JPS58181849A - 高温用高クロム鋼 - Google Patents

高温用高クロム鋼

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JPS58181849A
JPS58181849A JP6102782A JP6102782A JPS58181849A JP S58181849 A JPS58181849 A JP S58181849A JP 6102782 A JP6102782 A JP 6102782A JP 6102782 A JP6102782 A JP 6102782A JP S58181849 A JPS58181849 A JP S58181849A
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steel
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JP6102782A
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Hiroshi Teranishi
寺西 洋志
Kunihiko Yoshikawa
吉川 州彦
「あ」木 義淳
Yoshiatsu Sawaragi
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高温用高クロム鋼9%KNb添加高クロム鋼
に関する。
一般のボイラ用の、または石油化学工業用わるいtit
原子カニ業用の加熱器管、過熱器管、再熱器管、あるい
は熱交換器管さらKに蒸気タービンあるいはガスタービ
ンの翼材勢にあっては、十分な耐酸化性とともに所要の
高温強さが要求されるため、現在、例えば帆2C−0,
5Ni−12Cr −IM。
−0,3V、 0.IC−12CrIC−12Cr−I
、2〜0.3V 、 0.05 C−9Cr −2Mo
 −0,3V郷の9〜12%Cr耐熱鋼が使用されてい
る。
しかしながら、従来の高クロム鋼においてFic系介在
物が多く、清浄度は満足すべきものではなかった。
したがって、600oCtillえる高温下で使用され
る場合、高温特性、特にクリープI!j#性において必
ずしも十分なものは得られていなかった。
ところで、鋼中酸素量を低下させて介在物量を下げる丸
めKは、すでに良く知られているようK、8o1.At
量を増加する必要があるが、他方、この8o1.A−!
は高温強度を低下させる傾向があるのでAtの添加量範
囲が極めて狭く、シたがって、Sol。
At増加による清浄度の向上という方法はこれまで高ク
ロム鋼においては採用されなかった。
一方、従来から9〜12XCr鋼で高温強度を高める0
KNb添加する0は一般的な方法であるが、いずれの場
合にあってもNbは所要^温強度七得るためK O,1
5〜0.35 %とかな9多量に添加している。
例えば、仏国跋12鋼(0,08C−9Cr −2M。
−0,3V−0,4Nb)仏国8okil Tl  (
0,20C−11Cr −0,75Mo −0,5Nl
 −0,3V −0,4Nb)などが代表的な高Nb會
有鋼である。
したがって、多量のNb を完全に固溶させるためには
、固溶温tを高める必要があり、未固溶のNbC炭化物
が残った場合#ICは介在物状となシ、靭性あるいは砥
性の低下を招くことになる。一方、特開111853−
140217号にあッテFiNbo、02〜0.15 
%を添加する高温部材用高クロム鋼について開示してい
るが、得られゐ鋼0清浄度、8o1.AL量については
何ら言及することがなく、また、得られるクリープ強度
も600℃、20kg/mmで為*965hr、 さら
に、650℃、12 kg/mmで高々575 hrに
すぎない。
ここに、本発明考らは、清浄度が高く高温強度にすぐれ
ている高クロム鋼を開発すべく、多くの実験を重ねてい
たところ、むしろ、従来高温強度を害するとして抑制さ
れていたSol、Ajの存在量を積極的に0.01〜0
.07%にまで高めることにより清浄度を高めて有害な
欠陥の防止を図り、Sol、人りによる高温強度の低下
はNb添加で補償できるとの知見を得、さらにNb #
加の為温強度に対する寄与は0.015〜0.1%の添
加で十分であや、鋼の清浄度の向上に伴なって、0.1
%以下の添加でも従来鋼にみられる以上に高温強度が相
乗的に高められることを見い出して本発明を完成した。
よって、本発明の要旨とするところは、C:0.04〜
0.25 X、 84 : 1.OX以下、 Mn :
 0.45〜1.0%、 Cr : 8〜13% 、 
Mo : 0.5〜3.0% 、 V  :0.2〜0
.35 % 、 8o1.Aj : 0.01〜0.0
7 % 、 Nb:0.015〜0.1%J!に所望に
よりNi : 1.0X以下および/またFiW : 
