JPH06256893A - High toughness low alloy steel excellent in high temperature strength - Google Patents

High toughness low alloy steel excellent in high temperature strength

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JPH06256893A
JPH06256893A JP5069288A JP6928893A JPH06256893A JP H06256893 A JPH06256893 A JP H06256893A JP 5069288 A JP5069288 A JP 5069288A JP 6928893 A JP6928893 A JP 6928893A JP H06256893 A JPH06256893 A JP H06256893A
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JP
Japan
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strength
steel
toughness
low alloy
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JP5069288A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshikuni Kadoya
好邦 角屋
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain low allay steel for the rotor of a gas turbine, disk or the like having the maximum using temp. and strength by specifying the compsn. of Ni-Cr-Mo-V steel. CONSTITUTION:This low alloy steel contains, by weight, 0.15 to 0.35% C, <=0.15% Si, >=1.2% Mn, 0.5 to 2.0% Ni, 2.0 to 2.5% Cr, 0.5 to 1.5% Mo, 0.5 to 1.0% W and 0.2 to 0.45% V and furthermore contains one or more kinds among <=0.1% Nb, <=0.1% Ta and <=0.05% N, and the balance Fe. This low alloy steel has the maximum using temp. of 400 to 480 deg.C higher than that of the conventional 3.5Ni-Cr-Mo-V steel by 100 to 180 deg.C and has the strength level equal to that of the conventional Cr-Mo-steel.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、タービン、特にガスタ
ービンのロータ材やディスク材用の低合金鋼に係り、さ
らに詳述すれば高温におけるクリープ破断強度及び靭性
に優れたガスタービンロータやディスクを形成するため
の低合金鋼に係る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbine, particularly a low alloy steel for a rotor material or a disk material of a gas turbine, and more specifically, a gas turbine rotor or a disk excellent in creep rupture strength and toughness at high temperature. Low alloy steel for forming a.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスタービンやジェットエンジンのター
ビンのディスク用材料としては、従来、表1に代表され
るような3.5 Ni−Cr−Mo−V鋼(低合金鋼)、表2に代
表されるようなCr−Mo−V鋼(低合金鋼)、表3に代表
されるような12%Cr系ステンレス鋼、及び表4に代表さ
れるようなFe基耐熱合金など鍛造品が主として用いられ
てきた。
2. Description of the Related Art Conventionally, 3.5 Ni-Cr-Mo-V steel (low alloy steel) represented by Table 1 and Table 2 are representatively used as materials for discs of gas turbines and jet engines. Forged products such as Cr-Mo-V steel (low alloy steel), 12% Cr-based stainless steel represented by Table 3 and Fe-based heat resistant alloy represented by Table 4 have been mainly used. It was

【0003】[0003]

【表1】 [Table 1]

【表2】 [Table 2]

【表3】 [Table 3]

【表4】 表1に代表されるようなNiを数%含有する3.5 Ni−Cr−
Mo−V鋼(低合金鋼)ディスク材は、比較的高い強度
[0.2%耐力(以下、単に「耐力」という)70〜120Kg/
mm2]と高い靭性(25℃におけるVノッチ・シャルピー
衝撃吸収エネルギー5〜10Kg・m以上)とを兼備してお
り、溶解、鍛造、熱処理も比較的簡単で、コストが低
く、入手も容易である。しかしながら、使用温度(ディ
スクのメタル温度をいう)が300〜350℃以上になると、
このディスク材はクリープ領域に入り、材料強度の設計
上クリープを考慮する必要が生じて複雑になり、また引
張強さや耐力などの強度が長時間使用するに従って低下
し(「軟化現象」という)、さらに350〜500℃の温度範
囲で数百〜数万時間使用する際には、焼戻し脆性のため
靭性が著しく低下する。これらの現象は、主に、数%以
上のNiを含む低合金鋼からなり、焼入、焼戻しの調質を
行って強度及び靭性を改良したディスク材に見られる宿
命である。
[Table 4] 3.5 Ni-Cr- containing several% of Ni as typified in Table 1
Mo-V steel (low alloy steel) disc material has a relatively high strength [0.2% proof stress (hereinafter simply referred to as "proof stress") 70 to 120 kg /
mm 2 ] and high toughness (V notch at 25 ° C, Charpy impact absorption energy 5 to 10 Kg · m or more), melting, forging, heat treatment are relatively easy, cost is low, and easy to obtain. is there. However, when the operating temperature (which means the metal temperature of the disk) rises above 300-350 ° C,
This disk material enters the creep region and becomes complicated due to the need to consider creep in designing the material strength, and the strength such as tensile strength and proof strength decreases over time (called "softening phenomenon"), Further, when used in the temperature range of 350 to 500 ° C. for several hundreds to tens of thousands of hours, the toughness is remarkably reduced due to temper brittleness. These phenomena are destined to be found in a disk material which is mainly made of a low alloy steel containing several% or more of Ni and which has been tempered and tempered to improve its strength and toughness.

【0004】また、表2に代表されるようなCr−Mo−V
鋼(低合金鋼)は、上記の3.5 Ni−Cr−Mo−V鋼と同様
コストも低く、入手も容易であり、また3.5 Ni−Cr−Mo
−V鋼のような著しい軟化現象や焼戻し脆性を示さず、
しかも使用温度が430〜480℃になるまでクリープ領域に
入らないため、3.5 Ni−Cr−Mo−V鋼よりも使用温度を
100〜200℃高くすることができる。しかしながら、その
靭性は3.5 Ni−Cr−Mo−V鋼ほどには優れておらず、特
に引張強さや耐力などを上げようとすると、靭性が著し
く低下し(例えば耐力を70〜80Kg/mm2以上の高い強度
レベルに調質すると、25℃におけるVノッチ・シャルピ
ー衝撃エネルギーが1〜2Kg・m以下となる)、そのう
え、400℃程度の温度でもクリープ領域に入り、このク
リープ温度領域において切欠弱化(切欠クリープ破断強
さが平滑クリープ破断強さより弱くなることをいう)す
る。従って、このCr−Mo−V鋼をディスク用材料として
使用する場合、強度をあまり高くする調質(焼入、焼戻
し)を行うことができず、一般に3.5 Ni−Cr−Mo−V鋼
よりも強度レベルは低く抑えられ、通常、室温における
耐力は60〜70Kg/mm2以下である。
Further, Cr-Mo-V represented by Table 2 is used.
Steel (low alloy steel) is low in cost and easy to obtain, similar to the above-mentioned 3.5 Ni-Cr-Mo-V steel.
-No remarkable softening phenomenon and temper brittleness like V steel,
Moreover, since it does not enter the creep region until the operating temperature reaches 430 to 480 ° C, the operating temperature is higher than that of 3.5 Ni-Cr-Mo-V steel.
It can be raised by 100-200 ° C. However, its toughness is not as excellent as that of 3.5 Ni-Cr-Mo-V steel, and especially when trying to increase tensile strength or proof stress, the toughness is significantly reduced (for example, proof stress of 70-80 kg / mm 2 or more). If the temperature is adjusted to a high strength level, the V-notch Charpy impact energy at 25 ° C will be 1 to 2 Kg · m or less). Moreover, even at a temperature of about 400 ° C, it will enter the creep region and the notch weakening will occur in this creep temperature region ( Notch creep rupture strength is weaker than smooth creep rupture strength). Therefore, when this Cr-Mo-V steel is used as a disk material, it is not possible to perform tempering (quenching, tempering) to increase the strength so much that it is generally more difficult than 3.5 Ni-Cr-Mo-V steel. The strength level is kept low, and the proof stress at room temperature is usually 60 to 70 kg / mm 2 or less.

