JPH04371551A - ボイラ用鋼管用高強度フェライト系耐熱鋼 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温クリープ特性と常
温靱性のすぐれた高強度フェライト系耐熱鋼に関し、さ
らに詳しくはボイラ用鋼管用鋼などに係わるものである
。

【０００２】

【従来の技術】最近、熱効率を向上させる観点から、火
力発電においては蒸気条件の高温高圧化が進められ、現
行の５３８℃／２４６ｋｇｆ／ｃｍ２から５９３℃／３
１６ｋｇｆ／ｃｍ２　、さらには６５０℃／３５０ｋｇ
ｆ／ｃｍ２　、といういわゆる超々臨界圧条件に引き上
げようとしている。このような動向にともない、ボイラ
管などの材料選択にあたっては耐酸化性と高温強度の観
点から現在使われている２・１／４Ｃｒ−Ｍｏ鋼は適用
できなくなる。一方、１８−８オーステナイト系耐熱鋼
の適用が考えられるが、コストアップなどの問題がある
。したがって、この二者の間に位置する高強度高靱性の
フェライト系耐熱鋼の開発が望まれている。

【０００３】他方、このような用途にこれまで９Ｃｒ−
１Ｍｏ鋼及び９Ｃｒ−２Ｍｏ鋼などの高クロムフェライ
ト系耐熱鋼も用いられてきたが、これらは何れも上記の
蒸気条件ではクリープ破断強度が不足するので適用でき
ない。なお、其他の関連技術として、特開昭６２−２９
７４３５号、特開昭６２−２９７４３６号、特開昭６３
−８９６４４号の各公報などに記載のものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のような事情を踏
まえて、本発明は超々臨界圧ボイラなどの素材として使
用できるような高強度、高靱性を有するフェライト系耐
熱鋼を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の目的を達
成するために、合金成分の最適化をはかり、ＭｏとＷの
添加量を適正化すると同時に、Ｃｏ及びＢの積極的な利
用などにより、高温強度と常温靱性のすぐれた高強度フ
ェライト系耐熱鋼を提供するものである。すなわち、本
発明の要旨とするところは、下記のとおりである。

【０００６】重量％で Ｃ：０．０５〜０．１５％　未満 Ｓｉ：０．２０以下 Ｍｎ：０．０５〜１．５０％ Ｃｒ：８．００〜１３．００％ Ｎｉ：０．０１〜１．５０％ Ｍｏ：０．５０％超〜１．５０％ Ｗ：１．００％超〜４．００％ Ｖ：０．０５〜０．４０％ Ｎｂ：０．０２〜０．１５％ Ｃｏ：１．００〜５．００％ Ａｌ：０．００２〜０．０５０％ Ｂ：０．００１０〜０．０３００％ Ｎ：０．０１〜０．１１％ を含有し、残部がＦｅ及び不可避の不純物よりなり、す
ぐれた高温強度と十分な常温靱性を有する高強度フェラ
イト系耐熱鋼。

【０００７】

【作用】以下、本発明の各成分の限定理由について説明
する。Ｃは主にＭＣ（Ｍは合金元素を指す、以下も同じ
）及びＭ２３Ｃ６　型の炭化物として析出し、強度及び
靱性に大きな影響を有する。０．０５％未満では析出量
が少なく、強化に不十分であり、０．１５％以上では靱
性が低下するとともに、炭化物の凝集粗大化が促進され
、高温長時間側のクリープ破断強度を低下させるので、
０．０５〜０．１５％未満に限定する。

【０００８】Ｓｉは強度への影響がすくないが、靱性を
悪化させるので、０．２０％以下に限定する。Ｍｎはδ
フェライトの生成を抑制し、相バランス上最低０．０５
％が必要であるが、１．５０％を超えると高温強度を低
下させるので、上限は１．５０％とした。

【０００９】Ｃｒは高温耐酸化性を確保する上で必要不
可欠な元素であり、Ｍ２３Ｃ６　型炭化物を析出させる
効果も有する。８．００％未満では高温での耐酸化性が
不足となり、高温強度も低下する。一方、１３．００％
超ではδフェライトの抑制が難しくなり、強度と靱性が
損なわれるので、８．００〜１３．００％に限定する。 Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、δフェライトを
抑制する効果を有し、靱性にも有益な影響を及ぼす。最
低０．０１％が必要であるが、１．５０％超では析出物
の凝集粗大化を招くため、０．０１〜１．５０％とした
。

【００１０】Ｍｏは固溶体強化をもたらすと同時にＭ２
３Ｃ６を安定化させ、高温強度を向上させる。０．５０
％以下では効果が小さく、１．５０％超ではδフェライ
トの生成を促進すると同時に、Ｍ６　ＣとＬａｖｅｓ相
の析出及び凝集粗大化を促進させるので、０．５０％超
〜１．５０％とした。Ｗは固溶体強化とＭ２３Ｃ６　の
微細析出の効果を奏すると同時に、炭化物の凝集粗大化
を抑制し、高温長時間側のクリープ破断強度を著しく向
上させる。 最低１．００％超が必要であるが、４．００％を超える
とδフェライトと粗大なＬａｖｅｓ相が生成しやすくな
り、高温強度と靱性を低下させるため、１．００％超〜
４．００％とした。

【００１１】Ｖは微細な炭窒化物として析出し、高温強
度を高める働きをする。０．０５％未満では効果が不十
分であり、０．４０％超ではＶ（Ｃ、Ｎ）の粗大化を招
くだけではなく、Ｍ２３Ｃ６　として析出し得るＣ量を
減少させ、逆に高温強度を低下させるので、０．０５〜
０．４０％に限定する。Ｎｂは炭窒化物として析出し、
強度を高めるのに有効である。最低０．０２％が必要で
あるが、０．１５％を超えて添加すると、焼ならし温度
ではマトリックスに完全に溶けきれず、十分な強化効果
が得られないので、０．０２〜０．１５％に限定する。

【００１２】Ｎは窒化物または炭窒化物を析出させ、高
温強度を高める重要な元素の一つである。最低０．０１
％は必要であるが、０．１１％を超えると窒化物の粗大
化と靱性の低下をもたらすだけではなく、製造上でも困
難であるため、０．０１〜０．１１％に限定する。Ｃｏ
の積極的な利用は本発明の大きな特徴の一つである。Ｃ
ｏはオーステナイト生成元素であり、δフェライトの生
成を抑制すると同時に、析出物を安定化させ、高温強度
を高める。１．００％未満では効果が小さく、また５．
００％超ではコストが高く、脆化も起こりやすくなるの
で、１．００〜５．００％に限定する。

【００１３】Ａｌは脱酸材として使われるが、その残留
量は結晶粒径や機械的性質に大きな影響を及ぼす。０．
００２％未満では脱酸には不十分であり、０．０５０％
超ではクリープ破断強度が低下するので、０．００２〜
０．０５０％に限定する。Ｂは粒界強化作用およびＭ２
３（Ｃ、Ｂ）６　などとして析出強化作用があるので、
高温強度を向上する効果がある。０．００１０％未満で
は効果が不十分であり、また０．０３００％超では粗大
なＢ含有相を生じ、脆化を起こすため、０．００１０〜
０．０３００％と限定する。

【００１４】

【実施例】表１に示す化学組成を有する本発明鋼（Ｎｏ
．　１〜７）と比較鋼（Ｎｏ．　８〜１１）を真空誘導
溶解炉にて各２０ｋｇのインゴットに溶製し、熱延によ
って厚さ１５ｍｍの板とした後、１１００℃×６０分の
焼ならし、７８０℃×６０分の焼もどしを施して、６０
０℃、２０ｋｇｆ／ｍｍ２　と６５０℃、１５ｋｇｆ／
ｍｍ２　の２条件においてクリープ破断試験を行い、６
００℃、３０００時間時効後、０℃においてシャルピー
衝撃試験を行った。その結果を表２に示す。表２から明
らかなように、本発明鋼は何れの条件においてもクリー
プ破断時間が比較鋼の２倍〜３倍以上であり、かつ６０
０℃、３０００時間時効後のシャルピー吸収エネルギー
が比較鋼と同等以上であり、従来鋼より高い温度で使用
できるものと考えられる。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】

【発明の効果】以上の如く、本発明により、すぐれたク
リープ破断強度と良好な靱性を有するフェライト系耐熱
鋼の供給が可能となった。これらの鋼は超々臨界圧火力
発電、原子力発電など多くの分野への適用ができ、産業
界に対し貢献するところがが極めて大きい。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量％で Ｃ：０．０５〜０．１５％　未満 Ｓｉ：０．２０以下 Ｍｎ：０．０５〜１．５０％ Ｃｒ：８．００〜１３．００％ Ｎｉ：０．０１〜１．５０％ Ｍｏ：０．５０％超〜１．５０％ Ｗ：１．００％超〜４．００％ Ｖ：０．０５〜０．４０％ Ｎｂ：０．０２〜０．１５％ Ｃｏ：１．００〜５．００％ Ａｌ：０．００２〜０．０５０％ Ｂ：０．００１０〜０．０３００％ Ｎ：０．０１〜０．１１％ を含有し、残部がＦｅ及び不可避の不純物よりなり、す
   ぐれた高温強度と十分な常温靱性を有する高強度フェラ
   イト系耐熱鋼。