JPS60184665A - 圧力容器用低合金鋼 - Google Patents

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】 本発明は圧力容器用低合金鋼に関し、詳しくは焼入れ＋
２１、ｆＩＩ　ｉ’ＡＡ強度、靭１（［、溶接性及び耐
水素侵食性にずくれるのみならず、焼戻し脆化温度域に
−Ｊ青）る使用後においζもずくれた靭性を有し、従っ
て、＋ｌ’＋＋　／ｌ！λｊ！’１１圧水素雰囲気［・
圧水用雰囲気石炭液化装置等の圧力容器に好適であるＣ
ｒ−Ｍｏ低合金鋼に関する。

従来より石油Ｊ″ｎ時装置のようなｉｎｉ　温ｉ１’ｂ
圧の水素雰囲気十で使用される圧力容器には、Ｃｒ　−
Ｍ　。

１４が広く使用されている。しかし、近年、石油に代わ
るエネルギー源が注目され、例えば、石炭の液化が検ｎ
Ｊされ、実験が進められているが、この石炭の液化の場
合には、従来の石油精製に比較して、反応がより高＠高
圧で行なわれるために、そのための反応容器にはより高
いクリープ破断強度が要求される。また、圧力容器は経
済性の面から大型化、厚肉化の傾向にあり、これらは焼
入れ時の冷却速度の減少や応力除去焼鈍の長時間化を招
いて、鋼材に高い高温強度を与えることが困難となるの
みならず、累月コストの増加及び重量増加に伴う製造コ
ストや輸送コストの上昇を余儀なくされる。更に、石炭
の液化の操業条件は、例えば、４５０°Ｃ以上であるが
、この温度域は所謂焼戻し２脆化部度域に相当するため
、使用中に靭性が劣化する。

上記したような問題を解決するために、例えば特公昭５
７−５７９４６号公報には、Ｃｒ−Ｍ。

鋼において、Ｓを減少させて靭性を高めると共に、Ｓｔ
を減少させて脆化感受性を抑制し、更に、Ｓｉの減少に
よる高温強度の低下をＶやＮｂの添加によって補償した
圧力容器用合金鋼が提案されているが、この鋼材におい
ても、尚その高温強度及びクリープ強度が十分に高くは
ない。

本発明壱らは、」１記した諸問題を解決するために鋭意
研究した結果、鋼材におけるＭｎ及び場合によってはＮ
ｉの添加量を増加して焼入れ性を確保する一方、Ｓｉを
減少させて靭性の向上を図り、更に、従来より同種の鋼
月について知られているよりも多量の■を添加すること
によって、特に、Ｎｂ及び′１゛ｉから選ばれる少なく
とも１種と■とを複合添加することにより、高温強度及
びクリープ強度を著しく高め得ることを見出して、本発
明に至ったものである。

本発明による圧力容器用低合金鋼は、市川％でＣＯ，０
５〜０．３０％、 ＳｉＯ，１０％以下、 Ｍｎ　０．３〜１．５％、 Ｎｉ　不可避的に含まれる範囲から０．５５％まで、 Ｃｒ　１．５−５．５％、 Ｍｏ０．２５〜１．５％、及び Ｖ　Ｏ，１０％を越えて０．６％以下を含有し、残部鉄
及び不可避的不純物よりなることを特徴とする。

先ず、本発明の＆ｒ４１ｆＡにおける合金元素の添加量
の限定理由を説明する。

Ｃは、鋼材の強度確保のために少なくとも０．０５％の
添加を必要とするが、過多に添加するときは、靭性及び
溶接性を劣化させるため、添加量の上限は０．３０％と
する。

Ｍｎは、鋼材の焼入れ性を確保するために０．５％以上
を添加することが必要であり、また、耐応力除去焼鈍割
れ性（耐ＳＲ割れ性）を高める作用を有するが、１．５
％を越えて添加するときは、高温強度を低下させ、また
、焼戻し脆化感受性も高め、更に、溶接性をも劣化させ
るので、上限は１゜５％とする。

