JPS6389644A

JPS6389644A - 高強度フエライト系ボイラ鋼管用鋼

Info

Publication number: JPS6389644A
Application number: JP23599886A
Authority: JP
Inventors: Katsukuni Hashimoto; 橋本　勝邦; Koki Masumoto; 桝本　弘毅; Mizuo Sakakibara; 榊原　瑞夫; Toshio Fujita; 利夫藤田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-10-03
Filing date: 1986-10-03
Publication date: 1988-04-20
Also published as: JPH0454737B2

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）本発明は高強度フェライト系耐熱鋼に関するものであり
、さらに詳しくは高温におけるクリープ特性を改良した
溶接性、靭性のすぐれたフェライト系Ｃｒ含有ボイラ鋼
管用鋼に係わるものである。

（従来の技術）近年、火力発電ボイラにおいては大型化と高温、高圧化
が定着してきたが、５５０℃を超すとその材料を選択す
るに当たり、耐酸化性、高温強度の点からフェライト系
の２　！４Ｃｒ　−Ｉ　Ｍｏｌから１８−８ステンレス
鋼のごときオーステナイト系の高級鋼へと飛躍して使用
されているのが現状である。

しかしながら低合金鋼、ステンレス鋼、超合金と材料が
高級になるに従い、コストが上昇し、ボイラ建造費が高
価につくために、材料上の問題からボイラの効率を高め
るためには圧力を高めた超臨界圧ボイラが使用されてい
る。

ところで２！４Ｃｒ　　ＩＭｏ鋼とオーステナイトステ
ンレス鋼の中間を埋めるための鋼材は過去数十年模索さ
れているがＣｒ量が中間の９Ｃｒ、　　１２Ｃｒ等のボ
イラ鋼管は強度を高めるとその溶接性が悪化するため、
研究はかなり行われたが、ボイラの施工上、作業能率を
著しく低下させるために実用化されにくいのが実情であ
る。このような観点から２％Ｃｒ　　ＩＭｏｗ４とオー
ステナイトステンレス鋼の中間を埋めるクリープ強度を
有する鋼の出現が待ち望まれていた。

本発明者らはこのような事情にかんがみ既に溶接性を向
上させてなおかつクリープ破断強度も従来材を大幅に上
進る新しい鋼種を開発し、（イ）特公昭５６−３４６２
８号公報、（ロ）特開昭５９−１５３８６５号公報、或
いは（ハ）特願昭５９−６８３７７号公報により提案を
行っている。これらの内（イ）の鋼はＶ、Ｎｂの適性添
加により、クリープ破断強度を確保するとともにＣ量を
低目にして溶接性を向上した鋼であり、（ロ）の鋼はさ
らにＳｌの制限により靭性の向上を図り、Ｖとｓｉの相
関関係を定めて強度と靭性のバランスを保った鋼である
。また（ハ）の綱はＳｔの制限による靭性の向上を図る
とともにＢ、Ｎの添加と酸素量の制限によるクリープ強
度の向上を狙った鋼である。これら（イ）〜（ハ）のい
ずれの鋼も６００℃においての長時間使用に耐えるすぐ
れた鋼である。

しかしながら今後蒸気温度の一層の上昇と電力需要の変
動に対応してボイラの起動停止が顧繁に行われることが
予想されており、その際熱応力を軽減するためにもいっ
そうの肉厚減少即ちクリープ強度の向上が望まれている
。

一層クリープ強度の向上にＷ添加が有効なことが特公昭
５８−１７８２０号公報において開示されている。しか
しこの鋼においてはＷの最適な範囲についての提案が行
われているものではない上にＮｂ添加についての配慮も
なされていない。

（発明が解決しようとする問題点）本発明者らは６００℃でのクリープ破断強度を高めると
同時に、その使用をより高温度域で可能にするために融
点が高く、拡散速度の遅いＷを１．８％以上と多量に添
加することが有効であり、またＷの一部をごく少ない範
囲のＭｏｆｉでおきかえても有効であるとの知見を得、
之にもとづいて著しくクリープ破断強度のすぐれた鋼を
開発することに成功したものである。

（問題点を解決するための手段）本発明は以上の問題点を解決するため、次のような鋼を
提供するものである。

即ち、本発明の鋼は重量％でＣ０，０３〜０．１２％。

Ｍｎ　０．１〜１．５％、　Ｃｒ　８．０〜１３．０％
、Ｗ１．８〜３．０％、　Ｖ０．０５〜０．３０％、　
Ｎｂ０．０２〜０．１２％、　Ｎ０．０２〜０．１０％
、　Ｍｏ０．０２％以上０．１％未満を含有し、Ｓｉ０
．０１〜０．２５％に制限し、必要によりＢ　０．００
１％超０．００８％以下含有したことを特徴とする高強
度フェライト系ボイラ鋼管用鋼である。

