JPS6029449A - 高クロム耐熱鋳鍛鋼 - 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】 本発明は高クロム耐熱鋳鍛鋼に関し、特に近年のボイラ
、タービンの高効率化の要請から、それに使用される材
料もざらに高温・高圧の環境下に晒されるようになって
き几。このような高温・高圧下に用いら九る材料には、
耐高温酸化性、高い高温強度が要求され、さらに一般の
機械構造材と同様に靭性及び溶接性をも要求される。特
に高温・高圧下では材料の高温強度がθ　め　−八　但
　、１ゝＩ　朴　的　＋７７”　肉　目　プ；　１目　
７　１　イー　１＋　４１　ｒ、Ｊ　→−貞　リへが、
肉厚が厚くなった場会には熱応力の増大する問題がある
。

従来、このようなボイラ、タービンの蒸気配管や弁体に
は、低合金系耐熱鋼、高Ｏｒ系耐熱鋼及びオーステナイ
ト系ステンレス鋼が用いられてきたが、これらには次の
問題点がめった。

オーステナイト系ステンレス鋼は高温強度、耐酸化性と
も優ｎているが、溶接の際に入熱量が多くなるため、溶
接部に熱応力が発生する。

従って、通常の使用の際にこの溶接部の熱応力に付加す
る温度勾配による応力が溶接部に生ずると高温割れが起
き易七なる。また、割れを防ぐ為には眉間温度を低く保
つことが必要となり手間がかかる。さらにオーステナイ
ト系ステンレス鋼は他の耐熱鋼と較ベコスト高になる。

一方、ボイラ、タービンの蒸気配管や弁体として最も多
く用いられるのは低合金耐熱鋼の１％　Ｏｒ　−０，５
％Ｍｏ系鋼及び２％Ｏｒ　−１ｌ　Ｍｏ系鋼であるが、
これらの鋼種のうち、最高の高温強度會有する２、２５
％０ｒ−１％ＭＯ鋼でも耐酸化性等の理由からその使用
限界温度は約５８０℃であり、それより高い温度条件で
は使用できない。

２．２５％ｏｒ−１チＭｏ鋼よりも使用限界温度の高い
ものとして高Ｏｒ系耐熱鋼の９％Ｏｒ　−１％Ｍｏ鋼及
び１２チＯｒ系鋼がるるか、９％Ｏｒ−１１Ｍｏ鋼は２
．２５　％　Ｏｒ　−１４Ｍｏ鋼に較べて高温強度が低
く溶接性が劣る。ま几、１２％Ｏｒ系鋼は高温強度及び
耐酸化性が優れているが、自硬性が大きく、溶接が非常
に困難である。このような自硬性の大きい９％Ｏｒ系鋼
にδ−フェライト相を導入して、溶接性及び高温強度を
改善した９％Ｏｒ系鋼もあるが、厚肉の鋳物あるいは鍛
造品ではフェライト相が大きな結晶粒として存在し、そ
れが靭性を低下させる原因となる。フェライト相の靭性
はもともと悪いが、さらに鋼中に不純物が存在する場＆
には一段と靭性が低下し易い。

本発明は、上記オーステナイト系ステンレス鋼及び低合
金耐熱鋼の不具合がなく、シかも従来の高Ｏｒ系耐熱鋼
の問題点を解消し、■　オーステナイト系ステンレス鋼
よりモ安く、高温割れも少い、 ■　２．２５％０ｒ−１％Ｍｏ鋼よりも耐高温酸化性が
良く、従って、使用限界温度が高い、■　１２チＯｒ系
鋼よりも溶接性が良い、■　９％０ｒ−１チＭＯ＃より
も高温でのクリープ抵抗が高く、従って高温強度が高い
、■　δ−フェライト相を主体とする従来の９−〇ｒ系
鋼とくらべて靭性が高い、 の性質金偏えた高クロム耐熱鋳鍛鋼を提供することを目
的としたものである。

すなわち本発明は、重量％でＣ：　Ｏ，Ｏ１〜［Ｌ１５
％、Ｓｌ：１％以下、Ｍｎ　：　２　％以下、０ｒ＝７
〜１５チ、ＭＯ二０．５〜＆５％を含み、かっＷｂ　：
　０．２チ以下、Ａｔ：α５％以下、Ｔｉ　：　１．５
チ以下、Ｂ：［１０５％以下のうちの少くとも１種全含
み、残部実質的にＦｅからなる高クロム耐熱鋳鍛鋼に関
するものである。

以下、本発明鋼の各成分についてその数値限定理由を説
明する。

Ｏｔｄ　Ｏｒ、　Ｍｏの炭化物として析出し高温でのク
リープ抵抗を強くして高温強度を増大するが、α０１％
未満ではその効果が小さく、０．１５％を越えるとδ〜
フェライトの量が少なくなり、溶接性及び加工性を阻害
するので０．０１〜ａ１５チに限定したが、望ましくは
０．０２〜α１２チが有効である。

Ｓｌは鋳造時の脱酸剤として作用するが、１チを越える
と靭性及び溶接性を阻害するので、１チ以下とした。ま
た、余勺少な過ぎても脱酸効果が得られないので、下限
は０．１％程度とすることが好ましい。

ＭｎもＳ１同様に脱酸剤として作用するが、２チを越え
ると靭性及び溶接性ｔ−阻害するので上限を２係に限定
した。また、余り少な過ぎても上記Ｓ１の場合と同様、
脱酸効果が得られないので、下限は０．１−程度とする
ことが好ましい。

Ｏｒは高温クリープ抵抗を強くシ、耐酸化性を増大させ
て、使用限界温度を高めるのに有効り元素である。本発
明では６００′ｃ以上の耐酸化性を確保するために７％
以上とし、１５％を越えると靭性ならびに溶接性″ｆ、
阻害するので、７チ〜１５チに限定した。

ＭｏＩ／′ｉフェライト基地に固溶してフェライト基地
を強化するとともにＭＯ炭化物を形成、析出して高温ク
リープ抵抗を増し高温強度を増大させる。その効果は、
添加量が増すに従い漸増するがＭＯがａ５％金越えて添
加さ牡ると靭性を害し、また０、５％未満では高温強度
が不足するため、０．５〜ａ５チとしたが、望ましくは
１．５〜ａＯチが高温強度向上及び靭性低下防止の面か
ら有効でめる０ Ｍｌ）はフェライトを安定化させる元素でめり、またＭ
Ｏとともに安定な炭化物を形成させ高温強度を向上させ
るのに有効な元素である。しかし、０．２チを越える含
有量の添加ではδ−フェライト量が多くなり、高温強度
が低下するとともに、靭性の低下が著しくなり、また溶
接割れ金起しやすくなるので、α２チ以下とした。なお
、下限値はフェライトヲ安定化させ、高温強度を向上さ
せる上で、［１Ｌ０１チとすることが望ましい◇Ｔ１は
脱酸剤として有効でアク、フェライト基地へ固溶してフ
ェライト基地を強化すると共にフェライト相を安定化す
る。また、Ｔｉの含有によって鋼の脱酸効果が顕著とな
り、靭性を向上させると共にＦｅと化合して、その化合
物Ｆｅ２Ｔ１を析出し、高温クリープ抵抗を強くして高
温強度を増大するが、ｔｓ％ｖ越えて添加しても効果が
飽和するので、１．５％以下とした。なお、［Ｌ２チ未
満では効果が少なくなるので、好ましくは０．２チ以上
とする。

また、Ｔｉは希土類元素と複合添加することにより、脱
酸効果が顕著となり、靭性を著しく向上させることがで
きる。

Ａｔ１ｄ　Ｔｉ同様にフェライト基地の強化、溶湯の脱
酸剤として有効でおり、０．５％を越えてもその効果が
促進されないので、０．５％以下とした。なお、０．２
％未満では効果が小さくなるので、好ましく　Ｆｉ、　
ｏ、　２％以上とする。

Ｔ１とＡｔは、いずｎか一方でもよく、また両者を混合
して用いることもできる。

Ｂは鋼の高温クリープ抵抗を高める作用があ）、粒界を
強化して特に長時部側の高温クリープ抵抗を高めるが、
Ｑ、０５％を越えて添加すると高温強度が低下し、又経
済的でもないので、１０５％以下とした。また、余り少
な過ぎても高温強度、特にクリープ破断強度の向上効果
が得られないので、下限は０．００１％程度が好ましい
。

以下、実施例を用いて本発明鋼全具体的に説明する。

第１表に本発明鋼と比較鋼の化学成分を示し、第２表に
６鋼のクリープ破断強度とシャルピー衝撃試験結果を示
す。

第１表の符号１から符号１４までが本発明の実施例であ
る。符号１５はＭＯ量が本発明鋼の下限よりも低く、符
号１６はＭＯ員が本発明鋼の上限よりも高い鋼でおる。

また、符号１７Ｆｉ（１２％を越えてＮｔ）が添加され
た鋼でおり、符号１８は■を約０．２チ含み、Ｔｉの量
が上限を越えて添カロされた鋼でるる。さらに符号１９
はＶｖｉ：α２Ｓチ含みかつＡｔがα５％を越えて添加
された鋼、符号２０はＶｔ−０，２５％含みかつＢｄＺ
（ＬＯ５％を越えて添加さｔ’Ｌ７を鋼でおる。

第２表は第１表に示した鋼の６５０℃におけるクリープ
破断強度およびＪ工５Ｚ２２０２の４号試験片（２ｗｍ
Ｖノツチ衝撃試験片）による０℃のシャルピー衝撃値を
示す。

第２表　高温強度および靭性 第１，２表から明らかなように符号１および符号２に示
す９．％０ｒ−２％Ｍｏ鋼および１１％Ｏｒ　−１ｌ　
Ｍｏ鋼の鍛造材は高いクリープ破断強度を有すると同時
に十分なシャルピー衝撃値を示す。また、Ｎｂ’ｉ０．
０１〜２％の範囲で添加した符号６〜７の本発明鋼は高
いクリープ破断強度を有しながら、靭性が一段と改善さ
れる。しかし、Ｎｂをα１１越えて添加した比較鋼１７
の場合には靭性の低下とともにクリープ破断強度の低下
もみられ、Ｎｂ添加量の上限は０．２％が適当であると
考えられる。Ｔｉ、Ａｔは単独あるいは複合して添加す
ることによって、本発明鋼ａ９のように靭性の改善がみ
らｔＬ７？：が、比較鋼１８のようにＴ１添加量が１．
５％越の場合、また比較鋼１９のようにＡｔ添加量がＱ
、５チ越の場合、かえって靭性が低下し、クリープ破断
強度も低下する傾向がみらｎた。また、Ｂを添加した本
発明鋼１０．１３の場合は、特にクリープ破断強度の向
上が著しく改善されたが、比較鋼２０のように、ａｏ５
％’ｌｒ越えて００７％を添加した場合には靭性が大き
く低下し、この点からＢの添加量として上限は０．０５
　％が適当でめると考えられる。

以上説明したように、本発明鋼は従来のクロムモリブテ
ン鋼の鋳鋼エフも、高温強度及び靭性が大きい上に、溶
接性・加工性および高温での耐酸化性が良好で、しかも
オーステナイト系ステンレス鋼よりも安価である。従っ
て、高温高圧下で使用１詐るバルブ、配管、圧力容器。

熱交換器管板等の厚肉の銃鍛鋼として好適である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％でＣ！：０．０１〜α１５％、Ｓｌ：１％以下、
   Ｍｎ　：　２％以下、Ｃｒ８７〜１５％、ＭＯ＝０５〜
   ＆５％を含み、かつＮｂ　：　Ｅｌ　２チ以下、ＡＡ　
   ：　０．５チ以下、Ｔｉ　：　１．５係以下、１３：０
   ．０５％以下のうちの少くとも１種を含み、残部笑質的
   にＦθからなる高クロム耐熱鋳鍛鋼。