JPS6112017B2 - - Google Patents
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- JPS6112017B2 JPS6112017B2 JP15460282A JP15460282A JPS6112017B2 JP S6112017 B2 JPS6112017 B2 JP S6112017B2 JP 15460282 A JP15460282 A JP 15460282A JP 15460282 A JP15460282 A JP 15460282A JP S6112017 B2 JPS6112017 B2 JP S6112017B2
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Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
本発明は高温強度と熱間加工性を改良したMo
系およびCr−Mo系低合金鋼に係わるものであ
る。 Mo系、Cr−Mo系低合金耐熱鋼は、火力発電用
ボイラユニツトや石油精製装置などの高温部材と
して多く用いられている。これまで、これら高温
構造部材に要求される材料特性としては、常温乃
至は高温の引張強さ、耐力あるいはクリープ強
度、クリープ破断強度などの強さがすぐれている
ことが主体であつた。そのため一般的にはNを固
定するAlは添加しないか又は極めて微量に抑え
るのが常識であつた。 所で、強度は構造物にとつて確かに重要な要素
ではあるが、構造物に製造する際の加工性も製造
技術の一環としてまた経済性の見地からも重要な
因子である。特に大型の高温高圧反応容器のよう
に、極厚の鋼板を使用する場合には熱間加工を用
いるケースが多い。一方極厚鋼板は熱処理時の冷
却速度が遅いため、高温強度の確保も難かしい上
に靭性が充分に確保できにくいことから、近年細
粒化による靭性向上を図るためにやむを得ずAl
を添加することも多くなつて来た。しかしながら
Alが過度に含有されると熱間加工性を損うこと
がこれまでよく知れている。 本発明者らはMo鋼、Cr−Mo鋼についてAlの効
果を基礎的に検討したところ、Alはそれ自身で
強度向上に非常に効果のある新事実を見出し、こ
の知見を熱間加工性を損わずに有効に生かすこと
を考えた。そのためにN量に着目し、通常のNレ
ベルにくらべ極度に低いレベルに抑えることによ
り、高温強度と熱間加工性を改良したMo系およ
びCr−Mo系の低合金耐熱鋼を開発することに成
功したものである。 本発明の成分範囲を示せば第1表のごとくな
る。
系およびCr−Mo系低合金鋼に係わるものであ
る。 Mo系、Cr−Mo系低合金耐熱鋼は、火力発電用
ボイラユニツトや石油精製装置などの高温部材と
して多く用いられている。これまで、これら高温
構造部材に要求される材料特性としては、常温乃
至は高温の引張強さ、耐力あるいはクリープ強
度、クリープ破断強度などの強さがすぐれている
ことが主体であつた。そのため一般的にはNを固
定するAlは添加しないか又は極めて微量に抑え
るのが常識であつた。 所で、強度は構造物にとつて確かに重要な要素
ではあるが、構造物に製造する際の加工性も製造
技術の一環としてまた経済性の見地からも重要な
因子である。特に大型の高温高圧反応容器のよう
に、極厚の鋼板を使用する場合には熱間加工を用
いるケースが多い。一方極厚鋼板は熱処理時の冷
却速度が遅いため、高温強度の確保も難かしい上
に靭性が充分に確保できにくいことから、近年細
粒化による靭性向上を図るためにやむを得ずAl
を添加することも多くなつて来た。しかしながら
Alが過度に含有されると熱間加工性を損うこと
がこれまでよく知れている。 本発明者らはMo鋼、Cr−Mo鋼についてAlの効
果を基礎的に検討したところ、Alはそれ自身で
強度向上に非常に効果のある新事実を見出し、こ
の知見を熱間加工性を損わずに有効に生かすこと
を考えた。そのためにN量に着目し、通常のNレ
ベルにくらべ極度に低いレベルに抑えることによ
り、高温強度と熱間加工性を改良したMo系およ
びCr−Mo系の低合金耐熱鋼を開発することに成
功したものである。 本発明の成分範囲を示せば第1表のごとくな
る。
【表】
次に本発明を詳細に説明する。先ず最初に各成
分を上記の如く定めた限定理由について述べる。 Cは強度の保持に必要であるが、溶接性の点か
ら上限を0.23%とした。 Siは脱酸剤として添加されるものであるが、ま
た強度も向上させる元素である。しかし靭性を考
慮して、それを損わない範囲で強度を向上させる
ために上限を1%と定めた。なお、強度靭性の兼
ね合いからは0.1〜0.8%が好ましい。 Mnは脱酸のためのみだけでなく強度保持上も
必要な成分である。上限を1.5%としたのはこれ
を超すと靭性および溶接性の点から好ましくない
からであり、下限は強度確保の点から0.2%とし
た。 Pは、この種の低合金鋼において粒界に偏析し
てクリープ脆化焼もどし脆化を著しく促進する元
素である。上記の脆化は高温で使用中に溶接部に
割れを生じたり、長時間使用後の靭性低下によ
り、圧力テスト時の脆性破壊をもたらしたりする
ため、容器の安全性確保のためには、極力抑制さ
れなくてはならない。そのためにはPの含有量を
0.01%以下に低減することが効果的であるので、
上限を0.01%とした。 Sについても靭性の向上には少ない方がよい
が、現在の製鋼技術から考えて無理のない値とし
て上限を0.01%とした。 Moは固溶体硬化および炭化物析出により、高
温強度を顕著に高める元素であるので耐熱鋼には
不可欠の元素であるが、0.3%未満では効果が少
なく、又1.2%を超すと溶接性、靭性を損うの
で、上限を1.2%、下限を0.3%と定めた。 Niは焼入性を高め、また靭性の向上に効果の
ある元素であるが、0.05%未満では効果がなく、
また0.3%を超すと効果が飽和し経済的に不利と
なるので、上限を0.3%、下限を0.05%とした。 Vは高温強度を顕著に高める元素であるが、
0.005%未満ではほとんど効果がなく、また0.10
%を超すと再熱割れなど溶接性に悪影響が出るの
で、上限を0.10%、下限を0.005%とした。 AlはNとともに本発明の主眼をなすところで
あるが、0.04%以上含有すると、オーステナイト
化温度からの冷却の際に生ずる変態生成物量が増
大し、著しい強度上昇が得られることが分つてい
る。また0.10%を超すと靭性に悪影響が出てくる
ことと、後述するN量との関係でN量を0.004%
未満に抑えたとしても熱間加工性を著るしく阻害
するので、上限を0.10%、下限を0.04%とした。 Nについては、通常の製鋼法においては0.005
〜0.006以上含有されるのが普通であるが、本発
明鋼では上述のAlの高含有量による熱間加工性
の低下を補うためには、0.004%未満に抑えるこ
とが不可欠であるという知見にもとづき上限を
0.004%未満と定めた。しかしAlとN量の関係は
上述の範囲内にあればよいだけでなく、加工性の
点でAlが0.07%を超すとそれに応じてN量を下げ
る必要があり、結局第1図の多角形ABCDEの範
囲内(但しABCは線上を含まず)に抑えること
が必要である。 即ち第1図はC0.21%、Si0.25%、Mn0.82%、
Mo0.54%、Ni0.1%、V0.007%の鋼についてNと
Alの値を種々変更した場合の高温引張り強さ、
靭性、熱間加工性の観点から整理したものであつ
て、この範囲にある鋼は上記特性をいずれも満足
している。 ここでABCDE点はそれぞれ(Al量、N量)で
(0.04、0.004)、(0.07、0.004)、(0.10、0.0025)
、
(0.10、0)、(0.04、0)であり、線分ABはN量
の上限0.004%を示す直線で、これ以上にN量が
高いとAlが0.04〜0.07%と比較的低い領域でも熱
間加工性が悪化する。線分CD、AEはそれぞれAl
