JPS59211553A - High cr steel with superior toughness and superior strength at high temperature - Google Patents

High cr steel with superior toughness and superior strength at high temperature

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JPS59211553A
JPS59211553A JP8544683A JP8544683A JPS59211553A JP S59211553 A JPS59211553 A JP S59211553A JP 8544683 A JP8544683 A JP 8544683A JP 8544683 A JP8544683 A JP 8544683A JP S59211553 A JPS59211553 A JP S59211553A
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大黒 貴
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康孝 岡田
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吉川 州彦
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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the toughness of the resulting martensitic high-Cr steel, the strength at high temp. and the oxidation resistance at high temp. and to make the steel suitable for use as the material of a thick member for high temp. use by preparing a low carbon steel having a specified composition contg. Si, Mn, Cr, Mo, Nb, N and P. CONSTITUTION:This martensitic high-Cr steel has a composition consisting of, by weight, <=0.09% C, 0.02-0.15% Si, <=3.0% Mn, 7.0-15.0% Cr, <=3.0% Mo, <=0.10% Nb, 0.05-0.15% N, <=0.015% P and the balance essentially Fe. The composition may further contain <=0.2% V and/or one or more among <=1.0% Ni, <=1.0% Cu, <=0.01% Ca, <=0.01% Mg and <=0.01% rare earth element.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高温用厚肉部材として使用するのに好適な
、優れた靭性と高い高温強度とを有するマルテンサイト
系高Cr鋼に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a martensitic high Cr steel having excellent toughness and high high temperature strength and suitable for use as a thick-walled member for high temperature use.

一般に、高速増殖炉等の原子力利用設備、火力発電設備
、或いは一般のボイラ設備等におけるような高温・高圧
の環境下で使用される熱交換チューブ、配管、継手又は
パルプ等の各種部材には、高い高温強度(クリープ強度
)や優れた耐高温酸化性が安水されることはもちろんの
ことであるが、同時に、溶接性に優れていることや、熱
応力に起因する事故を誘発することのない十分に小さな
熱膨張係数であること等も重要な要件とされていた。
In general, various parts such as heat exchange tubes, piping, joints, and pulp used in high-temperature and high-pressure environments such as nuclear power facilities such as fast breeder reactors, thermal power generation facilities, or general boiler facilities, etc. It goes without saying that it has high high-temperature strength (creep strength) and excellent high-temperature oxidation resistance, but at the same time, it also has excellent weldability and prevents accidents caused by thermal stress. Another important requirement was a sufficiently small coefficient of thermal expansion.

ところで、従来、このような500〜600℃の高温で
陸用される高温用材料として、Crを7〜45%(以下
、係は重量割合とする)含有する高CT鋼か知られてお
り、1酬高温酸化性に優れていること、MO等の合金元
素の添加によって高温強度を一段と向上できること、熱
膨張係数が小さいこと、そして価格が比較的低廉である
こと等の理由から各方面で広く使用されるようになって
きた。そして、例え−1、特開昭54−81116号公
報にもみられるように、高Cr鋼を基本とし、これに特
定の合金元素を冷加して所望特性の改善を図った材料も
多数提案されており、前述のような各種高温設備の性能
や信頼性は一段と向上したものとなっている。
By the way, high-CT steel containing 7 to 45% Cr (hereinafter referred to as weight percentage) has been known as a high-temperature material used on land at such high temperatures of 500 to 600°C. It is widely used in various fields for the following reasons: first, it has excellent high-temperature oxidation properties, the high-temperature strength can be further improved by adding alloying elements such as MO, the coefficient of thermal expansion is small, and the price is relatively low. It's starting to be used. Furthermore, as can be seen in JP-A No. 54-81116, many materials have been proposed that are based on high Cr steel and have specific alloying elements added to it by cooling to improve desired properties. The performance and reliability of the various high-temperature equipment mentioned above have further improved.

また一方では、このような技術的背景をふまえ、エネル
ギΔ需要の目覚しい増大などに対処するために前記高温
設備の高能率化や大型化が急速に推進されており、それ
にともなって高温用管部拐や継手部材厚肉化の要望が強
くなされるようにもなってきだのである。
On the other hand, based on this technical background, high-temperature equipment is rapidly becoming more efficient and larger in order to deal with the remarkable increase in energy demand. There has also been a strong demand for thinner joints and thicker joint members.

しかしながら、従来のNb或いはVを含有する高Cr系
高温用鋼としては、例えば9Cr−1Mo鋼でCを高く
することによって熱処理後マルテンサイト組織を呈する
ものがあるが靭性、溶接性に劣る。
However, as conventional high-Cr-based high-temperature steels containing Nb or V, for example, there is a 9Cr-1Mo steel that exhibits a martensitic structure after heat treatment by increasing the C content, but has poor toughness and weldability.

また9Cr−2Mo鋼では所定の熱処理の後、マルテン
サイト中にフェライトをかなシ多量に含んだ組織を呈す
る。後者は薄肉管等に使用した場合に良好な曲げ加工性
を示すものではあるが、厚肉管。
Furthermore, after a predetermined heat treatment, 9Cr-2Mo steel exhibits a structure containing a large amount of ferrite in martensite. Although the latter shows good bending workability when used for thin-walled pipes, it cannot be used for thick-walled pipes.

鍛鋼品、或いは鋳造品等の厚肉材として使用する場合、
フェライト量が増加すると所望の強度を確保することが
困難となるほか、特に厚肉拐の場合は長時間の応力除去
焼鈍が実施されることがあシ、靭性の一層の向上が強く
要求されている。特に、熱間加工によって製造される部
材の場合には1.加工方向と直角の方向の靭性が著しく
劣化するという報告が度々もたらされるようになったの
である。
When used as thick-walled materials such as forged steel products or cast products,
As the amount of ferrite increases, it becomes difficult to secure the desired strength, and especially in the case of thick-walled steel, long stress relief annealing is required, and further improvement in toughness is strongly required. There is. In particular, in the case of parts manufactured by hot working, 1. There have been frequent reports that the toughness in the direction perpendicular to the processing direction is significantly degraded.

本発明者等は、上述のような観点から、まず、高Cr系
高温用厚肉鋼材にみられる前記問題点の発生原因を究明
すべく、数多くの実験・研究を行ったところ、 (a)  従来の高Cr系高温用鋼は、熱処理後の状態
でマルテンサイト中に5〜30容量%程度のフェライト
を含有するものであったが、厚肉材になると、規準処理
後の冷却速度が小さくな゛る上、熱間加工時の加工率を
十分に大きくできないこともあって、鋼中のフェライト
量が一層増加しでしまい、どうしても強度の低下を招い
てしまう、(b)  また、厚肉材は溶接後の応力除去
焼鈍を欠かせないものであるが、フェライト量が増加す
ると応力除去焼鈍後に靭性の劣化や強度低下を来たすよ
うになり、その後の高温域での長時間使用による脆化は
フェライト量の増化とともに犬きくなる、 (C)特に、熱間加工によって厚肉材を製造すると、硬
いマルテンサイト相中に存在する軟質の大きなフェライ
ト相が薄く押し延ばされ、熱間加工方向に粗大なフェラ
イトが延びた組織を形成することとなって材料に異方性
が生じ、加工方向とこれに直角方向の靭性の差が比較的
太きくなる原因となる、 との新しい事実を見出したのである。
From the above-mentioned viewpoint, the present inventors first conducted numerous experiments and studies to investigate the causes of the above-mentioned problems observed in high-Cr-based high-temperature thick-walled steel materials, and found that (a) Conventional high-Cr high-temperature steels contain about 5 to 30% by volume of ferrite in martensite after heat treatment, but when it comes to thick-walled materials, the cooling rate after standard treatment is slow. Moreover, since the processing rate during hot working cannot be increased sufficiently, the amount of ferrite in the steel increases further, which inevitably leads to a decrease in strength. It is essential for materials to be subjected to stress relief annealing after welding, but as the amount of ferrite increases, the toughness and strength will deteriorate after stress relief annealing, resulting in embrittlement due to prolonged use at high temperatures. (C) In particular, when thick-walled materials are manufactured by hot working, the soft large ferrite phase existing in the hard martensitic phase is stretched thin, and the hot working process A new fact has been discovered that a structure in which coarse ferrite extends in the direction is formed, resulting in anisotropy in the material, which causes the difference in toughness between the processing direction and the direction perpendicular to it to become relatively large. I found it.