【0005】さらに、表3に代表されるような12%Cr系
ステンレス鋼は、Crを多量に含有しているため、上記の
3.5 Ni−Cr−Mo−V鋼及びCr−Mo−V鋼の両低合金鋼と
比べて耐食耐酸化性に優れるが、Crを多量含有している
ばかりでなく、高温強度を改善する目的でNb,W,Mo,
Vなどの高価な合金元素が数%含有されているため、コ
ストが上記の両低合金鋼よりも2〜3倍高く、またこの
ような合金元素が多いにもかかわらず、高温における強
度や室温における靭性は上記のCr−Mo−V鋼と同様の挙
動を示し、顕著な向上は期待できない。
Further, the 12% Cr type stainless steel represented by Table 3 contains a large amount of Cr, so that
Compared with both low alloy steels such as 3.5 Ni-Cr-Mo-V steel and Cr-Mo-V steel, it has excellent corrosion resistance and oxidation resistance, but not only contains a large amount of Cr, but also for the purpose of improving high temperature strength. Nb, W, Mo,
Since several% of expensive alloy elements such as V are contained, the cost is 2-3 times higher than those of the above low alloy steels, and despite the large number of such alloy elements, strength at high temperature and room temperature The toughness in No. 1 exhibits the same behavior as the above Cr-Mo-V steel, and a remarkable improvement cannot be expected.

【0006】また、表4に代表されるようなFe基耐熱合
金は、NiやCrを多く含有しているため耐食耐酸化性に優
れており、500〜580℃以上の温度でクリープ領域に入る
ので高温強度を高くとることができ、また均一なオース
テナイト系組織のため脆性破壊を起こさず、靭性を考慮
する必要がなく、強度が溶体化・時効処理によってγ’
相[Ni3(Al・Ti)]の金属間化合物の析出硬化によりも
たらされるので、上記した低合金鋼や12%Cr系ステンレ
ス鋼のように調質(焼入、焼戻しにより、焼戻しマルテ
ンサイト組織又はベイナイト組織になる)時における質
量効果を考慮する必要がない。しかしながら、Ni,Cr,
Moなどの高価な合金元素を多量に包含しており、しかも
Al,Tiなどの活性の高い合金元素を含有しているため通
常の溶解法は適用できず、真空高周波溶解あるいは真空
アーク溶解などのより高度な溶解技術が必要であるため
コストがかなり高く、通常の低合金鋼のコストの5〜10
倍である。また最近のようにタービンが大容量化してく
ると、必要なタービンディスクも単体重量で5〜6トン
以上にもなり、このような大型のFe基耐熱合金ディスク
用鍛造品を製造することは現時点ではかなり困難であ
る。
Further, the Fe-base heat-resistant alloys represented by Table 4 are excellent in corrosion resistance and oxidation resistance because they contain a large amount of Ni and Cr and enter the creep region at a temperature of 500 to 580 ° C or higher. Therefore, high temperature strength can be obtained, and since a uniform austenite structure does not cause brittle fracture, it is not necessary to consider toughness, and strength can be increased by solutionizing and aging treatment.
It is brought about by the precipitation hardening of the intermetallic compound of the phase [Ni 3 (Al ・ Ti)], so it can be tempered (quenched and tempered to give a tempered martensite structure like the above-mentioned low alloy steel and 12% Cr stainless steel. Or it becomes a bainite structure). However, Ni, Cr,
It contains a large amount of expensive alloy elements such as Mo, and
Since it contains highly active alloying elements such as Al and Ti, ordinary melting methods cannot be applied, and more advanced melting technology such as vacuum high frequency melting or vacuum arc melting is required, so the cost is considerably high. 5-10 of the cost of low alloy steel
Double. Also, as turbines have recently become larger in capacity, the required turbine disk weight has also increased to 5 to 6 tons or more, and at the present time it is possible to manufacture such large forged products for Fe-based heat-resistant alloy disks. Is quite difficult.

