JPS59133354A - 靭性及び高温強度に優れた１２Ｃｒ系合金鋼 - Google Patents
靭性及び高温強度に優れた１２Ｃｒ系合金鋼Info
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- JPS59133354A JPS59133354A JP728383A JP728383A JPS59133354A JP S59133354 A JPS59133354 A JP S59133354A JP 728383 A JP728383 A JP 728383A JP 728383 A JP728383 A JP 728383A JP S59133354 A JPS59133354 A JP S59133354A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は靭性及び高温強度に優れた１２Ｃｒ系合金鋼に
係シ、特に高温高圧ターピノ用材料に好適な１２Ｃｒ系
合金鋼に関する。
係シ、特に高温高圧ターピノ用材料に好適な１２Ｃｒ系
合金鋼に関する。
現在の蒸気タービンは蒸気温度最大５６６Ｃ。
蒸気圧力最大２４６ ａｔｇ−でメジ、ロータシャツ−
ｃＬａｓｓ８）及び１１ Ｃｒ−Ｉ ＭＯ−Ｖ−Ｎｂ−
Ｎ鋼（特開昭５６−１１６８５８ ）が用いられている
。
ｃＬａｓｓ８）及び１１ Ｃｒ−Ｉ ＭＯ−Ｖ−Ｎｂ−
Ｎ鋼（特開昭５６−１１６８５８ ）が用いられている
。
しかし最近、石油、石炭などの化石燃料のコストが上昇
を続けており、これら化石燃料を用いている火力プラン
トの発電効率向上が重要になっている。発電効率を上げ
るためには蒸気タービンの蒸気温度又は圧力を上げる必
要がおる。これら高温高圧（高効率）タービン用材料と
しては、前述の現任タービンロータ材として用いられて
いるものではクリープ破断強度が不足で、これよシも高
強度の材料が必要である。
を続けており、これら化石燃料を用いている火力プラン
トの発電効率向上が重要になっている。発電効率を上げ
るためには蒸気タービンの蒸気温度又は圧力を上げる必
要がおる。これら高温高圧（高効率）タービン用材料と
しては、前述の現任タービンロータ材として用いられて
いるものではクリープ破断強度が不足で、これよシも高
強度の材料が必要である。
一方、クリープ破断強度の点では、Ｎ１基合金及びＣＯ
基合金がすぐれているが、これら合金はコストが筒い上
に、加工性（鍛造、切削）が悪い欠点がらる。
基合金がすぐれているが、これら合金はコストが筒い上
に、加工性（鍛造、切削）が悪い欠点がらる。
本発明の目的は、高いクリープ破断強度を有し、かつ靭
性を損わない１２ Ｃｒ系合金鋼であって、特に蒸気温
度６００Ｃまでの高効率タービン用材料に好適な１２０
ｒ糸合金鋼を提供することにある。
性を損わない１２ Ｃｒ系合金鋼であって、特に蒸気温
度６００Ｃまでの高効率タービン用材料に好適な１２０
ｒ糸合金鋼を提供することにある。
一般に靭性を高めるとクリープ破断強度を低めるという
相反する現象がめるが、本発明者らは１２０ｒ系会金鋼
に希土類元素および／又はカルシウムを適正量添加し、
実質的に全焼戻し、マルテンサイト組織とするとクリー
プ破断強度及び靭性を同時に改善できることを見い出し
斥。
相反する現象がめるが、本発明者らは１２０ｒ系会金鋼
に希土類元素および／又はカルシウムを適正量添加し、
実質的に全焼戻し、マルテンサイト組織とするとクリー
プ破断強度及び靭性を同時に改善できることを見い出し
斥。
本発明は、このような知見によって得られたものでろっ
て、０．３重量％以下の希土類元素及び０．０１重量％
以下のカルシウムのいずれか１種以上を含み、実質的に
全焼戻しマルテンサイト組織からなる靭性及び高温頻度
に優れた１２０ｒ糸合金鋼でろる。
て、０．３重量％以下の希土類元素及び０．０１重量％
以下のカルシウムのいずれか１種以上を含み、実質的に
