JPH0365428B2

JPH0365428B2 -

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Publication number: JPH0365428B2
Application number: JP60073302A
Authority: JP
Priority date: 1985-04-06
Filing date: 1985-04-06
Publication date: 1991-10-11
Also published as: EP0199046A1; DE3660770D1; EP0199046B1; JPS61231139A; US4844755A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は高強度フエライト系ボイラー鋼管用鋼
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、靱性のすぐれ
たフエライト系Cr含有ボイラー鋼管用鋼に係わ
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
の点からフエライト系の２1/4Cr−1Mo鋼から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２1/4Cr−1Mo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。こような観点から２1/
４Cr−1Mo鋼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
来材を大巾に上廻る新しい鋼種を開発し、(イ)特公
昭56−34628号公報、(ロ)特開昭59−153865号公報、
或いは(ハ)特願昭59−68377号により提案を行なつ
ている。これらのうち(イ)の鋼はＶ、Nbの適正添
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Siの制限により靱性の向上を図り、
ＶとSiの相関関係を定めて強度と靱性のバランス
を保つた鋼である。また(ハ)の鋼はSiの制限による
靱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つた鋼であ
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頻繁に
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つそうの肉厚減少即ちクリー
プ強度の向上がのぞまれている。一方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Mo量でおきかえて
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）本発明の要旨は下記のとおりである。 (1) 重量％でC0.03〜0.12％、Mn0.1〜1.5％、
Cr8.0〜13.0％、W1.8〜3.0％、Mo0.1〜0.4％、
V0.05〜0.30％、Nb0.02〜0.12％、N0.02〜0.05
％を含有し、Si0.25％以下に制限し、残部はFe
および不可避不純物よりなることを特徴とする
高強度フエライト系ボイラー鋼管用鋼。 (2) 重量％でC0.03〜0.12％、Mn0.1〜1.5％、
Cr8.0〜13.0％、W1.8〜3.0％、Mo0.1〜0.4％、
V0.05〜0.30％、Nb0.02〜0.12％、N0.02〜0.05
％、B0.001超〜0.008％を含有し、Si0.25％以下
に制限し、残部は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エライト系ボイ
ラー鋼管用鋼。本発明鋼の成分範囲は第１表のごとくである。

【表】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。従つ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
が著しく損われる。しかるにＣを0.12％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
の防止が容易に行いうるので上限を0.12％とし
た。また下限についてはＣ量を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％と定めた。 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
すと靱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つて、耐熱
鋼には必らず添加されており、M₂₃C₆、M₆C（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％とし、上限は溶接性及び靱性の点
から13％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％と定めた。また、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に比べて炭化物の微細
化および粗大化抑制の効果が弱い。しかし、
W1.8％以上の範囲においては（Ｗ＋Mo）の相乗
効果があるので本発明に従い同時添加するが、そ
の量が多すぎると溶接性、耐酸化性に悪影響が出
るので上限を0.4％とし、下限は0.1％未満では全
く効果が現れないので、0.1％と定めた。ＶはＷ同様素地に固溶しても析出物として析出
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V₄C₃としての他M₂₃C₆、
M₆C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SUS 347
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％未満では不充分であり、また0.30％を
超すと却つ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）の析出によつて高温強度を高め
るが、また初期の微細な分散析出が後続する
M₂₃C₆、M₆C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
と却つ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はマトリツクスに固溶あるいは窒化物、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0.05％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0.05％、下限を0.02％とした。一方Siは、本来脱酸のために添加される元素で
あるが、材質的には靱性に悪影響のある元素であ
る。そこで靱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
つた。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。又本発明においては、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。まず、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
加によつ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、0.008
％を超すと熱間加工性、溶接性を損うので上限を
0.008％、下限を0.001％超とした。なお溶解の履歴によつて鋼中不純物として0.3
％以下のNi、Coが含有される場合もあるが、本
発明鋼の特性を何ら損うものではない。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。実施例第２表に供試鋼の化学組成、650℃、20Kg／mm²
の応力でのクリープ破断時間、破談伸び、溶接性
を表わすｙ型拘束割れ試験における割れ防止のた
めの予熱温度、600℃、1000時間時効後の衝撃値、
常温の引張り特性を示す。第２表に示すもののうち、No.６、７、９、10鋼
は本発明鋼であり、その他は比較鋼である。No.２
は通常低合金耐熱鋼として使用されている２1/4
Cr−1Mo鋼であり、No.１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。No.３鋼は現在ドイツ
を中心にヨーロツ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、Ｃ
量が本発明鋼にくらべ著しく高いので溶接性、加
工性に難点がある。No.４鋼はＷ量がその下限を切
るものであつて十分なクリープ破断強度が確保で
きない。No.５鋼はＷとMoを同時に含有している
ものであるが、Ｗ量がその下限を切つているため
にMo＋Ｗの相乗効果が何ら表われずにクリープ
破断強度が低い水準にしかない。No.８鋼はMo量
がその上限を超えたものであつて、加熱後の靱性
が激しく低下している。これに対して本発明鋼は既存のフエライト系ボ
イラー鋼管用鋼である比較鋼No.１〜３鋼と比較し
て相当にすぐれており、同一応力レベルではかな
り高い温度で使用できる。また靱性としては既存
のX20CrMoV121鋼（比較鋼No.３）と比較して同
等乃至は高いレベルにあつて事実上全く問題はな
い。なお、No.10鋼は0.27％Ni＋0.15％Coを含有し
ている鋼であるが、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も２
１／４Cr−1Mo鋼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エライト系ボイ
ラー鋼管用鋼にくらべ、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鋼であり、
溶接性、靱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。

【表】

【表】 (注) ○印：比較鋼

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％、Mo0.1〜0.4％、
V0.05〜0.30％、Nb0.02〜0.12％、N0.02〜0.05％
を含有し、Si0.25％以下に制限し、残部は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
フエライト系ボイラー鋼管用鋼。２重量％でC0.03〜0.12％、Mn0.1〜1.5％、
Cr8.0〜13.0％、W1.8〜3.0％、Mo0.1〜0.4％、
V0.05〜0.30％、Nb0.02〜0.12％、N0.02〜0.05
％、B0.001超〜0.008％を含有し、Si0.25％以下に
制限し、残部は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エライト系ボイラー鋼
管用鋼。