JPH045741B2 - - Google Patents
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- JPH045741B2 JPH045741B2 JP17437885A JP17437885A JPH045741B2 JP H045741 B2 JPH045741 B2 JP H045741B2 JP 17437885 A JP17437885 A JP 17437885A JP 17437885 A JP17437885 A JP 17437885A JP H045741 B2 JPH045741 B2 JP H045741B2
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〔産業上の利用分野〕
本発明は高温強度及び靱性に優れた高温高圧容
器用鋼に関するものである。 〔従来の技術〕 従来より300℃を超えるような高温用鋼として
炭素鋼より高温強度が高く、Cr−Mo鋼より低コ
ストの鋼がボイラ等の高温高圧容器に広く用いら
れている。 この種の鋼の問題点は高温強度を確保するため
にＣが多量に添加されていることであり、特に板
厚が100mmを超えるような極厚鋼板では、Mnの
規格上限量の低い、ASTM，A204鋼の場合0.25
％程度、またMn量を増やしNiを添加したA302
鋼でも0.20％に近いＣ量が添加されている。一般
に良く知られているように、こうしたＣの多量添
加は、溶接性ならびに靱性劣化の原因となる。 これらの問題を改善した鋼として、発明者等は
Cr，Cu，Ni，Nb，Ｖ添加と、低Ｃ化の組み合せ
た鋼を特開昭59−153866及び特開昭59−153867に
て開示した。 然しながら、板厚によつては、強度確保のため
に、極端な低Ｃ化の実施が困難で、特に極厚で焼
準し後の加速冷却が実施できない場合には靱性確
保に問題があつた。 最近はボイラの高温高圧が進み、これに伴ない
使用鋼材に対しても靱性、溶接性を改善した上
で、さらに高温強度を上昇させることが望まれて
いる。このような要求を満たす鋼としては上記改
善に加え、さらに新しい成分系の設定が必要であ
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は叙上の従来技術の問題点を解決するた
めにあり、0.5Mo鋼を基本成分として低Ｃ化、低
不純物化及びCr，Ｖ，Ｂを微量添加することに
より、溶接性を劣化させずに靱性、高温強度を大
幅に改善する高温高圧容器用鋼を提供することを
目的とするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、前記問題点を解決するために、板厚
が100mmを超えるような厚肉鋼材で従来鋼に比べ
て溶接性に優れ、然も溶接後熱処理（Post
Welding Heat Treatment：PWHT又はStress
Relieving：SRと以下称す）でも高い高温強度と
高靱性を備えた鋼で以下のように構成された鋼で
ある。即ちその第１発明鋼は、 C0.07〜0.20wt％，Si0.12〜1.00wt％，Mn0.7〜
1.8wt％，P0.020wt％以下，S0.010wt％以下
Mo0.35〜0.70wt％，SoＡ0.020〜0.05wt％，
Cr0.10〜0.40wt％，V0.01〜0.02wt％，かつ 2P＋Ｓ≦［0.07−0.05（Cr＋10V）］wt％，望ま
しくは〔2P＋Ｓ〕0.012wt％以下ならびに
B0.0003〜0.0015wt％，T.N40ppm以下を基本成
分とし残部Feおよび不可避的不純物からなる高
温強度と耐SR割れ性に優れた高靱性、高温高圧
容器用鋼である。 更に第２〜第４の発明鋼は、それぞれ、第１発
明の基本成分に、更に、次に示す合金元素を含有
し、残部Fe及び不可避不純物からなることを特
徴とする高温強度と耐SR割れ性（耐再熱割れ）
に優れた高靱性、高温高圧容器用鋼である。即ち 第２の発明鋼は、Nb0.003〜0.05wt％を含有
し、 第３の発明鋼は、Ni0.05〜1.00wt％，Cu0.05〜
0.30wt％のうち１種又は２種を含有し、 第４の発明鋼は、Ni0.05〜1.00wt％，Cu0.05〜
0.30wt％のうち１種又は２種、及びNb0.003〜
0.05wt％を含有することを特徴とするものであ
る。 〔作用〕 本発明は前述の如き組成からなる高温強度と耐
SR割れ性に優れた高靱性、高温高圧容器用鋼で
あるが、この場合の高温強度、靱性の目安として
は、PWHT後の焼戻しパラメータ即ち T.P＝Ｔ×（ogt＋20） Ｔ：焼戻し温度 〓 ｔ： 〃 時間 ｈ が20.0×103以下の範囲で、強度的には400℃で引
張り強さ；TS≧50kｇｆ／mm2，50％靱性破面遷
移温度；vTs≦−20℃である。 また、溶接性としてはSR割れが生じないこと
を前提とするものである。 本発明鋼の特徴は0.5Mo鋼にCrを0.10〜0.40％
