JPH11124657A - 高強度耐熱鋼 - Google Patents
高強度耐熱鋼Info
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- JPH11124657A JPH11124657A JP9285696A JP28569697A JPH11124657A JP H11124657 A JPH11124657 A JP H11124657A JP 9285696 A JP9285696 A JP 9285696A JP 28569697 A JP28569697 A JP 28569697A JP H11124657 A JPH11124657 A JP H11124657A
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Abstract
500℃以上となるような高温環境下においても適用で
き、高温強度に優れ、かつ靭性にも優れた高強度耐熱鋼
を提供する。 【解決手段】 本発明は、重量比で、C:0.08〜
0.18%、Si:0.01〜0.1%、Mn:0.0
1〜0.2%、Ni:2.0〜3.5%、Cr:8〜1
3%、V:0.1〜0.3%、Nb及びTaの1種また
は2種で合計:0.01〜0.1%、N:0.01〜
0.1%、Mo:1.5〜4.0%、W:1.0〜3.
0%、Co:3.0〜6.0%を含み、残部不可避的不
純物及び鉄からなり、必要に応じて、さらにB:0.0
01〜0.01%を含むことを特徴とする高強度耐熱
鋼。
Description
高強度耐熱鋼に関するものであり、特に、火力発電用ガ
スタービンに用いられるタービンロータやタービンディ
スク等に好適な高強度耐熱鋼に係るものである。
度、高靭性を目的とした含Cr鋼が用いられている。例
えば、現在の火力発電用ガスタービンディスクとして、
特公昭60−8299号公報には2.25Cr−Mo一
V鋼が開示されている。また、特公平7−103447
号公報には、ガスタービンディスクに用いられる12C
r鋼が開示されている。
度が高温のもので1350℃であり、実際にタービンデ
ィスクが加熱される温度は約450℃までである。しか
し、発電効率の高効率化を達成するため、燃焼温度の高
温化、圧縮比の向上が要求され、より高温強度に優れた
ディスク材が必要となっている。
平7−103447号公報に示されているような従来の
12Cr鋼を適用することも可能であるが、ガス燃焼温
度が1500℃のガスタービンプラントにおいては使用
温度が500℃を超えており、このような使用温度に対
しては高温強度が不足することから、ガスタービンディ
スクとしての適用は難しく、さらに高温強度の優れた材
料の開発が望まれている。
に鑑み、本発明は、12Cr系鋼の材料で使用温度が5
00℃以上となるような高温環境下においても適用で
き、高温強度に優れ、かつ靭性にも優れた高強度耐熱鋼
を提供することを目的とするものである。
本願発明者は鋭意研究を重ねた結果、12Cr系鋼の材
料でも構成する合金成分を調整することにより、特に
W,Mo,Coの添加量を調整し、さらにBを添加する
ことにより、以下に示す優れた高温強度を有する耐熱鋼
を得ることができた。
とする高強度耐熱鋼。及び、(2)上記の鋼に、さらに
重量比で、 B :0.001〜0.01% を含むことを特徴とする高強度耐熱鋼である。
験条件:600℃、30kgf/mm2 におけるクリープ破断
時間が1000時間以上で、かつ20℃における衝撃値
が10kgf/mm2 以上という優れた特性を得ることができ
る。
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
鋭意行い、優れた高温特性、常温靭性を有する新しい高
強度耐熱鋼を発明した。特に、本発明はMoと共にW,
Coを添加し、クリープ破断強度の強化を図り、さらに
Bを添加することによりその効果を助長する。
定理由を述べる。 C:CはNと共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。しかし、0.08%未満では十分な
効果は得られず、また0.18%を超えると使用中に炭
室化物が凝集粗大化し、高温長時聞のクリープ破断強度
を劣化させる。このため0.08〜0.18%とする。
強度を低下させる。このため、本耐熱鋼においては真空
カーボン脱酸法を適用することも併せて考慮して、製鋼
において必要な最小限度の添加とし、その範囲を0.0
1〜0.1%とする。
り、不純物として混入するSの悪影響をMnSを形成す
ることで無害化する作用もある。また、δフェライトの
生成を抑制する作用がある。このために0.01%以上
の添加は必要である。一方、多量にこの元素を加えると
クリープ破断強度が劣化する。このため、0.2%を超
える量の添加は好ましくない。上記した理由から、本発
明におけるMn含有量を0.01〜0.2%とする。よ
り好ましい範囲は0.01〜0.1%である。
強度の改善に寄与すると共に、マトリックス中に溶け込
み、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。また、耐酸化性をも改善する。8%未
満であるとその効果が十分でなく、また13%を超える
量を添加するとδフェライトを生成しやすくなり、強度
の低下や靭性の劣化をもたらす。このため、8〜13%
とする。より好ましい範囲は9〜12%である。
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0.3%を超える量を添加するとむしろ
クリーブ破断強度は低下してしまう。このため、0.1
〜0.3%とする。
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(M23C6 )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。0.01%未満ではその
効果はなく、またその合計量が0.1%を超える量を添
加すると、鋼塊製造時に生成したNbまたはTaの炭窒
化物が熱処理(溶体化処理:950〜1150℃)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、N
b及びTaの合計量を0.01〜0.1%とする。
成して高温強度の改善に寄与する。0.01%未満で
は、十分な炭窒化物を形成することができないために、
クリープ破断強度が十分に得られない。また、0.1%
を超える量を添加すると、長時問の使用中に炭窒化物が
凝集粗大化して、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、0.01〜0.1%とする。
溶してクリープ破断強度を改善する。また、Moは焼入
性を向上させ、常温強度、靭性の改善に寄与する。本願
発明鋼のようにWを複合添加する場合、MoよりもWの
方が高温強度の改善に有効ではあるが、Wの多量添加は
延性を劣化させてしまう。一方、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靱性を低下させる。
1.5%未満では高温強度に対する効果は少なく、4.