0.4〜1.2 %、残部不可避的不純物を含むF@か
ら成る高温用高クロム鋼にあり、Sol、)d、添加量
増加とNb#加量O適正化との相乗的効果を最大限利用
し、併わせで他の合金成分組成の適正化を図p1これに
よる高温特性の相乗的改善を意図するものである。
このように、本発明によれば、So l 、AI I會
0.01〜0.07 Xと大巾に高めることKよって、
得られる鋼の清浄度を著しく向上させるとともに、この
ように清浄度が高められたことから予想外にもNb添加
量が0.015〜0.I Xと少なくとも十分な高温強
度が確保され、さらKFiNb添加量を高めたときにみ
られる靭性および嬌性の低下が阻止できるのである。
本発明における鋼組成の限定理由について以下詳説する
At:  鋼の高温強度全確保するため、従来、例えば
ボイラ用高クロム鋼ではSol、AI量を0.01%未
満に制限してきた。例えば、8o1.AJLがふえると
クリープ特性の破断時間が短かくなると考えられていた
からである。しかし、8o1.At’i 0.01%未
満に制限すると鋼の脱酸が不十分となり酸化物系の介在
物が増加し鋼質の劣化を招く。8o1.ktが0.01
 X未満では酸素量が高くなることとその酸素量のばら
つきが大きくなる。
一方、Sol、AI量が0.01 %以上に増加すると
酸素量が低減するとともにバラツキも減少し鋼質も安定
になる。しかし、8o1.AA量Fi0.015%以上
増加しても鋼中酸素量は8o1゜Mが0.01−0.0
15%以下の場合はどに顕著に減少せず、Sol 、I
hJLをさらIC0,07%を越えて過剰に添加しても
介在物の点からの効果は小さくなる。
このように、本発明によれば、9〜12%Cr鋼の清滲
化Oft メK FiO,01% Sol 、AJ、 
未満では不十分であ〕、一方0.015 N以上。
8o1.A2では鋼中酸素量ははとんど変化がなくマ九
、0.07Xt−越えて%8o1.AJLが存在すると
破断強度が大きく低下するので、上限は0.07%以下
Kl[定した。
なお、以上のような801.AJ量と鋼中酸素量との関
係については12%Cr鋼を例にとって第1図にグラフ
で示す。
Nb:  本発Wi4によれば、微量ONb添加よ炒従
来鋼のクリープ破断強度を大巾に向上することができる
。と< K 8o1 、Aj Ikf: 0.07 X
 tで高めてもSol、A1.を含まない従来鋼よりも
高温強度が高い。従って、本発明における如く、微量N
b添加を行うことにより、Sol、)LL許容添加範S
t拡げることが可能になり十分な脱酸と介在物の低減を
図ることができる。一方、十分な量のSol 、kt 
(添加して清浄*1高めた鋼にあっては、クリープ砿断
強f)j Nb fo、015 XfioカラNb I
lO,10%添加までで重着に増加するが以後0.10
%を越えて増加しても破断強WILFi余シ高くならな
い。むしろ、0.IXX超越ると、ljlIw化温度t
−嵩める必要があり、コストが増加し、また靭性が低下
する。したがって、本発明(あっテhNba加tto、
ots 〜0.1ONトスル。
C: Cは添加される他の合金元素と炭化物を形成して
所要の強度を得るために0.04 X以上を必要とする
が、0.25Xf越えて加えると、溶接性が害されるた
め本発明では0.04〜0.25%に制限する。
8+:Siは脱酸剤として、また適正な組織を得るのに
必要な元素であるが、余りに多量に添加すると靭性を損
い、またクリープ強度にも好ましくない影響を及ぼすの
で、1.OX以下とする。
Mn:  MnFi熱間加工性を改善し同時に組織を適
正化するのに有効な元素である、0.45X未満では十
分な効果が得られず、また1、ONを越えて添加される
場合のように添加量が多すぎると硬い脆化相を形成する
ので、隆添加量け0.45〜1.0%とする。
Cr:Cr#i本発明本発明−て所要の高温特性を得る
うえで最も重要な成分であって、本発明ではその目的と
の関連で8〜13%CrK@定する。
MO:MOはフェライト地に固溶し母相を強化するので
クリープ強度を高める元素であるが、0.5%未満では
その効果がなく、一方、3.OXを越えると耐酸化性、
靭性の点で好ましくない。
v : ■は炭化物として析出して高温Ifを高めるが
、七のためには0.2%以上の添加を必要とするが、一
方、0.35%を越えて添加しても、その効果は飽和し
てしまい、むしろ溶接性が損なわれることから、本発1
1にあっては0.2〜0.35XVKMtilする。
Ni:Niは必要に応じ添加されるが、靭性を高めるC
)K有効な元素であゐ。しかし添加量が多すぎる場合に
は硬度が着しく高くなns振にともなう低温割れが生じ
中すくなる。iた、クリープ強度の長時間側での強度が
低下するのでその添加量は1.0%以下とした。
W:Wt−添加することにより、より高いクリープ強度
が得られるが、これは所望元素である。