【0007】一方、近年、ガスタービンは高効率化と大
容量化が図られるようになり、前者においては、熱効率
向上のためにタービン入口ガス温度を高くする必要があ
り、従ってディスク温度も高くなり、上記の3.5 Ni−Cr
−Mo−V鋼の最高使用温度である300〜350℃以下に抑え
ることは難しく、後者においては、設計上必要とされる
ディスクの形状が大型化し、ディスク用鍛造品の単体重
量が5〜6トン以上にもなってきているなどの問題が生
じてきている。
On the other hand, in recent years, gas turbines have come to have higher efficiency and larger capacity, and in the former case, it is necessary to raise the turbine inlet gas temperature in order to improve the thermal efficiency, and therefore the disk temperature also rises. , 3.5 Ni-Cr above
-It is difficult to suppress the maximum operating temperature of Mo-V steel to 300 to 350 ° C or lower. In the latter case, the size of the disk required for design becomes large, and the unit weight of the forged disk product is 5 to 6 Problems such as more than tons have come up.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の諸点
に鑑み、上記の3.5 Ni−Cr−Mo−V鋼やCr−Mo−V鋼な
どの低合金鋼と同等のコストで容易に入手でき、しかも
最高使用温度が400〜480℃と上記の3.5 Ni−Cr−Mo−V
鋼よりも100〜180℃高くでき、かつ上記のCr−Mo−V鋼
の強度レベルに近い強度レベルを有する新規なディスク
用低合金鋼を提供しようとするものである。ディスクの
メタル温度を400〜480℃に上げることができれば熱効率
を大幅に向上させることができ、しかも低合金鋼であれ
ば5〜6トン以上の大型鍛造品であっても容易に製造で
き、コストも高くならないという上記した近年の問題点
を解消できる。
In view of the above points, the present invention can be easily obtained at a cost equivalent to that of the low alloy steels such as 3.5 Ni-Cr-Mo-V steel and Cr-Mo-V steel described above. It is possible, and the maximum operating temperature is 400 to 480 ℃ and the above-mentioned 3.5 Ni-Cr-Mo-V.
It is an object of the present invention to provide a novel low alloy steel for discs which can be heated to 100 to 180 ° C. higher than that of steel and has a strength level close to that of the above Cr-Mo-V steel. If the metal temperature of the disk can be raised to 400 to 480 ℃, the thermal efficiency can be greatly improved, and low alloy steel can be easily manufactured even for large forged products of 5 to 6 tons or more. It is possible to solve the above-mentioned recent problem that the cost does not increase.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、重量基準で、
炭素0.15〜0.35%、ケイ素0.15%以下、マンガン 1.2%
以下、ニッケル 0.5〜2.0%、クロム 2.0〜2.5%、モリ
ブデン 0.5〜1.5%、タングステン 0.5〜1.0%、バナジ
ウム 0.2〜0.45%を含有し、さらに、ニオブ0.1%以
下、タンタル 0.1%以下及び窒素0.05%以下の中から選
ばれる少なくとも1種を含有し、残部が鉄及び不可避的
不純物元素からなる合金組成を有することを特徴とする
高温強度に優れた高靭性低合金鋼に係る。
The present invention is based on weight,
Carbon 0.15-0.35%, silicon 0.15% or less, manganese 1.2%
Contains 0.5-2.0% nickel, 2.0-2.5% chromium, 0.5-1.5% molybdenum, 0.5-1.0% tungsten, 0.2-0.45% vanadium, 0.1% niobium, 0.1% tantalum and 0.05% nitrogen. The present invention relates to a high-toughness low-alloy steel excellent in high-temperature strength, which is characterized by containing an alloy composition containing at least one selected from the following, with the balance being iron and inevitable impurity elements.

【0010】本発明における上記合金組成は、従来から
ボイラや化工機に広く使用されている2.25 Cr−Mo鋼を
ベースに、従来から蒸気タービンの高圧ロータ材あるい
はガスタービンのディスク材に用いられているCr−Mo−
V鋼の合金組成を参考にして、各種の試験の結果に基づ
いて見い出されたものである。特に、本発明の低合金鋼
では、Vを0.2〜0.45%、好ましくは0.15〜0.25%とす
ることにより結晶粒微細化を図り、これによって強度を
高めて靭性の低下を防止し、また、Niの添加量を0.5〜
2.0%とし、Crの添加量を2.0〜2.5%(すなわち従来のC
r−Mo−V鋼の約2倍)とすることにより調質時のベイ
ナイト焼入性を改善し、これによって室温引張特性と高
温クリープ特性を改善している。
The above alloy composition in the present invention is based on 2.25 Cr-Mo steel, which has been widely used in boilers and chemical machinery, and is conventionally used in high pressure rotor materials for steam turbines or disk materials for gas turbines. Cr-Mo-
It was found based on the results of various tests with reference to the alloy composition of V steel. In particular, in the low alloy steel of the present invention, V is 0.2 to 0.45%, preferably 0.15 to 0.25% to make the crystal grains finer, thereby enhancing the strength and preventing the deterioration of the toughness, and Ni. 0.5 to 0.5
2.0%, the amount of Cr added is 2.0 to 2.5% (that is, the conventional C
(about twice as much as r-Mo-V steel) improves the bainite hardenability during refining, thereby improving the room temperature tensile properties and high temperature creep properties.

