JPS628502B2

JPS628502B2 -

Info

Publication number: JPS628502B2
Application number: JP58011327A
Authority: JP
Inventors: Manabu Tamura; Jusuke Minami; Yoshito Ihara
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1983-01-28
Filing date: 1983-01-28
Publication date: 1987-02-23
Also published as: JPS59140352A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は低温での靭性に優れ、かつ高い耐熱
性を有する高クロムフエライト鋼に関する。ボイラの過熱器、再熱器あるいは化学工業や原
子力工業用の熱交換器等に用いる鋼には高温強度
をはじめ、耐食性、靭性、加工性、溶接性等の諸
特性が要求されるが、近年更に低温靭性が要求さ
れてきている。これは耐熱鋼として使用している
うちに次第に脆化が進行する現象や原子炉核融合
炉壁材として使用する際には照射脆化が避けられ
ないこと、更には世間一般に安全性を重視する風
潮が強まつたことなどから耐熱鋼としても十分な
低温靭性が必要条件となつてきているためであ
る。これらの用途に用いられる鋼としては、オース
テナイトステンレス鋼、9Cr−1Mo鋼、２1/4Cr
−1Mo鋼が知られている。これら鋼のうち、オー
ステナイトステンレス鋼は応力腐食割れや価格の
点で問題がある。また２1/4Cr−1Mo鋼は耐酸化
性に問題があり、高い高温強度と耐酸化性を備え
たものとしてより多くのクロムを含有する鋼が注
目されている。上記した9Cr−1Mo鋼はこの系統
の鋼であり、フエライト＋焼戻しマルテンサイト
の二相鋼と焼戻しマルテンサイト一相鋼がある。
二相鋼の代表例として9Cr−1Mo−Ｖ−Nb、9Cr
−2Mo鋼等があるが、いずれも低温での靭性が十
分でない。また一相鋼としては、STBA26（9Cr
−1Mo）鋼があるが高温強度が劣る等、高い耐熱
性と低温靭性とを兼ね備えた鋼はいままでのとこ
ろ提供されていない。本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、
高温での強度が優れ、かつ低温靭性が良好な9Cr
−1Mo鋼を提供しようとするものであり、Nb、
Si、Alの添加含有量を鋼中のＣ、Ｎ量との関係で
調整することにより、高温強度を損なわずに低温
靭性を改善したものである。即ち本発明は、Ｃ：0.05〜0.15％、Si：0.2％以
下、Mn：1.0％以下、Cr：８〜12％、Ｖ：0.05〜
0.3％、Nb：0.03〜0.3％、Mo及び／又はＷ：0.8
〜1.5％、Al：0.005〜0.2％、Ｎ：0.005〜0.030
％、残部鉄及び不可避不純物から成り、かつ上記
Ｃ、Si、Nb、Al、Ｎが、の関係を満たすことを基本的な特徴とするもので
ある。また更に第２発明においては、上記に加えて
Ni：1.0％以下を添加したことを特徴とするもの
である。以下各成分元素の添加量限定理由を述べる。Ｃ：十分な高温強度を有するには0.05％以上の添
加含有が必要である。しかし0.15％を超える過
剰な添加含有は溶接性を損なう。したがつて
0.05〜0.15％の範囲とする。 Cr：高温での耐酸化性の点から８％以上の添加
が必要であるが、12％を超えるとフエライト相
一相となりやすく靭性を損なう。そのため８〜
12％の範囲とする。 Mo、Ｗ：Moは高温強度の改善に有効な元素であ
るが、0.8％末満では高温強度の改善に有効で
なく、また1.5％を超えると高価となり経済的
でない上高温強度も飽和する。したがつて0.8
〜1.5％の添加含有範囲とする。ＷはMoと同じ効果を示すので、Mo1部又は
全部を同量のＷで置換することが可能である。Ｖ：Ｖは高温クリープ強度に有効な元素である
が、0.05％未満ではクリープ強断強度の改善に
効果がなく、また0.3％を超えると靭性を低下
させる。そのため0.05〜0.3％の範囲とする。 Mn：脱酸、脱硫剤として添加されるが、1.0％を
超える過剰添加含有は冷間加工性を損なう。し
たがつて1.0％を上限とする。 Nb：高温クリープ強度、粒の微細化に有効な元
素であるが、0.03％末満では効果は明瞭でな
く、0.3％を超える添加含有では溶接性を損な
う。そのため0.03〜0.3％の範囲とする。 Si：脱酸剤として添加されるが、0.2％を超えて
含有させると後述するように低温靭性を低下さ
せるため、0.2％以下とする。 Al：靭性の改善に有効な元素であるが、0.005％
末満ではその効果が明瞭でなく、また0.2％を
超えると高温クリープ強度を損なうため、含有
範囲を0.005〜0.2％とする。Ｎ：粒の微細化を図るために0.005％以上必要で
あり、かつ十分な溶接性、加工性を確保するた
めにその範囲を0.005〜0.030％とする。なお、Ｎは低温靭性を低下させるが、通常の耐
熱鋼ではSiが0.3〜0.5％含有されているため、こ
のSi含有による低温靭性の劣化のためにＮの影響
は不明確となる。しかし本発明においては上記したように、Siを
0.2％以下としているためＮによる低温靭性への
影響は無視できない。そこで本発明においては下
記するように更にこのＮとＣ、Al、Nb、Siとの
関係を厳密に限定している。即ち本発明者らの知見によれば、Ｎ、Al、Si、
Nb、Ｃの各元素下記Ｐ値が２Ｐ４の関係を
満たすことが必要であり、この範囲外では十分な
低温靭性を示さない。第１図にこのＰ値と破面遷移温度（vTrs）と
の関係を示す。このグラフからわかるようにＰ値
が２〜４の範囲で最も良好な低温靭性を示す。ま
たSi＞0.2％の場合にはＰ値＝３で最も良い低温
靭性を示しているが、本発明鋼のようにこのＰ値
と低温靭性との関係は顕著ではない。これは上記
したようにSi＞0.2％鋼の場合、Siによる低温靭
性への影響が大きく表われるからである。以上の元素に加えてNiを添加含有させると更
に靭性が改善される。但し過剰の添加含有は塩化
物の応力腐食割れを起こしやすく、フエライト鋼
としての利点を失うのでその上限を1.0％とす
る。なお本発明において耐熱鋼の熱処理は特に限定
されるものではないが、950℃以上の温度で焼準
し、次いで700℃以上AC₁以下で焼戻しする焼準
−焼戻処理が推奨される。このようにして得られた本発明の耐熱鋼は焼戻
しマルテンサイトを主体とした組織を呈し、場合
によつては若干のδフエライトを含む好ましい顕
微鏡組織を呈するところとなる。次に実施例を示す。下掲表に1100℃焼準、800℃焼戻しを施した本
発明鋼の組成と、その破面遷移温度（vTrs）を
示す。本発明鋼はいずれもマルテンサイト一相を主体
とし、フエライトを若干含む場合もその量は８％
未満である。そして、破面遷移温度はいずれも−
60℃のvTrsであり優れた低温靭性を示している
ことがわかる。またNiを0.3％添加含有させた鋼５はＰ値が鋼
５より大きい鋼８及び鋼５より小さい鋼１よりも
優れた低温靭性を示しており、Niの添加によつ
て靭性向上の効果が一層強められていることがわ
かる。第２図は本発明鋼のクリープ破断強度を示すも
ので、STBA26に比べて高い強度を有しているこ
とがわかる。

