JPS60200912A - 高クロム鋼からなる鋳物の熱処理方法 - Google Patents

高クロム鋼からなる鋳物の熱処理方法

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JPS60200912A
JPS60200912A JP5634884A JP5634884A JPS60200912A JP S60200912 A JPS60200912 A JP S60200912A JP 5634884 A JP5634884 A JP 5634884A JP 5634884 A JP5634884 A JP 5634884A JP S60200912 A JPS60200912 A JP S60200912A
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JP
Japan
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temperature
steel
cast
chromium steel
strength
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JP5634884A
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English (en)
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Masayuki Yamada
政之 山田
Osamu Watanabe
修 渡辺
Yoichi Tsuda
陽一 津田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002Heat treatment of ferrous alloys containing Cr

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、然気タービン用部材などの尚温間圧下で使用
される簡クロム鋼からなる鋳物材の製造方法に係り、特
に鋳造後の熱処理の方法に関する。
〔発明の技術的R景とその問題点〕
従来よシ、蒸気タービン用部材のうち、ケーシングや各
種弁類には鋳物が用いられているが、それらの材料とし
てOr −Mo鋼あるいはOr −Mo −■鋼などの
低Or合金耐然鋳鋼が広く使用されている。ところが、
近年、蒸気タービンの大容量化や使用蒸気の高温同圧化
が進み、上記部材の使用条件は次第に苛酷になってきて
いる。そして、このような苛酷な使用条件下では、上述
した従来のOr −Mo鋼やOr −Mo −V銅等t
v =Or系合全合金鋼クリープ破Wi強肚などの旨温
強反が不足するという問題があった。
そのため、最近では、上記従来の低合金鋼よりも高温強
度の優れた向Or系鋳鋼が使用されつつある。
しかし、従来の尚Or系鋳鋼には、以下に述べるような
問題がある。すなわち、蒸気タービンのケーシングやバ
ルブ類のほとんどは大型の鋳造製品であるため、製造時
に必然的VC鋳造欠陥が生じる。
そのため、これらの欠陥が、使用中の脆性破壊の起点と
ならないように、鋳造品を@接@修することが必要とな
る。ところが、従来の尚Or系鋳鋼は、拡合金鋳鋼に比
べて、じん性が1氏く、割れ感受性が太きいという欠点
がある。通常、溶接割れを防止するためには、溶接の原
に予熱を行なうことが必要であるが、蒸気タービンのケ
ーシングのような大型414造物の溶接においては、予
熱だけで溶接割れを有効に防止−丈ることは困廁りであ
る。
上述したような問題点、すなわち、溶接性を改善するた
めには、しJ鋼中の含有炭素量を戚らすことが考えられ
る。しかし、従来の高Or 6N ’Aにおいでは、炭
素量が城下することによ勺溶接性そのものは改善される
ものの、それに伴なってクリープ破101強度かは下し
てしまうという新たな問題が生ずる。
したがって、蒸気ターピノの大容量化および使用末件の
高温高圧化に充分耐えるタービン用釣附品lK、は、じ
ん注および溶接性の改善のみならずクリープ破断強度を
低下させないことが要求されている。
〔発明の目的〕
本発明は上述の点に鑑み7i、されたもので、高クロム
鋼のI寺僧である面士熱性およびクリーン”破11i強
度合低下さぜることなくじん性を同上させることによシ
、タービン部利に適した鋳物を得ることのできる尚クロ
ム鋼からなる鋳物の熱処理方法を提供することを目的と
する。
〔発すjの概要〕
本発り」は、特定の組成・成分を有する尚クロム鋼から
なる鋳物に、特定の熱処理を施すことによシ、上記目的
を達成するものである。
そこで、ます熱処理の対象とする鋳物の素材である尚ク
ロム鋼の成分限定理由につき言及する。
Cは、高温で地鉄中に固溶してオーステナイト組織を生
成し、γ→α′変態を起こさせ、低温および品温での強
度全同上させる。またJ焼入1生を向上させる作用があ
り、他方、V、Mo 、Or 、 Nbなどの炭化物生
成元系と化合して炭化物を形成し、高温クリープ破断強
度を高めるのに必要不可欠の元素でもおり、このために
は合金中に0.05〜0.25%包有させることが必要
である。添加量が、0.05%未満であると上述の効果
が乏しく、また0、25%を越えると溶接性が型化した
り炭化物が粗大化してじん性の低下を招く。
Niは、焼入性、じん性および低温における強度を同上
させるのに有効であり、またδフェライトの生成防止に
必要な元系でらp、0.3〜1.5係添加される。0.
3饅未満では添加効果が乏しく 、1.5チを越えて添
加するとクリープ破断強度の低下をもたらす。
Orは、焼入性をJiij上させ、引張強さ、クリープ
破tQi強度を確保し、また耐酸化性を向上させるのに
必要な元素でちり、7.0〜9.5%添力lされる。
7.0饅未満では、添加効果が乏しく、9.5条を越え
るとδフェライトの生成原因となり、引張強度やじん性
、さらにはクリープ破断強願が低下する。
Moは、焼もどし軟化抵抗性を増大させ、焼もどし脆化
の防止、焼入性、じん性?改善させるとともに、Cと炭
化物全形成しクリープ破…i強度を向上させるために必
要な元来であシ、1.0〜3.0%添加する。1.0%
未満では添加効果が乏しく 、3.0饅を越えると、炭
化物が多量に析出してじん性が低下したシ、δフェライ
トの生成により高温強度が低下する。
■は、Cと化合して微細炭化物として析出し、クリープ
破断強度を向上させるのに必要な元素でらシ、少なくと
も0.05%の添力口が必要である。しかし、0.5%
を越えて添加すると、炭化物が粗大化してじん性が低下
した夛、溶接が困離になった9、さらにδフェライトが
生成して疲労強度や尚温強度が低下する。
Nbは、結晶粒を微細化して、じん性を改善したり、C
やNと化合し、非常YC微細な炭窒化物を形成して、ク
リープ破断強度を向上させるためYC極めて有効な元素
でちゃ、0.O1〜0.30%添加する。
0.01%未満では添加効果が乏しく 、0.30%を
越えると、製造時に偏析が生じゃすくなシ、じん性が低
下した9、δフェライトが生成して疲労強足、高温強度
が低下したり、さらには、炭窒化物の増大によシ地鉄中
のC濃度を減少させ、強度低下をもたらす。
Nは、上記の添加範囲の元素を含むマルテンサイト鋼に
含有させることにより、CやNbと化合して炭窒化物を
形成し、クリープ破1析強度が著しく向上する。′また
、Nはオーステナイト生成元素であり、δフエライト生
成防止にも効果的に作用し、さらに結晶粒微細化による
強度、じん性の向上にも寄与する。そのため、0.01
〜0.10 %添71[+する。
0.01%未満では、添υ口効来が充分でなく、ま/こ
0.1%を越えると、溶接性やじん注を悪くしたり、巣
やミクロボア発生の原因とな9好ましくない。
このような組成・成分を包含する鋳物に以下の;°1.
^処理を施す。
寸ず1′1も温焼鈍として、1030〜1130°Cの
範囲の温以に加熱保持した後フェライト析出ノーズ域の
漬込時の鋳造組織を破壊して組織を均質なものにするこ
と、赴よび尚温強邸に関係の深いNbおよび後述するl
1laの炭窒化物を後の焼戻し段階で微細かつ多量に析
出させるために、鋳込時に存在する粗大な炭窒化物を固
溶させることである。したがつ゛にの場合v′CはN’
bおよびTaの炭窒化物が容易に固溶する高温で焼鈍す
るのが望ましいが、11300Cを越えると破断伸びな
どの延性に著しい吐下をき)ζし、また1030°Cよ
り低い温度では炭窒化物の固溶量が急楓するため、10
30〜1130°Cとする。この温度で適当に保持して
全体を均質にした後、1〜20°0 / h程度の冷却
速度で徐冷する。そして400〜750°Cのフェライ
ト析出ノーズ域の温度まで下降したとき、空冷として冷
却速度を増加し、室温まで冷却する。あるいは7エライ
ト析出ノーズ域の温度まで徐冷した後この温度で20〜
100時間保持してから空冷しても同様でらる。
次に950〜1070°Cの範囲の温度に加熱保持した
後、鋳物木材のMs点以下の温度まで冷却して焼ならし
する。焼ならし温度は、炭窒化物を鋼中に固溶させるた
めにはできるだけ高い温度とするのが有利であるが、高
すぎるとじん性低下を招くため下限については上記した
理由により950°C9上限は結晶粒が粗大化しなw1
070°Cとする。冷却方法は、同クロム鋼の焼入れ性
は一般に優れているため、焼割れを起こさぬようたとえ
ばブロワ−等による強制空冷とするのが望ましい。
次に焼もどしを2段階にわたって行う。第1段階の焼も
どしは550〜750°Cがら行い、第2段階の焼もど
しは680〜750°Cから行う。第1段階の焼もどし
によって焼入マルテンサイトを焼戻しマルテンサイ) 
YCし、残留オーステナイトをマルテンサイトとする。
第2段階の焼もどしは強度と靭性の調整をはかるために
行うもので、Nb 訃よびTaの炭窒化物が凝集粗大化
しない温度で行う。これら2段階の焼もどしによって、
Nb、!?よびTaの炭化物の析出が促進される。
また、本発明の実施にあたっては、上記した組成・成分
を包含する面クロム鋼のうち、下記のもののいずれかを
用いるのがさらに有利な結果を得るために有効でおる。
■ 上記の組成・成分の?’xか、Si 0.70%以
下、Mn 0.10〜0.80%を含み、残部がFeお
よび旬随的不純物よりなる尚クロム鋼。
■ 上記の組成・成分のほか、Si 0.70 %以下
、Δ′In 0.10〜0.80 % 、さらIc ’
f’a 0.01〜0.10% 。
W 0.50〜2.0チの2種のうち少なくともいずれ
か1種を含み、残部がFcおよび付随的不純物よシなる
市クロム鋼。
上記■■の成分限定理由は次のとおシでらる。
丑ず、Siは、通常は製鋼時に脱酸剤として添7J[I
されるもので、0.70%以上が鋼中に残留するとδフ
ェライトの生e、原因となり、じん性低下を招く。
Mnは、同様に脱酸、脱硫剤として添加されるもので、
その効果を得るためには0.10φ以上が必要とされる
が、逆YC0,80%を越えて添力[1するとじん性や
簡温強度の低下をもたらすので、上記範囲とする。
他方、Taは、前述したようにNbと複合添加すること
により、Nbのみを単独で添加する場合に比し、よシ優
れたクリープ破1強度を得ることを可能とする。そのた
めには、少なくとも0.01%は必要であるが、0.1
0%以上の添加はフェライトの生成を招き、じん性を低
下させることとなるので好ましくない。
また、Wは、クリープ破…i強ざを向上3せるに・自効
な元素で、少なくとも0.5チ以上添加しなければその
効用は現ルないが、2.0%以上とするとフェライトを
生成してじん注をは下させるので上「□ピ軛囲とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例全比較例とλ゛づ比させて説明す
る。
第1表は、υJ物の素材である尚クロム鋼の組成を示す
もので、比教例1および実施例1ないし405種類のも
のを調製し、それぞれ溶解、鋳造して試験片を作、艮し
ノこ。
第2表は、第1表に示した各組成を有する試1倹片に廁
したf4ν処理の工程を示しておシ、この表からす」ら
かなようしζ晶6゛IIV焼鈍および第1段、第2段の
焼もどしについては全ての試j倹片について共通したも
のとし、屍ならし時のカロ熱温度のみを変化させて実験
を行った。この結果、第2表の上欄に示した7a類の試
ノ、次片を得た。
第2表 こうして得た各試験片について、常温における!に6 引張試験および/ヤルビー衝撃試験、さらに嗣吟℃で2
01cg/vtyr2 の応力を加えてクリープ破…i
試験を行った。この結果を第3表に示す。
比較例IAは従来の高クロム鋼に焼ならし温度を105
0°Cとして熱処理を施したもの、また比較例IBは同
じ〈従来の高クロム鋼に焼ならし温度を1000°Cと
して熱処理したものである。、第3表に示した試験結果
から、本発明に係る実JJt!i例1知、常温における
強度、じん性、延・註およびクリープ破断強度のいずれ
の項目においても、比較例IA。
IBO高い方の値と同程度の値を示しており、いずれか
の項目において性能同上金はかるため他のいずれかの項
目で性能低下をみるという従来の問題が完全に克服され
ているのが、L!!解される。−また実施例2 、3 
、4A、4Bの試験結果は、実施例1のもの((比し優
れたものであるということができ、この結果からTaお
よび(または)Wの添加が有効であることが認められる
。なお、実施例4Aと実施例4Bは第2表に示したよう
に焼ならし温度のみ異なるもので、第3表におけるこれ
らの試験結果を比紋しても両者には実質的な差異がなく
、このことから本発明Vこおいて焼ならし温度を950
〜1070’Oとしても十分所期の頬ざを有する鋳物を
得られることが理解される。
〔発明の効果〕
上述したように、本発[Jjは特定の組成・成分を有す
る尚クロム鋼からなる鋳l吻に、特定の1祖合せよりな
る熱処理を施すものであるから、本発明Vこよれば、そ
の素材である商クロム鋼の調41のとれた凌れた性質を
常温から両温に至るまで最大限に示す鋳物を得ることが
でき、こうして沓た鋳f吻発用いることによシ、使用条
件がさらに過酷な?、6気タービンを設計j−ることも
町り目となるなど多大な効果がちる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)重−駄比で、OO,05〜0.25慢、 Ni 
    O,3〜1.5%、 Or 7.0〜9.5%、 Mo
     1.0〜3.056 、 VO,05〜0.50係、
    N1)0.01〜0.30%、 N O,01〜0.1
    0% を含む尚クロム鋼からなる鋳物に、イ、1030
    〜1130°0の範囲の温度に加熱保持した後前記向ク
    ロム鋼のフェライト析出ノーズ域の温度゛まで徐伶し、
    その後前記フェライト析出ノーズ域の温度から室温まで
    空冷する工程o、950〜1070℃のボα囲の温度に
    加熱保持した後前j;ピ高クロム鋼のMs点以下の温度
    まで冷却するエイ呈 ハ、550〜750°Cの4・包囲の温度で第1段の焼
    もどしを行う工程 二〇680〜750°Cの範囲の温度で第2段の焼もど
    しを行う工程 f:順次施工することによシ、高温強ザおよびじん注に
    優れた鋳物を得ることを特徴とする高クロム鋼からなる
    鋳物の熱処理方法。 (2ン 前記高クロム鋼は、Si 0.70係以下、M
    n0.10〜0.80 %を含み、残部がFeおよび付
    随的不純物よりなる特許請求の範囲第1項記載のθ:j
    クロム鋼からなる鋳物の熱処理方法。 (3) 前記高クロム鋼は、St O,70%以下、M
    n0.10〜0.80%、さらにTa O,01〜O’
    、10 % 、 Wo、50〜2.0 %の2種のうち
    少なくともいずれか1ねを含み、残部がFeおよび不随
    的不純物よシなる特許請求の範囲第1項記載の高クロム
    鋼からなる門!1;ツの1.過処理方法。
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