W添加の場合、0.4%W未満ではその効果がなく、一
方、1.2%以下で充分な効果が得られ、それ以上の添
加は高価になるのみである。
酸素: 鋼中酸素量は介在物の量つまり鋼の清浄度を決
定するが、本発明にあってはSol、Atを0.01〜
0.07%と多量に存在させるためそのときの酸素量F
i0.010X以下となる。
すなわち、本発明の好適態様にあっては鋼中酸素量を0
.010%以下、清浄度を0.2%以下とする。
次に、本発明を実施例によって更に具体的に説明する。
実施例 第1表に鋼組成を示す各種鋼を容量50 kgの加熱炉
で溶解後、得られた鋳塊を1150〜950℃で鍛造し
、直径18rrmの丸棒を得た。この丸神については次
いで1050℃に1時間加熱後空冷1さらに750℃に
1時間加熱して空冷した。
なお、鋼種J、に、OKついてはこのような熱感JIK
加えて、NbC炭化物を十分固溶せしめるため、さらに
1150℃に1時間加熱後空冷し、次いで750℃に1
時間加熱して空冷した。
/ 得られた各種供試鋼についてクリープ破断試験および衝
撃試験を行なった。
第2v!J[H1600℃? 15 、5 kg/−o
荷重下における破断時間についてのクリープ試験の結果
をグラフで示す。
試験結果はNb含有量とM添加量とについてまとめて示
す。
図中、実線のグラフ#in含有量0%レベルのものであ
り、一点鎖線のグラフ#iAj含有量0.03%レベル
のものであ夛、セして扉縁のグラフFiAzt有I O
,05%レベルのものである。各記号は@1表における
鋼配号を示す。
なお、700hrのところにかした横点III#i従来
鋼のうちの最高レベルのものの同様の実験による破断時
間を示す。
第1図からは、いずれのレベルのM含有量の場合におい
てもNb添加によシ従来鍋と比較して破断時間は改善さ
れている。特に、Nb含有量が犬きくなるにつれて、M
添加量の違いによる差違は徐々になくなっていく傾向か
わることが分かる。すなわち、従来のように:NbO,
15〜0.35 %とNbを多量に加える場合には、A
t添加量の相違による差違は認められず、その効果も飽
和する傾向にある。
112表に各供試鋼についてのクリープ破断強度および
衝撃値についての試験結果をまとめて示す。
A、B、C鋼を比較するとNbの増加によシ衝撃値が低
くなり、0.1%を越えると約半分の衝撃値となり、N
bの過剰な添加は好ましくない。A、B。
C鋼にやや少量のAzlを添加したD 、 E 、 F
MおよびG、H,I鋼の衝撃値は高く、AJlFi靭性
向上に有効であることが分かる。
0鋼のようKAtt−0,1%と多量に加えた鋼では衝
撃値は良好であるが高温強度が非常に低くMの過剰添加
は避けねばならない。
特に第2表の結果から認められることは、M添加によっ
てもNbが共存することによって高温強度の低下は起こ
らず、むしろクリープ破断強度は従来のものよp大きく
、かつ衝撃値あるいはクリープ強度はM無添加のものを
上廻っている。
第  2  表 注) 壷  600 ℃X10’hr    ◆◆  
600℃x 15.5 ’/、@重第1図Fi12Xc
r鋼におけるS01.At量と鋼中酸素量との関係を示
すグラフ、および第2図は、Sol、At量とNb添加
量とのクリープ破断時間に及ぼす効果についての実験デ
ータを示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  C: 0.04〜0.25X、 84  :
     1.0%以下。 Mz+ : 0.45〜i 、OX* Cr : 8〜
    13 X1M。 : 0.5〜3.OX、 V : 0.1〜0.35X
    、 8o1゜An : 0.01〜0−97% 、 N
    b : 0.015〜0.1 X、残部不可避的不純物
    を含むreから成る高温用高クロム鋼。 (り  C: 0.04〜0.25% 、 8i : 
    1.0 %以下。 Mn : 0.45〜1.0% 、 Cr : 8〜1
    3% 。 Ni : 1.OX以下、 Mo : 0.3〜3.0
     % 、 V:0.2〜0.35 % 、 8o1.A
    4. : 0.01〜0.07X。 Nb : 0.015〜0.I N、残部不可a的不m
    物を含むFeから成る高温用高クロム鋼。 (J)  C: 0.04〜0.25N 、 81 :
     1.OX以下。 Mn : 0.45〜1.0% 、 Or : 8〜1
    3% 、 Ni二1.0%以下、 Mo : O−5〜
    3.0% 、 V:0.2〜0.35 X、 W : 
    0.4〜14 X、 801.AJ!:0.01〜0.
    07%、 Nb : 0.015〜0.1 X、残部不
    可避不純物を含むFeから成る高温用高クロム鋼。
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