JPH11124657A - 高強度耐熱鋼 - Google Patents

高強度耐熱鋼

Info

Publication number
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
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
strength
steel
temperature
creep rupture
present
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9285696A
Other languages
English (en)
Inventor
Masato Mikami
真人 三上
Katsuo Kako
勝夫 加来
Masakatsu Ueno
正勝 上野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Casting and Forging Corp
Original Assignee
Japan Casting and Forging Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Casting and Forging Corp filed Critical Japan Casting and Forging Corp
Priority to JP9285696A priority Critical patent/JPH11124657A/ja
Publication of JPH11124657A publication Critical patent/JPH11124657A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、12Cr系鋼の材料で使用温度が
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

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温強度に優れた
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。
【0002】
【従来の技術】従来、この分野での材料としては高強
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。
【0003】従来、ガスタービンプラントはガス燃焼温
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。
【0004】使用温度が500℃程度までは、上記特公
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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような技術の現状
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。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
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。
【0007】すなわち、本発明は、(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。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。
【0008】上記組成にすることにより、本発明鋼は試
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。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明者らは、12Cr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。
【0010】以下に本発明高強度耐熱鋼における成分限
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。
【0011】Si:Siは高温強度、特にクリープ破断
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。
【0012】Mn:Mnも脱酸材として有用な元素であ
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。
【0013】Cr:Crは炭化物を形成しクリープ破断
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。
【0014】V: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0.3%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。
【0015】NbまたはTa:NbまたはTa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(M236 )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。
【0016】N:NはCや合金元素と共に炭窒化物を形
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。
【0017】Mo:MoはWと共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。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。
【0018】W:Wは前述のようにMoと共にマトリッ
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。
【0019】Co:Coは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。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。
【0020】Ni:Niは焼入性を向上させ、靭性を改
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。
【0021】B:Bは必要に応じて添加する元素であ
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。
【0022】
【実施例】
[実施例1]以下に本発明請求項1に係る実施例につい
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。
【0023】すなわち、熱処理は1000℃にて5時問
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。
【0024】表2に本発明鋼1及び比較鋼の機械的性質
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。
【0025】また、600℃、30kgf/mm2 のクリープ
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。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】[実施例2]以下に本発明請求項2に係る
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。
【0029】全ての材料は、実施例1と同様に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。
【0030】表4に本発明鋼1及び2の機械的性質並び
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。)
【0031】
【表3】
【0032】
【表4】
【0033】
【発明の効果】本発明の高強度耐熱鋼は、優れた高温強
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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
JP9285696A 1997-10-17 1997-10-17 高強度耐熱鋼 Pending JPH11124657A (ja)

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)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR0175075B1 (ko) 증기터빈용 회전자 및 그 제조방법
US5061440A (en) Ferritic heat resisting steel having superior high-temperature strength
JPS6024353A (ja) 12%Cr系耐熱鋼
JP3422561B2 (ja) 熱処理法により得られたマルテンサイト組織を有する耐熱耐クリープ鋼
CN110997960B (zh) 燃气轮机盘材料以及其热处理方法
JP3422658B2 (ja) 耐熱鋼
JPH11209851A (ja) ガスタービンディスク材
JP2734525B2 (ja) 靭性に優れた耐熱鋼
EP0669405B1 (en) Heat resisting steel
JP3468975B2 (ja) 低合金耐熱鋼および蒸気タービンロータ
JPH1036944A (ja) マルテンサイト系耐熱鋼
US4049432A (en) High strength ferritic alloy-D53
JP3245097B2 (ja) 高温用蒸気タービンロータ材
JPH0931600A (ja) 高温用蒸気タービンロータ材
JPH11124657A (ja) 高強度耐熱鋼
JP3546127B2 (ja) 高低圧一体型ロータ用高強度耐熱鋼及びタービンロータ
JP3662151B2 (ja) 耐熱鋳鋼及びその熱処理方法
JP3576328B2 (ja) 低合金耐熱鋼及び蒸気タービンロータ
JPH07118812A (ja) 耐熱鋳鋼タービンケーシング及びその製造法
JPH08120414A (ja) 耐熱鋼
JPH11217655A (ja) 高強度耐熱鋼およびその製造方法
JPH1171641A (ja) 高強度耐熱鋼
JP4774633B2 (ja) マルテンサイト系耐熱鋼の製造方法
JPH09194987A (ja) 低合金耐熱鋼および蒸気タービンロータ
JP3581458B2 (ja) 高温用蒸気タービンロータ材

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20040217

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040419

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041019

A521 Written amendment

Effective date: 20041206

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A02 Decision of refusal

Effective date: 20050607

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02