0%以上の添加では靭性を低下させるため、Moの添加
量は1.5〜4.0%とする。
クス中に固溶してクリープ破断強度を改善する。WはM
oよりも固溶体強化機能が強く、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金属間化合
物を生成するため、逆にクリープ破断強度を劣化させ、
また、延性が低下する。このため、Moの添加量とのバ
ランスを考慮して1.0〜3.0%の添加とする。
ェライトの生成を抑制する。このため、Coを添加する
と、Coを添加しないものよりもCr,W,Moなどの
高温強度を強化させる元素を多く添加することが可能と
なり、高いクリープ破断強度を得ることができる。M
o,Wの添加量とのバランスもあり、3%未満ではクリ
ープ破断強度に対する効果は少なく、また、6%以上の
添加では長時間の使用中に金属間化合物を生成し、クリ
ープ破断強度を低下させる。従って、3.0〜6.0%
の添加とする。
善する上で有効な元秦であり、δフェライトの生成を抑
制する効果もある。2%未満では所望の常温靭性が得ら
れず、また、3.5%を超える量を添加するとクリープ
破断強度を劣化させてしまうため、2〜3.5%の添加
とする。
り、添加すると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
に添加すると熱間加工性が悪くなると共に、靭性が低下
する。すなわち、0.001%より少ない量ではBの効
果が十分に得られず、一方、0.01%を超える量を添
加すると熱間加工性や靭性が低下する。このため、0.
001〜0.01%とする。
て説明する。表1には試験に供した材料の化学成分をま
とめて示す。全ての材料は、50kg真空高周波溶解炉に
て溶製し、試験材とした。この試験材を加熱温度120
0℃にて熱間鍛造を行い、その後に以下の熱処理を施し
た。
加熱保持し、直径1800mm、肉厚500mmのガスター
ビンディスク材を油冷したときの中心部を模擬した焼入
処理を行い、次いで焼もどしは各材料の0.2%耐力が
およそ96〜100kgf/mm2になるように620〜65
0℃にて5時間の焼もどし処理を行った。
並びにクリープ破断強度を示す。表から明らかのよう
に、常温引張試験の結果にはほとんど差はない。一方、
衝撃特性の点では、比較鋼の材料番号6,9,11,1
2,13,14,15,18,20が低い値を示してお
り、本発明鋼に比べて靭性が低いことが明らかとなって
いる。
破断時間では、比較鋼の材料番号6,11,20につい
ては、本発明鋼とほぼ同等かそれ以上のクリープ破断時
間を示しているが、衝撃特性が本発明鋼に対して著しく
低い値を示している。この結果から明らかなように、本
発明鋼は優れた衝撃特性及びグリープ破断強さの両方を
兼ね備えており、比較鋼に比べて格段に優れていること
がわかる。
実施例について説明する。表3には試験に供した材料の
化学成分を示す。材料番号1〜5は、表1に記載した本
発明請求項1の発明に係わる材料(本発明鋼1)であ
り、材料番号21〜25は、本発明請求項2の発明に係
わる材料(本発明鋼2)である。
空高周波溶解炉にて溶製し試験材とした。この試験材を
加熱温度1200℃にて熱間鍛造を行い、その後実施例
1と同様の熱処理を施した。
にクリープ破断強度を示す。本結果から明らかであるよ
うに、本発明鋼1、本発明鋼2とも機械的性質において
ほとんど差はない。クリープ破断時間を比較すると、B
を添加した本発明鋼2はそれぞれ本発明鋼1よりも明ら
かにクリープ破断時間が向上していることがわかる。
(21材は同様な成分の1材にBを添加したものであ
る。同様に、22材は2材に、23材は3材に、24材
は4材に、25材は5材にそれぞれBを添加したもので
ある。)
度及び靭性を有するため、使用温度が500℃を超える
ガスタービン発電プラント用の高温用ガスタービンディ
スク材として有用である。本発明により、現在のガスタ
ービン発電プラントの燃焼温度上昇が可能となり、更な
る高効率化を達成し、化石燃料の節約に寄与すると共
に、二酸化炭素の発生量を低く抑える上で有用なもので
あると言える。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量比で、 C :0.08〜0.18%、 Si:0.01〜0.1%、 Mn:0.01〜0.2%、 Ni:2.0〜3.5%、 Cr:8〜13%、 V :0.1〜0.3%、 Nb及びTaの1種または2種で合計:0.01〜0.
1%、 N :0.01〜0.1%、 Mo:1.5〜4.0%、 W :1.0〜3.0%、 Co:3.0〜6.0% を含み、残部不可避的不純物及び鉄からなることを特徴
とする高強度耐熱鋼。 - 【請求項2】 請求項1記載の鋼に、さらに重量比で、 B:0.001〜0.01% を含むことを特徴とする高強度耐熱鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9285696A JPH11124657A (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | 高強度耐熱鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9285696A JPH11124657A (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | 高強度耐熱鋼 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11124657A true JPH11124657A (ja) | 1999-05-11 |
Family
ID=17694857
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9285696A Pending JPH11124657A (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | 高強度耐熱鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11124657A (ja) |
-
1997
- 1997-10-17 JP JP9285696A patent/JPH11124657A/ja active Pending
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Legal Events
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Effective date: 20040217 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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A521 | Written amendment |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041019 |
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A521 | Written amendment |
Effective date: 20041206 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
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A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20050607 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |