JPH10195593A - 高温強度に優れた炭素鋼 - Google Patents
高温強度に優れた炭素鋼Info
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Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温耐圧部材として使用するのに好適な高温
強度に優れた炭素鋼に関する。 【解決手段】 Ｃ：０．０１〜０．１ｗｔ％、Ｓｉ：
０．１５〜０．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４〜２ｗｔ％、Ｎ
ｂ：０．０１〜０．１ｗｔ％、Ｖ：０．０１〜０．３ｗ
ｔ％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる
高温強度に優れた炭素鋼。
強度に優れた炭素鋼に関する。 【解決手段】 Ｃ：０．０１〜０．１ｗｔ％、Ｓｉ：
０．１５〜０．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４〜２ｗｔ％、Ｎ
ｂ：０．０１〜０．１ｗｔ％、Ｖ：０．０１〜０．３ｗ
ｔ％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる
高温強度に優れた炭素鋼。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発電用ボイラ、ター
ビン及び化学プラント等の分野で、高温耐圧部材として
使用するのに好適な高温強度に優れた炭素鋼に関する。
ビン及び化学プラント等の分野で、高温耐圧部材として
使用するのに好適な高温強度に優れた炭素鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】高温配管用炭素鋼鋼管（ＪＩＳ Ｇ ３
４５６）、配管用合金鋼鋼管（ＪＩＳＧ ３４５８）、
配管用ステンレス鋼（ＪＩＳ Ｇ ３４５９）、ボイラ
・熱交換器用炭素鋼鋼管（ＪＩＳ Ｇ ３４６１）、ボ
イラ・熱交換器用合金鋼鋼管（ＪＩＳ Ｇ ３４６２）
及びボイラ・熱交換器用ステンレス鋼管（ＪＩＳ Ｇ３
４６３）が、また近年では耐酸化性に有効な元素である
Ｃｒを９〜１２％含有する高強度フェライト系耐熱鋼等
が発電プラント用鋼管として広く利用されている。
４５６）、配管用合金鋼鋼管（ＪＩＳＧ ３４５８）、
配管用ステンレス鋼（ＪＩＳ Ｇ ３４５９）、ボイラ
・熱交換器用炭素鋼鋼管（ＪＩＳ Ｇ ３４６１）、ボ
イラ・熱交換器用合金鋼鋼管（ＪＩＳ Ｇ ３４６２）
及びボイラ・熱交換器用ステンレス鋼管（ＪＩＳ Ｇ３
４６３）が、また近年では耐酸化性に有効な元素である
Ｃｒを９〜１２％含有する高強度フェライト系耐熱鋼等
が発電プラント用鋼管として広く利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】発電用ボイラ・熱交換
器などの高温環境下で使用される材料に最も要求される
特性はクリープ強度と耐酸化性である。現在、発電用プ
ラントにおいては、上記のとおり幅広い成分範囲の材料
が使用されているが、このうち、ステンレス鋼や９〜１
２％Ｃｒ鋼は高温強度に優れ、かつＣｒを含有している
ため耐酸化性に優れているが、合金元素を多量に含有し
ていることから非常に高価である。したがって、これら
鋼は耐酸化性に有効な元素であるＣｒやＮｉ等を含有し
ない炭素鋼よりも高い環境温度で使用されている。
器などの高温環境下で使用される材料に最も要求される
特性はクリープ強度と耐酸化性である。現在、発電用プ
ラントにおいては、上記のとおり幅広い成分範囲の材料
が使用されているが、このうち、ステンレス鋼や９〜１
２％Ｃｒ鋼は高温強度に優れ、かつＣｒを含有している
ため耐酸化性に優れているが、合金元素を多量に含有し
ていることから非常に高価である。したがって、これら
鋼は耐酸化性に有効な元素であるＣｒやＮｉ等を含有し
ない炭素鋼よりも高い環境温度で使用されている。
【０００４】一方、炭素鋼はステンレス鋼や合金鋼に比
べて安価であるが、耐酸化性が劣るために５００℃未満
