JPH0260749B2 - - Google Patents

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JPH0260749B2
JPH0260749B2 JP57061027A JP6102782A JPH0260749B2 JP H0260749 B2 JPH0260749 B2 JP H0260749B2 JP 57061027 A JP57061027 A JP 57061027A JP 6102782 A JP6102782 A JP 6102782A JP H0260749 B2 JPH0260749 B2 JP H0260749B2
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JP
Japan
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sol
steel
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less
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JP57061027A
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JPS58181849A (ja
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Hiroshi Teranishi
Kunihiko Yoshikawa
Yoshiatsu Sawaragi
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、高温用高クロム鋼、特にNb添加高
クロム鋼に関する。 一般のボイラ用の、または石油化学工業用ある
いは原子力工業用の加熱器管、過熱器管、再熱器
管、あるいは熱交換器管さらには蒸気タービンあ
るいはガスタービンの翼材等にあつては、十分な
耐酸化性とともに所要の高温強さが要求されるた
め、現在、例えば0.2C−0.5Ni−12Cr−1Mo−
0.3V、0.1C−12Cr−1Mo−1W−0.2〜0.3V、
0.05C−9Cr−2Mo−0.3V等の9〜12%Cr耐熱鋼
が使用されている。 しかしながら、従来の高クロム鋼においてはC
系介在物が多く、清浄度は満足すべきものではな
かつた。 したがつて、600℃を越える高温下で使用され
る場合、高温特性、特にクリープ特性において必
ずしも十分なものは得られていなかつた。 ところで、鋼中酸素量を低下させて介在物量を
下げるためには、すでに良く知られているよう
に、Sol.Al量を増加する必要があるが、他方、こ
のSol.Alは高温強度を低下させる傾向があるので
Alの添加量範囲が極めて狭く、したがつて、Sol.
Al増加による清浄度の向上という方法はこれま
で高クロム鋼においては採用されなかつた。 一方、従来から9〜12%Cr鋼で高温強度を高
めるのにNb添加するのは一般的な方法であるが、
いずれの場合にあつてもNbは所要高温強度を得
るために0.15〜0.35%とかなり多量に添加してい
る。 例えば、仏国EM12鋼(0.08C−9Cr−2Mo−
0.3V−0.4Nb)仏国Sokil T1(0.20C−11Cr−
0.75Mo−0.5Ni−0.3V−0.4Nb)などが代表的な
高Nb含有鋼である。 したがつて、多量のNbを完全に固溶させるた
めには、固溶温度を高める必要があり、未固溶の
NbC炭化物が残つた場合には介在物状となり、
靭性あるいは延性の低下を招くことになる。一
方、特開昭53−140217号にあつてはNb0.02〜0.15
%を添加する高温部材用高クロム鋼について開示
しているが、得られる鋼の清浄度、Sol.Al量につ
いては何ら言及することがなく、また、得られる
クリープ強度も600℃、20Kg/mmで高々965hr、さ
らに、650℃、12Kg/mmで高々575hrにすぎない。 ここに、本発明者らは、清浄度が高く高温強度
にすぐれている高クロム鋼を開発すべく、多くの
実験を重ねていたところ、むしろ、従来高温強度
を害するとして抑制されていたSol.Alの存在量を
積極的に0.01〜0.07%にまで高めることにより清
浄度を高めて有害な欠陥の防止を図り、Sol.Alに
よる高温強度の低下はNb添加で補償できるとの
知見を得、さらにNb添加の高温強度に対する寄
与は0.015%以上、0.05%未満の添加で十分であ
り、鋼の清浄度の向上に伴なつて、0.05%未満の
添加でも従来鋼にみられる以上に高温強度が相乗
的に高められることを見い出して本発明を完成し
た。 よつて、本発明の要旨とするところは、C:
0.04〜0.25%、Si:1.0%以下、Mn:0.45〜1.0%、
Cr:8〜13%、Mo:0.5〜3.0%、V:0.2〜0.35
%、Sol.Al:0.01〜0.07%、Nb:0.015%以上、
0.05%未満、更に所望によりNi:1.0%以下およ
び/またはW:0.4〜1.2%、残部不可避的不純物
を含むFeから成る高温用高クロム鋼にあり、Sol.
