JPH0125810B2

JPH0125810B2 -

Info

Publication number: JPH0125810B2
Application number: JP59010255A
Authority: JP
Inventors: Manabu Tamura; Yoshito Ihara
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1984-01-25
Filing date: 1984-01-25
Publication date: 1989-05-19
Also published as: JPS60155619A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は靭性に優れた高クロム鋼の製造方法に
関し、特に低温靭性及び耐熱性に優れた高クロム
鋼を製造することができる方法を提供せんとする
ものである。ボイラの過熱器、蒸気管や化学プラント、原子
炉等の高温部に利用される鋼材には、高温強度だ
けでなく、耐食性、靭性、加工性、溶接性等の面
で優れた特性が要求される。特に近年、安全性が
重視され、また省エネルギーの視点から既存プラ
ントを少しでも長く使用しなければならないこと
から、長期間使用しても劣化を生じないような材
料が求められる傾向にあり、また補修時の衝撃荷
重にも耐え得ることが求められること等もあり、
耐熱鋼についても十分な靭性を持つことが必要条
件となつてきた。この種の用途に供される鋼とし
て、オーステナイト鋼、ニツケル基合金、フエラ
イト系ステンレス鋼、２１／４Cr−1Mo鋼、9Cr− 1Mo鋼等が知られているが、これらのうち、オ
ーステナイト鋼は塩化物応力腐食割れ感受性が大
であり、またニツケル基合金は高価であるという
問題がある。またフエライト系ステンレス鋼は概
して強度が低く、脆いという欠点があり、また２
１／４Cr−1Mo鋼もCr含有量の関係から耐酸化性に若干の問題が残されている。このような各種鋼の
中にあつて、9Cr−1Mo系の鋼が高温強度に優れ
しかも耐酸化性も良好であるため注目を集めつつ
ある。この9Cr−1Mo系の鋼には、その組織がフ
エライト−焼戻しマルテンサイトからなる二相鋼
と、焼戻しマルテンサイト一相の鋼があるが、こ
れらの鋼のうち一相系の9Cr−1Mo系の鋼は、概
してＣが0.1〜0.2wt％と高いため溶接性が充分で
ないことが多い。これに対し、より低炭素含有量
の二相系9Cr−1Mo鋼は溶接性は良いが高温強度
が必ずしも十分であるとは言い難い。この欠点を
補うため、同系列の鋼にNb，Ｖさらに必要に応
じてＢを添加し高温強度を改善した9Cr−1Mo−
Ｖ−Nb(B)鋼があるが、靭性が十分でない難点が
ある。このように従来の鋼は、高温における耐酸
化性、高温強度、靭性、溶接性の総てをバランス
良く満足させるというものではなく、いずれかの
特性に弱点を有するものであつた。本発明はこのような事情に鑑み新たに研究開発
されたもので、耐酸化性、高温強度、低温靭性、
溶接性の総てをバランス良く満足させ得る鋼を提
供せんとするものであり、このため本発明は、低
Ｃの9Cr−1Mo−Ｖ−Nb系成分組成を採用する
とともにそのδフエライト量に当該鋼に加える加
工比（主として圧延比）との関係を調整すること
により、高温強度と溶接性を損うことなく靭性を
改善することに成功したものである。すなわち本願第１の発明の基本的特徴は、Ｃ：
0.04〜0.15％、Si：1.0％以下、Mn：1.0％以下、
Cr：５〜12％、Mo及びＷの１種又は２種を合計
で0.5〜2.0％、Ｖ：0.05〜1.5％、Nb（及びこれに
不可避的に随伴するTaの和）：0.03〜0.6％、
Al：0.3％以下、Ｎ：0.1％以下を含有し、残部鉄
及び不可避的不純物からなり、δフエライト量が
１〜50％となるような鋼を、そのδフエライト量
（δ）に応じて下式で示されるＰが0.2以上となる
ように加工するようにしたことにある。Ｐ＝logF−３δ／100 但し、Ｆ：加工比また、本願第２の発明の基本的特徴は、Ｃ：
0.04〜0.15％、Si：1.0％以下、Mn：1.0％以下、
Cr：５〜12％、Mo及びＷの１種又は２種を合計
で0.5〜2.0％、Ｖ：0.05〜1.5％、Nb（及びこれに
不可避的に随伴するTaの和）：0.03〜0.6％、
Al：0.3％以下、Ｎ：0.1％以下、さらにＢ：0.01
％以下、Ni：1.0％以下の１種又は２種を含有し、
残部鉄及び不可避的不純物からなり、δフエライ
ト量が１〜50％となるような鋼を、そのδフエラ
イト量（δ）に応じて上記式で示されるＰが0.2
以上となるように加工するようにしたことにあ
る。以下、本発明の限定理由を説明する。まず、本発明は上記した特定の成分組成を採用
する。Ｃは十分な高温強度を確保するためには
0.04％以上必要であるが、0.15％を超えると溶接
性を害するため好ましくない。このためＣ量は
0.04〜0.15％とする。 Siは脱酸剤として添加されるが、その量が1.0
％を超えると溶接性が害され、このためSi量は
1.0％以下に規制される。 Mnも脱酸剤としてSiとともに添加されるが、
その量が1.0％を超えると加工性と溶接性が劣化