全焼戻しマルテンサイト組織からなる靭性及び高温頻度
に優れた１２０ｒ糸合金鋼でろる。
特に、重量比でＣｒ：８〜１３％、 ＭＯ： ０．７５
〜１．７５％、 Ｖ ： ０．０５〜０．５％、 Ｎ
ｂ： ０．０２〜０．１５％、 Ｎ ： ０．０２５〜
０．１％、ｃ：ｏ、ｏｓ〜０．２５％、Ｓｉ：０．６０
％以下、Ｎｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｗ
：０．１〜０．５％を含み残部はＦｅおよび不純物よシ
成る付金銅に布上類うし素及び／又はカルシウムを添加
することにより、高効率タービン用ロータ材として要求
されるクリープ破断強度と靭性の優れた耐熱鋼が得られ
る。
〜１．７５％、 Ｖ ： ０．０５〜０．５％、 Ｎ
ｂ： ０．０２〜０．１５％、 Ｎ ： ０．０２５〜
０．１％、ｃ：ｏ、ｏｓ〜０．２５％、Ｓｉ：０．６０
％以下、Ｎｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｗ
：０．１〜０．５％を含み残部はＦｅおよび不純物よシ
成る付金銅に布上類うし素及び／又はカルシウムを添加
することにより、高効率タービン用ロータ材として要求
されるクリープ破断強度と靭性の優れた耐熱鋼が得られ
る。
Ｃは高い引張強さを得るために０．０５％以上必要であ
るが、０．２５％を超えると、高温に長時間さらされた
場合に組織が不安定にｚｂ長時間クリープ破断強度を低
下させるので、０．０５〜０．２５％に限定される。特
に、０．１〜０．２％が好ましい。
るが、０．２５％を超えると、高温に長時間さらされた
場合に組織が不安定にｚｂ長時間クリープ破断強度を低
下させるので、０．０５〜０．２５％に限定される。特
に、０．１〜０．２％が好ましい。
Ｎｂは高温強度を高めるのに非常に効果的な元素でおる
が、大盤鋼塊では粗大なＮｂ炭化物が生じ、また、マト
リックスのＣ濃度を低下させ、かえって強度を低下させ
たシ、疲労強度を低下させるδフェライトを析出させる
欠点があるので０．１５％以下に抑える必要がある。特
に、０．０４〜０．１２％が好ましい。
が、大盤鋼塊では粗大なＮｂ炭化物が生じ、また、マト
リックスのＣ濃度を低下させ、かえって強度を低下させ
たシ、疲労強度を低下させるδフェライトを析出させる
欠点があるので０．１５％以下に抑える必要がある。特
に、０．０４〜０．１２％が好ましい。
Ｎはクリープ破断強度の改善及びδフェライトの生成防
止に効果があるが、０．０２５％以下ではその効果が充
分でなく０．１％を越えると者しく靭性を低下烙せる。
止に効果があるが、０．０２５％以下ではその効果が充
分でなく０．１％を越えると者しく靭性を低下烙せる。
特に０．０３〜０．０７％が好ましい。
Ｃｒは高温強度改善するが、１３％を越えるとδフェラ
イトを生成させる原因となシ、８％よシ少ないと高温高
圧蒸気に対する耐食性が不十分となる。時に１０〜１１
．５％が好ましい。
イトを生成させる原因となシ、８％よシ少ないと高温高
圧蒸気に対する耐食性が不十分となる。時に１０〜１１
．５％が好ましい。
■はクリープ破断強度を高める効果がおるが、０．０５
％未満ではその効果が不十分で、０．５％を越えるとδ
フェライトを生成して疲労強度を低下させる。特に、０
．１〜０．３％が好ましい。
％未満ではその効果が不十分で、０．５％を越えるとδ
フェライトを生成して疲労強度を低下させる。特に、０
．１〜０．３％が好ましい。
ＭＯは固溶強化及び析出硬化作用によってクリープ強度
を改善するが、０．７５％未満ではその効果が少なく、
１．７５％を越えるとδフェライトを生成し靭性及びク
リープ破断強度を低下させる。
を改善するが、０．７５％未満ではその効果が少なく、
１．７５％を越えるとδフェライトを生成し靭性及びク
リープ破断強度を低下させる。
特に１．０〜１．５％が好ましい。
Ｎｉは靭性を高め、かつ、δフェライトの生成を防止す