以下に本発明について詳細に説明する。

先ず本発明鋼に含まれる各成分の限定理由について述べ
るとＣは強度の保持に必要であるが溶接性の点から０．
１２％以下とした。即ち後述するＣｒ量との関係で、こ
の種の鋼は非常に焼入性がよく、溶接熱影響部が著しく
硬化し、溶接時低温割れの原因となる。従って溶接を完
全に行うために、かなり高温の予熱を必要とし、ひいて
は溶接作業性が著しく損なわれる。しかるにＣを０．１
２％以下に保てば溶接熱影響部の最高硬さが低下し、溶
接割れの防止を容易に行ないうるので上限を０．１２％
とした。また下限についてはｃｌを０．０３％未満にす
るとクリープ破断強度の確保が困難になるので下限を０
．０３％とした。

Ｍｎは脱酸のためのみ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の点
から好ましくないからであり、下限は脱酸に必要な最少
量として０．１％と定めた。

Ｃｒは耐酸化性に不可欠の元素であって、耐熱鋼には必
らず添加されており、ＭｔｚＣｈ　９Ｍ６Ｃ（但しＭは
金属元素を指す）の微細析出により高温強度を高めてい
るが、下限はその析出硬化が顕著に認められる８、０％
とし、上限は溶接性及び靭性の点から１３．０％とした
。

Ｗは固溶体強化および炭化物中に固溶して粗大化を抑制
することにより高温強度を顕著に高める元素であり、と
くに６００℃を超えて長時間側の強化に有効である。そ
の量は１．８％を境にして効果が急激に増大するので下
限を１．８％とした。また３％を超えて添加すると溶接
性、耐酸化性を損うので上限を３．０％と定めた。

ＶはＷ同様素地に固溶しても析出物とし１て析出しても
鋼の高温強度を著しく高める元素である。

特に析出の場合にはＶ　ａ　Ｃ：Ｉとしての他Ｍ、、Ｃ
，。

Ｍ２Ｃの一部に置換し、析出物の粗大化の抑制に顕著な
効果を示す、しかし６００℃前後でＳＯ３３４７ステン
レス鋼を超すクリープ破断強度を出すためには０．０５
％未満では不十分であり、また０、３０％を超すと却っ
て強度低下を生ずるので上限を０．３０％、下限を０．
０５％とした。

ＮｂはＮｂ　（ＣＮ）の析出によって高温強度を高める
が、また初期の微細な分散析出が後続するＭ、、Ｃ，。

Ｍ　ｈ　Ｃ等の析出状態を微細にコントロールするため
に長時間クリープ強度にも貢献する。その量は０．０２
％未満では効果がなく　、０．１２％を超すと却って凝
集粗大化を生じて強度を下げるため、上限を０．１２％
、下限を０．０２％とした。

なおＶ＋Ｎｂ量はクリープ強度の観点から０．１５％〜
０．３５％の範囲が好ましい。

Ｎはマトリックスに固溶しあるいは窒化物、炭窒化物と
して析出し、クリープ破断強度を高める元素であるが、
０．０２％未満では急激に強度が低下すること、また０
、１０％を超すと鋳造時にブローホールを発生し健全な
鋼塊ができにくい等の問題を生ずるので上限を０．１０
％、下限を０．０２％とした。

一方Ｓｔは、本来脱酸のために添加される元素であるが
、材質的には靭性に悪影響のある元素である。そこで靭
性におよぼす影響を調べたところ、０．２５％以下に抑
えると加熱脆化の少ないことが分かった。そこでＳｉの
含有量を０．２５％以下に制限するものである。なお好
ましい範囲は０．１０％以下である。

また、下限を０．０１％としたのは、脱酸等が不充分で
これ未満では健全な内質の製品を得ることが出来ないこ
とからこの値に決めた。

ＭｏはＷと同様な効果があり、高温強度を高める効果は
あるが、Ｗにくらべ炭化物の微細化および粗大化抑制効
果が弱い。しかし、Ｗ１．８％以上の範囲において、（
Ｗ＋Ｍｏ）の相乗効果があるので、同時添加する。

第１図は、Ｗ含有量が異なる場合のクリープ破断寿命に
及ぼすＭｏ含有量の影響を示すが、特にＷ含有量の高い
場合の微量Ｍｏ添加の強度向上効果が大きいことが分か
る。しかし、その量が多すぎると、溶接性、耐酸化性に
悪影響が出る。従って、Ｍｏの含有量の上限は、Ｗ含有
量が高い場合に溶接性に実質的な影響の現われはじめる
０、１％未満とした。また、下限はＷ含有量が高い場合
にクリープ破断寿命に効果が現われる０、０２％とした
。

また本発明においては、さらにクリープ強度増大の目的
でＢを含有することができる。Ｂは本来焼入性を著しく
高める元素としてよく知られているが、前述の如く、Ｂ
の微量添加によって著しくクリープ強度が向上する。そ
の量は０．００１％以下ではほとんど効果がなく、０．
ｏｏｓ％を超すと熱間加工性、溶接性を損うので上限を
０．ｏｏｓ％、下限を０．００１％超とした。

なお、溶解の履歴によって鋼中に不純物として０．３％
以下のＮｉ、　Ｃｏが含有される場合があるが、本発明
鋼の特性を何ら損うものではない。

（実施例）次に本発明の効果を実施例についてさらに具体的に述べ
る。

第１表に供試鋼の化学組成、６５０℃、１８ｋｇｆ／ｎ
”の条件でのクリープ破断時間、破断伸び、また溶接性
を表わす斜めＹ形溶接割れ試験における割れ停止温度、
さらには６００℃、　１０００時間時効後の衝撃値、お
よび常温引張特性を示す。

第１表に示すもののうち、Ｆｈ６．Ｔｈ８．ｍｌ　０〜
１１．およびＮ１１６〜２１鋼は本発明鋼であり、その
他は比較鋼である。

比較鋼のうち、隘１鋼は通常低合金耐熱鋼として使用さ
れている２　％Ｃｒ−Ｉ　Ｍｏ鋼であり、魚２鋼は更に
耐高温腐食性を向上させたボイラ熱交換器用合金鋼鋼管
であるがクリープ破断強度が低い。

阻３は現在ドイツを中心にヨーロッパで石炭専焼ボイラ
の過熱器管、再熱器管に使用されている鋼種であるが、
Ｃｌが本発明鋼にくらべて著しく高いので溶接性、加工
性に難点がある。階４鋼はＷ量がその下限を切るもので
あって十分なりリープ破断強度が確保できない。ｍ５．
１ｌｈ７．ｌ１ｈ９鋼はＷｆｆｉは適性範囲内にあるも
のの、Ｍａｉｌが適性範囲の下限を切るものであって、
やはり十分なりリープ破断が確保できない。隘１２綱は
、そのＭｏ量がその適性範囲の上限を超すものであって
、溶接性が悪い。ｌｌ＆１１３ｗ４は、そのＷ量がその
適性範囲の上限を超すものであって、高温長時間使用後
の靭性が著しく低下する。ｋ１４．１１ｋＬ１５綱はそ
れぞれＣ量の下限および上限を超すものであって、クリ
ープ破断強度が低いか、溶接性が悪い。

これに対して、本発明鋼は既存のフェライト系ボイラ鋼
管用鋼である比較ｔＩ４隘１〜３！［と比較して相当に
すぐれており、同一応力レベルではかなり高い温度まで
使用できる。また靭性としては既存のＸ２０ＣｒＭｏＶ
　１２１鋼（比較鋼隘３）と比較して同等であって実質
的に全く問題はない。なお、患１６〜１８綱および患２
１鋼は不純物としてそれぞれ０．２５％Ｎｂ、　０．２
６％Ｃ０．　０．１５％Ｎｉ＋０．１４％Ｃｏおよび０
．１５％Ｎｉ＋０．１６％Ｃｏを含有しているが、他の
発明鋼とくらべて特性上遜色はない。

また、本発明鋼は溶接性の点からは２χＣｒ−ＩＭｏｗ
４に準じたもので極めて使い易い鋼である。

（発明の効果）以上の如く本発明鋼は従来のフェライト系ボイラ鋼管用
鋼にくらべ、装置の高温化、高圧化に対応できる高温強
度の増大を達成した綱であり、溶接性、靭性等実用上の
特性もすぐれており、産業界に貢献するところが極めて
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は６５０℃、１８ｋｇｆ／１ｍ”のクリープ破断
寿命に及ぼすＭｏ含有量の影響を示す図である。第１図Ｎｏ（％）手続補正舎（自発）昭和６２年１月２３日特許庁長官　黒　１）明　雄　殿１、事件の表示昭和６１年特許願第２３５９９８号２、発明の名称高強度フェライト系ボイラ鋼管用鋼３、補正をする者事件との関係　特許出願人東京都千代田区大手町二丁目６番３号（６６５）新日本製鐵株式會社　（他１名）代表者　武
　　１）　　　豊４、代理人〒１００東京都千代田区丸の内二丁目４番１号６、補正の対象

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ０．０３〜０．１２％、Ｍｎ０．１〜
１．５％、Ｃｒ８．０〜１３．０％、Ｗ１．８〜３．０
％、Ｖ０．０５〜０．３０％、Ｎｂ０．０２〜０．１２
％、Ｎ０．０２〜０．１０％、Ｍｏ０．０２％以上０．
１％未満を含有し、Ｓｉ０．０１〜０．２５％に制限し
、残部Ｆｅおよび不可避不純物よりなることを特徴とす
る高強度フェライト系ボイラ鋼管用鋼。
（２）重量％でＣ０．０３〜０．１２％、Ｍｎ０．１〜
１．５％、Ｃｒ８．０〜１３．０％、Ｗ１．８〜３．０
％、Ｖ０．０５〜０．３０％、Ｎｂ０．０２〜０．１２
％、Ｎ０．０２〜０．１０％、Ｂ０．００１％超０．０
０８％以下、Ｍｏ０．０２％以上０．１％未満を含有し
、Ｓｉ０．０１〜０．２５％に制限し、残部Ｆｅおよび
不可避不純物よりなることを特徴とする高強度フェライ
ト系ボイラ鋼管用鋼。