JPS627832A - 熱間加工性の優れた高合金鋼 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は熱間加工性の優れた高合金鋼に関するもので、
特に熱交換器材料や高温高圧のがイラーチ島−ノ等に使
用される熱間加工性および高温強度の優れた高合金鋼に
係わるものである。

（従来の技術） 近年エネルギー原料の高騰から省エネルギーが叫ばれ、
その観点からプロセスの高温高圧化が進んでおシ、従来
用いられてき九５ＵＳ３０４，３１６゜３４７．３１０
Ｓ以上に高温強度の高い材料が要求さｎている。一般に
高温強度が高くなると熱間加工性が悪くなり製造が難し
くなる傾向があ）、耐熱鋼の開発においては熱間加工性
の改善が重要な課題である。殊に熱押法によるチ息−プ
の製造においては素材の熱間加工性として高温高速引張
試験で６０％以上の絞シが必要とさｎ、さらに製造に要
する力ロエカの点から絞り６０％以上となる温度域がよ
シ高温側にある方がよいとされている。これに対処する
ために例えば特開昭５９−１８２９５６号公報ではＣＪ
Ｌ　６るいはＣｏを添加し、Ｓ量およびＯ量を制限する
とともに〔（Ｓ％）＋（０％）−０，８Ｘ（Ｃａ％〕−
０，３Ｘ（Ｃ＠％〕〕≦０．００３％に制限することに
よシ熱間加工性を改善することが試みられている。しか
しながら特に低Ｓ鋼でけＣａ　、　Ｃｅ等は多量に添加
すると逆に熱間加工性を害することがあシ、その適度な
添加量についてはよく判らないのが現状である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明者らはかかる実状にかんがみ高合金鋼について種
々検討の結果、熱間加工性の良好な成分系を見いだし本
発明をなしたものでその目的とするところは、熱間加工
性の優れた高合金鋼を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 即ち、高合金鋼において熱間加工性を害するものは主と
して粒界に偏析したＳであることはよく知られている。

そこで本発明者らはＳを安定な硫化物として固定して熱
間加工性を改善することを目的に各種の高合金鋼につき
Ｓ　ｅ　Ｃａ　＋　Ｌａ　ｈ　Ｃ。

含有量を変えて高温高速引張試験により熱間加工性を評
価した。材料の熱間加工性を絞シが６０％となる温度（
以下、Ｔ２Ｏと略す〕で代表させることとすると、Ｃａ
　＊　Ｌａ　ｈ　Ｃｏの含有量によ’）Ｔ６ｏｈかな）
異なるが、その値は鋼中のＳ　＃　Ｃａ　ａ　Ｌａ　ｓ
Ｃ・量の関数火Δ５＝（ｓ％）−０，８Ｘ（Ｃａ％）−
０，２Ｘ（Ｌａ％）−０，２Ｘ（Ｃｅ％）で整理可能で
アシ、−０，００４％≦ΔＳ≦０．００２％で急激に熱
間加工性が改善されることを見いだした。このΔＳは鋼
中に含まれる実質のＳ量を表わしたものでろシ次の様に
導がれる。即ちＣａ　ａ　Ｌａ　＃　ＣｏはそれぞれＣ
ａＳ　＊　Ｌａ５ｒ　Ｃｏｓ　　の形の硫化物を形成す
るが、今添加したＣａ　ａ　Ｌａ　、　Ｃｓがすべて硫
化物を形成すると仮定すると、ＣａｔＬａ　ｒ　Ｃ・と
結びけかないＳの量をΔＳとするとΔ５＝（ｓ％）−”
Ｘ（Ｃａ％〕１”３９　Ｘ（Ｌａ％〕−晶×（′ｃ＠％
）中（８％）−０，８Ｘ（Ｃａ％）−０，２Ｘ（Ｌａ％
）−０，２Ｘ（Ｃｏ％）となる・３２．４０，１３９，
１４０はそｎぞれＳ　＊　Ｃａ　＊Ｌａ　ｅ　Ｃ・の原
子量である。即ちΔＳはＣａ　＊　Ｌａ　。

Ｃ・と結合していないＳの量を表わしたものと言える。

ΔＳが正である場合はＣａ　ｒ　Ｌａ　ｒ　Ｃｅと結合
していないＳが存在することを意味し、逆にΔＳが負で
ある場合はＳを硫化物とするのに必要な量以上のＣａ　
＃　Ｌａ　＊　Ｃｓが含まれていることを意味する。

以上の事を確認する九めに第１表に示す成分のｉ　０　
Ｃｒ　−２５Ｎｌ鋼について鋼塊表面近傍の柱状晶部分
よシ試験片を採取し高温高速引張試験を行なって得られ
たＴ２ＯとΔＳの関係を第１図に示した。

Δｓ＝ｏ近傍、特に−０，００４≦ΔＳ≦０．００２％
の範囲でＴ２Ｏが高く、すなわち熱間加工性が良好とな
っている。このことはＣａ　、　ＬａあるいはＣ・の添
加量はＳと硫化物として丁度結びつくだけの量が熱間加
工性の点からは最適であり、それ以上添加しても逆に熱
間加工性を害するだけであることを意味している。

（発明の構成・作用） 本発明は以上の知見に基づいてなさｎたものでろって、
その要旨とする所は重量％でＣ０，０２〜０．２％、　
Ｓｉ　０．０１〜３％、　Ｍｎ　０．０５〜２％＋Ｃｒ
１６〜３０％、　Ｎｉ　１６〜５０％、Ｔｉ０．０１〜
０．５％、Ｎｂ０．０１〜０．５％、Ｎ０．０２〜０．
４％。

８０．００１〜０．０１％、さらにＭｏ　０．５〜３％
、ＷＯ０１〜６％の一方又は両方をＭｏ　−１−Ｗ　６
％以下、Ｃａ０．００１〜０．０３％、　Ｌａ　０．０
０１〜０．０３％、Ｃｅ０．００１〜０．０３％のうち
１種あるいは２′Ｍ１以上を含有し、かツー０．００４
％≦（（８％）−０Ｊ３Ｘ（Ｃａ％）−０，２Ｘ（Ｌａ
％）−０．２Ｘ（Ｃ＠％）］≦０．００２％の関係を有
し、８０．００３％以下、００．００６％以下に制限し
、残部がＦｓ及び不可避的不純物よシなることを特徴と
する熱間加工性の優れた高合金鋼にある。

以下に本発明の詳細な説明する。

最初に各成分の限定理由を述べる。

まずＣは固溶強化及び炭化物析出強化にょシ高温強度を
増す九めに下限を０．０２％として添加する。一方０．
２％を超えて添加すると初析の炭化物が粒界に著しく析
出して熱間加工性を低下させるためその上限を０．２％
とした。なお好ましくは０．０３〜０．１５％とするの
がよい。

次にＳｉは耐酸化性、耐高温腐食性改善のために下限を
０．０１％として添加する。−万Ｓｔを過剰に添加する
と高温強度及び熱間加工性を低下させるのでその上限を
３％とした。好ましくは０．０２〜０．６％とするのが
よい。

ｔ　ｆｃ　Ｍｎ　ｕ　、ｔ−ステナイト相を安定化させ
るとともに鋼中のＳを固定して熱間加工性を向上させる
ことから下限を０．０５％として添加する。しかしＭｎ
を過剰に添加するとクリーブひずみ速度を増加させて高
温強度を低下させるため上限を２％とした。特に０．１
〜０．９％の範囲が好ましい。

またＣｒは耐高温腐食性改善のために下限を１６％とし
て添加するが、過剰に添加するとσ相が析出して高温強
度が低下するため上限を３０％とした。特に１８．０〜
２５％の範囲が好ましい。

、次にＮｉはσ相析出を防止して高温強度を増加させる
ために下限を１６％として添加する。しかし過剰に添加
しても高温強度への寄与はそれほど大きくならないので
上限を５０％とした。特に２０〜３０％の範囲が好まし
い。

さらＫＴｉは炭窒化物を形成して高温強度を向上させる
とともに鋳造組織を細粒化して熱間加工性を向上させる
ために下限を０．０１％として添加した。しかし過剰に
添加しても溶体化後も未固溶な炭窒化物が増えるのみで
高温強度の向上は少なくかつ熱間加工性も悪化するので
上限を０．５％とした。特に０．０５〜０．２％の範囲
が好ましい。

またＮｂＦｉＴｉとともに炭窒化物を形成して高温強度
を向上させる元素であるので下限を０．０１％として添
加した。しかし過剰に添加しても溶体化後も未固溶な炭
窒化物が増えるのみで高温強度の向上は少ないので上限
を０．５％とした。特に０．１〜０．４％の範囲が好ま
しい。

さらＫＮは窒化物を形成させて高温強度を向上させる元
素であるので下限を０．０２％として添加し念。しかし
過剰に添加すると使用中に窒化物が粗大化して長時間側
で高温強度が急激に低下するので上限を０．４％とした
。特に０．０５〜０．２５％の範囲が好ましい。

次にＢは０．００１％以上の添加にょシ析出物を微細化
して高温強度を向上させるとともに熱間加工性を改善す
るが、０．０１％を超えて添加すると硼化物を形成して
逆に熱間加工性を悪化させる。なお好ましくＦｉｏ、０
０２〜０．００７％とするのがよい。

またＭｏあるいはＷけ固溶強化によシ高温強度を増すた
めに一方又は両方を下限をそれぞれ０．５％。

０、１％として添加する。しかしＭｏ　３％超あるいは
Ｗ６％超あるいけＭｏ　＋Ｗ　６％超を添加するとσ相
が析出しゃすくなり高温強度力よ低下する。

さらにＣａ　、　Ｌａ　＊　Ｃ・は前述のように安定な
硫化物を形成して熱間加工性を改善する効果の著しい元
素であり、Ｃａ＊Ｌａ、Ｃｏのうち１種あるいは２種以
上を０．００１％を下限として添加するが、過剰に添加
すると金属間化合物を析出して熱間加工性を害するので
０．０３％を上限とした。さらにｃ、。

