表す結合次数（Bond Order：Ｂｏと略記する）であ
る。このＢｏが大きいほど原子間の結合は強い。もう一
つは、合金元素Ｍのｄ軌道エネルギーレベル（Ｍｄと略
記する）である。このＭｄは、電気陰性度や原子半径と
相関のあるパラメータである。Ｍｄの単位はエレクトロ
ン・ボルト（eV）であるが、簡単のため以下の説明では
単位を省略する。

【００３４】表２に示した非遷移金属元素の炭素
（Ｃ）、窒素（Ｎ）、および珪素（Si）のＭｄの値は、
状態図や実験データを基にして決定した。ｄ電子を持た
ないこれらの元素を遷移金属と同じ枠組みの中で議論す
るために、このような取り扱いを行った。

【００３５】

【表２】

【００３６】合金においては次式のように各元素の組成
平均をとり、平均のＢｏおよびＭｄを定義する。

【００３７】 平均Ｂｏ値＝ΣＸ i・（Ｂｏ)i ・・・・・ 平均Ｍｄ値＝ΣＸ i・ (Ｍｄ)i ・・・・・ ここでＸｉは合金元素ｉのモル分率、（Ｂｏ)iおよび
(Ｍｄ)iは、それぞれｉ元素のＢｏ値およびＭｄ値であ
り、フェライト鋼では表２の値を使う。なお、表２中に
記載されていない元素のＭｄおよびＢｏはともに０とす
る。

【００３８】i. 合金パラメータによる添加元素の選択 図１は、各元素（Ｍ）の合金パラメータを「平均Ｂｏ−
平均Ｍｄマップ」上にまとめたものである。ここではFe
−1mol％Ｍ合金の位置を●印で示した。このように、合
金元素によってその位置は大きく変化する。○印で示す
Feの位置より右上方にある元素はMnを除いてすべてフェ
ライト形成元素である。一方、Mnと左下方にある元素は
オーステナイト形成元素である。

【００３９】フェライト系耐熱鋼の合金元素としては、
Ｂｏは高く、Ｍｄは低い方が良い。

【００４０】Ｂｏが高ければ原子間の結合力が強くなる
ので、材料強化に有効である。一方、Ｍｄは、後述する
ように合金の相安定性と関係しており、合金の平均Ｍｄ
が高くなると第２相（δフェライト相など）が析出して
くる（例えば、鉄と鋼、第78巻(1992)p.1377…文献４…
参照）。高平均Ｂｏ、低平均Ｍｄという観点から図１を
みると、Crが最もこの条件に合致している。合金ベクト
ルの傾き、すなわち「平均Ｂｏ／平均Ｍｄ」比は、Crが
最も大きいからである。Cr以下、この比は、Mo、Ｗ、R
e、Ｖ、Nb、Ta、Zr、Hf、Tiの順に小さくなる。

【００４１】一方、オーステナイト形成元素について注
目すると、Mnを除き、「平均Ｂｏ／平均Ｍｄ」比は負に
なり、その大きさはCo、Ni、Cuの順に小さくなる。

【００４２】上記の理論的な推定から、フェライト系耐
熱鋼の添加元素として好ましいと思われる元素であるに
もかかわらず、これまで積極的に使われていない元素と
してReがある。

【００４３】フェライト系耐熱鋼は、焼もどし処理をし
て焼もどしマルテンサイト単相の組織とする場合が多
い。長時間の高温クリープ破断強度を上昇させるために
は、できるだけ高い温度での焼もどしが必要である。従
って、焼もどし温度の上限となる Ac₁変態点を上昇させ
る必要がある。 Ac₁変態点は経験的に次式で与えられて
いる。

【００４４】 Ac₁点（℃）＝ 760.1−23.6 Mn −58.6 Ni −8.7 Co−6.0 Cu ＋4.2 Cr＋25.7 Mo ＋10.3Ｗ＋ 84 Ｖ ・・・・・・ なお、式の元素記号はそれぞれの元素の含有量 (質量
％) を示す。

【００４５】図２に bcc Fe に各元素を 1 mol％添加し
たときの平均Ｍｄと Ac₁点の変化（△Ac₁)の関係を示
す。上述のようにＭｄ値が小さくて、 Ac₁点を上昇させ
る元素が耐熱鋼の合金元素として適している。この視点
から図２をみると「△Ac₁/平均Ｍｄ」の比が比較的大き
なＶは有効な元素であるといえる。また、Crは△Ac₁ の
上昇にはほとんど寄与しない元素である。一方、オース
テナイト形成元素であるNiとCoを比べれば、Coの方が A
c₁点をあまり低下させない元素である。この点から、Ni
よりもCoの方が、合金元素としては適していると言え
る。

【００４６】Mnは Ac₁点を下げ、かつＢｏもあまり大き
くないので、できればその含有量を減少させた方がよい
元素である。また、Cuの Ac₁点を下げる作用は、Coとほ
ぼ同程度である。

【００４７】ii. フェライト系耐熱鋼の相安定性 フェライト系耐熱鋼では、クリープ特性および靱性の向
上のために、δフェライト相の生成を抑える必要があ
る。本発明方法ではかなりの精度でδフェライト相の生
成が予測できる。

【００４８】図３は、1050℃で焼ならしをしたNi含有量
の異なる材料中に残留するδフェライト量を平均Ｍｄ値
によって整理した結果である。δフェライト相はNiが無
添加の場合、平均Ｍｄが 0.852を超えたあたりから生成
し始め、平均Ｍｄが高くなるにしたがって、その量は比
例的に増加する。またオーステナイト形成元素であるNi
の添加によって、生成境界の平均Ｍｄ値は若干高くなる
傾向がある。δフェライト量を合金組成から予測し、そ
の生成を抑えることができるため、この平均Ｍｄによる
予測は、フェライト系耐熱鋼の合金設計にきわめて有用
である。また、Laves 相（ Fe₂Ｗ、Fe₂Mo など）の生成
もNiを含まない時は予測できる。Laves相はNi添加によ
り生成しやすくなる。

【００４９】このほか、δフェライトが生成しない範囲
で平均Ｂｏ値を増加させると、高温クリープ強度が向上
する。その例を図４に示す。

【００５０】図４は、これまでに知られている主なフェ
ライト系耐熱鋼の600 ℃での許容応力を縦軸にとり、横
軸の平均Ｂｏとの関係を示したものである。図中の□印
の合金はδフェライト相が現れる材料である。一方、●
印で示した合金は、δフェライト相の現れない材料であ
る。δフェライト相が現れない材料の許容応力は、平均
Ｂｏとともに直線的に増加していることがわかる。一方
δフェライト相が現れる材料の許容応力はどれも小さ
く、直線より下にくる。δフェライト相の存在は溶接性
を高めるために有効であるかも知れないが、許容応力を
上げるには、その生成を抑制することが必要である。

【００５１】iii. 「平均Ｂｏ−平均Ｍｄマップ」上で
の最適範囲 以上をまとめてみると、平均Ｍｄ値と平均Ｂｏ値が図５
の矩形領域（直線ＥＢ、ＢＦ、ＦＤおよびＤＥで囲まれ
る領域）にあるとき高温特性に優れたフェライト系耐熱
鋼が得られると言える。図５において、Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ、ＥおよびＦの各点の座標点は下記のとおりである。

【００５２】 Ａ点・・・平均Ｍｄ値＝0.8563、 平均Ｂｏ値＝1.817 Ｂ点・・・平均Ｍｄ値＝0.8520、 平均Ｂｏ値＝1.805 Ｃ点・・・平均Ｍｄ値＝0.8585、 平均Ｂｏ値＝1.805 Ｄ点・・・平均Ｍｄ値＝0.8628、 平均Ｂｏ値＝1.817 Ｅ点・・・平均Ｍｄ値＝0.8520、 平均Ｂｏ値＝1.817 Ｆ点・・・平均Ｍｄ値＝0.8628、 平均Ｂｏ値＝1.805 図５の直線ＢＦは平均Ｂｏ値が1.805 の直線であり、こ
れより平均Ｂｏ値を下げるとクリープ特性が劣化する
(図４参照）。

【００５３】直線ＥＤは平均Ｂｏ値が1.817 の直線であ
り、相安定性を保ったままで、これより平均Ｂｏ値を上
げることは実際上不可能である。直線ＤＦは、平均Ｍｄ
値が0.8628 の線であり、これは材料の実際の製造時に
δフェライトを生成させないための安全上限値である。
Ｂ点 (平均Ｂｏ値が1.805 、平均Ｍｄ値が0.8520) の値
よりも更に平均Ｂｏ値と平均Ｍｄ値を下げるのは、合金
の高温特性上、好ましくない。従って、高温クリープ特
性に優れたフェライト系耐熱鋼の製造に当たっては、平
均Ｂｏ値が1.805 から1.817 の範囲で、かつ平均Ｍｄ値
が0.8520から0.8628の範囲になるように成分設計を行え
ばよい。

【００５４】さらに、太線の平行四辺形で囲った領域、
即ち、点ＡとＢ、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＡをそれぞれ結
ぶ直線で囲まれる領域（線上を含む）がフェライト系耐
熱鋼の「平均Ｂｏ−平均Ｍｄマップ」上での最適範囲で
ある。

【００５５】図５のＡＢおよびＣＤの直線の方向は、図
１に示したように、Cr、Ｖ、Mo、Ｗ、Nb、Ta、Re、Mn、
Coの合金ベクトルの方向に近く、平均Ｂｏ値を上げると
平均Ｍｄ値がこの方向に沿って上がることを示してい
る。即ち、平均Ｂｏ値と平均Ｍｄ値が図５の直線ＡＢ、
ＢＣ、ＣＤおよびＤＡで囲まれる範囲にある耐熱鋼 (前
記(3) の本発明の鋼) は、最も理想的なフェライト系耐
熱鋼である。

【００５６】II. 本発明のフェライト系耐熱鋼について i. 本発明耐熱鋼の基本的特徴 これまでに述べた理論および経験則を基にして開発され
た本発明の前記(3) から(12)までの鋼の基本的特徴は下
記のとおりである。

【００５７】1) CrとＣの含有量の範囲は、高クロムフ
ェライト系耐熱鋼の基本的な特性を確保する範囲とす
る。

【００５８】2) δフェライト相の析出を抑え、靱性な
らびにクリープ特性を改善する。Coの0.5 ％は、δフェ
ライト相の出現を避けるための最小限の量である。Coの
含有量は、1.0 ％を超える範囲が望ましい。一方、Coを
4.3％を超えて含有させても、クリープ特性の大きな改
善はない。Coは Ac₁変態点を低下させる元素であるか
ら、その含有量は 4.3％までにとどめるべきである。

【００５９】3) Cr は、耐酸化性および高温耐食性を
高め、さらに合金中に固溶して高温クリープ強度を高め
るために不可欠の元素である。そこで、Crの含有量はδ
フェライトを出さない範囲で、鋼の平均Ｍｄ値と平均Ｂ
ｏ値をできるだけ高くするように調整した。Cr含有量が
増えれば、鋼の Ac₁点も高くなりクリープ特性が向上す
る。

【００６０】4) Ac₁ 変態点をできるだけ高温にしてク
リープ特性を改善した。Niはクリープ特性を劣化させる
ので、その使用を避け、不純物として混入する量も 0.4
0％以下に抑える。なお、Niはできるだけ少ないことが
望ましい。

【００６１】5) Ｗは、Ｂｏ値の大きな元素であり、高
温クリープ特性を改善するには必須の合金元素である。
従って、0.5 〜2.6 ％の範囲で添加する。

【００６２】6) 図３に示したように、δフェライトの
生成を抑えるには、Niが0.40％以下の場合、平均Ｍｄ値
を 0.8540 以下とすることが必要であるが、Coを含有さ
せることにより、平均Ｍｄ値は 0.8628 まで高めること
ができる。

【００６３】7) クリープ特性と平均Ｂｏ値との間には
図４に示したような相関がある。平均Ｂｏ値が高くなる
ほど、材料の融点も上がるため、クリープ特性も向上す
ると考えてよい。そこで、δフェライト相が生成しない
範囲、即ち、平均Ｍｄ値が0.8628以下である範囲で、で
きるだけ結合次数が高くなるように化学組成を選択す
る。

【００６４】8) 前記のように、オーステナイト安定化
元素であるCoを必須成分とし、さらに高温強度の向上が
必要な場合にはReの添加を行う。

【００６５】9) 耐水蒸気酸化特性の改善のためにSiを
添加する。

【００６６】10) 靱性の経時劣化の防止のためにMnおよ
びＰの含有量を低くする。

【００６７】11) その他の合金元素は、平均Ｂｏ値と平
均Ｍｄ値が前述の最適範囲 (図５の平行四辺形の領域）
に収まるように、その種類と含有量を選定する。

【００６８】ii. 本発明耐熱鋼の具体的な組成 前述の各成分元素の外の元素も選定し、その含有量を定
めたボイラ用材料として最も望ましいフェライト系耐熱
鋼の化学組成と各合金成分の作用効果および含有量の限
定理由を説明する。