し、このためMn量も1.0％以下に規制される。 Crは高温での耐酸化性を十分に確保するため
５％以上添加することが必要であるが、12％を超
えるとフエライト量が著しく少なくなり靭性を損
なうことになる。したがつてCr量は５〜12％と
する。 MoとＷは高温強度を高めるための必須元素で
あり、それらの１種又は２種を合計で0.5％以上
添加することが必要である。一方、それらの１種
又は２種を合計で2.0％を超えて添加しても、添
加量に見合う高温強度の改善が期待できず、却つ
て経済性を損なうことになる。このためMo、Ｗ
量はその１種又は２種を合計で0.5〜2.0％の範囲
とする。Ｖは高温強度に有効な元素であり、必要な高温
強度を得るために0.05％以上添加される。しかし
1.5％を超えると靭性を著しく害し、したがつて
Ｖ量は0.05〜1.5％とする。 NbはＣとともにクリープ強度に寄与する元素
であるが、上述したＣの範囲に対しては0.03％未
満ではその効果が薄く、このため0.03％以上添加
される。しかし、0.6％を超えると溶接性を著し
く害する。Nbは、これを添加する場合同様の性
質を有するTaを不可避的に随伴するものであり、
このためNb量はTaとの和の総量で0.03〜0.6％と
する。 Alは脱酸剤として添加され、且つ適量の添加
によつて窒素とともにAlNを形成し、これによ
る微細粒化作用によつて靭性を改善する。しかし
その添和量が0.3％を超えるとクリープ強度を低
下させるため好ましくなく、したがつてAl量は
0.3％以下とする。Ｎは強度を高める元素であるが、0.1％を超え
ると靭性を害するとともに、厚板を電子ビーム溶
接等の高エネルギー溶接する場合に気泡を生じや
すく、このためＮ量は0.1％以下とする。Ｂ及びNiは、本願第２の発明において以上の
基本成分に対して１種又は２種添加するものであ
る。このうち、Ｂはクリープ強度を高める元素で
あるが、その量が0.01％を超えると溶接性を害
し、このためＢ量は0.01％以下とする。またNiは適量の添加により靭性を高める効果
があるが、1.0％を超えるような添加は塩化物応
力腐食割れを生じる可能性があるため好ましくな
く、このためNi量は1.0％以下とする。本発明では、上述したような組成条件に加え、
さらに組織中のδフエライト量の規制が加えられ
る。すなわち、溶接性を改善するためには、焼戻
しマルテンサイト一相組織ではなく、δフエライ
ト＋焼戻しマルテンサイトの混合組織が望まし
く、このためδフエライト量は少なくとも１％は
必要である。しかしδフエライトが50％を超える
と所定の靭性を確保するために必要な圧延・鍛錬
比を著しく大きくしなければならず、この結果、
所定寸法の材料を作成するため超大形鋼塊を作成
してこれを加工していくことが必要となり、極め
て不経済なものとなる。このようなことから、本
発明では鋼中δフエライト量が１〜50％の範囲に
限定される。なお、このようなδフエライト量と
しては、所定の熱処理を施した鋼を光学顕微鏡で
検鏡し、帯状又は島状をなしたフエライトの面積
率を求めることによつて得られる値を用いること
が一般的であるが、精度が十分確保されるなら
ば、当該鋼が含有する各元素の含有量から経験式
に基づいて得られる値を用いることもできる。本発明では以上のような組成及び組織上の規制
に加え、さらに圧延等の加工の面でも一定の規制
が加えられる。本発明者等は、上記組成及び組織
上の規制に加え、δフエライト量との関係におい
て圧延等の加工を一定以上の加工比で行うことに
より優れた靭性が得られることを知見したもので
あり、これが本発明の大きな特徴である。すなわ
ち、Ｆを加工比（加工前素材断面積Ａ／製品断面
積Ｂ）とした場合、δフエライト量（δ）との関
係で下式に示されるＰが0.2以上となるような加
工比(F)で加工を行う。Ｐ＝logF−３δ／100 ここで、加工とは圧延、鍛造、押し出し等、鋳
造組織を破壊するいずれの加工でもよく、また熱
間加工、冷間加工の別を問わない。但し、当該加
工は、加工の容易さ等から1250〜1000℃の温度範
囲で行うことが好ましい。加工を行う上で1250℃
を超えて加熱することは炉の寿命を著しく短縮さ
せ、また1000℃未満では変形抵抗が大きくなり過
ぎ好ましくない。また上記加工比Ｆは、前記した
ように加工前素材断面積をＡ、製品の断面積をＢ
とした場合、Ｆ＝Ａ／Ｂで表わされるが、ここで加工前素材断面積Ａは、
一般造塊で製造する場合には、分塊後の半製品の
断面積ではなく鋼塊そのものの断面積を意味し、
また連続鋳造で得たスラブ又はビレツトを使用し
て製造する場合においては、これらスラブ又はビ
レツトの断面積を意味するものである。本発明において一般に採用される熱処理は通常
の焼準−焼戻処理であり、溶製した鋼を、鍛錬・
圧延後950℃以上で焼準し、次いで700℃以上Ac₁
以下の温度で焼戻すものである。〔実施例〕第１表に示す組成の鋼を溶製し、これを圧延
後、焼準−焼戻処理を行い、フルサイズのシヤル
ピ衝撃試験とJISの最高硬さ試験（JISZ3101）を
行つた。その結果を同表に合せて示す。比較材と
しては、商用の焼戻マルテンサイト一相系の２
１／４Cr−1Mo鋼、9Cr−1Mo鋼及びX20CrMoV鋼等を用いた。