量の上下限である。線分BCはAlとN量の関係で
熱間加工性を良好に保つための上限の直線である
が、Al量がある量以上になると、N量を下げる
必要のあることを示している。これは後述する実
施例の実験点を第1図にプロツトしてみれば明ら
かなように、良好な点及び下良な点のプロツトの
中間を境界として定めたものである。 以上本発明鋼の基本成分の限定理由について述
べたが、本発明においてはこれ以外に耐酸化性、
耐水素侵食性を向上させるためにCrを含有させ
ることができる。即ちCrは0.5%未満ではその効
果は十分発揮されず、1.8%以上では靭性、溶接
性を阻害するので上限を1.8%未満、下限を0.5%
とした。 本発明鋼は通常の転炉溶製と真空脱ガス処理、
真空中或いはアルゴン雰囲気下で注入等の処理を
行うことによつて得られるものであり、最近の製
鋼技術で容易に製造できる。 次に本発明鋼の効果を実施例について述べる。 第2表は供試鋼の化学組成、板厚100mmの極厚
鋼板の常温および高温(450℃)の引張り特性、
0℃の衝撃吸収エネルギー、550℃、20Kg/mm2での
クリープ破断試験における破断時間、熱間加工性
を代表する850℃での熱間衝撃試験における絞り
値を示す。 本発明第1項の鋼は焼準、溶接後熱処理(625
℃×4時間)、同第2項の鋼は焼準、焼もどし
(630℃×30分)、溶接後熱処理(675℃×16時間)
を受けている。
分を上記の如く定めた限定理由について述べる。 Cは強度の保持に必要であるが、溶接性の点か
ら上限を0.23%とした。 Siは脱酸剤として添加されるものであるが、ま
た強度も向上させる元素である。しかし靭性を考
慮して、それを損わない範囲で強度を向上させる
ために上限を1%と定めた。なお、強度靭性の兼
ね合いからは0.1〜0.8%が好ましい。 Mnは脱酸のためのみだけでなく強度保持上も
必要な成分である。上限を1.5%としたのはこれ
を超すと靭性および溶接性の点から好ましくない
からであり、下限は強度確保の点から0.2%とし
た。 Pは、この種の低合金鋼において粒界に偏析し
てクリープ脆化焼もどし脆化を著しく促進する元
素である。上記の脆化は高温で使用中に溶接部に
割れを生じたり、長時間使用後の靭性低下によ
り、圧力テスト時の脆性破壊をもたらしたりする
ため、容器の安全性確保のためには、極力抑制さ
れなくてはならない。そのためにはPの含有量を
0.01%以下に低減することが効果的であるので、
上限を0.01%とした。 Sについても靭性の向上には少ない方がよい
が、現在の製鋼技術から考えて無理のない値とし
て上限を0.01%とした。 Moは固溶体硬化および炭化物析出により、高
温強度を顕著に高める元素であるので耐熱鋼には
不可欠の元素であるが、0.3%未満では効果が少
なく、又1.2%を超すと溶接性、靭性を損うの
で、上限を1.2%、下限を0.3%と定めた。 Niは焼入性を高め、また靭性の向上に効果の
ある元素であるが、0.05%未満では効果がなく、
また0.3%を超すと効果が飽和し経済的に不利と
なるので、上限を0.3%、下限を0.05%とした。 Vは高温強度を顕著に高める元素であるが、
0.005%未満ではほとんど効果がなく、また0.10
%を超すと再熱割れなど溶接性に悪影響が出るの
で、上限を0.10%、下限を0.005%とした。 AlはNとともに本発明の主眼をなすところで
あるが、0.04%以上含有すると、オーステナイト
化温度からの冷却の際に生ずる変態生成物量が増
大し、著しい強度上昇が得られることが分つてい
る。また0.10%を超すと靭性に悪影響が出てくる
ことと、後述するN量との関係でN量を0.004%
未満に抑えたとしても熱間加工性を著るしく阻害
するので、上限を0.10%、下限を0.04%とした。 Nについては、通常の製鋼法においては0.005
〜0.006以上含有されるのが普通であるが、本発
明鋼では上述のAlの高含有量による熱間加工性
の低下を補うためには、0.004%未満に抑えるこ
