JPS60190551A - 主蒸気管用耐熱鋼 - Google Patents
主蒸気管用耐熱鋼Info
- Publication number
- JPS60190551A JPS60190551A JP4390984A JP4390984A JPS60190551A JP S60190551 A JPS60190551 A JP S60190551A JP 4390984 A JP4390984 A JP 4390984A JP 4390984 A JP4390984 A JP 4390984A JP S60190551 A JPS60190551 A JP S60190551A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- main steam
- steam pipe
- heat resistant
- temperature
- steel
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L9/00—Rigid pipes
- F16L9/02—Rigid pipes of metal
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (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。
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593℃において高いクリープ破断強度を有し
、使用中の脆化が少なく熱間加工性のすぐれた火力プラ
ント用主蒸気管に使用する耐熱鋼に関する。
、使用中の脆化が少なく熱間加工性のすぐれた火力プラ
ント用主蒸気管に使用する耐熱鋼に関する。
[発明の背景・〕
現在の発電火力発電プラントは主蒸気圧力最大246k
g/cJ (温度538℃)であり、主蒸気管ントの効
果向上が望まれている。発電効率を効」二するには蒸気
温度又は圧力を上げるのが最も有効な手段である。
g/cJ (温度538℃)であり、主蒸気管ントの効
果向上が望まれている。発電効率を効」二するには蒸気
温度又は圧力を上げるのが最も有効な手段である。
これら高温・高圧(高効率)火力プラント用主蒸気管と
しては、現流タービンに用いられている2− Cr −
I M o鋼ではクリープ破断強度が不足で、これより
も高強度の材料が必要である。第1図は高温高圧火力プ
ラントの構成図及び主蒸気管を示す。
しては、現流タービンに用いられている2− Cr −
I M o鋼ではクリープ破断強度が不足で、これより
も高強度の材料が必要である。第1図は高温高圧火力プ
ラントの構成図及び主蒸気管を示す。
Cr −I M o鋼よりもNi基合金及びCo基合金
が優れているが、これらの合金はコストが著しく高い上
に、加工性及び溶接性が悪い欠点がある。
が優れているが、これらの合金はコストが著しく高い上
に、加工性及び溶接性が悪い欠点がある。
本発明の目的は、火力プラント用主蒸気管に使用する高
温強度が高く、かつ使用中脆化の少ない耐熱鋼を提供す
ることにある。
温強度が高く、かつ使用中脆化の少ない耐熱鋼を提供す
ることにある。
1
現流人カプラントに用いられている2jCr−1Mo#
Iの発電用火力技術基準で定められている許容応力は、
538℃で5 、7 kg f /mu2である。
Iの発電用火力技術基準で定められている許容応力は、
538℃で5 、7 kg f /mu2である。
この主蒸気条件は圧力246kgf/cat、温度53
8℃である。
8℃である。
一方、本発明材の用途である高温・高注入カプラし訃の
主蒸気条件は圧力316kgf/d、温度593℃であ
る。このプラントの主蒸気管に作用する応は、現流ター
ビンより1.28 倍高くなる。
主蒸気条件は圧力316kgf/d、温度593℃であ
る。このプラントの主蒸気管に作用する応は、現流ター
ビンより1.28 倍高くなる。
したがって高温・高圧火力プラント用主蒸気管材の許容
応力は、593℃で7 、3 kg f / tttn
”となる。
応力は、593℃で7 、3 kg f / tttn
”となる。
また、発電用火力技術量には許容応力決定法として、1
.Os hクリープ破断強度0.6倍の値をとるように
定められている。したがって、高温・高圧火力プラント
用主蒸気管材のクリープ破断強度はl 2.2 kg