Ｖを0.01〜0.02％少量添加することにより靱性、
強度が改善され、さらに微量Ｂの添加により焼入
れ性が大幅に向上したことにありこの時、焼入れ
性向上に寄与する固溶Ｂ量を確保するため、T.N
を40ppmの低Ｎ量に制御することも規定してい
る。また、Cr，Ｖ添加によるSR割れ感受性の向
上に対しては不純物元素のＳ，ＰをCr，Ｖ添加
量に応じて規制している。このような種々の合金
元素の効果により、高強度化し、なお必要Ｃ量を
低減でき、靱性、溶接性が改善されるのである。 次に本発明に至つた経緯について図により述べ
る。 第１図は、本発明者等が本発明に当つて予備的
に求めたもので、0.5％Moを基本成分としたMn
−Mo鋼及びMn−Ni−Mo鋼において、高温強度
と靱性のバランスに及すCr（0.4％max）、Ｖ（0.3
％max）及びＢ（２〜10ppm）添加の場合の400
℃における引張強度TSと破面遷移温度vTsとの
関係グラフである。 なお、第１図において、○は基本成分鋼、◇は
Niの単独添加、△はCrを0.1〜0.4％添加、□はCr
とNi添加、〓はCr−Ｖ（0.01〜0.02％）、〓はCrと
NiとＶの添加、＊はＢの添加の場合を示す。 ここで、Mn−Mo鋼及びMn−Ni−Mo鋼ベー
ス成分は、 Ｃ：0.08〜0.20％，Si：0.15〜0.45％，Mn：0.8
〜1.2％，Ｐ：0.010％，Ｓ：0.005％，Ni：０〜
0.8％，Mo：0.4〜0.6％，SolA：0.01〜0.06％
である。 また熱処理条件は、厚さ50mmの鋼をＮ：焼準
し、Ｔ：焼戻をするに当たつて、900℃×2hNつ
いで650℃×2hT.ついで650℃×30h.SRである。 同図中に高温強度と靱性のバランスはバンドで
示されており、夫々バンドイはMn−Mo鋼及び
Mn−Ni−Mo鋼のベース成分、バンドロはベー
ス成分にCrを添加したもの、バンドハはバンド
ロの成分に更にＶを添加したもの、そしてバンド
ニはバンドハの成分に更にＢを添加したものを表
わしたものである。 第１図から明らかなように、高温強度と靱性の
バランスが、バンドイ→ロ→ハ→ニに従い改善さ
れることを示している。即ち0.5％Moを基本成分
としたMn−Mo鋼及びMn−Ni−Mo鋼において
は、Cr添加が多いほど高い高温強度と高靱性を
もたらすことを示している。 また、Cr及び0.01〜0.02％のＶの複合添加はさ
らに高温強度、靱性バランスを改善する。 ただし、0.03％Ｖの添加したものは高温強度上
昇に有効であるものの、靱性が劣化するので、添
加する場合は微量が好ましいことを知見した。 このようなCr−Ｖ複合添加材にＢを添加する
ことにより、焼入れ性即ち組織が改善され、高温
強度、靱性ともにさらに向上する。特に板厚が厚
くなればなるほどその効果が大きくなることは確
認されている。ここで、焼入れ性改善に有効な固
溶Ｂ確保のためにはＡ添加により、BN＋Ａ
→Ｂ＋ＡＮの反応をAc3点以上の焼準温度で保
持中に進行させる必要があり、SoＡ添加量
も重要であると同時に、Ｎそのものを低減させる
ことが有効である。 本発明においては高温強度、靱性改善ために
Cr−Ｖ複合添加を前提としている。然しながら
一般に知られているように、Cr，ＶはSR
（PWHT）時の析出硬化作用により溶接熱影響部
での粒界割れ（SR割れ）を助長する元素である。
従つて、Cr−Ｖ添加を前提とした成分系の場合
はSR割れに対する配慮が必要となる。 第２図は後述する実施例において、縦軸に2P
＋Ｓ％を横軸にCr＋10V％をとり、SR割れ特性
に及ぼすCr，ＶとＰ，Ｓ量の影響を調べた説明
図である。第２図から明らかなようにCr，Ｖ添
加の増量はSR割れ感受性を増大させ、Cr＋10V
で比較的良く整理できる。Cr＋10V＜0.6％の範
囲ではCr，Ｖ添加を増量させても、粒界偏析元
素のＰ，Ｓ量を低減すればSR割れを抑制できる。 この場合、2P＋Ｓで比較的良く整理できる。
なお図中の●印は比較的拘束の甘いWES3005式
のSR割れ試験でも割れが生じたもの、〓はWES
式では割れが生じなかつたにもかかわらず、拘束
の厳しいJIS斜のｙ型試験片を用いたSR割れ試験
では割れの生じたもの、○印はWES式、斜めｙ
型式のいずれにおいても割れの生じなかつたもの
を示す。実構造物を考えると斜めｙ型式の拘束は
厳しすぎるので、WES式で評価しても良いと思
われる。即ちWES式で評価した場合は、図に示
す本発明の成分範囲の2P＋Ｓ≦0.07−0.05（Cr＋
10V）％に不純物を低減すればSR割れが生じな
いことが判明した。より厳しい条件として斜めｙ
式で評価すれば2P＋Ｓ0.012％に抑制すること
により、全くSR割れの心配がなくなるというこ
とになる。 本発明鋼中の成分の限定理由について述べる。 Ｃ：高温強度を確保するためには0.07wt％以上が
必要である。しかしながら、多すぎると靱性の
みならず溶接性（特に耐低温割れ性）が劣化す
るので、その上限を0.20wt％とした。ただし、