るのに非常に有効な元素であるが、１．５％を越える添
加はクリープ破断強度を低下させてしまうので好ましく
ない。特に、０．２〜０．８％が好ましい。
るのに非常に有効な元素であるが、１．５％を越える添
加はクリープ破断強度を低下させてしまうので好ましく
ない。特に、０．２〜０．８％が好ましい。
Ｍｎは脱酸剤として添加するものでるり、少量の添加で
その効果は達成され、１．５％を超える多量硝加はクリ
ープ破断強度を低下させる。特に、０．５〜１％が好ま
しい。
その効果は達成され、１．５％を超える多量硝加はクリ
ープ破断強度を低下させる。特に、０．５〜１％が好ま
しい。
Ｓｉも脱酸剤として添加するものであるが、真空Ｃ脱酸
法などの製鋼技術によれば、ｓｉ脱酸は不要である。ま
ｆｃｓｉを低くすることにょシ、δフエライト析出防止
及び靭性改善効果がめるので０．６％以下に抑える必要
がある。添加する場合、特に、０．２５％以下が好まし
い。
法などの製鋼技術によれば、ｓｉ脱酸は不要である。ま
ｆｃｓｉを低くすることにょシ、δフエライト析出防止
及び靭性改善効果がめるので０．６％以下に抑える必要
がある。添加する場合、特に、０．２５％以下が好まし
い。
Ｗは微量で顕著に高温強度を高める。０，１％未満では
効果が少なく、また０、６５％を越えると急激に強度を
低下させる。一方、Ｗは０．５％を越えると者しく靭性
を低めるので、靭性が要求される部材では０．５％未満
走するのが好ましい。特に、０．２〜０．４５％が好ま
しい。
効果が少なく、また０、６５％を越えると急激に強度を
低下させる。一方、Ｗは０．５％を越えると者しく靭性
を低めるので、靭性が要求される部材では０．５％未満
走するのが好ましい。特に、０．２〜０．４５％が好ま
しい。
上記のよりな１２Ｃｒ系合金鋼に０．３重量％以下の希
土類元素と０．０１重量％以下のカルシウムを添加含有
させると、靭性とクリープ破断強度が高められる。希土
類元素の含有量は増加すると靭性とクリープ破断強度が
向上するが、０．３重量％を超えてもその効果が飽和す
るので経済性の点から０．３重量％以下とする必要があ
る。カルシウムも希土類元素と同様の効果があるが、カ
ルシウムの添加量が０．０１重量％を超えてもその効果
が飽和する。更に本発明において、希土類元素とカルシ
ウムの複合添加によっても靭性とクリープ破断強度が向
上する。
土類元素と０．０１重量％以下のカルシウムを添加含有
させると、靭性とクリープ破断強度が高められる。希土
類元素の含有量は増加すると靭性とクリープ破断強度が
向上するが、０．３重量％を超えてもその効果が飽和す
るので経済性の点から０．３重量％以下とする必要があ
る。カルシウムも希土類元素と同様の効果があるが、カ
ルシウムの添加量が０．０１重量％を超えてもその効果
が飽和する。更に本発明において、希土類元素とカルシ
ウムの複合添加によっても靭性とクリープ破断強度が向
上する。
本発明の１２Ｃｒ系合金鋼は実質的に全焼戻しマルテン
サイト組織からなる。この合金は組成によってδフェラ
イトが形成されるので、実質的にδフェライトが形成さ
れない組成としなければ、高い靭性とクリープ破断強度
が得られない。δフェライトの制御はクロム当量によっ
て行うことができる。
サイト組織からなる。この合金は組成によってδフェラ
イトが形成されるので、実質的にδフェライトが形成さ
れない組成としなければ、高い靭性とクリープ破断強度
が得られない。δフェライトの制御はクロム当量によっ
て行うことができる。
クロム当量＝−４０ｘＣ％−３０ＸＮ％ ２ＸＭｎ％
−４ＸＮ ｉ％＋Ｃｒ％＋６ＸＳｉ％＋４×ＭＯ％＋１
．５ＸＷ％＋１１×Ｖ％＋５×Ｎｂ％不発明の１２Ｃｒ
系合金鋼を蒸気タービンロータのような大盤鋼塊（５０
〜１００トン）とする場合においては、成分偏析によシ
δフェライトが生成し易いので、クロム当量を１０．５
以下が好ましい。またクロム当量をらまシ小さくすると
クリープ破断強度が低くなるので６．５以上が好ましい
。
−４ＸＮ ｉ％＋Ｃｒ％＋６ＸＳｉ％＋４×ＭＯ％＋１
．５ＸＷ％＋１１×Ｖ％＋５×Ｎｂ％不発明の１２Ｃｒ
系合金鋼を蒸気タービンロータのような大盤鋼塊（５０
〜１００トン）とする場合においては、成分偏析によシ
δフェライトが生成し易いので、クロム当量を１０．５
以下が好ましい。またクロム当量をらまシ小さくすると
クリープ破断強度が低くなるので６．５以上が好ましい
。
特に７〜１０が好ましい。
従来の希土類元素添加鋼には、Ｃｒ当量が９以上になる
と疲労強度と靭性を低下させる有害なδフェライトが析
出してくるが、希土類元素を添加した鋼には、Ｃｒ当量
が９以上になっても全マルテンサイト組織で、δフェラ
イトが析出しないことが確認された。しかし希土類元素
を添加した鋼でも、Ｃｒ当量が１１以上になるとδフェ
ライトが析出する。
と疲労強度と靭性を低下させる有害なδフェライトが析
出してくるが、希土類元素を添加した鋼には、Ｃｒ当量
が９以上になっても全マルテンサイト組織で、δフェラ
イトが析出しないことが確認された。しかし希土類元素
を添加した鋼でも、Ｃｒ当量が１１以上になるとδフェ
ライトが析出する。
実施例
第１表は代表的試料の化学組成を示す。表中、試料Ａ４
〜７にはミツシュメタル（Ｌａ−Ｃｅを主成分とする希
土類元素合金）を鋳造前に０．３％シ、試料況９はＣａ
と希土類元素を複合添加した ８実施例である。
〜７にはミツシュメタル（Ｌａ−Ｃｅを主成分とする希
土類元素合金）を鋳造前に０．３％シ、試料況９はＣａ
と希土類元素を複合添加した ８実施例である。
味
第１表に示す組成の試料を鋳造後、その鋼塊を１１５０
ｔ：’に加熱し、鍛造して実験試料とした。試料の熱処
理は大型ロータの中心部の条件にシュミレートして、１
０５０Ｃ加熱後１００ｃ／ｈで冷却し、５６５ＣＸ２１
Ｌｈ炉冷、６６５ｃＸ４５ｈ炉冷の２段焼もどしを行な
った。
ｔ：’に加熱し、鍛造して実験試料とした。試料の熱処
理は大型ロータの中心部の条件にシュミレートして、１
０５０Ｃ加熱後１００ｃ／ｈで冷却し、５６５ＣＸ２１
Ｌｈ炉冷、６６５ｃＸ４５ｈ炉冷の２段焼もどしを行な
った。
熱処理後の試料から鍛造直角方向に引張試験片クリープ
破断試験片及び２ ｔｒａｎ Ｖノツチシャルピー衝撃
試験片を採取し実験した。その結果を第２表に示す。
破断試験片及び２ ｔｒａｎ Ｖノツチシャルピー衝撃
試験片を採取し実験した。その結果を第２表に示す。
第１図は２０Ｃにおける衝撃試験の結果を、第２図はク
リープ破断試験の結果をそれぞれＣｒ当量との関係で示
したものである。本発明鋼の靭性（衝撃試験における吸
収エネルギー）及び高温強度（５９３Ｃ，１０−ｈクリ
ープ破断強贋は、比較鋼（希土類元素及びＣａ無添加鋼
）よシも優れていることが確認された。
リープ破断試験の結果をそれぞれＣｒ当量との関係で示
したものである。本発明鋼の靭性（衝撃試験における吸
収エネルギー）及び高温強度（５９３Ｃ，１０−ｈクリ
ープ破断強贋は、比較鋼（希土類元素及びＣａ無添加鋼
）よシも優れていることが確認された。
本発明鋼の５９３ｔｌｌ”、ｉｏ’ｈクリープ破断強度
は１２．９〜１３．３に９１／１ｒｒ！ＩＬ２でアシ、
現用の特開昭５６−１１６８５８に示されている１１Ｃ
ｒ−ＩＭＯく高い。また本発明鋼の衝撃試験における吸
収エネルギーは２．５〜２．８Ｋｙｆ−ｍで、現用１１
ＣｒＫｇ ｆ −ｍ ）よシ著しく優れている。
は１２．９〜１３．３に９１／１ｒｒ！ＩＬ２でアシ、
現用の特開昭５６−１１６８５８に示されている１１Ｃ
ｒ−ＩＭＯく高い。また本発明鋼の衝撃試験における吸
収エネルギーは２．５〜２．８Ｋｙｆ−ｍで、現用１１
ＣｒＫｇ ｆ −ｍ ）よシ著しく優れている。
蒸気タービンロータは直径が大きく（約１ ｍ ）、か
つ高速回転（３０００及び３６００ｒｐｍ）するために
、その回転遠心力に耐えるだけの靭性と高温強度が要求