f /rtn”以上必要となる。さらに、主蒸気管材と
しては、破壊に対する安全性の点から、使用中腹イヒの
少ないことも重要な性質である。
.Os hクリープ破断強度0.6倍の値をとるように
定められている。したがって、高温・高圧火力プラント
用主蒸気管材のクリープ破断強度はl 2.2 kg
f /rtn”以上必要となる。さらに、主蒸気管材と
しては、破壊に対する安全性の点から、使用中腹イヒの
少ないことも重要な性質である。
本発明は12Cr系合金鋼を、主蒸気管材として改良し
たものである。主蒸気管材としては、前述の高温強度及
び脆化特性のすぐれていると共に、熱間加工性及び溶接
性のすぐれていることも重要である。
たものである。主蒸気管材としては、前述の高温強度及
び脆化特性のすぐれていると共に、熱間加工性及び溶接
性のすぐれていることも重要である。
主蒸気管材としては、次に示す組成範囲に調整すること
により、すぐれた特性が得られることが実験的に究明さ
れた。
により、すぐれた特性が得られることが実験的に究明さ
れた。
CO,05〜0.15 %
Si O,3%以下
Mn 1.5 %以下
Ni 1.0 %以下
Cr8〜11%
Mo0.1 〜0.5 %
W Ool 〜0.5 %
■ 0.1〜0.3 %
Nb O,02〜0.20 %
N O,02〜0.1 %
残部がFeおよび不可避的不純物。
また金属組織をδフェライトが含まないマルテンサイト
に組織にするか、次に示す式で計算されるCr当量が1
2以下になるように成分調′整することにより使用中脆
化が著しく少なくなることも究明された。
に組織にするか、次に示す式で計算されるCr当量が1
2以下になるように成分調′整することにより使用中脆
化が著しく少なくなることも究明された。
さらに、CとNの和が0.10〜0.20 %範囲に、
またMOとWの和が1.25〜1.75 %範囲に成分
′II4整することにより、より優れたクリープ破断強
度が得られることも究明された。
またMOとWの和が1.25〜1.75 %範囲に成分
′II4整することにより、より優れたクリープ破断強
度が得られることも究明された。
Crは耐食性と高温強度を高めるが、11%以上になる
と脆化を促進させるδフェライトが祈出するようになる
。8%より少ないと高温高圧蒸気に対する耐食性が不十
分なので、Crは8〜11%に決定された。特に8.5
10.5 %が好ましい。
と脆化を促進させるδフェライトが祈出するようになる
。8%より少ないと高温高圧蒸気に対する耐食性が不十
分なので、Crは8〜11%に決定された。特に8.5
10.5 %が好ましい。
Moは固溶及び析出強化作用によってクリープ破断強度
を高めるが0.75 %未満ではその効果が少なく、1
,75 %以上になるとδフエライ1−が生成し使用中
脆化を起こしやすくなる。また、0.75 %未満では
高温で長時間使用中に材料が脆化する。最も1〜1.5
%が好ましい。
を高めるが0.75 %未満ではその効果が少なく、1
,75 %以上になるとδフエライ1−が生成し使用中
脆化を起こしやすくなる。また、0.75 %未満では
高温で長時間使用中に材料が脆化する。最も1〜1.5
%が好ましい。
Wは高温長時間使用中の炭化物を安定化させ高温強度を
改善する。0.1 %未満ではその効果が少なく、0.
5 %以上になるとδフェライトが生成し使用中脆化を
起しやすくする。W含有量を低めにした場合には、Mo
含有量を高めにする必要があり、MoとWの和が1.2
5 〜1.75 %で高い高温強度が得られる。特に1
.4〜1.6 %が好ましい。
改善する。0.1 %未満ではその効果が少なく、0.
5 %以上になるとδフェライトが生成し使用中脆化を
起しやすくする。W含有量を低めにした場合には、Mo
含有量を高めにする必要があり、MoとWの和が1.2
5 〜1.75 %で高い高温強度が得られる。特に1
.4〜1.6 %が好ましい。
■及びNbは炭化物及び窒化物を析出させ高温調度を高
める。■0.1 %及びNb0.02 %以下ではその
効果が不十分であり、vo、3 %及びNbO,2%以
上ではδフエライ1−が生成し使用中脆化を起こしやす
くする。特に、Vo、15〜0.25 %、NbO,0
3〜0.08 %が好ましい。
める。■0.1 %及びNb0.02 %以下ではその
効果が不十分であり、vo、3 %及びNbO,2%以
上ではδフエライ1−が生成し使用中脆化を起こしやす