そこで、本発明者等は、高Cr鋼において、室温或いは
高温での強度を十分に確保し、しかも応力除去焼鈍後或
いは長時間の使用後の靭性低下を最小限にとどめるには
、規準処理後においてもフェライトを生成することのな
い・、マルテンサイト単相とし、しかも溶接性を改善さ
せるためにCなどを低く抑えた成分系を選べば良いとの
結論に淳し、高温強度や耐高温酸化性に優れていること
はもちろんのこと、低熱膨張係数を有し、廉価であシ、
しかも良好な靭性をも兼備したマルテンサイト鋼を実現
すべく更に研究を重ねた結果、 (d)  Crを7〜15%添加して耐高温酸化性を確
保した鋼のSi含有量を極めて低く抑えるとともに所定
量のNを添加すると、フェライトの生成が極めて少なく
なって実質的にマルテンサイト単相の鋼材が得られる上
、Si含有量を特定の低い範囲に調整することで炭化物
が微細に分散することとなって炭化物析出に伴う靭性劣
化が防止され、これらによって鋼材の靭性が大幅に向上
すること、(、、)  Nを添加することによって、上
述のようにフェライト量そのものを減らすことができる
上、高温強度も大幅に向上すること、 (f)  更に所定量のNl)を添加することによって
、鋼材の靭性がよシ改善されるとともに、高温強度も一
層向上すること、 (ε)加えてC含有量を低減すると、応力除去焼鈍や高
温での使用中における炭化物析出量が抑制されて、靭性
が一層改善されること、 (I))  このような高cr鋼に、所定量のNi、 
Cu 、 Ca 。
Therefore, the present inventors have determined that in order to ensure sufficient strength at room temperature or high temperature in high Cr steel and to minimize the decrease in toughness after stress relief annealing or after long-term use, it is necessary to In order to improve weldability, we have concluded that it is best to select a composition system that does not generate ferrite and has a single phase of martensite, and also has a low content of C etc. in order to improve weldability. Not only does it have excellent properties, but it also has a low coefficient of thermal expansion, is inexpensive,
As a result of further research to create a martensitic steel that also has good toughness, (d) the Si content of the steel was kept extremely low by adding 7 to 15% Cr to ensure high-temperature oxidation resistance. When a predetermined amount of N is added to the steel, the formation of ferrite is extremely reduced and a substantially single-phase martensitic steel material is obtained, and by adjusting the Si content to a specific low range, carbides are finely dispersed. As a result, toughness deterioration due to carbide precipitation is prevented, and the toughness of the steel material is greatly improved.(,,) By adding N, the amount of ferrite itself can be reduced as mentioned above. (e) In addition, by adding a predetermined amount of Nl, the toughness of the steel material is further improved and the high temperature strength is further improved. Reducing the content suppresses the amount of carbide precipitation during stress relief annealing and use at high temperatures, further improving toughness. (I)) Adding a predetermined amount of Ni,
Cu, Ca.

崗及び希土類元素のうちの1種6以上を添加すると、そ
の靭性がより向上すること、 (i)  C含有量低減による強度低下は、マルテンサ
イト単相鋼となることや、Nu)及びNの添加によって
十分にカバーできる上、■を添加することによって更な
る強度の向上が達成されること、以上(d)〜(i)に
示される如き知見を得るに至ったのである。
(i) The decrease in strength due to the reduction in C content is due to the fact that the steel becomes a martensitic single phase steel, and We have come to the knowledge shown in (d) to (i) above that the strength can be sufficiently covered by addition, and further improvement in strength can be achieved by adding (2).

この発明は、r高Cr鋼の靭性な改善するには規準処理
後にフェライトを生成させないでマルテンサイトのみの
組織を得ることが必要であシ、そのためにはオーステナ
イト生成元素であるC、Mn。
In order to improve the toughness of r-high Cr steel, it is necessary to obtain a structure consisting only of martensite without forming ferrite after standard treatment, and for this purpose, C and Mn, which are austenite forming elements, are required.

Ni、Cu、Nを脆化しない範囲内で高くするとともに
、7工ライト生成元素であるSi、Cr、Moを低くす
ることが望ましいが、更に長時間高温で使用した場合の
炭化物等の析出によ、る脆化や高温強度を考慮すると、
C及びN含有量の上限、並びにCr及びMoの下限は自
ずから定まることとなる。しかしながら、特にC,Cr
及びMoを低減することによって生ずる高温強度の低下
は、NbやNの添加で十分に防止することができる上、
これらの元素の添加は靭性の一層の改善にもつながる」
旨を根幹とした上記知見に基いてなされたものであシ、
高cr鋼を、 C:0.09%以下、  Si:0.02〜015%。
It is desirable to increase the content of Ni, Cu, and N within a range that does not cause embrittlement, and to reduce the content of Si, Cr, and Mo, which are heptagonalite-forming elements. Considering the embrittlement and high temperature strength,
The upper limits of C and N contents and the lower limits of Cr and Mo will be determined by themselves. However, especially C, Cr
The reduction in high-temperature strength caused by reducing Mo and can be sufficiently prevented by adding Nb and N.
Addition of these elements also leads to further improvement of toughness.”
This was done based on the above knowledge based on the fact that
High cr steel, C: 0.09% or less, Si: 0.02-015%.

Mn : 3.0%以下、   Cr: 7. O〜1
5.0 %。
Mn: 3.0% or less, Cr: 7. O~1
5.0%.

Mo:3.Q係り、下、   Nb : 0.10%以
下。
Mo:3. Q related, lower, Nb: 0.10% or less.

N : 0.05〜0.15%、P:0.015%以下
N: 0.05-0.15%, P: 0.015% or less.

を含有するとともに、更に必要に応じて、Ni:1.0
%以下、   Cu:1.0%以下。
and, if necessary, Ni: 1.0
% or less, Cu: 1.0% or less.

(シa:Q、01%以下、  Mg、 : 0.01 
%以下。
(Shea: Q, 01% or less, Mg: 0.01
%below.

希土類元素(REM ) : 0.01%以下。Rare earth elements (REM): 0.01% or less.

V:02係以下。V: Section 02 and below.

のうもの1種頃上をも含み、 )j’e及び不可避不純物:残り。Including the first type of carp, )j’e and unavoidable impurities: remainder.

から成る成分組成とすることによって、靭性及び高温強
度に優れ、かつ高温耐酸化性も申し分のないマルテンサ
イト単相組織鋼とした薇に特徴を有するものである。
By having a composition consisting of the following, the steel is characterized by a martensitic single-phase steel with excellent toughness and high-temperature strength, and excellent high-temperature oxidation resistance.

なお、この発明の高Cr鋼は、熱間加工によって厚肉品
とされたり、或いは鋳造品として使用されることにより
、所望の十分な効果が発揮されるものであるが、従来の
高cr鋼におけるように薄肉品にまで熱間加工して使用
することによっても良好な結果が得られることは当然の
ことである。
Note that the high Cr steel of the present invention exhibits the desired sufficient effect when it is made into a thick-walled product by hot working or used as a cast product, but the conventional high Cr steel It goes without saying that good results can also be obtained by hot-working thin-walled products.

次に、この発明の鋼において、化学成分の組成割合を前
記の如くに数値限定した理由を説明する。
Next, the reason why the composition ratio of chemical components in the steel of the present invention is numerically limited as described above will be explained.

■ C Cには、フェライト量を低減するとともに常温並びに高
温強度を上昇させる作用があるか、その含有量が009
%を越えると、応力除去焼鈍或いは高温での使用中に炭
化物の析出量か多くなって靭性を著しく低下させる上、
溶接時の高温割れ感受性をも極端に高くすることから、
C含有量を009%以下と定めだ。
■ CC Does C have the effect of reducing the amount of ferrite and increasing the strength at room temperature and high temperature?
%, the amount of carbide precipitation increases during stress relief annealing or use at high temperatures, significantly reducing toughness.
Because it extremely increases the susceptibility to hot cracking during welding,
The C content is set at 0.009% or less.

■ 5I Siは鋼の脱酸に有効な元素として知られているが、そ
の含有量が015係を越えるとフェライト量が増加して
靭性の劣化を招くこととなる。そして、Si含有量が0
.15%以下の範囲であれば、鋼中の炭化物が微細に分
散することとなシ、炭化物析出に伴う靭性劣化も抑制さ
れることが判明したのである。丑だ、5含有量は低けれ
ば低いほど良好な結果が得られ、最近のA、 OD又は
VODによる鋼の溶製ではS1含有量を低くしても十分
な脱酸が可能となったが、経済性を考慮してその下限を
002%とした。このようなことから、Si含有量を0
02〜0]5%と定めたのである。
5I Si is known as an effective element for deoxidizing steel, but if its content exceeds 0.15%, the amount of ferrite increases, leading to deterioration of toughness. And the Si content is 0
.. It has been found that within a range of 15% or less, carbides in the steel are not finely dispersed, and deterioration in toughness due to carbide precipitation is also suppressed. The lower the 5 content, the better the results, and in the recent melting of steel using A, OD or VOD, sufficient deoxidation is possible even with a low S1 content. Considering economic efficiency, the lower limit was set at 002%. For this reason, the Si content is reduced to 0.
02~0]5%.

なお、S1含有量は0.10%以下であることが好1し
く、この範囲で炭化物析出に伴う靭性劣化が顕著に抑制
されるものであるが、005%以下の81含有量の範囲
ではその効果は一層顕著になる。
Note that the S1 content is preferably 0.10% or less, and within this range, toughness deterioration due to carbide precipitation is significantly suppressed. The effect becomes even more noticeable.

■ 1・AJ」 1〜4n、成分はオーステナイト生成元素としてフェラ
イト量を減少させるのに有効なものであるが、30%を
越えて含有させると、逆にマルテンサイト部の靭性か劣
化するので、Mn含有量を30俸以下と定めだ。
■ 1・AJ" 1 to 4n components are effective in reducing the amount of ferrite as austenite-forming elements, but if they are contained in excess of 30%, the toughness of the martensite part will deteriorate, so The Mn content is set at 30 or less.

■ Cr Cr成分には、鋼の耐酸化性及び高温強度を改善する作
用かあるか、その含有量が70%未満では前記作用、特
に耐酸化性改善作用に所望の効果が得られず、他方15
0%を越えて含有させるとフェライト量が急激に増加し
てもはやどのような手段を講じてもフェライトを無くす
ることができなくなシ、室温での強度並びに靭性を大幅
に劣化することから、Cr含有量を7.0〜15.0係
と定めた。
■ Cr Does the Cr component have the effect of improving the oxidation resistance and high-temperature strength of steel?If its content is less than 70%, the desired effect cannot be obtained, especially the effect of improving oxidation resistance. 15
If the content exceeds 0%, the amount of ferrite increases rapidly, and no matter what measures are taken, it is no longer possible to eliminate ferrite, and the strength and toughness at room temperature are significantly deteriorated. The Cr content was determined to be between 7.0 and 15.0.

■ M。■ M.

Mo成分は鋼の強度及び靭性の向上に有効な元素である
が、MOもcrと同様にフェライト生成元素であり、3
0係を越えて含有させると多量にフェライトが生成して
靭性低下を招くことから、MO含有量を3.0チ以下と
定めた。
The Mo component is an effective element for improving the strength and toughness of steel, but like Cr, MO is also a ferrite-forming element, and 3
If the MO content exceeds 0, a large amount of ferrite will be generated, resulting in a decrease in toughness, so the MO content was set at 3.0 or less.

■ Nb Nb成分には、結晶粒を微細化して靭性な向上させると
ともに、室温並びに高温強度を高める顕著な作用がある
が、0.10%を越えて含有させると溶接時の高温割れ
感受性が著しく高−ib、かつフェライトを生成させて
、逆に強度及び靭性なともに低下するようになることか
ら、 Nb含有量を0610%以下と定めだ。なお、N
bは0.05チ以下の添加でも十分な効果を発揮するも
のである。
■ Nb The Nb component has the remarkable effect of improving toughness by refining crystal grains and increasing strength at both room temperature and high temperature. However, if it is contained in excess of 0.10%, the susceptibility to hot cracking during welding becomes significant. The Nb content is set at 0.0610% or less because it produces high-ib and ferrite, which reduces both strength and toughness. In addition, N
b exhibits a sufficient effect even when added in an amount of 0.05 or less.

@ N N成分には、Cと同様にフェライトの生成を抑制し、し
かも室温及び高温強度を向上する作用があるが、その含
有量が0.05%未満では前記作用に所望の効果を得る
ことができない。一方、N成分はCに較べて、応力除去
焼鈍後や高温での使用による靭性劣化が小さいので比較
的多量の添加が許容されるが、015%を越えて含有さ
せると窒化物が生成して靭性の劣化を招くこととなる。
@N Like C, the N component has the effect of suppressing the formation of ferrite and improving the room temperature and high temperature strength, but if its content is less than 0.05%, the desired effect cannot be obtained. I can't. On the other hand, compared to C, the N component causes less deterioration in toughness after stress relief annealing or when used at high temperatures, so it is permissible to add a relatively large amount, but if it is added in excess of 0.15%, nitrides may be formed. This will lead to deterioration of toughness.

従って、N含有量を0.05〜0.15%と定めた。Therefore, the N content was determined to be 0.05 to 0.15%.

■ P Pは、鋼中に不可避的に随伴される不純物として存在す
るものであり、Crを7〜15チ含むマルテンサイト鋼
の高温長時間使用による靭性低下を加速する元素である
が、その含有量が0.015 %以下になると前記靭性
劣化作用が大幅に緩和されるので、P含有量をo、o1
5m以下と定めた。
■ P P exists as an impurity that is inevitably accompanied in steel, and is an element that accelerates the decrease in toughness of martensitic steel containing 7 to 15 Cr due to long-term use at high temperatures. When the P content is 0.015% or less, the toughness deterioration effect is significantly alleviated, so the P content is reduced to o, o1.
It was set as 5m or less.

なお、P含有量を0.010%以下に抑えると、靭性向
上効果が一層顕著になることも確認された。
It was also confirmed that when the P content is suppressed to 0.010% or less, the effect of improving toughness becomes even more remarkable.

■ Ni、 Cu、 Ca 、 Mg、及び希土類元素
これらの元素は、この発明の高Cr鋼に添加することに
よってその靭性な改善する作用があるので、鋼の靭性な
より向上させる必要がある場合に1種以上添加されるも
のであるが、以下、付随的な効果をも含めて、添加量限
定理由をより詳細に説明する。
■Ni, Cu, Ca, Mg, and rare earth elements These elements have the effect of improving the toughness of the high Cr steel of this invention by adding them, so they can be added when it is necessary to further improve the toughness of the steel. Although one or more types of these are added, the reason for limiting the amount added will be explained in more detail below, including the accompanying effects.

■ Ni、及びCu Ni及びCu成分はオーステナイト生成元素であシ、フ
ェライトの生成を抑制する作用があるので、特に規準処
理における冷却速度が遅くなってフェライトを生成する
恐れのある厚肉材に添加含有せしめて、フェライト生成
を抑制し、靭性並びに強度を確保するのに有効なもので
ある。
■ Ni and Cu Ni and Cu components are austenite-forming elements and have the effect of suppressing the formation of ferrite, so they are especially added to thick-walled materials where the cooling rate in standard processing is slow and there is a risk of forming ferrite. When contained, it is effective in suppressing ferrite formation and ensuring toughness and strength.

しかしながら、各々1.0%を越えて含有させても、よ
り以上の向上効果を得ることができないばかりでなく、
特にCuは熱間加工性を劣化するようになるので、それ
ぞれの含有量を1.0%以下と定めた。
However, even if each content exceeds 1.0%, not only will it not be possible to obtain further improvement effects, but
In particular, since Cu deteriorates hot workability, the content of each was determined to be 1.0% or less.

■ Ca、、 Mg、及び希土類元素 特に、これらの元素には脱酸(低Siの場合には一層有
効である)、脱硫作用もあるので、鋼材の熱間加工性を
向上させ、厚肉材においても熱間での強加工を可能とし
、靭性な一層改善するものであるが、各々o、ol’%
を越えて含有させると熱間加工性が劣化するようになる
こと力)ら、それぞれの含有量をo、 Ol %以下と
定めた。
■ Ca, Mg, and rare earth elements In particular, these elements also have deoxidizing (more effective in the case of low Si) and desulfurizing effects, so they improve the hot workability of steel materials and improve thick-walled materials. It also enables strong hot working and further improves toughness, but
Since hot workability deteriorates if the content exceeds 0%, the content of each is determined to be 0% or less.

なお、希土類元素については、経済性を考慮してミツシ
ュメタルの形で添加するのカニ、実際上好ましいことで
ある。
Regarding rare earth elements, it is practically preferable to add them in the form of metals in consideration of economic efficiency.

■ V ■成分には、Nbのような結晶粒微細イヒ作用はないが
、Nbと同様に室温及び高温での強度を向上させる作用
がある上、溶接部の高温割れ感受性を嵩める作用もNb
より小さいので、高Cr鋼の強度上昇元素として極めて
良好なものである。し力為しな力;ら、その含有量が0
2%を越えると溶接時の高温割れ感受性が高まり、また
フェライト量を増力口させることともなるので、■含有
量を0.2%以下と定めた。
■ V ■ component does not have the crystal grain fine cracking effect like Nb, but like Nb, it has the effect of improving the strength at room temperature and high temperature, and also has the effect of increasing the hot cracking susceptibility of the weld zone. Nb
Since it is smaller, it is extremely good as an element for increasing the strength of high Cr steel. The content is 0.
If it exceeds 2%, the susceptibility to hot cracking during welding increases and the amount of ferrite increases, so the content is set at 0.2% or less.

そのほか、不純物元素であるsbは、Pと同様、靭性に
悪影響を及ぼすのでその含有量を0.01%以下に抑え
ることが望ましく、また、COも、フェライト生成を容
易にする作用を有していることに加えて原子力用に使用
されると誘導放射能を発生するので、極力抑える( 0
.1 %以下にする)ことが望ましい。
In addition, the impurity element sb, like P, has a negative effect on toughness, so it is desirable to suppress its content to 0.01% or less, and CO also has the effect of facilitating ferrite formation. In addition to this, when used for nuclear power generation, induced radioactivity is generated, so it should be suppressed as much as possible (0
.. 1% or less) is desirable.

次いで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
説明する。
Next, the present invention will be explained by examples and in comparison with comparative examples.