される。本発明材は前述のように靭性と高温強度との両
性質が優れておシ、高温高圧の高効率タービン用ロータ
材としてきわめて有用であると言える。
つ高速回転（３０００及び３６００ｒｐｍ）するために
、その回転遠心力に耐えるだけの靭性と高温強度が要求
される。本発明材は前述のように靭性と高温強度との両
性質が優れておシ、高温高圧の高効率タービン用ロータ
材としてきわめて有用であると言える。
第３図は衝撃試験における吸収エネルギーと希土類元素
（Ｌａ＋Ｃｅ）の関係を示す、、希土類元素を添加する
と靭性が改善されるが、約０．３重量％以上ではその効
果が飽オロすることがわかる。
（Ｌａ＋Ｃｅ）の関係を示す、、希土類元素を添加する
と靭性が改善されるが、約０．３重量％以上ではその効
果が飽オロすることがわかる。
第４図は衝撃試験における吸収エネルギーとカルシウム
との関係を示す。カルシウムを添加すると靭性が改善さ
れるが、約０．０１重量％以上ではその効果が飽和する
。
との関係を示す。カルシウムを添加すると靭性が改善さ
れるが、約０．０１重量％以上ではその効果が飽和する
。
なお、本発明鋼は靭性と高温強度に優れているので高効
率タービン用材料とともに他の胃温機器材料にも好適で
ある。
率タービン用材料とともに他の胃温機器材料にも好適で
ある。
不発明鋼の靭性及び５９３Ｃクリ一プ破断強度は著しく
高く、高効率タービンロータとして要求される機械的性
質を十分満足し、１１００°Ｆ（５９３Ｃ）までの高効
率タービン用ロータとして好適である。
高く、高効率タービンロータとして要求される機械的性
質を十分満足し、１１００°Ｆ（５９３Ｃ）までの高効
率タービン用ロータとして好適である。
【図面の簡単な説明】
第１図は２０Ｃでの衝撃試験における吸収エネルギーと
Ｃｒ当量との関係を示す線図、第２図は５９３Ｃ，１０
”ｈクリープ破断強度とＣｒ当量との関係を示す線図、
第３図は吸収エネルギーと希土類元素の添加量−との関
係を示す線図、第４図は吸収エネルギーとカルシウムの
添加量との関係ｃＦ当乎 植 Ｃ４当量 １？１１麺尤ｑ＜ｔａ＋ｃｅ）ｎ 弔を図 カルシウム（７０）
Ｃｒ当量との関係を示す線図、第２図は５９３Ｃ，１０
”ｈクリープ破断強度とＣｒ当量との関係を示す線図、
第３図は吸収エネルギーと希土類元素の添加量−との関
係を示す線図、第４図は吸収エネルギーとカルシウムの
添加量との関係ｃＦ当乎 植 Ｃ４当量 １？１１麺尤ｑ＜ｔａ＋ｃｅ）ｎ 弔を図 カルシウム（７０）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 ０．３重量％以下の希土類元素及び０．０１重蓋
％以下のカルシウムのいずれが１種以上を含み、実質的
に全焼戻しマルテンサイト組織からなることを特徴とす
る靭性及び高温強度に優れた１２０ｒ系合金鋼。 ２、特許請求の範囲第１項において、ｃｒ当量が６．５
〜１０．５でるることを特徴とする１２０ｒ系合金鋼。 ３、特許請求の範囲第１項において、重量比にてＣｒ二
８〜１３％、 ＭＯ： ０．７５〜１．７５％、■：
０．０ ５〜０．５％、 Ｎ ｂ 二 ｏ、ｏ
２〜０．１ ５％、 Ｎ：０．０２５〜０．１％、
Ｃ： ｏ、ｏ ５〜０．２５’１０．８１：０．６０
％以下、Ｎｉ：１．５％以下＋Ｍｎ：１−５％以下、Ｗ
：０．１〜０．５％からなる合金鋼に希土類元素及びカ
ルシウムのいずれが１種以上を含有させたことを特徴と
する靭性及び高温強度に優れた１ＺＣｒ系合金鋼。 ４、％許請求の範囲第１項又は第２項において、蒸気タ
ービンロータとして用いられることを特徴とする１２Ｃ