【0011】以下に、本発明の低合金鋼の合金組成及び
その含有量についての限定理由を記す。 炭素(C):Cは焼入性を増大させ、耐力及び靭性を確
保するためには必要不可欠な元素であり、ガスタービン
のロータ材及びディスク材に必要な耐力及び靭性を発現
させるためには0.15%以上必要であるが、あまり多量に
添加すると、かえって靭性を害し、又加工性を悪くする
ので、その含有量を0.15〜0.35%とした。 ケイ素(Si):Siは溶鋼の脱酸剤として有効な元素であ
る。しかし、多量添加すると、脱酸生成物であるSiO2
鋼中に残存して鋼の清浄度を害すると共に、靭性を低下
させ、また、クリープ破断伸び(延性)を低下させ、更
に、高温使用中の焼戻し脆性を助長するので、その含有
量を0.15%以下とした。なお、近年、真空カーボン脱酸
法やエレクトロスラグ再溶解法が適用され、必ずしもSi
脱酸を行う必要がなくなって来ており、Si量は低減され
得る。 マンガン(Mn):Mnは溶鋼の脱酸、脱硫剤として有効で
あり、また、焼入性を増大させて強度を高めるのに有効
な元素である。しかし、あまり多量添加すると靭性及び
延性を害するので、その含有量を最大1.2%とした。 ニッケル(Ni):Niは鋼の焼入性を増大させ、室温にお
ける強度及び靭性を高めるのに有効な元素であり、特に
靭性向上に有効である。また、これらの効果は、Ni及び
Cr両元素の含有量が多い場合に相乗効果により著しく増
大する。しかし、あまり多量添加すると、Niは高温強度
(クリープ強さ、クリープ破断強さ)を害し、また、焼
戻し脆性を助長するので、その含有量を0.5〜2.0%とし
た。 クロム(Cr):Crは通常の低合金鋼の添加元素として最
も重要な元素である。鋼に添加されると、Crは耐食・耐
酸化性を改善し、焼入性を増大させて、室温における引
張特性を向上させる。また、これらの効果は、Ni及びCr
の両元素の含有量が多い場合に相乗効果により著しく増
大する。更に、Crはクリープ強さやクリープ破断強さな
ど高温強度の改善にも有効な元素である。但し、2.5%
を越すと、靭性は改善されるが、高温強度の大巾な改善
は難しく、多量添加の必要はない。また、上述のように
焼入性(ベイナイト焼入性)を向上させるので、ディス
ク材の質量効果を考慮して、その含有量を2.0〜2.5%と
した。 モリブテン(Mo):MoはCrと同様に通常の低合金鋼の添
加元素として重要な元素である。鋼に添加されると、Mo
は焼入性を増大し、また、焼戻し時の焼戻し軟化抵抗を
大きくして常温における強度(引張強さ、耐力)の増大
に有効である。また、Moは固溶体強化元素として、ま
た、炭化物の生成を介しての析出強化作用元素としてク
リープ強さやクリープ破断強さなどの高温強度の向上に
非常に有効な元素である。更に、Moは0.5%程度以上添
加される場合、鋼の焼戻し脆性を阻止するため、非常に
有効な元素である。しかし、あまり多量添加しても、そ
の効果は飽和し、かえって靭性を害し、また、高価な元
素であるためコスト高にもなる。そこで、その含有量を
0.5〜1.5%とした。 タングステン(W):Wは固溶体強化元素としてクリー
プ強さやクリープ破断強さなどの高温強度の向上に非常
に有効な元素である。しかし、あまり多量添加すると凝
固偏析等大型鋳造品として好ましくない現象を生ずるの
で、その含有量を0.25〜1.0%とした。 バナジウム(V):VはMoと同様に、常温における強度
(引張強さ、耐力)の向上に有効な元素である。固溶体
強化元素として、また、炭化物の生成を介しての析出硬
化作用元素としてクリープ強さやクリープ破断強さなど
高温強度を増加させる重要な元素である。更に、Vはあ
る程度の範囲(0.2〜0.45%)の添加量であれば結晶粒
を微細化させ、靭性向上にも有効である。しかし、あま
りに多量添加すると靭性を害し、また、高価な元素であ
るためコスト高となるので、その含有量を0.2〜0.45%
とした。 ニオブ(Nb):NbはVと同様に引張強さや耐力などの常
温強度、並びにクリープ強さやクリープ破断強さなどの
高温強度の増大に有効な元素であると同時に、結晶粒を
微細化させて靭性を向上させる非常に有効な元素である
が、含有量が0.01%未満では、その効果は充分ではな
い。本発明の低合金鋼では、Nbの添加は強度の上昇をあ
まり期待するものではなく、むしろ結晶粒微細化による
靭性向上を期待するものであり、あまり多く添加すると
多量のNb炭窒化物を形成し、かえって靭性を害して有効
ではない。そこで含有量を0.1%以下とした。 タンタル(Ta):上記Nbと殆ど同じ効果を有するので、T
aの含有量を0.1%以下とした。 窒素(N):Nは窒化物の生成を介しての析出硬化作用
元素として、引張強さやクリープ破断強さを高めるため
に有効な元素であり、その含有量が0.01%未満では得ら
れる効果が乏しく、一方、0.05%を越えて添加すると靭
性が低下するので、その含有量を0.05%以下とした。 但し、Nb、Ta及びNについては、いずれか1種以上を含
有するものとする。 その他:P、S、Cuなどは不純物元素として製鋼の原材
料によって混入される不可避的なものであるが、これら
はできるだけ低い方が望ましい(ただし原材料を厳選す
るとコスト高となる)一般に、P 0.015%以下、S 0.0
10%以下、Cu 0.50%以下であることが望ましい。その
他の不純物元素としてはAl、Sn、Sb、Pb、Asなどがあ
る。
The reasons for limiting the alloy composition and the content of the low alloy steel of the present invention will be described below. Carbon (C): C is an essential element for increasing the hardenability and ensuring the yield strength and toughness, and in order to develop the required yield strength and toughness for the rotor material and disk material of the gas turbine. 0.15% or more is required, but if added in a too large amount, the toughness is rather adversely affected and the workability is deteriorated, so the content was made 0.15 to 0.35%. Silicon (Si): Si is an element effective as a deoxidizer for molten steel. However, when a large amount is added, the deoxidation product SiO 2 remains in the steel and impairs the cleanliness of the steel, reduces toughness and creep rupture elongation (ductility), and further The content is set to 0.15% or less because it promotes temper brittleness. In recent years, vacuum carbon deoxidizing method and electroslag remelting method have been applied, and
The need for deoxidation is no longer needed and the Si content can be reduced. Manganese (Mn): Mn is an element effective as a deoxidizing agent and a desulfurizing agent for molten steel, and is an element effective for increasing hardenability and strength. However, if too much is added, the toughness and ductility are impaired, so the maximum content is 1.2%. Nickel (Ni): Ni is an element effective in increasing the hardenability of steel and increasing the strength and toughness at room temperature, and is particularly effective in improving the toughness. In addition, these effects are
When the contents of both Cr elements are high, the synergistic effect remarkably increases. However, if added in a too large amount, Ni impairs high temperature strength (creep strength, creep rupture strength) and promotes temper embrittlement, so the content was made 0.5 to 2.0%. Chromium (Cr): Cr is the most important element as an additive element of ordinary low alloy steel. When added to steel, Cr improves corrosion and oxidation resistance, increases hardenability, and improves tensile properties at room temperature. In addition, these effects are
When the content of both elements is large, it increases remarkably due to the synergistic effect. Further, Cr is an element effective for improving high temperature strength such as creep strength and creep rupture strength. However, 2.5%
If it exceeds the above range, the toughness is improved, but it is difficult to make a large improvement in the high temperature strength, and it is not necessary to add a large amount. Further, since the hardenability (bainite hardenability) is improved as described above, the content thereof is set to 2.0 to 2.5% in consideration of the mass effect of the disc material. Molybdenum (Mo): Mo, like Cr, is an important element as an additive element of ordinary low alloy steel. When added to steel, Mo
Is effective in increasing the strength (tensile strength, proof stress) at room temperature by increasing the hardenability and increasing the temper softening resistance during tempering. Further, Mo is a very effective element for improving high temperature strength such as creep strength and creep rupture strength as a solid solution strengthening element and as a precipitation strengthening effect element through the formation of carbides. Furthermore, when Mo is added in an amount of about 0.5% or more, it is a very effective element because it prevents temper embrittlement of steel. However, even if added in a too large amount, the effect is saturated, rather the toughness is impaired, and the cost is high because it is an expensive element. Therefore, the content
It was set to 0.5 to 1.5%. Tungsten (W): W is a solid solution strengthening element and is a very effective element for improving high temperature strength such as creep strength and creep rupture strength. However, if added in too large an amount, a phenomenon such as solidification segregation, which is not preferable as a large-sized casting product, occurs, so the content was made 0.25 to 1.0%. Vanadium (V): V is an element effective in improving strength (tensile strength, proof stress) at room temperature, similar to Mo. It is an important element that increases the high temperature strength such as creep strength and creep rupture strength as a solid solution strengthening element and as a precipitation hardening action element through the formation of carbides. Further, V is effective for improving the toughness by making the crystal grains finer if the addition amount of V is within a certain range (0.2 to 0.45%). However, if added too much, the toughness is impaired, and the cost is high because it is an expensive element, so its content should be 0.2-0.45%.
And Niobium (Nb): Nb is an element that is effective for increasing room temperature strength such as tensile strength and proof stress and high temperature strength such as creep strength and creep rupture strength as well as V, and at the same time refines the crystal grains. It is a very effective element for improving toughness, but if the content is less than 0.01%, its effect is not sufficient. In the low alloy steel of the present invention, addition of Nb does not expect much increase in strength, but rather expects improvement in toughness due to grain refinement, and if too much is added, a large amount of Nb carbonitride is formed. However, it is rather ineffective because it impairs toughness. Therefore, the content is set to 0.1% or less. Tantalum (Ta): Since it has almost the same effect as Nb, T
The content of a was set to 0.1% or less. Nitrogen (N): N is an element effective for increasing the tensile strength and creep rupture strength as a precipitation hardening action element through the formation of nitrides, and if the content is less than 0.01%, the effect obtained is On the other hand, on the other hand, if added in excess of 0.05%, the toughness deteriorates, so the content was made 0.05% or less. However, regarding Nb, Ta and N, any one or more of them is to be contained. Others: P, S, Cu, etc. are unavoidable as impurity elements mixed in by the raw materials of steel making, but it is desirable that these are as low as possible (however, if the raw materials are carefully selected, the cost will be high) Generally, P 0.015% Below, S 0.0
10% or less and Cu 0.50% or less are desirable. Other impurity elements include Al, Sn, Sb, Pb and As.

