JPH01319629A - 靭性の優れたCr−Mo鋼板の製造方法 - Google Patents

靭性の優れたCr−Mo鋼板の製造方法

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JPH01319629A
JPH01319629A JP63150224A JP15022488A JPH01319629A JP H01319629 A JPH01319629 A JP H01319629A JP 63150224 A JP63150224 A JP 63150224A JP 15022488 A JP15022488 A JP 15022488A JP H01319629 A JPH01319629 A JP H01319629A
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    • C21D8/00Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
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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、石油精製、石油化学等の化学プラントあるい
は火力、原子力等の発電プラント等の高温機器に用いら
れるCr−Mo鋼の製造方法に関するものである。
[従来の技術] 化学反応容器等のプラントにおいては、要求特性に応し
て0.5〜1%Moの他、O〜2.596 Crを含有
するCr−Mo鋼か用いられる。特に、2.25Cr 
−IMo鋼は優れた高温特性により、使用条件の厳しい
用途に好んで使用される。
近年石油精製ブラント等の操業効率の向上あるいは石炭
液化プラント用としてVあるいはNbを含有するCr−
Mo鋼か開発されている。石炭ltl化ブラント用に対
(7てはCr含有量を3%以上まで増量した鋼も検討さ
れている。
さらにCr含有量の高い7〜13%Cr鋼は発電プラン
ト等の使用温度条件の厳しい機器に、比較的古くより使
用されている。また近年高速増殖炉の蒸気発生器用構造
利料として、■あるいはNbを含有する高Cr鋼が注1
」されている。
これらのCr−Mo鋼は高温で用いられ、優れた高温強
度か要求されているか、耐圧試験における安全性確保の
観点から優れた低温靭性も必要である。
化学反応容器用等に用いられるCr−Mo鋼は、従来圧
延後所定の温度(通常930’C)に加熱して焼ならし
あるいは焼入れを実施した後、焼もとじを施して使用さ
れる事が多い。プラントの操業条件の高温高圧化により
鋼材の高強度化か要望され、Cr含有量の増加あるいは
特開昭80−238452号公報に示されるようにV、
Nb等の元素を添加し、高温強度を向上する努力かなさ
れている。
しかし、合金元素の有効利用に不可欠な高温での焼なら
しあるいは焼入れは、オーステナイト結晶粒の粗大化を
招き、低温靭性を低下させる。このように、高温強度と
低温靭性は二律背反の結果となり、両立は難しい。
[発明が解決しようとする課題] 化学反応容器は高温で使用され、高温での引張強度、ク
リープ強度か必要である。この他、化学反応容器には定
期的な耐圧試験か義務つけられており、使用素)イに対
して優れた低温靭性も要求される。また、一般にCt・
−Mo鋼は高温での使用中に靭性か徐々に低下するため
、使用初期の靭性値か優れている提供用期間を長くする
ことかできる。
本発明は、高温特性を改善するための高温での焼ならし
あるいは焼入れにおいても、細粒のオーステナイトを維
持し、焼もどし後の低温靭性か優れたCr−Mo鋼を製
造する方法を提供することを目的としている。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは、Cr−Mo鋼の焼入れ焼もどし材での低
温靭性に決定的な影響を及ぼすオーステナイト粒度を、
高温の焼ならしあるいは焼入れにおいても細粒に維持す
る方法を種々検討した。
その結果焼入れ処理での条件を制御するのみては目的を
達成することが難しく、圧延終了温度との刊合せにより
初めて、高温での焼ならしあるいは焼入れにおいて細粒
オーステナイト粒を維持できることを見出した。
本発明は前記の知見に基づいてなされたものであり、そ
の要旨は、重量%にて、C: 0.03〜0.17%、
S i  : 0.02−0.5%、Mn : 0.1
〜3.0%、Cr : 0.5〜13%、Mo +W:
 0J−3,0%、VO103〜0.5%、Nb:O,
O1〜0.2%、AΩ :r、    − 0.003〜0405%、N・0.旧%以下、P : 
0.02%以下、S : 0.02%以下を基本成分と
し、必要により、B・0.0002〜0005%を単独
で、又はTi :0.005〜(]05%と糾合わせて
含有し、残Fe及び不可避不純物からなる鋼を1100
〜1280℃に加熱した後圧延し、圧延化上げ温度(T