良好な高温強度、溶接性を兼備させるには0.11
〜0.16wt％のより狭い範囲に制御することが望
ましい。 Si：脱酸剤として必要な元素であり、高温強度を
確保するのに必要な元素であるが0.12wt％未満
ではその効果が無く、一方、1.00wt％を越えて
添加することは母材靱性を劣化させるためその
範囲を0.12〜1.00wt％とした。 Mn：焼入れ性を向上させ、強度、靱性を向上さ
せるのに必要な元素であり、0.7wt％未満では
所定の強度を満足することができなくなり、ま
た低靱性となる。一方、1.8wt％を越える添加
は溶接性を大きく阻害し、溶接熱影響部の硬さ
を著しく高くするため、その範囲を0.8〜1.8wt
％とした。 Ｐ，Ｓ：不純物元素として不可避的に含有される
元素であるが、靱性の劣化のみならず、粒界に
偏析しSR割れの直接の原因となるためその上
限をそれぞれ0.020wt％，0.010wt％とした。ま
た、上述したようにCr−Ｖ添加量に応じて2P
＋Ｓ≦［0.07−0.05（Cr＋10V）］wt％ 望まし
くは2P＋Ｓの値を0.012wt％以下に制御するこ
ととした。 Mo：高温で使用される鋼材には、黒鉛化防止、
高温強度の確保などの観点からMoが添加され
るが、0.35wt％未満では、その効果が小さい。
一方、0.70wt％を越える添加は溶接性を阻害
し、溶接継手部の靱性を低化させるため、0.35
〜0.70wt％の範囲とした。 SoＡ：固溶Ｎを固定し、組織微細化による
靱性向上と焼入れ性改善に必要な固溶Ｂの確保
に有効であるが、0.020wt％未満ではその効果
が小さい。一方、0.050wt％を越えて添加する
場合には熱間加工時の延性低下をきたすため
0.020〜0.050wt％の範囲とした。 Cr：先に述べたように、Crは強度、靱性バラン
ス改善に必須の元素であるが、0.1wt％では効
果が小さく、0.40wt％以上添加すると製造時の
コストアツプおよびSR割れ感受性を増大させ
るので、0.10〜0.40wt％の範囲とした。 Ｖ：Ｖは靱性を劣化させずに高温強度を上昇させ
るに有効な元素であるが、0.01wt％未満では強
度上昇が小さく0.02wt％以上の添加は、Cr同
様SR割れ感受性を増大させるので、添加量を
0.01〜0.02wt％の範囲とした。 Ｂ：Ｂは微量で焼入れ性を向上させる元素であ
り、高温強度、靱性確保の面から有効である
0.0003wt％未満では焼入れ性改善に効果がな
く、一方、0.0015wt％を越える添加は溶接性の
劣化を招くため、その範囲を0.0003〜0.0015wt
％とした。 TN：ＮはＢあるいはＡとの親和力が強いため
窒化物を形成する。BNが形成されるとＢの焼
入れ性改善効果が失なわれるため、Ａ添加に
加えＮ量を低減することが重要である。したが
つて、焼入れ性改善のためTN≦40ppmに制限
した。 以上の成分系に対し、さらに高温強度、靱性の
向上が必要な場合は以下の範囲内でNi，Cuの固
溶強化型元素の１種または２種、及び析出強化型
元素のNb又はNb単独を添加しても構わない。 Ni：固溶強化元素として高温強度を高め、また
靱性を向上させるのに有効な元素であるが、
0.05wt％未満では効果が小さく、一方、多量の
添加は経済性を損うため0.05〜1.00wt％の範囲
とした。 Cu：Niと同様、固溶して高温強度を高めるのに
有効な元素であるが、0.05wt％未満では効果が
小さく、一方、多量に添加すると鋼板製造時の
表面疵、容器製造時の熱間加工割れを招くので
0.05〜0.30wt％の範囲とした。 Nb：微細な炭（窒）化物を形成し、組織の微細
化による靱性向上と、析出強化による高温強度
の向上をもたらす、0.003wt％未満ではその効
果がなく、一方、0.05wt％を越える添加は溶接
性を損い、靱性を劣化させることから0.003〜
0.05wt％の範囲とした。 なお、Ca，Mg，REM，Zrなどの硫化物形態
制御元素の添加は本発明を損うものでないので必
要に応じて添加してもかまわない。 本発明鋼はボイラのみならず化学プラントなど
の圧力容器用鋼として適しており、Ac3点以上に
加熱して熱間加工後空冷または水冷し、（場合に
よつてはさらにAc3点以上に再加熱後空冷または
水冷し）、その後Ac1点以下での焼戻しを経て、
溶接施工を行ない、SR（PWHT）を行なつて使
用するものであつて、その製造にあたつては溶解
から組み立てまで常法が採用されるものである。 次に本発明の実施例について述べる。 〔実施例〕 表１に供試材の化学成分（wt％）について、
表２に供試材の機械的性質及び溶接性についての
結果を示す。 これら表１及び表２より、比較材１〜４は、
Cr，Ｖ，Ｂの何れかが無添加であるために強度
が低く400℃における引張り強さTSat400℃≧50k
ｇｆ／ｍm2を満足していない。また、比較材5.6
はCr，Ｖ添加量に対するＰ，Ｓ含有量が高いた
めに、SR割れ感受性が高い。比較材７はＰ，Ｓ