とが不可欠であるという知見にもとづき上限を
0.004%未満と定めた。しかしAlとN量の関係は
上述の範囲内にあればよいだけでなく、加工性の
点でAlが0.07%を超すとそれに応じてN量を下げ
る必要があり、結局第1図の多角形ABCDEの範
囲内(但しABCは線上を含まず)に抑えること
が必要である。 即ち第1図はC0.21%、Si0.25%、Mn0.82%、
Mo0.54%、Ni0.1%、V0.007%の鋼についてNと
Alの値を種々変更した場合の高温引張り強さ、
靭性、熱間加工性の観点から整理したものであつ
て、この範囲にある鋼は上記特性をいずれも満足
している。 ここでABCDE点はそれぞれ(Al量、N量)で
(0.04、0.004)、(0.07、0.004)、(0.10、0.0025)
、
(0.10、0)、(0.04、0)であり、線分ABはN量
の上限0.004%を示す直線で、これ以上にN量が
高いとAlが0.04〜0.07%と比較的低い領域でも熱
間加工性が悪化する。線分CD、AEはそれぞれAl
量の上下限である。線分BCはAlとN量の関係で
熱間加工性を良好に保つための上限の直線である
が、Al量がある量以上になると、N量を下げる
必要のあることを示している。これは後述する実
施例の実験点を第1図にプロツトしてみれば明ら
かなように、良好な点及び下良な点のプロツトの
中間を境界として定めたものである。 以上本発明鋼の基本成分の限定理由について述
べたが、本発明においてはこれ以外に耐酸化性、
耐水素侵食性を向上させるためにCrを含有させ
ることができる。即ちCrは0.5%未満ではその効
果は十分発揮されず、1.8%以上では靭性、溶接
性を阻害するので上限を1.8%未満、下限を0.5%
とした。 本発明鋼は通常の転炉溶製と真空脱ガス処理、
真空中或いはアルゴン雰囲気下で注入等の処理を
行うことによつて得られるものであり、最近の製
鋼技術で容易に製造できる。 次に本発明鋼の効果を実施例について述べる。 第2表は供試鋼の化学組成、板厚100mmの極厚
鋼板の常温および高温(450℃)の引張り特性、
0℃の衝撃吸収エネルギー、550℃、20Kg/mm2での
クリープ破断試験における破断時間、熱間加工性
を代表する850℃での熱間衝撃試験における絞り
値を示す。 本発明第1項の鋼は焼準、溶接後熱処理(625
℃×4時間)、同第2項の鋼は焼準、焼もどし
(630℃×30分)、溶接後熱処理(675℃×16時間)
を受けている。
【表】
【表】
第2表に示すもののうち、D、E、F、I、
K、L鋼は第1項の、Q、S、U、V鋼は第2項
に属する本発明鋼であり、A、B、C、G、H、
J、M鋼は第1項に、N、O、P、R、T鋼は第
2項の鋼に関する比較鋼である。 A鋼は通常のボイラ鋼材である1/2Mo鋼であ
り、Al量が低く抑えられている。又N量も本発
明より高い通常の転炉溶製で得られる中程度の含
有量であつて、板厚が厚いためASTM−A204A
鋼のASME SecDiV1の450℃の許容応力の4倍
である42.8Kg/mm2を満足できな。 C鋼は中程度のN量の鋼に、Al量を0.043%と
高めたものであるが、強度的にAlの効果が認め
られない上に熱間加工性の指数となる熱間衝撃試
験における絞り値から50%以下に低下する。これ
に対してB、D〜F、H〜M鋼はN量を0.004%
以下に低減させたものであるが、B鋼のように
Al量が0.35%と低いとほとんど強度上昇に結びつ
かない。 D、E、F、I鋼はB鋼と比較して分るよう
に、Al量が本発明の範囲にあつて常温強度、高
温強度、クリープ強度の顕著な上昇が認められ
る。その上熱間衝撃引張り試験における絞り値が
50%以上あつて、充分な熱間加工性が確保されて
いる。 これに反してG、H、J鋼は、Al、N量が第
1図の多角形の範囲外にあるため、熱間加工性は
劣化している特にJ鋼のようにAl量が0.10%を超
すとN量が0.0025%と極度に低くても熱間加工性
に難がある。K、L、I鋼はAl量、N量および
その他の成分もすべて本発明の範囲にあつて強
度、靭性、熱間加工性ともにすぐれた鋼である。
M鋼はMoが本発明の上限を超えたものであつ
て、靭性の劣化が著るしいことを示している。 次にO鋼は通常の11/4Cr−1/2Mo鋼であつ
て、Al量は低くN量はやゝ高目に含有されてい
る。このように現用鋼は板厚100mmともなると強
度が低く、ASTM A387−11鋼のASME Section
の許容応力を充たすに足る450℃の引張り強さ
44.6Kg/mm2を満足できない。 N鋼はAlを0.045%高めたものであるが、N量
が0.0065%と高いため、強度に及ぼすAlの効果が
ほとんどなく、その上Al、Nが同時に高いた
め、熱間衝撃引張り試験における絞り値が低く、
熱間加工性が悪い。 P鋼はN量を本発明の範囲内に低下させたもの
であるが、Al量が0.035%と充分に高くないた
め、強度上昇がほとんどない。Q鋼はAl量を
0.045%に高めたものであるが、P鋼にくらべ急
激に強度が上昇し、前述の44.6Kg/mm2を満足する
ようになる。R鋼はAl量とN量の関係が第1図
の多角形の範囲外となるためN量が低くても熱間
加工性に悪影響が出てくる。T鋼はMo量が1.25
%と高すぎるために靭性を著しく損うことが分
る。U、V鋼なAl量、N量およびその他の成分
もすべて本発明の範囲にあつて、強度、靭性、熱
間加工性ともにすぐれた鋼である。 以上要するに本発明鋼は、近年とみに需要が増
大して来た低合金鋼極厚鋼板として、高い常温お
よび高温の強度、靭性、熱間加工性を兼ね備えた
鋼である。
K、L鋼は第1項の、Q、S、U、V鋼は第2項
に属する本発明鋼であり、A、B、C、G、H、
J、M鋼は第1項に、N、O、P、R、T鋼は第
2項の鋼に関する比較鋼である。 A鋼は通常のボイラ鋼材である1/2Mo鋼であ
り、Al量が低く抑えられている。又N量も本発
明より高い通常の転炉溶製で得られる中程度の含
有量であつて、板厚が厚いためASTM−A204A
鋼のASME SecDiV1の450℃の許容応力の4倍
である42.8Kg/mm2を満足できな。 C鋼は中程度のN量の鋼に、Al量を0.043%と
高めたものであるが、強度的にAlの効果が認め
られない上に熱間加工性の指数となる熱間衝撃試
験における絞り値から50%以下に低下する。これ
に対してB、D〜F、H〜M鋼はN量を0.004%
以下に低減させたものであるが、B鋼のように
Al量が0.35%と低いとほとんど強度上昇に結びつ
かない。 D、E、F、I鋼はB鋼と比較して分るよう
に、Al量が本発明の範囲にあつて常温強度、高
温強度、クリープ強度の顕著な上昇が認められ
る。その上熱間衝撃引張り試験における絞り値が
50%以上あつて、充分な熱間加工性が確保されて
いる。 これに反してG、H、J鋼は、Al、N量が第
1図の多角形の範囲外にあるため、熱間加工性は
劣化している特にJ鋼のようにAl量が0.10%を超
すとN量が0.0025%と極度に低くても熱間加工性
に難がある。K、L、I鋼はAl量、N量および
その他の成分もすべて本発明の範囲にあつて強
度、靭性、熱間加工性ともにすぐれた鋼である。
M鋼はMoが本発明の上限を超えたものであつ
て、靭性の劣化が著るしいことを示している。 次にO鋼は通常の11/4Cr−1/2Mo鋼であつ
て、Al量は低くN量はやゝ高目に含有されてい
る。このように現用鋼は板厚100mmともなると強
度が低く、ASTM A387−11鋼のASME Section
の許容応力を充たすに足る450℃の引張り強さ
44.6Kg/mm2を満足できない。 N鋼はAlを0.045%高めたものであるが、N量
が0.0065%と高いため、強度に及ぼすAlの効果が
ほとんどなく、その上Al、Nが同時に高いた
め、熱間衝撃引張り試験における絞り値が低く、
熱間加工性が悪い。 P鋼はN量を本発明の範囲内に低下させたもの
であるが、Al量が0.035%と充分に高くないた