Al添加量増加とNb添加量の適正化との相乗的効
果を最大限利用し、併わせて他の合金成分組成の
適正化を図り、これによる高温特性の相乗的改善
を意図するものである。 このように、本発明によれば、Sol.Al量を0.01
〜0.07%と大巾に高めることによつて、得られる
鋼の清浄度を著しく向上させるとともに、このよ
うに清浄度が高められたことから予想外にもNb
添加量が0.015%以上、0.05%未満、と少なくと
も十分な高温強度が確保され、さらにはNb添加
量を高めたときにみられる靭性および延性の低下
が阻止できるのである。 本発明における鋼組成の限定理由について以下
詳説する。 Al:鋼の高温強度を確保するため、従来、例え
ばボイラ用高クロム鋼ではSol.Al量を0.01%未
満に制限してきた。例えば、Sol.Alがふえると
クリープ特性の破断時間が短かくなると考えら
れていたからである。しかし、Sol.Alを0.01%
未満に制限すると鋼の脱酸が不十分となり酸化
物系の介在物が増加し鋼質の劣化を招く。Sol.
Alが0.01%未満では酸素量が高くなることとそ
の酸素量のばらつきが大きくなる。 一方、Sol.Al量が0.01%以上、好ましくは
0.02%以上に増加すると酸素量が低減するとと
もにバラツキも減少し鋼質も安定になる。しか
し、Sol.Al量は0.015%以上増加しても鋼中酸
素量はSol.Alが0.01〜0.015%以下の場合ほどに
顕著に減少せず、Sol.Alをさらに0.07%を越え
て過剰に添加しても介在物の点からの効果は小
さくなる。 このように、本発明によれば、9〜12%Cr
鋼の清浄化のためには0.01%Sol.Al未満では不
十分であり、一方0.015%以上のSol.Alでは鋼
中酸素量はほとんど変化がなくまた、0.07%を
越えてもSol.Alが存在すると破断強度が大きく
低下するので、上限は0.07%以下に限定した。 なお、以上のようなSol.Al量と鋼中酸素量と
の関係については12%Cr鋼を例にとつて第1
図にグラフで示す。 Nb:本発明によれば、微量のNb添加より従来鋼
のクリープ破断強度を大巾に向上することがで
きる。とくにSol.Al量を0.07%まで高めても
Sol.Alを含まない従来鋼よりも高温強度が高
い。従つて、本発明における如く、微量Nb添
加を行うことにより、Sol.Al許容添加範囲を拡
げることが可能になり十分な脱酸と介在物の低
減を図ることができる。一方、十分な量のSol.
Alを添加して清浄度を高めた鋼にあつては、
クリープ破断強度はNb量0.015%添加からNb
量0.05未満の添加までで顕著に増加するが以後
0.05%以上添加しても破断強度は余り高くなら
ない。むしろ、0.05%以上になると、固溶化温
度を高める必要があり、コストが増加し、また
靭性が低下する。したがつて、本発明にあつて
はNb添加量を0.015%以上、0.05%未満とする。 C:Cは添加される他の合金元素と炭化物を形成
して所要の強度を得るために0.04%以上を必要
とするが、0.25%を越えて加えると、溶接性が
害されるため本発明では0.04〜0.25%制限す
る。 Si:Siは脱酸剤として、また適正な組織を得るの
に必要な元素であるが、余りに多量に添加する
と靭性を損い、またクリープ強度にも好ましく
ない影響を及ぼすので、1.0%以下とする。 Mn:Mnは熱間加工性を改善し同時に組織を適
正化するのに有効な元素である、0.45%未満で
は十分な効果が得られず、また1.0%を越えて
添加される場合のように添加量が多すぎると硬
い脆化相を形成するので、Mn添加量は0.45〜
1.0%とする。 Cr:Crは本発明鋼において所要の高温特性を得
るうえで最も重要な成分であつて、本発明では
その目的との関連で8〜13%Crに限定する。 Mo:Moはフエライト地に固溶し母相を強化す
るのでクリープ強度を高める元素であるが、
0.5%未満ではその効果がなく、一方、3.0%を
越えると耐酸化性、靭性の点で好ましくない。 V:Vは炭化物として析出して高温強度を高める
が、そのためには0.2%以上の添加を必要とす
るが、一方、0.35%を越えて添加しても、その
効果は飽和してしまい、むしろ溶接性が損なわ
れることから、本発明にあつては0.2〜0.35%
Vに制限する。 Ni:Niは必要に応じ添加されるが、靭性を高め
るのに有効な元素である。しかし添加量が多す
ぎる場合には硬度が著しく高くなり溶接にとも
なう低温割れが生じやすくなる。また、クリー
プ強度の長時間側での強度が低下するのでその
添加量は1.0%以下とした。 W:Wを添加することにより、より高いクリープ
強度が得られるが、これは所望元素である。W
添加の場合、0.4%W未満ではその効果がなく、
一方、1.2%以下で充分な効果が得られ、それ
以上の添加は高価になるのみである。 酸素:鋼中酸素量は介在物の量つまり鋼の清浄度
を決定するが、本発明にあつてはSol.Alを0.01
〜0.07%と多量に存在させるためそのときの酸
素量は0.010%以下となる。 すなわち、本発明の好適態様にあつては鋼中
酸素量を0.010%以下、清浄度を0.2%以下とす
る。 次に、本発明を実施例によつて更に具体的に説
明する。 実施例 第1表に鋼組成を示す各種鋼を容量50Kgの加熱
炉で溶解後、得られた鋳塊を1150〜950℃で鍛造
し、直径18mmの丸棒を得た。この丸棒については
次いで1050℃に1時間加熱後空冷し、さらに750
℃に1時間加熱して空冷した。 なお、鋼種J.K.Oについてはこのような熱処理
に加えて、NbC炭化物を十分固溶せしめるため、
さらに1150℃に1時間加熱後空冷し、次いで750
℃に1時間加熱して空冷した。
【表】 得られた各種供試鋼についてクリープ破断試験
および衝撃試験を行なつた。 第2図には、600℃で15.5Kg/mm2の荷重下にお
ける破断時間についてのクリープ試験の結果をグ
ラフで示す。 試験結果はNb含有量とAl添加量とについてま
とめて示す。 図中、実線のグラフはAl含有量0%レベルの
ものであり、一点鎖線のグラフはAl含有量0.03%
レベルのものであり、そして点線のグラフはAl
含有量0.05%レベルのものである。各記号は第1
表における鋼記号を示す。 なお、700hrのところに示した横点線は従来鋼
のうち最高レベルのものの同様の実験による破断
時間を示す。 第2図からは、いずれのレベルのAl含有量の
場合においてもNb添加により従来鋼と比較して
破断時間は改善されている。一方、従来のように
Nb0.15〜0.35%とNbを多量に加える場合には、
Al添加量の相違による差違は認められず、その
効果も飽和する傾向にある。 第2表に各供試鋼についてのクリープ破断強度
および衝撃値についての試験結果をまとめて示
す。 A、B、C鋼を比較するとNbの増加により衝
撃値が低くなり、Nbの過剰な添加は好ましくな
い。A、B、C鋼にやや少量のAl量を添加した
D、E、F鋼およびG、H、I鋼の衝撃値は高
く、Alは靭性向上に有効であることが分かる。 O鋼のようにAlを0.1%と多量に加えた鋼では
衝撃値は良好であるが高温強度が非常に低くAl
の過剰添加は避けねばならない。 特に第2表の結果から認められることは、Al
添加によつてもNbが共存することによつて高温
強度の低下は起こらず、むしろクリープ破断強度
は従来のものより大きく、かつ衝撃値あるいはク
リープ強度はAl無添加のものを上廻つている。
【表】
【表】 【図面の簡単な説明】
第1図は12%Cr鋼におけるSol.Al量と鋼中酸
素量との関係を示すグラフ、および第2図は、
Sol.Al量とNb添加量とのクリープ破断時間に及
ぼす効果についての実験データを示すグラフであ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C:0.04〜0.25%、Si:1.0%以下、 Mn:0.45〜1.0%、Cr:8〜13%、 Mo:0.5〜3.0%、V:0.2〜0.35%、 Sol.Al:0.01〜0.07%、Nb:0.015%以上、0.05
    %未満、 残部不可避的不純物を含むFe から成る高温用高クロム鋼。 2 Sol.Al含有量が0.02%を超えて0.07%までで
    ある、特許請求の範囲第1項記載の高温用高クロ
    ム鋼。 3 C:0.04〜0.25%、Si:1.0%以下、 Mn:0.45〜1.0%、Cr:8〜13%、 Ni:1.0%以下、Mo:0.5〜3.0%、 V:0.2〜0.35%、Sol.Al:0.01〜0.07%、 Nb:0.015%以上、0.05%未満、 残部不可避的不純物を含むFe から成る高温用高クロム鋼。 4 Sol.Al含有量が0.02%を超えて0.07%までで
    ある、特許請求の範囲第3項記載の高温用高クロ
    ム鋼。 5 C:0.04〜0.25%、Si:1.0%以下 Mn:0.45〜1.0%、Cr:8〜13%、 Ni:1.0%以下、Mo:0.5〜3.0%、 V:0.2〜0.35%、W:0.4〜1.2%、 Sol.Al:0.01〜0.07%、Nb:0.015%以上、0.05
    %未満、 残部不可避的不純物を含むFe から成る高温用高クロム鋼。 6 Sol.Al含有量が0.02%を超えて0.07%までで
    ある、特許請求の範囲第5項記載の高温用高クロ
    ム鋼。
JP6102782A 1982-04-14 1982-04-14 高温用高クロム鋼 Granted JPS58181849A (ja)

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JPS58181849A JPS58181849A (ja) 1983-10-24
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