含有量はある程度低いものの、Ｖ，Crの添加量
が多いためにSR割れ感受性が高い、これらに対
し、本発明鋼８〜25は強度、靱性ともに優れ、
SR割れ感受性および低温割れ感受性も低い。特
に発明鋼16〜22は2P＋Ｓ≦0.012％となつている
ため、拘束の厳しい条件下でもSR割れを生じて
いない。 また、発明鋼18〜21はＣ以外の成分はほとんど
同じで、板厚、熱処理ともに同一である。ここで
Ｃの高い発明鋼21は高強度であるが低温割れ感受
性がやや高い、これに対しＣの低い発明鋼20は低
温割れ感受性は低いものの、やや強度が低い、そ
の点、発明鋼18，19は靱性、耐SR割れ特性に優
れていることはもちろんのこと、強度、耐低温割
れバランスにも優れている。したがつて、Ｃ：
0.07〜0.20％で所定の特性が得られるものの、
Ｃ：0.11〜0.16がさらに望ましい成分範囲とな
る。 なお、表２の熱処理記号、試験片は以下の通り
である。 Ｎ（焼ならし）：900〜930℃×１〜4h→空冷 Ｑ（焼入れ）： 〃 × 〃 →水冷 Ｔ（焼戻し）：620〜700℃×0.5〜5h→空冷 SR（応力除去焼なまし）：600〜650℃×５〜
40h→炉冷 T.P（焼戻しパラメータ）：Ｔ（20＋ogt） Ｔ：保持温度(k) ｔ：保持時間(h) 試験片： 引張 JIS Ｚ 2201 ４号 衝撃 JIS Ｚ 2202 ４号 WES式SR割れ WES3005 40mm 斜めｙ型SR割れ JISZ3158 40mm 斜めｙ割れ（低温割れ） 〃 〃 また第２図に試験片（C0.08〜0.20wt％
Si0.18〜0.40wt％ Mn0.8〜1.0wt％，P0.003〜
0.030wt％ S0.001〜0.012wt％ Ni0〜0.8wt％
Mo0.4〜0.6wt％ Cr0.1〜0.5wt％ V0.01〜
0.35wt％ SoＡ0.01〜0.06wt％ B0.0001〜
0.003wt％ T.N0.001〜0.005wt％）厚さ40mmを
入熱22kｇ／cm，625℃×2hPWHTにおけるSR割
れ性に及ぼすCr，ＶおよびＰ，Ｓの影響につい
て示す。なお数字は実施例の鋼のNo.である。
器用鋼に関するものである。 〔従来の技術〕 従来より300℃を超えるような高温用鋼として
炭素鋼より高温強度が高く、Cr−Mo鋼より低コ
ストの鋼がボイラ等の高温高圧容器に広く用いら
れている。 この種の鋼の問題点は高温強度を確保するため
にＣが多量に添加されていることであり、特に板
厚が100mmを超えるような極厚鋼板では、Mnの
規格上限量の低い、ASTM，A204鋼の場合0.25
％程度、またMn量を増やしNiを添加したA302
鋼でも0.20％に近いＣ量が添加されている。一般
に良く知られているように、こうしたＣの多量添
加は、溶接性ならびに靱性劣化の原因となる。 これらの問題を改善した鋼として、発明者等は
Cr，Cu，Ni，Nb，Ｖ添加と、低Ｃ化の組み合せ
た鋼を特開昭59−153866及び特開昭59−153867に
て開示した。 然しながら、板厚によつては、強度確保のため
に、極端な低Ｃ化の実施が困難で、特に極厚で焼
準し後の加速冷却が実施できない場合には靱性確
保に問題があつた。 最近はボイラの高温高圧が進み、これに伴ない
使用鋼材に対しても靱性、溶接性を改善した上
で、さらに高温強度を上昇させることが望まれて
いる。このような要求を満たす鋼としては上記改
善に加え、さらに新しい成分系の設定が必要であ
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は叙上の従来技術の問題点を解決するた
めにあり、0.5Mo鋼を基本成分として低Ｃ化、低
不純物化及びCr，Ｖ，Ｂを微量添加することに
より、溶接性を劣化させずに靱性、高温強度を大
幅に改善する高温高圧容器用鋼を提供することを
目的とするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、前記問題点を解決するために、板厚
が100mmを超えるような厚肉鋼材で従来鋼に比べ
て溶接性に優れ、然も溶接後熱処理（Post
Welding Heat Treatment：PWHT又はStress
Relieving：SRと以下称す）でも高い高温強度と
高靱性を備えた鋼で以下のように構成された鋼で
ある。即ちその第１発明鋼は、 C0.07〜0.20wt％，Si0.12〜1.00wt％，Mn0.7〜
1.8wt％，P0.020wt％以下，S0.010wt％以下
Mo0.35〜0.70wt％，SoＡ0.020〜0.05wt％，
Cr0.10〜0.40wt％，V0.01〜0.02wt％，かつ 2P＋Ｓ≦［0.07−0.05（Cr＋10V）］wt％，望ま
しくは〔2P＋Ｓ〕0.012wt％以下ならびに
B0.0003〜0.0015wt％，T.N40ppm以下を基本成
分とし残部Feおよび不可避的不純物からなる高
温強度と耐SR割れ性に優れた高靱性、高温高圧