くする。特に、Vo、15〜0.25 %、NbO,0
3〜0.08 %が好ましい。
Niは靭性を高め、かっδフェライト生成を防止する効
果があるが、1%以上の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。
果があるが、1%以上の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。
Niは0.2〜0.6 %含有させるのが好ましい。
Mnは脱酸剤として添加するものであり、少量の添加で
その効果は達成され、1%以上の多量添加はクリープ破
断強度を低下させる。特に0.4〜0.9 %が好まし
い。
その効果は達成され、1%以上の多量添加はクリープ破
断強度を低下させる。特に0.4〜0.9 %が好まし
い。
Sjも脱酸剤として添加するものであるが、C真空脱酸
法などの製鋼技術によればSi脱酸は不要である。また
Siを低くすることにより、δフエライト析出防止及び
脆化防止効果があるので、0.10%以下に抑えるのが
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。また
Siを低くすることにより、δフエライト析出防止及び
脆化防止効果があるので、0.10%以下に抑えるのが
好ましい。
本発明の用途である火力発電プラント用主蒸気管(外径
600no+肉厚130+nm)のような大径管は焼入
性の良好なことも重要である。
600no+肉厚130+nm)のような大径管は焼入
性の良好なことも重要である。
C及びNは焼入性を高めるのに最も有効な元素であり、
0+Nの量が0.1 %以上必要である。
0+Nの量が0.1 %以上必要である。
しかしあまり多く添加すると溶接割れの問題が生ずるの
でC十Nを0.20 %以下にしなければならない。
でC十Nを0.20 %以下にしなければならない。
また、CとNはNbやVと結合し、炭化物および窒化物
となる。この炭・窒化物が、高温長時間強度の担い手と
なる。
となる。この炭・窒化物が、高温長時間強度の担い手と
なる。
なお本発明ロータの化学組成は次式でめられるクロム当
量が12以下でなければならない。
量が12以下でなければならない。
クロム当量=−40℃−30×N%−2×MO%−4X
Ni%十Cr%+6× Si %+4XMo%+1.5 XW %+11×v%+5XNb% クロム当量が12以上では、使用中脆化を起こしやすく
するδフェライトが生成する。
Ni%十Cr%+6× Si %+4XMo%+1.5 XW %+11×v%+5XNb% クロム当量が12以上では、使用中脆化を起こしやすく
するδフェライトが生成する。
Cは高温強度を高める元素であり、そのため0.05
%以上が必要であるが、0.15 %を越えると溶接性
を損うので、0.05〜0.15 %としなければなら
ない。特に、0.08〜0.13%が好ましい。
%以上が必要であるが、0.15 %を越えると溶接性
を損うので、0.05〜0.15 %としなければなら
ない。特に、0.08〜0.13%が好ましい。
NはCと同様の元素であるが、靭性及び溶接性の点から
0.1 %以下にしなければならない。Nは無添加で大
気溶解で最大0.025 %位含有されるが、0.03
〜0.07 %に調整するのが好ましい。本発明鋼の組
織は前記の理由から均一な焼もどしマルテンサイト組織
にする必要がある。
0.1 %以下にしなければならない。Nは無添加で大
気溶解で最大0.025 %位含有されるが、0.03
〜0.07 %に調整するのが好ましい。本発明鋼の組
織は前記の理由から均一な焼もどしマルテンサイト組織
にする必要がある。
焼戻温度は溶接後の応力除去焼鈍温度より高い温度とす
ることが高強度のものとする点から好ましい。
ることが高強度のものとする点から好ましい。
戊に示す組成の試料をそれぞれ20kg溶製後、115
0℃に加熱し鍛造し実験素材とした。この素材に火力プ
ラント用主蒸気管をシュミレー1へした下記に示すよう
な熱処理を施した。
0℃に加熱し鍛造し実験素材とした。この素材に火力プ
ラント用主蒸気管をシュミレー1へした下記に示すよう
な熱処理を施した。
賦香l及び8 : 930’CX3h500℃/h冷却
、700℃×12h炉冷 賦香2〜7:1100℃X3h 500℃/h冷却、7
00”CX12h炉冷 この熱処理後の素材から鍛造直角方向に試験片を採取し
実験した。表にはこれら試験片を用いクリープ破@試験