【００６９】Ｃ：0.02〜0.14％ Ｃは、マルテンサイト変態を促進させるとともに、合金
中のFe、Cr、Mo、Ｖ、Nb、Taなどと結合して炭化物を形
成して高温強度を高めるために不可欠の元素であり、こ
のような観点から最低0.02％を必要とする。しかし、Ｃ
の含有量が0.14％を超えると、炭化物の粗大化が起こり
やすくなり高温クリープ強度が劣化するので、その含有
量を0.02〜0.14％に限定した。高強度化と高温クリープ
強度維持のバランスをとるには、下限を0.05％、上限を
0.13％とするのが望ましい。

【００７０】Cr： 9.0〜13.5％ Crは、δフェライトを出さない範囲で、鋼の平均Ｍｄ値
と平均Ｂｏ値をできるだけ高くするように調整しなけれ
ばならない。そして、前記のとおり、 Cr は鋼に優れた
耐酸化性と高温耐食性を持たせるため、さらに合金中に
固溶して高温クリープ強度を高めるために不可欠の元素
であり、最低 9.0％必要である。一方、13.5％を超える
と有害なδフェライトを生成しやすく、高温強度および
靱性を低下させるので、含有量を 9.0〜13.5％に限定し
た。なお、Cr含有量の一層望ましい範囲は10.0〜12.5％
である。

【００７１】Mo：0.02〜0.80％ Moは合金中に固溶して低温および高温における強度を高
めるとともに、微細炭化物を形成し、高温クリープ強度
を向上させる。また、焼戻し脆化の抑制にも寄与する元
素である。このため、最低0.02％の添加が必要である。
一方、0.80％を超えるとδフェライトを生成して、クリ
ープ強度が低下するので上限を0.80％に限定する。な
お、Mo含有量の望ましい範囲は0.05〜0.60％である。

【００７２】Ｖ：0.10〜0.30％ Ｖは、微細炭化物、炭窒化物を形成して、高温クリープ
強さを向上させるのに有効であり、最低0.10％必要とす
る。一方、0.30％を超えると炭素を過度に固定し、炭化
物の析出量が増して高温強度を低下させるので0.10〜0.
30％に限定する。望ましいのは0.15〜0.25％である。

【００７３】Nb：0.02〜0.25％ Nbは、微細炭化物、炭窒化物を形成し、高温クリープ強
度を向上させるとともに、結晶粒の微細化を促進し、低
温靱性を向上させる。このため、最低0.02％必要であ
る。一方、0.25％を超えると、粗大な炭化物および炭窒
化物が析出し靱性を低下させるので、上限を0.25％に限
定する。望ましい範囲は0.03〜0.15％である。

【００７４】Ｗ： 0.5〜2.6 ％ Ｗは、Ｂｏ値の大きな元素であり、高温クリープ特性を
改善するには必須の合金元素で、また、Ｗは、炭化物の
凝集、粗大化を抑制し、また合金中に固溶してマトリッ
クスを固溶強化するので高温強度の向上に有効である。
これらの効果を発揮させるのは最低 0.5％必要である。
一方、 2.6％を超えるとδフェライトやラーベス相を生
成しやすくなり、高温強度を低下させ、さらに耐酸化性
も損なうので 0.5〜2.6 ％に限定する。Ｗ含有量の一層
望ましい範囲は、1.5 〜2.5 ％である。なお、Ｗが過剰
になれば、上記のような悪影響を及ぼすおそれがあるの
でＷの一部をこのような弊害のないReで補うのが望まし
い。

【００７５】Co： 0.5〜4.3 ％ Coは、δフェライトの生成を抑制し、高温強度を向上さ
せる。δフェライトの生成を防止するためには 0.5％以
上の含有が必要であるが、4.3 ％を超えて含有させても
クリープ特性の向上は期待できず、延性が低下し、また
材料コストが上昇するので、含有量を 0.5〜4.3 ％に限
定する。Coは、特に靱性を重視する場合は 1.0％を超え
る範囲が望ましく、さらに望ましい含有量は 2.0〜4.0
％である。

【００７６】Si：0.101 〜0.500 ％ 脱酸元素として必要な元素であると同時に、鋼の耐水蒸
気酸化特性を向上させるのに必要な元素であり、その効
果を発揮させるためには、0.101 ％以上が必要である。
しかし、その含有量が 0.500％を超えると靱性が低下
し、クリープ強度に対しても有害となる。従って、Si含
有量は 0.101〜0.500 ％とするが、一層好ましいのは
0.15 〜0.40％である。

【００７７】Ｂ： 0.002〜0.020 ％ Ｂは微量で鋼の焼入れ性が増大させ、靱性を向上させる
とともに粒界及び粒内の炭化物の析出凝集を抑え、高温
クリープ強度の向上に寄与する元素であり、本発明鋼で
は重要な元素の一つである。これらの効果を十分に得る
ためには 0.002％以上の含有が必要である。一方、 0.0
20％を超えると高温クリープ延性が著しく低下するた
め、その含有量を 0.002〜0.020 ％に限定した。なお、
Ｂ含有量の望ましい範囲は 0.050〜 0.015％である。

【００７８】Ｎ： 0.005〜0.100 ％ 平均Ｍｄ値を調整するために、Ｍｄ値が負であるＮ (窒
素) の含有量の範囲を0.005 〜0.100 ％とした。

【００７９】ＮはNb、Ｖ、Zrなどと結合して窒化物を形
成し、高温クリープ強度を向上させる作用があり、これ
らの作用効果を得るためには 0.005％以上の含有が必要
である。一方、Ｎの含有量が 0.100％を超えると、熱間
加工性が悪くなるため、上限を 0.100％とした。なお、
Ｎ含有量の望ましい範囲は 0.010〜0.070 ％である。

【００８０】Re：０〜3.0 ％ Reは、図１に示したとおり、「平均Ｂｏ／平均Ｍｄ」の
比が大きく、フェライト系耐熱鋼の合金成分として好ま
しい元素である。ただし、高価な成分であるから、必要
に応じて添加する。Reは極微量の添加で固溶強化に著し
く寄与し、高温クリープ強度を向上させる効果を有する
ので所望により含有させる。0.01％程度の微量でも効果
はあるが、上記の効果を確実にし、かつ長時間側まで安
定したクリープ強度を確保するには、その含有量は 0.1
％以上とするのがよい。しかしながら、Reの含有量が
3.0％を超えると、合金の相安定性が悪くなる。従っ
て、その上限を３％とした。

【００８１】Zr： 0.001〜0.600 ％、Ti： 0.001〜0.20
0 ％、Hf： 0.001〜0.600 ％ これらの元素は強窒化物形成元素であり、窒化物をマト
リックス組織に微細分散させてクリープ強度を向上させ
る。またＰ、Ｓ、Ｏなどの有害不純物元素を固定してク
リープ強度を向上される働きもある。

【００８２】上記の効果を得るために、それぞれの元素
で下限以上の含有が必要であるが、過量に含有させると
窒化物が粗大化したクリープ強度が低下するため、それ
ぞれ上限を定めた。なお、それぞれの下限を、Zrで 0.0
05％、Tiで 0.005％、Hfで 0.005％とし、上限を、Zrで
0.150％、Tiで 0.100％、Hfで 0.150％とするのが望ま
しい。

【００８３】Ta: 0.001 〜0.800 ％ Taは、Nb同様、微細炭化物、炭窒化物を形成し、高温ク
リープ強度を向上させるとともに、結晶粒の微細化を促
進し、低温靱性を向上させる元素である。TaはNbより高
融点の金属であり、Nb添加量の少ないときには、添加す
ればよい。しかし、Taの含有量が0.80％を超えると、粗
大な炭化物および炭窒化物が析出し、靱性を低下させる
ので、上限を0.80％に限定する。なお、Taの上限は0.40
％とするのが望ましい。

【００８４】Mn： 0.60 ％以下 Mnは、溶解時の脱酸、脱硫剤として一般的に使用されて
いるが、過剰に添加すると非金属介在物を形成して、靱
性を低下させるとともに、靱性の経時劣化を助長させ、
また、高温クリープ強度を低下させるので、過剰になら
ないようにするのが望ましい。本発明では、精錬技術や
材料のリサイクルからの限界を考慮してMn含有量の上限
を0.60％とした。0.20％以下に制限するのが一層望まし
い。

【００８５】Ｐ：不純物としての許容上限が 0.02 ％ Ｐは、焼戻し脆化感受性を増大させる元素であり、靱性
の経時劣化を助長するので、鋼の経年劣化を減少させ、
信頼性を向上させるためには、極力低減することが望ま
しい。ただし、その許容含有量は精錬技術や材料のリサ
イクルからの限界を考慮して 0.02 ％以下とした。な
お、Ｐは 0.010％以下に制限するのが望ましく、さらに
0.005％以下に限定するのが一層望ましい。

【００８６】Ni：不純物としての許容上限が0.40％ 前記のとおり、本発明鋼には 0.5〜4.3 ％のCoを含有さ
せた。Niに比べて、Coのオーステナイト安定化能は、約
1/2 である。従って、δフェライト相の出現境界の平均
Ｍｄ値は、3.0 ％Coの場合は約0.860 と推定される。こ
れらの平均Ｍｄ値は、図３において、1.5 ％Niのときの
δ相出現境界値に対応している。

【００８７】前記式から明らかなように、CoはNiに較
べて Ac₁点を低下させる作用がはるかに小さい。従っ
て、Niに代えてCoを添加すれば、 Ac₁点を高く維持する
ことができ、焼もどしを高温で行うことができるという
大きな利点がある。前記のとおり、Niは鋼のクリープ特
性を劣化させるので本発明鋼ではNiをCoで置換すること
を原則とする。従って、Niの含有量は低い程望ましいの
であるが、この種の鋼の製造にはスクラップを使用する
ので、製造コストの面からある程度のNiの混入は許容せ
ざるを得ない。この実生産上の都合と図３に示したδフ
ェライトの生成条件を考慮して本発明ではNiの許容上限
を0.40％とする。なお、Niは0.25％以下とするのが更に
望ましい。

【００８８】これらの個々の合金元素の組成範囲の中
で、平均Ｂｏ値および平均Ｍｄ値を図５に示す最適範囲
内に収める。

【００８９】本発明鋼の標準的な熱処理は、焼きならし
−焼きもどし処理であり、焼きならし温度は前の加工で
生じる粗大析出物を十分固溶させるとともに、鋳造偏析
等による固溶合金元素の偏析を均一化する目的で Ac₃変
態点以上とする。上限は酸化スケールの生成防止とδフ
ェライトの多量析出抑制のため1200℃までとする。焼な
らしの望ましい温度範囲は1000〜1150℃である。

【００９０】焼きならし後の焼きもどし処理は、高温ク
リープ強度の安定化のために、マルテンサイト中の転位
密度を低下させる必要から、使用温度よりも 100〜200
℃高い Ac₁変態点以下の温度域で行う。

【００９１】

【実施例】表３に供試材の化学組成を示す。No.1〜28が
本発明鋼であり、ＸとＹは比較鋼である。

【００９２】本発明鋼および比較鋼はいずれも 150kg真
空高周波溶解後、インゴットを１１５０〜９５０ ℃で
鍛造して、厚さ20mmの板材にした。これに「1050℃×１
時間→空冷」の焼きならしと「 770℃×１時間→空冷」
の焼きもどし処理を施した。

【００９３】比較鋼のＸ鋼およびＹ鋼は、各々、表１の
NF616 鋼およびHCM12A鋼に相当するものであり、いずれ
も既存の代表的な高Cr高強度フェライト系耐熱鋼であ
る。これらの鋼の試験片も本発明鋼と同様に作製し、熱
処理は「1050℃×１時間→空冷」の焼きならしと「 770
℃×１時間空冷」の焼きもどしとした。

【００９４】

【表３−１】

【００９５】

【表３−２】

【００９６】1. クリープ試験 平行部直径６mm、標点間距離 30mm の丸棒試験片を用
い、 600、 650、 700℃の３温度で最長10,000時間程度
の試験を行い、これらのデータをラルソンミラーパラメ
ータ法 (定数は40を採用) で整理し、 600℃および 625
℃での 10⁵時間クリープ破断強度を内挿することにより
求めた。

【００９７】2. 水蒸気酸化試験 厚さ２mm、幅10mm、長さ25mmの板状試験片を用い、650
℃の水蒸気中で1000時間の試験を行い、スケール厚さを
測定した。

【００９８】これらの試験結果を表４にまとめて示す。

【００９９】

【表４】

【０１００】本発明鋼の１〜28鋼はいずれも 600℃およ
び 625℃での 10⁵時間クリープ破断強度が既存鋼の中で
も最も高強度の比較鋼 (Ｘ、Ｙ鋼）より著しく高いこと
がわかる。また、本発明鋼の水蒸気酸化スケール厚さは
比較鋼（Ｘ、Ｙ鋼）より著しく薄く、耐水蒸気酸化特性
が大幅に向上していることがわかる。なお、本発明鋼の
27と28は、Ni含有量が比較的高いものである。これらの
鋼を、他の合金成分の含有量がほぼ同一の鋼２および１
とそれぞれ対比してみると、クリープ破断強度において
やや劣り、クリープ特性向上のためにはNi含有量を低く
するのが望ましいことが分かる。

【０１０１】以上、具体的に示したように、本発明鋼は
従来の高Crフェライト系耐熱鋼よりはるかに高いクリー
プ強度と優れた耐水蒸気酸化特性を有しており、ボイラ
用鋼としてきわめて好適である。

【０１０２】

【発明の効果】本発明方法によれば、従来のように膨大
な時間、費用、労力を要する実験を行うことなく、理論
的予測によりフェライト系鉄基合金の設計を行うことが
できる。この方法を使用すれば、優れた特性を持つをフ
ェライト系耐熱鋼をきわめて効率よく製造でき、実施例
に示したような、既存の最高レベルの材料を凌ぐ優れた
特性を有するフェライト系耐熱鋼も理論的に効率よく設
計できる。

【０１０３】本発明のフェライト系耐熱鋼は、Crを主合
金成分とする組成からも伺えるように、優れた耐食、耐
酸化性も備えている。従って、本発明の鋼は、苛酷な蒸
気条件にさらされる火力発電ボイラ材料としてきわめて
好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Feに１mol ％の各種元素を添加した合金の平均
Ｂｏと平均Ｍｄの位置と合金ベクトルを示す図である。

【図２】Feに各元素を１mol ％を添加したときの平均Ｍ
ｄと Ac₁点の変化を示す図である。

【図３】平均Ｍｄとδフェライト相の量との関係を示す
図である。

【図４】ボイラ用９〜12Cr鋼の 600℃における許容応力
と平均Ｂｏとの関係を示す図である。

【図５】本発明の耐熱鋼の平均Ｍｄ値と平均Ｂｏ値の領
域を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000002118 住友金属工業株式会社 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 (72)発明者 森永 正彦 愛知県名古屋市東区矢田町２丁目66番地 名大矢田町宿舎152 (72)発明者 村田 純教 愛知県豊橋市飯村北５丁目12番地の６ (72)発明者 橋詰 良吉 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 椹木 義淳 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内 (72)発明者 五十嵐 正晃 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内 (72)発明者 原田 誠 兵庫県尼崎市東向島西之町１番地住友金属 工業株式会社関西製造所特殊管事業所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】体心立方晶の鉄基合金中における各種合金
   元素について、ｄ電子軌道エネルギーレベル（Ｍｄ）お
   よび鉄（Fe）との結合次数（Ｂｏ）をＤＶ−Ｘαクラス
   ター法によって求め、下記式および式でそれぞれ表
   される平均Ｂｏ値と平均Ｍｄ値とが、合金に求められる
   特性に応じた所定の値になるように添加すべき合金元素
   の種類および含有量を定めることを特徴とするフェライ
   ト系鉄基合金の製造方法。 平均Ｂｏ値＝ΣＸ i・（Ｂｏ)i ・・・・・ 平均Ｍｄ値＝ΣＸ i・ (Ｍｄ)i ・・・・・ ただし、Ｘi は合金元素ｉのモル分率、（Ｂｏ)iおよび
   (Ｍｄ)iはそれぞれｉ元素のＢｏ値およびＭｄ値であ
   る。
2. 【請求項２】請求項１に記載の平均Ｂｏ値が 1.805〜1.
   817 の範囲、同じく平均Ｍｄ値が0.8520〜0.8628の範囲
   となるように化学組成を決定することを特徴とするフェ
   ライト系耐熱鋼の製造方法。
3. 【請求項３】クロム（Cr）の含有量が 9.0〜13.5質量
   ％、炭素 (Ｃ) の含有量が0.02〜0.14質量％、コバルト
   (Co) の含有量が 0.5〜4.3 質量％、タングステン
   (Ｗ) の含有量が 0.5〜2.6 質量％であり、前記平均Ｂ
   ｏ値および平均Ｍｄ値が図５の点ＡとＢ、ＢとＣ、Ｃと
   Ｄ、ＤとＡをそれぞれ結ぶ直線で囲まれる領域（線上を
   含む）にあるフェライト系耐熱鋼。
4. 【請求項４】クロム（Cr）の含有量が 9.0〜13.5質量
   ％、炭素 (Ｃ) の含有量が0.02〜0.14質量％、コバルト
   (Co) の含有量が 0.5〜4.3 質量％、タングステン
   (Ｗ) の含有量が 0.5〜2.6 質量％、珪素（Si）の含有
   量が 0.101〜0.500 質量％、レニウム（Re）の含有量が
   ０〜3.0 ％、ニッケル(Ni)の含有量が0.40質量％以下で
   あり、前記平均Ｂｏ値および平均Ｍｄ値が図５の点Ａと
   Ｂ、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＡをそれぞれ結ぶ直線で囲ま
   れる領域（線上を含む）にあるボイラ用フェライト系耐
   熱鋼。
5. 【請求項５】クロム（Cr）の含有量が 9.0〜13.5質量
   ％、炭素 (Ｃ) の含有量が0.02〜0.14質量％、コバルト
   (Co) の含有量が 0.5〜4.3 質量％、タングステン
   (Ｗ) の含有量が 0.5〜2.6 質量％、珪素（Si）の含有
   量が 0.101〜0.500 質量％、レニウム（Re）の含有量が
   ０〜3.0 ％、マンガン(Mn)の含有量が0.60質量％以下、
   りん(Ｐ) の含有量が0.02質量％以下、ニッケル(Ni)の
   含有量が0.40質量％以下であり、前記平均Ｂｏ値および
   平均Ｍｄ値が図５の点ＡとＢ、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＡ
   をそれぞれ結ぶ直線で囲まれる領域（線上を含む）にあ
   るボイラ用フェライト系耐熱鋼。
6. 【請求項６】質量％で、 炭素 (Ｃ) : 0.02〜0.14％、 クロム (Cr) : 9.0〜13.5％、 モリブデン(Mo): 0.02〜0.80％、 バナジウム (Ｖ) : 0.10〜0.30％、 ニオブ (Nb) : 0.02〜0.25％、 タングステン (Ｗ): 0.5〜2.6 ％、 コバルト(Co): 0.5〜4.3 ％、 珪素 (Si) : 0.101 〜0.500 ％、 ニッケル(Ni): 0.40％以下、 硼素 (Ｂ) : 0.002 〜0.020 ％、 窒素 (Ｎ) : 0.005 〜0.100 ％、 レニウム(Re): 0〜3.0 ％、 ならびにジルコニウム (Zr): 0.001〜0.600 ％、チタン
   (Ti):0.001〜0.200 ％およびハフニウム(Hf):0.001〜0.
   600 ％の中の１種以上を含み、残部が鉄 (Fe) および不
   可避的不純物からなることを特徴とするボイラ用フェラ
   イト系耐熱鋼。
7. 【請求項７】質量％で、 炭素 (Ｃ) : 0.02〜0.14％、 クロム (Cr) : 9.0〜13.5％、 モリブデン(Mo): 0.02〜0.80％、 バナジウム (Ｖ) : 0.10〜0.30％、 ニオブ (Nb) : 0.02〜0.25％、 タングステン (Ｗ): 0.5〜2.6 ％、 コバルト(Co): 0.5〜4.3 ％、 珪素 (Si) : 0.101 〜0.500 ％、 窒素 (Ｎ) : 0.005 〜0.100 ％、 硼素 (Ｂ) : 0.002 〜0.020 ％、 ニッケル(Ni): 0.40％以下、 りん（Ｐ）: 0.02％以下、 マンガン (Mn) : 0.60％以下、 レニウム(Re): 0〜3.0 ％、 ならびにジルコニウム (Zr): 0.001〜0.600 ％、チタン
   (Ti):0.001〜0.200 ％およびハフニウム(Hf):0.001〜0.
   600 ％の中の１種以上を含み、残部が鉄 (Fe) および不
   可避的不純物からなることを特徴とするボイラ用フェラ
   イト系耐熱鋼。
8. 【請求項８】請求項４または５に記載の合金成分に加え
   て、さらに モリブデン(Mo): 0.02〜0.80％、 バナジウム (Ｖ) : 0.10〜0.30％、 ニオブ (Nb) : 0.02〜0.25％、 窒素 (Ｎ) : 0.005 〜0.100 ％、 硼素 (Ｂ) : 0.002 〜0.020 ％、 ならびにジルコニウム (Zr): 0.001〜0.600 ％、チタン
   (Ti):0.001〜0.200 ％およびハフニウム(Hf):0.001〜0.
   600 ％の中の１種以上を含み、前記の平均Ｂｏ値と平均
   Ｍｄ値とが、図５の点ＡとＢ、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＡ
   をそれぞれ結ぶ直線で囲まれる領域（線上を含む）にあ
   る請求項４または５に記載のボイラ用フェライト系耐熱
   鋼。
9. 【請求項９】請求項６から８までに記載の合金成分に加
   えて、さらにタンタル（Ta）を 0.001〜0.800 質量％含
   有する請求項６から８までのいずれかに記載のボイラ用
   フェライト系耐熱鋼。