容器用鋼である。 更に第２〜第４の発明鋼は、それぞれ、第１発
明の基本成分に、更に、次に示す合金元素を含有
し、残部Fe及び不可避不純物からなることを特
徴とする高温強度と耐SR割れ性（耐再熱割れ）
に優れた高靱性、高温高圧容器用鋼である。即ち 第２の発明鋼は、Nb0.003〜0.05wt％を含有
し、 第３の発明鋼は、Ni0.05〜1.00wt％，Cu0.05〜
0.30wt％のうち１種又は２種を含有し、 第４の発明鋼は、Ni0.05〜1.00wt％，Cu0.05〜
0.30wt％のうち１種又は２種、及びNb0.003〜
0.05wt％を含有することを特徴とするものであ
る。 〔作用〕 本発明は前述の如き組成からなる高温強度と耐
SR割れ性に優れた高靱性、高温高圧容器用鋼で
あるが、この場合の高温強度、靱性の目安として
は、PWHT後の焼戻しパラメータ即ち T.P＝Ｔ×（ogt＋20） Ｔ：焼戻し温度 〓 ｔ： 〃 時間 ｈ が20.0×103以下の範囲で、強度的には400℃で引
張り強さ；TS≧50kｇｆ／mm2，50％靱性破面遷
移温度；vTs≦−20℃である。 また、溶接性としてはSR割れが生じないこと
を前提とするものである。 本発明鋼の特徴は0.5Mo鋼にCrを0.10〜0.40％
Ｖを0.01〜0.02％少量添加することにより靱性、
強度が改善され、さらに微量Ｂの添加により焼入
れ性が大幅に向上したことにありこの時、焼入れ
性向上に寄与する固溶Ｂ量を確保するため、T.N
を40ppmの低Ｎ量に制御することも規定してい
る。また、Cr，Ｖ添加によるSR割れ感受性の向
上に対しては不純物元素のＳ，ＰをCr，Ｖ添加
量に応じて規制している。このような種々の合金
元素の効果により、高強度化し、なお必要Ｃ量を
低減でき、靱性、溶接性が改善されるのである。 次に本発明に至つた経緯について図により述べ
る。 第１図は、本発明者等が本発明に当つて予備的
に求めたもので、0.5％Moを基本成分としたMn
−Mo鋼及びMn−Ni−Mo鋼において、高温強度
と靱性のバランスに及すCr（0.4％max）、Ｖ（0.3
％max）及びＢ（２〜10ppm）添加の場合の400
℃における引張強度TSと破面遷移温度vTsとの
関係グラフである。 なお、第１図において、○は基本成分鋼、◇は
Niの単独添加、△はCrを0.1〜0.4％添加、□はCr
とNi添加、〓はCr−Ｖ（0.01〜0.02％）、〓はCrと
NiとＶの添加、＊はＢの添加の場合を示す。 ここで、Mn−Mo鋼及びMn−Ni−Mo鋼ベー
ス成分は、 Ｃ：0.08〜0.20％，Si：0.15〜0.45％，Mn：0.8
〜1.2％，Ｐ：0.010％，Ｓ：0.005％，Ni：０〜
0.8％，Mo：0.4〜0.6％，SolA：0.01〜0.06％
である。 また熱処理条件は、厚さ50mmの鋼をＮ：焼準
し、Ｔ：焼戻をするに当たつて、900℃×2hNつ
いで650℃×2hT.ついで650℃×30h.SRである。 同図中に高温強度と靱性のバランスはバンドで
示されており、夫々バンドイはMn−Mo鋼及び
Mn−Ni−Mo鋼のベース成分、バンドロはベー
ス成分にCrを添加したもの、バンドハはバンド
ロの成分に更にＶを添加したもの、そしてバンド
ニはバンドハの成分に更にＢを添加したものを表
わしたものである。 第１図から明らかなように、高温強度と靱性の
バランスが、バンドイ→ロ→ハ→ニに従い改善さ
れることを示している。即ち0.5％Moを基本成分
としたMn−Mo鋼及びMn−Ni−Mo鋼において
は、Cr添加が多いほど高い高温強度と高靱性を
もたらすことを示している。 また、Cr及び0.01〜0.02％のＶの複合添加はさ
らに高温強度、靱性バランスを改善する。 ただし、0.03％Ｖの添加したものは高温強度上
昇に有効であるものの、靱性が劣化するので、添
加する場合は微量が好ましいことを知見した。 このようなCr−Ｖ複合添加材にＢを添加する
ことにより、焼入れ性即ち組織が改善され、高温
強度、靱性ともにさらに向上する。特に板厚が厚
くなればなるほどその効果が大きくなることは確
認されている。ここで、焼入れ性改善に有効な固
溶Ｂ確保のためにはＡ添加により、BN＋Ａ
→Ｂ＋ＡＮの反応をAc3点以上の焼準温度で保
持中に進行させる必要があり、SoＡ添加量
も重要であると同時に、Ｎそのものを低減させる
ことが有効である。 本発明においては高温強度、靱性改善ために
Cr−Ｖ複合添加を前提としている。然しながら
一般に知られているように、Cr，ＶはSR
（PWHT）時の析出硬化作用により溶接熱影響部
での粒界割れ（SR割れ）を助長する元素である。
従つて、Cr−Ｖ添加を前提とした成分系の場合
はSR割れに対する配慮が必要となる。 第２図は後述する実施例において、縦軸に2P
＋Ｓ％を横軸にCr＋10V％をとり、SR割れ特性
に及ぼすCr，ＶとＰ，Ｓ量の影響を調べた説明
図である。第２図から明らかなようにCr，Ｖ添
加の増量はSR割れ感受性を増大させ、Cr＋10V
で比較的良く整理できる。Cr＋10V＜0.6％の範
囲ではCr，Ｖ添加を増量させても、粒界偏析元
素のＰ，Ｓ量を低減すればSR割れを抑制できる。 この場合、2P＋Ｓで比較的良く整理できる。
なお図中の●印は比較的拘束の甘いWES3005式
のSR割れ試験でも割れが生じたもの、〓はWES
式では割れが生じなかつたにもかかわらず、拘束
の厳しいJIS斜のｙ型試験片を用いたSR割れ試験
では割れの生じたもの、○印はWES式、斜めｙ
型式のいずれにおいても割れの生じなかつたもの
を示す。実構造物を考えると斜めｙ型式の拘束は
厳しすぎるので、WES式で評価しても良いと思
われる。即ちWES式で評価した場合は、図に示
す本発明の成分範囲の2P＋Ｓ≦0.07−0.05（Cr＋
10V）％に不純物を低減すればSR割れが生じな
いことが判明した。より厳しい条件として斜めｙ
式で評価すれば2P＋Ｓ0.012％に抑制すること
により、全くSR割れの心配がなくなるというこ
とになる。 本発明鋼中の成分の限定理由について述べる。 Ｃ：高温強度を確保するためには0.07wt％以上が
必要である。しかしながら、多すぎると靱性の
みならず溶接性（特に耐低温割れ性）が劣化す
るので、その上限を0.20wt％とした。ただし、
良好な高温強度、溶接性を兼備させるには0.11
〜0.16wt％のより狭い範囲に制御することが望
ましい。 Si：脱酸剤として必要な元素であり、高温強度を
確保するのに必要な元素であるが0.12wt％未満
ではその効果が無く、一方、1.00wt％を越えて
添加することは母材靱性を劣化させるためその
範囲を0.12〜1.00wt％とした。 Mn：焼入れ性を向上させ、強度、靱性を向上さ
せるのに必要な元素であり、0.7wt％未満では
所定の強度を満足することができなくなり、ま
た低靱性となる。一方、1.8wt％を越える添加
は溶接性を大きく阻害し、溶接熱影響部の硬さ
を著しく高くするため、その範囲を0.8〜1.8wt
％とした。 Ｐ，Ｓ：不純物元素として不可避的に含有される
元素であるが、靱性の劣化のみならず、粒界に
偏析しSR割れの直接の原因となるためその上
限をそれぞれ0.020wt％，0.010wt％とした。ま
た、上述したようにCr−Ｖ添加量に応じて2P
＋Ｓ≦［0.07−0.05（Cr＋10V）］wt％ 望まし
くは2P＋Ｓの値を0.012wt％以下に制御するこ
ととした。 Mo：高温で使用される鋼材には、黒鉛化防止、
高温強度の確保などの観点からMoが添加され
るが、0.35wt％未満では、その効果が小さい。
一方、0.70wt％を越える添加は溶接性を阻害
し、溶接継手部の靱性を低化させるため、0.35
〜0.70wt％の範囲とした。 SoＡ：固溶Ｎを固定し、組織微細化による
靱性向上と焼入れ性改善に必要な固溶Ｂの確保
に有効であるが、0.020wt％未満ではその効果
が小さい。一方、0.050wt％を越えて添加する
場合には熱間加工時の延性低下をきたすため
0.020〜0.050wt％の範囲とした。 Cr：先に述べたように、Crは強度、靱性バラン
ス改善に必須の元素であるが、0.1wt％では効
果が小さく、0.40wt％以上添加すると製造時の
コストアツプおよびSR割れ感受性を増大させ
るので、0.10〜0.40wt％の範囲とした。 Ｖ：Ｖは靱性を劣化させずに高温強度を上昇させ
るに有効な元素であるが、0.01wt％未満では強
度上昇が小さく0.02wt％以上の添加は、Cr同
様SR割れ感受性を増大させるので、添加量を
0.01〜0.02wt％の範囲とした。 Ｂ：Ｂは微量で焼入れ性を向上させる元素であ
り、高温強度、靱性確保の面から有効である
0.0003wt％未満では焼入れ性改善に効果がな
く、一方、0.0015wt％を越える添加は溶接性の
劣化を招くため、その範囲を0.0003〜0.0015wt
％とした。 TN：ＮはＢあるいはＡとの親和力が強いため
窒化物を形成する。BNが形成されるとＢの焼
入れ性改善効果が失なわれるため、Ａ添加に
加えＮ量を低減することが重要である。したが
つて、焼入れ性改善のためTN≦40ppmに制限
した。 以上の成分系に対し、さらに高温強度、靱性の
向上が必要な場合は以下の範囲内でNi，Cuの固
溶強化型元素の１種または２種、及び析出強化型
元素のNb又はNb単独を添加しても構わない。 Ni：固溶強化元素として高温強度を高め、また
靱性を向上させるのに有効な元素であるが、
0.05wt％未満では効果が小さく、一方、多量の
添加は経済性を損うため0.05〜1.00wt％の範囲
とした。 Cu：Niと同様、固溶して高温強度を高めるのに
有効な元素であるが、0.05wt％未満では効果が
小さく、一方、多量に添加すると鋼板製造時の
表面疵、容器製造時の熱間加工割れを招くので
0.05〜0.30wt％の範囲とした。 Nb：微細な炭（窒）化物を形成し、組織の微細
化による靱性向上と、析出強化による高温強度
の向上をもたらす、0.003wt％未満ではその効
果がなく、一方、0.05wt％を越える添加は溶接
性を損い、靱性を劣化させることから0.003〜
0.05wt％の範囲とした。 なお、Ca，Mg，REM，Zrなどの硫化物形態
制御元素の添加は本発明を損うものでないので必
要に応じて添加してもかまわない。 本発明鋼はボイラのみならず化学プラントなど
の圧力容器用鋼として適しており、Ac3点以上に
加熱して熱間加工後空冷または水冷し、（場合に
よつてはさらにAc3点以上に再加熱後空冷または
水冷し）、その後Ac1点以下での焼戻しを経て、
溶接施工を行ない、SR（PWHT）を行なつて使
用するものであつて、その製造にあたつては溶解
から組み立てまで常法が採用されるものである。 次に本発明の実施例について述べる。 〔実施例〕 表１に供試材の化学成分（wt％）について、
表２に供試材の機械的性質及び溶接性についての
結果を示す。 これら表１及び表２より、比較材１〜４は、
Cr，Ｖ，Ｂの何れかが無添加であるために強度
が低く400℃における引張り強さTSat400℃≧50k
ｇｆ／ｍm2を満足していない。また、比較材5.6
はCr，Ｖ添加量に対するＰ，Ｓ含有量が高いた
めに、SR割れ感受性が高い。比較材７はＰ，Ｓ
含有量はある程度低いものの、Ｖ，Crの添加量
が多いためにSR割れ感受性が高い、これらに対
し、本発明鋼８〜25は強度、靱性ともに優れ、
SR割れ感受性および低温割れ感受性も低い。特
に発明鋼16〜22は2P＋Ｓ≦0.012％となつている
ため、拘束の厳しい条件下でもSR割れを生じて
いない。 また、発明鋼18〜21はＣ以外の成分はほとんど
同じで、板厚、熱処理ともに同一である。ここで
Ｃの高い発明鋼21は高強度であるが低温割れ感受
性がやや高い、これに対しＣの低い発明鋼20は低
温割れ感受性は低いものの、やや強度が低い、そ
の点、発明鋼18，19は靱性、耐SR割れ特性に優
れていることはもちろんのこと、強度、耐低温割
れバランスにも優れている。したがつて、Ｃ：
0.07〜0.20％で所定の特性が得られるものの、
Ｃ：0.11〜0.16がさらに望ましい成分範囲とな
る。 なお、表２の熱処理記号、試験片は以下の通り
である。 Ｎ（焼ならし）：900〜930℃×１〜4h→空冷 Ｑ（焼入れ）： 〃 × 〃 →水冷 Ｔ（焼戻し）：620〜700℃×0.5〜5h→空冷 SR（応力除去焼なまし）：600〜650℃×５〜
40h→炉冷 T.P（焼戻しパラメータ）：Ｔ（20＋ogt） Ｔ：保持温度(k) ｔ：保持時間(h) 試験片： 引張 JIS Ｚ 2201 ４号 衝撃 JIS Ｚ 2202 ４号 WES式SR割れ WES3005 40mm 斜めｙ型SR割れ JISZ3158 40mm 斜めｙ割れ（低温割れ） 〃 〃 また第２図に試験片（C0.08〜0.20wt％
Si0.18〜0.40wt％ Mn0.8〜1.0wt％，P0.003〜
0.030wt％ S0.001〜0.012wt％ Ni0〜0.8wt％
Mo0.4〜0.6wt％ Cr0.1〜0.5wt％ V0.01〜
0.35wt％ SoＡ0.01〜0.06wt％ B0.0001〜
0.003wt％ T.N0.001〜0.005wt％）厚さ40mmを
入熱22kｇ／cm，625℃×2hPWHTにおけるSR割
れ性に及ぼすCr，ＶおよびＰ，Ｓの影響につい
て示す。なお数字は実施例の鋼のNo.である。
【表】
【表】
【表】
【表】
− 未実施 ○ 割れなし ● 割れあり
〔発明の効果〕 本発明鋼は、0.5Mo鋼を基本成分として、低Ｃ
化、低不純物化及びCr，Ｖ，Ｂを微量添加する
ことにより、溶接性を劣化させずに、靱性、高温
強度を大幅に改善することを達成し、高温高圧容
器用鋼としてボイラのみならず、化学プラント等
の圧力容器用鋼として最適なものである。
〔発明の効果〕 本発明鋼は、0.5Mo鋼を基本成分として、低Ｃ
化、低不純物化及びCr，Ｖ，Ｂを微量添加する
ことにより、溶接性を劣化させずに、靱性、高温
強度を大幅に改善することを達成し、高温高圧容
器用鋼としてボイラのみならず、化学プラント等
の圧力容器用鋼として最適なものである。
第１図は高温強度、靱性バランスに及すCr，
Ni，Ｖ，Ｂの影響を示す引張強度TSと破面遷移
温度vTsとの関係グラフ、第２図は実施例におけ
るSR割れ性に及すCr，Ｖ（Cr＋10V）％及びＰ，
Ｓ（2P＋Ｓ）％の関係グラフである。
Ni，Ｖ，Ｂの影響を示す引張強度TSと破面遷移
温度vTsとの関係グラフ、第２図は実施例におけ
るSR割れ性に及すCr，Ｖ（Cr＋10V）％及びＰ，
Ｓ（2P＋Ｓ）％の関係グラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ C0.07〜0.20wt％，Si0.12〜1.00wt％，Mn0.7
〜1.8wt％，P0.020wt％以下，S0.010wt％以下，
Mo0.35〜0.70wt％，SoＡ0.020〜0.05wt％，
Cr0.10〜0.40wt％，V0.01〜0.02wt％，かつ2P＋
Ｓ≦［0.07−0.05（Cr＋10V）］wt％，ならびに
B0.0003〜0.0015wt％，T.N40ppm以下を基本成
分とし、残部Fe及び不可避不純物からなること
を特徴とする高温強度と耐SR割れ性に優れた高
靱性、高温高圧容器用鋼。 ２ C0.07〜0.20wt％，Si0.12〜1.00wt％，Mn0.7
〜1.8wt％，P0.020wt％以下，S0.010wt％以下，
Mo0.35〜0.70wt％，SoＡ0.020〜0.05wt％，
Cr0.10〜0.40wt％，V0.01〜0.02wt％，かつ2P＋
Ｓ≦［0.07−0.05（Cr＋10V）］wt％，ならびに
B0.0003〜0.0015wt％，T.N40ppm以下を基本成
分とし、更に、Nb0.003〜0.05wt％を含有し、残
部Fe及び不可避不純物からなることを特徴とす
る高温強度と耐SR割れ性に優れた高靱性、高温
高圧容器用鋼。 ３ C0.07〜0.20wt％，Si0.12〜1.00wt％，Mn0.7
〜1.8wt％，P0.020wt％以下，S0.010wt％以下，
Mo0.35〜0.70wt％，SoＡ0.020〜0.05wt％，
Cr0.10〜0.40wt％，V0.01〜0.02wt％，かつ2P＋
Ｓ≦［0.07−0.05（Cr＋10V）］wt％，ならびに
B0.0003〜0.0015wt％，T.N40ppm以下を基本成
分とし、更に、Ni0.05〜1.00wt％，Cu0.05〜
0.30wt％のうち１種又は２種を含有し、残部Fe
及び不可避不純物からなることを特徴とする高温
強度と耐SR割れ性に優れた高靱性、高温高圧容
器用鋼。 ４ C0.07〜0.20wt％，Si0.12〜1.00wt％，Mn0.7
〜1.8wt％，P0.020wt％以下，S0.010wt％以下，
Mo0.35〜0.70wt％，SoＡ0.020〜0.05wt％，
Cr0.10〜0.40wt％，V0.01〜0.02wt％，かつ2P＋
Ｓ≦［0.07−0.05（Cr＋10V）］wt％，ならびに
B0.0003〜0.0015wt％，T.N40ppm以下を基本成
分とし、更に、Ni0.05〜1.00wt％，Cu0.05〜
0.30wt％のうち１種又は２種、及びNb0.003〜
0.05wt％を含有し、残部Fe及び不可避不純物か
らなることを特徴とする高温強度と耐SR割れ性
に優れた高靱性、高温高圧容器用鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17437885A JPS6237342A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 高温強度と耐ｓｒ割れ性に優れた高靭性、高温高圧容器用鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17437885A JPS6237342A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 高温強度と耐ｓｒ割れ性に優れた高靭性、高温高圧容器用鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6237342A JPS6237342A (ja) | 1987-02-18 |
| JPH045741B2 true JPH045741B2 (ja) | 1992-02-03 |
Family
ID=15977564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17437885A Granted JPS6237342A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 高温強度と耐ｓｒ割れ性に優れた高靭性、高温高圧容器用鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6237342A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62146247A (ja) * | 1985-12-20 | 1987-06-30 | Kobe Steel Ltd | 多層容器用Ｃｒ−Ｍｏ鋼板 |
| JP4586080B2 (ja) * | 2008-03-28 | 2010-11-24 | 株式会社神戸製鋼所 | 耐応力除去焼鈍特性と低温靭性に優れた高強度鋼板 |
-
1985
- 1985-08-09 JP JP17437885A patent/JPS6237342A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6237342A (ja) | 1987-02-18 |
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |