JPH10265913A - 高クロム鋳鋼車室材及び同材製圧力容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ６００℃以上の蒸気条件にも適用可能な高温
強度の優れた車室材および圧力容器を実現する。 【解決手段】 所定の重量比のＣ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｎ，Ｍｏ，Ｗ，不可避的不純物，及びＦｅか
らなるものとし、また、これに所定の重量比のＣｕ，
Ｂ，Ｃａを添加するものとし、更に、所定の重量比のＭ
ｎ，ＭｎとＣｕ，Ｂ，Ｃａを添加するものとする。ま
た、これらの材料を用いて圧力容器を形成することとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電用蒸気プ
ラント等に適用される高Ｃｒ鋳鋼車室材及び圧力容器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の火力発電用蒸気タービンプラント
に適用される高温用の車室材としては、２．２５％Ｃｒ
Ｍｏ鋳鋼，ＣｒＭｏ鋳鋼，ＣｒＭｏＶ鋳鋼や１２Ｃｒ鋳
鋼が用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の火力発電用ター
ビンプラントに適用される高温用の車室材において、
２．２５％ＣｒＭｏ鋳鋼，ＣｒＭｏ鋳鋼，ＣｒＭｏＶ鋳
鋼等の低合金鋼からなる鋳鋼材は、高温強度の限界から
５６６℃までの蒸気温度のプラントに制限されていた。

【０００４】一方、１２Ｃｒ鋳鋼材（例えば特願昭５９
−２１６３２２号公報など）は、高温強度が低合金鋼製
鋳鋼よりも優れているため、６００℃に近い温度までの
蒸気温度のプラントに適用することも可能であるが、こ
れを越える温度に対しては高温強度が不足することか
ら、蒸気タービン車室等の圧力容器として適用すること
は困難であった。

【０００５】本発明は、上記の課題を解決するため、高
Ｃｒ系鋼の材料で６００℃以上の蒸気条件でも適用する
ことができる高温強度の優れた高温用の車室材を提供し
ようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１に記載の発明に係る高クロム（Ｃｒ）鋳
鋼車室材は、重量比で炭素（Ｃ）：０．０８〜０．１４
％，シリコン（Ｓｉ）：０．１０〜０．３０％，クロム
（Ｃｒ）：８〜１０％，ニッケル（Ｎｉ）：０．０１〜
０．６０％，バナジウム（Ｖ）：０．１〜０．２％，ニ
オブ（Ｎｂ）：０．０３〜０．０６％，窒素（Ｎ）：
０．０２〜０．０７％，モリブデン（Ｍｏ）：０．１〜
０．７％，タングステン（Ｗ）：１〜２．５％，コバル
ト（Ｃｏ）：０．０１〜２％，不可避的不純物，及び鉄
（Ｆｅ）からなることを特徴としている。

【０００７】本発明については、本発明者らが、高Ｃｒ
系鋼を基本成分として合金元素の厳選を行って高温強度
の改善を鋭意行った結果、優れた高温特性を有する新し
い蒸気タービン車室等の圧力容器用材料を発明したもの
であり、以下に本発明における成分の限定理由について
説明する。

【０００８】Ｃは、Ｎとともに炭窒化物を形成し、クリ
ープ破断強度の向上に寄与する。また、オーステナイト
形成元素として作用し、δフェライトの生成を抑制す
る。０．０８％未満では十分な効果は得られず、また、
０．１４％を越えると使用中に炭窒化物が疑集粗大化
し、高温長時間強度を劣化させる。

【０００９】加えて、Ｃ量が多くなると溶接性が劣化
し、圧力容器等を製造する場合に溶接割れなどの不具合
が生じる。このため、炭窒化物として高温強度を改善す
ることやδフェライトの生成を抑制するため以外には必
要以上に添加しないことが必要である。このため、０．
０８〜０．１４％とする。

【００１０】Ｓｉは、脱酸材としての効果がある。ま
た、鋳鋼材料では鋳型の隅々まで溶湯が流れ込むことが
必要であることから湯流れ性が必要であるが、Ｓｉは湯
流れ性を確保する上で必要な元素である。

【００１１】しかし、Ｓｉは靱性を低下させ、高温強度
も低下させ、さらにはδフェライトの生成を促進する効
果を持つため、可能な限り低く抑えることが必要であ
る。０．１％未満では湯流れ性の確保の点で十分ではな
く、また、０．３％を越える量を添加すると、上記の不
具合が顕在化する。そこで、０．１〜０．３％とする。

【００１２】Ｃｒは、炭化物を形成し、クリープ破断強
度の改善に寄与し、同時にマトリックス中に溶け込んで
耐酸化性を改善するとともに、マトリックス自体を強化
して高温長時間側の強度の向上に寄与する。８％未満の
場合にはその効果が十分でなく、また、１０％を越える
量を添加するとδフェライトを生成しやすくなって強度
の低下や靱性の劣化をもたらす。このため、８〜１０％
とする。

【００１３】Ｎｉは、靱性を改善する上で有効な元素で
ある。また、δフェライト生成を抑制する上で有用な元
素である。しかし、多量の添加はクリープ破断強度を著
しく劣化させる。このため、必要最小限度の添加が望ま
しい。０．６％を越える量を添加すると著しくクリープ
破断強さが低下する。また、不可避的に鋼材に混入され
るＮｉ量は０．０１％程度が考えられるので、０．０１
〜０．６％とする。

【００１４】Ｖは、炭窒化物となってクリープ破断強度
を改善する。０．１％未満では十分な効果が得られな
い。また、逆に、０．２％を越える量を添加するとむし
ろクリープ破断強度は低下してしまう。このため、０．
１〜０．２％とする。

【００１５】Ｎｂは、炭窒化物を形成して高温強度の改
善に寄与する。また、高温で析出する炭化物（Ｍ
₂₃Ｃ₆ ）を微細にして、長時間クリープ破断強度の改善
に寄与する。０．０３％未満ではその効果はなく、ま
た、０．０６％を越える量を添加すると、鋼塊製造時に
生成したＮｂの炭窒化物が熱処理時にマトリックスに十
分に固溶できず、使用中に粗大化して長時間のクリープ
破断強度を低下させる。このため、０．０３〜０．０６
％とする。

【００１６】Ｎは、Ｃや合金元素とともに炭窒化物を形
成して高温強度の改善に寄与する。また、δフェライト
の生成を抑制する効果があり、Ｍｎの添加を行わない本
発明材においては重要な元素である。

【００１７】０．０２％未満では、十分な炭窒化物を形
成することができないばかりでなく、δフェライト生成
抑制の効果が十分に発揮されないために、十分なクリー
プ破断強度が得られないことや靱性が劣る結果となる。
また、０．０７％を越える量を添加すると、長時間側で
炭窒化物が疑集粗大化して、十分なクリープ破断強度を
得ることができなくなる。このため、０．０２〜０．０
７％とする。

【００１８】Ｍｏは、Ｗとともにマトリックス中に固溶
してクリープ破断強度を改善する。Ｍｏの単独の添加で
あれば１．５％程度添加することが可能であるが、Ｗを
１〜２．５％の範囲で添加する場合、Ｗの方が高温強度
の改善に有効であり、また、Ｍｏ及びＷを多量に添加す
るとδフェライトが形成されてクリープ破断強度を劣化
させる。このため、Ｗの添加量とのバランスから、０．
１〜０．７％の添加とする。

【００１９】Ｗは、上記のようにＭｏとともにマトリッ
クス中に固溶してクリープ破断強度を改善する。Ｗは、
Ｍｏよりも固溶強化機能が強く、有効な元素である。し
かし、多量に添加するとδフェライトや多量のラーベス
相を生成するため、逆にクリープ破断強度を劣化させ
る。このため、Ｍｏの添加量とのバランスを考慮して、
１〜２．５％の添加とする。

【００２０】Ｃｏは、Ｎｉと同様にマトリックスに固溶
してδフェライトの生成を抑制する。また、Ｎｉのよう
に高温強度を劣化させることはない。このため、Ｃｏを
添加すると、Ｃｏを添加しないものよりもＣｒやＷの強
化元素を多く添加することが可能となる。この結果、高
いクリープ破断強度を得ることが可能となる。

【００２１】しかし、２％を越える量を添加すると、炭
化物の析出を促進してしまうために、長時間側のクリー
プ破断強度を劣化させてしまう。加えてＣｏは高価な元
素であり、経済性から判断して可能な限り低いことが望
ましい。Ｎｉが添加されている本発明材の場合、０．０
１％程度はとくに添加をしなくても不可避的混入量とし
て鋼材中に含まれている。このため、本発明材では添加
量を０．０１〜２％とする。

【００２２】本発明材においては、上記の合金元素以外
は不可避的に不純物として混入するものを除いては含有
されないこと、すなわち意図的な添加を行わないことを
その特徴の一つとしている。以下、いくつかの元素につ
いて添加を行わない理由を説明する。

【００２３】Ｍｎは、脱酸材として有用な元素である。
また、δフェライトの生成を抑制する作用がある。一
方、元素が増えるに従い、クリープ破断強度が劣化す
る。このような背景から従来は１％未満で適量添加させ
ているが、高温強度の向上が不可欠である材料の場合に
は可能な限り低くして、高温強度、とりわけクリープ破
断強さの向上を最優先することとし、本発明材ではとく
に添加はしない。

【００２４】このときに、δフェライトの生成が問題に
なることがあるが、他のオーステナイト生成元素である
Ｃ，Ｎｉ，Ｎ，Ｃｏ，Ｃｕ等の適量添加によりその生成
を抑制する。従って、Ｍｎについては不可避的不純物と
して混入する以外は故意に添加しない。

【００２５】チタンＴｉは、酸素と結合して酸化物を形
成し、材料欠陥を生じさせやすい元素である。とくに鋳
鋼材では、鍛造工程を取らないことが大前提であり、鍛
造により酸化物と基地金属を密着させることもできない
ため、素材の清浄性を高めることが肝要である。したが
って、本発明材ではチタンを無添加としている。

【００２６】アルミニウムＡｌも、Ｔｉと同様に酸化物
を形成して素材の清浄度を下げる元素である。したがっ
て、チタンの場合と同様の理由により本発明材では無添
加としている。

【００２７】本発明においては、それぞれの成分が上記
のように作用するため、従来の車室材と比較してより優
れた高温強度を有する車室材を実現するすることが可能
となる。

【００２８】（２）請求項２に記載の発明に係る高クロ
ム（Ｃｒ）鋳鋼車室材は、重量比で炭素（Ｃ）：０．０
８〜０．１４％，シリコン（Ｓｉ）：０．１０〜０．３
０％，クロム（Ｃｒ）：８〜１０％，ニッケル（Ｎ
ｉ）：０．０１〜０．６０％，バナジウム（Ｖ）：０．
１〜０．２％，ニオブ（Ｎｂ）：０．０３〜０．０６
％，窒素（Ｎ）：０．０２〜０．０７％，モリブデン
（Ｍｏ）：０、１〜０．７％，タングステン（Ｗ）：１
〜２．５％，コバルト（Ｃｏ）：０．０１〜２％，銅
（Ｃｕ）：０．０２〜２．５％，不可避的不純物，及び
鉄からなることを特徴としている。

【００２９】本発明についても、本発明者らが、高Ｃｒ
系鋼を基本成分として合金元素の厳選を行って高温強度
の改善を鋭意行った結果、優れた高温特性を有する新し
い蒸気タービン車室等の圧力容器用材料を発明したもの
であり、以下に本発明における成分の限定理由を述べる
が、上記発明（１）の説明と重複するところは省略し、
新たに加わったＣｕの限定理由のみの説明を行う。

【００３０】Ｃｕは、δフェライトを抑制する元素とし
て有効である。また、Ｃｕ自体は、マトリックス中に微
細に析出して高温強度の改善に有効である。ただし、多
量に添加すると１０００℃を越える高温状態に保持した
場合に粒界析出を起こして低融点のＣｕ相を形成するた
め、溶接性を阻害する。

【００３１】この溶接性から判断して、Ｃｕの添加量は
２．５％以下にすることが望ましい。なお、通常の鋼材
には、０．０２％程度のＣｕが不純物として混入してい
る。そこで、Ｃｕの添加量は、０．０２〜２．５％とす
る。

【００３２】本発明においては、上記発明（１）に係る
成分にＣｕを加えることによって、発明（１）に係る車
室材よりも更に高温強度が改善された車室材を実現する
ことが可能となる。

【００３３】（３）請求項３に記載の発明は、上記発明
（１）又は（２）に記載の高クロム（Ｃｒ）鋳鋼車室材
において、０．００２〜０．０１０％のほう素（Ｂ）が
添加されたことを特徴としている。

【００３４】本発明についても、本発明者らが高Ｃｒ系
鋼を基本成分として合金元素を厳選して高温強度の改善
を鋭意行った結果、優れた高温特性を有する新しい蒸気
タービン車室等の圧力容器用材料を発明したものであ
り、以下に本発明における成分の限定理由を述べるが、
上記発明（１）及び（２）の説明と重複するところは省
略し、新たに加わったＢの限定理由のみの説明を行う。

【００３５】Ｂは、粒界強度を高くする作用がある。こ
のため、クリープ破断強度の改善に寄与する。しかし、
多量に添加すると靱性を低下させてしまうが、０．００
２％未満の場合には添加した効果が十分に発揮されな
い。このため、Ｂの添加量は、０．００２〜０．０１％
とする。

【００３６】本発明においては、上記発明（１）又は
（２）に係る成分にＢを加えることによって、発明
（１）及び（２）に係る車室材よりも更に高温強度が改
善された車室材を実現することが可能となる。

【００３７】（４）請求項４に記載の発明に係る高クロ
ム（Ｃｒ）鋳鋼車室材製圧力容器は、上記発明（１），
（２）又は（３）のいずれかの高クロム（Ｃｒ）鋳鋼車
室材により形成されたことを特徴としている。

【００３８】上記発明（５），（６）又は（７）に係る
高Ｃｒ鋳鋼車室材は、いずれも優れた高温強度を有する
ため、これらのいずれかを用いて形成された圧力容器は
いずれも超々臨界圧発電プラント等において使用しうる
ものとなる。

【００３９】（５）請求項５に記載の発明に係る高クロ
ム（Ｃｒ）鋳鋼車室材は、重量比で炭素（Ｃ）：０．０
８〜０．１４％，シリコン（Ｓｉ）：０．１０〜０．３
０％，マンガン（Ｍｎ）：０．０１〜１．０％，クロム
（Ｃｒ）：８．０〜９．５％，ニッケル（Ｎｉ）：０．
０１〜０．６０％，バナジウム（Ｖ）：０．１〜０．２
％，ニオブ（Ｎｂ）：０．０３〜０．０６％，窒素
（Ｎ）：０．０２〜０．０７％，モリブデン（Ｍｏ）：
０．１〜０．７％，タングステン（Ｗ）：１．５〜２．
５％，コバルト（Ｃｏ）：０．０１〜２％，不可避的不
純物，及び鉄（Ｆｅ）からなることを特徴としている。

【００４０】本発明についても、本発明者らが、高Ｃｒ
系鋼を基本成分として合金元素の厳選を行って高温強度
の改善を鋭意行った結果、優れた高温特性を有する新し
い蒸気タービン車室等の圧力容器用材料を発明したもの
であり、以下に本発明における成分の限定理由について
説明する。なお、Ｃ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｎ，Ｍ
ｏ，Ｃｏ，については上記発明（１）の説明と重複する
ため省略し、新たに添加するＭｎおよび成分範囲が異な
るＣｒ，Ｗについてのみ説明する。

【００４１】Ｍｎも、脱酸材として有用な元素である。
また、δフェライトの生成を抑制する作用がある。δフ
ェライトが生成すると延性，靱性が低下し、さらに高温
強度であるクリープ破断強さも著しく低下する。このた
め、他の元素とのバランスを考慮してＭｎを添加するこ
とが必要となる。

【００４２】一方、元素が増えるに従い、クリープ破断
強度が劣化する。このような背景から、クリープ破断強
さを損なわずに、しかも、大型の鋳鋼品を製造したとき
にδフェライトが決して生成しないようにするために、
Ｍｎ量を制御して添加することが必要となる。

【００４３】１％を越える量を添加すると高温強度が著
しく低下するため、１％以下の添加となる。また、不可
避的に鋼材に混入されるＭｎ量は０．０１％程度が考え
られるので、０．０１％以上とする。したがって、添加
量は０．０１〜１％とする。

【００４４】なお、上記発明（１）乃至（４）は、Ｍｎ
を添加していないことをその特徴の１つとしている。こ
れは、クリープ破断強度を高めることを第一の目的とし
たためであるが、この場合は、原料の厳選が必要とな
り、コストの上昇を招いてしまう。また、製品の大きさ
製造条件にもよるが、成分偏析等に関して厳重な管理を
行わないと有害なδフェライトが生成する危険性も有し
ている。

【００４５】本発明においては、Ｍｎ添加によるクリー
プ破断強度の低下現象についてはこれを容認した上で、
コストの抑制やδフェライトが生成する危険性を下げる
ことを重視しており、Ｍｎの添加を行うものとしてい
る。

【００４６】Ｃｒは、炭化物を形成し、クリープ破断強
度の改善に寄与し、マトリックス中に溶け込んで耐酸化
性を改善するとともに、マトリックス自体を強化して高
温長時間側の強度の向上に寄与する。８．０％未満の場
合にはその効果が十分でなく、また、他の合金元素との
関係もあるが、９．５％を越える量を添加するとδフェ
ライトを生成しやすくなって強度の低下や靱性の劣化を
もたらす。

【００４７】このため、８．０〜９．５％とする。な
お、上記発明（１）乃至（４）に比べて上限値を下げた
のは、有害なδフェライト生成の危険性を下げることを
重視したためである。

【００４８】Ｗは、上記のようにＭｏとともにマトリッ
クス中に固溶してクリープ破断強度を改善する。Ｗは、
Ｍｏよりも固溶強化機能が強く、有効な元素である。し
かし、多量に添加するとδフェライトや多量のラーベス
相を生成するため、逆にクリープ破断強度を劣化させ
る。このため、Ｍｏの添加量とのバランスを考慮して、
１．５〜２．５％の添加とする。なお、上記発明（１）
乃至（４）に比べて下限値を上げたのは、Ｍｎの添加に
よるクリープ破断強度低下分をＷで補うためである。

【００４９】（６）請求項６に記載の発明に係る高クロ
ム（Ｃｒ）鋳鋼車室材は、重量比で炭素（Ｃ）：０．０
８〜０．１４％，シリコン（Ｓｉ）：０．１０〜０．３
０％，マンガン（Ｍｎ）：０．０１〜１．０％，クロム
（Ｃｒ）：８．０〜９．５％，ニッケル（Ｎｉ）：０．
０１〜０．６０％，バナジウム（Ｖ）：０．１〜０．２
％，ニオブ（Ｎｂ）：０．０３〜０．０６％，窒素
（Ｎ）：０．０２〜０．０７％，モリブデン（Ｍｏ）：
０．１〜０．７％，タングステン（Ｗ）：１．５〜２．
５％，コバルト（Ｃｏ）：０．０１〜２％，銅（Ｃ
ｕ）：０．０２〜２．５％，不可避的不純物，及び鉄か
らなることを特徴としている。

【００５０】本発明についても、本発明者らが、高Ｃｒ
系鋼を基本成分として合金元素の厳選を行って高温強度
の改善を鋭意行った結果、優れた高温特性を有する新し
い蒸気タービン車室等の圧力容器用材料を発明したもの
であり、上記発明（５）に対して本発明において新たに
加わったＣｕの限定理由については、上記発明（２）に
記載された理由と同様である。

【００５１】本発明においては、上記発明（５）に係る
成分にＣｕを加えることによって、発明（５）に係る車
室材よりも更に高温強度が改善された車室材を実現する
ことが可能となる。

【００５２】（７）請求項７に記載の発明は、上記発明
（５）又は（６）に記載の高クロム（Ｃｒ）鋳鋼車室材
において、０．００２〜０．０１０％のほう素（Ｂ）が
添加されたことを特徴としている。

【００５３】本発明についても、本発明者らが高Ｃｒ系
鋼を基本成分として合金元素を厳選して高温強度の改善
を鋭意行った結果、優れた高温特性を有する新しい蒸気
タービン車室等の圧力容器用材料を発明したものであ
り、上記発明（５）及び（６）に対して本発明において
新たに加わったＢの限定理由については、上記発明
（３）に記載された理由と同様である。

【００５４】本発明においては、上記発明（５）又は
（６）に係る成分にＢを加えることによって、発明
（５）及び（６）に係る車室材よりも更に高温強度が改
善された車室材を実現することが可能となる。

【００５５】（８）請求項８に記載の発明は、上記発明
（１），（２），（３），（５），（６）又は（７）に
記載の高クロム（Ｃｒ）鋳鋼車室材において、０．００
１〜０．００９％のカルシウム（Ｃａ）が添加されたこ
とを特徴としている。

【００５６】本発明についても、本発明者らが高Ｃｒ系
鋼を基本成分として合金元素を厳選して高温強度の改善
を鋭意行った結果、優れた高温強度を有する新しい蒸気
タービン等の圧力容器材料を発明したものであり、上記
発明（１），（２），（３），（５），（６）および
（７）に対して本発明において新たに加わったＣａの限
定理由について以下説明する。

【００５７】Ｃａは、介在物を球状化し細かく分散させ
るとともに、その接種効果によって等軸晶の成長を促進
して、硫黄等の有害不純物元素のマクロ偏析を低減す
る。また、介在物の融点を下げて、精錬工程で介在物を
取り除きやすくする効果も有している。

【００５８】この結果、材料の靭性や高温強度特性が向
上する。特に鋳鋼材（本発明材）では、鍛造等の素材加
工工程により、介在物と基地金属の密着や偏析の解消を
図ることはできないため、Ｃａの添加は有効である。

【００５９】添加量が０．００１％未満では有効な作用
を生じないため、下限値を０．００１％とする。また、
過剰に添加すると、多量のＣａ酸化物のＣａ酸化物を生
成し素材の清浄度が低下してしまうため、添加の上限値
を０．００９％とする。望ましい添加範囲は０．００２
〜０．００６％である。

【００６０】本発明においては、上記発明（１），
（２），（３），（５），（６）又は（７）に係る成分
にＣａを加えることによって、発明（１），（２），
（３），（５），（６）又は（７）に係る車室材よりも
さらに靭性、高温強度が改善された車室材を実現するこ
とが可能となる。

【００６１】（９）請求項９に記載の発明に係る高クロ
ム鋳鋼車室材製圧力容器は、上記発明（５），（６），
（７）又は（８）のいずれかの高クロム（Ｃｒ）鋳鋼車
室材により形成されたことを特徴としている。

【００６２】上記発明（５），（６），（７）又は
（８）に係る高Ｃｒ鋳鋼車室材は、いずれも優れた高温
強度を有するため、これらのいずれかを用いて形成され
た圧力容器はいずれも超々臨界圧発電プラント等におい
て使用しうるものとなる。

【００６３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の第１形態に係る高
Ｃｒ鋳鋼車室材について、以下に説明する。本実施形態
に係る高Ｃｒ鋳鋼車室材は、重量比で０．０８〜０．１
４％のＣ，０．１０〜０．３０％のＳｉ，８〜１０％の
Ｃｒ，０．０１〜０．６０％のＮｉ，０．１〜０．２％
のＶ，０．０３〜０．０６％のＮｂ，０．０２〜０．０
７％のＮ，０．１〜０．７％のＭｏ，１〜２．５％の
Ｗ，０．０１〜２％のＣｏ，不可避的不純物，及びＦｅ
からなっている。

【００６４】本実施形態においては、その特性確認のた
めに比較材とともに上記成分範囲の本発明材１について
試験を行っており、以下にその内容と結果について説明
する。本試験に供した材料の化学成分について、本発明
材１を表１に、比較材を表２に示す。