Ｌａ　ｈ　Ｃｅと結合していなｌｎｓ量Δ５＝（Ｓ％）
−０，８（Ｃａ％）−０，２Ｘ（Ｌａ％）　０．２Ｘ（
Ｃｏ１）が−０，００４％≦Δ５＝（ｓ％）−０．８Ｘ
（Ｃａ％）−０，２Ｘ（Ｌａ％）−０，２Ｘ（Ｃｏ１）
５０．００２％の関係を滴たすようにした。ここにΔＳ
はＣａ　ｒ　Ｌａ　ｒＣｏと結合していないＳｉを表わ
しておシ、ΔＳが正でるる場合はＣａ　＊　Ｌａ　ａ　
Ｃｏと結合していないＳが存在することを意味し、逆に
ΔＳが負である場合はＳを硫化物とするのに必要な置板
上のＣａ　、　Ｌａ　ｈＣｌｌｌが含まれていることを
意味する。２０　Ｃｒ　−２５Ｎｌ鋼をＳ　ｓ　Ｃａ　
＊　Ｌａｎｃｅ　ｉｉを変えて溶解し高温高速引張試験
で熱間加工性を評価した実験において絞シロ０％となる
温度Ｔ６０がΔＳ＝０近傍、特に−０，００４≦ΔＳ≦
０．００２％の範囲で高くなった結果に基づき、熱間加
工性が急激に良好となるｉｉ囲としてΔＳを上記の範囲
に限定した。

一方Ｓおよび０はそれぞれ硫化物、酸化物を形成し熱間
加工性を害する事が多く、少ない程望ましいが極低Ｓ、
ｏ鋼の製造は技術的に困難であるのでそれぞれ０．００
３％以下、０．００６％以下に制限した。

本発明の鋼は以上のごとき成分組成を有するものである
が、その製造に際しては通常の電気炉等の手段で溶製し
た後、一般に用いられる連続鋳造等の小段で鋳片或は鋼
塊とし、次いで必要に応じて通常の分塊圧延、機械切削
或は熱処理等の手段で素材の形状或は材質を調整した後
、熱押或は圧延等の手段で所望の形状に成形して、熱交
換器材料や高温高圧のゴイラーチーープ等に使用するも
のである。

以下実施例によシ、本発明の効果をさらに具体的に示す
。

（実施例〕 第２表に示された各種の高合金鋼についてまず真空溶解
法でそれぞれ３００ｋｇの鋼塊を製造し、次いで加熱温
度１２００℃で鍛造して１８０　ｍｍ、径の丸プルーム
とした。さらに１２６０℃Ｘ７ｈｒの均熱処理を施し念
後、機械研削により外径１７０朋、内径３４ｍ１の中空
素管とし、加熱温度１２００℃で熱押を行ない４２．７
１１％肉厚７．９ｎの鋼管ｔ−製造した。第２表に鍛造
、熱押の結果を併記した。比較鋼は鍛造時に割れを生じ
、また割れの生じていない部分から採取して高温高速引
張試験を実施した所絞夛６０％となる温度Ｔ６０も低く
、熱押不可能と判断した。これに対し、本発明鋼は問題
なく鍛造を終了し、さらに鍛造材の高温高速引張試験で
も絞シロ０％となる温度Ｔ６０け充分に高く、熱押可能
であった。このように同表に見らｎるごとく本発明鋼は
比較鋼よシ熱間加工性が優ｎておシ本発明の効果は明瞭
である。

（発明の効果〕 以上の実施例からも明らかなごとく、本発明によれば熱
間加工性の優；ｎ念鋼の提供が可能となシ、産業上の効
果は極めて顕著なものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は２０　Ｃｒ　−２５Ｎｉ鋼について高温高速引
張試験を行なって得られた絞シが６０％となる温度Ｔ６
０とΔ５＝（Ｓ％）−０，８Ｘ（Ｃａ％）−０，２’Ｘ
（Ｌａ％）　０２Ｘ（Ｃｏ％）の関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％でＣ０．０２〜０．２０％、Ｓｉ０．０１〜３％
   、Ｍｎ０．０５〜２％、Ｃｒ１６〜３０％、Ｎｉ１６〜
   ５０％、Ｔｉ０．０１〜０．５％、Ｎｂ０．０１〜０．
   ５％、Ｎ０．０２〜０．４％、Ｂ０．００１〜０．０１
   ％、さらにＭｏ０．５〜３％、Ｗ０．１〜６％の一方又
   は両方をＭｏ＋Ｗ６％以下、Ｃａ０．００１〜０．０３
   ％、Ｌａ０．００１〜０．０３％、Ｃｅ０．００１〜０
   ．０３％のうち１種あるいは２種以上を含有し、かつ−
   ０．００４％≦〔（Ｓ％）−０．８×（Ｃａ％）−０．
   ２×（Ｌａ％）−０．２×（Ｃｅ％）〕≦０．００２％
   の関係を有し、Ｓ０．００３％以下、Ｏ０．００６％以
   下に制限し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなるこ
   とを特徴とする熱間加工性の優れた高合金鋼。