ｒ系合金鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP728383A JPS59133354A (ja) | 1983-01-21 | 1983-01-21 | 靭性及び高温強度に優れた１２Ｃｒ系合金鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP728383A JPS59133354A (ja) | 1983-01-21 | 1983-01-21 | 靭性及び高温強度に優れた１２Ｃｒ系合金鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59133354A true JPS59133354A (ja) | 1984-07-31 |
| JPH045744B2 JPH045744B2 (ja) | 1992-02-03 |
Family
ID=11661702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP728383A Granted JPS59133354A (ja) | 1983-01-21 | 1983-01-21 | 靭性及び高温強度に優れた１２Ｃｒ系合金鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59133354A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60190551A (ja) * | 1984-03-09 | 1985-09-28 | Hitachi Ltd | 主蒸気管用耐熱鋼 |
| JPS62218602A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-26 | Hitachi Ltd | ガスタ−ビン |
| JPS62222027A (ja) * | 1986-03-25 | 1987-09-30 | Nippon Chiyuutankou Kk | 耐熱ロ−タ−の製造法 |
| US5779821A (en) * | 1993-07-23 | 1998-07-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Rotor for steam turbine and manufacturing method thereof |
-
1983
- 1983-01-21 JP JP728383A patent/JPS59133354A/ja active Granted
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60190551A (ja) * | 1984-03-09 | 1985-09-28 | Hitachi Ltd | 主蒸気管用耐熱鋼 |
| JPH0218380B2 (ja) * | 1984-03-09 | 1990-04-25 | Hitachi Ltd | |
| JPS62218602A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-26 | Hitachi Ltd | ガスタ−ビン |
| JPS62222027A (ja) * | 1986-03-25 | 1987-09-30 | Nippon Chiyuutankou Kk | 耐熱ロ−タ−の製造法 |
| JPH05450B2 (ja) * | 1986-03-25 | 1993-01-06 | Nippon Chutanko Kk | |
| US5779821A (en) * | 1993-07-23 | 1998-07-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Rotor for steam turbine and manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH045744B2 (ja) | 1992-02-03 |
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