【表】

【表】なお本発明鋼の用途としてはボイラ蒸発管、過
熱器管、再熱管、主蒸気管、増殖炉燃料被覆管、
ラツパ管、中間熱交換器、蒸気発生器、過熱器、
核融合炉第一壁等が考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は破面遷移温度とＰ値との関係を示すグ
ラフ、第２図は本発明鋼のクリープ破断強度を示
すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.05〜0.15％、Si：0.2％以下、Mn：1.0
％以下、Cr：８〜12％、Ｖ：0.05〜0.3％、Nb：
0.03〜0.3％、Mo及び／又はＷ：0.8〜1.5％、
Al：0.005〜0.2％、Ｎ：0.005〜0.030％、残部鉄
及び不可避不純物から成り、かつ上記Ｃ、Si、
Nb、Al、Ｎが、の関係を満たすことを特徴とする靭性の優れた耐
熱高クロム鋼。２Ｃ：0.05〜0.15％、Si：0.2％以下、Mn：1.0
％以下、Cr：８〜12％、Ｖ：0.05〜0.3％、Nb：
0.03〜0.3％、Mo及び／又はＷ：0.8〜1.5％、
Al：0.005〜0.2％、Ｎ：0.005〜0.030％、Ni：1.0
％以下、残部鉄及び不可避不純物から成り、かつ
上記Ｃ、Si、Nb、Al、Ｎが、の関係を満たすことを特徴とする靭性の優れた耐
熱高クロム鋼。