Ｎｉは、通常、鋼に不可避的不純物として微量含まれる
が、本発明においては、鋼材の靭性及び焼入れ性を改善
するために、積極的に添加してもよく、この場合、その
添加量の上限は０．５５％とする。この範囲を越えて過
多に添加すると、クリーソ判ｉ！度を低ｌζさ−Ｕるか
らである。

Ｃｒは、鋼４４に耐酸化性及び耐水素侵食性を与えるた
めに少なくとも１．５％添加される。これよりも少ない
ときは、」１記効果に乏しいうえに高温強度も得られな
い。しかし、添加量が多ずぎるときは、溶接性及び加工
性を劣化させるので、その」１限を５．５％とする。

Ｍｏは、鋼Ｈの高温強度を著しく高めるのに効果がある
ほか、耐水素浸食性をも改善する元素である。本発明に
おい′ζはかかる効果を十分に発現させるために、０．
２５％以上を添加するが、過多に添加するときは、溶接
性を低下させると共に、二ｌス；・上昇を招くので、そ
の上限を１．５％とする。

■は、本発明！１４において、炭窒化物を形成して常温
及び１ＴＩｉ温強度をｉｒｌ＋めるために必須の合金元
素であり、本発明においてはｆ＋、　１０％を越えて０
．６％以下の範囲で添加される。

本発明鋼において、■の添加量を変えたときの引張強度
（２５°Ｃ）及び５００°Ｃで１０００時間加熱したと
きの破断強度（ラブチャー強度）を第１図に示す。特に
、■を０．２％以」二添加した場合に、常温強度及び高
温強度恋着しく向上することが明らかである。■添加量
が０．１０％よりも少ないときは、鋼材のクリープ強度
及び高温強度の改善が不十分である。しかし、０．６％
を越えて過多に添加するときは、鋼材の靭性及び溶接性
を劣化させるので好ましくない。

本発明の鋼材においては、上記した元素に加えて、 （ア）Ｎｂ及びＴｉから選ばれる少なくとも１種を合計
で０．０１〜０．６％、 （イ）Ｃａ及びＺｒから選ばれる少なくとも１種を合計
で０．０００５〜０．０２％、及び／若しくは希土類元
素の少なくとも１種を０．０工〜０．２％、及び （つ）Ｂを０．０００５〜０．０２％ から選ばれる少なくとも１種を添加することができる。

Ｎｂ及びＴｉは、■と同様に炭窒化物を形成して、鋼材
の常温及び高温強度を著しく高めるが、待に、前記した
ように、これらの少な（とも１種をＶと併用して添加す
ることによって、鋼材の常温及び高温強度を著しく向上
させる。本発明鋼においζは、Ｎｂ及び′ｌ’　ｉから
選ばれる少なくとも１種を金側にて０．０１〜０．６％
の範囲で添加することができる。しかし、過多に添加す
るときは、鋼の靭性及び溶接性を劣化さ−ｌる。

第１表鋼番冒２０に示ず化学組成をずｊする本発明鋼と
従来の代表的なＣｒ　−Ｍ　ｏ鋼であるＳ＾３３６Ｆ２
目ト１のクリープ強度を第２図に示す。また、ｌ記調香
冒２０の本発明鋼と上記Ｓ＾３３ＥｉＦ２１　Ｃｒ４及
びＣ（１，１４％、 Ｓ　ｉ　Ｏ，ｌ　Ｏ％、 Ｍ　ｎ　（１，５％、 Ｎｉ　ｉ＄ｉｆ’；１ Ｃｒ３．０　％、 Ｍｏ　Ｉｌｌ　％、 Ｖ　（１，２５％、 ′ｒｉ　１１．０　２％、 Ｂ　Ｏ，００２０％、及び 残部鉄及び不可避的不純物よりなる比較鋼につい°ζ、
その２５℃における引張強度と５００°Ｃで１０００時
間加熱したときの破断強度との関係を第３図に示す。