【表】

【表】 ○印本発明鋼
＊１ 0℃シヤルピテスト
＊２ JIS Z 3101
同表中のＢ鋼とＤ鋼を比較しても判るように衝
撃試験の結果はδフエライト量が少ないほうが靭
性が優れているが、吸収エネルギー（０℃シヤル
ピテスト）に関しては鋼Ａ〜Ｆをみても判るよう
に圧延比が高くδフエライト量との関係でＰ値が
0.2以上でないと好ましい靭性が得られていない。
第１図は、上記第１表中の供試鋼を含めたいくつ
かの供試鋼のＰ値を０℃シヤルピ吸収エネルギと
の関係を示したものであり、これによればＰ値が
0.2以上で０℃吸収エネルギが５Kg・ｍ以上の優
れた靭性が得られることが判る。一方、靭性に富むという点ではＧ鋼やＨ鋼のよ
うに一相系の鋼も有望であるが、第１表に示すよ
うに二相系の材料に較べて最高硬さ試験に示され
る溶接性には問題が残されている。また鋼たる
２１／４Cr−1Mo鋼は靭性も溶接性も優れているが、クロム量が少なく、耐食性が不十分である。第２図は本発明鋼たるＡ鋼と比較鋼たるＧ鋼
（焼戻しマルテンサイト系の9Cr−1Mo鋼、
STBA26）のクリープ強さ（650℃における）を
比較して示したものであり、これによれば本発明
鋼が優れた高温強度を備えていることが判る。以上述べた本発明によれば、高温強度に優れ、
しかも低温靭性及び溶接性にも優れた高クロム鋼
を製造し得るものであり、ボイラや化学プラン
ト、原子炉用等の鋼材の製造方法として極めて有
用なものであるということができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１表に示す供試鋼等においてＰ値と
シヤルピ吸収エネルギとの関係を示すものであ
る。第２図は第１表におけるＡ鋼とＧ鋼のクリー
プ強さを比較して示すものである。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.04〜0.15％、Si：1.0％以下、Mn：1.0
％以下、Cr：５〜12％、Mo及びＷの１種又は２
種を合計で0.5〜2.0％、Ｖ：0.05〜1.5％、Nb（及
びこれに不可避的に随伴するTaの和）：0.03〜0.6
％、Al：0.3％以下、Ｎ：0.1％以下を含有し、残
部鉄及び不可避的不純物からなり、δフエライト
量が１〜50％となるような鋼を、そのδフエライ
ト量（δ）に応じて下式で示されるＰが0.2以上
となるように加工することを特徴とする靭性に優
れた高クロム鋼の製造方法。Ｐ＝logF−３δ／100 但し、Ｆ：加工比２Ｃ：0.04〜0.15％、Si：1.0％以下、Mn：1.0
％以下、Cr：５〜12％、Mo及びＷの１種又は２
種を合計で0.5〜2.0％、Ｖ：0.05〜1.5％、Nb（及
びこれに不可避的に随伴するTaの和）：0.03〜0.6
％、Al：0.3％以下、Ｎ：0.1％以下、さらにＢ：
0.01％以下、Ni：1.0％以下の１種又は２種を含
有し、残部鉄及び不可避的不純物からなり、δフ
エライト量が１〜50％となるような鋼を、そのδ
フエライト量（δ）に応じて下式で示されるＰが
0.2以上となるように加工することを特徴とする
靭性に優れた高クロム鋼の製造方法。Ｐ＝logF−３δ／100 但し、Ｆ：加工比