【００６５】

【表１】

【００６６】

【表２】

【００６７】全ての材料は、５０kg真空高周波溶解炉に
て溶製し、砂鋳型に溶湯を流し込んで試験材とした。各
種試験に用いた試験材の熱処理は、４００mm厚の蒸気タ
ービン車室を空冷による焼入れしたときの肉厚中心部を
模擬した焼入れ処理を行い、次いで、焼もどしは０．２
％耐力がおよそ６３〜６８kgf/mm² になるように各材料
の焼もどし温度を決めて行った。

【００６８】各種試験により得られた本発明材１及び比
較材についての試験結果である機械的性質、及び６２５
℃の１０万時間後のクリープ破断強さ（外挿値）を、表
３に示す。

【００６９】

【表３】

【００７０】常温引張試験の結果から明らかなように、
本発明材１の伸びや絞り等の延性及び衝撃値が安定して
高く、溶接性が良好であることを示すものとなってい
る。また、本発明材１のクリープ破断強さは比較材に比
べて格段に優れていることがわかる。

【００７１】次に、本発明の実施の第２形態に係る高Ｃ
ｒ鋳鋼車室材について、以下に説明する。本実施形態に
係る高Ｃｒ鋳鋼車室材は、重量比で０．０８〜０．１４
％のＣ，０．１０〜０．３０％のＳｉ，８〜１０％のＣ
ｒ，０．０１〜０．６０％のＮｉ，０．１〜０．２％の
Ｖ，０．０３〜０．０６％のＮｂ，０．０２〜０．０７
％のＮ，０．１〜０．７％のＭｏ，１〜２．５％のＷ，
０．０１〜２％のＣｏ，０．０２〜２．５％のＣｕ，不
可避的不純物，及び鉄からなっている。

【００７２】本実施形態においても、その特性確認のた
めに上記成分範囲の本発明材２について試験を行ってお
り、以下にその内容と結果について説明する。本試験に
供した材料の化学成分については、表４に示す。この表
に示す本発明材１は第１実施形態において試験を行った
発明材料であり、表１の試験材番号のものと同じもので
あり、比較材は表２に示したものである。

【００７３】

【表４】

【００７４】本試験においても、第１実施形態における
試験と同じように試験材を準備して各種試験に供した。
すなわち、全ての材料は、５０kg真空高周波溶解炉にて
溶製し、砂鋳型に溶湯を流し込んで試験材とした後、４
００mm厚の蒸気タービン車室を空冷による焼入れしたと
きの肉厚中心部を模擬した焼入れ処理を行い、次いで、
焼もどしは０．２％耐力がおよそ６３〜６８kgf/mm² に
なるように各材料の焼もどし温度を決めて行った。

【００７５】各種試験により得られた本発明材２につい
ての試験結果である機械的性質、及び６２５℃の１０万
時間後のクリープ破断強さ（外挿値）を、比較材及び本
発明材１と比較して表５に示す。

【００７６】

【表５】

【００７７】表５に示された試験結果について、はじめ
に比較材と本発明材２との比較を行う。この表に示され
るように、本発明材２の常温引張特性並びにクリープ破
断特性は比較材に比べて遙かに優れた特性を示すもので
ある。

【００７８】次に、本発明材２を本発明材１と比較す
る。この表に示されるように、常温引張試験特性及び衝
撃特性については本発明材１と本発明材２では差はな
く、銅を添加したことによる材料特性の向上は認められ
ない。

【００７９】しかし、類似鋼の比較（試験材番号３と２
１，８と２２，１０と２３の比較）から明らかなよう
に、本発明材２のクリープ破断強さは本発明材１に比べ
て相対的に高くなっており、銅の添加によってさらにク
リープ破断強さ、すなわち高温強度が改善されているこ
とがわかる。

【００８０】次に、本発明の実施の第３形態に係る高Ｃ
ｒ鋳鋼車室材について、以下に説明する。本実施形態に
係る高Ｃｒ鋳鋼車室材は、上記第１実施形態及び第２実
施形態に係る高Ｃｒ鋳鋼車室材において、０．００２〜
０．０１０％のＢが添加されている。

【００８１】本実施形態においても、その特性確認のた
めに上記成分範囲の本発明材３について試験を行ってお
り、以下にその内容と結果について説明する。本試験に
供した材料の化学成分については、表６に示す。

【００８２】この表に示す本発明材１は第１実施形態に
おいて試験を行った発明材料、本発明材２は第２実施形
態において試験を行った発明材料であり、それぞれ表１
及び表４の試験材番号のものと同じものであり、また、
比較材は表２に示したものである。

【００８３】

【表６】

【００８４】本試験においても、第１実施形態及び第２
実施形態における試験と同じように試験材を準備して各
種試験に供した。すなわち、全ての材料は、５０kg真空
高周波溶解炉にて溶製し、砂鋳型に溶湯を流し込んで試
験材とした後、４００mm厚の蒸気タービン車室を空冷に
よる焼入れしたときの肉厚中心部を模擬した焼入れ処理
を行い、次いで、焼もどしは０．２％耐力がおよそ６３
〜６８kgf/mm² になるように各材料の焼もどし温度を決
めて行った。

【００８５】各種試験により得られた本発明材３につい
ての試験結果である機械的性質、及び６２５℃の１０万
時間後のクリープ破断強さ（外挿値）を、比較材及び本
発明材１，２と比較して表７に示す。

【００８６】

【表７】

【００８７】表７に示された試験結果について、はじめ
に比較材と本発明材３との比較を行う。この表に示され
るように、本発明材３の常温引張特性並びにクリープ破
断特性は、本発明材１及び２と同様に比較材に比べて遙
かに優れた特性を示すものである。

【００８８】次に、本発明材３を本発明材１及び２と比
較する。Ｂを添加した本発明材３は、類似鋼との比較
（試験材番号３と３１，１０と３２，２２と３３，２２
と３４，２５と３５の比較）でわかるように、常温引張
試験における延性（伸び，絞り）並びにクリープ破断強
さにおいて特性が向上している。すなわち、Ｂを添加す
ることにより常温延性並びにクリープ破断強さが向上
し、優れた材料特性を有するようになることがわかる。

【００８９】次に、本発明の実施の第４形態に係る高Ｃ
ｒ鋳鋼車室材について、以下に説明する。本実施形態に
係る高Ｃｒ鋳鋼車室材は、重量比で０．０８〜０．１４
％のＣ，０．１０〜０．３０％のＳｉ，０．０１〜１．
０％のＭｎ，８．０〜９．５％のＣｒ，０．０１〜０．
６０％のＮｉ，０．１〜０．２％のＶ，０．０３〜０．
０６％のＮｂ，０．０２〜０．０７％のＮ，０．１〜
０．７％のＭｏ，１．５〜２．５％のＷ，０．０１〜２
％のＣｏ，不可避的不純物，及びＦｅからなっている。

【００９０】本実施形態においても、その特性確認のた
めに比較材とともに上記成分範囲の本発明材４について
試験を行っており、以下にその内容と結果について説明
する。本試験に供した材料の化学成分について、本発明
材４を表８に、比較材を表９に示す。

【００９１】

【表８】

【００９２】

【表９】

【００９３】全ての材料は、５０kg真空高周波溶解炉に
て溶製し、砂鋳型に溶湯を流し込んで試験材とした。得
られた試験材は切断により押湯部と試験材本体とに分
け、押湯についてはさらに２つに切断を行った。そして
押湯の一方と試験材本体については以下に示す熱処理を
施した。

【００９４】試験材の熱処理は、４００mm厚の蒸気ター
ビン車室を空冷による焼入れしたときの肉厚中心部を模
擬した焼入れ処理を行い、次いで、焼もどしは０．２％
耐力がおよそ６３〜６８kgf/mm² になるように各材料の
焼もどし温度を決めて行った。押湯部の鋳造のままの状
態と熱処理後の状態でのδフェライトの生成量を表１０
に示す。

【００９５】

【表１０】

【００９６】表１０によると、本発明材４のδフェライ
ト量は鋳造のままにおいては比較材に比べて低く、また
熱処理を施すことによって完全に消滅していることがわ
かる。これに対して、比較材のものでは熱処理の有無に
よらず本発明材４と比較してδフェライトの生成量は多
い。また、熱処理を行った後にもδフェライトは残存し
ており、鋳鋼材として不適当であることがわかる。

【００９７】各種試験により得られた本発明材４及び比
較材についての試験結果である機械的性質、及び６２５
℃の１０万時間後のクリープ破断強さ（外挿値）を、表
１１に示す。

【００９８】

【表１１】

【００９９】この常温引張試験の結果から明かであるよ
うに、本発明材４の伸びや絞り等の延性及び衝撃値が安
定して高く、溶接性が良好であることを示すものとなっ
ている。これに対して、比較材の延性、靱性は相対的に
悪くなっている。また、本発明材４のクリープ破断強さ
は、比較材に比べて格段に優れていることがわかる。

【０１００】次に、本発明の実施の第５形態に係る高Ｃ
ｒ鋳鋼車室材について、以下に説明する。本実施形態に
係る高Ｃｒ鋳鋼車室材は、重量比で０．０８〜０．１４
％のＣ，０．１０〜０．３０％のＳｉ，０．０１〜１．
０％のＭｎ，８．０〜９．５％のＣｒ，０．０１〜０．
６０％のＮｉ，０．１〜０．２％のＶ，０．０３〜０．
０６％のＮｂ，０．０２〜０．０７％のＮ，０．１〜
０．７％のＭｏ，１．５〜２．５％のＷ，０．０１〜２
％のＣｏ，０．０２〜２．５％のＣｕ，不可避的不純
物，及び鉄からなっている。

【０１０１】本実施形態においても、その特性確認のた
めに上記成分範囲の本発明材５について試験を行ってお
り、以下にその内容と結果について説明する。本試験に
供した材料の化学成分については、表１２に示す。この
表に示す本発明材４は第４実施形態において試験を行っ
た発明材料であり、表８の試験材番号のものと同じもの
であり、比較材は表９に示したものである。

【０１０２】

【表１２】

【０１０３】本試験においても、第４実施形態における
試験と同じように試験材を準備して各種試験に供した。
すなわち、全ての材料は、５０kg真空高周波溶解炉にて
溶製し、砂鋳型に溶湯を流し込み、試験材とした。得ら
れた試験材は切断により押湯部と試験材本体とに分け、
押湯についてはさらに２つに切断を行った。そして押湯
の一方と試験材本体については以下に示す熱処理を施し
た。

【０１０４】試験材の熱処理は、４００mm厚の蒸気ター
ビン車室を空冷による焼入れしたときの肉厚中心部を模
擬した焼入れ処理を行い、次いで、焼もどしは０．２％
耐力がおよそ６３〜６８kgf/mm² になるように各材料の
焼もどし温度を決めて行った。押湯部の鋳造のままの状
態と熱処理後の状態でのδフェライトの生成量につい
て、表１３に示す。

【０１０５】

【表１３】

【０１０６】表１３によると、本発明材５の場合には、
鋳造のままにおいてもδフェライト量は生成しない。こ
れは、Ｃｕが添加されることによって本発明材４よりも
さらにδフェライトがでにくくなったことを示すもので
あり、本発明材５がδフェライトを生成しにくいことを
示すものである。

【０１０７】各種試験により得られた本発明材５につい
ての試験結果である機械的性質、及び６２５℃の１０万
時間後のクリープ破断強さ（外挿値）を、本発明材４と
比較して表１４に示す。

【０１０８】

【表１４】

【０１０９】この表に示されるように、常温引張試験特
性及び衝撃特性は本発明材４と本発明材５では差はな
く、銅を添加したことによる影響は認められない。しか
し、表１１に示した比較材に比べて延性や衝撃特性が優
れており、良好な機械的性質を有することがわかる。

【０１１０】次に、本発明の実施の第６形態に係る高Ｃ
ｒ鋳鋼車室材について、以下に説明する。本実施形態に
係る高Ｃｒ鋳鋼車室材は、上記第４実施形態及び第５実
施形態に係る高Ｃｒ鋳鋼車室材において、０．００２〜
０．０１０％のＢが添加されている。

【０１１１】本実施形態においても、その特性確認のた
めに上記成分範囲の本発明材６について試験を行ってお
り、以下にその内容と結果について説明する。本試験に
供した材料の化学成分については、表１５に示す。

【０１１２】この表に示す本発明材４は第４実施形態に
おいて試験を行った発明材料、本発明材５は第５実施形
態において試験を行った発明材料であり、それぞれ表８
及び表１２の試験材番号のものと同じものであり、ま
た、比較材は表９に示したものである。

【０１１３】

【表１５】

【０１１４】本試験においても、第４実施形態及び第５
実施形態と同じように試験材を準備して各種試験に供し
た。すなわち、全ての材料は、５０kg真空高周波溶解炉
にて溶製し、砂鋳型に溶湯を流し込み試験材とした。得
られた試験材は切断により押湯部と試験材本体とに分
け、押湯についてはさらに２つに切断を行った。そして
押湯の一方と試験材本体については以下に示す熱処理を
施した。

【０１１５】試験材の熱処理は、４００mm厚の蒸気ター
ビン車室を空冷による焼入れしたときの肉厚中心部を模
擬した焼入れ処理を行い、次いで焼もどしは０．２％耐
力がおよそ６３〜６８kgf/mm² になるように各材料の焼
もどし温度を決めて行った。押湯部の鋳造のままの状態
と熱処理後の状態でのδフェライトの生成量について、
表１６に示す。

【０１１６】

【表１６】

【０１１７】本発明材６の場合には、本発明材４及び５
の類似鋼と同様なδフェライトの生成挙動を示す。すな
わち、試験材番号７１の類似鋼は試験材番号４１であ
り、試験材番号７２の類似鋼は試験材番号４３であり、
以下同様に７３→６１，７４→６３，７５→６５がそれ
ぞれの類似鋼となるが、δフェライトの生成はＢの添加
の影響を受けていない。いずれにしても、本説明材４，
５，６は熱処理を施した後には完全にδフェライトが消
滅しており、何ら問題ないものであるといえる。

【０１１８】各種試験により得られた本発明材６につい
ての試験結果である機械的性質、及び６２５℃の１０万
時間後のクリープ破断強さ（外挿値）を、本発明材４，
５と比較して表１７に示す。

【０１１９】

【表１７】

【０１２０】Ｂを添加した本発明材４は、類似鋼との比
較（試験材番号４１と７１の比較、４３と７２、６１と
７３、６３と７４、６５と７５）でわかるように常温引
張試験における延性（伸び、絞り）は類似鋼と同等以上
であり、またクリープ破断強さでは類似鋼よりも優れて
いることがわかる。すなわち、Ｂを添加することにより
常温延性並びにクリープ破断強さが向上し、優れた材料
特性を有するようになるといえる。

【０１２１】次に、本発明の実施の第７形態に係る高Ｃ
ｒ鋳鋼車室材について、以下に説明する。本実施形態に
係る高Ｃｒ鋳鋼車室材は、上記第１実施形態、第２実施
形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態及び
第６実施形態に係る高Ｃｒ鋳鋼車室材において、０．０
０１〜０．００９％のＣａが添加されている。

【０１２２】本実施形態においても、その特性確認のた
めに上記成分範囲の本発明材７について試験を行ってお
り、以下にその内容と結果について説明する。本試験に
供した材料の化学成分については、表１８及び表１９に
示す。

【０１２３】

【表１８】

【０１２４】

【表１９】

【０１２５】この表に示す本発明材１は第１実施形態に
おいて試験を行った発明材料、本発明材２は第２実施形
態において試験を行った発明材料、本発明材３は第３実
施形態において試験を行った発明材料、本発明材４は第
４実施形態において試験を行った発明材料、本発明材５
は第５実施形態において試験を行った発明材料、本発明
材６は第６実施形態において試験を行った発明材料であ
り、それぞれ表１，表４，表６，表８，表１２および表
１５の試験材番号のものと同じである。

【０１２６】なお、表１，表４，表６，表８，表１２お
よび表１５では、不純物として混入する可能性があるＣ
ａの分析結果を示していなかったが、表１８に示したよ
うに本発明材１，本発明材２，本発明材３，本発明材
４，本発明材５，本発明材６ではいずれも０．０００％
であった。比較材は、表２，表９に示したもの及び表１
９中、比較材に分類しているもの（試験材番号９１，９
２，９３）である。

【０１２７】試験材番号８１の類似鋼は試験材番号２で
あり、試験材番号８２の類似鋼は試験材番号２２であ
り、以下同様に８３→３１，８４→３５，８５→４３，
８６→６１，８７→７１，８８→７３である。また、比
較材に分類されている試験材番号９１，９２，９３は、
それぞれ本発明材７の試験材番号８５，８６，８７の成
分を基本として、Ｃａを本発明材７の上限値以上に添加
した材料である。

【０１２８】本試験においても、第４実施形態，第５実
施形態及び第６実施形態と同じように試験材を準備して
各種試験に供した。すなわち、全ての材料は、５０kg真
空高周波溶解炉にて溶製し、砂鋳型に溶湯を流し込み試
験材とした。得られた試験材は切断により押湯部と試験
材本体とに分け、押湯部についてはさらに２つに切断を
行った。そして押湯部の一方と試験材本体については以
下に示す熱処理を施した。

【０１２９】試験材の熱処理は、４００mm厚の蒸気ター
ビン車室を空冷による焼入としたときの肉厚中心部を模
擬した焼入れ処理を行い、次いで焼もどしは、０．２％
耐力がおよそ６３〜６８kgf/mm² になるように各材料の
焼もどし温度を決めて行った。押湯部の鋳造のままの状
態と熱処理後の状態でのδフェライトの生成量につい
て、表２０に示す。

【０１３０】

【表２０】

【０１３１】本発明材７では、試験材番号８１，８２，
８３において鋳造のままではごく僅かのδフェライトが
認められるが、熱処理を施すことでこれは完全に消失し
ており、実用上問題はない。また、試験材番号８４，８
５，８６，８７，８８では、鋳造のままでもδフェライ
トの生成はなく、健全な組織状態である。すなわち、δ
フェライトの生成はＣａの添加の影響を受けていない。
なお、Ｃａを本発明材７の上限値以上に添加した比較材
９１，９２，９３についてもδフェライトきは生成して
いない。

【０１３２】各試験により得られた本発明材７について
の試験結果である機械的性質、及び６２５℃の１０万時
間後のクリープ破断強さ（外挿値）を、本発明材１、本
発明材２、本発明材３、本発明材４、本発明材５、本発
明材６および比較材とともに表２１に示す。

【０１３３】

【表２１】

【０１３４】Ｃａを添加した本発明材７は、類似鋼との
比較（試験材番号８１と試験材番号２、試験材番号８２
と試験材番号２２、以下同様に８３→３１，８４→３
５，８５→４３，８６→６１，８７→７１，８８→７
３）でわかるように常温引張試験における延性（伸び、
絞り）は同等あるいは若干向上しており、２mmＶノッチ
シャルピー衝撃値（試験温度：２０℃）には、有意義な
特性向上が認められる。また、６５０℃の１０万時間後
のクリープ破断強さも、類似鋼に比べて確実に向上し、
優れた材料特性を有するようになるといえる。

【０１３５】一方、試材番号４３および８５と９１の比
較、６１および８６と９１の比較、７１および８７と９
３の比較から明らかなように、Ｃａを本発明材７の上限
値以上に添加した比較材では本発明材７および本発明材
７の類似鋼に比べて、衝撃値やクリープ破断強さが明ら
かに低下しており、Ｃａの過剰な添加は、かえって材料
特性を害することがわかる。

【０１３６】

【発明の効果】本発明の高Ｃｒ鋳鋼車室材及び同材製圧
力容器は、所定の重量比のＣ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｖ，
Ｎｂ，Ｎ，Ｍｏ，Ｗ，不可避的不純物，及びＦｅからな
るものとしたことによって、また、これに所定の重量比
のＣｕ，Ｂ，Ｃａを添加したことによって、更に、所定
の重量比のＭｎ，ＭｎとＣｕ，Ｂ，Ｃａを添加したこと
によって、優れた高温強度を有するものとなったため、
蒸気温度が６００℃を越える超々臨界圧発電プラント用
の高温用蒸気タービン車室材として有用な材料を実現
し、これらの材料を用いて圧力容器を形成したことによ
って、現在の超々臨界圧発電プラントをさらに高温化す
ることが可能になり、化石燃料の節約に寄与するととも
に二酸化炭素の発生量を低く抑える上で有用な圧力容器
を実現する。

フロントページの続き (72)発明者 守中 康治 北九州市戸畑区大字中原先ノ浜46番地59 日本鋳鍛鋼株式会社技術部技術開発室内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比で炭素：０．０８〜０．１４％，
   シリコン：０．１０〜０．３０％，クロム：８〜１０
   ％，ニッケル：０．０１〜０．６０％，バナジウム：
   ０．１〜０．２％，ニオブ：０．０３〜０．０６％，窒
   素：０．０２〜０．０７％，モリブデン：０．１〜０．
   ７％，タングステン：１〜２．５％，コバルト：０．０
   １〜２％，不可避的不純物，及び鉄からなることを特徴
   とする高クロム鋳鋼車室材。
2. 【請求項２】 重量比で炭素：０．０８〜０．１４％，
   シリコン：０．１０〜０．３０％，クロム：８〜１０
   ％，ニッケル：０．０１〜０．６０％，バナジウム：
   ０．１〜０．２％，ニオブ：０．０３〜０．０６％，窒
   素：０．０２〜０．０７％，モリブデン：０．１〜０．
   ７％，タングステン：１〜２．５％，コバルト：０．０
   １〜２％，銅：０．０２〜２．５％，不可避的不純物，
   及び鉄からなることを特徴とする高クロム鋳鋼車室材。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の高クロム鋳鋼車
   室材において、０．００２〜０．０１０％のほう素が添
   加されたことを特徴とする高クロム鋳鋼車室材。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３に記載のいずれかの
   高クロム鋳鋼車室材により形成されたことを特徴とする
   高クロム鋳鋼車室材製圧力容器。
5. 【請求項５】 重量比で炭素：０．０８〜０．１４％，
   シリコン：０．１０〜０．３０％，マンガン：０．０１
   〜１．０％，クロム：８．０〜９．５％，ニッケル：
   ０．０１〜０．６０％，バナジウム：０．１〜０．２
   ％，ニオブ：０．０３〜０．０６％，窒素：０．０２〜
   ０．０７％，モリブデン：０．１〜０．７％，タングス
   テン：１．５〜２．５％，コバルト：０．０１〜２％，
   不可避的不純物，及び鉄からなることを特徴とする高ク
   ロム鋳鋼車室材。
6. 【請求項６】 重量比で炭素：０．０８〜０．１４％，
   シリコン：０．１０〜０．３０％，マンガン：０．０１
   〜１．０％，クロム：８．０〜９．５％，ニッケル：
   ０．０１〜０．６０％，バナジウム：０．１〜０．２
   ％，ニオブ：０．０３〜０．０６％，窒素：０．０２〜
   ０．０７％，モリブデン：０．１〜０．７％，タングス
   テン：１．５〜２．５％，コバルト：０．０１〜２％，
   銅：０．０２〜２．５％，不可避的不純物，及び鉄から
   なることを特徴とする高クロム鋳鋼車室材。
7. 【請求項７】 請求項５又は６に記載の高クロム鋳鋼車
   室材において、０．００２〜０．０１０％のほう素が添
   加されたことを特徴とする高クロム鋳鋼車室材。
8. 【請求項８】 請求項１，２，３，５，６又は７に記載
   の高クロム鋳鋼車室材において、０．００１〜０．００
   ９％のカルシウムが添加されたことを特徴とする高クロ
   ム鋳鋼車室材。
9. 【請求項９】 請求項５，６，７又は８に記載のいずれ
   かの高クロム鋳鋼車室材により形成されたことを特徴と
   する高クロム鋳鋼車室材製圧力容器。