本発明鋼は非常に大きいクリープ強度を有すると共に、
常温強度が同じとき、従来鋼及び比較鋼に比べて著しく
大きい高温強度を有し、実用的にすぐれている。

Ｃａ％’Ｚｒ及び希土類元素は、これらが硫化物形成元
素であるため、鋼中の固／８Ｓを減少さ−Ｕることによ
り、鋼の溶接割れ感受性を著しく低下させる。この効果
を有効に発現させるために、Ｃａ及びＺｒについては、
その少なくとも１種を合計にて０．０００５〜０．０２
％の範囲で添加することが必要である。一方、希土類元
素の添加量範囲は０、Ｏ１〜０．２　’％の範囲が好適
である。しかし、これらの元素を上記範囲を越えて過多
に添加すれば、鋼の清浄度が悪くなり、靭性が低下する
。

また、Ｂは鋼の焼入れの向上のために添加されるが、本
発明によれば、１３を′１゛ｉと（ｊｌ用七すして、そ
の効果を自効に発現さ一ロるごとがてきる。Ｂの添加６
１範囲はＯ，（ｌ　Ｏｆｌ　５〜０．０２％が好適であ
る。

本発明による鋼を製造するには、常法に従って溶製、造
塊し、熱間圧延し、この後又は引き続いて同様に熱処理
を行なえばよい。

本発明鋼によれば、以上のように、Ｍｎ及び場合によっ
てはＮｉの添加量を増加して焼入れ性を６゛ＩＣ保し、
Ｓｉを減少させて靭性の向上を図ると共に、従来より同
種の銅相について知られているよりも多量の■を好まし
くはＮＩ）及びＴ　ｉから選ばれる少なくとも１種と（
ｊｌ用添加することによって、高メ１−１１強度及びク
リープ強度を著しく高めることができ、更に、前記した
よ・）に、ずくれた耐水素侵食性、溶接性を有するのみ
ならず、焼戻しｌ１ｆａ化温度域にｊ月ノる使用後にも
すぐれた靭性を有するので、水素雰囲気下、高温高圧で
使用される圧力容器用調料とし゛ζ好適である。

以Ｆに実施例を挙げて本発明を説明する。

実施例 第１表に示す化学組成を有する鋼をそれぞれ高周波真空
炉で溶製し、鋼塊とした後、鍛造圧延し°ζ鋼板とした
。次いで、９５０〜１０５０℃でオーステナイト化後、
８００〜５００℃の温度域をｌＯ℃／秒の平均冷却速度
にて冷却し、６７５°Ｃで焼戻しし、次いで、６９０℃
に２５時間加熱する溶接後熱処理を与えた。このように
して得られた本発明鋼、従来鋼及び比較鋼の機械的性質
及び溶接性を第２表に示す。

鋼１及び２は従来の代表的なＣｒ−Ｍｏ鋼であり、常温
強度、高温強度、靭性いずれにも劣る。

比較鋼である鋼３は、Ｍ　ｎ　Ｆｉｌが本発明にて規定
する範囲よりも少ないために、焼入れ性が悪い。また、
ｍ４は、Ｎｉ量が過多であるために、クリープ強度が改
善されていない。

一方、鋼５乃至２１は本発明鋼を示す。一般に本発明鋼
は常温強度、高温強度及びクリープ強度にずくれている
ことが認められる。鋼８はＶを多量に含有するため、溶
接性は他の本発明鋼に比較して劣るものの従来鋼レベル
であり、他方、高温強度及びクリープ強度は著しく改善
されている。

鋼９．１０．１１及び２０はＮｂ及びＴｉから選ばれる
少なくとも１種を■と共に複合添加した鋼であって、高
温強度及びクリープ強度が著しく改冴されている。

鋼１６はＢを含有し、高温強度及びクリープ強度が改善
されている。また、Ｃａ、Ｚｒ及び／又はＣｅを添加し
た本発明鋼は、高温強度及びクリープ強度に加えて、溶
接性の改善が顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼におＩＪる■含有量と機械的性質の関
係を示すグラフ、第２図は本発明鋼のクリープ強度を従
来鋼及び比較鋼のそれと比較して示すグラフ、第３図は
本発明鋼、従来鋼及び比較ｔｌｉｉｌについて、常温強
度と高温強度との関係を示すグラフである。 ＶシＥ’７”（（”’−１（九） 第２図 Ｐ＝　Ｔ（ｚｏ＋Ｌｙｔ）ｘｔｏ−’

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１重量％で ＣＯ，０５〜０．３０％、 ＳｉＯ，１０％以下、 Ｍｎ　０．３〜１．５％、 Ｎｉ　不可避的に含まれる範囲から０．５５％まで、 Ｃｒ　１．５〜５．５％、 Ｍｏ０．２５〜１．５％、及び Ｖ　Ｏ，１０％を越えて０．６％以下を含有し、残部鉄
   及び不可避的不純物よりなることを特徴とする圧力容器
   用低合金鋼。 （２）重量％で ＣＯ，０５〜０．３０％、 ＳｉＯ，１０％以下、 Ｍｎ　Ｏ，３〜１．５％、 Ｎｉ　不可避的に含まれる範囲から０．５５％まで、 Ｃｒ　１．５〜５．５％、 Ｍｏ０．２５〜１．５％、 ｖ　ｏ、ｉｏ％を越えて０．６％以下、及びＮｂ及びＴ
   ｉから選ばれる少なくとも１種を合計で０．０１〜０．
   ６％を含有し、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする圧
   力容器用低合金鋼。 （３）　重量％で ＣＯ，０５〜０．３０％、 ＳｉＯ，１０％以下、 Ｍｎ　０．３〜ｒ、５％、 Ｎｉ　不可避的に含まれる範囲から０．５５％まで、 Ｃｒ　１．５〜５．５％、 Ｍｏ　０．２５〜１．５％、 Ｖ　Ｏ，１０％を越えて０．６％以下、及びＣａ及びＺ
   ｒから選ばれる少なくとも１種を合計でｏ、　Ｏｏ　０
   ５〜０．０２％、及び／若しくは希土類元素の少なくと
   も１種を０．０１〜０゜２％含有し、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする圧
   力容器用低合金鋼。 （４）　重量％で Ｇ　Ｏ，０５〜０．３０％、 ＳｉＯ，１０％以下、 １’＃ｎ　Ｏ，３〜１．５％、 Ｎｉ　不可避的に含まれる範囲から（１，５５％まで、 Ｃｒ　１．５〜５．５％、 ＭｏＯ，２５〜１．５％、 Ｖ　Ｏ，１０％を越えて０．６％以下、及びＢ　Ｏ，０
   ００５〜０．０２％を含イラし、残部鉄及び不可避的不
   純物よりなることを特徴とする圧力容器用低合金鋼。 （５）重量％で ＣＯ，０５〜０．３０％、 ＳｉＯ，１０％以下、 Ｍｎ　０．３〜１．５％、 Ｎｉ　不可避的に含まれる範囲から０．５５％まで、 Ｃｒ　１．５〜５．５％、 Ｍｏ　０．２５〜１．５％、 Ｖ　Ｏ，１０％を越え７０．６　％以下、Ｎｂ及びＴｉ
   から選ばれる少なくとも１種を合計で０．０１〜０．６
   ％、及び Ｃａ及びＺｒから選ばれる少な（とも１種を合計で０．
   ０００５〜０．０２％、及び／若しくは希土類元素の少
   なくとも１種を０．０１〜０゜２％含有し、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする圧
   力容器用低合金鋼。 （６）重量％で ＣＯ，０５〜０．３０％、 Ｓｉ０．１０％以下、 Ｍｎ　Ｏ，３〜１．５％、 Ｎｉ　不可避的に含まれる範囲から０．５５％まで、 Ｃｒ　１．５〜５．５％、 Ｍｏ０．２５〜１．５％、 ｖｏ、１０％を越えて０．６％以下、 Ｃａ及びＺｒから選ばれる少なくとも１種を合計で０．
   ０００５〜０，０２％、及び／若しくは希土類元素の少
   なくとも１ｆ！を０．０１〜０゜２％−１及び ｌ３（ｊ、　０００５〜０６０２％を含有し、残部鉄及
   び不可避的不純物よりなることを特徴とする圧力容器用
   低合金鋼。