め、強度上昇がほとんどない。Q鋼はAl量を
0.045%に高めたものであるが、P鋼にくらべ急
激に強度が上昇し、前述の44.6Kg/mm2を満足する
ようになる。R鋼はAl量とN量の関係が第1図
の多角形の範囲外となるためN量が低くても熱間
加工性に悪影響が出てくる。T鋼はMo量が1.25
%と高すぎるために靭性を著しく損うことが分
る。U、V鋼なAl量、N量およびその他の成分
もすべて本発明の範囲にあつて、強度、靭性、熱
間加工性ともにすぐれた鋼である。 以上要するに本発明鋼は、近年とみに需要が増
大して来た低合金鋼極厚鋼板として、高い常温お
よび高温の強度、靭性、熱間加工性を兼ね備えた
鋼である。
第1図は本発明におけるAl、N量の適正範囲
を示す図表である。
を示す図表である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 C0.23%以下、Si1.0%以下、Mn0.2〜1.5%、
P0.01%以下、S0.01%以下、Mo0.3〜1.2%、
Ni0.05〜0.30%、V0.005〜0.10%、Al 0.04〜0.10
%、N0.004%未満、かつAlとNの関係が第1図
の多角形ABCDEの範囲内(但しABCは線上を含
まず)にあり、残部Feおよび不純物よりなる熱
間加工性と強度を改良した低合金耐熱鋼。 2 C0.23%以下、Si1.0%以下、Mn0.2〜1.5%以
下、P0.01%以下、S0.01%以下、Mo0.3〜1.2%、
Cr0.5〜1.8%未満、Ni0.05〜0.30%、V0.005〜
0.10%、Al 0.04〜0.10%、N0.004%未満、かつ
AlとNの関係が第1図の多角形ABCDEの範囲内
(但しABCは線上を含まず)にあり、残部Feおよ
び不純物よりなる熱間加工性と強度を改良した低
合金耐熱鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15460282A JPS5943845A (ja) | 1982-09-07 | 1982-09-07 | 熱間加工性と強度を改良した低合金耐熱鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15460282A JPS5943845A (ja) | 1982-09-07 | 1982-09-07 | 熱間加工性と強度を改良した低合金耐熱鋼 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5943845A JPS5943845A (ja) | 1984-03-12 |
JPS6112017B2 true JPS6112017B2 (ja) | 1986-04-05 |
Family
ID=15587765
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15460282A Granted JPS5943845A (ja) | 1982-09-07 | 1982-09-07 | 熱間加工性と強度を改良した低合金耐熱鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5943845A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0788554B2 (ja) * | 1988-12-23 | 1995-09-27 | 日本鋼管株式会社 | 建築用耐火鋼材 |
-
1982
- 1982-09-07 JP JP15460282A patent/JPS5943845A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5943845A (ja) | 1984-03-12 |
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