f)から求められる昇温速度(HR)の範囲、 (1700−Tf ) /300≧ log(H)≧(1,400−Tf) /300で昇温
した後、焼ならし焼もどしあるいは焼入れ焼もとじを実
施することを特徴とする靭性の優れたCr−Mo鋼板の
製造方法である。
[作  用] 以下本発明についてさらに詳細に説明する。
Cは常温および高温の強度を高めるのに有効な元素であ
り、化学反応容器用鋼として要求される強度レベルから
、少なくても003%を必要とする。
C量の増加とともに、鋼材の靭性か低下し、溶接性も悪
くなるため、上限を017%とする。
Slは脱酸および強度上昇のため002%以上添加する
が、添加量が多いと靭性を低ドするため一1限を05%
とする。
MnはSを固定し、強度を高めるのに有効な元素である
が、添加量が多いと変態点が低下しすぎ、焼ならし、焼
入れで残留オーステナイト量か多くなるため0.1〜3
,0%とする。
Pは鋼中でミクロ偏析し靭性の方向差を著(7くするば
かりでなく、焼もとし時および溶接後熱処理時に粒界に
偏析し靭性を低下さぜる元素であるため、減少させるこ
とか望ましいので、上限を0.02%とする。
Sは鋼中で非金属介在物MnSを形成し、靭性の方向差
を大きくし、且つンヤルピー試験での」二部側エネルギ
ーを低下させるため、」1限を0.02%とする。
Crは焼入れ性を増すとともに、焼もとしおよび溶接後
熱処理で炭窒化物を析出し、高温強度を向上させる。ま
たCrは炭窒化物を安定化し、鋼の耐水素侵食性を向上
させるため、0,5%以」−添加する。しかし、13%
超の添加は化学反応容器用鋼とし2ては不必要なため、
」1限を13%とする。
MoおよびWは高温強度、特にクリープ破断強度を増す
ために添加する。[7かし、単独又は合口で03%未満
の添加では効果か顕著でなく、3.0%超では効果が飽
和するため、添加量を03〜3.0%とする。
■はそれ自体炭窒化物を形成し、強度を上昇するととも
に、Crの炭窒化物に固溶し、Cr炭窒化物をさらに安
定化する効果がある。しかし、003%未満の添加では
効果か十分てなく、0.5%超では効果か飽和し添加量
に応じた効果か得られないため、添加量を0.03〜0
.5%とする。
Nbは加熱冷却の熱履歴の間に安定な炭窒化物を形成し
7、鋼の高温強度を向上させる効果を有する元素である
。また、圧延により加工誘起析出し、結晶粒界の移動を
妨げ、[If結晶粒の粗大化を阻止する。このため、0
旧%以上を添加するが、02%超では添加量に見合った
効果が得られないため、経済的に0.2%以下に抑制す
る。
八ρは鋼の脱酸に不可欠な元素であり、このI]的から
下限を0.003%とする。しかし、へρ添加量か高く
なるとクリープ破断強度を害するため添加の」1限を0
.05%とする。
NはCと同様、鋼の強度を上昇させるか、通常の溶製方
法では0.08%以」二の添加て鋼塊内に気孔を形成す
る。気孔か圧延によっても未圧着であると、圧延および
靭性を低下させるため、上限を0.08%とする。
Bは微量添加で焼入れ性を上昇させる元素であり、焼入
れ性を必要とする場合に添加する。焼入れ向上効果は0
.0002%から認められるか、0.0050%超に増
量する意味はない。このため、添加量を0.0002〜
0.005%とする。
TiはNと結合し、Bが焼入れ性向上に無効なりNとな
るのを妨げる効果を有する。このため、0.005%以
−にのT1をBとともに添加することかできる。しかし
、鋼中の窒素量か高ずぎると、TiNが多量に形成され
清浄度を害するため、B添加効果を利用する場合にはN
量をO44%以下に規制するため、Ti添加量は0.0
5%以下で十分である。
次に圧延条件について述べる。
前記のような化学成分を有する鋼は転炉、電気炉て溶製
した後、必要に応じて取鍋精錬や真空脱カス処理を施し
て得られ、通常鋳型あるいは一方向凝固鋳型で造塊した
後、分塊てスラブとされる。
スラブは連続鋳造法により溶鋼から直接製造しても良い
。分塊での均熱・圧−トはいかなるものであっても構わ
ない。即ち、スラブを冷却した後均熱してもよく、分塊
のまま熱片で均熱炉に装入しCも良い。1100〜12
80℃て均熱の後、圧延または鍛造によりスラブとする
。スラブ厚は製品板厚の1.3〜2.5倍程度か好まし
い。
スラブは鋼に含有されるN 1.1および■の一部ある
いは全部か固溶する温度で加熱されることが不可欠であ
る。したかって、スラブ加熱温度を1100℃以」二と
する。しかし、スラブ加熱温度が高すぎると組織か粗大
化しすき、圧延によっても微細化されにくくなるため、
上限を1280℃とする。
加熱されたスラブは複数パスの圧下により圧延される。
圧下量が多くかつ圧延終了温度か低い程オーステナイト
粒は微細化され、あるいは伸長粒での短径寸法が小さく
なる。圧下量即ちスラブ厚と製品厚の比は2以上が好ま
しい。圧延終了温度が低い程、組織が細分化されるか、
低温となる程度形抵抗が大きく圧延機の負担が大きくな
るため、工業的には700℃以上が好ましい。
圧延された鋼板は冷却され表面手入れの後、焼ならしあ
るいは焼入れのための加熱を行う。加熱温度すなわち焼
入れ温度が高温はとCr、Mo。
Nb、V等の添加元素が固溶され、高温強度の向上に有
効に作用する。しかし、通常の焼ならしあるいは焼入れ
の温度より50℃高い980℃でも、オーステナイ)・
粒は粗大化し、焼戻し後には良好な靭性か得られない場
合がある。
しかし、圧延終了温度と昇温速度に関する系統的な試験
の結果、圧延終了温度に応じた昇温速度範囲で加熱する
ならば、980℃においても粗粒が発生せず、均一な微
細粒を得ることが出来ることか分かった。
014%C−0,25%5t−0,45%Mn  −0
,008%P −0,005%S−2.58%Cr−1
.07%Mo−0,23%V −0,039%Nb  
−0,007%Al −0008%N鋼についての結果
を第1図および第2図に示す。
第1図に示すように、高温焼入れ(980’C)で細粒
を得るためには、最適昇温速度範囲が存在する。
第2図に示すように、」1記の最適昇温速度(HR)の
範囲は、圧延終了温度(T、)により変化し、 (1,70(1〜Tf) /300≧ l og (HR)≧(1400−Tf) /300で
表される。すなわち、圧延終了温度が低い程、昇温速度
を大きくする必要かあることが明らかである。
第3図に、第2図の圧延終了温度(900’C)の場合
につき、焼ならし加熱での昇温速度に対する、焼もどし
く690’CX 30時間)後のシャルピー遷移温度の
関係を示している。−40℃以下の優れた破面遷移温度
は第1図の細粒域と全く一致しており、本発明の靭性改
善効果は明らかである。
焼入れあるいは焼ならしの後、焼もどしを行ない各種プ
ラントの製作に供せられる。焼もどし条件は特に制限さ
れず、従来の温度範囲(650〜b[実 施 例コ 第1表に示す化学成分を有する鋼を第2表に示す条件で
圧延および熱処理した。表中の条件で焼もどし後、オー
ステナイト粒径を測定するとともに、引張試験およびシ
ャルピー試験を行ない、引張強さおよびシャルピー破面
遷移温度を求めた。
結果を第2表中に示している。
第2表に示すようにQ印で示される本発明による場合、
980℃以上の高温焼入れ加熱においても均一かつ微細
なオーステナイト粒か得られており、焼もどし後の引張
強さおよび靭性(破面遷移温度)とも良好である。
これに対し×て示す比較例は、何れも圧延仕上温度から
求められる昇温速度の範囲を外すれているため、γ粒度
か細粒にならず靭性レベルか低いものとなっている。
[発明の効果] 本方法により製造したCr−Mo鋼板は、繰り返し焼入
れ等の煩雑な工程を経なくても、微細なオーステナイト
粒か得られ、高温焼入れにより高強度化されるにもかか
わらず、通常の焼入れ温度から焼入れだ場合と同等の優
れた靭性が得られる。
優れた高温強度と良好な低温靭性の要求される化学プラ
ントあるいは発電ブランI・用銅として極めて有用なも
のであり、工業的価値が高い。
【図面の簡単な説明】
第1図は昇温速度と焼ならし後のγ粒の関係を表す図面
、第2図は焼ならしで細粒子を得るための圧延終了温度
と昇温速度の絹合せを示す図面、第3図は焼ならしての
昇温速度とシャルピー破面遷移温度の関係を示す図面で
ある。 代 理 人  弁理士  茶野木 立 夫昇溢速崖 C
’C/h ) 昇邊し車)I  (’Cy勢ジ −209=

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、重量%にて、 C:0.03〜0.17%、Si:0.02〜0.5%
    、Mn:0.1〜3.0%、Cr:0.5〜13%、M
    o+W:0.3〜3.0%、 V:0.03〜0.5%、Nb:0.01〜0.2%、
    Al:0.003〜0.05%、N:0.01%以下、
    P:0.02%以下、S:0.02%以下 残Fe及び不可避不純物からなる鋼を1100〜128
    0℃に加熱した後圧延し、圧延仕上げ温度(T_f)か
    ら求められる昇温速度(H_R)の範囲、(1700−
    T_f)/300≧ log(H_R)≧(1400−T_f)/300で昇
    温した後、焼ならし焼もどしあるいは焼入れ焼もどしを
    実施することを特徴とする靭性の優れたCr−Mo鋼板
    の製造方法。 2、重量%にて、 C:0.03〜0.17%、Si:0.02〜0.5%
    、Mn:0.1〜3.0%、 Cr:0.5〜13%、
    Mo+W:0.3〜3.0%、 V:0.03〜0.5%、Nb:0.01〜0.2%、
    Al:0.003〜0.05%、N:0.01%以下、
    P:0.02%以下、S:0.02%以下 を基本成分とし、さらに、B:0.0002〜0.00
    5%を単独で、又はTi:0.005〜0.05%と組
    合わせて含有し、残Fe及び不可避不純物からなる鋼を
    用いることを特徴とする請求項1に記載する靭性の優れ
    たCr−Mo鋼板の製造方法。
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