の温度で使用されている。また、これらの温度域に使用
される耐圧部材では、炭素鋼のクリープ強度が低いため
に、設計応力上高価な合金鋼を使用するか管厚を厚くし
なければならず、材料コストが高くなる。
べて安価であるが、耐酸化性が劣るために５００℃未満
の温度で使用されている。また、これらの温度域に使用
される耐圧部材では、炭素鋼のクリープ強度が低いため
に、設計応力上高価な合金鋼を使用するか管厚を厚くし
なければならず、材料コストが高くなる。
【０００５】本発明は上記技術水準に鑑み、低コストか
つ高温強度に優れた炭素鋼を提供しようとするものであ
る。
つ高温強度に優れた炭素鋼を提供しようとするものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明はＮｂとＶの適量
添加によって、母地に析出物を微細分散させて高温強度
を向上させてなる炭素鋼であって、下記構成（１）〜
（５）を有するものである。
添加によって、母地に析出物を微細分散させて高温強度
を向上させてなる炭素鋼であって、下記構成（１）〜
（５）を有するものである。
【０００７】すなわち、本発明は（１）Ｃ：０．０１〜
０．１ｗｔ％、Ｓｉ：０．１５〜０．５ｗｔ％、Ｍｎ：
０．４〜２ｗｔ％、Ｎｂ：０．０１〜０．１ｗｔ％、
Ｖ：０．０１〜０．３ｗｔ％を含有し、残部がＦｅ及び
不可避的不純物からなることを特徴とする高温強度に優
れた炭素鋼、（２）上記（１）の成分に加え、Ｂを５０
ｐｐｍ以下含有してなることを特徴とする高温強度に優
れた炭素鋼、（３）上記（１）の成分に加え、Ｍｏ及び
Ｗの１種以上を含有し、その含有量がＭｏ＋１／２Ｗで
０．５〜２ｗｔ％の範囲であることを特徴とする高温強
度に優れた炭素鋼、（４）上記（１）の成分に加え、Ｔ
ａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｏｓのうち１種以上の合計含有量とし
て０．１〜４ｗｔ％含有してなることを特徴とする高温
強度に優れた炭素鋼及び（５）上記（１）の成分に加
え、上記（２）〜（４）に示した補助添加材を２項目以
上複合添加させてなることを特徴とする高温強度に優れ
た炭素鋼である。
０．１ｗｔ％、Ｓｉ：０．１５〜０．５ｗｔ％、Ｍｎ：
０．４〜２ｗｔ％、Ｎｂ：０．０１〜０．１ｗｔ％、
Ｖ：０．０１〜０．３ｗｔ％を含有し、残部がＦｅ及び
不可避的不純物からなることを特徴とする高温強度に優
れた炭素鋼、（２）上記（１）の成分に加え、Ｂを５０
ｐｐｍ以下含有してなることを特徴とする高温強度に優
れた炭素鋼、（３）上記（１）の成分に加え、Ｍｏ及び
Ｗの１種以上を含有し、その含有量がＭｏ＋１／２Ｗで
０．５〜２ｗｔ％の範囲であることを特徴とする高温強
度に優れた炭素鋼、（４）上記（１）の成分に加え、Ｔ
ａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｏｓのうち１種以上の合計含有量とし
て０．１〜４ｗｔ％含有してなることを特徴とする高温
強度に優れた炭素鋼及び（５）上記（１）の成分に加
え、上記（２）〜（４）に示した補助添加材を２項目以
上複合添加させてなることを特徴とする高温強度に優れ
た炭素鋼である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明溶接材料の各合金成分の効
果とその組成範囲の限定理由について以下に述べる。
果とその組成範囲の限定理由について以下に述べる。
【０００９】１）Ｃ：ＣはＮｂ，Ｖと結合して微細な炭
化物を形成し、高温強度を向上させる。しかし、０．０
１ｗｔ％未満では炭化物の生成量が少なく高温強度が向
上しない。また、０．１ｗｔ％を超えて添加するとセメ
ンタイト（Ｆｅ3 Ｃ）が析出し、靱性を阻害すると同時
に溶接性を悪くする。したがって、その添加範囲を０．
０１〜０．１ｗｔ％（望ましくは０．０２〜０．０６ｗ
ｔ％）とした。
化物を形成し、高温強度を向上させる。しかし、０．０
１ｗｔ％未満では炭化物の生成量が少なく高温強度が向
上しない。また、０．１ｗｔ％を超えて添加するとセメ
ンタイト（Ｆｅ3 Ｃ）が析出し、靱性を阻害すると同時
に溶接性を悪くする。したがって、その添加範囲を０．
０１〜０．１ｗｔ％（望ましくは０．０２〜０．０６ｗ
ｔ％）とした。
【００１０】２）Ｓｉ：Ｓｉは製鋼時の脱酸及び強度の
維持を考えて０．１５〜０．５ｗｔ％とした。
維持を考えて０．１５〜０．５ｗｔ％とした。
【００１１】３）Ｍｎ：Ｍｎは脱酸のためのみでなく、
強度保持上も必要な成分であり、０．４ｗｔ％未満では
十分な効果が得られない。一方、２ｗｔ％を超すと靱性
が悪くなるので、０．４〜２ｗｔ％（望ましくは１．２
〜２ｗｔ％）の範囲とした。
強度保持上も必要な成分であり、０．４ｗｔ％未満では
十分な効果が得られない。一方、２ｗｔ％を超すと靱性
が悪くなるので、０．４〜２ｗｔ％（望ましくは１．２
〜２ｗｔ％）の範囲とした。
【００１２】４）Ｎｂ，Ｖ：Ｎｂ及びＶは本発明の骨子
となる元素であり、Ｃと結合して微細な炭化物を形成す
る。この炭化物は４５０℃以上のクリープ温度域におい
ても非常に安定であり、転位の運動を阻害することによ
って高温強度を向上させる。しかし、これらの元素は
０．０１ｗｔ％未満では全く効果がなく、また、Ｎｂは
０．１ｗｔ％、Ｖは０．３ｗｔ％を超えて添加しても効
果が飽和するのでその添加範囲をＮｂは０．０１〜０．
１ｗｔ％（望ましくは０．０３〜０．０８ｗｔ％）、Ｖ
は０．１〜０．３ｗｔ％（望ましくは０．１〜０．２５
ｗｔ％）とした。
となる元素であり、Ｃと結合して微細な炭化物を形成す
る。この炭化物は４５０℃以上のクリープ温度域におい
ても非常に安定であり、転位の運動を阻害することによ
って高温強度を向上させる。しかし、これらの元素は
０．０１ｗｔ％未満では全く効果がなく、また、Ｎｂは
０．１ｗｔ％、Ｖは０．３ｗｔ％を超えて添加しても効
果が飽和するのでその添加範囲をＮｂは０．０１〜０．
１ｗｔ％（望ましくは０．０３〜０．０８ｗｔ％）、Ｖ
は０．１〜０．３ｗｔ％（望ましくは０．１〜０．２５
ｗｔ％）とした。
【００１３】５）Ｂ：Ｂは侵入型元素として母相中に固
溶し、高温強度を向上させる。しかし、多すぎるとホウ
化物を形成し靱性及び延性を低下させるのでその上限を
５０ｐｐｍ（望ましくは２０〜４０ｐｐｍ）とした。
溶し、高温強度を向上させる。しかし、多すぎるとホウ
化物を形成し靱性及び延性を低下させるのでその上限を
５０ｐｐｍ（望ましくは２０〜４０ｐｐｍ）とした。
【００１４】６）Ｍｏ，Ｗ：Ｍｏ及びＷは母相中に固溶
して転位の上昇運動速度を低下させ、４５０℃以上の高
温でも強度の向上に有効に寄与する。しかし、これらの
元素はＭｏ＋１／２Ｗが０．５ｗｔ％未満では効果がな
く、また２ｗｔ％を超えて添加すると高温においてＦｅ
との金属間化合物であるＬａｖｅｓ相を形成するため
に、その効果が飽和する。したがって、添加範囲をＭｏ
＋１／２Ｗで０．５〜２ｗｔ％（望ましくは０．５〜
１．５ｗｔ％）とした。
して転位の上昇運動速度を低下させ、４５０℃以上の高
温でも強度の向上に有効に寄与する。しかし、これらの
元素はＭｏ＋１／２Ｗが０．５ｗｔ％未満では効果がな
く、また２ｗｔ％を超えて添加すると高温においてＦｅ
との金属間化合物であるＬａｖｅｓ相を形成するため
に、その効果が飽和する。したがって、添加範囲をＭｏ
＋１／２Ｗで０．５〜２ｗｔ％（望ましくは０．５〜
１．５ｗｔ％）とした。
【００１５】７）Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｏｓ：Ｔａ，Ｈ
ｆ，Ｚｒ及びＯｓはＭｏやＷと同じ効果があり、４５０
℃以上の高温でも強度の向上に有効に寄与する。これら
の元素は０．１ｗｔ％未満ではまったく効果がなく、ま
た４ｗｔ％を超えて添加してもその効果が飽和して意味
がないので、その添加範囲を０．１〜４ｗｔ％（望まし
くは０．５〜３．５ｗｔ％）とした。
ｆ，Ｚｒ及びＯｓはＭｏやＷと同じ効果があり、４５０
℃以上の高温でも強度の向上に有効に寄与する。これら
の元素は０．１ｗｔ％未満ではまったく効果がなく、ま
た４ｗｔ％を超えて添加してもその効果が飽和して意味
がないので、その添加範囲を０．１〜４ｗｔ％（望まし
くは０．５〜３．５ｗｔ％）とした。
【００１６】
【実施例】以下、具体的な実施例をあげ本発明の効果を
明らかにする。表１に示す成分組成からなる鋼を、溶解
−造塊−鍛造後、１０００℃、２０ｍｉｎの焼ならし、
７５０℃、３０ｍｉｎの焼戻しからなる熱処理を施し、
供試鋼を製造した。なお、このようにして得られた本発
明鋼の組織はいずれもフェライト内に大きさが数１０ｎ
ｍの微細な析出物が分散していた。
明らかにする。表１に示す成分組成からなる鋼を、溶解
−造塊−鍛造後、１０００℃、２０ｍｉｎの焼ならし、
７５０℃、３０ｍｉｎの焼戻しからなる熱処理を施し、
供試鋼を製造した。なお、このようにして得られた本発
明鋼の組織はいずれもフェライト内に大きさが数１０ｎ
ｍの微細な析出物が分散していた。
【００１７】これらの供試鋼について定荷重クリープ破
断試験を実施し、ラーソンミラーパラメータ法によって
４５０℃における１０5 ｈのクリープ破断強度を外挿し
た。結果を表１に併せて示す。比較例１，２はＪＩＳ
ＳＴＢ３４０相当材及び比較例３はＪＩＳ ＳＴＢ４１
０相当材である。比較例の４５０℃における１０5 ｈ外
挿クリープ破断強度はいずれも１０〜１１ｋｇｆ／ｍｍ
2 程度である。
断試験を実施し、ラーソンミラーパラメータ法によって
４５０℃における１０5 ｈのクリープ破断強度を外挿し
た。結果を表１に併せて示す。比較例１，２はＪＩＳ
ＳＴＢ３４０相当材及び比較例３はＪＩＳ ＳＴＢ４１
０相当材である。比較例の４５０℃における１０5 ｈ外
挿クリープ破断強度はいずれも１０〜１１ｋｇｆ／ｍｍ
2 程度である。
【００１８】一方、本発明例Ｎｏ．１〜３に係わる材料
は、Ｎｂ及びＶの適量添加とＭｎの増加により、４５０
℃における１０5 ｈ外挿クリープ破断強度が比較鋼に対
し約４ｋｇｆ／ｍｍ2 程度向上している。さらに、本発
明例Ｎｏ．４はＢの少量添加により強度がさらに向上し
ている。また、本発明例Ｎｏ．５〜１３は固溶強化元素
であるＭｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｈｆ及びＯｓの添
加により、４５０℃における１０5 ｈ外挿クリープ破断
強度が著しく向上している。
は、Ｎｂ及びＶの適量添加とＭｎの増加により、４５０
℃における１０5 ｈ外挿クリープ破断強度が比較鋼に対
し約４ｋｇｆ／ｍｍ2 程度向上している。さらに、本発
明例Ｎｏ．４はＢの少量添加により強度がさらに向上し
ている。また、本発明例Ｎｏ．５〜１３は固溶強化元素
であるＭｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｈｆ及びＯｓの添
加により、４５０℃における１０5 ｈ外挿クリープ破断
強度が著しく向上している。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【発明の効果】高温強度に優れた本発明鋼は発電プラン
ト・熱交換器等の高温環境下で使用される鋼管の寿命延
長及び鋼管の管厚を薄くできることによる低コスト化に
寄与する。
ト・熱交換器等の高温環境下で使用される鋼管の寿命延
長及び鋼管の管厚を薄くできることによる低コスト化に
寄与する。
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｃ：０．０１〜０．１ｗｔ％、Ｓｉ：
０．１５〜０．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４〜２ｗｔ％、Ｎ
ｂ：０．０１〜０．１ｗｔ％、Ｖ：０．０１〜０．３ｗ
ｔ％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる
ことを特徴とする高温強度に優れた炭素鋼。 - 【請求項２】 請求項１の成分に加え、Ｂを５０ｐｐｍ
以下含有してなることを特徴とする高温強度に優れた炭
素鋼。 - 【請求項３】 請求項１の成分に加え、Ｍｏ及びＷの１
種以上を含有し、その含有量がＭｏ＋１／２Ｗで０．５
〜２ｗｔ％の範囲であることを特徴とする高温強度に優
れた炭素鋼。 - 【請求項４】 請求項１の成分に加え、Ｔａ，Ｈｆ，Ｚ
ｒ，Ｏｓのうち１種以上の合計含有量として０．１〜４
ｗｔ％含有してなることを特徴とする高温強度に優れた
炭素鋼。 - 【請求項５】 請求項１の成分に加え、請求項２〜４に
示した補助添加材を２項目以上複合添加させてなること
を特徴とする高温強度に優れた炭素鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00293897A JP3524708B2 (ja) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | 高温強度に優れた炭素鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00293897A JP3524708B2 (ja) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | 高温強度に優れた炭素鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10195593A true JPH10195593A (ja) | 1998-07-28 |
| JP3524708B2 JP3524708B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=11543308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00293897A Expired - Fee Related JP3524708B2 (ja) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | 高温強度に優れた炭素鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3524708B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0989196A1 (en) * | 1998-09-25 | 2000-03-29 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | High-strength heat-resistant steel, process for producing high-strength heat-resistant steel, and process for producing high-strength heat-resistant pipe |
| KR100730418B1 (ko) | 2004-11-25 | 2007-06-19 | 캐논 파인테크 가부시키가이샤 | 가열정착장치 및 화상형성장치 |
-
1997
- 1997-01-10 JP JP00293897A patent/JP3524708B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0989196A1 (en) * | 1998-09-25 | 2000-03-29 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | High-strength heat-resistant steel, process for producing high-strength heat-resistant steel, and process for producing high-strength heat-resistant pipe |
| KR100730418B1 (ko) | 2004-11-25 | 2007-06-19 | 캐논 파인테크 가부시키가이샤 | 가열정착장치 및 화상형성장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3524708B2 (ja) | 2004-05-10 |
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