実施例 1 まず、電気炉によって第1表に示されるよう゛な成分組
成の鋼1〜36を溶製し、造塊した。次に、得られた各
鋼塊を鍛造によって1009厚の板とし、更に第2表に
示すような規準及び焼戻し処理を施した後、引張試験、
シャルピー衝撃試験、並びに焼戻し処理後に更に600
℃で1000時間の時効処理を施した試料についてのシ
ャルピー衝撃試験をそれぞれ行い、またクリープ強度の
測定実施例 これらの結果を、第2表に併せて示した。
Example 1 First, steels 1 to 36 having the compositions shown in Table 1 were melted in an electric furnace and formed into ingots. Next, each obtained steel ingot was forged into a plate with a thickness of 1009 mm, and then subjected to the standards and tempering treatment shown in Table 2, followed by a tensile test.
Charpy impact test and further 600 after tempering treatment
Charpy impact tests were conducted on samples that had been aged for 1000 hours at .degree. C., and creep strength measurement examples.The results are also shown in Table 2.

なお、シャルピー衝撃試験片はいずれも鍛造方向と直角
に採取したものを使用し、丑だ、時効処理後の衝撃吸収
エネルギー値を測定したのは、熱履歴を受ける実際の使
用状況に即した値を求めるためである。そして、クリー
プ強度は、650℃の温度での1000時間後の破断応
力で示しだ。
All Charpy impact test pieces were taken perpendicular to the forging direction, and the impact absorption energy values after aging treatment were measured based on values that correspond to actual usage conditions subjected to thermal history. This is to find out. The creep strength is expressed as the breaking stress after 1000 hours at a temperature of 650°C.

第2表に示される結果からも、本発明鋼は、室温での強
度はもちろんのこと、クリープ強度も十分に高く、しか
も、高温で長時間使用した場合を想定した600℃X1
000hrの時効処理後のシャルピー衝撃エネルギー値
も極めて高く、焼戻しのままの郵相と比較すれば明らか
なように脆化が非常に少ないことが明白である。
From the results shown in Table 2, the steel of the present invention has sufficiently high strength not only at room temperature but also in creep strength at 600℃
The Charpy impact energy value after 000 hr of aging treatment is also extremely high, and it is clear that embrittlement is extremely low when compared with the as-tempered phase.

これに対して、比較鋼26〜36は、例えば鋼柚ユ9〜
2↓にみられるように、フェライトが存在することによ
9強度が低かったシ、又は時効処理によって靭性が著し
く劣化したシ、或いはクリープ強度が低いというように
、高温用鋼として十分に満足できる特性を備えていない
ことがわかる。
On the other hand, comparative steels 26 to 36 are, for example, steel yuzu 9 to
As shown in 2↓, the strength was low due to the presence of ferrite, or the toughness was significantly deteriorated due to aging treatment, or the creep strength was low, so it is fully satisfactory as a high-temperature steel. It can be seen that it does not have the characteristics.

実施例 2 電気炉によって第3表に示されるような成分組成の本発
明鋼37及び38、並びに比較鋼(従来鋼)39を溶製
し、これを砂型に鋳造して長さが500闘1幅が200
闘、厚さが80朋の板状鋳物を作成した。
Example 2 Inventive steels 37 and 38 and comparative steel (conventional steel) 39 having the composition shown in Table 3 were melted in an electric furnace, and cast into sand molds to a length of 500 mm. Width is 200
Finally, a plate-shaped casting with a thickness of 80 mm was created.

次に、これらに対して第4表に示すような規準及び焼戻
し処理を施した後、実施例1と同様に、引張特性、及び
シャルピー衝撃特性をそれぞれ調べた。
Next, these samples were subjected to standard and tempering treatments as shown in Table 4, and then their tensile properties and Charpy impact properties were examined in the same manner as in Example 1.

これらの結果を、第4表に併せて示した。These results are also shown in Table 4.

第4表に示される結果からも、本発明鋼は鋳造材として
使用しても十分に満足できる強度と靭性とを備えている
のに対して、成分組成が本発明の範囲から外れている比
較鋼では、強度が低く、しかも靭性、特に時効処理後の
靭性が著しく劣っていることがわかる。
From the results shown in Table 4, it is clear that the steel of the present invention has sufficient strength and toughness even when used as a casting material, whereas the steel of the present invention has sufficient strength and toughness even when used as a casting material. It can be seen that steel has low strength and is extremely poor in toughness, especially toughness after aging treatment.

上述のように、この発明によれば、常温及び高温強度が
向く、かつ極めて良好な靭性を有し、しかも耐高温酸化
性にも優れた低熱膨張係数の鋼をコスト安く得ることが
でき、高温用機器部材の性能を一層向上し得るなど、工
業上極めて有用な効果がもたらされるのである。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain at a low cost a steel with a low coefficient of thermal expansion that is suitable for room temperature and high temperature strength, has extremely good toughness, and has excellent high temperature oxidation resistance. This brings about extremely useful effects industrially, such as the ability to further improve the performance of equipment components.