【0012】[0012]

【実施例1−6】表5に示す合金組成を有する本発明の
低合金鋼(合金A〜F)を実験室的規模の真空溶解炉に
て溶解し、50Kg鋼塊を溶製した。
[Examples 1-6] Low alloy steels (alloys A to F) of the present invention having alloy compositions shown in Table 5 were melted in a laboratory-scale vacuum melting furnace to produce a 50 Kg steel ingot.

【表5】 これらの鋼塊から、実機のガスタービンディスク材を想
定して加熱・鍛造工程(据込1/2.8U、鍛伸3.7Sの鍛
練)を行って小型鍛造材を製作した。その後、この鍛造
材を結晶粒度調整を目的とする予備熱処理(例えば、10
50℃空冷及び650℃空冷)に供した。この鍛造材につい
て直径1500mm、厚さ200mmのディスク材を想定して中心
部及び表層部の焼入冷却速度をシミュレートした熱処理
をそれぞれ行った。すなわち、950℃で加熱して完全に
オーステナイト化した後、ディスク中心部の焼入冷却速
度(950〜300℃の平均)約5℃/分及びディスク表層部
の焼入冷却速度(950〜300℃の平均)約20℃/分の2と
おりの冷却速度で焼入れし、その後、それぞれ660℃で
焼戻しを行い、ガスタービンディスク材の設計に必要な
強度、すなわち室温における0.2%耐力が〜80Kg/mm2
なるように調整して供試材A〜Fとした。また、これら
本発明の低合金鋼の他に、現状のCr−Mo−V鋼を前記と
同じようにして溶製し(合金G:1Cr−1Mo−1/4V
鋼)、同様に処理してガスタービンディスク材を調製し
(比較材G)、両者の性状を比較した。
[Table 5] Small forgings were manufactured from these steel ingots by heating and forging (upset 1 / 2.8U, forging of 3.7S) assuming a real gas turbine disk. Then, the forged material is subjected to a preliminary heat treatment (for example, 10
It was subjected to 50 ° C. air cooling and 650 ° C. air cooling). The forged material was heat-treated by simulating the quenching and cooling rates of the central portion and the surface portion, assuming a disc material having a diameter of 1500 mm and a thickness of 200 mm. That is, after heating at 950 ° C. to completely austenite, the quenching cooling rate of the disk center portion (average of 950 to 300 ° C.) is about 5 ° C./min and the quenching cooling rate of the disk surface layer portion (950 to 300 ° C.). The average strength is about 20 ° C / min, and the tempering is performed at 660 ° C respectively to obtain the strength required for gas turbine disk material design, that is, 0.2% proof stress at room temperature is ~ 80Kg / mm. The test materials A to F were adjusted to have a value of 2. In addition to these low alloy steels of the present invention, the current Cr-Mo-V steel is melted in the same manner as described above (alloy G: 1Cr-1Mo-1 / 4V).
Steel) and a similar treatment to prepare a gas turbine disk material (comparative material G), and the properties of both materials were compared.

【0013】供試材A〜F及び比較材Gについて行った
引張試験及び衝撃試験の結果を表6に示す。また、供試
材A〜F及び比較材Gのクリープ破断強さをラーソン・
ミラー・パラメータで整理し、その結果を金属材料技術
研究所のクリープ・データ・シートNo.9A(従来の高
圧ロータ材Cr−Mo−V鋼のデータ)と比較して図1に示
す。すなわち、図1は、ラーソン・ミラー・パラメータ
T(20+log t)×10-3[ここで、Tはクリープ試験温
度(°K)、tはクリープ破断時間(hr)である]と応力
(Kg/mm2)との関係を示すもので、データの符号は次
の通りである。 供試材A:○表層部、●中心部 供試材B:◇表層部、◆中心部 供試材C:□表層部、■中心部 供試材D:△表層部、▲中心部 供試材E:▽表層部、▼中心部 供試材F:☆表層部、★中心部 比較材G:#表層部、※中心部
Table 6 shows the results of the tensile test and the impact test performed on the test materials A to F and the comparative material G. Also, the creep rupture strength of the test materials A to F and the comparative material G
Organize by mirror parameter, and the result is Creep Data Sheet No. 9A (data of conventional high pressure rotor material Cr-Mo-V steel) is shown in FIG. That is, FIG. 1 shows the Larson-Miller parameter T (20 + log t) × 10 −3 [where T is the creep test temperature (° K) and t is the creep rupture time (hr)] and the stress (Kg / mm 2 ) and the sign of the data is as follows. Specimen A: ○ surface layer, ● central portion Specimen material B: ◇ surface portion, ◆ central portion Specimen material C: □ surface portion, ■ central portion Specimen material D: △ surface portion, ▲ central portion Material E: ▽ surface part, ▼ central part Specimen material F: ☆ surface part, ★ central part Comparative material G: # surface part, * central part