を行ないめた10’hクリ一プ破断強度を示す。
、700℃×12h炉冷 賦香2〜7:1100℃X3h 500℃/h冷却、7
00”CX12h炉冷 この熱処理後の素材から鍛造直角方向に試験片を採取し
実験した。表にはこれら試験片を用いクリープ破@試験
を行ないめた10’hクリ一プ破断強度を示す。
表において、賦香2は本発明材であり、賦香1及び賦香
3〜8は比較材である。賦香7はドイツでボイラmMど
して実用化されているX 20CrMoWV121#相
当材であり、賦香8はJIS 5TBA−26相当9C
r1MoMである。
3〜8は比較材である。賦香7はドイツでボイラmMど
して実用化されているX 20CrMoWV121#相
当材であり、賦香8はJIS 5TBA−26相当9C
r1MoMである。
現流火カブラン1へ主蒸気管に用いられている2:Cr
−IMot11試番1の593℃、io’hクリープ破
断強度は、4.2 kgf/mm”で、高温・高圧火力
プラント用主蒸気管として必要な強度(12,2kgf
/ms” )より著しく低く、本発明の目的が達成さ
れない。
−IMot11試番1の593℃、io’hクリープ破
断強度は、4.2 kgf/mm”で、高温・高圧火力
プラント用主蒸気管として必要な強度(12,2kgf
/ms” )より著しく低く、本発明の目的が達成さ
れない。
発明材賦香2の593℃、10’hクリ一プ破゛断強度
は13.2 kgf/w11”で、高温・高圧火力プラ
ント用主蒸気管として必要な強度を満足することが確認
された。
は13.2 kgf/w11”で、高温・高圧火力プラ
ント用主蒸気管として必要な強度を満足することが確認
された。
顕微鏡観察の結果、賦香2及び賦香3〜6は全マルテン
サイト組織であったが、賦香3には5%のδフェライト
が詔められた。この賦香3の600°C210”h加熱
後のVノツチシャルピー?m断値は1.5kgf−mで
、賦香2の加熱後の衝撃値(4,6kg f−m)より
著しく低い。これらの実験で、Cr当量が高い材料ある
いはδフェライトを含む材料は、使用中に著しく脆化す
ることがわかった。
サイト組織であったが、賦香3には5%のδフェライト
が詔められた。この賦香3の600°C210”h加熱
後のVノツチシャルピー?m断値は1.5kgf−mで
、賦香2の加熱後の衝撃値(4,6kg f−m)より
著しく低い。これらの実験で、Cr当量が高い材料ある
いはδフェライトを含む材料は、使用中に著しく脆化す
ることがわかった。
賦香2及び賦香4については、第2図に示す斜めY形溶
接われ試験片を用い、溶接われ試験を行なった。溶接棒
は賦香2及び4をφ4mに線引きしてクランクスを被覆
した共金被覆アーク溶接棒をJTPいた。1.50℃〜
250℃に予熱し1パス溶接し、430℃まで加熱し2
時間保持後50℃まで冷却し、690℃に再加熱し2時
間保持後室温まで冷却した。この試験片を5等分に切断
し、研摩しビート断面の顕微鏡観察を行なった。その結
果、賦香4には溶接割れが認められたが、賦香2には認
められなかった。これらの結果、発明材、(賦香2)は
溶接性がすぐれていること及びC+Njii:が高くな
ると溶接性が悪くなることが判明した。
接われ試験片を用い、溶接われ試験を行なった。溶接棒
は賦香2及び4をφ4mに線引きしてクランクスを被覆
した共金被覆アーク溶接棒をJTPいた。1.50℃〜
250℃に予熱し1パス溶接し、430℃まで加熱し2
時間保持後50℃まで冷却し、690℃に再加熱し2時
間保持後室温まで冷却した。この試験片を5等分に切断
し、研摩しビート断面の顕微鏡観察を行なった。その結
果、賦香4には溶接割れが認められたが、賦香2には認
められなかった。これらの結果、発明材、(賦香2)は
溶接性がすぐれていること及びC+Njii:が高くな
ると溶接性が悪くなることが判明した。
賦香2,4,7及び8については熱間加工性(製管性)
を調べるために、第3図に示す寸法の試験片を採取し、
熱間ねしり試験を行なった。熱間ねしり試験の条件は、
軸方向の伸びを拘束し、ねじり回転速度500rpmで
実施し、破断までのねじり回数を測定した。第4図は破
断までのねじり回数と試験温度の関係を示す。発明鋼は
、いずれの比較鋼にくらべても破断ねしり回数が多く、
製管性へ良すなことを示している。C+Nが0.21
%以上の比較鋼賦香4及び賦香7の破断までのねじり回
数は1発明鋼より少なく、製管性の点からC十Nが0.
20 %以下にすべきであることが判明した。賦香8の
ねじり回数は試験温度1000℃及び1100℃で発明
鋼より著しく低い。比較鋼賦香8のようにC+N量が低
く Cr当量が12以上のものには、δフエライ1〜組
織が含み製管性が悪いことが判明した。本発明の主蒸気
管のよう大径管でも、破断までのねじり回数が1100
℃で10回以上のものは、問題なく製管できることを確
認している。
を調べるために、第3図に示す寸法の試験片を採取し、
熱間ねしり試験を行なった。熱間ねしり試験の条件は、
軸方向の伸びを拘束し、ねじり回転速度500rpmで
実施し、破断までのねじり回数を測定した。第4図は破
断までのねじり回数と試験温度の関係を示す。発明鋼は
、いずれの比較鋼にくらべても破断ねしり回数が多く、
製管性へ良すなことを示している。C+Nが0.21
%以上の比較鋼賦香4及び賦香7の破断までのねじり回
数は1発明鋼より少なく、製管性の点からC十Nが0.
20 %以下にすべきであることが判明した。賦香8の
ねじり回数は試験温度1000℃及び1100℃で発明
鋼より著しく低い。比較鋼賦香8のようにC+N量が低
く Cr当量が12以上のものには、δフエライ1〜組
織が含み製管性が悪いことが判明した。本発明の主蒸気
管のよう大径管でも、破断までのねじり回数が1100
℃で10回以上のものは、問題なく製管できることを確
認している。
賦香5及び賦香6のクリープ破断強度はそれぞれ11.
5及び12kgf/mm”で発明材より低い。
5及び12kgf/mm”で発明材より低い。
これらの結果から、Mo+W量が少なすぎても、多すぎ
ても、高温・高圧火力ブラン1−用主蒸気管として必要
な強度を満足できず、発明の目的が達成されないことが
判明した。
ても、高温・高圧火力ブラン1−用主蒸気管として必要
な強度を満足できず、発明の目的が達成されないことが
判明した。
本発明鋼の593℃クリープ数断強破断著しく高く、溶
接性も良好であり、高温・高圧火力プラント主蒸気管と
して要求される性質を十分満足し。
接性も良好であり、高温・高圧火力プラント主蒸気管と
して要求される性質を十分満足し。
主蒸気管材として好適である。
第1図は(a)は高温高圧火力プラント構成図及び(b
)は主蒸管の断面図、第2図は斜めY形溶接われ試験片
の寸法図、第3図はねじり試験片の寸法図、第4図は熱
間ねしり試験結果を示す線図である。 代理人 弁理士 高橋明夫 噌2図 (a) (b) (C) 弔3m (α)(b) 摺/4−図 いd炭温度(°C) 第1頁の続き [相]発明者 高橋 慎太部 日立市幸町3丁目1番1号 株式会社日立製作所日立研
究所内
)は主蒸管の断面図、第2図は斜めY形溶接われ試験片
の寸法図、第3図はねじり試験片の寸法図、第4図は熱
間ねしり試験結果を示す線図である。 代理人 弁理士 高橋明夫 噌2図 (a) (b) (C) 弔3m (α)(b) 摺/4−図 いd炭温度(°C) 第1頁の続き [相]発明者 高橋 慎太部 日立市幸町3丁目1番1号 株式会社日立製作所日立研
究所内
Claims (1)
- 1、重量比で、0.05〜0.15 %のC,0,3%
以下のSt、1.5 %以下のMn、1.0 %以下の
Ni、8〜11%のCr、0.75〜1.5%のw、o
、i 〜0.5 %のw、o、i〜0.3%のV、0.
02〜0.20%のNb、0.02〜0.10%のNを
含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、5
93℃、io’hクリープ破断強度が12.2 kgf
/+nm”を超えることを特徴とする主蒸気管用耐熱鋼
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4390984A JPS60190551A (ja) | 1984-03-09 | 1984-03-09 | 主蒸気管用耐熱鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4390984A JPS60190551A (ja) | 1984-03-09 | 1984-03-09 | 主蒸気管用耐熱鋼 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60190551A true JPS60190551A (ja) | 1985-09-28 |
JPH0218380B2 JPH0218380B2 (ja) | 1990-04-25 |
Family
ID=12676839
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4390984A Granted JPS60190551A (ja) | 1984-03-09 | 1984-03-09 | 主蒸気管用耐熱鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60190551A (ja) |
Cited By (4)
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---|---|---|---|---|
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JPWO2021240718A1 (ja) * | 2020-05-28 | 2021-12-02 |
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-
1984
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