出願人  三菱重工業株式会社 出願人  住友金属工業株式会社Applicant: Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Applicant: Sumitomo Metal Industries, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)M量割合にて、 C:0.09%以下。 Si:0.02〜0.15%。 Mn : 3.0918以下。 Cr : 7. o〜15.0%。 Mo : 3. O多収下。 Jすb:010%以下。 1勺:0.05〜0.15チ。 P:0.015%以下。 を含有するとともに、 ]I″e及び不可避不純物:残シ。 から成ることを特徴とする、靭性及び高温強度の筺れた
マルテンサイト系高Cr銅。 (2)重量割合にて、 C二O,C19チ以下。 Si : O,O’2〜015%。 Mn : 3.0%以下。 Cr : 7. O〜15.0 %。 Mo : 3.0%以下。 Nb : 0.10チ以下。 N:0.05〜0.15%。 P:0.015%以下。 を含有するとともに、更に、 Ni : 1. Oチ以下。 Cu : 1.0%以下。 Ca:0.01%以下。 Mg二〇、01%以下。 希土類元素二001%以下。 のうちの1種以上をも含み、 Fe及び不可避不純物:残p。 から成ることを特徴とする、靭性及び高温強度の優れた
マルテンサイト系高Cr鋼。 (3)重量割合にて、 C二0.09%以下。 Si:0.02〜0.15 %。 1司n:30%以下。 Cr  :  7.0〜1 5.0 % 。 Mo ’、 3.0%以下。 Nb二0.10%以下。 N:0.05〜0.15  %。 P二0.015%以下。 を含有するとともに、更に、 120.2%以下。 をも含み、 Fe及び不可避不純物9残り。 から成ることを特徴とする、靭性及び高温強度のf、t
 しftcマルテンザイト系高Cr鋼。 (4)  重量割合にて、 C二0.09係以下。 Si:0.02〜0.15%。 l可n:3.0係以下。 Cr : 70〜15.0%。 Mo : 3.0係以下。 Nl) : 0.10%以下。 1リ : 005〜015 %。 P:0.O15係以下。 を含有するとともに、更に、 Ni : 1.0%以下。 Cu : 1. O多収下。 Ca:0.01%以下。 Mg:0.01%以下。 希土類元素 0.01%以下。 のうちの1種以上を含み、かつ、 ■二〇2%以下。 をも含有し、 Fe及び不可避不純物:残υ。 から成ることを特徴とする、靭性及び高温強度の優れた
マルテンサイト系高Cr鋼。
[Claims] (1) M content ratio: C: 0.09% or less. Si: 0.02-0.15%. Mn: 3.0918 or less. Cr: 7. o~15.0%. Mo: 3. O under high yield. Jsub: 010% or less. 1 chi: 0.05 to 0.15 chi. P: 0.015% or less. Martensitic high Cr copper with high toughness and high temperature strength, characterized by containing ]I″e and unavoidable impurities: residue. (2) In weight proportion, C2O , C19 or less. Si: O, O'2~015%. Mn: 3.0% or less. Cr: 7.0~15.0%. Mo: 3.0% or less. Nb: 0.10 or less N: 0.05 to 0.15%. P: 0.015% or less. Ni: 1.0% or less. Cu: 1.0% or less. Ca: 0.01% or less. .Mg20.01% or less.Rare earth elements 20.01% or less.Maltene with excellent toughness and high temperature strength, characterized by containing one or more of the following, Fe and unavoidable impurities: balance P. Site-based high Cr steel. (3) In terms of weight percentage, C: 0.09% or less. Si: 0.02 to 0.15%. Cr: 30% or less. Cr: 7.0 to 1. 0%.Mo', 3.0% or less.Nb2, 0.10% or less.N: 0.05 to 0.15%.P2, 0.015% or less.Also contains 120.2%. f, t of toughness and high-temperature strength, characterized by comprising the following: Fe and the remainder of unavoidable impurities.
FTC martenzite high Cr steel. (4) C20.09 or less in terms of weight percentage. Si: 0.02-0.15%. l Acceptable n: 3.0 or less. Cr: 70-15.0%. Mo: 3.0 section or less. Nl): 0.10% or less. 1li: 005-015%. P:0. O15 and below. and furthermore, Ni: 1.0% or less. Cu: 1. O under high yield. Ca: 0.01% or less. Mg: 0.01% or less. Rare earth elements 0.01% or less. Contains one or more of the following, and ■202% or less. Also contains Fe and unavoidable impurities: residual υ. A martensitic high Cr steel with excellent toughness and high temperature strength.
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