【表6】 表6から明らかなように、供試材及び比較材のいずれも
室温における耐力は80Kgf/mm2以上の強度レベルとなっ
ており、ガスタービンディスク材として十分な強度を有
している。また、図2に示す平滑−切欠組合せ試験片を
用いて行ったクリープ破断試験では、いずれの試験条件
下でも平滑で破断しており、切欠強化で良好である。そ
の上、本発明による鋼の供試材A〜Fのクリープ破断強
度は、比較材G及び従来の高圧ロータ材Cr−Mo−V鋼デ
ータバンドの上限を上回っている。これを480℃×105
でのクリープ破断強度で比較すると、本発明に係る鋼は
σ=36Kg/mm2、従来のCr−Mo−V鋼はσ=30Kg/mm2
なり、従来のCr−Mo−V鋼に比べて高温強度が向上して
いる。なお、伸び・絞りも一般のディスク材で要求され
る伸び16%以上、絞り45%以上の各条件を十分に満足す
るものであった。
[Table 6] Table 6 As is apparent, yield strength at room temperature none of the test pieces and the comparative material has a 80 Kg f / mm 2 or more intensity levels, and has a sufficient strength as the gas turbine disc material. Further, in the creep rupture test performed using the smooth-notch combination test piece shown in FIG. 2, it is smooth and ruptured under any of the test conditions, and the notch strengthening is good. Moreover, the creep rupture strengths of the steel test materials A to F according to the present invention exceed the upper limits of the comparative material G and the conventional high pressure rotor material Cr-Mo-V steel data band. This is 480 ℃ × 10 5 h
Compared with the creep rupture strength, the steel according to the present invention is σ = 36Kg / mm 2, the conventional Cr-Mo-V steel as compared with σ = 30Kg / mm 2, and the conventional Cr-Mo-V steel High temperature strength is improved. The elongation and drawing also satisfied the conditions of 16% or more for elongation and 45% or more for drawing, which are required for general disk materials.

【0014】一方、衝撃特性に関しては、ガスタービン
ディスク材の50%FATTの目標値は+80℃以下であるが、
本発明の鋼に係る供試材A〜Fはいずれの場合も目標値
以下であり、充分な靭性を有していることがわかる。こ
れに対し、現状の1Cr−1Mo−1/4V鋼である比較材G
は、中心部におけるFATTが110℃と高く、ガスタービン
ディスク材としての靭性については若干信頼性の点で問
題があり、改善が必要である。一方、本発明の鋼の中心
部のFATTは、供試材Aが+72℃であり、供試材B+68
℃、供試材C+66℃、供試材D+45℃、供試材E+48
℃、供試材F+47℃であり、目標値に比較して低く、靭
性は大巾に改善されている。
On the other hand, regarding the impact characteristics, the target value of 50% FATT of the gas turbine disk material is + 80 ° C or less,
In all cases, the test materials A to F relating to the steel of the present invention are below the target value, and it is understood that they have sufficient toughness. On the other hand, the comparative material G which is the current 1Cr-1Mo-1 / 4V steel
Has a high FATT at the center of 110 ° C, and there is a problem in the toughness as a gas turbine disk material in terms of reliability, and improvement is needed. On the other hand, in the FATT of the central portion of the steel of the present invention, the test material A is + 72 ° C, and the test material B + 68
℃, test material C + 66 ℃, test material D + 45 ℃, test material E + 48
℃, test material F + 47 ℃, lower than the target value, toughness has been greatly improved.

【0015】これから明らかなように、室温における耐
力が80Kg/mm2であり、常温強度に優れ、かつ靭性も改
善されており、さらにクリープ破断強さは従来の高圧ロ
ータ材の約1.2倍の高温強度レベルの優れた性状を有し
ている。
As is clear from the above, the yield strength at room temperature is 80 kg / mm 2 , excellent at room temperature strength and improved toughness, and the creep rupture strength is about 1.2 times higher than that of conventional high pressure rotor materials. It has excellent strength level properties.

【0016】なお、上記の結果から推定される許容応力
線図を図3に示す。図中、曲線1は耐力/1.5を示し、
曲線2は引張強さ/2.5、曲線3は105hrクリープ破断強
さを示す。図3から明らかなように、約480℃まではク
リープ領域に入らず許容応力を設定でき、許容応力は従
来のCr−Mo−V鋼よりも10Kg/mm2高くとることが可能
となる。
An allowable stress diagram estimated from the above results is shown in FIG. In the figure, curve 1 shows the yield strength / 1.5,
Curve 2 shows the tensile strength / 2.5 and curve 3 shows the 10 5 hr creep rupture strength. As is clear from FIG. 3, the allowable stress can be set without entering the creep region up to about 480 ° C., and the allowable stress can be set to 10 Kg / mm 2 higher than that of the conventional Cr-Mo-V steel.

【0017】さらに、上記の結果から推定される本発明
の鋼に係るC+V含有量及びNb+N含有量の範囲を図4
に示す。すなわち、下記の通りである。 0.5 ≦ C+V含有量(%)≦ 0.7 0.03 ≦ Nb+N含有量(%)≦ 0.07
Further, the range of C + V content and Nb + N content of the steel of the present invention estimated from the above results is shown in FIG.
Shown in. That is, it is as follows. 0.5 ≤ C + V content (%) ≤ 0.7 0.03 ≤ Nb + N content (%) ≤ 0.07

【0018】[0018]

【発明の効果】以上述べた如く、本発明は、室温強度、
高温強度及び靭性に優れ、従来のものよりも信頼性が高
く、また、より大型のガスタービンディスクに適したロ
ータ材及びディスク材を得ることができる。本発明によ
る低合金鋼は用途によっては蒸気タービンロータ材とし
ても使用される。
As described above, the present invention is characterized by room temperature strength,
It is possible to obtain a rotor material and a disk material which are excellent in high temperature strength and toughness, have higher reliability than conventional ones, and are suitable for a larger gas turbine disk. The low alloy steel according to the invention is also used as a steam turbine rotor material in some applications.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のディスク材のクリープ破断強さのラー
ソン・ミラー・パラメータと応力との関係を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the Larson-Miller parameter of creep rupture strength of a disk material of the present invention and stress.

【図2】ラーソン・ミラー・パラメータ測定に使用した
クリープ破断試験片(平滑−切欠組合せ型)の断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a creep rupture test piece (smooth-notch combination type) used for Larson-Miller parameter measurement.

【図3】推定許容応力線図を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing an estimated allowable stress diagram.

【図4】本発明の鋼に係るC+V含有量及びNb+N含有
量の範囲を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the ranges of C + V content and Nb + N content according to the steel of the present invention.

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─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年5月24日[Submission date] May 24, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Name of item to be amended] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0009[Correction target item name] 0009

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、重量基準で、
炭素0.15〜0.35%、ケイ素0.15%以下、マンガン 1.2%
以下、ニッケル 0.5〜2.0%、クロム 2.0〜2.5%、モリ
ブデン 0.5〜1.5%、タングステン 0〜1.0%、バナジ
ウム 0.2〜0.45%を含有し、さらに、ニオブ 0.1%以
下、タンタル 0.1%以下及び窒素0.05%以下の中から選
ばれる少なくとも1種を含有し、残部が鉄及び不可避的
不純物元素からなる合金組成を有することを特徴とする
高温強度に優れた高靭性低合金鋼に係る。
The present invention is based on weight,
Carbon 0.15-0.35%, silicon 0.15% or less, manganese 1.2%
It contains nickel 0.5-2.0%, chromium 2.0-2.5%, molybdenum 0.5-1.5%, tungsten 0-1.0%, vanadium 0.2-0.45%, and also niobium 0.1% or less, tantalum 0.1% or less and nitrogen 0.05%. The present invention relates to a high-toughness low-alloy steel excellent in high-temperature strength, which is characterized by containing an alloy composition containing at least one selected from the following, with the balance being iron and inevitable impurity elements.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0011[Correction target item name] 0011

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0011】以下に、本発明の低合金鋼の合金組成及び
その含有量についての限定理由を記す。 炭素(C):Cは焼入性を増大させ、耐力及び靭性を確
保するためには必要不可欠な元素であり、ガスタービン
のロータ材及びディスク材に必要な耐力及び靭性を発現
させるためには0.15%以上必要であるが、あまり多量に
添加すると、かえって靭性を害し、又加工性を悪くする
ので、その含有量を0.15〜0.35%とした。 ケイ素(Si):Siは溶鋼の脱酸剤として有効な元素であ
る。しかし、多量添加すると、脱酸生成物であるSiO2
鋼中に残存して鋼の清浄度を害すると共に、靭性を低下
させ、また、クリープ破断伸び(延性)を低下させ、更
に、高温使用中の焼戻し脆性を助長するので、その含有
量を0.15%以下とした。なお、近年、真空カーボン脱酸
法やエレクトロスラグ再溶解法が適用され、必ずしもSi
脱酸を行う必要がなくなって来ており、Si量は低減され
得る。 マンガン(Mn):Mnは溶鋼の脱酸、脱硫剤として有効で
あり、また、焼入性を増大させて強度を高めるのに有効
な元素である。しかし、あまり多量添加すると靭性及び
延性を害するので、その含有量を最大1.2%とした。 ニッケル(Ni):Niは鋼の焼入性を増大させ、室温にお
ける強度及び靭性を高めるのに有効な元素であり、特に
靭性向上に有効である。また、これらの効果は、Ni及び
Cr両元素の含有量が多い場合に相乗効果により著しく増
大する。しかし、あまり多量添加すると、Niは高温強度
(クリープ強さ、クリープ破断強さ)を害し、また、焼
戻し脆性を助長するので、その含有量を0.5〜2.0%とし
た。 クロム(Cr):Crは通常の低合金鋼の添加元素として最
も重要な元素である。鋼に添加されると、Crは耐食・耐
酸化性を改善し、焼入性を増大させて、室温における引
張特性を向上させる。また、これらの効果は、Ni及びCr
の両元素の含有量が多い場合に相乗効果により著しく増
大する。更に、Crはクリープ強さやクリープ破断強さな
ど高温強度の改善にも有効な元素である。但し、2.5%
を越すと、靭性は改善されるが、高温強度の大巾な改善
は難しく、多量添加の必要はない。また、上述のように
焼入性(ベイナイト焼入性)を向上させるので、ディス
ク材の質量効果を考慮して、その含有量を2.0〜2.5%と
した。 モリブテン(Mo):MoはCrと同様に通常の低合金鋼の添
加元素として重要な元素である。鋼に添加されると、Mo
は焼入性を増大し、また、焼戻し時の焼戻し軟化抵抗を
大きくして常温における強度(引張強さ、耐力)の増大
に有効である。また、Moは固溶体強化元素として、ま
た、炭化物の生成を介しての析出強化作用元素としてク
リープ強さやクリープ破断強さなどの高温強度の向上に
非常に有効な元素である。更に、Moは0.5%程度以上添
加される場合、鋼の焼戻し脆性を阻止するため、非常に
有効な元素である。しかし、あまり多量添加しても、そ
の効果は飽和し、かえって靭性を害し、また、高価な元
素であるためコスト高にもなる。そこで、その含有量を
0.5〜1.5%とした。 タングステン(W):Wは、本発明の低合金鋼の合金組
成中に存在する場合、固溶体強化元素としてクリープ強
さやクリープ破断強さなどの高温強度の向上に非常に有
効な元素である。しかし、あまり多量添加すると凝固偏
析等大型鋳造品として好ましくない現象を生ずるので、
その含有量を1.0%以下とした。 バナジウム(V):VはMoと同様に、常温における強度
(引張強さ、耐力)の向上に有効な元素である。固溶体
強化元素として、また、炭化物の生成を介しての析出硬
化作用元素としてクリープ強さやクリープ破断強さなど
高温強度を増加させる重要な元素である。更に、Vはあ
る程度の範囲(0.2〜0.45%)の添加量であれば結晶粒
を微細化させ、靭性向上にも有効である。しかし、あま
りに多量添加すると靭性を害し、また、高価な元素であ
るためコスト高となるので、その含有量を0.2〜0.45%
とした。 ニオブ(Nb):NbはVと同様に引張強さや耐力などの常
温強度、並びにクリープ強さやクリープ破断強さなどの
高温強度の増大に有効な元素であると同時に、結晶粒を
微細化させて靭性を向上させる非常に有効な元素である
が、含有量が0.01%未満では、その効果は充分ではな
い。本発明の低合金鋼では、Nbの添加は強度の上昇をあ
まり期待するものではなく、むしろ結晶粒微細化による
靭性向上を期待するものであり、あまり多く添加すると
多量のNb炭窒化物を形成し、かえって靭性を害して有効
ではない。そこで含有量を0.1%以下とした。 タンタル(Ta):上記Nbと殆ど同じ効果を有するので、T
aの含有量を0.1%以下とした。 窒素(N):Nは窒化物の生成を介しての析出硬化作用
元素として、引張強さやクリープ破断強さを高めるため
に有効な元素であり、その含有量が0.01%未満では得ら
れる効果が乏しく、一方、0.05%を越えて添加すると靭
性が低下するので、その含有量を0.05%以下とした。 但し、Nb、Ta及びNについては、いずれか1種以上を含
有するものとする。 その他:P、S、Cuなどは不純物元素として製鋼の原材
料によって混入される不可避的なものであるが、これら
はできるだけ低い方が望ましい(ただし原材料を厳選す
るとコスト高となる)一般に、P 0.015%以下、S 0.0
10%以下、Cu 0.50%以下であることが望ましい。その
他の不純物元素としてはAl、Sn、Sb、Pb、Asなどがあ
る。
The reasons for limiting the alloy composition and the content of the low alloy steel of the present invention will be described below. Carbon (C): C is an essential element for increasing the hardenability and ensuring the yield strength and toughness, and in order to develop the required yield strength and toughness for the rotor material and disk material of the gas turbine. 0.15% or more is required, but if added in a too large amount, the toughness is rather adversely affected and the workability is deteriorated, so the content was made 0.15 to 0.35%. Silicon (Si): Si is an element effective as a deoxidizer for molten steel. However, when a large amount is added, the deoxidation product SiO 2 remains in the steel and impairs the cleanliness of the steel, reduces toughness and creep rupture elongation (ductility), and further The content is set to 0.15% or less because it promotes temper brittleness. In recent years, vacuum carbon deoxidizing method and electroslag remelting method have been applied, and
The need for deoxidation is no longer needed and the Si content can be reduced. Manganese (Mn): Mn is an element effective as a deoxidizing agent and a desulfurizing agent for molten steel, and is an element effective for increasing hardenability and strength. However, if too much is added, the toughness and ductility are impaired, so the maximum content is 1.2%. Nickel (Ni): Ni is an element effective in increasing the hardenability of steel and increasing the strength and toughness at room temperature, and is particularly effective in improving the toughness. In addition, these effects are
When the contents of both Cr elements are high, the synergistic effect remarkably increases. However, if added in a too large amount, Ni impairs high temperature strength (creep strength, creep rupture strength) and promotes temper embrittlement, so the content was made 0.5 to 2.0%. Chromium (Cr): Cr is the most important element as an additive element of ordinary low alloy steel. When added to steel, Cr improves corrosion and oxidation resistance, increases hardenability, and improves tensile properties at room temperature. In addition, these effects are
When the content of both elements is large, it increases remarkably due to the synergistic effect. Further, Cr is an element effective for improving high temperature strength such as creep strength and creep rupture strength. However, 2.5%
If it exceeds the above range, the toughness is improved, but it is difficult to make a large improvement in the high temperature strength, and it is not necessary to add a large amount. Further, since the hardenability (bainite hardenability) is improved as described above, the content thereof is set to 2.0 to 2.5% in consideration of the mass effect of the disc material. Molybdenum (Mo): Mo, like Cr, is an important element as an additive element of ordinary low alloy steel. When added to steel, Mo
Is effective in increasing the strength (tensile strength, proof stress) at room temperature by increasing the hardenability and increasing the temper softening resistance during tempering. Further, Mo is a very effective element for improving high temperature strength such as creep strength and creep rupture strength as a solid solution strengthening element and as a precipitation strengthening effect element through the formation of carbides. Furthermore, when Mo is added in an amount of about 0.5% or more, it is a very effective element because it prevents temper embrittlement of steel. However, even if added in a too large amount, the effect is saturated, rather the toughness is impaired, and the cost is high because it is an expensive element. Therefore, the content
It was set to 0.5 to 1.5%. Tungsten (W): W, when present in the alloy composition of the low alloy steel of the present invention, is a very effective element for improving high temperature strength such as creep strength and creep rupture strength as a solid solution strengthening element. However, if added in too large an amount, undesired phenomena such as solidification segregation will occur as a large casting product.
The content was set to 1.0% or less. Vanadium (V): V is an element effective in improving strength (tensile strength, proof stress) at room temperature, similar to Mo. It is an important element that increases the high temperature strength such as creep strength and creep rupture strength as a solid solution strengthening element and as a precipitation hardening action element through the formation of carbides. Further, V is effective for improving the toughness by making the crystal grains finer if the addition amount of V is within a certain range (0.2 to 0.45%). However, if added too much, the toughness is impaired, and the cost is high because it is an expensive element, so its content should be 0.2-0.45%.
And Niobium (Nb): Nb is an element that is effective for increasing room temperature strength such as tensile strength and proof stress and high temperature strength such as creep strength and creep rupture strength as well as V, and at the same time refines the crystal grains. It is a very effective element for improving toughness, but if the content is less than 0.01%, its effect is not sufficient. In the low alloy steel of the present invention, addition of Nb does not expect much increase in strength, but rather expects improvement in toughness due to grain refinement, and if too much is added, a large amount of Nb carbonitride is formed. However, it is rather ineffective because it impairs toughness. Therefore, the content is set to 0.1% or less. Tantalum (Ta): Since it has almost the same effect as Nb, T
The content of a was set to 0.1% or less. Nitrogen (N): N is an element that acts as a precipitation hardening action through the formation of nitrides and is an element effective for increasing the tensile strength and creep rupture strength. On the other hand, on the other hand, if added in excess of 0.05%, the toughness deteriorates, so the content was made 0.05% or less. However, regarding Nb, Ta and N, any one or more of them is to be contained. Others: P, S, Cu, etc. are unavoidable as impurity elements mixed in by the raw materials of steel making, but it is desirable that these are as low as possible (however, if the raw materials are carefully selected, the cost will be high) Generally, P 0.015% Below, S 0.0
10% or less and Cu 0.50% or less are desirable. Other impurity elements include Al, Sn, Sb, Pb and As.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】重量基準で、炭素0.15〜0.35%、ケイ素0.
15%以下、マンガン 1.2%以下、ニッケル 0.5〜2.0
%、クロム 2.0〜2.5%、モリブデン 0.5〜1.5%、タン
グステン 0.5〜1.0%、バナジウム 0.2〜0.45%を含有
し、さらに、ニオブ 0.1%以下、タンタル 0.1%以下及
び窒素0.05%以下の中から選ばれる少なくとも1種を含
有し、残部が鉄及び不可避的不純物元素からなる合金組
成を有することを特徴とする、高温強度に優れた高靭性
低合金鋼。
1. Carbon 0.15 to 0.35% by weight, silicon 0.
15% or less, manganese 1.2% or less, nickel 0.5 to 2.0
%, Chromium 2.0-2.5%, molybdenum 0.5-1.5%, tungsten 0.5-1.0%, vanadium 0.2-0.45%, and selected from niobium 0.1% or less, tantalum 0.1% or less and nitrogen 0.05% or less. A high-toughness low-alloy steel excellent in high-temperature strength, characterized by having an alloy composition containing at least one kind and the balance being iron and unavoidable impurity elements.
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